CN113889153A - 具有后硬偏置且不具有afm层的磁读传感器和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有后硬偏置且不具有AFM层的磁读传感器和相关方法”。本公开的方面整体涉及磁记录设备的磁记录头。一种磁读磁头包括在第一方向上磁性取向的第一钉扎层，以及形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向的第二钉扎层。磁读磁头包括后硬偏置，后硬偏置相对设置在第一钉扎层或第二钉扎层中的一个或多个的外侧。后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场。偏置方向指向与第一方向或第二方向相同的方向。磁读磁头不包括下屏蔽件与上屏蔽件之间的反铁磁(AFM)层。

Description

具有后硬偏置且不具有AFM层的磁读传感器和相关方法
背景技术
技术领域
本公开的各方面整体涉及磁记录设备的磁记录头，诸如硬盘驱动器(HDD)的磁读磁头的磁读传感器。
相关领域的描述
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2太比特/英寸2的记录密度)，使写磁道的宽度和间距变窄，因此每个写磁道中编码的对应磁记录位变窄。已经提出尝试实现读取头的高级窄间隙读取器传感器的越来越多的要求以实现更高记录密度的读取。
然而，增加记录密度的尝试涉及形成磁传感器的复杂性和成本、对准复杂性、头不稳定性、厚度限制、腐蚀问题、叠瓦式磁记录(SMR)修整和分辨率损失。
例如，在磁传感器中包括反铁磁(AFM)层在某些配置中可涉及专门的缝合过程和AFM层的单独沉积，并且在某些配置中可涉及腐蚀。由于所需的AFM层的有限厚度范围，包括AFM层还可以其他方式涉及相对降低的分辨率。
因此，本领域需要改进的磁读磁头。
发明内容
本公开的方面整体涉及磁记录设备的磁记录头。一种磁读磁头包括在第一方向上磁性取向的第一钉扎层，以及形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向的第二钉扎层。磁读磁头包括后硬偏置，后硬偏置相对设置在第一钉扎层或第二钉扎层中的一个或多个的外侧。后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场。偏置方向指向与第一方向或第二方向相同的方向。磁读磁头不包括下屏蔽件与上屏蔽件之间的反铁磁(AFM)层。
在一个实施方式中，一种磁读传感器包括在第一方向上磁性取向的第一钉扎层。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。间隔层在第一钉扎层与第二钉扎层之间。自由层形成在第二钉扎层上方，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。阻挡层位于第二钉扎层与自由层之间。后硬偏置相对于面向介质的表面设置在第一钉扎层的外侧。后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场，偏置方向指向与第一钉扎层的第一方向相同的方向。
在一个实施方式中，一种磁读传感器包括在第一方向上磁性取向的第一钉扎层。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。间隔层在第一钉扎层与第二钉扎层之间。自由层形成在第二钉扎层上方，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。阻挡层位于第二钉扎层与自由层之间。后硬偏置相对于面向介质的表面设置在第二钉扎层的外侧，并且后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场。偏置方向指向与第二钉扎层的第二方向相同的方向。
在一个实施方式中，一种磁读传感器包括下屏蔽件，以及形成在下屏蔽件上方并且在第一方向上磁性取向的第一钉扎层。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括第二钉扎层，第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括形成在第二钉扎层上方的自由层，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括形成在自由层上方的上屏蔽件，以及形成在第一钉扎层、第二钉扎层和自由层的第一侧上的第一侧屏蔽件。第一侧屏蔽件包括单一材料层结构，单一材料层结构耦接到上屏蔽件并且通过绝缘层与下屏蔽件分离。磁读传感器还包括形成在第一钉扎层、第二钉扎层和自由层的第二侧上的第二侧屏蔽件。第二侧屏蔽件包括单一材料层结构，单一材料层结构耦接到上屏蔽件并且通过绝缘层与下屏蔽件分离。
附图说明
因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，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是根据一个实施方式的包括磁写磁头和磁读磁头的磁记录设备的示意图。
图2是根据一个实施方式的面向磁盘或其他磁存储介质的磁头组件的剖面侧视图的示意图。
图3A是根据一个实施方式的磁读磁头的侧视图的示意图。
图3B是根据一个实施方式的图3A所示的磁读磁头的顶视图的示意图。
图3C是根据一个实施方式的图3A所示的磁读磁头的正视图的示意图。
