具有交叉的各向異性的磁性元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有交叉的各向異性的磁性元件。一種磁性元件可配置有至少一個(gè)磁性疊層，該磁性疊層具有第一和第二磁性自由層，這些磁性自由層中的每一個(gè)具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度。第一和第二磁性自由層可各自配置有相對(duì)于ABS交叉并響應(yīng)于預(yù)定條紋高度成角度的第一和第二單軸各向異性。
【專利說明】具有交叉的各向異性的磁性元件

【發(fā)明內(nèi)容】

[0001]本公開的各實(shí)施例總地涉及能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)感測(cè)的磁性元件。
[0002]根據(jù)一些實(shí)施例，磁性元件可配置有至少一個(gè)磁性疊層，該磁性疊層具有第一和第二磁性自由層，這些磁性自由層中的每一個(gè)具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度。第一和第二磁性自由層可各自配置有相對(duì)于ABS交叉并響應(yīng)預(yù)定條紋高度成角度的第一和第二單軸各向異性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]圖1是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的一個(gè)示例性部分的框圖表示。
[0004]圖2給出圖1中示出的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的一部分的橫截面框圖表示。
[0005]圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)造的示例磁性元件的一部分的俯視框圖表示。
[0006]圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)造的示例磁性元件的一部分的俯視框圖表示。
[0007]圖5用曲線圖示出了來自根據(jù)各實(shí)施例構(gòu)造和運(yùn)作的示例性磁性元件的操作數(shù)據(jù)。
[0008]圖6給出了根據(jù)各實(shí)施例執(zhí)行的磁性元件制造例程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展至更高的數(shù)據(jù)容量、更快的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間以及減小的形狀因數(shù)。這些考量可對(duì)應(yīng)于較小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件和更精密的尺寸公差，這可能導(dǎo)致抑制有效數(shù)據(jù)訪問的磁性不穩(wěn)定性和噪聲。盡管可使用磁偏置方案來減輕磁性不穩(wěn)定性，然而工藝和設(shè)計(jì)差異可能降低這類磁偏置方案的效率。如此，對(duì)于形狀因數(shù)減小、高數(shù)據(jù)位密度的存儲(chǔ)設(shè)備存在磁性不穩(wěn)定性減輕的持續(xù)產(chǎn)業(yè)需求。
[0010]因此，一種磁性元件被配置有磁性疊層，該磁性疊層具有第一和第二磁性自由層，該磁性自由層中的每一個(gè)具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度并各自具有相對(duì)于ABS交叉并響應(yīng)預(yù)定的條紋高度成角度的第一和第二單軸各向異性。調(diào)諧單軸各向異性與條紋高度的角度的能力可減輕操作噪聲，因?yàn)樽杂蓪釉谕嘶渲弥g切換而不受無意的熱切換和高磁性不對(duì)稱的抑制。
[0011]盡管可在非限制的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)單軸各向異性，但是圖1總體示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施例可利用經(jīng)調(diào)諧的磁性元件的示例數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100的俯視框圖表示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100在非限制性配置中示出，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100具有執(zhí)行組件102，該執(zhí)行組件102在能夠在預(yù)定數(shù)據(jù)軌道110上存儲(chǔ)經(jīng)編程的位108的磁性存儲(chǔ)介質(zhì)106上定位換能頭104。存儲(chǔ)介質(zhì)106可被附接至主軸電機(jī)112，該主軸電機(jī)112在使用過程中旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生空氣承載表面(ABS)，執(zhí)行組件102的滑塊部分114在ABS之上飛行以將包括換能頭104的頭萬向節(jié)組件(HGA) 116定位在介質(zhì)106的預(yù)定部分之上。
