專利名稱：磁記錄盤驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及與圖案化的介質(zhì)一起使用的;茲記錄盤驅(qū)動器，其中每個數(shù)據(jù)位被存儲在^F茲隔離的島或者盤上的島中，更具體地涉及具有改善的用于寫入數(shù)據(jù)的時鐘的盤驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出具有圖案化磁記錄介質(zhì)的磁記錄硬盤驅(qū)動器以增大數(shù)據(jù)密度。在圖案化的介質(zhì)中，盤上的磁性材料被圖案化為小的隔離數(shù)據(jù)島或布置在同心數(shù)據(jù)軌道中的島。每個島包含單個磁性的"位"并通過非磁性區(qū)域與相鄰的島分開。這與常規(guī)的連續(xù)介質(zhì)形成對比，在常少見的連續(xù)介質(zhì)中單個"位"由形成單個磁疇的多個弱耦合的相鄰磁顆粒組成，并且位在物理上彼此相鄰。圖案化介質(zhì)盤可以是縱向磁記錄盤或垂直磁記錄盤，在縱向磁記錄盤中
磁化方向平行于記錄層或在記錄層的平面內(nèi)(in the plane),在垂直磁記錄盤中^f茲化方向垂直于記錄層或在記錄層的平面外(out of the plane )。為制造需要的圖案化島的磁隔離，島之間區(qū)域的磁矩必須被破壞或基本減小到使這些區(qū)域基本上無磁性。備選地，介質(zhì)可以被制造使得沒有磁性材料在島之間的區(qū)域中。美國專利5820769是各種類型的圖案化介質(zhì)和它們的制造方法的代表。對具有圖案化介質(zhì)的磁記錄系統(tǒng)的描述和它們相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)由R. L.While等人給出，"Patterned Media: A Viable Route to 50 Gbit/in2 and Up forMagnetic Recording " IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 33， No. 1， January1997， pp.990-995。
在一種圖案化介質(zhì)中，數(shù)據(jù)島是升高且間隔開的柱(pillar),其延伸在盤基板表面之上以在柱之間的基板表面上限定槽(trough)或溝槽(trench)。這種圖案化介質(zhì)引起了人們的興趣，因為具有柱和溝槽的預(yù)蝕刻的圖案的基板可以通過相對低成本、高容量的工藝(例如光刻和納米壓印(nanoimprinting))來制造。磁記錄層材料隨后沉積在預(yù)蝕刻的基板的整個表面上以覆蓋柱和溝槽的末端。溝槽從讀頭/寫頭凹陷得足夠深從而不對讀或
5寫產(chǎn)生不利影響。這種圖案化介質(zhì)被Moritz等人描述于"Patterned MediaMade From Pre-Etched Wafers: A Promising Route Toward Ultrahigh-DensityMagnetic Recording", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 38， No. 4， July 2002:pp.l731-1736。
在常規(guī)的磁記錄(其中數(shù)據(jù)位被寫入在連續(xù)介質(zhì)上)中，由于所有的介質(zhì)包含磁性材料，所以對寫入到介質(zhì)上的精確位置沒有要求。然而，對于圖案化的介質(zhì)，因為數(shù)據(jù)島是單個疇，所以位之間的轉(zhuǎn)變可以僅發(fā)生在島之間。由于磁轉(zhuǎn)變被限制到由單個島的位置控制的預(yù)定位置，所以需要在單個島經(jīng)過磁頭之下時使寫頭中電流的反向同步。還要保證，寫頭與圖案化介質(zhì)上的島精確地對準，介質(zhì)必須用單個精確的周期完美地圖案化，并且支撐盤的主軸(spindle)的有效馬達轉(zhuǎn)速必須是高度穩(wěn)定的，使得寫時鐘在島通過寫頭下方時與島完全同步。出讓給與本申請相同的受讓人的美國專利6754017B2描述了 一種具有圖案化介質(zhì)的磁記錄盤驅(qū)動器，該^磁記錄盤驅(qū)動器采用 一種特殊的圖案傳感器，該傳感器在數(shù)據(jù)島經(jīng)過寫頭下方之前^r測數(shù)據(jù)島并產(chǎn)生寫時鐘信號。
所需要的是一種具有圖案化介質(zhì)的磁記錄盤驅(qū)動器，該驅(qū)動器具有用于檢測數(shù)據(jù)島以產(chǎn)生精準的寫時鐘信號的方法，使得數(shù)據(jù)可以被準確地寫入到圖案化的數(shù)據(jù)島。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有用于精準計時寫入數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法的圖案化介質(zhì)^茲記錄盤驅(qū)動器。盤具有同心數(shù)據(jù)軌道，該同心數(shù)據(jù)軌道被圖案化為離散的可磁化數(shù)據(jù)島，島之間具有非磁性間隔。來自輻射源的輻射從源被引導通過光波導到頭載體(head carrier)或氣墊滑塊(air-bearing slider)上，該頭載體或氣墊滑塊支撐讀頭和寫頭。光波導在滑塊的面對盤的表面(disk-facingsurface)處具有近場轉(zhuǎn)換器(near-field transducer)，在面對盤的表面處輻射發(fā)射并且被反射的輻射返回。當盤旋轉(zhuǎn)時，輻射源引導輻射到近場轉(zhuǎn)換器，輻射檢測器接收從近場轉(zhuǎn)換器反射的輻射。被反射的光功率根據(jù)是島還是間隔在轉(zhuǎn)換器下并接收來自轉(zhuǎn)換器的近場輻射而不同，所以當盤旋轉(zhuǎn)時輻射檢測器輸出信號表示島的頻率和相位?？刂频綄戭^的寫脈沖的寫時鐘信號響應(yīng)于輻射檢測器的輸出信號，所以當盤旋轉(zhuǎn)時寫時鐘信號的頻率和相位可以匹
