CN103811024B - 具有包括镍合金的屏蔽的磁性设备 - Google Patents

具有包括镍合金的屏蔽的磁性设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了具有包括镍合金的屏蔽的磁性设备。一种设备包括磁阻传感器、顶部屏蔽和底部屏蔽的器件，其中磁阻传感器位于顶部屏蔽和底部屏蔽之间，且其中底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个包括NiFeX，其中X选自Nb、Mo、Ta或W。

Description

具有包括镍合金的屏蔽的磁性设备
背景技术
磁换能器可包括位于底部和顶部屏蔽之间的读取器叠层。在这种设备的制造期间，屏蔽的材料必须经受与读取器叠层相同的处理。读取器叠层的发展可能常常需要不同的处理技术，包括在更高温度下退火。因此，可能需要可在更高温下进行退火的屏蔽。
发明内容
本文中公开了包括磁阻传感器、顶部屏蔽和底部屏蔽的设备，其中磁阻传感器位于顶部屏蔽和底部屏蔽之间，且其中底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个包括NiFeX，其中X选自Nb、Mo、Ta或W。
本文中还公开了包括磁阻传感器、顶部屏蔽和底部屏蔽的设备，其中磁阻传感器位于顶部屏蔽和底部屏蔽之间，且其中底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个包括NiFeX，其中X选自Nb、Mo、Ta或W，且其中至少底部屏蔽和磁阻传感器在至少约350℃的温度下进行退火。
还公开了形成设备的方法，该方法包括形成磁阻传感器叠层；形成前体底部屏蔽以形成前体设备，该前体底部屏蔽包括NiFeX，其中X选自Nb、Mo、Ta或W；以及在至少约350℃的高温下对前体设备进行退火。
附图说明
图1为包括磁阻读取磁头的盘驱动系统的俯视图。
图2为沿着垂直于换能头的空气承载表面的平面所截取的磁换能头和磁盘的横截面图。
图3为示出了图2的磁换能头的磁性相关元件的分层示意图。
图4A和4B为NiFe屏蔽在10分钟400℃的快速热退火（RTA）处理之前（图4A）和之后（图4B）的透射电子显微镜（TEM）图像。
图5A和5B示出了显示矩形屏蔽在10分钟400℃的RTA处理之前（图5A）和之后（图5B）在其退磁状态下的磁域结构的克尔（Kerr）显微镜图像。
图6A、6B和6C为示出了Nb含量对NiFeNb的磁矩的影响（图6A）、在不同退火温度下作为Nb含量的函数的易轴矫顽磁性（图6B）、以及在不同退火温度下作为Nb含量的函数的硬轴矫顽磁性（图6C）的曲线图。
图7为示例性公开的包括交替的双分子层的屏蔽的横截面。
图8A和8B为NiFeX（图8A）和NiFe（图8B）的XRD谱。
图9A和9B示出了1μm厚的NiFeNb（Nb=3.3原子%）膜在400℃（图9A）和450℃（图9B）下两小时的退火后的截面晶粒结构。
图10A和10B示出了NiFe在400℃（图10A）和450°℃图10B）下两小时的退火后的TEM图像。
图11示出了在400℃和450℃退火后的作为Nb含量的函数的电阻率。
图12A、12B和12C示出了1.0μm厚度的NiFeNb（Nb=1.1原子%）膜在退火的不同阶段的磁滞回线。
图13A、13B和13C示出在与沉积类似的条件下溅射的（图13A）、在400℃下两小时的退火后的（图13B）、以及在450℃下两小时的退火之后的（图13C）的NiFe层膜（sheet film）的磁滞回线。