[0012]換能頭104可被配置有一個(gè)或多個(gè)換能元件，如磁性寫入器、磁性響應(yīng)性讀取器以及磁屏蔽件，它們操作以分別對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)106的所選數(shù)據(jù)軌道110進(jìn)行編程和讀取數(shù)據(jù)。如此，執(zhí)行組件102的受控運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致?lián)Q能器與在存儲(chǔ)介質(zhì)表面上界定的數(shù)據(jù)軌道110對(duì)準(zhǔn)，以寫入、讀取以及重寫數(shù)據(jù)。
[0013]應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“層疊”在本公開中是非限制性術(shù)語，其可以是能夠進(jìn)行磁屏蔽、讀取和寫入的一個(gè)或多個(gè)磁性或非磁性層。貫穿本申請(qǐng)，術(shù)語“疊層”將被理解為表示位于ABS上以根據(jù)預(yù)定的特性傳導(dǎo)磁通量的組件，例如旋轉(zhuǎn)磁性自由層的磁化、將磁極性誘導(dǎo)至毗鄰的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上以及引導(dǎo)磁通量離開磁性元件的數(shù)據(jù)感測(cè)區(qū)域。
[0014]隨著數(shù)據(jù)位108變得更密集地位于數(shù)據(jù)軌道110內(nèi)，頭104將接受來自眾多毗鄰數(shù)據(jù)位的磁通量，這導(dǎo)致至少部分地由于頭104在ABS上的磁性敏感形貌的物理尺寸的噪聲和磁性不對(duì)稱。已發(fā)展出多種磁性敏感疊層設(shè)計(jì)以減小頭104的ABS尺寸并減輕雜散磁通量的影響。圖2示出能用于圖1的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100中的示例性磁性元件120的橫截面示意圖。磁性元件120圖示為根據(jù)一些實(shí)施例被配置為具有磁性疊層122，該磁性疊層122設(shè)置在在空氣承載表面(ABS)之上的電極層124和磁屏蔽件126之間。
[0015]磁性疊層122可配置成多種不同的數(shù)據(jù)位感測(cè)分層，例如磁阻、隧穿磁阻以及旋轉(zhuǎn)閥，但在圖2所示實(shí)施例中被構(gòu)造成“三層”傳感器，該“三層”傳感器具有由非磁性間隔層130隔開的雙重鐵磁性自由層128。該三層磁性疊層122的特征在于，一對(duì)磁性敏感的鐵磁層，這對(duì)鐵磁層通過毗鄰的但物理上隔開的后偏置磁體132被偏置至默認(rèn)的磁化，而不是與固定的磁化基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)接觸。也就是說，磁性疊層122缺乏任何固定的磁化，這將減少屏蔽件之間的間距134并減少垂直屏蔽件和側(cè)屏蔽件上的磁應(yīng)力。
[0016]自由層128的磁性取向可當(dāng)遭遇外部數(shù)據(jù)位時(shí)提供可測(cè)的磁阻效果，并通過剪切(scissor)靜止?fàn)顟B(tài)和激活狀態(tài)之間層的磁化來改變其中一個(gè)或兩個(gè)自由層128的預(yù)定默認(rèn)磁化。可調(diào)諧和配置后偏置磁體132的尺寸、布置和磁矯頑力以提供預(yù)定的偏置磁化，該預(yù)定的偏置磁化與鐵磁性自由層128的各向異性協(xié)同作用以強(qiáng)健地在每個(gè)自由層128中設(shè)置靜止的磁化。
[0017]后偏置磁體132的使用可針對(duì)沿Z軸從ABS開始測(cè)得的磁性疊層122的條紋高度136以及自由層128的各向異性進(jìn)行調(diào)節(jié)，以允許精確剪切交叉的自由層128磁化以感測(cè)數(shù)據(jù)位。圖3示出示例性磁性元件140的一些部分的俯視示意圖，其總地示出根據(jù)各實(shí)施例如何關(guān)系于磁性自由層144調(diào)諧后偏置磁體142。
