具有硬偏磁結構的讀磁頭的製作方法
2023-05-03 17:33:56 3
專利名稱：具有硬偏磁結構的讀磁頭的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及讀磁頭。
背景技術：
讀磁頭用於硬碟驅動器中，以感應來自讀磁頭下面的磁碟旋轉，從而讀取磁碟上的數據。為了控制磁頭的傳感器層的穩定性和磁矩方向，通過硬偏磁層提供一個偏磁場，這些硬偏磁層在傳感器層兩個側邊的位置挨著該傳感器層。
這裡所理解的，所謂的「極近連接」(UCJ)的布置可用於實現該硬偏磁層的中心與自由傳感器層的中心之間的共線關係，從而消除可能導致磁不穩定性的幾何結構。消除這些不穩定性可以促進讀磁頭讀取更高密度的數據記錄，從而允許磁碟驅動器比用其他方式能存儲更多的數據。
通過將晶種層置於硬偏磁層下面，來實現上面提到的共線關係，從而與相鄰的自由傳感器層相比，將硬偏磁層提高到想要的高度。但是，正如所公認的那樣，晶種層的出現可能不合需要地增加硬偏磁堆的電阻率。為了不出現這種情況，可以在傳導層上培植一個晶種層如金(Au)，但這反過來可能又會不合需要地減小堆的磁矯頑力，從而使第一種情況中硬偏磁堆的用途無效。我們相信矯頑力的減小歸因於硬偏磁層中結晶方向的損失，這又是由於當在金或其它體心立方(bcc)金屬上培植晶種層而形成結晶方向時，在晶種層中缺乏想要的晶體方向所致。認識到了這些因素，就提供了以下的本發明。
發明內容
讀磁頭的硬偏磁結構，包括一個由如CrxMo1-x構成的晶種層、一個由如金構成的傳導層以及一個由如CoyPt1-y構成的硬偏磁層。在優選實施方案中，x可以在0.1(含)到0.3(含)之間，y可以在0.25(含)到0.90(含)之間。晶種層置於硬偏磁層與傳導層之間。至少一個過渡層位於傳導層與晶種層之間。與沒有過渡層但結構基本相同的結構相比，過渡層減小了該結構的電阻，增加了其磁矯頑力。
最好在晶種層與傳導層之間提供第一和第二過渡層。第一過渡層可由鉭(Ta)構成，第二過渡層可以CoyPt1-y或Co構成，其中「y」的取值範圍為0.25到1。即第二過渡層可以由25％-100％的Co構成。第一(Ta)過渡層可以在第二過渡層與晶種層之間。過渡層可以不超過3毫微米(3nm)厚，最好能夠是0.5nm厚。任何情況下，優選的第二過渡層限定足以造成第二過渡層具有超順磁性的厚度。
如果想要，至少可以配置一個底層，使傳導層位於底層和過渡層之間。可以提供第一和第二底層，第一底層由CoPt或Co構成，第二底層由Ta構成。
另一方面，為讀磁頭建立硬偏磁結構的方法包括提供一個晶種層、一個硬偏磁層以及一個埋藏於晶種層和硬偏磁層下面的導體。該方法還包括在導體和晶種層之間提供至少一個過渡層。
還有另一個方面，一種數據存儲裝置包括一個數據承載介質和一個與之並列的讀磁頭。讀磁頭包括一個傳感器堆和一個硬偏磁堆，硬偏磁堆又包括埋藏在晶種層和硬偏磁層底下的導體。而且，至少一個過渡層置於導體與晶種層和硬偏磁層這二者中至少一個之間。
關於本發明的結構和操作等詳細情況可以參照附圖得到最好的理解，圖中類似的部分用類似的幅圖標記表示，其中附圖簡要說明
圖1是硬碟驅動器裝置中讀磁頭的示意框圖；圖2是傳感層的一端與硬偏磁結構交接處的側視示意圖。
具體實施例方式
首先參照圖1，圖中示出了一個存儲裝置10，它包括一個數據承載介質如一個或多個磁碟12和用於感應來自磁碟12的信號(用來讀數據)而設置的至少一個讀磁頭14。讀磁頭14可以定位在臂16上，該臂由電路18根據本領域公知的原理進行控制。
