KR20140056109A - 니켈 합금을 포함하는 쉴드들을 갖는 자기 디바이스들 - Google Patents
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Abstract
자기저항 센서; 상부 쉴드; 및 하부 쉴드를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 자기저항 센서는 상부 쉴드와 하부 쉴드 사이에 위치되고, 하부 쉴드와 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeX를 포함하고, X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택된다.
Description
자기 트랜스듀서들(magnetic transducers)은 하부 쉴드와 상부 쉴드 사이에 위치된 판독기 스택을 포함할 수 있다. 이러한 디바이스들의 제조 동안, 쉴드들의 재료들은 판독기 스택과 동일한 프로세스들로 수행되어야 한다. 판독기 스택에 있어서의 진보는 종종, 더 높은 온도들에서의 어닐링을 포함하는 상이한 프로세싱 기법들을 요구할 수 있다. 따라서, 더 높은 온도들에서 어닐링할 수 있는 쉴드들이 바람직할 수 있다.
자기저항 센서(magnetoresistive sensor); 상부 쉴드; 및 하부 쉴드를 포함하는 디바이스들이 본원에 개시되며, 여기서 자기저항 센서는 상부 쉴드와 하부 쉴드 사이에 위치되고, 하부 쉴드와 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeX를 포함하고, X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택된다.
또한, 자기저항 센서; 상부 쉴드; 및 하부 쉴드를 포함하는 디바이스들이 개시되며, 여기서, 자기저항 센서는 상부 쉴드와 하부 쉴드 사이에 위치되고, 하부 쉴드와 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeX를 포함하고, X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택되고, 적어도 하부 쉴드 및 자기저항 센서는 적어도 약 350℃의 온도로 어닐링되었다.
또한 디바이스를 형성하는 방법들이 개시되며, 이 방법들은 자기저항 센서 스택을 형성하는 단계; 전구체 디바이스를 형성하기 위해 전구체 하부 쉴드를 형성하는 단계 ― 상기 전구체 하부 쉴드는 NiFeX를 포함하고, X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W를 포함함 ―; 및 적어도 약 350℃의 온도에서 전구체 디바이스를 어닐링하는 단계를 포함한다.
도 1은 자기저항 판독 헤드를 포함하는 디스크 드라이브 시스템의 평면도이다.
도 2는 트랜스듀싱 헤드의 에어 베어링 표면에 법선인 평면을 따라서 취해진 자기 트랜스듀싱 헤드 및 자기 디스크의 단면도이다.
도 3은 도 2의 자기 트랜스듀싱 헤드의 자기적으로 관련 엘리먼트들을 예시하는 층진(layered) 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 10분간 400℃의 급속-열-어닐링(RTA) 프로세스 이전(도 4a) 및 이후(도 4b)의 NiFe쉴드의 투과 전자 현미경(TEM; transmission electron microscopy) 이미지들이다.
도 5a 및 도 5b는 10분간 400℃의 RTA 프로세스 이전(도 5a) 및 이후(도 5b)의 자신의 자기소거 상태(demagnetization state)에서 직사각형-형상의 쉴드의 자기 도메인 구조들을 나타내는 Kerr 현미경 이미지들을 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 NiFeNb의 자기 모멘트 상의 Nb 함량의 효과(도 6a), 다양한 어닐링 온도들에서 Nb 함량의 함수로서의 용이축 보자력(easy axis coercivity)(도 6b), 및 다양한 어닐링 온도들에서 Nb 함량의 함수로서의 곤란축(hard axis) 보자력(도 6c)을 나타내는 그래프들이다.
도 7은 교번하는 이중층들을 포함하는 예시적인 개시된 쉴드의 단면이다.
도 8a 및 도 8b는 NiFeX (도 8a) 및 NiFe (도 8b)의 XRD 스펙트럼들이다.
도 9a 및 도 9b는 2시간의 400℃(도 9a) 및 450℃(도 9b) 이후에 1㎛ 두께의 NiFeNb (Nb = 3.3 at%) 필름의 단면 결정 구조(grain structure)를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 2시간의 400℃(도 10a) 및 450℃(도 10b) 이후에 NiFe의 TEM 이미지들을 나타낸다.
도 11은 400℃ 및 450℃ 어닐링 이후에 Nb 함량의 함수로서의 저항률을 나타낸다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 어닐링의 상이한 스테이지들에서 1.0㎛ 두께의 NiFeNb (Nb = 1.1 at%) 필름의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 증착됨에 따른(도 13a), 400℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13b), 및 450℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13c)의 유사한 컨디션들에서 스퍼터링된 NiFe 시트 필름들의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e, 및 도 14f는 하나의 이중층(도 14a), 2개의 이중층들(도 14b), 및 6개의 이중층들(도 14c)에 대한 400℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들; 및 하나의 이중층(도 14d), 2개의 이중층들(도 14e), 및 6개의 이중층들(도 14f)에 대한 450℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 15는 증착됨에 따른 필름, 400℃ 어닐링 이후, 450℃ 어닐링 이후에 대한 라미네이션들의 수의 함수로서 NiFeNb/NiFe 이중층 필름의 보자력을 나타낸다.
도면들은 필수적으로 스케일링되지 않는다. 도면들에 이용된 유사한 숫자들은 유사한 컴포넌트들을 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 컴포넌트를 지칭하기 위한 숫자의 이용이 동일한 숫자로 라벨링된 다른 도면에서의 그 컴포넌트를 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다.
도 2는 트랜스듀싱 헤드의 에어 베어링 표면에 법선인 평면을 따라서 취해진 자기 트랜스듀싱 헤드 및 자기 디스크의 단면도이다.
도 3은 도 2의 자기 트랜스듀싱 헤드의 자기적으로 관련 엘리먼트들을 예시하는 층진(layered) 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 10분간 400℃의 급속-열-어닐링(RTA) 프로세스 이전(도 4a) 및 이후(도 4b)의 NiFe쉴드의 투과 전자 현미경(TEM; transmission electron microscopy) 이미지들이다.