图14A、14B、14C、14D、14E和14F示出了对一个双分子层（图14A）、两个双分子层（图14B）、以及六个双分子层（图14C）进行400℃两小时退火后、以及对一个双分子层（图14D）、两个双分子层（图14E）、以及六个双分子层（图14F）进行450℃两小时退火后的磁滞回线。
图15示出了作为沉积的薄膜的层压的数量的函数的NiFeNb/NiFe双分子层薄膜在400℃退火后和在450℃退火后的矫顽磁性。
这些附图不一定按比例示出。附图中使用的相同数字表示相同部件。然而，将理解在给定附图中使用数字来指代部件不旨在限制用另一附图中同一数字标记的部件。
详细描述
在以下描述中，参照形成本说明书一部分的附图集，其中通过图示示出了若干特定实施例。应当理解的是，可构想和作出其他实施例，而不背离本公开内容的范围或精神。因此，以下详细描述不应按照限制的意义来理解。
通过术语“约”，在说明书和权利要求中使用的表示部件大小、量以及物理性质的所有数字应被理解为在任何情况下被修改，除非另外指明。因此，除非相反地指明，否则在上述说明书和所附权利要求中陈述的数值参数是近似值，这些近似值可根据利用本文中公开的示教的本领域技术人员所寻求的期望性质而变化。
通过端点对数值范围的陈述包括包含在该范围内的所有数值（例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4以及5）以及该范围内的任何范围。
如说明书以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括具有复数引用的实施例，除非该内容另外明确地指出。如说明书以及所附权利要求书中所使用地，术语“或”一般以包括“和_/或”的意义来使用，除非该内容另外明确地指出。
“包括”、“包括”或类似术语意指包含但不限于，也就是说，包括但不排他。应当理解，“顶部”和“底部”（或其他术语像“上部”和“下部”）严格用于相对描述，并且不暗示被描述的元件所位于的物品的任何整体方向。
图1为包括公开的设备、或更具体地磁阻（MR）读取磁头的盘驱动器系统10的俯视图。盘驱动器系统10可包括安装用于围绕通过外壳16内的主轴14定义的轴旋转运动的磁盘12。盘驱动器10还包括安装到外壳16的基板20并且可相对于围绕轴22的盘14枢转移动的致动器18。盖子24可覆盖致动器18的一部分。驱动器控制器26可耦合至致动器18。驱动器控制器26可安装在盘驱动器系统10中或可位于盘驱动器系统10的外面并具有到致动器18的适当连接。致动器18包括致动器臂组件28、刚性支撑构件30、以及头万向架组件32。头万向架组件32包括耦合至刚性构件30的弯曲臂34和通过万向架耦合至弯曲臂34的空气支承滑块36。滑块36可支撑磁阻换能器或用于从盘12读取信息并将信息编码到盘12的磁头。
在操作期间，驱动器控制器26接收指示将被访问的盘12的一部分的位置信息。驱动器控制器26从操作员、主机计算机、或从另一合适的控制器接收位置信息。基于位置信息，驱动器控制器26将位置信号提供至致动器18。位置信号使得致动器18围绕轴22枢转。这可使得滑块36按照由箭头38指示的大致弧状路径在盘12的表面上径向移动。驱动器控制器26和致动器18以已知的闭环、负反馈方式操作，以使由滑块36承载的换能器位于盘12的期望部分上。一旦换能器被适当定位，则驱动器控制器26可执行所需的读或写操作。
图2为公开的设备，或沿着垂直于磁换能头50的空气承载表面54的平面所呈现的磁换能头50和磁盘12的横截面图。图2示出了磁换能头50及其相对于磁盘12的布置。磁换能头50的空气承载表面54正对磁盘12的盘表面56。磁盘12以如箭头A指示的相对于磁换能头50的方向行进或旋转。在一些实施例中，期望最小化空气承载表面54和盘表面56之间的间隔，同时避免磁换能头50和磁盘12之间的接触。在大多数情况下，磁换能头50和磁盘12之间的接触可能是有害的或甚至对磁换能头50和磁盘12两者具有破坏性的。
