用于双自由层读头的有效后硬偏置的制作方法

1.本公开的实施例大体上涉及具有后硬偏置(rear hard bias，rhb)结构的双自由层(dual free layer，dfl)隧道磁阻(tunnel magnetic resistive，tmr)读头。


背景技术：

2.读头通常包含反铁磁(antiferromagnetic，afm)层，这导致屏蔽件之间的相当大间距。无afm层的读头可收缩屏蔽件之间的距离，同时也消除来自afm晶粒中的热波动的头不稳定性。
3.一种此类读头是具有双自由层(dfl)传感器的dfl读头。dfl读头不具有afm层，而是具有通过在屏蔽件之间的传感器的任一侧上的反铁磁耦合(antiferromagnetically coupled，afc)软偏置(soft bias，sb)结构而纵向个别地稳定的两个自由层。当在条带后边缘处由永久磁性或后头偏置(rhb)结构横向地偏置时dfl传感器在剪刀模式中操作，所述结构递送具有自我噪声消除的读出振幅的两倍高。dfl读头中的一个主要挑战在于rhb提供强场。rhb场不仅需要是强的，而且需要均匀地施加以使自由层能够在剪刀模式中操作。当在剪刀模式中操作时，dfl读头可递送大得多的读出振幅和减少的磁噪声。
4.因此，此项技术中需要具有可均匀地施加的强rhb磁场的改进的dfl读头。


技术实现要素：

5.本公开大体上涉及具有双自由层(dfl)传感器的读头。所述读头具有安置于两个屏蔽件之间的传感器。所述传感器是dfl传感器且具有在面对介质的表面(mfs)处的表面。在所述dfl传感器后方且远离所述mfs的是后硬偏置(rhb)结构。所述rhb结构也安置于所述屏蔽件之间。在所述dfl传感器与所述rhb结构之间的是绝缘材料。rhb安置于绝缘材料上。rhb包含rhb晶种层以及rhb主体层。rhb晶种层具有26埃与35埃之间的厚度。rhb晶种层确保读头具有可均匀地施加的强rhb磁场。
6.在一个实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；第二屏蔽件，其与第一屏蔽件间隔开；传感器，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间；以及后硬偏置(rhb)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间且在传感器后方，其中rhb结构包括：rhb晶种层，其中rhb晶种层具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度；以及rhb主体层。
7.在另一实施例中，一种磁读头包括：双自由层(dfl)传感器；读硬偏置(rhb)结构，其中rhb结构包括具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度的rhb晶种层；以及绝缘材料，其安置于dfl传感器与rhb晶种层之间。
8.在另一实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；中间屏蔽件；第二屏蔽件；第一传感器，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；第二传感器，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间；第一后硬偏置(rhb)结构，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；以及第二rhb结构，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间，其中第一rhb结构和第二rhb结构中的至少一个包含具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度的第一晶种层。
附图说明
9.为了可以详细地理解本公开的上述特征，上文简短概述的本公开可以参考实施例加以更具体地描述，其中一些实施例在附图中图解说明。然而，应注意，附图只是说明本公开的典型实施例且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可以承认其它同等有效的实施例存在。
10.图1是包含磁读头的磁性介质驱动器的某些实施例的示意性图示。
11.图2是面对磁性存储介质的头组合件的截面侧视图的某些实施例的示意性图示。
12.图3a到3b是根据各种实施例的单个读头的示意性图示。
13.图4a到4b是根据一个实施例的tdmr读头的示意性图示。
14.图5是示出根据各种实施例的rhb堆叠的磁性性质的曲线图。
15.图6是根据一个实施例的dfl读头的示意性图示。
16.图7a是示出根据一个实施例的许多装置的杆准静态测试(bqst)性能的结果的曲线图。
17.图7b是示出对图7a中所示出的装置的产量损失的主要影响的曲线图。
18.图7c是示出从对图7a和7b中示出的装置的过程监视图表观察到的变化的曲线图。
19.图8是示出根据一个实施例的rhb膜的典型x射线衍射模式的曲线图。
20.图9a和9b是根据另一个实施例的dfl读头的示意性图示。
21.图10a是示出随rhb晶种层厚度而变的bqst性能的曲线图。
22.图10b是示出随晶种层厚度而变的rhb过程监视膜的磁性性质的曲线图。
