KR101662604B1

KR101662604B1 - 자기저항 센서

Info

Publication number: KR101662604B1
Application number: KR1020140077418A
Authority: KR
Inventors: 에릭 더블유. 싱글톤; 콘스탄틴 니콜라에브; 리웬 탄; 재용 이; 빅터 보리스 사포즈니코브; 모함메드 샤리아 울라 파트와리
Original assignee: 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2016-10-06
Also published as: CN104252867A; US20150002962A1; CN104252867B; US9251815B2; KR20150002487A; JP2015011751A

Abstract

본원에 개시되는 장치는 제 1 층을 포함하는 센서 스택 및 제 1 층에 근접한 AFM 안정화 하부 차폐를 포함하고, AFM 안정화 하부 차폐는 제 1 층에 자기적으로 결합된다.

Description

자기저항 센서{MAGNETORESISTIVE SENSOR}

자기 데이터 저장 및 인출 시스템에서, 자기 판독/기입 헤드는 자기 디스크 상에 저장된 자기적으로 인코딩된 정보를 인출하기 위한 자기저항(MR) 센서를 가진 판독부를 포함한다. 디스크의 표면으로부터 자속은 MR 센서의 감지층의 자화 벡터의 회전을 야기하며, 이에 따라 MR 센서의 전기적 저항율에 변화가 야기된다. MR 센서의 저항율에 변화는 전류를 MR 센서에 통과시키고 MR 센서에 걸리는 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다. 이어 외부 회로는 전압 정보를 적합한 포맷으로 변환하고 이 정보를 조작하여 디스크 상에 인코딩된 정보를 회복한다.

이 요약은 상세한 설명에서 이하 더 기술되는 간이화된 형태로 개념들의 선택을 도입하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 요지의 주요 특징들 또는 필수적 특징들을 확인하게 의도된 것도 아니고 청구된 요지의 범위를 제한하게 사용되도록 의도된 것도 아니다. 청구된 요지의 그외 다른 특징들, 상세들, 유용성들, 및 잇점들은 여러 구현들 및 동반된 도면들에 더욱 도시되고 첨부된 청구항들에 정의된 구현들의 더욱 특정하게 기재된 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본원에 개시된 장치는 제 1 층을 포함하는 센서 스택 및 제 1 층에 근접한 AFM 안정화 하부 차폐를 포함하고, AFM 안정화 하부 차폐는 제 1 층에 자기적으로 결합된다. 이들 및 여러 다른 특징들 및 잇점들은 다음 상세한 설명을 읽고 명백해질 것이다.

도 1은 예시적 MR 센서를 갖는 데이터 저장 디바이스를 도시한 것이다.
도 2는 MR 센서의 구현의 ABS를 도시한 것이다.
도 3은 MR 센서의 대안적 구현의 ABS를 도시한 것이다.
도 4는 MR 센서의 또 다른 구현의 ABS를 도시한 것이다.
도 5는 MR 센서의 대안적 구현의 ABS를 도시한 것이다.
도 6은 본원에 개시된 MR 센서의 여러 자기층들의 자화 맵을 도시한 것이다.
도 7은 기준층의 자기 방위들 및 자유층의 자기 방위와 MR 센서의 구현을 위한 외부 자계에 응한 이들의 이동을 도시한 것이다.
도 8은 예시적 MR 센서의 PW50 수행과 MR 센서의 파라미터 간에 관계의 그래프들이다.
도 9는 예시적 MR 센서의 PW50 수행과 MR 센서의 파라미터 간에 대안적 관계의 그래프들이다.
도 10은 본원에 개시된 MR 센서의 제조를 위한 예시적 동작들을 도시한 것이다.

자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 고 데이터 밀도들 및 감응 센서들에 대한 요구가 증가하고 있다. 증가된 감도를 갖는 거대 자기저항(GMR) 센서들은 이를테면 구리와 같은 얇은 도전성의 비-자기 스페이서층에 의해 분리된 2개의 강자성층들로 구성된다. 터널 자기저항(TMR) 센서들에서 전자들은 얇은 절연 장벽을 가로질러 층들에 수직한 방향으로 이동한다. 제 1 자기 층(피닝(pin) 층(PL)이라 함)이 회전하지 못하게 이에 인접하여 AFM 물질이 놓여진다. 이 특성을 나타내는 AFM 물질들을 "피닝 물질들"이라고 한다. 제 2 소프트 층은 외부 자계에 응하여 자유로이 회전하며 "자유층(FL)이라고 한다.

자벽 이동은 데이터 회복을 어렵게 만드는 전기적 노이즈를 초래하기 때문에 MR 센서가 올바르게 동작하기 위해서 센서는 에지 자구(edge domain)의 형성에 맞서 안정화되어야 한다. 안정화를 달성하는 일반적인 방법은 영구 자석 인접 접합 설계를 사용하는 것이다. 이 수법에서, 고 보자력(즉, 경질 자석들)을 갖는 영구 자석들이 센서의 각 단부에 놓여진다. 영구 자석들로부터 자계는 센서를 안정화하며, 적합한 바이어스를 제공할 뿐만 아니라 에지 자구 형성을 방지한다. 센서는 기준층(RL) 및 PL을 추가로 포함하며, 이들은 함께 하여 합성 AFM(SAF) 구조 및 AFM층을 형성한다. AFM층의 안정화는 SAF 구조의 방위가 일관되고 예측가능해질 수 있게 한다. 또한, 이것은 MR 센서를 사용하는 판독기에 대해 고 진폭 선형 응답을 할 수 있게 하는 안정된 구조를 제공한다.