6配到島的頻率和相位?？刂齐娐钒ㄦi相環(huán)(phase-locked-k)op， PLL)，該鎖相環(huán)接收來自輻射檢測器的模擬電壓信號并提供被調(diào)整到島的頻率和相位的寫時鐘信號。相位移可以被施加到寫時鐘信號以調(diào)整寫頭與近場轉(zhuǎn)換器之間的沿軌道的物理間隔。
為了更充分地理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點，應(yīng)當參照以下結(jié)合附圖的詳細描述。


圖1是具有圖案化介質(zhì)磁記錄盤的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器的俯視
圖。 '
圖2是部分圖案化介質(zhì)盤的放大俯視圖，示出了數(shù)據(jù)島的詳細布置。圖3是具有數(shù)據(jù)島的圖案化介質(zhì)盤的截面圖，該數(shù)據(jù)島為延伸在盤基板
表面之上的升高的島。
圖4是示出本發(fā)明的 一個實施例的 一般特征和操作的示意圖。
圖5是穿過部分氣墊滑塊和垂直磁記錄盤的截面圖，示出了在本發(fā)明的
實施例中光波導和寫頭的布置。
圖6A示出了具有特征尺寸"d"的C形孔(aperture )。
圖6B是圓形孔的輸出側(cè)的視圖，示出了金屬膜，該金屬膜形成出射面
并具有周期性的褶皺(corrugation)或脊(ridge)的表面結(jié)構(gòu)。圖6C示出了具有特征尺寸"d"的H形孔。
圖6D示出了具有特征尺寸"d"的蝴蝶領(lǐng)結(jié)形(bowtie-shaped)孑L圖7是繪出當島和間隔移動經(jīng)過近場轉(zhuǎn)換器時從近場轉(zhuǎn)換器反射的光功
率(以相對單位)的計算機模擬結(jié)果作為時間的函數(shù)的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路的框圖，該控制電路接收來自輻射
檢測器的模擬電壓信號并提供控制信號到寫時鐘。
具體實施例方式
圖1是具有圖案化介質(zhì)記錄盤102的圖案化介質(zhì)^f茲記錄盤驅(qū)動器100的俯視圖。驅(qū)動器100具有外殼或基座(base) 112，外殼112支撐致動器130和用于旋轉(zhuǎn)石茲記錄盤102的驅(qū)動器馬達。致動器130可以是音圈馬達(VCM)旋轉(zhuǎn)致動器，該致動器具有剛性臂131并繞樞軸132如箭頭133所示旋轉(zhuǎn)。磁頭懸架組件包括懸架135,該懸架的一端裝設(shè)到致動器臂131的末端，諸如氣墊滑塊120的磁頭載體裝設(shè)到懸架135的另 一端。懸架135允許滑塊120被保持為非常接近盤102的表面，并能夠使滑塊120在盤102沿箭頭20的方向旋轉(zhuǎn)時在由盤102產(chǎn)生的氣墊上"俯仰(pitch)"和"滾轉(zhuǎn)(roll)"。如本領(lǐng)域公知的，^磁阻讀頭(未示出)和感應(yīng)寫頭(未示出)通常形成為集成的讀/寫頭，該集成讀/寫頭被圖案化為在滑塊120的尾端(trailing end)上的一系列的薄膜和結(jié)構(gòu)?；瑝K120通常由復(fù)合材料形成，例如氧化鋁/碳化鈦(Al203/TiC)的復(fù)合物。在圖1中僅示出一個盤表面以及相關(guān)的滑塊和讀頭/寫頭，但是通常多個盤堆疊在輪轂(hub)上，該輪轂被主軸馬達(spindlemotor)旋轉(zhuǎn)，單獨的滑塊和讀頭/寫頭與每個盤的每個表面相關(guān)聯(lián)。
圖案化介質(zhì)磁記錄盤102包括盤基板和在該基板上的可磁化材料的離散數(shù)據(jù)島30。數(shù)據(jù)島30布置為徑向間隔開的(radially-spaced)圓形軌道118，在圖1中僅示出了在盤102的內(nèi)徑和外徑附近的少數(shù)島30和代表性的軌道118。因為盤102沿箭頭20的方向旋轉(zhuǎn)，致動器130的運動允許在滑塊120的尾端上的讀頭/寫頭到達盤102上的不同數(shù)據(jù)軌道118。
圖2是部分盤102的放大俯視圖，示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種圖案中數(shù)據(jù)島30在盤基板的表面上的詳細布置。島30包含可^茲化記錄材料并布置為沿半徑或交叉軌道方向的間隔開的圓形軌道，如軌道118a-118e所示。軌道通常被固定的軌道間距TS等距間隔開。軌道中數(shù)據(jù)島之間的間距由軌道118a中的數(shù)據(jù)島30a和30b之間的距離IS表示，相鄰軌道4皮此偏移距離IS/2,如軌道118a和118b所示。
