CN114730568A - 具有窄自旋极化层的自旋电子装置 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种写头包含主极。晶种层位于所述主极上方。自旋极化层(SPL)位于所述晶种层上方。间隔物层位于所述SPL上方。后屏蔽物位于所述间隔物层上方。所述间隔物层在所述间隔物层与所述后屏蔽物之间形成第一接口且在所述间隔物层与所述SPL之间形成第二接口。所述第一接口具有大于所述第二接口的面积的面积。在另一实施例中，一种写头包含主极。间隔物层位于所述主极上方。SPL位于所述间隔物层上方。罩盖层位于所述SPL上方。后屏蔽物位于所述罩盖层上方。所述间隔物层在所述间隔物层与所述主极之间形成第一接口且在所述间隔物层与所述SPL之间形成第二接口。所述第一接口具有大于所述第二接口的面积的面积。

Description

具有窄自旋极化层的自旋电子装置
相关申请的交叉引用
本申请主张2020年3月31日提交的美国申请第16/836,687号的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开的实施例大体上涉及一种具有自旋电子装置的写头。
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。需要较高记录密度的磁记录介质以增加计算机的功能和能力。
为了实现较高记录密度(例如对于磁记录介质超过1Tbit/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向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(Heat-assisted magnetic recording；HAMR)和微波辅助磁记录(microwave assisted magnetic recording；MAMR)是改进例如HDD的磁记录介质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(spin torqueoscillator；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较高记录密度。
一种类型的MAMR实现的磁记录是基于自旋轨道力矩(spin-orbital torque；SOT)。在操作期间，通过自旋霍尔层(spin Hall layer)的电荷电流产生自旋霍尔层中的自旋电流。自旋霍尔层和自旋力矩层(spin torque layer；STL)的自旋轨道耦合通过来自自旋霍尔层的自旋电流的自旋轨道耦合引起STL的磁化的切换或进动。STL的磁化的切换或进动产生到写场的辅助场。
另一种类型的MAMR实现的磁记录是基于自旋转移力矩(spin-transfer torque；STT)。在操作期间，电流通过场产生层(field generation 1ayer；FGL)从主极流动到后屏蔽物。将来自自旋极化层(spin polarization layer；SPL)和/或来自反射电子的透射极化电子注入到场产生层中，从而通过来自注入电子的自旋转移力矩引起场产生层的磁化的切换或进动。场产生层的磁化的切换或进动产生到写场的辅助场。
替代地，另一增强型记录选项涉及自旋力矩辅助记录头，所述自旋力矩辅助记录头在写间隙中提供自旋力矩结构，其中SPL产生DC场以辅助磁记录。这描述于标题为“用于提供自旋力矩辅助写场增强的磁写头(Magnetic write head for providing spin-torque-assisted write field enhancement)”的美国专利第US 10366714 B1号中，所述专利转让给本申请的受让人。
能量辅助记录写头可需要非期望高电压和/或非期望高电流以产生写场增强。高电压和/或高电流可通过降级写头的组件来影响写头的寿命和可靠性。因此，本领域中存在对改进的写头的需要。
发明内容
本公开的实施例大体上涉及一种具有自旋电子装置的写头。
