CN113724742A - 用于磁记录驱动器的自旋力矩振荡器 - Google Patents

用于磁记录驱动器的自旋力矩振荡器 Download PDF

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Abstract

本公开的方面涉及自旋力矩振荡器(STO)和方法，例如在磁介质驱动器的写头中使用的自旋力矩振荡器。所述STO包含晶种层、自旋极化层(SPL)、间隔物层、场产生层(FGL)、罩盖层。插入层安置在所述STO内。所述插入层增加负Hk。所述插入层可位于所述FGL与所述罩盖层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。对于反向STO，所述插入层可安置在所述FGL与所述晶种层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。

Description

用于磁记录驱动器的自旋力矩振荡器
技术领域
本公开的方面大体上涉及自旋力矩振荡器和方法以及其相关联组件，例如在磁介质驱动器的写头中使用的自旋力矩振荡器。
背景技术
计算机的运行和能力的核心是将数据存储和写入到数据存储装置，例如硬盘驱动器(HDD)。由计算机处理的数据量正在快速增加。需要磁记录介质的更高记录密度以增加计算机的功能和能力。
为了实现更高的记录密度(例如对于磁记录介质超过2Tbit/in2的记录密度)，写入轨道的宽度和间距变窄，且因此在每一写入轨道中编码的对应磁记录位变窄。使写入轨道的宽度和间距变窄的一个挑战是减小磁写头的主极在面对介质的表面处的表面积。随着主极变得更小，写入场也变得更小，从而限制磁写头的有效性。
热辅助磁记录(HAMR)和微波辅助磁记录(MAMR)是改善磁记录介质(例如HDD)的记录密度的两种类型的能量辅助记录技术。在MAMR中，自旋力矩振荡器(STO)装置紧邻或靠近写入元件定位，以便例如在微波频带中产生高频AC场。高频AC场降低用于存储数据的磁记录介质的有效矫顽性，且允许在从写入极发出的较低磁写入场处写入磁记录介质。因此，可通过MAMR技术来实现磁记录介质的更高记录密度。
STO会涉及相对低效的磁记录和磁记录的相对低的面积密度能力(ADC)，因为STO通常在高振荡频率下遭受低振荡角。
因此，需要简单且有效地增加高振荡频率下的振荡角以促进有效且高效的磁记录和磁记录的高ADC的STO。
发明内容
本公开的方面涉及自旋力矩振荡器(STO)和方法，例如在磁介质驱动器的写头中使用的自旋力矩振荡器。所述STO包含晶种层、自旋极化层(SPL)、间隔物层、场产生层(FGL)、罩盖层。插入层安置在所述STO内。所述插入层增加负Hk。所述插入层可位于所述FGL与所述罩盖层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。对于反向STO，所述插入层可安置在所述FGL与所述晶种层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。
在一个实施方案中，一种写头包含主极、后屏蔽物(trailing shield)，以及耦合到所述主极和所述后屏蔽物的自旋力矩振荡器(STO)。所述STO包含所述主极上的晶种层、所述后屏蔽物上的层，以及所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间的自旋极化层。所述STO还包含所述自旋极化层与所述后屏蔽物上的所述层之间的场产生层，以及所述自旋极化层与所述场产生层之间的间隔物层。所述STO还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。
在一个实施方案中，一种写头包含主极、后屏蔽物，以及耦合到所述主极和所述后屏蔽物的自旋力矩振荡器(STO)。所述STO包含所述主极上的晶种层、所述后屏蔽物上的层，以及所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间的场产生层。所述STO还包含所述场产生层与所述后屏蔽物上的所述层之间的自旋极化层，以及所述场产生层与所述自旋极化层之间的间隔物层。所述STO还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。
在一个实施方案中，一种自旋力矩振荡器包含晶种层、端部层、所述晶种层与所述端部层之间的自旋极化层，以及所述晶种层与所述端部层之间的场产生层。所述自旋力矩振荡器还包含间隔物层，所述间隔物层位于所述自旋极化层与所述场产生层之间。所述自旋力矩振荡器还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层安置在所述晶种层、所述场产生层或所述间隔物层中的一个或多个上。所述一个或多个铬层中的每一个具有至多80埃的厚度。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上述特征，可通过参考实施例来作出上文简要地概括的本公开的更加具体的描述，所述实施例中的一些在附图中得以示出。然而，应注意，附图仅示出本公开的典型实施例且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可承认其它同等有效的实施例。
