CN105321573A - 具有调谐微结构的数据读取器 - Google Patents

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CN105321573A CN201510455790.7A CN201510455790A CN105321573A CN 105321573 A CN105321573 A CN 105321573A CN 201510455790 A CN201510455790 A CN 201510455790A CN 105321573 A CN105321573 A CN 105321573A
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Abstract

数据读取器可用调谐微结构配置，通过初始冷却基板至100K或更低的温度随后在该基板保持所述温度时在该基板上沉积至少一层数据读取器来实现。该调谐微结构可由下述组成：至少一种颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积和磁阻。

Description

具有调谐微结构的数据读取器
概述
各实施方式使用调谐微结构配置数据读取器，通过初始冷却基板至100K或更低的温度随后在该基板保持所述温度时在该基板上沉积至少一层数据读取器来实现。该调谐微结构可由下述组成：至少一种颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积(resistance-areaproduct)和磁阻。
附图简要说明
图1A和1B分别显示根据各实施方式配置的示例数据读取器的各部分的框图。
图2A和2B显示根据各实施方式的示例数据读取器制造组件的各部分的顶部和侧面框图。
图3显示根据一些实施方式配置的示例数据读取器制造系统的一部分的框图。
图4提供示例操作数据，显示原位低温冷却沉积对单一薄膜(例如CoFe30和CoFeB20)粗糙度的效果。
图5是对比原位和非原位低温冷却方法的基板温度的示例制造数据图。
图6图示原位和非原位低温冷却方法构建的数据读取器堆叠件(datareaderstack)的隧道磁阻的比较数据。
图7是操作数据图，显示数据读取器堆叠件的原位和非原位低温冷却方法之间的MR/RA值比较。
图8图示数据读取器堆叠件的不同温度下原位低温冷却方法和非原位低温冷却方法之间的击穿电压的比较操作数据。
图9提供可根据一些实施方式进行的示例颗粒尺寸调谐例程。
图10是根据各实施方式配置和操作的数据储存系统的示例部分的框图。
具体实施方式
消费者和工业对储存容量更大和数据访问时间更快的数据储存设备日益增长的需求突出了对降低数据比特的物理尺寸和邻近度的要求。考虑了对数据比特敏感的磁性数据读取器可用MgO势垒层配置，其允许使用物理上更小的数据比特并维持可接受的磁阻(MR)特性。然而，物理尺寸降低的数据读取器可能混入无意的材料，界面表面粗糙，并且颗粒尺寸相对较大，这会阻碍在任何进一步降低数据比特大小时维持可接受的MR特性。
因此，数据读取器可用调谐微结构构建，通过初始冷却基板至100K或更低的温度随后在该基板保持所述温度时在该基板上沉积至少一层数据读取器来实现。在主动冷却基板以维持低温的同时沉积磁性和非磁性数据读取器层可优化调谐微结构，表现在至少一种颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量上，进而表现在磁阻、夹层耦合和阻抗-面积积上。
与沉积各层时稍稍冷却基板或在室温下沉积相比，将所述基板维持在低温可使沉积的数据读取器的一层或多层具有降低的颗粒尺寸和表面粗糙度。此外，材料沉积期间通过与冷却气体接触来控制低温的能力可提供基板温度均匀度，其可调谐颗粒尺寸分布并优化数据读取器的晶片内均匀度和晶片间均匀度。
