專利名稱：具改進(jìn)的穩(wěn)定性的磁性元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各種實(shí)施例一般涉及能夠檢測(cè)到磁性狀態(tài)變化的磁性元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)各種實(shí)施例,磁性元件包括具有第一展布范圍(areal extent)的磁性響應(yīng)堆疊(stack)或迭片結(jié)構(gòu)(lamination)。堆疊包括位于第一和第二鐵磁自由層之間的間隔層 (spacer layer)。至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片(tab)在第一自由層與間隔層相反的表面上與第一自由層相連接，AFM片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。其它實(shí)施例包括具有第一展布范圍的磁性響應(yīng)堆疊，并且用位于第一和第二鐵磁自由多層結(jié)構(gòu)之間的間隔層來(lái)構(gòu)造，每個(gè)多層結(jié)構(gòu)都具有與間隔層耦接的C0xFei_x層、與 AFM片耦接的(CoxFe1J yBi_y層、以及布置在CoxFei_x和(CoxFe1J yBi_y層之間的NixFei_x層。 至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片在第一自由層和間隔層相反的表面上與第一自由層相耦接，AFM 片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。在另一示例性實(shí)施例中，非磁性隧道阻擋層(tunneling barrier layer)布置在具有第一展布范圍的第一鐵磁自由層和第二鐵磁自由層之間。至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片在第一自由層和間隔層相反的表面上與第一或第二自由層相連接并且與第一自由層的氣墊面間隔開(kāi)偏移距離(offset distance)。以本發(fā)明的不同實(shí)施例為特征的這些和其它特征及優(yōu)勢(shì)可鑒于下列詳細(xì)討論和附圖來(lái)理解。


圖I 一般說(shuō)明了能夠用作讀傳感器的示例性磁性元件。圖2示出了如根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的圖I的示例性磁性元件的一部分。圖3顯示了圖2的磁性元件的示例性操作特性。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性磁性元件。圖5A-5C —般說(shuō)明了能夠用于圖4的磁性兀件的不例性磁性堆疊的部分。圖6提供了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性磁性元件。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性磁性元件。圖8提供了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性磁性元件。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性磁性元件。圖10提供了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造及操作的示例性元件。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例執(zhí)行的示例性元件制造例程的流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開(kāi)一般涉及諸如在用于數(shù)據(jù)傳感頭(data transducing head)的讀取傳感器和用來(lái)提供非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的磁性存儲(chǔ)元件的情境中，能夠檢測(cè)磁性波動(dòng)的磁性元件。 