磁気センサ、磁気積層および方法

【課題】この発明のさまざまな実施例は、第１の強磁性自由層１３８と第２の強磁性自由層１４０との間に配置されたスペーサ層１４２とともに構築されてもよい、磁気応答積層１３２に一般的に向けられる。
【解決手段】少なくとも１つの強磁性自由層は、磁気応答積層の磁気抵抗比（ＭＲ）を向上させる結合サブ層１８６，１９６を有することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、一般に、磁気抵抗データ要素、特に、少なくとも１つの結合サブ層をともなう磁気抵抗比（ＭＲ）の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ記憶装置は、大きなデータ容量および高速データ転送速度をともなうデータリーダにますます依存するようになっている。そのような要求の厳しいリーダの性能は、リーダ振幅を損ない、望まれないノイズを動作中に生じ得、それは磁気抵抗比に悪影響を及ぼし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、リーダの磁気抵抗比の向上は、フォームファクタが低減され面積分解能が大きくされた装置において、データ記憶容量および転送速度の増大を可能にし得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
磁気応答積層が、第１の強磁性自由層と第２の強磁性自由層との間に配置されたスペーサ層をともなって構築されてもよい。少なくとも１つの強磁性自由層は、磁気応答積層の磁気抵抗比（ＭＲ）を向上させる結合層を有することができる。
【０００５】
データリーダの向上は、強磁性自由層間に非磁性スペーサ層を配置することによって達成されてもよく、そこでは、少なくとも１つの強磁性自由層が、リーダにおいて磁気抵抗比（ＭＲ）を向上させる結合サブ層を有する。２重の強磁性自由層と結合サブ層との組合せは、磁気モーメントおよび磁気歪のようなさまざまな性能特性に対応するよう調整され向上されることができる１００％を超えるより大きなＭＲを提供することができる。したがって、磁気リーダは、リーダサイズおよび適用可能性を犠牲にせずに、多くの性能向上パラメータに一致するよう製造中に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】例示のデータ記憶装置の斜視図である。
【図２】図１のデータ記憶装置において用いることができる例示の磁気素子を示す概略図である。
【図３】図２の磁気素子において用いることができる例示的な磁気積層の一部分の断面図である。
【図４】この発明のさまざまな実施例に従って構築され動作される例示的な磁気積層の等角図である。
【図５】この発明のさまざまな実施例に従って構築され動作される例示的な磁気積層の一部分のＡＢＳ図である。
【図６】この発明のさまざまな実施例において用いることができるさまざまな材料のための例示的な動作上のデータを提供する図である。
【図７】この発明のさまざまな実施例において用いることができる、さまざまな材料組成および厚みの動作上のデータのグラフの図である。
【図８】この発明のさまざまな実施例に従って構築され動作される磁気素子の例示的な動作上の特性を提供する図である。
【図９】この発明のさまざまな実施例に従って実行される例示的なデータリーダ積層製造ルーチンのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、さまざまな実施例に従ってそのような磁気データリーダを利用することができる、例示的なデータ記憶装置１００を示す。装置１００は、この発明のさまざまな実施例を有利に実施することができる例示的な環境を示すよう設けられる。しかしながら、この発明はそのように限定されないことが理解される。
【０００８】
装置１００は、基部デッキ１０４および頂部カバー１０６から形成された実質的に封止されたハウジング１０２を含む。内部に配置されたスピンドルモータ１０８は、多くの記憶媒体１１０を回転させるよう構成される。媒体１１０は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１２によって各々支持されるデータ変換器の対応するアレイによってアクセスされる。各ＨＧＡ１１２は、可撓性サスペンション１１６を含むヘッド積層アセンブリ１１４（「アクチュエータ」）によって支持することができ、可撓性サスペンション１１６は、剛性のアクチュエータアーム１１８によって支持される。アクチュエータ１１４は、好ましくはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２２への電流の印加を介してカートリッジ軸受アセンブリ１２０のまわりを旋回する。
