CN113823330A - 横向偏置强度增强 - Google Patents

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Abstract

本公开大体上涉及具有双自由层(DFL)传感器的读头。所述读头具有安置于两个屏蔽件之间的传感器。所述传感器是DFL传感器且具有在面对介质的表面(MFS)处的表面。在所述DFL传感器后方且远离所述MFS的是后硬偏置(RHB)结构。所述RHB结构也安置于所述屏蔽件之间。在所述DFL传感器与所述RHB结构之间的是绝缘材料。所述绝缘材料是多层结构。所述多层结构的第一层包括与隧道磁阻屏障层相同的材料，例如MgO，且安置成邻近于所述DFL传感器，但与所述RHB结构间隔开。所述多层结构的第二层是不同绝缘层，其安置成邻近于所述RHB结构，但与所述DFL传感器间隔开。所述多层结构有助于通过维持RHB矫顽磁性而改善面密度，而不会使头稳定性和性能可靠性降级。

Description

横向偏置强度增强
技术领域
本公开的实施例大体上涉及双自由层(dual free layer，DFL)隧道磁阻(tunnelmagnetic resistive，TMR)读头。
背景技术
读头通常包含反铁磁(antiferromagnetic，AFM)层，这导致屏蔽件之间的相当大间距。无AFM层的读头可以收缩屏蔽件之间的距离。
一种此类读头是具有双自由层(DFL)传感器的DFL读头。DFL读头不具有AFM层，而是具有通过在屏蔽件之间的传感器的任一侧上的反铁磁耦合(antiferromagneticallycoupled，AFC)软偏置(soft bias，SB)结构而纵向个别地稳定的两个自由层。当在条带后边缘处由永久磁性或后硬偏置(rear hard bias，RHB)结构横向地偏置时DFL传感器在剪刀模式中操作，所述结构递送具有自我噪声消除的读出振幅的两倍高。DFL读头中的一个主要挑战在于RHB提供强场而使自由层能够在剪刀模式中操作。
绝缘层存在于RHB与DFL传感器之间。绝缘层充当条带后边缘绝缘体以避免两者之间的并联。为了获得较高面密度，使用二维磁记录(two dimensional magneticrecording，TDMR)。为了确保TDMR可达到较高的面密度，读结点绝缘体需要与隧道磁阻(TMR)传感器的屏障化学兼容以实现较低TMR电阻-面积乘积(RA)和较高TMR值。确切地说，在用于上部读头的完整膜退火期间，针对已经形成的下部读头可以防止由于结点绝缘体与由不同原子元素构成的TMR屏障之间的化学互混带来的降级。包含MgO作为屏障层的TMR传感器由于较高TMR值和信噪比而展示高性能，且当前是用于读头的行业标准。然而，当用作读结点绝缘体以确保与MgO TMR屏障化学兼容时，MgO对RHB矫顽磁性具有负面影响。因此，虽然MgO结绝缘体与TMR屏障化学兼容且有利于实现较高面密度，但由于RHB矫顽磁性减少，益处被磁头稳定性和性能可靠性的降级所抵消。
因此，此项技术中需要改进的DFL读头结构来实现较高面密度且不会由于较低RHB矫顽磁性而牺牲磁头稳定性和性能可靠性。
发明内容
本公开大体上涉及具有双自由层(DFL)传感器的读磁头。所述读头具有安置于两个屏蔽件之间的传感器。所述传感器是DFL传感器且具有在面对介质的表面(MFS)处的表面。在所述DFL传感器后方且远离所述MFS的是后硬偏置(RHB)结构。所述RHB结构也安置于所述屏蔽件之间。在所述DFL传感器与所述RHB结构之间的是绝缘材料。所述绝缘材料是多层结构。所述多层结构的第一层包括与隧道磁阻屏障层相同的材料，例如MgO，且安置成邻近于所述DFL传感器，但与所述RHB结构间隔开。多层结构的第二层由不同绝缘材料构成且安置成邻近于RHB结构，但与DFL传感器间隔开。多层结构帮助改善具有较高面密度的DFL传感器的性能而不会降低RHB矫顽磁性。
在一个实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；第二屏蔽件，其与第一屏蔽件间隔开；传感器，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间，其中第一屏蔽件、第二屏蔽件和传感器各自具有在所述磁读头的面对介质的表面(MFS)处的表面；后硬偏置(RHB)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间，且在传感器后方，其中RHB结构与MFS间隔开；以及多层绝缘结构，其安置于传感器与RHB结构之间。
在另一实施例中，一种磁读头包括：双自由层(DFL)传感器；后硬偏置(RHB)结构；以及多层绝缘结构，其耦合于DFL传感器与RHB结构之间，其中多层绝缘结构包括包括与隧道磁阻(TMR)屏障相同材料的至少一个层。
在另一实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；中间屏蔽件；第二屏蔽件；第一传感器，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；第二传感器，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间；至少一个第一后硬偏置(RHB)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间；以及第一多层绝缘结构，其安置于所述至少一个第一RHB结构与第一传感器之间，其中第一多层绝缘结构包括包括与隧道磁阻(TMR)屏障相同材料的至少一个层。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上述特征，上文简短概述的本公开可以参考实施例加以更具体地描述，其中一些实施例在附图中图解说明。然而，应注意，附图只是说明本公开的典型实施例且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可以承认其它同等有效的实施例存在。
