具有叠层介质并且介质信噪比改善的磁记录盘驱动器.pdf

一种磁记录盘驱动器，具有感应写入磁头和加热器，用于在记录磁盘上的叠层介质中记录数据。该叠层介质具有被非磁性隔离层分隔的至少两层铁磁性层，由此SNR得以改善。每个铁磁性层可以由具有能够被传统的感应写入磁头进行写入的内禀矫顽力的材料形成，但是由于为了提高SNR的期望的叠层，距写入磁头最远的铁磁性层受到的磁场小于其内禀矫顽力，因此不能进行写入。为了对叠层介质进行写入，将热量引导至下铁磁性层，使其内禀矫顽力降低至其受到的磁场之下。

1.  一种磁记录盘驱动器，包括：
磁记录盘，包括基片和基片上的磁记录叠层，该磁记录叠层具有下铁磁性层、上铁磁性层、以及下和上铁磁性层之间的非铁磁性隔离层；
感应写入磁头，用于产生改变下和上铁磁性层的区域中的磁化方向的磁场，在所述区域的下和上铁磁性层的磁化方向是平行的；以及
加热器，用于将热量引向受到来自所述写入磁头的磁场的下铁磁性层的区域。

2.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，下和上铁磁性层中的至少之一是反铁磁性耦合(AFC)层，该AFC层包括第一铁磁性薄膜、第二铁磁性薄膜和位于第一和第二铁磁性薄膜之间的反铁磁性耦合薄膜，该反铁磁性耦合薄膜具有的厚度和组成使得第一和第二铁磁性薄膜产生反铁磁性交换耦合。

3.  根据权利要求2的磁盘驱动器，其中，下铁磁性层是AFC层。

4.  根据权利要求3的磁盘驱动器，其中，AFC层的第一铁磁性薄膜具有厚度t1和磁化强度M1，并且与非磁性隔离层相邻，AFC层的第二铁磁性薄膜具有厚度t2和磁化强度M2，其中第二铁磁性薄膜的单位面积磁矩(M2×t2)小于第一铁磁性薄膜的单位面积磁矩(M1×t1)。

5.  根据权利要求2的磁盘驱动器，其中，AFC层的反铁磁性耦合薄膜由选自钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金所构成的组之中的材料形成。

6.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，第一和第二铁磁性层由选自钴、铁、镍及其合金所构成的组之中的材料形成。

7.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中还包括在基片与磁记录层之间位于基片上的底层。

8.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中还包括形成在磁记录层上的保护外涂层。

9.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，加热器是电阻性加热器。

10.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，加热器是激光器。

11.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中还包括用于支承感应写入磁头的滑块。

12.  根据权利要求11的磁盘驱动器，其中，加热器被支承在滑块上。

13.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，上铁磁性层由具有的内禀矫顽力实质上大于下铁磁性层的内禀矫顽力的材料形成。

14.  根据权利要求1的磁盘驱动器，其中，下铁磁性层位于距写入磁头一定距离处，以致当不存在来自加热器的热量时，下铁磁性层处的写入磁场小于下铁磁性层的内禀矫顽力。

15.  一种磁记录盘驱动器，包括：
感应写入磁头，用于产生磁场；
磁记录盘，包括基片和基片上的磁记录叠层，该磁记录叠层具有下铁磁性层、上铁磁性层、以及下和上铁磁性层之间的非铁磁性隔离层，上铁磁性层位于距写入磁头的距离S处，下铁磁性层位于距写入磁头的距离S+X处，当在距离S处受到来自写入磁头的磁场时，下铁磁性层具有的内禀矫顽力可使磁化强度反转，但在距离S+X处受到来自写入磁头的磁场时，下铁磁性层的内禀矫顽力不能使磁化强度反转；
用于加热下铁磁性层的降低其内禀矫顽力的装置，从而在距离S+X处受到来自写入磁头的磁场时，可使磁化强度反转。

16.  根据权利要求15的磁盘驱动器，其中，下和上铁磁性层中的至少之一是反铁磁性耦合(AFC)层，该AFC层包括第一铁磁性薄膜、第二铁磁性薄膜和位于第一和第二铁磁性薄膜之间的反铁磁性耦合薄膜，该反铁磁性耦合薄膜具有的厚度和组成使得第一和第二铁磁性薄膜产生反铁磁性交换耦合。

