KR101763741B1 - 합성 반강자성 판독기 - Google Patents

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타라스 그리고리에비치 포크힐
모함매드 샤리아 울라 파트와리
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시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

본원에 개시된 구현들은 합성 반강자성 판독기 구조물을 포함하는 장치를 제공하고, 여기서 피닝된 층의 총 모멘트는 기준 층의 총 모멘트보다 실질상 더 크다. 일 구현에서, 피닝된 층의 피닝 강도는 실질상 감소된다.

Description

합성 반강자성 판독기{SYNTHETIC ANTIFERROMAGNETIC READER}
본 발명은 합성 반강자성 판독기에 관한 것이다.
전자 데이터 스토리지 디바이스들에서, 자기 하드 디스크(disc) 드라이브들은 자기 레코딩 헤드들을 포함하고, 상기 자기 레코딩 헤드들은 유형의 자기 스토리지 미디어에 인코딩된 데이터를 판독 및 기록한다. 자기 레코딩 헤드들은 자기저항을 나타내는 박막 다층 구조물을 포함할 수 있다. 자기 스토리지 미디어의 표면으로부터 검출되는 자속은, 자기 레코딩 헤드 내의 자기저항(MR) 센서 내의 감지 층 또는 층들의 자화 벡터의 회전을 유발하고, 이는 차례로 MR 센서의 전기 저항력의 변화를 유발한다. MR 센서의 저항력의 변화는, MR 센서를 통해 전류를 통과시키고 MR 센서 양단의 전압의 결과적 변화를 측정함으로써 검출될 수 있다. 관련 회로는, 측정된 전압 변화 정보를 적절한 포맷으로 변환시킬 수 있고, 자기 스토리지 미디어 상에 인코딩된 데이터를 복원시키기 위해, 상기 정보를 조작할 수 있다.
본원에 개시되는 구현들은 합성 반강자성 구조물을 포함하는 장치를 제공하고, 여기서 피닝(pinning)된 층의 총 모멘트는 기준 층의 총 모멘트보다 실질상 더 크다. 일 구현에서, 피닝된 층의 피닝 강도는 실질상 감소된다.
본 요약은, 개념들의 선택을 단순화된 형태로 도입하기 위해 제공되며, 이러한 개념들은 아래에 상세한 설명에서 추가로 설명된다. 본 요약은 청구되는 발명의 요지의 핵심적 특징들 또는 필수적 특징들을 식별하려고 의도되지도, 청구되는 발명의 요지의 범위를 제한하는데 사용되려고 의도되지도 않는다. 청구되는 발명의 요지의 다른 특징들, 세부사항들, 활용들, 및 장점들은, 첨부된 도면들에서 추가로 예시되고 첨부된 청구항들에서 정의된 바와 같은 구현들 그리고 다양한 구현들의 하기의 더욱 구체적으로 쓰여진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본원에 개시된 판독기를 포함하는 예시적 디스크(disk) 드라이브 어셈블리의 평면도를 예시한다.
도 2는 판독기에서의 자화 및 자화 회전의 예시적 3-차원 도면을 예시한다.
도 3은 미디어 트랜지션(media transition)의 다운트랙 리드백(downtrack readback) 동안, 도 2의 판독기의 자유 층 각도 도함수(angle derivative)의 예시적 그래픽 묘사를 예시한다.
도 4는 미디어 트랜지션의 다운트랙 리드백 동안, 도 2의 판독기의 기준 층 각도 도함수의 예시적 그래픽 묘사를 예시한다.
도 5는 미디어 트랜지션의 다운트랙 리드백 동안, 예시적 판독기의 신호 도함수의 그래픽 묘사를 예시한다.
도 6은 상이한 SAF 비율들을 갖는 판독기에 대한 PW50 대 SAF 피닝의 예시적 그래픽 묘사를 예시한다.
자기 스토리지 미디어로부터 데이터를 판독하기 위해 높은 데이터 밀도들 및 민감한 센서들에 대한 요구가 증가하고 있다. 자기 스토리지 미디어 상의 데이터 밀도들이 증가하기 때문에, 증가된 감도를 갖는 자이언트 자기저항(GMR:Giant Magnetoresistive) 센서들은 두 개의 소프트 자기 층들로 구성되고, 상기 두 개의 소프트 자기 층들은 얇은 전도성의 비-자기 스페이서 층, 예컨대 구리에 의해 분리된다. 터널 자기저항(TMR:Tunnel Magnetoresistive) 센서들은 GMR에 대한 확장을 제공하고, 여기서 전자들은 얇은 절연 터널 장벽을 가로질러 자기 층들에 직각으로 배향된 각자의 스핀들에 따라 이동한다.
