(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気素子であって、
少なくとも１つの横側方シールドによって磁束からシールドされる、磁気的に応答する積層体を備え、
前記少なくとも１つの横側方シールドは、第１および第２の強磁性層の間に配置された遷移金属層を含み、
前記遷移金属層は、所定の交換結合エネルギーに対応する所定の厚みを有し、前記少なくとも１つの横側方シールドを通じて、連続的な反強磁性結合を与え、
前記交換結合エネルギーは、前記遷移金属層の厚みが増加するにつれて少なくとも３つの規定のピークを有し、
前記所定の交換結合エネルギーは、第３のピークを含む所定の範囲内にある、磁気素子。
【請求項２】
前記横側方シールドは、ピン止めされた磁化を有する合成反強磁性（ＳＡＦ）構造として特徴づけられ、
前記第２の強磁性層は、設定磁化がなく、外部磁界に対して感度を有し、
前記第１の強磁性層は、接触して隣接する反強磁性層によってピン止めされる、請求項１に記載の磁気素子。
【請求項３】
前記少なくとも１つの横側方シールドは、前記積層体を所定の初期磁化に同時にバイアスする、請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項４】
前記磁気積層体は、前記横側方シールドによって初期磁化に設定された第３および第４の強磁性自由層の間に配置された非磁性スペーサ層を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気素子。
【請求項５】
前記第３および第４の強磁性層の前記初期磁化は、実質的に直交する関係を有する、請求項４に記載の磁気素子。
【請求項６】
前記横側方シールドは、非磁性絶縁層によって前記積層体から離れて置かれる、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気素子。
【請求項７】
前記横側方シールドの各々の層は、前記積層体の層に対する位置ずれを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気素子。
【請求項８】
方法であって、
第１および第２の強磁性層の間に配置された遷移金属層を有する少なくとも１つの横側方シールドを構成して、磁気的に応答する積層体を磁束からシールドするとともに、前記積層体を所定の初期磁化にバイアスするステップを備え、
前記遷移金属層は、所定の交換結合エネルギに対応する所定の厚みを有し、
前記所定の交換結合エネルギは、前記少なくとも１つの横側方シールドを通じて、連続的な反強磁性結合を与え、
前記交換エネルギーは、前記遷移金属層の厚みが増加するにつれて少なくとも３つの規定のピークを有し、
前記所定の交換結合エネルギーは、前記少なくとも３つの規定のピークのうちの第３のピークを含む所定の範囲内にある、方法。
【請求項９】
磁気素子であって、
非磁性スペーサ層により分離された第１および第２の強磁性自由層を含む、磁気的に応答する積層体と、
遷移金属層を含む少なくとも１つの横側方シールドとを備え、
前記遷移金属層は、第３および第４の強磁性自由層の間に配置されるとともに前記積層体に対して横方向に隣接して位置して、前記積層体を磁束からシールドするとともに前記第１および第２の自由層を所定の初期磁化にバイアスし、
前記遷移金属層は、所定の交換結合エネルギに対応する所定の厚みを有し、
前記所定の交換結合エネルギは、前記少なくとも１つの横側方シールドを通じて、連続的な反強磁性結合を与え、
前記交換エネルギーは、前記遷移金属層の厚みが増加するにつれて少なくとも３つの規定のピークを有し、
前記所定の交換結合エネルギーは、前記少なくとも３つの規定のピークのうちの第３のピークを含む所定の範囲内にある、磁気素子。
【請求項１０】
前記第３の自由層、前記第４の自由層、および前記遷移金属層の各々は、前記磁気素子の全体的な幅に沿って連続的に延在するとともに、前記積層体の側壁の実質的な一部に沿って連続的に延在する、請求項９に記載の磁気素子。
【請求項１１】
少なくとも前記第４の自由層は、前記積層体の上部表面に直接的に接触する、請求項１０に記載の磁気素子。
【請求項１２】
前記第４の自由層は、前記積層体の前記側壁に直接的に接触する絶縁層によって、前記積層体から分離される、請求項１０に記載の磁気素子。
【請求項１３】
前記遷移金属層は、ルーダマン−キッテル−カスヤ−ヨシダ（ＲＫＫＹ）結合で前記第３および第４の強磁性層と結合する遷移金属である、請求項９から１２のいずれか１項に記載の磁気素子。
【請求項１４】
前記遷移金属層は、ルーダマン−キッテル−カスヤ−ヨシダ（ＲＫＫＹ）結合なしに前記第３および第４の強磁性層と結合する金属性材料である、請求項９から１２のいずれか１項に記載の磁気素子。
