JP6231287B2 - 空気軸受面から離間されるサイドシールドバイアシング層 - Google Patents

Description

様々な実施の形態は、一般的に、データ記憶装置へ組み込み可能な磁気素子に向けられる。

米国特許第６４５６４６７号明細書 米国特許第６７６０９６６号明細書 米国特許第７１３０１６５号明細書 米国特許第７３０１７３４号明細書 米国特許第７５９９１５１号明細書 米国特許第７８７６５３４号明細書 米国特許第７９７４０４８号明細書 米国特許第８０８９７３４号明細書

要約
様々な実施の形態によれば、磁気素子は、空気軸受面（ＡＢＳ）で構成されるとともにサイドシールドから離間される磁気スタックを有し得る。サイドシールドは、サイドシールドに接するとともにＡＢＳから離間されるバイアシング層によってバイアスされ得る。

様々な実施の形態に従うデータ記憶装置の代表的な部分のブロック表現である。 いくつかの実施の形態に従って構成および動作される磁気素子の一例の一部の上方視でのブロック表現を表示する。 図１のデータ記憶装置において使用可能な磁気素子の一例の断面でのブロック表現を提供する。 様々な実施の形態に従う磁気素子の一例の一部の同寸法でのブロック表現を表示する。 様々な実施の形態に従って構成および動作される磁気素子の一例の一部の上方視でのブロック表現を説明する。 いくつかの実施の形態に従って動作される磁気素子の一例の一部のブロック表現を示す。 様々な実施の形態に従って実施される磁気素子の代表的な製造方法のステップを説明するフローチャートを提供する。

詳細な説明
より多くのデータ容量およびより速いデータアクセスレートのためのデータ記憶装置の継続的な努力にともなって、より小さいフォームファクタのデータ記憶環境に対応するためにデータ記憶部品は小型化されてきた。回転データ記憶環境において、増大された面積ビット密度はより大きいデータ容量を提供し得るが、特に、最小化されたデータトラックピッチ構成において、特定のデータビットを識別することが困難となる可能性がある。磁気スタックの横に隣接する側のサイドシールドの導入は、ノイズを低減するとともに磁気性能を最適化しながら、データトラック分解能を増大し得る。

しかしながら、磁気スタックの近くに１つ以上のサイドシールドを配置することは、磁気的不安定性の発生および磁気的非対称性の増大などによってサイドシールドの磁化が磁気スタックに不利に影響する状況において、操作上の困難性を引き起こす可能性がある。したがって、低減されたフォームファクタのデータ記憶装置における信頼性のあるデータ分解能は、サイドシールドの磁気安定性がかぎとなる。

これらのことを勘案すると、サイドシールドに接するとともにＡＢＳから離間されるバイアシング層によってバイアスされるサイドシールドから離間されるとともに空気軸受面（ＡＢＳ）を有する磁気スタックを用いて、磁気素子が構成され得る。バイアシング層の位置、大きさ、およびバイアス特性を調整する能力は、サイドシールドにおける磁化の安
定化を可能とし、ＡＢＳ上の磁気素子のシールド−シールド間隔を付加することなく磁気スタックの最適化された性能に変換する。

図１は、一般的に、様々な実施の形態に従うバイアスされたサイドシールドを利用し得るデータ記憶装置の一例のデータ部１００のブロック表現を説明する。データ部１００は、プログラムされたビット１０８を記憶可能な磁気記憶媒体１０６上の変換ヘッド１０４の位置を合わせる作動アセンブリ１０２を有する非制限的環境に示される。記憶媒体１０６は、スピンドルモータ１１０へ取り付けられる。スピンドルモータ１１０は、変換ヘッド１０４を含むヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）を媒体１０６の所定部上に位置合わせするために作動アセンブリ１０２のスライダ部１１４が飛行する空気軸受面（ＡＢＳ）を生成するために、使用中に回転する。