隨著電子設(shè)備變得更精致，對(duì)更高的數(shù)據(jù)容量和改進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸率的要求已經(jīng)將更多的重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)感測(cè)元件的速度和可靠性上。隨著通過(guò)使用磁性存儲(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)段， 對(duì)磁性波動(dòng)變化靈敏的數(shù)據(jù)感測(cè)元件的磁穩(wěn)定(magnetic stabilization)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。因此，本發(fā)明的不同實(shí)施例一般涉及具有通過(guò)使用與一個(gè)或多個(gè)自由層相耦接的反鐵磁(AFM)片而增強(qiáng)的磁穩(wěn)定的磁性元件。AFM片可位于自由層的擴(kuò)展條紋高度部分上，以便與自由層的較大展布范圍相對(duì)應(yīng)的形狀各向異性提供更大的磁穩(wěn)定。與氣墊面(ABS, air bearing surface)相偏移的AFM片的位置允許較小的屏蔽對(duì)屏蔽 (shield-to-shield)間距。圖I顯示了一種能夠用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的數(shù)據(jù)傳感頭中的讀取傳感器的磁性元件100的不例性方框表不。兀件100包括第一和第二鐵磁自由層102和104,每個(gè)鐵磁自由層都對(duì)外部磁場(chǎng)靈敏。每個(gè)自由層102和104可具有獨(dú)立或公共的與遇到的外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的磁化，諸如由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介106上編程過(guò)的磁性比特來(lái)提供。自由層102和104由非磁性間隔層108分離開(kāi)，非磁性間隔層108可構(gòu)造成多種厚度以容納期望的自由層磁性感測(cè)。在一些實(shí)施例中，間隔層108是隧道阻擋層。自由層 102和104均可進(jìn)一步與諸如籽晶層(seed layer) 110和覆蓋層(cap layer) 112之類的電極層相耦接。電極層的組成、形狀和放置不受限制且可根據(jù)需要修改。磁性元件100進(jìn)一步可選地包括屏蔽層114、116，其在自由層102和104的相對(duì)向的面上附接于電極層。屏蔽層114和116可以多種排列和組成來(lái)定向以將不想要的磁通量引導(dǎo)為遠(yuǎn)離自由層102和104。這種屏蔽可允許通過(guò)消除噪聲和對(duì)鄰近比特的不經(jīng)意的感測(cè)來(lái)改進(jìn)對(duì)來(lái)自媒介106的編程過(guò)的比特的磁性感測(cè)。如圖I所示，層壓的感測(cè)堆疊118由間隔108和自由層102及104組成，與均具有較小的展布范圍和條紋高度的屏蔽114及116和電極層110和112相比，其具有與第一展布范圍相對(duì)應(yīng)的拉長(zhǎng)的條紋高度120。感測(cè)堆疊的較長(zhǎng)的條紋高度120可通過(guò)提供對(duì)操作變化的魯棒性的增強(qiáng)性能來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)比特的磁性感測(cè)。這種增強(qiáng)的性能可通過(guò)響應(yīng)于那些外部比特來(lái)維持更強(qiáng)的磁化，從而允許改進(jìn)的外部比特的磁性感測(cè)。自由層102和104均對(duì)外部磁場(chǎng)靈敏,在沒(méi)有缺省磁定向(orientation)用作參照的情況下，感測(cè)外部比特將是困難的。在各種實(shí)施例中，反鐵磁(AFM)片122與自由層102 和104中的一個(gè)或兩個(gè)相耦接以影響自由層的磁定向以及提供缺省磁參照。AFM片122可通過(guò)與AFM材料相關(guān)聯(lián)的交換偏置將自由層102和104中的一個(gè)或兩個(gè)保持在預(yù)定磁定向中，這可在存在超過(guò)預(yù)定閾值的外部磁化的情況下解決。