CN111477252A - 包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备 - Google Patents

包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备 Download PDF

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Abstract

本发明题为“包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备”。本公开的实施方案整体涉及一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的、包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备(STO)。在一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括自旋极化层、该自旋极化层上方的间隔层以及间隔层上方的场发生层。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。

Description

包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器 设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月23日提交的美国临时专利申请序列号62/795,884的权益，该美国临时专利申请以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
本公开的实施方案整体涉及一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的、包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备。
相关技术的描述
计算机的功能和能力的核心是将数据存储和写入到数据存储设备(诸如硬盘驱动器(HDD))。计算机所处理的数据量在迅速增加。需要磁记录介质的更高记录密度来提高计算机的功能和能力。
为了实现磁记录介质的更高记录密度(诸如超过1太比特/英寸2的记录密度)，使写磁道的宽度和间距变窄，并因此使每个写磁道中编码的对应磁记录比特变窄。使写磁道的宽度和间距变窄的一个挑战是降低记录介质的空气轴承表面处磁写头的主极的表面积。随着主极变得越来越小，记录场也变得越来越小，从而限制了磁写头的有效性。
热辅助磁记录(HAMR)和微波辅助磁记录(MAMR)是两种改善磁记录介质(诸如HDD)的记录密度的能量辅助记录技术。在MAMR中，振荡元件或设备位于写元件旁边或附近以便产生诸如在微波频带中的高频磁场。高频磁场(除了从写元件的主极发出的记录磁场之外)减小了用于存储数据的磁记录介质的有效矫顽力，并且允许在从写极发出的较低磁场处进行磁记录介质的写入。因此，可通过MAMR技术实现磁记录介质的更高记录密度。本领域需要改进MAMR写头的生产工艺。
发明内容
本公开的实施方案整体涉及一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的、包括高阻尼场发生层或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器设备(STO)。
在一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层以及间隔层上方的场发生层。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在另一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括晶种层上方的自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层以及间隔层上方的场发生层。场发生层包括一个或多个磁层以及一个或多个稀土金属层或一个或多个重金属层。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在又一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层、间隔层上方的场发生层。场发生层可为高阻尼磁性合金层、高阻尼多层结构或它们的组合。阻尼增强封盖层在场发生层之上。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在再一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括用于施加自旋转矩的自旋极化层装置以及产生高频磁场的场发生装置。场发生装置具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
附图说明
为了可以详细理解本公开的上述特征，参考实施方案对以上简要概述的本公开进行更具体的描述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。
图1是包括写头的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。
图2是面向磁盘的磁头组件的剖面侧视图的某些实施方案的示意图。
图3是图2的MAMR头的面向介质的表面的平面图的某些实施方案的示意图，其中自旋转矩振荡器(STO)设备沿磁道方向介于主极与尾端屏蔽件之间。
图4A至图4D是STO设备的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备包括高阻尼场发生层(FGL)。
图5A至图5C是STO设备的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备包括阻尼FGL和阻尼增强封盖层。
图6是STO设备的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备介于主极与尾端屏蔽件的凹口之间。
图7是STO设备的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备采取介于主极与尾端屏蔽件之间的反向配置。
为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。
在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。
如本文所用，术语“在……上方”、“在……下方”、“在……之间”、“在……上”和其他类似术语是指一层相对于其他层的相对位置。因此，例如，设置在另一层上方或下方的一层可直接与另一层接触，或者可具有一个或多个中间层。此外，设置在层之间的一层可直接与两层接触，或者可具有一个或多个中间层。相反，“在第二层上”的第一层与第二层接触。这些术语的相对位置并非将这些层限定或限制于这些层的某向量空间取向。
术语“包括/包含”包括“由...构成/基本上由...构成”的子集含义，并且包括“由...构成/由...组成”的子集含义。
某些实施方案包括用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的自旋转矩振荡器(STO)设备。自旋极化层在MAMR写头的主极上方。间隔层在自旋极化层上方。场发生层(FGL)在间隔层上方。在一个实施方案中，FGL是包括高阻尼磁性合金层的高阻尼FGL。在另一个实施方案中，FGL是包括高阻尼多层结构的高阻尼FGL，该高阻尼多层结构包括一个或多个磁层和一个或多个稀土和/或重金属层。在又一个实施方案中，STO设备还包括FGL上方的阻尼增强封盖层。
某些实施方案为微波辅助磁记录写头提供包括高阻尼场发生层(FGL)或阻尼增强封盖层的自旋转矩振荡器(STO)设备。FGL中的高阻尼增强STO振荡的振幅和/或增加FGL磁化的相干振荡或旋转。在FGL中没有高阻尼的情况下，STO设备的磁化的振荡难以检测，尤其是对于具有相对较大FGL体积的STO设备而言。在某些实施方案中，FGL中的高阻尼由FGL中掺杂或层合的稀土金属或重金属提供，同时保持FGL的相对较高磁矩(Bs)。在某些实施方案中，FGL中的高阻尼由FGL上的阻尼增强封盖层提供，同时保持FGL的相对较高磁矩(Bs)。在某些实施方案中，FGL中的高阻尼与自旋极化层(SPL)的较高磁通密度联合使用以将自旋转矩注入高阻尼FGL中，从而产生高阻尼FGL的磁化的相干振荡。
图1是包括磁写头(诸如MAMR头)的磁介质驱动器的某些实施方案的示意图。此类磁介质驱动器可为单个驱动器/设备或包括多个驱动器/设备。为了便于说明，根据一个实施方案示出了单个磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括至少一个能够旋转的磁盘112，所述至少一个能够旋转的磁盘支撑在主轴114上，并且由驱动马达118旋转。每个磁盘112上的磁记录呈数据磁道的任何合适图案的形式，诸如磁盘112上同心数据磁道(未示出)的环形图案。
