具有调整的各向异性的磁性读取器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有调整的各向异性的磁性读取器，各实施例一般针对能够读取磁性数据位的叠层。该叠层可具有设置在磁性自由层和合成的反铁磁体(SAF)之间的非磁性间隔层，所述SAF被配置成具有被调整至相对于空气承载表面(ABS)非正交的方向的各向异性。
【专利说明】具有调整的各向异性的磁性读取器
【发明内容】
[0001]本公开的各实施例总地涉及能够进行磁性数据位感测的叠层。
[0002]根据一些实施例，磁性读取器可具有设置在磁性自由层和合成的反铁磁体(SAF)之间的非磁性间隔层，其中SAF配置成具有被调整至相对于空气承载表面(ABS)非正交的方向的各向异性。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]图1是根据一些实施例的示例性数据存储设备的一部分的方框图。
[0004]图2示出在一些实施例中能用于图1的数据存储设备中的示例性磁性数据读取器的方框图。
[0005]图3示出根据各实施例的示例性磁性叠层的横截面。
[0006]图4总地示出根据一些实施例配置的多个磁性层的俯视图。
[0007]图5示出根据各实施例配置的多个磁性层的磁化。
[0008]图6标绘出根据一些实施例构建的示例性磁性读取器的工作数据。
[0009]图7提供了根据各实施例所实施的磁性读取器制造例程的流程图。
【具体实施方式】
[0010]对于更大容量、更快的数据存储设备的不断加强已使数据存储元件能可靠地制造和工作的形状因数变得紧张。一种这样的数据存储元件是磁性数据读取器，该磁性数据读取器响应在数据存储介质上编程的数据位以产生数据信号。存储介质的数据位密度的增加能提高数据容量，但也具有导致不想要的数据信号幅度丧失和不稳定性的额外结果。这里，产业界力争提供一些磁性数据读取器，这些磁性数据读取器能在小形状因数、增加的数据位密度数据存储设备中提供增加的数据信号幅度和稳定性。
[0011]因此，磁性读取器可具有设置在磁性自由层和合成的反铁磁体之间的非磁性间隔层，其中合成的反铁磁体被配置成具有被调整至相对于空气承载表面非正交的方向的各向异性。调整磁性读取器的各个部分的各向异性的能力可维持合成的反铁磁体和磁性自由层之间的磁稳定性和磁交感，这可能产生更大的数据信号幅度同时减少磁性非对称。
[0012]尽管可在多种非限制环境中采用具有调整的各向异性的磁性读取器，然而图1总地示出旋转数据存储环境的数据换能部分100。换能部分100配置有致动组件102，该致动组件102将换能头104定位在磁性存储介质108上的经编程数据位106之上，该磁性存储介质108附连于主轴电动机110并绕其旋转以产生空气承载表面(ABS) 112。主轴电动机110旋转的速度允许致动组件102的滑动部分114在ABS上飞行，以将包含换能头104的磁头万向节组件(HGA) 116定位在介质108的要求部分之上。
[0013]换能头104可包括一个或多个换能元件，例如磁性写入器和磁性响应性读取器，它们工作以分别将数据编程至存储介质108和从存储介质108读取数据。如此，致动组件102和主轴电动机110受控制的运动能既沿存储介质表面上界定的预定数据磁道(未示出)侧向地又如对介质表面114垂直测得的那样垂直地调节换能器头的位置，从而有选择地写、读和重写数据。
[0014]图2示出能在图1所示数据存储设备的换能部分100中使用的示例性磁性数据读取器120的横截面方框图。尽管不需要或不仅限于图2所示的结构，然而磁性读取器120具有设置在电极层124和空气承载表面(ABS)上的磁屏蔽物126之间的磁性叠层122。磁性叠层122可配置成多个不同的数据位感测层合层，例如磁阻、隧道磁阻和自旋阀，但在一些实施例中被构造成一传感器，该传感器具有磁性自由层128以及耦合至非磁性间隔层132的相反侧的固定磁化基准结构130。
[0015]当遇到外部数据位时，自由层128和基准结构130的磁性取向用来提供一可测量的磁阻效应。各实施例仅由与反铁磁体层的连接来固定基准结构130的磁化。然而，这种反铁磁体层的引入可添加至读取器120的屏蔽物-屏蔽物间隔134，这可能对感测来自采用提高的数据位密度和减小的数据磁道宽度的形状因数减小的数据存储设备的数据位存在困难。通过将反铁磁体层从磁性叠层122去除，读取器的屏蔽物-屏蔽物间隔134可减小，但其代价是引入磁不稳定性，因为基准结构130仍然保持不受支持，这可能对应于磁性倾斜和不对称，导致总数据信号幅度丧失。
[0016]配置自由层128以使其磁化方向不同于基准结构130可通过稳定基准结构130和自由层128两者的磁化来补偿源自去除反铁磁体层的不利效果。读取器120中的各层的磁化方向设定可以若干不同、非限制的方式完成，例如通过设定基准结构130和自由层128的固有各向异性以分别提供与读取器120的空气承载表面(ABS)垂直和平行的磁化方向。
[0017]更具体地，自由层128可形成为具有固有的各向异性，由此将双极磁化维持在沿Z轴对准的平面内，同时基准结构130的基准层136和被钉扎层138可形成为具有固有的各向异性，由此沿X轴各自对准固定的磁化。通过反铁磁地横跨SAF间隔层140耦合并与自由层128的磁化不同相的基准层136和被钉扎层136的磁化，可优化读取器的磁稳定性以减少磁性不对称并增加数据信号幅度。