例如，第一自由層102可具有缺省的由AFM片122提供的第一方向的磁化，其響應(yīng)于外部磁化第一方向被反轉(zhuǎn)成第二方向并且大于由片122給予的磁化。應(yīng)該注意到，AFM片 122和自由層102及104的磁化方向和幅度可根據(jù)磁性元件100的期望性能的需要來(lái)進(jìn)行配置。一種示例性磁性元件配置和圖2的磁性堆疊130 —起顯示。間隔或隧道阻擋層 132分離第一和第二自由層134和136，每個(gè)自由層與獨(dú)立AFM片138和140附接。AFM片均與氣墊面(ABS)偏移及分離，以便覆蓋或籽晶電極層142和144分別位于ABS和AFM片
5138及140之間。這樣，AFM片134和136沒(méi)有接觸或靠近ABS，且以從ABS測(cè)量的偏移距尚與自由層134和136相f禹接。AFM片138和140和ABS相偏移，在ABS處的堆疊130的厚度可最小化以允許更高的線性密度應(yīng)用。沿堆疊130的條紋高度附接AFM片138和140允許與自由層134和136 相關(guān)聯(lián)的形狀各向異性以與AFM片的交換偏置磁化有效交互，從而在沒(méi)有超過(guò)預(yù)定閾值的外部磁化的情況下設(shè)置預(yù)定缺省磁化。如圖2所不,第一和第二自由層134、136和介入間隔層132形成具有第一展布范圍的磁響應(yīng)迭片結(jié)構(gòu)(或者堆疊)。第一展布范圍表示沿其主(最大)軸(譬如從迭片結(jié)構(gòu)之上或之下觀看)的迭片結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域。AFM片138和140與介入迭片結(jié)構(gòu)的相對(duì)向的面相耦接并且均提供有第二展布范圍。第二展布范圍面對(duì)且小于迭片結(jié)構(gòu)的第一展布范圍。這提供了 AFM片關(guān)于迭片結(jié)構(gòu)的偏移距離146，如所示。在至少一些實(shí)施例中，AFM片138、140將具有大于偏移距離146的片長(zhǎng)138。為了參照，自由層的示例性條紋厚度可近似于大約300毫微米、納米以及一種示例性偏移距離可近似于大約50納米。因此要理解的，附圖不必按比例繪制。與自由層134、136相關(guān)的AFM片138和140的展布范圍的尺寸被加以選擇來(lái)影響自由層134和136的磁化，并且可取決于給定應(yīng)用的需求而變化。一般來(lái)說(shuō)，AFM片僅在鄰近遠(yuǎn)離ABS的自由層的一部分處伸出，從而沿每個(gè)自由層的頂面的一部分創(chuàng)建統(tǒng)一交換偏置場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，永久磁體148配置有AFM片138和140，以磁性影響自由層134和 136來(lái)維持預(yù)定的缺省磁化。圖2的堆疊130僅僅是一種示例性而非限制性的配置。對(duì)材料、定向和配置的各種修改可根據(jù)需要或需求對(duì)堆疊130的方面做出。例如，單AFM片可配置有片長(zhǎng)150，其大于第一自由層164的厚度，其中該厚度垂直于頂面152進(jìn)行測(cè)量。替代地，相對(duì)向的AFM片可配置有不同的展布范圍。圖3 —般描述了利用后方磁體而不利用AFM片響應(yīng)于多種例性外部磁化的多個(gè)磁化堆疊。堆疊160顯示了具有由來(lái)自磁體162的偏置磁化設(shè)置的缺省磁定向的第一和第二自由層。由于每個(gè)自由層的磁化朝著角落傾斜以便最小化磁靜電相互作用能(magneto static interaction energy),磁中性外部場(chǎng)164不影響堆疊160的缺省磁化。當(dāng)自由層遇到沿第一向上方向的外部磁化(所述外部磁化大于由磁體162施加的缺省磁化，如由堆疊166和磁化168所示)時(shí)，自由層的磁化進(jìn)一步以可感測(cè)來(lái)對(duì)應(yīng)諸如O 或I的邏輯狀態(tài)的方式朝著角落傾斜。磁性堆疊170描述了第二向下方向的以及磁體162的缺省磁化之上的外部磁化 172如何影響自由層的磁化。自由層磁化降低了朝著角落的傾斜，并由于外部磁化172匹配來(lái)自磁體162的偏置場(chǎng)的方向而變得更加平行。