(57)【要約】【課題】データ分解能を維持しながら、磁気サイドシールドの物理サイズを低減する磁気素子を提供する。【解決手段】磁気素子は、さまざまな実施形態に従って、データリーダとして構築され得る。磁気素子は、少なくとも磁気リーダを有し、磁気リーダは、上部シールドに接するとともに空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドシールドから離れている。サイドシールドは、上部シールドとサイドシールドとの間に配置されたカップリング層を介して上部シールドに反強磁性的に結合され得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部シールドに接するとともに、空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドシールドから分離された磁気リーダを備え、
前記サイドシールドは、前記上部シールドに反強磁性的に結合される、磁気素子。
【請求項２】
前記サイドシールドと前記上部シールドとの間の磁気結合は、合成反強磁性体を形成する、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項３】
カップリング層が、前記上部シールドと前記サイドシールドとの間に配置される、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項４】
前記カップリング層は遷移金属を含む、請求項３に記載の磁気素子。
【請求項５】
前記カップリング層は、前記サイドシールドと磁気リーダとが接するように連続的に延在する、請求項３に記載の磁気素子。
【請求項６】
前記サイドシールドは、強磁性材料の単一層を含む、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項７】
前記上部シールドは、強磁性体層に接するピニング層を含む、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項８】
前記ピニング層は、反強磁性体を含む、請求項７に記載の磁気素子。
【請求項９】
前記サイドシールドは、予め定められた磁化方向で固定された軟磁性材料を含む、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項１０】
前記磁気リーダは、固定基準構造を伴わない、磁気自由層の三層積層体を含む、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項１１】
前記磁気リーダは、固定磁気層および自由磁気層の磁気抵抗積層体を含む、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項１２】
空気軸受面（ＡＢＳ）上の第１および第２のサイドシールドの間に配置されるとともに、前記第１および第２のサイドシールドから分離された磁気リーダと、
前記サイドシールドと前記磁気リーダとに接する上部シールドとを備え、
各サイドシールドは、前記上部シールドに反強磁性的に結合することによって、合成反強磁性体構造を形成する、データリーダ。
【請求項１３】
前記上部シールドは、前記第１のサイドシールドから前記第２のサイドシールドまで、前記磁気リーダを横断して連続的に延材する第１のカップリング層と、第１の強磁性体層によって前記第１のカップリング層から分離された第２のカップリング層とを含む、請求項１２に記載のデータリーダ。
【請求項１４】
前記第２のカップリング層は、前記磁気リーダから予め定められた距離に位置付けられる、請求項１３に記載のデータリーダ。
【請求項１５】
前記第２のカップリング層は、前記第１のカップリング層とは異なる遷移金属を含む、請求項１３に記載のデータリーダ。
【請求項１６】
前記第２のカップリング層は、第１の強磁性体層と第２の強磁性体層との間に配置される、請求項１３に記載のデータリーダ。
【請求項１７】
前記第２の強磁性体層は、ピンド層に接することによって、予め定められた磁化に固定される、請求項１６に記載のデータリーダ。
【請求項１８】
前記第１および第２の強磁性体層は、異なる厚さで構成される、請求項１３に記載のデータリーダ。
【請求項１９】
上部シールドに接するとともに、空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドシールドから分離された磁気リーダと、
前記サイドシールドを前記上部シールドに反強磁性的に結合するための手段とを備える、装置。
【請求項２０】
前記サイドシールドを前記上部シールドに反強磁性的に結合するための手段は、複数のカップリング層と強磁性体層の積層体を含む、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
要約
さまざまな実施形態は、概して、データリーダとして構成される磁気素子に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
