CN103854664B - 与空气轴承表面分隔开的侧屏蔽偏置层 - Google Patents

与空气轴承表面分隔开的侧屏蔽偏置层 Download PDF

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Abstract

各个实施例可将数据存储装置配置成具有带磁性层叠的至少一个磁性元件，该磁性层叠被配置成具有空气轴承表面（ABS）且与侧屏蔽分隔开。侧屏蔽可由接触该侧屏蔽并与ABS分隔开的偏置层来偏置。

Description

与空气轴承表面分隔开的侧屏蔽偏置层
发明内容
各个实施例一般涉及能够被整合到数据存储装置中的磁性元件。
根据各个实施例，磁性元件可具有被配置成具有空气轴承表面(ABS)且与侧屏蔽分隔开的磁性层叠。侧屏蔽可由接触该侧屏蔽并与ABS分隔开的偏置层来偏置。
附图说明
图1是根据各个实施例的数据存储装置的示例性部分的框图。
图2显示了根据一些实施例构造和操作的示例磁性元件的一部分的俯视框图表示。
图3提供了能被用在图1的数据存数设备中的示例磁性元件的横截面框图表示。
图4显示了根据各个实施例的示例磁性元件的一部分的等轴框图表示。
图5例示了根据各个实施例构造和操作的示例磁性元件的一部分的俯视框图表示。
图6示出了根据一些实施例操作的示例磁性元件的诸部分的框图表示。
图7提供了例示根据各个实施例进行的示例性磁性元件制造例程的步骤的流程图。
具体实施方式
随着数据存储装置连续地争取更多数据容量以及更快的数据访问速率，数据存储组件得以在尺寸上减小，以适应更小的形状因子数据存储环境。在转动数据存储环境中，增大的面比特密度可提供较大的数据容量，但是可能具有难以区分的特定数据比特——在最小化数据磁道间距配置中尤其如此。在磁道的横向毗邻侧上引入侧屏蔽可增大数据磁道分辨率，同时减小噪声并优化磁性性能。
然而，在其中侧屏蔽的磁化诸如因造成磁性不稳定性和增大的磁性不对称性而不利地影响磁性层叠的情形中，在磁性层叠近侧定位一个或多个侧屏蔽可能造成操作难度。因而，减小的形状因子的数据存储装置中的可靠数据分辨率对于侧屏蔽的磁性稳定而言是关键的。
考虑到这些因素，可用具有空气轴承表面(ABS)并与侧屏蔽分隔开的磁性层叠来配置磁性元件，该侧屏蔽通过与此侧屏蔽接触并与ABS分隔开的偏置层来偏置。调整偏置层的位置、大小和偏置特性的能力实现侧屏蔽中的磁化的稳定，这转变为在不增加ABS上的磁性元素的屏蔽-屏蔽间隔的情况下的优化的磁性层叠的性能。
图1一般例示了根据各个实施例的可利用偏置侧屏蔽的示例数据存储装置的数据部分100的框图表示。数据部分100以具有致动组件102的非限制性环境的形式示出，该致动组件102在能够存储经编程的比特108的磁性存储介质106上定位换能头104。存储介质106被附接到主轴马达110，主轴马达110在使用过程中旋转以产生空气轴承表面(ABS)112，在其上面，致动组件102的滑块部分114飞行，以将包括换能头104的头万向组件(HGA)116定位在介质106的预定部分之上。
换能头104可包括一个或多个换能元件，如磁性写入器和磁性响应性读取器，它们操作以分别进行编程和从存储介质106读取数据。由此，致动组件102的受控运动导致了换能器与在存储介质表面上所定义的磁道(未示出)的对准，以写入、读取，以及重写数据。
应当注意，术语“层叠”在本公开中是非限制性术语，其可以是能够进行磁性读取和写入的一个或多个磁性或非磁性层。贯穿本申请中，术语“层叠”将被理解为表示被构造成具有大于预定阈值的厚度(诸如大于组件的宽度的厚度)的组件。例如，但是并非以任何方式进行限制，侧层叠可以是单个导磁材料层，而磁性层叠可以是能写入或读取被编程的数据比特的磁性或非磁性层的层压结构。