23.为了便于理解，在可能的情况下已经使用相同的元件符号表示图中共有的相同元件。预期到一个实施例中公开的元件可有利地在其它实施例上利用而不需特定叙述。
具体实施方式
24.在下文中，参考本公开的实施例。然而，应理解，本公开不限于所描述的特定实施例。实际上，涵盖以下特征和元件(不管是否与不同实施例有关)的任何组合以实施和实践本公开。此外，尽管本公开的实施例可实现优于其它可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但特定优势是否是由给定实施例实现并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例及优点仅为说明性的且不认为是所附权利要求书的元件或限制，除非明确地叙述于权利要求中。同样，对“本公开”的提及不应解释为本文中所公开的任何发明性主题的一般化，且不应认为是所附权利要求书的元件或限制，除非明确地叙述于权利要求中。
25.本公开大体上涉及具有双自由层(dfl)传感器的读头。所述读头具有安置于两个屏蔽件之间的传感器。所述传感器是dfl传感器且具有在面对介质的表面(mfs)处的表面。在所述dfl传感器后方且远离所述mfs的是后硬偏置(rhb)结构。所述rhb结构也安置于所述屏蔽件之间。在所述dfl传感器与所述rhb结构之间的是绝缘材料。rhb安置于绝缘材料上。rhb包含rhb晶种层以及rhb主体层。rhb晶种层具有26埃与35埃之间的厚度。rhb晶种层确保读头具有可均匀地施加的强rhb磁场。
26.图1是包含磁写头和磁读头的磁性介质驱动器100的某些实施例的示意性图示。磁性介质驱动器100可以是单个驱动器/装置或包括多个驱动器/装置。磁性介质驱动器100包含磁记录介质，例如支撑于主轴114上且由驱动马达118旋转的一个或多个可旋转磁盘112。
为便于图示，示出根据一个实施例的单个磁盘驱动器。每一磁盘112上的磁记录呈任何合适的数据轨道模式的形式，例如磁盘112上的同心数据轨道(未图示)的环形模式。
27.至少一个滑块113定位于磁盘112附近。每一滑块113支撑头组合件121，所述头组合件包含一个或多个读/写头，例如包括tmr装置的写头和读头。在磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向移入和移出，使得头组合件121可以在期望的数据被写入或读取的地方存取磁盘112的不同轨道。每一滑块113借助于悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向磁盘表面122偏置的轻微弹簧力。每一致动器臂119附接到致动器127。如图1所示的致动器127可以是音圈马达(voice coil motor，vcm)。vcm包含可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度受由控制单元129供应的马达电流信号控制。
28.在磁性介质驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转产生滑块113与磁盘表面122之间的空气或气体轴承，这在滑块113上施加向上力或提升。空气或气体轴承因此反平衡悬架115的轻微弹簧力，且在正常操作期间支撑滑块113以小的基本上恒定间距离开磁盘表面122且稍微在所述磁盘表面上方。
29.磁性介质驱动器100的各种组件在操作中受由控制单元129产生的控制信号控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储构件和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号和线128上的头位置和搜寻控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布曲线以最优地移动和定位滑块113到磁盘112上的期望的数据轨道。写信号和读信号借助于记录通道125传送到头组合件121和从所述头组合件传送。图1的磁性介质驱动器的某些实施例还可包含多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
30.图2是面对磁盘112或其它磁性存储介质的头组合件200的截面侧视图的某些实施例的示意性图示。头组合件200可以对应于在图1中描述的头组合件121。头组合件200包含面对磁盘112的面对介质的表面(media facing surface，mfs)212。如图2中所示出，磁盘112在由箭头232指示的方向上相对地移动，且头组合件200在由箭头233指示的方向上相对地移动。
31.头组合件200包含磁读头211。磁读头211包含安置于屏蔽件s1与s2之间的第一感测元件204a，和安置于屏蔽件s2与s3之间的第二感测元件204b。感测元件204a以及屏蔽件s1和s2各自具有面对磁盘112的mfs 212。感测元件204b以及屏蔽件s2和s3各自具有面对磁盘112的mfs 212。感测元件204a、204b是通过tmr效应感测磁盘112中的记录位的磁场的tmr装置，所述记录位例如垂直记录位或纵向记录位。在某些实施例中，屏蔽件s1与s2之间的间距以及屏蔽件s2与s3之间的间距是约17nm或更小。