[0018]后偏置磁體142可配置有磁矯頑力，該磁矯頑力提供殘余磁化(MPM)，該殘余磁化(MPM)產(chǎn)生一偏置磁場(chǎng)，該偏置磁場(chǎng)與自由層144的各向異性一起作用以將默認(rèn)磁化(MFL1和MFL2)設(shè)置至相應(yīng)的自由層144。具有以相反角度的磁化矢量為特征的交叉取向的自由層磁化的配置可增強(qiáng)數(shù)據(jù)信號(hào)和振幅，因?yàn)榕cABS平行的各項(xiàng)異性的交叉軌道分量能抵消自由層144的形狀各向異性，從而允許對(duì)橫越ABS150的毗鄰數(shù)據(jù)位148作出反應(yīng)的更具響應(yīng)性的磁剪切。
[0019]然而，自由層128中的磁化的剪切操作可能受磁噪聲的不利影響，該磁噪聲可能無意中導(dǎo)致熱切換和不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)感測(cè)。有鑒于這些困難，三層磁性疊層122中的自由層128的面內(nèi)單軸各向異性相對(duì)于條紋高度的調(diào)諧可通過抑制每個(gè)磁性自由層128中的磁性不對(duì)稱而減輕磁噪聲和無意的磁化切換。
[0020]圖4給出了根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)造的示例磁性疊層的自由層部分160的俯視示意圖。自由層部分160具有被構(gòu)造成疊層的第一磁性自由層162和第二磁性自由層164,第一磁性自由層162和第二磁性自由層164具有沿X軸的匹配寬度，以及可以相同或不同長(zhǎng)度的與ABS相距的條紋高度166。加長(zhǎng)磁性自由層162、164中的一者或兩者的條紋高度166可使相應(yīng)自由層162、164的實(shí)線表示的第一磁化168和虛線表示的第二磁化170接近平行，這會(huì)無意地導(dǎo)致磁化切換并改變自由層部分160的磁感測(cè)準(zhǔn)確性。
[0021]通過明智地將第一磁化168和第二磁化170調(diào)諧至如圖4所示的交叉取向，可抵消自由層162、164的形狀各向異性并抑制磁性不對(duì)稱和噪聲。也就是說，將第一磁化調(diào)諧至相對(duì)于X軸和自由層部分160的橫越軸172具有第一預(yù)定角取向Θ I的第一矢量方向并將第二磁化調(diào)諧至相對(duì)于橫越軸172具有第二預(yù)定角取向Θ 2的第二矢量方向通過抑制噪聲和最小化相應(yīng)自由層162、164中的磁性不對(duì)稱而使磁化168、170的無意切換減至最小。
[0022]盡管第一磁化168和第二磁化170可以不受限的多種方式被設(shè)置在預(yù)定的角取向Θ 1、Θ 2和矢量方向，然而各實(shí)施例通過至預(yù)定沉積角的傾斜入射濺射設(shè)置形成各個(gè)磁化，該傾斜入射濺射設(shè)置提供對(duì)磁噪聲產(chǎn)生抑制并增進(jìn)磁性對(duì)稱的單軸各向異性。如圖4所示，預(yù)定的角取向和矢量方向在一些實(shí)施例中是沿相反取向設(shè)置的，例如以交叉結(jié)構(gòu)配置磁化168、170的30°和150°，這提供與ABS平行和垂直的磁化分量的平衡，這種平衡在靜態(tài)操作和動(dòng)態(tài)操作期間維持磁化168、170的相應(yīng)取向。
[0023]可通過執(zhí)行退火操作來進(jìn)一步設(shè)置自由層磁化168、170的角取向和矢量方向，在退火操作中自由層部分160受高溫和施加磁場(chǎng)作用長(zhǎng)達(dá)一預(yù)定量的時(shí)間。根據(jù)各實(shí)施例，沿主要退火方向(例如沿縱軸和Z軸)單獨(dú)或同時(shí)地對(duì)自由層進(jìn)行退火以完成每個(gè)自由層162、164的單軸各向異性的定向。作為一非限定例，第一磁性自由層162可沿第一退火方向被退火，該第一退火方向與第二磁性自由層164的第二退火方向不同。
[0024]在一些實(shí)施例中，至調(diào)諧的沉積角的傾斜入射濺射設(shè)置的使用可通過在具有預(yù)定紋理的籽晶層上進(jìn)行沉積被補(bǔ)足。也就是說，自由層單軸各向異性168、170中的一者或兩者可被沉積在籽晶層上，該籽晶層要么沉積有傾斜入射濺射要么經(jīng)歷后沉積處理，比如開槽和磨蝕，以產(chǎn)生有助于在磁性自由層162、164中形成預(yù)定單軸各向異性和磁化168、170的預(yù)定紋理。