图1是包含磁读头的磁性介质驱动器的某些实施例的示意性图示。
图2是面对磁性存储介质的头组合件的截面侧视图的某些实施例的示意性图示。
图3A到3B是根据各种实施例的单个读头的示意性图示。
图4A到4B是根据一个实施例的TDMR读头的示意性图示。
图5A到5C是示出根据各种实施例的RHB膜的磁性性质的曲线图。
为了便于理解，在可能的情况下已经使用相同的元件符号表示图中共有的相同元件。预期到一个实施例中公开的元件可有利地在其它实施例上利用而不需特定叙述。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施例。然而，应理解，本公开不限于所描述的特定实施例。实际上，涵盖以下特征和元件(不管是否与不同实施例有关)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，但特定优势是否是由给定实施例实现并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例及优点仅为说明性的且不认为是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，且不应认为是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。
本公开大体上涉及具有双自由层(DFL)传感器的读头。读头具有安置于两个屏蔽件之间的传感器。传感器是DFL传感器且具有在面对介质的表面(media facing surface，MFS)处的表面。在DFL传感器后方且远离MFS是后硬偏置(RHB)结构。RHB结构也安置于屏蔽件之间。在DFL传感器与RHB结构之间的是绝缘材料。绝缘材料是多层结构。多层结构的第一层由与隧道磁阻屏障层相同的材料构成，例如MgO，且安置成邻近于DFL传感器，但与RHB结构间隔开。多层结构的第二层由不同绝缘材料构成且安置成邻近于RHB结构，但与DFL传感器间隔开。多层结构帮助改善具有较高面密度的DFL传感器的性能而不会降低RHB矫顽磁性。
图1是包含磁写头和磁读头的磁性介质驱动器100的某些实施例的示意性图示。磁性介质驱动器100可以是单个驱动器/装置或包括多个驱动器/装置。磁性介质驱动器100包含磁记录介质，例如支撑于主轴114上且由驱动马达118旋转的一个或多个可旋转磁盘112。为便于图示，示出根据一个实施例的单个磁盘驱动器。每一磁盘112上的磁记录呈任何合适的数据轨道模式的形式，例如磁盘112上的同心数据轨道(未图示)的环形模式。
至少一个滑块113定位于磁盘112附近。每一滑块113支撑头组合件121，所述头组合件包含一个或多个读/写头，例如包括TMR装置的写头和读头。在磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向移入和移出，使得头组合件121可以在期望的数据被写入或读取的地方存取磁盘112的不同轨道。每一滑块113借助于悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向磁盘表面122偏置的轻微弹簧力。每一致动器臂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(voice coil motor，VCM)。VCM包含可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度受由控制单元129供应的马达电流信号控制。
在磁性介质驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转产生滑块113与磁盘表面122之间的空气或气体轴承，这在滑块113上施加向上力或提升。空气或气体轴承因此反平衡悬架115的轻微弹簧力，且在正常操作期间支撑滑块113以小的基本上恒定间距离开磁盘表面122且稍微在所述磁盘表面上方。
磁性介质驱动器100的各种组件在操作中受由控制单元129产生的控制信号控制，例如存取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、存储构件和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号和线128上的头位置和搜寻控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布曲线以最优地移动和定位滑块113到磁盘112上的期望的数据轨道。写信号和读信号借助于记录通道125传送到头组合件121和从所述头组合件传送。图1的磁性介质驱动器的某些实施例还可包含多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2是面对磁盘112或其它磁性存储介质的头组合件200的截面侧视图的某些实施例的示意性图示。头组合件200可以对应于在图1中描述的头组合件121。头组合件200包含面对磁盘112的面对介质的表面(media facing surface，MFS)212。如图2中所示出，磁盘112在由箭头232指示的方向上相对地移动，且头组合件200在由箭头233指示的方向上相对地移动。