【０００９】
このようにして、ＶＣＭ１２２の被制御動作は、ＨＧＡ１１２の変換器１２４を、媒体表面に規定されたトラック（図示せず）と整列させ、それにデータを保存するかまたはデータをそこから検索する。変換器１２４の適切な整列を維持する一方でより小さなデータビットからデータを検索する能力は、少なくとも１つの変換磁気素子の動作上の厚みを減少させることによって達成することができる。したがって、装置１００は、より高い線密度分解能に対応する、低減された動作上の厚みおよび幅をともなう変換素子の組込みを介して、増大した容量を有し得る。
【００１０】
図２は、図１の装置１００において用いることができる磁気素子１３０の例示的なブロック図の断面図を示す。磁気素子１３０は、第１の減結合層１３４と第２の減結合層１３６との間に配置された磁気応答積層１３２を有する。磁気応答積層１３２は、非磁性スペーサ層１４２によって分離された第１の強磁性自由層１３８および第２の強磁性自由層１４０を有する。各強磁性自由層１３８および１４０は、積層１３２に近接し空気軸受面（ＡＢＳ）１４６から遠くに位置決めされたバイアス磁石１４４によって所定のデフォルト磁化にバイアスされ得る。
【００１１】
ＡＢＳは、所定の位置および帯磁方向において配置された１つ以上のデータビット１５０を格納するデータ記憶媒体表面１４８から、磁気応答積層１３２を分離することができる。動作中、磁気応答積層１３２はＡＢＳに乗り、読取信号の提供によってデータビット１５０に応答することができる。積層１３２の性能は、データビット１５０に対する応答を最大限にする一方で信号のノイズを最小限にすることによって向上されてもよい。そのような向上された性能は、ＡＢＳに対して直交するＸ軸に沿って積層１３２のストライプ高さ１５２を延長することによって提供することができる。
【００１２】
素子１３０の性能は、積層１３２に近接する磁気シールドを提供して、強磁性自由層１３８および１４０からＡＢＳを直接横切るデータビットから遠い、意図しない遠いデータビット１５０に対する磁気応答を低減することによって、さらに向上されてもよい。シールドは遠いデータビットからの磁界が積層１３２に到達するのを防ぐことを助けるが、シールドの磁化は積層１３２の動作に不利に影響を及ぼす場合がある。強磁性自由層１３８および１４０とシールドとの間において減結合層１３４および１３６を位置決めすることは、強磁性自由層１３８および１４０を任意の磁気シールドから遮断し、それにより、より高い精度、振幅およびＭＲをともなうデータビット１５０に対する磁気応答を可能にし得る。
【００１３】
しかしながら、素子１３０のさまざまな構成要素は必須ではなく、図２において示される構成に限定されず、さまざまな動作環境およびパラメータに対応するよう自由に修正することができる。たとえば、１つ以上の減結合層１３４および１３６は、積層１３２のストライプ高さ１５２全体に沿って延在して、積層１３２と任意の近接する磁気伝導性構成要素との間に増大した磁気減結合を提供できる。
【００１４】
図３は、単一のトンネル層１６６によって分離された２つの磁気自由層１６２および１６４により３層リーダとして特徴付けられ得る、ＡＢＳから見た例示的なデータリーダ積層１６０のブロック図を示す。３層リーダ積層１６０における、任意の留められた磁化困難層または領域の欠如は、最小限のシールド対シールド間隔１６８での向上されたデータ感知を可能にすることができる。
【００１５】
示されるように、リーダ積層１６０は、必須でなく限定もされないが、所定のデータ感知性能を提供することができる具体的な材料で構築することができる。強磁性自由層１６２および１６４はＣｏ_４８Ｂ_２０のようなＣｏＦｅＢ合金として形成されてもよく、一方、トンネル層１６６はＭｇＯのような非磁性材料であり得る。各強磁性自由層１６２および１６４は、タンタルのような磁気的に伝導性でない材料から構築された減結合層１７０および１７２で、任意の近接する磁気伝導性シールドから磁気的に減結合されることができる。