그러나, AFM 안정화 구조를 사용하는 것은 판독기의 차폐간 간격(SSS)을 증가시킨다. 자기 센서의 PW50(펄스의 반높이에서 펄스 폭)은 기록 시스템 내 신호 대 노이즈비(SNR)를 결정한다. PW50는 SSS 감소에 따라 개선되기 때문에, 낮은 SSS를 달성하는 것은 PW50을 낮아지게 하며, 결국 SNR을 증가시킨다. 모델화 및 실험들 둘 다에 의해 제시되는 바와 같이 PW50와 SSS 간에 관계의 예는 다음과 같이 주어질 수 있다.

이에 따라, SSS에 감소는 PW50의 값이 감소되게 하며 따라서 기록 시스템에 대한 SNR 값이 증가되게 한다. 이에 따라, 판독기의 고 선형 밀도는 SSS를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 작은 SSS는 판독기의 트랙 횡단(cross-track) 분해도(resolution)를 개선하며, 트랙 횡단 분해도에 이러한 이득은 판독기에 의해 달성될 수 있는 면적 밀도를 더욱 개선하는데 기여한다.

본원에 개시된 MR 센서는 센서 스택으로부터 AFM층을 제거하고 AFM층 및 하부 차폐 피닝층을 가진 하부 차폐층을 사용함으로써 SSS를 감소시킨다. 하부 차폐의 피닝층 및 센서 스택의 피닝층은 하부 차폐 내 AFM층을 사용하여 안정화된다. 일 구현에서, 하부 차폐는 상기 구조의 상부층이 센서 스택에 근접하여 있는 SAF 구조로 만들어진다.

도 1은 확대도(102)로 더 상세히 도시된, 예시적 MR 센서를 가진 데이터 저장 디바이스(100)를 도시한 것이다. 다른 구현들이 고찰될지라도, 도시된 구현에서, 데이터 저장 디바이스(100)는 저장 매체(104)(예를 들면, 자기 데이터 저장 디스크)를 포함하며 이 위에는 자기 기입 폴(pole)를 사용하여 데이터 비트들이 기록될 수 있고 이로부터는 자기저항 요소를 사용하여 데이터 비트들이 판독될 수 있다. 저장 매체(104)는 회전 동안에 스핀들 중심 또는 디스크 회전축(105)에 관하여 회전하며, 내직경(106) 및 외직경(108)을 포함하며 이들 사이엔 다수의 동심원 데이터 트랙들(110)이 있다. 설명된 기술은 연속 자기 매체들, 이산 트랙(DT) 매체들, 슁글(shingled) 매체들, 등을 포함하여, 다양한 저장 포맷들에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

저장 매체(104) 상에 데이터 트랙들(110) 내 데이터 비트 위치들에 및 이로부터 정보가 기입될 수 있다. 액튜에이터 회전축(122)에 대하여 원단측에 트랜스듀서 헤드 어셈블리(124)가 액튜에이터 어셈블리(120) 상에 장착된다. 트랜스듀서 헤드 어셈블리(124)는 디스크 회전 동안에 저장 매체(104)의 표면 위에 아주 근접하여 비행한다. 액튜에이터 어셈블리(120)는 탐색 동작 동안 액튜에이터 회전축(122)에 관하여 회전한다. 탐색 동작은 판독 및 기입 동작들을 위해 트랜스듀서 헤드 어셈블리(124)를 목표 데이터 트랙 상에 위치시킨다.

확대도(102)는 MR 센서(130)의 공기-베어링 표면(ABS)을 개략적으로 도시한 것이다. MR 센서(130)는 하부 차폐(132), 상부 차폐(134), 및 트랙 하행(down-track) 방향을 따라 하부 차폐(132)와 상부 차폐(134) 사이에 위치된 센서 스택(136)을 포함한다. 일 구현에서, 하부 차폐(132)는 AFM 안정화 하부 차폐이다. 이러한 AFM 안정화 하부 차폐(132)는 차폐 기능을 제공하며, 또한 센서 스택(136)의 안정화를 제공한다. 센서 스택(136)은 하부 차폐에 근접한 제 1 층, 금속 결합층(예를 들면, 루테늄), 기준층, 장벽 또는 스페이서층, 자유층, 및 캡(cap) 층을 포함할 수 있다(센서 스택(136)의 상세한 구조는 도 1에 도시되지 않았다). 센서 스택(136)의 제 1 층은 본원에서는 제 1 피닝층이라고도 한다. 제 1 피닝층의 자화는 AFM 안정화 하부 차폐에 의해 지원된다. 제 1 피닝층의 자화는 제 1 피닝층의 자화가 외부 자계들에 응하여 어느 정도 이동할 수 있는 점에서 부분적으로 피닝된다. 즉, 제 1 피닝층의 자화는 단호히 피닝되지 않는다.