도 5a 및 도 5b는 10분간 400℃의 RTA 프로세스 이전(도 5a) 및 이후(도 5b)의 자신의 자기소거 상태(demagnetization state)에서 직사각형-형상의 쉴드의 자기 도메인 구조들을 나타내는 Kerr 현미경 이미지들을 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 NiFeNb의 자기 모멘트 상의 Nb 함량의 효과(도 6a), 다양한 어닐링 온도들에서 Nb 함량의 함수로서의 용이축 보자력(easy axis coercivity)(도 6b), 및 다양한 어닐링 온도들에서 Nb 함량의 함수로서의 곤란축(hard axis) 보자력(도 6c)을 나타내는 그래프들이다.
도 7은 교번하는 이중층들을 포함하는 예시적인 개시된 쉴드의 단면이다.
도 8a 및 도 8b는 NiFeX (도 8a) 및 NiFe (도 8b)의 XRD 스펙트럼들이다.
도 9a 및 도 9b는 2시간의 400℃(도 9a) 및 450℃(도 9b) 이후에 1㎛ 두께의 NiFeNb (Nb = 3.3 at%) 필름의 단면 결정 구조(grain structure)를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 2시간의 400℃(도 10a) 및 450℃(도 10b) 이후에 NiFe의 TEM 이미지들을 나타낸다.
도 11은 400℃ 및 450℃ 어닐링 이후에 Nb 함량의 함수로서의 저항률을 나타낸다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 어닐링의 상이한 스테이지들에서 1.0㎛ 두께의 NiFeNb (Nb = 1.1 at%) 필름의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 증착됨에 따른(도 13a), 400℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13b), 및 450℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13c)의 유사한 컨디션들에서 스퍼터링된 NiFe 시트 필름들의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e, 및 도 14f는 하나의 이중층(도 14a), 2개의 이중층들(도 14b), 및 6개의 이중층들(도 14c)에 대한 400℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들; 및 하나의 이중층(도 14d), 2개의 이중층들(도 14e), 및 6개의 이중층들(도 14f)에 대한 450℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들을 나타낸다.
도 15는 증착됨에 따른 필름, 400℃ 어닐링 이후, 450℃ 어닐링 이후에 대한 라미네이션들의 수의 함수로서 NiFeNb/NiFe 이중층 필름의 보자력을 나타낸다.
도면들은 필수적으로 스케일링되지 않는다. 도면들에 이용된 유사한 숫자들은 유사한 컴포넌트들을 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 컴포넌트를 지칭하기 위한 숫자의 이용이 동일한 숫자로 라벨링된 다른 도면에서의 그 컴포넌트를 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다.
이하의 설명에서, 부분을 형성하고 예시에 의해 몇몇 특정 실시예들이 도시된 첨부된 도면들 세트에 대한 참조가 이루어진다. 다른 실시예들이 고찰되며 본 개시물의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이하의 상세화된 설명은 제한하는 목적으로 취해지지 않는다.
이와 다르게 언급되지 않는 한, 상세한 설명 및 청구항들에 이용된, 피쳐 크기들, 양들, 및 물리적 특징들을 표현하는 모든 수치들은 용어 "약"에 의해 모든 예시들에서 변형된 것으로서 이해되어야 한다. 이에 따라, 그 반대인 것으로 나타내지 않는 한, 전술한 상세한 설명 및 첨부된 청구항들에서 설명된 수치적 파라미터들은 본원에 개시된 교시들을 활용하는 당업자들에 의해 획득되도록 노력되는 특성들에 의존하여 변경할 수 있는 근사치들이다.
종료시점들에 의한 수치적 범위들의 인용(recitation)은 그 범위 (1 내지 5는, 예를 들어, 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위 내에 포함된 모든 수치들을 포함한다.
이러한 상세한 설명 및 첨부된 청구항들에 이용되는 바와 같이, 단수 형태들"a", "an" 및 "the"는, 내용이 명백하게 그 반대인 것으로 지시하지 않는 한, 복수의 대상물(referent)들을 갖는 실시예들을 포함한다.
"포함하다", "포함하는" 또는 유사한 용어들은 이에 한정하지 않지만 포함하는, 즉, 배타적이지 않고 포함하는 것을 의미한다. "상부" 및 "하부" (또는 "상부" 및 "하부"와 같은 다른 용어들)은, 관련 설명들에 대해서만 엄격하게 활용되며, 설명된 엘리먼트가 위치된 아티클의 임의의 전체적인 배향을 함축하지는 않는다.
도 1은 개시된 디바이스, 또는 그 이상 구체적으로 자기저항(MR; magnetoresistive) 판독 헤드를 포함하는 디스크 드라이브 시스템(10)의 평면도이다. 디스크 드라이브 시스템(10)은 하우징(16) 내에 스핀들(14)에 의해 정의된 축을 중심으로 회전 움직임을 위해 탑재된 자기 디스크(12)를 포함할 수 있다. 디스크 드라이브(10)는 또한 하우징(16)의 베이스 플레이트(20)에 탑재되고 축(22)을 중심으로 디스크(14)에 대해 피보팅가능하게 이동가능한 액츄에이터(18)를 포함한다. 커버(24)는 액츄에이터(18)의 일부를 커버할 수 있다. 드라이브 컨트롤러(26)는 액츄에이터(18)에 커플링될 수 있다. 드라이브 컨트롤러(26)는 디스크 드라이브 시스템(10) 내에 탑재가능하거나 또는 액츄에이터(18)에 대한 적절한 접속을 갖는 디스크 드라이브 시스템(10)의 외부에 위치될 수 있다. 액츄에이터(18)는 액츄에이터 아암 어셈블리(28), 단단한 지지 부재(30), 및 헤드 짐벌 어셈블리(32)를 포함한다. 헤드 짐벌 어셈블리(32)는 단단한 부재(30)에 커플링된 만곡 아암(34) 및 짐벌에 의해 만곡 아암(34)에 커플링된 에어 베어링 슬라이더(36)를 포함한다. 슬라이더(36)는 디스크(12)로부터 정보를 판독하고 정보를 디스크(12)에 인코딩하기 위한 자기저항 트랜스듀서 또는 헤드를 지지할 수 있다.