TMR 센서에서는, 상단 차폐부와 바닥 차폐부 사이에 센서 스택이 포지셔닝될 수 있다. 차폐부들은 원치 않는 전자기 간섭으로부터 센서 스택을 격리시키고, 그렇지만, 센서 스택이 센서 바로 밑의 데이터 비트의 자기장들에 의해 영향받도록 허용한다.
자기저항(MR) 센서("판독 센서"로도 지칭됨)의 일 구현에서, 센서 스택은 시드 층, 반강자성(AFM:antiferromagnetic) 층, 합성 반강자성(SAF:synthetic antiferromagnetic) 구조물, 터널링 장벽 층, 자유 층(FL:free layer), 및 캡핑 층을 포함할 수 있다. SAF 구조물은 다수의 얇은 강자성 층들로 구성될 수 있고, 하나 또는 그 초과의 층 쌍들이 얇은 비자기 층에 의해 분리된다. 예컨대, SAF 구조물은 피닝된 층(PL:pinned layer), 커플링 스페이서 층, 및 기준 층(RL:reference layer)을 포함할 수 있다. 커플링 스페이서 층은 루테늄과 같은 재료로 만들어질 수 있다. PL은 회전이 금지된 제1 소프트 자기 층이다. SAF 구조물의 일 측에, SAF 구조물의 PL이 회전하지 못하도록, SAF 구조물의 PL에 인접하게 AFM 층이 포지셔닝될 수 있다. SAF 구조물의 다른 일 측에, RL에 가까이 FL(외부 필드에 응답하여 자유롭게 회전하는 제2 소프트 층)이 포지셔닝될 수 있다.
일 구현에서, PL의 자화 모멘트가 센서 스택의 에어-베어링 표면(ABS:air-bearing surface)에 직각이 되도록, PL이 피닝된다. 유사하게, RL의 자화 모멘트가 또한 ABS에 직각이 되도록, RL이 피닝된다. 그러나, RL 및 PL의 자화 방향은 반대이거나, 또는 서로 180도 떨어져 있다.
다른 한편으로, FL의 자화 모멘트가 PL 및 RL의 피닝으로부터 실질상 90도로 있도록, FL이 바이어싱(biasing)된다. 다시 말해, FL의 자화 방향은 ABS의 표면과 평행하다. 구체적으로, FL의 자화 방향은 일반적으로 ABS의 표면과 평행하고, 자화된 미디어 위에서 MR 센서의 움직임에 직각 방향에서 크로스-트랙 방향으로 있다. RL의 자기 모멘트 방향 및 FL의 자기 모멘트 방향은, 레코딩 매체로부터의 자기장의 변화 동안 반대 방향들로 회전한다. 구체적으로, MR 센서의 동작 동안, MR 센서는, 포지티브 필드로부터 네거티브 필드까지, 레코딩 매체로부터의 자기장들의 범위에 노출된다. 필드가 변하기 때문에, 스택의 다양한 자기 층들의 자기 모멘트들의 방향이 회전하고, 그에 따라 신호가 생성된다.
MR 센서가 자기 레코딩 미디어의 표면 상에서 움직이기 때문에, PL의 피닝은 일반적으로, MR 센서의 ABS에 실질상 90도에 가깝게 유지된다. 그러나, 자기 레코딩 미디어의 자화에 따라, FL의 자화가 변하고, 그에 따라 RL의 자화와 FL의 자화 사이의 각도가 변경되며, 이는 레코딩 미디어에 의해 생성된 터널링 자기저항에 비례하는 신호를 생성한다.
MR 센서를 적절하게 동작시키기 위해, MR 센서는 에지 도메인(edge domain)들의 형성에 대비하여 안정화되어야 하는데, 그 이유는 도메인 벽 모션들이 데이터 복원(recovery)을 어렵게 만드는 전기 잡음을 야기하기 때문이다. 안정화를 획득하기 위한 하나의 방법은 바이어싱 구조물, 예컨대 높은 항전계(coercive field)를 갖는 영구 자석(PM:permanent magnet)들(즉, 하드 자석들)을 크로스-트랙 방향을 따라서 MR 센서의 각각의 면(side)에 포지셔닝시킴으로써 이루어진다. PM으로부터의 필드는 센서를 안정화시키고, 에지 도메인 형성을 막으며, 그리고 적절한 바이어스를 제공한다. 예컨대, PM들이 RL 및 PL의 피닝을 반대 방향으로 푸쉬하도록, PM들 사이에 MR 센서가 포지셔닝된다.
