JP5925176B2 - データ記憶装置、装置およびデータ要素 - Google Patents

Description

概要
さまざまな実施例は一般的に、データ記憶装置の一部として保護される磁気要素に関する。

米国特許第６６８０８２９号明細書 米国特許第６９８０４０３号明細書 米国特許第７１０２８５４号明細書 米国特許第７３７９２７７号明細書 米国特許第７４３６６３４号明細書 米国特許第８０４８５４５号明細書 米国特許第８２３８０５９号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０００７４２６号明細書

さまざまな実施例に従うと、磁気要素は、空気軸受面（air bearing surface（ＡＢＳ））上において、サイドシールドに隣接して位置決めされるとともに当該サイドシールドから分離される磁気スタックを有してもよい。サイドシールドは、ダウントラック方向に沿って所定の異方性変動を有するよう構成され得る。

さまざまな実施例に従ったデータ記憶装置の例示的な部分のブロック図である。 いくつかの実施例に従って構成および動作される例示的な磁気要素の部分のＡＢＳから見たブロック図を示す図である。 図１のデータ記憶装置において用いられることが可能な例示的な磁気要素の部分のＡＢＳから見たのブロック図を提供する図である。 いくつかの実施例に従って構成および動作される例示的な磁気要素の部分のＡＢＳから見たのブロック図を示す図である。 さまざまな実施例に従って構成および動作される例示的な磁気要素からの動作データをグラフ化した図である。 いくつかの実施例に従って構成および動作される例示的な磁気要素からの動作データをプロットした図である。 さまざまな実施例に従って行われる例示的な磁気要素作製ルーチンを一般的に示すフローチャートを提供する図である。

詳細な説明
データ容量がより高くなるとともに、データアクセス時間がより速くなるようデータ記憶装置が進歩するにつれて、さまざまなデータコンポーネントのサイズが低減されてきた。たとえば、データビットは、データ記憶媒体のより狭いデータトラック上により稠密に詰め込まれるようになっている。このようなデータビット密度の増加により、「サイド読出（side reading）」条件において、隣接するデータトラックからのデータビットの意図しない読出しがなされることが起こり得る。横方向の磁気シールドがデータアクセス要素に導入されることでサイドシールディングを緩和し得るが、横方向のシールドが磁束を伝える際に、磁気的非対称性および磁気的不安定性を導入する場合がある。したがって、フォームファクタが低減されたデータ記憶装置において磁気シールディングを安定化する要求が継続している。

したがって磁気要素は、空気軸受面上において、サイドシールドに隣接するとともにサイドシールドとは分離される磁気スタックを有するよう構成され得る。サイドシールドは、ダウントラック方向に沿って所定の異方性勾配を有する。変動する所定の異方性勾配にサイドシールドを調節する能力は、固有の異方性がクロストラック方向において均一に分布することを可能にし得、磁気要素において磁化を安定化することを補助する。所定の異方性勾配を提供する調節されたサイドシールド構成はさらに、磁化の非対称性を最小化するよう、磁気スタックの磁気的に感知する局面に関連して最適化されたサイドシールド磁化制御を可能にしてもよい。

調節された磁気要素は、回転する媒体データ読取機および書込機のようなさまざまなデータ記憶装置によって用いられてもよいが、図１は、さまざまな実施例に従った、調節されたサイドシールドを用い得る例示的なデータ記憶装置の変換部分１００のブロック図を一般的に示す。プログラムされたビット１０８を格納することが可能な磁気記憶媒体１０６上に変換ヘッド１０４を位置決めする作動アセンブリ１０２を有する変換部分１００が、非限定的な環境において示される。記憶媒体１０６は、スピンドルモータ１１０に取り付けられる。スピンドルモータ１１０は、使用時には回転して空気軸受面（ＡＢＳ）１１２を作り出す。空気軸受面（air bearing surface（ＡＢＳ））１１２上では、作動アセンブリ１０２のスライダ部分１１４が、変換ヘッド１０４を含むヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）１１６を媒体１０６の所定の部分上に位置決めするよう浮動する。

変換ヘッド１０４は、それぞれ記憶媒体１０６にデータをプログラムおよび記憶媒体１０６からデータを読み出すよう動作する、磁気書込機および磁気的に応答する読取機といった１つ以上の変換要素を含み得る。これにより、作動アセンブリ１０２の制御された運動により、当該変換器が、データを書き込み、読み取り、および再書き込みするよう、記憶媒体の表面上に規定されるトラック（図示せず）と整列する。なお、「スタック」という用語は、この開示においては、磁気シールディング、読み取り、および書き込みが可能な１つ以上の磁性層および非磁性層であり得る非限定的な用語である。