图4A是根据一个实施方式的磁读磁头的侧视图的示意图。
图4B是根据一个实施方式的图4A所示的磁读磁头的顶视图的示意图。
图4C是根据一个实施方式的图4A所示的磁读磁头的正视图的示意图。
图5A是根据各种实施方式的磁记录头的多个实例的磁读取器宽度的示意性图形说明。
图5B是根据各种实施方式的磁读磁头的多个实例的裙部比的示意性图形说明。
图5C是根据各种实施方式的磁读磁头的多个实例的线性分辨率的示意性图形说明。
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。
具体实施方式
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。
本公开的方面整体涉及磁记录设备的磁记录头。一种磁读磁头，该磁读磁头包括在第一方向上磁性取向的第一钉扎层，使得第一钉扎层的磁化与第一方向对准。第一方向垂直于面向介质的表面(MFS)，并且平行于读取器条高度方向。磁读磁头还包括第二钉扎层，第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层在第二方向上磁性取向，使得第二钉扎层的磁化与第二方向对准。磁读磁头包括后硬偏置，后硬偏置相对设置在第一钉扎层或第二钉扎层中的一个或多个的外侧。后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场。偏置方向指向与第一方向或第二方向相同的方向。磁读磁头不包括下屏蔽件与上屏蔽件之间的反铁磁(AFM)层。
应理解，本文所论述的磁记录磁头适用于数据存储设备诸如硬盘驱动器(HDD)以及磁带驱动器诸如磁带嵌入式驱动器(TED)或可插入的磁带介质驱动器。在2019年3月31日提交的名称为“磁带嵌入式驱动器(Tape Embedded Drive)”共同未决的专利申请的美国专利申请第16/365034号中描述了示例性TED，该专利申请受让给本申请的相同受让人并且以引用方式并入本文。因此，除非明确声明，否则具体实施方式中对HDD或磁带驱动器的任何引用仅用于举例说明的目的，并且并非旨在限制本公开。此外，除非HDD或磁带驱动器设备明确声明，否则对磁记录设备的引用或涉及磁记录设备的权利要求书旨在包括HDD和磁带驱动器两者。
还应当理解，本文所公开的方面(诸如磁阻设备)可用于HDD和带材介质驱动器(诸如TED)之外的磁传感器应用中，诸如HDD和带材介质驱动器之外的自旋电子设备。例如，本文所公开的方面可用于磁阻随机存取存储器(MRAM)设备(例如，作为存储器元件的一部分的磁隧道结)、磁传感器或其他自旋电子设备中的磁性元件。
图1是根据一个实施方式的包括磁写磁头和磁读磁头的磁记录设备100的示意图。磁记录设备100是磁介质驱动器。磁记录设备100可为单个驱动器/设备或可包括多个驱动器/设备。磁记录设备100包括磁记录介质，诸如支撑在主轴114上并且由驱动马达118旋转的一个或多个可旋转的磁盘112。为了便于说明，根据一个实施方案示出了单个磁盘驱动器。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磁记录头(例如，读/写磁头)，诸如写磁头且诸如包括TMR设备的读磁头。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的写入或读取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。
在磁记录设备100的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113与磁盘表面122之间产生空气或空气轴承，该空气或空气轴承在滑块113上施加向上的力或升力。因此，在正常操作期间，空气或空气轴承抗衡悬架115的轻微弹簧力，并且将滑块113撑离且稍微高于磁盘表面122较小基本上恒定的间距。
磁记录设备100的各种部件在操作中通过由控制单元129产生的控制信号诸如访问控制信号和内部时钟信号来控制。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产生控制各种系统操作的控制信号，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。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，图1的磁介质驱动器可进一步包括多个介质或盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2是根据一个实施方式的面向磁盘112或其他磁存储介质的磁头组件200的剖面侧视图的示意图。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。
磁头组件200包括磁读磁头211。磁读磁头211包括设置在屏蔽件S1和S2之间的感测元件204。感测元件204以及屏蔽件S1和S2具有面向磁盘112的MFS 212。感测元件204是通过TMR效应感测磁盘112中的记录位(诸如垂直记录位或纵向记录位)的磁场的TMR设备。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，屏蔽件S1与S2之间的间距为20nm或更小。