위에서 개시된 바와 같이 MR 센서에 AFM/SAF 구조물을 사용하는 것은, 판독기의 차폐부-대-차폐부 간격(SSS:shield-to-shield spacing)을 증가시킨다. 레코딩 시스템의 신호-대-잡음비(SNR:signal-to-noise ratio)를 결정하는 MR 센서들의 펄스 폭 변동들(PW50)이 헤더의 SSS에 따라 좌우되기 때문에, 더 낮은 SSS를 달성하는 것은 더 낮은 PW50 및 증가된 SNR을 야기한다. 그러나, SSS를 감소시킴으로써 SNR을 감소시키기 위한 방법들은 대체로 남김없이 논의되었다. 본원에 개시되는 구현들은 MR 센서의 SNR을 증가시키기 위한 대안적 방법들을 제공한다. 구체적으로, 본원에 개시되는 구현들은 SAF 구조물을 포함하는 MR 센서를 제공하고, 여기서 피닝된 층의 모멘트는 기준 층의 모멘트보다 더 크다. 설명된 설계의 결과로서, SAF는 PL에 유리하게 크게 언밸런싱된다. 게다가, 피닝 강도가 실질상 약화되어, 리드백 동안 PL 자화 회전이 실질상 허용된다.
리드백 동작 동안 컴파지트(composite) SAF 구조물 모멘트의 가능한 한 적은 움직임을 가능케 하기 위해, SAF 구조물의 자기 모멘트들은 밸런싱될 수 있다. 이러한 구현에서, SAF 구조물의 PL 및 RL의 자기 모멘트 두께(MrT)(강자성 재료의 단위 볼륨당 자기 모멘트(Mr)와 상기 강자성 재료의 물리적 두께(T)의 곱(product)임)에 의해 제공되는 바와 같은 총 모멘트는 실질상 동일하거나 또는 유사하고, 그리고 PL 및 RL의 자기 모멘트들의 방향은 실질상 서로 반대이다. 그 결과, 리드백 동작 동안 PL 및 RL의 자기 모멘트들에 적용되는 토크들이 서로를 소거시키고, 이는 실질상 0에 가까운, 토크의 전체적으로 원하는 값을 야기한다.
개시된 구현들에서, SAF 구조물은 PL에 유리하게 언밸런싱되고, 여기서 PL의 자기 모멘트는 RL의 자기 모멘트보다 실질상 더 크다. SAF가 PL에 유리하게 언밸런싱될 때, PL의 MrT가 증가되고, 그리고 그 결과 미디어 필드의 존재시 PL의 자기 토크는 미디어 필드의 존재시 RL의 자기 토크보다 더 크다. MrT가 자기 모멘트와 두께의 곱이기 때문에, PL의 자기 모멘트 또는 두께 중 어느 한 쪽을 변경시킴으로써, SAF 구조물은 언밸런싱될 수 있다. 따라서, 일 구현에서, SAF 구조물을 언밸런싱하기 위해 PL의 자기 모멘트가 RL의 모멘트에 비해 증가될 수 있다. 다른 구현에서, SAF 구조물을 언밸런싱하기 위해 PL의 두께가 RL의 두께에 비해 증가될 수 있다.
본원에 개시된 SAF 구조물의 대안적 구현에서, 미디어 필드의 존재시 증가된 SAF 회전을 달성하기 위하여, PL의 피닝 강도가 실질상 감소된다. RL은 PL에 커플링되고, 그 결과, PL의 피닝 강도가 감소될 때, PL의 감소된 피닝 강도의 결과로서, 제공된 미디어 필드 강도가 RL을 더 많이 회전시킬 수 있다. SAF 구조물의 언밸런싱 및/또는 감소된 피닝 강도의 결과로서, 펄스 폭(PW50)이 감소된다. 따라서, 본원에 개시된 구현들은, MR 센서의 SSS를 감소시키지 않고, 레코딩 시스템에 대해 PW50을 감소시키는 것 그리고 SNR을 증가시키는 것을 허용한다. 또 다른 구현에서, 언밸런싱된 SAF 구조물에 부가하여 PL의 피닝 강도 둘 다가 실질상 감소된다. 또 다른 대안적 구현에서, 언밸런싱된 SAF 구조물에 부가하여 PL의 피닝 강도 둘 다가 실질상 감소된다.
MrT의 언밸런스는 SAF 비율(SAF_R) = PL의 MrT/RL의 MrT에 의해 정량화된다. 일반적으로, SAF_R이 대략 1.0에 가깝게 되도록, SAF 구조물이 밸런싱된다. SAF_R이 1.0 주위에서 다소 변할 수 있지만, 1.1을 초과하는 SAF_R을 갖는 SAF 구조물들은 실질상 언밸런싱되는 것으로 여겨진다. 예컨대, SAF_R이 2라면, PL의 MrT는 RL의 MrT의 양의 두 배이고, 그래서 SAF 구조물의 피닝 층의 총 모멘트(MrT)는 이러한 SAF 구조물의 기준 층의 총 모멘트(MrT)보다 실질상 더 크다.
