专利名称：热辅助记录图案化介质磁记录盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用图案化介质的热辅助记录(TAR)型磁记录硬盘驱动器，其中每个数据位储存在盘上的磁隔离岛中，更具体而言，涉及具有图案化多层介质的TAR盘驱动器。
背景技术：
具有图案化磁记录介质(也称为位图案化介质(BPM))的磁记录硬盘驱动器已经被提出以增大数据密度。在图案化介质中，盘上的磁材料被图案化成小的隔离数据岛或布置成同心数据道的岛。每个岛包含单个磁“位”且通过非磁区域与相邻岛分隔开。这与常规连续介质相反，在常规连续介质中，单个“位”由形成单个磁畴的多个弱耦合的相邻磁晶粒构成，位彼此物理相邻。图案化介质盘可以是纵向磁记录盘或垂直磁记录盘，在纵向磁记录盘中，磁化方向平行于记录层或在记录层面内，在垂直磁记录盘中，磁化方向垂直于记录层或离开记录层平面。为了产生图案化岛所需的磁隔离，岛之间的区域的磁矩必须或破坏或者充分减小以使这些区域实质上是非磁的。备选地，可以制造介质使得岛之间的区域基本没有磁材料。与用于连续和BPM两者的磁记录材料相关的问题是低热稳定性。随着磁晶粒变得更小以实现超高记录密度，它们变得易受磁衰退影响，即磁化区域自发失去它们的磁化，导致数据丢失。这归因于小磁晶粒的热激发，且称为超顺磁现象。磁晶粒的热稳定性在大的程度上由KuV确定，其中Ku是磁记录材料的磁各向异性常数，V是磁晶粒的体积。因此，具有高Ku的磁记录材料对于热稳定性而言是重要的，尽管Ku不能高得妨碍来自写头的磁写场进行写入。为了实现高Ku(高各向异性)材料的使用，已经提出了热辅助磁记录(HAMR)，也称为热辅助记录(TAR)。在TAR系统中，带有近场换能器(NFT)的光波导引导来自辐射源诸如激光器的热来加热盘上的磁记录层的局部区域。辐射将磁材料局部加热到其居里温度附近或以上以将矫顽力降低到足以通过写头进行写入。TAR系统也被提出用于具有BPM的盘驱动器，其中每个数据岛在施加来自写头的写场的同时被加热。已经提出了多层BPM，其中每个数据岛具有多个堆叠的磁单元，其通过非磁间隔层彼此磁去耦。在多层BPM中，数据密度增大到2 (n-1)倍，其中η是每个岛中的单元数。转让给与本申请相同受让人的US6865044B1描述了每个数据岛中有两个磁单元的多层BPM盘驱动器，其中上单元用磁写场以常规方式写入，上和下单元两者通过加热该单元利用TAR来写入。然而，这类盘驱动器受到位寻址能力问题的困扰，因为写场或边缘场(fringe field) 能覆写正在写入的数据岛附近的接近地间隔开的数据岛的上单元中的数据。因为图案化垂直介质可具有宽分布的翻转场，即将岛的磁化从一个磁化状态翻转到另一状态所需的写场，所以更可能发生覆写。因为记录头的磁场梯度有限，所以在相邻岛上的残余磁场能导致这些岛上的上单元的无意的覆写。采用TAR的BPM记录缓解了该问题，因为岛之间的物理分隔减小了横向热流动且提供了更大的有效写梯度。此外，因为上单元的矫顽力必须足够低以被常规写头写入，所以它们不能由高各向异性材料形成，高各向异性材料对于实现具有高热稳定性的介质而言是期望的。需要一种具有多层BPM的盘驱动器，其不受位寻址能力和低热稳定性问题的困扰。
发明内容
本发明涉及一种热辅助记录(TAR)图案化介质磁记录盘驱动器，该驱动器具有垂直图案化介质盘和激光器，该垂直图案化介质盘具有多层数据岛，该激光器能向进场换能器(NFT)提供多个水平的输出功率。每个数据岛包含至少两个磁单元，每个磁单元具有垂直磁各向异性，被非磁间隔层分隔开。在每个岛仅有两个单元的一实施例中，每个岛由具有矫顽力Ha和居里温度Ta的磁材料的上单元、具有矫顽力Hc2和居里温度Tc2的磁材料的下单元以及将两个磁单元分隔开且磁去耦的非磁间隔层形成。每个单元表示单个磁化位且通过非磁间隔层与其岛中的另一单元分隔开。每个单元由高各向异性材料形成从而具有比磁写场更大的各向异性场。这确保了全部磁单元具有高的热稳定性。在单元不被写入时的普通盘驱动器操作温度(即约275至335开尔文)下，Ha和H。2两者都大于磁写场，且Tc2大于 Tqi °上和下单元两者都可由基于!^ePtLlci相的伪二元合金!^eXPt形成，其中X选自Cu 和Ni。在这些合金中，随着Cu或Ni增多，磁晶各向异性和居里温度减小。