(57)【要約】【課題】高データビット密度、小スモールファクタをもたらす調整されたデータ検出を可能とする磁気リーダ、装置およびスタックを提供する。【解決手段】さまざまな実施形態は、概して、磁気データビットを読み出すことが可能なスタックに向けられる。そのようなスタックは、磁気自由層１２８と合成反強磁性体（ＳＡＦ)との間に配置された非磁気スペーサ層１３２を有し得、ＳＡＦは空気軸受面（air bearing surface：ＡＢＳ）に対して非正規（non-normal）方向に調整された異方性を有するように構成される。【選択図】図２
2014081985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気リーダであって、
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された非磁気スペーサ層を備え、
前記ＳＡＦは、空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規（non-normal）方向に調整された異方性を有するように構成される、磁気リーダ。
【請求項２】
前記非正規方向は１５０°である、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項３】
前記非正規方向は９０°よりも大きい、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項４】
前記自由層は、前記ＳＡＦの異方性とは異なる固有異方性を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項５】
前記自由層および前記ＳＡＦは、前記ＡＢＳに平行に測定したときに、異なる厚さを有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項６】
前記ＳＡＦは、複数の固定磁化を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項７】
前記複数の固定磁化は、前記異方性および反強磁性結合を介して固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項８】
前記複数の固定磁化は、永久磁石の存在を伴うことなく固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項９】
前記複数の固定磁化は、反強磁性体層の存在を伴うことなく固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項１０】
前記磁気自由層は、前記ＳＡＦの第２の磁化方向とは異なる第１の磁化方向を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項１１】
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された第１の非磁気スペーサ層を備え、
前記ＳＡＦは、各々が空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規方向に調整された異方性を有するように構成される磁気固定基準層とピンド（pinned）層との間に配置された第２の非磁気スペーサ層を含む、装置。
【請求項１２】
前記基準層および前記ピンド層の異方性は、共通の大きさを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記基準層および前記ピンド層の異方性は、異なる大きさを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記磁気自由層は、前記基準層および前記ピンド層のそれぞれに対する第２および第３の磁化方向とは異なる第１の磁化方向を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の磁化方向は、前記ＡＢＳに対して平行に向けられ、
前記第２および第３の磁化方向の各々は、前記ＡＢＳに対して非正規に向けられる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記異方性は固有である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記磁気自由層は、第１の厚さを有し、
前記基準層は、第２の厚さを有し、
前記ピンド層は、第３の厚さを有し、
前記第２および第３の厚さは、データ信号振幅を増加するように調整される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１、第２および第３の厚さの各々は異なる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された非磁気スペーサ層と、
空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規方向に角度がつけられた異方性で前記ＳＡＦを調整するための手段とを備える、スタック。
【請求項２０】
前記ＳＡＦを調整するための手段は、材料の斜方蒸着である、請求項１９に記載のスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
要約
本開示のさまざまな実施形態は、概して、磁気データビットの検出が可能なスタックに向けられる。
【背景技術】
【０００２】
