具有耦合侧面屏蔽的磁性元件的制作方法
【专利摘要】本申请公开了具有耦合侧面屏蔽的磁性元件。根据各种实施例，磁性元件可以被构造为数据读取器。该磁性元件可以具有至少一个磁读取器，该磁读取器接触顶部屏蔽并与空气承载表面（ABS）上的侧面屏蔽分离。侧面屏蔽可以通过安置在顶部和侧面屏蔽之间的耦合层被反铁磁性地耦合到顶部屏蔽。
【专利说明】具有耦合侧面屏蔽的磁性元件
[0001]概要
[0002]各个实施例一般涉及配置为数据读取器的磁性元件。
[0003]根据各种实施例，磁性元件可以具有至少一个磁性读取器，该至少一个磁性读取器接触顶部屏蔽并与空气承载表面(ABS)上的侧面屏蔽分离。侧面屏蔽可以反铁磁性地通过设置在顶部与侧面屏蔽之间的耦合层耦合到顶部屏蔽。
[0004]附图的简要说明
[0005]图1 一般地示出了根据各实施例的数据存储装置的例子。
[0006]图2是根据某些实施例构造的示例磁性元件的横截面框图。
[0007]图3—般地示出了某些实施例中可以用于图1的数据存储装置中的部分的磁性元件的实施例。
[0008]图4示出了各实施例中可以用于图1的数据存储装置的示例磁性元件的框图。
[0009]图5示出了根据某些实施例构造并工作的示例磁性元件例的工作数据图表。
[0010]图6示出根据各实施例构造并工作的示例磁性元件的多个工作数据图表。
[0011]图7提供了根据本发明的各种实施例进行元件制造的例行工序的流程图。
[0012]详细说明
[0013]业界不断努力增加数据存储容量和可靠性，以及更快的数据存取时间。这样的性能对应了减小形状参数的数据存储组件和提升的数据位面密度，可利用一个或多个磁屏蔽以提高数据的分辨率。然而，减少磁性侧面屏蔽的物理尺寸与减小数据磁道宽度相结合后，可能导致无意间感测到接近数据磁道的数据位，这可能会产生磁场的不对称性并减少数据位的回读。因此，本领域持续关注着减少磁屏蔽的物理尺寸，同时保持数据的分辨率。
[0014]因此，磁性元件可以被配置为数据感测装置，其中的数据读取器与顶部屏蔽接触，同时与空气承载表面(ABS)上的侧面屏蔽分离。侧面屏蔽可以被反铁磁性地耦合到顶部屏蔽，这样可以减少无意的数据位感测。通过将高矫顽性的磁性侧面屏蔽更换为相对较低矫顽性的铁磁性材料，并将该材料磁性耦合到顶部屏蔽，数据读取器可以得到更精确的偏置磁化强度，同时减少了杂散磁场灵敏度。侧面和顶部屏蔽之间的耦合可以以最小的处理复杂度来进一步稳定侧面屏蔽的磁化。
[0015]虽然具有磁耦合的侧面屏蔽的磁性元件可以实践于各种非限定性的环境，但图1一般地示出了示例数据存储装置的数据换能部100。换能部100由致动组件102配置构成，致动组件将换能头104定位于磁存储介质108上存在的被编程的数据位106的上方，该磁存储介质108被附连至主轴电机110并随之旋转，以产生空气承载表面(ABS) 112。主轴电机110的旋转速度使得致动组件102的滑块部114浮于ABS上，从而将包含换能头104的磁头万向架组件(HGA) 116定位于介质108的理想部分。
[0016]换能头104可以包括一个或多个换能元件，诸如磁写入器和磁响应读取器，从而可以分别从存储介质108读取数据或向存储介质编写数据。以这种方式，致动组件102和主轴电机110的控制动作可调节换能头的位置，既可以横向沿着定义在存储介质上的预定的数据磁道(未示出)，也可以纵向如测得地垂直于介质表面114，以选择性地读、写和重写数据。
[0017]图2示出了可以用于图1所示的数据存储装置的换能部100的磁性数据读取器示例120的横截面的框图。虽然不是必须的或限制于图2所示的结构，磁性读取器120具有在空气承载表面(ABS)上的磁屏蔽124之间设置的磁性叠层122。磁性叠层122可以被配置为多种不同的数据位感测层叠，例如磁阻、隧道效应磁阻、自旋阀和“三层”的传感器，该传感器具有双铁磁自由层而没有固定的磁化强度的基准结构，但在图2所示的实施例中，该数据位感测层叠为毗邻结(HMRB)层叠，其特征在于有固定的基准结构，它包含钉扎层128和被钉扎层130，与磁性自由层134相对，夹住非磁性间隔层132。
[0018]当遇到外部数据位并且外部数据位与钉扎层130的固定磁化相比较在静态和激活状态之间改变时，自由层134的磁化方向可用于提供可测量的磁阻效应。磁性叠层122可以被调节到从ABS起沿着Z轴的预定带条高度136。不管带条高度136和磁性叠层122的构造如何，磁性叠层122在ABS上的磁性大小可能太大并且太敏感而无法区分相邻数据磁道上的不同数据位，特别是在形状参数减小、面位密度增高的数据存储设备上。