上单元的材料中存在的Cu或Ni的量大于下单元的材料中存在的Cu或Ni的量以确保Tc2大于Τα。因为数据岛内的每个单元具有不同的Tc，所以通过向NFT提供多个水平的输出功率可以将独立数据写入到每个单元。如果每个岛仅有两个单元，则仅需要两级功率水平 (低水平Pl和高水平P》。两个不同的光功率水平允许岛被NFT加热到两个截然不同的温度。激光器功率水平于是响应于待写入的数据的值，即岛中的两个单元将具有相同还是相反的磁化。如果它们将具有相同或平行的磁化，则高激光功率P2被选择用于岛单次经过写头和NFT。如果它们将具有相反或反平行的磁化，则高激光器功率P2被选择用于第一次写经过，接着选择低激光器功率Pl用于第二次写经过。为了全面理解本发明的本质和优点，请接合附图参考下面的详细描述。
图1是根据本发明的图案化介质TAR盘驱动器的俯视图。图2A和图2B是与本发明的盘驱动器相关的电子系统的框图，还示出图案化磁记录盘和支承读头、写头和近场换能器(NFT)的一部分气垫滑块的截面图。图3是从盘观察时NFT的视图，且描绘了作为带主尖(primary tip)的‘ ”形天线的NFT。图4是根据本发明的多层图案化磁记录介质的截面图。图5A、5B、5C和5D是具有两个磁单元的离散数据岛被写入以分别记录四种可能的磁状态A-D中的每个的方式的图示。
具体实施例方式图1是根据本发明的热辅助记录(TAR)图案化介质盘驱动器100的俯视图。驱动器100具有外壳或基座101，其支承致动器130和使图案化磁记录盘10绕其中心13旋转的主轴电机(未示出)。致动器130可以是音圈电机(VCM)旋转致动器，其具有刚性臂134且如箭头IM所示地绕枢轴132旋转。头悬架组件包括一端连接到致动器臂134的末端的悬架121和以及连接到悬架121的另一端的头载具诸如气垫滑块122。悬架121允许头载具 122维持得非常靠近盘10的表面。滑块122支承读/写或记录头109。记录头109通常是感应写头和磁致电阻读头的组合(也称为读/写头)，且位于滑块122的拖尾端或端面上。 TAR辐射源是激光器250，其示为支承在悬架121上，但是备选地可以支承在臂134或滑块 122上。滑块122支承用于将辐射从激光器250引导到盘10的光学通道或波导和近场换能器(NFT)(未示于图1中)。仅一个盘表面以及相关的滑块和记录头示于图1中，但是通常有多个盘堆叠在被主轴电机旋转的毂上，单独的滑块和记录头与每个盘的每个表面关联。图案化磁记录盘10包括具有基本平坦表面的盘衬底12，其支承离散的多层数据岛。在图1中表示为小圆圈的数据岛如普通数据岛52、M、56、58具有多个堆叠的单元，所述单元用作离散的磁位以用于数据存储。每个离散的数据岛通过非磁区域或间隔彼此分隔开。术语“非磁”意味着数据岛之间的间隔由以下材料形成非磁材料，诸如电介质；或在没有外加磁场时基本没有剩余磁矩的材料；或在块(block)之下凹陷得足够远的沟或槽中以不负面影响读和写的磁材料。数据岛之间的非磁间隔也可以没有磁材料，诸如磁记录层或盘衬底中的槽或渠。数据岛布置成径向间隔开的圆形道，道分组成环形带或区151、152、153。在每个道内，数据岛通常布置成数据扇区，数据扇区的数量在每个区中不同。将数据道分组成环形区允许分带的记录，其中在每个区中数据岛的角间隔不同，因而数据速率不相同。在图1中， 示出三个区151、152、153，对于各区仅示出各自的同心数据道161、162、163的一部分。虽然仅三个区示于图1中，但是现在的盘驱动器通常具有约20个区。在每个区中还有专门的非数据区，其包含一般径向指向的同步(sync)标记，如区153中的一般同步标记173。每个同步标记173可以是多个圆周向间隔开的标记，间距在每个带区中不同，它们被读头检测以使写头能与该区中的数据岛的具体间距同步。在每个区中的相继的同步标记之间的数据区域(诸如区153中的同步标记173之间的数据区域164)通常包括固定数量的数据扇区。 同步标记可以位于某些数据扇区的扇区头部中。数据将被写入或读取的物理位置通过头编号、道编号(当有多个盘时也称为“柱面”编号)和数据扇区编号来识别。当盘10沿箭头20的方向绕其中心13旋转时，致动器130的移动允许在头载具 122的拖尾端上的读/写头109访问盘10上的不同数据道和区。因为致动器130是旋转致动器，其绕枢轴132枢转，所以读/写头109横越盘10的路径不是完美的径向，而是弓形线 135。