変換ヘッド１０４は、それぞれプログラムするために動作し記憶媒体１０６からデータを読み取る、磁気ライタおよび磁気応答リーダなどの１つ以上の変換素子を含み得る。このように、作動アセンブリ１０２の制御された動作は、データを書き込み、読み取り、および書き換えるための記憶媒体面上に規定されるトラック（図示せず）にトランスデューザを揃える。

「スタック」という用語は、本開示において限定されない用語であり、磁気的な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と理解されるべきである。本願を通じて、「スタック」という用語は、部品の幅よりも大きい厚みなどの所定のしきい値よりも大きい厚みで構成される部品を意味すると理解される。たとえば、いかなる限定もされないが、サイドスタックは、単層の磁気伝導性材料とすることができる一方、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みおよび読み取り可能な、磁性層および非磁性層の積層物であってもよい。

変換ヘッド１０４の大きさの減少およびデータビット１０８の密度の上昇にともなってデータ容量およびアクセスレートが上昇するにつれて、磁気リーダまたは磁気ライタの横に隣接する領域のサイドシールディングは、そのような増大されたデータビット密度からビットを識別することを促す増大された分解能を提供し得る。図２は、図１のデータ部１００で使用可能な磁気素子１２０の一例の一部の上方視でのブロック表現を表示する。磁気素子１２０は、空気軸受面（ＡＢＳ）上のサイドスタック１２４間に配置される、外部データビット間を識別可能な磁性層および非磁性層の積層物などの磁気スタック１２２を有する。

磁気スタック１２２およびサイドスタック１２４の大きさ、材料、およびタイプは、特定の構成に限定されず、Ｚ軸に沿ってＡＢＳから計測される共通のストライプ高さ１２６で図２に示される。共通のストライプ高さ１２６は、磁気スタック１２２のデータ分解能を増大するために最適化された磁束シールディングを提供し得るサイドスタック幅１３０に対して、異なる磁気スタック幅１２８を対比することができる。

サイドスタック１２４は、磁気スタック１２２に隣接するとともに離間されるソリッド構造または積層構造として構成されることができるが、サイドスタック１２４のタイプおよび目的は、磁気シールディングに限定されない。たとえば、サイドスタック１２４の少なくとも１つは、磁気スタック１２２に対して異なる幅１３０およびストライプ高さ１２６を有する磁気抵抗素子、スピンバルブ、およびソリッドステートメモリセルのような、データセンシング可能な積層物であってもよい。そのようなサイドスタック１２４の構成は、データ読み直しレートを増大し、素子１２０およびデータ媒体間のクリアランスを感知し、および隣接するデータトラックへの同時のアクセスからの２次元データ読み出しを提供するために用いられ得る。

サイドスタック１２４の構成およびタイプに関わらず、磁気スタック１２２に近接した磁化の存在は、誤った磁化ベクトルが磁気スタック１２２の部分における不安定度を誘発するので、データアクセスの信頼性およびスピードを妨げる可能性がある。そのような誤った磁化は、幅よりも長い長さを有するものとしていくつかの実施の形態において明確にされたように、長いストライプ高さ１２６を有する磁気素子１２０において特に有害であり得る。調整された寸法および１つ以上の垂直シールド１３２を有する横のサイドスタック１２４の存在にもかかわらず、磁化の不安定度は、付加的な外部シールドの包含によって緩和することができないノイズおよび磁気的非対称性の付加によって、磁気スタック１２２のデータ分解能の妨げとなる。

図３は、図１のデータ記憶装置において使用可能な磁気素子１４０のもう１つの例の断面でのブロック表現を提供する。磁気素子１４０は、ＡＢＳ上のトップシールド１４４およびボトムシールド１４６間に配置されるサイドシールド１４２を有する。様々な実施の形態がサイドシールド１４２を１つの材料の単一の層として構成するが、強磁性層１４８およびスペーサ層１５０の積層物の使用は、たとえば層１４８および層１５０を異なる材料、厚み、および形状で構成することなどによって、サイドシールド１４２の磁気シールディング特性を調整する能力を提供し得る。