[0019]图3显示了根据各个实施例中的示例磁数据读取器140的ABS部分的框图。磁数据读取器140可以被构造有无限多种的屏蔽层配置，但在一些实施例中，磁读取器层叠142被配置于横向在屏蔽144之间，纵向在顶部146和底部148屏蔽层之间。磁读取器层叠142可以配置成任何种类的长方形、正方形、曲线和具有形状的结构，但于图3示出的结构则为梯形，其与底部屏蔽148接触的表面宽度增大，较其与顶部屏蔽146接触的减小的表面宽度相比要大。这样的梯形形状可以提供锥形侧壁，该锥形侧壁与读取器层叠142面向侧面屏蔽144的表面150相平行或不同，以在侧面屏蔽144和读取器层叠142之间产生预定的间隙。
[0020]在磁读取器层叠142的相对侧上定位的侧面屏蔽144可以被调整为个别独特的或共同的材料、层数和形状，以减少读取器层叠142的磁不对称性并降低杂散磁场的灵敏度。当侧面屏蔽144的一侧或两侧构成为被耦合到顶部146和底部148屏蔽结构的高磁矫顽力结构上时，磁读取器层叠142可能因为高矫顽力的侧面屏蔽144对磁场的变化过于敏感而感测到不同的偏磁。用从顶部146和底部148屏蔽去耦的软磁性材料取代硬磁性材料可以减轻杂散磁场的灵敏度，同时提供增大的读取器层叠142，但这样的侧面屏蔽的磁矩会对于因读取器层叠142的噪音增加而产生的跨磁道磁场有不一致的磁化响应。
[0021]鉴于这种敏感性和不一致的磁化表现，顶部屏蔽146可以被配置为钉扎层152 (如反铁磁(AFM))、铁磁性层154以及耦合层156(例如作为过渡金属的钌)的层叠，该层叠可以提高顶部屏蔽146的本征磁稳定性，同时通过稱合层156稱合侧面屏蔽144和顶部146屏蔽。因此，当侧面屏蔽144由铁磁材料构成，并且耦合层156设置在被钉扎的铁磁体层154和未被钉扎的侧面屏蔽144之间时，侧面屏蔽144和顶部146屏蔽层之间可以产生反铁磁耦合，由其特征可以作为合成反铁磁结构158 (SAFS)。
[0022]应当注意，耦合层156连续延伸以接触两个侧面屏蔽144和磁读取器层叠142的配置使得磁读取器层叠142的部分的处理、偏置以及单独的SAFS的形成变得简单，因为顶层屏蔽146层叠反铁磁性地耦合到各自的侧面屏蔽144。调整侧面屏蔽144、耦合层156和铁磁性性层154的形状、厚度、各向异性和材料可以提供各种耦合的选项，以适合磁性读取器层叠142的构建，比如带条高度、三层的层叠结构、以及读取器层叠的宽度。[0023]图4 一般地示出了根据各个实施例的响应于磁性读取器层叠172的设计而调整的示例磁性读取器170的ABS部分。在图4所示的实施例中，磁读取器层叠172被配置为磁阻(MR)层的层叠，其具有固定的磁化基准层和长的带条高度，其特征为从ABS起的长度大于ABS处的读取器层叠172的宽度的两倍。这样的读取器层叠172的结构可以对应于顶部174和侧面176屏蔽的配置，该配置不同于三层读取器层叠的屏蔽结构，后者没有固定的磁化强度并依赖于外部元件(诸如后部偏置磁体)来设置默认的磁化强度。
[0024]如层叠的顶部屏蔽174所不,第一 178和第二 180铁磁层分别接触第一 182和第二 184稱合层,第一 182和第二 184稱合层已经响应于顶部174和侧面176屏蔽层的加强的磁硬化而经过调整，这种磁硬化源于在读取器层叠172的任一侧形成SAFS186而引起的反铁磁耦合。这样的调整可以用相似或不相似的材料(如不同的过渡金属)和厚度，以对应于第一 178和第二 180铁磁层的配置,来构建第一 182和第二 184稱合层。S卩，稱合层182和184可以被构造成结合相似或不相似的材料和厚度188的第一 178和第二 180铁磁性层的配置，来提供屏蔽层174和178中的预定的磁刚度以及顶部174和侧面176屏蔽层之间的预定的反铁磁耦合。
[0025]这种调整的配置可能会促进侧屏蔽176的磁化，其与MR读取器层叠172的钉扎磁化相对准，从而使侧面屏蔽176可以在平行于ABS的方向上稳定读取器层叠172的非钉扎部分。各种实施方式利用包括第一 178和第二 180铁磁性层、第二稱合层184和钉扎层192的合成反铁磁层190来调整顶部屏蔽174。合成反铁磁层190可以通过调节第一铁磁层的厚度188，来获得与SAFS 186不同的磁场强度，从而可以使顶部屏蔽174相比耦合的侧面屏蔽176拥有磁灵敏度。
