CN102779530A - 具有稳定部件的磁阻屏蔽 - Google Patents
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Abstract
磁阻(MR)读取器与至少一个屏蔽相邻，该屏蔽从空气轴承表面(ABS)延伸第一距离。该屏蔽具有接触地相邻于MR读取器并且从ABS延伸第二距离的稳定部件，该第二距离小于第一距离。
Description
技术领域
本发明的各实施例总体涉及一种能够保护磁阻(MR)元件免受不希望的磁通量影响的磁屏蔽。
依照各实施例，磁阻(MR)读取器与至少一个屏蔽相邻，该屏蔽从空气轴承表面(ABS)延伸第一距离。该屏蔽具有接触地相邻于MR读取器并从ABS延伸第二距离的稳定部件，该第二距离小于第一距离。
附图说明
图1总体地提供了数据存储装置的实施例。
图2为部分数据存储装置的实施例透视图。
图3总体阐释了能够用于图2中所示出的部分数据存储装置中的磁元件的实施例。
图4A和4B示出能够用于图3的磁元件的磁读取器的实施例的框图。
图5阐释了能够用于图4A的磁读取器的屏蔽配置的实施例的框图。
图6显示了能够用于图4A的磁读取器的屏蔽配置的实施例的框图。
图7A和7B表示了能够用于图4A中的磁元件的稳定部件的各实施例。
图8提供了映射根据本发明各实施例进行的元件制造例程的流程图。
具体实施方式
本公开总地涉及一种磁屏蔽，该磁屏蔽能够保护磁阻元件免受不希望的磁通量的影响。随着电子设备变得越来越精密，对于更高数据容量的需求着重在写入数据存储介质中的数据大小，这因此导致了磁屏蔽大小的缩减。由于充分保护MR元件免受不希望的磁通量影响的能力降低，较小磁屏蔽可能会无意中经历磁不稳定。
因此，本发明的各实施例总体涉及一种与至少一个屏蔽相邻的磁阻(MR)读取器，该屏蔽从空气轴承表面(ABS)延伸第一距离。该屏蔽具有接触地相邻于MR读取器并且从ABS延伸第二距离的稳定部件，该第二距离小于第一距离。关于MR读取器稳定部件的集中可以通过改进磁通量阻挡和噪音消除得到屏蔽性能的提高。
图1中提供了数据存储装置100的实施例。该装置100示出可实践本发明的各实施例的非限制环境。装置100包括充分密封的壳体102，该壳体由底部舱面104和顶盖106形成。内置主轴马达108被配置用于旋转若干磁存储介质110。该介质110通过相应数据转换器(读/写头)阵列进行存取，每个数据转换器(读/写头)由一个头万向节组件(HGA)112支撑。
每个HGA112可以由包括柔性悬架116的头层叠组件114(执行器)支撑，该悬架又由刚性的执行器臂118支撑。执行器114可以通过向音圈马达(VCM)122施加电流而围绕卡盘轴承组件120转动。以这种方式，VCM122的受控操作导致HGA112的转换器124对准介质表面上限定的轨道(未示出)来往里面存储数据或者从里面取出数据。既能减少轨道宽度且能保持适合的转换器124对准的能力可以通过减少至少一个转换磁元件的操作宽度来完成。因此，装置100能够通过包含降低操作宽度的转换元件来增加容量，该操作宽度是与更精细面分辨率相对应的。
图1的数据存储装置100的数据转换部130的例子示出在图2中。转换部130具有执行组件132，该组件在能够存储经编程的位138的磁存储介质136上定位转换头134。存储介质136附着于主轴马达140，该马达在使用过程中旋转来产生空气轴承表面(ABS)142，在该空气轴承表面上执行组件132的滑动部144飞行来定位头万向节组件(HGA)146，该组件146包括在介质136的预定部分之上的转换头134。
转换头134可以包括一个或多个转换元件，诸如磁写入器和磁响应读取器，该元件分别用来编程数据和从存储介质136读取数据。这样，执行组件132可控的移动使得转换器对准限定在存储介质表面上的轨道(未示出)来写、读和重写数据。