在一个实施例中，写头包含主极。晶种层位于主极上方。自旋极化层(SPL)位于晶种层上方。间隔物层位于SPL上方。后屏蔽物位于间隔物层上方。间隔物层在间隔物层与后屏蔽物之间形成第一接口且在间隔物层与SPL之间形成第二接口。第一接口具有大于第二接口的面积的面积。
在另一实施例中，写头包含主极。间隔物层位于主极上方。SPL位于间隔物层上方。罩盖层位于SPL上方。后屏蔽物位于罩盖层上方。间隔物层在间隔物层与主极之间形成第一接口且在间隔物层与SPL之间形成第二接口。第一接口具有大于第二接口的面积的面积。
在又另一实施例中，写头包含主极和后屏蔽物。SPL和间隔物层在主极与后屏蔽物之间。间隔物层具有大于SPL的跨轨道宽度的跨轨道宽度和/或具有大于SPL的条高的条高。
附图说明
为了可以详细地理解本公开的上述特征的方式，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，且因此不应被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为包含写头的磁介质驱动器的某些实施例的示意性图示。
图2为面向磁记录介质的磁头组合件的横截面侧视图的某些实施例的示意性图示。
图3到图6为具有位于主极与后屏蔽物之间的自旋电子装置的图2的写头的某些实施例的示意性图示。
图7为自旋电子装置的各种实例的归一化Vjump/Bst的图表。
为了促进理解，在可能的情况下已使用相同附图标号标示图中共有的相同元件。经考虑，一个实施例中公开的元件可在无特定叙述的情况下有利地用于其它实施例中。
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，不管是否与不同实施例相关，都涵盖以下特征和元件的任何组合来实施和实践本公开。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，但给定实施例是否实现特定优点并不限制本公开。因此，以下方面、特征、实施例和优点仅为说明性的且不认为是所附权利要求书的要素或限制，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要素或限制，除非明确地叙述于权利要求中。
本公开的实施例大体上涉及一种具有基于STT的STO装置的微波辅助磁记录写头。在某些实施例中，写头包含在SPL与间隔物层之间的接口处提供高电流密度的窄SPL和宽间隔物层。在某些实施例中，写头进一步包含用以减小晶种层或罩盖层的寄生电阻的宽晶种层或宽罩盖层。
图1为包含例如磁头的磁写头的磁介质驱动器的某些实施例的示意性图示。此类磁介质驱动器可为单个驱动器/装置或包括多个驱动器/装置。为易于图示，根据一个实施例绘示单个磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包含支撑在主轴114上且由驱动电机118旋转的至少一个可旋转磁盘112。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)的环形图案。
至少一个滑块113定位于磁盘112附近。每一滑块113支撑磁头组合件121，所述磁头组合件121包含一或多个读/写头，诸如包含自旋电子装置的写头。当磁盘112旋转时，滑块113在磁盘表面122上方径向移动进及移动出，使得磁头组合件121可在需要写入数据的地方存取磁盘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所绘示的致动器127可为音圈电机(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供应的电机电流信号控制。
在磁盘驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转产生滑块113与磁盘表面122之间的对滑块113施加向上力或提升的空气或气体轴承。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以小的大体上恒定的间距离开磁盘表面122且稍微在所述磁盘表面上方。