头组合件200包含磁读头211。磁读头211包含安置于屏蔽件S1与S2之间的第一感测元件204a。磁读头还包含安置于屏蔽件S2与S3之间的第二感测元件204b。感测元件204a以及屏蔽件S1和S2具有在面对磁盘112的MFS 212处的表面。感测元件204b以及屏蔽件S2和S3具有在面对磁盘112的MFS 212处的表面。感测元件204a、204b是通过TMR效应感测磁盘112中的记录位的磁场的TMR装置，所述记录位例如垂直记录位或纵向记录位。在某些实施例中，屏蔽件S1与S2之间的间距以及屏蔽件S2与S3之间的间距是约17nm或更小。在图2中示出的实施例中，读头211是TDMR读头。应理解，本文所论述的实施例也适用于具有仅一个传感器的读头。
头组合件200可以任选地包含写头210。写头210包含主极220、前导屏蔽件206和拖尾屏蔽件(trailing shield，TS)240。主极220包括磁性材料且充当主电极。主极220、前导屏蔽件206和TS 240中的每一个具有在MFS 212处的前部部分。写头210包含围绕主极220的线圈218，其激励主极220而产生用于影响可旋转磁盘112的磁记录介质的写磁场。线圈218可以是螺旋结构或者一组或多组扁平形结构。TS 240包括充当用于主极220的返回极的磁性材料。前导屏蔽件206可以提供电磁屏蔽且通过前导间隙254与主极220分离。
图3A到3B是单个读头300的示意性图示。图3A到3B的方面可以类似于磁读头211的组件。图3A是DFL读头的单个读头300的ABS视图。单个读头300包含第一屏蔽件(S1)302、晶种层304、第一自由层(FL)306、屏障层308、第二FL 310、顶盖312和第二屏蔽件(S2)322。单个读头300还包含第一合成反铁磁(SAF)软偏置(SB)(例如，侧屏蔽件)，其包含第一下部SB316a、第一间隔件318a和第一上部SB 320a。单个读头300还包含第二SAF SB，其包含第二下部SB 316b、第二间隔件318b和第二上部SB 320b。用于第一FL 306和第二FL 310的磁矩可以由于来自SAF SB的反平行偏置而是反平行的。在一个实施例中，第一间隔件318a和第二间隔件318b包括钌。
S1 302包含选自包含NiFe、CoFe、NiFeCo和其组合的群组的可透磁且导电的材料。S2 322包含选自与S1 302相同的材料群组的可透磁且导电的材料，或由基于锰的反铁磁体偏置的同一材料交换，例如IrMn、PtMn和NiMn，或两者的组合。S1 302和S2 322中的每一个的厚度可以在约20nm与约500nm之间。S1 302和S2 322是通过众所周知的沉积方法沉积的，例如电镀、无电电镀、或溅镀，或其组合。另外，应理解，虽然NiFe、CoFe、NiFeCo、IrMn、PtMn和NiMn已经例示作为S1 302和S2 322材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于NiFe、CoFe、NiFeCo、IrMn、PtMn和NiMn用于S1 302和S2 322。
晶种层304形成于S1 302上。晶种层304是通过众所周知的沉积方法沉积的，例如溅镀。晶种层304包含选自包含钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)和其多层或其合金的群组的材料。晶种层304的厚度可在约10埃到约50埃之间。另外，应理解，虽然Ta、Ru、Ti和其多层和合金已经例示作为晶种层304材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于Ta、Ru或Ti或其多层或合金用于晶种层304。
第一FL 306形成于晶种层304上。第一FL 306包含CoFexB/CoFe多层堆叠。CoFe层的厚度可在约3埃到约10埃之间。CoFexB层的厚度可在约30埃到约100埃之间，且x在0与1之间。第一FL 306可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。另外，应理解，虽然CoFexB/CoFe已例示作为第一FL 306材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于CoFexB/CoFe/用于第一FL 306。
屏障层308形成于第一FL 306上。屏障层308包含例如氧化镁(MgO)的材料，其厚度在约10埃到约20埃之间。应理解，虽然MgO例示作为屏障层308，但其它绝缘材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于MgO用于屏障层308。
第二FL 310形成于屏障层308上。第二FL 310包含CoFe/CoFexB多层堆叠。CoFe层的厚度可在约3埃到约10埃之间。CoFexB层的厚度可在约30埃到约60埃之间，且x在0与1之间。第二FL 310可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。另外，应理解，虽然CoFe/CoFexB已例示作为第二FL 310材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于CoFe/CoFexB用于第二FL 310。用于第一FL 306和第二FL 310的磁矩可以由于来自SAF SB的反平行偏置而是反平行的。