동작 동안, 드라이브 컨트롤러(26)는 액세스될 디스크(12)의 일부를 나타내는 위치 정보를 수신한다. 드라이브 컨트롤러(26)는 오퍼레이터나 호스트 컴퓨터 중 하나로부터, 또는 다른 적절한 컨트롤러로부터 위치 정보를 수신한다. 위치 정보에 기초하여, 드라이브 컨트롤러(26)는 액츄에이터(18)에 위치 신호를 제공한다. 위치 신호는 액츄에이터(18)로 하여금 축(22)을 중심으로 피보팅하게 한다. 이는 슬라이더(36)가 화살표(38)로 표시된 일반적으로 아크-형(arc-like) 경로에서 디스크(12)의 표면 위에서 방사상으로 이동하게 할 수 있다. 슬라이더(36)에 의해 운반된 트랜스듀서가 디스크(12)의 원하는 부분 위에 위치되도록, 드라이브 컨트롤러(26) 및 액츄에이터(18)는 공지된 폐루프, 네거티브 피드백 방식으로 동작한다. 트랜스듀서가 적절하게 위치되면, 드라이브 컨트롤러(26)는 원하는 판독 또는 기록 동작을 실행할 수 있다.
도 2는 자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 에어 베어링 표면(54)에 법선인 평면을 따라서 취해진, 개시된 디바이스, 또는 자기 트랜스듀싱 헤드(50) 및 자기 디스크(12)의 단면도이다. 도 2는 자기 트랜스듀싱 헤드(50) 및 자기 디스크(12)에 대한 그 자체의 배치를 예시한다. 자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 에어 베어링 표면(54)은 자기 디스크(12)의 디스크 표면(56)에 대면한다. 자기 디스크(12)는 화살표 A로 나타낸 바와 같이 자기 트랜스듀싱 헤드(50)에 대한 방향으로 이동 또는 회전한다. 일부 실시예들에서, 자기 트랜스듀싱 헤드(50)와 자기 디스크(12) 사이의 접촉을 회피하면서 에어 베어링 표면(54)과 디스크 표면(56) 사이의 공간을 최소화하는 것이 바람직하다. 최선의 경우들에서, 자기 트랜스듀싱 헤드(50)와 자기 디스크(12) 사이의 접촉은 자기 트랜스듀싱 헤드(50) 및 자기 디스크(12) 모두에 대해 해롭거나 또는 심지어는 파괴적일 수 있다.
개시된 디바이스는 자기저항 센서(59)를 포함할 수 있으며, 자기저항 센서는 또한 판독기 부분으로서 지칭될 수 있다. 자기저항 센서(59)의 몇몇 실시예들은 판독 엘리먼트(68)를 포함할 수 있다. 자기저항 센서의 일부 실시예들은 하부 갭 층(58), 상부 갭 층(60), 금속 콘택 층(62), 및 판독 엘리먼트(68)를 포함할 수 있다. 판독 갭(70)은 하부 갭 층(58) 및 금속 콘택층(62)의 종결 말단들 사이의 에어 베어링 표면(54) 상에 정의된다. 금속 콘택층(62)은 하부 갭 층(58)과 상부 갭 층(60) 사이에 위치된다. 판독 엘리먼트(68)는 하부 갭 층(58) 및 금속 콘택층(62)의 종결 말단들 사이에 위치된다.
또한, 개시된 디바이스들은 하부 쉴드(64) 및 상부 쉴드(66)를 포함할 수 있다. 상부 쉴드(66)는 또한, 판독기와 기록기가 극(pole)을 공유하는 실시예들에서 관련 기록기의 하부 극으로서 기능할 수 있다.
자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 기록기 부분은 (또한, 이 실시예에서는, 자기저항 센서 또는 판독기 부분의 상부 쉴드(66)로서 기능하는) 하부 극(66), 기록 갭 층(72), 상부 극(74), 도전성 코일(76), 및 폴리머 층(78)을 포함한다. 기록 갭(80)은 상부 극(74) 및 상부 쉴드/하부 극(66)의 종결 말단들 사이의 갭 층(72)에 의해 에어 베어링 표면(54) 상에 정의된다. 전기적으로 도전성인 코일들(76)은 기록 갭(80)에 걸쳐 자계를 생성하기 위해 제공되고, 상부 극(74)과 기록 갭 층(72) 사이의 폴리머 층(78)에 위치된다. 도 2가 도전성 코일들(76)의 단일층을 도시하지만, 당업계에서 도전성 코일들의 몇몇 층들이 몇몇 폴리머 층들에 의해 분리되어 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 앞서 논의된 바와 같이, 자기 트랜스듀싱 헤드(50)는, 상부 쉴드/하부 극(66)이 판독기 부분에서 상부 쉴드로서 그리고 기록기 부분에서 하부 극으로서 모두 채용되는 합병된(merged) MR 헤드이다. 판독/기록 헤드(50)가 피기백(piggyback) MR 헤드였다면, 상부 쉴드/하부 극(66)은 별도의 층들로 형성되었을 것이다.
도 3은 자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 층진(layered) 도면이다. 도 3은, 자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 복수의 자기적으로 관련된 엘리먼트들이 도 2에 도시된 자기 판독/기록 헤드(50)의 에어 베어링 표면(54)을 따라서 나타남에 따른, 자기 트랜스듀싱 헤드(50)의 복수의 자기적으로 관련된 엘리먼트들의 위치를 도시한다. 도 3에서, 모든 공간 및 절연 층들은 명백함을 위해 생략된다. 하부 쉴드(64) 및 상부 쉴드/하부 극(66)은 판독 엘리먼트(68)의 위치를 제공하기 위해 간격을 둔다(spaced). 판독 엘리먼트(68)는 금속 콘택들(62A 및 62B)에 인접하여 위치된 판독 엘리먼트(68)의 위치들로서 정의된 2개의 패시브 영역들을 갖는다. 판독 엘리먼트(68)의 액티브 영역은 판독 엘리먼트(68)의 2개의 패시브 영역들 사이에 위치된 판독 엘리먼트(68)의 부분으로서 정의된다. 판독 엘리먼트(68)의 액티브 영역은 판독 센서 폭을 정의한다.
디스크의 표면으로부터의 자속(Magnetic flux)은 MR 센서의 판독 엘리먼트 또는 감지층의 자화 벡터(magnetization vector)의 회전을 야기하며, 결과적으로 이는 MR 센서의 전기 저항률에 있어서 변화를 야기한다. MR 센서의 저항률에 있어서의 변화는, MR 센서를 통해서 전류를 통과시키고 MR 센서에 걸친 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다. 그후, 외부 회로는 전압 정보를 절절한 포맷으로 변환하고, 그 정보를 필요에 따라서 조작한다. 판독 동작 동안, 하부 쉴드(64) 및 상부 쉴드(66)는, 판독 엘리먼트(68)가 인접하는 트랙들 및 전환부(transition)들로부터 나오는 임의의 표류 자계들을 흡수함으로써 자기 디스크(12)의 특정 스택 상에서 그 아래에 직접 저장된 정보만을 판독하는 것을 보증한다.