磁头组件200包括写头210。写磁头210包括主极220、前屏蔽件206和后屏蔽件(TS)240。主极220包括磁材料并且用作主电极。主极220、前屏蔽件206和后屏蔽件(TS)240中的每一者在MFS处具有前部。写磁头210包括围绕主极220的线圈218，该线圈激励主极220，以产生写磁场以便影响可旋转的磁盘112的磁记录介质。线圈218可为螺旋结构或者一组或多组扁平结构。TS 240包括磁材料，用作主极220的返回极。前屏蔽件206可提供电磁屏蔽，并且与主极220分开前间隙254。
图3A是根据一个实施方式的磁读磁头300的侧视图的示意图，并且可以用作图2所示的磁读磁头211。所示的侧视图是磁读磁头300的喉部视图或APEX视图。磁读磁头300包括夹在下屏蔽件S1与上屏蔽件S2之间的磁传感器301。磁传感器301包括形成在下屏蔽件S1上及其上方的晶种层303，以及形成在晶种层303上及其上方的第一钉扎层305。第二钉扎层307形成在第一钉扎层305上方，并且间隔层309形成在第一钉扎层305与第二钉扎层307之间。自由层311形成在第二钉扎层307上方，并且阻挡层315形成在自由层311与第二钉扎层307之间。覆盖层313形成在自由层311与上屏蔽件S2之间。上屏蔽件S2形成在自由层311上方和覆盖层313上方。
在图3A中，为了便于视觉参考，省略了覆盖层313、阻挡层315和间隔层309的横截面阴影线。
磁读磁头300包括面向介质的表面(MFS)312，诸如空气轴承表面(ABS)。晶种层303、第一钉扎层305、间隔层309、第二钉扎层307、阻挡层315、自由层311和覆盖层313中的每一者的向内端设置在MFS 312处。例如，第一钉扎层305的向内端317设置在MFS 312处，并且自由层的向内端319设置在MFS 312处。第一钉扎层305的向外端321相对于MFS 312设置在第二钉扎层307的向外端350的外侧。第一钉扎层305的向外端321也设置在自由层311的向外端351的外侧。第二钉扎层307的向外端350和自由层311的向外端351相对于MFS 312设置在第一钉扎层305的向外端321的内侧。
晶种层303由包含Ta、W(钨)、Ru、Cr、Co、Ti和/或Hf中的一种或多种的材料形成。第一钉扎层305和第二钉扎层307中的每一者是磁性的，并且由包括Co、Fe、B、Ni和/或其合金中的一者或多者的材料形成。在一个示例中，第一钉扎层305和/或第二钉扎层307包括合金，诸如CoFe或NiFe。间隔层309是非磁性的并且由金属材料形成。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，间隔层309的金属材料为Ru。间隔层309具有厚度T2。厚度T2在
Figure BDA0003099549610000071
至
Figure BDA0003099549610000072
的范围内。在一个示例中，厚度T2在
Figure BDA0003099549610000073
至
Figure BDA0003099549610000074
的范围内或在
Figure BDA0003099549610000075
至
Figure BDA0003099549610000076
的范围内。间隔层309促进第一钉扎层305和第二钉扎层307的磁化彼此反平行。在一个示例中，间隔层309促进第一钉扎层305与第二钉扎层307之间的RKKY相互作用。阻挡层512是非磁性的，并且包括MgO、诸如Al2O3的氧化铝(AlxOx)或任何其他合适的绝缘材料。覆盖层313包括W、Ta、Ru、Cr、Ti、Hf和/或任何其他合适的覆盖材料中的一种或多种。自由层311由包括Ni、Fe、Co、B和/或Hf中的一种或多种的材料形成。
磁读磁头300包括相对于MFS 312设置在第一钉扎层305外侧的后硬偏置(RHB)323。在可与其他实施方案结合的一个实施方案中，RHB 323包括晶种层324(以虚线显示)、在晶种层324上形成的磁性层325以及在磁性层325上形成的非磁性覆盖层327(以虚线显示)。晶种层324可与第一钉扎层305与下屏蔽件S1之间的晶种层303类似或不同，并且可包括晶种层303的一个或多个方面、特征、组分和/或特性。RHB 323的上端326沿厚度方向与第一钉扎层305的上端329对准(在图3A中以虚线326'显示)或在该上端上方(如图3A所示)。在一个示例中，RHB 323的上端326不包括非磁性覆盖层327，使得RHB 323的上端326是磁性层325的上端。磁性层325的下端337与第一钉扎层305的下端338对准或在该下端下方。RHB323的下端(诸如磁性层325的下端337或晶种层324的下端)可与晶种层303的下端对准或在该下端下方。RHB 323的下端(诸如磁性层325的下端337或晶种层324的下端)可延伸到下屏蔽件S1中。RHB 323的上端326沿厚度方向在第二钉扎层307的上端331下方。本公开设想RHB323的上端326可与第二钉扎层307的上端331对准或在该上端上方。RHB 323的上端326可与间隔层309的上端对准或在该上端上方。磁读磁头300的磁传感器301还包括绝缘材料333，该绝缘材料形成在RHB 323上方、第一钉扎层305的向外部分上方。绝缘材料333也在间隔层309、第二钉扎层307、阻挡层315、自由层311和覆盖层313的外侧形成。磁读磁头300还包括绝缘层370，该绝缘层形成在RHB 323与第一钉扎层305之间、RHB 323与第二钉扎层307之间、RHB 323与间隔层309之间以及RHB 323与晶种层303之间。磁读磁头300还包括形成在RHB 323与下屏蔽件S1之间的绝缘层371。使用绝缘层370将RHB 323与第一钉扎层305分离。在图3A中，为了便于视觉参考，省略了绝缘层370和绝缘层371的横截面阴影线。