公开的设备可包括磁阻传感器59，该磁阻传感器还可被称为读取器部分。磁阻传感器59的一些实施例可包括读取元件68。磁阻传感器的一些实施例可包括底部间隙层58、顶部间隙层60、金属接触层62以及读取元件68。在底部间隙层58和金属接触层62的终端之间的空气承载表面54上定义读取间隙70。金属接触层62位于底部间隙层58和顶部间隙层60之间。读取元件68位于底部间隙层58和金属接触层62的终端之间。
公开的设备还包括底部屏蔽64和顶部屏蔽66。在读取器和写入器共享极的实施例中，顶部屏蔽66还可充当相关联的写入器的底部极。
磁换能头50的写入器部分包括底部极66（在该实施例中，底部极66还充当磁阻传感器或读取器部分的顶部屏蔽66）、写入间隙层72、顶部极74、导电线圈76、以及聚合物层78。通过顶部极74和顶部屏蔽/底部极66的终端之间的写入间隙层72在空气承载表面54上定义写入间隙80。提供导电线圈76以产生穿过写入间隙80的磁场，并且导电线圈76位于顶部极74和写入间隙层72之间的聚合物层78中。虽然图2示出了单层的导电线圈76，但应当理解，在本领域中，可使用通过若干层聚合物层隔开的若干层的导电线圈。如上所讨论的，磁换能头50是合并式MR头，其中顶部屏蔽/底部极66被用作读取器部分中的顶部屏蔽和写入器部分中的底部极两者。如果读/写头50是背负式MR磁头，则顶部屏蔽/底部极66将由单独的层形成。
图3为磁换能头50的分层示意图。图3示出了当多个磁性相关元件沿着如图2所示的磁读/写头50的空气承载表面54出现时磁换能头50的多个磁性相关元件的位置。在图3中，为了清楚起见省略了所有的间隔和绝缘层。底部屏蔽64和顶部屏蔽/底部电极66被间隔开以提供读取元件68的位置。读取元件66具有被定义为毗邻金属接触62A和62B定位的读取元件68的部分的两个无源区域。读取元件68的有源区域被定义为位于读取元件68的两个无源区域之间的读取元件68的一部分。读取元件68的有源区域定义读取传感器宽度。
来自磁盘的表面的磁通量引起MR传感器或读取元件的感测层的磁化强度矢量的旋转，而这又引起MR传感器的电阻率的改变。通过使电流通过MR传感器并测量MR传感器两侧的电压，可检测MR传感器的电阻率的变化。然后，外部电路将电压信息转换成适当的格式并且根据需要操纵该信息。在读取操作期间，底部屏蔽64和顶部屏蔽66确保通过吸收从相邻磁道和过渡发出的任何杂散磁场，读取元件68仅读取磁盘12的特定磁道上的直接存储在该读取元件68之下的信息。
在一些实施例中，读取元件68可能是MR元件或巨型磁阻（GMR）堆叠。MR元件可通常由铁磁材料形成，铁磁材料的电阻响应于例如，来自磁介质或盘的外部磁场而波动。GMR传感器可具有一系列交替的磁性和非磁性层。GMR传感器的电阻根据通过非磁性层隔开的磁性层之间的传导电子的自旋传输和伴随的自旋散射而变化，自旋散射发生于磁性和非磁性层的界面处和磁性层内。根据组成读取元件的类型和材料，设备可能需要经受不同类型的处理。
在一些实施例中，读取元件可包括电流垂直于平面隧道磁阻（CPP－TMR）堆叠。在一些实施例中，这种堆叠可能是CoFeB/MgO/CoFeB堆叠。如果在高于400℃的温度下进行退火，这种堆叠可能具有显著提高的性质（例如显著提高的TMR）。在一些实施例中，读取元件可包括电流垂直于平面巨型磁阻（CPP－GMR）堆叠。在一些实施例中，这种堆叠可能由赫斯勒（Heusler）合金构成。已经发现由于赫斯勒合金的高极化，由赫斯勒合金构成的GMR传感器显示改进的MR信号。为了实现高极化，赫斯勒合金必须处于有序的L21结构。L21结构通过仅通过在高于400℃的温度下退火来构建。