每个数据道还包括多个圆周向或角间隔开的专用非数据伺服区或扇区120，其包含可被读头检测的定位信息以用于将头109移动到期望的数据道并将头109维持在该数据道上。每个道中的伺服扇区与其他道中的伺服扇区圆周对准从而它们沿基本径向跨道延伸，如径向指向的伺服扇区120所表现的那样。伺服扇区120具有弓形，其基本复制头109 的弓形路径135。伺服扇区120是盘上的非数据区，其一旦被磁化(通常在盘的制造或形成期间)，则在盘驱动器的正常操作期间将不会被故意擦除。虽然同步标记(像同步标记 173)可以位于数据扇区的扇区头部中，但是作为备选，它们可以位于伺服扇区120中。
图2A和2B是与TAR盘驱动器100相关的电子系统的框图，还示出磁记录盘10的截面图，磁记录盘10具有通过非磁区或间隔60分隔开的离散可磁化多层数据岛(诸如一般的岛52、54、56、58)形式的图案化介质的磁记录层。在本发明的TAR盘驱动器中，每个数据岛包括多个堆叠的单元，每个单元可磁化在两个垂直方向中的一个上，如具有下单元22 和上单元42的岛52。因为难以显示非常小的特征而未按比例绘制的图2A和2B还示出部分滑块122和其面对盘的表面或气垫表面(ABQ的截面图。滑块122支承位于磁屏蔽件Sl 和S2之间的磁致电阻读头109b、垂直写头109a、激光器250、反射镜255、光通道200和NFT 210。写头109a是感应线圈写头，其包括线圈109c、在ABS处的写极109d和返回极109e。 当写极109d引导磁写场到已经被NFT 210加热(由波浪箭头211表示)的单元时，发生数据的写入(岛中单元的磁化方向的翻转)。如图2A和2B所示，激光器250和反射镜255可以位于滑块122的顶表面上。备选地，这些光学元件可以位于致动器臂134或悬架121(图1)上或者在盘驱动器中的其他位置，辐射从激光器经过光纤或波导被引导。激光器250可以是表面发射二极管激光器，例如CD-RW型二极管激光器，其提供具有约780nm波长的光学辐射。NFT 210在滑块122的ABS处位于光波导或通道200的输出处。激光器250将辐射指向反射镜255且然后经过光波导200，如箭头216所示。当盘沿方向20旋转经过滑块 122时，辐射入射到NFT 210，产生到岛的会聚近场辐射。“近场”换能器在这里使用时指的是“近场光学装置”，其中光的路径是到、来自、经过或接近具有亚波长特征的元件且光被耦合到与第一元件相距亚波长距离定位的第二元件。NFT通常使用以这样的方式成形的低损耗金属(例如Au、Ag、Al或Cu)将表面电荷运动集中在成形为主顶点或尖的表面特征处。 振荡尖电荷产生强烈的近场图样(near-field pattern) 0有时候，金属结构能产生共振电荷运动，称为表面等离激元或局域等离激元，以进一步增大强度。振荡尖电荷的电磁场又提升了近场中的光输出，其被引导到盘上的数据岛。NFT 210具有比来自激光器250的辐射的波长小的特征，NFT 210与岛之间的间距小于来自激光器250的辐射的波长。图3是从盘观察的NFT 210的视图，且示出NFT 210为具有主尖212的‘ ”形天线。“E”形和尖的形状可以通过电子束光刻或光学光刻来形成。NFT 210的金属膜的垂直于衬底平面的高度具有优选在约75到125nm之间的尺寸。在跨道方向上NFT 210的内角之间的距离可以具有约250至400nm的尺寸，两个尖的基部之间的距离可以为约100至180nm。 尖212具有约10-40nm的跨道宽度和约20-50nm的沿道长度。激光的波长可以在750nm至 IOOOnm的范围以匹配这些E形天线尺寸。当偏振光与E形天线的主尖212对准时，强的近场图样产生在尖212的末端处。通过调节E形天线的尺寸以使局域等离激元频率(local Plasmon frequency)匹配入射光波长，共振电荷运动能发生在主尖212处。NFT 210将输入的光功率聚焦至主尖212附近的盘表面上的非常小的斑点。再参照图2A和2B，盘驱动器电子系统包括读/写(R/W)电子系统113、伺服电子系统112、数据控制器电子系统115和接口电子系统114。R/W电子系统113接收来自读头 109b的信号，将来自伺服扇区120(图1)的伺服信息传递到伺服电子系统112，并将来自数据区164(图1)中的数据扇区的数据信号传递到控制器电子系统115。