サイドシールド１４２への強磁性材料の導入によって、磁化は、ストライプ高さ１５２を通じて不均一となり得、サイドシールド１４２の磁気的安定性および非対称性に有害となり得る。長いストライプ高さ１５２を有するいくつかの実施の形態においては、不均一な磁化領域は、ＡＢＳの末端に見出され、ＡＢＳは、磁気的非対称性をさらに増大するとともに磁気素子１４０における全体の磁気的不安定性に寄与し得るＺ軸に沿ってＡＢＳに垂直な一般的な磁化方向を有する。横磁化方向のような有害な磁化方向を示し得るサイドシールド１４２の所定の領域へバイアシング層１５４を結合することによって、有害な磁化が緩和され得る。

サイドシールド１４２に関するバイアシング層１５４の材料、大きさ、および位置は、図３に示される構成に限定されず、誤ったサイドシールド磁化の緩和に対応するために調整され得る。磁気素子１４０の一例によって提供される実施の形態においては、バイアシング層１５４は、Ｚ軸に沿った所定の距離１５６の端部から計測される連続的な所定のストライプ高さ１５８を有しながら、ＡＢＳから所定の距離１５６でサイドシールド１４２の強磁性層１４８の１つに接するように配置される、反強磁性体（ＡＦＭ）および／または合成反強磁性体（ＳＡＦ）として構成される。ＡＢＳから離れたバイアシング層１５４のそのような配置は、ＡＢＳにおいて磁気素子１４０の大きさを増加することなく、サイドシールド１４２の所定の部分にバイアス磁化を正確に与え得る。

バイアシング層１５４は、トップシールド１４４およびサイドシールド１４２間のキャップ層１６０に一致する、Ｙ軸に沿って計測される厚みで構成されることができるが、サイドシールド１４２、トップシールド１４４、およびボトムシールド１４６の一部として構成されて、サイドシールド１４２へバイアス磁化を与え得る、バイアシング層１５４の方向に限定されない。たとえば、バイアシング層１５４は、ノッチ、ベベル、および切り抜きのような特徴として形成されるくぼみの中に、トップシールド１４４の範囲内において部分的にまたは全体的に配置され得る。バイアシング層１５４がトップシールド１４４の範囲内において配置されるか否かに関わらず、トップシールド１４２からのバイアシング層１５４の磁気的絶縁は、トップシールド１４４およびバイアシング層１５４間に磁気的絶縁層１６２を配置することによって達成される。

単一のバイアシング層１５４は、サイドシールド１４２の部分の磁化を固定するために
調整および採用されてもよいが、そのような構成は、複数のバイアシング層１５４が単一の強磁性層１４８の異なる領域上および離間した強磁性層１４８上においてＡＢＳから離間されて配置され得るので要求されない。すなわち、類似材料または非類似材料、ストライプ高さ１５８、および厚みを有する１つよりも多いバイアシング層１５４は、キャップ層１６０およびシード層１６４に近い離間した強磁性層１４８のような、サイドシールド１４２の異なる部分にそれぞれ接してもよい。

一例として、第１のバイアシング層１５４は、ＡＢＳから第１の距離で第１の強磁性層１４８からトップシールド１４４のノッチに連続的に伸び得る一方、第２のバイアシング層は、シード層１６４に一致するとともに、ボトムシールド１４６の均一な断面に連続的に伸びない厚みを有し、第１の距離とは異なるＡＢＳから第２の距離で第２の強磁性層に接する。サイドシールド１４２にバイアス磁化を与えるためのさまざまな調整能力によって、磁気素子１４０の分解能を増大しながらサイドシールド１４２によって閉じ込められる磁束を最適化する正確な磁化構成が得られる。