磁盘驱动器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上的驱动电机控制信号和线128上的磁头位置和搜寻控制信号。线128上的控制信号提供所要电流分布以最优地将滑块113移动和定位到磁盘112上的所要数据轨道。写信号和读信号借助于记录通道125传送进及传送出磁头组合件121。图1的磁介质驱动器的某些实施例可进一步包含多个介质或磁盘、多个致动器和/或多个滑块。
图2为面向磁盘112或其它磁性存储介质的磁头组合件200的横截面侧视图的某些实施例的示意性图示。磁头组合件200可对应于在图1中描述的磁头组合件121。磁头组合件200包含面向磁盘112的面向介质的表面(media facing surface；MFS)212。如图2中所绘示，磁盘112在由箭头232指示的方向上相对地移动，且磁头组合件200在由箭头233指示的方向上相对地移动。
在一些实施例中，磁头组合件200包含磁读头211。磁读头211可包含安置于屏蔽物S1与屏蔽物S2之间的感测元件204。在某些实施例中，感测元件204为磁阻式(magnetoresistive；MR)感测元件，此元件施加隧穿磁阻(tunneling magneto-resistive；TMR)效应、磁阻(magneto-resistance；GMR)效应、异常磁阻(extraordinary magneto-Resistive；EMR)效应或自旋力矩振荡器(STO)效应。磁盘112中的磁化区的磁场(例如垂直记录位或纵向记录位)可由感测元件204检测为所记录位。
磁头组合件200包含写头210。在某些实施例中，写头210包含主极220、前屏蔽物206、后屏蔽物(trailing shield；TS)240以及安置于主极220与TS 240之间的自旋电子装置230。主极220充当第一电极。主极220、自旋电子装置230、前屏蔽物206以及后屏蔽物(TS)240中的每一个具有在MFS处的前部部分。
主极220包括磁性材料，例如CoFe、CoFeNi或FeNi、其它合适的磁性材料。在某些实施例中，主极220包括随机纹理的小晶粒磁性材料，例如以随机纹理形成的以本体为中心的立方(body-centered cubic；BCC)材料。举例来说，主极220的随机纹理可通过电沉积形成。写头210包含线围绕主极220的线圈218，所述线圈218激励主极220从而产生用于影响可旋转磁盘112的磁记录介质的写入磁场。线圈218可为螺旋结构或者一或多组扁平形结构。
在某些实施例中，主极220包含后锥形物242和前锥形物244。后锥形物242自从MFS212凹入的位置延伸到MFS 212。前锥形物244自从MFS 212凹入的位置延伸到MFS 212。后锥形物242和前锥形物244可相对于主极220的纵向轴线260具有相同程度或不同程度的锥形。在一些实施例中，主极220不包含后锥形物242和前锥形物244。替代地，主极220包含后侧(未绘示)和前侧(未绘示)，其中后侧与前侧大体上平行。
TS 240包括充当用于主极220的第二电极和返回极的例如FeNi的磁性材料或其它合适的磁性材料。前屏蔽物206可提供电磁屏蔽且通过前间隙254与主极220分离。
自旋电子装置230接近主极220定位，且减小磁记录介质的矫顽力，使得可使用较小写入场来记录数据。电子电流从电流源270施加到自旋电子装置230以产生微波场。电子电流可为直流(DC)波形、脉冲DC波形和/或变成正电压和负电压的脉冲电流波形或其它合适的波形。
在某些实施例中，自旋电子装置230可电耦合到主极220和TS 240，其中主极220和TS由绝缘层272分离。电流源270可通过主极220和TS 240将电子电流提供到自旋电子装置230。对于直流电或脉冲电流，电流源270可取决于自旋电子装置230的定向使电子电流从主极220通过自旋电子装置230流到TS 240，或可使电子电流从TS 240通过自旋电子装置230流到主极220。在其它实施例中，自旋电子装置230可耦合到提供除来自主极和/或TS以外的电子电流的电导线。