센서 스택(136)의 제 1 피닝층은 AFM 안정화 하부 차폐(132)에 자기적으로 결합된다. 예를 들면, AFM 안정화 하부 차폐(132)는 AFM층(도 1에 도시되지 않음)을 사용하여 피닝되는 피닝층을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 센서 스택(136)의 제 1 피닝층의 자화의 방위는 AFM 안정화 하부 차폐(132)의 피닝 방향이 MR 센서(130)의 ABS에 직교하는 구성요소도 포함하기 때문에 MR 센서(130)의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함한다.

또한, AFM 안정화 하부 차폐(132)는 AFM 안정화 하부 차폐(132)에 SAF 구조를 형성하는 상기 하부 차폐 피닝층에 반강자성적으로 결합된 제 2 자기층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이러한 구현에서, 센서 스택(136)의 제 1 피닝층은 AFM 안정화 하부 차폐(132)의 이 제 2 자기층에 자기적으로 결합된다. 예를 들면, 일 구현에서, AFM 안정화 하부 차폐의 피닝층의 피닝 방향과 MR 센서의 ABS 간에 각도는 30도 내지 150도일 수 있다.

또한, 상부 차폐(134)는 트랙 횡단 방향으로 센서 스택(136)의 2개의 측들 상에 위치된 측방 차폐들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 대안적 구현에서, 트랙 횡단 방향으로 센서 스택(136)의 두 측들 상에 영구 자석들(도시되지 않음)이 제공된다.

일 구현에서, 센서 스택(136)의 형성 및 AFM 안정화 하부 차폐(132)의 형성은 센서 스택(136) 및 AFM 안정화 하부 차폐(132)를 포함하는 웨이퍼를 형성하는 공정의 서로 다른 단계들 동안에 수행되며, 센서 스택(136)은 AFM 안정화 하부 차폐(132) 바로 위에 성장된다. 대안적으로, 센서 스택(136)의 제 1 피닝층 및 AFM 안정화 하부 차폐(132)는 비-자기층에 의해 분리될 수 있는데, 비-자기층은 AFM 안정화 하부 차폐(132)의 상부 자기층과 센서 스택(136)의 제 1 자기 층 간에 간접적인 자기 결합을 제공한다.

AFM 안정화 하부 차폐를 가진 MR 센서(130)의 구현들은 SSS를 감소시키며 더 나은 차폐를 제공한다. 결국, MR 센서(130)의 안정성이 유지되면서도 MR 센서(130)의 분해도가 개선된다. AFM층을 AFM 안정화 하부 차폐(132)에 포함시키는 것은 센서 스택(136)으로부터 AFM을 제거할 수 있게 한다. AFM 안정화 하부 차폐(132) 내 AFM층은 센서 스택(136)의 부분이 아니기 때문에, 센서 스택(136)에 대한 SSS가 감소되어 PW50이 개선되게 한다. 또한, AFM 안정화 하부 차폐(132) 내에 SAF 구조를 포함시키는 것은 MR 센서(130)의 안정성 또한 증가될 수 있게 한다.

도 2는 MR 센서(200)의 구현의 ABS를 도시한 것이다. MR 센서(200)는 센서 스택(206)의 2개의 서로 대향하는 측들(트랙 하행 방향을 따라) 상에 하부 차폐(202) 및 상부 차폐(204)를 포함한다. 하부 차폐(202)는 센서 스택(206)에 근접한 피닝층(212), AFM층(214), 및 시드층(216)을 포함한다. 시드층(216) 밑에는 벌크 자기 차폐(도시되지 않음)가 제공될 수도 있다. 일 구현에서, 피닝층(212)은 AFM층(214)을 사용하여 안정화된다. 피닝층(212)은 후 피착 어닐링 공정 동안에, 설정된 자기 방위를 갖고, AFM층(214)의 존재에 의해 피닝될 수 있다. 일 구현에서, 피닝층(212)의 피닝 방향은 MR 센서(200)의 ABS에 직교한다(z 방향으로). 그러나, ABS 평면에서, 피닝층(212)의 자화 방향은 센서(200)의 ABS에 평행한 구성요소를 포함한다. 이것이 도 2에 직교 구성요소(z 방향으로) 및 평행한 구성요소(x 방향으로)을 포함하는 벡터(240)를 사용하여 도시되었다. ABS 평면에서 센서 스택(206)의 기준층(234) 및 피닝층(236) 내 자화 방향들을 나타내기 위해 유사한 벡터 표기들이 사용된다. 일 구현에서, 상부 차폐(204)는 상부 차폐층(222) 및 측방 차폐층들(224, 226)을 포함할 수 있다. 측방 차폐들(224, 226)은 트랙 횡단 방향으로 센서 스택(206)의 2개의 측들 상에 위치되고 이들은 센서 스택(206)의 자유층의 자기 방위를 바이어스하기 위해 사용될 수 있다.