图1A和1B分别显示示例磁性堆叠件100和110的各部分的框图，所述磁性堆叠件可配置为较小的物理尺寸并用于根据一些实施方式的数据储存系统中。图1A显示示例三层磁性堆叠件100，其可表征为通过非磁性势垒层隔开的第一磁性自由层102和第二磁性自由层104。磁性自由层102和104可通过物理分隔机构偏置，使得所述层单独响应所遇到的数据比特而无需固定磁化结构存在于空气承载表面(ABS)上。
磁性自由层102和104可具有相似或不相似的大小、厚度和材料，其可提供物理上的小的磁性堆叠件100面积。在各实施方式中，势垒层106含MgO，使磁性堆叠件100的MR值得以保持，尽管阻抗面积积降低。MgO材料还可用于图1B的隧道磁阻(TMR)磁性堆叠件110，作为势垒层112将磁性自由层结构114与固定层磁化结构116分离。在一些实施方式中，自由层结构114由单层材料组成，而其他实施方式中则将自由层结构114调谐为多层的层压结构，其可分别为磁性或非磁性材料。
固定层磁化结构116可以各种不同非限制性构型配置，但一些实施方式使用钉扎(pinning)层例如反铁磁材料来设定钉扎的参考层的磁化方向。该钉扎的层和钉扎层可配置为将固定层磁化结构116表征为合成的反铁磁体(SAF)，其利用反铁磁耦合提供参考磁化，自由层114的感测磁化(sensedmagnetization)可与之关联从而鉴定被编程的逻辑状态。
不管数据储存设备中使用何种磁性堆叠件100和110，自由层102、104和114中磁化的颗粒尺寸可决定数据读取器的精度和面积比特密度(arealbitdensity)性能。图2A和2B分别显示示例磁性堆叠件制造组件120的一部分的侧面和顶部框图，该组件配置为构建可纳入各实施方式中的磁性堆叠件中的至少一个磁性自由层112。
图2A显示磁性自由层112的侧视图，其可偏置为默认磁化，但其对所遇到的数据比特敏感。自由层122可由纳米级厚度(沿Y轴所测)的磁性合金构建，例如CoFe、CoFeB和NiFe，其可为磁性敏感的。自由层122的材料可与晶体结构(例如体心立方(BCC))和晶格结构对应，其与自由层122、磁性堆叠件和数据读取器的数据读取性能相对应。
稍稍冷却或室温下将材料沉积在基板124上可产生具有均匀或非均匀粗糙度的界面表面126，其可在磁性自由层122中具有大尺寸的和/或非均匀的磁颗粒。即，将自由层122材料沉积在室温基板124上产生的界面表面126粗糙度可抑制于沉积在该自由层122上的磁性层中形成超精细磁颗粒。在一些实施方式中，基板124同时支持约100,000个读取器管芯以及可能的每管芯1-10个分离的数据读取器。
图2B描述磁性自由层122的一部分以及示例磁颗粒128的俯视图，所述磁颗粒安排在整个自由层122的非限制性图案中。实心圆130代表可在高面积比特密度数据储存环境中提供性能优化的颗粒尺寸和位置。相反，虚线圆122代表磁性层的示例颗粒尺寸和与其他颗粒的邻近度，所述磁性层沉积在粗糙度大于0.2nm的界面表面上。因此，降低自由层122中的颗粒128的物理尺寸和邻近度有助于增加磁场分辨率，其可更精确地感测数据比特的磁极性，该数据比特具有更小的物理尺寸并在数据储存介质上具有提高的密度。
考虑基板124可通过与一个或多个卡盘134接触而被冷却到相对较低的温度。通过冷冻该自由层122材料的微结构，该基板124冷却可降低磁颗粒128的尺寸。然而，由于接触冷却卡盘134和沉积腔室之间的过渡中基板124受热，相对于磁性自由层122的沉积，非原位冷却基板124可诱导工艺变化和形成不一致的自由层122，其中自由层122材料可在沉积室内沉积。
应注意冷却卡盘134可在使用自由层沉积方法的公共腔室中实现，例如溅射和物理气相沉积机构(PVD)。然而，与卡盘134的物理接触可能不能均匀冷却基板124至某一温度，而是会产生温度梯度，该温度梯度导致自由层122的磁性性能下降。即，卡盘134可在沉积自由层122的同时冷却基板124，但该制造不精确，这是由于基板124可具有不均匀温度，该不均匀温度与具有不均匀晶体结构、晶格结构和晶粒尺寸的自由层122相对应，这会抑制磁性堆叠件中的磁响应和MR，对数据读取性能造成破坏。