RHB 323的磁性层325由具有高矫顽磁力的材料形成，例如包括Co、Pt和/或Cr中的一者或多者的材料，诸如CoPt或CoPtCr。绝缘材料333由包括MgO、氧化铝(AlxOx)、氧化硅(SixOx)、氮化硅(SixNx)的材料或任何其他合适的绝缘材料形成。RHB 323的厚度T1为50nm或更小，诸如20nm。
使用诸如物理气相沉积(PVD)溅射、离子束沉积(IBD)、电镀沉积、原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)的沉积工艺在下屏蔽件S1上形成层303、305、307、309、311、313和315。磁传感器301的层被铣削(诸如通过使用离子铣削)或蚀刻以形成用于RHB 323和绝缘材料333的开口。然后使用一个或多个沉积工艺，用绝缘层370、绝缘层371、RHB 323和绝缘材料333重新填充开口。在一个示例中，在轨道宽度方向上进行全铣削，在轨道宽度方向上从层的一侧完全延伸至层的相反侧；在厚度方向上进行部分铣削，在第一钉扎层305的上端329处或上方停止；并且在第一钉扎层305向外的厚度方向上进行全铣削，在下屏蔽件S1处或下屏蔽件S1中停止。
第一钉扎层305和第二钉扎层307的磁化相对于彼此以反平行取向取向。第一钉扎层305在第一方向D1上磁性取向。第一钉扎层305被磁性取向，使得第一钉扎层305的磁化与第一方向D1对准。第一方向D1向外指向并远离MFS 312，垂直于MFS 312，并且平行于条高度方向。第二钉扎层307在与第一方向D1相反的第二方向D2上磁性取向。第二钉扎层307被磁性取向，使得第二钉扎层307的磁化与第二方向D2对准。RHB 323的磁性层325被取向成在偏置方向D3上生成磁场。偏置方向D3沿着条高度方向指向与第一方向D1相同的方向。第一方向D1向外指向并远离MFS 312。第二方向D2向内指向并朝向MFS 312。偏置方向D3向外指向，远离MFS 312，并且远离第一钉扎层305。
偏置方向D3上的磁场向第一钉扎层305施加磁力，并且稳定第一钉扎层305的磁化。由于使用包括厚度T2的间隔层309促进了第一钉扎层305与第二钉扎层307之间的反平行耦接，因此第二方向D2上的磁化将相对于第一方向D1上的第一钉扎层305的磁化取向成180度。磁化也基本上保持在第一方向D1和第二方向D2上。RHB 323将磁力施加到第一钉扎层305，该磁力大于由RHB 323施加到第二钉扎层307的任何磁力(如果有的话)。在第一钉扎层305和第二钉扎层307上的大形状各向异性(由于下文所述的长高度H1)和沿条高度方向感应的横向Hk(由于第一钉扎层305和第二钉扎层307的压缩应力和正磁致伸缩特性)进一步稳定第一钉扎层305和第二钉扎层307的磁化。
本公开设想第一方向D1、第二方向D2和偏置方向D3可反转，使得第二方向D2指向外，并且第一方向D1和偏置方向D3指向内。
第一钉扎层305在条高度方向上包括高度H1。高度H1大于间隔层309、第二钉扎层307、阻挡层315、自由层311和覆盖层313的相应高度。高度H1为100nm或更小，诸如在30nm至90nm的范围内。在一个示例中，高度H1是第二钉扎层307的高度的至少两倍。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，第一钉扎层305的高度H1可大约等于间隔层309、第二钉扎层307、阻挡层315、自由层311和覆盖层313的相应高度。在此类实施方案中，RHB 323在条高度方向上的高度可大于图3A所示的实施方式中的高度，并且约等于绝缘材料333在条高度方向上的高度。在这样的实施方案中，RHB 323的上端326与第一钉扎层305的上端329对准或在该上端下方。在一个示例中，RHB 323的上端326不包括非磁性覆盖层327，使得RHB 323的上端326是磁性层325的上端。在此类实施方案中，晶种层303的高度可小于图3A所示的实施方式中的高度，并且大约等于第一钉扎层305的高度H1，并且大约等于间隔层309、第二钉扎层307、阻挡层315、自由层311和覆盖层313的相应高度。在图3A所示的实施方式中，RHB323的高度小于绝缘材料333的高度。
图3B是根据一个实施方式的图3A所示的磁读磁头300的顶视图的示意图。在图3B中省略了上屏蔽件S2和覆盖层313。磁读磁头300包括在轨道宽度方向上的第一钉扎层305、第二钉扎层307和自由层311的两侧上的软偏置(SB)或硬偏置(HB)材料。两侧上的SB呈层305、307、311的第一侧上的第一软偏置(或第一侧屏蔽件)340和层305、307、311的第二侧上的第二软偏置(或第二侧屏蔽件)342的形式。绝缘材料333在轨道宽度方向上形成在RHB323和第一钉扎层305的两侧上。磁读磁头300还包括设置在层305、307、311的两侧上的绝缘层373和绝缘层374。绝缘层373设置在层305、307、311与第一侧屏蔽件340之间，并且将层305、307、311与第一侧屏蔽件340分离。绝缘层374设置在层305、307、311与第二侧屏蔽件342之间，并且将层305、307、311与第二侧屏蔽件342分离。