より大きな容量が継続的に重要視されており、より高速なデータ記憶装置は、データ記憶要素を確実に製造および動作することができるというフォームファクタを重視してきた。そのようなデータ記憶要素の１つは磁気データリーダであり、それは、データ記憶媒体上にプログラムされたデータビットに応答して、データ信号を生成する。記憶媒体についてのデータビット密度の増加は、データ容量を上昇することができるが、不要なデータ信号の振幅損失および不安定さを誘発する追加の結果を伴う。そのため、産業界は、小さなスモールファクタにおける増加されたデータ信号振幅および安定性、ならびに増加されたデータビット密度のデータ記憶装置を提供することができる磁気データリーダを提供するように努力し続けている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実施形態に従えば、磁気リーダは、磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された非磁気スペーサ層を有し、ＳＡＦは、空気軸受面（ＡＢＳ）に対して、非正規方向に調整される異方性を有するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】いくつかの実施形態に従う例示的なデータ記憶装置の一部のブロック図である。
【図２】いくつかの実施形態における図１のデータ記憶装置において用いられることが可能な、例示的な磁気データリーダのブロック図である。
【図３】さまざまな実施形態に従う例示的な磁気スタックの断面図である。
【図４】いくつかの実施形態に従って構成された、さまざまな磁気層の上面図の概略を示す図である。
【図５】さまざまな実施形態に従って構成されたさまざまな磁気層についての磁化を示す図である。
【図６】いくつかの実施形態に従って構築された例示的な磁気リーダについての動作データをプロットした図である。
【図７】さまざまな実施形態に従って実行される磁気リーダ製造ルーチンのフローチャートを提供する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
より大きな容量が継続的に重要視されており、より高速なデータ記憶装置は、データ記憶要素を確実に製造および動作することができるというフォームファクタの圧力を加えてきた。そのようなデータ記憶要素の１つは磁気データリーダであり、それは、データ記憶媒体上にプログラムされたデータビットに応答して、データ信号を生成する。記憶媒体についてのデータビット密度の増加は、データ容量を上昇することができるが、望ましくないデータ信号の振幅損失および不安定さを誘発する追加の結果を伴う。そのため、産業界は、小さなスモールファクタにおける増加されたデータ信号振幅および安定性、ならびに増加されたデータビット密度のデータ記憶装置を提供することができる磁気データリーダを提供するように努力し続けている。
【０００６】
その結果、磁気リーダは、磁気自由層を合成反強磁性体との間に配置された非磁気スペーサ層を有し得、合成反強磁性体は、空気軸受面に対して非正規方向に調整された異方性を有するように構成される。磁気リーダの部分の異方性を調整する能力は、磁気安定性、ならびに、合成反強磁性体と磁気自由層との間の相互作用を維持することができ、それによって磁気非対称性を低減しながら、より大きなデータ信号振幅を生成することができる。
【０００７】
調整された異方性を有する磁気リーダは、さまざまな非制限環境において実行することができるが、図１は、概して、回転データ記憶環境のデータ変換部１００を示す。変換部１００は、取付けられた磁気記憶媒体１０８上に存在するプログラムされたデータビット１０６の上方に変換ヘッド１０４を位置付けるとともに、空気軸受面（ＡＢＳ）１１２を生成するためのスピンドルモータ１１０の周りに回転する作動アッセンブリ１０２を用いて構成される。スピンドルモータ１１０が回転する速度は、作動アッセンブリ１０２のスライダ部１１４をＡＢＳ上に浮上できるようにして、変換ヘッド１０４を含むヘッドジンバルアッセンブリ（head gimbal assembly：ＨＧＡ）１１６を媒体１０８の所望の部分の上方へ位置付ける。
【０００８】
変換ヘッド１０４は、記憶媒体１０８へデータをプログラムするとともにデータを読み出すようにそれぞれ動作する磁気ライタおよび磁気応答リーダのような、１つまたはより多くの変換素子を含み得る。このようにして、作動アッセンブリ１０２およびスピンドルモータ１１０の制御された動作が記憶媒体表面上に規定された所定のデータトラック（図示せず）に沿って横方向に、かつ媒体表面１１４に対して垂直に測定されるように縦方向に、変換ヘッドの位置を調節して、データを選択的に書込み、読出し、再書き込みする。
【０００９】
図２は、図１に示されるデータ記憶装置の変換部１００において用いることが可能な、例示的な磁気データリーダ１２０の断面ブロック図を示す。図２に示される構成は必ずしも必要ではなく、またそれに限定されないが、磁気リーダ１２０は、空気軸受面（ＡＢＳ）上の電極層１２４と磁気シールド１２６との間に配置された磁気スタック１２２を有する。磁気スタック１２２は、磁気抵抗、トンネル磁気抵抗、スピンバルブのようなさまざまな異なるデータビット検出ラミネーションとして構成されるが、いくつかの実施形態においては、非磁気スペーサ層１３２の相対する両側に結合された、磁気自由層１２８および固定磁気基準構造１３０を有するセンサとして構築される。
【００１０】