考虑到这些问题，图3显示根据一些实施方式配置和操作的示例数据读取器制造系统140的一部分的框图。读取器制造系统140可具有公共腔室142，其中至少存在一个基板144。腔室142可配有一种或多种不同类型的材料沉积机构146，例如溅射和PVD机构，其可静态和动态形成至少一层磁性堆叠件148。应注意磁性堆叠件148的各层可用不同沉积机构146、材料和厚度150选择性形成，并且基板144经过或不经过冷却。
在一些实施方式中，通过优化冷却气体152(例如He)从冷卡盘154向基板144的传热，基板144连续冷却至低温，例如90K。例如，冷却气体152可通过喷嘴、喷射口和孔进入公共腔室142，以接触基板144，并增加传热以使基板144更快冷却至低温。维持卡盘154和基板144之间的冷却气体152可提供均匀的基板144温度，和提供响应磁性堆叠件148各层的沉积产生的热量来维持基板144温度的能力。
腔室142、卡盘154和沉积机构146可通过例如密封的分叉156配置为同时操作，从而在磁性堆叠件148沉积在顶部基板表面时，基板144的底部基板表面同时冷却。虽然磁性堆叠件148可用任何数量的层和不同材料形成，例如图1A和图1B中分别所示的三层100和TMR110，各实施方式初始沉积直接与基板144接触的磁性或非磁性籽层158。
籽层158可具有调谐材料和厚度构造，其允许后续沉积的磁性自由层160具有优化的磁特性，例如单轴各向异性和晶格结构。应注意，并不需要籽层158，根据各实施方式，其可被省略或替代。不考虑籽层158的插入，相比室温基板或未连续冷却的基板上的自由层沉积，基板144的同时冷却建立并维持低温，连同磁性自由层160的沉积，所述冷却可冷冻自由层材料的晶体结构并产生小颗粒尺寸并降低颗粒邻近度。
在基板144通过冷却气体152维持低温的同时形成磁性自由层160还可产生光滑界面表面162，其上可沉积有具有优化的磁性特征的势垒层164。比较而言，在相对粗糙的界面表面162(如图2A所示的粗糙度)上形成的势垒层164可经历材料扩散并混入磁性堆叠件148的层之间，其通过诱导磁性不对称和磁性堆叠件148的第一自由层160与第二自由层166之间的铁磁耦合来限制数据读取性能。
因此，磁性堆叠件148的各层沉积时基板同时冷却至低温可提供调谐的磁颗粒大小和优化的数据读取性能，这是由于磁性不对称和穿过势垒层164的铁磁耦合降低，而这至少是因为更平滑的界面表面、更少的材料扩散和更少的材料混入。磁性堆叠件148材料沉积期间调谐基板温度的能力还允许对数据读取性能的优化，这是因为冷却气体152可调节为适应基板144温度和基板温度均匀度，以优化磁性堆叠件148的各层的磁性特征。
转至图4所示的示例结构数据，其对应部分或完全沉积在主动保持低温(例如50K)的基板或室温(例如300K)基板上的数据读取器。柱172代表低温基板上的材料沉积如何能够具有减小的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布以提供降低的粗糙度。柱172与柱174比较，后者显示室温基板如何促进CoFe30磁性材料具有更高的材料表面粗糙度。
柱176和178分别代表低温和室温基板，显示CoFeB20材料沉积期间不同的材料表面粗糙度。沉积在低温冷却或室温基板上的材料的材料表面粗糙度的对比支持了基板低温如何可被调谐为产生例如0.25-0.35nm的表面粗糙度。例如，第一数据读取器材料可沉积在室温基板上，提供相对粗糙的界面，而第二数据读取器材料可在基板维持50K时沉积在所述第一材料的顶上，产生相对平滑的表面粗糙度。
图5显示根据一些实施例实施的非原位和原位冷却磁性堆叠件基板的相关数据。应理解，原位冷却涉及数据读取器磁性堆叠件的各层在该基板上形成时在相同位置、相同时间冷却基板至低温。还应理解，非原位冷却的特征为相继、非同时冷却基板，然后进行数据读取器磁性堆叠件的部分的沉积。