【請求項１５】
前記横側方シールドの各々の層は、前記積層体の層に対する位置ずれを有する、請求項９から１４のいずれか１項に記載の磁気素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、概して、不要な磁束から磁気抵抗（ＭＲ）素子を保護することが可能であり得る磁気シールドに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
概要
この開示は、概して、不要な磁束から磁気抵抗（ＭＲ）素子を保護することが可能であり得る磁気シールドに関する。
【０００３】
本発明のさまざまな実施例は、一般に、磁気抵抗素子を不要な磁束から保護することができる磁気シールドに向けられている。さまざまな実施例によれば、磁気素子は、磁気的に応答する積層体を有し、その積層体は、不要な磁束からシールドされ得るとともに、少なくとも１つの横側方シールドによって所定の初期磁化にバイアスされ得て、少なくとも１つの横側方シールドは、第１および第２の強磁性層の間に配置された遷移金属層を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】実施例に従うデータ記憶装置を概して示した図である。
【図２】実施例に従うデータ記憶装置の一部の斜視図である。
【図３】図２に示されたデータ記憶装置の一部に用いられることが可能な磁気素子を概して示した図である。
【図４】図３の磁気素子に用いられることが可能な磁気素子のブロック表現図である。
【図５Ａ】実施例に従う、空気軸受面から見たときの磁気素子の一部のブロック表現図である。
【図５Ｂ】図５Ａの磁気素子の一部の等角図である。
【図６】実施例に従う、空気軸受面から見たときの磁気素子の一部のブロック表現図である。
【図７】本発明のさまざまな実施例に従って構築されて動作する磁気素子を示した図である。
【図８】本発明のさまざまな実施例に従って動作する磁気素子の動作特性のグラフである。
【図９】本発明のさまざまな実施例に従って実施される磁気素子作製ルーチンをマッピングしたフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
データ記憶媒体に書込まれるデータ量においてより高いデータ容量への増大する需要が強調されており、それは結果としてデータビットのサイズおよび磁気シールドにおける減少をもたらす。データビットがより小さくなるのに伴い、データトラックの近くからの磁束は、間違って検出され得るとともに、リーダの不正確さをもたらし得る。同様に、より小さな磁気シールドは、不要な磁束からＭＲ素子を十分に保護するという能力が減少するために、磁気的な不安定性の増大をもたらし得る。
【０００６】
したがって、本発明のさまざまな実施例は、概して不要な磁束からシールドされ得るとともに、少なくとも１つの横側方シールドによって所定の初期磁化にバイアスされ得る、磁気的に応答する積層体を有する磁気抵抗（ＭＲ）素子に向けられている。横側方シールドは、第１および第２の強磁性層の間に配置された少なくとも１つの遷移金属層の積層体として構築されており、磁気積層体のためのシールドおよびバイアスは、同時に提供され得る。そのような積層された横側方シールドは、クロストラック能力およびよりよい磁気安定性を通じて、改良されたＭＲ素子の動作を可能にし得る。
【０００７】
シールドされてバイアスされる磁気素子は、限定されないさまざまな用途に用いられ得るが、図１は、実施例に従う磁気素子を用いることが可能なデータ記憶装置１００を示す。装置１００は、本発明のさまざまな実施例が実施され得る環境を示すために与えられる。しかしながら、主張される発明がそのように限定されないということが理解されるであろう。
【０００８】
装置１００は、ベースデッキ１０４および上部カバー（図示せず）から形成される、実質的に密閉されるハウジング１０２を含む。内部に配置されたスピンドルモータ１０８は、１以上の記憶媒体１１０を回転させるように構成されている。媒体１１０は、各々がヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１２によって支持されるデータトランスデューサの対応するアレイによってアクセスされる。各々のＨＧＡ１１２は、可撓性サスペンション１１６を含むヘッドスタックアセンブリ１１４（「アクチュエータ」）によって支持されることができ、可撓性サスペンション１１６は、さらに、剛性のアクチュエータアーム１１８によって支持されている。実施例において、アクチュエータ１１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２２に電流を印加することにより、カートリッジ軸受アセンブリ１２０を中心に回動し得る。
