具有交叉的各向异性的磁性元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有交叉的各向异性的磁性元件。一种磁性元件可配置有至少一个磁性叠层，该磁性叠层具有第一和第二磁性自由层，这些磁性自由层中的每一个具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度。第一和第二磁性自由层可各自配置有相对于ABS交叉并响应于预定条纹高度成角度的第一和第二单轴各向异性。
【专利说明】具有交叉的各向异性的磁性元件
【发明内容】
[0001]本公开的各实施例总地涉及能够进行数据感测的磁性元件。
[0002]根据一些实施例，磁性元件可配置有至少一个磁性叠层，该磁性叠层具有第一和第二磁性自由层，这些磁性自由层中的每一个具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度。第一和第二磁性自由层可各自配置有相对于ABS交叉并响应预定条纹高度成角度的第一和第二单轴各向异性。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]图1是数据存储设备的一个示例性部分的框图表示。
[0004]图2给出图1中示出的数据存储设备的一部分的横截面框图表示。
[0005]图3示出了根据一些实施例构造的示例磁性元件的一部分的俯视框图表示。
[0006]图4示出了根据一些实施例构造的示例磁性元件的一部分的俯视框图表示。
[0007]图5用曲线图示出了来自根据各实施例构造和运作的示例性磁性元件的操作数据。
[0008]图6给出了根据各实施例执行的磁性元件制造例程的流程图。
【具体实施方式】
[0009]数据存储产业持续发展至更高的数据容量、更快的数据访问时间以及减小的形状因数。这些考量可对应于较小的数据存储组件和更精密的尺寸公差，这可能导致抑制有效数据访问的磁性不稳定性和噪声。尽管可使用磁偏置方案来减轻磁性不稳定性，然而工艺和设计差异可能降低这类磁偏置方案的效率。如此，对于形状因数减小、高数据位密度的存储设备存在磁性不稳定性减轻的持续产业需求。
[0010]因此，一种磁性元件被配置有磁性叠层，该磁性叠层具有第一和第二磁性自由层，该磁性自由层中的每一个具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度并各自具有相对于ABS交叉并响应预定的条纹高度成角度的第一和第二单轴各向异性。调谐单轴各向异性与条纹高度的角度的能力可减轻操作噪声，因为自由层在退化配置之间切换而不受无意的热切换和高磁性不对称的抑制。
[0011]尽管可在非限制的环境中实现单轴各向异性，但是图1总体示出根据各个实施例可利用经调谐的磁性元件的示例数据存储设备100的俯视框图表示。数据存储设备100在非限制性配置中示出，该数据存储设备100具有执行组件102，该执行组件102在能够在预定数据轨道110上存储经编程的位108的磁性存储介质106上定位换能头104。存储介质106可被附接至主轴电机112，该主轴电机112在使用过程中旋转以产生空气承载表面(ABS)，执行组件102的滑块部分114在ABS之上飞行以将包括换能头104的头万向节组件(HGA) 116定位在介质106的预定部分之上。
[0012]换能头104可被配置有一个或多个换能元件，如磁性写入器、磁性响应性读取器以及磁屏蔽件，它们操作以分别对存储介质106的所选数据轨道110进行编程和读取数据。如此，执行组件102的受控运动导致换能器与在存储介质表面上界定的数据轨道110对准，以写入、读取以及重写数据。
[0013]应当注意，术语“层叠”在本公开中是非限制性术语，其可以是能够进行磁屏蔽、读取和写入的一个或多个磁性或非磁性层。贯穿本申请，术语“叠层”将被理解为表示位于ABS上以根据预定的特性传导磁通量的组件，例如旋转磁性自由层的磁化、将磁极性诱导至毗邻的数据存储介质上以及引导磁通量离开磁性元件的数据感测区域。
