本發(fā)明涉及磁性數(shù)據(jù)記錄，且更具體的，涉及使用穩(wěn)健的、高效率的磁振蕩器的微波輔助磁記錄(Microwave Assisted Magnetic Recording，MAMR)。

背景技術(shù)：

計(jì)算機(jī)的核心是稱為磁盤驅(qū)動(dòng)器的組件。磁盤驅(qū)動(dòng)器包括旋轉(zhuǎn)磁盤，由鄰近旋轉(zhuǎn)磁盤的表面的懸架臂(suspension arm)懸掛的寫磁頭和讀磁頭，以及使懸架臂擺動(dòng)以將讀磁頭和寫磁頭放置在旋轉(zhuǎn)盤上的所選擇的數(shù)據(jù)軌道上的致動(dòng)器。讀磁頭和寫磁頭直接位于具有空氣軸承表面(ABS)的滑塊上。當(dāng)盤不旋轉(zhuǎn)時(shí)，懸架臂偏移滑塊與盤的表面接觸，但是當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣由旋轉(zhuǎn)盤打旋(swirled)，形成空氣軸承。當(dāng)滑塊騎(ride)在空氣軸承上時(shí)，寫磁頭和讀磁頭被用于將磁印(impression)寫入旋轉(zhuǎn)盤并從旋轉(zhuǎn)盤讀出磁印。讀磁頭和寫磁頭被連接到根據(jù)計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行的處理電路，以實(shí)現(xiàn)寫入和讀取功能。

寫磁頭包括至少一個(gè)線圈、寫入極以及一個(gè)或多個(gè)返回極。當(dāng)電流流過(guò)線圈時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)引起磁通流過(guò)線圈，這導(dǎo)致從寫入極的尖端發(fā)射的磁寫入場(chǎng)。該磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，從而它局部地磁化相鄰的磁介質(zhì)的部分，由此記錄數(shù)據(jù)位(bit of data)。然后寫入場(chǎng)經(jīng)過(guò)磁介質(zhì)的軟磁下層(magnetically soft under-layer)以返回到寫磁頭的返回極。

磁阻傳感器(諸如巨磁阻(GMR)傳感器或隧道結(jié)磁阻(TMR)傳感器)可被用于從磁介質(zhì)讀取磁信號(hào)。磁阻傳感器具有響應(yīng)于外部磁場(chǎng)而變化的電阻。這種電阻的變化可由處理電路來(lái)檢測(cè)，以便從磁介質(zhì)讀取磁數(shù)據(jù)。

隨著不斷增加的數(shù)據(jù)密度的需求，變得有必要將更小的數(shù)據(jù)位寫入到磁介質(zhì)上。這呈現(xiàn)了確保所記錄的位是熱、磁穩(wěn)定的方面的挑戰(zhàn)?？梢酝ㄟ^(guò)構(gòu)造具有更高的矯頑磁力和磁各向異性的磁介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)位的熱穩(wěn)定性，然而，這也要求較高的寫入場(chǎng)來(lái)記錄數(shù)據(jù)，其難以實(shí)現(xiàn)必要的較小的寫入極。克服該挑戰(zhàn)的一種方法是通過(guò)使用微波輔助磁記錄(MAMR)，其中，振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生在寫入極附近。該振蕩磁場(chǎng)磁激勵(lì)磁介質(zhì)，使它更容易被寫入。然而，為了高效率，用于產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)的磁振蕩器必須是熱穩(wěn)健、具有長(zhǎng)壽命，并且高效的，以便產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種磁振蕩器，該磁振蕩器包括磁自旋極化層、磁場(chǎng)產(chǎn)生層、以及夾在該磁自旋極化層和該磁場(chǎng)產(chǎn)生層之間的非磁性中間層。該非磁性中間層由銀(Ag)和元素X的合金來(lái)構(gòu)造。