由于数据容量和访问速率随着换能头104尺寸的减小以及数据比特108密度的上升而增大，因此与磁性读取器或写入器横向毗邻的区域的侧屏蔽可提供对于从此类增大的数据比特密度区分比特而言有益的增大的分辨率。图2示出了能被用在图1的数据部分100中的示例磁性元件120的一部分的俯视图框图表示。磁性元件120具有布置在空气轴承表面(ABS)上的侧层叠124之间的磁性层叠122，诸如能够在外部数据比特之间进行区分的磁性和非磁性层的层压结构。
磁性122层叠和侧124层叠的大小、材料和类型不限于特定配置，但是在图2中被示为具有沿Z轴自ABS测量的公共长条高度(stripe height)126。公共长条高度126可使不同的磁性层叠宽度128与可提供最佳磁通量屏蔽以增大磁性层叠122的数据分辨率的侧层叠宽度130形成对比。
虽然侧层叠124可被配置成与磁性层叠122毗邻且分隔开的固体或层压结构，但是侧层叠124的类型和用途不限于磁性屏蔽。例如，至少一个侧层叠124可以是能够进行数据感测的层压结构，诸如磁阻元件、自旋阀(spin valve)、或固态存储器单元，其具有与磁性层叠122相比不同的宽度130和长条高度126。此类侧层叠124配置可被用来增大数据读回速率、感测元件120与数据介质之间的间距、以及提供源自对毗邻数据磁道的同时访问的两维数据读取。
不管侧层叠124的配置和类型如何，靠近磁性层叠122存在磁化可能阻碍数据访问可靠性和速度，因为不定(errant)磁化向量引起磁性层叠122的诸部分中的不稳定性。此类不定磁化在具有长的长条高度126(如在一些实施例中被定义为具有大于宽度的长度)的磁性元件120中会是尤其有害的。不管具有可调整尺寸的横向侧层叠124以及一个或多个纵向屏蔽132的存在性，磁化不稳定性可能因增添不能通过包括附加外部屏蔽来减轻的噪声和磁性不对称性而阻碍磁性层叠122的数据分辨率。
图3显示了能被用在图1的数据存数设备中的磁性元件140的另一示例的横截面框图表示。磁性元件140具有位于ABS上的顶部144屏蔽和底部146屏蔽之间的侧屏蔽142。虽然各个实施例将侧屏蔽142配置成一种材料的单个层，但是使用铁磁148层和间隔150层的层压结构可提供调整侧屏蔽142的磁屏蔽属性的能力，诸如通过将层148和150配置成具有不同的材料、厚度、和形状。
通过将铁磁材料引入侧屏蔽142，在长条高度152中磁化可能是非均匀的，这对于侧屏蔽142的磁性稳定性和不对称性而言可能是有害的。在具有长的长条高度152的一些实施例中，可在具有沿Z轴的与ABS正交的一般磁化方向的ABS的远侧找到非均匀磁化区域，这进一步增大了磁性不对称性，并且会对磁性元件140中的整体磁性不稳定性作出贡献。通过将偏置层154耦合至侧屏蔽142中可能呈现有害的磁化方向(诸如横向磁性定向)的预定区域，可减轻有害磁化。
应当注意，偏置层154的材料、大小以及相对于侧屏蔽142的位置不限于图3中所示的配置，并且可被调节以提供对不定侧屏蔽磁化的减轻。在由示例磁性元件140提供的实施例中，偏置层154被构造成反铁磁(AFM)和/或合成反铁磁(SAF)，其被定位成与侧屏蔽142的铁磁层148中的一个接触，与ABS相距预定距离156，同时具有沿Z轴自预定距离156的末端测得的连续预定长条高度158。此类对偏置层154远离ABS的定位可在不用在ABS处向磁性元件140增添大小的情况下向侧屏蔽142的预定部分精确地提供偏置磁化。
偏置层154被配置成具有沿Y轴测得的厚度，该厚度与在顶部屏蔽144与侧屏蔽142之间的覆层(cap layer)160相匹配，但不限于此定向，因为偏置层154可被构造成侧屏蔽142、顶部屏蔽144、和底部屏蔽146的部分以便提供对侧屏蔽142的偏置磁化。例如，偏置层154可以以形成为像凹口、斜角、和切口之类的特征的凹槽的形式被部分或整体定位在顶部屏蔽144的范围内。不管偏置层154是否被定位在顶部屏蔽142的范围内，偏置层154与顶部屏蔽144的磁性隔离可通过将磁性绝缘体162放置在顶部屏蔽144与偏置层154之间来达成。