[0014]随着数据位108变得更密集地位于数据轨道110内，头104将接受来自众多毗邻数据位的磁通量，这导致至少部分地由于头104在ABS上的磁性敏感形貌的物理尺寸的噪声和磁性不对称。已发展出多种磁性敏感叠层设计以减小头104的ABS尺寸并减轻杂散磁通量的影响。图2示出能用于图1的数据存储设备100中的示例性磁性元件120的横截面示意图。磁性元件120图示为根据一些实施例被配置为具有磁性叠层122，该磁性叠层122设置在在空气承载表面(ABS)之上的电极层124和磁屏蔽件126之间。
[0015]磁性叠层122可配置成多种不同的数据位感测分层，例如磁阻、隧穿磁阻以及旋转阀，但在图2所示实施例中被构造成“三层”传感器，该“三层”传感器具有由非磁性间隔层130隔开的双重铁磁性自由层128。该三层磁性叠层122的特征在于，一对磁性敏感的铁磁层，这对铁磁层通过毗邻的但物理上隔开的后偏置磁体132被偏置至默认的磁化，而不是与固定的磁化基准结构接触。也就是说，磁性叠层122缺乏任何固定的磁化，这将减少屏蔽件之间的间距134并减少垂直屏蔽件和侧屏蔽件上的磁应力。
[0016]自由层128的磁性取向可当遭遇外部数据位时提供可测的磁阻效果，并通过剪切(scissor)静止状态和激活状态之间层的磁化来改变其中一个或两个自由层128的预定默认磁化。可调谐和配置后偏置磁体132的尺寸、布置和磁矫顽力以提供预定的偏置磁化，该预定的偏置磁化与铁磁性自由层128的各向异性协同作用以强健地在每个自由层128中设置静止的磁化。
[0017]后偏置磁体132的使用可针对沿Z轴从ABS开始测得的磁性叠层122的条纹高度136以及自由层128的各向异性进行调节，以允许精确剪切交叉的自由层128磁化以感测数据位。图3示出示例性磁性元件140的一些部分的俯视示意图，其总地示出根据各实施例如何关系于磁性自由层144调谐后偏置磁体142。
[0018]后偏置磁体142可配置有磁矫顽力，该磁矫顽力提供残余磁化(MPM)，该残余磁化(MPM)产生一偏置磁场，该偏置磁场与自由层144的各向异性一起作用以将默认磁化(MFL1和MFL2)设置至相应的自由层144。具有以相反角度的磁化矢量为特征的交叉取向的自由层磁化的配置可增强数据信号和振幅，因为与ABS平行的各项异性的交叉轨道分量能抵消自由层144的形状各向异性，从而允许对横越ABS150的毗邻数据位148作出反应的更具响应性的磁剪切。
[0019]然而，自由层128中的磁化的剪切操作可能受磁噪声的不利影响，该磁噪声可能无意中导致热切换和不准确的数据感测。有鉴于这些困难，三层磁性叠层122中的自由层128的面内单轴各向异性相对于条纹高度的调谐可通过抑制每个磁性自由层128中的磁性不对称而减轻磁噪声和无意的磁化切换。
[0020]图4给出了根据一些实施例构造的示例磁性叠层的自由层部分160的俯视示意图。自由层部分160具有被构造成叠层的第一磁性自由层162和第二磁性自由层164,第一磁性自由层162和第二磁性自由层164具有沿X轴的匹配宽度，以及可以相同或不同长度的与ABS相距的条纹高度166。加长磁性自由层162、164中的一者或两者的条纹高度166可使相应自由层162、164的实线表示的第一磁化168和虚线表示的第二磁化170接近平行，这会无意地导致磁化切换并改变自由层部分160的磁感测准确性。
[0021]通过明智地将第一磁化168和第二磁化170调谐至如图4所示的交叉取向，可抵消自由层162、164的形状各向异性并抑制磁性不对称和噪声。也就是说，将第一磁化调谐至相对于X轴和自由层部分160的横越轴172具有第一预定角取向Θ I的第一矢量方向并将第二磁化调谐至相对于横越轴172具有第二预定角取向Θ 2的第二矢量方向通过抑制噪声和最小化相应自由层162、164中的磁性不对称而使磁化168、170的无意切换减至最小。
[0022]尽管第一磁化168和第二磁化170可以不受限的多种方式被设置在预定的角取向Θ 1、Θ 2和矢量方向，然而各实施例通过至预定沉积角的倾斜入射溅射设置形成各个磁化，该倾斜入射溅射设置提供对磁噪声产生抑制并增进磁性对称的单轴各向异性。如图4所示，预定的角取向和矢量方向在一些实施例中是沿相反取向设置的，例如以交叉结构配置磁化168、170的30°和150°，这提供与ABS平行和垂直的磁化分量的平衡，这种平衡在静态操作和动态操作期间维持磁化168、170的相应取向。