伺服电子系统112 通常包括伺服控制处理器，其使用来自伺服扇区120的伺服信息来运行产生控制信号的控制算法。控制信号被转化成驱动旋转致动器130以定位头109的电流。接口电子系统114通过接口 116与主机系统通讯，传递数据和指令信息。接口电子系统114还通过接口 118 与控制器电子系统115通讯，接口电子系统114通过接口 116接收来自主机系统诸如个人计算机(PC)的请求以用于从数据扇区读取数据或写数据到数据扇区。控制器电子系统115 包括微处理器和相关的存储器115a。控制器电子系统115接收来自接口电子系统114的一列请求数据扇区并将它们转化为一组编号，编号唯一地标识盘表面(与盘表面相关的头编号)、道和数据扇区。编号传递到伺服电子系统112以使得能将头109定位到适当的数据扇区。图2A和2B还示出主机系统诸如PC与盘驱动器之间的数据传输。来自数据扇区中的记录数据岛的信号被读头109b检测，被读/写电子系统113放大和解码。数据被送到控制器电子系统115且通过接口电子系统114经接口 116到主机。待写入到盘10的数据从主机送到接口电子系统114和控制器电子系统115且然后作为数据队列到图样生成器117 且然后到写驱动器119。写驱动器119产生高频电流脉冲到写头109a的线圈，这导致磁化数据岛中的单元的磁写场。能对应于不同数据区以不同频率操作的写时钟140在线144上输出时钟信号以控制图样生成器117和写驱动器119的时标(timing)。同步标记检测器 141接收输入线142上的来自R/W电子系统113的读回信号并在线143上输出信号以控制写时钟140的时标。同步标记检测器141检测来自R/W电子系统113的同步标记(像图1 的同步标记173)。每个区中的同步标记间隔不同从而同步标记检测器141使写时钟140能与每个不同区中的数据岛的间隔同步。在本发明的TAR盘驱动器中，因为每个数据岛包括多个堆叠的单元，每个单元可在两个垂直方向之一上磁化，所以激光器250能提供多个水平的输出功率。激光功率水平被图样生成器117调制，图样生成器117产生到门252的数字信号，门(gate) 252控制激光放大器254。如果在每个岛中仅有两个单元，则仅需要两个功率水平(低水平Pl和高水平 P2)。因此，取决于图样生成器117接收的数据队列中的数据值，图样生成器117输出0或 1到门252，其又将放大器2M设置到高或低水平以使激光器250输出水平Pl或P2的激光功率。这导致在NFT 210的两种不同的光功率水平，从而岛能加热到两种不同的温度。激光功率水平因此响应于待写入的数据值，即岛中的单元将具有相同还是相反的磁化。如下面将说明的那样，如果它们将具有相同或平行的磁化，则数据队列将导致选择激光功率P2 且岛经过写头和NFT —次。如果它们将具有相反或反平行的磁化，则数据队列将首先导致选择激光功率P2和岛第一次经过写头和NFT，接着是选择激光功率Pl和岛第二次经过写头禾口 NFT。图4是根据本发明的多层图案化磁记录介质的截面图。介质包括衬底12、多层垂直磁记录层50、可选的衬层14和可选的保护外涂层16。记录层50包括通过非磁间隔60 间隔开的多个岛诸如代表性的岛52、54、56、58。在每个岛仅有两个单元的一实施例中，于是每个岛由具有垂直磁各向异性的磁材料的第一下层20、具有垂直磁各向异性的磁材料的第二上层40、以及将每个岛中的两个磁层20、40分隔开且磁去耦的非磁间隔层30形成。每个岛因此是多层磁岛，具有至少两个堆叠的磁去耦的单元，诸如岛52中的单元22、42。每个单元表示单个磁化位且通过间隔层30与其岛中的另一单元分隔开并通过间隔60绘示的区域与其他岛中的单元分隔开。每个单元由高各向异性材料形成以具有比磁写场更大的各向异性场。这确保了全部磁单元具有高的热稳定性。堆叠中最上面的单元(单元42、44、46、48)由具有垂直磁各向异性、矫顽力Hci和居里温度Tci的材料形成。堆叠中最下面的单元(单元22、24J6、28) 由具有垂直磁各向异性、矫顽力Hc2和居里温度Tc2的材料形成。当单元不被写入时，Hci和 Hc2两者都大于正常盘驱动器操作温度(即约275至335开尔文)下的磁写场。此外，要求 TC2大于TC1。铁磁材料的居里温度是可逆点，在该点以上其变为顺磁性。在居里温度之下在铁磁材料中磁畴内的磁矩平行排列。随着温度上升到居里点附近，每个畴内的排列(磁化)降低。