さまざまな実施形態によれば、磁気素子は、少なくとも磁気リーダを有し、磁気リーダは、上部シールドに接するとともに、空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドシールドから分離される。サイドシールドは、上部シールドとサイドシールドとの間に配置されたカップリング層を介して上部シールドに反強磁性的に結合され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】さまざまな実施形態に従う例示的なデータ記憶装置の概略図である。
【図２】いくつかの実施形態に従って構築される例示的な磁気素子の断面ブロック図である。
【図３】いくつかの実施形態において図１のデータ記憶装置の部分に用いることができる磁気素子の実施形態の概略図である。
【図４】いくつかの実施形態において図１のデータ記憶装置に用いることができる例示的な磁気素子のブロック図である。
【図５】いくつかの実施形態に従って構築されかつ動作する例示的な磁気素子からの動作データを示すグラフである。
【図６】さまざまな実施形態に従って構築されかつ動作する例示的な磁気素子からのさまざまな動作データをプロットした図である。
【図７】本発明のさまざまな実施形態に従って実行される素子製造ルーチンをマッピングするフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
詳細な説明
産業界は、高速データアクセス時間を伴う増加されたデータ記憶容量および信頼性のために継続的な努力を続けている。このような性能は、低減されたフォームファクタデータ記憶要素、および、１つ以上の磁気シールドを利用してデータ分解能を増加し得る増加されたデータ面積密度に対応し得る。しかしながら、低減されたデータトラック幅と組み合わされた磁気サイドシールドの物理サイズの低減は、近接したデータトラックからのデータビットの不測の検知に対応し、それは磁気非対称性および低減されたデータビットリードバックを生成し得る。したがって、データ分解能を維持しながら、磁気サイドシールドの物理サイズを低減することへの継続的な関心がある。
【０００５】
このように、磁気素子は、データリーダが上部シールドに接する一方で、空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドシールドから分離されるデータ検知装置として構成され得る。サイドシールドは、上部シールドと反強磁性的に結合し、データビットの不測の検知を低減し得る。上部シールドに磁気的に結合される比較的低い高磁性体材料で高飽和保持力の磁気サイドシールドを交換することによって、データリーダは、浮遊磁場感度を低減しつつ、より正確なバイアス磁化を実現し得る。サイドシールドと上部シールドとの間の結合は、最小の処理複雑性で、サイドシールドの磁化をさらに安定化し得る。
【０００６】
磁気的に結合されたサイドシールドを有する磁気素子は、さまざまな非制限な環境において実現され得るが、図１は、例示的なデータ記憶装置のデータ変換部１００を概略的に示す。変換部１００は、磁気記憶媒体１０８に存在するプログラムされたデータビット１０６上に変換ヘッド１０４を位置付ける作動アセンブリ１０２を伴って構成される。磁気記憶媒体１０８は、スピンドルモータ１１０に取り付けられ、その周りを回転して空気軸受面（ＡＢＳ）１１２を生成する。スピンドルモータ１１０が回転する速度は、作動アセンブリ１０２のスライダ部１１４がＡＢＳ上を飛行して、変換ヘッド１０４を含むヘッドジンバルアセンブリ（head gimbal assembly：ＨＧＡ）１１６を媒体１０８の所望の部分の上に位置付けることを可能とする。
【０００７】
変換部１０４は、それぞれ磁気媒体１０８にデータを読み書きするように動作する磁気ライタや磁気応答リーダのような１つ以上の変換素子を含み得る。このようにして、作動アセンブリ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）に沿った横方向、および媒体表面１１４に垂直的に測定されるような垂直方向の双方に変換ヘッドの位置を調整し、選択的に、データを書込み、読出し、および再書込みし得る。
【０００８】
図２は、図１に示されたデータ記憶装置の変換部１００に用いることができる、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）上の磁気シールド１２４の間に配置される磁気スタック１２２を有する。磁気スタック１２２は、磁気抵抗層、トンネル磁気抵抗層、スピンバルブ層、および、２つの強磁性自由層を有するとともに固定磁気基準構造を有さない「三層」センサ層のような、多くの異なるデータビット検知積層体として構成されるが、図２に示される実施形態においては、磁気スタック１２２は、磁気自由層１３４に対して非磁気スペーサ層１３２とは反対の、ピニング層１２８とピンド層１３０とを含む固定基準構造によって特徴付けられる隣接接合（ＨＭＲＢ）スタックとして構成される。
【０００９】