32.头组合件200可以任选地包含写头210。写头210包含主极220、前导屏蔽件206和拖尾屏蔽件(trailing shield，ts)240。主极220包括磁性材料且充当主电极。主极220、前导屏蔽件206和ts 240中的每一个具有在mfs 212处的前部部分。写头210包含围绕主极220的线圈218，其激励主极220而产生用于影响可旋转磁盘112的磁记录介质的写磁场。线圈218可以是螺旋结构或者一组或多组扁平形结构。ts 240包括充当用于主极220的返回极的磁性材料。前导屏蔽件206可以提供电磁屏蔽且通过前导间隙254与主极220分离。
33.图3a到3b是单个读头300的示意性图示。图3a到3b的方面可以类似于磁读头211的组件。图3a是双自由层(dfl)传感器的单个读头300的mfs视图。单个读头300包含第一屏蔽
件(s1)302、晶种层304、第一自由层(fl)306、屏障层308、第二fl 310、顶盖312、第二屏蔽件(s2)322，和绝缘材料352。晶种层304、第一fl 306、屏障层308、第二fl 310和顶盖312共同可称为dfl传感器堆叠350。应理解，针对本文所描述的层中的每一个未列出的其它材料是预期的，且本文所论述的实施例不限于针对dfl传感器的层中的每一个列出的材料。在本文所论述的实施例中，晶种层、第一fl、屏障层、第二fl和顶盖可称为mtj堆叠。
34.s1 302包含选自包含nife、cofe、nifeco、合金和其组合的群组的可透磁且导电的材料。s2 322包含选自与s1 302相同的材料群组的可透磁且导电的材料，或由基于锰的反铁磁体偏置的同一材料交换，例如irmn、ptmn和nimn，或两者的组合。s1 302和s2 322中的每一个的厚度可以在约10nm与约500nm之间。s1 302和s2 322是通过众所周知的沉积方法沉积的，例如电镀、无电电镀、或溅镀，或其组合。另外，应理解，虽然nife、cofe、nifeco、irmn、ptmn和nimn已经例示作为s1 302和s2 322材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于nife、cofe、nifeco、irmn、ptmn和nimn用于s1 302和s2 322。
35.晶种层304形成于s1 302上。晶种层304是通过众所周知的沉积方法沉积的，例如溅镀。晶种层304包含选自包含钽(ta)、钌(ru)、钛(ti)和其多层或其合金的群组的材料。晶种层304的厚度可在约10埃到约50埃之间。另外，应理解，虽然ta、ru、ti和其多层和合金已经例示作为晶种层304材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ta、ru或ti或其多层或合金用于晶种层304。举例来说，用于晶种层304的合适材料还可以包含co、hf、zr及其合金，例如cohf和cozr。
36.第一fl 306形成于晶种层304上。第一fl 306包含cofexb/cofe多层堆叠。cofe层的厚度可在约3埃到约10埃之间。cofexb层的厚度可在约30埃到约100埃之间，其中x在0与1之间(即，层可以具有非化学计量的量的fe)。第一fl 306可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。另外，应理解，虽然cofexb/cofe已例示作为第一fl 306材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于cofexb/cofe用于第一fl 306。
37.屏障层308形成于第一fl 306上。屏障层308包含例如氧化镁(mgo)的材料，其厚度在约10埃到约20埃之间。应理解，虽然mgo例示作为屏障层308，但其它绝缘材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于mgo用于屏障层308。
38.第二fl 310形成于屏障层308上。第二fl 310包含cofe/cofexb多层堆叠。cofe层的厚度可在约3埃到约10埃之间。cofexb层的厚度可在约30埃到约100埃之间，且x在0与1之间(即，层可以具有非化学计量的量的fe)。第二fl 310可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。另外，应理解，虽然cofe/cofexb已例示作为第二fl 310材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于cofe/cofexb用于第二fl 310。用于第一fl 306和第二fl 310的磁矩可以由于来自saf sb的反平行偏置而是反平行的。
39.顶盖312形成于第二fl 310上。顶盖312包含选自包含钽(ta)、钌(ru)、钛(ti)、其它非磁性、导电材料和其多层的群组的材料。顶盖312可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。顶盖312的厚度可在约10埃到约100埃之间。另外，应理解，虽然ta、ru、ti和其多层已经例示作为顶盖312材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ta、ru或ti或其多层用于顶盖312。举例来说，用于顶盖312的合适材料还可以包含co、hf、zr及其合金，例如cohf和cozr。