元素X可以為鋅(Zn)或錫(Sn)。如果由銀-鋅(Ag-Zn)構(gòu)造，則中間層優(yōu)選地具有5-50原子百分比的鋅。如果由銀-錫(Ag-Sn)構(gòu)造，則中間層優(yōu)選地具有3-13原子百分比的錫。

在銀合金中的合金元素(諸如鋅或錫)的存在提供關(guān)于性能和可靠性的顯著的優(yōu)點(diǎn)。這些合金元素防止在中間層和相鄰的磁性層之間的元素的擴(kuò)散，這大大增加了磁振蕩器的熱穩(wěn)健性和可靠性。此外，合金元素大大降低了中間層的粗糙度，這降低了層間磁耦合，并增加了磁振蕩器的效率。

本發(fā)明的這些以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)閱讀以下詳細(xì)描述的實(shí)施例并結(jié)合附圖而變得顯而易見(jiàn)，在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示貫穿全文的類似的元件。

附圖說(shuō)明

為了更全面地理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)、以及使用的優(yōu)選模式，應(yīng)參考結(jié)合附圖來(lái)閱讀下面的詳細(xì)描述，附圖不是按比例繪示的。

圖1是磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的示意圖，本發(fā)明可以實(shí)施在該磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)中；

圖2是根據(jù)實(shí)施例的磁寫入元件的側(cè)面、截面圖。

圖3是從介質(zhì)面對(duì)表面看到的根據(jù)實(shí)施例的磁振蕩器的放大圖。

圖4是示出了對(duì)于在其中間層使用銀-鋅合金的磁振蕩器的作為鋅含量的函數(shù)的電阻率的曲線圖。

圖5是示出了對(duì)于在其中間層使用銀-鋅合金的磁振蕩器的作為鋅含量的函數(shù)的粗糙度的曲線圖。

圖6是示出了隨著對(duì)于在其中間層使用銀-鋅合金的磁振蕩器的作為鋅含量的函數(shù)的電壓跳變(V jump)的曲線圖。

圖7是示出了在其中間層使用銀-鋅合金的磁振蕩器的壽命與在其中間層使用銅(Cu)的磁振蕩器的壽命相比較的曲線圖。

圖8是示出了對(duì)于具有銀-錫中間層的磁振蕩器的作為錫含量的函數(shù)的電阻率的曲線圖。

圖9是示出了對(duì)于具有銀-錫中間層的磁振蕩器的作為錫含量的函數(shù)的粗糙度的曲線圖。

圖10是示出了對(duì)于具有銀-錫中間層的磁振蕩器的作為錫含量的函數(shù)的電壓跳變(V jump)的曲線圖。

圖11是示出了具有由銀-錫合金形成的中間層的磁振蕩器的壽命與具有由銅形成的中間層的磁振蕩器的壽命相比較的差異的曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面的描述是用于實(shí)施本發(fā)明的當(dāng)前設(shè)想的最佳實(shí)施例。該描述的目的是為了說(shuō)明本發(fā)明的一般原理，且并不意味著限制本文所要求保護(hù)的發(fā)明概念。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出了磁盤驅(qū)動(dòng)器100。磁盤驅(qū)動(dòng)器100包括外殼101。至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤112被支承在主軸114上，且由磁盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)118旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)盤上的磁記錄可以是在磁盤112上的同心數(shù)據(jù)軌道(未示出)的環(huán)形圖案的形式。

至少一個(gè)滑塊113設(shè)置在磁盤112附近，每個(gè)滑塊113支承一個(gè)或多個(gè)磁頭組件121。隨著磁盤旋轉(zhuǎn)，滑塊113在磁盤表面122上移進(jìn)移出，以使磁頭組件121可以存取(access)磁盤的不同的軌道，所需數(shù)據(jù)被寫入這些軌道。每個(gè)滑塊113通過(guò)懸架115被附接到致動(dòng)器臂119。懸架115提供偏移滑動(dòng)件113抵靠磁盤表面122的輕微彈力。每個(gè)致動(dòng)器臂119被附接到致動(dòng)器機(jī)構(gòu)127。如圖1所示，致動(dòng)器機(jī)構(gòu)127可以是音圈電機(jī)(VCM)。VCM包括在固定的磁場(chǎng)內(nèi)可移動(dòng)的線圈，線圈移動(dòng)的方向和速度由控制器129提供的電機(jī)電流信號(hào)來(lái)控制。

在磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行期間，磁盤112的旋轉(zhuǎn)在滑塊113和盤表面122之間產(chǎn)生空氣軸承，其在滑塊上施加向上力或升力。從而，在正常運(yùn)行期間，空氣軸承抗衡(counter-balance)懸架115的輕微彈力，并且以小的、基本恒定的間距支承滑塊113離開(kāi)并稍微高于盤表面。

磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種組件的運(yùn)行由控制單元129產(chǎn)生的控制信號(hào)(諸如存取控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào))控制。典型地，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲(chǔ)裝置和微處理器。控制單元129產(chǎn)生控制信號(hào)(諸如，在線路123上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制信號(hào)以及在線路128上的頭位置和尋找控制信號(hào))以控制各種系統(tǒng)運(yùn)行。在線路128上的控制信號(hào)提供所需的電流分布以最佳地移動(dòng)滑塊113并將滑塊113放置到在介質(zhì)112上的所需的數(shù)據(jù)軌道。寫入信號(hào)通過(guò)記錄通道125被傳達(dá)到寫磁頭，且讀取信號(hào)通過(guò)記錄通道125從讀磁頭121被傳達(dá)。

圖2是可以形成在滑塊113(例如上文參考圖1所描述的)上的磁寫入元件200的側(cè)面、側(cè)截面圖。寫入元件200包括磁寫入極202和磁返回極204，這兩者延伸到介質(zhì)面對(duì)表面(media facing surface，MFS)。磁返回極204在位于遠(yuǎn)離介質(zhì)面對(duì)表面(MFS)的區(qū)域處與寫入極202磁連接。可以使用各種其它中間磁結(jié)構(gòu)將寫入極202與返回極204磁連接，諸如磁成形層和/或磁后間隙層，為了清楚起見(jiàn)，這兩者未在圖2中示出。

寫入元件200還可以包括尾部(trailing)磁屏蔽206。尾部磁屏蔽位于介質(zhì)面對(duì)表面(MFS)，并且可以通過(guò)尾部返回極208在從介質(zhì)面對(duì)表面MFS移除的區(qū)域中與寫入極202和返回極204磁連接。

在圖2中的截面圖中示出的非磁性導(dǎo)電寫入線圈210從寫入極202的上方和下方穿過(guò)。寫入線圈210可以由諸如銅的材料構(gòu)造，并且可以嵌入在非導(dǎo)電、電絕緣材料212(諸如氧化鋁)中。當(dāng)電流流過(guò)寫入線圈210時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致流過(guò)寫入極202和返回極204的磁通。這導(dǎo)致磁場(chǎng)從寫入極202的尖端朝向相鄰的磁介質(zhì)214發(fā)射，從而將磁位(magnetic bit)寫入到磁介質(zhì)214。然后，該磁寫入場(chǎng)經(jīng)過(guò)磁介質(zhì)并返回到返回極204。因?yàn)榉祷貥O204在介質(zhì)面對(duì)表面具有比寫入極202大得多的區(qū)域，磁場(chǎng)返回到返回極204不擦除先前記錄的數(shù)據(jù)位。

尾部屏蔽206位于相對(duì)于寫入極202的尾部方向上，并以期望的間隔(尾部間隙)與寫入極202的尾部邊緣分離。尾部屏蔽的存在通過(guò)增加場(chǎng)梯度來(lái)促進(jìn)數(shù)據(jù)到磁介質(zhì)214的記錄。