17.  根据权利要求16的磁盘驱动器，其中，仅有下铁磁性层是AFC层。

18.  根据权利要求17的磁盘驱动器，其中，AFC层的第一铁磁性薄膜具有厚度t1和磁化强度M1，并且与非磁性隔离层相邻，AFC层的第二铁磁性薄膜具有厚度t2和磁化强度M2，其中第二铁磁性薄膜的单位面积磁矩(M2×t2)小于第一铁磁性薄膜的单位面积磁矩(M1×t1)。

19.  根据权利要求15的磁盘驱动器，其中，加热器是电阻性加热器。

20.  根据权利要求15的磁盘驱动器，其中，加热器是激光器。

21.  根据权利要求15的磁盘驱动器，其中还包括用于支承感应写入磁头的滑块。

22.  根据权利要求21的磁盘驱动器，其中，加热器被支承在滑块上。

23.  根据权利要求15的磁盘驱动器，其中，上铁磁性层由具有的内禀矫顽力实质上大于下铁磁性层的内禀矫顽力的材料形成。

具有叠层介质并且介质信噪比 改善的磁记录盘驱动器
相关申请
本申请涉及名称为“在介质信噪比改善的叠层介质上进行磁记录的方法”的同时提交的共同未决专利申请，该申请基于与本申请相同的说明书。
技术领域
本发明一般涉及磁记录盘驱动器，更具体地涉及由于介质信噪比(SNR)改善而使得记录密度提高的磁记录盘驱动器。
背景技术
在磁记录盘驱动器中，磁盘上的磁记录介质是粒状金属合金，例如CoPt合金，介质内禀噪声随着线性纪录密度的增大而增大。由于记录的磁性转换的不规则而出现介质噪声，并且导致读回信号峰值的随机漂移。较高的介质噪声导致较高的误码率。于是在磁记录盘驱动器中获得较高的面积密度，必须降低介质内禀噪声，即提高记录介质的信噪比(SNR)。
介质SNR的第一数量级比例是20log(N^1/2)，其中N是单位面积介质的磁性颗粒数量，SNR以dB单位表示。因此，N的增加可以伴随着SNR的提高。但是，N受到保持记录的磁化强度的热稳定性所要求的单个颗粒面积的限制。产生这种限制是因为避免产生热退化的能量项是KV，其中K是各向异性，V是单个磁性颗粒的体积。必须保持KV大于一定的值，以便确保记录的磁化强度的热稳定性。仅通过减小颗粒面积A来增加N将降低V，因为V＝At，其中t是颗粒高度(即磁记录层的厚度)，这样将降低KV，影响热稳定性。避免这种问题的一种办法是随着V的减小成比例地提高各向异性K。但是，这种办法受到记录磁头可以产生的写入磁场的限制。对介质进行写入(即改变记录的磁化强度)的所必需的磁场由介质的短时或者内禀矫顽力H₀所代表，与K/M成正比，其中M是颗粒磁化强度或者磁矩。因此，提高K将提高H₀，可以使得介质不能被传统的记录磁头写入。总之，为了保证磁记录盘驱动器的可靠工作，介质必须具有足够高的SNR，对可写入而言足够低的H₀，以及对热稳定性而言足够高的KV。
采用“叠层”介质可以实现介质的SNR改善。在叠层介质中，被非磁性隔离层分隔及磁性去耦的两层或多层分离的磁性层的叠层代替了单个磁性层。此发现是由S.E.Lambert等人在“利用叠层降低薄膜金属介质中的介质噪声”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.26，No.5，1990，9，pp.2706-2709做出的，并且获得了美国专利5051288。由于该办法在磁性叠层中包含两磁性层时增加了N，例如基本增加了一倍，所以提高了SNR。在该办法中，单个磁性层中所用的同样的磁性合金组成用于磁性叠层的全部磁性层中，以便不必使用K更高的磁性合金材料。这样，K保持与单层介质相同，即每个磁性层具有能够由传统写入磁头写入的内禀矫顽力H₀。如果叠层中的每个磁性层的厚度也与单个磁性层相同，则颗粒体积V保持相同，因为两磁性层中的颗粒被非磁性隔离层磁性去耦。这样，SNR提高，但Kv不降低，从而也不会降低热稳定性。但是，这种提高介质SNR的叠层介质的办法实质上需要较厚的介质，例如为了使SNR提高大约3dB，磁性层总厚度需要加倍。但是，因磁性层厚度加倍而产生了不同的问题，亦即重写(OW)的变劣，这涉及到衡量在在先写入信号上记录第二次信号究竟如何的问题。低的OW是不期望的，因为这意味着通过第二次信号重写之后仍然保留了大量的原有信号。即使叠层中的磁性材料能够被传统的写入磁头所写入，但是在叠层介质中出现低的OW，这是因为随着与磁头的距离增大，写入磁场减弱，所以底部磁性层的写入磁场强度比顶部磁性层地要弱。