至少一个滑块113定位在磁盘112附近。每个滑块113支撑磁头组件121，该磁头组件包括一个或多个读/写头，诸如具有STO设备的MAMR头。当磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向地移入移出，使得磁头组件121可访问磁盘112的写入期望数据的不同磁道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹簧力，该弹簧力朝向磁盘表面122偏置滑块113。每个致动器臂119附接到致动器127。如图1所示的致动器127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括能够在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制单元129供应的马达电流信号来控制。
在磁盘驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间产生空气轴承，该空气轴承在滑块113上施加向上的力或升力。因此，在正常操作期间，空气轴承抗衡悬架115的轻微弹簧力，并以小的、基本上恒定的间距支撑滑块113离开并稍微高于磁盘表面122。
磁盘驱动器100的各种部件在操作中由控制单元129所产生的控制信号来控制，诸如访问控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，诸如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的磁头位置和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布，以最佳地将滑块113移动和定位到磁盘112上的期望数据磁道。写入信号和读取信号通过记录通道125传送到磁头组件121和从磁头组件121传送。图1的磁介质驱动器的某些实施方案还可包括多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2是面向磁盘112的磁头组件200的剖面侧视图的某些实施方案的示意图。磁头组件200可对应于图1中所述的磁头组件121。磁头组件200包括面向介质的表面(MFS)212，诸如空气轴承表面(ABS)，其面向磁盘112。如图2所示，磁盘112沿箭头232所指示的方向相对地移动，并且磁头组件200沿箭头233所指示的方向相对地移动。
在一些实施方案中，磁头组件200包括磁读头211。磁读头211可包括设置在屏蔽件S1与S2之间的感测元件204。在某些实施方案中，感测元件204是磁阻(MR)感测元件，诸如运用穿隧磁阻(TMR)效应、磁阻(GMR)效应、异常磁阻(EMR)效应或自旋转矩振荡器(STO)效应的元件。磁盘112中的磁化区的磁场(诸如垂直记录的比特或纵向记录的比特)可由感测元件204检测为记录的比特。
磁头组件200包括MAMR写头210。在某些实施方案中，MAMR写头210包括主极220、前端屏蔽件206、尾端屏蔽件240和自旋转矩振荡器(STO)设备230，该STO设备设置在主极220与尾端屏蔽件240之间。主极220用作第一电极并且在ABS处具有前部。
主极220包含磁性材料，诸如CoFe、CoFeNi或FeNi、其他合适的磁性材料。在某些实施方案中，主极220包含呈随机纹理的磁性材料的小晶粒，诸如以随机纹理形成的体心立方(BCC)材料。例如，可通过电沉积来形成主极220的随机纹理。MAMR写头210包括围绕主极220的线圈218，该线圈激励主极220，从而产生写磁场结构以便影响可旋转的磁盘112的磁介质。线圈218可为螺旋结构或者一组或多组扁平结构。
在某些实施方案中，主极220包括尾端锥体242和前端锥体244。尾端锥体242从MFS212中凹进的位置延伸到MFS 212。前端锥体244从MFS212中凹进的位置延伸到MFS 212。尾端锥体242和前端锥体244可具有相对于主极220的纵向轴线260的相同或不同锥度。在一些实施方案中，主极220不包括尾端锥体242和前端锥体244。相反，主极220包括尾端侧面(未示出)和前端侧面(未示出)，其中尾端侧面和前端侧面基本上平行。
尾端屏蔽件240是磁性材料，诸如CoFe、CoFeNi、FeNi或其他合适的磁性材料，其用作第二电极和主极220的返回极。前端屏蔽件206可提供电磁屏蔽，并且通过前端间隙254来与主极220分开。
STO设备230定位为靠近主极220并且减小磁介质的矫顽力，使得可使用更小的记录场来记录数据。从电源270向STO设备230施加电子电流以产生微波场。电子电流可为直流(DC)波形、脉冲DC波形、和/或转向正电压和负电压的脉冲电流波形。STO设备230可电耦合到主极220和尾端屏蔽件240，其中主极220和尾端屏蔽件由绝缘层272分开。电源270可通过主极220和尾端屏蔽件240向STO设备230提供电子电流。对于直流或脉冲电流而言，电源270可使电子电流从主极220穿过STO设备230流动到尾端屏蔽件240，或可使电子电流从尾端屏蔽件240穿过STO设备230流动到主极220，具体取决于STO设备230的取向。在其他实施方案中，STO设备230可耦合到电引线，该电引线提供并非来自主极和/或尾端屏蔽件的电子电流。
图3是图2的MAMR写头210的面向介质的表面的平面图的某些实施方案的示意图，其中STO设备230沿磁道方向介于主极220与尾端屏蔽件240之间。写头210的主极220可为任何合适的形状(即，梯形、三角形等)和合适的尺寸。STO设备230可形成为任何合适的形状、任何合适的尺寸以及主极220与尾端屏蔽件240之间的任何合适的位置。例如，STO设备230的宽度230W可大于、等于或小于主极220在与STO设备230的界面处的宽度220W。
前端屏蔽件206可定位在主极220的一个或多个侧面上，且其间有前端间隙254。侧面间隙246可定位在STO设备230的侧面上。侧面间隙246可包含绝缘材料。
图4A至图4D是STO设备230的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备包括高阻尼FGL 450。STO设备230可为图2、图3的MAMR写头210和/或其他MAMR写头的一部分。
如图4A所示，STO设备230定位为靠近主极220并且减小磁介质的矫顽力，使得可使用更小的记录场来记录数据。从图2的电源270向STO设备230施加的偏置电流产生辅助写磁场，诸如微波场。偏置电流可为直流(DC)波形、脉冲DC波形、转向正电压和负电压的脉冲电流波形或其他合适的波形。
在某些实施方案中，STO设备230包括主极220上方或之上的晶种层420、晶种层420上方或之上的自旋极化层(SPL)430、SPL 430上方或之上的间隔层440、间隔层440上方或之上的高阻尼场发生层(FGL)450、以及高阻尼FGL 450上方或之上的封盖层460。
在某些实施方案中，晶种层420包含钌、铜、钽、其他非磁性材料、它们的合金、或它们的多个层。在某些实施方案中，晶种层420重置或提供纹理间断以便SPL 430在晶种层420上方生长，从而实现具有低结构缺陷的高度纹理化SPL 430。SPL 430的低结构缺陷使得SPL430具有更大的磁均匀性，降低SPL 430反向所需的临界电流，并提高SPL 430形成的良率。例如，包含铜上方的钽的晶种层提供在主极220的随机纹理上方形成的纳米晶结构。纳米晶结构提供平滑表面以便在其上方形成具有低结构/晶体缺陷的结构化层或晶体层。在某些实施方案中，晶种层420提供表面以便于结构化层和/或晶体层诸如面心立方(FCC)金属合金、体心立方(BCC)金属合金和有序相合金的良好生长。例如，包含钌的晶种层420具有六方密堆积结构。六方密堆积(HCP)结构提供良好模板表面以便于具有低结构缺陷的FCC层、BCC层或赫斯勒层的生长或与这些层界面接触。
在某些实施方案中，SPL 430包含NiFe、CoFe、CoFeNi、CoMnGe、NiCo、NiFeCu、CoFeMnGe、CoMnSi、CoFeSi、其他软或硬铁磁材料、其他赫斯勒合金、其他合适的磁层、或它们的多个层。SPL 430可包含具有磁各向异性的材料，其沿与图2的磁盘112或其他磁记录介质的平面所成的任何大致方向(诸如垂直、成角或纵向)来取向。SPL 430将自旋转矩传递到高阻尼FGL 450，这会在磁盘112的平面附近引起高阻尼FGL 450的磁化的高速度振荡以产生高频磁场，诸如微波场。
STO设备230包括SPL 430与高阻尼FGL 450之间的间隔层440。间隔层440包含具有长自旋扩散长度的一种或多种非磁性导电材料，诸如Au、Ag、Al、Cu、AgSn、NiAl、其他非磁性导电材料、它们的合金、或它们的多个层。间隔层440可减少SPL 430与高阻尼FGL 450之间的交换耦合。间隔层440可由具有高自旋传递性的材料制成，以实现从SPL 430到高阻尼FGL450的自旋转矩传递。
高阻尼FGL 450具有约0.5％至约20％范围内(诸如1.5％至约10％范围内)的吉尔伯特阻尼系数α(本文称为“阻尼”)。具有小于0.5％阻尼的FGL是不期望的，这是由于FGL的磁化可能不会相干地振荡，从而产生较低或不可检测的振荡振幅，尤其是在SPL层较厚时。FGL可在多个域、随机域中振荡，或可根本不振荡。具有超过20％阻尼的FGL是不期望的，这是由于需要增加的高偏置电压来引起FGL的磁化的振荡。
磁系统(薄膜、多层叠堆或结构设备)中的阻尼是磁系统的物理特性。通过以下方式确定STO设备的FGL中的阻尼：分离FGL或形成FGL的类似样品，并利用可从位于瑞典希斯塔(Kista,Sweden)的纳米科学仪器公司(NanOsc Instruments AB)购得的PhaseFMR工具在20℃下进行铁磁共振(FMR)测量来测量分离的FGL或FGL的类似样品中的阻尼。