图1是根据一个实施方案的去除了盖板的硬盘驱动器的常规头/磁盘组合件的局部示意性顶部平面视图。
图2A是根据一个实施方案的穿过与磁盘上的数据轨道相交的中央平面截取的具有并入的自旋力矩振荡器(STO)、读头以及记录磁盘的垂直磁记录写头的局部示意性侧截面视图。
图2B示出根据一个实施方案的图中所示出的且从磁盘看去的读/写头的局部示意性横截面视图。
图3是根据一个实施方案的具有并入到写头中的STO的写头的局部示意性侧视图。
图4是根据一个实施方案的在主极(MP)与后屏蔽物之间的STO的局部示意性截面视图。
图5是根据一个实施方案的在图4中所示出的在主极(MP)与后屏蔽物之间的STO的局部示意性截面视图。
图6A是根据一个实施方案的在图4和图5中所示出的在主极(MP)与后屏蔽物之间的STO的局部示意性截面视图。
图6B是根据一个实施方案的FGL振荡角和FGL频率的图表。
图7是根据一个实施方案的具有并入到写头中的STO的写头的局部示意性侧视图。
图8A是根据一个实施方案的在图4中所示出的在主极(MP)与后屏蔽物之间的STO的局部示意性截面视图。
图8B是根据一个实施方案的FGL振荡角和FGL频率的图表。
图9是根据一个实施方案的在图8A中所示出的在主极(MP)与后屏蔽物之间的STO的局部示意性截面视图。
为了促进理解，已使用相同附图标号在可能的情况下表示图中共有的相同元件。预期在一个实施例中所公开的元件可有益地在其它实施例上利用而不需具体叙述。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施例。然而，应理解，本公开不限于特定的所描述实施例。实际上，涵盖以下特征和元件(不管是否与不同实施例相关)的任何组合以实施和实践本公开。此外，尽管本公开的实施例可实现优于其它可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但特定优势是否由给定实施例实现并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例以及优点仅为说明性的且不视为所附权利要求书的元件或限制，除非明确地叙述于权利要求中。同样，对“本公开”的提及不应解释为本文中所公开的任何发明性主题的一般化，且不应视为所附权利要求书的元件或限制，除非明确地叙述于权利要求中。
本公开的方面涉及自旋力矩振荡器(STO)和方法，例如在磁介质驱动器的写头中使用的自旋力矩振荡器。所述STO包含晶种层、自旋极化层(SPL)、间隔物层、场产生层(FGL)、罩盖层。插入层安置在所述STO内。所述插入层增加负Hk。所述插入层可位于所述FGL与所述罩盖层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。对于反向STO，所述插入层可安置在所述FGL与所述晶种层之间，以及所述FGL与所述间隔物层之间。
应理解，本文中所论述的磁记录头适用于例如硬盘驱动器(HDD)的数据存储装置以及磁带驱动器，例如磁带嵌入式驱动器(TED)或可插入磁带介质驱动器。在2019年3月31日申请的美国申请第16/365,034号标题为“磁带嵌入式驱动器(Tape Embedded Drive)”的转让给本申请的同一受让人的共同未决专利申请中描述一种实例TED，所述申请以引用的方式并入本文中。因此，具体实施方式中对HDD或磁带驱动器的任何参考仅用于例证的目的且并不旨在限制本公开，除非明确地要求。此外，对磁记录装置的参考或针对磁记录装置的权利要求旨在包含HDD和磁带驱动器两者，除非明确地要求HDD或磁带驱动器装置。
图1是根据一个实施方案的去除了盖板的硬盘驱动器10的常规头/磁盘组合件的局部示意性顶部平面视图。磁盘驱动器10包含支撑主轴14的刚性底座12，所述主轴14支撑磁盘堆叠，所述磁盘堆叠包含作为所述磁盘堆叠的顶部磁盘的磁盘16。主轴14通过主轴电机旋转以用于使磁盘在磁盘16上的弯曲箭头所绘示的方向上旋转。硬盘驱动器10具有至少一个负载梁组合件20，所述负载梁组合件20具有集成的引线悬架(ILS)或挠曲件30，所述引线悬架或挠曲件30具有导电互连迹线或线的迹线互连阵列32。负载梁组合件20附接到刚性臂22，所述刚性臂22连接到E形支撑结构，有时称为E块24。每一挠曲件30附接到作为空气轴承滑块的滑块28。磁记录读/写头29位于滑块28的端部表面或后表面25处。写头29将并入有自旋力矩振荡器(STO)(图2A中绘示一个实施方案)。挠曲件30使得滑块28能够在由旋转磁盘16产生的空气轴承上“俯仰”和“滚动”。硬盘驱动器10还包含在枢轴点41处以旋转方式安装到刚性底座12的旋转致动器组合件40。旋转致动器组合件40是音圈电机(VCM)致动器，其包含固定到刚性底座12的磁体组合件42和音圈43。当由控制电路系统供电时，音圈43移动且从而旋转具有附接的刚性臂22和负载梁组合件20的E块24，以将读/写头29定位到磁盘上的数据轨道。迹线互连阵列32在一端部处连接到读/写头29，且在另一端部处连接到含于紧固到E块24的一侧的电模块或芯片50中的读/写电路系统。芯片50包含读取前置放大器和写入驱动器电路。