센서 스택(206)의 구현은 피닝층(236), 기준층(234), 및 캡 및 자유층 구조(232)를 포함한다. 피닝층(236) 및 기준층(234)은 예를 들면, 루테늄(Ru)으로 만들어지는 금속층(238)에 의해 서로로부터 분리된다. MR 센서(200)의 도시된 구현에서, 피닝층(236)의 자기 방위는, 어느 정도까지, 하부 차폐(202)의 AFM층(214)에 의해 피닝된다. 피닝층(212)의 자화 방위는 MR 센서(200)의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함하기 때문에, 피닝층(236)의 자화 방위 또한 MR 센서(200)의 ABS에 직교한 구성요소를 포함한다. 사실상, AFM층(214)은 하부 차폐의 피닝층(212) 및 센서 스택의 피닝층(236) 각각을 안정화하기 위해 사용된다. 이에 따라, 사실상, 센서 스택(206)의 피닝층(236)은 하부 차폐(202)에 자기적으로 결합된다.

하부 차폐(202)의 AFM층(214)에 의한 센서 스택(206)의 피닝층(236)의 이러한 안정화는 센서 스택 내에 AFM층에 대한 필요성을 제거하고, 이에 따라 센서 스택의 트랙 하행 폭을 감소시킨다. 결국, 상부 차폐층(222)과 하부 차폐(202) 간에 유효한 차폐간 간격이 감소되어 MR 센서(200)에 대한 개선된 PW50 수행을 효과적으로 제공한다. 그러나, SSS를 감소시키는 것은 MR 센서(200)의 안정성을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 낮은 SSS을 가진 MR 센서는 기입부에 의해 유발되는 포유 자계 혹은 외부 포유 자계에 의해 더 영향을 받기 쉽게 되어, 자기 매체들로부터 판독된 신호의 SNR을 감소시킨다. 안정성이 감소되는 이러한 우려를 해결하기 위해서, 본원에 개시된 MR 센서의 구현은 하부 차폐 내에 SAF 구조를 제공한다.

도 3은 MR 센서(300)의 이러한 구현의 ABS를 도시한 것이다. 구체적으로, MR 센서(300)는 센서 스택(306)의 2개의 서로 대향하는 측들(트랙 하행 방향을 따라) 상에 하부 차폐(302) 및 상부 차폐(304)를 포함한다. 하부 차폐(302)는 센서 스택(306)에 근접한 상부층(RL)(312), 얇은 비-자기층(314), 피닝층(316), AFM층(318), 및 시드층(320)을 포함한다. 일 구현에서, 피닝층(316)은 AFM층(318)을 사용하여 안정화된다. 층(316)의 피닝 방위는 MR 센서(300)의 ABS에 직교한(z 방향으로) 구성요소를 갖는다. 그러나, 어떠한 경우에서든, ABS 평면에서, 피닝층(316)의 자화 방향은 센서(316)의 ABS에 평행한 구성요소를 갖는다. 이것이 직교 구성요소(z 방향으로) 및 평행한 구성요소(음의 x 방향으로)을 포함하는 벡터(340)를 사용하여 도 3에 도시되었다. 기준층(312), 센서 스택(306)의 피닝층(336), 및 센서 스택(306)의 기준층(334) 내 자화 방위들을 나타내기 위해 유사한 벡터 표기들이 사용된다.

피닝층(316) 및 기준층(312)은 RKKY 교환 상호작용에 의해 비-자기층(314)(이를테면 루테늄)을 통해 반강자성적으로 결합된다. 이러한 SAF 구조는 자계들을 소자(demagnetizing)하는 영향을 감소시키며, 이에 따라 하부 차폐(302)에 의해 제공되는 안정성을 개선한다. 피닝층(316) 및 기준층(312)의 폭들은 하부 차폐(302)의 차폐 기능을 제공하는 이익들이 보존되도록 선택된다.

상부 차폐(304)는 상부 차폐층(322) 및 측방 차폐층들(324, 326)을 포함할 수 있다. 측방 차폐들(324, 326)은 트랙 횡단 방향으로 센서 스택(306)의 2개의 측들 상에 위치되고 이들은 센서 스택(306)의 자유층의 자기 방위를 바이어스하기 위해 사용될 수 있다.

센서 스택(306)의 구현은 피닝층(336), 기준층(334), 캡 및 자유층(332), 및 장벽층(340)을 포함한다. 피닝층(336) 및 기준층(334)은 예를 들면, 루테늄(Ru)으로 만들어지는 금속층(338)에 의해 서로로부터 분리된다. MR 센서(300)의 도시된 구현에서, 피닝층(336)은 하부 차폐(302)의 AFM층(318)에 의해 피닝된다. 예를 들면, 피닝층(336)의 피닝 방위는 MR 센서(300)의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함한다. 이에 따라, 피닝층(316) 및 피닝층(336) 각각의 피닝은 MR 센서(300)의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함한다. 사실상, AFM층(318)은 센서 스택(306)의 피닝층(336) 및 하부 차폐(302)의 피닝층(316) 각각을 안정화하기 위해 사용된다. 이에 따라, 사실상, 센서 스택(306)의 피닝층(336)은 하부 차폐(302)에 자기적으로 결합된다.