在某些实施方案中，封盖层460可位于高阻尼FGL 450之上或上方，并介于高阻尼FGL 450与尾端屏蔽件240之间。封盖层460可包含一种或多种非磁性导电材料。在某些实施方案中，在STO设备的形成和磁写头210的形成期间，诸如在沉积、退火、图案化、清洁等期间，封盖层460保护STO设备230。
如图4B所示，在某些实施方案中，高阻尼FGL 450包括一个或多个高阻尼磁性合金层452。每个高阻尼磁性合金层452包含掺杂有稀土金属和/或重金属的磁性材料。磁性材料包括Fe、Co、FeCo、NiFe、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi以及其他磁性材料。在某些实施方案中，高阻尼FGL 450包含具有高磁矩和高自旋极化的铁磁材料，诸如FeCo和FeCo合金。CoCr和CoIrHo不受欢迎，这是由于这些材料具有低磁矩和低自旋极化。
稀土金属包括钬(Ho)、镝(Dy)、铽(Tb)、钐(Sm)、其他稀土金属或它们的组合。具有稀土金属的高阻尼磁性合金层452的特定示例包括FeCoHo、FeCoDy、FeCoTb和FeCoSm。FGL中的阻尼受到某些磁性材料与某些掺杂材料共同的影响。在某些实施方案中，高阻尼磁性合金层452包含约0.3％至约10％范围内(诸如0.5％至约6％范围内)的稀土金属的原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。具有大于10％的稀土金属含量的高阻尼磁性合金层可能是不期望的，这是由于该稀土金属含量会降低FGL的磁矩(Bs)而降低辅助写场强，和/或使FGL在制造期间和/或在操作期间容易发生腐蚀。具有小于0.3％的稀土金属含量的高阻尼磁性合金层可能是不期望的，这是由于可能无法实现一定阻尼。
重金属包括铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、铼(Re)、锇(Os)、钽(Ta)、铪(Hf)、其他重金属或它们的组合。重金属含量不会增加高阻尼FGL 450对腐蚀的敏感性。具有重金属的高阻尼磁性合金层的特定示例包括FeCoIr、FeCoPt、FeCoPd和FeCoOs。FGL中的阻尼受到某些磁性材料与某些掺杂材料共同的影响。据信Os在FGL中的阻尼效应高于Ir、Pt、Pd、Ta、Hf(它们均具有类似阻尼效应)。在某些实施方案中，高阻尼磁性合金层452包含约1％至约20％范围内(诸如约2％至约12％范围内)的重金属的原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。具有小于1％的重金属含量的高阻尼磁性合金层可能是不期望的，这是由于可能无法实现一定阻尼。
在某些实施方案中，高阻尼磁性合金层452由溅射靶的物理气相沉积形成。沉积态膜可具有比溅射靶略少的稀土金属和/或重金属的原子百分比含量。
如图4C所示，在某些实施方案中，高阻尼FGL 450包括高阻尼多层结构454，该高阻尼多层结构包括具有相同或各种组成的一个或多个磁性合金层455和一个或多个稀土金属层456，这些层诸如通过物理气相沉积和/或电沉积来层合或沉积在彼此上方。每个稀土金属层456可单独包含Ho、Dy、Tb、Sm、其他稀土金属或它们的组合。在某些实施方案中，稀土金属层456包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的稀土金属的原子百分比含量。磁性合金层455可包含Fe、Co、FeCo、NiFe、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi以及其他磁性材料。在某些实施方案中，多层结构454包含约0.3％至约10％范围内(诸如0.5％至约6％范围内)的稀土金属的总原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。具有大于10％的稀土金属含量的多层结构可能是不期望的，这是由于该稀土金属含量会降低FGL的磁矩(Bs)而降低辅助写场强，和/或使FGL在制造期间和/或在操作期间容易发生腐蚀。具有小于0.3％的稀土金属含量的多层结构可能是不期望的，这是由于可能无法实现一定阻尼。
如图4D所示，在某些实施方案中，高阻尼FGL 450包括高阻尼多层结构458，该高阻尼多层结构包括具有相同或各种组成的一个或多个磁性合金层455和一个或多个重金属层459，这些层诸如通过物理气相沉积和/或电沉积来层合或沉积在彼此上方。每个重金属层459可单独包含Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Re、Os、Ta、Hf、其他重金属或它们的组合。据信Os的重金属层459在FGL中的阻尼效应高于Ir、Pt、Pd、Ta、Hf的重金属层459(它们均具有类似阻尼效应)。在某些实施方案中，多层结构458包含约1％至约20％范围内(诸如约2％至约12％范围内)的重金属的总原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。具有小于1％的重金属含量的多层结构可能是不期望的，这是由于可能无法实现一定阻尼。
在某些实施方案中，重金属层459包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的重金属的原子百分比含量。磁性合金层455可包含Fe、Co、FeCo、NiFe、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi以及其他磁性材料。
从图4A至图4D的SPL 430传递到高阻尼FGL 450的自旋转矩引起高阻尼FGL 450的磁化的振荡，从而产生高频磁场，诸如微波场。高阻尼FGL 450可为如图4B所示的一个或多个高阻尼磁性合金层452，可为如图4C所示的一个或多个磁性合金层455和一个或多个金属稀土金属层456，可为如图4C所示的一个或多个磁性合金层455和一个或多个金属稀土金属层456、如图4D所示的一个或多个磁性合金层455和一个或多个重金属层459、或它们的组合。例如，高阻尼FGL 450可为包括一个或多个高阻尼磁性合金层452、一个或多个磁性合金层455、一个或多个金属稀土金属层456和/或一个或多个重金属层459的多层结构。
从电源270向STO设备230施加电子电流以产生微波场。STO设备230可电耦合到主极220和尾端屏蔽件240，其中主极220和尾端屏蔽件由绝缘层272分开。电源270可通过主极220和尾端屏蔽件240向STO设备230提供电子电流。电源270可使电子电流从主极220穿过STO设备230流动到尾端屏蔽件240，或可使电子电流从尾端屏蔽件240穿过STO设备230流动到主极220，具体取决于主极与尾端屏蔽件之间的SPL和FGL位置的STO叠堆结构的配置。在其他实施方案中，STO设备230可耦合到其他电引线，该其他电引线提供与主极和/或尾端屏蔽件分开的电子电流。
当电子电流在STO设备230中流过SPL 430时，穿过SPL 430的电子被极化。从SPL430到高阻尼FGL 450的极化电子流向高阻尼FGL 450施加自旋转矩，这引起FGL 450向磁记录介质发射高频磁场，从而减小记录介质的矫顽力并降低开关场阈值。从主极220向STO设备230施加的记录磁场影响高阻尼FGL 450的磁化方向，使得高阻尼FGL 450可振荡以产生微波场。SPL 430和高阻尼FGL 450的磁化方向可相同或可不同，具体取决于STO设备。高阻尼FGL 450的磁化方向发生反向，具体取决于记录磁场的磁化方向。高阻尼FGL 450的反向建立了到达磁记录介质的自洽微波场。
在某些实施方案中，由来自SPL 430的自旋转矩所引起的高阻尼FGL 450的磁化的振荡更加相干。从高阻尼FGL 450发射的磁场的频谱的振荡频率形成易于检测的尖峰。尖峰被定义为其中峰频率线宽小于约1GHz，诸如小于约0.5GHz。高阻尼FGL 450使由来自SPL430的自旋转矩所引起的FGL 450磁化稳定，因此高阻尼FGL 450的磁化方向相干地振荡。由于高阻尼FGL 450的磁化方向相干地振荡，因此磁场信号线宽较窄并且振幅高于没有极低阻尼的FGL。
图5A至图5C是STO设备230的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备包括FGL 470和阻尼增强封盖层480。阻尼增强封盖层是增强FGL 470中的阻尼的非磁性层。STO设备230可为图2、图3的写头210和/或其他MAMR写头的一部分。图5A的STO设备230类似于图4A，并且为便于描述，使用了类似标号。
如图5A所示，在某些实施方案中，STO设备230包括主极220上方或之上的晶种层420、晶种层420上方或之上的自旋极化层(SPL)430、SPL430上方或之上的间隔层440、间隔层440上方或之上的高阻尼场发生层(FGL)470、以及FGL 470上方或之上的阻尼增强封盖层480。阻尼增强封盖层480介于FGL 470与尾端屏蔽件240之间。SPL 430将自旋转矩传递到FGL 470，这引起FGL 470的磁化的高速度振荡，从而产生高频磁场，诸如微波场。
