传感器叠层结构的制作方法_2

文档序号:9376565阅读:来源:国知局
]侧屏蔽230沿横跨磁道或侧方向位于传感器叠层206两侧上,该侧屏蔽可用来使传感器叠层206的自由层222的磁取向偏置。在图示实施方式中,侧屏蔽230包围SAF层220的所有层(例如被钉扎层、间隔层和基准层)、自由层222和间隔层224。在另一实施方式中,例如侧屏蔽230可以不包围SAF 220的被钉扎层,而相反,SAF 220的被钉扎层可延伸过传感器200的整个横跨磁道宽度。
[0034]MR传感器200的层的各种材料可以是例如:
[0035]铁磁材料的磁性具有磁取向并可以是软磁性的或硬(永)磁性的。典型的软磁材料被用于自由层222和应当具有可切换磁取向的其它层。反铁磁(AFM)材料的例子包括IrMn, PtMn, FeMn和不具有净磁矩的其它磁性材料。
[0036]侧屏蔽可以是非磁性的、软磁性或硬磁性的。对于图2的实施方式,侧屏蔽230是软磁侧屏蔽并与SAF顶部屏蔽210磁性耦合。在其它实施方式中,侧屏蔽230可以是硬磁侧屏蔽。
[0037]例如层227的间隔层的适宜材料的例子包括钌(Ru)。在诸如层224的一些间隔层内,可使用多个材料层;例如,层224可以是钌和钽(Ta),其排列为Ru/Ta/Ru。例如可以出现在SAF 220和FL 222之间的隧穿阻挡层的适宜材料的例子包括MgO、Al2O3和Ti 203。
[0038]诸如层214的籽晶层的材料可以是磁性的或非磁性的。非磁性籽晶层的例子是Ta和Ru。
[0039]转到图3,其示出MR传感器的另一实施方式。图3中的MR传感器300及其各部件基本类似于前面结合图2描述的MR传感器200及其各部件,除非另有声明。相比图2,相似的组件在图3中以增加100的值的相似附图标记表示。这种组件类似惯例贯穿本公开地适用。
[0040]MR传感器300在传感器叠层306的两个相对侧(沿磁道向下方向)包括底部块状屏蔽302和顶部块状屏蔽304。在底部块状屏蔽302附近,传感器叠层306包括AFM层312和籽晶层314。SAF顶部屏蔽310毗邻于与底部块状屏蔽302相对侧上的传感器叠层306,该SAF顶部屏蔽310包括基准层(RL) 326和被钉扎层(PL) 328 (这两者之间具有间隔层327)以及AFM层332,图3中未示出顶部块状屏蔽304和AFM层332之间的间隔层。侧屏蔽330沿横道或侧向方向位于传感器叠层306的两侧上,在这种实施方式中是软磁侧屏蔽。
[0041]在这种实施方式中,传感器叠层306包括毗邻AFM层312的SAF层320以及具有可切换磁取向的自由层(FL) 322。隧穿阻挡层(未示出)可出现在SAF层320和FL 322之间。尽管图3中未详述,然而SAF层320由被钉扎层、间隔层和基准层构成。不像图2的传感器200,图3的传感器300包括在与SAF层320相对的一侧上毗邻于自由层322的RKKY親合层324。
[0042]RKKY耦合是一种核磁矩耦合或者是藉由通过传导电子的相互作用的金属的局部内“d”或“f”壳层电子自旋的耦合机制。当间接交换耦合矩在相对大的距离上时,RKKY耦合发生。在金属内占主导地位的交换相互作用中,相邻磁电子之间具有很少或没有直接重叠。交换耦合通过中介物(即RKKY材料)作用,所述中介物是导电电子(巡回电子)。具有RKKY耦合并适用于层324的材料的例子包括钌(Ru)和能够因变于材料层厚度提供铁磁或反铁磁RKKY耦合的其它材料。RKKY耦合层324在FL 322和SAF顶部屏蔽310之间提供铁磁或反铁磁耦合。
[0043]传感器叠层306进一步包括在RKKY耦合层324和SAF顶屏蔽310之间的磁覆盖层340。磁侧屏蔽330围住SAF层320、FL 322、RKKY耦合层324和磁覆盖层340并向FL322提供稳定性。
[0044]磁覆盖层340通过借助RKKY耦合层324在FL 322和基准层326之间提供交换耦合而从SAF顶部屏蔽310提供对FL 322的额外偏置。通过调整RKKY耦合层324的厚度,FL 322可与SAF顶部屏蔽310反铁磁地或铁磁地耦合。在图3的实施方式中,FL 322与SAF顶部屏蔽310 (尤其是与基准层326)铁磁地耦合。
[0045]除了至少为软磁的材料,磁覆盖层340的材料包括反铁磁材料(例如Co、Fe、CoFe、NiFe等)和耐火材料(例如钽(Ta)、铌(Nb)、铪(Hf)、锆(Zr)或其它IVB族或VB族过渡金属)。在一些实施方式中,磁覆盖层340的材料可被标识为CoFeX,其中X是占大约1_30原子百分比的耐火材料。在一些实施方式中,材料具有不显著的TMR降级、相对低的磁致伸缩和/或是非晶的。材料应当能够忍受高温退火并保持软磁性。