40.单个读头300还包含第一合成反铁磁(saf)软偏置(sb)(例如，侧屏蔽件)，其包含
第一下部sb 316a、第一间隔件318a和第一上部sb 320a，以及第二saf sb，其包含第二下部sb 316b、第二间隔件318b和第二上部sb 320b。第一下部sb 316a和第二下部sb 316b各自包含选自包含nife、cofe、coni、cofeni、cofeb、co及其合金的群组的材料。第一下部sb 316a和第二下部sb 316b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。第一下部sb 316a和第二下部sb 316b可以各自具有在约50埃到约150埃之间的厚度。另外，应理解，虽然nife、cofe、coni、cofeni、cofeb和co已经例示作为顶盖312材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于nife、cofe、coni、cofeni、cofeb和co用于第一下部sb 316a和第二下部sb 316b。
41.第一间隔件318a形成于第一下部sb 316a上且第二间隔件318b形成于第二下部sb 316b上。用于第一间隔件318a和第二间隔件318b的合适材料包含在约4埃到约10埃之间的厚度的钌(ru)。应理解，虽然ru已例示作为第一间隔件318a和第二间隔件318b材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ru用于第一间隔件318a和第二间隔件318b。
42.第一上部sb 320a和第二上部sb 320b各自包含选自包含nife、cofe、coni、cofeni、cofeb、co及其合金的群组的材料。第一上部sb 320a和第二上部sb 320b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。第一上部sb 320a和第二上部sb 320b可以各自具有在约50埃到约200埃之间的厚度。另外，应理解，虽然nife、cofe、coni、cofeni、cofeb和co已经例示作为第一上部sb 320a和第二上部sb 320b材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于nife、cofe、coni、cofeni、cofeb和co用于第一上部sb 320a和第二上部sb 320b。在各种实施例中，类似于顶盖312的封盖层可以形成于第一上部sb 320a和第二上部sb 320b上。封盖层的厚度可在约0埃到约100埃之间。
43.绝缘材料352可以放置于单个读头300中，使得可避免s1 302、晶种层304、第一fl 306、屏障层308、第二fl 310、顶盖312、s2 322、第一saf sb和第二saf sb之间的电学短接。用于绝缘材料352的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化镁、氧化硅和氮化硅。绝缘材料352可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ald)或溅镀。绝缘材料352的厚度可在约10埃到约50埃之间。
44.在一个实施例中，第一下部sb 316a和第二下部sb 316b是相同的。此外，第一上部sb 320a和第二上部sb 320b是相同的。并且，第一间隔件318a和第二间隔件318b是相同的。
45.图3b是单个读dfl头300的apex视图。单个dfl读头300还包含后硬偏置(rhb)346、绝缘材料353和354、非磁性层360，和rhb晶种层351。rhb 346产生指向绝缘材料354且远离以下层的磁场：第一fl 306、屏障层308、第二fl 310、顶盖312，和绝缘材料353。换句话说，rhb 346的磁场是沿着垂直于mfs平面的轴线。rhb 346可以包含钴铂(copt)，且通过在rhb 346与s2 322之间插入非磁性层360而以磁性方式从s2 322去耦。非磁性顶盖层360可以包含选自包含钽(ta)、钌(ru)、钛(ti)、氧化铝(al2o3)、二氧化硅和其它非磁性材料的群组的材料。
46.用于绝缘材料353的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(al2o3)、氧化镁、氧化硅和氮化硅。绝缘材料353可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ald)或溅镀。绝缘材料353的厚度可在约10埃到约50埃之间。
47.rhb 346沉积于rhb晶种层351上。rhb晶种层351包含选自包含钽(ta)、钨(w)、钌(ru)、氮化物及其合金的群组的材料。另外，应理解，虽然ta、w和ru已经例示作为rhb晶种层
351材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ta、w或ru用于rhb晶种层351。rhb晶种层351可以通过众所周知的沉积方法沉积，例如溅镀。此外，rhb晶种层351的厚度可为约26埃到约35埃。另外，预期到rhb晶种层351可以包括多个层。