图3示出了能被用在图2执行组件中的转换头150的横截面框图的一个实例。头150可以具有一个或多个磁性元件，诸如磁读取器152和写入器154，其可用于单独或并行地将数据写入到相邻存储介质(例如图2中的介质136)或从相邻存储介质取出数据。每个磁元件152和154构造有多种磁屏蔽以及转换元件，它们独立地限定预定及分离的读取和写入轨道156和158。
如所示的，磁读取元件152具有磁阻读取器层160，该层设置在前和后屏蔽162和164之间。同时，写入元件154具有写入磁极166和返回磁极168，其产生写入电路来对相邻存储介质赋予预定的磁取向。该返回磁极168通过非磁性材料的缝隙层170与读取元件152分开，而写入磁极166设置在下轨道屏蔽172与上轨道屏蔽174之间，上轨道屏蔽174保持写入磁极166和168分开。
写入元件154还包括线圈176，该线圈可以是一个或多个独立导线，该导线能够在写入磁极166上赋予磁通量，通过写入电路，在返回磁极168终止。附加绝缘层178、180和182分别围绕线圈176，写入磁极168和MR读取层160来防止转换头150内的磁通量泄漏。
关于每个磁元件152和154的各种屏蔽和绝缘材料提供相似的磁场聚焦，但是ABS 184上的屏蔽被配置用于将磁场聚焦在预定轨道156和158内。也就是说，绝缘材料178和176将磁场聚焦在写入磁极166上，而屏蔽162、164和172每一个防止磁场迁移到预定轨道156和158的外部。
转换头150的屏蔽可以通过他们相对于遇到诸如图2的位136之类的外部位的时间的位置体现。换句话说，在转换元件158和164之前遇到外部位的屏蔽是“前”屏蔽，而在转换元件之后看到位的屏蔽是“后”屏蔽。这种特性扩展到转换元件的“上游”或“下游”之间的差别在于：取决于头150的行进方向和外部位，屏蔽可以是前或后以及上游或下游。
转换头150和每一相应层具有沿Y平面测量的预定厚度，以及沿X平面测量的条纹高度186。关于屏蔽162、164和182，相应的形状和尺寸不沿条纹高度186变化。同样地，每个屏蔽贯穿每个屏蔽条纹高度的范围保持预定厚度。
随着轨道宽度158变小使得在存储介质上允许更密集编程的位，更精确的限定轨道158对应于最小化的头150。更小的转换头150因而对来自相邻轨道的不希望的磁场更敏感。由于屏蔽区域接近MR传感器元件，因此通过在磁屏蔽中的磁畴移动，缩小后的头150构形更容易引入磁性的不稳定。
因此，环绕在MR元件160、166和168周围的屏蔽部分可配置有磁稳定部件，该磁稳定部件更好地聚焦磁通量且更精确地限定轨道156和158，如图4中大致阐述的。
图4A和4B总体阐述了从各种角度示出的MR元件190的实施例的框图。在4A中是MR元件190的横截面示意图，其中MR读取器192设置在前屏蔽194和后屏蔽196之间。该后屏蔽196由顶屏蔽198和稳定部件200构成。由于在MR元件190中的材料成分和取向，顶屏蔽198被动的阻挡不希望的磁通量。同时，稳定部件200主动屏蔽磁通量以防止其到达MR读取器192，并且通过被设定为预定磁化(该预定磁化尽管遇到不希望的磁通量仍然使得其维持)从而减少了磁性的不稳定。
由于偏差和无偏差屏蔽层的存在，后屏蔽196中的主动和被动屏蔽的结合提供了增强的屏蔽稳定性。尤其是，稳定部件200的磁化减少了响应于遇到的磁通量的磁畴移动并且产生消除磁噪音的作用。稳定部件200还配置具有从空气轴承表面(ABS)测量的预定深度202，其最低限度地延伸以覆盖下面的MR读取器192，这样设定的稳定部件200的磁化是强劲的并且能够阻挡大量的磁通量。
如所示，稳定部件200具有深度202，该深度小于顶屏蔽198的深度204且大于MR读取器192的深度206。这种配置仅仅是说明性的而不是限制性的，但是示出顶屏蔽198和稳定部件200具有从ABS起明显不同的深度，这是促成不同的屏蔽特性。这种改变的屏蔽特性能够一起操作来稳定磁性取向并且有效屏蔽不希望的磁通量和噪音以防止影响到MR读取器192的工作。