实线182代表示例性原位基板温度随时间的变化情况。虚线184代表示例性非原位基板温度随时间的变化情况。线182和184代表的基板各自冷却至约90K低温，但非原位线184随时间离开低温。该温度差异可能归因于通过接触冷却气体而连续冷却的原位基板，其与非原位基板相反，后者由于室温沉积环境和材料颗粒沉积产生的热的组合而温度升高。
对于原位冷却212来说，基板温度随时间的变化较小(例如小于0.1℃)，显示了如何在磁性堆叠件形成期间控制冷却以消除基板变暖。相反，观察到非原位冷却214可具有较大的基板温度波动(例如超过20℃)，这可产生不均匀的基板温度分布、不同的磁性材料颗粒尺寸以及增加的界面表面粗糙度。考虑基板温度的各自变化(原位的0.1℃和非原位的20℃)还可在晶片之间发生。即，在磁性堆叠件初始沉积在基板上时，原位或非原位方式冷却至低温的大量基板之间观察到的温度变化可分别具有相对小或大的温度分布。
利用一直维持基板温度如90K和随时间保持温度的能力，原位冷却基板的顶上形成的磁性堆叠件可具有优化的数据读取性能，其对应于更小的磁性颗粒和降低的层间表面粗糙度。图6显示了与根据各实施方式用原位和非原位冷却基板制造的数据读取器磁性堆叠件相关的操作数据。实线192对应于就各种阻抗面积积而言的原位冷却基板的平均隧道磁阻(TMR)，而虚线194代表非原位冷却基板上形成的数据读取器的TMR数据。
图7还展示了分别对应于原位和非原位冷却基板上构建的数据读取器磁性堆叠件的示例性操作数据。如图所示，实线202代表就各种磁性堆叠件阻抗面积积而言的原位冷却基板的磁阻除以阻抗面积积所得数值(MR/RA)。虚线204代表就各种磁性堆叠件阻抗面积积而言的非原位基板冷却磁性堆叠件的MR/RA值。
考虑TMR磁性堆叠件可用从冷却基板起与势垒层相对的基准结构进行构建，而没有图6和7所示的TMR和MR/RA值数据的显著变化。原位192和202性能数据与非原位194和204数据的比较表明，相对于磁性堆叠件形成期间变暖的非原位冷却基板，磁性堆叠件形成期间连续冷却基板如何确保该基板维持低温以及沉积材料具有较小颗粒和平滑界面表面。
作为图6和7所示的示例性能数据的非限制性定量化，针对各磁性堆叠件，原位沉积的磁性堆叠件的TMR相对于非原位沉积的磁性堆叠件提高5-50％。原位基板的该数据读取性能的提高还可归因于磁性堆叠层材料更少发生界面扩散和混入。不管形成原位磁性堆叠件时数据读取性能优化的来源，图6和7的数据支持了磁性堆叠件形成期间用以维持基板低温的基板连续冷却如何调谐各磁性堆叠层的磁性颗粒尺寸以提高面积比特密度较高的数据储存环境中磁性堆叠件读取数据比特的准确性。
采用原位基板冷却还可通过降低层间表面粗糙度来优化磁性堆叠件性能，这对应于穿过势垒层的减小的磁性自由层耦合和更高的击穿电压。换句话说，磁性堆叠件中减少的磁性颗粒可通过磁性堆叠件中更平滑的界面表面得到补偿，其允许形成势垒层，优化三层磁性堆叠件中两个磁性自由层之间或TMR磁性堆叠件中自由层和参考层之间的相互作用。
图8显示根据各实施方式的各种不同基板条件中构建的磁性堆叠件的相关数据。如图所示，对于不同基板低温来说，磁性堆叠件的击穿电压可随着各种不同阻抗面积积而变化。相比实线214、216和218(其分别采用不同低温处的原位基板冷却以提高击穿电压)，虚线212代表非原位基板冷却条件，在该条件下基板温度梯度和基板升温可具有降低的击穿电压。
对于原位基板冷却，调谐基板至单一低温例如80K的能力和在多个不同低温例如70K和90K之间变化的能力允许各磁性堆叠件的各层以优化参数(例如磁性颗粒尺寸)沉积到具有优化粗糙度(例如0.2nm)的表面上。
虽然不受限制，原位低温冷却和膜沉积可按两种不同方法进行。第一种方法在沉积至少一个膜前在相同腔室中于低温下将基板低温冷却至该低温。第二种方法在第一腔室(可能仅具有低温冷却功能)中预冷却基板，然后将基板移至第二腔室以在沉积至少一个膜前在相同腔室中于低温下将基板进一步低温冷却基板至该低温。所述低温可为150K或更低温度，例如100K或更低和50K或更低。