FGL 470具有约0.5％至约20％范围内(诸如1.5％至约10％范围内)的吉尔伯特阻尼系数α(本文称为“阻尼”)。具有小于0.5％阻尼的FGL是不期望的，这是由于FGL的磁化可能不会相干地振荡，故具有较低或不可检测的振荡振幅，尤其是在SPL层较厚时。FGL可在多个域、随机域中振荡，或可根本不振荡。具有超过20％阻尼的FGL是不期望的，这是由于需要增加的偏置电压来引起FGL的磁化的振荡。
磁系统(薄膜、多层叠堆或结构设备)中的阻尼是磁系统的物理特性。通过以下方式确定使用STO设备230的阻尼增强封盖层480时FGL470中的阻尼：分离FGL和封盖层或形成FGL和封盖层的类似样品，并使用分离的FGL和封盖层或FGL和封盖层的类似样品中的阻尼的铁磁共振(FMR)测量来进行测量。利用可从位于瑞典希斯塔(Kista,Sweden)的纳米科学仪器公司(NanOsc Instruments AB)购得的PhaseFMR工具在20℃下进行FMR测量。
在某些实施方案中，FGL 470包括高阻尼磁性合金层。高阻尼磁性合金层包含掺杂有稀土金属或重金属的磁性材料。磁性材料包括Fe、Co、FeCo、NiFe、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi以及其他磁性材料。
稀土金属包括钬(Ho)、镝(Dy)、铽(Tb)、钐(Sm)、其他稀土金属以及它们的组合。具有稀土金属的高阻尼磁性合金层的特定示例包括FeCoHo、FeCoDy、FeCoTb和FeCoSm。在某些实施方案中，阻尼增强封盖层480实现在FGL 470中掺杂较少百分比含量的稀土金属。
重金属包括Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Re、Os、Ta、Hf、其他重金属或它们的组合。具有重金属的高阻尼磁性合金层的特定示例包括FeCoIr、FeCoOs、FeCoPt和FeCoPd。据信Os的重金属层486在FGL中的阻尼增强效应高于Ir、Pt、Pd、Ta、Hf的重金属层486(它们均具有类似阻尼增强效应)。
重金属含量不会增加FGL 470对腐蚀的敏感性。在某些实施方案中，阻尼增强封盖层480实现在FGL 470中掺杂较少百分比含量的重金属。
在某些实施方案中，FGL 470包括具有一个或多个磁性合金层和一个或多个稀土金属层的多层结构。稀土金属层包含钬(Ho)、镝(Dy)、铽(Tb)、钐(Sm)、其他稀土金属或它们的组合。在某些实施方案中，稀土金属层包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的稀土金属的原子百分比含量。
在某些实施方案中，FGL 470包括具有一个或多个磁性合金层和一个或多个重金属层的多层结构。重金属层包含Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Re、Os、Ta、Hf、其他重金属或它们的组合。在某些实施方案中，重金属层包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的重金属的原子百分比含量。
在某些实施方案中，其上具有阻尼增强封盖层的FGL 470(高阻尼磁性合金层或多层结构)包含0％(即，无稀土金属含量)或小于6％范围内的稀土金属的总原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。在某些实施方案中，其上具有阻尼增强封盖层的FGL 470(高阻尼磁性合金层或多层结构)包含0％(即，无重金属含量)或小于12％范围内的重金属的原子百分比含量，以实现约0.5％至约20％范围内(诸如约1.5％至约10％)的阻尼。
如图5B所示，在某些实施方案中，阻尼增强封盖层480可包括FGL470上的稀土金属层482。稀土金属层482包含稀土金属。稀土金属的示例包括钬(Ho)、镝(Dy)、铽(Tb)、钐(Sm)、其他稀土金属或它们的组合。在某些实施方案中，稀土金属层482包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的稀土金属的原子百分比含量。在某些实施方案中，稀土金属层482形成至约
Figure BDA0002301566740000131
或更小(诸如约
Figure BDA0002301566740000132
或更小)的厚度482T以提供低电阻率。薄稀土金属层482用于改善高FGL层470的阻尼常数并具有最小电阻率和最小腐蚀敏感性。阻尼增强封盖层480还可包括稀土金属层482上方的非磁性导电层484以降低封盖层电阻率并改善阻尼增强封盖层480的耐腐蚀性。非磁性导电层484的示例包含NiCr、Cr、Pt、Ir、Ta、Ru、其他非磁性导电材料、它们的合金、或它们的多个层。
如图5C所示，在某些实施方案中，阻尼增强封盖层480可包括FGL470上的重金属层486。重金属层486包含Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Re、Os、Ta、Hf、其他重金属或它们的组合。在某些实施方案中，重金属层486包含约95％至100％范围内(诸如约99％至100％)的重金属的原子百分比含量。在某些实施方案中，重金属层486形成至约
Figure BDA0002301566740000141
或更大的厚度486T。重金属层486用于改善高FGL层470的阻尼常数并具有低电阻率和低腐蚀电位。阻尼增强封盖层480还可包括重金属层486上方的一个或多个附加层。
从图5A至图5C的SPL 430传递到FGL 470的自旋转矩引起FGL 470的磁化的振荡，从而产生高频磁场，诸如微波场。
当电子电流在STO设备230中流过SPL 430时，穿过SPL 430的电子被极化。从SPL430到FGL 470的极化电子流向FGL 470施加自旋转矩，这引起FGL 470向磁记录介质发射高频磁场，从而减小记录介质的矫顽力并降低开关场阈值。从主极220向STO设备230施加的记录磁场影响SPL430和FGL 470的磁化方向，使得FGL 470可振荡以产生微波场。SPL 430和FGL 470的磁化方向可相同或可不同，具体取决于STO设备。FGL 470的磁化方向发生反向，具体取决于记录磁场的磁化方向。FGL 470的反向建立了到达磁记录介质的自洽微波场。
FGL 470中的阻尼是FGL 470的材料组成与图5A至图5C的阻尼增强封盖层480共同作用的结果。与图4的没有阻尼增强封盖层的高阻尼FGL450相比，阻尼增强封盖层480允许FGL 470中没有或有更少稀土金属和/或重金属的原子百分比含量。在某些实施方案中，具有阻尼增强封盖层480的FGL 470的磁矩(Bs)可高于没有这种阻尼增强封盖层的高阻尼FGL，这是由于与图4A至图4D的高阻尼FGL 450相比，图5A至图5C的FGL 470没有或有更低稀土金属。FGL中的重金属含量对FGL 470的磁矩(Bs)具有较小影响。
在某些实施方案中，由来自SPL 430的自旋转矩所引起的、与阻尼增强封盖层480相结合的FGL 470的磁化的振荡更加相干。从FGL 470发射的磁场的频谱的振荡频率形成易于检测的尖峰。尖峰被定义为其中峰频率线宽小于约1GHz，诸如小于约0.5GHz。与阻尼增强封盖层480相结合的FGL 470使由来自SPL 430的自旋转矩所引起的FGL 470磁化稳定，因此FGL 470的磁化方向相干地振荡。由于FGL 470的磁化方向相干地振荡，因此磁场信号线宽较窄并且振幅高于没有极低或无阻尼和/或没有阻尼增强封盖层480的FGL。
图6是STO设备230的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备介于主极220与尾端屏蔽件240的凹口269之间。STO设备230可为图2、图3的写头210和/或其他MAMR写头的一部分。图6的STO设备230类似于图4，并且为便于描述，使用了类似标号。
STO设备230在主极220与尾端屏蔽件240的凹口269之间形成。向高阻尼FGL 450提供来自SPL 430的自旋转矩以及来自凹口269的附加自旋转矩。由于高阻尼FGL 450相对较稳定，因此来自凹口269的附加自旋转矩有助于使高阻尼FGL 450振荡到更高频率或在使用更低偏置电流时振荡到相同频率。到达STO设备230的更低偏置电流提供了增强的可靠性，这是由于STO设备230的焦耳热更少。
在某些实施方案中，STO设备230包括主极220上方或之上的晶种层420、晶种层420上方或之上的自旋极化层(SPL)430、SPL 430上方或之上的间隔层440、间隔层440上方或之上的高阻尼场发生层(FGL)450、以及高阻尼FGL 450上方或之上的第二间隔层490。第二间隔层490介于高阻尼FGL 450与尾端屏蔽件240的凹口269之间。
与图4类似，第一间隔层440和第二间隔层490各自可包含一种或多种非磁性导电材料，诸如Au、Ag、Cu、AgSn、NiAl、其他非磁性导电材料、它们的合金、或它们的多个层。第一间隔层440和第二间隔层490减少高阻尼FGL 450与SPL 430和凹口269的交换耦合。第一间隔层440和第二间隔层490各自由具有长自旋扩散长度的材料制成，以便实现从SPL430并从凹口269到FGL 450的自旋转矩传递。
与图4A至图4D类似，图6的高阻尼FGL 450可为一个或多个高阻尼磁性合金层452、一个或多个磁性合金层455和一个或多个金属稀土金属层456，一个或多个磁性合金层455和一个或多个金属稀土金属层456，一个或多个磁性合金层455和一个或多个重金属层459，或它们的组合。例如，高阻尼FGL 450可为包括一个或多个高阻尼磁性合金层452、一个或多个磁性合金层455、一个或多个金属稀土金属层456和/或一个或多个重金属层459的多层结构。
