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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Gebiet der Offenbarung
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich allgemein auf einen magnetischen Lesekopfsensor zur Verwendung in einem Festplattenlaufwerk. Der Lesekopfsensor ist ein magnetoresistiver Effekt-Typ. Insbesondere beziehen sich die Ausführungsformen auf Lesekopfsensoren, die duale Deckschichten in den Sensoren verwenden.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Das Herz eines Computers ist ein Magnetplattenlaufwerk, das typischerweise eine sich drehende Magnetplatte umfasst, einen Gleiter, der Lese- und Schreibköpfe aufweist, einen Aufhängungsarm über der sich drehenden Platte und einen Betätigerarm, der den Aufhängungsarm schwenkt, um die Lese- und/oder Schreibköpfe über ausgewählte kreisförmige Spuren auf der sich drehenden Platten zu platzieren. Der Aufhängungsarm spannt den Gleiter zur Fläche der Platte vor, wenn sich die Platte nicht dreht, aber wenn sich die Platte dreht, wird Luft von der sich drehenden Platte angrenzend an eine Luftpolsterfläche (ABS) des Gleiters aufgewirbelt, was den Gleiter veranlasst, auf einem Luftpolster in einer geringfügigen Distanz von der Fläche der sich drehenden Platte zu gleiten. Wenn der Gleiter auf dem Luftpolster gleitet, werden die Schreib- und Leseköpfe zum Schreiben und Lesen magnetischer Übergänge eingesetzt, die Host-Daten entsprechen. Die Lese- und Schreibköpfe sind mit Signalverarbeitungsschaltungen verbunden, die gemäß einem Computerprogramm arbeiten, um die Schreib- und Lesefunktionen zu implementieren.
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Der Lesekopf eines Festplattenlaufwerks umfasst ein Spin-Ventilelement, das einen magnetoresistiven Effekt nützt. Durch das Abfühlen der relativen Magentisierungen von zwei ferromagnetischen Dünnenfilmen, wie einer freien magnetischen Schicht und einer fixierten magnetischen Schicht, die eine Zwischenschicht sandwichartig anordnen, können magnetische Informationen aus den Magneten im Nanomaßstab auf der Platte gelesen werden. Reduktionen in verschiedenen Abmessungen des Sensorelements und Verbesserungen in den Filmcharakteristiken haben zu Verbesserungen in der Aufzeichnungsdichte beigetragen, wodurch es ermöglicht wird, dass aktuelle Aufzeichnungsspuren eine Breite von weniger als ungefähr 100 Nanometern erzielen. Mit der Verschmälerung der Spurbreite wird jedoch der Rauscheffekt (magnetisches Rauschen) auf das Rauschverhältnis (SNR) des Kopfes unzulässig groß, der von thermischen Schwingungen während der Magnetisierung der freien magnetischen Schicht generiert wird. Da das magnetische Rauschen proportional steigt, während sich die Wiedergabeleistung erhöht, sättigt sich das SNR an irgendeinem Maximalwert. So wurde eine Reduktion im magnetischen Rauschen zunehmend wichtig. Eine magnetische Vorspannung (Domänensteuerung) der freien magnetischen Schicht sowie die Steuerung für eine geringe magnetische Kopplung sind bei der Reduktion des magnetischen Rauschens effektiv.