图3C是根据一个实施方式的图3A所示的磁读磁头300的正视图的示意图。正视图是MFS视图，诸如ABS视图。第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342两者被取向成在沿轨道宽度方向的相同方向上生成磁场M1、M2。第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342中的每一者包括设置在上屏蔽件S2与下屏蔽件S1之间的单一材料层结构(如图3C所示)。绝缘层379、380分别形成于晶种层375、376与下屏蔽件S1之间。在可与其他实施方案结合的一个实施方案中，第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342直接耦接至上屏蔽件S2并通过层(诸如绝缘层373、374、绝缘层379、380和/或晶种层375、376)与下屏蔽件S1分离。使用绝缘层373、374、绝缘层379、380和/或晶种层375、376将第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342与下屏蔽件S1解耦。绝缘层379、380和绝缘层373、374使相应的第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342与下屏蔽件S1绝缘。在一个示例中，软偏置(SB)材料用于第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342中的每一者包括硬偏置(HB)材料，并且第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342中的每一者与下屏蔽件S1(使用绝缘层373、374)和上屏蔽件S2(使用以虚线示出的覆盖层377、378)绝缘。第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342中的每一者的单一材料层结构由单一材料形成。单一材料层结构可包括由单一材料形成的单层，或由单一材料形成并直接磁耦接在一起的多个层。在可与其他实施方案组合的一个实施方案中，单一材料包括为软磁材料的软偏置(SB)材料。在一个示例中，单一材料包括Ni、Fe、Co或Cr、Pt、Hf和/或其合金中的一种或多种。相对于其中合成反铁磁层(SAF)软偏置屏蔽件与阻挡层315对准的配置(诸如双自由层读取器配置)，第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342有利于减少复杂性。第一侧屏蔽件340和第二侧屏蔽件342还有利于使用较大的RHB 323。在图3C中，为了便于视觉参考，省略了晶种层375、376、绝缘层379、380和绝缘层373、374的横截面阴影线。
在图3C中，为了便于视觉参考，省略了覆盖层313、阻挡层315和间隔层309的横截面阴影线。
图4A是根据一个实施方式的磁读磁头400的侧视图的示意图，并且可以用作图2所示的磁读磁头211。所示的侧视图是磁读磁头400的喉部视图或APEX视图。磁读磁头400类似于图3A所示的磁读磁头300，并且包括其方面、特征、组分和/或特性中的一个或多个。磁读磁头400是读磁头，并且可以用作图2所示的磁读磁头211。磁读磁头400包括夹在下屏蔽件S1与上屏蔽件S2之间的磁传感器401。磁传感器401类似于图3A所示的磁传感器301，并且包括其方面、特征、组分和/或特性中的一个或多个。
磁传感器401包括第一钉扎层405，该第一钉扎层类似于图3A所示的第一钉扎层305，但在第一方向D4上磁性取向，该第一方向向外指向并远离MFS 312。第一钉扎层305的磁化在第一方向D4上。磁传感器401包括间隔层409，该间隔层类似于图3A所示的间隔层309，但包括大约等于第一钉扎层405的高度H1的高度。间隔层409还包括与第一钉扎层405的向外端321对准的向外端。磁传感器401包括第二钉扎层407，该第二钉扎层类似于图3A所示的第二钉扎层407，但在向内指向并朝向MFS 312的第二方向D5上磁性取向。第二钉扎层407的磁化在第二方向D5上。第二钉扎层407还包括大约等于第一钉扎层405的高度H1的高度。第二钉扎层407还包括向外端450。向外端450设置在第一钉扎层405的向外端321的内侧(如图4A所示)，或者与第一钉扎层405的向外端321对准。
在图4A中，为了便于视觉参考，省略了覆盖层313、阻挡层315和间隔层409的横截面阴影线。
磁读磁头400包括后硬偏置(RHB)423，其类似于图3A所示的RHB 323，但是被取向成在偏置方向D6上生成磁场，该偏置方向指向与第二钉扎层407的第二方向D5相同的方向。偏置方向D6向内指向并朝向第二钉扎层407。RHB 423的下端444与第二钉扎层407的下端445对准(如图4A所示)或在该下端上方(如图4A中的虚线444'所示)。在可与其他实施方案结合的一个实施方案中，RHB 423的下端444不包括RHB 423的晶种层，使得下端444是RHB423的磁性层的下端。在此类实施方案中，RHB 423可包括晶种层，在该晶种层上形成RHB423的磁性层。RHB 423的下端444在第二钉扎层407的上端446下方。RHB 423的上端426在第二钉扎层407的上端446上方。在一个示例中，RHB 423的上端426不包括RHB 423的非磁性覆盖层，使得RHB 423的上端426是RHB 423的磁性层的上端。在此类实施方案中，RHB 423可包括在RHB 423的磁性层上形成的非磁性覆盖层。磁读磁头400包括第二钉扎层407与RHB 423之间的绝缘层470，该绝缘层将RHB 423与第二钉扎层407分离。绝缘层470还将RHB 423与间隔层409分离。