48.用于绝缘材料354的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化硅和氮化硅。绝缘材料354可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。绝缘材料354的厚度可在约400埃与约800埃之间。
49.图4a到4b是根据一个实施例的含有两个dfl传感器堆叠450、460的tdmr dfl读头400的示意性图示。图3a到3b的方面可以类似于图4a到4b的tdmr读头400的说明。更具体地，图3a到3b的讨论的材料和厚度适用于图4a到4b的讨论
50.图4a是根据一个实施例的tdmr读头400的abs视图。tdmr读头400包含第一dfl读头部分，其包含第一屏蔽件(s1)402、晶种层404、第一自由层(fl)406、屏障层408、第二fl 410、顶盖412、第二屏蔽件(s2)422，和绝缘材料452。应理解，针对本文所描述的层中的每一个未列出的其它材料是预期的，且本文所论述的实施例不限于针对dfl传感器的层中的每一个列出的材料。在本文所论述的实施例中，晶种层、第一fl、屏障层、第二fl和顶盖可称为mtj堆叠。
51.晶种层404包含选自包含钽、钌、钛及其组合的群组的材料。举例来说，用于晶种层404的合适材料还可以包含co、hf、zr及其合金，例如cohf和cozr。第一dfl读头部分还包含第一saf sb，其包含：第一下部sb 416a、第一间隔件418a和第一上部sb 420a；以及第二saf sb，其包含：第二下部sb 416b、第二间隔件418b和第二上部sb 420b。用于第一fl 406和第二fl 410的磁矩可以由于来自saf sb的反平行偏置而是反平行的。
52.绝缘读分离间隙(rsg)424分离第一dfl读头部分和第二dfl读头部分。绝缘rsg 424可以通过例如al2o3的氧化物化合物或任何其它合适的绝缘材料形成。
53.tdmr读头400还包含第二dfl读头部分，其包含第一屏蔽件(s1)426、晶种层428、第一自由层(fl)430、屏障层432、第二fl 434、顶盖436、第二屏蔽件(s2)444，和绝缘材料452。晶种层428包含选自包含钽、钌、钛及其组合的群组的材料。举例来说，用于晶种层304的合适材料还可以包含co、hf、zr及其合金，例如cohf和cozr。第二dfl读头部分还包含第一saf sb，其包含：第一下部sb 438a、第一间隔件440a和第一上部sb 442a；以及第二saf sb，其包含：第二下部sb 438b、第二间隔件440b和第二上部sb 442b。用于第一fl 430和第二fl 434的磁矩可以由于来自saf sb的反平行偏置而是反平行的。
54.图4b是根据另一个实施例的tdmr读头400的apex视图。第一dfl读头部分还包含后硬偏置(rhb)446、绝缘材料453和454、非磁性层462，和rhb晶种层445。rhb 446产生指向绝缘材料454且远离以下层的磁场：第一fl 406、屏障层408、第二fl 410、顶盖412和绝缘材料453。换句话说，rhb 446的磁场是沿着垂直于mfs平面的轴线。rhb 446可以包含钴铂(copt)，且通过在rhb 446与s2 422之间插入非磁性层462而以磁性方式从s2 422去耦。非磁性层462可以包含选自包含钽(ta)、钌(ru)、钛(ti)、氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)和其它非磁性导电材料的群组的材料。
55.用于绝缘材料452的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(al2o3)、氧化硅和氮化硅。绝缘材料452可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ald)或溅镀。绝缘材料452的厚度可在约10埃到约50埃之间。
56.rhb 446沉积于rhb晶种层445上。rhb晶种层445包含选自包含钽(ta)、钨(w)、钌(ru)、氮化物及其合金的群组的材料。另外，应理解，虽然ta、w和ru已经例示作为rhb晶种层445材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ta、w或ru用于rhb晶种层445。rhb晶种层445可以通过众所周知的沉积方法沉积，例如溅镀。此外，rhb晶种层445的厚度可为约26埃到约35埃。另外，预期到rhb晶种层445可以包括多个层。
57.用于绝缘材料453和454的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化硅和氮化硅。绝缘材料453可以通过众所周知的沉积方法形成，例如ald或溅镀。绝缘材料453的厚度可为从约10埃到约50埃。绝缘材料454可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。绝缘材料的厚度可在约400埃与约800埃之间。