為了增加數(shù)據(jù)密度，記錄的磁位的尺寸必須減小。然而，隨著磁位變得更小，磁位也變得更不磁穩(wěn)定。這些磁位的熱穩(wěn)定性可以通過(guò)增加磁介質(zhì)的磁矯頑力和/或磁各向異性得到改進(jìn)。然而，這使得位更難記錄，需要增加的寫入場(chǎng)來(lái)記錄位。不幸的是，隨著寫入極202變得更小(以便產(chǎn)生較小的數(shù)據(jù)位)，變得更難產(chǎn)生足夠強(qiáng)的寫入場(chǎng)來(lái)記錄到這樣的高矯頑力介質(zhì)。

克服這個(gè)問(wèn)題的一種方法是通過(guò)使用微波輔助磁記錄(MAMR)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的微波輔助磁記錄，提供磁性微波振蕩器(諸如自旋扭矩振蕩器216)，優(yōu)選地在寫入極202和尾部磁屏蔽206之間的空間中。正如其名稱所表示，磁性微波振蕩器216具有產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)(如本文下面所描述)。該振蕩磁場(chǎng)局部地、磁性地激勵(lì)磁介質(zhì)214，從而使得介質(zhì)顯著地更容易寫入。電路218可以與尾部屏蔽206和寫入極202連接，以便為磁振蕩器216提供電流。還可以提供絕緣層220，以確保由電路218供應(yīng)的電流流過(guò)磁振蕩器216。磁振蕩器216的功能將在下文詳細(xì)地描述。

圖3是示出了從圖2的線3-3所見(jiàn)的磁振蕩器216的示意圖的放大圖?？梢钥闯觯耪袷幤?16夾在寫入極202和尾部磁屏蔽206之間。磁振蕩器216包括第一磁性層302和第二磁性層304，以及夾在第一磁性層302和第二磁性層304之間的非磁性導(dǎo)電中間層306?？梢栽诖耪袷幤?16的底部設(shè)置底層308，以啟動(dòng)(initiate)在以上形成的層中所需的晶粒結(jié)構(gòu)，并且可以在磁振蕩器216的頂部設(shè)置蓋層310。

一個(gè)磁性層(例如302)是自旋極化層(SPL)，且另一個(gè)磁性層(例如304)是磁場(chǎng)產(chǎn)生層(FGL)。當(dāng)電流流過(guò)磁振蕩器216時(shí)，電子經(jīng)過(guò)自旋極化，在自旋極化中，由于自旋極化層302的磁化，它們的電子自旋變?yōu)閷?duì)齊的。然后，這些自旋取向的電子流過(guò)非磁性中間層306并流進(jìn)場(chǎng)產(chǎn)生層304。自旋取向的電子在場(chǎng)產(chǎn)生層304的磁化上施加自旋扭矩。該自旋扭矩導(dǎo)致如箭頭312所表示的旋進(jìn)(precessional)方式移動(dòng)的振蕩磁場(chǎng)。磁性層302、304可以具有各種成分，諸如鈷鐵(CoFe)或鎳鐵(NiFe)。蓋層可以是諸如鉭(Ta)或釕(Ru)或它們的組合的材料。

非磁性中間層306在磁振蕩器216的性能和可靠性中起著重要的作用。為了提供高磁性振蕩場(chǎng)，中間層306優(yōu)選地具有低電阻。還希望中間層具有紋理，該紋理提供沉積在其上的磁場(chǎng)產(chǎn)生層304的改進(jìn)的性能。另一方面，還希望中間層表現(xiàn)出良好的可靠性和穩(wěn)健性，即使在高溫下。此外，中間層的這些所需的性質(zhì)經(jīng)常彼此矛盾。具有滿足一個(gè)要求的良好性能的材料往往很差地滿足其他要求。例如，銅提供低電阻，但提供了差的熱穩(wěn)定性。當(dāng)使用銅作為中間層306時(shí)，升高的溫度可導(dǎo)致在中間層306和周圍的磁性層302、304之間的元素的擴(kuò)散。這導(dǎo)致熱擊穿(thermal breakdown)和不可靠性。另一方面，諸如銀的材料可以提供良好的導(dǎo)電性，以及足夠高的熱穩(wěn)健性，但表現(xiàn)出差的粗糙度，導(dǎo)致振蕩器的性能降低。