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Daher besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einer Sensorstruktur, die ein magnetisches Rauschen mit einer geringen magnetischen Kopplung in der Sensorstruktur minimieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Lesekopfsensor in einem magnetischen Aufzeichnungskopf. Der Lesekopfsensor umfasst eine duale Deckschicht, die eine magnetische Kopplung reduzieren kann, um so ein Vormagnetisierungsfeld, z. B. eine Domänensteuerung, im Lesekopfsensor zu verstärken. Ferner kann auch eine obere Abschirmung mit einem mehrfachen Filmstapel, der unterschiedliche Filmeigenschaften aufweist, verwendet werden, um die Vormagnetisierungsfeldgenerierung im Lesekopfsensor zu verstärken. Zusätzlich kann eine Spulenstruktur angrenzend an eine Seitenabschirmung positioniert werden. Die angrenzend an die Seitenabschirmung positionierte Spulenstruktur kann das Vormagnetisierungsfeld effektiv ändern und einstellen, das für den Sensor generiert wird, um so das Rauschverhältnis (SNR) effizient zu steuern und die Domänensteuerung des Lesekopfsensors zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform umfasst ein Lesekopfsensor eine untere Abschirmung; eine obere Abschirmung, die über der unteren Abschirmung angeordnet ist; und einen Sensorstapel, der zwischen der unteren Abschirmung und der oberen Abschirmung angeordnet ist, wobei der Sensorstapel umfasst: eine fixierte magnetische Schicht; eine Abstandhalterschicht, die über der fixierten magnetischen Schicht angeordnet ist; eine freie magnetische Schicht, die über der Abstandhalterschicht angeordnet ist; und eine duale Deckschicht, die auf der freien magnetischen Schicht angeordnet ist, welche duale Deckschicht eine magnetische Schicht umfasst, die auf einer nicht-magnetischen Schicht angeordnet ist; und eine Seitenabschirmung, die angrenzend an den Sensorstapel über der unteren Abschirmung und unter der oberen Abschirmung angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Lesekopfsensor eine untere Abschirmung; eine obere Abschirmung, die über der unteren Abschirmung angeordnet ist, wobei die obere Abschirmung umfasst: eine magnetische Bodenschicht, welche eine erste magnetische Schicht und eine zweite magnetische Schicht umfasst, die auf der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist; eine erste nicht-magnetische Schicht, die auf der magnetischen Bodenschicht angeordnet ist; eine magnetische Oberschicht, die auf der ersten nicht-magnetischen Schicht angeordnet ist, welche magnetische Oberschicht einen dreischichtigen Magnetfilmstapel umfasst; und eine anti-ferromagnetische Schicht, die auf der magnetischen Oberschicht angeordnet ist; einen Sensorstapel, der zwischen der unteren Abschirmung und der oberen Abschirmung angeordnet ist; und eine Seitenabschirmung, die angrenzend an den Sensorstapel über der Bodenabschirmung und unter der Oberabschirmung angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Lesekopfsensor eine untere Abschirmung; eine obere Abschirmung, die über der unteren Abschirmung angeordnet ist; einen Sensorstapel, der zwischen der unteren Abschirmung und der höheren Abschirmung angeordnet ist, und eine Seitenabschirmung, die angrenzend an den Sensorstapel über der unteren Abschirmung und unter der oberen Abschirmung angeordnet ist; und eine Spulenstruktur, die gekoppelt mit der Seitenabschirmung angeordnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zum detaillierteren Verständnis der oben angegebenen Merkmale der vorliegenden Offenbarung ist eine genauere Beschreibung der oben kurz zusammengefassten Offenbarung mit Bezugnahme auf Ausführungsformen angegeben, von denen einige in den beigeschlossenen Zeichnungen veranschaulicht sind. Es ist jedoch anzumerken, dass die beigeschlossenen Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulichen und daher nicht als Einschränkung für ihren Umfang anzusehen sind, da die Offenbarung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen zulassen kann.
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1 veranschaulicht ein beispielhaftes Magnetplattenlaufwerk gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
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2 ist eine Seitenansicht eines Schreib/Lesekopfs und einer Magnetplatte des Plattenlaufwerks von 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
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3 ist eine schematische Darstellung eines Lesekopfs gemäß einer Ausführungsform;
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4 ist eine schematische Darstellung eines Lesekopfs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung einer Dickenvariation einer nicht-magnetischen Schicht zu einer Größe eines Magnetfelds zeigt, das in einem Lesekopfsensor generiert wird; und
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6 ist eine dreidimensionale schematische Darstellung einer Seitenabschirmung, die im Lesekopfsensor von 3 oder 4 angeordnet ist, mit einer Spulenstruktur, die angrenzend an die Seitenabschirmung angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform.