在一些实施例中，稳定部件200具有深度，该深度与MR读取器192的深度相匹配来进一步的集中设定的磁化以及帮助稳定磁畴。图4B以顶视图的方式示出了磁元件190的各组件的各种深度和宽度。该MR读取器192关于稳定部件200和顶屏蔽198中心设置。稳定部件200具有宽度208，其覆盖MR读取器192，但是小于顶屏蔽198的宽度210。这样一种关于稳定部件200的顶屏蔽198的配置提供了磁活性MR读取器192和稳定部件200的完全被动屏蔽覆盖，该特性改进了全部的屏蔽性能。
尽管稳定部件200可以配置成与MR读取器192在深度和宽度上均匹配，但部件200能够可选择地延伸超过MR读取器192一距离。无论部件200是否延伸超过读取器192，关于MR读取器192的稳定部件200的密集的取向提供了与MR读取器192直接接触的高水平的通量阻挡。也就是说，稳定部件200的主动磁化呈现出在接触接近MR读取器192上的强劲磁屏蔽，这提高了屏蔽稳定性和有效性，并且需求更少的部件200的分布区范围。
稳定部件200的集中表面范围的优势进一步减少了在生产过程中的瑕疵成形。这种缩小的稳定部件200允许部件200的构成层的均匀沉积，这对应于较强的磁化保持，磁通阻挡和噪音消除。
进一步，顶屏蔽198和稳定部件200的宽度和深度取向能够被操作来符合预定纵横比，这提高了后屏蔽196的稳定性。一个这种预定纵横比为宽度大于深度(即，W/D＞1)，这表示ABS上后屏蔽196的大部分。大的纵横比还有助于使稳定部件200的磁性能稳定以进一步减少磁畴移动和噪音。相反，当后屏蔽196的屏蔽效果较少关于MR读取器192集中时，小于1的纵横比将会在ABS上相对窄。
通过构造具有大纵横比的稳定部件200，更大部分的部件定位在ABS上。这有效地允许屏蔽由诸如图2的介质136之类的旋转的存储介质发射出来的磁通量。图5总体提供了从ABS观察的磁元件220的实施例的框图。元件220具有前和后屏蔽222和224，每一个用于限定MR读取器226读取数据的预定轨迹。
如所示，MR读取器226可以是多个不同层的层叠结构，这些层一起用于对外部磁位灵敏并提供响应于这些位的可读逻辑状态。该MR读取器226可能被配置用于非接触地邻近一个或多个具有高矫顽力的偏置磁体228并且被定位成距MR读取器226所选择距离，以提供对于至少铁磁自由层230的预定偏置磁化。
后屏蔽224能够具有多种配置，至少包括稳定部件232和顶屏蔽238。如上文讨论的，稳定部件232具有小于顶屏蔽238且关于MR读取器226居中的分布区范围。在图5的实施例中，稳定部件232沿Z轴横向延伸来匹配MR读取器226和偏置磁体228的宽度。
对于小型磁性元件的工业需求驱使屏蔽到屏蔽的间距的减少。在使这种间距最小化同时提供了主动磁化后屏蔽224稳定部件232的努力中，偏置磁体228的硬磁化通过稳定部件232的耦合层234固定以提供对于铁磁层236的预定磁化。利用偏置磁体来钉扎铁磁层236的磁化消除了在稳定部件232中附加的磁化源，这样减少了元件220屏蔽到屏蔽的间距。
稳定部件232可以通过非磁性间隔层240附着于顶屏蔽238，该间隔层保证铁磁层238的磁化不会由于顶屏蔽238而改变方向。顶屏蔽238的分布区范围延伸超过稳定部件232的范围，并且阻挡读取器226远处的磁通量。顶屏蔽238的被动配置使得铁磁层236的预定磁化更有效定位于接近MR读取器特别是自由层230的位置。
耦合层234的构造允许其共同耦合偏置磁体238和退耦MR读取器226，这样铁磁层236和偏置磁体228的磁化不会干扰读取器226的操作。在一些实施例中，耦合层234是连续的固体非磁性层，例如Pt，然而这种构造能够以任意数量的非限制方式被修改。图6提供了从ABS观察的在磁性元件250的实施例的上下文中这种可代替的耦合层配置。