図４は、調整されたバイアシング層１８６，１８８でそれぞれ構成されるサイドシールド１８２，１８４を有する磁気素子１８０の一例の一部の同寸法でのブロック表現を説明する。サイドシールド１８２においては、サイドシールド１８２の一部は、取り除かれるとともにバイアシング層１８６に置き換えられている。バイアシング層１８６の位置、およびサイドシールド１８２から取り除かれたセクションは、ＡＢＳから第１の距離１８８にてストライプ高さ１９０で所定の位置に調整される。図示されないが、バイアシング層１８６は、サイドシールド１８２から取り除かれた材料の量に実質的に一致する大きさおよび形状で構成されることができ、そのストライプ高さ１９２を通して均一な形状を有するサイドシールド１８２をもたらす。

バイアシング層１８６の構成は、くぼみ１９４およびサイドシールド１８４の面積の範囲内に配置される、バイアシング層１８８によって補完されてもよい。バイアシング層１８８のＡＢＳからの距離１９６、厚み１９８、およびストライプ高さ２００は、サイドシールド１８２に対して異なるサイドシールド１８４における大きさおよび磁気特性を提供するようにそれぞれ調整され得る。図４に示される調整されたバイアシング層１８６，１８８の異なる大きさおよび位置によって、サイドシールド１８２，１８４は、磁気スタック２０２の磁気的安定性、非対称性、および分解能を増大することを助ける異なる磁気特性を示し得る。

しかしながら、磁気スタック２０２が調整されたバイアシング層１８６，１８８を伴う使用のために最適化された所定の構成において構成され得るので、磁気素子１８０の調整は、サイドシールド１８２，１８４の範囲に限らない。図４において、磁気スタック２０２は、非磁性スペーサの両側の磁気自由層２０４によって特徴づけられる「三層」読み取りセンサとして構成される。三層構成は、減少されたフォームファクタデータ記憶環境において、磁気スタック２０２において固定された磁化層の欠落がＡＢＳでの磁気素子１８０の厚みを最小化するので、特に有用であり得る、これはシールド−シールド間隔として知られる。

磁気スタック２０２の三層構成は、デフォルトの磁化に磁気自由層２０４を設定する、離間したリアバイアスマグネット２０６によってさらに特徴づけられ、バイアシング層１８６，１８８を補完してサイドシールド１８２，１８４においてＸ軸に沿ったＡＢＳに平行などの所定の磁化方向を与えるように調整され得る。磁気スタック２０２の調整能力の一例として、各自由層２０４の厚み２０６は、同じであっても異なってもよく、ＡＢＳ上の１つ以上のサイドシールド１８２，１８４の幅２０８に対応して選択される。

図５は、様々な実施の形態に従って調整される磁気素子２１０の一例の一部の上方視でのブロック表現を表示する。磁気スタック２１８を横断して一方のサイドシールド２１４から他方のサイドシールド２１６へ連続的に広がる単一のバイアシング層２１２は、磁気素子２１０の磁化が各サイドシールドに対応する離間したバイアシング層にいかに制限されないかを説明する。

図示されるように、バイアシング層２１２は、ストライプ高さ２２０および幅２２２によって規定される長方形であり、ＡＢＳから所定の距離２２４に位置付けられる。しかしながら、そのような構成は、さまざまな実施の形態が、バイアシング層２１２からＡＢＳまでの距離がＸ軸に沿って変化するので、ＡＢＳに対して傾く、円形、正方形、または台形でバイアシング層２１２を構成することを制限しない。磁気スタック２１８、および両サイドシールド２１６，２１８の部分の連続的な広がりは、リアバイアスマグネットに加えてまたは代えて、図４の磁気自由層２０４の１つのような磁気スタック２１８の部分のバイアスを可能とし得る。