일부 실시예들에서, 판독 엘리먼트(68)는 MR 엘리먼트 또는 거대 자기저항(GMR) 스택일 수 있다. MR 엘리먼트는 일반적으로 강자성 재료로 형성될 수 있으며, 상기 강자성 재료의 저항은, 예컨대, 자기 매체 또는 디스크로부터의 외부 자계에 응답하여 변동한다(fluctuate). GMR 센서들은 일련의 교번하는 자기 및 비-자기 층들을 가질 수 있다. GMR 센서의 저항은, 비자기 층들에 의해 분리된 자기 층들 사이의 전도 전자들의 스핀-의존성 송신, 및 이에 수반되어 자기 및 비자기 층들의 인터페이스에서 그리고 자기 층들 내에서 발생하는 스핀-의존성 스캐터링의 함수에 따라 변화한다. 판독 엘리먼트를 형성하는 유형 및 재료에 따라, 디바이스는 상이한 유형들의 프로세스들을 견딜 필요가 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 판독 엘리먼트는 평면에-수직인-전류 터널링 자기저항(CPP-TMR; current-perpendicular-to-plane tunneling magnetoresistance) 스택들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 스택은 CoFeB/MgO/CoFeB 스택일 수 있다. 이러한 스택은, 400℃보다 큰 온도들에서 어닐링이 행해지면, 크게 강화된 특성들(예컨대, 크게 강화된 TMR)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 판독 엘리먼트는 평면에-수직인-전류 거대 자기저항(CPP-GMR; current-perpendicular-to-plane giant magnetoresistance) 스택들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 스택은 Heusler 합금으로 이루어질 수 있다. Heusler 합금들로 이루어진 GMR 센서들은 Heusler 합금들의 높은 극성으로 인해 개선된 MR 신호들을 나타내는 것으로 발견되었다. 높은 극성을 달성하기 위해, Heusler 합금은 정돈된 L2 1 구조여야만 한다. L2 1 구조는 일반적으로 오직 400℃보다 큰 온도에서 어닐링함으로써 확립된다. 일부 실시예들에서, 자기 트랜스듀싱 헤드는 판독 엘리먼트와 관련된 경구 마그넷을 포함할 수 있다. 이러한 영구 마그넷은 자신의 안정성을 개선시킬 수 있는 판독 엘리먼트에 바이어싱 필드를 제공할 수 있다. 더 높은 온도들, 예컨대, 500℃까지에서 어닐링된 또는 증착된 영구 마그넷 재료들, 예컨대, CoPt 또는 FePt는 무질서한 면심 입방 구조(fcc: face-centered-cubic)에서 정돈된 L1 0 구조로의 변형을 초래할 수 있다. L1 0 구조는 영구 마그넷 재료들의 보자력 및 이방성을 크게 개선시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 트랜스듀싱 헤드는 반강자성(AFM) 층을 포함할 수 있다. AFM 층, 예컨대, IrMn은 교환 결합을 통해서 GMR 또는 TMR 스택 중 하나에서 강자성 층들 중 하나를 피닝하도록 서빙할 수 있다. AFM 재료의 교환 바이어싱은 고온, 예컨대, 400℃까지의 어닐링 프로세스들을 통해서 개선되는 것으로 밝혀진다.
하부 쉴드, 상부 쉴드, 또는 앞서 통상적으로 이용된 온도에서 프로세싱될 수 있는 재료들로 형성된 이 둘 모두를 포함하는 디바이스들이 본원에 개시된다. 일부 실시예들에서, 적어도 하부 쉴드는 앞서 통상적으로 이용된 온도들을 상회하는 온도들에서 프로세싱될 수 있는 재료들로 형성된다. 예를 들어, 개시된 디바이스들은 하부 쉴드들, 상부 쉴드들을 포함할 수 있으며, 또는 통상적인 NiFe 쉴드들보다 높은 온도들에서 프로세싱될 수 있는 재료들로 형성된 이 둘은 프로세싱될 수 있다. 대개 이용된 NiFe 쉴드들은 325℃ 내지 350℃의 온도들에서 어닐링할 때 악화될 수 있다. 이러한 NiFe의 고온 어닐링은 이방성, 입자 거칠기(grain coarsening), 및 증가된 이질성(inhomogeneity)의 손실을 초래할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 10분간 400℃의 급속-열-어닐링(RTA) 프로세스 이전(도 4a) 및 이후(도 4b)에 전착된(electroplated) NiFe 하부 쉴드의 투과 전자 현미경(TEM; transmission electron microscopy) 이미지들을 도시한다. 2개의 이미지들을 비교함으로써 관찰되는 바와 같이; 고온 어닐링 이전에, 필름 구조는 동질의 소입자들을 디스플레이하며, RTA 프로세스 이후에, 현저한 입자 성장이 관찰된다. 유사하게, 도 5a 및 도 5b는 10분간 400℃의 RTA 프로세스 이전(도 5a) 및 이후(도 5b)의 자신의 자기소거 상태(demagnetization state)에서 직사각형-형상의 쉴드의 자기 도메인 구조들을 나타내는 Kerr 현미경 이미지들을 나타낸다. 이 도메인 구조는 RTA 프로세스 이전에 Landau 플럭스-폐쇄 도메인 상태(Landau flux-closure domain state)를 나타내고, 어떠한 뚜렷한 도메인 경계도 관찰될 수 없으며, 도메인들은 RTA 프로세스 이후에 국부적으로 동종으로 핵을 이루는 것으로 발견되는 것으로 관찰될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개시된 하부 쉴드들, 상부 쉴드들, 또는 모두를 포함하는 디바이스들은 고온 어닐링 컨디션들에서 악영향들에 견디지 못한다.