图3为具有在轨道方向上位于主极220与TS 240之间的自旋电子装置230的图2的写头210的MFS的平面图的某些实施例的示意性图示。自旋电子装置230包括晶种层310、自旋极化层320和间隔物层330。举例来说，自旋电子装置230的在MFS处的侧面经离子研磨或经图案化以形成如所绘示的自旋电子装置形状。
晶种层310位于主极220上方。SPL 320位于晶种层310上方。间隔物层330位于SPL320上方。TS热晶种层380位于间隔物层330上方。TS热晶种层380与TS 240的凹口磁性缝合。
电流源270配置成将电子流从主极220通过自旋电子装置230供应到TS 240。来自SPL 320的极化电子从TS 240与间隔物层330之间(例如TS热晶种层380与间隔物层之间)的第一接口301反射到SPL 320。自旋累积和自旋力矩发生在间隔物层330与SPL320之间的第二接口302处。自旋力矩作用于SPL 320，从而引起SPL 320的自旋翻转和SPL 320的磁化的进动。SPL 320的磁化的进动可产生发射到磁记录介质的辅助磁场，例如DC场。辅助磁场减小记录介质的矫顽力且减小从主极220写入到记录介质的所需写场。
根据式(1)估计发生自旋翻转处的偏置电压(Vjump)：
Vjump＝Jc*RA (1)
其中Jc为STT相对于间隙场切换的临界电流密度。
SPL 320的自旋力矩效率与发生自旋翻转处的偏置电压(Vjump)成反比。根据式(2)估计产生自旋力矩的第二接口302处的电流密度J：
Figure BDA0003647053110000061
其中A1为第一接口301的面积，A2为第二接口302的面积，出于简化估计的目的，其中假设SPL 320和间隔物层330具有相同电阻率ρ，且其中假设SPL 320和间隔物层330具有相同厚度t。通过下式(3)估计图3的其中第一接口301与第二接口302具有不同面积的自旋电子230的Vjump，2：
Figure BDA0003647053110000062
其中Vjump，1属于具有第一接口301和第二接口302具有相同面积的自旋电子装置230。
根据式(3)，Vjump，2与A2/A1成正比。当第一接口301的面积A1大于第二接口302的面积A2(A1＞A2)时，图3的自旋电子装置230比其中A1≤A2的自旋电子装置具有更低Vjump和更高自旋力矩效率。当SPL 320和间隔物层330的电阻率相同或不同时且当SPL 320和间隔物层330的厚度相同或不同时，A1＞A2为自旋电子装置230提供较低Vjump和较高自旋力矩效率。当A1＞A2时的一个实例为当间隔物层330的接近TS 240的MFS的跨轨道宽度330W大于SPL320的接近间隔物层330的面向介质的表面的跨轨道宽度320W-A时。换句话说，当330W＞320W-A时，自旋电子装置230具有比当330W≤320W-A时更低的Vjump和更高的自旋力矩效率。图3绘示在MFS处为梯形形状的间隔物层330，所述间隔物层330具有从TS 240到SPL 320的笔直锥形侧面。在其它实施例中，间隔物层330为在MFS处具有从TS 240到SPL 320的一或两个笔直锥形侧面的任何合适的梯形形状。在其它实施例中，间隔物层330为在MFS处具有从TS 240到SPL 320的一或两个连续弯曲锥形侧面的任何合适的形状。
在某些实施例中，晶种层310的接近主极220的MFS的跨轨道宽度310W大于SPL320的接近晶种层310的MFS的跨轨道宽度320W-B从而最小化晶种层310的寄生电阻。换句话说，当310W＞320-B时，晶种层310具有较低下部寄生电阻。在某些实施例中，晶种层310具有大于SPL 320的跨轨道宽度320W-B(即，310W＞320W-B)但小于主极220的接近晶种层310的跨轨道220W的跨轨道宽度310W(即，310W＜220W)。图3绘示在MFS处为梯形形状的晶种层310，所述晶种层310在MFS处具有从MP220到SPL 320的笔直锥形侧面。在其它实施例中，晶种层310为在MFS处具有从MP 220到SPL 320的一或两个笔直锥形侧面的任何梯形形状。在其它实施例中，晶种层310为在MFS处具有从MP 220到SPL 320的一或两个连续弯曲锥形侧面的任何合适的形状。