虽然单个偏置层154可被调整并用来阻止侧屏蔽142的诸部分的磁化，但不要求此类配置，因为多个偏置层154可被定位成处在单个铁磁层148的不同区域上以及处在分开的诸铁磁层148上与ABS分隔开。即，具有类似或不同的材料、长条高度158、以及厚度的一个以上的偏置层154可与侧屏蔽142的诸个不同部分接触，诸如分别在分开的铁磁层148上覆160层和种子164层的近侧处。
作为示例，第一偏置层154可在与ABS相距第一距离下从第一铁磁层148连续扩展至顶部屏蔽144中的凹口中，而第二偏置层具有一厚度，该厚度与种子层164匹配，且不扩展至底部屏蔽146的连续均匀横截面中，并且在与ABS相距不同于第一距离的第二距离下与第二铁磁层148接触。通过此类用于向侧屏蔽142提供偏置磁化的多种调整能力，可达成精确的磁化配置，该精确的磁化配置优化侧屏蔽142的磁通量抑制，同时增大磁性元件140的分辨率。
图4例示了具有分别配置成带有调整的偏置层186和188的侧屏蔽182和184的示例磁性元件180的一部分的等轴框图表示。在侧屏蔽182中，侧屏蔽182的一部分已被移除并且被偏置层186代替。偏置层186的位置，即侧屏蔽182的移除区段，被调整成与ABS相距第一距离188且具有长条高度190的预定位置。虽然未被示出，但是偏置层186可被配置成具有基本上与从侧屏蔽182移除的材料的量相匹配的大小和形状，这导致侧屏蔽182在其长条高度192中具有均匀的形状。
偏置层186的配置可通过被定位在侧屏蔽184的凹槽194和面积范围内的偏置层188来形成互补(complement)。偏置层188与ABS的距离196、偏置层188的厚度198和长条高度200可被各自调整，以提供侧屏蔽184中与侧屏蔽182相比不同的大小和磁性特性。通过图4中所示的调整的偏置层186和188的不同大小和位置，侧屏蔽182和184可呈现不同的磁性特性，这些磁性特性有助于增大磁性层叠202的磁性稳定性、不对称性、和分辨率。
然而，对磁性元件180的调整并非是在侧屏蔽182和184的领域中专有的(exclusively)，因为可在优化成与调整的偏置层186和188联用的预定配置中构造磁性层叠202。在图4中，磁性层叠202被配置成由非磁性间隔的任一侧上的磁性自由层204表征的“三层”读取传感器。三层配置在减小的形状因子的数据存储环境中尤其有用，因为磁性层叠202中缺少固定磁化层使得ABS处的磁性元件180的厚度最小化，这就是被称为屏蔽-配置间隔的。
磁性层叠202的三层配置可由分开的后部偏置磁体206来进一步表征，该分开的后部偏置磁体206将磁性自由(magnetically free)层204设置成默认磁化，这可被调整成补充偏置层186和188以提供预定磁化定向，诸如在侧屏蔽182和184中沿X轴与ABS平行。作为磁性层叠202的调整概率的示例，相应自由层204的厚度206可以是相同或不同的，同时可被选择成与ABS上的一个或多个侧屏蔽182和184的宽度相对应。
图5显示了根据各个实施例调整的示例磁性元件210的一部分的俯视框图表示。跨磁性层叠218从一个侧屏蔽214连续横跨至另一个216的单个偏置层212例示了对磁性元件210的磁化不限于与每个侧屏蔽相对应的分开的偏置层。
如图所示，偏置层212具有由长条高度220和宽度222定义的矩形形状，并且被定位成与ABS相距预定距离224。然而，此类配置并不进行任何限制，因为各个实施例将偏置层212配置成具有圆形、方形、或相对于ABS倾斜的梯形形状以使得从偏置层212至ABS的距离沿着X轴变化。磁性层叠218以及两个侧屏蔽216和218的诸部分的连续横跨可允许磁性层叠的诸部分(诸如图4的磁性自由层204中的一个)的偏置来作为后部偏置磁体的补充或替代。