图2A是根据一个实施方案的穿过与磁盘16上的数据轨道相交的中央平面截取的具有并入的自旋力矩振荡器(STO)190、读头以及记录磁盘的垂直磁记录写头的局部示意性侧截面视图。如图2A中所绘示，磁盘16是双层磁盘，且磁盘16包含形成于磁盘16的磁盘衬底13上的“软”或相对低矫顽性磁导性底层(SUL)19上的垂直磁性数据记录层(RL)17。读/写头29形成于滑块28上且包含读头29a和写头29b。读头29a包含位于两个磁屏蔽物S1、S2之间的传感器181，例如磁阻式(MR)读取元件。写头29b是单写入极类型的垂直磁记录(PMR)写头。写头29b包含具有主极134、写入极140、第一通量返回极135、第二通量返回极136以及后屏蔽物170的磁轭结构。写头29b还包含写入极140与后屏蔽物170之间的STO 190，以及分别连接主极与第一通量返回极135和第二通量返回极136的磁轭螺柱137、138。写头29b还包含薄膜线圈，所述薄膜线圈是围绕主极134的写入线圈的部分。写入线圈绘示为包含围绕主极134的写入线圈区段139a、139b的区段。包含写入线圈区段139a、139b的写入线圈是缠绕在主极134周围的螺旋线圈。写入线圈还可以是双“扁平形(pancake)”线圈，其中所有线圈区段在大体上相同的平面中且缠绕在磁轭周围。扩口写入极(WP)140是主极134的部分，且具有扩口部分141和写入极尖端(WP尖端)142，所述写入极尖端142具有面对磁盘16的外表面的端部143。流过写入线圈的贯穿写入线圈区段139a、139b的写入电流从WP 140诱发磁场(由虚线160所绘示)。磁场160穿过RL 17(以磁化WP 140之下的RL 17的区)，穿过由SUL 19提供的通量返回路径，且分别回到第一通量返回极135和第二通量返回极136的相应端部35a、36a。
读/写头29形成为沉积在滑块28的后表面21上的一系列薄膜，所述滑块28具有支撑在磁盘16的外表面上方的面对介质的表面(MFS)，例如空气轴承表面(ABS)。读头29a包含位于两个磁屏蔽物S1与S2之间的传感器181，且在作为写头29b的部分的层的沉积之前沉积在滑块28的后端上。在图2A中，磁盘16在由箭头165指示的方向上移动经过写头29b，且滑块28的支撑读头29a和写头29b的部分通常称为滑块28的后端，且垂直于滑块28的MFS的表面21(写头29b位于其上)通常称为滑块28的后表面。
RL 17示出为具有垂直地记录或磁化的区，其中相邻区具有相反磁化方向，如由箭头所表示。相邻和相对引导的磁化区之间的磁转变可由传感器181检测为所记录的位。
图2A还示出与WP 140间隔开的后屏蔽物(TS)170。TS 170由铁磁性材料形成。STO190位于WP 140与TS 170之间。STO 190包含铁磁性的自由层192，其磁化在存在来自电连接到WP 140和TS 170的电路系统的电流的情况下进行。
图2B示出根据一个实施方案的图2A中所示出的且从磁盘16看去的读/写头29的局部示意性横截面视图。例如ABS的MFS是滑块28的面向记录层的表面，其面对磁盘16的外表面(如图2A中所绘示)且绘示为没有可存在于滑块中的薄保护性外涂层。面对记录层的表面意味着滑块28的覆盖有薄保护性外涂层(如果存在薄保护性外涂层)的表面、滑块的实际外表面如果不存在薄保护性外涂层)，或薄保护性外涂层的外表面。短语“大体上在面对记录层的表面处”意味着实际上在表面处或从表面稍微凹陷。磁盘16(如图2A中所绘示)相对于读/写头29在称为沿轨道方向的方向165上移动。垂直于方向165且平行于MFS的平面的方向称为跨轨道方向。WP尖端142的端部143在跨轨道方向上的宽度大体上限定RL 17(图2A中所绘示)中的数据轨道的轨道宽度(TW)。主极134用虚线绘示，因为其从MFS凹陷(参见图2A)。
在TS 170的相对端部上识别为153、155的部分是侧屏蔽物，其连同TS 170一起形成大体上包围WP尖端142的环绕屏蔽物(WAS)。WAS包含侧屏蔽物153、155以及TS 170。侧屏蔽物153、155以及TS 170各自具有大体上在面对记录层的表面处(例如，在MFS处)的端部。在一个实例中，侧屏蔽物153、155以及TS 170形成为单件结构以形成大体上包围WP尖端142且因此由相同材料形成的WAS。侧屏蔽物153、155以及TS 170的材料包含NiFe、CoFe或NiFeCo合金，使得其具有相同的合金组成。侧屏蔽物153、155通过非磁性间隙材料与WP尖端142分开。具有自由层192的STO 190位于WP尖端142与TS 170之间。WAS更改写头29b的写入场的角度，且在写入时改善写入场梯度，且还屏蔽RL的远离正写入的轨道的区处的写入场。WAS绘示为连接到第二通量返回极136。然而，WAS可以是未通过通量传导材料连接到第二通量返回极136或磁轭的其它部分的“浮动”WAS。此外，代替WAS，写头29b可具有未连接到TS170的单独的侧屏蔽物。
在可与其它实施例组合的一个实施例中，STO 190是自旋力矩振荡器(STO)，其中连接到STO的电极中的一个由磁性材料形成，且非磁性晶种层位于铁磁性电极与自由层之间。另一电极可由磁性材料或非磁性材料形成。
图3是根据一个实施方案的具有并入到写头301中的STO 290的写头301的局部示意性侧视图。写头301是PMR写头。WP 240充当第一电极且由铁磁性材料形成。TS 270充当第二电极，且也由铁磁性材料形成。STO 290的电路系统连接在两个电极之间，且在写入期间在WP 240与TS 270之间提供电流ISTO。WP 240具有磁化(mw)且因此在将写入电流施加到写入线圈时产生自旋极化电子。电子流是在从WP 240到TS 270的相反方向上。
