磁気層構造、磁気層構造にバイアスをかける方法、および変換器
【課題】磁気層構造を開示する。
【解決手段】磁気層構造は、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、自由層に対して、ピン止め層の磁気配向にほぼ垂直な磁気配向へとバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【解決手段】磁気層構造は、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、自由層に対して、ピン止め層の磁気配向にほぼ垂直な磁気配向へとバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の詳細な説明
情報および通信システムでは、磁気媒体記憶容量および性能に対する要求が非常に高くなっており、処理されるデータの量が次第に膨大になりつつある。面記録密度が高くなっているため、読出し信号の解読時にノイズから効果的に遮蔽されるより小型でより感度のよい読取素子ヘッドおよび磁気ベースの記憶装置が所望される。
【０００２】
読取素子は、反強磁性（ＡＦＭ：anti-ferromagnetic）層、ピン止め層、スペーサ層および自由層を含み得る。ＡＦＭ層は、ピン止め層の磁化配向を固定する交換−結合磁界を放出する。自由層の磁化配向は、磁気媒体から検出された信号に従って回転する。スペーサ層は、ピン止め層の磁気配向を自由層から隔てる役割を果たす。読取素子が磁気媒体上の磁気ビットを通り過ぎると、ビットの磁気配向により、自由層の磁気配向がずらされる。
【０００３】
ピン止め層および自由層の磁化配向が平行である場合、読取素子の電気抵抗が低くなる。ピン止め層および自由層の磁化配向が逆平行である場合、読取素子の電気抵抗が高くなる。センス電流が電極を通って読取素子センサに流れ込み、抵抗の変化がリードバック電圧に影響を及ぼす。結果として、磁気媒体上のビットの配向またはメモリセルに記憶されたビットの検知を、リードバック電圧の変化によって検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
読取素子センサ上のノイズ干渉は、エッジ効果に起因するものである。エッジ効果は、側面を読取った結果としてもたらされる可能性があるか、または、読取素子センサの製造中にもたらされる幾何学的特徴である可能性がある。エッジ効果を防止するために、硬質の磁気側面シールドが、読取素子の積層された金属層の各々の側面に配置される。硬質の磁気側面シールドは、自由層をエッジ効果から遮蔽し、平行または逆平行な磁化配向へと自由層にバイアスをかける。磁化のバイアスにより、比較的小さな干渉信号によって読取素子の磁化配向が変化するのを防ぎつつ、データビットからの磁界が読取素子の磁化配向に影響を及ぼすことを可能する。しかしながら、読取素子がますます小型化されているため、実際には、硬質の磁気側面シールドを読取素子の積層された金属層の各々の側面に配置することができない。さらに、硬質の磁気側面シールドと読取素子との境界面もノイズの源になる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この明細書中において記載および主張される実現例は、磁気層構造を提供する。この磁気層構造は、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【０００６】
この明細書中において記載および主張される実現例は、磁気層構造にバイアスをかける方法を提供する。当該方法は、第１の反強磁性層を用いてピン止め層の磁気配向を規定するステップと、第２の反強磁性層を用いて自由層の磁気配向にバイアスをかけるステップとを含み、ピン止め層の規定された磁気配向は、自由層のバイアスがかけられた磁気配向に対してほぼ垂直であり、上記方法はさらに、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に接触する調整層を用いて、自由層のバイアスを所望のレベルに調整するステップを含む。
【０００７】
この明細書中において記載および主張される実現例はまた、リーダを備える磁気ディスクドライブ用の変換器を提供する。当該リーダは、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に直接接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【０００８】
他の実現例もこの明細書中において記載および列挙される。
【発明の効果】
【０００９】
一実現例においては、ここで開示される技術に従った読取素子により軟磁性側面シールドが可能となり、結果として、硬質の磁気側面が遮蔽された対応する読取素子よりもトラック幅の狭い読取素子が得られる。接合部と永久磁性体との相互作用が排除されるので、軟磁性側面シールドはより狭くされてもよい。さらに、ここで開示される読取素子により、検出分解能が高まり、ノイズ干渉が低下する。これらの利点により、従来の読取素子と比べて、付加的な上部ＡＦＭ層によってもたらされる漸増的なシールド間間隔の広がりが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】自由層が安定している例示的な磁気構造を示す図である。
【図２】二重ＡＦＭ層および軟磁性側面シールドを備えた例示的な読取素子の空気軸受面を示す図である。
【図３】ここで開示される技術に従って磁気構造を製造するための例示的な工程を示す図である。
【図４】ここで開示される技術に従って磁気層構造にバイアスをかけるための例示的な動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、自由層が安定している例示的な磁気構造１００を示す。第１の電気リード線１５８および第２の電気リード線１６０は、磁気構造１００を電源（図示せず）に電気的に接続し、磁気構造１００の層の主面に対して垂直に磁気構造１００を介してセンス電流を導く。一実現例においては、磁気構造１００は磁気メモリセルとして実現される。
【００１２】
磁気構造１００は自由層１３４およびピン止め層１３８を含み、これら自由層１３４とピン止め層１３８との間には、非磁性で導電性または非導電性のスペーサ層１４４が介在している。ピン止め層１３８の極性は底部ＡＦＭ層１３０によってピン止めされる。底部ＡＦＭ層１３０は、ピン止め層１３８の（符号１４６によって概略的に示される）極性を、図示される磁気構造１００に向かう方向であって、図示される磁気構造１００に対してほぼ垂直に、かつ、さまざまな磁気構造１００の主面に対して平行に（たとえば、負のｚ方向に）規定する。
【００１３】
上部ＡＦＭ層１３２は、自由層１３４の（符号１５０によって概略的に示される）極性に対して、図示される磁気構造１００にほぼ平行に、かつ、さまざまな磁気構造１００の層の主面とほぼ平行に（たとえば、ｘ方向に）バイアスをかける。いくつかの実現例においては、図示される磁気構造１００に対して厳密に平行な自由層１３４の極性バイアスと、さまざまな磁気構造１００の層の主面とを整列させることは困難である。一実施例においては、自由層１３４の極性バイアスは、図示される磁気構造１００に対して１５度以内の平行をなし、さまざまな磁気構造１００の層の主面に対して１５度以内の平行をなす。範囲が大きければ大きいほど、磁気構造１００が十分に機能することも可能となり得る。
【００１４】
自由層１３４の磁気極性が負のｚ方向に回転すると、符号１４６および１５０がより逆平行になる。これは、第１の電気リード線１５８と第２の電気リード線１６０との間を流れるセンス電流に対する磁気構造１００の抵抗が増大していることを示す。逆に、自由層１３４の磁気極性が正のｚ方向に回転すると、符号１４６および１５０はより平行になる。これは、第１の電気リード線１５８と第２の電気リード線１６０との間を流れるセンス電流に対する磁気構造１００の抵抗が低下していることを示す。
【００１５】