两种原位低温冷却和膜沉积方法之一可用于磁性堆叠件的任何数量的磁性层，例如第一或第二磁性自由层，或可用于多磁性层，例如图1A所示的三层MgOTMR堆叠件的第一和第二自由层。该原位低温冷却和膜沉积方法可用于磁性固定层或磁性自由层。该原位低温冷却和膜沉积方法可在固定磁性层和自由磁性层上同时进行，例如图1B所示的底部钉扎的MgOTMR堆叠件。该原位低温冷却和膜沉积方法可用于自由磁化层或固定磁化层，或者用于顶部钉扎的MgOTMR堆叠件中的自由层和固定层。
根据各实施方式，TMR堆叠件中使用的MgO势垒可于室温或升高的温度沉积。MgOTMR堆叠件中的固定层和自由层可为单一层或多个层的层压结构。固定磁化层和自由磁化层的材料可为但不限于Co、Fe、Ta、CoFex、CoFexBy、CoFexTay、CoFexByTaz、NiFex、NiFexZry和NiFexNby。原位低温冷却和膜沉积腔室中所用低温冷却介质可为He气或具有低液化温度(liquidationtemperature)并且对沉积膜活性低的其他气体。该介质可确保基板晶片快速均匀冷却，这可优化晶片间均匀度、晶片间可重复性和晶片加工吞吐量。
图9是示例性数据读取器颗粒尺寸调谐例程230的流程图，其可按各实施方式进行以提供针对面积比特密度较高的数据储存环境进行优化的数据读取器。例程230可从步骤232中的冷却基板至某一温度开始。在一些实施方式中，基板可在第一腔室中通过例如图2A的冷却卡盘初始冷却相对较短时间，例如1350秒，然后在第二腔室(例如图3的腔室142)中在一个或多个磁性堆叠层沉积期间用冷却气体进一步冷却。
考虑步骤232用沉积构件在公共腔室中进行基板原位冷却约900秒，例如865秒。沉积磁性堆叠层之前调谐基板冷却的能力可允许减少磁性堆叠件加工时间并降低磁性堆叠件形成期间的基板温度。步骤234中达到低温例如90K将例程230推进至步骤236，在步骤236中，在将基板原位冷却并保持在低温的同时沉积磁性自由层。相比非原位冷却基板和室温沉积的磁性堆叠层，步骤236中磁性自由层的沉积可对应于降低的磁性颗粒尺寸和表面粗糙度。
应注意步骤236可形成一层或多层固定磁化参考结构，例如图1B的结构116，而非磁性自由层。在允许基板升温至较高温度例如200-300K后，通过具有平滑界面表面和调谐磁化颗粒尺寸的磁性自由层或参考结构，MgO势垒层可在步骤238中沉积在界面表面顶上。相比粗糙表面，在相对平滑表面上形成势垒层可减少穿过势垒的磁性自由层耦合并优化磁性自由层和势垒之间的晶格匹配。调谐该较高基板温度(势垒层于该温度下沉积)的能力可优化穿过势垒层的磁性相互作用和MR值。
然后，步骤240可主动冷却基板至较低温度，其可为50K-300K之间，然后步骤242将至少一层磁性自由层沉积在势垒层顶上。相比沉积势垒层，用于沉积自由层的低基板温度可提供降低的自由层颗粒尺寸、颗粒尺寸分布和阻抗面积积，这与沉积在室温或接近室温的基板上的自由层形成对照。应注意，相比于沉积在连续保持一致温度的基板上的数据读取器，针对数据读取器的不同层的基板温度的调谐可提供优化的性能。为了沉积与基板分离的数据读取器层，在步骤240中冷却基板还允许以颗粒尺寸、层间耦合和阻抗面积积的形式调谐数据读取器性能增益。
步骤236和242期间的基板的主动原位冷却与非原位基板冷却不同，后者在数据读取器层的沉积期间基板连续升温。应理解，相比于步骤240中对冷却基板温度的维持，该非原位沉积与较高的自由层颗粒尺寸和降低的数据读取器性能相对应。主动维持冷却基板温度的能力提供了提高的基板温度均匀度并且允许对穿过势垒层的磁性相互作用进行优化，所述势垒层位于步骤236中形成的磁性层和步骤240中沉积的磁性层之间。