【００１６】
リーダ積層１６０のさまざまな層は、さまざまなデータ保存環境において特定のＭＲを提供するために、ＡＢＳに対して平行な所定幅１７４（頁と平行であってもよい）およびＡＢＳに直交する厚みに、個々に、またはまとめて調整され得る。たとえば、減結合層１７０および１７２は、各強磁性自由層１６２および１６４の厚みに応じて選択された一致した厚みを有して、所定のＭＲ範囲に対応する６０〜１３０Ｏｅの範囲内においてのような、設計された磁気減結合のレベルを提供することができる。
【００１７】
リーダ積層１６０はデータビットを正確に感知するであろう一方で、低減されたフォームファクタのデータ記憶装置においてのようにリーダ積層１６０のサイズを低減することは、データ感知振幅およびＭＲを最小限にすることができるリーダ積層１６０内の減少した磁化に対応し得る。図４は、積層された強磁性自由層１８２および１８４をともなってどのように磁気歪およびＭＲを調整し向上させることができるかを一般的に示す、例示的な磁気積層１８０を一般的に提供する。一方または両方の強磁性自由層１８２および１８４は、結合サブ層１８６として構築される、ＮｉＦｅおよびＣｏＦｅＢのような、異なる磁気伝導性合金の組合せを有してもよい。各複合強磁性自由層積層はトンネル層１８７を横切って磁気歪、磁気モーメントおよびＭＲを向上させるために、変動する厚み、幅および材料で調整することができる。
【００１８】
いくつかの強磁性自由層構成では、拡散層１８８が、伝導性合金の任意の結晶学的な組織を隔離するのを助けるよう、磁気自由層１８２および１８４の結合サブ層１８６間において配置されてもよい。さまざまな実施例は、トンネル層１８７を横切って所定の動作上の相互作用をあたえるために１つ以上の拡散層１８８の厚みおよび材料組成を修正することによって、磁気飽和のようなさまざまな動作上のパラメータをさらに調整し向上させてもよい。
【００１９】
図５は、直接接触する結合サブ層１９６を各々有するが、図４において示された拡散層１８８がない、積層された磁気自由層１９２および１９４とともに構築された、例示的なデータリーダ積層１９０の、別のブロック図を示す。各磁気自由層１９２および１９４は、２つ以上の磁気伝導性合金からなる、直接接触する積層として形成される。結合サブ層１９６のそのような直接接触は交換結合を促進するかもしれず、なぜならば、層間の接触は、拡散層を含む磁気自由層積層と異なり得るトンネル層１９８を横切る特定の磁気歪およびＭＲをあたえることができるからである。
【００２０】
リーダ積層１９０において多くの異なる合金を用いる能力は、性能を向上させるよう種々の調整を可能にすることができる。第１の結合サブ層１９６におけるＦｅＣｏＺｒＴａ合金の使用は、接触するＣｏＦｅＢ合金の第２の結合サブ層１９６に関して向上された結合をあたえ、減結合層２００に関して向上された減結合をあたえ得る。リーダ積層１９０のＭＲは、第２の磁気自由層および底部減結合層１９４および２００の組み合わせた厚み２０４に応じて、組み合わせた第１の磁気自由層および頂部減結合層１９２および２００の厚み２０２を選択することによってさらに調整することができる。すなわち、厚み２０２は、トンネル層１９８を横切って所定のＭＲを向上させてあたえるために、厚み２０４から異なるサイズに修正することができる。
【００２１】
図６は、図３〜図５のリーダ積層１６０、１８０、１９０に選択的に形成されることができる、異なる磁気伝導性材料に関連付けられるさまざまな動作特性を示す。示されるように、さまざまな合金に対する磁気歪およびトンネル磁気抵抗比（ＴＭＲ）値は、磁気合金組成に関連付けられる動作上の分散を示す。そのような分散は、さらに、所定の量の磁気歪、磁束およびＴＭＲをあたえるよう動作する、類似するまたは類似しない合金組成で強磁性自由層を構築することによって、データリーダ積層を調整し向上させる能力を示す。
【００２２】
例として、相対的に高いＴＭＲおよび磁気歪の第１の磁気自由層、すなわちＣｏＦｅ_１０Ｂ_５が形成でき、応じて、ＣｏＦｅ_５Ｂ_５である第２の磁気自由層材料が選択されて、先に堆積した合金を補足し、高いＴＭＲおよび磁束をともなう向上された性能を最小の磁気歪で呈する。同様に、類似するまたは類似しない合金のさまざまな組合せが、所定のＴＭＲおよび磁気歪をともなう向上された動作をあたえるよう互いに関係して構築することができる。