調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４との間に位置決めされる。調整層１５２の厚さは所望のバイアスレベル（すなわち磁気結合）を自由層１３４にもたらすよう調整または最適化される。言いかえれば、自由層１３４のバイアスレベルは、調整層１５２の材料および／または厚さを選択することによって所望のレベルに調整される。たとえば、特に薄い調整層１５２により、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４とがともに近接して配置されることとなり、こうして、自由層１３４上の上部ＡＦＭ層１３２からの極性バイアスが特に強く（または堅固に）なるだろう。逆に、特に厚い調整層１５２であれば、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４とがともに近接して配置されず、このため、自由層１３４上の上部ＡＦＭ層１３２からの極性バイアスがそれほど強く（またはより柔軟性のあるものに）ならない。バイアスレベルの強さは、磁気構造１００が十分に安定した状態で維持されることを可能にしつつ、磁気構造１００の所望の感度が得られるよう選択される。言いかえれば、調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２から自由層１３４をデカップルし、自由層の磁気モーメントの分散を減らす。
【００１６】
スペーサ層のない実現例と比較すると、磁気構造１００に調整層１５２を組込むことにより、上部ＡＦＭ層１３２の高いピン止め磁界強度を維持することを可能にしつつ、ピン止め磁界の分散を低減させる。さらに、調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２のピン止め磁界の保磁力を低下させる。保磁力が低いことは、上部ＡＦＭ層１３２の極性に対する外部の温度信号および／または磁気信号の影響を低減させるのに望ましい。調整層１５２の材料や厚さが異なることにより、ピン止め磁界強度、ピン止め磁界の分散および調整層１５２の保磁力に影響が及ぼされる。
【００１７】
図２は、二重ＡＦＭ層２３０、２３２および軟磁性側面シールド２２２を備えた例示的な読取素子２００の空気軸受面を示す。読取素子２００は、読取素子２００の空気軸受面（ＡＢＳ：air bearing surface）において上向きにされた磁気媒体から見た図として示される。読取素子２００は、第１および第２の電気リード層としても機能する第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間に位置する。第１のシールド２１６および第２のシールド２１８は、読取素子２００の層の主面に対して垂直に読取素子２００を通るようセンス電流を導く。読取素子２００は、この実現例においては、ともに積層された第１の自由層２３４および第２の自由層２３６を含む。他の実現例においては、１つの自由層またはともに積層された３つ以上の自由層しか存在しない。
【００１８】
読取素子２００はまた、ピン止め層積層構造を含み、このピン止め層積層構造は、第１のピン止め層２３８、第２のピン止め層２４０、および、ピン止め層２３８と２４０との間の中間層２４２を含む。中間層２４２は、２つのピン止め層２３８および２４０と界面をなす非磁性で導電性の逆平行結合（ＡＰＣ：anti-parallel coupling）である。いくつかの実現例においては、層２３８、２４０、２４２がともに合成反強磁性体（ＳＡＦ：synthetic anti-ferromagnet）を形成する。非磁性の導電性または非導電性スペーサまたはバリヤ層２４４は、自由層積層構造２３４、２３６とピン止め層積層構造との間に位置する。
【００１９】
ピン止め層２３８および２４０の極性は底部ＡＦＭ層２３０によってピン止めされる。底部ＡＦＭ層２３０は、図示されるＡＢＳに向かう方向であって図示されるＡＢＳの面に対してほぼ垂直に、かつ、さまざまな読取素子２００の層の主面に対して平行に（たとえば、負のｚ方向）に、ピン止め層２３８の（符号２４６によって概略的に示される）極性を規定する。ＡＦＭ層２３２の（符号２４８によって概略的に示される）極性は、中間層２４２によってもたらされるピン止め層２３８と２４０との間の強固な逆平行結合によって極性２４６に対して逆平行（たとえばｚ方向に）向けられる。別の実現例においては、ピン止め層２３８の極性は図示されるＡＢＳとは反対の方向に向けられ、ＡＦＭ層２３２の極性は図示されるＡＢＳの方向に向けられる。さらに別の実現例においては、ピン止め層２３８および２４０の極性は、図示されるＡＢＳ面に対して平行である。
【００２０】
上部ＡＦＭ層２３２は、積層された自由層２３４、２３６の（符号２５０によって概略的に示される）極性に対して、図示されるＡＢＳに対してほぼ平行に、かつ、さまざまな読取素子２００の層の主面に対してほぼ平行に（たとえば、ｘ方向に）、バイアスをかける。いくつかの実現例においては、図示されるＡＢＳに対して厳密に平行な積層された自由層２３４および２３６の極性バイアスとさまざまな読取素子２００の層の主面とを整列させることは困難である。一実施例においては、積層された自由層２３４および２３６の極性バイアスは、図示されるＡＢＳに対して１５度以内の平行をなし、さまざまな読取素子２００の層の主面に対して１５度以内の平行をなす。範囲が大きければ大きいほど、読取素子２００が十分に機能することも可能となり得る。
【００２１】
磁気媒体からの磁界信号により、積層された自由層２３４および２３６の磁気極性が図示されるＡＢＳ内へと（たとえば負のｚ方向に）回転させられると、符号２４８および２５０はより逆平行になる。これは、第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間を通るセンス電流に対する読取素子２００の抵抗が増大していることを示す。逆に、磁気媒体からの磁界信号により、積層された自由層２３４および２３５の磁気極性が図示されるＡＢＳから外へ（たとえばｚ方向に）回転させられると、符号２４８および２５０はより平行になる。これは、第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間を通るセンス電流に対する読取素子２００の抵抗が低下していることを示す。
【００２２】
調整層２５２は、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４、２３６との間に位置決めされる。調整層２５２の厚さは、自由層２３４および２３６に所望のバイアスレベル（すなわち磁気結合）をもたらすよう調整または最適化される。言いかえれば、自由層２３４および２３６のバイアスレベルは、調整層２５２の材料および／または厚さを選択することによって、所望のレベルに調整される。たとえば、特に薄い調整層２５２により、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４、２３６とがともに近接して配置されることとなり、こうして、自由層２３４および２３６上の上部ＡＦＭ層２３２からの極性バイアスが特に強く（または堅固に）なるだろう。逆に、特に厚い調整層２５２であれば、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４および２３６とがともに近接して配置されず、このため、自由層２３４および２３６上の上部ＡＦＭ層２３２からの極性バイアスがそれほど強く（またはより柔軟性のあるものに）ならない。バイアスレベルの強さは、読取素子２００が十分に安定した状態で維持されることを可能にしつつ、読取素子２００の所望の感度が得られるよう選択される。
【００２３】
ＡＦＭキャップ２５４をＡＦＭ層２３２上に配置して、腐食および後続の処理ステップからＡＦＭ層２３２を保護する。いくつかの実現例においては、付加的なシード層がＡＦＭ層２３２と第２のシールド２１８との間に配置されて、第２のシールド２１８が適用された読取素子２００が準備される。たとえば、シード層は、読取素子２００に第２のシールド２１８を配置するめっき工程を受容するよう適合される。
【００２４】