與讀磁頭有關的本發明的詳情可在圖2中看到，它闡述了用標準元素縮寫表示的目前優選的材料。如圖所示，讀磁頭14可以包括至少一個傳感堆20和一個硬偏磁堆22，硬偏磁堆22置於與傳感堆20相鄰處，以提供偏磁場來控制傳感器層磁矩方向和它的磁穩定性。應該理解，為了易於解釋說明，圖中只顯示了一個硬偏磁堆(與傳感堆20的右側接合處上)，讀磁頭傳感器中有一個第二硬偏磁堆，它位於與傳感堆20的左側接合處上。傳感堆20可以包括一個由鋁構成的基層24，眾所周知在旋轉閥讀磁頭技術中，基層24的上面是一個或多個附加的磁頭層26。這些附加的磁頭層一般包括固定的鐵磁層、一個用於固定固定層磁矩的反鐵磁層，以及一個間隔層(一般是銅)，它位於固定鐵磁層與自由或感應鐵磁層之間。在不存在所應用的磁場時，自由鐵磁層的磁矩定向於優選方向，硬偏磁結構偏置這個優選方向中的磁矩。當在所討論的範圍內存在所應用磁場(如來自於磁碟磁層中所記錄數據的磁場)時，自由層的磁矩與相對於固定鐵磁層的固定磁矩的旋轉無關。
如圖2所示，自由層或傳感層示作一個雙層結構，雖然眾所周知自由層可以是一個單層或鐵磁材料。在所示的雙層結構中，第一自由傳感層28可在磁頭層26之上，第二自由傳感層30可在第一自由傳感層28之上。第一自由傳感層28可由鈷鐵(CoFe)合金構成，而第二自由傳感層30可由鎳鐵(NiFe)合金構成。可由鉭(Ta)構成的自由層罩32可在第二自由層30之上。因而本發明應用於感應電流在固定和感應鐵磁層平面中的旋轉閥應用，也應用於其它的磁碟讀磁頭應用，包括那些感應電流垂直於這些層平面的應用(CPP)，如CPP大型磁阻(GMR)傳感器以及磁隧道結(MTJ)讀磁頭。
現在來詳細描述優選的硬偏磁堆22，埋藏導體層34可以位於晶種層36的下面，它上面配置一個硬偏磁層38。如這裡所預定的，硬偏磁堆22的硬偏磁層38與傳感堆20的自由層28、30分享共同的中心線C(從厚度來說)。
根據本發明，置於導體層34和晶種層36之間的是一個或多個過渡層。在所示的實施方案中，上部過渡層40在晶種層36下面，下部過渡層42在上部過渡層40與導體層34之間。
正如經過本發明所驗證的，與沒有過渡層但結構基本相同的結構相比，過渡層減小了硬偏磁堆22的電阻，增加了堆22的磁矯頑力。過渡層促進了晶種層36形成想要的生長方向。
在所示的實施方案中，硬偏磁層38可由CoyPt1-y構成，其中y表示合成合金的鈷的百分比。硬偏磁層38可有厚度t5(7.8nm)，在一種實施方案中由Co75Pt25構成。通常，「y」可以在0.25到0.90(含)之間。與之不同，晶種層36可由CrxMo1-x構成，其中「x」表示鉻在合金中的百分比，其取值範圍為0.1到0.3(含)之間。晶種層36的厚度t6可以是4nm。還有一種選擇，晶種層可由其它的體心立方(bcc)金屬如(200)定向的bcc金屬構成，其C軸晶格失配範圍為0％-3％，如Cr、CrxTi1-x、CrxMn1-x和CrxV1-x。
在優選實施方案中，上部過渡層40由厚度t7為0.5nm的鉭構成，而下部過渡層42由厚度t8為0.5nm的CozPt1-z構成，其中「z」可以在幾乎1(含)到0.25(含)之間。也就是說，如果想要，下部過渡層可以由純鈷構成。一般而言，任何一個過渡層的厚度都不超過3nm。優選的下部過渡層42的厚度t8足以造成下部過渡層42的超順磁性。
導體層可由Au、Rh、W和Cu中的一個或多個構成，可以有6.5nm的厚度t9。如果想要，由如鉭構成、厚度如2nm的硬偏磁堆罩44能夠覆蓋硬偏磁層38，而兩個底層46、48可以在導體層34之下。上部的底層46可由0.5nm厚的CoPt或純Co構成，下部的底層48可由1.0nm厚的Ta構成。當導體層是厚度小於10nm的金時，可以通過在CoPt底層上增加導體層34來優化其傳導性，這改善了金的聚結。下部底層48(Ta)可以用作金的支持層，當使用底層46(CoPt)時也可以不需要它。