STO 290的自旋极化层(SPL)280形成于晶种层300上。SPL 280可称为极化器层。SPL 280可由铁磁性材料形成，所述铁磁性材料例如CoFe、NiFe、CoFeNi、CoMnGe、NiCo、NiFeCu、CoFeMnGe、CoMnSi、CoFeSi、其它软或硬铁磁性材料，或其它霍伊斯勒(Heusler)合金。SPL 280还可由其它磁性材料或其多个层形成。SPL 280充当STO 290的极化器(例如，自旋极化电子的供应器)且具有磁化(mP)。场产生层(FGL)206形成于间隔物层208上。FGL 206在SPL 280与顶盖层285之间。FGL 206包含铁磁性材料，且可称为自由层。STO 290的FGL206具有大体上在MFS处的边缘且具有自由旋转的磁化(mf)。间隔物层208是非磁性的且位于SPL 280与FGL 206之间。间隔物层208可由Cu形成，但也可由如Au或Ag的其它材料形成。
晶种层300形成于SPL 280与WP 240之间。晶种层300是非磁性的且是导电的。晶种层300可以是多层的。在形成WP 240之后，使用在薄膜读/写头的制造中众所周知的沉积和光刻技术，在滑块的主体上形成组成STO 290的层的堆叠。
在STO 290的操作中，在将电流施加到STO 290之前，SPL 280的磁化mp初始地指向从WP 240朝向TS 270的初始方向，且可平行于X-Y平面。FGL 206的磁化mf也指向从WP 240朝向TS 270的初始方向。具有电流密度J的电流(ISTO)跨WP 240和TS 270施加。电流ISTO的施加更改磁化mp的方向性定向，如下文所论述。
在图3中所绘示的实施方案中，电流ISTO从TS 270流动，穿过FGL 206，穿过SPL280，且到达WP 240。电子的流动与电流ISTO的流动相反，如图3中所绘示。电子的流动来自WP240，穿过晶种层300，穿过SPL 280和间隔物层208，且到达FGL 206，在所述FGL 206中反射极化的自旋向下电子。所反射的自旋极化电子穿过间隔物层208回流且到达SPL 280，且所反射的自旋极化电子对SPL 280的磁化mp施加自旋力矩以反转SPL 280的磁化mp的方向。在电流密度J达到临界值Jc之后，SPL 280的磁化mp的方向性定向反转，且指向与上文所论述的初始方向相反的反转方向。在磁化mp的反转时，SPL 280的磁化mp的反转方向指向从TS 270朝向WP 240的方向。在电流密度J高于临界值Jc时，SPL 280的磁化mp保持指向反转方向，且在竖直平面(例如，Y-Z平面)中以进动运动和一频率振荡。SPL 280的磁化mp以近似固定的角度围绕X轴的旋转由椭圆213描绘，所述椭圆213表示位于平行于Y-Z平面的平面中的磁化向量mp的尖端的圆形进动运动。
FGL 206的磁化mf的方向性定向在电流密度J达到或高于临界值Jc时并不反转，且保持指向上文针对FGL 206的磁化mf所描述的初始方向。在电流密度J高于临界值Jc时，从SPL 280施加到FGL 206的直接力矩在相同水平方向上诱发FGL 206的磁化mf的进动运动，但具有相对于磁化mf的初始方向的角度Ψ。FGL 206的磁化mf在Y-Z平面中形成角度Ψ，且在Y-Z平面中具有以某一频率f围绕X轴以方位角旋转的分量。FGL 206的磁化mp以这一近似固定的角度Ψ围绕X轴的旋转由椭圆211描绘，所述椭圆211表示位于平行于Y-Z平面的平面中的磁化向量mf的尖端的圆形进动运动。进动的频率取决于组成STO 290的材料的属性和厚度，但对于特定STO，进动的频率是ISTO和H0两者的值的函数。
图3中所绘示的实施方案示出从WP 240流过STO 290且到达TS 270的电子流。本公开还涵盖其中流过STO 290的电子流是从TS 270到WP 240(例如在T模式配置中)的实施方案。在T模式配置中，SPL 280和FGL 206在图3中所绘示的相应位置中，电流ISTO从WP 240流过STO 290且到达TS 270，使得电流ISTO的流动与电子流相反。在此实施方案中，在施加电流之前SPL 280的磁化mp的初始方向与针对图3中所绘示的实施方案所描述的初始方向相同。在T模式配置中，SPL 280的磁化mp的方向性定向将不在操作期间反转，且将在电流密度J达到或高于临界值Jc时保持在初始方向上。在T模式配置中，在电流密度J达到或高于临界值Jc时，磁化mp还将不以进动运动振荡。在T模式配置中，FGL 206的磁化mf在与针对图3所描述相同的初始方向上，且不反转。在T模式配置中，FGL 206的磁化mf开始在电流密度J达到临界值Jc时以进动运动振荡，且在电流密度J高于临界值Jc时以类似于针对图3所描述的进动运动的方式振荡。