スペーサ層のない実現例と比較すると、読取素子２００に調整層２５２を組込むことにより、上部ＡＦＭ層２３２の高いピン止め磁界強度を維持することを可能にしつつ、ピン止め磁界の分散を低減させる。さらに、調整層２５２は、上部ＡＦＭ層２３２のピン止め磁界の保磁力を低下させる。保磁力が低いことは、上部ＡＦＭ層２３２の極性に対する外部の温度信号および／または磁気信号の影響を低減させるのに望ましい。調整層２５２の材料や厚さが異なることにより、ピン止め磁界強度、ピン止め磁界の分散および調整層２５２の保磁力に影響が及ぼされる。いくつかの実現例においては、図２に図示のとおり、調整層２５２が、隣接する上部ＡＦＭ層２３２ではなくＡＦＭ層の２つの層の間に挟まれる。他の実現例においては、ピン止め磁界の分散を最小限にしつつ、ピン止め磁界強度を最大限にするために複数のスペーサ層（軟磁性および／または非磁性）が存在する。調整層２５２は、ピン止め磁界の大幅な劣化をもたらすことなく、ピン止め磁界の分散を５０％ほども低下させ得る。
【００２５】
読取素子２００の側面は、非磁性の非導電性充填剤２２０（たとえばアルミナ）によって囲まれる。さらに、軟磁性側面シールド２２２を読取素子２００の側面上に用いることにより、電磁干渉（たとえば、側面読取の際の問題点および漂遊磁界ノイズ）、主としてｘ方向の干渉および／またはｚ方向の干渉が抑制される。軟磁性側面シールド２２２は、側面シールドキャップ２５６によって上部シールド２１８から隔てられ、充填剤２２０によって底部シールド２１６から隔てられる。（硬質の磁性側面シールドとは逆に）軟磁性の側面シールド２２２を用いることにより、上述のとおり、読取素子２００およびシールド２１６、２１８の厚さをまとめて１００ｎｍ以下にすることが可能となる。一実現例においては、側面シールド２２２はＮｉＦｅである。他の実現例においては、側面シールド２２２は非磁性である。さらに他の実現例においては、側面シールド２２２、上部シールド２１８および底部シールド２１６は、同じ軟磁性材料から作られている。さらに他の実現例においては、シールド２２２、上部シールド２１８および底部シールド２１６は非磁性材料から作られている。
【００２６】
ここで開示される技術の一実現例は以下の材料および厚さを利用している。底部ＡＦＭ層２３０は、ＩｒＭｎおよび／またはＰｔＭｎで作られていてもよく、３０〜２５０オングストローム（Å）の厚さを有していてもよい。ピン止め層２３８および２４０の各々はまた、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔＣｒＴａなどの高い保磁力材料でできていてもよく、ならびに／または、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＦｅＰｔおよび／もしくはＣｏＰｔＣｒＴａに由来するさまざまな材料でできていてもよく、２０〜１５０Ａの厚さを有していてもよい。他の実現例においては、ピン止め層２３８および２４０の各々は、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅおよび／またはＣｏＦｅＢなどの低保磁力材料で作られていてもよい。中間層２４２は、クロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、中間層２４２は存在しない。スペーサ層２４４は酸化チタン、アルミナ、酸化マグネシウムおよび／または導電性材料（たとえば、銅または銅合金）で作られていてもよく、最大で３０Ａまでの厚さを有していてもよい。
【００２７】
自由層２３４および２３６は、ＮｉＦｅおよび／またはＣｏＦｅで作られていてもよく、２０〜５０Ａの厚さを有していてもよい。調整層２５２は、クロム、ルテニウム、タンタルおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、調整層２５２は存在しない。上部ＡＦＭ層２３２は、ＩｒＭｎおよび／またはＰｔＭｎで作られていてもよく、３０〜１００Ａの厚さを有していてもよい。ＡＦＭキャップ２５４はクロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で５０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、ＡＦＭキャップ２５４は存在しない。軟磁性側面シールド２２２はＮｉＦｅ合金で作られていてもよく、５０〜２００Ａの厚さを有していてもよい。側面シールドキャップ２５６は、クロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１００Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、側面シールドキャップ２５６は存在しない。第１のシールド２１６および第２のシールド２１８の各々は、ＮｉＦｅ合金で作られていてもよく、１〜２ミクロンの厚さを有していてもよい。
【００２８】
さまざまな実現例においては、ここで開示される技術は、高密度で垂直な媒体、ディスクリートトラック記録（ＤＴＲ：discrete track recording）および／またはビットパターン化媒体（ＢＰＭ：bit patterned media）に適用可能である。さらに、ここで開示される技術は、少なくとも２００℃〜２５０℃までの熱的信頼性が実現可能である。
【００２９】
図３は、ここで開示される技術に従って読取素子を製造するための例示的な工程３００を示す。堆積工程３１０においては、底部シールド、シードＡＦＭ層、第１のピン止め層、中間層、第２のピン止め層、スペーサ層および自由層が、従来の変換器処理技術を用いて、順次、半導体ウェハ（たとえばＡｌＴｉＣウェハ）上に堆積される。第２の堆積工程３１５においては、調整層が読取素子の自由層上に堆積される。多くの実現例においては、第２の堆積工程３１５は、２０℃から４００℃の温度で行なわれる。
【００３０】
第３の堆積工程３２０においては、第２のＡＦＭ層およびＡＦＭキャッピング層が、順次、調整層上に堆積される。堆積中の基板温度および第２のＡＦＭの厚さにより、自由層におけるバイアスが制御される。一実現例においては、自由層の第２のＡＦＭピン止めの目的は、第１のＡＦＭピン止め方向に対して垂直な方向に２５０〜８００Ｏｅのオーダで自由層のバイアスを設定することである。さらに、調整層の厚さはまた、自由層におけるピン止めに影響を及ぼす。自由層およびＡＦＭ層の厚さ、ならびに堆積中の基板温度がまた、読取素子に対する熱的安定性、繰返精度およびバイアスを維持するよう最適化される。
【００３１】
読取素子規定工程３２５においては、フォトリソグラフィおよびイオンビームエッチング処理により、所望の読出しトラック幅に対するリーダの幾何学的形態が設定される。さらに、アルミナ材料が、上述の層のうち露出した側面上にわたって堆積される。アルミナ材料は、上述の層（たとえば、第４の堆積工程３３０において堆積される隣接する軟磁性材料）と同一平面の方向への送電からこの上述の層を電気的に絶縁する。結果として、アルミナ材料により、上部シールドと底部シールドとの間の電気伝導が容易になり、読取素子工程を効率的にすることができる。
【００３２】
第４の堆積工程３３０においては、軟磁性材料がアルミナ材料に隣接して堆積される。軟磁性材料は、外部の磁気干渉から自由層を磁気的に遮蔽する役割を果たす。一実現例においては、軟磁性材料は、少なくとも自由層、調整層および第２のＡＦＭ層と同一平面上にある。軟磁性材料はまた、シードＡＦＭ層、第１のピン止め層、中間層、第２のピン止め層、スペーサ層およびＡＦＭキャッピング層のうち１つ以上と同一平面上にあってもよい。いくつかの実現例においては、付加的なキャッピング層が軟磁性材料上にわたって施される。キャッピング層は、堆積後、規定プロセスを通じて上部の交換バイアス整合性を維持するのに十分な厚さを有する。
【００３３】