単一のバイアシング層２１２は、磁気スタック２１８と同様に、トップシールドのくぼみなどにおいて、サイドシールド２１４，２１６の上に配置されることができるが、連続的なバイアシング層２１２を補完するために、ＡＢＳの端部に配置される付加的な、および場合によっては離間するバイアシング層を使用することを除外しない。バイアシング層２１２が個別に用いられようが、バイアシング層の集合の一部として用いられようが、各バイアシング層の調整された構成は、サイドシールドおよび／または磁気スタックの形状および大きさに従う代わりに、所定の領域に近接して配置されることによって磁気素子２１０の磁気的安定性を増大させる、所定のサイドシールドおよび磁気スタックの磁化を提供し得る。

図６は、様々な実施の形態に従って構成される１つ以上のバイアシング層の結果として所定の磁化に向けられたサイドスタック２３０および磁気スタック２３２の一例の上方視でのブロック表現を説明する。ＡＢＳに実質的に平行な方向におけるサイドシールドの磁化の方向は、特に、ＡＢＳに近接した磁気スタック２３２における所定の磁化方向を誘導し得る。サイドシールド２３０の磁化は、磁化方向におけるどのような変動が、ＡＢＳに近接した磁気スタック２３２の磁化に有害とならないように調整され得るかを説明する。

図６に示される磁化は、様々な層がいくつかの実施の形態に従っていかに調整され得るかを説明するが、ＡＢＳの端部でサイドシールド２３０に接して１つ以上のバイアシング層を配置することによって制限されない磁化方向および強度が提供され得るので、そのような磁化には限定されない。サイドシールド２３０および磁気スタック２３２を通じた所定の方向における一般的な磁化方向は、様々な実施の形態に従って、所定の方向に沿った磁化の発達をさらに支える一軸異方性で構成されてもよい。

図７は、トップシールドを通じて磁束閉鎖を提供するように構成されるサイドシールド積層物を提供する様々な実施の形態に従って実施される磁気素子の代表的な製造ルーチン２５０を提供する。初めに、ルーチン２５０は、ステップ２５２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し得る。上述のように、ストライプ高さ、幅、層の数、および材料は、サイドシールドのために類似または非類似とされ得る一方、磁気スタックは、三層、固定磁気基準層包括データ読み取り積層物、および固有のまたは共通の大きさおよびストライプ高さを有するデータライタとして構成され得る。

ステップ２５２におけるサイドシールドおよび磁気スタックの各々の構成の決定に続いて、１つ以上のバイアシング層の少なくとも位置、大きさ、および材料が設計されるステップ２５４が実行されてもよい。すなわち、サイドシールドおよび磁気スタックの構成は
、それらの磁気特性を緩和するバイアシング層の設計を決定する横磁化方向の局所領域のような、磁気特性を提供し得る。一例として、長いストライプ高さの磁気スタックを組み合わせて磁性層および非磁性層の積層物としてサイドシールドを構成することは、１つ以上のバイアシング層のための特定の大きさ、ＡＢＳからの位置、形状、および材料に対応し得る。

次にステップ２５６は、ステップ２５２およびステップ２５４にて決定された寸法および材料に適合する同時または後続の堆積プロセスにおいて、所定の磁気スタックおよびサイドシールドを形成する。サイドシールドが形成されると、決定２５８は、ステップ２５４にて設計されたバイアシング層がサイドシールドおよび／または磁気スタックに部分的にまたは全体的に埋め込まれるかを評価する。バイアシング層の少なくともいくつかが埋め込まれる場合、ステップ２６０は、ステップ２６２にて形成されるバイアシング層が所定の構成に適切に適合するように、形成された磁気スタックおよび／またはサイドシールドの一部を取り除く。埋め込まれるバイアシング層がない場合、決定２５８は、ステップ２６２へ進んで、磁気スタックおよびサイドシールドのいずれも取り除くことなく、バイアシング層を形成する。

ルーチン２５０を通じて、調整された磁気スタック、サイドシールド、およびバイアシング層を有する磁気素子は、最適化された磁気安定性および非対称性を提供するために構成され得ることが理解され得る。しかしながら、ルーチン２５０は、様々なステップが省略され、変更され、および付加され得るので、限定されない。たとえば、ルーチン２５０は、バイアシング層の一部を収容するノッチおよびくぼみを有し得るトップシールドおよびボトムシールドを形成および処理するステップをさらに含み得る。