在写入期间，WP 240(其是主极的部分)将写入场H0施加到记录层(RL)中的磁性晶粒，同时来自STO 290的FGL 206的磁化mf的进动将频率f下的辅助ac场施加到磁性晶粒。这产生微波辅助的磁记录(MAMR)，这改善RL中的晶粒的磁化的切换，其中改善取决于施加辅助场的频率f。实际上，铁磁性材料在铁磁性材料的铁磁性谐振频率下或附近更高效地从AC磁场吸收能量，如在基特尔(Kittel)C.《铁磁性谐振吸收的理论(On the Theory ofFerromagnetic Resonance Absorption)》，物理学评论(Phys.Rev.)73，第155到161页(1948)中所描述。因此，来自STO 290的FGL 206的辅助磁场的频率f设计成优选地在靠近组成RL中的晶粒的磁性材料的铁磁性谐振的范围内。
因此，从PMR写头使用的写入场可从在没有MAMR的情况下切换RL中的晶粒的磁化所需的写入场减少。MAMR还可用于增加RL的矫顽性，其高于可由单独的PMR写头写入的RL的矫顽性。然而，即使来自FGL 206的辅助磁场的频率f不接近RL的晶粒中的磁性材料的谐振，使得不存在微波辅助，FGL 206的磁化mf和/或SPL 280的磁化mp仍将提供将辅助写入场H0的辅助场分量，例如AC场或DC场。
当切换来自线圈的写入电流时，写入场从进入RL的方向(如图3中所描绘)切换到离开RL的方向，这引起磁化mw、mp以及mf的方向以及辅助场分量的方向的切换。
间隔物层208形成于SPL 280上方。FGL 206形成于间隔物层208上方。顶盖层285在FGL 206与TS 270之间。顶盖层285是非磁性的，且可由金属或金属合金(例如Ru、Ir、Ta、Ti、金属和/或金属合金)的层或多层形成。应理解，层285(绘示为顶盖层)可以是类似于间隔物层208的第二间隔物层，且可包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。在一个实例中，层285是呈锯齿状配置的第二间隔物层，其中将第二间隔物层缝合到TS 270的凹口中。第二间隔物层传送力矩。层285是STO 290的端部层。
图4是根据一个实施方案的在主极(MP)334与后屏蔽物380之间的STO 490的局部示意性截面视图。STO 490可代替图3中所示出的STO 290的一个或多个方面或与图3中所示出的STO 290的一个或多个方面组合使用。STO 490耦合到主极334和后屏蔽物380。如上文所论述，本文中所描述的主极(例如MP 334)可包含作为写入极的部分，且写入极可包含扩口部分。因此，本公开涵盖STO 490可耦合到作为写入极的主极334的部分。举例来说，STO490可耦合到主极334的写入极的扩口部分。
电子从MP 334流过STO 490且到达后屏蔽物380，如关于图3所描述。STO 490包含形成于主极334上的晶种层310，以及在后屏蔽物380上和下方的顶盖层370。STO 490还包含晶种层310上和晶种层310与顶盖层370之间的自旋极化层(SPL)320。STO 490还包含在SPL320与顶盖层370之间的场产生层(FGL)350，以及在SPL 320与FGL 350之间的间隔物层330。
在一个实施例中，顶盖层370是钌(Ru)层。顶盖层370可以是一个或多个金属或金属合金膜，其由Cu、Cr、Ta、Ru、Hf、Nb、NiAl和其合金中的一种或多种的一个或多个膜中选出。使用SPL 320来极化的自旋极化电子驱动FGL 350的磁化以沿着间隙场旋转。FGL 350通过振荡产生高频磁场。FGL 350包含铁(Fe)和钴(Co)。在可与其它实施例组合的一个实施例中，FGL 350是铁/钴(Fe/Co)双层。在可与其它实施例组合的一个实施例中，FGL 350是钴/铱(Co/Ir)双层、锰锑(MnSb)双层或铁碳(FeC)双层。间隔物层330是铜(Cu)层；然而，其它类似化合物可适合于在间隔物层330中使用。在一个实施例中，晶种层310是钌(Ru)层。
SPL 320包含铁磁性材料，且可包含铁磁性材料，例如NiFe、CoFe、Fe、Co、CoFeAl、CoFeGe、CoMnGe、CoFeSi、CoMnSi、其合金和/或其它磁性材料合金、铁磁性霍伊斯勒合金和/或其多个层中的一种或多种。全和半霍伊斯勒合金是具有特定组成和晶体结构的金属间化合物。霍伊斯勒合金的实例包含但不限于全霍伊斯勒合金Co2MnX(其中X是Al、Sb、Si、Sn、Ga或Ge中的一种或多种)和Co2FeZ(其中Z是Ge、Si、Al、Sn或Ga中的一种或多种)。实例还包含但不限于半霍伊斯勒合金NiMnSb和PtMnSb。完美的霍伊斯勒合金将具有100％自旋极化。然而，可能的是，在薄膜形式和有限温度下，霍伊斯勒合金的能带结构可能偏离其理想的半金属结构，且自旋极化将降低。举例来说，一些合金可能呈现化学位点无序且在B2结构而不是L21霍伊斯勒结构中结晶。然而，自旋极化可能超过常规铁磁性合金的自旋极化。因此，如本文中所使用的“霍伊斯勒合金”应意味着具有与已知霍伊斯勒合金大体上相同的组成的合金，且与例如NiFe和CoFe合金的常规铁磁性材料相比，其引起增强的自旋极化。
STO 490还包含在晶种层310与顶盖层370之间的一个或多个插入层，所述插入层可称为铬(Cr)层。一个或多个铬层可称为一个或多个铬插入层。在图4中所绘示的实施方案中，一个或多个铬层包含插入在FGL 350上且在FGL 350与顶盖层370之间的第一铬层360。顶盖层370形成于第一铬层360上。第一铬层360包含至多
Figure BDA0002975517030000101