从图6的SPL 430并从凹口269传递到高阻尼FGL 450的自旋转矩增加了对高阻尼FGL 450的干扰。在FGL没有高阻尼的情况下，FGL随机振荡的可能性很高。在某些实施方案中，高阻尼FGL 450在来自SPL 430和凹口269的自旋转矩下提供具有高振幅的相干振荡。
虽然图4至图6的STO设备230的层已被描述为形成在主极220上方，但本说明书包括STO设备230形成在尾端屏蔽件240上方的实施方案。STO设备230的层通过任何合适的沉积工艺来沉积，诸如物理气相沉积、电沉积、蒸镀、化学气相沉积、原子层沉积、其他合适的沉积工艺或它们的组合。
图7是STO设备230的某些实施方案的面向介质的表面的示意性平面图，该STO设备采取介于主极220与尾端屏蔽件240之间的反向配置。STO设备230可为图2、图3的写头210和/或其他MAMR写头的一部分。STO设备230类似于图4A至图4D、图5A至图5C和图6的STO设备230，并且为便于描述，使用了类似标号。图7的STO设备230包括靠近主极220的FGL 450/470以及靠近尾端屏蔽件240的SPL 430。图7的STO设备230还可包括增强FGL 470中的阻尼的阻尼增强层780。阻尼增强层780可包括与高阻尼层470接触的稀土金属层482或重金属层486。
在某些实施方案中，图4至图7的STO设备230及其变型形式增加了STO设备230的振荡的可检测性和稳定微波场的形成。可使用微波检测仪来测量在到达STO设备230的偏置电流下产生的辅助微波场。在用于MAMR写头的STO设备的生产期间，筛选STO设备以确定良率。如果无法以一致且可靠的方式检测STO设备的振荡，则生产良率预测将受到影响。由其他方法和/或在其他制造阶段进行的写头性能筛选的成本很昂贵。
STO设备的制造过程中存在晶圆间变化或衬底间变化。例如，STO设备的形成过程中的图案化和光刻技术具有±2nm的错误率，这在STO设备的沉积层的数量级内。因此，所制造的STO设备的变化较大。
在某些实施方案中，向STO设备230施加的毫伏(mV)范围内的偏置电压产生微伏(μV)范围内的微波场的振幅信号。由于信噪比可能太低，0.5μV或更小的振幅的信号可能难以检测。在某些实施方案中，向FGL添加稀土金属和/或重金属会使振荡信号振幅增加两倍或更多倍。可升高向STO设备施加的偏置电压以增加信噪比，但升高偏置电压可增加STO设备的焦耳热并且可给STO设备带来可靠性问题。
检测STO设备230的振荡可用于确定STO设备的以下属性中的一种或多种：(a)确定STO设备产生目标振荡频率，(b)确定振荡的偏置电压范围，(c)确定近似STO振荡角，(d)确定FGL振荡的质量，和/或(e)其他属性。
可将STO设备230的振荡频率调谐或匹配到记录介质的铁磁共振。可通过改变外加磁场的量值来调谐STO设备230的振荡频率。
具有尖锐FMR振幅的相干振荡意指稳定的FGL和SPL振荡。在某些实施方案中，包括高阻尼FGL 450或带阻尼增强封盖层480的FGL 470的STO设备230相干地振荡。相干振荡指示向STO设备230施加的偏置电压产生到达记录介质的稳定旋转场。稳定相干振荡可指示具有窄频率范围和振荡角的有效振荡频率。
在某些实施方案中，确定STO设备230的所述一种或多种属性将实现STO设备的有效筛选(诸如有效批准正常工作的STO设备和/或避免不当拒绝工作的STO设备)，和/或将降低MAMR写头操作期间的错误率。可对某制造批次的STO设备230进行抽样或可全部进行测试以提供质量控制。检测微波场可与STO设备230的良率和操作范围直接相关。
由于以下因素中的一种或多种，具有无阻尼的FGL的STO设备的振荡信号可能难以检测：(a)振荡信号的振幅可小于0.5微伏或太低而无法检测，(b)STO设备在宽频峰中振荡，从而指示混沌振荡，(c)STO设备在多个域中振荡，(d)STO设备出现无振荡的缺陷，和/或(e)其他因素。如果STO设备的振荡信号难以检测，则无法调谐或匹配STO设备的振荡频率。
在某些实施方案中，可将图4至图7的STO设备230及其变型形式制成为在面向介质的表面处具有任何合适宽度(诸如约30nm或更大、约40nm或更大、或约55nm或更大)的(图3的)磁道宽度230W。对于在没有高阻尼FGL 450或没有高阻尼增强层480的情况下大于约30nm的尺寸，振荡可不均匀并且可分成多个域(即，不存在均匀或相干振荡)。没有高阻尼FGL 450或没有高阻尼增强层480的相干振荡主要在磁道宽度230W小于30nm的极小设备尺寸上发生。图案化工艺难以在纳米范围内控制，尤其是在倾斜/锥形主极上方。
单频或窄频带周围的相干振荡允许进行频率匹配以及基于STO设备材料、到达STO设备的偏置电压以及外部写场来定制期望的频率。如果存在多种振荡模式或随机振荡模式，频率匹配会很困难或不可能。
高阻尼FGL 450或具有高阻尼增强层480的FGL 470及STO设备230的尺寸越大，产生辅助微波场的量越大。辅助微波场强与FGL的体积及其振荡范围成比例。如果高阻尼FGL450或FGL 470的厚度450T,470T和/或面向介质的表面处的STO设备230尺寸较大，则FGL的体积及所产生的辅助微波场的量也较大。在某些实施方案中，高阻尼FGL 450或FGL 470在面向介质的表面处具有约5nm或更大的厚度450T,470T。在某些实施方案中，高阻尼FGL 450或FGL 470具有约1.7T或更大(诸如约2.0T或更大、或诸如约2.2T或更大)的磁矩。
然而，如果FGL和/或STO设备的厚度较大，则在没有高阻尼FGL450或没有高阻尼增强层480的情况下，振荡可以以低振荡强度/振幅在多个域中或随机域中发生。此类振荡可能难以检测或可能难以一致地检测。因此，没有高阻尼FGL 450或没有高阻尼增强层480的STO设备受限于在面向介质的表面处厚度230T小于30nm的小尺寸。
在SPL 430具有更大厚度430T或更高饱和磁通密度(Bst)的情况下，更多自旋转矩被注入高阻尼FGL 450或FGL 470中。然而，FGL中没有相对较高阻尼的其他SPL受限于小于2nmT的低饱和磁通密度(Bst)，这是由于高Bst将引起没有更高阻尼的FGL的多个振荡域。高阻尼FGL 450或与阻尼增强封盖层480相结合的FGL 470使得能够使用具有更高饱和磁通密度(Bst)的SPL 430。在某些实施方案中，SPL 430具有约2.0nmT或更大(诸如约2.5nmT或更大)的饱和磁通密度(Bst)。
实施例
下面是说明STO设备230及其变型形式的各种实施方案的实施例。出于说明的目的，将参考图4A至图4D、图5A至图5C、图6和图7中所述的STO设备230来描述这些实施例。除非另外指明，否则以下实施例的FGL形成至约5nm的厚度。除非权利要求书中明确陈述，否则这些实施例并非意在限制权利要求书的范围。
实施例1
包括含有约0.5％Ho原子百分比含量的FeCoHo的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450在FeCoHo处具有约2％的阻尼。包括含有约4％至约6％范围内Ho原子百分比含量的FeCoHo的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450具有约6.4％至约8％范围内的阻尼。
实施例2
包括含有约0.5％Dy原子百分比含量的FeCoDy的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450具有约2％的阻尼。包括含有约1％Dy原子百分比含量的FeCoDy的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450具有约4％的阻尼。包括含有2％Dy原子百分比的FeCoDy的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450具有约12％的阻尼常数。
实施例3
包括含有约2％Ir原子百分比含量的FeCoIr的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL450具有约2.5％的阻尼。包括含有约6％Ir原子百分比的FeCoIr的高阻尼磁性合金层452的高阻尼FGL 450具有约7.5％的阻尼。
实施例4
包括具有一个或多个FeCo层和一个或多个Dy或Ho层的多层结构454(其中该多层结构454包含约0.5％Dy或Ho的总原子百分比含量)的高阻尼FGL 450具有约2％至约2.5％范围内的阻尼。包括具有一个或多个FeCo层和一个或多个Dy或Ho层的多层结构454(其中该多层结构454包含约6％Dy或Ho的总原子百分比含量)的高阻尼FGL 450具有约6.4％至约8％范围内的阻尼。
实施例5
包括具有一个或多个FeCo层和一个或多个Ir层的多层结构458(其中该多层结构458包含约2％Ir总原子百分比含量)的高阻尼FGL 450具有约2.5％的阻尼。包括具有一个或多个FeCo层和一个或多个Ir层的多层结构458(其中该多层结构458包含约6％Ir总原子百分比含量)的高阻尼FGL 450具有约7.5％的阻尼。
实施例6
在存在大于6度的角度下6kOe至16kOe的各种外部磁场的情况下将15mV的偏置电压施加到包括FeCo的FGL的STO设备的样品A。