在居里温度以上，材料是顺磁的，从而磁矩处在完全无序状态。间隔60定义磁岛之间的区域且通常由非磁材料形成，但是可以由铁磁材料形成， 只要材料不负面影响对其分隔开的磁岛的信号记录和检测。磁岛可以通过首先光刻构图衬底，在图案化的抗蚀剂上沉积构成记录层50的层，然后去除抗蚀剂，留下磁岛来形成。或者，磁岛可以通过首先在衬底上沉积构成记录层50的层、光刻构图该记录层、通过光刻掩模蚀刻该记录层、然后去除抗蚀剂、留下磁岛来形成。在两种示例中，岛之间的区域中的间隔60是空洞，其可以填充有非磁填充材料诸如氧化铝或聚合材料以基本平坦化盘10。平坦化工艺将包括首先形成磁岛，然后沉积填充剂至比填充间隔60所需的厚度更大的厚度，然后用化学机械抛光(CMP)工艺抛光填充剂材料。这留下大致共面的间隔60的顶部和磁岛的顶部，之后可以溅射沉积可选的外涂层16。如图4中的代表性字母A、B、C、D和单元中的箭头所示，每个岛中有四种可能的磁水平或状态，每种磁状态依赖于每个磁单元中的磁化(磁矩)的方向。图4的两层实施例中的每种磁状态因此能表示为两位字节或字。如果下层20中的单元选择为字节或字中的第一位且上方向视为0，则磁状态为如下A [1,1]B
C
D [1,0]图4示出有两个磁层，但是三个或更多磁层是可行的。例如，如果有三个磁层且因此三个单元堆叠在每个岛中，则堆叠中的中间单元也由具有垂直磁各向异性和比磁写场大的矫顽力Hc3的材料形成，但具有居里温度Ira，其中Ira大于Ta且小于TC2。η个不同磁层上集成的总读回信号产生2η个不同的信号水平，其能用于磁记录。记录密度因此增大到2(Iri) 倍。间隔层30可以是非磁材料但是导热，只要它足够厚以确保岛中的磁单元被磁去耦。可用于间隔层的材料包括MgO, SiO2, A1203、Pt、Cu、Ag、Au和Ru。单元中的磁材料可以是提供垂直磁各向异性的任何类型的磁记录材料和结构。磁单元因此可以是具有垂直磁各向异性的金属性多层，如C0/Ni、C0/Pt、C0/Pd、i^e/Pt或
Pd多层。磁单元也可由生长在生长增强下层上的颗粒多晶钴钼铬(CoPtCr)合金形成，该生长增强下层诱导晶体C轴垂直于层平面，从而层具有强的垂直磁晶各向异性。磁单元也可以是公知的化学有序二元合金CoPt、CoPcU FePt, FePd, CoPt3、Co3Pt、CoPd3和Co3Pd或者基于CoPt和!^ePt Lltl相的伪二元合金中的一种。块体形式的化学有序合金CoPt、CoCrPt、 CoPd,FePt和FePd (全部沿Ll0或Ll1有序)以及CoPt3^Co3Pt和CoPd3 (全部沿Ll2有序) 因其高的磁晶各向异性和磁化、适于高密度磁记录材料的属性而众所周知。磁单元也可由展现垂直磁各向异性的已知非晶材料诸如CoSm、TbFe, TbFeCo和GdFe合金中的任一种形成。然而，用于单元的优选材料是基于!^ePtLlci相的!^eXPt合金，其中X选自Cu和Ni。 在这些合金中，随着Cu或Ni增多，磁晶各向异性和居里温度减小。更具体而言，此类材料是基于!^ePt Ll0相的伪二元合金，例如(Fe(y)Pt(1QQ_y))-X，其中y在约44和55原子百分比之间，元素X可以是Cu、Ni或Ag且以约1至约20原子百分比的范围存在。虽然伪二元合金一般具有与二元合金I^ePt相似的高各向异性，但是Cu或M的添加允许对材料磁属性的额外控制，具体地，减小磁晶各向异性和居里温度。FePt-Cu合金的属性已经由J. Uemoto 等人描述于"Control of Curie Temperature of FePt (Cu) Films Prepared From Pt (Cu) / Fe Bilayers，，，IEEE Transactions on Magnetics, Volume 44, Issue 11, Nov. 2008, pp. 3543-3546 l^XM, S. D. Willoughby"Electronic and magnetic properties of Fe1^xCuxPt", J. Appl.Phys. 95,6586(2004)中。FePt-Ni 合金的属性已经由 J. Thiele 等人描述于"Temperature dependent magnetic properties of highly chemically ordered Fe55_xNixPt45Ll0films”，J. App 1. Phys. 91,6595(2002)。