개시된 디바이스들은 하부 쉴드, 상부 쉴드, 또는 NiFeX를 포함하는 모두를 포함할 수 있으며, 여기서 X 는 Nb, Mo, Ta, 또는 W이다. 일부 실시예들에서, X 는 Nb이다. NiFeX에서의 X의 양은 NiFeX에서의 X의 원자 퍼센트(at%)로 설명될 수 있다. 일부 실시예들에서, X의 부가는 NiFeX에서의 Fe의 원자 퍼센트를 저하시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, X의 부가는 NiFeX에서의 Ni의 원자 퍼센트를 저하시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, X의 부가는 NiFeX에서의 Ni 및 Fe 모두의 원자 퍼센트를 저하시킬 수 있다.
NiFeX에서의 X의 양은 NiFeX의 자기 모멘트에 영향을 준다. 도 6a는 자기 모멘트에 대한 X, 이 경우에서는 Nb의 양의 효과를 도시한다. 도 6a에서 관찰될 수 있는 바와 같이, Nb의 양이 증가됨에 따라서, 자기 모멘트는 감소한다. 도 6b는, Nb 함량이 낮은 정도의 Nb에서 출발하여 가장 큰 변화를 가지고 어닐링을 통해서 증가함에 따라서 용이축 보자력(Hce)이 감소하는 것을 도시한다. 관찰되는 바와 같이, 이는 NiFe에 반대이며, 여기서 Hce는 어닐링 이후에 증가한다. 도 6c는 곤란축 보자력(Hch)이 어닐링 이후에, 그리고 450℃에서의 어닐링 이후에 감소하며, 히스테리시스 루프는 NiFeNb 필름들에 대해서는 폐쇄하면서, NiFe 필름들은 악화된 루프들을 나타낸다. NiFeX에서의 X의 바람직한 양은, 예를 들어, 관찰된 자기 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 7at%보다 크지 않은 양으로 NiFeX에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 4at%보다 크지 않은 양으로 NiFeX에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 2at%보다 크지 않은 양으로 NiFeX에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 1at%의 양으로 NiFeX에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 Nb일 수 있고, Nb는 7at%보다 크지 않은 양으로 NiFeNb에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 Nb일 수 있고, Nb는 4at%보다 크지 않은 양으로 NiFeNb에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 Nb일 수 있고, Nb는 2at%보다 크지 않은 양으로 NiFeNb에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, X는 Nb일 수 있고, Nb는 1at%의 양으로 NiFeNb에 존재할 수 있다. 1at% Nb를 갖는 NiFeNb 필름은 고온들에서 어닐링될 수 있는 이점을 갖고, 자기 모멘트에서 약 5% 손실만을 갖는다.
일부 실시예들에서, 개시된 쉴드는 오직 NiFeX만을 포함할 수 있다. 이러한실시예에서, 쉴드는 NiFeX의 단일층 또는 오직 NiFeX만의 다수층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쉴드, 예컨대, 하부 쉴드는 오직 NiFeX만을 포함하고, 쉴드는 0.1㎛ 내지 2.5㎛의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 쉴드, 예컨대 하부 쉴드는 오직 NiFeX만을 포함하며, 쉴드는 0.3㎛ 내지 2.5㎛의 두께를 가질 수 있다.
X가 NiFeX에 포함될 때, 필름의 마이크로구조는, 매우 약간, 또는 거의 관찰되지 않는(200) 텍스쳐를 갖는 거의 전체적으로, 또는 단독으로 (111) 텍스쳐이다. 이러한 (200) 텍스쳐는 모두 도금되고 스퍼터링된 NiFe 필름들에서 종종 관찰된다. (200) 텍스쳐의 부재는, 바람직한 특성들, 예컨대, 어닐링 이후에 비정상적인 입자 성장의 억제에 대한 원인인 것에 의존하지는 않지만 그러한 것으로 생각된다.
일부 실시예들에서, 개시된 쉴드는 교번하는 층들을 포함할 수 있다. 이러한 쉴드의 일례는 도 7에서 관찰될 수 있다. 도 7은 이중층들(115a, 115b, 115c, 115d…115x)을 나타낸다. 이러한 이중층들, 예컨대, 제 1 이중층(115a)는 NiFeX 층(105a) 및 NiFe 층(110a)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 7에서 도시된 것과 같이, NiFeX 층(105a)은 쉴드의 하부에 위치될 수 있다. NiFeX 층(105a)의 NiFeX 재료 등은 앞서 언급된 특징들과 동일하거나 또는 유사한 특징들을 가질 수 있다. NiFe 층(110a) 등은, 예컨대, NiFe만을 포함할 수 있다. 상부 쉴드가 NiFeX 이중층들을 포함하는 실시예들에서, 가장 하부 층, 즉, 판독 엘리먼트에 가장 가까운 층은 NiFeX 또는 NiFe 중 하나일 수 있다.
적어도 하나의 교번하는 세트의 이중층들을 포함하는 일부 실시예들에서, 쉴드는 이중층들의 오직 하나의 세트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 5㎚ 내지 2.5㎛ 범위일 수 있는 두께를 갖는 NiFeX 층 및 5㎚ 내지 2.5㎛ 범위일 수 있는 두께를 갖는 NiFe 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쉴드는 이중층들의 하나의 세트보다 많은 세트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, NiFeX 층들은 일반적으로 NiFe 층들보다 더 얇을 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFeX 층들은 1㎚ 내지 500㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFeX 층들은 1㎚ 내지 200㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFeX 층들은 예를 들어 5㎚ 내지 50㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFeX 층들은 예를 들어 5㎚ 내지 10㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFe 층들은 5㎚ 내지 1000㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFe 층들은 50㎚ 내지 8000㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFe 층들은 10㎚ 내지 500㎚의 두께를 가질 수 있다.
이중층들의 수는 개시된 쉴드들에서 다양할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 4개의 이중층들 또는 언급된 다른 방식, NiFe의 적어도 4개 층들 및 NiFeX의 적어도 4개 층들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 5개의 이중층들 또는 언급된 다른 방식, NiFe의 적어도 5개 층들 및 NiFeX의 적어도 5개 층들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 6개의 이중층들 또는 언급된 다른 방식, NiFe의 적어도 6개 층들 및 NiFeX의 적어도 6개 층들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFe 층들의 두께는 쉴드 내 NiFe 층들의 수와 관련될 수 있다. NiFe 층들의 두께는 NiFe의 층들의 수에 반비례할 수 있다. 이러한 관계는, 존재하는 NiFeX의 그 이상의 층들을 갖는 것으로 인할 수 있으며, 이는 쉴드 내에서 입자 성장을 덜 발생시키게 한다. 일부 실시예들에서, 이중층들의 수 및 NiFe와 NiFeX 층들의 두께는 이하의 식에 의해 관련된다: 쉴드의 전체 두께 = n * (두께 NiFeNb + 두께 NiFe)이며, n은 이중층들의 수이다. NiFe 및 NiFeX 층들의 두께 사이의 관계는 일반적으로 전반적인 모멘트를 보존하기 위한 희망에 의존할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 일부 실시예들은, 고정 이중층 반복 전체 두께에서의 NiFeNb:NiFe의 더 높은 비율들은 더 낮은 모멘트들을 함축할 수 있거나 그 반대일 수 있다. 자기 모멘트의 희석(dilution)은, 단일 층들에서와 같이, 이러한 층들에 있어서 Nb의 퍼센트에도 또한 의존할 수 있다.