在存在大于5度的角度下6kOe至16kOe的各种外部磁场的情况下将22mV的偏置电压施加到包括FeCoHo的FGL的STO设备的样品B，其中Co的原子百分比含量为约29％并且Ho的原子百分比含量在约0.3％至约0.6％范围内。使用包含1％原子百分比含量的Ho的FeCoHo靶材，通过物理气相沉积来沉积FGL。
测量样品A和样品B的振荡强度并将其列出在表1中。
Figure BDA0002301566740000201
样品A表现出峰高度/尺寸在高于基线噪声电平的0.4微伏至1.4微伏的范围内且频率在5至25GHz的范围内的振荡。
样品B表现出峰高度/尺寸在高于基线噪声电平的0.8微伏至3.3微伏的范围内且频率在12至24GHz的范围内的单尖峰振荡。
样品B的振荡振幅在样品A的约2至约15倍的范围内。样品B的振荡是相干的，而样品A的振荡在某些外部磁场下呈宽峰或多峰。
实施例7
在存在12度的角度下16kOe的外部磁场的情况下将各种偏置电压施加到样品C、样品D和样品E。样品C是STO设备，该STO设备包括Bst为2.7nmT的SPL以及Ho原子百分比含量为约6％的FeCoHo的FGL。样品C的FGL的阻尼为约7％，如通过FMR所测量。样品D是STO设备，该STO设备包括Bst为2.7nmT的SPL以及Ho原子百分比含量为约4％的FeCoHo。样品D的FGL的阻尼为约5％，如通过FMR所测量。样品E是STO设备，该STO设备包括Bst为2.7nmT的SPL以及Ho原子百分比含量为约0.3％的FeCoHo的FGL。样品E的FGL的阻尼为约1.8％，如通过FMR所测量。
测量样品C、样品D和样品E的振荡强度并将其列出在表2中。
Figure BDA0002301566740000211
样品C的振荡是相干的。样品D的振荡大部分在多个域中。样品E的振荡全都呈随机振荡。
实施例8
将15mV至85mV范围内的各种偏置电压施加到样品G、样品H、样品I和样品J。样品G是在面向介质的表面处形成至约5nm厚度的FeCo的FGL。样品H是在面向介质的表面处形成至约5nm厚度的FeCoHo的FGL，其具有约2％阻尼和约0.5％原子百分比含量的Ho。样品I是在面向介质的表面处形成至约8nm厚度的FeCo的FGL。样品J是在面向介质的表面处形成至约8nm厚度的FeCoHo的FGL，其具有约2％阻尼和约0.5％原子百分比含量的Ho。
测量样品G、样品H、样品I和样品J的振荡强度。振荡强度的总和从最高到最低为样品J>样品H>样品I>样品G。增加FGL的厚度使所有频率内的加和振荡强度增加。增加FGL的阻尼使所有频率内的加和振荡强度增加。
在一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层以及间隔层上方的场发生层。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在另一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括晶种层上方的自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层以及间隔层上方的场发生层。场发生层包括一个或多个磁层以及一个或多个稀土金属层或一个或多个重金属层。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在又一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括自旋极化层、自旋极化层上方的间隔层、间隔层上方的场发生层。场发生层可为高阻尼磁性合金层、高阻尼多层结构或它们的组合。阻尼增强封盖层在场发生层之上。场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
在再一个实施方案中，用于MAMR写头的STO设备包括用于施加自旋转矩的自旋极化层装置以及产生高频磁场的场发生装置。场发生装置具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设想本公开的其他和另外的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的自旋转矩振荡器(STO)设备，所述设备包括：
自旋极化层；
所述自旋极化层上方的间隔层；以及
所述间隔层上方的场发生层，所述场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
2.根据权利要求1所述的STO设备，其中所述场发生层包含磁性材料和稀土金属。
3.根据权利要求2所述的STO设备，其中所述稀土金属选自钬、镝、铽、钐以及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的STO设备，其中所述场发生层包含磁性材料和重金属。
5.根据权利要求4所述的STO设备，其中所述重金属选自铂(Pt)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、铼(Re)、锇(Os)、钽(Ta)、铪(Hf)以及它们的组合。
6.根据权利要求5所述的STO设备，其中所述场发生层包含约2％至约10％范围内的原子百分比含量的所述重金属。
7.一种磁盘驱动器，所述磁盘驱动器包括根据权利要求1所述的STO设备。
8.一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的自旋转矩振荡器(STO)设备，所述设备包括：
晶种层上方的自旋极化层；
所述自旋极化层上方的间隔层；以及
所述间隔层上方的场发生层，所述场发生层包括一个或多个磁层以及选自稀土金属层和重金属层的一个或多个层，所述场发生层具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
9.根据权利要求8所述的STO设备，其中所述一个或多个层是一个或多个稀土金属层。
10.根据权利要求9所述的STO设备，其中所述一个或多个稀土金属层各自包含选自钬、镝、铽、钐以及它们的组合的稀土金属。
11.根据权利要求8所述的STO设备，其中所述一个或多个层是一个或多个重金属层。
12.根据权利要求11所述的STO设备，其中所述一个或多个重金属层各自包含选自Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Re、Os、Ta、Hf以及它们的组合的重金属。
13.根据权利要求8所述的STO设备，其中所述一个或多个磁层各自包含Fe、Co、FeCo、NiFe、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi以及它们的组合。
14.一种磁盘驱动器，所述磁盘驱动器包括根据权利要求8所述的STO设备。
15.一种用于微波辅助磁记录(MAMR)写头的自旋转矩振荡器(STO)设备，所述设备包括：
用于施加自旋转矩的自旋极化层装置；以及
用于产生高频磁场的场发生装置，所述场发生装置具有约0.5％至约20％范围内的阻尼。
16.根据权利要求15所述的STO设备，其中所述场发生装置在面向介质的表面处具有5nm或更大的厚度，并且所述STO设备在所述面向介质的表面处具有30nm或更大的磁道宽度。
17.根据权利要求15所述的STO设备，其中所述自旋极化装置在面向介质的表面处具有约2.0nmT或更大的饱和磁通密度(Bst)。
18.根据权利要求15所述的STO设备，还包括所述场发生装置上的阻尼增强封盖层。
19.根据权利要求15所述的STO设备，其中所述场发生装置具有约1.7T或更大的磁矩(Bs)。
20.一种磁盘驱动器，所述磁盘驱动器包括根据权利要求15所述的STO设备。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10839833B1 (en) * 2019-04-08 2020-11-17 Western Digital Technologies, Inc Spin transfer torque device with oxide layer beneath the seed layer
US11417356B1 (en) * 2019-07-12 2022-08-16 Western Digital Technologies, Inc. Write assist stack to reduce resistance and improve reliability
JP7319603B2 (ja) * 2019-09-06 2023-08-02 株式会社東芝 磁気ヘッド及び磁気記録装置
US11211083B1 (en) * 2020-06-24 2021-12-28 Western Digital Technologies, Inc. MAMR head with synthetic antiferromagnetic (SAF) coupled notch
US11854584B1 (en) * 2021-07-29 2023-12-26 Western Digital Technologies, Inc. Current assisted HAMR magnetic writer
US11881236B2 (en) 2022-06-21 2024-01-23 Western Digital Technologies, Inc. Spin torque oscillator with enhanced spin polarizer