无论用于单元的磁材料，重要特征在于居里温度的相对值和比写场更大的矫顽力值。高矫顽力确保仅在写场被施加且同时单元被加热到其各自的居里温度附近或以上时单元才能使其磁化被翻转。在任何单元的温度实质上在其居里温度之下时，例如在室温或正常盘驱动器操作温度(约275至335K)，写场太低而不能翻转任何单元的磁化。居里温度的相对值确保当最高单元在以低激光功率被加热的同时使其磁化被翻转时，最低单元不使其磁化被翻转。在两层介质的一个示例中，上和下单元两者都可由厚度约5nm的!^eCuxPt形成，其中X大于或等于1原子百分比且小于或等于20原子百分比。向!^ePt添加Cu降低了居里温度，且仅有小的磁各向异性下降。上单元的材料中存在的Cu的量大于下单元的材料中存在的Cu的量。这确保了 Te2大于Tei。通过适当地选择Cu的量，产生具有30k0e的Ha和 625K的Tei的上单元以及具有35k0e的He2和720K的Te2的下单元。这些!^eCuxPt材料具有用于上单元的SOkOe的高各向异性及用于下单元的IOOkOe的高各向异性，其每个实质地高于IOkOe的写场且因此确保了来自NFT的热轮廓(heat profile)确定道宽度。上和下单元也可由具有适当选择的Ni的量的!^eNiPt合金形成，因为像!^eCuPt合金那样，添加Ni 到!^ePt减小了磁晶各向异性和居里温度。此外，下单元可以由化学有序的二元合金!^ePt 形成，上单元由！^eCuPt或!^eNiPt合金形成。图5A-5D示出具有两个磁单元22、42的普通磁岛52被写入从而记录四种可能磁状态A-D中的每种的方式。参照图5A，写头109a是垂直头且具有连接到提供固定写电流I。 的电流源的线圈109c。电流源是写驱动器119(图2A和2B)的部件，写驱动器119还包括翻转电路以产生具有正或负电流水平Itl的双向写脉冲。NFT 210示为位于写极109d和返回极109e之间。写电流Itl产生来自写极109d的基本垂直磁写场Hw，其返回到返回极109e。 在双层介质中，下磁单元22具有比上磁单元42的居里温度Ta更大的居里温度Tc2和优选地比上磁单元42的矫顽力Hci更大的矫顽力HC2。当单元不被写入时Hci和Hc2两者都大于在正常盘驱动器操作温度(即约275至335K)下的磁写场Hw。图5A示出产生磁状态A[l，l]的写过程，在磁状态A[1，1]中单元22和42中的磁化平行且向下取向。这是通过高激光输出功率P2使NFT 210能加热下单元22至Tc2附近或以上来实现的，其也加热上单元42至Tci以上。这将两层的矫顽力减小至Hw以下。写场 Hw由电流I。产生。正Itl电流脉冲与到NFT 210的激光功率P2组合改变了层22、42两者中的磁化方向且产生A状态。类似地，如图5B所示，负Itl电流脉冲与到NFT 210的激光功率 P2组合改变了层22、42两者中的磁化方向且产生C
状态，其中层22和42中的磁化平行且向上取向。产生磁状态A和C的写过程仅需要介质单次经过写头109a和NFT 210。图5C示出产生磁状态D[1，0]的写过程，磁状态D[1，0]中磁化是反平行的，即下单元22的磁化向下，上单元42的磁化向上。为了产生D状态，岛必须首先在A状态，其要求在存在产生Hw的正电流Itl脉冲时介质第一次经过写头109a和具有P2的激光功率的NFT 210。然后在介质第二次经过时，施加低的激光输出功率P1，其足以使NFT 210加热上单元 42至Ta附近或以上而不加热下单元22至T。2附近。这将上单元42的矫顽力Ha减小到写场Hw以下而不将下单元22的矫顽力Hc2降低到写场Hw以下。写场因此不足以改变下单元 22的磁化。写场Hw由负I。电流脉冲产生，其与NFT 210的激光功率Pl组合以仅改变上单元42的磁化并产生D状态。图5D示出与图5C所示的写过程类似的写过程，但产生磁状态Β