일부 실시예들에서, NiFe 및 NiFeX의 교번하는 층들을 포함하는 쉴드들은 그 쉴드에 포함된 X의 전체 백분율을 감소시킬 수 있다. X의 양을 감소시키는 것은 쉴드의 자기적 특성들에 대한 X의 악영향을 감소시킬 수 있다. 게다가, 교번하는 층들, 또는 이중층들의 수는 쉴드의 열적 안정성에 영향을 줄 수 있다. 이중층들의 수가 증가함에 따라서, 자기 특성들은 열적 어닐링에 대한 개선된 저항을 나타낼 수 있다.
NiFeNb 함유 쉴드들을 디바이스에 통합시키는데 활용될 수 있는 예시적인 방법이 본원에 논의된다. 접착층, 예컨대, 탄탈(Ta) 접착층이 쉴드 층 아래의 층으로 스퍼터링된 NiFeNb 필름의 접착을 촉진시키기 위해 선택적으로 활용될 수 있다. 이러한 일부 실시예들은 또한 도메인 제어 피쳐들, 예컨대, 영구적인 마그넷들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 접착층(예컨대, 80Å Ta 접착층)이, 도메인 제어 피쳐(예를 들어, 영구적인 마그넷 재료, 예컨대, Cr/CoPt) 층이 증착되기 전에 증착될 수 있다. 다음으로, 도메인 제어 피쳐(또는 도메인 제어 피쳐를 최종적으로 형성할 층 또는 층들)가 증착된다. 다음으로, NiFeNb 증착을 위한 신선한(fresh) 산화 프리 표면을 획득하기 위해 접착층(예컨대, 80Å Ta 접착층의 약 20 내지 30Å) 및 도메인 제어 피쳐 층의 일부를 제거하기 위해 세정 절차(예컨대, 아르곤(Ar) 플라즈마 세정 절차)가 활용될 수 있다. 다음으로, NiFeNb 함유 층 또는 이중층들이 증착된다. 그후, 웨이퍼는 어닐링될 수 있다(예컨대, 필름의 용이축을 따라서 공급된 예컨대 1T 자계에서 약 2시간 동안 400℃ 또는 450℃에서 진공에서 어닐링될 수 있다). 이러한 예시적인 방법은 원하는 자기 특성들을 갖는 쉴드, 예컨대 하부 쉴드를 생성할 수 있다. 다음으로, 쉴드는 예컨대 포토리소그래피 및 이온 밀링(milling)을 이용하여 원하는 쉴드 형상으로 패터닝될 수 있다. 패터닝 이후에, 쉴드 영역은 알루미나로 채워질 수 있고, 후속 프로세싱을 위해 평탄화된 표면을 달성하기 위해 화학적 기계적 폴리싱(CMP)이 수행될 수 있다. 이러한 쉴드가 CMP 이전에 450℃(또는, 예컨대, 400℃)에서 사전컨디셔닝되었기 때문에, 450℃ 미만에서 후속하는 스택 어닐링 프로세스들은 거칠기에 있어서의 증가를 초래하지 않을 것이다. 이러한 스퍼터링된 하부 쉴드와 판독기 스택의 계면 거칠기는 CMP 프로세스에 의해 결정되며, 이는 통상적으로 약 0.3㎚이다.
개시된 쉴드들 및 개시된 방법들을 이용하여 형성된 쉴드들은 개선된 열적 안정성을 가질 수 있으며, 이는 고온들, 예컨대 400℃ 또는 450℃에서의 판독기 스택 어닐링이 쉴드의 자기적 특성들의 저하 및 입자 성장을 초래하지 않을 것이라는 것을 의미한다. 그 결과, 하부 쉴드에서의 움직임 및 도메인 핵생성의 상호작용으로부터의 판독기 불안정성은 크게 억제될 수 있다.
NiFeX를 활용하는 개시된 쉴드들은 또한 합성 반강자성(SAF; synthetic antiferromagnetic) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, SAF 엘리먼트들은 판독 엘리먼트를 더 안정화시키기 위해 쉴드의 상부(즉, 판독 엘리먼트와 접촉하는 쉴드의 부분)에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, NiFeX를 포함하는 쉴드는 또한 SAF 구조 또는 부분을 선택적으로 포함할 수 있다.
본 개시물은 이하의 실시예들에 의해 예시된다. 특정 예시들, 재료들, 양들, 및 절차들이 본원에 설명된 바와 같이 본원의 범위 및 사상에 따라서 광범위하게 해석되어야한다는 것을 이해해야 한다.
실시예
열적 안정성에 대한 텍스쳐의 영향
NiFeNb(Nb = 1.1 at%) 필름 및 NiFe 필름의 결정학상(crystallographic) 형태가 비교되었다. 이 두 필름들은 유사한 아르곤 압력에서 스퍼터링되었으며, 그후 X-레이 회절(XRD) 스펙트럼들이 기록되었다. 도 8a 및 도 8b는 NiFeX(도 8a) 및 NiFe(도 8b)의 XRD 스펙트럼들을 나타낸다. 비교에 의해 관찰될 수 있는 바와 같이, 증착됨에 따른 NiFe 필름은 (111) 및 (200) 피크들(도 8b에서의 적색 커브)을 모두 포함하고, 증착됨에 따른 NiFeNb 필름은 (111) 피크(도 8a에서의 적색 커브)만을 포함한다. NiFeNb는 또한 열적 어닐링시에 매우 적은 마이크로-구조적 변화를 나타내었다. 400℃ 어닐링(도 8a에서의 청색 커브) 및 450℃ 어닐링(도 8a에서의 녹색 커브) 이후의 XRD 스펙트럼들은 증착됨에 따른 커브와 거의 중첩한다. 그러나, 순수한 NiFe는, (111) 텍스처 세기의 증가 및 (111) 및 (200) 피크들의 1/2 최대값(FWHM)에서 전체 폭의 감소로 표시된 것과 같이, 열적 어닐링 이후에 상당한 구조적 변화를 디스플레이한다. Scherrer 공식을 이용하는 입자 크기 분석으로부터, (111) 입자 크기의 35% 증가 및 (200) 입자 크기의 75% 증가는 400℃에서의 어닐링 이후에 NiFe 필름에 대해 발견되었다.