일 구현에서, SAF_R은 0.85 - 1.0의 범위로부터 1.1에 있게 또는 1.1을 초과하게 증가될 수 있다. 피닝 층 및 기준 층의 두께들을 유사하게 유지하는 동시에, 피닝 층의 자기 모멘트(Mr) 및 기준 층의 자기 모멘트(Mr)의 비율을 1.1을 초과하게 증가시킴으로써, SAF_R은 1.1에 있게 또는 1.1을 초과하게 증가될 수 있다. 대안적 구현에서, 피닝 층 및 기준 층의 자기 모멘트들(Mr)을 유사하게 유지하는 동시에, 피닝 층의 두께 및 기준 층의 두께의 비율을 1.1을 초과하게 증가시킴으로써, SAF_R은 1.1에 있게 또는 1.1을 초과하게 증가될 수 있다. 또한, 구현에서 피닝 강도(erg/㎠ 단위로 측정됨)는 3 - 10배만큼 감소될 수 있다.
본원에 개시된 구현들은 다양한 상이한 타입들의 MR 센서들(예컨대, 이방성 자기저항(AMR) 센서들, TMR 센서들, GMR 센서들 등등)과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 논의된 구현들은, 래터럴 스핀 밸브(LSV:lateral spin valve), 스핀-홀 효과(SHE:spin-hall effect), 스핀 토크 오실레이션(STO:spin torque oscillation) 등등과 같은 새로운 물리적 현상들에 기초하는 새로운 MR 센서 설계들에 또한 적용 가능할 수 있다.
도 1은 예시적 디스크(disk) 드라이브 어셈블리(100)의 평면도를 예시한다. 예시적 디스크(disk) 드라이브 어셈블리(100)는 미디어 디스크(108) 위에 포지셔닝되는 작동기 아암(110)의 말단부(distal end) 상의 슬라이더(120)를 포함한다. 회전부(106)의 작동기 축을 중심으로 회전하는 회전식 보이스 코일 모터가, 데이터 트랙(예컨대, 데이터 트랙(140)) 상에 슬라이더(120)를 포지셔닝시키는데 사용되고, 회전부(111)의 디스크(disk) 축을 중심으로 회전하는 스핀들 모터가 미디어 디스크(disk)(108)를 회전시키는데 사용된다. 구체적으로 도면 A를 참조하면, 미디어 디스크(disk)(108)는 외부 지름(102)과 내부 지름(104)을 포함하고, 외부 지름(102)과 내부 지름(104) 사이에 다수의 데이터 트랙들이 있는데, 예컨대 원형의 점선들로 예시된 데이터 트랙(140)이 있다. 플렉스 케이블(130)은, 동작 동안 작동기 아암(110)의 피보탈(pivotal) 움직임을 허용하는 동시에, 슬라이더(120)를 위한 필수 전기 연결 경로들을 제공한다.
슬라이더(120)는, 다양한 기능들을 수행하는 다양한 층들을 갖는, 라미네이팅된 구조물이다. 슬라이더(120)는, 기록기 섹션(미도시), 그리고 미디어 디스크(disk)(108)에서 데이터를 판독하기 위한 하나 또는 그 초과의 MR 센서들을 포함한다. 도면 B는 예시적 MR 센서(130)의 측면을 예시하고, 상기 예시적 MR 센서(130)는 디스크(disk) 드라이브 어셈블리(100)가 사용중에 있을 때 미디어 디스크(disk)(108)의 ABS와 마주본다. 따라서, 도면 B에 도시된 MR 센서(130)는, 대략 도면 A에 도시된 슬라이더(120)에 동작가능하게 부착될 때 (예컨대, z-축을 중심으로) 약 180도만큼 회전될 수 있다.
MR 센서(130)는 미디어 디스크(disk)(108)로부터 데이터를 판독하기 위해 자기저항을 활용한다. MR 센서(130)의 정확한 성질이 폭넓게 변할 수 있지만, 현재-개시된 기술과 함께 활용될 수 있는 MR 센서의 일 예로서 TMR 센서가 설명된다.
MR 센서(130)는 상단 차폐부(114)와 바닥 차폐부(112) 사이에 포지셔닝된 센서 스택(132)을 포함한다. 상단 차폐부(114) 및 바닥 차폐부(112)는 전자기 간섭, 주로 z-방향(다운-트랙) 간섭으로부터 센서 스택(132)을 격리시키고, 그리고 프로세싱 전자장치들(미도시)에 연결된 전기 전도성의 제1 전기 리드 및 제2 전기 리드로서의 역할을 한다. 일 구현에서, 바닥 차폐부(112) 및 상단 차폐부(114)는, 다른 인접한 데이터 비트들의 자기장 간섭을 감소시키거나 또는 차단시키는 동시에, 센서 스택(132)이 MR 센서(130) 바로 밑의 데이터 비트의 자기장들에 의해 영향받도록 허용한다. 그러므로, 비트들의 물리적 크기가 계속 감소하기 때문에, 바닥 차폐부(112)와 상단 차폐부(114) 사이의 차폐부-대-차폐부 간격(SSS)이 또한 감소되어야 한다. SSS가 감소함에 따라, PW50도 또한 감소한다.