自由層１２８および基準構造１３０の磁化方向は、外部データビットと遭遇すると、測定可能な磁気抵抗効果を提供するように作用する。さまざまな実施形態は、反強磁性体層との接続を介して、基準構造１３０の磁化を固定する。しかしながら、そのような反強磁性体層の包含は、高められたデータビット密度および低減されたデータトラック幅を採用する低減されたフォームファクタのデータ記憶装置からのデータの検出において困難を与え得る、リーダ１２０のシールド−シールド空間１３４を追加し得る。磁気スタック１２２からの反強磁性体層の除去により、リーダのシールド−シールド空間１３４を低減することはできるが、基準構造１３０が支持されないままの状態となるので、磁気安定性を導入するコストにおいては、全体的なデータ信号振幅損失をもたらす磁化傾斜および非対称性に一致し得る。
【００１１】
基準構造１３０と異なる磁化方向を有する自由層１２８を構成することは、基準構造１３０と自由層１２８の双方における磁化を安定化することによって、反強磁性体層の除去によってもたらされる不都合な効果を補償する。リーダ１２０におけるさまざまな層の磁化方向を設定することは、基準構造１３０および自由層１２８の固有の異方性を、リーダ１２０の空気軸受面（ＡＢＳ）にそれぞれ垂直および平行である磁化方向を与えるように設定することによって、さまざまな異なる非制限の態様において達成することができる。
【００１２】
より具体的には、自由層１２８は、Ｚ軸に沿って揃えられた平面において双極磁化を維持する固有異方性で形成され、一方、基準構造１３０の基準層１３６およびピンド層１３８は、Ｘ軸方向に沿った、固定磁化にそれぞれ揃う固定磁化で形成され得る。ＳＡＦスペーサ層１４０に交差して反強磁性的に結合し、かつ自由層１２８の磁化と位相がずれた基準層１３６およびピンド層１３８の磁化によって、リーダの磁気安定性が最適化されて、磁気非対称性が低減されるとともにデータ信号振幅が増大される。
【００１３】
磁気スタック１２２の層の固有異方性を調整する能力は、基準構造１３０および自由層１２８の大きさの調整と組み合わされて、データビット密度およびデータリードバック速度のような、さまざまな環境状態に適合するように、リーダ１２０の性能を最適化する。図３は、さまざまな態様において予め定められたデータ検出性能を提供するように調整された、例示的な磁気スタック１５０の断面のブロック図を示す。図示されるように、磁気スタック１５０は、Ｘ軸に沿ってＡＢＳから測定された所定のストライプ高さ（stripe height）を各々が有する層のラミネーションとして構成される。
【００１４】
さまざまな実施形態は、自由層１５４、基準層１５６、およびピンド層１５８のうちの１つまたはより多くのものを、個別にまたは包括的に調整して、磁気スタックについて、複数の異なるストライプ高さを生成する。ストライプ高さがどのような方法で調整されるかにかかわらず、磁気スタック１５０の層の各々は、Ｙ軸方向に沿って測定したときの厚さについて最適化され得る。たとえば、自由層１５４は、第１の所定厚さ１６０に調整され、第１の所定厚さは、基準層１５６およびピンド層１５８にそれぞれ対応する第２および第３の所定厚さ１６２，１６４とは異なっている。
【００１５】
いくつかの実施形態においては、基準層１５６およびピンド層１５８は、ＳＡＦスペーサ層１６８を含む基準構造１６６の全体厚さに照らして調整されて、調整された異方性長さおよび方向に対してそれぞれの層の磁化をバランスさせる。つまり、それぞれ２．６ｎｍおよび３．１ｎｍのような、基準層１５６およびピンド層１５８の所定厚さ１６２，１６４は、４００Ｏｅのような、各層１５６，１５８の固有異方性に関連して選択されて、スタック１５０に存在している反強磁性体層の不足にもかかわらず、磁気非対称性をバランスさせるとともに、磁気安定性を提供し得る。
【００１６】
磁気スタック１５０の層のそれぞれの厚さ１６０，１６２，１６４およびストライプ高さ１５２を調整することは、１つまたはより多くの層の固有異方性を調整することと分離して、あるいは組み合わされてなされ得る。図４および図５の各々は、概して、図２の磁気スタック１２２のような磁気スタックにおいて用いることができる例示的な層１８０，１９０，２００の上面ブロック図を示す。層１８０は、固有異方性が、どのようにＡＢＳおよびＹ軸に平行である磁化方向１８２を有するように構築されるかを示し、一方、層１９０は、磁化方向１９２が、どのようにＸ軸に沿って、ＡＢＳに垂直に向けられるかを示す。
【００１７】
同じ磁気スタック内のさまざまな層の方向は、ＡＢＳに対して正規（normal）、平行、または垂直である磁化方向を生じる固有異方性を有するように調整されてもよいが、層２００によって示されるような、非正規（non-normal）方向２０２へ磁化を調整することは、特に厚みおよび異方性強度について最適化された他の磁気スタック層とペアリングされるときに、データ信号振幅を増加することができる。なお、用語「非正規」は、０°または９０°に等しくない角度方向を記述するものと解されることに注意すべきである。
【００１８】
固有異方性および磁化方向が構築される態様は、特定のプロセスには限定されず、さまざまな異なる手段で形成されかつ調整されてもよいことが、さらに理解されるべきである。非制限の例として、シード層上の、やや傾斜した堆積の方位角は、図４の層２００内の磁化２０２によって、およびより具体的には図５に示される層の磁化によって一般的に示されるような、１５０°の非正規磁化方向に対応する調整された固有異方性を生成するために用いることができる。図５の検討によって、層２００の非正規磁化方向が、層１８０，１９０の正規磁化方向よりも、層を通してどのようにより均一な磁化プロファイルを与えることができるかが明らかにされる。