【００２３】
いくつかの実施例では、データリーダ積層の構造および動作を向上させて調整するために、図６において示される動作上のデータは、さまざまな他の性能データと組み合わせて用いられる。図７は、変動する減結合層組成および厚みをともなう例示的な磁気歪性能データを示す。１つ以上の減結合層が選択されて操作されるとき、さまざまな磁気歪、磁束およびＭＲは、向上されたリーダ積層性能をあたえるよう、磁気自由層で調整し向上させることができる。
【００２４】
図７において示されるデータを参照して、減結合層が用いられないとき、名目上の磁気歪は点２２０で観察される。より厚いタンタルの層が用いられるにつれ、磁気歪は点２２２および２２４で増加する。点２２６での１２ｎｍのタンタルおよび１０ｎｍのチタンの組合せによって示されるように、減結合層を材料および厚みの組合せの積層として構築することは、負の磁気歪に至る。しかしながら、ある組合せは、点２２８での２０ｎｍのタンタルおよびルテニウム双方の積層のような測定可能な量の磁気歪に至り得る。
【００２５】
図７において示される任意の減結合層組成を利用するようさまざまな設計面の考慮が試みられてもよい一方で、さまざまな実施例は４０ｎｍのＣｒＲｕから形成された一方または両方の減結合層を有することができ、それは、少なくとも１つの正の磁気歪の磁気自由層と組み合わせて用いることができる負の磁気歪を点２３０で誘導して、０に近い正味磁気歪およびより安定したデータリーダ積層性能をあたえる。
【００２６】
図８は、１つ以上の磁気自由層において用いられるＦｅの重量パーセントに対応する例示的な動作上のデータをあたえる。示されるように、さまざまな磁気モーメントおよび磁気歪の値はＦｅのパーセンテージを変動させることと対応する。そのようなさまざまな動作上の挙動は、データリーダ素子に対して所定の磁気歪および磁気モーメントをあたえるよう、Ｆｅのパーセンテージが設計され選択されることを可能にする。
【００２７】
さまざまなデータリーダ積層構成に対応する動作上のデータの大きさで、材料、厚みおよび層の多数の組合せが、高いＭＲにより、正確なデータ感知をあたえるよう、環境および性能に対して向上されることができる。性能を向上させ、かつ動作中に所定のＭＲおよび磁気歪を確実にするために、さまざまな実施例は、データリーダ積層の構成を層毎に調整する。例示的なリーダ積層製造ルーチン３００が、図９において概略的に示される。
【００２８】
初めに、ルーチン３００は、判断３０２において減結合層がデータリーダ積層の一部となるかどうかを評価し、そうであれば、減結合層の材料組成および厚みを評価する。図６〜図７からの動作上のデータは、減結合層において個々にまたは他の材料と組み合わせて実施することがあり得る手引および例示をあたえてもよい。減結合層を用いる判断はステップ３０４に進み、設計された減結合層が形成される。
【００２９】
減結合層がステップ３０４において堆積された後、または減結合層が判断３０２において選択されない場合、判断３０６で、少なくとも、材料組成、層数および厚みを含む第１の磁性層構成を評価する。磁気自由層の構成に対して限定が存在しない一方、図３〜図５のリーダ積層はいくつかの選択肢をあたえ、その一方で図６および図８のデータは、少なくともＭＲおよび磁気歪に対して磁気自由層設計を向上させるよう利用することができる動作上のデータを示す。判断３０６における磁気自由層の設計はルーチン３００をステップ３０８に進め、磁気自由層が堆積され、その後、図４の層１８７のようなトンネル層が続く。
【００３０】
続いて、判断３１０で第２の磁気自由層の構成を決定するが、それは、ステップ３０８において堆積した自由層に類似または相違し得る。すなわち、第２の磁気自由層の構成は限定されず、第１の磁気自由層に関して一致または独自に設計することができる。例として、第１の磁気自由層は、交換結合を介してＭＲを向上させる図５のサブ層１９２および１９４のような伝導性合金サブ層の積層であってもよく、他方、第２の磁気自由層は、高い磁気安定性をともなってＭＲを向上させる図４の自由層１８４のような拡散層によって分離された伝導性のサブ層の積層であってもよい。
【００３１】