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Zum leichteren Verständnis wurden, wo möglich, identische Bezugszahlen verwendet, um identische Elemente zu bezeichnen, welche die Figuren gemeinsam haben. Es ist vorgesehen, dass in einer Ausführungsform geoffenbarte Elemente in anderen Ausführungsformen ohne spezifische Angabe vorteilhaft verwendet werden können. Es ist jedoch zu beachten, dass die beigeschlossenen Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulichen und daher nicht als ihren Umfang einschränkend anzusehen sind, da die Offenbarung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen auf einem beliebigen Gebiet, das Magnetsensoren involviert, zulassen kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird auf Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen. Es ist jedoch klar, dass die Offenbarung nicht auf spezifische beschriebene Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen wird jede beliebige Kombination der folgenden Merkmale und Elemente, ob sie sich auf unterschiedliche Ausführungsformen beziehen oder nicht, vorgesehen, um die Offenbarung zu implementieren und zu praktizieren. Obwohl Ausführungsformen der Offenbarung Vorteile gegenüber anderen möglichen Lösungen und/oder gegenüber dem Stand der Technik erzielen können, gilt es ferner nicht als Einschränkung für die Offenbarung, ob ein bestimmter Vorteil von einer gegebenen Ausführungsform erzielt wird oder nicht. So dienen die folgenden Aspekte, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile nur der Veranschaulichung und werden nicht als Elemente oder Einschränkungen der beigeschlossenen Ansprüche angesehen, außer wo dies in einem Anspruch (Ansprüchen) ausdrücklich angegeben wird. Ähnlich ist eine Bezugnahme auf „die Offenbarung” nicht als Generalisierung eines beliebigen erfinderischen Gegenstands anzusehen, der hier geoffenbart wird, und ist nicht als Element oder Einschränkung der beigeschlossenen Ansprüche auszulegen, außer wo dies in einem Anspruch (Ansprüchen) ausdrücklich angegeben wird.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Lesekopfsensor in einem magnetischen Aufzeichnungskopf. Der Lesekopfsensor umfasst Seitenabschirmungen zusätzlich zu einem Sensorstapel, der sandwichartig zwischen einer oberen Abschirmung und einer unteren Abschirmung angeordnet ist. Die obere Abschirmung ist eine mehrschichtige Struktur mit einer anti-ferromagnetischen Kopplung. Die magnetische Kopplung von der oberen Schicht mit dem Sensorstapel wird niedrig gesteuert, um so magnetisch das Vormagnetisierungsfeld, wie generiert, sowie eine Domänensteuerung einer freien Schicht zu verstärken, die im Sensorstapel gebildet ist. In einer Ausführungsform wird die niedrige magnetische Kopplung erhalten, indem eine obere duale Deckschicht verwendet wird, die auf der freien Schicht im Sensorstapel gebildet ist. Zusätzlich können auch mehrere Filmschichten mit einer unterschiedlichen Anordnung von Filmeigenschaften in der oberen Abschirmung verwendet werden. Eine Spulenstruktur kann auch angrenzend an die Seitenabschirmung angeordnet sein, um die Vormagnetisierungsfeldgenerierung zu verstärken.
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1 veranschaulicht eine Draufsicht eines beispielhaften Festplattenaufwerks (HDD) 100 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Wie veranschaulicht, kann das HDD 100 eine oder mehrere Magnetplatten 110, einen Betätiger 120, Betätigerarme 130, die mit jeder der Magnetplatten 110 assoziiert sind, und einen Spindelmotor 140 umfassen, der an einem Gehäuse 150 befestigt ist. Die oder oder mehrere Magnetplatten 110 kann oder können vertikal angeordnet sein, wie in 1 veranschaulicht. Außerdem kann oder können die eine oder mehrere Magnetplatten 110 mit dem Spindelmotor 140 gekoppelt sein.
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Magnetplatten 110 können kreisförmige Datenspuren sowohl auf der Ober- als auch Bodenfläche der Platte 110 umfassen. Ein Magnetkopf 180 ist am Betärtigerarmen 130 montiert und damit gekoppelt. Während sich jede Platte 110 dreht, können Daten in die Datenspur geschrieben und/oder aus dieser gelesen werden. Der Betätigerarm 130 kann ausgelegt sein, rund um die Betätigerachse 131 zu schwenken, um den Magnetkopf 180 auf eine bestimmte Datenspur in der Platte 110 zu platzieren.
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2 ist eine Teilschnittansicht durch das Zentrum eines Schreib/Lesekopfs 200, der einer Magnetplatte 202 zugewandt ist. Der Lese/Schreibkopf 200 und die Magnetplatte 202 können dem Magnetkopf 180 bzw. der Magnetplatte 110 in 1 entsprechen. In einigen Ausführungsformen kann die Magnetplatte 202 ein „Doppelschicht”-Medium sein, das eine rechtwinklige magnetische Datenaufzeichnungsschicht (RL) 204 auf einer „weichen” magnetisch durchlässigen Unterlagsschicht (PL) 206 oder mit einer relativ niedrigen Koerzitivkraft umfasst. Der Schreib/Lesekopf 200 umfasst eine Medien zugewandte Fläche (MFS) 209, wie eine Luftqpolsterfläche (ABS), einen magnetischen Schreibkopf 220 und einen magnetischen Lesekopfsensor 222, und ist so montiert, dass seine Medien zugewandte Fläche (MFS) 209 der Magnetplatte 202 zugewandt ist. In 2 bewegt sich die Platte 202 am Kopf 200 in der durch den Pfeil 232 angezeigten Richtung vorbei. Die magnetische Datenaufzeichnungsschicht (RL) 204 ist mit rechtwinklig aufgezeichneten oder magnetisierten Bereichen 212 veranschaulicht, wobei angrenzende Bereiche 212, die in der magnetischen Aufzeichnungsschicht (RL) 204 angeordnet sind, wie durch die Pfeile 211 repräsentierte Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Die Magnetfelder der angrenzenden magnetisierten Bereiche 212 können vom Abfühlelement 230 als die aufgezeichneten Bits detektiert werden. Der Schreibkopf 220 umfasst eine Magnetschaltung 224, die aus einem Hauptpol 232 besteht, und eine Dünnfilmspule 218, die im Schnitt gezeigt und in nicht-magnetischen Material 219 eingebettet ist.