磁気素子の調整は、バイアス磁化をサイドシールドへ与えるバイアシング層を少なくとも有すると理解され得る。バイアシング層がＡＢＳから離間される距離などのバイアシング層の構成を調整する能力は、サイドシールド磁化を制御し得る。さらに、ＡＢＳに対するバイアシング層端部の配置は、ＡＢＳ上の磁気素子のシールド−シールド間隔を付加することなく磁化の制御を可能とし、低減されたフォームファクタデータ記憶環境において磁気素子がより簡単に利用されることを可能とする。

たとえ本開示の様々な実施の形態の多くの特徴および利点が、様々な実施の形態の構造および機能の詳細とともに前述の記載において述べられたとしても、この詳細な記載は、単なる説明であって、特に、添付される特許請求の範囲が表わす用語の幅広い一般的な意味によって示される全範囲までの本開示の本質的な部分の構造および配置の事項において、細部が変更され得ると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く、特定のアプリケーションに応じて変更されてもよい。

Claims (10)

1. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成されるとともに、サイドシールドから離間される磁気スタックを備え、
   前記サイドシールドは、前記サイドシールドの異なる領域に接するとともに前記ＡＢＳから離間される複数のバイアシング層によってバイアスされる、データ記憶装置。
2. 前記磁気スタックは、磁気ピンド基準構造を持たない第１および第２の磁気自由層を含む三層読み取り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. 前記磁気スタックは、少なくとも１つの固定された磁気基準層を含む磁気抵抗読み取り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。
4. 前記複数のバイアシング層は、合成反強磁性体を含む、請求項１に記載のデータ記憶装置。
5. 前記サイドシールドは、単層の磁気伝導性材料、または磁性層および非磁性層の積層物を含む、請求項１に記載のデータ記憶装置。
6. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成されるとともに、サイドシールドから離間される磁気スタックと、
   予め定められた磁化に前記サイドシールドをバイアスするための手段とを備え、
   前記サイドシールドをバイアスするための手段は、前記サイドシールドに接する連続的なバイアシング層を含み、
   前記予め定められた磁化は、前記ＡＢＳに実質的に平行である、装置。
7. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成されるとともに、サイドシールドから離間される磁気スタックと、
   予め定められた磁化に前記サイドシールドをバイアスするための手段とを備え、
   前記サイドシールドをバイアスするための手段は、前記サイドシールドの異なる領域に接するとともに、前記ＡＢＳから離間される複数のバイアシング層を含む、装置。
8. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成される磁気スタックを備え、
   前記磁気スタックは、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離間され、
   前記サイドシールドは、前記サイドシールドに接する第１および第２のバイアシング層によってそれぞれバイアスされ、
   各バイアシング層は、前記ＡＢＳから離間され、
   前記第１および第２のバイアシング層は、異なるストライプ高さを有する、磁気素子。
9. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成される磁気スタックを備え、
   前記磁気スタックは、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離間され、
   前記サイドシールドは、前記サイドシールドに接する第１および第２のバイアシング層によってそれぞれバイアスされ、
   各バイアシング層は、前記ＡＢＳから離間され、
   前記第１および第２のバイアシング層は、前記ＡＢＳから共通の距離で、または前記ＡＢＳから異なる距離で前記第１および第２のサイドシールドにそれぞれ接する、磁気素子。
10. 空気軸受面（ＡＢＳ）で構成される磁気スタックを備え、
    前記磁気スタックは、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離間され、
    前記サイドシールドは、前記サイドシールドに接する第１および第２のバイアシング層によってそれぞれバイアスされ、
    各バイアシング層は、前記ＡＢＳから離間され、
    前記バイアシング層の少なくとも１つは、前記第１および第２のサイドシールドの少なくとも１つに形成されるノッチ内に埋め込まれる、磁気素子。