本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一類材料，當(dāng)在中間層306中使用時(shí)，該類材料為所有的競(jìng)爭(zhēng)參數(shù)提供最佳性質(zhì)。這些材料的使用提供：高導(dǎo)電性、優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和低粗糙度。為此，中間層306可以由銀和元素X的合金構(gòu)造。元素X可以是鋅或錫。如果由銀-鋅合金構(gòu)造，則中間層306優(yōu)選地具有5-50原子百分比的鋅。如果中間層306由銀-錫合金構(gòu)造，則其優(yōu)選包含3-13原子百分比的錫。

圖4至圖7示出了具有由銀-鋅合金形成的中間層的磁振蕩器的各種性能和可靠性的優(yōu)點(diǎn)。圖4示出了對(duì)于具有銀-鋅中間層306的磁振蕩器，中間層306的電阻率如何隨著鋅含量而變化。如將回顧的，磁振蕩器性能改進(jìn)，具有減少的電阻率。理想的是，中間層306的電阻率不大于30uOhm-cm。如在圖4中可以看出，對(duì)于范圍為5-50原子百分比的鋅含量，中間層的電阻率是足夠低的。

圖5示出了對(duì)于各種鋅含量的中間層的粗糙度?？梢钥闯?，粗糙度隨著鋅含量的增加而降低，實(shí)現(xiàn)了在鋅含量范圍為5-50原子百分比的情況下的期望的粗糙度的目標(biāo)。圖6示出了作為鋅含量的函數(shù)的電壓跳變(V jump)?？梢钥闯?，對(duì)于寬范圍的鋅濃度，用于振蕩器216的電壓跳變保持在期望的水平，約14毫伏。

圖7示出了具有銀-鋅中間層的磁振蕩器的壽命與具有銅振蕩器的磁振蕩器的壽命的比較?？梢钥闯觯哂秀y-鋅中間層的磁振蕩器的壽命大于具有銅中間層的磁振蕩器的壽命兩個(gè)數(shù)量級(jí)的幅度。即在給定的電壓處，具有銀-鋅中間層的磁振蕩器的壽命約大于具有銅中間層的磁振蕩器的壽命兩個(gè)數(shù)量級(jí)的幅度，如圖7中的垂直箭頭所表示的。于是可以看出，在磁振蕩器的中間層中使用銀-鋅合金提供了可靠性和穩(wěn)健性的非常大的提高。

圖8-11示出了通過(guò)在磁振蕩器的中間層中使用銀-錫合金所提供的性能和可靠性的優(yōu)點(diǎn)。圖8示出了對(duì)于各種錫濃度，磁振蕩器中的中間層的電阻率?？梢钥闯?，在錫濃度高達(dá)約7原子百分比處，電阻率保持很低，約為10uOhm，并且在錫濃度高達(dá)約13原子百分比處，保持低于30uOhm的期望的水平。此外，如圖9所示，對(duì)于約3-27原子百分比錫的錫范圍，中間層的粗糙度仍是理想的，例如低于0.6nm。

另外，如圖10所示，對(duì)于3-13原子百分比的錫范圍，電壓跳變(V jump)保持低于17mV的目標(biāo)值。圖11示出了具有銀-錫中間層的磁振蕩器的壽命(失效時(shí)間)與具有銅中間層的磁振蕩器的壽命的比較。再次，銀-錫的使用使磁振蕩器的壽命增加了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，從以上可以看出，對(duì)于微波輔助磁記錄(MAMR)，使用具有3-13原子百分比的銀-錫中間層提供了磁振蕩器的優(yōu)異的性能和可靠性的優(yōu)點(diǎn)。

雖然已在上面描述各種實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，它們僅通過(guò)示例的方式呈現(xiàn)而非限制。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的其它實(shí)施例也可以對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。因此，本發(fā)明的廣度和范圍也可以對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)由任何上述的示例性實(shí)施例來(lái)限制，而應(yīng)僅根據(jù)隨附的權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。