自由層１３４の磁化方向は、外部データビットに遭遇し、外部データビットが不活性状態と活性化状態との間で変化した場合にピンド層１３０の固定磁化に抵抗して測定されるように、測定可能な磁気抵抗効果を与えるように作用し得る。磁気スタック１２２は、Ｚ方向に沿ってＡＢＳから測定されるような所定のストライプ高さ１３６に調整され得る。ストライプ高さ１３６および磁気スタック１２２の構造にかかわらず、特に低減されたフォームファクタの高面積密度データ記憶装置においては、ＡＢＳ上の磁気スタック１２２の磁石サイズは大きすぎ、かつ感度が良すぎるために、隣接データトラック上のデータビットを区別することができない。
【００１０】
図３は、さまざまな実施形態に従う例示的な磁気データリーダ１４０のＡＢＳ部分のブロック図を示す。磁気データリーダ１４０は、非限定のさまざまなシールド構造を伴って構築され得るが、いくつかの実施形態においては、磁気リーダスタック１４２はサイドシールド１４４間に横方向に配置されるとともに、上部シールド１４６と下部シールド１４８との間に縦方向に配置される。磁気リーダスタック１４２は、任意のさまざまな長方形構造、正方形構造、曲線構造、および成形構造で構成され得るが、図３においては、上部シールド１４６に接する低減された幅表面と比較して下部シールド１４８に接する増加された幅表面によって規定される台形として実質的に示される。そのような台形形状は、サイドシールド１４４とリーダスタック１４２との間に所定のギャップを生成するように、サイドシールド１４４の表面１５０に直面するリーダスタック１４２に平行またはそれとは異なった方向に配向され得るテーパ状の側壁を提供する。
【００１１】
磁気リーダスタック１４２の両側に位置付けられたサイドシールド１４４は、個々に、固有のまたは共通の材料、積層数、および形状に調整されて、リーダスタック１４２における磁気非対称性を低減するとともに、浮遊磁場に対する感度を低減する。サイドシールドの一方または双方が、上部シールド１４６および下部シールド１４８に結合される高保磁力構造として構築される場合、高保磁力サイドシールド１４４が磁場の変化に非常に感度良く応答するので、磁気リーダスタック１４２は、可変な磁気バイアスを経験する。上部シールド１４６および下部シールド１４８から切り離される軟磁性材料への硬磁性材料の置換は、増加されたリーダスタック１４２を提供しながら浮遊磁場感度のいくらかを軽減するが、そのようなサイドシールドの磁気モーメントは、リーダスタック１４２における増加されたノイズに対応するクロストラック磁場に応答する非一貫性磁化を有し得る。
【００１２】
このような感度および非一貫的な磁化挙動に照らして、上部シールド１４６は、反強磁性体（ＡＦＭ）のようなピニング層１５２、強磁性層１５４、およびルテニウムなどの遷移金属のようなカップリング層の積層体として構成され、カップリング層１５６を介してサイドシールド１４４および上部シールド１４６とを結合しながら、上部シールド１４６の固有の磁気安定性を増加する。したがって、サイドシールド１４４が強磁性材料で構成され、カップリング層１５６が固定強磁性層１５４と固定されていないサイドシールド１４４との間に配置されると、サイドシールド１４４と上部シールド１４６との間に反強磁性結合が形成されて、それは合成反強磁性体１５８構造（ＳＡＦＳ）として特徴付けられる。
【００１３】
サイドシールド１４４と磁気リーダスタックの双方が接するように連続的に延材するようなカップリング層１５６の構成は、簡便な処理、磁気リーダスタック１４２の一部にバイアスを掛けること、および個別のＳＡＦＳの形成を可能とすることに注意すべきである。これは、各個別のサイドシールド１４４に上部シールド１４６積層体が反強磁性的に結合するからである。サイドシールド１４４、カップリング層１５６、および強磁性層１５４についての形状、厚さ、異方性、および材料を調整する能力は、ストライプ高さ、三層積層構造、およびリーダスタック幅のような、磁気リーダスタック１４２の構造に応じたさまざまな結合オプションを提供する。
【００１４】
図４は、さまざまな実施形態に従う磁気リーダスタック１７２の設計に応じて調整される例示的な磁気データリーダ１７０のＡＢＳ部の概略を示す。図４に示される実施形態においては、磁気リーダスタック１７２は、固定磁気基準層および長いストライプ高さを有する磁気抵抗（ＭＲ）積層体として構成され、ストライプ高さは、ＡＢＳにおけるリーダスタック１７２の幅の２倍よりも大きい、ＡＢＳからの長さとして特徴付けられる。そのようなリーダスタック１７２構造は、三層リーダスタックのシールドとは異なる上部シールド１７４およびサイドシールド１７６に対応し得る。三層リーダスタックは、固定磁化を有さず、後面バイアス磁石のような外部要素に依存して、デフォルト磁化に設定される。
【００１５】