儘管這裡所示並詳述的特定的用於讀磁頭的硬偏磁結構完全能達到該發明的上述目的，還要了解它是本發明目前優選的實施方案，因而代表了本發明廣泛預期的主旨，本發明的範圍完全包括了對於本領域技術人員變得明顯的其他實施方案，因此本發明的範圍不限於除附加權利要求中以外的任何情況，權力要求書中如果沒有明確規定，提及一種單元素的意思不是「一個且只有一個」而是「一個或多個」。那些本領域普通技術人員已經知道或以後將要知道的、所有結構上和功能上與上述優選實施方案中元素相當的元素，在這裡通過引用都清楚地加入進來並包括在本權力要求書中。而且，由於為本權利要求書所包括，一種裝置或方法不必提出通過本發明尋求解決的每一個問題。此外，不管在權力要求書中是否明確陳述了元素、成分或方法步驟，本文中沒有元素、成分或方法步驟計劃專用於公共情況。如果要素不是用短語「用於...的裝置」明確說明，或者在方法權利要求中要素表述為「步驟」而不是「行為」，這裡的權利要求中沒有要素要在U.S.C.『112第六段的規定下進行解釋。這裡沒有明確的定義，權利要求項都是常規、習慣的意思，與現在的說明書和文件記錄沒有衝突之處。
權利要求
1.一種用於讀磁頭的硬偏磁結構，包括至少一個晶種層，該晶種層包括CrxMo1-x；至少一個傳導層；至少一個硬偏磁層，該硬偏磁層包括CoyPt1-y，晶種層置於硬偏磁層和傳導層之間；以及傳導層和晶種層之間的至少一個過渡層。
2.權利要求1的硬偏磁結構，其中，與沒有過渡層但結構基本相同的結構相比，過渡層減小了該結構的電阻，增加了其磁矯頑力。
3.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中x在0.1(含)和0.3(含)之間。
4.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中y在0.25(含)和0.90(含)之間。
5.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中x在約0.1(含)和約0.3(含)之間。
6.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中y在約0.25(含)和約0.90(含)之間。
7.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中傳導層由Au、Rh、W、Cu中的至少一種構成。
8.根據權利要求1的硬偏磁結構，其中過渡層由Ta、CoPt、Co中的至少一種構成。
9.根據權利要求1的硬偏磁結構，包括晶種層和傳導層之間的第一和第二過渡層，第一過渡層由Ta構成，第二過渡層由CoPt或Co構成。
10.根據權利要求9的硬偏磁結構，其中第一過渡層位於第二過渡層和晶種層之間。
11.根據權利要求9的硬偏磁結構，其中第二過渡層由25％到約100％的Co構成。
12.根據權利要求1的硬偏磁結構，還包括至少一個底層，該底層被配置得使傳導層位於底層和過渡層之間。
13.根據權利要求12的硬偏磁結構，還包括第一和第二底層，至少第一底層由CoPt或Co構成，第二底層由Ta構成。
14.根據權利要求9的硬偏磁結構，其中第一過渡層限定不超過3毫微米(3nm)的厚度。
15.根據權利要求9的硬偏磁結構，其中第二過渡層限定足以使第二過渡層具有超順磁性的厚度。
16.根據權利要求1的硬偏磁結構，與至少一個讀磁頭自由傳感器結構相結合。
17.一種製造用於讀磁頭的硬偏磁結構的方法，包括提供至少一個晶種層；提供至少一個硬偏磁層；在晶種層和硬偏磁層下面提供至少一個埋藏導體；以及在導體與晶種層之間提供至少一個過渡層。
18.根據權利要求17的方法，其中過渡層促進了晶種層形成想要的生長方向。
19.根據權利要求18的方法，其中與沒有過渡層但結構基本相同的結構相比，過渡層減小了該結構的電阻，增加了其磁矯頑力。
20.根據權利要求17的方法，其中晶種層包括至少一個體心立方(bcc)(200)定向金屬，它的C軸晶格失配範圍為0％(含)到3％(含)。
21.根據權利要求20的方法，其中晶種層由CrxMo1-x、Cr、CrxTi1-x、CrxMn1-x和CrxV1-x中的至少一種構成。
22.根據權利要求17的方法，其中硬偏磁層包括CoyPt1-y，其中y在0.25(含)和0.90(含)之間。