在圖2中示出的圖案化介質(zhì)盤可以是縱向磁記錄盤或垂直磁記錄盤，在縱向^P茲記錄盤中島30中的可》茲化記錄材料中的石茲化方向平行于島中記錄層或在島中記錄層的平面內(nèi)，在垂直磁記錄盤中^茲化方向垂直于島中記錄層或在島中記錄層的平面外。為制造圖案化數(shù)據(jù)島30的所需的磁隔離，島30之間的區(qū)域或間隔的》茲矩必須被破壞或充分減小到^吏(render)這些間隔基本上是非磁性的。術(shù)語"非磁性"是指島30之間的間隔由非鐵磁性材料(例如電介質(zhì))或在沒有施加磁場時基本沒有剩余磁矩的材料或在溝槽中凹陷在島30以下足夠深以不對讀或?qū)懏a(chǎn)生不利影響的石茲性材料形成。非磁性間隔也可以沒有磁性材料，例如在石茲記錄層或盤基板中的溝槽或凹槽。
圖案化介質(zhì)盤可以由幾種公知^^支術(shù)中的任一種來制造。在一種技術(shù)中，
8連續(xù)的磁性膜被沉積在基板上，然后膜被離子束蝕刻以形成分離的數(shù)據(jù)島。在另一種圖案化介質(zhì)中，數(shù)據(jù)島是升高且間隔開的柱，該柱延伸超過盤基板表面以限定在基板表面上的在柱之間的凹槽或溝槽。這種圖案化介質(zhì)在圖3
的截面圖中示出。在這種圖案化介質(zhì)中，具有柱31和柱之間的溝槽或間隔的預(yù)蝕刻圖案的盤基板103可以由相對低成本、大批量的工藝(例如光刻和納米壓印)來制造。然后磁記錄層材料被沉積在預(yù)蝕刻基板的整個表面上以覆蓋柱31的端部和柱31之間的間隔，導致磁記錄層材料的數(shù)據(jù)島30和磁記錄層材料的間隔32。記錄層材料的間隔32與讀頭/寫頭間隔得足夠遠以不對島30中的記錄層材料的讀或?qū)懏a(chǎn)生不利影響，并因此是非磁性的。間隔32中的記錄層材料還可以用例如硅的摻雜劑材料"毒化"，.使得間隔32中的記錄層材料表現(xiàn)為非磁性。這種圖案化介質(zhì)被Moritz等人描述于"PatternedMedia Made From Pre-Etched Wafers: A Promising Route TowardUltrahigh-Density Magnetic Recording", IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38， No. 4， July 2002， pp.1731-1736;并被Bandic等人描述于"Patternedmagnetic media: impact of nanoscale patterning on hard disk drives", 5b/W 5WeTec/mo/ogy S7+ Swp/. S 5S尸2006。在圖3中示出的圖案化介質(zhì)盤還可以通過用填充間隔32的平坦化材料覆蓋盤而被"平坦化"，如虛線33所示。美國專利6680079 B2描述了通過涂敷具有功能化的丙烯酸端基的全氟聚醚(PFPE )聚合物然后固化該聚合物來平坦化具有形貌特征的盤的方法。
在圖案化介質(zhì)盤上的寫(也就是，通過盤驅(qū)動器寫頭使數(shù)據(jù)島中的可;茲化材料磁化)要求來自寫頭的寫脈沖與數(shù)據(jù)島的圖案同步化。在轉(zhuǎn)讓給與本申請相同受讓人的美國專利6754017 B2中描述了圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，該盤驅(qū)動器使用磁阻、電容或熱傳感器以檢測磁化的數(shù)據(jù)島并提供信號以對寫計時。
圖4是示出本發(fā)明實施例的總的特征和操作的示意圖。因為難以示出非常小的特征，所以圖4沒有按比例繪制，圖4示出了具有數(shù)據(jù)軌道的圖案化介質(zhì)磁記錄盤102的截面圖，該數(shù)據(jù)軌道具有由非磁性間隔la-10a分隔開的離散的可磁化數(shù)據(jù)島1-10。在島1-10中圖示的箭頭代表島中的磁矩或磁化方向，并被用來描述垂直或平面外》茲記錄。因此，盤102包括盤基板103以及在數(shù)據(jù)島下的可選的"軟，，或矯頑力相對低的透磁底層(magneticallypermeable underlayer， SUL)105。 SUL 105通常是適合作為透磁的通量返回路徑的任意合金材料，例如NiFe、 FeAlSi、 FeTaN、 FeN、 CoFeB和CoZrNb。對于垂直記錄，數(shù)據(jù)島1-10中或數(shù)據(jù)柱(圖3 )的頂上的^f茲性材料可以是具有垂直磁各向異性的任意介質(zhì)，例如生長在特殊的生長增強下層
(growth-enhancing sublayer)上的鈷-鉻(CoCr)合金顆粒層，或交替Co膜與鉑(Pt)或鈀(Pd)膜的多層。盤102也通常包括在數(shù)據(jù)島l-10上的保護覆層(protective overcoat)(未示出)。
氣墊滑塊120在截面圖中示出為在盤102之上并被示出為具有讀頭150和寫頭160。讀頭150和寫頭160形成在滑塊120的尾端上。數(shù)據(jù)的記錄或?qū)懭胗筛袘?yīng)線圏寫頭160產(chǎn)生，該感應(yīng)線圈寫頭具有寫極，該寫極基于流過寫頭的線圈的電流方向來產(chǎn)生磁場以將島磁化為兩個磁化方向之一。因為島之間的間隔la-10a是非磁性的，所以寫脈沖必須被精確地計時以磁化適合的島。盡管圖4示出垂直圖案化介質(zhì)(其中島1-10被示出為具有它們的在盤表面的平面外取向的磁矩)，但本發(fā)明可完全應(yīng)用于水平或縱向圖案化介質(zhì)
