读取器结构的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种读取器结构。此处公开的设备包括：磁性自由层；以及自由层的第一侧上的第一阻挡层，其中阻挡层在顺轨道方向上直接接触底部护罩。
【专利说明】读取器结构
【背景技术】
[0001]在磁数据存储取出系统中，磁读写头包括具有用于以磁方式取出磁盘上存储的编码信息的磁阻(MR)传感器的读取器部分。来自盘表面的磁通量导致了 MR传感器的感测层的磁矢量的旋转，这继而又导致MR传感器的电阻率的变化。通过使得电流流经MR传感器并测量MR传感器两端的电压，可检测MR传感器的电阻率的变化。外部电路随后将电压信息转换成适当的格式并操纵该信息来恢复盘上编码的信息。
【发明内容】
[0002]
【发明内容】
被提供用于介绍下文在【具体实施方式】中进一步描述的简化形式的构思选的择。
【发明内容】
并非旨在识别出所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非用于限制所要求保护的主题的范围。根据下述各种实施方式的更详细描写的具体实施例以及附图中进一步图示的及所附权利要求限定的实施方式，所要求保护的主题的其它特征、细节、用途和优势将变得明显。
[0003]此处公开的设备包括具有第一层和阻挡层的传感器叠层，其中阻挡层接触底部护罩。通过阅读下述详细说明，这些和各种其它特征和优势将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1图示出具有示例MR传感器的数据存储装置。
[0005]图2图示出MR传感器的示例实施方式的ABS示图。
[0006]图3图示出MR传感器的替换示例实施方式的ABS示图。
[0007]图4图示出MR传感器的替换示例实施方式的ABS示图。
[0008]图5图示出此处公开的MR传感器的各种磁层的磁化图。
[0009]图6图示出针对各种MR传感器结构的在顺轨道方向上的过渡回读导数的示图。
[0010]图7图示出针对各种MR传感器结构的比较的PW50性能和幅度的示图。
[0011]图8图示出针对各种MR传感器结构的在跨道方向上的微轨道回读的的替换示图。
[0012]图9图示出出用于制造此处公开的磁阻传感器的示例操作。
【具体实施方式】
[0013]越来越需要高数据密度和灵敏的传感器来从磁介质中读取数据。具有增大的灵敏度的特大磁阻(GMR)传感器由被诸如铜之类的薄的导电的非磁性隔离层隔开的两个铁磁层构成。在隧道磁阻(TMR)传感器中，电子在与薄的绝缘阻挡物上的层相垂直的方向上行进。反铁磁性(AFM)材料被布置成邻接第一磁性层(称为钉扎层(PD)以防止其旋转。出现该特性的AFM材料被称为"钉扎材料"。利用其所呈现的旋转，第一软层被称为"钉扎层〃。第二软层响应于外部场而自由旋转并且被称为"自由层(FL) ”。
[0014]为了适当地操作MR传感器，传感器应当相对于边缘畴的形成稳定，这是因为畴壁移动导致了使得数据恢复变得困难的电噪声。实现稳定的通用方法是采用与结靠接的永磁体的设计。在该方案中，具有矫顽磁场的永磁体(即，硬磁铁)被布置在传感器的每端。来自永磁体的场稳定了传感器并防止边缘畴的形成，而且提供了适当的偏置。为了增大PL的稳固性，在PL中使用“合成反铁磁〃(SAF)。AFM/PL的使用实现了 SAF结构的一致的并且可预测的定向。而且，AFM/PL的使用还提供了稳定的结构以利用MR传感器实现用于读取器的高幅值的线性响应。
[0015]然而，利用AFM/PL结构，增大了读取器的盾牌间距(SSS)。随着脉冲宽度波动，确定了记录系统中的信噪比(SNR)的磁传感器的PW50取决于头部的SSS，所实现的更小的SSS导致了更低的PW50，而且因此增大了 SNR。建模和实验获取的PW50与SSS之间的关系的示例可给出如下:
[0016]APW50 ^ 0.3* ASSS