23.根據權利要求17的方法，其中埋藏導體由Au、Rh、W、Cu中的至少一種構成。
24.根據權利要求17的方法，其中過渡層由Ta、CoPt和Co中的至少一種構成。
25.根據權利要求17的方法，包括晶種層和埋藏導體之間的第一和第二過渡層，第一過渡層由Ta構成，第二過渡層由CoPt或Co構成。
26.根據權利要求25的方法，其中第一過渡層位於第二過渡層和晶種層之間。
27.根據權利要求25的方法，其中第二過渡層由25％到約100％的Co構成。
28.根據權利要求17的方法，還包括至少一個底層，該底層被配置得使埋藏導體位於底層和過渡層之間。
29.根據權利要求28的方法，還包括第一和第二底層，至少第一底層由CoPt或Co構成，第二底層由Ta構成。
30.根據權利要求25的方法，其中第一過渡層限定不超過3毫微米(3nm)的厚度，第二過渡層限定足以使第二過渡層具有超順磁性的厚度。
31.根據權利要求17的方法，包括將硬偏磁結構配置為與至少一個讀磁頭自由傳感器結構相鄰。
32.一種讀磁頭，包括一個傳感器堆，包括一個固定鐵磁層，在所討論的範圍內存在所應用磁場時，其磁矩基本上防止出現旋轉；一個自由鐵磁層，在不存在所應用的磁場時，其磁矩定向於優選的方向，且在所討論的範圍內存在所應用磁場時基本上免於旋轉；以及一個位於固定和自由鐵磁層之間的間隔層；位於自由鐵磁層每一端的硬偏磁堆，每個硬偏磁堆包括至少一個埋藏導體，它在至少一個晶種層和至少一個硬偏磁層下面；置於導體與晶種層和硬偏磁層這二者中至少一個之間的至少一個過渡層，硬偏磁層提供所述優選方向中自由層磁矩的偏置。
33.根據權利要求32的讀磁頭，其中過渡層促進晶種層形成想要的生長方向，與沒有過渡層但結構基本相同的結構相比，過渡層減小了硬偏磁堆的電阻，並增加了硬偏磁堆的磁矯頑力。
34.根據權利要求32的讀磁頭，其中硬偏磁層包括CoyPt1-y，其中y在0.25(含)和0.90(含)，埋藏導體由Au、Rh、W、Cu中的至少一種構成。
35.根據權利要求32的讀磁頭，其中過渡層由Ta、CoPt、Co中的至少一種構成。
36.根據權利要求32的讀磁頭，包括晶種層和埋藏導體之間的第一和第二過渡層，第一過渡層由Ta構成，第二過渡層由CoPt或Co構成。
37.根據權利要求32的讀磁頭，其中第一過渡層位於第二過渡層和晶種層之間。
38.根據權利要求32的讀磁頭，還包括至少一個底層，該底層被配置得使埋藏導體位於底層和過渡層之間。
39.根據權利要求38的讀磁頭，還包括第一和第二底層，至少第一底層由CoPt或Co構成，第二底層由Ta構成。
40.根據權利要求36的讀磁頭，其中第一過渡層限定不超過3毫微米(3nm)的厚度，第二過渡層限定足以使第二過渡層具有超順磁性的厚度。
41.根據權利要求32的讀磁頭，其中晶種層包括至少一個體心立方(bcc)(200)定向金屬，它的C軸晶格失配範圍為0％(含)到3％(含)。
42.根據權利要求41的讀磁頭，其中晶種層由CrxMo1-x、CrxTi1-x、Cr、CrxMn1-x和CrxV1-x中的至少一種構成。
全文摘要
本發明公開了具有硬偏磁結構的讀磁頭。用於讀磁頭的一種硬偏磁結構包括一個由CrMo構成的晶種層，一個在晶種層上面、由CoPt構成的硬偏磁層，以及晶種層下面的一個傳導層。為了在提高該結構的磁矯頑力時降低其阻抗，在傳導層和晶種層之間配置了由Ta構成的第一過渡層和由CoPt構成的第二過渡層。
文檔編號H01F10/32GK1551107SQ200410031898
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月31日 優先權日2003年4月1日
發明者歐內斯託·E·馬裡內羅, 歐內斯託 E 馬裡內羅 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司