【０００９】
このように、ＶＣＭ１２２の制御された動作は、ＨＧＡ１１２のトランスデューサ１２４を、媒体表面上に規定されたトラック（図示せず）に位置合わせさせて、そこにデータを記憶したりそこからデータを取出したりする。トランスデューサ１２４の適切な位置合わせを維持しながらトラックの幅を減少させることができることは、少なくとも１つの変換磁気素子の動作幅を減少させることによって達成可能である。したがって、装置１００は、面積分解能の精細化に対応する、動作幅が減少した変換素子を組入れることによって容量を増やすことができる。
【００１０】
図１のデータ記憶装置１００の例示的なデータ変換部１３０が図２に示されている。変換部１３０は、プログラムされたビット１３８を記憶することが可能な磁気記憶媒体１３６の上に変換ヘッド１３４を位置付ける動作アセンブリ１３２を有する。記憶媒体１３６は、スピンドルモータ１４０に取付けられて、スピンドルモータ１４０は使用の間に回転して空気軸受面（ＡＢＳ）１４２を発生させる。空気軸受面の上では動作アセンブリ１３２のスライダ部１４４が浮上して、変換ヘッド１３４を含むヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１４６を、媒体１３６の部分の上に位置付ける。
【００１１】
変換ヘッド１３４は、記憶媒体１３６にプログラムする磁気ライタ、および記憶媒体１３６からデータを読出す、磁気的に応答するリーダのような、１以上の変換素子を含み得る。その結果として、動作アセンブリ１３２の制御された動作は、トランスデューサを記憶媒体表面上に定義されたトラック（図示せず）に位置合わせして、トランスデューサにデータの書込み、読出しおよび再書込をさせる。しかしながら、データビットサイズのこれまでの減少に対応したトラック幅の減少は、近接するトラックからの磁束が間違って検知される場合に、読取の不正確さを誘起し得る。近接するデータビット１３８への影響の受けやすさの観点から、トランスデューサの磁気素子は、不要な磁束を吸収する機能を有する１以上のシールドを有し、それにより、所定のデータトラック上のある特定のデータビット１３８のみが書込まれるとともに読出される。
【００１２】
磁気シールドを用いる例示的な変換ヘッド１５０が、図３において、断面ブロック表現として概して示される。ヘッド１５０は、磁気リーダ１５２およびライタ１５４のような１以上の磁気変換素子を有し得るが、それらは、個々にあるいは同時に動作し得て、図２の媒体１３６のような隣接する記憶媒体に対して、データの書込あるいはデータの読出を行なう。各々の磁気素子１５２および１５４は、複数の磁気シールドおよび変換素子で構築されて、それらは独立に所定の読出トラックおよび書込トラックを定義し、読出トラックおよび書込トラックは、各々、紙面を表から裏へと貫くＺ軸に沿って延びる、所定のトラック幅１５６および１５８を有する。
【００１３】
示されるように、磁気読出素子１５２は、前縁シールド１６２と後縁シールド１６４との間に配置された磁気応答性読出層１６０を有する。一方、書込素子１５４は、書込磁極１６６およびリターン磁極１６８を有し、それらは書込回路を生成して、ある特定の磁気配向を、隣接する記憶媒体に与える。リターン磁極１６８は、非磁性材料のキャップ層１７０によって読出素子１５２から分離され、一方、書込磁極１６６は、書込磁極１６６および１６８の分離を維持するアップトラックシールド１７４とダウントラックシールド１７２との間に配置される。
【００１４】
さらなる分離層１７６，１７８および１８０は、それぞれ、書込磁極１６８とＭＲ読出層１６０とを囲んで、変換ヘッド１５０内において磁束漏れ出しを防ぐ。各々の磁気素子１５２および１５４についてのさまざまなシールド材料および絶縁材料は、同様の磁界の集束を与えるが、ＡＢＳ１８２におけるシールドは、所定のトラック１５６および１５８内において磁界を集束させるように構成される。すなわち、絶縁材料１７２および１７４は、書込磁極１６６上に磁界を集束させる一方で、シールド１６２，１６４，１７２および１７８の各々は、所定のトラック１５６および１５８の外部への磁界の移動（migration）を防ぎ得る。
【００１５】
変換ヘッド１５０のシールドは、図２のビット１３６のような外部ビットに出合うタイミングに関する、シールドの位置によって特徴付けられ得る。すなわち、変換素子１５２および１５４の前に外部ビットに出合うシールドは「前縁」シールドであり、一方、変換素子の後でそのビットに出合うシールドは「後縁」シールドである。そのような特徴付けは、変換素子の「上流」または「下流」の間の違いにも拡張され、その点において、ヘッド１５０および外部ビットの移動の方向に依存して、シールドは前縁および後縁のいずれか、および上流または下流のいずれかであり得る。