(其中島1-10具有它們的平行于盤表面取向的磁矩)。
圖4還示意地示出在主機系統(tǒng)(例如PC)與盤驅(qū)動器之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。來自記錄數(shù)據(jù)的島的信號被讀頭150檢測到，并被讀/寫電子設(shè)備113放大和解碼。數(shù)據(jù)被發(fā)送到控制器電子設(shè)備114并通過接口電子設(shè)備115經(jīng)由接口170到主機。要被寫到盤102的數(shù)據(jù)從主機發(fā)送到接口電子設(shè)備115和控制器電子設(shè)備114,然后作為數(shù)據(jù)列發(fā)送到圖案產(chǎn)生器180并隨后送到寫驅(qū)動器182。寫驅(qū)動器182產(chǎn)生高頻電流脈沖到寫頭160的線圈，這導致石茲化數(shù)據(jù)島1-10的磁性寫入場。圖案產(chǎn)生器180和寫驅(qū)動器182被寫時鐘信號190控制。
在本發(fā)明中，寫時鐘與數(shù)據(jù)島的位置同步，使得寫脈沖磁化期望的數(shù)據(jù)島并僅磁化該期望的數(shù)據(jù)島。如圖4所示，光波導或通道200位于滑塊120上。光通道200在滑塊120的面對盤表面或氣墊面(ABS)處具有近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210。諸如二極管激光器的輻射源250引導輻射通過分光器(beamsplitter) 255到光波導200。當盤沿方向20旋轉(zhuǎn)經(jīng)過滑塊120時，輻射觸發(fā)近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210產(chǎn)生集中的近場輻射。從近場轉(zhuǎn)換器反射的輻射被引導回來通過光波導200并通過分光器255而到輻射檢測器260。被反射的光功率取決于近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210是與島相互作用還是與島之間的間隔相互作用。這里使用的"近場"轉(zhuǎn)換器是指"近場光學"，其中光通路被導向、來長距離的第二元件。近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210具有小于來自輻射源250的輻射波長的特征，并且近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210與島和間隔之間的間距小于來自輻射源250的輻射的波長。來自輻射檢測器260的輸出信號表示來自近場轉(zhuǎn)換器-島耦合系統(tǒng)與近場轉(zhuǎn)換器-間隔耦合系統(tǒng)的被反射的光強度的差異，并被導向控制電路270?？刂齐娐?70產(chǎn)生寫時鐘信號190。 '
因為難以示出非常小的特征，所以圖5沒有按比例繪制，圖5是穿過部分氣墊滑塊120和垂直磁記錄盤102的截面圖?；瑝K120具有拖尾面(trailingsurface) 121以及與拖尾面121通常垂直取向的氣墊面(ABS )表面122?；瑝K120通常由復(fù)合材料(例如氧化鋁/碳化鈦(Al203/TiC)復(fù)合物)形成，并支撐讀元件和寫元件，讀元件^ 寫元件通常形成為在滑塊120的拖尾面121上的一系列薄膜和結(jié)構(gòu)。由于盤102相對于滑塊的方向20，所以表面121被稱為拖尾面。ABS 122是滑塊120的面對盤的表面(其面對盤102),并被示出為沒有通常在實際的滑塊中存在的薄保護覆層。面對盤的表面或ABS是指被薄保護覆層覆蓋的滑塊表面、滑塊的實際外表面(如果沒有保護覆層)或保護覆層的外表面。
滑塊120支撐常規(guī)的位于屏蔽件(shield) Sl和S2之間的磁阻讀頭150以及常規(guī)的垂直寫頭160，垂直寫頭160包括具有寫極162的磁軛(yoke)161、通量返回極(flux return pole) 163和導電線圈164。寫極162由諸如FeCoNi合金的常規(guī)高磁矩材料形成。寫線圈164示出為具有如所示出的電流方向的巻繞軛161，該電流方向示出為用 "X" 標記的線圈截面表示進入紙面(into the paper)而用實線圓圈(solid circle )標記的線圈截面表示從紙面向外(out of the paper )。當寫電流脈沖被引導流過線圈164時，寫極162引導磁通量到數(shù)據(jù)島，如指向數(shù)據(jù)島3的箭頭165所示。帶箭頭的虛線166顯示通過盤的SUL 103回到返回極163的》茲通返回^各徑。如本領(lǐng)域 >知的，線圈還可以是螺旋型。