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In den hier diskutierten Ausführungsformen ist der Lesekopfsensor 222 ein Seitenabschirmungs-Lesekopfsensor. Ein Seitenabschirmungs-Lesekopfsensor umfasst einen weichen magnetischen Körper in der Spurbreitenrichtung des Spin-Ventilelements, was zu einer Empfindlichkeitsverringerung am Grenzbereich der Leseempfindlichkeitsverteilung in der Spurbreitenrichtung führt. Die Verringerung der Grenze der Leseempfindlichkeitsverteilung tritt auf, da das Spin-Ventielelement das am zentralen Teil der Aufzeichnungsspur generierte Magnetfeld abfängt, und die magnetische Abschirmung, die vom weichen magnetischen Körper gebildet wird, das Magnetfeld absorbiert, das von anderen Teilen als dem zentralen Teil der Aufzeichnungsspur generiert wird. Durch die Verringerung der Grenze der Empfindlichkeitsverteilung kann die Spurdichte verbessert werden, da das Leserauschen und die Interferenz angrenzender Spuren reduziert werden können.
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In der Ausführungsform, in welcher der Lesekopfsensor 222 eine starke mechanische Kopplung mit der oberen Abschirmung S2 aufweist, wird oft ein Signalrauschen hoch gefunden, was die Datenlese/schreibkapazität nachteilig beeinflusst. Demgemäß kann das Aufrechterhalten einer geringen magnetischen Kopplung zwischen dem Lesekopfsensor 222 und der oberen Abschirmung S2 das dazwischen generierte Vormagnetisierungsfeld zweckmäßig verstärken und somit die Domänensteuerbarkeit erhöhen.
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3 ist eine Ansicht der Medien zugewandten Fläche (MFS) eines magnetischen Lesekopfsensors 300, ähnlich dem in 2 gezeigten Lese/Schreibkopf 200, mit einer dualen Deckschicht 314, die in einem Sensorstapel 350 gebildet ist. Der Lesekopf 300 umfasst den Sensorstapel 350, der zwischen der unteren Abschirmung S1 und der oberen Abschirmung S2 gebildet ist, wie vorstehend mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Sensorstapel 350 umfasst eine Unterlagsschicht 301 und eine erste anti-ferromagnetische Schicht 302, die auf der Bodenabschirmung S1 angeordnet ist. Die Unterlagsschicht 301 kann Ta, Ru oder einen Verbund von Ta und Ru umfassen und eine Dicke von etwa 3 nm aufweisen. In einer Ausführungsform umfasst die erste anti-ferromagnetische Schicht 302 PtMn, IrMn, PtPdMn, NiMn oder Kombinationen davon und weist eine Dicke von etwa 60 Ångstrom auf. In einer Ausführungsform hat die erste anti-ferromagnetische Schicht 302 eine Dicke von etwa 4 nm. Eine fixierte magnetische Schicht 304 wird dann über der ersten anti-ferromagnetischen Schicht 302 angeordnet. Die fixierte magnetische Schicht 304 kann eine Dicke von etwa 2 nm aufweisen. Die fixierte magnetische Schicht 304 kann einen von verschiedenen Typen fixierter Schichten aufweisen, wie einen einfach fixierten, anti-parallel fixierten, selbstfixierten oder anti-ferromagnetisch fixierten Sensor. Die fixierten und Referenzschichten können aus einigen magnetischen Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise NiFe, CoFe, CoFeB oder verdünnten magnetischen Legierungen.
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Eine Abstandhalterschicht 306, die eine Oxidbarriereschicht im Fall eines Tunnelübergang-magnetoresistiven(TMR-)Sensors oder eine leitfähige Schicht im Fall eines Riesen-magnetoresistiven(GMR-)Sensors sein kann, ist über der fixierten magnetischen Schicht 304 unter einer freien magnetischen Schicht 308 angeordnet. Falls der Lesekopf 300 ein TMR-Sensor ist, kann die Abstandhalterschicht 306 dann MgO, HfO2, TiO2 oder Al2O3 umfassen. Falls der Lesekopf 300 ein GMR-Sensor ist, kann die Abstandhalterschicht 306 ein nicht-magnetisches leitfähiges Material, wie Kupfer, umfassen. Die Abstandhalterschicht 306 kann eine Dicke von etwa 1 nm aufweisen.