【００１６】
変換ヘッド１５０および各層は、Ｙ軸に沿って測定された所定の厚みと、Ｘ軸に沿って測定されたストライプ幅１８６とを有する。要求あるいは限定されるものではないが、シールド１６２，１６４および１８２は、ストライプ幅１８６に沿って変動しない、それぞれの形状および寸法を有し得る。したがって各々のシールドは、各々のシールドのストライプ高さの程度を通じて所定の厚みに維持されるように構成されることができる。
【００１７】
記憶媒体上のより高密度のプログラムされたビットを可能とするためにより小さくなった、所定のトラック幅１５８によって、トラック１５８のより精細な定義が、減少した物理的なヘッド１５０のサイズで用いられ、それは同時に、不要な磁界、特に隣接するデータトラックからの横方向の磁界からの不要な磁界に対する、より大きな感度に対応し得る。減少したヘッド１５０のトポグラフィは、さらに、磁区の生成およびシールド間の狭い間隔によるデータトラック端部近くの動きを通じて、磁性の不安定性を導入し得る。
【００１８】
したがって、前縁シールド１６２および後縁シールド１７２を補ってＭＲ素子１６０，１６６および１６８を囲むとともに、よりよく磁束を集束して、より正確にデータトラック１５６および１５８を定義するように、横方向シールドを構築することができる。そのような横方向磁気シールドは、概して、空気軸受面（ＡＢＳ）から見た、図４の例示的な磁気素子１９０におけるブロック表現として示される。図４における磁気素子１９０の断面図は、ＭＲリーダの部分を示し、それは図３に示されたようなＭＲライタを伴い得る。
【００１９】
ＭＲ素子１９０は、磁気積層体１９２を有し、磁気積層体１９２は、磁気的に応答するとともに、ホストによってさまざまな論理状態として解釈され得るデータビットを検知することが可能である。非磁性スペーサ層１９６によって分離された２種類の強磁性自由層１９４を有する磁気積層体１９２が、減少されたシールド間の間隔と同時に、有益なデータ検知を提供できることが認められる。
【００２０】
積層体１９２は、前縁シールド１９８および後縁シールド２００に結合され、それらのシールドは、それぞれ、データビットの所定のアップトラック分解能およびダウントラック分解能を維持する。積層体１９２の磁気的検知領域は、シード層２００およびキャップ層２０４によって、磁気的に機能する前縁シールド１９８および後縁シールド２００から離されるが、シード層２０２およびキャップ層２０４は、図４に示された構成であるように要求され、あるいは限定されるものではない。しかしながら、前縁シールド１９８および後縁シールド２００は、高面積密度のデータ記録を確実に読出すために用いられるクロストラックデータビット分解能を提供し得る。そのようなクロストラック分解能は、積層された側方シールド２０６の追加によって強調され得るが、側方シールド２０６は、積層体１９２に横方向に隣接するとともに積層体１９２とは接触していない。いくつかの実施例において、絶縁材料が、各々の側方シールド２０６と前縁シールド１９８との間に位置して、積層体１９２の代わりに、電流が側方シールド２０６を通じて流れることを防ぐ。
【００２１】
動作において、硬磁石のようなバイアス構造によって、初期磁化が自由層１９４のうちの１つまたは２つに設定されるが、そのバイアス構造は、ホストによって論理状態として読出される、自由層１９４の間の相対的角度の変化を、検知されたデータビットに誘起し得る。バイアス構造は、ＡＢＳの反対側の積層体１９２の部分からの初期磁化を設定する、後部に実装された永久磁石の形態を取り得る。そのような後部に実装された磁石は、積層体１９２によって生成される比較的大きな減磁界と組合されるデータトラック端部領域生成の形成と関連して、高面積密度データ記録における制限されたクロストラック分解能最適化を提供することができる。
【００２２】
後部に実装されたバイアス構造に関連するクロストラック分解能の問題の観点において、側方シールド１９８は、積層体１９２において同時に、所定の初期磁化を設定し、不要な磁束を吸収することによってクロストラックデータビット分解能を高める、バイアス動作およびシールド動作の両方を提供し得る。図４における側方シールド２０６の各々は、遭遇する磁束に対して感度を有する自由強磁性層２１０と、所定のピニング磁化に設定されることによって外部磁束に対して感度を有さない所定の磁化に設定されるピンド強磁性層２１２との間に配置される。
【００２３】