使用诸如物理气相沉积(PVD)溅射、离子束沉积(IBD)、电镀沉积、原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)的沉积工艺在下屏蔽件S1上形成层303、405、407、409、311、313和315。磁传感器401的层被铣削(诸如通过使用离子铣削)或蚀刻以形成绝缘层470、RHB423和绝缘材料433的开口。然后使用一个或多个沉积工艺用绝缘层470、RHB 423和绝缘材料433重新填充开口。绝缘层470在RHB 423和绝缘材料433之前沉积，以将RHB 423与第二钉扎层407和间隔层409电隔离。绝缘材料433包括设置在RHB 423下方的第一部分和设置在RHB 423上方的第二部分。绝缘材料的第一部分433和绝缘材料的第二部分433可单独沉积。绝缘层470与绝缘材料433的第一部分和绝缘材料433的第二部分接触。在一个示例中，在轨道宽度方向上进行全铣削，在轨道宽度方向上从层的一侧完全延伸至层的相反侧；并且在厚度方向上进行部分铣削，在第二钉扎层407的上端446处停止。
偏置方向D6上的磁场向第二钉扎层407施加磁力，并且稳定第二钉扎层407的磁化。使用间隔层409在第一钉扎层405与第二钉扎层407之间反并联耦接还有利于将第二钉扎层407在第二方向D5上的磁化相对于第一钉扎层405在第一方向D4上的磁化保持在基本上180度。第一钉扎层405和第二钉扎层407的磁化也基本上保持在相应的第一方向D4和第二方向D5上。RHB 423向第二钉扎层407施加磁力，该磁力大于由RHB 423施加到第一钉扎层405的任何磁力(如果有的话)。第一钉扎层405和第二钉扎层407的由于长高度(在条高度方向上)的大形状各向异性以及在第一钉扎层405和第二钉扎层407上沿条高度方向感应的横向Hk(由于第一钉扎层405和第二钉扎层407的压缩应力和正磁致伸缩特性)进一步稳定第一钉扎层405和第二钉扎层407的磁化。
本公开设想第一方向D4、第二方向D5和偏置方向D6可反转，使得第一方向D4指向内，并且第二方向D5和偏置方向D6指向外。
磁读磁头400包括绝缘材料433，该绝缘材料类似于图3A所示的绝缘材料33，但是形成在RHB 423上方、RHB 423下方以及阻挡层315、自由层311和覆盖层313的外侧。绝缘材料433也形成在第二钉扎层407的向外部分、间隔层409的向外部分和第一钉扎层405的向外部分上方。绝缘材料433也形成在间隔层409、第一钉扎层405和晶种层303的外侧。
图4B是根据一个实施方式的图4A所示的磁读磁头400的顶视图的示意图。在图4B中省略了上屏蔽件S2和覆盖层313。磁读磁头400包括在轨道宽度方向上的第一钉扎层405、第二钉扎层407和自由层311的两侧上的软偏置(SB)。两侧上的SB呈层405、407、311的第一侧上的第一侧屏蔽件340和层405、407、311的第二侧上的第二侧屏蔽件342的形式。绝缘材料433在轨道宽度方向上形成在RHB 423、第一钉扎层405和第二钉扎层407的两侧上。磁读磁头400还包括绝缘层373和设置在层405的两侧上的绝缘层374。绝缘层373设置在层405、407、311与第一侧屏蔽件340之间，并且将层405、407、311与第一侧屏蔽件340分离。绝缘层374设置在层405、407、311与第二侧屏蔽件342之间，并且将层405、407、311与第二侧屏蔽件342分离。
图4C是根据一个实施方式的图4A所示的磁读磁头400的正视图的示意图。正视图是MFS视图，诸如ABS视图。
在图4C中，为了便于视觉参考，省略了覆盖层313、阻挡层315和间隔层409的横截面阴影线。
图5A是根据各种实施方式的具有相同物理轨道宽度25nm的磁读磁头的多个实例的磁读取器宽度的示意性图形说明。磁读取器宽度被标测为nm。图5B是根据各种实施方式的磁读磁头的多个实例的裙部比的示意性图形说明。对于图5B所示的曲线图，裙部比被定义为来自微轨道轮廓的10％振幅处的磁宽度与50％振幅处的磁宽度的比率。图5C是根据各种实施方式的磁读磁头的多个实例的线性分辨率的示意性图形说明。线性分辨率被标测为百分比。
实例1表示使用具有包括在读取间隙为25nm的膜叠堆中的AFM层的常规磁传感器。实例2表示使用具有读取间隙为20nm的两个自由层(其可被称为双自由层或DFL配置)的磁传感器。实例3表示使用具有从MFS侧看到的读取间隙为20nm、从MFS凹入的AFM层的磁传感器。
实例4表示使用图4A至图4C的实施方式中所示的磁读磁头400。实例5表示使用图3A至图3C的实施方式中所示的磁读磁头300，其中第一钉扎层305的高度H1为约30nm。实例6表示使用图3A至图3C的实施方式中所示的磁读磁头300，其中第一钉扎层305的高度H1为约90nm。在所有实例中，除非另外指明，否则自由层和钉扎层的条高度方向上的高度为30nm。
如图5A至图5C所示，使用本文所公开的方面的实例4至实例6涉及益处，诸如相对于实例1至实例3，磁读取器宽度减小、裙部比减小和/或线性分辨率增大。在图5A中，实例5具有比实例1至实例3更小的磁读取器宽度，并且实例4和实例6具有比实例1和实例2更小的磁读取器宽度。在图5B中，实例4至实例6具有比实例1和实例3更小的裙部比。在图5C中，实例4至实例6具有比实例1至实例3更大的线性分辨率。因此，本文所公开的方面可有利于增大分辨率和减小裙部比，同时保持或减小具有较细读取器间隙的磁读取器宽度，而无需实例3中专门的缝合过程或AFM层的单独沉积。此类方面有利于增加面密度能力(ADC)。在实例4至实例6中，使用20nm的读取间隙。