顶盖312形成于第二FL 310上。顶盖312包含选自包含钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、其它非磁性、导电材料和其多层的群组的材料。顶盖312可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。顶盖312的厚度可在约10埃到约100埃之间。另外，应理解，虽然Ta、Ru、Ti和其多层已经例示作为顶盖312材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于Ta、Ru或Ti或其多层用于顶盖312。
单个读头300还包含第一合成反铁磁(SAF)软偏置(SB)(例如，侧屏蔽件)，其包含第一下部SB 316a、第一间隔件318a和第一上部SB 320a。单个读头300还包含第二SAF SB，其包含第二下部SB 316b、第二间隔件318b和第二上部SB 320b。
第一下部SB 316a和第二下部SB 316b包含选自包含NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB、Co及其合金的群组的材料。第一下部SB 316a和第二下部SB 316b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。第一下部SB 316a和第二下部SB 316b可以各自具有在约50埃到约150埃之间的厚度。另外，应理解，虽然NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB和Co已经例示作为顶盖312材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB和Co用于第一下部SB 316a和第二下部SB 316b。第一间隔件318a形成于第一下部SB 316a上且第二间隔件318b形成于第二下部SB 316b上。用于第一间隔件318a和第二间隔件318b的合适材料包含在约4埃到约10埃之间的厚度的钌(Ru)。应理解，虽然Ru已例示作为第一间隔件318a和第二间隔件318b材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于Ru用于第一间隔件318a和第二间隔件318b。
第一上部SB 320a和第二上部SB 320b包含选自包含NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB、Co及其合金的群组的材料。第一上部SB 320a和第二上部SB 320b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。第一上部SB 320a和第二上部SB 320b可以各自具有在约50埃到约200埃之间的厚度。另外，应理解，虽然NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB和Co已经例示作为第一上部SB 320a和第二上部SB 320b材料，但其它材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于NiFe、CoFe、CoNi、CoFeNi、CoFeB和Co用于第一上部SB 320a和第二上部SB 320b。在各种实施例中，类似于顶盖312的封盖层可以形成于第一上部SB 320a和第二上部SB320b上。封盖层的厚度可在约10埃到约100埃之间。
绝缘材料352可以放置于单个读头300中，使得可避免S1 302、晶种层304、第一FL306、屏障层308、第二FL 310、顶盖312、S2 322、第一SAF SB和第二SAF SB之间的电学短接。用于绝缘材料352的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化镁、氧化硅和氮化硅。绝缘材料352可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ALD)或溅镀。绝缘材料352的厚度可在约10埃到约50埃之间。
在一个实施例中，第一下部SB 316a和第二下部SB 316b是相同的。此外，在一个实施例中，第一上部SB 320a和第二上部SB 320b是相同的。并且，在一个实施例中，第一间隔件318a和第二间隔件318b是相同的。
图3B是单个读DFL头300的APEX视图。单个DFL读头300还包含RHB 346、绝缘材料354、非磁性层360和TMR结点绝缘层351。RHB 346产生指向绝缘材料354且远离以下层的磁场：第一FL 306、屏障层308、第二FL 310和顶盖312。RHB 346可以包含钴铂(CoPt)，且通过在RHB 346与S2 322之间插入非磁性层360而以磁性方式从S2 322去耦。RHB 346可以包括多层结构，所述多层结构包括晶种层和主体层。在一个实施例中，RHB包括钽晶种层、钽晶种层上的钨晶种层，和安置于钨晶种层上的CoPt主体层。非磁性顶盖层360可以包含选自包含钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅和其它非磁性材料的群组的材料。
多层绝缘结构位于DFL传感器堆叠350、屏蔽层302、RHB 346和非磁性顶盖层360之间。多层绝缘结构包含第一层351a和第二层351b，其中每一层包含不同材料。第一层351a邻近于DFL传感器堆叠350和屏蔽层302定位。第二层351b邻近于RHB 346和非磁性层360定位。在一个实施例中，第一层351a包括与TMR屏障层308相同的材料，且第二层351b包括不同绝缘材料，在一个实例中，与354相同。出于示例性目的，多层绝缘结构的第一层351a可称为TMR绝缘层351a。此外，出于示例性目的，第二层351b可称为RHB底层351b。