通过热辅助磁性记录(TAMR)，也可以改善介质的SNR，其中在写入过程中将高K磁记录层加热到接近磁性材料的居里温度。在此办法中，用不同合金组成的单个磁性层代替具有KV值的单个磁性层。这种不同合金具有较小的颗粒，从而增加了N，但是也具有较高的各向异性K。由于较高K的材料具有较高的H₀，所以不能用传统的写入磁头进行写入，于是必须加热磁性材料，降低内禀矫顽力，使得足以进行写入。已经提出了在TAMR中用于加热高K介质的几种方法，包括使用激光束或者紫外线灯进行局部加热，正如以下文献所记载的：“Data Recording at Ultra High Density”，IBM Technical DisclosureBulletin，Vol.39，No.7，July 1996，p.237；“Thermally-AssistedMagnetic Recording”，IBM Technical Disclosure Bulletin，Vol.40，No.10，October 1997，p.65；和美国专利5583727。TAMR系统所用的读出/写入磁头公开于美国专利5986978，其中靠近写入磁头的磁极或者在一定间隙内制造特殊的光学通道，用于将激光或者热量指引到通道。美国专利6493183公开了TAMR磁盘，其中薄膜感应写入磁头包括位于写入磁头极尖之间的写入间隙中的电阻性加热器，用于局部加热高K磁记录层。
需要的是具有热稳定性、OW高的高SNR介质的磁记录盘驱动器。
发明内容
根据本发明的磁记录盘驱动器具有感应写入磁头和加热器，用于在记录磁盘上的叠层介质中记录数据。该叠层介质具有被非磁性隔离层分隔的至少两层铁磁性层，SNR得以改善。每个铁磁性层可以由具有能够被传统的感应写入磁头进行写入的内禀矫顽力的材料形成，但是由于为了提高SNR的期望的叠层，距写入磁头最远的铁磁性层受到的磁场小于其内禀矫顽力，因此不能进行写入。为了对叠层介质进行写入，将热量引导至下铁磁性层，使其内禀矫顽力降低至其受到的磁场之下。由于上铁磁性层也被加热，所以上层可以使用具有高K值的材料，以便上铁磁性层能够具有的矫顽力可使其未被加热时不能由传统的写入磁头进行写入。
加热器可以设置得靠近或者内置在感应写入磁头，并且可以是电阻性加热器或者其它加热源，例如激光。
叠层介质中的铁磁性层之一可以是反铁磁性耦合(AFC)结构，具有被反铁磁性耦合薄膜分隔的两个反铁磁性耦合的铁磁性薄膜。
为了进一步了解本发明的性质和优点，可以参见以下结合附图所做的详细说明。
附图说明
图1是根据本发明的磁盘驱动器的俯视图，其中盖已取走。
图2A是本发明的磁盘驱动器中使用的磁头结构的空气支承表面(ABS)视图，展示了感应写入磁极和电阻性加热器。
图2B是图2A的加热器结构和具有记录叠层的磁盘的剖面图，展示了来自磁头结构的写入磁场和热流量。
图3是具有磁记录叠层的磁盘结构的剖面示意图。
图4是来自感应写入磁头的归一化写入磁场作为与磁头极尖的距离的函数的曲线图。
图5是CoPtCrB合金磁记录层的H₀与以dB表示的重写(OW)的函数曲线图。
图6是另一种磁盘结构的剖面示意图，其中具有反铁磁性耦合(AFC)层作为磁记录叠层中的底层。
具体实施方式