正如堆疊166的自由層磁化，外部磁化 172的影響可被感測(cè)并區(qū)別于堆疊162的缺省磁化以讀取邏輯狀態(tài)。雖然取決于自由層之間的間隔層的配置，可通過(guò)諸如但不限于隧道磁阻(TMR， tunneling magneto resistive)、巨磁阻(GMR, giant magneto resistive)、以及各向異性磁阻(AMR)影響之類的多種不同方式感測(cè)到雙自由層堆疊160、166和170的操作，但是磁不穩(wěn)定性可在自由層其中之一無(wú)意地切換磁化方向時(shí)發(fā)生，如堆疊174中所示。這樣的磁化切換可稱為AP狀態(tài)176，此狀態(tài)中高阻抗和甚小輸出響應(yīng)使其不適于讀取外部數(shù)據(jù)比特。切換至AP狀態(tài)176可響應(yīng)于如熱及相對(duì)強(qiáng)的外部場(chǎng)一樣的各種特而發(fā)生，并且可造成數(shù)據(jù)傳感頭的災(zāi)難性故障。這樣，包含圖I和2的AFM片可創(chuàng)建交換偏置場(chǎng)，其可穩(wěn)定自由層的磁化而不會(huì)負(fù)面增加磁性堆疊的厚度。此外，通過(guò)使AFM片凹進(jìn)遠(yuǎn)離ABS的距離， 交換偏置場(chǎng)不影響在ABS處的自由層的磁性響應(yīng)。與定向于自由層的后部的磁體相比較，沿每個(gè)自由層的頂面的AFM片的放置進(jìn)一步允許交換偏置場(chǎng)垂直于ABS。如圖I和2所示的AFM片的配置亦可允許操縱自由層的條紋高度和片長(zhǎng)來(lái)創(chuàng)建各種交換偏置強(qiáng)度，其可設(shè)置自由層的缺省磁化和磁化閾值。因此，具有諸如至少條紋高度的一半之類的相對(duì)大的展布范圍的AFM片的配置可導(dǎo)致自由層即便有熱或磁激勵(lì)仍返回缺省磁化。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例構(gòu)造的示例性磁性元件180。元件180具有一對(duì)鐵磁自由多層182和184，每個(gè)都獨(dú)立地對(duì)磁場(chǎng)靈敏。也就是說(shuō)，每個(gè)自由多層182和184 可具有與圖I和2的自由層相同的方式的凈磁化。如圖4所示，自由多層可構(gòu)造有C0xFei_x 鐵磁自由層，其與第一 AFM片186、NixFei_x中間層和耦接至間隔188的(CoxFe1JyB1^Mf 自由層相耦接。如可理解的，自由多層212和214的層的化學(xué)組成可變化并且X和Y變量表示每個(gè)元件的原子或重量濃度,范圍從0%到100%。一種多層182和184的示例性結(jié)構(gòu)導(dǎo)致 NiFe4中間層布置在CoFe3tl和CoFe48B2tl鐵磁自由層之間。然而，由于X和Y變量可根據(jù)需要選擇性地在任意范圍內(nèi)修改，因此這種多層結(jié)構(gòu)不是必要的或限制性的。在另一種示例性的實(shí)施例中，層可以是非晶的、納米晶、或者本質(zhì)上具有或者面心立方(FCC)或者體心立方(BCC)晶格結(jié)構(gòu)的晶體。自由多層182和184的這種變種和構(gòu)造允許AFM片的交換偏置場(chǎng)來(lái)更有效地影響和穩(wěn)定自由多層的磁化。自由多層可結(jié)合圖I和2的自由層一起使用，或者作為自由磁性感測(cè)層獨(dú)立使用， 如圖4所顯示的。使用多層182和184可產(chǎn)生大的交換偏置，諸如大于7000e，同時(shí)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)制場(chǎng)，諸如大約2000e。因此，將AFM片186與自由多層相耦接，可通過(guò)改進(jìn)的磁穩(wěn)定來(lái)增強(qiáng)磁性元件180的精度和耐用性。由于CoxFe1I的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，將CoxFe1I鐵磁自由層放置于離間隔層188最遠(yuǎn)可允許更有效的布置AFM片186。這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提供接口，其中可增強(qiáng)AFM片186的交換耦接。