TMR绝缘层351a包含例如MgO的材料，其厚度在约10埃到约50埃之间。应理解，虽然MgO例示作为TMR绝缘层351a，但其它绝缘材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于MgO用于TMR绝缘层351a。TMR绝缘层351a可以具有大于多层绝缘结构的其它层的压缩应力的压缩应力。TMR绝缘层351a是通过离子束沉积来沉积的。离子束沉积的非保形覆盖性质允许DFL传感器结点上的较薄绝缘层厚度，因此允许DFL传感器堆叠350与RHB 346之间的较窄间距。
TMR绝缘层351a邻近于DFL传感器堆叠350沉积，使得TMR绝缘层351a在DFL传感器堆叠350和RHB 346和非磁性层360之间。此外，TMR绝缘层351a进一步沉积于屏蔽层302上。在一个实施例中，TMR绝缘层351a沿着暴露于绝缘材料354的屏蔽层302的全部来沉积。在另一实施例中，TMR绝缘层351a从DFL传感器堆叠350延伸到与最远离DFL传感器堆叠350的RHB346的后边缘(即，与MFS相对的边缘)竖直对准的点。在又一实施例中，TMR绝缘层351a从TMR传感器堆叠350延伸到最远离DFL传感器堆叠350的RHB 346的侧与单个读头300的后边缘之间的点。
用于RHB底层351b的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅和氮化硅。RHB底层351b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ALD)或溅镀，例如离子束沉积。RHB底层351b的厚度可在约5埃到约50埃之间。RHB底层351b位于TMR绝缘层351a与RHB 346之间以避免由于TMR绝缘层351a与RHB 346之间的直接接触带来的RHB 346的降级。
用于绝缘材料354的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化硅和氮化硅。绝缘材料354可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。
图4A到4B是根据一个实施例的TDMR DFL读头400的示意性图示。图3A到3B的方面可以类似于图4A到4B的TDMR读头400的说明。
图4A是根据一个实施例的TDMR读头400的ABS视图。TDMR读头400包含下部DFL读头部分，其包含第一屏蔽件(S1)402、晶种层404、第一自由层(FL)406、屏障层408、第二FL410、顶盖412第二屏蔽件(S2)422，和绝缘材料452。应理解，针对本文所描述的层中的每一个未列出的其它材料是预期的，且本文所论述的实施例不限于针对DFL读头的层中的每一个列出的材料。在本文所论述的实施例中，晶种层、第一FL、MgO屏障、第二FL和顶盖可称为DFL传感器堆叠。
晶种层404包含选自包含钽、钌、钛及其组合的群组的材料。第一DFL读头部分还包含第一SAF SB，其包含：第一下部SB 416a、第一间隔件418a和第一上部SB 420a；以及第二SAF SB，其包含：第二下部SB 416b\第二间隔件418b和第二上部SB 420b。用于第一FL 406和第二FL 410的磁矩可以由于来自SAF SB的反平行偏置而是反平行的。
绝缘读分离间隙(RSG)424分离第一DFL读头和第二DFL读头。绝缘RSG 424可以通过例如Al2O3的氧化物或任何其它合适的绝缘材料形成。
TDMR读头400还包含第二DFL读头部分，其包含第一屏蔽件(S1)426、晶种层428、第一自由层(FL)430、屏障层432、第二FL 434、顶盖436、第二屏蔽件(S2)444，和绝缘材料452。晶种层428包含选自包含钽、钌、钛及其组合的群组的材料。第二DFL读头部分还包含第一SAF SB，其包含：第一下部SB 438a、第一间隔件440a和第一上部SB 442a；以及第二SAF SB，其包含：第二下部SB 438b、第二间隔件440b和第二上部SB 442b。用于第一FL 430和第二FL434的磁矩可以由于来自SAF SB的反平行偏置而是反平行的。
图4B是根据另一个实施例的TDMR读头400的APEX视图。第一DFL读头部分还包含RHB 446、绝缘材料454、非磁性层462和TMR绝缘层445。RHB 446产生指向绝缘材料454且远离以下层的磁场：第一FL 406、屏障层408、第二FL 410和顶盖412。RHB 446可以包含钴铂(CoPt)以及钽和钨的一个或多个晶种层，且通过在RHB 446与S2 422之间插入非磁性层462而以磁性方式从S2 422去耦。非磁性层462可以包含选自包含钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和其它非磁性材料的群组的材料。
多层绝缘结构位于DFL传感器堆叠450、第一屏蔽件402、RHB 446和非磁性层462之间。多层绝缘结构包含第一层445a和第二层445b，其中每一层包含不同材料。第一层445a邻近于DFL传感器堆叠450和第一屏蔽件402定位。第二层452b邻近于RHB 446和非磁性层462定位。在一个实施例中，第一层包括与TMR屏障层408相同的材料，且第二层包括不同绝缘材料，在一个实例中，与454相同。出于示例性目的，多层绝缘结构的第一层445a可称为TMR绝缘层445a。此外，出于示例性目的，第二层445b可称为RHB底层445b。