센서 스택(132)은 시드 층(138)을 포함할 수 있고, 상기 시드 층(138)은 센서 스택(132)의 다른 층들에서 원하는 입자 구조물을 개시한다. 또한, 센서 스택(132)은 AFM 층(116) 및 SAF 구조물(117)을 포함한다. SAF 구조물(117)은 피닝된 층(PL)(118), 커플링 스페이서 층(134), 및 기준 층(RL)(122)을 포함한다. PL(118)은 AFM 층(116)에 의해, 제공된 방향으로 바이어싱된 자기 배향을 갖는 소프트 자기 층이다. 커플링 스페이서 층(134)은 PL(118)에 인접하고, RL(122)로부터 PL(118)을 분리시킨다. RL(122)은, 함께 라미네이팅되고 커플링 스페이서 층(134)에 의해 PL(118)에 반-강자성으로 커플링된 적어도 두 개의 소프트 자기 층들을 포함한다. 이러한 커플링 때문에, RL(122) 및 PL(118)의 자기 모멘트들은 일반적으로 도 1의 평면에 수직으로 그리고 서로 역 평행하게 배향된다. 한편, 위의 설명 및 도 1에 기초할 때, 상기 SAF 구조물(117)은 피닝된 바닥 차폐부(112) 상에서 사용될 수 있다고 할 수 있다.
MR 센서(100)는 자유 층(FL)(124)을 더 포함하고, 상기 자유 층(FL)(124)은 관심대상 범위에서 적용된 자기장의 영향 하에서 회전하기에 자유로운 자기 모멘트를 갖는다. 다른 구현에 따라, FL(124)의 두 개 또는 그 초과의 소프트 자기 층들이 비정질 자기 재료의 얇은 층에 의해 함께 라미네이팅된다. 비정질 자기 재료는 소프트 자기 층들의 커플링 강도를 증가시키고, MR 센서(100)의 안정성을 개선시킨다.
터널링 장벽 층(126)이 FL 스택(124)으로부터 RL(122)을 분리시킨다. 터널링 장벽 층(126)은 RL(122)과 FL(124) 사이의 양자 기계적 전자 터널링(quantum mechanical electron tunneling)을 가능케 하기에 충분히 얇다. 전자 터널링은 전자-스핀 종속적이고, 이는 판독 헤드(130)의 자기 응답이 FL(124) 및 SAF 구조물(117)(즉, RL(122), PL(118), 및 커플링 스페이서 층(134)을 포함하는 구조물)의 상대 배향(relative orientation)들 및 스핀 편극(spin polarization)들의 함수가 되게 한다. SAF 구조물(117) 및 자유 층 스택(124)의 자기 모멘트들이 역 평행할 때, 최저 확률의 전자 터널링이 발생한다. 따라서, 적용된 자기장에 응답하여, 센서 스택(132)의 전기 저항은 변한다.
센서 스택(132)은 캡핑 층(128)을 더 포함한다. 캡핑 층(128)은 상단 차폐부(114)로부터 자유 층 스택(124)을 자기적으로 분리시킨다. 캡핑 층(128)은 여러 개별 층들(미도시)을 포함할 수 있다. 부가하여, 센서 스택(132)은 크로스-트랙 방향(x-축)을 따라서 센서 스택(132)의 양쪽에 있는 두 개의 영구 자석(PM)들(미도시) 사이에 위치될 수 있다.
미디어 디스크(disk)(108) 상의 데이터 비트들은, 도면의 부분 내로든지 또는 도면의 평면 밖으로든지, 도 1의 평면에 수직한 방향으로 자화된다. 따라서, MR 센서(130)가 데이터 비트 위를 통과할 때, 자유 층의 자기 모멘트가 도 1의 평면 내로든 또는 도 1의 평면 밖으로든 회전되어, MR 센서(130)의 전기 저항이 변한다. 그러므로, MR 센서(130)에 의해 감지되고 있는 비트의 값(예컨대, 1 또는 0 중 어느 한 쪽)은, AFM 층(116)에 커플링된 제1 전극으로부터 그리고 캡핑 층(128)에 커플링된 제2 전극으로 흐르는 전류에 기초하여 결정될 수 있다.