本願を通じて、「スタック」という用語は、たとえば磁気的自由層を回転し、隣接するデータ記憶媒体上に磁気極性を引き起こし、磁気要素のデータ感知領域から離れるように磁束を方向づけるといった、所定の特性に従って磁束を伝えるようＡＢＳ上に位置決めされる構成要素を意味することが理解されるであろう。サイドスタックは、磁気伝導性材料の単一層であり得る一方、磁気スタックは、プログラムされたデータビットを書き込むまたは読み出すことが可能な磁性層および非磁性層の積層体であってもよいが、これは例示であって決して限定ではない。

幅が小さなデータトラックにデータビット１０８がより稠密に位置決めされるにつれて、ヘッド１０４は、隣接するデータトラック上に位置する意図しないデータビットから磁束を受け取ることがあり得る。これにより、正確なデータ感知を損なう磁気的ノイズおよび磁気的非対称性が引き起こされる。１つ以上の横方向に隣接する磁気シールドを追加することで、ヘッド１０４の磁気的に敏感な部分への誤った磁束の移動を低減することができるが、これは、当該シールドが磁気的に飽和するにつれて磁気的不安定性が増加することを犠牲にしてのことである。

図２は、図１の変換部分１００において用いられることが可能な例示的な磁気要素１２０のＡＢＳ部分のブロック図を示す。磁気要素１２０は、横方向に隣接するサイドシールド１２４同士の間に配置される磁気スタック１２２を有するよう構成される。サイドシールド１２４の横方向位置と、磁気スタック１２２から磁気的に分離されたサイドシールド１２４の構成とにより、誤った磁束が磁気スタック１２２に到達することを保護し得る。同様に、空気軸受に亘って磁気スタック１２２がデータビットを感知するクロストラック１３０およびダウントラック１３２の寸法を有するデータビットウィンドウを規定するよう、前シールド１２６および後シールド１２８が個々におよびサイドシールド１２４と協働して動作し得る。

さまざまなシールド１２４、１２６、および１２８の材料、形状、および位置により、隣接するデータ記憶媒体のデータビット密度およびデータトラック幅に対応するようデータビットウィンドウを収縮するべく磁気スタック１２２の磁気分解能が調節され得る。しかしながら、サイドスタック１２４の軟磁性材料と、サイドスタック１２４と後シールド１２８との間の接合部での当該材料の断続とにより、磁気スタック１２２の敏感な部分において磁気的不安定性および磁気的非対称性が引き起こされ得る。

データビット密度の継続した増加と、サイドシールド１２４が磁気スタック１２２にますます近づく構成とを念頭において、図３は、さまざまな実施例に従って構成される例示的な磁気要素１４０のＡＢＳ部分を示す。磁気要素１４０は、磁気スタック１４２を有するよう示される。磁気スタック１４２は、台形形状を有するよう構成されており、第１の磁気的自由層１４４と、第２の磁気的自由層１４６と、ピンド（pinned）基準層のような任意の固定された磁化の欠如部とによって特徴付けられる「３層の」磁気的積層体として構成される。磁気スタック１４２は、サイドシールド１４８同士の間に配置される。サイドシールド１４８は、シード層１５０の上にそれぞれ形成されており、磁気スタック１４２の側壁のテーパと同じまたは異なる角度のテーパ状の側壁を有するよう形状決めされる。

サイドシールド１４８の各々は、所定の異方性勾配（変動）を有するよう構成され得る。ポイント１５２での異方性は、ダウントラックポイント１５４での異方性と異なる。ダウントラック方向における異方性は、多くの非限定的な態様で変動するよう調節され得る。たとえば異方性は、勾配の形態でダウントラック方向（またはその逆）において大きさが連続的に増加または減少する。逆に、異方性は、ダウントラック方向に沿って大きさが増加する１つ以上の領域と大きさが減少する１つ以上の領域とを有する変動を有してもよい。

さまざまな実施例は、それぞれのサイドシールド１４８が異なる異方性勾配を有するよう構成する。その一方、他の実施例は、両方のサイドシールド１４８について、同じ異方性勾配を構成する。共通の異方性勾配の実施例または類似していない異方性勾配の実施例のいずれにおいても、異方性が徐々にポイント１５２からダウントラックポイント１５４まで減少しつつ、Ｘ方向に沿って実質的にクロストラックとなるよう一軸異方性がセットされ得る。すなわち、１つまたは両方のサイドシールド１４８の異方性は、ダウントラック方向に沿って均一または非均一の態様で減少する異方性勾配に従って、シード層１５０の近位でもっとも強く、シード層１５０の遠位でもっとも弱くなるよう構成され得る。