[0026]铁磁层178和180的不同的厚度188构成可以补充或者独立于第二耦合层184的与读取器层叠172相距预定距离194 (如IOnm和20nm)的放置。因此，第一铁磁层178的厚度188可被调整，以改变合成反铁磁层190的磁场强度、SAFS186的磁场强度、和从第二耦合层184到读取器层叠172的距离194，从而提供具有在磁性退化和磁性灵敏度之间的预定平衡的磁场稳定性。
[0027]当各种经调整的层显示为顶部屏蔽174的一部分时，这样的配置并不是限制性的，因为底部屏蔽196也可以被构造为可能会或可能不会被耦合到一个或多个侧面屏蔽176层的层叠。例如，底部屏蔽196可以具有接触到侧面屏蔽176和铁磁性层的耦合层，该耦合层通过与侧面屏蔽176的反铁磁耦合的形成而单独或与顶部屏蔽174反铁磁性耦合到侧面屏蔽174相组合形成的反铁磁性耦合组合而形成合成反铁磁层的结构。在一些实施例中，一个侧面屏蔽176被耦合到顶部屏蔽174，而另一个侧面屏蔽176被耦合到底部屏蔽196，使得反铁磁耦合可被调整为对于各自的侧面屏蔽176具有不同的磁特性，例如磁刚度和稳定性。
[0028]随着各种调整机制能调节各种铁磁层和耦合层的材料、厚度和放置，可以提高以更快的速度精确地读取高面位密度的数据存储环境的能力，因为从相邻数据磁道侧面的读取和磁噪音被缓解了。图5和6分别为根据各个实施例构造并工作的示例磁性数据读取器的工作数据图表。
[0029]在图5中，磁数据读取器配置为具有第一钌耦合层接触到侧面屏蔽和与读取器层叠具有一定预定距离的第二钌耦合层。实线200是当第二耦合层位于读取器层叠大约20nm距离时，从读取器层叠得到的归一化的回读信号与到读取器层叠中心线算起的距离的曲线。同时，虚线202是当使用没有被耦合到顶部屏蔽的永磁体侧面屏蔽时的回读信号。
[0030]可以从图5的图线200和202示出的数据理解到，钌耦合层定位于读取器层叠约20nm可以比起使用非耦合永磁体侧面屏蔽提供更高的磁性能。这样提高的磁性能可以由优化的信号强度相对于从读取器层叠中心线算起的数据位的位置的关系示出，其可被表征为MTlO和MT50。如图6所示，这样的磁性能还可以通过调节顶部屏蔽中的铁磁层厚度来调難
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[0031]实线210和虚线212分别示出了在铁磁层(如两个耦合层之间设置的层178)被调整时，回读信号的梯度如何变化。正如在图6中显示的，实线210所示的对应大约60nm厚的铁磁层的性能在增加的同时，没有受退化的PW50值影响。与此相反，用虚线212表示的约IOnm厚的铁磁层，表现出更大程度上对读取器层叠中心的数据位的依赖，这会降低PW50值和高面位密度环境中的磁数据读取器的准确性。
[0032]虽然磁数据读取器可以由各不相同的非限定性的过程来调节和构建，图7提供了根据一些实施例进行的示例数据读取器的制造例程220。步骤222提供在软磁性体侧面屏蔽之间设置的读取器层叠。读取器层叠在一些实施例中可以形成于底部屏蔽上，其中侧面屏蔽通过绝缘层与底部屏蔽磁电隔离，如图3和4所示。
[0033]步骤224中进行第一耦合层的沉积，其被沉积为同时接触到侧面屏蔽和读取器层叠的连续的膜。第一耦合层可以由过渡金属(如钌或钽等)构造，从而使侧面屏蔽反铁磁性地耦合到顶部屏蔽。沉积第一耦合层使得流程220前进到步骤226，其中第一铁磁性层至少针对厚度而设计，然后依照该厚度形成。
[0034]决定步骤228接下来评估包括在顶部屏蔽中的耦合层的数量。可参考图3和图4，看看如何可以实现到顶部屏蔽的多个耦合层。如果需要安装一个以上的耦合层，则由步骤230在第一铁磁层上形成第二耦合层，并与读取器层叠相距预定的距离。接着，步骤232在第二耦合层上沉积第二铁磁层，以在顶部和侧面屏蔽之间产生双重的合成反铁磁体。
[0035]无论在决定步骤228中是否选择了多个耦合层，都要在步骤234中沉积钉扎层，比如反铁磁层，以固定顶部屏蔽的磁化，对应稳定了侧面屏蔽的磁化。通过例程220，数据读取器被调整到具有增强的磁稳定性和抗退磁能力。但是，此流程220并不是必须的或是有限制的，可以省略、改变和添加各种决定和步骤。例如，侧面屏蔽的材料和形状可以被评估并构造为不一样的配置，以提供读取器层叠横向侧面上的不同的偏磁。