第５の堆積工程３３５においては、シード層および上部シールドがＡＦＭキャッピング層上に堆積される。アニール工程３４０においては、ＡＦＭ層がＡＦＭ層の磁気配向を設定するようアニールされる。多くの実現例においては、第２のＡＦＭ層の磁気配向が、上述の層のうち１つ以上の層と同一平面をなす方向で、第１のＡＦＭ層の磁気配向に対して垂直に設定される。いくつかの実現例においては、アニール工程３４０が、摂氏２１５〜２３５度の温度で１〜５ｋＧａｕｓｓで実行される。工程時には、底部シールドと上部シールドとの間に電気が流される。自由層の極性は磁気ビットに近づくにつれて変化する。自由層の極性が変化すると、上述の層構造の全体的な抵抗が変化する。上述の層に対して垂直な方向に流れる電流の抵抗が変化すると、底部シールドと上部シールドとの間の電圧差に影響が及ぼされる。結果として、電圧差の変化を用いて、磁気ビットの存在および／または配向を検出する。上述の積層の堆積が完了した後、変換器の従来通りの処理を変更することなく、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を引続き行なってもよい。
【００３４】
図４は、ここで開示される技術に従って磁気層構造にバイアスをかけるための例示的な工程４００を示す。規定工程４１０では、磁気層構造における第１の反強磁性層を用いて、ピン止め層の磁気配向を規定する。バイアス工程４１５では、磁気層構造における第２の反強磁性層を用いて、自由層の磁気配向に対して、工程４１０において規定されたピン止め層の磁気配向に垂直な方向へとバイアスをかける。
【００３５】
調整工程４２０では、調整層を用いて、自由層の磁気配向を所望のレベルに調整する。調整工程４２０では、ノイズ干渉の低下と磁気層構造内の検出分解能とのバランスが取られる。少なくとも調整層の材料組成および厚さが、工程４２０における調整量に影響を及ぼす。任意のデカップル工程４２５では、自由層と第２の反強磁性層とが互いからデカップルされる。一実現例においては、自由層と第２の反強磁性層との間に位置決めされたスペーサ層により、工程４２５のデカップルがもたらされる。任意の遮蔽工程４３０では、外部干渉から自由層を遮蔽する。一実現例においては、自由層に隣接し当該自由層の主面に沿って配置された１つ以上の側面シールドにより、工程４３０の遮蔽がもたらされる。
【００３６】
上述の明細書、例およびデータは、本発明の具体的な実施例の構造および使用を包括的に説明するものである。本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の多くの実施例が実現可能であるので、本発明は添付の特許請求の範囲に属している。さらに、さまざまな実施例の構造的特徴は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、さらに別の実施例において組合わされてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 磁気構造、１３０ 底部ＡＦＭ層、１３２ 上部ＡＦＭ層、１３４ 自由層、１３８ ピン止め層、１４４ スペーサ層、１５２ 調整層。
【背景技術】
【０００１】
発明の詳細な説明
情報および通信システムでは、磁気媒体記憶容量および性能に対する要求が非常に高くなっており、処理されるデータの量が次第に膨大になりつつある。面記録密度が高くなっているため、読出し信号の解読時にノイズから効果的に遮蔽されるより小型でより感度のよい読取素子ヘッドおよび磁気ベースの記憶装置が所望される。
【０００２】
読取素子は、反強磁性（ＡＦＭ：anti-ferromagnetic）層、ピン止め層、スペーサ層および自由層を含み得る。ＡＦＭ層は、ピン止め層の磁化配向を固定する交換−結合磁界を放出する。自由層の磁化配向は、磁気媒体から検出された信号に従って回転する。スペーサ層は、ピン止め層の磁気配向を自由層から隔てる役割を果たす。読取素子が磁気媒体上の磁気ビットを通り過ぎると、ビットの磁気配向により、自由層の磁気配向がずらされる。
【０００３】
ピン止め層および自由層の磁化配向が平行である場合、読取素子の電気抵抗が低くなる。ピン止め層および自由層の磁化配向が逆平行である場合、読取素子の電気抵抗が高くなる。センス電流が電極を通って読取素子センサに流れ込み、抵抗の変化がリードバック電圧に影響を及ぼす。結果として、磁気媒体上のビットの配向またはメモリセルに記憶されたビットの検知を、リードバック電圧の変化によって検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
読取素子センサ上のノイズ干渉は、エッジ効果に起因するものである。エッジ効果は、側面を読取った結果としてもたらされる可能性があるか、または、読取素子センサの製造中にもたらされる幾何学的特徴である可能性がある。エッジ効果を防止するために、硬質の磁気側面シールドが、読取素子の積層された金属層の各々の側面に配置される。硬質の磁気側面シールドは、自由層をエッジ効果から遮蔽し、平行または逆平行な磁化配向へと自由層にバイアスをかける。磁化のバイアスにより、比較的小さな干渉信号によって読取素子の磁化配向が変化するのを防ぎつつ、データビットからの磁界が読取素子の磁化配向に影響を及ぼすことを可能する。しかしながら、読取素子がますます小型化されているため、実際には、硬質の磁気側面シールドを読取素子の積層された金属層の各々の側面に配置することができない。さらに、硬質の磁気側面シールドと読取素子との境界面もノイズの源になる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この明細書中において記載および主張される実現例は、磁気層構造を提供する。この磁気層構造は、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【０００６】
この明細書中において記載および主張される実現例は、磁気層構造にバイアスをかける方法を提供する。当該方法は、第１の反強磁性層を用いてピン止め層の磁気配向を規定するステップと、第２の反強磁性層を用いて自由層の磁気配向にバイアスをかけるステップとを含み、ピン止め層の規定された磁気配向は、自由層のバイアスがかけられた磁気配向に対してほぼ垂直であり、上記方法はさらに、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に接触する調整層を用いて、自由層のバイアスを所望のレベルに調整するステップを含む。
【０００７】
この明細書中において記載および主張される実現例はまた、リーダを備える磁気ディスクドライブ用の変換器を提供する。当該リーダは、ピン止め層と、ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、自由層と、ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、これらの第２の反強磁性層および自由層に直接接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む。
【０００８】
他の実現例もこの明細書中において記載および列挙される。
【発明の効果】
【０００９】
一実現例においては、ここで開示される技術に従った読取素子により軟磁性側面シールドが可能となり、結果として、硬質の磁気側面が遮蔽された対応する読取素子よりもトラック幅の狭い読取素子が得られる。接合部と永久磁性体との相互作用が排除されるので、軟磁性側面シールドはより狭くされてもよい。さらに、ここで開示される読取素子により、検出分解能が高まり、ノイズ干渉が低下する。これらの利点により、従来の読取素子と比べて、付加的な上部ＡＦＭ層によってもたらされる漸増的なシールド間間隔の広がりが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】自由層が安定している例示的な磁気構造を示す図である。
【図２】二重ＡＦＭ層および軟磁性側面シールドを備えた例示的な読取素子の空気軸受面を示す図である。
【図３】ここで開示される技術に従って磁気構造を製造するための例示的な工程を示す図である。