AFM층(318), SAF 기준층(312), 및 SAF 피닝층(316)은 SSS에 기여하지 않기 때문에, 하부 차폐(302) 내 AFM층(318)은 AFM층을 안에 갖는 종래 기술의 센서 스택 내 AFM층보다 두껍게 할 수 있다. 하부 차폐(302)은 센서 스택(306) 전에 제조되기 때문에, 하부 차폐(302)는 AFM 분산(dispersion) 및 안정성을 개선하기 위해 더 높은 온도에서 어닐링될 수 있다. 또한, 하부 차폐(302) 내 AFM 그레인(grain) 역전의 악영향은 하부 차폐(302)의 자기층들이 센서 스택(306) 내 SAF 층들보다 실질적으로 두껍기 때문에 센서 스택(306) 내 AFM 그레인 역전의 영향에 비해 강하게 약화된다. 결국, AFM층(318)과의 계면에서 비롯되는 강자성층 자화의 임의의 교란은 하부 차폐(302)의 두께 전체에 걸쳐, 구체적으로 SAF 층들(312, 316)의 두께를 통해, 효과적으로 억제되며 센서가 판독해낸 신호를 왜곡하게 전파하지 않는다. 또한, SAF 구조를 포함하는 하부 차폐를 제공하는 것은 SAF 구조없이 하부 차폐를 갖는 MR 센서들에 비해 포유 자계들이 있는 중에도 MR 센서(300)의 안정성을 증가시킨다. 또한, 하부 차폐 내 AFM층의 도입 및 센서 스택으로부터 AFM층의 제거는 센서 스택의 평이성을 개선한다. 결국, 더 높은 레벨의 데이터 전송을 할 수 있는 저 저항 MR 센서들이 가능하다.

도 3은 하부 차폐 내 SAF 구조의 RL(312)의 자화가 하부 차폐 내 SAF 구조의 PL(316)의 자화에 반대되는 것을 도시한다. 한편, 센서 스택의 PL(336)의 자화는 RL(312)의 자화에 평행하다. 센서 스택의 RL(334)의 자화는 센서 스택의 PL(336)의 자화에 반대된다. 센서 스택의 FL(332)는 ABS에 평행한 자화를 갖게 측방 차폐들(324, 326)에 의해 바이어스된다. 도 3에 도시된 바와 같은 여러 층들의 자화의 방향은 센서의 ABS 부근에 있음에 유의한다. 구체적으로, ABS 부근에서 여러 층들의 자화들은 ABS(아래 도 6 참조)에 평행한 구성요소를 갖는다.

MR 센서(300)의 일 구현에서, SAF 기준층(312) 및 SAF 피닝층(316)의 두께는 PW50에 개선을 유지하면서도 MR 센서의 요망되는 안정성이 달성되게 선택된다. 구체적으로, SAF 기준층(312) 및 SAF 피닝층(316)의 두께는 SAF 기준층(312) 및 SAF 피닝층(316)에서 사용되는 물질의 자기 모멘트에 따른다. 예를 들면, 퍼멀로이 유형의 물질에 있어서, SAF 기준층(312) 및 SAF 피닝층(316)의 두께는 대략 10nm보다 클일 수 있다. 구현에서, 하부 차폐(302) 내 자기층들 각각은 5nm ~ 40nm의 범위 내 두께를 가질 수 있다.

도 4는 MR 센서(400)의 대안적 구현의 ABS를 도시한 것이다. 하부 차폐(402) 및 센서 스택(406)의 여러 구성요소들 각각은 MR 센서(300)의 하부 차폐(302) 및 센서 스택(306)의 관계된 요소들과 실질적으로 유사하다. MR 센서(400)는 MR 센서(300)가 센서 스택(306)의 자유층을 바이어스하기 위해 측방 차폐들(324, 326)을 채용하는 반면 MR 센서(400)가 센서 스택(406)의 자유층을 바이어스하기 위해 영구 자석들(424, 426)을 채용하는 점에서 도 3에 개시된 MR 센서(300)와는 다르다.

도 5는 MR 센서(500)의 대안적 구현의 ABS를 도시한 것이다. 상부 차폐(504) 및 센서 스택(506)의 여러 구성요소들 각각은 MR 센서(300)의 상부 차폐(304) 및 센서 스택(306)의 관계된 요소들과 실질적으로 유사하다. MR 센서(500)는 MR 센서(300)의 하부 차폐(302)가 센서 스택(306)과 직접 접촉하는 반면, MR 센서(500)의 하부 차폐(502)가 비-자기층(510)에 의해 센서 스택(506)으로부터 분리되는 점에서 도 3에 개시된 MR 센서(300)와는 다르다. 결국, 센서 스택(506)의 피닝층(536)은 AFM 안정화 하부 차폐(502)에 직접 결합함으로써 안정화되지 않는다. 한편, 센서 스택(506)의 피닝층(536)은 AFM 안정화 하부 차폐(502)와 센서 스택(506)의 피닝층(536) 간에 비-자기층(510)에 의해 제공된 강한 비-직접적인 직교 결합에 의해 안정화된다. 센서(500)에서, SAF 기준층(512)의 자기 방위는 센서(500)의 ABS에 직교한 구성요소를 갖기보다는 센서(500)의 ABS를 따라 지향될 수 있다. 이러한 바이어싱 수법은 MR 센서 극성 역전들을 방지한다.