[0023]可通过执行退火操作来进一步设置自由层磁化168、170的角取向和矢量方向，在退火操作中自由层部分160受高温和施加磁场作用长达一预定量的时间。根据各实施例，沿主要退火方向(例如沿纵轴和Z轴)单独或同时地对自由层进行退火以完成每个自由层162、164的单轴各向异性的定向。作为一非限定例，第一磁性自由层162可沿第一退火方向被退火，该第一退火方向与第二磁性自由层164的第二退火方向不同。
[0024]在一些实施例中，至调谐的沉积角的倾斜入射溅射设置的使用可通过在具有预定纹理的籽晶层上进行沉积被补足。也就是说，自由层单轴各向异性168、170中的一者或两者可被沉积在籽晶层上，该籽晶层要么沉积有倾斜入射溅射要么经历后沉积处理，比如开槽和磨蚀，以产生有助于在磁性自由层162、164中形成预定单轴各向异性和磁化168、170的预定纹理。
[0025]不管构造预定磁化168、170的方式如何，经调谐的角取向和矢量方向可提供优化的数据位感测。图5用曲线图表示根据各实施例与用预定的磁性自由层单轴各向异性和磁化调谐的示例性磁性元件对应的操作数据。实线180表示三层叠层中的自由层的交叉磁性和单轴各向异性配置如何对各种数据存储环境提供优化的磁性响应。
[0026]尽管调谐磁性元件的方式和磁性元件各个层的配置不仅限于特定的构造方式，但图6给出根据各实施例用于调谐磁性叠层而进行的示例性磁性元件的制造例程200。例程200最初开始于在判断框202中判断是否带纹理的籽晶层(例如图2的电极层124)被用作衬底，随后在该衬底上沉积磁性叠层。
[0027]如果使用带纹理的籽晶层，则步骤204形成具有预定纹理的籽晶层，该预定纹理可采用不受限制的多种沉积和加工手段来形成，例如倾斜入射溅射。不管在判断框202中是否选择在步骤204形成带纹理的籽晶层，步骤206接着沉积具有预定单轴各项异性和矢量方向的第一磁性自由层。步骤206可以无限多种方式执行，但在一些实施例中沿预定沉积角通过倾斜入射溅射来沉积以使自由层具有单轴各向异性，这导致取向在预定角度的磁化，例如相对于层的横越轴成30°角。[0028]第一磁性自由层的形成之后可执行步骤208，在步骤208，非磁性间隔层被形成在第一磁性自由层之上。要注意，间隔层和磁性自由层的尺寸、厚度和材料是不受限制的，并且可配置成具有相似、相异和匹配的特性。接着，步骤210沉积具有第二预定单轴各向异性和矢量方向的第二磁性自由层。如图4总体示出地，第一和第二磁性自由层的单轴各向异性和矢量方向可被设置成相对于彼此交叉并同时沿相反方向延伸，一个朝向ABS而另一个背离ABS。
[0029]通过根据预定磁性取向将第一和第二磁性自由层形成在三层叠层中，步骤212可随后沿预定退火方向对叠层进行退火，例如沿自由层的横越轴。在与图6所示步骤不同的一些实施例中，在诸如间隔层之类的另一层的后继沉积之前，第一和第二磁性自由层在不同温度和退火方向下被退火。在构建三层磁性叠层之后，可在步骤214毗邻于磁性叠层并与磁性叠层隔开地形成后偏置磁体。后偏置磁体可被配置成具有一物理尺寸的单层或叠加层，该物理尺寸有益于将磁性自由层设置成预定的默认磁化。
[0030]通过各磁性敏感层和后偏置磁体的经调谐的沉积和退火，例程200可提供优化的磁稳定性和对称性。然而，例程200不受限制，因为可省去、改变和添加多个步骤和判定。例如，例程200可进一步执行一些步骤，这些步骤形成和处理侧向和垂直地毗邻于三层磁性叠层的一个或多个磁屏蔽件。
[0031]调谐具有预定单轴各向异性的一个或多个磁性自由层的能力诱发并维持了磁化，同时抵消了形状各向异性。调谐具有交叉磁化和相反矢量方向的各磁性自由层实现自由层磁化的有效磁阻剪切，同时使退化状态之间产生的无意磁化切换最小化。因此，磁性叠层可专门配置成提供迎合减小的形状因数、高数据位密度的数据存储设备的准确、有效的操作。
[0032]将理解，尽管在先前描述中连同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许多特性和结构，但是此详细描述仅仅是示例性的，并且可以在细节上作出修改，尤其在由表达所附权利要求的术语的宽泛的一般含义所指示的尽可能范围内在本公开的原理内对部件的结果和布置的诸方面作出修改。例如，在不偏离本发明技术的精神和范围的情况下，特定元件可以取决于特定应用而变化。
【权利要求】