【図４】ここで開示される技術に従って磁気層構造にバイアスをかけるための例示的な動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、自由層が安定している例示的な磁気構造１００を示す。第１の電気リード線１５８および第２の電気リード線１６０は、磁気構造１００を電源（図示せず）に電気的に接続し、磁気構造１００の層の主面に対して垂直に磁気構造１００を介してセンス電流を導く。一実現例においては、磁気構造１００は磁気メモリセルとして実現される。
【００１２】
磁気構造１００は自由層１３４およびピン止め層１３８を含み、これら自由層１３４とピン止め層１３８との間には、非磁性で導電性または非導電性のスペーサ層１４４が介在している。ピン止め層１３８の極性は底部ＡＦＭ層１３０によってピン止めされる。底部ＡＦＭ層１３０は、ピン止め層１３８の（符号１４６によって概略的に示される）極性を、図示される磁気構造１００に向かう方向であって、図示される磁気構造１００に対してほぼ垂直に、かつ、さまざまな磁気構造１００の主面に対して平行に（たとえば、負のｚ方向に）規定する。
【００１３】
上部ＡＦＭ層１３２は、自由層１３４の（符号１５０によって概略的に示される）極性に対して、図示される磁気構造１００にほぼ平行に、かつ、さまざまな磁気構造１００の層の主面とほぼ平行に（たとえば、ｘ方向に）バイアスをかける。いくつかの実現例においては、図示される磁気構造１００に対して厳密に平行な自由層１３４の極性バイアスと、さまざまな磁気構造１００の層の主面とを整列させることは困難である。一実施例においては、自由層１３４の極性バイアスは、図示される磁気構造１００に対して１５度以内の平行をなし、さまざまな磁気構造１００の層の主面に対して１５度以内の平行をなす。範囲が大きければ大きいほど、磁気構造１００が十分に機能することも可能となり得る。
【００１４】
自由層１３４の磁気極性が負のｚ方向に回転すると、符号１４６および１５０がより逆平行になる。これは、第１の電気リード線１５８と第２の電気リード線１６０との間を流れるセンス電流に対する磁気構造１００の抵抗が増大していることを示す。逆に、自由層１３４の磁気極性が正のｚ方向に回転すると、符号１４６および１５０はより平行になる。これは、第１の電気リード線１５８と第２の電気リード線１６０との間を流れるセンス電流に対する磁気構造１００の抵抗が低下していることを示す。
【００１５】
調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４との間に位置決めされる。調整層１５２の厚さは所望のバイアスレベル（すなわち磁気結合）を自由層１３４にもたらすよう調整または最適化される。言いかえれば、自由層１３４のバイアスレベルは、調整層１５２の材料および／または厚さを選択することによって所望のレベルに調整される。たとえば、特に薄い調整層１５２により、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４とがともに近接して配置されることとなり、こうして、自由層１３４上の上部ＡＦＭ層１３２からの極性バイアスが特に強く（または堅固に）なるだろう。逆に、特に厚い調整層１５２であれば、上部ＡＦＭ層１３２と自由層１３４とがともに近接して配置されず、このため、自由層１３４上の上部ＡＦＭ層１３２からの極性バイアスがそれほど強く（またはより柔軟性のあるものに）ならない。バイアスレベルの強さは、磁気構造１００が十分に安定した状態で維持されることを可能にしつつ、磁気構造１００の所望の感度が得られるよう選択される。言いかえれば、調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２から自由層１３４をデカップルし、自由層の磁気モーメントの分散を減らす。
【００１６】
スペーサ層のない実現例と比較すると、磁気構造１００に調整層１５２を組込むことにより、上部ＡＦＭ層１３２の高いピン止め磁界強度を維持することを可能にしつつ、ピン止め磁界の分散を低減させる。さらに、調整層１５２は、上部ＡＦＭ層１３２のピン止め磁界の保磁力を低下させる。保磁力が低いことは、上部ＡＦＭ層１３２の極性に対する外部の温度信号および／または磁気信号の影響を低減させるのに望ましい。調整層１５２の材料や厚さが異なることにより、ピン止め磁界強度、ピン止め磁界の分散および調整層１５２の保磁力に影響が及ぼされる。
【００１７】
図２は、二重ＡＦＭ層２３０、２３２および軟磁性側面シールド２２２を備えた例示的な読取素子２００の空気軸受面を示す。読取素子２００は、読取素子２００の空気軸受面（ＡＢＳ：air bearing surface）において上向きにされた磁気媒体から見た図として示される。読取素子２００は、第１および第２の電気リード層としても機能する第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間に位置する。第１のシールド２１６および第２のシールド２１８は、読取素子２００の層の主面に対して垂直に読取素子２００を通るようセンス電流を導く。読取素子２００は、この実現例においては、ともに積層された第１の自由層２３４および第２の自由層２３６を含む。他の実現例においては、１つの自由層またはともに積層された３つ以上の自由層しか存在しない。
【００１８】
読取素子２００はまた、ピン止め層積層構造を含み、このピン止め層積層構造は、第１のピン止め層２３８、第２のピン止め層２４０、および、ピン止め層２３８と２４０との間の中間層２４２を含む。中間層２４２は、２つのピン止め層２３８および２４０と界面をなす非磁性で導電性の逆平行結合（ＡＰＣ：anti-parallel coupling）である。いくつかの実現例においては、層２３８、２４０、２４２がともに合成反強磁性体（ＳＡＦ：synthetic anti-ferromagnet）を形成する。非磁性の導電性または非導電性スペーサまたはバリヤ層２４４は、自由層積層構造２３４、２３６とピン止め層積層構造との間に位置する。
【００１９】
ピン止め層２３８および２４０の極性は底部ＡＦＭ層２３０によってピン止めされる。底部ＡＦＭ層２３０は、図示されるＡＢＳに向かう方向であって図示されるＡＢＳの面に対してほぼ垂直に、かつ、さまざまな読取素子２００の層の主面に対して平行に（たとえば、負のｚ方向）に、ピン止め層２３８の（符号２４６によって概略的に示される）極性を規定する。ＡＦＭ層２３２の（符号２４８によって概略的に示される）極性は、中間層２４２によってもたらされるピン止め層２３８と２４０との間の強固な逆平行結合によって極性２４６に対して逆平行（たとえばｚ方向に）向けられる。別の実現例においては、ピン止め層２３８の極性は図示されるＡＢＳとは反対の方向に向けられ、ＡＦＭ層２３２の極性は図示されるＡＢＳの方向に向けられる。さらに別の実現例においては、ピン止め層２３８および２４０の極性は、図示されるＡＢＳ面に対して平行である。
【００２０】
上部ＡＦＭ層２３２は、積層された自由層２３４、２３６の（符号２５０によって概略的に示される）極性に対して、図示されるＡＢＳに対してほぼ平行に、かつ、さまざまな読取素子２００の層の主面に対してほぼ平行に（たとえば、ｘ方向に）、バイアスをかける。いくつかの実現例においては、図示されるＡＢＳに対して厳密に平行な積層された自由層２３４および２３６の極性バイアスとさまざまな読取素子２００の層の主面とを整列させることは困難である。一実施例においては、積層された自由層２３４および２３６の極性バイアスは、図示されるＡＢＳに対して１５度以内の平行をなし、さまざまな読取素子２００の層の主面に対して１５度以内の平行をなす。範囲が大きければ大きいほど、読取素子２００が十分に機能することも可能となり得る。
【００２１】
磁気媒体からの磁界信号により、積層された自由層２３４および２３６の磁気極性が図示されるＡＢＳ内へと（たとえば負のｚ方向に）回転させられると、符号２４８および２５０はより逆平行になる。これは、第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間を通るセンス電流に対する読取素子２００の抵抗が増大していることを示す。逆に、磁気媒体からの磁界信号により、積層された自由層２３４および２３５の磁気極性が図示されるＡＢＳから外へ（たとえばｚ方向に）回転させられると、符号２４８および２５０はより平行になる。これは、第１のシールド２１６と第２のシールド２１８との間を通るセンス電流に対する読取素子２００の抵抗が低下していることを示す。