单个偏置层212可被定位成在侧屏蔽214和216以及磁性层叠218的顶上，诸如在顶部屏蔽的凹槽中，但是不排除使用定位成在ABS的远端的附加且可能分开的偏置层来补充连续偏置层212。不管偏置层212是被个体地使用还是被作为偏置层的集合的部分来使用，每个偏置层的调整的配置可提供预定侧屏蔽和磁性层叠磁化，这通过定位在预定区域的近端而非遵循侧屏蔽和/或磁性层叠的形状和大小来提升磁性元件210的磁性稳定性。
图6一般地例示了作为根据各个实施例配置的一个或多个偏置层的结果被定向成预定磁化的示例侧屏蔽230和磁性层叠232的俯视图框图表示。
在基本上平行于ABS的方向上定向侧屏蔽的磁化可引起磁性层叠232中——特别是在ABS的近端——的预定磁化方向。侧屏蔽230的磁化例示了磁化方向中的变化可如何调整以使得对于ABS近端的磁性层叠232的磁化不是有害的。
虽然图6中所示的磁化例示了可根据一些实施例如何调整各个层，但是磁化不受限制，因为可通过将一个或多个偏置层定位成与ABS远端的侧屏蔽230接触来提供不受限的磁化方向和强度。根据各个实施例，侧屏蔽230和磁性层叠232中预定方向上的一般磁化定向可被配置成具有单轴各向异性，该单轴各向异性进一步支持磁化沿预定方向的发展。
图7提供了根据各个实施例进行的用于提供配置成提供通过顶部屏蔽的磁通闭合的侧屏蔽层压结构的示例性磁性元件制造例程250。最初，在步骤252，例程250可确定侧屏蔽和磁性层叠的配置。如以上所讨论的，对于多个侧屏蔽，长条高度、宽度、层的数目、和材料可以是类似或不同的，而磁性层叠可被构造成三层固定磁化参考层——包括数据读取层压结构以及具有唯一性或公共大小和长条高度的数据写入器。
在步骤252中确定相应的侧屏蔽和磁性层叠的配置之后是步骤254，在那里，设计一个或多个偏置层的至少位置、大小和材料。即，侧屏蔽和磁性层叠的配置可提供磁化特性(诸如横向磁化方向的局部化区域)，其确定减轻那些磁化特性的偏置层的设计。作为一示例，结合长的长条高度磁性层叠将侧屏蔽配置成磁性和非磁性层的层压结构可对应于一个或多个偏置层的特定大小、与ABS相距的位置、形状和材料。
步骤256接下来遵循步骤252和254中确定的尺寸和材料在并发或连续沉积工艺中形成预定磁性层叠和侧屏蔽。在形成侧屏蔽的情况下，判决258评估在步骤254中设计的偏置层是部分还是整体地嵌入到侧屏蔽和/或磁性层叠中。如果偏置层的至少一些将被嵌入，则步骤260移除所形成的磁性层叠和/或侧屏蔽的诸部分，以使得在步骤262中形成的偏置层恰当地符合预定配置。如果没有偏置层要嵌入，则判决258行进至步骤262，以在不用移除磁性层叠和侧屏蔽中的任一个的情况下形成偏置层。
可领会，通过例程250，可构造具有调整的磁性层叠、侧屏蔽和偏置层的磁性元件以提供优化的磁性稳定性和不对称性。然而，例程250不受限制，因为可省去、改变和添加各个步骤。例如，例程250可进一步包括形成和处理顶部和底部屏蔽的步骤，该顶部和底部屏蔽可具有容纳偏置层的诸部分的凹口和凹槽。
可领会对至少具有向侧屏蔽提供偏置磁化的偏置层的磁性元件的调整。调整偏置层的配置(诸如利用偏置层与ABS相隔的距离)的能力可控制侧屏蔽磁化。此外，对在ABS远端的偏置层的定位实现磁化控制，同时不增加ABS上的磁性元件的屏蔽-屏蔽间距，这允许磁性元件更容易地用在缩减的形状因子的数据存储环境中。
将理解，尽管在先前描述中连同各实施例的结构和功能的细节一起阐述了本公开的各实施例的许多特性和结构，但是此详细描述仅仅是示例性的，并且可以在细节上作出修改，尤其在由表达所附权利要求的术语的宽泛的一般含义所指示的尽可能范围内在本公开的原理内对部件的结果和布置的诸方面作出修改。例如，在不偏离本发明技术的精神和范围的情况下，特定元件可以取决于特定应用而变化。