各实施方式可采用例程230以调谐原位基板冷却，从而优化磁性颗粒尺寸和磁性堆叠件的各磁性层与势垒层的界面表面粗糙度。即，可使用例程230构建三层或TMR磁性堆叠件，其具有以相似或不相似基板温度、界面表面粗糙度和磁性颗粒尺寸沉积的磁性层和势垒层，从而最小化界面扩散和材料混入，降低铁磁耦合并提高击穿电压和TMR。
虽然例程230的各步骤可产生具有调谐的颗粒尺寸和增加的数据读取性能的磁性堆叠件，例程230的各方面并非必需或限制性的。因此，可对各步骤和判定进行添加、修改和从例程230中省略，而不会妨碍数据读取器具有优化的磁性堆叠件。例如，可在例程230中加入判定，以确定将形成何种磁性堆叠件，例如三层或TMR堆叠件。一种或多种其他判定也可确定与原位冷却基板相关的固定磁化结构的位置，例如相对于所述基板的势垒层之上或之下。
图10显示部分数据储存系统250的框图，其中可实施各实施方式。应注意图10所示系统250并非全部的、必需的或限制性的，因为各方面均可任意改变、添加和移除。系统250可具有一个或多个数据储存设备252，其可单独、同时、共同通过有线或无线网络258连通至少第一远程主机254和第二远程主机256例如节点、服务器、计算云和其他数据储存设备。与远程主机254和256连接的能力允许该数据储存设备252本地使用并纳入移动计算系统。
数据储存设备252可具有一个或多个本地控制器260，例如微处理器和专用集成电路(ASIC)。本地控制器260可控制至少一个临时存储器262和永久存储器264的存取操作。即，本地控制器260可将数据编程至临时存储器262(例如易失性动态随机存取存储器(DRAM))和永久存储器264(例如非易失性固态阵列或旋转数据存储介质)或从其提取数据。例如，本地控制器260可短暂储存临时存储器262的传入数据，然后于某一时间(例如低数据处理和设备休眠条件下)将数据移至永久存储器264。
控制器260可使用数据读取器266和数据写入器268选择性编程以及从临时存储器262和永久存储器264中的数据比特感测数据。考虑可在单一数据储存设备252中单独或同时使用多重数据访问构件(例如数据读取器266和写入器268)。虽然不受限制，数据读取器266可具有磁性堆叠件270，其可配制为多个层的层压结构，所述层压结构对所遇到的数据比特敏感并提供MR响应。数据写入器268可包括但不限于至少一个写磁极272以发射磁通并通过数据储存介质建立磁路，所述介质将数据比特写为选择的极性。
提高数据储存介质上数据比特的面积比特密度可提高数据储存设备252的数据储存容量。该提高的面积比特密度可与物理上更小和/或数据储存介质上更靠近在一起的数据比特相对应。虽然可获得更高的数据储存容量，但如果不分别降低磁性堆叠件270和写磁极272的物理尺寸，提高的面积比特密度可能对用数据写入器268准确地编程数据和用数据读取器266提取数据造成困难。
通过在形成磁性堆叠件时将基板原位冷却至低温，可通过降低磁性颗粒尺寸和界面表面粗糙度来优化各种数据读取特性。首先，数据读取器信噪比和比特错误率可通过提高TMR和MR/RA值而得到优化。其次，更平滑的界面表面可提供势垒层，其具有与相邻磁性层更好的晶格匹配，从而降低铁磁耦合、层间扩散和材料混入。第三，提高穿过势垒层的击穿电压可优化数据读取器的可读性。最后，相比于非原位冷却基板或室温基板上形成的磁性堆叠件，原位基板冷却可提供加强的处理控制和更一致的基板温度均匀度，这降低了磁性不对称并减少了磁性堆叠件处理时间。
虽然本文所述实施方式设计旋转数据储存设备的数据读取器，应理解各实施方式可容易地用于任何数量的其他应用，包括固态数据储存应用。应当理解，虽然在前文描述中给出了本发明各实施方式的许多特性以及各实施方式的结构和功能的细节，但该详细描述仅仅是说明性的，对于细节，特别是有关本发明技术原理的各部分的结构和安排，可以在所附权利要求所要表达的广泛的、一般的意义上最大程度地作出改变。例如，具体元素可根据具体应用而变化而不会背离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
冷却基板至100K或更低的温度；和