判断３１０における第２の磁気自由層の完全な設計にステップ３１２が続き、第２の自由層が堆積される。ステップ３１２における第２の磁気自由層の堆積は、向上された磁気歪、磁気モーメントおよび磁束によりデータビットを正確に速く感知することができる３層磁気リーダ積層を完成する。そのような３層積層は、さまざまなデータ記憶素子において用いることができ、回転するデータ記憶装置に限定されない。判断３１４で別の減結合層に関して積層の設計を評価するが、それは、磁気伝導性シールドが３層リーダ積層に近接して位置決めされる場合において積層性能を向上させてもよい。
【００３２】
別の減結合層が選択される場合、判断３１４において、判断３０２で行われたさまざまな材料および厚み構成をさらに評価し、先に堆積した層に応じて次の減結合層を構成することによって、リーダ積層の性能を向上させるよう進むが、それは、第１の減結合層構成と一致する第２の減結合層をもたらす結果となってもならなくてもよい。次に、ステップ３１６で、第２の磁気自由層上に付加的な減結合層を形成する。
【００３３】
第２の減結合層の存在にかかわらず、存在するリーダ積層（それは３層部分および１つ以上の減結合層を含んでもよい）は、ステップ３１８においてリーダ素子内に実現される。そのような実現例は、リーダシールドおよび図１のスライダ１１２のようなスライダへの取付けの形成を電子的および物理的の両方で含むことができる。減結合層および磁気自由層の調整で、リーダ積層は、所定の磁気応答（ＭＲ）および向上された磁気安定性でさまざまな異なる動作上の環境に対応するよう構築中において向上させることができる。いくつかの実施例では、ルーチン３００のリーダ積層構成は、ステップ３０４および３１６の減結合層形成前後に図３の層１７０および１７２のようなシードおよびキャップ層の製造でそれぞれ拡張することができる。
【００３４】
化学蒸着、物理蒸着、スパッタリングおよび原子層堆積のようなさまざまな非限定的な態様においてデータリーダ積層のさまざまな層およびサブ層を堆積することができることが注目されるべきである。ルーチン３００におけるさまざまな判断および層の堆積は、異なるニーズに適するために調整された動作上の属性をあたえることができる、種々様々の磁気積層構成を可能にする。そのような可変性は、リーダ積層製造は限定されず、単に例示的であり、判断およびステップを、所望のように、修正、移動、または除去することができることを示す。
【００３５】
この開示において述べられた磁気リーダ素子の構成および材料特性は、磁気歪を減少させながら磁気抵抗比および磁束を増大させる向上された構造を介して向上された動作を可能にすることが理解され得る。サブ層をともなうさまざまな磁気自由層を調整する能力は、高い線形および面積のビット密度データ記憶適用例においてさえも向上された所定の動作挙動を示すリーダ素子の構成を可能にする。
【００３６】
この発明のさまざまな実施例の多数の特性および利点が、この発明のさまざまな実施例の構造および機能の詳細とともに、前述の記載で述べられたが、この詳細な記載は例示的であるだけであり、特にこの発明の原理内の部品の構造および構成の問題において、特許請求の範囲が表わされる文言の広い一般的な意味によって示される十分な程度にまで変更が詳細に行われてもよいことが理解される。たとえば、特定の要素は、この発明の精神および範囲から逸脱せずに、特定用途に依存して変動してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１００装置、１０２ハウジング、１０４基部デッキ、１０６頂部カバー、１０８スピンドルモータ、１１０記憶媒体、１１２ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）、１１４アクチュエータ、１１６可撓性サスペンション、１１８アクチュエータアーム、１２０カートリッジ軸受アセンブリ、１２２ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１２４変換器、１３０磁気素子、１３２磁気応答積層、１３４第１の減結合層、１３６第２の減結合層、１３８第１の強磁性自由層、１４０第２の強磁性自由層、１４２スペーサ層、１４４バイアス磁石、１４６空気軸受面（ＡＢＳ）、１４８データ記憶媒体表面、１５０データビット、１５２ストライプ高さ、１６０，１９０データリーダ積層、１６２，１６４磁気自由層、１６６，１８７，１９