在图6中，磁性元件250具有在偏置磁体254之间横向安置且在前和后屏蔽256和258之间居间安置的MR读取器252。应当理解的是，磁性元件250被描绘为与预定轨道对齐，在该预定轨道中元件250的底面部分为上轨道且将在元件250顶部的下轨道部分之前遇到磁性位。当磁阻(MR)读取器元件252遇到旋转磁介质时，前和后屏蔽256和258保护MR元件252免受外部磁通量影响。
MR元件252对不希望的磁通量的磁化率会引起不稳定和降低准确性，这种现象可以通过使一个或多个屏蔽的磁畴稳定来减少。图6示出在后屏蔽258中增加屏蔽稳定部件的例子。稳定后屏蔽258能够通过稳定部件260达到，该稳定部件260具有叠层耦合层262，该叠层耦合层262接触地邻近于MR读取器252，偏置磁体254和铁磁层264。当耦合到偏置磁体254时，耦合层262的材料和取向同时解耦MR读取器252，这样磁体层254偏移后屏蔽260的铁磁层264至预订磁化。
通过在存在磁通量的情况下减少磁畴移动且降低MR元件252经历的噪音，利用具有高矫顽力的偏移磁体254对铁磁层264的钉扎使后屏蔽260稳定。在耦合层262中的非磁缓冲层266的取向解耦铁磁层264与MR元件252，且允许MR元件252的单独响应。
偏置磁体254的各种可能的结构向铁磁层264和MR读取器252提供偏置磁化，当磁体254由CoPt、FePt或Pt和Fe材料的叠层结构组成时，非磁材料例如Pt可以被用于耦合层262。如图5所示，然而当铁磁层264为NiFe基合金时，会导致磁体254磁性的退化，这是由于当耦合层262为单个Pt层时铁磁层264和磁体254的之间混合。因此，为了避免磁性退化，缓冲层268被插入来保持耦合层262同时解耦MR读取器252并耦合偏置磁体254的能力，而无需顾虑磁性的退化。
缓冲层268可以为多种材料，例如CoFe或Fe，以及取向，例如沿轨道测量的减少的厚度，这与稳定部件260的其余部分不同。缓冲层266接触连续Pt层268且将预定磁化有效地钉扎到铁磁层264。因此，包含缓冲层266能够提供对于稳定部件260额外的保护且保护磁体254。
后屏蔽258还可以配置具有顶屏蔽270，该顶屏蔽与铁磁层264通过非磁性隔板层272分隔开，并且提供磁通量边界加上稳定部件260的主动磁通量边界。如所示，顶屏蔽270位于后屏蔽258最后的表面且这种配置并不是限制性的，当铁磁层264消散接近MR读取器元件252的不希望的磁通量时，顶屏蔽270可以被构造成消散末端不希望的磁通量。
图7A和7B示出可实现于磁性元件的任意屏蔽中的稳定部件280和290的各种实例。图7A的稳定部件280具有反铁磁(AFM)层282，该层耦合到铁磁层284以通过交换耦合来设定在铁磁层284中预定的磁化。在一些实施例中，当铁磁层284不是NiFe基合金时，诸如CoFe之类的磁性层被插入到AFM 282与铁磁层284之间。稳定部件280还可以构造为以非磁性层286和288附着到铁磁层284和AFM层282的各自外部表面。
使用AFM层282来设定铁磁层284的磁化代替偏置磁体，如图5和6中那样，由于部分较大的接触区域，因此能够提供增加的磁化量级。然而，来自铁磁层282的磁通可能给元件引入不希望的磁矩，尤其是图5和6的MR读取器。
在图7B的稳定部件290中，图7A中的铁磁层284被合成反铁磁(SAF)结构292代替来产生强劲的交换耦合而没有不希望的磁矩。该SAF结构292可以由多种不同材料和配置来构造，在图7B中示出了一种这样的配置，该配置具有双铁磁层294，其附着在插入的非磁隔板296上。AFM层298提供对于SAF292的在预定方向和量级的磁化，这使得SAF 292主动阻挡磁通量且消除噪音。
一对非磁性层300附着在稳定部件290的远端来确保AFM 298的磁化且SAF 300被保持在部件290内且磁性解耦到邻近的MR读取器或被动顶屏蔽。应意识到，稳定部件290的构成层的材料和取向并不是限制性的以及能够被修改来产生主动磁性屏蔽。那些各种各样的配置可以通过预定的制造程序被选择性制造，该流程提供在图8中。