图1是根据本发明的磁盘驱动器的俯视图，其中盖已取走。驱动器10具有外壳或基底12，支承用于旋转磁记录盘14的致动器30和驱动电机，磁记录盘具有记录叠层。致动器30一般是音圈电机(VCM)旋转致动器，具有刚性臂34，如箭头24所示地围绕枢轴32旋转。磁头悬浮组件20包括悬浮件21和磁头载体，悬浮件21一端固定在致动器34的末端，磁头载体一般是固定在悬浮件21的另一端的滑块22。磁盘14旋转时，致动器30的运动可使位于磁头载体22的尾端的磁头读取磁盘14上的不同数据磁道，用于记录和读取数据。位于滑块22上的磁头结构包括感应写入磁头、磁致电阻读取磁头和在施加写入磁场的同时加热记录叠层的装置。
图2A-2B展示了美国专利6493183公开的磁头部分，包括产生写入磁场的感应部分和加热介质的加热器。磁头的感应部分包括磁轭Y和线圈C(图2B的剖面图中展示了线圈C的段)。磁头安装在磁头载体的尾端102，例如空气支承滑块100。当写入电流通过线圈C时，在两个磁极P1和P2之间的写入间隙WG中产生磁场，如图2A所示，其中写入磁头极尖103、105是从磁盘14正上方的滑块的空气支承表面(ABS)观察的。图2B也展示了面对ABS的磁盘14的剖面，该磁盘在保护外涂层12之下具有磁记录叠层11。记录叠层11包括下或底铁磁性层13、非磁性隔离层15、上或顶铁磁性层17。在此磁头中，加热器件是内置在磁极P1、P2之间的写入间隙WG之中的电阻性加热器20。图2A展示了与加热器20连接的电引线23。引线23由导电良好的导热材料形成，例如铜、铑或金。加热器20与磁盘14的紧密靠近可使磁性叠层11的区域被加热(正如图2B中的波状线所示)，同时在受到极尖103、105之间产生的磁场(正如图2B的虚线所示)的区域中记录数据比特。磁盘14在磁头之下旋转时，磁性层11是凉的，并且两铁磁性层13、17保持来自写入磁场的磁化强度方向。因此如果在此区域中的铁磁性层13、17的平行磁化强度处于与外加磁场相反的方向，则它们现在反向。虽然图2A和图2B展示了位于写入间隙WG中的加热器20，但是加热器也可以位于写入间隙之外，例如在图2A的磁极P2之上或者P1之下。加热器也可以形成为线圈C的一部分，正如美国专利申请2003/0021191A1所披露的，其中线圈的壳部分起到加热器的电引线作用。此外，加热器不必是电阻性加热器，并且可以是不与感应写入磁头直接相关的分离元件，例如将光点指向介质的激光器。
图3是具有磁记录叠层11的磁盘14的更详细视图，展示了基片(一般是具有表面涂层或者玻璃的AlMg合金)和用于增强磁记录层11的生长的传统底层。层11包括至少两个独立的磁性层13、17，每个具有磁矩Mrt₁，其中相邻的两层被非铁磁性隔离层15分隔。此复合结构的两叠层具有总Mrt＝2Mrt₁。在此实施例中，全部铁磁性层具有相同的组成，因而Mr相同。但是，可以采用不同的铁磁性材料和厚度，对于图3的结构，总磁矩将由Mrt₁t₁+Mrt₂t₂确定。如图3的箭头所示，在每个磁化状态下，两铁磁性层13、17的磁化强度相互平行。
使用图3的记录层结构，将使单位面积的颗粒数量加倍，介质SNR呈现3dB的改善。但是，在传统磁盘中的介质SNR的这么大的改善给可写性方面带来明显的损失，其本身表现在差的OW值。对于SNR的全部3dB的增益，与传统的非叠层记录层相比，OW可以小6dB之多。在测量OW时，对介质写入低频方波信号。在频谱分析仪上测量该信号的幅度。然后以六倍于原始信号频率的频率，用第二方波信号对该信号进行重写。然后用频谱分析仪测量原始信号残余的信号幅度。OW定义为原始低频信号的幅度与其被更高频率信号重写之后的残余低频信号的幅度之间的比例。按是(上述比例的)20log的dB单位测量OW。使用该数字的绝对值。