準(zhǔn)確地說(shuō)，當(dāng)AFM片186由諸如IrxMrvx' PtxMrvx' NiCo和(NixCo1J O之類的材料構(gòu)成時(shí)，自由多層182和184的C0xFei_x與AFM片186之間的交換偏置場(chǎng)可操作地增大。圖5A-5C均顯示了能夠用于圖4的磁性元件中的磁性堆疊的部分。在圖5A中，自由多層202構(gòu)造有在NixFe1I和(CoxFeh)yIVy層之間的金屬插入層。金屬插入層也可放置在CoxFeh和NixFeh層之間，如圖5B的多層204中所顯示的。磁性堆疊200的配置不限于單個(gè)金屬插入層。圖5C描述了這樣的多層206，具有布置在一對(duì)金屬插入層之間的NixFei_x 層。應(yīng)該注意，圖5A-5C中示出的多層202-206僅是示例性的且僅提供在間隔或隧道阻擋層208的一側(cè)的磁性堆疊的一部分。這樣，采用金屬插入層的磁性堆疊可在間隔層208 的一側(cè)或者兩側(cè)上具有圖5A-5C的多層配置中的任意配置。然而，已觀察到，如圖5A-5C顯示的金屬層的插入可提供大于4000e的增強(qiáng)的偏置磁化。
金屬插入層的組成和厚度不是限制性的，而是可以是多種不同的金屬，譬如Ta、 Hf、La、Ti、和W。金屬層的插入可稀釋自由多層212和214的磁矩并增大影響多層的整體交換偏置場(chǎng)。在一種金屬層的示例性使用中，固體Ta層配置有小于2納米的厚度且放置在 CoxFe1^x和NixFei_x層之間，而Ti合金層安裝在NixFei_x和(CoxFe1J yBi_y層之間，厚度大于 2埃。返回圖4，自由多層182和184均通過(guò)布置在ABS和AFM片186之間的電極層192 與磁性屏蔽190相耦接。屏蔽190均可配置有降低厚度194的區(qū)域，其適用于容納AFM片 186。增強(qiáng)的磁穩(wěn)定利用AFM片186的耦接來(lái)獲得，屏蔽190可對(duì)不想要的磁通量提供足夠的防護(hù)，同時(shí)具有降低厚度的區(qū)域194。如所示，屏蔽190的厚度在ABS處最大，以為自由多層提供最大的磁性防護(hù)來(lái)抵御雜散的磁化，譬如鄰近的媒體軌道。在圖6示出的示例性磁性元件220中，屏蔽222的降低厚度的區(qū)域在程度上沒(méi)有超過(guò)第一和第二自由層224和226的條紋高度。降低厚度的區(qū)域進(jìn)一步填充有絕緣材料 228，其可降低交換偏置場(chǎng)，避免產(chǎn)生平行于自由層224和226的分流阻抗。結(jié)果，由于分流阻抗的減少，絕緣材料228提供更大幅度的讀回信號(hào)損失。當(dāng)屏蔽222程度上超過(guò)自由層224和226的條紋高度以屏蔽AFM片230的后部時(shí)， 這種配置可改變成容納更大或更小的屏蔽。例如，屏蔽222可在ABS反面的自由層224和 226之后交匯，或者包含降低厚度的其它區(qū)域以容納后方定位的磁體，譬如圖2的磁體。圖7顯示了這樣的示例性磁性元件240，AFM片242和磁體244位于第一和第二自由層246和248的垂直表面上。雙偏置場(chǎng)影響每個(gè)自由層246和248，AFM片242的片長(zhǎng)和展布范圍可修改成設(shè)置預(yù)定的缺省磁化和磁性閾值。當(dāng)絕緣材料250顯示為排他性地圍繞 AFM片242時(shí)，該材料可伸出以包圍磁體244并絕緣屏蔽252之間的空間。在圖8中，示例性的磁性元件260構(gòu)造有合成的反鐵磁(SAF) 262，其放置在自由層 264和AFM片266之間。SAF 262可配置為單層或?yàn)殍F磁自由參照層268、傳導(dǎo)層270和磁性壓制層272的迭片結(jié)構(gòu)。傳導(dǎo)層270可進(jìn)一步布置在參照和壓制層(pinned layer) 268 和272之間，以使能SAF 262的凈磁化。在一些實(shí)施例中，傳導(dǎo)層270可以是釕。通過(guò)增強(qiáng) AFM片266的交換偏置場(chǎng)，這種在AFM片266和自由層264之間的SAF配置和放置可進(jìn)一步穩(wěn)定自由層。在一些實(shí)施例中，圖4-5C的C0xFei_x、NixFei_x和(CoxFe1JyBh自由多層可用于代替SAF 262，并當(dāng)構(gòu)造有直接耦接于AFM片266的CoxFei_x層時(shí)，提供增強(qiáng)的交換偏置場(chǎng)。