图8示出根据本发明各实施例进行的元件制造例程310的实施例。例如磁敏读取器之类的MR元件最初在步骤312中提供，该元件可以通过横向偏置磁体被偏置。应认识到，在提供MR元件和偏置磁体时，包含了众多叠层沉积的众多子步骤可能出现在构造偏置磁体中。
在步骤312的元件还可以具有另外的与MR读取器和横向硬磁体结合的外部构造，例如，MR写入器和前磁性屏蔽，如图3所示。不论外部结构如何，例程310继续执行到判定框314，其中确定稳定部件的直接接触MR读取器和偏置磁体的部分。判定框314评估稳定部件的设置磁化的各种特征，例如强度、方向和配置。
如果偏置磁体被选择来稳定该稳定部件的磁化方向，则例程继续进行到步骤316，在该步骤与MR读取器接触相邻地沉积Pt连续层。可选择地，在步骤318，如果稳定部件的铁磁层被设计为Ni基合金，这会导致在制造中硬磁体性能的退化，那么在MR读取器和Pt层之间沉积缓冲层。因此，稳定部件的铁磁层中Ni的出现触发了在MR读取器与铁磁层之间的耦合层内的中间缓冲层的沉积，如图6所示。
判定框314中具有AFM以提供稳定部件磁化的确定导致例程310进行到步骤320，在该步骤根据图7B中大体描述的SAF结构的预定形成来沉积一个或多个铁磁层。当铁磁层就位时，步骤322接着附着AFM层到铁磁层，如图7A所示。步骤322还能够包括以特定厚度，尺寸，表面粗糙度和中间磁性层来配置AFM，以建立预定数量的介于AFM和铁磁层之间的交换耦合。
值得注意的是在步骤314-322中的稳定部件的制造必须伴有确定大小和屏蔽MR读取器的分布区范围。在一些实施例中，分布区范围大于1且尺寸等于或大于MR读取器或MR读取器和偏置磁体的尺寸。随后在步骤324中，具有一尺寸的顶屏蔽，包括长度，宽度和从ABS表面延伸，均大于沉积的稳定部件的尺寸。被动顶屏蔽的增加向MR读取器提供主动和被动磁通量阻挡，这提高了屏蔽稳定性和噪音消除的特性。
通过例程310，屏蔽配置被确定，安装和最后在步骤326结束。然而，该例程不是必须或者是受限制的，因为各种判定框和步骤可以被省略、改变和增加。例如，MR读取器和偏置磁体可以由不同材料的叠层结构构成，具有或者不具有常规厚度和横向距离。
应意识到本发明公开描述的磁性屏蔽的构造和材料特性，通过后屏蔽的磁稳定性的提升实现了改进的磁读取。采用与磁性被动顶屏蔽结合的磁性钉扎稳定部件提供了变动磁通阻挡能力和配置。利用偏置磁体或AFM来钉扎稳定部件的选择进一步实现功能的替换以允许磁性元件以一定范围的磁化强度和屏蔽到屏蔽的间隔的方式来构造。另外，尽管各个实施例已涉及磁感测，但应当理解，所要求保护的发明可易于在任意数量的其他应用(包括数据存储设备应用)中使用。
应当理解，即使已在前面的描述中阐述了本发明各个实施例的许多特性和配置、以及本发明各个实施例的结构和功能的细节，该详细描述也只是说明性的，并且可在细节上作出改变，尤其是可在术语的宽泛含义所指示的全面范围上对本发明原理内的部分的结构和安排作出改变，所附权利要求在该范围内表达。例如，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，特定元件可以随着特定应用而变化。
Claims (20)