各々の側方シールド２０６における自由磁化およびピン止めされた磁化の両方の存在は、磁気積層体１９２に対して遠くにある磁束をシールドする一方で、積層体１９２において所定の初期磁化を設定するのに役立つバイアス磁化を与えることを可能にし得る。側方シールド２０６のシールド特性およびバイアス特性は、側方シールド２０６の各々の層を積層体１９２の層で位置合わせすることによって調整可能であるが、これは、側方シールド２０６の両側に、特定の厚みのシード層２１４およびキャップ層２１６を追加することによって容易にすることができる。側方シールド２０６と磁気積層体１９２の位置合わせされた磁化は、増大された反強磁性結合により、積層体１９２のより強いバイアスを可能にし得るが、その反強磁性結合は、側方シールド２０６と積層体１９２との間の横方向の距離を調整することによって、さらに調整可能である。
【００２４】
なお、側方シールド２０６のシールド構造およびバイアス構造は、多数の異なる方式で変更され得るとともに調整され得るが、それらのいずれも、ＭＲ素子１９０のクロストラック分解能をさらに高めるために必要とされたり限定されたりするものではない。側方シールド２０６の構成の１つのそのような変形が、図５ＡのＭＲ素子２２０に提示される。素子２２０は、磁気リーダ積層体２２２を有し、積層体２２２は、横方向に隣接するとともに非接触の側方シールド２２４を有し、側方シールド２２４の各々は、自由強磁性層２２８とピンド強磁性層２３０との間に配置された遷移金属層２２６で構築される。
【００２５】
図５Ａの実施例に示されるように、遷移金属層２２６は各々ルテニウム（Ｒｕ）であり、各々のピンド層２２８および自由層２３０はＣｏＦｅである。しかしながら、遷移金属層の材料は図５Ａに示されたさまざまな実施例に限定されるものではない。すなわち、任意の数の元素、化合物および合金が絶縁あるいは導電で用いられ得るとともに、ルーダマン−キッテル−カスヤ−ヨシダ（ＲＫＫＹ）結合の有無で用いられ得る。たとえば、遷移金属層２２６は、ピンド層２２８と自由層２３０との間の、個々のあるいは集合的な、たとえばＡｌＯおよびＳｉＯ2のような絶縁化合物、あるいはたとえばＴａ，ＴａＮ，ＴｉおよびＴｉＮのようなＲＫＫＹ相互作用を有さない金属性材料であり得るが、これらに限定されない。
【００２６】
反強磁性（ＡＦＭ）層２３２を遷移金属層２２６の反対側の各々の軟磁性ピンド層２３０に直接的に結合することによって、ピンド層２３０において所定の磁化方向が維持される。しかしながら、これらの構成は、たとえばＩｒ，ＲｈおよびＣｕのようなさまざまな遷移金属およびたとえばＭｇＯのような非磁性材料として要求されあるいは限定されるものではないが、側方シールド２２４の１つあるいは２つの遷移金属層２２６として用いられることができる。一方、自由層２２８、ピンド層２３０および金属層２２６は、合成反強磁性（ＳＡＦ）構造として特徴付けることが可能であり、ＳＡＦ構造は、さまざまな材料および厚みからなり、実施例において磁気積層体２２２のためのバイアスおよびシールドの両方を提供する。
【００２７】
磁気積層体２２２を横方向に挟む側方シールド２２４により、積層体２２２の２種類の自由層２３４の減磁エネルギが最小化され、それは自由層２３４における磁区形成の減少あるいは消滅と、素子２２０の増大した読み戻し信号とをもたらし得る。側方シールド２２４の高められたシールドは、磁気積層体２２２の自由層２３４が、それら自由層の間に配置された、より薄いトンネル接合層２３６によって、より接近することを可能にし得る。さらに、側方シールド２２４の長所は、Ｚ軸に沿って測定された、シールド２２４の幅における減少を可能にし、それは、さらに縮小された素子２２０の幅による、高い線形性および面積密度のデータビット記録における、最適化された読み戻し能力をもたらすことを可能にする。
【００２８】
ＳＡＦ構造として側方シールド２２４を構成することは、また、実質的に直交する磁化の誘起を通じて積層体２２２の自由層２３４の最適化されたバイアスを可能にし得る。すなわち、各々の側方シールド２２４から発せられたバイアス磁界は、自由層２３４に実質的に直交する所定の初期磁化を誘起し、それはリーダの正確性および検知スピードを高める。側方シールド２２４のバイアス磁界は、さらに、シード層２３８を含む積層体２２２の層と位置合わせ可能であるが、シード層２３８は各々のシールド２２４のバイアス磁界を効率的に位置付けして、積層体２２２においてそのような実質的に直交する磁化を誘起し得る。
【００２９】
磁気積層体２２２のバイアスは、さらに、ＡＢＳから積層体２２２の反対側に位置する後部磁石によって補助可能であり、それは図５Ｂの等角図で示されている。図５に示された磁気素子２２０は、磁気積層体２２２で構築され、磁気積層体２２２は、積層された側方シールド２２４によって横方向に並べられるとともに、ＡＢＳと後部バイアス磁石２４０との間に位置する。磁気積層体２２２をバイアス構造で囲むことによって、各々の構造のサイズおよびバイアス力の出力が減少され得るが、それは素子２２０の形状因子を最適化する。側方シールド２２４と後部バイアス磁石２４０との組合せは、さらに、側方シールド２２４が高められたクロストラック分解能を、最小のバイアス磁界の仕様で与えることを可能にする。