的厚度T1，例如在1埃到40埃范围内。在可与其它实施例组合的一个实施例中，厚度T1在15埃到25埃范围内，例如在18埃到22埃范围内或约20埃。
图5是根据一个实施方案的图4中所示出的在主极(MP)334与后屏蔽物380之间的STO 590的局部示意性截面视图。STO 590可代替图3中所示出的STO 290的一个或多个方面或与图3中所示出的STO 290的一个或多个方面组合使用。电子从主极334流过STO 590到达后屏蔽物380，如在图3中所描述。STO 590类似于图4中所示出的STO 490，且包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。
STO 590的一个或多个铬层包含第一铬层360。一个或多个铬层还包含安置在间隔物层330上且在间隔物层330与FGL 350之间的第二铬层361。第二铬层361包含至多20埃的厚度T2，例如在1埃到20埃范围内。在可与其它实施例组合的一个实施例中，第一铬层360的厚度T1大于第二铬层361的厚度T2。在可与其它实施例组合的一个实施例中，第二铬层361的厚度T2在5埃到15埃范围内，例如在8埃到12埃范围内，例如约10埃。
图6A是根据一个实施方案的在图4和图5中所示出的在主极(MP)334与后屏蔽物380之间的STO 690的局部示意性截面视图。STO 690可代替图3中所示出的STO 290的一个或多个方面或与图3中所示出的STO 290的一个或多个方面组合使用。电子从主极334流过STO 690到达后屏蔽物380，如在图3中所描述。STO 690类似于图4中所示出的STO 490和图5中所示出的STO 590，且可包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。
STO 690的一个或多个铬层包含安置在间隔物层330上且在FGL 350之间的铬层362。铬层362与间隔物层330和FGL 350接触。铬层362包含至多20埃的厚度T3，例如在1埃到20埃范围内。在可与其它实施例组合的一个实施例中，厚度T3在2埃到8埃范围内，例如约5埃。
图6B是根据一个实施方案的FGL振荡角和FGL频率的图表。FGL振荡角绘示于y轴上，且FGL频率绘示于x轴上。对于在例如约20GHz到25GHz的FGL频率的大频率下的MAMR增益，使用大FGL振荡角来促进高效且有效的磁记录操作。FGL频率是FGL振荡角的函数，因此可能难以增加FGL振荡角。下文所示的基托(Kittle)公式是FGL振荡角的数学描述，其中可通过利用不同材料和/或材料的不同配置来修改Hext、Hd以及Hk。
Figure BDA0002975517030000111
为了增加FGL振荡角(θ)，基托公式的分母需要较大，且可用用于构建STO的材料的类型修改。在本文中所描述的实施方案中，改进Hk(即，变得更负)以增加在高FGL频率下的FGL振荡角。包含一个或多个铬层(例如图4、图5以及图6a的铬层360到铬层362)有助于改进界面Hk，这有助于增加在大FGL频率下的FGL振荡角。
图6B示出当铬层362包含于如图6A中所示出的STO 690中时跨FGL频率(例如20GHz到25GHz的大频率)的FGL振荡角的改进。铬层362的添加产生大于在无铬层362的情况下产生的第二角剖面6002的第一角剖面6001。通过添加铬层362层来增加FGL振荡角可以是在较低FGL频率(例如10GHz到15GHz)下约10度到在较高FGL频率(例如20GHz到30GHz)下约5度。
图7是根据一个实施方案的具有并入到写头301中的STO 790的写头701的局部示意性侧视图。STO 790和写头701类似于关于图3所示出的STO 290和写头301，且包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。STO 790类似于图3的STO 290，且与图3中的FGL206和SPL 280的位置相比，调换FGL 206和SPL 280的位置。因此，SPL 280安置在间隔物层208上且在FGL 206与顶盖层285之间。FGL 206形成于晶种层300上且在晶种层300与间隔物层208之间。FGL 206与晶种层300和间隔物层208接触。SPL 280形成于间隔物层208上且在间隔物层208与顶盖层285之间。SPL 280与间隔物层208和顶盖层285接触。图7中的电子流相对于图3中所绘示的电子流在相反方向上。在图7中，电子从TS 270流过STO 790，且到达WP 240。图7中所绘示的SPL 280的磁化mp的方向性定向是在使用离开FGL 206且朝向SPL280反射的自旋极化电子来反转磁化mp之后，且针对磁化mp诱发进动和振荡运动。
图8A是根据一个实施方案的在图4中所示出的在主极(MP)334与后屏蔽物380之间的STO 890的局部示意性截面视图。STO 890可代替图7中所绘示的STO 790的一个或多个方面或与图7中所绘示的STO 790的一个或多个方面组合使用。STO 890类似于关于图4、图5以及图6A所示出的相应STO 490、STO590和/或STO690，且包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。