在一些实施例中，磁换能头可包括与读取元件相关联的永磁体。这种永磁体可将偏置的场提供至读取元件，这可提高读取元件的稳定性。在例如高达500℃的更高温度下进行退火或沉积的永磁材料（诸如CoPt或FePt）可导致从无序面心立方（fcc）转变到有序的L10结构。L10结构可大大提高永磁体材料的矫顽磁性和各向异性。在一些实施例中，磁换能头可包括反铁磁性（AFM）层。诸如IrMn之类的AFM层可用于通过交换耦合钉扎GMR或TMR堆叠中的铁磁层中的一个。发现AFM材料的交换偏置用于提高例如高达400℃的高温退火处理。
本文中公开了包括由可在高于通常使用的温度下进行处理的材料组成的底部屏蔽、顶部屏蔽、或以上两者。在一些实施例中，至少底部屏蔽由可在高于通常使用的温度下进行处理的材料组成。例如，公开的设备可包括由可在高于典型的NiFe屏蔽可被处理的温度下进行处理的材料组成的底部屏蔽、顶部屏蔽、或以上两者。通常使用的NiFe屏蔽可在325℃到350℃的温度下退火时劣化。NiFe的这种高温退火可导致各向异性的损失、晶粒粗化、以及增加的非均匀性。图4A和4B为在10分钟400℃的快速热退火（RTA）处理之前（图4A）和之后（图4B）的电镀NiFe底部屏蔽的透射电子显微镜（TEM）图像。通过对比两幅图像可以看出，在高温退火之前，薄膜结构显示均匀的小晶粒，而在RTA处理之后，观察到显著的晶粒生长。同样地，图5A和5B示出了显示矩形屏蔽在10分钟400℃的RTA处理之前（图5A）和之后（图5B）在其退磁状态下的磁域结构的克尔（Kerr）显微镜图像。可以看出，该域结构显示在RTA处理之前的朗道通量闭合域状态（Landau flux-closure domain state），以及可观察到没有明显域边界并且发现域用于在RTA处理之后局部且非均匀地成核。在一些实施例中，包括公开的底部屏蔽、顶部屏蔽或二者的设备将不受高温退火条件下的有害影响。
公开的设备可包括包含NiFeX的底部屏蔽、顶部屏蔽、或以上两者，其中X为Nb、Mo、Ta或W。在一些实施例中，X为Nb。NiFeX中X的量可通过NiFeX中的X的原子百分比（at%（原子%））来描述。在一些实施例中，X的添加可降低NiFeX中Fe的原子百分比。在一些实施例中，X的添加可降低NiFeX中Ni的原子百分比。在一些实施例中，X的添加可降低NiFeX中Ni和Fe两者的原子百分比。
NiFeX中X的量影响NiFeX的磁矩。图6A示出了X（在这种情况下为Nb）的量对磁矩的影响。如图6A所示，随着Nb的量的增加，磁矩降低。图6B示出了随着Nb含量随退火增加，易轴矫顽磁性（Hce）降低，伴随着在低水平的Nb下的最大变化。如所见，这与其中的Hce在退火后增加的NiFe相反。图6C示出了硬轴矫顽磁性（Hch）在退火后降低，以及在450℃退火之后，NiFeNb膜的磁滞回线闭合，而NiFe膜显示劣化的回线。可基于例如观察到的磁性性质选择NiFeX中X的理想的量。在一些实施例中，X可以不大于7at%的量存在于NiFeX中。在一些实施例中，X可以不大于4at%的量存在于NiFeX中。在一些实施例中，X可以不大于2at%的量存在于NiFeX中。在一些实施例中，X可以1at%存在于NiFeX中。在一些实施例中，X可以是Nb，以及Nb可以不大于7at%的量存在于NiFeNb中。在一些实施例中，X可以是Nb，以及Nb可以不大于4at%的量存在于NiFeNb中。在一些实施例中，X可以是Nb，以及Nb可以2at%的量存在于NiFeNb中。在一些实施例中，X可以是Nb，以及Nb可以1at%的量存在于NiFeNb中。具有1at%Nb的NiFeNb膜具有能够在高温下进行退火的优点并且仅具有约5%的磁矩损失。