本公开的益处包括减小的磁读取器宽度、在轨道宽度方向上较小的裙部比同时增加分辨率、更简单的沉积和形成过程、消除了AFM层的专用缝合和单独沉积的使用、使用没有AFM层的单个自由层、相对于SAF侧屏蔽件需要与阻挡层对准的配置减小的读取器间隙、减小的裙部比、增加的ADC、稳定的钉扎层、减小的复杂性、对RHB和侧屏蔽件的独立控制，以及增加的交叉轨道能力。
设想可组合本文所公开的一个或多个方面。例如，磁传感器401的各方面可与磁传感器301的各方面组合。此外，设想本文所公开的一个或多个方面可包括前述益处中的一些或全部。
在一个实施方案中，磁读传感器包括面向介质的表面和在第一方向上磁性取向的第一钉扎层。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。间隔层在第一钉扎层与第二钉扎层之间。自由层形成在第二钉扎层上方，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。阻挡层位于第二钉扎层与自由层之间。后硬偏置相对于面向介质的表面设置在第一钉扎层的外侧。后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场，偏置方向指向与第一钉扎层的第一方向相同的方向。后硬偏置包括晶种层、晶种层上的磁性层和磁性层上的非磁性覆盖层。后硬偏置的上端与第一钉扎层的上端对准或在该上端上方。后硬偏置的上端在第二钉扎层的上端下方。第二钉扎层的向外端和自由层的向外端设置在第一钉扎层的向外端的内侧，并且磁读传感器包括绝缘材料，该绝缘材料形成在后硬偏置上方以及自由层和第二钉扎层的外侧。磁读传感器还包括形成在后硬偏置与第一钉扎层之间的绝缘层。后硬偏置的磁性层由包括Co、Pt或Cr中的一种或多种的材料形成。磁读传感器还包括位于第一钉扎层下方的下屏蔽件、位于自由层上方的上屏蔽件，以及位于自由层与上屏蔽件之间的覆盖层。间隔层包含Ru并且阻挡层包含MgO或Al2O3。还公开了一种包括磁读传感器的磁记录设备。
在一个实施方案中，磁读传感器包括面向介质的表面和在第一方向上磁性取向的第一钉扎层。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。间隔层在第一钉扎层与第二钉扎层之间。自由层形成在第二钉扎层上方，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。阻挡层位于第二钉扎层与自由层之间。后硬偏置相对于面向介质的表面设置在第二钉扎层的外侧，并且后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场。偏置方向指向与第二钉扎层的第二方向相同的方向。后硬偏置的下端与第二钉扎层的下端对准或在该下端上方。后硬偏置的上端在第二钉扎层的上端上方。自由层的向外端设置在第二钉扎层的向外端的内侧和第一钉扎层的向外端的内侧。磁读传感器还包括形成在后硬偏置上方、后硬偏置下方和自由层外侧的绝缘材料，以及形成在后硬偏置与第二钉扎层之间的绝缘层。绝缘材料形成在第二钉扎层的一部分上方和第一钉扎层的一部分上方。后硬偏置的磁性层由包括Co、Pt或Cr中的一种或多种的材料形成。还公开了一种包括磁读传感器的磁记录设备。
在一个实施方案中，磁读传感器包括面向介质的表面、下屏蔽件和第一钉扎层，该第一钉扎层形成在下屏蔽件上方并且在第一方向上磁性取向。第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括第二钉扎层，该第二钉扎层形成在第一钉扎层上方并且在与第一方向相反的第二方向上磁性取向。第二钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括形成在第二钉扎层上方的自由层，并且自由层包括设置在面向介质的表面处的向内端和向外端。磁读传感器还包括形成在自由层上方的上屏蔽件，以及形成在第一钉扎层、第二钉扎层和自由层的第一侧上的第一侧屏蔽件。第一侧屏蔽件包括单一材料层结构，单一材料层结构耦接到上屏蔽件并且通过绝缘层与下屏蔽件分离。磁读传感器还包括形成在第一钉扎层、第二钉扎层和自由层的第二侧上的第二侧屏蔽件。第二侧屏蔽件包括单一材料层结构，单一材料层结构耦接到上屏蔽件并且通过绝缘层与下屏蔽件分离。第一钉扎层的向外端设置在第二钉扎层的向外端的外侧并且设置在自由层的向外端的外侧。还公开了一种包括磁读传感器的磁记录设备。
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)

1.一种磁读传感器，包括：
第一钉扎层，所述第一钉扎层在第一方向上磁性取向，所述第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端；
第二钉扎层，所述第二钉扎层形成在所述第一钉扎层上方并且在与所述第一方向相反的第二方向上磁性取向，所述第二钉扎层包括所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
间隔层，所述间隔层在所述第一钉扎层与所述第二钉扎层之间；
自由层，所述自由层形成在所述第二钉扎层上方，所述自由层包括设置在所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
阻挡层，所述阻挡层在所述第二钉扎层与所述自由层之间；和