滑塊120還包括光波導或光通道200，光波導200具有臨近ABS 122的近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210。光波導200在圖5中示出為延伸通過軛161并位于寫極162與返回極163之間。然而，光波導200可以在拖尾面121上的其它位置處，例如在屏蔽件S2與返回極163之間或在寫極162與滑塊120的外表面123之間。光波導200由諸如高折射率的電介質(zhì)材料的磁芯材料(corematerial)形成，該高折射率電介質(zhì)材料對于在激光輻射源的波長處的輻射是能透射的。典型的透輻射的材料包括Ti02和Ta205。透輻射材料的磁芯材料被覆層材料203a、 203b包圍，該覆層材料具有比光波導材料低的折射率并且對于在激光輻射源的波長處的輻射是能透射的。典型的覆層材料包括Si02和A1203。如本領(lǐng)域所公知的，光波導可以具有沿其長度的均勻的截面或者可以是平面固體浸透透4竟(planar solid -immersion lens)或平面固體浸透鏡(planar solid-immersion mirror)的形式。光波導200引導輻射到近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210。近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210可以包括用透輻射材料填充且金屬層212(例如Cu、 Au、 Ag或Al的層)包圍的開口 (opening)或孔211。優(yōu)選地，孔211用諸如Si02或Al203的低折射率的材料填克。備選地，近場轉(zhuǎn)換器可以包括垂直的或水平的天線結(jié)構(gòu)(antenna structure)(未示出)來代替孔，如本領(lǐng)域所公知的。近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210通常對于來自源的輻射具有輻射進入面213以及輻射出射面214,輻射進入面213和輻射出射面214通常彼此平行且平行于ABS 122。當盤102相對于滑塊120在方向20上移動時，近場轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)210引導近場輻射(如箭頭216所示)到數(shù)據(jù)島和間隔。近場輻射與數(shù)據(jù)島相互作用并通過光波導200改變反射回的光功率，如箭頭217所示。圖5中的距離"D"是孔211與寫極162之間沿軌道方向的物理間隔或偏差。
本發(fā)明可適用于不使用熱量來輔助記錄數(shù)據(jù)的》茲記錄系統(tǒng)。熱量輔助記錄(也稱為熱輔助記錄(TAR))已經(jīng)被提出。在TAR系統(tǒng)中，具有近場轉(zhuǎn)換器的光波導將來自輻射源(例如激光器)的熱量引導到盤上磁記錄層的熱量局部化區(qū)域。輻射將^f茲性材料局部地加熱到接近或超過其居里溫度，從而充分降低矯頑力用于由寫頭引起的寫入。這種TAR盤驅(qū)動器在美國專利5583727和6982844中描述。本發(fā)明還可完全應(yīng)用于圖案化介質(zhì)TAR盤驅(qū)動器并可以使用與用于局部加熱盤相同的光波導和近場轉(zhuǎn)換器。然而，主要的差異是當本發(fā)明被并入非-TAR盤驅(qū)動器時，將需要低得多的光功率。所需的最小光功率將基于能夠保證島與間隔的檢測的最小光檢測器信噪比(SNR)來選擇。
如圖5所示，輻射源250、分光器255和輻射檢測器260可以位于滑塊)120的頂表面124上。備選地，這些光學元件可以位于致動器臂131或懸架135 (圖1 )上或在盤驅(qū)動器中的其它位置，輻射從二極管激光器被引導通過光纖或波導，并且反射輻射通過光纖和波導被傳送回到輻射檢測器。輻射源
250可以是激光二極管，例如提供具有約780nrn波長的光輻射的CD-RW型激光二極管。輻射檢測器260可以是任何常規(guī)的光檢測器，優(yōu)選地為通常的光電二極管或雪崩光電二極管。光電二極管可以被集成在單芯片上，該單芯片具有將電流轉(zhuǎn)換為放大的電壓的跨阻抗放大器(transimpedance amplifier )。
優(yōu)選地，在輻射出射面214處的孔211用作近場光轉(zhuǎn)換器?？?11是亞波長尺寸的，也就是，其最小的特征尺寸小于入射激光輻射的波長并優(yōu)選地小于激光輻射波長的一半。圖6A是具有被金屬層212包圍的孔211的輻射出射面214的視圖。在圖6A中示出的孑L 211是具有特征尺寸"d"的C形孔。近場斑點尺寸由該特征尺寸"d"確定，該特征尺寸"d"是孔的脊的寬度。共振波長取決于孔的特征尺寸以及圍繞孔的薄膜的電學性質(zhì)和厚度。對于C形光圈，已凈皮J. A. Matteo等人在^^//edP/zj^/cs丄e"eM， Volume 85(4)， pp.648-650(2004)討論過。
圖6B是從盤看到的圓形孔211，的輸出側(cè)的視圖并示出了修改，其中形成出射面214，且包圍孔211，的金屬膜具有周期性的褶皺(corrugation)或脊的表面結(jié)構(gòu)，如同心圓形圖案218所示。公知地，當入射輻射與表面等離子體(surface plasmon)在包圍孔的褶皺的金屬表面處共振時，通過金屬膜中亞波長孔的光傳輸被增強。因此諸如金屬膜中的脊或溝槽的特征用作共振結(jié)構(gòu)以進一步增加從孔發(fā)射的輻射輸出，超過在沒有這些特征時的輻射輸出。該效果是從孔發(fā)射的輻射的特定頻率共振增強，該輻射隨后被引導到記錄層上，記錄層位于近場內(nèi)。該共振增強被Thio等人描述于"Enhanced lighttransmission through a single subwavelength aperture", QpricsVol. 26，Issue 24, pp. 1972-1974(2001)以及美國專利6975580。