图4为具有在轨道方向上位于主极220与TS 240之间的自旋电子装置230的图2的写头210的MFS的平面图的某些实施例的示意性图示。自旋电子装置230包括间隔物层410、自旋极化层(SPL)420和罩盖层430。举例来说，自旋电子装置230的在MFS处的侧面经离子研磨或经图案化以形成如所绘示的自旋电子装置形状。
间隔物层410位于主极220上方。SPL 420位于间隔物层410上方。罩盖层430位于SPL 420上方。TS热晶种层480位于罩盖层430上方。TS热晶种层480与TS 240的凹口磁性缝合。
电流源270配置成将电子流从TS 240通过自旋电子装置230供应到主极220。来自SPL 420的极化电子从主极220与间隔物层410之间的第一接口401反射。自旋累积和自旋力矩发生在间隔物层410与SPL 420之间的第二接口402处。自旋力矩作用于SPL420，从而引起SPL 420的自旋翻转和SPL 420的磁化的进动。SPL 420的磁化的进动可产生发射到磁记录介质的辅助磁场，例如DC场。辅助磁场减小记录介质的矫顽力且减小从主极220写入到记录介质的所需写场。
SPL 420的自旋力矩效率与发生自旋翻转处的偏置电压(Vjump)成反比。根据上式(2)估计产生自旋力矩的第二接口402处的电流密度J，其中A1为第一接口401的面积，A2为第二接口402的面积，出于简化估计的目的，其中假设SPL 420和间隔物层410具有相同电阻率ρ，且其中假设SPL 420和间隔物层410具有相同厚度t。通过上式(3)估计图4的其中第一接口401与第二接口402具有不同面积的自旋电子230的Vjump，2，其中Vjump，1属于具有第一接口401和第二接口402具有相同面积的自旋电子装置230。
根据式(3)，Vjump，2与A2/A1成正比。当第一接口401的面积A1大于第二接口402的面积A2(A1＞A2)时，图4的自旋电子装置230比其中A1≤A2的自旋电子装置具有更低Vjump和更高自旋力矩效率。当SPL 420和间隔物层410的电阻率相同或不同时且当SPL 420和间隔物层410的厚度相同或不同时，A1＞A2为自旋电子装置230提供较低Vjump和较高自旋力矩效率。当A1＞A2时的一个实例为当间隔物层410的接近主极220的MFS的跨轨道宽度410W大于SPL 420的接近间隔物层410的MFS的跨轨道宽度420W-A时。换句话说，当410W＞420W-A时，自旋电子装置230具有比当410W≤420W-A时更低的Vjump和更高的自旋力矩效率。图4绘示在MFS处为梯形形状的间隔物层410，所述间隔物层410在MFS处具有从MP 220到SPL 420的笔直锥形侧面。在其它实施例中，间隔物层410为在MFS处具有从MP 220到SPL 420的一或两个笔直锥形侧面的任何合适的梯形形状。在其它实施例中，间隔物层410为在MFS处具有从MP 220到SPL 420的一或两个连续弯曲锥形侧面的任何合适的形状。
在某些实施例中，罩盖层430的接近TS 240的MFS的跨轨道宽度430W大于SPL420的接近罩盖层430的MFS的跨轨道宽度420W-B从而最小化罩盖层430的寄生电阻。换句话说，当430W＞420W-B时，罩盖层430具有较低寄生电阻。图4绘示在MFS处为梯形形状的罩盖层430，所述罩盖层430在MFS处具有从TS 240到SPL 420的笔直锥形侧面。在其它实施例中，罩盖层430在MFS处为任何梯形形状，在MFS处具有从TS 240到SPL420的一或两个笔直锥形侧面。在其它实施例中，罩盖层430为在MFS处具有从TS 240到SPL 420的一或两个连续弯曲锥形侧面的任何合适的形状。
图5为自旋电子装置230的具有在MFS处从间隔物层330凹入的SPL 320的MFS的平面图的某些实施例的示意性图示。图5的自旋电子装置230包括与图3的自旋电子装置230次序相同但具有不同尺寸的相同层。图6为其中间隔物层330的条高330H大于SPL 320的条高320H的自旋电子装置230的横截面喉部视图。间隔物层330可为锥形或非锥形(未绘示)。图6的自旋电子装置230包括与图3的自旋电子装置230次序相同但具有不同尺寸非相同层。