Claims (19)

1.一种包括配置成具有空气轴承表面(ABS)并且与侧屏蔽分隔开的磁性层叠的数据存储装置，所述侧屏蔽由与所述侧屏蔽接触并与所述ABS分隔开的延伸到顶部屏蔽的凹口中的偏置层来进行偏置。
2.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述磁性层叠被配置为三层读取传感器，所述三层读取传感器包括第一和第二磁性自由层，没有磁性钉扎参考结构。
3.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述磁性层叠被配置为包括至少一个固定磁化参考层的磁阻读取传感器。
4.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述偏置层包括合成反铁磁体。
5.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述侧屏蔽包括单个导磁材料层。
6.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述侧屏蔽包括磁性和非磁性层的层压结构。
7.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述偏置层被放置在所述侧屏蔽和顶部屏蔽之间。
8.如权利要求7所述的数据存储装置，其特征在于，绝缘体层被放置在所述偏置层与顶部屏蔽之间，以使所述偏置层与所述顶部屏蔽在磁性上绝缘。
9.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述偏置层延伸到所述侧屏蔽中的减小厚度的部分中。
10.如权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于，所述偏置层连续地延伸成与所述侧屏蔽和磁性层叠两者接触。
11.一种设备，包括：
配置成具有空气轴承表面(ABS)且与侧屏蔽分开的磁性层叠；以及
用于将所述侧屏蔽偏置成预定磁化的装置，所述的将所述侧屏蔽偏置的装置与所述侧屏蔽接触并与所述ABS分隔开、伸到顶部屏蔽的凹口中。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于使侧屏蔽偏置的装置包括接触所述侧屏蔽的连续偏置层。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于使侧屏蔽偏置的装置包括接触所述侧屏蔽的不同区域的多个偏置层。
14.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述预定磁化基本上平行于所述ABS。
15.一种包括配置有空气轴承表面(ABS)的磁性层叠的数据元件，所述磁性层叠被放置在第一与第二侧屏蔽之间并与所述第一和第二侧屏蔽分隔开，所述侧屏蔽由分别接触所述侧屏蔽的伸到顶部屏蔽的凹口中的第一和第二偏置层来偏置，每个偏置层与所述ABS分隔开。
16.如权利要求15所述的数据元件，其特征在于，所述第一和第二偏置层具有不同的长条高度。
17.如权利要求15所述的数据元件，其特征在于，所述第一和第二偏置层在与所述ABS相距公共距离下分别接触所述第一和第二侧屏蔽。
18.如权利要求15所述的数据元件，其特征在于，所述第一和第二偏置层在与所述ABS相距不同的距离下分别接触所述第一和第二侧屏蔽。
19.如权利要求15所述的数据元件，其特征在于，所述偏置层中的至少一个被嵌入到形成于所述第一和第二侧屏蔽的至少一个中的凹口中。
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