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Die freie magnetische Schicht 308 ist auf der Abstandhalterschicht 306 angeordnet. Die freie magnetische Schicht 308 kann Co, Fe, Ni, B oder Kombinationen davon, wie CoFe, CoFeB oder CoFeNiB, umfassen. Die freie magnetische Schicht 308 hat eine Dicke zwischen etwa 15 Ångstrom und etwa 75 Ångström. In einer Ausführungsform beträgt die Dicke etwa 6 nm.
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Dann wird eine duale Deckschicht 314 auf der freien magnetischen Schicht 308 gebildet. In einer Ausführungsform umfasst die duale Deckschicht 314 eine magnetische Schicht 312, die auf einer nicht-magnetischen Schicht 310 angeordnet ist. Im Gegensatz zur herkömmlichen magnetischen Deckschicht umfasst die duale Deckschicht 314 die magnetische Schicht 312, die auf der nicht-magnetischen Schicht 310 angeordnet ist. Es wird angenommen, dass die nicht-magnetische Schicht, die in der dualen Deckschicht 314 enthalten ist, die magnetische Kopplung zwischen der freien magnetischen Schicht 308 und der oberen Abschirmung S2 effizient reduzieren kann, wodurch das angrenzend an den Sensorstapel 350 generierte Vormagnetisierungsfeld erhöht wird. Es ist zweckmäßig, die magnetische Kopplung in einem minimalen Bereich zu halten, da die magnetische Kopplung, wie generiert, unerwünscht zu einer Erhöhung des magnetischen Rauschens und zu einer Verringerung des Rauschverhältnisses (SNR) führen kann. Demgemäß kann durch die die Verwendung der dualen Deckschicht 314, welche eine nicht-magnetische Schicht 310 umfasst, die darin auf der freien magnetischen Schicht 308 gebildet ist, eine magnetische Entkopplung effizient erzielt werden, wodurch das Vormagnetisierungsfeld, wie generiert, für den Sensorstapel 350 erhöht wird, sowie die Domänensteuerbarkeit in der freien magnetischen Schicht 308 verstärkt wird. Als solche wird, durch die Verwendung einer nicht-magnetischen Schicht 310 in der dualen Deckschicht 314 über der freien magnetischen Schicht 308, die magnetische Kopplung zwischen der freien magnetischen Schicht 308 und der oberen Abschirmung S1 effizient abgeschwächt (z. B. magnetische Entkopplung), wodurch ein magnetischen Rauschen eliminiert wird und die Domänensteuerbarkeit erhöht wird. Die nicht-magnetische Schicht 310 kann auch eine zusätzliche magnetische Beabstandung zwischen der freien magnetischen Schicht 308 und der oberen Abschirmung S2 vorsehen, um die magnetische Kopplung dazwischen abzuschwächen. Die zusätzliche magnetische Beabstandung, wie von der nicht-magnetischen Schicht 310 erzeugt, kann minimal gehalten werden (z. B. eine dünne Dicke der nicht-magnetischen Schicht 310), um so den Lesespalt zu eliminieren, der die Datendichte nachteilig verringern kann. In einer Ausführungsform wird die nicht-magnetische Schicht 310 gesteuert, um eine Dicke von weniger als 1 nm, wie weniger als 0,8 nm, beispielsweise zwischen etwa 0,1 nm und etwa 0,5 nm, aufzuweisen.
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In einer Ausführungsform kann die nicht-magnetische Schicht 310 aus nicht-magnetischen Materialien hergestellt sein (z. B. entmagnetisiert), ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Ta, Mg und dgl. In einem Beispiel ist die nicht-magnetische Schicht 310 eine Ta-Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 0,1 nm und etwa 0,5 nm.
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Ferner kann die magnetische Schicht 312, die auf der nicht-magnetischen Schicht 310 angeordnet ist, auch aus einem ausgewählten magnetischen Material hergestellt sein, dass ferromagnetisch mit der oberen Abschirmung S2 gekoppelt sein kann, um eine erhöhte magnetische Vorspannung vorzusehen, wie erforderlich. In einer Ausführungsform kann die magnetische Schicht 312 aus einem magnetischen Material hergestellt sein, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend NiFe, CoFe und FeCoNi. In einer Ausführungsform ist die magnetische Schicht 312 eine NiFe-Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 1 nm und etwa 6 nm.
