具有用于近场换能器的保护性多层膜的热辅助磁记录（HAMR）写入头的制作方法

本发明整体涉及热辅助磁记录(hamr)盘驱动器，其中在盘上的磁记录层处于升高的温度时写入数据，并且更具体地，涉及改进的hamr写入头。

背景技术：

1、在常规磁记录中，在记录介质中所存储的磁化的热不稳定性可导致记录数据的丢失。为避免这种情况，需要具有高磁晶各向异性(ku)的介质。然而，增大ku也增大介质的矫顽磁性，这可超出写入头的写入字段能力。由于已知记录层的磁性材料的矫顽磁性依赖于温度，因此对于热稳定问题的一种建议解决方案是热辅助磁记录(hamr)，其中高ku磁记录材料在写入期间被局部加热以降低足以进行写入的矫顽磁性，但其中矫顽磁性/各向异性足够高，以在盘驱动器的环境温度(即，约15℃-30℃的正常操作温度或“室温”)下实现所记录位元的热稳定性。在一些提出的hamr系统中，磁记录材料被加热至接近或高于其居里温度。然后，通过常规磁阻读取头在环境温度下回读所记录的数据。已经针对常规连续介质提出了hamr盘驱动器，其中磁记录材料是盘上的连续层，并且针对位元图案介质(bpm)提出了hamr盘驱动器，其中磁记录材料被图案化成离散数据岛或“位元”。

2、在典型的hamr写入头中，来自激光二极管的光耦合到波导，该波导将光引导至近场换能器(nft)(也称为等离激元天线)。“近场”换能器是指“近场光学器件”，其中光通过具有亚波长特征的元件，并且光耦合到位于距第一元件亚波长距离的第二元件，诸如磁记录层之类的衬底。头载体或滑块支撑nft和写入头，其中nft和写入极具有位于滑块的面向记录层的表面处的端部。保护性滑块外涂层形成在位于nft端部和写入极端部之上的面向记录层表面上，并用作滑块的气体轴承表面(gbs)。滑块还支撑读取头，并且在气体垫(通常为空气或氦气)上骑跨在盘表面上方。

3、nft通常由低损耗金属(例如，au、ag、al、cu)形成，该低损耗金属以当光入射时将表面电荷运动集中在位于滑块gbs处的凹口或尖端处的方式成形。振荡尖端电荷产生强烈的近场图案，该近场图案加热盘上的记录层。然后使用磁写入极在记录层冷却时改变记录层的磁化。有时，nft的金属结构可产生谐振电荷运动(表面等离激元)以进一步增强强度和盘生热。例如，当偏振光与e形天线类型nft对准时，在e形天线的凹口或尖端处产生强烈的近场图案。通过调节e形天线尺寸以使表面等离激元频率匹配入射光频率，可发生谐振电荷运动。具有大致三角形输出端的nft(有时称为“纳米嘴(nanobeak)”类型的nft)在us8705325 b2和us 8705327 b2中有所描述。在该类型nft中，在波导的表面处产生的消散波耦合到在nft的表面上激发的表面等离激元，并且在三角形输出端的顶点处产生强光学近场。

技术实现思路

1、已经发现，在类似光学功率下，与真空或环境空气条件下相比，nft的可靠性在盘上的实际记录条件下要差得多。这可能是由于由无定形类金刚石碳(dlc)形成的保护性滑块外涂层的降解或氧化所致。这也可能是由于因滑块-盘摩擦生热、来自盘的传导、和/或碳质材料在nft附近的积聚而导致的nft的“回热”所致。为了解决该问题，已经提出了一种保护层来覆盖nft端部，该保护层限于面向记录层的表面的窗口。因为nft端部和写入极端部彼此如此接近，所以写入极端部也必须位于窗口区域中并且由保护层保护。转让给与本申请相同的受让人的us 8,902,720 b1描述了一种hamr写入头，该hamr写入头在窗口区域中具有由各种氧化物或氮化物形成的保护层。转让给与本申请相同的受让人的us 10,083,713描述了一种hamr写入头，该hamr写入头具有金属和类金刚石碳(dlc)的交替膜的保护性多层。

2、因为窗口保护层既覆盖了nft端部，也覆盖了写入极端部，所以它必须不仅具有所需的光学透明度，而且也具有抗热氧化性，以防止写入极铁磁材料的氧化。作为对各种材料进行测试的结果(作为本发明的一部分)，已经发现，最佳窗口保护层优选地为纯氮化硅(si3n4)的单层。作为hamr光学窗口材料，纯氮化硅具有光学透明度和抗热氧化性的最佳组合。在光学窗口内包含除氮化硅以外的任何化合物将降低其光学透明度和抗热氧化性。用于光学窗口的氮化硅保护层在ar+n2等离子体中由硅靶通过反应离子束沉积(ribd)而沉积。然而，ribd工艺需要极低的室压，特别是氧分压，以使层内的氮化硅含量最大化。否则，室中的任何残留气体将与溅射靶表面和/或新沉积的膜表面反应，以将它们转化为非si3n4化合物以外的化合物。为了提供必要的保护，氮化硅层的优选厚度至少为2.5nm。然而，常规溅射系统只能制造非常薄的纯氮化硅层，通常小于约1nm至2nm。在大于约1nm的厚度下，这些层开始由比如si-ox-ny的其他材料构成，并且在约2nm的厚度下，这些其他材料可构成层材料的约50％。