所定の異方性勾配が多くの非限定的な態様で形成され得るが、いくつかの実施例では、たとえば斜め入射スパッタリング（oblique incidence sputtering）により上記の層の部分を形成することにより、所定のテクスチャを有するシード層１５０を配置する。このような所定のテクスチャにより、実質的に均一なクロストラック異方性プロファイルを維持しつつダウントラック方向に沿って所定の勾配を有する異方性が引き起こされ得る。クロストラック方向１５６およびダウントラック方向１５８において１つまたは両方のサイドシールド１４８の異方性を調節する能力により、所定の異方性に対応するパターンで磁束がサイドシールド１４８を飽和させる際に、より正確な磁化制御が可能になる。

図４は、積層されたサイドシールド１６４に横方向に隣接するとともに当該サイドシールド１６４とは分離された隣接接合磁気スタック１６２を用いる、いくつかの実施例に従って構成される別の例示的な磁気要素１６０のＡＢＳから見たブロック図を示す。磁気スタック１６２に統合された固定磁化は、任意のさまざまな非限定的な固定磁化構成で形成され得るが、図４の実施例では、反強磁性体のようなピニング（pinning）層１６６がピ
ンド層１６８の磁化を固定する。磁気スタック１６２はさらに、データビットの磁気抵抗感知を可能にする非磁性スペーサ層１７２によってピンド層１６８から分離される磁気的自由層１７０を有する。

サイドシールド１６４についての所定の異方性勾配は、磁気スタック１６２の構造に関連して設計および形成され得る。例として、所定の最小の異方性は、磁気的自由層１７０の近位においてポイント１７４および１７６に位置決めされ得るとともに、ピンド層１６８の近位においてポイント１７８および１８０に所定の増加した異方性が存在する。このような異方性の分布は、サイドシールド１６４の異方性を連続的に低減する、ポイント１８０からポイント１７８および１７６を経由してポイント１７４までの勾配に対応し得る。この勾配は、テクスチャが与えられたシード層１８６上の強磁性シールド層１８２および１８４を連続して配置することにより構成されてもよい。

強磁性シールド層１８２および１８４の配置は、それぞれのポイント１７４、１７６、１７８および１８０について異なるが連続的に減少する異方性を提供するよう層厚１８８、材料、およびシード層１８６のテクスチャを調整することにより調節され得る。さまざまな実施例では、テクスチャが与えられた第２のシード層１９０を強磁性シールド層１８２と強磁性シールド層１８４との間に位置決めすることにより、ポイント１８０からポイント１７４までの６００エルステッドの所定の異方性勾配がセットされる。これにより、第１のシード層１８６のテクスチャとは異なるテクスチャを第２の強磁性層１８４に提供する。シード層１８６のテクスチャと異なるテクスチャを強磁性シールド層１８２に提供する斜め入射スパッタリングまたは堆積後処理（post-deposition processing）により強磁性シールド層１８４の部分を配置することにより、同様の異方性特性が形成されてもよい。

サイドシールド１６４を実現する層の数、材料、およびテクスチャにかかわらず、それらおよび他のシールド特性を調節する能力が、高いデータビット密度の、フォームファクタが低減されたデータ記憶環境に応じた磁気動作に対応し得る。図５は、さまざまな実施例に従った、所定のサイドシールドの異方性勾配により調節された例示的な磁気要素に対応する動作データをグラフ化したものである。区分線２００および実線２０２はそれぞれ、サイドシールド異方性を有さない（線２００）磁気要素と、６００エルステッドの平均サイドシールド異方性（線２０２）を有する磁気要素に対応する。示されるように、サイドシールドにおける異方性勾配の欠如により、磁気スタックにおいてあるクロストラック位置について、リードバック信号の低下２０４が発生し得る。

非限定的な構成において示されるように、サイドシールドにおける異方性の調節は、サイドシールドの磁化安定性をより堅固にすることにより、信号の低下２０４を除去し得、これにより磁気スタックの不安定性および非対称性が低減する。図６は、異なって調節された例示的な磁気要素がどのように、磁気スタック上のダウントラック位置に関連して同様のリードバック信号を示すかをプロットした図である。実線２１０で示されるように１０エルステッドの平均異方性を有するサイドシールドを有する磁気要素と、区分線２１２で示されるように１０００エルステッドの平均異方性を有する磁気要素との間の最小の差は、調節されたサイドシールド構成がどのように、図６に示されるようにダウントラック磁気分解能を損なうことなく、図５に示されるようにクロストラック磁気分解能を最適化し得るかを示す。