JP2024026974A (ja) * 2022-08-16 2024-02-29 株式会社東芝 磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090257151A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Tdk Corporation & Kabushiki Kaisha Toshiba Thin seeded Co/Ni multilayer film with perpendicular anisotropy for spintronic device applications
US20110216447A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-08 Headway Technologies, Inc Process of octagonal pole for microwave assisted magnetic recording (MAMR) writer
US8208219B2 (en) * 2010-11-05 2012-06-26 Headway Technologies, Inc. Modified field generation layer for microwave assisted magnetic recording
US20130009712A1 (en) * 2011-07-05 2013-01-10 Patrick Mesquita Braganca Spin-torque oscillator (sto) with magnetically damped free layer
US8472140B2 (en) * 2009-09-03 2013-06-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Spin oscillator or magnetic recorder including multiple injection layers in the magnetic recording head
US20140104724A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-17 Hitachi, Ltd. Perpendicular magnetic recording medium and magnetic storage device
WO2016076799A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Agency For Science, Technology And Research Spin torque oscillator with coir-rh oscillation layer
CN105632518A (zh) * 2014-11-26 2016-06-01 Hgst荷兰有限公司 用于自旋转矩振荡器的低Bs自旋极化器
US10121497B1 (en) * 2017-10-12 2018-11-06 Tdk Coporation Magnetic recording head with spin torque oscillator layers satisfying width, thickness and angle relationship formulas

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106869A1 (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 磁気記録媒体とその製造方法、製造装置、記録再生方法、および記録再生装置
JP2008159613A (ja) * 2006-12-20 2008-07-10 Toshiba Corp 磁気ランダムアクセスメモリ及びその書き込み方法
KR20080108016A (ko) 2007-06-07 2008-12-11 가부시끼가이샤 도시바 자기 기록 헤드 및 자기 기록 장치
US8994587B2 (en) 2010-05-14 2015-03-31 Qualcomm Incorporated Compressed sensing for navigation data
JP4919901B2 (ja) 2007-09-04 2012-04-18 株式会社東芝 磁気記録ヘッド及び磁気記録装置
US20090310244A1 (en) 2008-06-17 2009-12-17 Tdk Corporation Thin-film magnetic head for microwave assist and microwave-assisted magnetic recording method
US8445979B2 (en) * 2009-09-11 2013-05-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic memory devices including magnetic layers separated by tunnel barriers
US8300356B2 (en) 2010-05-11 2012-10-30 Headway Technologies, Inc. CoFe/Ni Multilayer film with perpendicular anistropy for microwave assisted magnetic recording
US8658292B1 (en) * 2011-06-10 2014-02-25 Western Digital Technologies, Inc. Systems and methods for controlling damping of magnetic media for assisted magnetic recording
US8488373B2 (en) 2011-10-03 2013-07-16 Tdk Corporation Spin injection layer robustness for microwave assisted magnetic recording
JP5808273B2 (ja) 2012-03-01 2015-11-10 株式会社日立製作所 磁気ヘッド、ヘッド駆動制御装置、磁気記憶装置、その制御方法
JP5701801B2 (ja) 2012-03-22 2015-04-15 株式会社東芝 磁気記録ヘッド、これを備えたヘッドジンバルアッセンブリ、およびディスク装置
JP5894868B2 (ja) 2012-06-18 2016-03-30 株式会社日立製作所 マイクロ波アシスト磁気記録方式及び磁気記憶装置
US8582240B1 (en) 2012-08-29 2013-11-12 Headway Technologies, Inc. Magnetic recording assisted by spin torque oscillator with a radio frequency current bias
JP2014103172A (ja) 2012-11-16 2014-06-05 Toshiba Corp 磁性薄膜、その製造方法、磁性薄膜を用いた、高周波発振素子、磁気ヘッド、磁気記録媒体、及び磁気記録再生装置
US9254485B2 (en) * 2012-12-17 2016-02-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Systems and methods for an integrated bio-entity manipulation and processing device
US8988826B2 (en) 2012-12-20 2015-03-24 HGST Netherlands B.V. MAMR head with a multi-layered side gap for stable oscillation of the STO
US9355654B1 (en) * 2012-12-21 2016-05-31 Western Digital Technologies, Inc. Spin torque oscillator for microwave assisted magnetic recording with increased damping
JP2013251042A (ja) 2013-07-19 2013-12-12 Toshiba Corp スピントルク発振子、磁気記録ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置
JP2015149112A (ja) 2014-02-07 2015-08-20 株式会社東芝 磁気記録ヘッド、およびこれを備えたディスク装置
WO2015126326A1 (en) 2014-02-18 2015-08-27 Agency For Science, Technology And Research Magnetic head with spin torque oscillator for microwave assisted magnetic recording