일 구현에 따라, SAF 구조물(117)의 PL(118)의 MrT는 SAF 구조물(117)의 RL(122)의 MrT보다 더 크다. 위에서 제공된 바와 같이, 개시된 설계의 결과로서, SAF는 PL(118)에 유리하게 크게 언밸런싱된다. 각각, RL(122)의 모멘트 또는 RL(122)의 두께와 비교하여, PL(118)의 모멘트를 증가시키거나 또는 PL(118)의 두께를 증가시킴으로써, PL(118)의 증가된 MrT가 달성될 수 있다. 또한, 미디어 필드의 존재시 상당한 SAF 회전을 달성하기 위하여, PL(118)의 피닝 강도가 또한 크게 감소될 수 있다. SAF 구조물(117)의 언밸런싱 및/또는 감소된 피닝 강도의 결과로서, MR 센서(130)의 펄스 폭 변동(PW50)이 감소되고, 이는 MR 센서(117)를 이용하는 레코딩 시스템에서 감소된 신호-대-잡음비(SNR)를 야기한다. 따라서, MR 센서(130)는, 센서 스택(117)의 SSS를 감소시키지 않고, 레코딩 시스템에 증가된 SNR을 제공한다.
도 2는 본원에 개시된 구현에서 판독기에서의 자화 및 자화 회전의 2-차원 도면(200)을 예시한다. 센서 스택에 있는 SAF 구조물의 PL 및 RL의 자화들은 실선 화살표들에 의해 예시되고, 상기 자화들의 회전은 점선 화살표들에 의해 예시된다. 구체적으로, RL의 자화는 202에 의해 예시되고, PL의 자화(202)는 204에 의해 개시되고, RL 자화의 회전은 206에 의해 예시되고, PL 자화(204)의 회전은 208에 의해 예시된다. 예시된 바와 같이, RL의 자화(202) 및 PL의 자화(204)는 실질상 서로 반대 방향으로 있다(비록 완전히 반대로 있거나 또는 180도로 있지 않더라도). 다른 한편으로, PL 자화(204) 및 RL 자화(202)로부터 FL 자화(218)가 실질상 90도로 있도록, 센서 구조물의 FL은 바이어싱된다. 미디어 필드(212)는 FL 자화(218)로 하여금 회전(220) 방향에 의해 예시된 바와 같이 회전하게 한다.
일 구현에서, SAF 구조물이 PL에 유리하게 언밸런싱되는 경우, PL 자화(204)는 RL 자화(202)와 비교할 때 더 큰 모멘트를 갖는다. 또한, 미디어 필드(212)의 존재시, PL 자화(204)가 방향(208)으로 더욱 자유롭게 회전하도록, PL의 피닝 강도는 감소된다. PL은 PL을 포함하는 SAF 구조물의 바닥에 있는 AFM 층에 의해 피닝된다.
SAF 구조물은 PM 필드(210)를 생성하는 PM들 사이에 크로스-트랙 방향을 따라서 위치될 수 있다. PM 필드(210)는, 도면의 평면에 평행하게 그리고 일반적으로 수평으로 배향되는 자기 모멘트를 이용하여 FL을 바이어싱한다. 이러한 바이어스는 FL 자화(218)가 드리프팅(drifting)하는 것을 막는다(이러한 드리프팅은 데이터에 잡음을 도입시킬 수 있다). PM 필드(210) 바이어스는 충분히 작지만, FL 자화(218)는 데이터 디스크(disc) 상에 저장된 데이터 비트의 적용된 미디어 필드(212)에 응답하여 변할 수 있다.
미디어 필드(212)는 반시계 방향으로 PL 자화(204)에 힘을 가하고, 시계 방향으로 RL 자화(202)에 힘을 가한다. 일 구현에서, SAF 구조물은 PL에 유리하게 크게 언밸런싱되고, PL의 피닝 강도는 실질상 감소된다. 예컨대, RL보다 더 두꺼운 PL을 제공함으로써, SAF 구조물은 언밸런싱될 수 있다. 그 결과, PL 자화(204) 및 RL 자화(202) 상의 유효한 결합된 토크는 반시계방향이다. 또한, 감소된 피닝 강도는, FL 자화(218)의 회전(220)과 동일한 방향으로, 그러나 위상 시프트가 이루어진 채로, 미디어 필드(212)의 존재시 RL 자화(202)의 증가된 회전을 야기한다.
센서 스택에 의해 형성된 데이터 신호는 RL 및 AFM에 걸쳐 생성된 펄스(RL 펄스) 그리고 FL 및 AFM에 걸쳐 생성된 펄스(FL 펄스)에 따라 좌우된다. SAF 및 FL의 상이한 다운트랙 위치의 결과로서, RL 펄스는 FL 펄스에 대하여 위상 시프팅되고, 그리고 데이터 필드의 형성시 RL 펄스는 주로 일 측에서 FL 펄스로부터 차감된다. 이는 RL 측에서 데이터 신호 펄스를 좁히는 것을 유도하고, 이는 감소된 PW50을 야기한다.