STO 890包含晶种层310与顶盖层370之间的一个或多个铬层。一个或多个铬层包含形成于晶种层310上且安置在晶种层310与FGL 350之间的第一铬层860。第一铬层860与晶种层310和FGL 350接触。第一铬层860包含至多80埃的厚度T4，例如在1埃到80埃范围内。在可与其它实施例组合的一个实施例中，厚度T4在15埃到25埃范围内，例如在18埃到22埃范围内，例如约20埃。
图8B是根据一个实施方案的FGL振荡角和FGL频率的图表。FGL振荡角绘示于y轴上，且FGL频率绘示于x轴上。对于在例如约20GHz到25GHz的FGL频率的大频率下的MAMR增益，使用大FGL振荡角来促进高效且有效的磁记录操作。包含一个或多个铬层(例如图8A的第一铬层860或图9的第二铬层861)有助于改进基托公式的界面Hk，这有助于增加在大FGL频率下的FGL振荡角。
图8B示出当第一铬层860包含于如图8A中所示出的STO 890中时跨FGL频率(例如20GHz到25GHz的大频率)的FGL振荡角的改进。第一铬层860的添加产生大于在无第一铬层860的情况下产生的第二角剖面8002的第一角剖面8001。通过添加第一铬层860层来增加FGL振荡角可以是在较低FGL频率(例如10GHz到15GHz)下约10度到在较高FGL频率(例如20GHz到30GHz)下约5度。
图9是根据一个实施方案的在图8A中所示出的在主极(MP)334与后屏蔽物380之间的STO 990的局部示意性截面视图。STO 990可代替图7中所示出的STO 790的一个或多个方面或与图7中所示出的STO 790的一个或多个方面组合使用。电子从后屏蔽物380流过STO990到达主极334，如在图7中所描述。STO 990类似于图8A中所示出的STO 890，且包含其方面、特征、组件和/或属性中的一个或多个。
STO 990的一个或多个铬层包含第一铬层860。一个或多个铬层还包含安置在FGL350上且在FGL 350与间隔物层330之间的第二铬层861。第二铬层861包含至多20埃的厚度T5，例如在1埃到20埃范围内。在可与其它实施例组合的一个实施例中，第一铬层860的厚度T4大于第二铬层861的厚度T5。在可与其它实施例组合的一个实施例中，第二铬层861的厚度T5在5埃到15埃范围内，例如在8埃到12埃范围内，例如约10埃。
本公开涵盖写头(例如写头29b、写头301和/或写头701)和本文中所描述的STO(例如STO 190、STO 290、STO 490、STO 590、STO 690、STO 790、STO 890和/或STO 990)可以是磁介质驱动器(例如磁硬盘驱动器)的至少部分。
本公开的益处包含改进基托公式的Hk(例如，负地增加)以增加高FGL频率的FGL振荡角。以此方式增加FGL振荡角引发例如简单地促进有效且高效的磁记录和磁记录的高ADC的益处。通过在FGL(例如Fe/Co层)上方和/或下方添加一个或多个铬层，振荡角跨各种FGL频率增加，其中例如FGL或SPL的其它层的属性减小或无更改。归因于Hk对FGL振荡角的影响，包含一个或多个铬层比更改例如FGL的其它层更简单且更有效。
预期可组合本文中所公开的一个或多个方面。此外，预期本文中所公开的一个或多个方面可包含前述益处中的一些或全部。
在一个实施例中，一种写头包括主极、后屏蔽物，以及耦合到所述主极和所述后屏蔽物的自旋力矩振荡器(STO)。所述STO包含所述主极上的晶种层、所述后屏蔽物上的层，以及所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间的自旋极化层。所述STO还包含所述自旋极化层与所述后屏蔽物上的所述层之间的场产生层，以及所述自旋极化层与所述场产生层之间的间隔物层。所述STO还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。所述晶种层是钌层，且所述后屏蔽物上的所述层是钌层。所述间隔物层是铜层，且所述场产生层包含铁和钴。所述一个或多个铬层包含安置在所述场产生层上且在所述场产生层与所述后屏蔽物上的所述层之间的第一铬层。所述第一铬层具有至多40埃的厚度。所述一个或多个铬层进一步包含安置在所述间隔物层上且在所述间隔物层与所述场产生层之间的第二铬层。所述第二铬层具有至多20埃的厚度。所述一个或多个铬层包含安置在所述间隔物层上且在所述间隔物层与所述场产生层之间的铬层。还公开一种包含所述写头的磁介质驱动器。
在另一实施例中，一种写头包括主极、后屏蔽物，以及耦合到所述主极和所述后屏蔽物的自旋力矩振荡器(STO)。所述STO包含所述主极上的晶种层、所述后屏蔽物上的层，以及所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间的场产生层。所述STO还包含所述场产生层与所述后屏蔽物上的所述层之间的自旋极化层，以及所述场产生层与所述自旋极化层之间的间隔物层。所述STO还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。所述一个或多个铬层包含安置在所述晶种层上且在所述晶种层与所述场产生层之间的第一铬层。所述第一铬层具有至多80埃的厚度。所述一个或多个铬层进一步包含安置在所述场产生层上且在所述场产生层与所述间隔物层之间的第二铬层。所述第二铬层具有约10埃的厚度。还公开一种包含所述写头的磁介质驱动器。