JP2015210835A (ja) * 2014-04-25 2015-11-24 株式会社東芝 磁気記録ヘッドおよび磁気記録装置
WO2016011435A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Cornell University Circuits and devices based on enhanced spin hall effect for efficient spin transfer torque
US9368135B2 (en) 2014-07-25 2016-06-14 Seagate Technology Llc Data storage device with phase lock spin-torque oscillation stabilization
JP6092162B2 (ja) 2014-07-25 2017-03-08 株式会社東芝 磁気記録ヘッド及び磁気記録装置
US9230571B1 (en) * 2014-08-26 2016-01-05 Headway Technologies, Inc. MgO based perpendicular spin polarizer in microwave assisted magnetic recording (MAMR) applications
US9378759B2 (en) 2014-11-20 2016-06-28 HGST Netherlands B.V. Spin torque oscillator with low magnetic moment and high perpendicular magnetic anisotropy material
US9728210B2 (en) * 2015-11-25 2017-08-08 Western Digital Technologies, Inc. Texture-control layer for spin torque oscillator
JP6495841B2 (ja) 2016-02-16 2019-04-03 株式会社東芝 磁気記録ヘッド及び磁気記録再生装置
US10333058B2 (en) * 2016-03-17 2019-06-25 Cornell University Nanosecond-timescale low-error switching of 3-terminal magnetic tunnel junction circuits through dynamic in-plane-field assisted spin-hall effect
US10366714B1 (en) 2016-04-28 2019-07-30 Western Digital Technologies, Inc. Magnetic write head for providing spin-torque-assisted write field enhancement
US9881637B1 (en) 2017-02-17 2018-01-30 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods and devices for spin torque oscillator control and monitoring
JP2018147540A (ja) 2017-03-08 2018-09-20 株式会社東芝 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
JP7011768B2 (ja) 2017-03-17 2022-01-27 株式会社東芝 磁気記録装置および磁気記録ヘッド
US10032470B1 (en) * 2017-07-14 2018-07-24 Tdk Corporation Magnetic recording head with spin torque oscillator, head gimbal assembly and magnetic recording apparatus
US10109302B1 (en) * 2017-07-18 2018-10-23 Tdk Corporation Magnetic recording head with spin torque oscillator, head gimbal assembly and magnetic recording apparatus
CN109473545A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 Tdk株式会社 磁阻效应器件及高频器件
JP6850231B2 (ja) 2017-09-19 2021-03-31 株式会社東芝 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
JP2019057337A (ja) 2017-09-19 2019-04-11 株式会社東芝 磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
US10325618B1 (en) 2018-07-17 2019-06-18 Headway Technologies, Inc. Perpendicular magnetic recording (PMR) writer with one or more spin flipping elements in the gap

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090257151A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Tdk Corporation & Kabushiki Kaisha Toshiba Thin seeded Co/Ni multilayer film with perpendicular anisotropy for spintronic device applications
US8472140B2 (en) * 2009-09-03 2013-06-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Spin oscillator or magnetic recorder including multiple injection layers in the magnetic recording head
US20110216447A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-08 Headway Technologies, Inc Process of octagonal pole for microwave assisted magnetic recording (MAMR) writer
US8208219B2 (en) * 2010-11-05 2012-06-26 Headway Technologies, Inc. Modified field generation layer for microwave assisted magnetic recording
US20130009712A1 (en) * 2011-07-05 2013-01-10 Patrick Mesquita Braganca Spin-torque oscillator (sto) with magnetically damped free layer
US20140104724A1 (en) * 2012-10-17 2014-04-17 Hitachi, Ltd. Perpendicular magnetic recording medium and magnetic storage device
WO2016076799A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Agency For Science, Technology And Research Spin torque oscillator with coir-rh oscillation layer
CN105632518A (zh) * 2014-11-26 2016-06-01 Hgst荷兰有限公司 用于自旋转矩振荡器的低Bs自旋极化器
US10121497B1 (en) * 2017-10-12 2018-11-06 Tdk Coporation Magnetic recording head with spin torque oscillator layers satisfying width, thickness and angle relationship formulas

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US10643643B1 (en) 2020-05-05
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