在一些实施例中，所公开的屏蔽可仅包括NiFeX。在此类实施例中，该屏蔽可包括单层的NiFeX或多层的仅NiFeX。在一些诸如底部屏蔽之类的屏蔽仅包括NiFeX的实施例中，该屏蔽可具有从0.1μm到2.5μm的厚度。在一些诸如底部屏蔽的屏蔽仅包括NiFeX的实施例中，该屏蔽可具有从0.3μm到2.5μm的厚度。
可以认为，当X包括在NiFeX中时，膜的微结构是几乎完全或单独的（111）纹理，具有非常小或不可观察的（200）纹理。这种（200）纹理通常出现在电镀的和溅射的NiFe薄膜二者中。可以认为，但不依赖于不存在（200）纹理是理想性质的原因，例如抑制退火后的异常晶粒生长。
在一些实施例中，公开的屏蔽可包括交替的层。可在图7中看到这种屏蔽的示例。图7示出了双分子层115a、115b、115c、115d…115x。例如第一双分子层115a的每个双分子层可包括NiFeX层105a和NiFe层110a。在一些实施例中，诸如图7中所描绘的，NiFeX层105a可位于屏蔽的底部上。NiFeX层105a的NiFeX材料等等可具有与上述所讨论的那些材料相同或相似的特性。例如，NiFeX层110a等等可仅包括NiFe。在顶部屏蔽包含NiFeX双分子层的实施例中，最底层即最接近读取元件的层可以是NiFeX或NiFe。
在包括至少一个交替组的双分子层的一些实施例中，屏蔽可仅包括一组双分子层。这种实施例可包括具有可从5nm到2.5μm范围的厚度的NiFeX层和具有可从5nm到2.5μm范围的厚度的NiFe层。在一些实施例中，屏蔽可包括超过一组双分子层。在此类实施例中，NiFeX层可通常比NiFe层薄。在一些实施例中，NiFeX层可具有从1nm到500nm的厚度。在一些实施例中，NiFeX层可具有从1nm到200nm的厚度。在一些实施例中，例如，NiFeX层可具有从5nm到50nm的厚度。在一些实施例中，例如，NiFeX层可具有从5nm到10nm的厚度。在一些实施例中，NiFe层可具有从5nm到1000nm的厚度。在一些实施例中，NiFe层可具有从50nm到8000nm的厚度。在一些实施例中，NiFe层可具有从100nm到500nm的厚度。
在公开的屏蔽中，双分子层的数量可改变。在一些实施例中，可能存在至少四层双分子层，或换句话说，至少四层NiFe和至少四层NiFeX。在一些实施例中，可能存在至少五层双分子层或换句话说，至少五层NiFe和至少五层NiFeX。在一些实施例中，可能存在至少六层双分子层或换句话说，至少六层NiFe和至少六层NiFeX。在一些实施例中，NiFe层的厚度可与屏蔽中的NiFe层的数量相关。NiFe层的厚度可与NiFe的层的数量成反比。这种关系可能是由于具有使得在屏蔽中发生更少的晶粒生长的更多层的NiFeX存在。在一些实施例中，双分子层的数量和NiFe和NiFeX层的厚度可通过以下方程相关联：屏蔽的总厚度=n*（NiFeNb的厚度+NiFe的厚度），其中n是双分子层的数量。NiFe和NiFeX层的厚度之间的关系可通常取决于希望保持所有磁矩与否。在一些实施例中，在固定的双分子层重复总厚度中NiFeNb:NiFe的更高比例可意味着更低磁矩，反之亦然。磁矩的稀释可如在单层中也取决于这些层中的Nb的百分比。
在一些实施例中，包括交替的NiFe和NiFeX层的屏蔽可减少包括在屏蔽中的X的总的百分比。减少X的量可减少X对屏蔽的磁性性质的有害影响。此外，交替的层或双分子层的数量可影响屏蔽的热稳定性。随着双分子层的数量的增加，磁性性质可显示对热退火的改进抗性。