[0018]调整磁性叠层122的固有各向异性的能力可与基准结构130和自由层128的尺寸调整一起使用以优化读取器120的性能，从而适应各种环境状况，例如数据位密度和数据回读速率。图3示出以多种方式调整以提供预定的数据感测性能的示例性磁性叠层150的横截面方框图。如图所示，磁性叠层150被配置成多个层合层，每个层合层具有预定的条纹高度152，这是沿X轴从ABS测得的。
[0019]各实施例可调整自由层154、基准层156和被钉扎层158中的一个或多个的条纹高度152，这些层单独或共同地产生磁性叠层的多个不同的条纹高度152。不管条纹高度152是否以任何方式被调整，可针对沿Y轴测得的厚度优化每个磁性叠层150。例如，自由层154可被调整至第一预定厚度160，该第一预定厚度160不同于分别与基准层156和被钉扎层158对应的第二和第三预定厚度162、164。
[0020]在一些实施例中，鉴于包含SAF间隔层168的基准结构166的总厚度来调整基准层156和被钉扎层158,从而相对于调整的各向异性强度和方向来平衡相应各层的磁化。也就是说，可联系每个层156、158的固有各向异性(例如4000e)选取基准层156和被钉扎层158的预定厚度162、164,例如2.6nm和3.1nm,从而平衡磁性非对称并且即便叠层150中不存在反铁磁体层也提供磁性能力。[0021]调整各磁性叠层150的厚度160、162和164和条纹高度152可单独完成或与调整这些层中的一个或多个层的固有各向异性一起完成。图4和图5各自总体地示出示例性层180、190和200的俯视方框图，每个示例性层能用于磁性叠层，例如图2的磁性叠层122。层180示出如何以平行于ABS和Y轴的磁化方向182构建固有各向异性，而层190表示如何沿与ABS垂直的Y轴来确定磁化方向192。
[0022]尽管同一磁性叠层中各层的取向可通过固有各向异性调整以使磁化方向正交、平行或垂直于ABS，然而如层200所示将磁化方向调整至非正交取向202可增加数据信号幅度，尤其是当与其他磁性叠层配对以优化厚度和各向异性强度时。应当注意，术语“非正交”将被理解为描述角取向不等于零或九十度。
[0023]还要理解，构建固有各向异性和磁化方向的方式不仅限于特定工艺并可以多种不同手段来形成和调整。作为非限定性例子，在籽晶层上种植的倾斜沉积的方位角可用来形成与150°非正交磁化方向对应的经调整的固有各向异性，大致如图4的层200中的磁化202所示且更具体地如图5中显示的层的磁化所示。图5的观察揭示了层200的非正交磁化方向如何能遍及层200地提供比层180、190的正交磁化方向更均一的磁化分布。
[0024]不管固有各向异性和磁化方向是如何形成的，可单独或共同地完成磁性叠层的非正交磁化方向的调整，这样做能如图6的数据所示那样精确地优化磁性叠层性能。图6中绘出不同磁化方向关联于数据信号幅度的效果，对于2000e的固有各向异性以实线210表示而对于4000e的固有各向异性以虚线212表示。通过来自线210、212的数据，可调整和优化磁性叠层，尤其是磁性读取器的基准结构，以产生有益于各种小形状因数数据存储环境的数据信号幅度。
[0025]源自图6数据的经调整的实施例可将基准结构的被钉扎层和基准层配置成每个层具有4000e的固有各向异性以及150°的非正交磁化方向，以产生大约131%的数据信号幅度，这与具有非调整的各向异性和没有反铁磁体层来支持基准结构的磁化的磁性叠层形成鲜明的对比。经调整的固有各向异性方向和幅度与经调整的厚度和条纹高度的结合使用可提供优化的磁化非对称性和稳定性，这样做允许放松的各向异性幅度，除了更大的数据信号幅度外还具有较低的屏蔽物-屏蔽物间隔。
[0026]图7给出根据各个实施例反映如何调整磁性叠层的读取器制造例程220的示例性流程图。例程220在步骤222中最先在衬底上沉积一磁性屏蔽物和电极。电极层可从空气承载表面延伸至小于或等于屏蔽物的条纹高度，并在一些实施例中可配置成具有某一材料和表面粗糙度的籽晶层，所述材料和表面粗糙度对产生之后的沉积层中的固有各向异性是有益的。
[0027]步骤224随后在电极层上形成被钉扎层，该被钉扎层相对于空气承载表面具有预定的固有各向异性大小和方向。接着在步骤226将SAF层沉积在被钉扎层上以提供基准层和被钉扎层之间的反铁磁性耦合，并同时在步骤228中提供用于构造基准层的具有预定固有各向异性的潜在籽晶层。也就是说，在步骤226中形成的SAF间隔层可具有提供反铁磁性耦合的厚度和非磁性材料以及被粗糙化为籽晶层以帮助制造步骤228中的基准层的固有各向异性的衬底，该衬底具有可与被钉扎层的各向异性大小和方向相同或不同的第二大小和方向。
[0028]通过完成固定磁化基准结构的构建的基准层成形，步骤230将非磁性间隔层沉积在基准层顶上，其厚度允许在自由层和基准结构的磁化之间的数据感测。各实施例接着在步骤232在非磁性间隔层上形成具有第三固有各向异性的磁性自由层，该第三固有各向异性具有与基准层和被钉扎层两者的各向异性不同的大小和方向。步骤232中的磁性自由层成形后面跟的是步骤234中的顶部电极和屏蔽物的沉积。
[0029]应当提到，尽管例程220以特定顺序连续地沉积层，但该顺序不是必须的或限制性的，因为磁性叠层可包括任何数量和取向的层。例如，磁性自由层可在基准结构的基准层和被钉扎层之前形成，由此磁性叠层相比从例程220制造出的叠层来说是倒转的。