도 3은 본원에 개시된 바와 같은 언밸런싱된 SAF 구조물을 갖는 판독기에서, 다운-트랙 방향으로 판독기 포지션의 함수로서, FL 각도 도함수(즉, ΔFL 각도/Δ포지션)의 그래프(300)를 예시한다. 구체적으로, 그래프(300)는, 미디어가 판독기에 대하여 움직이고 있을 때, 미디어에 기록된 데이터 비트 위에서의 판독기의 단일 트랜지션 동안, 판독기의 포지션의 변화(㎚ 단위)의 함수로서, FL 각도 도함수의 변화를 예시한다. 판독기가 트랜지션을 가로지를 때, FL 자화의 포지션이 변하며, 이는 FL 자화의 각도에 의해 반영된다. FL 피크 포지션은, 판독기가 트랜지션을 가로지를 때, 대략 -57㎚에 점선 A로서 묘사되고, 이때 FL 자화 각도 도함수는 본 구현에서 대략 4.8도/5㎚로 있다.
도 4는 본원에 개시된 바와 같은 언밸런싱된 SAF 구조물을 갖는 판독기에서, 다운-트랙 방향으로 판독기 포지션의 함수로서, 판독기의 RL 각도 도함수들의 그래프(400)를 예시한다. 구체적으로, 그래프(400)는, 미디어가 판독기에 대하여 움직이고 있을 때, 미디어에 기록된 데이터 비트 위에서의 판독기의 단일 트랜지션 동안, 판독기의 포지션의 변화(㎚ 단위)의 함수로서, RL 각도 도함수의 변화를 예시한다. 그래프(400)는 다양한 상이한 피닝 강도들(1.1, 0.5, 0.2, 및 0.1 erg/㎠)에 대한 1.8의 SAF 비율(PL의 MrT/RL의 MrT)에 대해, 판독기의 포지션과 RL 각도 도함수 사이의 이러한 관계를 예시한다.
RL 자화의 움직임은 SAF 구조물의 피닝 강도에 따라 좌우되고, 이때 도 4에 예시된 바와 같이 더 낮은 피닝 강도가 곡선의 더 큰 움직임을 야기한다. 본원에 개시된 바와 같은, SAF 피닝 감소 및 PL에 유리한 SAF 리밸런싱은, RL 자화의 더 큰 움직임을 유도하고, 그러므로 미디어 필드의 존재시 RL 각도 도함수에 대한 더 높은 진폭을 유도한다. 도 4에 예시된 바와 같이, RL 자화의 움직임은 FL 자화의 방향으로 이루어진다.
신호 형성시, RL 펄스는 주로 일 측에서 FL 펄스에 대하여 시프팅된다. 그 결과, 신호 펄스는 RL 측에서 좁혀진다. RL 자화 각도 도함수의 최대치는 점선 B에 의해 도시된다. 점선 A는 최대 FL 자화 각도 도함수의 포지션이다. RL 펄스가 FL 펄스와 동일한 방향으로 움직이기 때문에, 이러한 설계는, 주로 RL 측에서, FL 자화와 RL 자화 사이의 상대 각도의 변화를 감소시킨다.
도 5는 본원에 개시된 바와 같은 언밸런싱된 SAF 구조물을 갖는 판독기에서, 다운-트랙 방향으로 판독기 포지션의 함수로서, 예시적 트랜지션 리드백 도함수들(일반적으로 FL-RL 각도 도함수들에 비례하는 펄스 형상들)의 그래프(500)를 예시한다. 그래프(500)는 다양한 상이한 피닝 강도들(1.1, 0.5, 0.2, 및 0.1 erg/㎠)에 대한 1.8의 SAF 비율(PL의 MrT/RL의 MrT)에 대해, 판독기의 포지션과 트랜지션 리드백 도함수들 사이의 이러한 관계를 예시한다. 예시된 바와 같이, PL에 유리하게 언밸런싱된 SAF 구조물을 갖는 판독기에서의 RL 자화 회전은 SAF 측에서 판독기 펄스를 좁히고, 이는 더 좁은 PW50을 야기한다.