本文讨论可用来将包含NiFeNb的屏蔽结合到设备中的示例性方法。可任选地利用粘合层，例如钽（Ta）粘合层以促进溅射的NiFeNb膜粘合到屏蔽层下方的层。一些此类实施例还可包括域控制特征，例如永磁体。在这种实施例中，可在沉积域控制特征（例如，永磁体材料，例如，Cr/CoPt）层之前沉积粘合层（例如，Ta粘合层）。然后，沉积域控制特征（或将最后形成域控制特征的层或多层）。接着，清洗程序（例如，氩（Ar）等离子清洗程序）可被用来移除一部分粘合层（例如，Ta粘合层的约20到）和域控制特征层，以获得用于NiFeNb沉积的新鲜的、氧化自由表面。接着，沉积包含NiFeNb的层或双分子层。然后，可对晶片进行退火（例如，可在真空中在400℃或450℃下在例如沿着薄膜的易轴施加的1T磁场中对晶片进行退火约两小时）。这种示例性方法可产生屏蔽，例如具有理想磁性性能的底部屏蔽。然后可利用例如，光刻法和离子铣削将该屏蔽图案化成所需的屏蔽形状。在图案化之后，可采用氧化铝填充该屏蔽区域以及可执行化学机械抛光（CMP）处理以实现用于后续处理的平坦化表面。由于在CMP之前这种屏蔽已在450℃下（或例如400℃）被预处理，后续的在450℃下或更低温度下的堆叠退火将不会导致粗糙度的增加。这种溅射的底部屏蔽和读取器堆叠的界面粗糙度可由CMP工艺确定，通常为约0.3nm。
公开的屏蔽和利用公开的方法形成的屏蔽可具有改进的热稳定性，这意味着在高温（例如，400℃或450℃）下的读取器堆叠退火将不会导致屏蔽的晶粒生长和磁性质的退化。因此，可显著抑制由底部屏蔽中的畴成核和运动的相互作用产生的读取器不稳定性。
所公开的利用NiFeX的屏蔽还可包括合成反铁磁性（SAF）组件。在一些实施例中，SAF元件可包括在屏蔽的顶部（即，屏蔽的部分与读取元件接触）以进一步使读取元件稳定。在一些实施例中，包括NiFeX的屏蔽还可任选地包括SAF结构或部分。
通过以下示例示出本发明公开。将理解，特定示例、材料、量、以及程序可根据如本文所陈述的本发明的范围和精神广义地解释。
示例
纹理对热稳定性的影响
将NiFeNb（Nb=1.1at%）膜和NiFe膜的结晶形式进行比较。将这两种膜在相似的氩气压下溅射，并然后记录X射线衍射（XRD）谱。图8A和8B显示NiFeX（图8A）和NiFe（图8B）的XRD谱。通过比较看出，所沉积的NiFe膜包括（111）和（200）两个峰（图8B中的红色曲线），而沉积的NiFeNb膜仅包括（111）峰（图8A中的红色曲线）。NiFeNb还显示当热退火时非常小的微观结构改变。在400℃退火（图8A中的蓝色曲线）和450℃退火（图8A的绿色曲线）后的XRD谱几乎与沉积的曲线重叠。然而，纯的NiFe显示热退火后的重大结构改变，如由（111）纹理强度的增加和（111）和（200）峰的半最大值全带宽（FWHM）的减小所指示的。根据利用Scherrer公式的晶粒尺寸分析，发现在400℃下退火后（111）晶粒尺寸的35%增加和（200）晶粒尺寸的75%增加。
利用横截面的透射电子显微镜（TEM）进一步确认NiFeNb的热稳定晶粒结构。图9A和9B示出了1μm厚的NiFeNb（Nb=3.3at%）膜在400℃（图9A）和450℃（图9B）下两小时退火后的横截面晶粒结构。如图9A和9B所示，在退火后实际不存在结构改变。相反，溅射的NiFe膜在等温退火处理后呈现出重大的异常晶粒生长。图10A和10B示出了NiFe在400℃（图10A）和450℃（图10B）下的两小时退火后的TEM图像。可以看出，晶粒结构从柱状类型变成类似于在高温退火后的电镀NiFe薄膜中所观察到的大晶粒的随机补块（random patches）。
在热退火之后的晶粒演变还可通过膜的电阻率变化来呈现。图11示出了在具有不同Nb含量的膜的400℃和450℃退火后的电阻率的变化。从对图11的观察，随着Nb浓度改变可以看到当退火时电阻率变化的趋势中的交叉。高Nb含量膜可显示电阻率的增加，这可归因于在晶界处析出的第二相增加的散射。基于相图，高Nb浓度可导致两个相的分离。随着Nb浓度降低至低于2%，电阻率显示轻微降低的趋势，这可理解为晶粒生长和晶界散射的减少。然而，与NiFe膜的电阻率的大幅下降相比，NiFeNb（Nb～1at%）的电阻率变化是可以忽略的，这确认了退火后的NiFeNb薄膜的稳定晶粒结构。