TMR绝缘层445a包含例如MgO的材料，其厚度在约10埃到约50埃之间。应理解，虽然MgO例示作为TMR绝缘层445a，但其它绝缘材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于MgO用于TMR绝缘层445a。TMR绝缘层445a可以具有大于多层绝缘结构的其它层的压缩应力的压缩应力。TMR绝缘层是通过离子束沉积来沉积的。离子束沉积的非保形覆盖性质允许DFL传感器结点上的较薄绝缘层厚度，因此允许DFL传感器与RHB之间的较窄间距。
TMR绝缘层445a安置成邻近于DFL传感器堆叠450，使得TMR绝缘层445a安置于DFL传感器堆叠450和RHB 446和非磁性层462之间。此外，TMR绝缘层445a进一步安置于第一屏蔽件402上。在一个实施例中，TMR绝缘层445a沿着暴露于绝缘材料454的第一屏蔽件402的全部来沉积。在另一实施例中，TMR屏障层445a从DFL传感器堆叠450延伸到与最远离DFL传感器堆叠450的RHB 446的侧竖直对准的点。在又一实施例中，TMR绝缘层445a从DFL传感器堆叠450延伸到最远离DFL传感器堆叠450的RHB 446的侧与TDMR读头400的第一DFL读头的后边缘之间的点。
用于RHB底层445b的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅和氮化硅。RHB底层445b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ALD)或溅镀，例如离子束沉积。RHB底层445b的厚度可在约5埃到约50埃之间。RHB底层445b位于TMR绝缘层445a与RHB 446之间以避免由于TMR绝缘层445a与RHB 446之间的直接接触带来的RHB 446的降级。
用于绝缘材料454的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝、氧化硅和氮化硅。绝缘材料454可以通过众所周知的沉积方法形成，例如溅镀。
第二DFL读头还包含RHB 448、绝缘材料454、非磁性层464和TMR绝缘层447。RHB448产生指向绝缘材料454且远离以下层的磁场：第一FL 430屏障层432、第二FL 434，和顶盖436。RHB 448可以包含钴铂(CoPt)以及钽和钨的一个或多个晶种层，且通过在RHB 448与S2 444之间插入非磁性层464而以磁性方式与S2 444去耦。非磁性层464可以包含选自包含钽(Ta)、钌(Ru)、钛(Ti)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和其它非磁性材料的群组的材料。
多层绝缘结构位于DFL传感器堆叠460、第一屏蔽件426、RHB 448和非磁性层464之间。多层绝缘结构包含第一层447a和第二层447b，其中每一层包含不同材料。第一层447a邻近于DFL传感器堆叠460和第一屏蔽件426定位。第二层447b邻近于RHB 448和非磁性层464定位。在一个实施例中，第一层447a包括与TMR屏障层432相同的材料，且第二层447b包括不同绝缘材料，在一个实例中，与454相同。出于示例性目的，多层绝缘结构的第一层447a可称为TMR绝缘层447a。此外，出于示例性目的，第二层447b可称为RHB底层。
TMR绝缘层447a包含例如MgO的材料，其厚度在约10埃到约50埃之间。应理解，虽然MgO例示作为TMR绝缘层447a，但其它绝缘材料也是预期的且本文所论述的实施例不限于MgO用于TMR绝缘层447a。TMR绝缘层447a可以具有大于多层绝缘结构的其它层的压缩应力的压缩应力。TMR绝缘层是通过离子束沉积来沉积的。离子束沉积的非保形覆盖性质允许DFL传感器结点上的较薄绝缘层厚度，因此允许DFL传感器与RHB之间的较窄间距。
TMR绝缘层447a安置成邻近于DFL传感器堆叠460，使得TMR绝缘层447a安置于DFL传感器堆叠460和RHB 448和非磁性层464之间。此外，TMR绝缘层447a进一步安置于第一屏蔽件426上。在一个实施例中，TMR绝缘层447a沿着暴露于绝缘材料454的第一屏蔽件426的全部来安置。在另一实施例中，TMR绝缘层447a从DFL传感器堆叠460延伸到与最远离DFL传感器堆叠460的RHB 448的表面竖直对准的点。在又一实施例中，TMR绝缘层447a从DFL传感器堆叠460延伸到最远离DFL传感器堆叠460的RHB 448的侧与TDMR读头400的第二DFL读头的后边缘之间的点。
用于RHB底层447b的合适材料包含电介质材料，例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅和氮化硅。RHB底层447b可以通过众所周知的沉积方法形成，例如原子层沉积(ALD)或溅镀，例如离子束沉积。RHB底层447b的厚度可在约5埃到约50埃之间。RHB底层447b位于TMR绝缘层447a与RHB 448之间以避免由于TMR绝缘层447a与RHB 448之间的直接接触带来的RHB 448的降级。
图5A是示出根据一个实施例的RHB膜的磁性性质的曲线图。磁场图示在x轴上且克尔(Kerr)信号图示在y轴上。在当前实施例中，图示为点线曲线的Al2O3对RHB的影响与图示为虚短划曲线的MgO对RHB的影响进行比较。在Al2O3实施例中，RHB在Al2O3上生长。在MgO实施例中，RHB在MgO上生长。Al2O3实施例中的RHB可承受约2.7kOe的磁场强度或具有2.7kOe的矫顽磁性，而MgO实施例中的RHB可承受约1.7kOe的磁场强度或具有1.7kOe的矫顽磁性。因为MgO实施例中的RHB的矫顽磁性比Al2O3实施例中的RHB小得多，所以DFL读可靠性和性能稳定性在MgO实施例中会降级。可以通过由于外部磁场干扰而简单反转RHB磁矩来影响DFL读可靠性和性能稳定性。