【００３０】
積層された側方シールド２２４と組合せされた後部バイアス磁石２４０の構築は、また、積層体の自由層２３４の間の実質的に直交する磁化の関係を確実にするのに役立つ。後部バイアス磁石は、固体強磁性磁石または磁性層の積層体として構築可能であり、そのどちらも要求されたり限定されたりするものではないが、積層体の自由層２３４におけるバイアス磁化の効果は、側方シールド２２４からの低減されたバイアス磁界の仕様による、ＡＢＳにおける磁区の生成を減少し得る。
【００３１】
側方シールドの別の例示的な構成において、図６は、概して磁気素子２５０の一部を示し、磁気素子２５０は側方シールド２５４の間に横方向に配置され、側方シールド２５４の各々は、代替的な遷移金属層２５６と軟磁性自由層２５８との積層体として構築される。代替的な側方シールド２５４の積層体は、磁気積層体２５２のためのシールドを提供する。自由層同士は軟磁性ピンド層２５８と遷移金属層２６０との間の交換結合により反強磁性的に結合しているが、その交換結合は、磁気積層体２５２の多数の所定の動作パラメータを満たすために調整可能である。
【００３２】
より高いデータビット記録密度により、側方シールド２５４のシールド効果をより正確に調整するための能力は、信頼性および正確性を有して動作する、より小さな物理的磁気積層体サイズを可能にし得る。図６における側方シールド２５４の調整可能な性質は、シールド積層体の材料および厚みの多数の変形にある。例示的なシールド積層体２５４の各々は、共通の第１の厚みで構築された共通の遷移金属（Ｒｕ）を有し、共通の遷移金属（Ｒｕ）は、各々が共通の第２の厚みを有する、たとえばこれに限定されないＮｉＦｅおよびＮｉＣｏＦｅのような軟磁性層の間に配置される。
【００３３】
しかしながら、図６のシールド積層体２５４は、単に要求あるいは限定されない１つの実施例である。したがって、他の実施例は、ピンド層２５８の交換結合と、側方シールド２５４のシールド効果とを変更するさまざまな遷移金属材料および厚みを有することができる。たとえば、代替的な層の数および磁気積層体２５２との位置合わせは、所定の動作を達成するためにシールドのシード層２６０で調整可能である。
【００３４】
シールドのシード層２６０は、磁気積層体２５２のシード層２６２およびキャップ層２６４に関連して構成されて、各々のシールド２５４のさまざまな積層された層を、積層体の自由層２６６およびトンネル接合２６８に対して位置ずれするように位置付ける。積層体２５２の層と側方シールド２５４との間の位置合わせがないことは、磁気積層体２５２の各々の横表面の完全なシールドのカバレッジと組合さって、積層体２５２に与えられるバイアス磁界の強度を変更することができる。
【００３５】
側方シールド２５４の積層体は、高められた動作および幅広い構成可能性を提供可能であるが、積層された側方シールドを有する磁気素子の実際の製造は難しさを提供する可能性がある。１つのそのような困難は、均一な厚みで側方シールドの層を蒸着することであるかもしれない。図７は、概して磁気的なシールドおよびバイアスを高めつつ製造の困難性を軽減するように構築された磁気素子２７０を示す。
【００３６】
磁気素子２７０は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）２７２の各側方に、積層された横側方シールドを有し、横側方シールドの各々は、例示的な実施例に従って、各々が４０オングストロームの厚みを有するＮｉＦｅの２つの強磁性層２７４と、２０オングストロームの厚みを有するＲｕの遷移金属層２７６とを有して構築され、強磁性層２７４と遷移金属層２７６とが交互に配置される。示されるように、側方シールドの強磁性層２７４と遷移金属層２７６とは、素子２７０の幅２７８に対して各々が連続的に延在する。
【００３７】
側方シールドの層の連続的な構成は、ＭＴＪ２７２の近くにおいて、たとえば２０オングストロームまたは４０オングストロームのような所定の層厚みを維持することを可能にする。そのような構成は、また、Ｙ軸に沿って測定されるＭＴＪの側壁の実質的な一部に沿って、強磁性層２７４が延在することを可能にする。ＭＴＪの側壁に沿って強磁性層２７４が延在することは、効率的な磁気シールドおよび信頼性のある層厚みを単純化した製造プロセスで促進し得るが、ＭＴＪ２７２は、絶縁層２８０によって、その側壁に沿った強磁性層２７４との直接的な接触から緩衝され得る。
【００３８】