当NiFeNb在磁场中退火时NiFeNb的特性
溅射1.0μm厚度的NiFeNb（Nb=1.1at%）膜。在退火时，沿着膜的易轴施加1特斯拉(T)磁场。图12A、12B和12C显示膜在退火的不同阶段的磁滞回线。图12A示出了所沉积的膜的磁滞回线。可以看到硬轴回线的大开口。这可能由于在膜沉积期间产生的大量的磁分散体。图12B和12C示出了在两小时的400℃下退火之后（图12B）和两小时的450℃下退火（图12C）之后的磁滞回线。根据比较，可以看出膜性能在热处理后显著提高。在450℃退火后，易轴矫顽磁性低至0.75Oe，以及硬轴回线显示线性响应，该线性响应指示膜中良好定义的各向异性和非常低的磁分散。
图6显示作为Nb含量的函数的NiFeNb膜的矫顽磁性。增加Nb含量被视为通过降低膜的易轴矫顽磁性来软化膜。在400℃和450℃下退火还进一步降低了NiFeNb膜的矫顽磁性。另一方面，NiFe膜显示与矫顽磁性的急剧增加相反的趋势，指示由于异常的晶粒生长导致NiFe膜的软磁性能的劣化。
作为比较，图13A、13B和13C示出在类似的条件下溅射的所沉积的（图13A）、在400℃下两小时的退火后的（图13B）、以及在450℃下两小时的退火后的（图13C）的NiFe层膜（sheet film）的磁滞回线。可以看出，在400℃下两小时退火后存在矫顽磁性的快速增加和失真的硬轴回线，表示膜性能的退化。该观测结果与图10A和10B中的TEM分析很好地关联，表示在高温退火后溅射的NiFe膜中的显著的晶粒生长。
作为双分子层数量的函数的热稳定性
在NiFe和NiFeX交替层的结构中，显示双分子层的数量对热稳定性的影响。图14A、14B、14C、14D、14E和14F示出了对一个双分子层（图14A）、两个双分子层（图14B）、以及六个双分子层（图14C）进行400℃两小时退火后、以及对一个双分子层（图14D）、两个双分子层（图14E）、以及六个双分子层（图14F）进行450℃两小时的退火后的磁滞回线。如图14A和14D所示，具有10nm NiFeNb/1000nm NiFe的一个双分子层的膜显示类似于在400℃和450℃退火后（图14B和14C）纯的1000nm NiFe膜中看到的退化的膜性能。随着双分子层的数量的增加，磁性质显示对热退火的改进抗性。图14B和14E显示具有5nm NiFeNb/450nm NiFe的两个双分子层的膜的磁滞回线；以及图14C和14F显示具有5nm NiFeNb/150nm NiFe的六个双分子层的磁滞回线。可以看出，一旦使用六个（6）双分子层，则膜的矫顽磁性在450℃退火时不增加并且硬轴回线保持闭合和线性。
图15示出了作为所沉积的薄膜的层压数量的函数的NiFeNb/NiFe双分子层薄膜在400℃退火后和在450℃退火后的矫顽磁性。为了便于比较，以菱形符号显示具有NiFeNb种子的单个NiFe膜的矫顽磁性。具有NiFeNb种子的单层NiFe显示矫顽磁性随着退火温度增加单调递增。在利用至少两个双分子层时，矫顽磁性在400℃退火后降低，但在450℃退火后再次增加。这表明，对于400℃退火条件，至少四次的多层重复可实现稳定的软磁性质。然而，对于450℃退火，至少六次的多层重复可实现稳定的软磁性质。从该图还可以看出，通过调节双分子层的数量，同时保持屏蔽的总厚度相同，屏蔽的热稳定性可被调节以适应所需退火条件。