積層された上部シールド１７４によって示されるように、第１の強磁性層１７８および第２の強磁性層１８０は、第１のカップリング層１８２および第２のカップリング層１８４にそれぞれ接し、これらのカップリング層は、リーダスタック１７２の両側のＳＡＦＳ１８６の形成に起因する反強磁性結合のために、上部シールド１７４およびサイドシールド１７６の増加された磁気剛性（magnetic stiffness）に応答して調整される。そのような調整は、異なる遷移金属のような類似あるいは非類似の材料、ならびに第１の強磁性層１７８および第２の強磁性層１８０の構造に対応する厚さの第１のカップリング層１８２および第２のカップリング層１８４を構築し得る。つまり、カップリング層１８２，１８４は、第１の強磁性層１７８および第２の強磁性層１８０の類似または非類似の材料と厚み１８８構造とを結合するように構築され、シールド１７４，１７６内の所定の磁気剛性、および上部シールド１７４とサイドシールド１７６との間の所定の反強磁性結合を提供する。
【００１６】
そうのような調整された構成は、ＭＲリーダスタック１７２の固定された磁化によって、サイドシールド１７６の磁化を揃えることを促進し、それはサイドシールド１７６が、リーダスタック１７２の非固定部をＡＢＳに平行な方向に安定化することを可能とする。さまざまな実施形態は、第１の強磁性層１７８および第２の強磁性層１８０、第２のカップリング層、ならびにピンド層１９２を備える合成反強磁性体１９０を用いて、上部シールド１７４を調整する。合成反強磁性体１９０は、第１の強磁性層１７８の厚さ１８８の調整を通して、ＳＡＦＳ１８６とは異なった磁化強度を有するように調整され、それによって、上部シールド１７４が、結合されたサイドシールド１７６よりも磁気感度を有することを可能とする。
【００１７】
強磁性層１７８，１８０間の非類似の厚さ１８８の構築は、第２のカップリング層１８４の配置、すなわち１０ｎｍおよび２０ｎｍのようなリーダスタック１７２からの所定距離１９４を補完してもよいし、独立であってもよい。そのため、第１の強磁性層１７８の厚さ１８８は、合成反強磁性体１９０の磁気強度、ＳＡＦＳ１８６の磁気強度、および、第２のカップリング層１８４からリーダスタック１７２までの距離１９４について調整することができ、それは、磁気劣化と磁気感度との間の所定の平衡による磁気安定性を提供する。
【００１８】
さまざまな調整された層が上部シールド１７４の一部として示されるが、そのような構成は限定されない。なぜなら、下部シールド１９６は、１つ以上のサイドシールド１７６に結合される、または結合されない積層体として構築され得るからである。たとえば、下部シールド１９６は、サイドシールド１７６と、強磁性層とに接するカップリング層を有してもよく、強磁性層は、サイドシールド１７６に個別的に、もしくはサイドシールド１７６に反強磁性的に結合する上部シールド１７４との組合せで反強磁性結合の形成を通して合成反強磁性構造を形成する。いくつかの実施形態においては、一方のサイドシールド１７６が上部シールド１７４に結合され、他方のサイドシールド１７６は下部シールド１９６に結合され、反強磁性結合が、個別のサイドシールド１７６について、磁気剛性および安定性のような異なる磁気特性に調整されることを可能にする。
【００１９】
さまざまな強磁性層およびカップリング層の材料、厚さ、および配置を調整することによって可能となるさまざまな調整機構により、隣接データトラックからの側面読出しおよび磁気ノイズが軽減されるので、より高速での高面積ビット密度データ記憶環境を正確に読み出す能力が増加する。図５および図６は、それぞれ、本実施に従って調整され、かつ動作する例示的な磁気データリーダの動作データをプロットしたものである。
【００２０】
図５においては、磁気データリーダは、上部シールドに接する第１のルテニウムカップリング層と、リーダスタックから所定の距離に配置された第２のルテニウムカップリング層とで構成されている。実線２００は、第２のカップリング層がリーダスタックからおよそ２０ｎｍの距離に配置された場合の、リーダスタックの中心線からの距離に関連した、リーダスタックからの正規化されたリードバック信号を示すグラフである。一方、破線２０２は、上部シールドに結合されていない永久磁石サイドシールドが用いられた場合の、リードバック信号のチャートである。
【００２１】
図５における線２００，２０２に示されるデータから、リーダスタックから２０ｎｍまでの距離へのルテニウムカップリング層の位置付けが、非結合永久磁石サイドシールドの使用と比較して、増加された磁気性能を提供することが理解され得る。そのような増加された磁気性能は、リーダスタックの中心線に関連したデータビット位置に対する最適化された信号強度によって説明され、ＭＴ１０およびＭＴ５０として特徴付けられる。そのような磁気性能は、図６によって示されるように、強磁性層厚みの調整によってさらに調整されてもよい。
【００２２】
実線２１０および破線２１２は、カップリング層間に配置された層１７８のような強磁性層が調整されるにつれて、リードバック信号の傾きがどのように変化するかをそれぞれ示す。図６に示されるように、実線２１０の性能は、およそ６０ｎｍの強磁性層に対応するが、劣化したＰＷ５０の値に影響されることなく増加される。対照的に、破線２１２によって表わされるようなおよそ１０ｎｍの厚みの強磁性層は、リーダスタックの中心にあるデータビットのより大きなリライアンスを示しており、それは、ＰＷ５０値および高面積ビット密度環境における磁気リーダの精度を悪化させる。
