具有Ru合金反平行间隔层的薄膜介质和磁致电阻传感器制造技术

技术编号:3107834 阅读:277 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提供一种具有自由层和与所述自由层间隔开的反平行(AP)被钉扎层结构的磁头。所述AP被钉扎层结构包括至少两个被钉扎层,其具有彼此反平行的自钉扎的磁矩,所述被钉扎层通过AP耦合层分隔开,所述AP耦合层由Ru合金构成。Ru合金耦合层的使用比纯Ru间隔层显著增加了AP被钉扎层结构的钉扎场。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁头和介质,更具体地,本专利技术涉及在这样的头和介质中使用Ru合金从而增强反平行交换耦合。
技术介绍
计算机的核心是磁盘驱动器,其包括旋转磁盘、具有读和写头(也称为写入器(writer)和传感器)的滑块、旋转盘之上的悬臂、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上选定环形道之上的致动臂。当盘不旋转时悬臂偏置滑块接触盘的表面,但是当盘旋转时,空气被邻近滑块气垫面(ABS)的旋转盘旋动,导致滑块骑在气垫上距旋转盘的表面一微小的距离。当滑块骑在此气垫上时,采用写和读头来写磁印(magnetic impression)到旋转盘且从旋转盘读磁信号场。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路从而实现写和读功能。在大容量盘驱动器中,通常称为MR头的磁致电阻(MR)读传感器因为其与薄膜感应头相比以更大的道和线密度从盘的表面读取数据的能力而成为普遍使用的读传感器。MR传感器通过其MR检测层(也称为“MR元件”)的作为由MR层检测到的磁通量的强度和方向的函数的电阻的变化来检测磁场。传统MR传感器根据各向异性磁致电阻(AMR)效应工作,AMR效应中MR元件电阻随MR元件的磁化与流经MR元件的检测电流(sense current)的方向之间的角度的余弦的平方而变化。因为来自于已记录的磁介质的外磁场(信号场)导致MR元件中磁化方向的变化,其又导致MR元件中电阻的变化和检测电流或电压的相应变化,所以可以从磁介质读出记录的数据。另一类型的MR传感器是巨磁致电阻(GMR)传感器,其表现GMR效应。GMR传感器中,GMR传感器的电阻作为被非磁层(间隔层)分隔开的铁磁层之间的传导电子的自旋相关输运以及伴随的自旋相关散射的函数而变化,所述伴随的自旋相关散射发生在铁磁和非磁层的界面处以及铁磁层内。只采用由非磁材料(例如铜)层分隔开的两层铁磁材料(例如Ni-Fe)的GMR传感器一般称为自旋阀(SV)传感器。在SV传感器中,被称为被钉扎层(基准层reference layer)的铁磁层之一具有通常通过与反铁磁(例如NiO或Fe-Mn)层的交换耦合被钉扎的磁化。反铁磁层产生的钉扎场应比SV传感器在运行温度(约120℃)的退磁场(约200Oe)更大,从而确保在施加外场(例如来自盘上的记录的位的场)期间被钉扎层的磁化方向保持固定。但是,被称为自由层的另一铁磁层的磁化未被固定,且响应于来自被记录的磁介质的场(信号场)而自由转动。在此引用授权给Dieny等人的美国专利No.5206590作为参考,其公开了基于GMR效应工作的SV传感器。为了检测来自旋转磁盘的磁信号场,一示例性高性能读头采用自旋阀传感器。图1A示出现有技术的SV传感器100,其包括通过非磁导电间隔层115与被钉扎层(被钉扎铁磁层)120分隔开的自由层(自由铁磁层)110。被钉扎层120的磁化通过反铁磁(AFM)层130被固定。图1B示出具有磁通保持构造(flux keepered configuration)的另一现有技术SV传感器150。SV传感器150与图1A所示的SV传感器100基本相同,除了增加了通过非磁间隔层154与自由层110分隔开的由铁磁材料形成的保持层(keeper layer)152。保持层152为来自被钉扎层120的磁场提供磁通闭合路径,导致被钉扎层120与自由层110的减小的静磁相互作用。授权给Cain等人的美国专利No.5508867公开了具有磁通保持构造的SV传感器。另一类型的SV传感器是反平行(AP)被钉扎SV传感器。在AP被钉扎SV传感器中,被钉扎层是两个铁磁层的层叠结构,所述两个铁磁层通过非磁耦合层分隔开,使得两个铁磁层的磁化以反平行取向被强烈地反铁磁耦合在一起。与采用图1A的SV传感器的被钉扎层结构所实现的相比,AP被钉扎SV传感器提供反铁磁(AFM)层对层叠的被钉扎层结构的改善的交换耦合。该改善的交换耦合提高了AP被钉扎SV传感器在高温下的稳定性,其允许对AFM层使用耐蚀反铁磁材料例如NiO。参照图2A,AP被钉扎SV传感器200包括通过非磁导电间隔层215与层叠的AP被钉扎层结构220分隔开的自由层210。层叠的AP被钉扎层结构220的磁化通过AFM层230被固定。层叠的AP被钉扎层结构220包括通过非磁材料的反平行耦合层(APC)224分隔开的第一铁磁层226和第二铁磁层222。在层叠的AP被钉扎层结构220中的两个铁磁层226、222(FM1和FM2)具有反平行取向的磁化方向,如箭头227、223所示(分别离开和进入纸平面指向的箭头)。SV传感器的最佳运行的关键要求是被钉扎层应垂直于气垫面地磁饱和。被钉扎层中未磁饱和导致减小的信号或动态范围。导致饱和缺失的因素包括在被钉扎层边缘处的退磁场、来自所记录的数据和来自纵向偏置(biasing)区域的磁场、电流感应的场、以及对自由层的耦合场。对小传感器(宽数微米或更小)中被钉扎层的磁状态的分析表明,主要由于在传感器边缘处存在大的退磁场,导致被钉扎层的区域上磁化不均匀。图2B示出SV传感器250的透视图。SV传感器250由传感器条(stripe)260形成,其具有在ABS处的前边缘270且远离ABS地延伸至后边缘272。由于在传感器条260的前边缘270和后边缘272处的大的退磁场,仅在被钉扎层条的中心部分280实现了所期望的垂直磁化方向,而在所述条的边缘处磁化倾向于弯曲到与ABS平行的方向。这些弯曲区域的范围由被钉扎层的磁硬度(magnetic stiffness)控制。如上所述,现有技术AP被钉扎SV传感器利用AFM以钉扎被钉扎层的磁化,使得当头从盘读数据、施加外磁场等时被钉扎层不在附近改变。AFM层通常很厚,约150-200。由于大的总厚度,这样的传感器通常不用于需要薄磁头的应用。因此,需要具有改善的AP钉扎、允许使用较薄AFM的AP被钉扎SV传感器。还需要一种提高AP被钉扎层的钉扎的方法。使用AP被钉扎层的另一技术是磁介质的制造。其中细晶粒的多晶磁合金层用作有效记录层(active recording layer)的传统薄膜型磁介质根据磁材料的晶粒的磁畴(magnetic domain)的取向通常分为“纵向型”或“垂直型”。计算机相关应用中通常采用的常规纵向记录的薄膜的硬盘型磁记录介质300的一部分以简化的横截面图的形式示意性地示于图3中,其包括基本刚性的非磁金属衬底302,通常为铝(Al)或铝基合金例如铝镁(Al-Mg)合金,具有连续沉积或以其它方式形成在其表面302A上的镀层(platinglayer)304例如非晶镍磷(Ni-P);一层或更多层多晶衬层(underlayer)306,通常为Cr或Cr基合金;磁记录层308,包括一层或更多层具有铂(Pt)、Cr、硼(B)等的一种或更多种的钴(Co)基合金;保护覆层310,通常包含碳(C),例如类金刚石型碳(“DLC”);以及润滑剂外涂层312,例如全氟聚醚(perfluoropolyether)。层304-310中的每个可通过合适的物理气相沉积(“PVD”)技术例如溅射来沉积,层312通常通过浸涂(dipping)或喷涂(spraying)来沉积。玻璃衬底也通常用于纵向介质。对于玻璃衬底上的介质,镀的NiP层304被省略本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储系统,包括:磁介质,包括:铁磁记录层;第二层,其与所述记录层反铁磁耦合;以及AP耦合层,其位于所述记录层与所述第二层之间,其中所述AP耦合层由包括Ru和铁磁金属的Ru合金构成;至少一个头,其 用于从所述磁介质读取或向其写入,每个头具有:传感器,包括:自由层;反平行(AP)被钉扎层结构,其与所述自由层间隔开,其中所述AP被钉扎层结构包括至少两个被钉扎层,其具有彼此反平行的自钉扎的磁矩,所述被钉扎层通 过AP耦合层分隔开,其中所述AP耦合层由Ru合金构成;写入器,其结合到所述传感器;滑块,其用于支承所述头;以及控制单元,其耦接到所述头,用于控制所述头的运行。