因此，公开了具有包括镍合金的屏蔽的磁性设备的实施例。上述实现以及其它实现在所附权利要求的范围内。本领域技术人员将理解本发明可利用除所公开内容之外的实施例来实施。公开的实施例被提供用于说明的目的，而不是限制。

Claims (16)

1.一种用于数据存储的设备，包括：
磁阻传感器；
顶部屏蔽；以及
底部屏蔽，
其中，所述磁阻传感器位于顶部屏蔽和底部屏蔽之间，以及其中所述底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个包括NiFeNb，且Nb以不小于1原子百分比且不大于4原子百分比的量存在于NiFeNb中。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述底部屏蔽包括NiFeNb。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，Nb以不大于约2原子百分比的量存在于NiFeNb中。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个由NiFeNb组成。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述底部屏蔽具有从0.3μm到2.5μm的厚度。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述底部屏蔽包括交替的NiFe和NiFeNb层。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述NiFeNb层具有从5nm到10nm的厚度。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，存在至少4个NiFe层和至少4个NiFeNb层。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括位于磁阻传感器和底部屏蔽之间的域控制特征。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少所述底部屏蔽或顶部屏蔽、或顶部屏蔽和底部屏蔽两者进一步包括合成反铁磁性部分。
11.一种用于数据存储的设备，包括：
磁阻传感器；
顶部屏蔽；以及
底部屏蔽，
其中磁阻传感器位于所述顶部屏蔽和底部屏蔽之间，其中所述底部屏蔽和顶部屏蔽中的至少一个包括NiFeNb，且Nb以不小于1原子百分比且不大于4原子百分比的量存在于NiFeNb中，以及其中至少底部屏蔽和磁阻传感器在至少350℃的温度下进行退火。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述底部屏蔽包括交替的NiFe和NiFeNb层。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，存在至少4个NiFe层和至少4个NiFeNb层。
14.一种形成用于数据存储的设备的方法，所述方法包括：
形成磁阻传感器堆叠；
形成前体底部屏蔽以形成前体设备，所述前体底部屏蔽包括NiFeNb，且Nb以不小于1原子百分比且不大于4原子百分比的量存在于NiFeNb中；以及
在至少350℃的温度下对前体设备进行退火。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成前体底部屏蔽包括形成包括交替的NiFeNb和NiFe层的堆叠。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述退火在至少400℃的温度下进行。
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