NiFeNb의 열적으로 안정적인 입자 구조는 단면 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 더 확인되었다. 도 9a 및 도 9b는 400℃(도 9a) 및 450℃(도 9b)에서의 2시간 어닐링들 이후에 1㎛ 두께의 NiFeNb (Nb = 3.3 at%) 필름의 단면 결정 구조를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b에서 관찰되는 바와 같이, 어닐링 이후에 어떠한 입자 구조 변화들도 가상으로 존재하지 않는다. 반대로, 스퍼터링된 NiFe 필름들은 등온성(isothermal) 어닐링 프로세스들 이후에 상당한 비정상적인 입자 성장을 나타냈다. 도 10a 및 도 10b는 400℃(도 10a) 및 450℃(도 10b)에서 2시간의 어닐링들 이후에 NiFe의 TEM 이미지들을 나타낸다. 입자 구조가, 원주 유형들에서, 고온 어닐링 이후에 전착된 NiFe 필름들에서 관찰되었던 것과 유사한 큰 입자들의 랜덤 패치들로 변화한다는 것이 관찰된다.
열적 어닐링시에 입자 진화(grain evolution)는 또한 필름의 저항률 변화에 의해 나타날 수 있다. 도 11은 상이한 Nb 함량을 갖는 필름들의 400℃ 및 450℃ 어닐링 이후의 저항률의 변화를 나타낸다. 도 11의 리뷰로부터, Nb 농도가 변화함에 따라서 어닐링시에 저항률 변화의 경향에 있어서의 크로스-오버가 관찰될 수 있다. 높은 Nb-함량 필름들은 입자 경계에서 참여 2 페이즈로부터의 증가된 스캐터링에 기여할 수 있는 저항률의 증가를 나타낼 수 있다. 페이즈 도면에 기초하여, 높은 Nb 농도는 2개의 페이즈들의 분리를 초래할 수 있다. Nb 농도가 2% 미만으로 감소함에 따라서, 저항률은 약간 감소하는 경향을 나타내며, 이는 입자 경계 스캐터링의 입자 성장 및 감소로서 이해될 수 있다. 그러나, NiFe 필름의 저항률의 대량 감소와 비교하여, NiFeNb (Nb 
1 at%)의 저항률 변화는 무시해도 될 정도이며, 이는 어닐링 이후에 NiFeNb 필름들의 안정적인 입자 구조를 확인한다.
자계에서 어닐링될 때 NiFeNb의 특징들
1.0㎛ 두께 NiFeNb (Nb = 1.1 at%) 필름이 스퍼터링되었다. 어닐링 동안 필름들의 용이축을 따라서 1 Tesla (T) 자계가 공급되었다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c는 어닐링의 상이한 스테이지들에서 필름의 히스테리시스 루프들을 나타낸다. 도 12a는 증착됨에 따른 필름의 히스테리시스 루프를 나타낸다. 곤란축 루프의 큰 오프닝이 관찰될 수 있다. 이는 필름 증착 동안 발현된 큰 자기적 분산들로 인할 수 있다. 도 12b 및 도 12c는 400℃ 어닐링(도 12b)에서 2시간 이후 및 450℃ 어닐링(도 12c)에서 2시간 이후의 히스테리시스 루프들을 나타낸다. 비교로부터, 필름 특성들이 열 처리 이후에 현저하게 개선되는 것으로 관찰될 수 있다. 450℃ 어닐링 이후에, 용이축 보자력은 0.75 Oe만큼 낮으며, 곤락축 루프는 필름 내에서 잘 정의된 이방성 및 매우 낮은 자기적 분산을 나타내는 선형 응답을 나타낸다.
Nb 함량의 함수로서 NiFeNb 필름의 보자력이 도 6에 나타난다. Nb 함량을 증가시키는 것은 필름의 용이축 보자력을 감소시킴으로써 필름을 연화하는 것으로 관찰된다. 또한, 400℃ 및 450℃에서 어닐링하는 것은 NiFeNb 필름들의 보자력을 더 감소시킨다. 한편, NiFe 필름은 보자력에 있어서의 급격한 증가를 갖는 반대 경향을 나타내며, 이는 비정상적 입자 성장으로부터 그 자체의 연자성(soft magnetic properties)들의 악화를 나타낸다.
비교의 경우, 도 13a, 도 13b 및 도 13c는 증착됨에 따른(도 13a), 400℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13b), 및 450℃에서의 2시간 어닐링 이후(도 13c)의 유사한 컨디션들에서 스퍼터링된 NiFe 시트 필름들의 히스테리시스 루프들을 나타낸다. 여기서 관찰되는 바와 같이, 400℃에서 2시간 어닐링 이후에 왜곡된 곤란축 루프 및 보자력의 급속 증가가 존재하며, 이는 필름 특성들의 열화를 나타낸다. 이러한 관찰은 또한 도 10a 및 도 10b에서 TEM 분석과 잘 상관되며, 이는 고온 어닐링 이후에 스퍼터링된 NiFe 필름들에 있어서 상당한 입자 성장을 나타낸다.