58.第二dfl读头部分还包含rhb 448、绝缘材料453和454、非磁性层464，和rhb晶种层447。rhb 448产生指向绝缘材料454且远离以下层的磁场：第一fl 430、屏障层432、第二fl 434、顶盖436和绝缘层453。换句话说，rhb 448的磁场是沿着垂直于mfs平面的轴线。rhb 448可以包含钴铂(copt)，且其通过在rhb 448与s2 444之间插入非磁性层464而以磁性方式与s2 444去耦。非磁性层464可以包含选自包含钽(ta)、钌(ru)、钛(ti)、氧化铝(al2o3)、二氧化硅(sio2)和其它非磁性导电材料的群组的材料。
59.用于绝缘材料452的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(al2o3)、氧化硅和氮化硅。绝缘材料452可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ald)或溅镀。绝缘材料452的厚度可在约10埃到约50埃之间。用于绝缘材料453和454的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化硅和氮化硅。绝缘材料453可以通过众所周知的沉积方法形成，例如ald或溅镀。绝缘材料453的厚度可为从约10埃到约50埃。绝缘材料454可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。绝缘材料的厚度可在约400埃与约800埃之间。
60.rhb 448沉积于rhb晶种层447上。rhb晶种层447包含选自包含钽(ta)、钨(w)、钌(ru)、氮化物及其合金的群组的材料。另外，应理解，虽然ta、w和ru已经例示作为rhb晶种层447材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于ta、w或ru用于rhb晶种层447。rhb晶种层447可以通过众所周知的沉积方法沉积，例如溅镀。此外，rhb晶种层447的厚度可为约26埃到约35埃。另外，预期到rhb晶种层447可以包括多个层。
61.图5是示出根据各种实施例的rhb堆叠的磁性性质的曲线图。rhb晶种层厚度图示在x轴上，其中rhb晶种层可以是图3b的rhb晶种层351、图4b的rhb晶种层445和/或图4b的rhb晶种层447。rhb矫顽磁性(hcr)、剩余磁化厚度乘积(mrt)和方正度(s')图示在y轴上。
62.s'值从在约23埃的rhb晶种层厚度的约0.25增加到在约35埃的rhb晶种层厚度的约0.9。在约35埃和更大的rhb晶种层厚度下，s'值保持相对恒定。此外，s'值的增加速率在约29埃的rhb晶种层厚度下减小。s'值的增加速率的减小可以指示随着rhb晶种层厚度达到最佳厚度的收益递减。
63.mrt值从在约23埃的rhb晶种层厚度的约0.9memu/cm^2增加到在约29埃的rhb晶种层厚度的约1.5memu/cm^2。在约29埃和更大的rhb晶种层下，针对200埃的copt厚度，mrt值在约1.5memu/cm^2保持相对恒定。
64.hcr值从在约23埃的rhb晶种层厚度的约1.75koe增加到在约35埃的rhb晶种层厚度的约2.95koe。在大于约35埃的rhb晶种层厚度下，hcr值增加是最小的。hcr值的增加速率的减小可以指示随着rhb晶种层厚度达到最佳厚度的收益递减。
65.图6是根据一个实施例的在apex方向上的dfl读头的示意性图示。图6的dfl读头可以是图3a、3b、4a和4b中描述的dfl读头。s1对应于第一屏蔽件，例如图3a和3b的s1 302、图4a和4b的s1 402和/或图4a和4b的s2 426。s2对应于第二屏蔽件，例如图3a和3b的s2 322、图4a和4b的s2 422和/或图4a和4b的s2 444。dfl读头包含rhb堆叠和mtj堆叠，所述mtj堆叠包含第一自由层(fl1)和第二自由层(fl2)。
66.dfl读头还包含绝缘材料，例如图3a的绝缘材料352或图3b的绝缘材料353和/或图4a的绝缘材料452或图4b的绝缘材料453。绝缘材料通过例如al2o3的alox化合物或任何其它合适的绝缘材料形成。
67.rhb堆叠包含非磁性层，其包含例如ta的非磁性材料。所述非磁性层可以是图3b的非磁性层360、图4b的非磁性层462和/或图4b的非磁性层464。此外，rhb堆叠包含永久磁体，其包含例如copt的材料。rhb堆叠还包含rhb晶种层，例如图3b的rhb晶种层351、图4b的rhb晶种层445和/或图4b的rhb晶种层447。rhb晶种层可以包含例如钨(w)、钽(ta)、钌(ru)、其组合、氮化物及其合金等材料。在一个实施例中，rhb晶种层包含多层结构，所述多层结构包含第一层和第二层，其中第一层安置于绝缘材料(alox)与第二层之间。第一层包含第一厚度的ta且第二层包含第二厚度的w。在一个实施例中，第一层具有约10埃到约19埃的第一厚度的钽。第二层具有约16埃到约25埃的第二厚度的钨。
68.rhb晶种层包含第一厚度(a)和第二厚度(b)。第一厚度(a)分离rhb与绝缘材料。第一厚度(a)增加rhb与mtj堆叠之间的空间且可以影响作用于mtj堆叠的rhb磁场。第二厚度(b)进一步分离rhb与绝缘材料、mtj堆叠和s1。第二厚度(b)可以隔离rhb与s1，使得由rhb施加的磁场不受s1影响。如下文论述，第一厚度和第二厚度可为不同的。