[0025]不管構(gòu)造預(yù)定磁化168、170的方式如何，經(jīng)調(diào)諧的角取向和矢量方向可提供優(yōu)化的數(shù)據(jù)位感測(cè)。圖5用曲線圖表示根據(jù)各實(shí)施例與用預(yù)定的磁性自由層單軸各向異性和磁化調(diào)諧的示例性磁性元件對(duì)應(yīng)的操作數(shù)據(jù)。實(shí)線180表示三層疊層中的自由層的交叉磁性和單軸各向異性配置如何對(duì)各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)境提供優(yōu)化的磁性響應(yīng)。
[0026]盡管調(diào)諧磁性元件的方式和磁性元件各個(gè)層的配置不僅限于特定的構(gòu)造方式，但圖6給出根據(jù)各實(shí)施例用于調(diào)諧磁性疊層而進(jìn)行的示例性磁性元件的制造例程200。例程200最初開始于在判斷框202中判斷是否帶紋理的籽晶層(例如圖2的電極層124)被用作襯底，隨后在該襯底上沉積磁性疊層。
[0027]如果使用帶紋理的籽晶層，則步驟204形成具有預(yù)定紋理的籽晶層，該預(yù)定紋理可采用不受限制的多種沉積和加工手段來形成，例如傾斜入射濺射。不管在判斷框202中是否選擇在步驟204形成帶紋理的籽晶層，步驟206接著沉積具有預(yù)定單軸各項(xiàng)異性和矢量方向的第一磁性自由層。步驟206可以無限多種方式執(zhí)行，但在一些實(shí)施例中沿預(yù)定沉積角通過傾斜入射濺射來沉積以使自由層具有單軸各向異性，這導(dǎo)致取向在預(yù)定角度的磁化，例如相對(duì)于層的橫越軸成30°角。[0028]第一磁性自由層的形成之后可執(zhí)行步驟208，在步驟208，非磁性間隔層被形成在第一磁性自由層之上。要注意，間隔層和磁性自由層的尺寸、厚度和材料是不受限制的，并且可配置成具有相似、相異和匹配的特性。接著，步驟210沉積具有第二預(yù)定單軸各向異性和矢量方向的第二磁性自由層。如圖4總體示出地，第一和第二磁性自由層的單軸各向異性和矢量方向可被設(shè)置成相對(duì)于彼此交叉并同時(shí)沿相反方向延伸，一個(gè)朝向ABS而另一個(gè)背離ABS。
[0029]通過根據(jù)預(yù)定磁性取向?qū)⒌谝缓偷诙判宰杂蓪有纬稍谌龑盈B層中，步驟212可隨后沿預(yù)定退火方向?qū)ΟB層進(jìn)行退火，例如沿自由層的橫越軸。在與圖6所示步驟不同的一些實(shí)施例中，在諸如間隔層之類的另一層的后繼沉積之前，第一和第二磁性自由層在不同溫度和退火方向下被退火。在構(gòu)建三層磁性疊層之后，可在步驟214毗鄰于磁性疊層并與磁性疊層隔開地形成后偏置磁體。后偏置磁體可被配置成具有一物理尺寸的單層或疊加層，該物理尺寸有益于將磁性自由層設(shè)置成預(yù)定的默認(rèn)磁化。
[0030]通過各磁性敏感層和后偏置磁體的經(jīng)調(diào)諧的沉積和退火，例程200可提供優(yōu)化的磁穩(wěn)定性和對(duì)稱性。然而，例程200不受限制，因?yàn)榭墒∪?、改變和添加多個(gè)步驟和判定。例如，例程200可進(jìn)一步執(zhí)行一些步驟，這些步驟形成和處理側(cè)向和垂直地毗鄰于三層磁性疊層的一個(gè)或多個(gè)磁屏蔽件。
[0031]調(diào)諧具有預(yù)定單軸各向異性的一個(gè)或多個(gè)磁性自由層的能力誘發(fā)并維持了磁化，同時(shí)抵消了形狀各向異性。調(diào)諧具有交叉磁化和相反矢量方向的各磁性自由層實(shí)現(xiàn)自由層磁化的有效磁阻剪切，同時(shí)使退化狀態(tài)之間產(chǎn)生的無意磁化切換最小化。因此，磁性疊層可專門配置成提供迎合減小的形狀因數(shù)、高數(shù)據(jù)位密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的準(zhǔn)確、有效的操作。
[0032]將理解，盡管在先前描述中連同各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)一起闡述了本公開的各實(shí)施例的許多特性和結(jié)構(gòu)，但是此詳細(xì)描述僅僅是示例性的，并且可以在細(xì)節(jié)上作出修改，尤其在由表達(dá)所附權(quán)利要求的術(shù)語的寬泛的一般含義所指示的盡可能范圍內(nèi)在本公開的原理內(nèi)對(duì)部件的結(jié)果和布置的諸方面作出修改。例如，在不偏離本發(fā)明技術(shù)的精神和范圍的情況下，特定元件可以取決于特定應(yīng)用而變化。