圖6C-6D示出了孔的其它形狀，具體地，H形孔(圖6C)和蝴蝶領(lǐng)結(jié)形孔(圖6D )，每個都具有自己的特征尺寸"d"。特征尺寸"d，，在5到100nm的范圍內(nèi)且基于島的尺寸以及輻射的波長和強度來選擇，并橫跨部分島或整個島或在交叉軌道(cross-track)方向上的多個島。在這些類型的孔周圍的表面等離子體共振激發(fā)增強了輻射傳輸。
圖7是當盤移動經(jīng)過孔211時，當島30和間隔32移動通過近場轉(zhuǎn)換器時，從近場轉(zhuǎn)換器反射的光功率(相對單位)作為時間的函數(shù)的示意圖，并表示到輻射檢測器260的輸入作為時間的函數(shù)。圖7的示意圖并入了計算機
13建沖莫模擬的結(jié)果，其中島是其頂部與近場轉(zhuǎn)換器間隔8nm的柱，間隔是與近場轉(zhuǎn)換器相距40nm的凹槽。從間隔反射的功率比從島反射的功率高約8%。因此輻射檢測器260 (優(yōu)選地為光電二極管)提供輸出信號，該輸出信號表示當盤4t轉(zhuǎn)并且島和間隔移動經(jīng)過光波導200的孔211時#:反射的光功率的這種變化。
圖8是接收來自輻射檢測器260的模擬電壓信號并提供寫時鐘信號190的控制電路270的方框圖?？刂齐娐?70包括信號調(diào)節(jié)電路272、鎖相環(huán)
(PLL) 280和移相器(phase shifter) 274。來自輻射4企測器260的電壓信號被傳遞到信號調(diào)節(jié)電路272，在信號調(diào)節(jié)電路272處電壓信號通過過濾和/或放大或通過使其適于輸入到PLL280所需的其它處理來處理。信號調(diào)節(jié)電路272獲得來自檢測器260的模擬信號，該模擬信號可能是一系列圓形脈沖
(可能是類正弦曲線的)及某些被包括的噪聲。盡管可使用任何類型的純凈的周期波，但是到相位檢測器282的理想輸入是方波。不同于輻射檢測器信號的基本周期(對應(yīng)于島在檢測器下通過的頻率)及其諧頻(harmonics)的頻率通常是有害的噪聲并可以被過濾掉以改善進入相位檢測器282的信號質(zhì)
的純凈方波。如本領(lǐng)域所公知的，信號調(diào)節(jié)取決于來自輻射檢測器260的信號的初始形狀以及噪聲分量、振幅、DC偏移等。信號調(diào)節(jié)電路272提供輸入?yún)⒖夹盘?73到PLL 280和移相器274， PLL 280和移相器274產(chǎn)生寫時鐘信號190,寫時鐘信號190匹配參考信號273的頻率并具有相對于參考信號273的特定的相偏移。相偏移可經(jīng)由移相器來調(diào)整。PLL280包括相位檢測器282、壓控振蕩器(VCO) 284和補償器283。 PLL 280響應(yīng)耒自信號調(diào)節(jié)電路的輸入?yún)⒖夹盘?73的頻率和相位，—自動升高或降低VCO 284的頻率直到其匹配參考信號273的頻率和相位。補償器280是PLL中的反饋回路，該反饋回路適當?shù)卣{(diào)整VCO 284的頻率以最小化相位檢測器282處的誤差。控制電路270還包括移相器274。因為來自寫極162 (圖5 )的磁場的尾緣(trailing edge)與孔211不重合，該磁場的尾緣在寫入過程中控制數(shù)據(jù)島的最終寫入狀態(tài)，所以PLL280將不實時地提供即時的寫同步信息。在寫極162與孔211之間存在物理距離(在圖5中示出為"D"),這要求固定的相偏移施加到來自信號調(diào)節(jié)電路272的信號與寫時鐘信號190之間。從而采用移相器274施加適當?shù)南嗥?，移相?74可以是可編程的移相器。通過在
14相位檢測器282的輸出發(fā)送到補償器283之前添加偏移到相位;險測器282的輸出，這種類型的移相器功能也可以在PLL280自身內(nèi)被實現(xiàn)。寫極162與孔211之間的此物理偏移(其可以在數(shù)量級上為數(shù)百個島的寬度)是期望使用PLL280替代直接從信號調(diào)制電路272的輸出得到寫時鐘的一個原因。在孔下的特定島的形狀或布置上的任何史化可以引起脈沖形狀或計時的變化，其不應(yīng)被施加為與正在寫入不同的島的寫時鐘同步。PLL280的作用是在許多島上平均來自輻射檢測器260的信號的影響，應(yīng)用結(jié)果以調(diào)節(jié)在某個范圍的寫時鐘信號l卯的平均相位。由于在補償器283內(nèi)的濾波器(未示出)，PLL 280具有平均作用。PLL 280在許多島上進行"平均"的原因是因為與
當VCO隨時間緩慢地進行(也就是，補償器的響應(yīng)時間比VCO的一個循環(huán)長得多)時，PLL是穩(wěn)定的。對PLL280合適的補償器283的直接示例是積分器(integrator )。參考信號273的每個脈沖(循環(huán))的相位誤差僅對積分器的積分輸出引起小的變化。PLL 280的響應(yīng)時間需要足夠快以響應(yīng)真實的機械速度變化(例如那些由于盤偏心(disk eccentricity)和馬達齒隙(motorcogging)引起的那些)以及系統(tǒng)中的機械振動，這些機械速度變化和機械振動是需要跟隨的變化和干擾，從而寫時鐘信號190可以;波調(diào)節(jié)。PLL 280的響應(yīng)時間不應(yīng)比需要的更快，因為較快的響應(yīng)增大了 PLL 280中的噪聲。