图3、图5和图6各自绘示其中第一接口301的面积A1大于第二接口302的面积A2(A1＞A2)的自旋电子装置230的不同实施例。在图3中，间隔物层330为锥形，其具有大于SPL320的跨轨道宽度320W-A的在MFS处的跨轨道宽度330W。在图5中，SPL 320从间隔物层330凹入，使得间隔物层330在MFS处具有大于SPL 320的跨轨道宽度320W-A的跨轨道宽度330W。在图6中，间隔物层330为锥形或非锥形(未绘示)，其具有大于SPL 320的条高320H的条高330H。在某些实施例中，其中第一接口301的面积A1大于第二接口302的面积A2(A1＞A2)的自旋电子装置230包括间隔物层330，所述间隔物层330的在MFS处的跨轨道宽度330W和条高330H两者分别大于SPL 320的在MFS处的跨轨道宽度320W-A和条高320H。因此，在某些实施例中，间隔物层具有大于SPL的跨轨道宽度的锥形跨轨道宽度。在某些实施例中，间隔物层具有大于SPL的跨轨道宽度的凹入跨轨道宽度。在某些实施例中，间隔物层具有大于SPL的条高的条高。在某些实施例中，间隔物层具有大于SPL的跨轨道宽度和条高的跨轨道宽度和条高两者。
如图5所绘示，SPL 320在MFS处从晶种层310凹入。在图6中，晶种层310为锥形或非锥形(未绘示)，其中晶种层310的条高310H大于SPL 320的条高320H。图3、图5和图6各自绘示具有减小的寄生电阻的自旋电子装置230的晶种层310的不同实施例。在图3中，晶种层310为锥形的，其在MFS处具有大于SPL 320的跨轨道宽度320W-B的跨轨道宽度310W。在图5中，SPL 320从晶种层310凹入，使得晶种层310在MFS处具有大于SPL 320的跨轨道宽度320W-B的跨轨道宽度310W。在图6中，晶种层310为锥形(如所绘示)或非锥形(未绘示)，其具有大于SPL 320的条高320H的条高310H。在某些实施例中，具有寄生电阻减小的自旋电子装置230的晶种层310的自旋电子装置230包括晶种层310，所述晶种层310的在MFS处的跨轨道宽度310W和条高310大于SPL 320的在MFS处的跨轨道宽度320W-B和条高320。因此，在某些实施例中，晶种层具有大于SPL的跨轨道宽度的锥形跨轨道宽度。在某些实施例中，晶种层具有大于SPL的跨轨道宽度的凹入跨轨道宽度。在某些实施例中，晶种层具有大于SPL的条高的条高。在某些实施例中，晶种层具有大于SPL的跨轨道宽度和条高的跨轨道宽度和条高两者。
在图4的自旋电子装置230的其它实施例(未绘示)中，SPL 420从间隔物层410凹入，其中第一接口401的面积A1大于第二接口402的面积A2(A1＞A2)。在图4的自旋电子装置230的其它实施例(未绘示)中，间隔物层410为具有大于SPL 420的条高的条高的锥形或非锥形，其中第一接口401的面积A1大于第二接口402的面积A2(A1＞A2)。在某些实施例中，其中第一接口401的面积A1大于第二接口402的面积A2(A1＞A2)的自旋电子装置230包括间隔物层410，所述间隔物层410的在MFS处的跨轨道宽度410W和条高两者分别大于SPL 420的在MFS处的跨轨道宽度420W-A和条高。
在图4的自旋电子装置230的其它实施例(未绘示)中，SPL420在MFS处从罩盖层430凹入，使得罩盖层430的跨轨道宽度430W大于SPL 420的跨轨道宽度420W-B以提供罩盖层430的减小的寄生电阻。在图4的自旋电子装置230的其它实施例(未绘示)中，罩盖层430为具有大于SPL420的条高的条高的锥形或非锥形。在某些实施例(未绘示)中，寄生电阻减小的自旋电子装置230的罩盖层430具有分别大于SPL420的在MFS处的跨轨道宽度420W-B和条高的在MFS处的跨轨道宽度430W和条高两者。