도 6은 하부 차폐의 SAF 구조의 PL(AFM층에 의해 피닝된), 하부 차폐의 SAF 구조의 RL(하부 차폐의 PL에 반강자성적으로 결합된), 센서 스택의 PL(하부 차폐의 SAF 구조의 RL과 직접 접촉하는), 및 센서 스택의 RL(센서 스택의 PL에 반강자성적으로 결합된), 및 정지(quiescent) 상태에서 센서 스택의 ABS에 평행한 방위로 놓여지는 센서 스택의 FL을 포함하여, 본원에 개시된 MR 센서의 여러 자기층들의 자화 맵(600)을 도시한 것이다. 구체적으로, 자화 맵(600)은 SAF 기준층(602) 및 SAF 피닝층(604) 내 자기 방위들을 보여준다. 이 예에서, SAF 피닝층(604)의 피닝 방향(610)은 ABS의 평면에 평행한 구성요소를 갖는다. 또한, ABS에 가까운 영역에서 형상 이방성은 자화(610)가 ABS에 평행한 방향으로 더욱 모아지게 한다. 자화들(610, 612)은 SAF 피닝층(604)과 SAF 기준층(602) 간에 반강자성 RKKY 결합 때문에 본질적으로 서로 반평행이다.

도 6의 예시적 구현은 자유층(624)이 다른 자기층들보다 짧은 스트라이프를 갖는 센서에 대한 자화 구성요소들을 도시한 것인데, 그러나 대안적 구현들에서 자유층 및 다른 층들의 크기의 관계는 다를 수 있다. 또한, 도 6은 센서 스택의 센서 피닝층(620), 센서 스택의 센서 기준층(622), 및 센서 스택의 자유층(624) 내 자화 구성요소들을 도시한다. ABS 평면에서, 자화 방향이 ABS와 만드는 각도는 ABS에서 떨어진 지역에서의 각도보다 작다. 센서 피닝층(620) 내 자화 방향과 센서 기준층(622) 내 자화 방향은 사실상 실질적으로 서로 반평행이다. 측방 차폐 또는 영구 자석들에 의해 설정될 수 있는 자유층(624)의 자화 방향은 ABS에 평행하다.

도 6에서, SAF 피닝층(604)의 자화는 ABS에서 좌측으로 굽어지는데, 그러나 대안적 구현(여기엔 도시되지 않음)에서, ABS에서 자화들은 우측으로 굽어질 수 있다. SAF 피닝층(604)의 피닝 방향이 ABS에 직교한다면, 자화들은 어느 한 방향의 방위로 놓여질 수 있고 심지어 두 상태들 간에 역전할 수 있다. ABS 지역에서 SAF 피닝층 자화의 이 역전은 센서 수행을 저하시킬 것이다. 더 나은 진폭 및 분해도를 위해서, RL의 자화는 FL의 자화와 예각이 아니라 둔각을 만들어야 한다. 그러므로, 일 구현에서, 센서 스택의 RL의 자화와 FL의 자화 사이에 각도는 90도(도 6에 도시된 바와 같이)에서 먼 각도에서 어닐링하거나 요망되는 경사진 방위를 얻기 위해 후속 어닐링들을 수행함으로써 둔각이 되게 한다.

도 7은 MR 센서의 구현을 위해 센서 스택의 자유층(FL)의 자기 방위에 관하여 센서 스택의 RL의 바람직한 자기 방위를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 7은 센서 스택의 RL의 자기 방위(702)와 FL의 자기 방위(704) 간에 각도가 둔각이어야 함을 도시한다. FL의 자기 방위(704)는 측방 차폐들 또는 영구 자석들(PM)에 의해 결정되고 센서의 ABS와 평행하다. 한편, 센서 스택의 RL의 자기 방위(702)는 센서의 ABS에 직교하는 방향(706)으로부터 어떤 각도에서 하부 차폐 어닐링을 수행함으로써 달성될 수 있다. 하부 차폐 어닐링은 AFM과 접촉하는 SAF 구조 내 층의 이 피닝 자계를 결정하는데, 이것은 하부 차폐의 RL의 자화들, 센서 스택의 PL의 자화, 따라서 센서 스택의 RL의 자화에 영향을 미친다. 구체적으로, 하부 차폐 어닐링은 센서 스택의 RL의 자기 방위(702)와 FL 사이에 각도(710)가 둔각이 되게 수행된다.

센서 스택의 RL의 자기 방위(702) 및 FL의 자기 방위(704)는 각도(710)가 정지 상태에서 둔각이라면 자기 매체가 있는 가운데 서로 반대되는 방향들로 회전하는 경향이 있다. 이것은 MR 센서 진폭을 최대화하며 그러므로 자기 매체로부터 수신된 신호를 최대화한다.