調節された実施例では、４００エルステッドの平均異方性と、磁気的自由層に近位でほぼ０まで異方性を均一に減少する異方性勾配とを有するようサイドシールドを構成してもよい。このような実施例は、ＰＷ５０のような最適化された性能メトリックに対応するダウントラック分解能を示す区分線２１４によって一般的に示される。なお、サイドシールド異方性勾配の調節された構成とは、たとえばポイント１８０からポイント１７４までダウントラック距離に亘ってこれに沿った平均的異方性の変化ということを意味する。

図７は、上部シールドを通じた閉塞磁束を提供するよう構成されるサイドシールド積層体を提供するよう、さまざまな実施例に従って構成される例示的な磁気要素作製ルーチン２２０を提供する。ルーチン２２０は、ステップ２２２において、サイドシールドおよび磁気スタックの構成を決定することにより開始され得る。上で論じたように、サイドシールド層の層の数、材料、および厚さは、磁気スタックに関連して選択され得る。たとえば、磁気スタックは、固定された磁化がない３層として構成され得るか、または固定された磁化層を有する基準スタックとして構成され得る。

ステップ２２２においてそれぞれのサイドシールドおよび磁気スタックの構成が決定されると、ルーチン２２０はステップ２２４に進む。ステップ２２４では、少なくともサイドシールドの異方性勾配が設計される。さまざまな実施例では、磁気スタックの設計に関連して異方性勾配を構成する。たとえば、固定された磁化を含む磁気スタックは、磁気スタックの自由層の近位に低い異方性を位置決めする異方性勾配を選択し得る。次に、ステップ２２６では、ステップ２２４において設計された異方性勾配に対応する所定のテクスチャを有する１つ以上のシード層を形成する。テクスチャ形成の態様は、ステップ２２４および２２６において決定されてもよいが、斜めスパッタリングおよび形成後処理（post-formation processing）といった任意の特定の手段に限定されない。

いくつかの実施例では、一方のサイドシールドから別のサイドシールドへ磁気スタックを亘って連続的に延在する単一のシード層がステップ２２６において形成される。これにより、シード層のテクスチャが両方のサイドシールドおよび磁気スタック自体において異方性を引き起こすことを可能にする。どのようにシード層にテクスチャが与えられるかまたはどのようにシード層が形状決めされるかにかかわらず、ステップ２２８は次いで、ステップ２２２および２２４において決定された寸法および材料に適合する同時または連続の配置プロセスにおいて磁気スタックおよびサイドシールドを形成し得る。

ルーチン２２０を通じて、調節された磁気スタックおよびサイドシールドを有する磁気要素が、最適化された磁気安定性および非対称を提供するよう構成され得るということが理解され得る。しかしながら、ルーチン２２０は限定されるものではなく、さまざまなステップが省略、変更、および追加され得る。たとえば、ルーチン２２０はさらに、ステップ２２４において設計される所定の異方性勾配を提供するために、所定のテクスチャを有する１つ以上の付加的なシード層をサイドシールド強磁性層同士の間に形成および処理するステップを含み得る。

磁気要素における１つ以上のサイドシールドの調節により、データビット密度が増加した環境に応じた、フォームファクタが低減されたデータ変換構成要素を提供できるということが理解され得る。所定の異方性勾配をセットすることによりサイドシールドの磁気飽和を調節する能力によって、隣接する磁気スタックの磁気的に敏感な領域に遠位であるサイドシールドの所定の部分に対して直接的な磁束であり得るサイドシールド磁化の制御の向上を可能にする。さらに、所定の異方性勾配を有するサイドシールドの構造により、クロストラックまたはダウントラック分解能を劣化させることなく、磁気スタックからより細かいデータビット磁性ウインドウを提供できる。

さまざまな実施例の構造および機能の詳細とともに本開示のさまざまな実施例の多くの特性および利点を上記の記載において説明してきたが、この詳細な説明は単に例示であって、特に添付の特許請求の範囲が表現される文言の広い一般的な意味が示す完全な程度まで本開示の原理内で部分の構造および構成の事項において変更がなされてもよいということが詳細には理解されるべきである。たとえば、特定の要素は、本技術の精神および範囲から逸脱することなしに特定の用途に依存して変動し得る。