【００１９】
固有異方性および磁化方向がどのように形成されても、非正規磁化方向の調整は、磁気スタック層について個別にまたは包括的に実行され、図６のデータによって示されるように、磁気スタック性能を精密に最適化することができる。図６において、異なる磁化方向の効果が、実線２１０による２００Ｏｅ固有異方性についてのデータ信号振幅および破線２１２による４００Ｏｅ固有異方性についてのデータ信号振幅に対してグラフ化されている。線２１０，２１２からのデータを用いて、磁気スタック、特に磁気リーダの基準構造が調整されかつ最適化されて、さまざまな小さいフォームファクタのデータ記憶環境をもたらすデータ信号振幅を生成する。
【００２０】
図６のデータからもたらされる調整された実施形態は、基準構造のピンド層および基準層が、４００Ｏｅの固有異方性および１５０°の非正規磁化方向を有するように構成して、およそ１３１％の信号振幅を生成し、それは、基準構造の磁化を支援するために調整されていない異方性を有し、かつ反強磁性体層を有していない磁気スタックと明らかな違いを示す。調整された固有異方性方向および大きさと、調整された厚さおよびストライプ高さとの組み合わせは、より大きなデータ信号振幅に加えて、より低いシールド−シールド空間で緩和された異方性振幅を可能とする、最適化された磁化非対称性および安定性を提供することができる。
【００２１】
図７は、さまざまな実施形態に従って磁気スタックがどのように調整され得るかをマッピングする、リーダ製造ルーチン２２０の例示的なフローチャートを提供する。ルーチン２２０は、ステップ２２２において、基板上に磁気シールドおよび電極を最初に堆積し得る。電極層は、空気軸受面から、シールドのストライプ高さよりも低いかあるいは等しいストライプ高さまで伸延し、いくつかの実施形態においては、以降に堆積される層における固有異方性を生成することをもたらす材料および表面粗さを有するシード層として構成され得る。
【００２２】
そして、ステップ２２４は、空気軸受面に対して予め定められた固有異方性および方向を有する電極層上にピンド層を形成する。ＳＡＦスペーサ層は、ステップ２２６においてピンド層上に引き続いて堆積され、基準層とピンド層との間に結合する反強磁性結合を提供するとともに、ステップ２２８において所定の固有異方性を有する基準層を構成するための潜在的なシード層を提供する。つまり、ステップ２２６において形成されるＳＡＦスペーサ層は、反強磁性結合を提供する厚さおよび非磁性材料と、シード層として表面が粗くされ得る基板と有し、ステップ２２８において、ピンド層における異方性振幅および方向と同じまたは異なった第２の振幅および方向を有する基準層の固有異方性を生成するのに役立つ。
【００２３】
固定磁化基準構造の構築を完成する基準層の形成とともに、ステップ２３０は、自由層の磁化と基準構造との間のデータ検出を可能とする厚さを有する非磁気スペーサ層を、基準層の上部に堆積する。さまざまな実施形態は、次に、基準層およびピンド層の双方の異方性とは異なる大きさおよび方向を有する第３の固有異方性を有する磁気自由層を非磁気スペーサ層上へ形成する。そして、ステップ２３２における磁気自由層の形成に引き続いて、ステップ２３４において、上部電極およびシールドの堆積が行なわれる。
【００２４】
ルーチン２２０は特定の順番で層を連続的に堆積しているが、磁気スタックが任意の数および方向の層を含み得るので、そのような順番は必ずしも必要ではなく、またはそれに限定されないことが言及されるべきである。たとえば、磁気自由層は、基準構造の基準層およびピンド層の前に形成されてもよく、それによって磁気スタックは、ルーチン２２０から生成されるスタックと比較して反転されたものとなる。
【００２５】
固有異方性を最適化することによってさまざまな磁気スタックを調整して所定の磁化方向および大きさを生成する能力によって、磁気スタックの磁化動作は、磁気安定性、データ信号の振幅、および磁気非対称性の所定の比率を提供するように調整され得る。しかしながら、精密に調整された磁気リーダの製造に適合するように任意の数のステップを追加し、省略し、修正することができるので、ルーチン２２０は、図７において与えられたステップおよび決定のみに限定されない。
【００２６】
本開示において説明された磁気リーダの構成および材料特性は、高データビット密度、小スモールファクタデータ記憶装置をもたらす調整されたデータ検出を可能とできることが理解され得る。異なる異方性および磁化方向で磁気スタックの部分を調整する能力は、より高いデータ信号振幅を促進する増加された磁気安定性および低減された非対称性を提供し得る。また、磁気スタックの少なくとも基準構造における非正規の固有異方性の利用は、反強磁性体層の除去および磁気スタックの全体的な物理的サイズを低減するのに十分な磁気安定性を提供し得る。さらに、実施形態は磁気検出に向けられているが、主張される発明は、データ記憶装置用途を含む多くの他の用途において容易に利用され得ることが理解されるであろう。
【００２７】