도 8은 예시적 MR 센서의 PW50 수행과 하부 차폐 내 SAF 구조의 자기층들의 두께들 간에 관계의 그래프(800)를 도시한 것이다. 그래프(800)는 퍼멀로이 물질들로 만들어지는 SAF 구조 층들에 대한 모델화에 기초한다. 그래프(800)는 AFM 안정화 하부 차폐 내 피닝 자계의 상이한 방위에서(예를 들면, 90도 SAF 피닝 각도는 피닝 자계 방위가 ABS에 직교함을 의미한다) AFM 안정화 하부 차폐 내 피닝층의 두께와 기준층의 두께에 판독기 분해도의 의존성을 보여준다. 그래프(800)는 판독기의 분해도를 최적화하기 위해 조율될 수 있는 판독기의 파라미터들을 도시한다.

구체적으로, 선들(804, 806, 808) 각각은 SAF 기준층 및 SAF 피닝층의 주어진 두께 -이들 층들의 두께는 일정하다- 에 대해 여러 SAF 피닝 각도들에 있어서 PW50을 나타낸다. 선(802)은 AFM층이 하부 차폐 내가 아니라 센서 스택 내에 탑재되는 기선 경우를 나타낸다. 차이들(810, 820, 등)에 있어서, 하부 차폐 내 주어진 두께의 SAF 구조(SAF 기준층 및 SAF 피닝층을 포함하는)를 제공한 결과로서 PW50에 감소가 달성되었음을 나타낸다. 그래프(800)는 판독기 분해도와 하부 차폐 내 PL 및 RL의 두께 -PL 및 RL의 두께는 실질적으로 동일하다- 간에 여러 가지 관계들을 보여준다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하부 차폐의 두께가 증가함에 따라, PW50 이득은 증가한다. 또한, 선들(804, 806, 808) 각각에 있어서, PW50는 기선 경우에 비해 임의의 주어진 피닝 각도에 대해 낮으며, 이에 따라 경우들 각각에서 실질적으로 더 나은 분해도를 보여준다. 결국, 하부 차폐 내 층들의 두께는 PW50과 MR 센서의 분해도를 제어하기 위한 추가적인 파라미터를 제공한다.

도 9는 예시적 MR 센서의 PW50 수행과 MR 센서의 파라미터 간에 대안적 관계의 그래프(900)를 도시한 것이다. 구체적으로, 그래프(900)는 하부 차폐 내 SAF를 형성하는 2개의 층들 간에 교환 결합의 강도의 함수로서 PW50를 보여준다. 구체적으로, 약한 교환 결합은 PW50가 낮아지게 한다. 그러나, 교환 결합이 약해짐에 따라, 상부 SAF 층에 의해 제공되는 안정성 또한 감소한다. 이에 따라, 교환 결합의 강도는 PW50와 안정성 간에 절충을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 그래프(900)는 판독기의 파라미터로서, 판독기의 분해도를 최적화하기 위해 조율될 수 있는, 하부 차폐 내 SAF 구조 내 층들 간에 교환 결합의 강도를 보여준다.

도 10은 본원에 개시된 MR 센서의 제조를 위한 예시적 동작들(1000)을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 10에 개시된 동작들은 센서 스택에 근접하여 상부층을 가진 SAF 구조를 포함하는 AFM 안정화 하부 차폐를 가진 MR 센서의 제조를 위해 사용될 수 있다. 동작(1002)은 탄탈륨층과 같은 시드층을 형성하며, 동작(1004)은 시드층 상에 IrMn층과 같은 AFM층을 형성한다. 이어서, 동작(1006)에서, AFM층 상에 강자성 피닝층이 형성되거나, AFM층 상에 하부 차폐의 SAF 구조가 형성된다. SAF층의 두께는 하부 차폐에 AFM층을 포함함으로써 얻어지는 PW50에 이득들이 MR 센서의 안정성이 상실되지 않게 균형이 이루어지는 것을 보증하기 위해서 선택될 수 있다. 구체적으로, SAF층들의 두께를 감소시키는 것은 MR 센서의 안정성을 감소시킨다. 또한, 본원에 개시된 MR 센서의 일부 구현들에서, 상부 SAF 층을 피닝층으로부터 분리하는 얇은 비-자기층의 두께는 상부 SAF층과 센서 스택의 PL 간에 교환을 제어하기 위해 결정된다.

이어서, 동작(1008)은 하부 차폐 내 강자성층(SAF 구조의 피닝층)의 자기 방위를 설정하기 위해 하부 차폐를 어닐링한다. 일 구현에서, 동작(1008)은 하부 차폐 내 강자성층의 피닝 자계 방향이 MR 센서의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함하게 하부 차폐를 어닐링한다. 대안적으로, 동작(1008)은 하부 차폐 내 AFM층의 자기 방위에 영향을 미칠 수 있는 임의의 후속되는 어닐링 동작을 감안하기 위해 하부 차폐를 어닐링한다. 동작들(1012, 1014)은 하부 차폐 상에 센서 스택을 형성한다. 구체적으로, 동작(1012)은 센서 스택 피닝층, 비-자기 층, 및 센서 스택 기준층을 형성하며, 동작(1014)은 장벽층, 자유층 및 캡층을 형성한다. 이어서, 동작(1016)은 상부 차폐층을 형성한다.