【００２２】
調整層２５２は、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４、２３６との間に位置決めされる。調整層２５２の厚さは、自由層２３４および２３６に所望のバイアスレベル（すなわち磁気結合）をもたらすよう調整または最適化される。言いかえれば、自由層２３４および２３６のバイアスレベルは、調整層２５２の材料および／または厚さを選択することによって、所望のレベルに調整される。たとえば、特に薄い調整層２５２により、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４、２３６とがともに近接して配置されることとなり、こうして、自由層２３４および２３６上の上部ＡＦＭ層２３２からの極性バイアスが特に強く（または堅固に）なるだろう。逆に、特に厚い調整層２５２であれば、上部ＡＦＭ層２３２と自由層２３４および２３６とがともに近接して配置されず、このため、自由層２３４および２３６上の上部ＡＦＭ層２３２からの極性バイアスがそれほど強く（またはより柔軟性のあるものに）ならない。バイアスレベルの強さは、読取素子２００が十分に安定した状態で維持されることを可能にしつつ、読取素子２００の所望の感度が得られるよう選択される。
【００２３】
ＡＦＭキャップ２５４をＡＦＭ層２３２上に配置して、腐食および後続の処理ステップからＡＦＭ層２３２を保護する。いくつかの実現例においては、付加的なシード層がＡＦＭ層２３２と第２のシールド２１８との間に配置されて、第２のシールド２１８が適用された読取素子２００が準備される。たとえば、シード層は、読取素子２００に第２のシールド２１８を配置するめっき工程を受容するよう適合される。
【００２４】
スペーサ層のない実現例と比較すると、読取素子２００に調整層２５２を組込むことにより、上部ＡＦＭ層２３２の高いピン止め磁界強度を維持することを可能にしつつ、ピン止め磁界の分散を低減させる。さらに、調整層２５２は、上部ＡＦＭ層２３２のピン止め磁界の保磁力を低下させる。保磁力が低いことは、上部ＡＦＭ層２３２の極性に対する外部の温度信号および／または磁気信号の影響を低減させるのに望ましい。調整層２５２の材料や厚さが異なることにより、ピン止め磁界強度、ピン止め磁界の分散および調整層２５２の保磁力に影響が及ぼされる。いくつかの実現例においては、図２に図示のとおり、調整層２５２が、隣接する上部ＡＦＭ層２３２ではなくＡＦＭ層の２つの層の間に挟まれる。他の実現例においては、ピン止め磁界の分散を最小限にしつつ、ピン止め磁界強度を最大限にするために複数のスペーサ層（軟磁性および／または非磁性）が存在する。調整層２５２は、ピン止め磁界の大幅な劣化をもたらすことなく、ピン止め磁界の分散を５０％ほども低下させ得る。
【００２５】
読取素子２００の側面は、非磁性の非導電性充填剤２２０（たとえばアルミナ）によって囲まれる。さらに、軟磁性側面シールド２２２を読取素子２００の側面上に用いることにより、電磁干渉（たとえば、側面読取の際の問題点および漂遊磁界ノイズ）、主としてｘ方向の干渉および／またはｚ方向の干渉が抑制される。軟磁性側面シールド２２２は、側面シールドキャップ２５６によって上部シールド２１８から隔てられ、充填剤２２０によって底部シールド２１６から隔てられる。（硬質の磁性側面シールドとは逆に）軟磁性の側面シールド２２２を用いることにより、上述のとおり、読取素子２００およびシールド２１６、２１８の厚さをまとめて１００ｎｍ以下にすることが可能となる。一実現例においては、側面シールド２２２はＮｉＦｅである。他の実現例においては、側面シールド２２２は非磁性である。さらに他の実現例においては、側面シールド２２２、上部シールド２１８および底部シールド２１６は、同じ軟磁性材料から作られている。さらに他の実現例においては、シールド２２２、上部シールド２１８および底部シールド２１６は非磁性材料から作られている。
【００２６】
ここで開示される技術の一実現例は以下の材料および厚さを利用している。底部ＡＦＭ層２３０は、ＩｒＭｎおよび／またはＰｔＭｎで作られていてもよく、３０〜２５０オングストローム（Å）の厚さを有していてもよい。ピン止め層２３８および２４０の各々はまた、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔＣｒＴａなどの高い保磁力材料でできていてもよく、ならびに／または、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＦｅＰｔおよび／もしくはＣｏＰｔＣｒＴａに由来するさまざまな材料でできていてもよく、２０〜１５０Ａの厚さを有していてもよい。他の実現例においては、ピン止め層２３８および２４０の各々は、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅおよび／またはＣｏＦｅＢなどの低保磁力材料で作られていてもよい。中間層２４２は、クロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、中間層２４２は存在しない。スペーサ層２４４は酸化チタン、アルミナ、酸化マグネシウムおよび／または導電性材料（たとえば、銅または銅合金）で作られていてもよく、最大で３０Ａまでの厚さを有していてもよい。
【００２７】
自由層２３４および２３６は、ＮｉＦｅおよび／またはＣｏＦｅで作られていてもよく、２０〜５０Ａの厚さを有していてもよい。調整層２５２は、クロム、ルテニウム、タンタルおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、調整層２５２は存在しない。上部ＡＦＭ層２３２は、ＩｒＭｎおよび／またはＰｔＭｎで作られていてもよく、３０〜１００Ａの厚さを有していてもよい。ＡＦＭキャップ２５４はクロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で５０Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、ＡＦＭキャップ２５４は存在しない。軟磁性側面シールド２２２はＮｉＦｅ合金で作られていてもよく、５０〜２００Ａの厚さを有していてもよい。側面シールドキャップ２５６は、クロム、ルテニウムおよび／またはロジウムで作られていてもよく、最大で１００Ａまでの厚さを有していてもよい。いくつかの実現例においては、側面シールドキャップ２５６は存在しない。第１のシールド２１６および第２のシールド２１８の各々は、ＮｉＦｅ合金で作られていてもよく、１〜２ミクロンの厚さを有していてもよい。
【００２８】
さまざまな実現例においては、ここで開示される技術は、高密度で垂直な媒体、ディスクリートトラック記録（ＤＴＲ：discrete track recording）および／またはビットパターン化媒体（ＢＰＭ：bit patterned media）に適用可能である。さらに、ここで開示される技術は、少なくとも２００℃〜２５０℃までの熱的信頼性が実現可能である。
【００２９】
図３は、ここで開示される技術に従って読取素子を製造するための例示的な工程３００を示す。堆積工程３１０においては、底部シールド、シードＡＦＭ層、第１のピン止め層、中間層、第２のピン止め層、スペーサ層および自由層が、従来の変換器処理技術を用いて、順次、半導体ウェハ（たとえばＡｌＴｉＣウェハ）上に堆積される。第２の堆積工程３１５においては、調整層が読取素子の自由層上に堆積される。多くの実現例においては、第２の堆積工程３１５は、２０℃から４００℃の温度で行なわれる。
【００３０】
第３の堆積工程３２０においては、第２のＡＦＭ層およびＡＦＭキャッピング層が、順次、調整層上に堆積される。堆積中の基板温度および第２のＡＦＭの厚さにより、自由層におけるバイアスが制御される。一実現例においては、自由層の第２のＡＦＭピン止めの目的は、第１のＡＦＭピン止め方向に対して垂直な方向に２５０〜８００Ｏｅのオーダで自由層のバイアスを設定することである。さらに、調整層の厚さはまた、自由層におけるピン止めに影響を及ぼす。自由層およびＡＦＭ層の厚さ、ならびに堆積中の基板温度がまた、読取素子に対する熱的安定性、繰返精度およびバイアスを維持するよう最適化される。