來自輻射檢測器260的輸出是時間相關(guān)的電壓輸出，該電壓輸出通過高速高增益(gain)跨阻抗放大器收集由光電二極管或其它光檢測器組件產(chǎn)生的光電流而產(chǎn)生。光^r測器的增益和帶寬必須符合介質(zhì)速度(島經(jīng)過近場轉(zhuǎn)換器的速度)和光通道反射功率規(guī)范(specification )。具有1Tbit/ii^的真實密度和10m/s的介質(zhì)速度的盤驅(qū)動器的工作帶寬是400MHz，當光電流在約5-10femto-A/sqrt(Hz)數(shù)量級時將需要109V/A或更大的增益以處理在峰之間(peak-to-peak) 1-lOmV范圍內(nèi)的信號。這些值會需要在期望的工作波長具有小電容和高量子效率的光檢測器。來自光^r測器的信號的隨后的處理將包括電壓閾值檢測器，電壓閾值檢測器能夠使光檢測信號轉(zhuǎn)變成方波，該方波表示分別對應(yīng)島和間隔的高反射率區(qū)和低反射率區(qū)。
如上所述的并用各種島的簡圖示出的寫同步系統(tǒng)和方法可以在常規(guī)的模擬和數(shù)字硬件元件或在軟件中實現(xiàn)。伺服控制處理器或盤驅(qū)動器中的其它微處理器可以采用該處理器可訪問的存儲器中存儲的計算機程序中實現(xiàn)的算法來執(zhí)行該方法或部分該方法。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例具體示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式和細節(jié)上做出各種變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，所A異"勞日月"妯i人^罷說印
定的范圍內(nèi)
權(quán)利要求
1.一種圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，包括可旋轉(zhuǎn)的磁記錄盤，具有多個數(shù)據(jù)軌道，每個數(shù)據(jù)軌道圖案化為由非磁性間隔分隔開的離散的可磁化數(shù)據(jù)島；輻射源，當所述盤旋轉(zhuǎn)時引導輻射到所述島和所述間隔；輻射檢測器，檢測被反射的輻射并提供輸出信號，該輸出信號響應(yīng)所述輻射是被引導到島還是被引導到間隔而變化；寫頭，當所述盤旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生寫脈沖以磁化所述島；以及寫時鐘，響應(yīng)所述輻射檢測器的輸出信號并耦合到所述寫頭以控制由所述寫頭產(chǎn)生的所述寫脈沖。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，還包括光波導和近 場轉(zhuǎn)換器，用于將來自所述輻射源的輻射傳輸?shù)剿鰨u和所述間隔，所述光 波導《I導輻射到所述近場轉(zhuǎn)換器，其中所述輻射檢測器檢測從所述近場轉(zhuǎn)換 器反射的輻射，并且其中被反射的輻射通過所述島存在于所述轉(zhuǎn)換器下來調(diào) 制。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖案化介質(zhì)^茲記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換 器是孔并具有從由C形、H形和蝴蝶領(lǐng)結(jié)形組成的組中選出的形狀。
4. 如權(quán)利要求2所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換 器由從Cu、 Au、 Ag、和Al組成的組中選出的材料形成，并且其中所述近場 轉(zhuǎn)換器具有小于所述輻射的波長的特征尺寸。
5. 如權(quán)利要求4所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換 器包括具有周期性褶皺的金屬膜。
6. 如權(quán)利要求2所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，還包括用于將所述 寫頭支撐在所述盤附近的頭載體，并且其中所述光波導和所述近場轉(zhuǎn)換器位 于所述頭載體上。
7. 如權(quán)利要求6所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述輻射源包 括在所述頭載體上的激光二極管。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述寫時鐘包 括鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)具有相位檢測器和壓控振蕩器，所述相位;險測器響應(yīng)于 所述輻射;f企測器的輸出信號，所述壓控振蕩器產(chǎn)生寫時鐘信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，還包括耦合到所述壓控振蕩器的移相器，用于在所述輻射檢測器的輸出信號與所述寫時鐘信號 之間4是供相位偏移。