[0017]因此，SSS的减小导致了 PW50的值的减小，并且因此导致了记录系统的SNR值的增大。因此，通过减小SSS可以实现读取器更高的线性密度。而且，更小的SSS还改进了读取器的横向跟踪分辨率，而且横向跟踪分辨率中的这种增益还进一步有利于改进读取器可以实现的面密度。
[0018]此处公开的MR传感器通过从传感器叠层去除AFM和SAF层并通过提供与MR传感器的底部护罩直接接触的阻挡层降低了 SSS。具体地说，MR传感器包括具有自由层、与自由层邻接的阻挡层、以及与阻挡层直接接触的底部护罩的传感器叠层。在替换实施方式中，传感器叠层可还包括自由层和顶部护罩之间的阻挡层。
[0019]图1图示出具有示例MR传感器的数据存储装置100，这在分解图102中予以了更详细的示出。虽然可以构想出其它实施方式，但是在所示实施方式中，数据存储装置100包括存储介质104 (例如，磁数据存储盘)，可利用磁性写极在存储介质104上记录数据位而且可利用磁阻元件从存储介质104读取数据位。存储介质104在旋转时绕着旋转105主轴中心或盘轴旋转，而且包括内径106和外径108，它们之间是多个同心数据轨道110。应该理解的是，所述技术可用于各种存储格式，包括连续磁介质、离散轨迹(DT)介质、瓦式介质坐寸ο
[0020]可对存储介质104上的数据轨道110中的数据位位置进行信息读写。换能器头组件124被安装在致动器组件120上的与旋转122的致动器轴远离的端。换能器头组件124在旋转期间与存储介质104的表面上方靠近地飞行。致动器组件120在关于旋转122的致动器轴的查找操作期间旋转。查找操作使得换能器头组件124处于目标数据轨道上以进行读写操作。
[0021]分解图102示意地图示出MR传感器130的气垫面(ABS)视图。MR传感器130包括底部护罩132、顶部护罩134、以及沿顺轨道方向处于底部护罩132和顶部护罩134之间的传感器叠层136。传感器叠层136可包括自由层140和阻挡层142，其中阻挡层142接触底部护罩132。可替换地，传感器叠层136还可包括处于自由层140和顶部护罩134之间的阻挡层(未示出)。
[0022]底部护罩132可包括具有SAF参考层和SAF钉扎层的SAF结构(未示出)，其中SAF参考层和SAF钉扎层由非磁性层隔开。在一个替换实施方式中，底部护罩132被去除并且SAF叠层(未示出)被用来替换底部护罩132，其中SAF叠层包括由非磁性层隔开的SAF参考层和SAF钉扎层。虽然图1公开的MR传感器130使得传感器叠层136和底部护罩132在跨道方向上具有基本相等的厚度，在替换实施方式中，传感器叠层136和底部护罩132的厚度可彼此不同。例如，底部护罩132或者布置成替换底部护罩132的SAF叠层的厚度可小于传感器叠层136的厚度。
[0023]底部护罩132的SAF结构可被钉扎以使得SAF结构的钉扎层的钉扎方向基本上正交于MR传感器130的ABS。而且，底部护罩132中的SAF结构中的参考层的磁化方向基本上反向平行于底部护罩132中的SAF结构的钉扎层的磁化。注意，虽然SAF结构的各种层的磁化方向总体上正交于ABS,在传感器130的ABS附近,磁化方向可具有与传感器130的ABS平行的分量(如下文在下图5所示)。
[0024]顶部护罩134还可包括处于传感器叠层136在跨道方向上的两侧的侧护罩(未示出)。在替换实施方式中，永磁体(未示出)被布置在传感器叠层136在跨道方向上的两侦U。可替换地，顶部护罩134还可包括具有被非磁性层隔开的SAF参考层和SAF钉扎层的SAF结构(未示出)。虽然底部护罩132中的SAF结构的钉扎方向是基本正交于传感器130的ABS的方向，顶部护罩134中的SAF结构的钉扎方向是基本上平行于传感器130的ABS的方向。
[0025]图2图示出MR传感器200的示例实施方式的ABS示图。具体地说，MR传感器200包括(在顺轨道方向上)介于顶部护罩204和底部护罩206之间的传感器叠层202。而且，传感器叠层202介于(在跨道方向上)由铁磁性材料制成的两个侧护罩208和209之间。然而，在替换实施方式中，侧护罩208和209可由永磁体代替。