도 6은 다양한 SAF 비율들(0.85, 1.2, 1.5, 및 1.8)에 대해, 본원에 개시된 바와 같은 언밸런싱된 SAF 구조물을 갖는 판독기에서의 PW50 대 SAF 피닝의 그래프(600)를 예시한다. 예시된 바와 같이, 더 낮은 피닝 강도들에 대해, 더 높은 SAF 비율을 갖는 판독기는 더 낮은 PW50을 야기한다. 예컨대, 1.8의 SAF 비율 및 0.2 erg/㎠보다 더 낮은 SAF 피닝 강도를 이용하면, PW50은 대략 22.5 - 23 ㎚만큼 낮다. 상기와 비교할 때, 1.2의 SAF 비율 및 유사한 피닝 강도를 이용하면, PW50은 대략 25 - 25.5㎚이다. 따라서, 증가된 SAF 비율을 갖는 개시된 구현들은 2 - 3 ㎚만큼 PW50을 감소시킬 수 있다. PW50의 이러한 감소는 대략 5 - 10 ㎚의 SSS의 감소와 동등하고, 이는 달성하기가 어려울 수 있다. 다시 말해, 1.1보다 실질상 더 큰 SAF 비율들의 값들(예컨대, 1.2, 1.5, 1.8 등등의 SAF 비율)에 대해, 개시된 구현들은 PW50의 상당한 감소를 제공한다.
위의 명세서, 예들, 및 데이터는 본 발명의 예시적 구현들의 사용 및 구조물의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명의 많은 구현들이 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명은 이하에 첨부된 청구항들에 있다. 또한, 인용된 청구항들로부터 벗어나지 않고, 상이한 구현들의 구조적 특징들이 또 다른 구현들에 결합될 수 있다. 위에서 설명된 구현들, 및 다른 구현들은 하기의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    합성 반강자성(SAF:synthetic antiferromagnetic) 구조물
    을 포함하고,
    상기 SAF 구조물 내 피닝(pinned)된 층의 총 모멘트(MrT) 및 상기 SAF 구조물 내 기준 층의 총 모멘트의 비율은 1.1보다 크고, 그리고 상기 피닝된 층은 0.9 erg/cm2보다 낮은 피닝강도를 가지는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 자기 모멘트(Mr)는 상기 기준 층의 자기 모멘트와 비교하여 더 크고, 상기 피닝된 층의 두께는 상기 기준 층의 두께와 동일한,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 두께는 상기 기준 층의 두께와 비교하여 더 두껍고, 상기 피닝된 층의 자기 모멘트는 상기 기준 층의 자기 모멘트와 동일한,
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 총 모멘트 및 상기 기준 층의 총 모멘트의 비율은 1.2보다 더 큰,
    장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물은 MR 센서의 센서 스택에서 사용되는,
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물은 피닝된 바닥 차폐부 상에서 사용되는,
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 자기 모멘트 및 상기 기준 층의 자기 모멘트의 비율은 1.2보다 더 크고, 상기 피닝된 층의 두께는 상기 기준 층의 두께와 동일한,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물의 피닝 강도는 0.5 erg/㎠보다 더 낮은,
    장치.
  10. 방법으로서,
    센서 스택의 합성 반강자성(SAF) 구조물 내에서 0.9 erg/cm2보다 낮은 피닝 강도를 가지는 피닝된 층의 총 모멘트 및 기준 층의 총 모멘트의 비율을 제어 ― 상기 비율은 1.1보다 높아지도록 증가됨 ― 함으로써, 상기 센서 스택의 펄스 폭 변동들(PW50)을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 총 모멘트 및 상기 기준 층의 총 모멘트의 비율이 1.2보다 더 높아지도록 증가되는,
    방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물의 피닝 강도를 0.9 erg/㎠ 미만으로 감소시키는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 총 모멘트 및 상기 기준 층의 총 모멘트의 상기 비율을 제어하는 단계는, 상기 기준 층의 모멘트와 비교하여 상기 피닝된 층의 상대 모멘트를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 피닝된 층의 총 모멘트 및 기준 층의 총 모멘트의 비율을 제어하는 단계는, 상기 기준 층의 두께와 비교하여 상기 피닝된 층의 상대 두께를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 방법으로서,
    0.9 erg/cm2보다 낮은 피닝 강도를 가지는 합성 반강자성(SAF) 구조물의 피닝된 층의 총 모멘트와 상기 합성 반강자성(SAF) 구조물의 기준 층의 총 모멘트의 비율이 1.1을 초과하게 하여 센서 스택의 합성 반강자성 구조물을 언밸런싱함으로써, 상기 센서 스택의 펄스 폭 변동들(PW50)을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물을 언밸런싱하는 것은, 기준 층의 총 모멘트와 비교하여 더 큰 총 모멘트를 갖도록, 피닝된 층에 유리하게 상기 SAF 구조물을 언밸런싱하는 것을 더 포함하는,
    방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물을 언밸런싱하는 것은 1.2를 초과하는 총 모멘트 비율을 갖도록 상기 SAF 구조물을 언밸런싱하는 것을 더 포함하는,
    방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 SAF 구조물을 언밸런싱하는 것은 상기 피닝된 층의 자기 모멘트 및 상기 기준 층의 자기 모멘트의 비율을 1.5를 초과하게 증가시키는 것을 더 포함하는,
    방법.
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