在该基板保持所述温度的同时，在该基板上沉积至少一层数据读取器，从而提供调谐微结构，该调谐微结构包含颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积和磁阻。
2.如权利要求1所述的方法，其中在沉积所述数据读取器的固定磁化参考层和/或磁性自由层期间保持所述基板的温度。
3.如权利要求1所述的方法，其中在沉积所述数据读取器的多个层期间所述低温温度发生改变。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一层数据读取器包含具有界面表面的磁性层，所述界面表面具有降低的粗糙度。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述冷却的基板对应于磁阻增加、数据读取器各层之间的耦合减少和/或数据读取器的阻抗-面积积下降。
6.如权利要求4所述的方法，其中含MgO的势垒层随后于室温或室温以上沉积在所述界面表面上。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述基板在沉积步骤中旋转。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述基板在沉积步骤中为静态。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述基板在沉积步骤中冷却。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述基板同时容纳多个分离的数据读取器。
11.一种方法，包括：
在第一腔室冷却基板至100K或更低的温度；和
在该基板保持所述温度的同时于第二腔室中在该基板上沉积至少一层第一数据读取器，从而提供调谐微结构，该调谐微结构包含颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积和磁阻。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在沉积所述第一数据读取器的多个层中的每个层时，低温冷却气体接触所述基板的第二表面。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述多个层形成磁性堆叠件，该磁性堆叠件的磁阻相比非原位沉积的第二数据读取器增加5-50%。
14.如权利要求11所述的方法，其中同时冷却和沉积优化基板温度均匀度、可重复性和操控，对应于增加的晶片内均匀度、晶片间均匀度和吞吐量。
15.一种装置，所述装置包含位于基板上的数据读取器，所述数据读取器的至少一个层具有与基板维持在100K或更低的温度相对应的调谐微结构，所述调谐微结构包含颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积和磁阻。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述数据读取器包含磁性层和非磁性层的磁性堆叠件层压结构。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述磁性堆叠件层压结构是空气承载表面(ABS)上没有固定磁化的磁性堆叠件。
18.如权利要求16所述的装置，其中所述磁性堆叠件层压结构是空气承载表面(ABS)上具有固定磁化的磁阻元件。
19.如权利要求15所述的装置，其中温度为50K或更低。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述数据读取器的至少一个层包含下述之一：Co、Fe、Ta、CoFex、CoFexTay、CoFexByTaz、NiFex、NiFexZry和NiFexNby。
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