[0036]可以理解，在本公开中所描述的磁数据读取器的配置和材料的特性可以调整屏蔽性能，即可以优化顶部屏蔽和侧面屏蔽的磁稳定性。用侧面屏蔽和部分顶部屏蔽来形成合成反铁磁结构的能力可以使得以最小的退磁来得到优化的磁稳定性。并且，顶部屏蔽中铁磁层和耦合层的位置调整可以提供双合成反铁磁结构，其进一步优化磁稳定性，而不会降低磁性能，如MT10、MT50和PW50值。此外，虽然实施例面向的是磁感测，可以理解的是，要求保护的发明可以很容易地在任何数量的其他应用中使用，包括数据存储装置的应用。
[0037]但是应当理解的是，尽管本发明的各种实施例的许多特点和配置连同发明的各种实施例的结构和功能的详细信息已经列在前面的描述中，该详细描述仅仅是说明性的，可能会有细节上的变化，特别是在于本发明的原则内的元件的结构和安排事项，在所附的权利要求书中以充分的程度来表示的广泛的一般意义。例如，特定的元件可以不脱离本发明的精神和范围的情况下，取决于特定的应用而改变。
【权利要求】
1.一种磁性元件，包括磁读取器，所述磁读取器接触顶部屏蔽并与空气承载表面(ABS)上的侧面屏蔽分离，所述侧面屏蔽反铁磁性地耦合到所述顶部屏蔽。
2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，侧面屏蔽与顶部屏蔽之间的磁耦合形成合成反铁磁体。
3.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，耦合层设置在所述顶部屏蔽和侧面屏蔽之间。
4.如权利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述耦合层包含过渡金属。
5.如权利要求3所述的磁性元件，其特征在于，所述耦合层连续地延伸以接触侧面屏蔽和磁读取器。
6.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，侧面屏蔽包括单层铁磁性材料。
7.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，顶部屏蔽包括接触铁磁层的钉扎层。
8.如权利要求7所述的磁性元件，其特征在于，钉扎层包括反铁磁体。
9.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，侧面屏蔽包括钉扎到预定的磁取向的软磁材料。
10.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，磁读取器包括没有固定基准结构的三层磁性自由层的层叠。
11.如权利要求1所述 的磁性元件，其特征在于，磁读取器包括具有固定和自由磁性层的磁阻层叠。
12.—种数据读取器，包括: 磁读取器，安置于空气承载表面(ABS)上的第一和第二侧面屏蔽之间、并且与第一和第二侧面屏蔽分离；以及 顶部屏蔽，接触侧面屏蔽和磁读取器，每个侧面屏蔽通过反铁磁性地耦合到顶部屏蔽来形成合成反铁磁性结构。
13.如权利要求12所述的数据读取器，其特征在于，所述顶部屏蔽包括第一耦合层和第二耦合层，第一耦合层从第一侧面屏蔽穿过磁读取器连续地延伸到第二侧面屏蔽，第二率禹合层通过第一铁磁层与第一稱合层分隔。
14.如权利要求13所述的数据读取器，其特征在于，第二耦合层被定位成与磁读取器相距预定的距离。
15.如权利要求13所述的数据读取器，其特征在于，第二耦合层包括与第一耦合层不同的过渡金属。
16.如权利要求13所述的数据读取器，其特征在于，第二耦合层安置于第一和第二铁磁层之间。
17.如权利要求16所述的数据读取器，其特征在于，第二铁磁层通过接触被钉扎层而钉扎到预定的磁化状态。
18.如权利要求13所述的数据读取器，其特征在于，第一和第二铁磁层被配置为不同的厚度。
19.一种装置,包括: 磁读取器，所述磁读取器接触顶部屏蔽并与空气承载表面(ABS)上的侧面屏蔽分离；以及用于反铁磁性地将侧面屏蔽耦合到顶部屏蔽的装置。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，用于反铁磁性地将侧面屏蔽耦合到顶部屏蔽的所述装置包括多个耦合层和铁磁层的层叠。
【文档编号】G11B5/11GK103854666SQ201310628907
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】S·E·麦肯雷, 谭利文, E·W·辛格尔顿, M·S·U·帕特瓦瑞, V·B·萨波日尼科夫 申请人:希捷科技有限公司