图5B是示出根据一个实施例的RHB膜的磁性性质的曲线图。磁场图示在x轴上且克尔信号图示在y轴上。在当前实施例中，图示为虚短划曲线的MgO/Al2O3对RHB的影响与图示为点线曲线的MgO对RHB的影响进行比较。在MgO/Al2O3实施例中，RHB在MgO/Al2O3上生长，其中RHB接触Al2O3层。在MgO实施例中，RHB在MgO上生长。MgO/Al2O3实施例可承受约2.7kOe的磁场强度或具有2.7kOe的矫顽磁性，而MgO实施例可承受约1.7kOe的磁场强度或约1.7kOe的矫顽磁性。MgO/Al2O3实施例中的RHB具有与图5A的Al2O3实施例中的RHB相似的矫顽磁性。因此，通过将Al2O3层添加到MgO，RHB矫顽磁性与MgO实施例中的RHB相比得到改进。
图5C是示出根据又另一个实施例的RHB膜的磁性性质的曲线图。当沉积于MgO层与RHB之间时Al2O3层的厚度图示在x轴上。剩余磁化厚度乘积(Mrt)、RHB矫顽磁性(Hcr)和方正度(S')图示在y轴上。当Al2O3层的厚度是0时，RHB的Hcr是约1.7kOe。然而，当Al2O3的厚度增加到约5埃时，RHB的Hcr增加到约2.9kOe。Al2O3层到MgO层的添加导致较大Hcr值，且可以得到改进的DFL读稳定性和性能可靠性。
通过使用包括与TMR屏障化学兼容且能够充当DFL传感器与RHB结构之间的TMR绝缘层的至少一个层的多层绝缘结构，可实现高面密度而不会降低RHB矫顽磁性。多层绝缘结构增强横向偏置强度。显著地增强RHB的Hcr值而没有例如Mrt和S'等其它磁性性质的降级。多层绝缘结构的总厚度保持与单个绝缘层相同，因此维持传感器与RHB之间的恒定间距以确保恒定偏置强度而没有传感器并联。可制造并入有多层绝缘结构的高性能读头，所述多层绝缘结构能够在单个DFL读头情况中在2kOe磁场下以230摄氏度进行第二屏蔽件退火达60分钟且在用于TDMR DFL读头的5特斯拉磁场下以270摄氏度进行第二屏蔽件退火达5小时。
在一个实施例中，TMR传感器在相机中使用，作为单轴传感器操作。然而，预期到TMR传感器可以用作二维或甚至三维传感器。另外，预期到TMR传感器可以集成且用于除相机外的惯性测量单元技术中，例如可穿戴装置、罗盘和MEMS装置。此外，TMR传感器可以作为位置传感器、桥角度传感器、磁开关、电流传感器或其组合操作。TMR传感器可用以通过使用TMR传感器作为位置和角传感器来使相机聚焦，例如智能电话相机。并且，TMR传感器适用于汽车行业中作为开关、电流和角传感器以代替电流霍尔、AMR和GMR传感器。TMR传感器还可使用于无人机和机器人行业中作为位置和角传感器。医疗装置也可利用TMR传感器用于冲剂系统的流速控制和内窥镜相机传感器等等。因此，本文所论述的TMR传感器良好应用于智能电话相机以外的应用，且因此不应限于用作用于智能电话相机的传感器。此外，TMR传感器无需布置成惠斯通电桥布置，而是可以任何数目的方式布置。
应理解，本文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。实例TED在标题为“磁带嵌入式驱动器”的共同待决专利申请案第16/365,034号美国专利申请中描述，该案在2019年3月31日提交且转让给本申请的同一受让人。具体实施方式中对HDD或磁带驱动器的任何参考仅用于范例目的且并不希望限制本公开，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既定包含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。
在一个实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；第二屏蔽件，其与第一屏蔽件间隔开；传感器，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间，其中第一屏蔽件、第二屏蔽件和传感器各自具有在所述磁读头的面对介质的表面(MFS)处的表面；后硬偏置(RHB)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间，且在传感器后方，其中RHB结构与MFS间隔开；以及多层绝缘结构，其安置于传感器与RHB结构之间。多层绝缘结构是通过离子束溅镀沉积来沉积的。多层绝缘结构安置于第一屏蔽件与RHB结构之间。多层绝缘结构至少包括第一层和第二层，且其中第一层和第二层包括不同材料。多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层，且其中能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层与RHB结构间隔开。与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层具有大于多层绝缘结构的全部其它层的压缩应力的压缩应力。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
在另一实施例中，一种磁读头包括：双自由层(DFL)传感器；读硬偏置(RHB)结构；以及多层绝缘结构，其耦合于DFL传感器与RHB结构之间，其中多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层。多层绝缘结构包括第一层和第二层，其中第一层安置于传感器与第二层之间，且其中第一层包括MgO。第二层包括Al2O3。RHB结构包括CoPt。与TMR屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层与RHB结构间隔开。与TMR屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层与DFL传感器接触。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