3、us 10,614,850 b1描述了通过用液体溶液涂覆盘然后进行hamr写入操作而在nft上形成介电涂层的方法。介电涂层可以是来自包括氮化硅和二氧化硅的13种氧化物和氮化物的列表中的两种或更多种氧化物和氮化物的组合。us 9,412,402 b2描述了一种具有以下项的气体阻隔双层：nft上的第一氧化物层(比如alo、mgo或beo)、第一层上的第二氧化物或氮化物层(可以是来自32种氧化物和氮化物的列表中的sio或sin)，并且其中保护性耐磨层位于第二层上。

4、本发明的实施方案利用保护性多层来保护nft端部和写入极端部，该保护性多层限于滑块的面向盘的表面的窗口，该窗口围绕nft端部和写入极端部。该保护性多层包括：第一氮化硅膜，其直接处于nft端部和写入极端部上并与它们接触；和第二金属氧化物膜，其处于氮化硅膜上并与之接触。该氮化硅膜优选通过ribd形成，但是足够薄使得其不包含任何显著量的其他化合物。金属氧化物优选为氧化硅(siox)比如二氧化硅，或者另选地为铪、钽、钇或锆的氧化物，并且与氮化硅膜一起提供具有足够厚度的保护性多层。窗口保护性多层对于激光波长下的辐射而言是透明的，并且在高温下以及存在氧气和湿气时是耐氧化的。非窗口区域中的滑块保护性外涂层通常是形成在粘附膜上的dlc，该粘附膜处于滑块的面向记录层的表面上。nft上的窗口保护性多层提供了足够的保护，使得在该多层的顶部上不需要单独的保护性外涂层，比如dlc。

5、为了更全面地理解本发明的实质和优点，应当参考结合附图所作的以下具体描述。

技术特征：

1.一种用于写入磁记录层的热辅助磁记录(hamr)头，所述头包括：

2.根据权利要求1所述的hamr头，其中所述氧化物膜基本上由二氧化硅组成。

3.根据权利要求1所述的hamr头，其中所述保护性多层的厚度至少为2.5nm。

4.根据权利要求1所述的hamr头，其中所述氮化硅膜的厚度范围为0.5nm至2.0nm。

5.根据权利要求1所述的hamr头，所述hamr头还包括仅在所述非窗口区域中的在所述面向记录层的表面上的保护性外涂层。

6.根据权利要求5所述的hamr头，其中所述外涂层包含类金刚石碳(dlc)。

7.根据权利要求5所述的hamr头，所述hamr头还包括在所述非窗口区域中的与所述面向记录层的表面接触的粘附膜，其中所述保护性外涂层与所述粘附膜接触。

8.根据权利要求1所述的hamr头，其中在所述面向记录层的表面处的所述nft输出端被形成为e天线，所述e天线具有面向所述写入极的中心输出尖端。

9.根据权利要求1所述的hamr头，其中在所述面向记录层的表面处的所述nft输出端被形成为纳米嘴天线，所述纳米嘴天线具有大致三角形形状的输出尖端，所述三角形的顶点面向所述写入极。

10.一种热辅助记录(hamr)盘驱动器，所述热辅助记录(hamr)盘驱动器包括：

11.一种用于热辅助磁记录(hamr)盘驱动器的滑块，所述滑块具有衬底表面并且包括：

12.根据权利要求11所述的滑块，其中所述氮化硅膜和二氧化硅膜的组合厚度至少为2.5nm。

13.根据权利要求11所述的滑块，其中所述氮化硅膜的厚度范围为0.5nm至2.0nm。

14.根据权利要求11所述的滑块，所述滑块还包括在所述衬底表面处具有端部的写入极，其中所述氮化硅膜也处于所述写入极端部上并与之接触，并且所述二氧化硅也处于所述写入极端部上的所述氮化硅膜上并与之接触。

15.一种用于在衬底表面的窗口区域上形成保护性多层的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其中沉积所述第一膜包括：在基本上由氩气和氮气组成的气氛中由基本上由硅组成的靶通过ribd沉积氮化硅。

17.根据权利要求15所述的方法，其中沉积所述第二膜包括沉积二氧化硅。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：利用基本上由四氟化碳、氮气、和氮气氢气混合物中的一项组成的等离子体来处理所述二氧化硅膜的表面。

19.一种用于在衬底表面的窗口区域上形成保护性多层的方法，所述方法包括：

20.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括：利用基本上由四氟化碳、氮气、和氮气氢气混合物中的一项组成的等离子体来处理所述二氧化硅膜的表面。

技术总结本发明提供了一种具有保护性多层的热辅助磁记录(HAMR)头，该保护性多层限于滑块的面向盘的表面的窗口，该窗口围绕近场换能器(NFT)端部和写入极端部。该保护性多层由直接处于该NFT端部和该写入极端部上并与它们接触的第一氮化硅膜以及处于该氮化硅膜上并与之接触的第二金属氧化物膜构成。该氮化硅膜优选通过RIBD形成，但是足够薄使得其不包含任何显著量的其他化合物。该金属氧化物优选为二氧化硅，或另选地为铪、钽、钇或锆的氧化物，并且与该氮化硅膜一起提供具有足够厚度的保护性多层，以对辐射而言是光学透明的且耐热氧化。技术研发人员：N·哈姆努阿尔通,K·桑查伊乌受保护的技术使用者：西部数据技术公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15