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Die untere Abschirmung S1 und die obere Abschirmung S2, die darunter und über dem Sensorstapel 350 gebildet ist, sind aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, das als elektrische Anschlüsse zum Zuführen eines Abfühlstroms zum Sensorstapel 350 funktionieren kann sowie als magnetische Abschirmungen funktionieren kann. In einer Ausführungsform ist die untere Abschirmung S1 aus einem magnetischen Material wie NiFe gebildet.
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Die obere Abschirmung S2 kann mehrere Schichten umfassen. Die obere Abschirmung S2 kann eine magnetische Bodenschicht 316 und eine magnetische Oberschicht 320 umfassen, die durch eine nicht-magnetische Abstandhalterschicht 318 getrennt sind. Eine zweite anti-ferromagnetische Schicht 330 ist auf der magnetischen Oberschicht 320 angeordnet. Die zweite anti-ferromagnetische Schicht 330 umfasst PtMn, IrMn, PtPdMn, NiMn oder Kombinationen davon und hat eine Dicke von etwa 60 Ångstrom. Die nicht-magnetische Abstandhalterschicht 318 kann Ta, TaO, Ru, Rh, NiCr, SiC oder Al2O3 umfassen. Die magnetische Bodenschicht 316 und die magnetische. Oberschicht 320 können jeweils ein ferromagnetisches Material umfassen. Geeignete ferromagnetische Materialien, die verwendet werden können, umfassen Ni, Fe, Co, NiFe, NiFeCo, NiCo, CoFe und Kombinationen davon. Die magnetische Oberschicht 320 ist anti-ferromagnetisch mit der magnetischen Bodenschicht 316 gekoppelt, und die Magnetisierung der magnetischen Oberschicht 320 ist unidirektional durch die zweite anti-ferromagnetische Schicht 330 fixiert. In einer Ausführungsform umfasst die obere Abschirmung S2 IrMn/NiFe/Ru/NiFe als eine dreischichtige Struktur.
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Eine Isolierschicht 321 kann entlang der Seitenwände des Sensorstapels 350 und über der unteren Abschirmung S1 angeordnet sein. Die Isolierschicht 321 kann ein Isoliermaterial wie Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid umfassen. Die Isolierschicht 321 kann durch wohlbekannte Abscheidungsverfahren abgeschieden werden, wie atomare Schichtabscheidung (ALD), chemische Dampfabscheidung (CVD) und Ionenstrahl-Sputtern (IBD).
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Eine Seitenabschirmung 322 ist auf der Isolierschicht 321 angeordnet. Die Seitenabschirmung 322 kann ein ferromagnetisches Material umfassen. Geeignete ferromagnetische Materialien, die verwendet werden können, umfassen Ni, Fe, Co, NiFe, NiFeCo, NiCo, CoFe und Kombinationen davon. Die magnetische Bodenschicht 316 der oberen Abschirmung S2 und der Seitenabschirmung 322 sind ferromagnetisch gekoppelt. Der Grund für das Annehmen einer solchen Konstruktion ist, eine ausreichende Domänenstabilität der freien magnetischen Schicht 308 im Spin-Ventilelement zu erzielen. Die obere Abschirmung S2 ist magnetisch stabil aufgrund der anti-ferromagnetisch koppelnden Struktur. Die Seitenabschirmung 322 ist auch stabil, da sie ferromagnetisch mit der stabilen oberen Abschirmung S2 gekoppelt ist. In dieser Situation wird das Vormagnetisierungsfeld von der Seitenabschirmung 322 zur freien magnetischen Schicht 308 stabil und hat eine ausreichende Domänenstabilität einer freien magnetischen Schicht.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lesekopfsensors 400 mit einer anderen mehrfachen Filmstruktur der oberen Abschirmung S2 zusammen mit der dualen Deckschicht 314, die im Sensorstapel 350 gebildet ist. Es wird angenommen, dass durch die Verwendung mehrfacher Schichten der oberen Abschirmung S2 mit besonders ausgewählten Materialien ein gewünschter Bereich einer magnetischen Permeabilität ohne nachteiliger Reduktion aufgrund der anti-ferromagnetisch koppelnden Struktur aufrechterhalten wird. Der magnetisch stabile Zustand der oberen Abschirmung S2 von der anti-ferromagnetisch koppelnden Struktur kann die magnetische Permeabilität potenziell reduzieren. Wenn die magnetische Permeabilität klein ist, wird der Abschirmeffekt klein, so dass die Leseauflösung schlecht wird. Falls beim Lesen aufgezeichneter Signale die Leseauflösung schlechter ist, wird das Rauschverhältnis (SNR) aufgrund des erhöhten magnetischen Übergangsrauschens verringert, was bewirkt, dass die Fehlerrate zu groß wird. Demgemäß werden, durch die Verwendung der mehrfachen Filmstruktur der oberen Abschirmung S2 in dem in 4 gezeigten Lesekopfsensor 400, ein gewünschter Bereich einer magnetischen Permeabilität sowie eine hohe Leseauflösung erhalten, während eine ausreichende Domänenstabilität vorgesehen wird.