1.一种磁性元件，包括磁性叠层，所述磁性叠层具有第一和第二磁性自由层，每个磁性自由层具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度，所述第一和第二磁性自由层分别配置有相对于所述ABS交叉并响应于所述预定条纹高度成角度的第一和第二单轴各向异性。
2.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由层由非磁性间隔层隔开。
3.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性叠层缺乏固定的基准结构并且所述第一和第二磁性自由层通过位于所述ABS远端的后偏置磁体被设置成具有默认的磁化。
4.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁性自由层通过倾斜的入射角沉积被沉积。
5.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一磁性自由层被沉积在经过纹理化而具有预定纹理的籽晶层之上。
6.如权利要求5所述的磁性元件，其特征在于，所述预定纹理通过倾斜的入射角沉积被形成。
7.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二单轴各向异性导致相应的第一和第二磁性自由层的交叉磁化。
8.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述磁性自由层各自包括铁磁性材料。
9.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由层具有与所述ABS相距的共同条纹高度。`
10.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一和第二磁性自由层具有与所述ABS相距的不同条纹高度。
11.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第一单轴各向异性被配置成相对于所述第一和第二磁性自由层的横越轴基本成30°夹角。
12.如权利要求1所述的磁性元件，其特征在于，所述第二单轴各向异性被配置成相对于所述第一和第二磁性自由层的横越轴基本成150°夹角。
13.—种包括磁性叠层的装置，所述磁性叠层具有第一和第二磁性自由层，每个磁性自由层具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度，所述第一和第二磁性自由层分别配置有相对于所述ABS交叉并响应于所述预定条纹高度成角度且指向相反方向的第一和第二单轴各向异性。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一和第二单轴各向异性各自对应于第一和第二磁化。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一和第二磁化响应于毗邻的数据位保持交叉和相反的指向。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，至少一个磁性自由层沿所述磁性叠层的纵轴被退火。
17.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述后偏置磁体将所述第一和第二磁化设置成默认磁化配置。
18.一种方法，包括:沉积第一和第二磁性自由层以形成磁性叠层，每个磁性自由层具有与空气承载表面(ABS)相距的预定条纹高度；以及 配置所述第一和第二磁性自由层以使其分别具有相对于所述ABS交叉并响应于所述预定条纹高度成角度的第一和第二单轴各向异性。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，沿所述磁性叠层的横越轴以预定温度对所述第一和第二磁性自由 层退火。
【文档编号】G11B5/187GK103854670SQ201310109331
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】M·W·科温顿, V·B·萨波日尼科夫, 丁元俊, D·V·季米特洛夫, 宋电, T·波吉尔 申请人:希捷科技有限公司