，其中下单元22的磁化向上，上单元42的磁化向下。为了产生B状态，岛必须首先在C状态，其需要在存在产生Hw的负电流IO脉冲时介质第一次经过写头109a和具有激光器功率P2的NFT 210。然后在介质的第二次经过时，施加低激光器输出功率P1，其足以使NFT 210能加热上单元42至Ta附近或以上而不加热下单元22至T。2附近。这将上单元42的矫顽力Ha减小至写场Hw以下，而不将下单元22的矫顽力Hc2降低至写场Hw以下。因此写场不足以改变下单元22的磁化。写场Hw由正IO电流脉冲产生，其与送至NFT 210的激光功率P^i合以仅改变上单元42中的磁化并产生B状态。下磁单元和上磁单元的居里温度的实质性不同(Tc2大于Ta)将确保当激光器在低功率水平Pl时，在Hw的存在下，岛中仅上单元的磁化被翻转。通常这意味着下磁单元和上磁单元的矫顽力也存在实质性差异(Hc2大于矫顽力Ha)。对于上面描述的具体示例，上单元是具有62 的Ta和30k0e的Ha的!^eCuxPt,下单元是具有720K的Tc2和3^0e的Hc2 的!^eCuyPt (其中χ大于y)。60mA的固定写电流脉冲I。将产生约IOkOe的磁写场Hw。与 NFT的输出具有5%耦合效率的5mW的激光功率水平Pl将把上单元的温度增大到约650K， 其将把Ha减小到约OOe。IOmff的激光功率水平P2将把两层的温度增大到超过750K，这将把HCl减小到约OOe且把He2减小到约00e。优选地，Te2和Tei之间的差异至少为100K。上述写过程缓解了位寻址能力问题，因为即使来自写头的写场或边缘场与正被寻址(写入)的岛附近的岛中的单元相互作用，那些单元也不能被覆写，因为它们未暴露到来自NFT的热。因此，在本发明中，更少地担心图案化介质具有窄的SFD，因此在介质制造期间对单元和岛的成分和厚度的控制要求更少。多个磁状态A-D的读取要求能检测堆叠磁单元产生的读回信号水平。每个层的剩磁(Mr)和厚度⑴能被选择为最大化记录在一个岛上的2n种可能磁状态(其中η是堆叠层的数量)之间的读回信号差异。对于两层系统，读头产生的信号可近似为读回信号=信号信号2方程式1其中1和2分别指示顶和底单元的贡献。为了优化每个单元的贡献之间的净差异，信号工应优选为信号2的至少两倍。信号工彡2*信号2方程式2或者α ^MrJ1 彡 2* α ^MrJ2方程式 3其中(Mrt)是单元的剩磁-厚度乘积，α是间隔损耗因子(由读头几何构型以及读头、磁层和可能的软磁衬层(SUL)之间的间隔给出)。因此，使用以上示例，FeCuxPt的上单元将具有900memu/cc的Mr1且能具有5nm的厚度t1; FeCuyPt的下单元将具有IlOOmemu/ cc的Mr2且能具有5nm的厚度t2。空间损耗因子α为约exp (-2 π * δ /L)，其中L是沿道方向的岛节距，δ是各个单元的顶部和头之间的间隔。结果，方程式3的关系可以通过下面的关系实现(Mi^t1) / (Mr2t2)彡 2*exp (_2 π *、/!)方程式 4因此适当选择Mrt值和单元厚度以及间隔层厚度能用于实现期望的读回信号水平。虽然已经参照优选实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种改变而不偏离本发明的思想和范围。因此，所公开的发明将仅视为示例性的且仅限制在所附权利要求确定的范围中。
权利要求
1.一种热辅助记录(TAR)图案化介质磁记录盘驱动器，包括能旋转的磁记录盘，具有多个同心数据道，每个数据道被图案化成通过非磁间隔分隔开的离散数据岛，每个岛包括具有垂直磁各向异性的至少两个堆叠的磁单元，岛中的每个单元与其岛中的其他单元分隔开，堆叠中的最上面的单元具有矫顽力Hci和居里温度Ta，堆叠中的最下面的单元具有矫顽力Hc2和比Ta大的居里温度Tc2 ；写头，用于施加比Ha和Hra小的磁写场到所述数据岛；激光器光源，能提供至少两个水平的激光输出功率；光学通道和近场换能器，用于将来自所述光源的辐射引导到所述盘来加热所述数据岛；其中第一水平的激光功率Pl将岛中所述最上面的单元加热到Ta附近但是小于T。2的温度，第二水平的激光功率Ρ2将岛中所述最下面和最上面的单元加热到大于Ta且在Tra附近的温度；以及载具，用于支承所述写头和所述近场换能器，该载具的面对盘的表面维持在离所述盘比激光的波长更小的距离。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中每个单元包括!^eXPt合金，其中X选自Cu和Ni。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其中堆叠中所述最下面的单元包括化学有序的二元合金!^ePt。