1.一种设备包括与至少一个屏蔽相邻的磁阻(MR)读取器，该屏蔽从空气轴承表面(ABS)延伸第一距离，该屏蔽具有接触地相邻于MR读取器且从ABS延伸第二距离的稳定部件，所述第二距离小于第一距离。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述稳定部件具有与MR读取器相匹配的分布区范围。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述屏蔽具有屏蔽层，所述屏蔽层具有第一分布区范围，且稳定部件具有第二分布区范围，所述第二分布区范围小于第一分布区范围。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，稳定部件中的铁磁层具有预定的磁化。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，铁磁层被磁性耦合到横向偏置磁体来为MR读取器提供默认的磁化。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，铁磁层被反铁磁层钉扎。
7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，铁磁层包括至少一个合成反铁磁体(SAF)
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，稳定部件的纵横比大于1。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，稳定部件具有第一深度并且MR读取器具有第二深度，所述第一深度大于第二深度。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，稳定部件解耦MR读取器与Pt材料。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述稳定部件具有接触相邻的缓冲层以及铁磁层来防止铁磁层的硬磁特性退化。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，耦合层为单个连续的Pt层。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述屏蔽具有第一宽度，且稳定部件具有第二宽度，所述第二宽度与MR读写器和一对横向设置的偏置磁体的宽度相匹配，所述第二宽度小于所述第一宽度。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述屏蔽和稳定部件共同起后屏蔽的功能。
15.一种数据存储装置包括：
磁阻(MR)读取器，所述磁阻(MR)读取器配置在空气轴承表面(ABS)上并且垂直于所述ABS延伸第一条纹高度距离；
顶屏蔽，所述顶屏蔽配置在ABS上并且垂直于所述ABS延伸第二条纹高度距离；以及
稳定部件，所述稳定部件位于ABS上并且耦合到MR读取器和所述顶屏蔽，所述稳定部件具有第三条纹高度，所述第三条纹高度大于第一条纹高度距离并且小于第二条纹高度距离。
16.如权利要求15所述的数据存储装置，其特征在于，所述稳定部件具有第一分布区范围，所述MR读取器具有第二分布区范围，和所述顶屏蔽具有第三分布区范围，第一分布区范围大于第二分布区范围且小于第三分布区范围。
17.一种磁性元件，包括：
磁阻(MR)读取器，所述磁阻(MR)读取器设置在横向偏置磁体之间；
稳定部件，具有第一长度、宽度和距空气轴承表面(ABS)的距离，接触地相邻于MR读取器和所述横向偏置磁体，所述稳定部件被设置为预定磁化来主动地阻挡不希望的磁通量；以及
屏蔽层，具有第二长度、宽度和距空气轴承表面(ABS)的距离，配置用于被动地阻挡不希望数量的磁通量，所述距ABS的第二距离大于第一距离。
18.如权利要求17所述的磁性元件，其特征在于，当稳定部件保持响应于磁通量的预定磁化时，所述屏蔽层磁性地响应于遇到的磁通量。
19.如权利要求18所述的磁性元件，其特征在于，稳定部件包括耦合到合成反铁磁体(SAF)的反铁磁体，所述合称反铁磁体(SAF)具有由非磁间隔层分隔开的第一和第二铁磁层。
20.如权利要求17所述的磁性元件，其特征在于，所述稳定部件和屏蔽层每个具有沿着X和Z轴的连续厚度。
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