图3至图6绘示其中自旋电子装置230进一步包含宽间隔物层330、宽间隔物层420、窄SPL 320、窄SPL 420和宽晶种层310/罩盖层430的某些实施例。举例来说，如图3至图4中所绘示的自旋电子装置230具有为沙漏形状的面向介质的表面。在其它实施例中，自旋电子装置230包含具有窄SPL 320、窄SPL 420的宽间隔物层330、宽间隔物层410，而不管晶种层310/罩盖层430的尺寸/形状。
图3、图5和图6的自旋电子装置230的晶种层310可包括钌、铜、钽、其它非磁性材料、其合金或其多个层。举例来说，晶种层可包括含有至少一非磁性层的多个层堆叠，例如包括Cr、NiFeTa、Ta、NiAl、Ru及其组合的堆叠。
图3至图6的自旋电子装置230的SPL 320、SPL420可包括NiFe、CoFe、CoFeNi、CoMnGe、NiCo、NiFeCu、CoFeMnGe、CoMnSi、CoFeSi、其它软或硬的铁磁性材料、其它赫斯勒(Heus1er)合金、其它合适的磁层或其多个层。SPL可包括具有在与MFS的平面例如垂直、成角度或纵向的任何大体方向上定向的磁各向异性材料。
图3至图6的自旋电子装置230的间隔物层330、间隔物层410可包括一或多种非磁性导电材料，例如Au、Ag、Al、Cu、AgSn、NiAl、其它非磁性导电材料、其合金或其多个层。间隔物层可由对于在SPL上的自旋力矩转移具有高自旋透射率的材料制成。
图4的自旋电子装置230的罩盖层430可包括一或多层非磁性导电材料、NiAl、Cr、Ru、Ir、Ta、Ti的金属或金属合金和其它非磁性金属。罩盖层430可在形成自旋电子装置和形成写头210期间保护自旋电子装置230，例如在沉积、退火、图案化、清洁等期间。
图3至图6的写头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。图3至图6的写头210可包含定位在主极220的一或多个侧面上的前屏蔽物(未绘示)，前屏蔽物与主极之间具有前间隙。图3至图6的写头210可包含定位在自旋电子装置230的侧面上的侧间隙。侧间隙可包括绝缘材料。
在图3至图5中，轨道方向标记为x坐标，且跨轨道方向标记为y坐标。与MFS垂直的方向将为进入/离开X-Y平面的z坐标。在图6中，轨道方向标记为x坐标，且一般条高方向标记于z坐标中。
实例
测试其中由比较例A、实例B和实例C的自旋电子装置形成的芯片。测量SPL的厚度的磁通密度乘积上的Vjump(Vjump/Bst)。Vjump/Bst以从零到1的规模进行归一化，且绘制在图7中。实例并非意图限制权利要求书的范围，除非明确地将其叙述为权利要求书的一部分。
比较例A
比较自旋电子装置形成为包含底部电极上的晶种层、晶种层上的SPL、SPL上的间隔物层、形成于间隔物层上的TS热晶种层、形成于TS热晶种层上的罩盖层和形成于罩盖层上的顶部电极。电子流通过自旋电子装置朝向后屏蔽物凹口供应。与图3、图5和图6的自旋电子装置相异，比较自旋电子装置的间隔物层-TS接口的面积A1小于间隔物层-SPL接口的面积A2，其中A1＜A2。
实例B
自旋电子装置形成为包含MP上的晶种层、形成于晶种层上的MP凹口、MP凹口上的间隔物层、间隔物层上的SPL、SPL上的罩盖层、形成于罩盖层上的顶部电极。电子流通过自旋电子装置朝向主极供应。类似于图4的自旋电子装置，自旋电子装置的间隔物层-Mp接口的面积A1大于间隔物层-SPL接口的面积A2，其中A1＞A2。由于除了以不同次序且因此具有不同的形状以外，实例B的装置与实例A具有相同的层，因此实例B绘示在不考虑寄生电阻效应的情况下自旋电子装置形状对切换特性的影响。
实例C
自旋电子装置形成为包含MP上的间隔物层、间隔物层上的SPL、SPL上的罩盖层和顶部电极。电子流通过自旋电子装置朝向主极供应。自旋电子装置的间隔物层-Mp接口的面积A1大于间隔物层-SPL接口的面积A2，其中A1＞A2。
实例B至实例C绘示比实例A更低的Vjump和更高自旋力矩效率。实例C绘示比实例B更低的Vjump和更高的自旋力矩效率，这是由于实例B的自旋电子装置包含具有寄生电阻的晶种层。
在一个实施例中，写头包含主极。晶种层位于主极上方。自旋极化层(SPL)位于晶种层上方。间隔物层位于SPL上方。后屏蔽物位于间隔物层上方。间隔物层在间隔物层与后屏蔽物之间形成第一接口且在间隔物层与SPL之间形成第二接口。第一接口具有大于第二接口的面积的面积。