【００２３】
磁気データリーダの調整および構築は、さまざまな非制限プロセスで実行され得るが、図７は、いくつかの実施に従って実行される例示的なデータリーダ製造ルーチン２２０を提供する。ステップ２２２において、軟磁性サイドシールド間に配置されたリーダスタックが与えられる。いくつかの実施形態においては、リーダスタックは下部シールド上に形成され得るが、図３および図４に示されるように、サイドシールドは、絶縁層によって下部シールドから磁気的におよび電気的に絶縁される。
【００２４】
ステップ２２４においては、次に、サイドシールドおよびリーダスタックに接する連続薄膜のような第１のカップリング層の堆積が行なわれる。第１のカップリング層は、ルテニウムやタンタラムのような遷移金属で構築され、サイドシールドが上部シールドに反強磁性的に結合することを可能とする。第１のカップリング層の堆積は、ルーチン２２０をステップ２２６に進め、ステップ２２６においては、第１の強磁性層の少なくとも厚みについて設計され、その後その厚さで第１の強磁性層が形成される。
【００２５】
判定２２８において、次に、上部シールドに含まれるべきカップリング層の数が評価される。上部シールド内において複数のカップリング層がどのように実現されるかを理解するために、図３および図４を参照することができる。１つより多くのカップリング層が配置されている場合は、ステップ２３０において、第１の強磁性層の上に、リーダスタックから所定の距離に、第２のカップリング層が形成される。次に、ステップ２３２において、第２のカップリング層上に第２の強磁性層が堆積され、上部シールドとサイドシールドとの間に二重合成反強磁性体が生成される。
【００２６】
判定２２８において、複数のカップリング層が選択されたか否かにかかわらず、反強磁性層のようなピニング層がステップ２３４において堆積されて、上部シールドの磁化を固定し、これはサイドシールドの時間の安定化に対応する。ルーチン２２０を通して、増加された磁気安定性および磁化に対する抵抗を有するように調整されたデータリーダが生成され得る。しかしながら、さまざまな決定およびステップを省略し、変更し、追加することができるので、ルーチン２２０は必ずしも必要ではなく、またそれに限定されない。たとえば、サイドシールドの材料および形状が評価され、かつ非類似の構成に構築され得、それによって、リーダスタックの横側面上の異なった磁気バイアスを与えることができる。
【００２７】
本開示に記載された磁気データリーダの構造および材料の特性は、トップシールドおよびサイドシールドの磁気安定性を最適化することができる調整されたシールドを可能とすることが理解され得る。上部シールドの一部とサイドシールドとを有する合成反強磁性構造を形成する能力は、最小の消磁によって、最適化された磁気安定性を可能とする。さらに、調整された強磁性層およびカップリング層を上部シールド内に位置付けることは、ＭＴ１０、ＭＴ５０およびＰＷ５０値のような磁気性能を低下させることなく磁気安定性をさらに最適化する、二重合成反強磁性構想を提供し得る。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、データ記憶装置の用途を含む、他の多くの用途に容易に利用することができることが理解されるであろう。
【００２８】
本発明のさまざまな実施形態の多くの特徴および構成が、本発明のさまざまな実施形態の構造および機能の詳細とともに上述の説明に記載されていたとしても、この詳細な説明は例示的であるに過ぎず、詳細において、特に本発明の原理の範囲における部品の構造および配置の点における変更が、添付の特許請求の範囲が示している用語の広い一般的な意味によって示される全範囲に対してなされてもよいことが理解されるべきである。たとえば、特定の要素は、本発明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】
【００２９】
１００  データ変換部、１０２  作動アセンブリ、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  磁気データリーダ、１２２  磁気スタック、１２４  磁気シールド、１２８，１５２  ピニング層、１３０  ピンド層、１３２  非磁気スペーサ層、１３４  磁気自由層、１４２  磁気リーダスタック、１４４  サイドシールド、１４６，１７４  上部シールド、１４８，１９６  下部シールド、１５０  表面、１５４，１７８，１８０  強磁性層、１５６，１８２，１８４  カップリング層、１５８，１９０  反強磁性体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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