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In einer Ausführungsform kann die obere Abschirmung S2 des Lesekopfsensors 400 eine magnetische Bodenschicht 408 und eine magnetische Oberschicht 405 aufweisen, die durch eine nicht-magnetische Abstandhalterschicht 318 getrennt sind, ähnlich der in 3 dargestellten nicht-magnetischen Abstandhalterschicht 318. Eine zweite anti-ferromagnetische Schicht 330 ist auf der magnetischen Oberschicht 405 angeordnet. Die zweite anti-ferromagnetische Schicht 330 umfasst PtMn, MnIr, PtPdMn, NiMn oder Kombinationen davon und hat eine Dicke von etwa 60 Ångström. Die nicht-magnetische Abstandhalterschicht 318 kann Ta, TaO, Ru, Rh, NiCr, SiC oder Al2O3 umfassen.
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Im Gegensatz zur einfachen Schichtstruktur der magnetischen Bodenschicht 316 und der magnetischen Oberschicht 320, die in 3 dargestellt sind, umfassen die magnetische Bodenschicht 408 und die magnetische Oberschicht 405 des Lesekopfsensors 400 mehrfache Schichten. In einer Ausführungsform umfasst die magnetische Bodenschicht 408 eine erste magnetische Schicht 406, die auf einer zweiten magnetischen Schicht 407 angeordnet ist. Die magnetische Oberschicht 405 umfasst eine Verbundstruktur mit einem Filmstapel, der drei magnetische Materialien umfasst, 403, 402, 401. Jedes der magnetischen Materialien 401, 402, 403, 406, 407 kann ein ferromagnetisches Material umfassen. Geeignete ferromagnetische Materialien, die verwendet werden können, umfassen Ni, Fe, Co, NiFe, NiFeCo, NiCo, CoFe und Kombinationen davon. In einer besonderen Ausführungsform umfasst die magnetische Oberschicht 405 einen CoFe/NiFe/CoFe-Filmstapel (die magnetischen Schichten 403, 402, 401), und die magnetische Bodenschicht 408 umfasst einen CoFe/NiFe-Filmstapel (die magnetischen Schichten 406, 407). Demgemäß umfasst die obere Abschirmung S2 des Lesekopfsensors 400 eine MnIr/CoFe/NiFe/CoFe/Ru/CoFe/NiFe-Filmstruktur von der zweiten anti-ferromagnetischen Oberschicht 330 zur magnetischen Bodenschicht 408.
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In den 3 bis 4 ist die Richtung des Vorspannungsmagnetfelds in der freien magnetischen Schicht 308 anti-parallel zur Magnetisierungsrichtung der magnetischen Bodenschicht 316, 408 der oberen Abschirmung S2. Die magnetische Anisotropie und die magnetische Kopplung der magnetischen Bodenschicht 316, 408 der oberen Abschirmung S2 wird durch das negativ-gerichtete Vormagnetisierungsfeld effektiv abgeschwächt. Daher steigt die magnetische Permeabilität der oberen Abschirmung S2, und als Ergebnis wird die Leseauflösung verbessert.
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Durch die Verwendung einer dualen Deckschicht 314 im Sensorstapel 350 wird die magnetische Kopplung zwischen der freien magnetischen Schicht 308 und der oberen Abschirmung S2 abgeschwächt, wobei ein erhöhtes Vormagnetisierungsfeld vorgesehen wird. Wie in 5 gezeigt, kann die duale Deckschicht 314 mit der magnetischen Schicht 312, die über der nicht-magnetischen Schicht 310 angeordnet ist, das Vormagnetisierungsfeld effizient bis auf etwa 80 Oe mit einer dünnen Dicke der nicht-magnetischen Schicht 310 erhöhen (quadratische Markierungen), verglichen mit der herkömmlichen Deckschicht (kreisförmige Markierungen) bei etwa 20 Oe ohne die nicht-magnetische Schicht 310. Die Verwendung der nicht-magnetischen Schicht 310 zusammen mit der magnetischen Schicht 312 in der dualen Deckschicht 314 verbessert die Stärke des Vormagnetisierungsfelds mit einer etwa 2-fachen bis 4-fachen Erhöhung, verglichen mit der herkömmlichen Praxis. Wenn das Vormagnetisierungsfeld erhöht wird, werden dementsprechend so die Domänensteuerbarkeit der freien magnetischen Schicht 308 sowie die Leseauflösung erhöht.