69.图7a是示出根据一个实施例的许多装置的杆准静态测试(bqst)性能的结果的曲线图。对于在测试的约35埃rhb晶种层厚度的若干晶片，rawyield(bqst产量)值的范围是约10％到约100％。此外，asym_bqst(不对称性平均)值从约5％到约40％变动，其中大部分值在约0与约15％之间。asym_sigma(不对称性σ)值从约7.5％到约40％变动。测试的晶片中的每一个的宽值范围指示dfl读头的bqst性能在35埃的目标rhb晶种厚度下可以是优良的，但具有大的可变性。
70.图7b是示出对图7a中所示出的装置的bqst产量的主要影响的曲线图。当标绘rawyield对asym_bqst时，当asym_bqst增加时示出值的正趋势。此外，当标绘asym_sigma对rawyield时，当asym_sigma增加时示出值的负趋势。具有不良bqst性能的晶片与远离零的负asym_bqst和大asym_sigma相关联。这指示由于rhb偏置强度的可变性带来的dfl读头中的不一致偏置状态(剪刀角度)。
71.图7c是示出从对图7a和7b中示出的装置的过程监视图表观察到的变化的曲线图。测试的rhb晶种层的平均厚度是约35埃。测试的rhb的平均mrt是约1.5。因为rhb晶种层厚度和平均mrt对于测试的全部晶片是相对恒定的，所以已显而易见，当施加于具有有限几何形状的dfl读头时同一rhb膜可具有极大地不同的性质。约35埃的rhb晶种层的厚度可处于阈值。
72.图8是示出根据一个实施例的rhb膜的典型x射线衍射模式的曲线图。rhb膜可以是包含rhb和rhb晶种层的rhb堆叠。rhb晶种层可以包含第一钽层和第二钨层，其中第二钨层安置于第一钽层与rhb之间。
73.(0002)、指代copt结晶结构中的结晶平面。为了最佳rhb性能，应当是在x射线衍射模式中具有主要高强度的密排六方(hcp)copt的优选结晶生长平面。正交方向上的结晶平面(0002)应当对x射线衍射模式、平面内[0002]结晶定向的特性或hcp c轴贡献极最小强度以有利于rhb膜的平面中的rhb磁化。此外，曲线图(a)示出具有先前提到的相关结晶平面的相对定向的hcp结晶结构。曲线图(b)示出rhb膜中的晶粒的结晶定向。
[0074]
图9a和9b是根据另一个实施例的dfl读头的示意性图示。图6的dfl读头的方面可以类似于图9a和9b的dfl读头。在图9a中，rhb晶种层厚度(b)大于约35埃。在图9b中，rhb晶种层厚度(b)小于约35埃。
[0075]
由于从先前提到的相关点的例如copt的rhb材料生长纹理，用于具有足够厚度的rhb晶种层上的rhb的rhb磁化方向趋向于在rhb膜平面中定向。在mtj结点上方的rhb堆叠的溅镀沉积期间，由于溅镀沉积的非保形性质，rhb晶种层厚度从由光掩模模板投射的阴影长度之外的区域(b)中的目标厚度变化到mtj结点壁(a)附近和之上的减少厚度。在大于约35埃的目标rhb晶种层厚度(b)，通过rhb从(a)产生的磁场向上偏转而不是进入mtj堆叠。rhb晶种层较薄，但在(a)处仍足够厚以使得rhb生长纹理跟随mtj结点轮廓，从而造成基本上垂直于mtj堆叠的局部磁化。然而，在小于约35埃的rhb晶种层厚度(b)，由rhb生成的磁场能够传播进入mtj堆叠，而不是向上偏转且远离mtj堆叠，如箭头“m”表示。rhb晶种层在(a)处太薄而无法维持rhb生长纹理，从而造成局部磁化各向同性因此促进从(b)产生的磁场传播进入mtj堆叠，由箭头“n”表示。
[0076]
图10a是示出随rhb晶种层厚度而变的bqst性能的曲线图。随rhb晶种层厚度而变的bqst性能示出在约35埃的rhb晶种层厚度的性能机制改变。在约35埃的rhb晶种层厚度，rhb的rawyield的值从约95％减小到约10％。此外，在约35埃的rhb晶种层厚度，asym_bqst的值也从约8％减小到约40％。另外，在约35埃的rhb晶种层厚度，asym_sigma从约10％增加到约35％。rawyield、asym_bqst和asym_sigma值的快速改变反映在约35埃的rhb晶种层厚度下的性能机制改变。为了更佳性能，rawyield值应当尽可能接近约100％，asym_bqst应当尽可能接近0％，且asym_sigma应当尽可能接近0％。因此，为了最佳dfl读头性能，rhb晶种层厚度应当低于临界厚度，与mtj结点壁的覆盖有关，小于或等于约35埃。
[0077]
图10b是示出随晶种层厚度而变的rhb过程监视膜的磁性性质的曲线图。随晶种层厚度而变的rhb过程监视膜的磁性性质示出在约26埃的rhb晶种层厚度下的性能机制改变。在大于约26埃的rhb晶种层厚度，rhb mrt在约1.5memu/cm^2恒定，rhb hcr在约2.75koe到约3koe恒定，且rhbs'在约0.8到约0.9恒定。然而，在约26埃的rhb晶种层厚度，rhb mrt、rhb hcr和rhb s'值显著低于针对大于约26埃的rhb晶种层厚度的rhb mrt、rhb hcr和rhb s'值。当rhb晶种层减小到低于约26埃时rhb mrt、rhb hcr和rhb s'值的显著变化表示指示潜在性能机制改变的rhb的磁性性质改变。因此，为了最佳dfl读头性能，rhb晶种层厚度应当大于或等于约26埃。
[0078]
通过使用具有26埃与35埃之间的总厚度的rhb晶种层，读头具有可均匀地施加的强rhb磁场。这极不同于现有技术的教示的单个自由层(sfl)读取器的纵向硬偏置(hb)稳定。在那些装置中，hb偏置场分布随着hb晶种层变得较厚而变得逐渐较紧密。这已经论证在