【００３１】
読取素子規定工程３２５においては、フォトリソグラフィおよびイオンビームエッチング処理により、所望の読出しトラック幅に対するリーダの幾何学的形態が設定される。さらに、アルミナ材料が、上述の層のうち露出した側面上にわたって堆積される。アルミナ材料は、上述の層（たとえば、第４の堆積工程３３０において堆積される隣接する軟磁性材料）と同一平面の方向への送電からこの上述の層を電気的に絶縁する。結果として、アルミナ材料により、上部シールドと底部シールドとの間の電気伝導が容易になり、読取素子工程を効率的にすることができる。
【００３２】
第４の堆積工程３３０においては、軟磁性材料がアルミナ材料に隣接して堆積される。軟磁性材料は、外部の磁気干渉から自由層を磁気的に遮蔽する役割を果たす。一実現例においては、軟磁性材料は、少なくとも自由層、調整層および第２のＡＦＭ層と同一平面上にある。軟磁性材料はまた、シードＡＦＭ層、第１のピン止め層、中間層、第２のピン止め層、スペーサ層およびＡＦＭキャッピング層のうち１つ以上と同一平面上にあってもよい。いくつかの実現例においては、付加的なキャッピング層が軟磁性材料上にわたって施される。キャッピング層は、堆積後、規定プロセスを通じて上部の交換バイアス整合性を維持するのに十分な厚さを有する。
【００３３】
第５の堆積工程３３５においては、シード層および上部シールドがＡＦＭキャッピング層上に堆積される。アニール工程３４０においては、ＡＦＭ層がＡＦＭ層の磁気配向を設定するようアニールされる。多くの実現例においては、第２のＡＦＭ層の磁気配向が、上述の層のうち１つ以上の層と同一平面をなす方向で、第１のＡＦＭ層の磁気配向に対して垂直に設定される。いくつかの実現例においては、アニール工程３４０が、摂氏２１５〜２３５度の温度で１〜５ｋＧａｕｓｓで実行される。工程時には、底部シールドと上部シールドとの間に電気が流される。自由層の極性は磁気ビットに近づくにつれて変化する。自由層の極性が変化すると、上述の層構造の全体的な抵抗が変化する。上述の層に対して垂直な方向に流れる電流の抵抗が変化すると、底部シールドと上部シールドとの間の電圧差に影響が及ぼされる。結果として、電圧差の変化を用いて、磁気ビットの存在および／または配向を検出する。上述の積層の堆積が完了した後、変換器の従来通りの処理を変更することなく、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を引続き行なってもよい。
【００３４】
図４は、ここで開示される技術に従って磁気層構造にバイアスをかけるための例示的な工程４００を示す。規定工程４１０では、磁気層構造における第１の反強磁性層を用いて、ピン止め層の磁気配向を規定する。バイアス工程４１５では、磁気層構造における第２の反強磁性層を用いて、自由層の磁気配向に対して、工程４１０において規定されたピン止め層の磁気配向に垂直な方向へとバイアスをかける。
【００３５】
調整工程４２０では、調整層を用いて、自由層の磁気配向を所望のレベルに調整する。調整工程４２０では、ノイズ干渉の低下と磁気層構造内の検出分解能とのバランスが取られる。少なくとも調整層の材料組成および厚さが、工程４２０における調整量に影響を及ぼす。任意のデカップル工程４２５では、自由層と第２の反強磁性層とが互いからデカップルされる。一実現例においては、自由層と第２の反強磁性層との間に位置決めされたスペーサ層により、工程４２５のデカップルがもたらされる。任意の遮蔽工程４３０では、外部干渉から自由層を遮蔽する。一実現例においては、自由層に隣接し当該自由層の主面に沿って配置された１つ以上の側面シールドにより、工程４３０の遮蔽がもたらされる。
【００３６】
上述の明細書、例およびデータは、本発明の具体的な実施例の構造および使用を包括的に説明するものである。本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明の多くの実施例が実現可能であるので、本発明は添付の特許請求の範囲に属している。さらに、さまざまな実施例の構造的特徴は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、さらに別の実施例において組合わされてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 磁気構造、１３０ 底部ＡＦＭ層、１３２ 上部ＡＦＭ層、１３４ 自由層、１３８ ピン止め層、１４４ スペーサ層、１５２ 調整層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気層構造であって、
ピン止め層と、
ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、
自由層と、
ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む、磁気層構造。
【請求項２】
自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされる１つ以上の側面シールドをさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項３】
側面シールドが軟磁性材料を含む、請求項２に記載の磁気層構造。
【請求項４】
側面シールドが非磁性材料を含む、請求項２に記載の磁気層構造。
【請求項５】
２つの電極をさらに含み、各々が、層構造の両側に位置決めされ、自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って層構造を介して電流を導くよう構成される、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項６】
自由層からピン止め層を磁気的に隔てるスペーサ層をさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項７】
堆積後の破損から第２の反強磁性層を保護するキャッピング層をさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項８】
ピン止め層、第１の反強磁性層、自由層および第２の反強磁性層が、読取素子センサを含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項９】
ほぼ垂直とは、＋／−１５度の垂直である、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１０】
第１および第２の反強磁性層は、ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎを含み、３０Å以上および２５０Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１１】
調整層は、自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ、自由層の磁気モーメントの分散を低減させる、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１２】
自由層が第１の自由層および第２の自由層を含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１３】
磁気層構造にバイアスをかける方法であって、
第１の反強磁性層を用いて、ピン止め層の磁気配向を規定するステップと、
第２の反強磁性層を用いて、自由層の磁気配向にバイアスをかけるステップとを含み、
ピン止め層の規定された磁気配向は、自由層のバイアスがかけられた磁気配向に対してほぼ垂直であり、前記方法はさらに、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触する調整層を用いて、自由層のバイアスを所望のレベルに調整するステップを含む、方法。