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6 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung einer Seitenabschirmung 322, die im Lesekopf 300, 400 von 3 oder 4 angeordnet ist, wobei eine Spulenstruktur 602 angrenzend an die Seitenabschirmung 322 angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform. Die Seitenabschirmung 322 ist entlang der Seitenwand des Sensorstapels 350 und über der unteren Abschirmung S1 und unter der oberen Abschirmung S2 angeordnet. Wie oben diskutiert, wird, um das magnetische Rauschen niedrig zu halten, die magnetische Kopplung zwischen der freien magnetischen Schicht 308 und der oberen Abschirmung S2 niedrig gehalten, so dass das Vormagnetisierungsfeld, wie dazwischen generiert, verstärkt wird. Ferner wird angenommen, dass das Vormagnetisierungsfeld, wie generiert, stark mit dem Magnetfeld assoziiert ist, das von der Seitenabschirmung 322 beigetragen wird. Demgemäß kann durch das Hinzufügen einer Spulenstruktur 602, die angrenzend an die Seitenabschirmung 322 angeordnet ist, die Vormagnetisierungsfeldintensität weiter erhöht und angepasst werden, wenn ein Magnetfeld von der Seitenabschirmung durch eine Verstärkung der Spulenstruktur 602 erhöht wird, wenn sie angeregt wird.
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In einer Ausführungsform umfasst die Spulenstruktur 602 eine Mehrzahl von Spulenwindungen 604 mit einer Helixauslegung. Die Spulenstruktur 602 umschreibt einen Außenumfang der Seitenabschirmung 322. Die Spulenstruktur 602 kann an einem beliebigen Ort nahe bei der Seitenabschirmung 322 positioniert sein, um eine Positionssteuerung eines von der Seitenabschirmung 322 generierten Magnetfelds zu verstärken, welches das Ausmaß der Vormagnetisierungsfeldgenerierung für den Sensorstapel 350 beeinflussen und dazu beitragen kann. Im Betrieb wird die Spulenstruktur 602 durch eine Spannungsleistung angeregt, die der Spulenstruktur 602 durch einen Leistungsgenerator 606 zugeführt wird. Die Spannungsleistung, die an die Spulenstruktur 602 angelegt wird, kann das Ausmaß des Magnetfelds beeinflussen, das von der Seitenabschirmung 322 generiert wird. Wenn die Intensität (z. B. Größe) des von der Seitenabschirmung 322 beigetragenen Magnetfelds geändert und erhöht wird, kann so das im Sensorstapel 350 generierte Vormagnetisierungsfeld verstärkt und erhöht werden. Demgemäß kann, durch die Verwendung der Spulenstruktur 602, die angrenzend an die Seitenabschirmung 322 angeordnet ist, und des Leistungspegels, der an die Spulenstruktur 602 angelegt wird, ein anderer Pegel des im Sensorstapel 350 generierten Vormagnetisierungsfelds gesteuert werden, um so das Rauschverhältns sowie die magnetische Speicherdichte zu verbessern und zu optimieren. In einer Ausführungsform kann die Spulenstruktur 602 aus einem metallischen Material hergestellt sein, das die Magnetfeldgenerierung für die Seitenabschirmung 322 verstärken kann. In einer Ausführungsform kann die Spulenstruktur 602 aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium, Nickel, Legierungen davon und dgl.
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Demgemäß kann, durch die Verwendung mehrerer Schichten für die obere Abschirmung S2 zusammen mit der dualen Deckschicht 314, eine abgeschwächte magnetische Kopplung erhalten werden. Ferner kann außerdem eine Spulenstruktur angrenzend an (z. B. umschreibend) die Seitenabschirmung 322 angeordnet sein, um die Vormagnetisierungsfeldgenerierung für den Sensorstapel 350 in den Lesekopfsensoren 300, 400 zu verstärken. Solche Lesekopfsensoren weisen eine Leserverwendungssteuerbarkeit auf. Durch das Aufrechterhalten einer niedrigen magnetischen Kopplung und eines verstärkten Magnetfelds, das von der Seitenabschirmung generiert wird, kann ein starkes Vormagnetisierungsfeld erhalten werden. Daher können Produkte der nächsten Generation die Struktur für ultrahochdichte Aufzeichnungen anwenden.
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Obwohl das Vorhergehende auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Offenbarung entwickelt werden, ohne vom Grundumfang davon abzuweichen, und der Umfang davon wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