4.如权利要求2所述的盘驱动器，其中堆叠中所述最下面的单元包括!^eCuPt合金，其中Cu的量大于或等于1原子百分比且小于或等于20原子百分比，且堆叠中所述最上面的单元包括i^eCuPt合金，其中存在的Cu的量大于所述最下面的单元中存在的Cu的量。
5.如权利要求1所述的盘驱动器，其中Tc2和Ta之间的差异至少为100K。
6.如权利要求1所述的盘驱动器，其中每个岛包括在单元的堆叠中的所述最下面的单元和所述最上面的单元之间的中间单元，所述中间单元具有矫顽力Hra和大于Ta且小于Tc2 的居里温度Tra ；且其中所述激光器光源能提供大于Pl且小于P2的第三水平激光输出功率 P3。
7.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括在该载具上用于检测来自所述数据岛的读回信号的读头，其中来自岛中所述最上面的单元的信号是来自岛中所述最下面的单元的信号的至少两倍。
8.如权利要求1所述的盘驱动器，还包括在该载具上用于检测来自所述数据岛的读回信号的读头，其中每个岛中仅有两个单元，其中所述最上面的单元具有剩磁-厚度乘积 (Mr^1)且所述最下面的单元具有剩磁-厚度乘积(Mr2t2)，且其中(MrJ1) / (Mr2t2)等于或大于2*exp (-2 π *、/!)，其中L是沿道方向的岛节距。
9.一种热辅助记录(TAR)图案化介质磁记录盘驱动器，包括能旋转的磁记录盘，具有支承多个同心数据道的基本平坦表面，每个数据道被图案化成通过非磁间隔分隔开的离散数据岛，每个岛包括由能基本垂直于盘表面磁化的磁材料构成并通过非磁间隔物分隔开的两个堆叠单元，堆叠中的上单元具有居里温度Τα，堆叠中的下单元具有比Ta大的居里温度Tc2 ；盘驱动器数据控制器，用于控制将要写入到数据岛的数据；写头，用于向数据岛施加磁写场，当所述单元实质上处于其居里温度以下的温度时，该磁写场不足以磁化所述单元；激光器，耦合到该数据控制器且响应于将要写入到数据岛的数据提供两个水平的激光输出功率，第一激光功率Pl用于与岛的两个单元中的反平行的磁化对应的数据，比Pl更大的第二水平的激光功率P2用于与岛的两个单元中的平行的磁化对应的数据；光学通道和近场换能器，用于将来自激光器的辐射引导到盘以加热数据岛；其中激光功率Pl将岛中的上单元加热到Ta附近但是小于Tc2的温度，激光功率P2将岛中的下和上单元加热到大于Ta且在T。2附近的温度；以及载具，用于支承写头和近场换能器，该载具的面对盘的表面维持在离所述盘比激光的波长更小的距离。
10.如权利要求9所述的盘驱动器，其中每个单元包括!^eXPt合金，其中X选自Cu和Ni。
11.如权利要求9所述的盘驱动器，其中堆叠中的下单元包括化学有序的二元合金 FePt0
12.如权利要求9所述的盘驱动器，其中堆叠中的下单元包括!^eCuPt合金，其中Cu的量大于或等于1原子百分比且小于或等于20原子百分比，堆叠中的上单元包括!^eCuPt合金，其中存在的Cu的量大于下单元中存在的Cu的量。
13.如权利要求9所述的盘驱动器，其中Tc2和Ta之间的差异为至少100Κ。
14.如权利要求9所述的盘驱动器，还包括在该载具上用于检测来自数据岛的读回信号的读头，其中来自岛中的上单元的信号是来自岛中的下单元的信号的至少两倍。
全文摘要
本发明提供一种热辅助记录(TAR)图案化介质磁记录盘驱动器，具有带多层数据岛的垂直图案化介质盘和能提供多个输出功率水平到近场换能器的激光器。如果每个岛中仅有两个单元，则每个岛由具有矫顽力HC1和居里温度TC1的磁材料的上单元、具有矫顽力HC2和大于TC1的居里温度TC2的磁材料的下单元、以及在两个单元之间的非磁间隔层形成。每个单元由高各向异性材料形成从而具有比磁写场更大的各向异性场。TAR激光器能提供至少两个水平的输出功率到NFT以允许岛被加热到两个截然不同的温度，使得岛中的两个单元能被写入以具有相同或相反的磁化。
文档编号G11B5/66GK102467914SQ20111035197
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者B.C.斯蒂普, D.K.韦勒, G.泽尔策, M.K.格罗比斯 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司