在另一实施例中，写头包含主极。间隔物层位于主极上方。SPL位于间隔物层上方。罩盖层位于SPL上方。后屏蔽物位于罩盖层上方。间隔物层在间隔物层与主极之间形成第一接口且在间隔物层与SPL之间形成第二接口。第一接口具有大于第二接口的面积的面积。
在又另一实施例中，写头包含主极和后屏蔽物。SPL和间隔物层在主极与后屏蔽物之间。间隔物层具有大于SPL的跨轨道宽度的跨轨道宽度和/或具有大于SPL的条高的条高。
虽然前述内容涉及本公开的实施例，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；
晶种层，其位于所述主极上方；
自旋极化层(SPL)，其位于所述晶种层上方；
间隔物层，其位于所述SPL上方；以及
后屏蔽物，其位于所述间隔物层上方，
其中所述间隔物层在所述间隔物层与所述后屏蔽物之间形成第一接口，且在所述间隔物层与所述SPL之间形成第二接口，所述第一接口具有大于所述第二接口的面积的面积。
2.根据权利要求1所述的写头，其中所述间隔物层具有接近所述后屏蔽物的跨轨道宽度，所述跨轨道宽度大于所述SPL的接近所述间隔物层的跨轨道宽度。
3.根据权利要求2所述的写头，其中所述间隔物层在面向介质的表面处为梯形形状或锥形形状。
4.根据权利要求2所述的写头，其中所述SPL从所述间隔物层凹入。
5.根据权利要求1所述的写头，其中所述间隔物层具有大于所述SPL的条高的条高。
6.根据权利要求1所述的写头，其中所述晶种层具有接近所述主极的跨轨道宽度，所述跨轨道宽度大于所述SPL的接近所述晶种层的跨轨道宽度。
7.根据权利要求1所述的写头，其中所述晶种层具有大于所述SPL的条高的条高。
8.根据权利要求1所述的写头，其进一步包括耦合到所述主极和所述后屏蔽物的电流源，所述电流源配置成通过所述SPL将电子流从所述主极供应到所述后屏蔽物，其中所述SPL的磁化配置成由于从所述间隔物层与所述SPL之间的所述第二接口作用于所述SPL的自旋力矩而振荡。
9.一种硬盘驱动器，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；
间隔物层，其位于所述主极上方；
自旋极化层(SPL)，其位于所述间隔物层上方；
罩盖层，其位于所述SPL上方；以及
后屏蔽物，其位于所述罩盖层上方，
其中所述间隔物层在所述间隔物层与所述主极之间形成第一接口，且在所述间隔物层与所述SPL之间形成第二接口，所述第一接口具有大于所述第二接口的面积的面积。
11.根据权利要求10所述的写头，其中所述间隔物层具有接近所述主极的跨轨道宽度，所述跨轨道宽度大于所述SPL的接近所述间隔物层的跨轨道宽度。
12.根据权利要求11所述的写头，其中所述间隔物层在面向介质的表面处为梯形形状或锥形形状。
13.根据权利要求11所述的写头，其中所述SPL从所述间隔物层凹入。
14.根据权利要求10所述的写头，其中所述间隔物层具有大于所述SPL的条高的条高。
15.根据权利要求10所述的写头，其中所述罩盖层具有接近所述后屏蔽物的跨轨道宽度，所述跨轨道宽度大于所述SPL的接近所述罩盖层的跨轨道宽度。
16.根据权利要求10所述的写头，其中所述罩盖层具有大于所述SPL的条高的条高。
17.根据权利要求10所述的写头，其进一步包括耦合到所述主极和所述后屏蔽物的电流源，所述电流源配置成通过所述SPL将电子流从所述后屏蔽物供应到所述主极，其中所述SPL的磁化配置成由于从所述间隔物层与所述SPL之间的所述第二接口作用于所述SPL的自旋力矩而振荡。
18.一种硬盘驱动器，其包括根据权利要求10所述的写头。
19.一种写头，其包括：
主极；
后屏蔽物；
自旋极化层(SPL)，以及
间隔物层，所述间隔物层具有选自由以下组成的群组的尺寸：大于所述SPL的跨轨道宽度的跨轨道宽度，大于所述SPL的条高的条高，以及其组合。
20.根据权利要求19所述的写头，其进一步包括所述主极与所述SPL之间的晶种层或所述SPL与所述后屏蔽物之间的罩盖层。
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