이중층 수의 함수로서 열적 안정성
NiFe 및 NiFeX의 교번하는 층들을 포함하는 구성들에서, 이중층들의 수는 열적 안정성에 영향을 주는것으로 도시되었다. 도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e, 및 도 14f는 하나의 이중층(도 14a), 2개의 이중층들(도 14b), 및 6개의 이중층들(도 14c)에 대한 400℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들; 및 하나의 이중층(도 14d), 2개의 이중층들(도 14e), 및 6개의 이중층들(도 14f)에 대한 450℃에서의 2시간 어닐링 이후의 히스테리시스 루프들을 나타낸다. 도 14a 및 도 14d에서 나타낸 바와 같이, 10㎚ NiFeNb/1000nm NiFe의 하나의 이중층을 갖는 필름은 400℃ 및 450℃(도 14b 및 도 14c) 이후의 순수한 1000nm NiFe 필름에서 관찰되는 특성들과 유사하게 필름 특성들을 저하시키는 것을 디스플레이한다. 이중층들의 수가 증가함에 따라서, 자기적 특성들은 열적 어닐링에 대한 개선된 저항을 나타낸다. 도 14b 및 도 14e는 5nm NiFeNb/450nm NiFe의 2개의 이중층들을 갖는 필름의 히스테리시스 루프들을 나타내고; 도 14c 및 도 14f는 5nm NiFeNb/150nm NiFe의 6개의 이중층들을 갖는 필름의 히스테리시스 루프들을 나타낸다. 6개(6)의 이중층들이 활용되면, 필름의 보자력은 450℃ 어닐링시에 증가하지 않고 곤란축 루프는 폐쇄되고 선형인 상태로 유지된다는 것이 관찰될 수 있다.
도 15는 증착됨에 따른 필름, 400℃ 어닐링 이후, 450℃ 어닐링 이후에 대한 라미네이션들의 수의 함수로서 NiFeNb/NiFe 이중층 필름의 보자력을 나타낸다. NiFeNb 시드(seed)를 갖는 단일 NiFe 필름의 보자력들은 비교를 위해 다이아몬드 심볼들로 나타낸다. NiFeNb 시드를 갖는 NiFe의 단일층은, 어닐링 온도가 증가함에 따라서 보자력의 감소하지 않는(monotonically) 증가를 나타낸다. 적어도 2개의 이중층들을 이용할 때, 보자력은 400℃ 어닐링 이후에 감소되지만, 450℃ 어닐링 이후에 다시 증가한다. 400℃ 어닐링 컨디션들의 경우, 적어도 4개의 다중층 반복은 안정적인 연자성들을 달성할 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 450℃ 어닐링의 경우, 적어도 6개의 다중층 반복이 안정적인 연자성들을 달성할 수 있다. 또한, 쉴드의 전체 두께를 동일하게 유지시키면서 이중층들의 수를 조정함으로써, 쉴드의 열적 안정성이 원하는 어닐링 컨디션들을 수용하도록 조정될 수 있다는 것이 관찰될 수 있다.
따라서, 니켈 합금을 포함하는 쉴드들을 갖는 자기 디바이스들의 실시예들이 개시된다. 앞서 설명된 구현들 및 다른 구현들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다. 당업자는, 본 개시물이 개시된 실시예들 이외의 실시예들을 통해서 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 한정이 아닌 예시의 목적으로 제시된다.
Claims (20)
- 디바이스로서,
자기저항 센서(magnetoresistive sensor);
상부 쉴드; 및
하부 쉴드를 포함하고,
상기 자기저항 센서는 상기 상부 쉴드와 상기 하부 쉴드 사이에 위치되고,
상기 하부 쉴드 및 상기 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeX를 포함하고,
X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W에서 선택되는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 쉴드는 NiFeX를 포함하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
X는 약 7 원자 퍼센트(atomic percent)보다 크지 않은 양으로 NiFeX에 존재하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
X는 약 4 원자 퍼센트보다 크지 않은 양으로 NiFeX에 존재하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 쉴드 및 상기 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeNb를 포함하는,
디바이스. - 제 5 항에 있어서,
Nb는 약 2 원자 퍼센트보다 크지 않은 양으로 NiFeNb에 존재하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 쉴드 및 상기 상부 쉴드 중 적어도 하나는 필수적으로 NiFeX로 구성되고,
X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택되는,
디바이스. - 제 7 항에 있어서,
상기 하부 쉴드는 약 0.3μm 내지 약 2.5μm의 두께를 갖는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 쉴드는 NiFe 및 NiFeX의 교번하는 층들을 포함하고,
X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택되는,
디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 NiFeX 층들은 약 5nm 내지 약 10nm의 두께를 갖는,
디바이스. - 제 9 항에 있어서,
NiFe의 적어도 4개의 층들 및 NiFeX의 적어도 4개의 층들이 존재하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 디바이스는 상기 자기 저항 센서 및 상기 하부 쉴드 사이에 도메인 제어 피쳐를 더 포함하는,
디바이스. - 제 1 항에 있어서,
적어도 상기 하부 쉴드 또는 상기 상부 쉴드, 또는 둘 다는 합성 반강자성 부분(synthetic antiferromagnetic portion)을 더 포함하는,
디바이스. - 디바이스로서,
자기저항 센서;
상부 쉴드; 및
하부 쉴드를 포함하고,
상기 자기저항 센서는 상기 상부 쉴드와 상기 하부 쉴드 사이에 위치되고,
상기 하부 쉴드 및 상기 상부 쉴드 중 적어도 하나는 NiFeX를 포함하고,
X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택되고,
적어도 상기 하부 쉴드 및 상기 자기저항 센서는 적어도 약 350℃의 온도에서 어닐링되었던,
디바이스. - 제 14 항에 있어서,
상기 하부 쉴드는 NiFe와 NiFeX의 교번하는 층들을 포함하고,
X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택되는,
디바이스. - 제 15 항에 있어서,
NiFe의 적어도 4개 층들 및 NiFeX의 적어도 4개 층들이 존재하는,
디바이스. - 제 14 항에 있어서,
X는 Nb인,
디바이스. - 디바이스를 형성하는 방법으로서,
자기저항 센서 스택을 형성하는 단계;
전구체 디바이스를 형성하기 위해 전구체 하부 쉴드를 형성하는 단계 ― 상기 전구체 하부 쉴드는 NiFeX를 포함하고, X는 Nb, Mo, Ta, 또는 W로부터 선택됨 ―; 및
적어도 약 350℃의 온도에서 상기 전구체 디바이스를 어닐링하는 단계를 포함하는,
디바이스를 형성하는 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 전구체 하부 쉴드를 형성하는 단계는, NiFeX 및 NiFe의 교번하는 층들을 포함하는 스택을 형성하는 단계를 포함하는,
디바이스를 형성하는 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 어닐링하는 단계는 적어도 약 400℃의 온도에서 처리되는,
디바이스를 형성하는 방법.
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