위에 명세, 예들, 및 데이터는 발명의 예시적 실시예들의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 발명의 많은 실시예들은 발명의 정신 및 범위 내에서 행해질 수 있기 때문에, 발명은 이하 첨부된 청구항들에 있다. 또한, 서로 다른 실시예들의 구조적 특징들은 인용된 청구항들 내에서 또 다른 실시예에서 결합될 수 있다.

Claims

자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치로서,
제 1 층을 포함하는 센서 스택(stack); 및
상기 제 1 층에 근접한 AFM 안정화 하부 차폐를 포함하고, 상기 AFM 안정화 하부 차폐는 상기 제 1 층에 자기적으로 결합되고,
상기 AFM 안정화 하부 차폐는,
상기 센서 스택의 상기 제 1 층에 근접한 SAF 구조의 상부층; 및
상기 SAF 구조의 피닝층을 더 포함하며,
상기 SAF 구조의 상기 피닝층의 피닝 방향은 상기 장치의 공기-베어링 표면(ABS)에 직교하는 구성요소를 포함하는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 SAF 구조의 상기 상부층은 비-자기층을 사용하여 상기 SAF 구조의 상기 피닝층으로부터 분리되는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 센서 스택의 상기 제 1 층의 상기 피닝 방향은 상기 장치의 공기-베어링 표면(ABS)에 직교하는 구성요소를 포함하는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 층과 상기 AFM 안정화 하부 차폐 사이에 비-자기 층을 더 포함하는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 센서 스택은 상기 장치의 ABS에 평행한 자기 방위를 가진 자유층을 더 포함하는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 자유층은 영구 자석들 및 측방 차폐들 중 적어도 하나에 의해 바이어스되는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
청구항 7에 있어서, 정지(quiescent) 상태에서, 상기 장치의 상기 ABS에 근접한 상기 센서 스택의 기준층의 자기 방위의 방향은 상기 자유층의 상기 자기 방위에 관하여 둔각을 형성하는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 AFM 안정화 하부 차폐는,
상기 센서 스택에 근접한 SAF 구조의 상부층으로서, 상기 SAF 구조의 상기 상부층 내 자기 방위는 상기 ABS에 평행한 상기 ABS에 가까운 제 1 구성요소를 포함하는 것인, 상기 상부층, 및
상기 SAF 구조의 피닝층으로서, 상기 SAF 구조의 상기 피닝층 내 자기 방위는 상기 ABS에 평행한 제 2 구성요소를 포함하는 것인, 상기 피닝층을 더 포함하며, 상기 제 1 구성요소 및 상기 제 2 구성요소는 서로 실질적으로 반평행한, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 층의 자기 방위는 상기 센서 스택의 기준층의 자기 방위에 실질적으로 반평행한, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
자기저항 센서에 있어서,
센서 피닝층, 센서 기준층, 및 센서 자유층을 포함하는 센서 스택; 및
하부 차폐를 포함하며,
상기 하부 차폐는 하부 차폐 AFM층 및 하부 차폐 피닝층을 포함하고, 상기 하부 차폐 AFM층은 상기 하부 차폐 피닝층을 안정화하는 것이고,
상기 하부 차폐는 상기 센서 스택에 근접한 SAF 구조의 상부층을 더 포함하며,
상기 하부 차폐 피닝층의 피닝 방향은 상기 자기저항 센서의 ABS에 직교하는 구성요소를 포함하는,
자기저항 센서.
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청구항 13에 있어서, SAF 구조의 상기 상부층의 자화 방향은 상기 자기저항 센서의 ABS에 직교하고 상기 하부 차폐 피닝층의 상기 자화 방향에 반평행한 구성요소를 포함하는, 자기저항 센서.
청구항 13에 있어서, 상기 센서 스택과 상기 하부 차폐 사이에 비-자기 물질층을 더 포함하는, 자기저항 센서.
청구항 13에 있어서, 상기 센서 스택의 상기 자유층은 측방 차폐들 및 영구 자석들 중 적어도 하나를 사용하여 바이어스되고, 상기 자유층의 자기 방위는 상기 자기저항 센서의 상기 ABS에 실질적으로 평행한, 자기저항 센서.
자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치로서,
자기저항 센서의 하부 차폐 ― 상기 하부 차폐는 상기 하부 차폐 내 AFM층을 사용하여 안정화되며, 상기 AFM층은 하부 차폐 피닝층 내에 자기 방위를 발생시키며, 상기 자기 방위는 상기 자기저항 센서의 ABS에 직교하는 구성요소를 가짐 ―; 및
센서 스택을 포함하고,
상기 센서 스택은 상기 하부 차폐 피닝층에 자기적으로 결합되는 센서 피닝층을 포함하며,
상기 센서 피닝층의 자기 방위는 상기 자기저항 센서의 ABS에 직교하는 구성요소를 갖는, 자기 매체들로부터 데이터를 판독하기 위한 장치.
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