10. 如權(quán)利要求1所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述島包括 柱而所述間隔包括凹槽，并且其中所述輻射檢測器的輸出信號表示當所述柱 在所述轉(zhuǎn)換器下時從所述近場轉(zhuǎn)換器反射的輻射與當所述凹槽在轉(zhuǎn)換器下時 從所述近場轉(zhuǎn)換器反射的輻射之間的強度上的差異。
11. 如權(quán)利要求1所述的圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述數(shù)據(jù)島 是可垂直》茲化的，并且其中所述寫頭包括垂直寫頭。
12. —種垂直磁記錄盤驅(qū)動器，包括可旋轉(zhuǎn)的圖案化介質(zhì)垂直磁記錄盤，其包括基板，多個離散的柱圖案化 在所述基板上并被凹槽分隔，所述柱包含垂直可磁化的磁記錄材料并布置在 基本圓形的數(shù)據(jù)軌道中；頭載體，具有面對盤的表面；光通道和耦合到該光通道的近場轉(zhuǎn)換器，用于將輻射傳導到所述柱和所 述凹槽，所述光通道和所述近場轉(zhuǎn)換器位于所述頭載體上，所述近場轉(zhuǎn)換器 具有基本位于所述面對盤的表面處的輻射出射面，并且所述柱與所述出射面 之間的間隔小于所述輻射的波長；輻射源，當盤旋轉(zhuǎn)時引導輻射通過所述光通道和所述近場轉(zhuǎn)換器而到達 所述柱和所述凹槽；輻射^r測器，響應(yīng)從所述近場轉(zhuǎn)換器反射且通過所述光通道的輻射而提 供輸出信號，所述輻射檢測器的輸出信號表示當所述盤旋轉(zhuǎn)時并且當所述柱 和所述凹槽經(jīng)過所述輻射出射面時被反射的輻射的變化；垂直記錄寫頭，包括導電線圈和寫極，當所述盤旋轉(zhuǎn)時所述線圈產(chǎn)生寫 脈沖以使所述寫極^茲化所述柱；以及寫時鐘控制電路，響應(yīng)所述輻照檢測器的輸出信號并耦合到所述寫頭， 以產(chǎn)生寫時鐘信號來控制由所述線圈產(chǎn)生的所述寫脈沖。
13. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換器是 孔并具有從由C形、H形和蝴蝶領(lǐng)結(jié)形組成的組中選出的形狀。
14. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換器由 從Cu、 Au、 Ag和Al組成的組中選出的金屬形成，并且具有小于所述輻射的波長的特4正尺寸。
15. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換器包 括具有周期性褶皺的金屬膜。
16. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述輻射源包括在所述頭載體上的激光二極管。
17. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述輻射檢測器是光電二極管。
18. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述寫時鐘控制電 路包括鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)具有相位^r測器和壓控振蕩器，所述相位^r測器響 應(yīng)所述輻射斥全測器的輸出信號，所述寫時鐘控制電路產(chǎn)生所述寫時鐘信號。
19. 如權(quán)利要求18所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，還包括耦合到所述壓控 振蕩器的移相器，用于在所述輻射檢測器的輸出信號與所述寫時鐘信號之間 提供相位偏移。
20. 如權(quán)利要求12所述的垂直磁記錄盤驅(qū)動器，其中所述近場轉(zhuǎn)換器與 所述寫極在所述頭載體上彼此物理地偏移，并且還包括用于通過表示該偏移 的值來調(diào)節(jié)所述寫時鐘信號的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁記錄盤驅(qū)動器。圖案化介質(zhì)磁記錄盤驅(qū)動器采用光學系統(tǒng)來精確地計時寫入數(shù)據(jù)。盤具有圖案化為離散的可磁化數(shù)據(jù)島的同心數(shù)據(jù)軌道，島之間為非磁性間隔。當盤旋轉(zhuǎn)時，輻射源引導近場輻射到島和間隔，輻射檢測器接收被反射的輻射。輻射從源引導通過氣墊滑塊上的光通道或波導，該氣墊滑塊支撐讀頭和寫頭。光通道或波導在滑塊的面對盤的表面處具有近場轉(zhuǎn)換器，在該表面處近場輻射出射并且被反射的輻射返回。被反射的光功率基于近場轉(zhuǎn)換器是耦合到島還是間隔而不同，因此當盤旋轉(zhuǎn)時輻射檢測器輸出信號表示島的頻率和相位。寫時鐘響應(yīng)輻射檢測器的輸出信號，因此當盤旋轉(zhuǎn)時寫時鐘信號的頻率和相位可以被匹配到島的頻率和相位。
文檔編號G11B5/00GK101673552SQ20091017435
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者加布里埃爾·澤爾策, 巴里·C·斯蒂普, 托馬斯·R·阿爾布雷克特, 曼弗雷德·E·沙貝斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司