[0026]在一种实施方式中，传感器叠层202包括自由层210和阻挡层212。自由层210的磁定向响应于外部场(例如来自介质的磁场)而自由旋转。具体地说，自由层210未交换耦接至任意反铁磁性物质(AFM)。由此，自由层210的磁力矩在所施加的处于关注范围内的磁场的影响下自由旋转。自由层210还可包括覆盖层(未示出)。
[0027]底部护罩206可包括SAF结构，其包括被非磁性层224隔开的SAF参考层220和SAF钉扎层222。SAF参考层220和SAF钉扎层222经由层220和222之间的RKKY交换相互作用反铁磁性地耦接通过非磁性层224 (例如钌(Ru))。这种RKKY SAF结构减小了退磁场的影响，从而改进了底部护罩206提供的稳定性。SAF钉扎层222的磁定向基本上正交于传感器200的ABS。而且，SAF参考层220的磁定向也正交于传感器200的ABS并且方向平行于SAF钉扎层222的磁定向。SAF钉扎层222被反铁磁性(AFM)层226钉扎。在替换实施方式中，SAF钉扎层222被钉扎以具有与传感器200的ABS正交的分量，由此在静止状态下SAF参考层220的所得到的磁定向相对于自由层210的磁定向成钝角。
[0028]阻挡层212将自由层210与底部护罩206的SAF结构隔开。阻挡层212足够薄到使得在参考层220和自由层210之间出现量子力学的电子隧穿。电子隧穿依赖于电子自旋，导致传感器200的磁响应成为参考层220和自由层210的SAF结构的相对定向和自旋极性的函数。当参考层220和自由层210的SAF结构的磁力矩平行时出现电子隧穿的最大可能性，而且当参考层220和自由层210的SAF结构的磁力矩反向平行时出现电子隧穿的最小可能性。由此，传感器200的电阻响应于所施加的磁场而变化。在与图2的平面相正交的方向上使得盘驱动器中的数据盘上的数据位磁化，要么朝着图2的平面进行磁化，要么从图2的平面出射地磁化。因此，当传感器200经过数据位时，自由层210的磁力矩被旋转成进入图2的平面或者从图2的平面出来，从而改变传感器210的电阻。由此，可以基于从第一电极流向与传感器200相连的第二电极的电流来确定传感器200(例如，I或O)感测到的位值。
[0029]图3图示出MR传感器300的替换示例实施方式的ABS示图。具体地说，MR传感器300包括(沿顺轨道方向)介于顶部护罩304和底部护罩306之间的传感器叠层302。而且，传感器叠层302处于(沿跨道方向)两个侧护罩308和309之间。然而，在替换实施方式中，侧护罩308和309可被永磁体代替。传感器叠层302内各种层的布置基本上类似于传感器叠层202，不同之处在于传感器叠层302还包括处于自由层310和顶部护罩304之间的阻挡层314。具体地说，阻挡层314接触顶部护罩302的SAF结构。在自由层310和顶部护罩304之间提供阻挡层314，进一步通过降低信号噪声改进了 SNR而且提供了附加的调节参数用于控制传感器300的性能。
[0030]图4图示出MR传感器400的替换示例实施方式的ABS示图。具体地说，MR传感器400包括处于(沿顺轨道方向)顶部护罩404和SAF叠层406之间的传感器叠层402。而且，传感器叠层402介于(沿跨道方向)两个侧护罩408和410之间。然而，在替换实施方式中，侧护罩408和409可被永磁体代替。传感器叠层402内各种层的布置基本上类似于传感器叠层402。SAF叠层406的宽度(沿跨道方向)可大致小于顶部护罩404的宽度(沿跨道方向)。例如，SAF叠层406的宽度(沿跨道方向)可大致类似于传感器叠层402的宽度。在替换实施方式中，SAF叠层406的宽度可介于传感器叠层402的宽度和顶部护罩404的宽度之间。而且，SAF叠层402的厚度(沿顺轨道方向)可大于图2中公开的传感器叠层202的厚度。
[0031]虽然图2-4的实施方式图示了底部护罩中的SAF结构或与SAF叠层接触的阻挡层(212，312，412)，在替换实施方式中，与底部护罩(未示出)断开耦接的薄磁性层可将阻挡层与SAF叠层的底部护罩隔开。