[0030]由于通过优化固有各向异性调整各磁性叠层以产生预定的磁化方向和大小的能力，可定制磁性叠层的磁性操作以提供磁稳定性、数据信号幅度以及磁性不对称的预定比率。然而，例程220不仅限于图7给出的步骤和描述，因为可新增、省去和修改任何数量的步骤以适应精确调整的磁性读取器的制造。
[0031]可以理解，本公开描述的磁性读取器的结构和材料特性允许对高数据位密度、小形状因数的数据存储设备有益的经调整的数据感测。调整具有不同的各向异性和磁化方向的磁性叠层各个部分的能力可提供增加的磁稳定性和减小的非对称性，这促进了较高的数据信号幅度。此外，磁性叠层的至少基准结构中非正交的固有各向异性的利用能提供足以去除反铁磁性层并减小磁性叠层的总体物理尺寸的磁稳定性。另外，尽管各个实施例已涉及磁感测，但应当理解，所要求保护的发明可容易地在任意数量的其他应用(包括数据存储设备应用)中使用。
[0032]要理解，尽管在前述的描述中与各实施例的结构和功能的细节一起阐述了本公开的各实施例的很多特征和结构，但是此详细描述只是解说性的，并且可以在细节上作出更改，特别是在技术原理内在由表达所附权利要求的术语的广泛的一般含义所指出的完整范围内在各部分的结构和布局方面作出更改。例如，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，特定元件可以随着特定应用而变化。
【权利要求】
1.一种磁性读取器，包括设置在磁性自由层和合成的反铁磁体(SAF)之间的非磁性间隔层，所述SAF被配置成具有被调整至相对于空气承载表面(ABS)非正交的方向的各向异性。
2.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述非正交方向为150°。
3.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述非正交方向大于90°。
4.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述自由层具有与SAF的各向异性不同的固有各向异性。
5.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述自由层和SAF具有平行于ABS测得的不同厚度。
6.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述SAF具有多个固定的磁化。
7.如权利要求6所述的磁性读取器，其特征在于，所述多个固定的磁化是经由各向异性和反铁磁性耦合而固定的。
8.如权利要求6所述的磁性读取器，其特征在于，所述多个固定的磁化是不借助永磁体固定的。
9.如权利要求6所述的磁性读取器，其特征在于，所述多个固定的磁化是不借助反铁磁性层固定的。
10.如权利要求1所述的磁性读取器，其特征在于，所述磁性自由层具有与所述SAF的第二磁化方向不同的第一磁化方向。
11.一种装置，包括设置在磁性自由层和合成的反铁磁体(SAF)之间的第一非磁性间隔层，所述SAF包括设置在磁性固定的基准层和被钉扎层之间的第二非磁性间隔层，每个被钉扎层配置成具有被调整至相对于空气承载表面(ABS)非正交的方向的各向异性。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述基准层和被钉扎层的各向异性具有共同的大小。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述基准层和被钉扎层的各向异性具有不同的大小。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述磁性自由层具有第一磁化方向，所述第一磁化方向与基准层和被钉扎层的第二和第三磁化方向各不相同。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一磁化方向平行于所述ABS取向，而所述第二和第三磁化方向均相对于ABS非正交地取向。
16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述各向异性是固有的。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述磁性自由层具有第一厚度，基准层具有第二厚度，而被钉扎层具有第三厚度，所述第二和第三厚度被调整以增加数据信号幅度。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一、第二和第三厚度各自不同。
19.一种叠层,包括: 设置在磁性自由层和合成的反铁磁体(SAF)之间的非磁性间隔层；以及 用于以相对于空气承载表面(ABS)不正交的方向成角度的各向异性来调整所述SAF的装置。
20.如权利要求19所述的叠层，其特征在于，所述调整SAF的装置是材料的倾斜沉积。
【文档编号】G11B5/60GK103730134SQ201210492285
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2012年10月15日
【发明者】V·B·萨波日尼科夫, M·S·U·帕特瓦瑞 申请人:希捷科技有限公司