在另一实施例中，一种磁读头包括：第一屏蔽件；中间屏蔽件；第二屏蔽件；第一传感器，其安置于第一屏蔽件与中间屏蔽件之间；第二传感器，其安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间；至少一个第一后硬偏置(RHB)结构，其安置于第一屏蔽件与第二屏蔽件之间；以及第一多层绝缘结构，其安置于所述至少一个第一RHB结构与第一传感器之间，其中第一多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层。所述磁读头还包括安置于中间屏蔽件与第二屏蔽件之间的至少一个第二RHB结构以及安置于所述至少一个第二RHB结构与第二传感器之间的第二多层绝缘结构，其中第二多层绝缘结构包括与TMR屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层。第一多层绝缘结构安置于所述至少一个第一RHB结构与第一传感器之间。所述磁读头还包括第一屏蔽件，其中第一多层绝缘结构安置于第一屏蔽件与所述至少一个第一RHB结构之间。第一传感器和第二传感器是双自由层(DFL)传感器。还预期包括所述磁读头的磁记录装置。
虽然前述内容是针对本公开的实施例，但可以设计出本公开的其它及另外实施例而这些实施例不脱离本公开的基本范围，且本公开的范围由所附的权利要求书决定。

Claims (20)

1.一种磁读头，其包括：
第一屏蔽件；
第二屏蔽件，其与所述第一屏蔽件间隔开；
传感器，其安置于所述第一屏蔽件与所述第二屏蔽件之间，其中所述第一屏蔽件、所述第二屏蔽件和所述传感器各自具有在所述磁读头的面对介质的表面(MFS)处的表面；
后硬偏置(RHB)结构，其安置于所述第一屏蔽件与所述第二屏蔽件之间，且在所述传感器后方，其中所述RHB结构与所述MFS间隔开；以及
多层绝缘结构，其安置于所述传感器与所述RHB结构之间。
2.根据权利要求1所述的磁读头，其中所述多层绝缘结构是通过离子束溅镀沉积来沉积的。
3.根据权利要求2所述的磁读头，其中所述多层绝缘结构安置于所述第一屏蔽件与所述RHB结构之间。
4.根据权利要求1所述的磁读头，其中所述多层绝缘结构至少包括第一层和第二层，且其中所述第一层和所述第二层包括不同材料。
5.根据权利要求1所述的磁读头，其中所述多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层，且其中能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层与所述RHB结构间隔开。
6.根据权利要求5所述的磁读头，其中与所述TMR屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的所述至少一个层具有大于所述多层绝缘结构的全部其它层的压缩应力的压缩应力。
7.一种磁记录装置，其包括根据权利要求1所述的磁读头。
8.一种磁读头，其包括：
双自由层(DFL)传感器；
读硬偏置(RHB)结构；以及
多层绝缘结构，其耦合于所述DFL传感器与所述RHB结构之间，其中所述多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层。
9.根据权利要求8所述的磁读头，其中所述多层绝缘结构包括第一层和第二层，其中所述第一层安置于所述传感器与所述第二层之间，且其中所述第一层包括MgO。
10.根据权利要求9所述的磁读头，其中所述第二层包括Al2O3。
11.根据权利要求10所述的磁读头，其中所述RHB结构包括CoPt。
12.根据权利要求8所述的磁读头，其中与所述TMR屏障化学兼容且能够充当所述TMR绝缘层的所述至少一个层与所述RHB结构间隔开。
13.根据权利要求8所述的磁读头，其中与所述TMR屏障化学兼容且能够充当所述TMR绝缘层的所述至少一个层与所述DFL传感器接触。
14.一种磁记录装置，其包括根据权利要求8所述的磁读头。
15.一种磁读头，其包括：
第一屏蔽件；
中间屏蔽件；
第二屏蔽件；
第一传感器，其安置于所述第一屏蔽件与所述中间屏蔽件之间；
第二传感器，其安置于所述中间屏蔽件与所述第二屏蔽件之间；
至少一个第一后硬偏置(RHB)结构，其安置于所述第一屏蔽件与所述第二屏蔽件之间；以及
第一多层绝缘结构，其安置于所述至少一个第一RHB结构与所述第一传感器之间，其中所述第一多层绝缘结构包括与隧道磁阻(TMR)屏障化学兼容且能够充当TMR绝缘层的至少一个层。
16.根据权利要求15所述的磁读头，还包括：
至少一个第二RHB结构，其安置于所述中间屏蔽件与所述第二屏蔽件之间；以及
第二多层绝缘结构，其安置于所述至少一个第二RHB结构与所述第二传感器之间，其中所述第二多层绝缘结构包括与所述TMR屏障化学兼容且能够充当所述TMR绝缘层的至少一个层。
17.根据权利要求15所述的磁读头，其中所述第一多层绝缘结构安置于所述至少一个第一RHB结构与所述第一传感器之间。
18.根据权利要求15所述的磁读头，其中所述第一多层绝缘结构安置于所述第一屏蔽件与所述至少一个第一RHB结构之间。
19.根据权利要求15所述的磁读头，其中所述第一传感器和所述第二传感器是双自由层(DFL)传感器。
20.一种磁记录装置，其包括根据权利要求15所述的磁读头。
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