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性元件，包括磁性疊層，所述磁性疊層具有第一和第二磁性自由層，每個(gè)磁性自由層具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度，所述第一和第二磁性自由層分別配置有相對(duì)于所述ABS交叉并響應(yīng)于所述預(yù)定條紋高度成角度的第一和第二單軸各向異性。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由層由非磁性間隔層隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性疊層缺乏固定的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)并且所述第一和第二磁性自由層通過位于所述ABS遠(yuǎn)端的后偏置磁體被設(shè)置成具有默認(rèn)的磁化。
4.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁性自由層通過傾斜的入射角沉積被沉積。
5.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁性自由層被沉積在經(jīng)過紋理化而具有預(yù)定紋理的籽晶層之上。
6.如權(quán)利要求5所述的磁性元件，其特征在于，所述預(yù)定紋理通過傾斜的入射角沉積被形成。
7.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二單軸各向異性導(dǎo)致相應(yīng)的第一和第二磁性自由層的交叉磁化。
8.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性自由層各自包括鐵磁性材料。
9.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由層具有與所述ABS相距的共同條紋高度。`
10.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由層具有與所述ABS相距的不同條紋高度。
11.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一單軸各向異性被配置成相對(duì)于所述第一和第二磁性自由層的橫越軸基本成30°夾角。
12.如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第二單軸各向異性被配置成相對(duì)于所述第一和第二磁性自由層的橫越軸基本成150°夾角。
13.—種包括磁性疊層的裝置，所述磁性疊層具有第一和第二磁性自由層，每個(gè)磁性自由層具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度，所述第一和第二磁性自由層分別配置有相對(duì)于所述ABS交叉并響應(yīng)于所述預(yù)定條紋高度成角度且指向相反方向的第一和第二單軸各向異性。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二單軸各向異性各自對(duì)應(yīng)于第一和第二磁化。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二磁化響應(yīng)于毗鄰的數(shù)據(jù)位保持交叉和相反的指向。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，至少一個(gè)磁性自由層沿所述磁性疊層的縱軸被退火。
17.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述后偏置磁體將所述第一和第二磁化設(shè)置成默認(rèn)磁化配置。
18.一種方法，包括:沉積第一和第二磁性自由層以形成磁性疊層，每個(gè)磁性自由層具有與空氣承載表面(ABS)相距的預(yù)定條紋高度；以及 配置所述第一和第二磁性自由層以使其分別具有相對(duì)于所述ABS交叉并響應(yīng)于所述預(yù)定條紋高度成角度的第一和第二單軸各向異性。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，沿所述磁性疊層的橫越軸以預(yù)定溫度對(duì)所述第一和第二磁性自由 層退火。
【文檔編號(hào)】G11B5/187GK103854670SQ201310109331
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】M·W·科溫頓, V·B·薩波日尼科夫, 丁元俊, D·V·季米特洛夫, 宋電, T·波吉爾 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司