[0032]图5图示出此处公开的MR传感器的各种磁性层的磁化图500。具体地说，图5示出了自由层磁定向502的方向以及参考层磁定向504的方向。参考层处于底部护罩的SAF结构内。所示方向是静止状态下的，即，不存在诸如来自磁介质的数据位的场之类的外部磁场。如图5所示，自由层磁定向502和参考层磁定向504在ABS处的方向形成了钝角510，这导致了传感器产生的从第一电极流向与传感器连接的第二电极的电流的形式的更强的信号。由于与传感器的ABS正交或倾斜以使得角度更钝的SAF结构中的钉扎，实现了磁定向方向之间的这一钝角。在存在外部信号(非静止状态)时，自由层磁定向502朝着参考层磁定向504旋转，如箭头520所示。
[0033]图6图示出针对各种MR传感器结构的转换回读导数在顺轨道方向上的示图600，其中转换是由数字介质上存储的信息导致的。具体地说，示图600图示出转换回读信号dR/dz的变化，其是传感器在介质上方顺轨道移动的函数。脉冲602图示出转换回读，其中传感器叠层包括SAF结构作为叠层的一部分。脉冲604图示出此处公开的传感器的转换回读，其中传感器包括自由层和与底部护罩的SAF结构(或与SAF叠层)接触的阻挡物，针对SAF结构的钉扎方向与自由层之间的60度的角度。具体地说，脉冲604表示了这样的实施方式，其中底部护罩SAF结构的参考层的磁定向的跨道分量与自由层的磁定向相反。在该情况下，自由层的磁定向以及底部护罩的SAF结构的参考层的磁定向彼此成钝角，因为底部护罩中的SAF结构的参考层的磁化的旋转与自由层的磁定向的方向相反。如所示，脉冲604具有比脉冲602的宽度远远更窄的宽度，显示了 PW50的改进(减小)。此外，图6还图示出针对此处公开的传感器的转换回读的脉冲606和608，其中传感器包括自由层与底部护罩的SAF结构(或者与SAF叠层)接触的阻挡物，分别针对SAF结构的钉扎方向与自由层之间的90度和80度的角度。
[0034]图7图示出针对各种MR传感器结构的比较性的PW50性能和幅值性能的示图700。具体地说，示图702图示出针对此处公开的传感器的各种变化的与PW50712、714和716相比较的针对具有完整传感器叠层的传感器(传感器叠层中包括SAF结构)的PW50710。如图所示，PW50710高于PW50712-716，然而，PW50的改进(减小)在底部护罩中的SAF结构中的钉扎角度还未垂直于(90度)ABS时远远更大。
[0035]另一方面，示图704图示出针对此处公开的传感器的与回读信号的幅值722、724和726相比的针对具有完整传感器叠层的传感器(传感器叠层中包括SAF结构)的回读信号的幅值720。如图所示，幅值720低于幅值724-726，但是高于幅值722。其图示出幅值的改进(增大)在底部护罩中的SAF结构中的钉扎角度还未垂直于(90度)ABS时远远更大。虽然PW50的一些改进是由于传感器的SSS的减小引起的，PW50中的剩余改进是底部护罩中的SAF结构的磁定向在与自由层的磁定向相反的方向上的移动引起的。注意，底部护罩SAF结构的磁定向中的移动出现得较早，这是因为底部护罩比FL早地被回读转换影响(这是因为在顺轨道方向上底部护罩在自由层之前)。
[0036]回读信号幅值的增大导致了传感器的改进的SNR。如示图702和704所示，可通过控制底部护罩中的SAF结构相对于传感器的ABS的钉扎角度来控制传感器的PW50和回读幅值，因此，钉扎角度可被用作调节参数，用于控制传感器的设计和性能。通过在传感器的自由层和传感器的顶部护罩中的SAF结构之间提供阻挡物，可以实现附加控制。
[0037]图8图示出针对各种MR传感器结构的跨道方向上的微轨道回读的替换示图800。具体地说，线802图示出跨道方向上的微轨道回读，其中传感器叠层包括SAF结构作为叠层的一部分，而线804图示出跨道方向上的转换回读，其中SAF结构处于底部护罩中。如图所示，回读信号之间不存在显著差异，表明传感器的跨道性能没有被底部护罩中具有SAF结构的设计不利地影响。