本開示のさまざまな実施形態の多くの特徴および構成が、さまざまな実施形態の構成および機能の詳細とともに上述の説明に記載されたが、この詳細な説明は単なる例示にすぎず、詳細において、特に添付の請求項で表現される用語の広い一般的な意味によって示される技術の原理の全範囲における構成および部品の配列の点において、変形がなされてもよい。たとえば、特定の要素は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、特定の用途に応じて変化してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１００  データ変換部、１０２  作動アッセンブリ、１０４  変換ヘッド、１０６  データビット、１０８  磁気記憶媒体、１１０  スピンドルモータ、１１４  スライダ部、１２０  磁気リーダ、１２２，１５０  磁気スタック、１２４  電極層、１２６  磁気シールド、１２８  磁気自由層、１３０  基準構造、１３２，１４０，１６８  スペーサ層、１３４  シールド−シールド空間、１３６，１５６  基準層、１３８，１５８  ピンド層。
【図１】
2014081985.tif 000003
【図２】
2014081985.tif 000004
【図３】
2014081985.tif 000005
【図４】
2014081985.tif 000006
【図５】
2014081985.tif 000007
【図６】
2014081985.tif 000008
【図７】
2014081985.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月8日(2013.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気リーダであって、
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された非磁気スペーサ層を備え、
前記ＳＡＦは、空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規（non-normal）方向に調整された異方性を有するように構成される、磁気リーダ。
【請求項２】
前記非正規方向は１５０°である、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項３】
前記非正規方向は９０°よりも大きい、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項４】
前記磁気自由層は、前記ＳＡＦの異方性とは異なる固有異方性を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項５】
前記磁気自由層および前記ＳＡＦは、前記ＡＢＳに平行に測定したときに、異なる厚さを有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項６】
前記ＳＡＦは、複数の固定磁化を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項７】
前記複数の固定磁化は、前記異方性および反強磁性結合を介して固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項８】
前記複数の固定磁化は、永久磁石の存在を伴うことなく固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項９】
前記複数の固定磁化は、反強磁性体層の存在を伴うことなく固定される、請求項６に記載の磁気リーダ。
【請求項１０】
前記磁気自由層は、前記ＳＡＦの第２の磁化方向とは異なる第１の磁化方向を有する、請求項１に記載の磁気リーダ。
【請求項１１】
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された第１の非磁気スペーサ層を備え、
前記ＳＡＦは、各々が空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規方向に調整された異方性を有するように構成される磁気固定基準層とピンド（pinned）層との間に配置された第２の非磁気スペーサ層を含む、装置。
【請求項１２】
前記磁気固定基準層および前記ピンド層の異方性は、共通の大きさまたは異なる大きさを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記磁気自由層は、前記磁気固定基準層および前記ピンド層のそれぞれに対する第２および第３の磁化方向とは異なる第１の磁化方向を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の磁化方向は、前記ＡＢＳに対して平行に向けられ、
前記第２および第３の磁化方向の各々は、前記ＡＢＳに対して非正規に向けられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記異方性は固有である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記磁気自由層は、第１の厚さを有し、
前記磁気固定基準層は、第２の厚さを有し、
前記ピンド層は、第３の厚さを有し、
前記第２および第３の厚さは、データ信号振幅を増加するように調整される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１、第２および第３の厚さの各々は異なる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
磁気自由層と合成反強磁性体（ＳＡＦ）との間に配置された非磁気スペーサ層と、
空気軸受面（ＡＢＳ）に対して非正規方向に角度がつけられた異方性で前記ＳＡＦを調整するための手段とを備える、スタック。
【請求項１９】
前記ＳＡＦを調整するための手段は、材料の斜方蒸着である、請求項１８に記載のスタック。