絶縁層２８０の追加は、磁気素子２７０に対する調整可能性の次元を補足可能である。すなわち、絶縁層２８０の厚みおよび非磁性材料の多様性は、異なるシールドおよびバイアスの必要性の多様性を適用するために変更可能である。絶縁層２８０の構成は、また、ＭＴＪ２７２の頂部から省略可能であり、それにより、少なくとも１つの強磁性層２７４がＭＴＪ２７２と直接的に接触する。素子２７０への連続的な側方シールドの層の追加的な厚みにより、前縁シールド２８２または後縁シールド２８４の一方が、側方シールド構造の形態での削減された厚みの領域を有することが可能であり、側方シールド構造は、追加の側方シールド層の厚みに適用可能であり、一方で最小のシールド間間隔を維持する。側方シールド構造は、特定の形状またはサイズに限定されるものではないが、切欠き、テーパおよび連続的に曲線の側壁として構築可能である。
【００３９】
しかしながら、側方シールドの層の蒸着は、ＭＴＪ２７２の適切なバイアスおよびシールドを確保するために最適化され得る。図８は、図７の素子２７０のような磁気素子の例示的動作特性を示したグラフであり、どのようにして側方シールド層が最適化可能であるかを示している。
【００４０】
動作において、図４−６のシールドのような積層された側方シールドは、側方シールド設計、特に遷移金属層厚みに依存して変化する交換結合エネルギを有するであろう。図８は、交換結合エネルギにおける例示的な変形例を示し、その交換結合エネルギにおいて、遷移金属層の厚みが増加するにつれて、少なくとも３つの規定されたピークが形成される。変化する交換結合エネルギの結果として、高過ぎるあるいは低過ぎる交換結合エネルギに対応する遷移金属層厚みを有する側方シールドの構築は、その側方シールドのシールドおよびバイアス動作を低減し得る。
【００４１】
任意の遷移金属層厚みを用いることが可能であるが、最適な交換結合厚み領域２８５は、側方シールドが、隣接するＭＴＪをバイアスおよびシールドするために連続的に反強磁性的に結合するであろうさまざまな実施例において用いられることができる。領域２８５の外部の遷移金属層厚みは、側方シールドのいくつかの部分が反強磁性的に結合し一方で他の部分が強磁性的に結合することにより磁区の生成に対応可能である。すなわち、最適な遷移金属厚み領域２８５は、所定の第３の交換エネルギピーク内に維持するために、遷移金属厚みの境界を与える。
【００４２】
第３の反強磁性交換エネルギピークと相互に関連する所定の厚みを有する均一な側方シールド層で側方シールドを構築することは、高められた読み戻しヘッド動作を提供することができる。いくつかの実施例において、遷移金属層の厚みは素子の全体の幅に沿って変化するが、ＭＴＪの近くの遷移金属層の最も薄い部分が第３のピーク領域２８０内にあるときに、高められた動作を提供する。
【００４３】
本発明のさまざまな実施例に従う最適化された側方シールドを有する磁気素子を作製可能な例示的な磁気素子作製ルーチン２９０が図９のフローチャートにおいて提示される。ルーチン２９０は、ステップ２９２において１以上のシード層を蒸着することによって開始され、シード層は磁気素子の所定のサイズおよび構成を定義する。シード層は予め蒸着された前縁シールド層に蒸着可能であるが、そのようなシールド層は、シード層が磁気積層体とその積層体のいずれかの側方における側方シールドを定義するものであることを要求しない。ステップ２９２におけるシード層の蒸着は、また、側方シールドと積層体との間の距離を定義し、それは、側方シールドのバイアスおよびシールド特性における役割を果たす。
【００４４】
ルーチン２９０は、次に、判断２９４において、層の代わりの積層体および合成反強磁性（ＳＡＦ）積層体のいずれであるかを評価することによって側方シールドの設計を決定する。これまでに議論されるように、いずれかの側方シールド積層体は、最低限増加したシールド間間隔で、磁気積層体バイアスおよびシールドを同時に提供可能である。判断２９４において代わりの積層体が選ばれるならば、ルーチン２９０はステップ２９６に進み、遷移金属層または強磁性層をシード層に蒸着する。次にステップ２９８において、ステップ２９６において蒸着されていない層が蒸着される。なお、異なる層の蒸着は、各々の材料層の厚み、形状および配向を定義する、別々のマスクおよびエッチング動作で関連付けることが可能である。
【００４５】
ステップ２９８の後、別の遷移金属と強磁性層との組合せが、任意の回数で、ステップ２９６および２９８を通じてループすることによって蒸着可能である。遷移層に対する強磁性層の比が２対１のような選択された比で蒸着された代わりの多数の側方シールド層により、ルーチン２９０は、シード層に存在する代わりの強磁性層および遷移金属層の積層体により前進する。しかしながら、判断２９４においてＳＡＦ構造が求められる場合、ステップ３００は、反強磁性ＡＦＭ材料層を蒸着し、続いて、ステップ３０２において、ＡＦＭ層によって接触するとともにピン止めされる強磁性層が蒸着されるであろう。