【請求項１４】
自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされる１つ以上の側面シールドを用いて、外部の電磁および／または熱的干渉から自由層を遮蔽するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の反強磁性層、ピン止め層、自由層および第２の反強磁性層の両側に位置決めされる２つの電極間における自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って電流を導くステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ自由層の磁気モーメントの分散を低減させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
磁気ディスクドライブ用の変換器であって、
リーダを含み、前記リーダは、
ピン止め層と、
ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、
自由層と、
ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に直接接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む、変換器。
【請求項１８】
リーダはさらに、自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされ、外部の電磁干渉から自由層を遮蔽する１つ以上の側面シールドを含む、請求項１７に記載の変換器。
【請求項１９】
リーダはさらに２つの電極を含み、各々は、層構造の両側に位置決めされ、自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って層構造を介して電流を導くよう構成される、請求項１７に記載の変換器。
【請求項２０】
調整層は、自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ、自由層の磁気モーメントの分散を低減させる、請求項１７に記載の変換器。
【請求項１】
磁気層構造であって、
ピン止め層と、
ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、
自由層と、
ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む、磁気層構造。
【請求項２】
自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされる１つ以上の側面シールドをさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項３】
側面シールドが軟磁性材料を含む、請求項２に記載の磁気層構造。
【請求項４】
側面シールドが非磁性材料を含む、請求項２に記載の磁気層構造。
【請求項５】
２つの電極をさらに含み、各々が、層構造の両側に位置決めされ、自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って層構造を介して電流を導くよう構成される、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項６】
自由層からピン止め層を磁気的に隔てるスペーサ層をさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項７】
堆積後の破損から第２の反強磁性層を保護するキャッピング層をさらに含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項８】
ピン止め層、第１の反強磁性層、自由層および第２の反強磁性層が、読取素子センサを含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項９】
ほぼ垂直とは、＋／−１５度の垂直である、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１０】
第１および第２の反強磁性層は、ＩｒＭｎまたはＰｔＭｎを含み、３０Å以上および２５０Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１１】
調整層は、自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ、自由層の磁気モーメントの分散を低減させる、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１２】
自由層が第１の自由層および第２の自由層を含む、請求項１に記載の磁気層構造。
【請求項１３】
磁気層構造にバイアスをかける方法であって、
第１の反強磁性層を用いて、ピン止め層の磁気配向を規定するステップと、
第２の反強磁性層を用いて、自由層の磁気配向にバイアスをかけるステップとを含み、
ピン止め層の規定された磁気配向は、自由層のバイアスがかけられた磁気配向に対してほぼ垂直であり、前記方法はさらに、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に接触する調整層を用いて、自由層のバイアスを所望のレベルに調整するステップを含む、方法。
【請求項１４】
自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされる１つ以上の側面シールドを用いて、外部の電磁および／または熱的干渉から自由層を遮蔽するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の反強磁性層、ピン止め層、自由層および第２の反強磁性層の両側に位置決めされる２つの電極間における自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って電流を導くステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ自由層の磁気モーメントの分散を低減させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
磁気ディスクドライブ用の変換器であって、
リーダを含み、前記リーダは、
ピン止め層と、
ピン止め層の磁気配向を規定する第１の反強磁性層と、
自由層と、
ピン止め層の磁気配向に対してほぼ垂直な磁気配向へと自由層にバイアスをかける第２の反強磁性層と、
第２の反強磁性層と自由層との間に位置決めされ、第２の反強磁性層および自由層に直接接触し、自由層のバイアスを所望のレベルに調整する調整層とを含む、変換器。
【請求項１８】
リーダはさらに、自由層に隣接し自由層の主面に沿って位置決めされ、外部の電磁干渉から自由層を遮蔽する１つ以上の側面シールドを含む、請求項１７に記載の変換器。
【請求項１９】
リーダはさらに２つの電極を含み、各々は、層構造の両側に位置決めされ、自由層の主面に対してほぼ垂直な軸に沿って層構造を介して電流を導くよう構成される、請求項１７に記載の変換器。
【請求項２０】
調整層は、自由層および第２の反強磁性層をデカップルしつつ、自由層の磁気モーメントの分散を低減させる、請求項１７に記載の変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１３４４８１（Ｐ２０１２−１３４４８１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２６８９４０（Ｐ２０１１−２６８９４０）
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６８９４０（Ｐ２０１１−２６８９４０）
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
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