[0046]磁覆盖层340完全从一侧至另一侧地位于侧屏蔽330之间,尽管在其它实施方式中,磁覆盖层340可进一步沿磁道向上延伸到RL 326中。
[0047]尽管额外层(即磁覆盖层340)出现在传感器叠层306中,磁覆盖层340允许任何非磁覆盖层(例如图2的传感器200中的读取器叠层覆盖层224)的厚度减小,由此减小传感器叠层306的沿磁道向下宽度。结果,SAF顶部屏蔽310和底部块状屏蔽302之间的有效屏蔽-屏蔽间距(SSS)减小,这相对于不具有磁覆盖层的MR传感器从效果上为MR传感器300提供改善的线性密度和分辨率。
[0048]图4示出MR传感器的另一实施方式。MR传感器400及其各部件大致类似于前面结合图3描述的MR传感器300及其各个部件。相比图3,相似的组件在图4中以增加100的值的相似附图标记表示。
[0049]MR传感器400在传感器叠层406的沿磁道向下的相对侧上包括底部块状屏蔽402和顶部块状屏蔽406。在底部块状屏蔽402附近,传感器叠层406包括AFM层412和籽晶层414。SAF顶部屏蔽410毗邻于传感器叠层406,该SAF顶部屏蔽410包括RL 426和PL428 (这两者之间具有间隔层427)以及AFM层432 ;图4中未示出顶部块状屏蔽404和AFM432之间的间隔层。侧屏蔽430 (在该实施方式中是软磁侧屏蔽)沿横道或侧向方向位于传感器叠层306的两侧上。
[0050]传感器叠层406包括SAF层420 (其各个层未被示出)、具有可切换磁取向的FL422以及磁侧屏蔽。在这种实施方式中,FL 422和侧屏蔽430两者均通过RKKY耦合层424和磁覆盖层440与SAF顶部屏蔽410反铁磁地耦合。磁覆盖层440与RL 426直接铁磁地耦合,这实现RL 426和FL 422之间的RKKY耦合。
[0051]图5和图6示出具有非磁侧屏蔽的MR传感器的实施方式。图5的MR传感器500及其各部件类似于前面结合图3描述的MR传感器300及其各部件,而图6的MR传感器600及其各部件类似于前面结合图4描述的MR传感器400和各部件,除了非磁侧屏蔽相对于磁侧屏蔽。相对于图3,相似的组件在图5中以增加200的值的相似附图标记表示,并相对于图4在图6中增加200。
[0052]MR传感器500在传感器叠层506的沿磁道向下的相对侧上包括底部块状屏蔽502和顶部块状屏蔽504。传感器叠层506包括AFM层512和籽晶层514。SAF顶部屏蔽510毗邻于传感器叠层506,该SAF顶部屏蔽510包括RL 526和PL 528 (这两者之间具有间隔层527)以及AFM层532 ;图5中未示出顶部块状屏蔽504和AFM 532之间的间隔层。侧屏蔽530(在该实施方式中是非磁侧屏蔽)沿横跨磁道或侧向方向位于传感器叠层506的两侧上。
[0053]传感器叠层506包括SAF层520和具有可切换磁取向的FL 522。FL 522通过RKKY耦合层524和出现在RKKY耦合层524与SAF顶部屏蔽510之间的磁覆盖层540与SAF顶部屏蔽510铁磁地耦合。磁覆盖层540直接与RL526铁磁地耦合,这允许RL 526和FL 522之间的RKKY耦合。非磁侧屏蔽530向FL 522提供很少偏置场或不提供偏置场。然而,由RL 526和FL 522之间的交换耦合提供的FL偏置场使FL 522稳定。
[0054]转向图6,MR传感器600在传感器叠层606的沿磁道向下的相对侧上包括底部块状屏蔽602和顶部块状屏蔽604。传感器叠层606包括AFM层612和籽晶层614。SAF顶部屏蔽610毗邻于传感器叠层606,该SAF顶部屏蔽610包括RL 626、PL 628、间隔层627以及AFM层632 ;图6中未示出顶部块状屏蔽604和AFM层632之间的间隔层。侧屏蔽630 (在该实施方式中是非磁侧屏蔽)沿横跨磁道或侧向方向位于传感器叠层606的两侧上。
[0055]传感器叠层606包括SAF层620和具有可切换磁取向的FL 622。FL 622通过RKKY耦合层624和磁覆盖层640与SAF顶部屏蔽610反铁磁地耦合。磁覆盖层直接与RL 626铁磁地耦合,这允许RL 626和FL 622之间的RKKY耦合。非磁侧屏蔽630不向FL 622提供偏置场。类似于图5的实施方式,FL 622通过FL 622和RL 626的交换耦合而稳定。
[0056]图7和图8示出具有SAF侧屏蔽的MR传感器的实施方式。图7的MR传
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