【００４６】
続いて、ステップ３０４および３０６において、遷移金属層および強磁性自由層がピンド層に蒸着されて、ピンド層に設定された磁化と遷移金属層によって分離される外部磁界検知自由層との両方を有するＳＡＦ構造が形成される。磁気積層体の各々の水平方向の側方におけるＳＡＦ構造の構成は、既に議論したように、シールド層の間の減少された間隔を与え、そのことは読み戻し能力を結果としてもたらす。ルーチン２９０においては正確に述べられていないが、非磁性スペーサ層によって分離された２種類の強磁性自由層を備える磁気積層体は、ステップ２９６−３０６における側方シールド層の蒸着と同時に、あるいは先立って、あるいは続いて蒸着可能である。側方シールドの設計および構成に関わらず、一旦形成されると、ルーチン２９０は、判断３０８に進み、判断３０８において図５Ｂの磁石２４０のような、後部バイアス磁石を含むことが決定される。後部バイアス磁石の判断は、次にステップ３１０に進み、ステップ３１０は、積層体のＡＢＳ表面の反対側の磁気積層体の近くのバイアス磁石を蒸着する。
【００４７】
後部バイアス磁石が不要であるとの判断は、判断３１２においてキャップ層を含むことの評価をもたらす。すなわち、判断３１２は、磁気素子において後部バイアス磁石が存在するか否かが決定される。さらに、いくつかの実施例において、キャップ層は後部バイアス磁石を形成する前に蒸着可能である。判断３１２のキャップ層の判断に関し、キャップ層に対する何らかの必要性がないことは、磁気積層体および側方シールドのいくつかおよびすべてにわたり、ステップ３１４において後縁シールドの蒸着をもたらす。その一方、キャップ層を望むことは、ステップ３１６において、キャップ層を蒸着した後の後縁シールドの蒸着へと進む。
【００４８】
ルーチン２９０におけるさまざまな判断および積層体、側方シールドおよび後部バイアス磁石の可能性のある構成により、ブロックおよび決定のいずれも必要あるいは限定されるものではないということが理解される。つまり、多くの層の構成および材料とかなり似ているように、ルーチン２９０は、ある方式で動作する磁気素子の構築に適用されるように調整可能である。たとえば、ステップ２９２におけるシード層の厚みは、図６に概して示されるように、側方シールドと積層体との間で変化し得るが、それは、図９に示された１つのステップに代えて多数のシード層の蒸着ステップを含み得る。
【００４９】
別の例示的なルーチン２９０の変形において、位置合わせおよび材料は、特定の側方シールドまたは全体の素子において変化し得るが、それは位置合わせおよび材料構成で側方シールドを形成するためにルーチン２９０における多数の追加のステップと一致する。すなわち、ルーチン２９０は、磁気積層体をバイアスするとともにシールドする側方シールドを有する磁気素子を構築するのが望まれるように、さまざまな決定およびステップが省略、変更および追加可能であるように要求されず、あるいは限定されない。
【００５０】
この開示で述べられた積層磁気シールドの構成および材料特性が、磁気積層体の近くの磁区の減少あるいは消滅を通じて高められた磁気データビットの読出を可能にするということが理解可能である。遷移金属層によって分離された多数の強磁性層の利用は、磁気積層体の減磁を最小化する一方で、自由層を実質的に直交する関係でバイアスすることによって積層体の磁気抵抗比を増加させることが可能である。
【００５１】
さらに、ＳＡＦの利用および代わりの側方シールド積層体という選択肢は、素子の正確な動作をもたらすことが可能な磁気素子の高度な調整可能性を可能にする。同時に磁気積層体をバイアスおよびシールドする機能を有する横側方シールドを含むことは、シールド間間隔を減少させるように作用し、それは、記録媒体における、さらに増大する面積ビット密度に対するより大きな磁気素子の能力に対応する。
【００５２】
本発明のさまざまな実施例の数多くの特性および利点が本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、以上の記述において述べられてきたが、この詳細な説明は、単に例示的なものであり、添付の特許請求の範囲が表現される、用語の幅広い一般的な意味によって示される十分な範囲で本発明の原理内で、特に要素の構造および配置の事項の点で、変更を詳細に行なうことができる。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得る。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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