８トンネル層、１６８シールド対シールド間隔、１７０，１７２，２００減結合層、１７４所定幅、１８０磁気積層、１８２，１８４強磁性自由層、１８６，１９６結合サブ層、１８８拡散層、１９２，１９４磁気自由層、２０２，２０４厚み、２２０，２２２，２２４，２２６，２２８，２３０点、３００ルーチン、３０２，３０６，３１０，３１４判断、３０４，３０８，３１２，３１６，３１８ステップ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性自由層と第２の強磁性自由層との間に配置されたスペーサ層の磁気応答積層を含み、少なくとも１つの強磁性自由層は、磁気抵抗比（ＭＲ）を向上させる結合サブ層を有する、磁気センサ。
【請求項２】
第１および第２の強磁性自由層は、各々、結合サブ層を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
磁気応答積層は減結合層間に配置される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
各減結合層はタンタルである、請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
結合層はＦｅＣｏＺｒＴａである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
結合層はＣｏＦｅ_４８Ｂ_２０である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項７】
結合層はＮｉＦｅである、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項８】
第１および第２の強磁性自由層は、各々、ＣｏＦｅＢ合金である、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項９】
各結合サブ層と強磁性自由層との間に拡散層が配置される、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
拡散層はタンタルである、請求項９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
結合サブ層は第１および第２の強磁性自由層とは異なる磁気歪を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
少なくとも１つの強磁性自由層は、結合サブ層であり、実質的に０の正味磁気歪を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項１３】
第１の減結合層と第２の減結合層との間に配置されたリーダ積層を含み、リーダ積層は、第１の強磁性自由層と第２の強磁性自由層との間に配置されたスペーサ層を含み、各強磁性自由層は、拡散層によってそれぞれの強磁性自由層から分離された結合サブ層を有する、磁気積層。
【請求項１４】
各減結合層および拡散層はタンタルである、請求項１３に記載の磁気積層。
【請求項１５】
スペーサ層はＭｇＯである、請求項１３に記載の磁気積層。
【請求項１６】
第１の減結合層、第１の強磁性自由層およびそれぞれの拡散層は、第２の減結合層、第２の強磁性自由層およびそれぞれの拡散層によって規定される第２の厚みと実質的に異なる第１の厚みを有する、請求項１３に記載の磁気積層。
【請求項１７】
少なくとも１つの結合層はＮｉＦｅであり、少なくとも１つの強磁性自由層はＣｏＦｅＢ合金である、請求項１３に記載の磁気積層。
【請求項１８】
第１の強磁性自由層と第２の強磁性自由層との間にスペーサ層を形成することによって、磁気応答積層を構築するステップと；
少なくとも１つの強磁性自由層に近接する結合サブ層を位置決めすることによって、磁気応答積層の磁気抵抗比（ＭＲ）を向上させるステップとを含む、方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの結合サブ層は各それぞれの強磁性自由層で実質的に０の正味磁気歪を生じさせる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ＭＲ比は、磁気応答積層の所定のシールド対シールド間隔に関して向上される、請求項１８に記載の方法。

【図１】