[0038]图9图示出示例操作900，其图示出了对此处公开的磁阻传感器的制造。操作902形成底部护罩SAF结构。操作902可包括沉积铁磁层、阻挡层和铁磁层以形成底部护罩SAF结构。随后，操作904形成传感器叠层的阻挡层。操作906确定传感器叠层的宽度是否基本上与底部护罩的宽度相等。如果宽度不同，操作908形成传感器叠层的阻挡层的图案以具有与底部护罩SAF结构的宽度不同的宽度。在一种实施方式中，阻挡层也可形成在传感器叠层的自由层的顶部。随后，操作910在传感器叠层的阻挡层上形成自由层。操作912形成侧护罩(或永磁体)。最后，操作914在自由层和侧护罩上沉积顶部护罩作为单个层。可替换地，操作914可沉积顶部护罩作为SAF结构。
[0039]上述说明、示例和数据提供了对本发明的结构和示例实施例的用途的完整描述。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的大量实施例，本发明的权利存在于所附权利要求中。而且，在不偏离所附权利要求的情况下，不同实施例的结构特征可在另一实施例中组合。上述实施方式和其它实施方式属于所附权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种读取器，包括: 磁性自由层；以及 自由层的第一侧上的第一阻挡层， 其中阻挡层在顺轨道方向上直接接触底部护罩。
2.根据权利要求1所述的装置，其中底部护罩包括第一合成反铁磁(SAF)结构。
3.根据权利要求2所述的装置，其中SAF结构包括由非磁性层隔开的参考层和钉扎层。
4.根据权利要求3所述的装置，其中在静止状态下，参考层的磁化方向形成与自由层的磁化方向之间的钝角。
5.根据权利要求2所述的装置，进一步包括自由层的第二侧上的第二阻挡层，第二侧与自由层的第一侧相对。
6.根据权利要求5所述的装置，其中第二阻挡层接触具有第二SAF结构的顶部护罩。
7.根据权利要求1所述的装置，其中自由层位于跨道方向上的两个侧护罩之间。
8.根据权利要求1所述的装置，其中自由层位于跨道方向上的两个永磁体之间。
9.根据权利要求1所述的装置，其中底部护罩的跨道宽度基本上类似于自由层的跨道览度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中底部护罩的跨道宽度度基本上类似于自由层和两个侧护罩的组合跨道宽度。
11.一种读取器，包括: 传感器叠层，其包括自由层和阻挡层，其中传感器叠层沿顺轨道方向位于顶部护罩和底部护罩之间，而且其中阻挡层接触底部护罩。
12.根据权利要求11所述的读取器，其中底部护罩还包括SAF结构。
13.根据权利要求12所述的读取器，其中底部护罩的跨道宽度和自由层的跨道宽度在气垫面处基本相等。
14.根据权利要求12所述的读取器，其中气垫面处底部护罩的跨道宽度介于气垫面处自由层的跨道宽度以及气垫面处自由层和两个侧护罩的组合跨道宽度之间。
15.根据权利要求14所述的读取器，其中在静止状态下，自由层的磁化方向与参考层的磁化方向形成钝角。
16.一种装置,包括: 传感器叠层，其包括自由层和阻挡层； 合成反铁磁(SAF)护罩层，其包括参考层和钉扎层， 其中在静止状态下，参考层的磁化方向与自由层的的磁化方向形成钝角。
17.根据权利要求16所述的装置，其中阻挡层接触SAF护罩层。
18.根据权利要求16所述的装置，其中SAF护罩层的跨道宽度基本上类似于自由层的跨道宽度。
19.根据权利要求16所述的装置，其中气垫面处SAF护罩层的跨道宽度介于气垫面处自由层的跨道宽度以及气垫面处自由层和两个侧护罩的组合跨道宽度之间。
20.根据权利要求16所述的装置，其中SAF护罩层的参考层与阻挡层通过与SAF护罩层去耦合的薄磁性层隔开。
【文档编号】G11B5/39GK104252866SQ201410293499
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年6月27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