在另一实施例中，一种自旋力矩振荡器包括晶种层、端部层、所述晶种层与所述端部层之间的自旋极化层，以及所述晶种层与所述端部层之间的场产生层。所述自旋力矩振荡器还包含间隔物层，所述间隔物层位于所述自旋极化层与所述场产生层之间。所述自旋力矩振荡器还包含一个或多个铬层，所述一个或多个铬层安置在所述晶种层、所述场产生层或所述间隔物层中的一个或多个上。所述一个或多个铬层中的每一个具有至多80埃的厚度。所述一个或多个铬层包含安置在所述场产生层上的铬层，且安置在所述场产生层上的所述铬层的厚度在15埃到25埃范围内。所述一个或多个铬层包含安置在所述晶种层上的铬层，且安置在所述晶种层上的所述铬层的厚度在15埃到25埃范围内。所述一个或多个铬层包含安置在间隔物层上的铬层，且安置在所述间隔物层上的所述铬层的厚度在5埃到15埃范围内。还公开一种包含所述自旋力矩振荡器的磁介质驱动器。
虽然前述内容是针对本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围的情况下，可设计出本公开的其它和另外实施例，且由所附权利要求书确定本公开的范围。

Claims (20)

1.一种写头，其包括：
主极；
后屏蔽物(trailing shield)；
自旋力矩振荡器(STO)，其耦合到所述主极和所述后屏蔽物，所述STO包括：
晶种层，其位于所述主极上；
层，其位于所述后屏蔽物上；
自旋极化层，其位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间；
场产生层，其位于所述自旋极化层与所述后屏蔽物上的所述层之间；
间隔物层，其位于所述自旋极化层与所述场产生层之间；以及
一个或多个铬层，其位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。
2.根据权利要求1所述的写头，其中所述晶种层是钌层，且所述后屏蔽物上的所述层是钌层。
3.根据权利要求2所述的写头，其中所述间隔物层是铜层，且所述场产生层包括铁和钴。
4.根据权利要求1所述的写头，其中所述一个或多个铬层包括第一铬层，所述第一铬层安置在所述场产生层上且位于所述场产生层与所述后屏蔽物上的所述层之间。
5.根据权利要求4所述的写头，其中所述第一铬层具有至多40埃的厚度。
6.根据权利要求4所述的写头，其中所述一个或多个铬层进一步包括第二铬层，所述第二铬层安置在所述间隔物层上且位于所述间隔物层与所述场产生层之间。
7.根据权利要求6所述的写头，其中所述第二铬层具有至多20埃的厚度。
8.根据权利要求1所述的写头，其中所述一个或多个铬层包括铬层，所述铬层安置在所述间隔物层上且位于所述间隔物层与所述场产生层之间。
9.一种磁介质驱动器，其包括根据权利要求1所述的写头。
10.一种写头，其包括：
主极；
后屏蔽物；
自旋力矩振荡器(STO)，其耦合到所述主极和所述后屏蔽物，所述STO包括：
晶种层，其位于所述主极上；
层，其位于所述后屏蔽物上；
场产生层，其位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间；
自旋极化层，其位于所述场产生层与所述后屏蔽物上的所述层之间；
间隔物层，其位于所述场产生层与所述自旋极化层之间；以及
一个或多个铬层，其位于所述晶种层与所述后屏蔽物上的所述层之间。
11.根据权利要求10所述的写头，其中所述一个或多个铬层包括第一铬层，所述第一铬层安置在所述晶种层上且位于所述晶种层与所述场产生层之间。
12.根据权利要求11所述的写头，其中所述第一铬层具有至多80埃的厚度。
13.根据权利要求11所述的写头，其中所述一个或多个铬层进一步包括第二铬层，所述第二铬层安置在所述场产生层上且位于所述场产生层与所述间隔物层之间。
14.根据权利要求13所述的写头，其中所述第二铬层具有约10埃的厚度。
15.一种磁介质驱动器，其包括根据权利要求10所述的写头。
16.一种自旋力矩振荡器，其包括：
晶种层；
端部层；
自旋极化层，其位于所述晶种层与所述端部层之间；
场产生层，其位于所述晶种层与所述端部层之间；
间隔物层，其位于所述自旋极化层与所述场产生层之间；以及
一个或多个铬层，其安置在所述晶种层、所述场产生层或所述间隔物层中的一个或多个上，且所述一个或多个铬层中的每一个具有至多80埃的厚度。
17.根据权利要求16所述的自旋力矩振荡器，其中所述一个或多个铬层包括安置在所述场产生层上的铬层，且安置在所述场产生层上的所述铬层的厚度在15埃到25埃范围内。
18.根据权利要求16所述的自旋力矩振荡器，其中所述一个或多个铬层包括安置在所述晶种层上的铬层，且安置在所述晶种层上的所述铬层的厚度在15埃到25埃范围内。
19.根据权利要求16所述的自旋力矩振荡器，其中所述一个或多个铬层包括安置在所述间隔物层上的铬层，且安置在所述间隔物层上的所述铬层的厚度在5埃到15埃范围内。
20.一种磁介质驱动器，其包括根据权利要求16所述的自旋力矩振荡器。
CN202110273288.XA 2020-05-26 2021-03-15 用于磁记录驱动器的自旋力矩振荡器 Active CN113724742B (zh)

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