【技术特征摘要】
US 2005-1-31 11/047,8011.一种磁存储系统,包括磁介质,包括铁磁记录层;第二层,其与所述记录层反铁磁耦合;以及AP耦合层,其位于所述记录层与所述第二层之间,其中所述AP耦合层由包括Ru和铁磁金属的Ru合金构成;至少一个头,其用于从所述磁介质读取或向其写入,每个头具有传感器,包括自由层;反平行(AP)被钉扎层结构,其与所述自由层间隔开,其中所述AP被钉扎层结构包括至少两个被钉扎层,其具有彼此反平行的自钉扎的磁矩,所述被钉扎层通过AP耦合层分隔开,其中所述AP耦合层由Ru合金构成;写入器,其结合到所述传感器;滑块,其用于支承所述头;以及控制单元,其耦接到所述头,用于控制所述头的运行。2.一种磁头,包括自由层;反平行(AP)被钉扎层结构,其与所述自由层间隔开,其中所述AP被钉扎层结构包括至少两个被钉扎层,其具有彼此反平行的自钉扎的磁矩,所述被钉扎层通过AP耦合层分隔开,其中所述AP耦合层由Ru合金构成;3.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括铁磁材料。4.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括Fe。5.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括Co。6.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括CoFe。7.如权利要求6所述的头,其中所述Ru合金包括约5%和约40%之间重量的CoFe。8.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括NiFe。9.如权利要求2所述的头,其中所述Ru合金包括Ni。10.如权利要求2所述的头,其中所述AP耦合层的厚度小于8。11.如权利要求2所述的头,其中所述AP耦合层的厚度在约4和20之间。12.如权利要求2所述的头,其中所述AP耦合层的厚度在5和7之间。13.如权利要求2所述的头,其中所述头构成GMR头的一部分。14.如权利要求2所述的头,其中所述头构成CPP GMR传感器的一部分。15.如权利要求2所述的头,其中所述头构成CIP GMR传感器的一部分。16.如权利要求2所述的头,其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员:李文扬李晋山玛丽F多尔纳布赖恩R约克埃里克E富勒顿
申请(专利权)人:日立环球储存科技荷兰有限公司
类型:发明
国别省市:NL[荷兰]

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