与TAMR不同，无可写能力是因为记录层的高K值，在叠层介质结构中，铁磁性材料具有各向异性K值以及能够写入的内禀矫顽力。但是，差的可写性是因为记录叠层中的下磁性层受到的来自写入磁头的磁场极低。对于具有100nm写入间隙和100nm宽度的感应写入磁头而言，一般写入磁头磁场分布与记录层距写入磁头极尖的垂直间距的函数关系如图4所示。在两层记录叠层11中的每个磁性层13、17的中部的磁场用实线正方形标明。在底磁性层13的中部的磁场比在顶磁性层15的中心的磁场低20％，这表明在写入底磁性层13时的困难。对于较小磁道宽度而言，面积密度超过100G比特/英寸²，这种问题将更加严重，将阻碍叠层介质对高面积密度磁盘驱动器的应用。
如图2B所示，顶铁磁性层17与极尖103、105的距离为S，其中S是从铁磁性层17的中部测量的，底磁性层13与极尖103、105的距离为S+X，其中S+X是从铁磁性层13的中部测量的。写入磁头是传统的写入磁头，极尖103、105一般由CoFe或者CoFe合金形成，在大约25nm的距离S处产生大约9kOe的写入磁场。两个铁磁性层一般由传统的粒状CoPt合金形成(例如CoPtCrB)具有大约8kOe的H₀，对于传统的写入磁头在距极尖103、105的距离S＝25nm处，该H₀进行写入、即改变磁化强度来说是足够的低了。但是，距磁头40nm(S+X)的写入磁场仅有大约7.2kOe，小于底铁磁性层13的内禀矫顽力，因此不足以改变层13的磁化强度。
在本发明中，通过加热记录叠层提高了对下磁性层的写入能力。加热的应用降低了下磁性层的H₀，不影响SNR增益。在升高的温度，两磁性层的H₀被降低，可明显改善OW。对于一般的CoPtCrB合金磁性层，H₀值对温度的依赖性大约是15Oe/℃，这对应于100℃温度上升有1500Oe的降低，或者大约20％的降低。图5展示了OW作为H₀的函数的关系。该图展示了每100℃温度上升，对应于H₀有1500Oe的降低，将产生大约9dB的OW的改善。这种显著的改善使得记录叠层具有与单磁性层可比的OW值，从而消除了记录叠层在磁盘驱动器中的应用的主要限制。
对记录叠层加热的本发明的另一方面，是使用顶或上磁性层由高K材料形成的记录叠层。这导致热稳定性的改善，可以用于降低上磁性层的厚度，从而降低写入磁头与下磁性层之间的磁性间隔。这进一步改善了下层的可写性，从而改善了OW。这样，顶磁性层可以由具有高K的材料形成，例如具有相对较高Pt含量的CoPt合金，因此具有较高的H₀值。例如，顶磁性层可以由具有16原子百分比的Pt的CoPtCrB合金形成，具有大约10kOe的内禀矫顽力。这个值的H₀大于传统磁头在距离S能够产生的写入磁场。但是，当此下磁性层被加热到大约100℃，其内禀矫顽力降低到大约8.5kOe。
如图6所示，根据本发明的磁盘驱动器也可以应用于反铁磁性记录叠层111，正如未决申请US2002/0098390所介绍的。在此结构中，记录叠层111的底磁性层113是反铁磁性耦合(AFC)结构，正如US6280813所公开的，包括被反铁磁性耦合薄膜144分隔的两反铁磁性耦合薄膜142、146。非磁性隔离层115将顶磁性层117与AFC层113分隔。上铁磁性薄膜146具有的Mrt₁大于下铁磁性薄膜144的Mrt₂。可替代地，在记录叠层111中，AFC层113可以是上磁性层，单磁性层117可以是下磁性层。如图6的箭头所示，上层117的磁化强度和AFC层113的净磁化强度在每个磁化状态下是平行的。
虽然图3和6中仅给出了两磁性层叠层结构，但是根据本发明的磁盘驱动器可以应用于具有两层或更多AFC层以及两层或更多单磁性层的叠层介质，非磁性隔离层位于相邻磁性层之间。
虽然结合优选实施例对本发明做了特别展示和说明，但是本领域技术人员应该了解，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以在形式和细节方面做出各种改变。因此，公开的本发明应仅认定为示例性的，其范围仅由权利要求书来限定。