后硬偏置，所述后硬偏置相对于所述面向介质的表面设置在所述第一钉扎层的外侧，所述后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场，所述偏置方向指向与所述第一钉扎层的所述第一方向相同的方向。
2.根据权利要求1所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置包括晶种层和所述晶种层上的磁性层。
3.根据权利要求1所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的上端与所述第一钉扎层的上端对准或在所述第一钉扎层的上端上方。
4.根据权利要求3所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的所述上端在所述第二钉扎层的上端下方。
5.根据权利要求1所述的磁读传感器，其中所述第二钉扎层的所述向外端和所述自由层的所述向外端设置在所述第一钉扎层的所述向外端的内侧，并且所述磁读传感器进一步包括绝缘材料，所述绝缘材料形成在所述后硬偏置上方并且在所述自由层和所述第二钉扎层的外侧；以及绝缘层，所述绝缘层形成在所述后硬偏置与所述第一钉扎层之间。
6.根据权利要求1所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的磁性层由包括Co、Pt或Cr中的一种或多种的材料形成。
7.根据权利要求1所述的磁读传感器，所述磁读传感器进一步包括位于所述第一钉扎层下方的下屏蔽件、位于所述自由层上方的上屏蔽件，以及位于所述自由层与所述上屏蔽件之间的覆盖层。
8.根据权利要求1所述的磁读传感器，其中所述间隔层包括Ru，并且所述阻挡层包括MgO或Al2O3。
9.一种磁记录设备，所述磁记录设备包括根据权利要求1所述的磁读传感器。
10.一种磁读传感器，包括：
第一钉扎层，所述第一钉扎层在第一方向上磁性取向，所述第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端；
第二钉扎层，所述第二钉扎层形成在所述第一钉扎层上方并且在与所述第一方向相反的第二方向上磁性取向，所述第二钉扎层包括所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
间隔层，所述间隔层在所述第一钉扎层与所述第二钉扎层之间；
自由层，所述自由层形成在所述第二钉扎层上方，所述自由层包括设置在所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
阻挡层，所述阻挡层在所述第二钉扎层与所述自由层之间；和
后硬偏置，所述后硬偏置相对于所述面向介质的表面设置在所述第二钉扎层的外侧，所述后硬偏置被磁性取向以在偏置方向上生成磁场，所述偏置方向指向与所述第二钉扎层的所述第二方向相同的方向。
11.根据权利要求10所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的下端与所述第二钉扎层的下端对准或在所述第二钉扎层的下端上方。
12.根据权利要求11所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的上端在所述第二钉扎层的上端上方。
13.根据权利要求10所述的磁读传感器，其中所述自由层的所述向外端设置在所述第二钉扎层的所述向外端的内侧和所述第一钉扎层的所述向外端的内侧。
14.根据权利要求13所述的磁读传感器，其中所述磁读传感器进一步包括绝缘材料和绝缘层，所述绝缘材料形成在所述后硬偏置上方、所述后硬偏置下方以及所述自由层的外侧，所述绝缘层形成在所述后硬偏置与所述第二钉扎层之间。
15.根据权利要求14所述的磁读传感器，其中所述绝缘材料形成在所述第二钉扎层的一部分上方并且形成在所述第一钉扎层的一部分上方。
16.根据权利要求10所述的磁读传感器，其中所述后硬偏置的磁性层由包括Co、Pt或Cr中的一种或多种的材料形成。
17.一种磁记录设备，所述磁记录设备包括根据权利要求10所述的磁读传感器。
18.一种磁读传感器，包括：
下屏蔽件；
第一钉扎层，所述第一钉扎层形成在所述下屏蔽件上方并且在第一方向上磁性取向，所述第一钉扎层包括面向介质的表面处的向内端和向外端；
第二钉扎层，所述第二钉扎层形成在所述第一钉扎层上方并且在与所述第一方向相反的第二方向上磁性取向，所述第二钉扎层包括所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
自由层，所述自由层形成在所述第二钉扎层上方，所述自由层包括设置在所述面向介质的表面处的向内端和向外端；
上屏蔽件，所述上屏蔽件形成在所述自由层上方；
第一侧屏蔽件，所述第一侧屏蔽件形成在所述第一钉扎层、所述第二钉扎层和所述自由层的第一侧上，所述第一侧屏蔽件包括单一材料层结构，所述单一材料层结构耦接到所述上屏蔽件并通过绝缘层与所述下屏蔽件分离；和
第二侧屏蔽件，所述第二侧屏蔽件形成在所述第一钉扎层、所述第二钉扎层和所述自由层的第二侧上，所述第二侧屏蔽件包括单一材料层结构，所述单一材料层结构耦接到所述上屏蔽件并通过绝缘层与所述下屏蔽件分离。
19.根据权利要求18所述的磁读传感器，其中所述第一钉扎层的所述向外端设置在所述第二钉扎层的所述向外端的外侧并且设置在所述自由层的所述向外端的外侧。
20.一种磁记录设备，所述磁记录设备包括根据权利要求18所述的磁读传感器。
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