用于dfl读头的rhb的情况下不是真的。rhb是有效的，因此仅当rhb晶种层厚度以在大于或等于约26埃到小于或等于约35埃的特定范围内为目标时，dfl读头的性能是一致且可重复的。
[0079]
应理解，本文所论述的磁记录头适用于例如硬盘驱动器(hdd)的数据存储装置以及磁带驱动器，例如磁带嵌入式驱动器(ted)或可插入磁带介质驱动器。实例ted在标题为“磁带嵌入式驱动器”的共同待决专利申请案第16/365,034号美国专利申请中描述，该案在2019年3月31日提交且转让给本技术的同一受让人。具体实施方式中对hdd或磁带驱动器的任何参考仅用于范例目的且并不希望限制本公开，除非明确地要求。此外，对磁记录装置的参考或针对磁记录装置的权利要求既定包含hdd和磁带驱动器两者，除非明确地要求hdd或磁带驱动器装置。
[0080]
在一个实施例中，tmr传感器在相机中使用，作为单轴传感器操作。然而，预期到tmr传感器可以用作二维或甚至三维传感器。另外，预期到tmr传感器可以集成且用于除相机外的惯性测量单元技术中，例如可穿戴装置、罗盘和mems装置。此外，tmr传感器可以作为位置传感器、桥角度传感器、磁开关、电流传感器或其组合操作。tmr传感器可用以通过使用tmr传感器作为位置和角传感器来使相机聚焦，例如智能电话相机。并且，tmr传感器适用于汽车行业中作为开关、电流和角传感器以代替电流霍尔、amr和gmr传感器。tmr传感器还可使用于无人机和机器人行业中作为位置和角传感器。医疗装置也可利用tmr传感器用于冲剂系统的流速控制和内窥镜相机传感器等等。因此，本文所论述的tmr传感器良好应用于智能电话相机以外的应用，且因此不应限于用作用于智能电话相机的传感器。此外，tmr传感器无需布置成惠斯通电桥布置，而是可以任何数目的方式布置。
[0081]
在一个实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；第二屏蔽件，其与第一屏蔽件间隔开；传感器，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间；以及后硬偏置(rhb)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间且在传感器后方，其中rhb结构包括：rhb晶种层，其中rhb晶种层具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度；以及rhb主体层。rhb晶种层具有安置于rhb主体层与第一屏蔽件之间的第一部分，以及安置于rhb主体层与传感器之间的第二部分，其中第一部分具有第一厚度，其中第二部分具有不同于第一厚度的第二厚度。第一厚度小于第二厚度。第一厚度和第二厚度各自大于或等于26埃且小于或等于35埃。rhb晶种层包括多层结构，且其中所述多层结构具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的共同厚度。rhb晶种层包括非磁性导电材料。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
[0082]
在另一实施例中，一种磁读头包括：双自由层(dfl)传感器；读硬偏置(rhb)结构，其中rhb结构包括具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度的rhb晶种层；以及绝缘材料，其安置于dfl传感器与rhb晶种层之间。rhb晶种层包括具有第一厚度的第一钽层和具有第二厚度的第二钨层。第一层安置于绝缘材料与第二层之间。第一厚度在约10埃与约19埃之间。第二厚度在约16埃与约25埃之间。rhb结构包括copt。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
[0083]
在另一实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；中间屏蔽件；第二屏蔽件；第一传感器，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；第二传感器，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间；第一后硬偏置(rhb)结构，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；以及第二rhb结构，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间，其中第一rhb结构和第二rhb结构中的至少
一个包含具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度的第一rhb晶种层。第一rhb结构包含第一rhb晶种层。第二rhb结构包含具有大于或等于26埃且小于或等于35埃的厚度的第二rhb晶种层。第一rhb晶种层包括具有第一厚度的第一钽层和具有第二厚度的第二钨层。第二rhb晶种层包括具有第一厚度的第一钽层和具有第二厚度的第二钨层。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
[0084]
虽然前述内容是针对本公开的实施例，但可以设计出本公开的其它及另外实施例而这些实施例不脱离本公开的基本范围，且本发明的范围由所附的权利要求书决定。