１００ 変換部分、１０２ 作動アセンブリ、１０４ 変換ヘッド、１０６ 記憶媒体、１０６ 磁気記憶媒体、１０８ データビット、１１０ スピンドルモータ、１１４ スライダ部分、１２０，１４０，１６０ 磁気要素、１２２，１４２，１６２ 磁気スタック、１２４ サイドシールド、１２６ 前シールド、１２８ 後シールド、１３０ クロストラック、１３２ ダウントラック、１４４ 第１の磁気的自由層、１４６ 第２の磁気的自由層、１５０，１８６ シード層、１５２，１７４，１７８，１８０ ポイント、１５４ ダウントラックポイント、１５６ クロストラック方向、１５８ ダウントラック方向、１６２ 隣接接合磁気スタック、１６６，１６８ 固定層、１７０ 磁気的自由層、１７２ 非磁性スペーサ層、１８２，１８４ 磁性シールド層、１８４ 強磁性シールド層、１８６ 第１のシード層、１８８ 層厚、１９０ 第２のシード層。

Claims (18)

1. 空気軸受面（ＡＢＳ）上において、サイドシールドに隣接して位置決めされるとともに前記サイドシールドから分離される磁気スタックを含み、前記サイドシールドはダウントラック方向に沿って所定の非均一性の異方性勾配を有するよう構成され、所定の非均一性の異方性勾配は、前記ダウントラック方向に沿って減少する、データ記憶装置。
2. 前記磁気スタックは、磁気的ピンド基準構造がない、第１および第２の磁気的自由層を含む３層読出センサとして構成される、請求項１に記載のデータ記憶装置。
3. 前記所定の非均一性の異方性勾配は、前記サイドシールドに接触するシード層によって提供される、請求項１または２に記載のデータ記憶装置。
4. 前記シード層は、斜め入射スパッタリングによって形成される所定のテクスチャを有する、請求項３に記載のデータ記憶装置。
5. 前記シード層は、配置後処理によって形成される所定のテクスチャを有する、請求項３に記載のデータ記憶装置。
6. 前記磁気スタックは、テーパ状の側壁を有しており、実質的に台形として形状決めされる、請求項１から５のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
7. 前記サイドシールドは、クロストラック方向に沿って均一な一軸異方性を有しており、前記クロストラック方向は前記ダウントラック方向と直交する、請求項１から６のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
8. 前記サイドシールドは、前記磁気スタックの側壁に実質的に合致するよう角度付けされた側壁を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
9. 空気軸受面（ＡＢＳ）上において、第１および第２のサイドシールドの間に配置されるとともに前記第１および第２のサイドシールドから分離される磁気スタックを含み、各サイドシールドはダウントラック方向に沿ってそれぞれ所定の非均一性の異方性勾配を有するよう構成され、前記所定の非均一性の異方性勾配は、前記ダウントラック方向に沿って減少する、装置。
10. 前記第１のサイドシールドは、前記第２のサイドシールドの第２の所定の異方性勾配に実質的に合致する第１の所定の異方性勾配を含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記第１のサイドシールドは、前記第２のサイドシールドの第２の所定の異方性勾配と類似していない第１の所定の異方性勾配を含む、請求項９に記載の装置。
12. 前記磁気スタックは、少なくとも１つの固定された磁化層と磁気的自由層とを含む、請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記所定の非均一性の異方性勾配は、前記磁気的自由層の近位にもっとも少ない異方性の領域を位置決めする、請求項１２に記載の装置。
14. 各サイドシールドについて、前記所定の非均一性の異方性勾配をシード層が提供しており、前記シード層は連続的に前記第１のサイドシールドから前記第２のサイドシールドに延在するとともに、所定のテクスチャを有するように構成される、請求項９に記載の装置。
15. 空気軸受面（ＡＢＳ）上において、積層されたサイドシールドに隣接して位置決めされるとともに前記積層されたサイドシールドとは分離される磁気スタックを含み、前記積層されたサイドシールドは、ダウントラック方向に沿った所定の非均一性の異方性勾配とクロストラック方向に沿った均一の一軸性の異方性とを有するよう構成され、前記所定の非均一性の異方性勾配は前記ダウントラック方向に沿って減少し、前記クロストラック方向は前記ダウントラック方向に直交する、データ要素。
16. 前記積層されたサイドシールドは、各強磁性シールド層について前記所定の非均一性の異方性勾配を提供するために、第１の所定のテクスチャを有するよう構成される第１のシード層上に配置された少なくとも２つの強磁性シールド層を含む、請求項１５に記載のデータ要素。
17. 第２のシード層は、前記強磁性シールド層のうちの２つの間に位置決めされており、前記第２のシード層は、第１の所定の異方性とは異なる第２の所定の異方性を有するよう構成される、請求項１６に記載のデータ要素。
18. 前記所定の非均一性の異方性勾配は、ダウントラック方向に沿った少なくとも６００エルステッドの変化を有する、請求項９に記載の装置。