應(yīng)該注意，由于包括SAF 262，磁性元件260的屏蔽274根據(jù)修改示出以容納進(jìn)一步降低的厚度?？梢岳斫獾氖?，屏蔽284可以多種不同方式配置，譬如具有降低厚度的多個(gè)區(qū)域以及在 ABS的反面的自由層的后部容納磁體。當(dāng)SAF 262在圖8中示出與AFM片266共享公共展布范圍時(shí)，這種定向不是必要的，因?yàn)椴煌瑢?shí)施例具有擁有小于自由層264的展布范圍、但或者大于或者小于AFM片266 的展布范圍的展布范圍的SAF 266。這樣，根據(jù)沿自由層264的頂面測(cè)量的SAF 262的展布范圍，可根據(jù)需要修改以改變磁性元件260的操作特性。利用圖1-8，已呈現(xiàn)了若干AFM片，其可作為或可不作為公共結(jié)構(gòu)連接。在圖9的磁性元件280中，單AFM片282與鐵磁自由層對(duì)284和286的單側(cè)相耦接。如所示，第一自由層284的展布范圍小于第二自由層286的展布范圍，以便允許單AFM片282接觸兩個(gè)自由層以影響缺省磁化和閾值磁化。操縱缺省磁化和操作磁性元件280可通過(guò)調(diào)整自由層差分距離288來(lái)進(jìn)行修改。例如，增大差分距離288可提供更多的與第二自由層286直接接觸的AFM片282的表面積，反之亦然。不同實(shí)施例具有構(gòu)造成相同展布范圍并隨后進(jìn)行譬如通過(guò)蝕刻處理移除一部分第一自由層284和間隔層290的第一和第二自由層284和286。然而，由于第一自由層284 可具有比第二自由層286更大的展布范圍，因此自由層284和286不局限于圖9所示的定向。如顯示的磁性元件280具有不對(duì)稱的配置，其中頂屏蔽292具有與底屏蔽294不同的厚度降低。這種不對(duì)稱進(jìn)一步擴(kuò)展到絕緣材料296和298的形狀上，該絕緣材料可附接于或不附接于屏蔽292和294。也就是說(shuō)，頂屏蔽292和布置在AFM片282與頂屏蔽之間的頂絕緣材料296，從頂屏蔽的降低厚度的區(qū)域以一錐形進(jìn)行變換，該錐形與底屏蔽294和底絕緣材料298的90度角變換相反。在一些實(shí)施例中，從第一自由層284到第二自由層286的變換類似于AFM片282 呈現(xiàn)錐形。與此同時(shí)，在其它實(shí)施例中，底絕緣材料298具有大于頂絕緣材料296和自由層 284和286的厚度的厚度。磁性元件280的不同配置允許修改構(gòu)造和操作來(lái)容納各種各樣的使用，同時(shí)保持穩(wěn)定第一和第二自由層284和286的強(qiáng)交換偏置場(chǎng)交互。雖然當(dāng)前述討論已在數(shù)據(jù)傳感頭的讀取傳感器的上下文中描述了示例性的存儲(chǔ)元件，將理解的是，這不必是限制性的。圖10根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例一般描述了可用作固態(tài)存儲(chǔ)單元的磁性元件300。利用圖I和6-9的磁性元件，磁性屏蔽材料已經(jīng)由電極層附接至雙自由層，以將不想要的磁通量引導(dǎo)為遠(yuǎn)離于自由層，從而提高元件的磁性感測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性。然而，磁性屏蔽不是操作上述討論的各種磁性元件(如由圖10的元件300 所描述的)所必需的。不像遇到來(lái)自旋轉(zhuǎn)媒介的雜散磁場(chǎng)的傳統(tǒng)磁阻傳感器一樣，固態(tài)存儲(chǔ)單元通常按照陣列進(jìn)行附著并且遇到需要屏蔽的最小雜散磁場(chǎng)。這樣，磁性元件300沒(méi)有可增大元件 300的整體厚度的屏蔽層。然而在一些實(shí)施例中，磁性屏蔽層布置在雙自由層302的一些或全部之上。磁性元件300配置為雙自由層302和非磁性間隔層304具有伸展的條紋高度，該高度與第一展布范圍306對(duì)應(yīng)并由于增大的形狀各向異性而促進(jìn)了磁穩(wěn)定。每個(gè)自由層 302與AFM片308相耦接，其連續(xù)接觸性地將自由層302的預(yù)定部分與第二展布范圍310相嚙合。由于AFM片308的展布范圍增大，AFM片308的反鐵磁屬性增強(qiáng)。也就是說(shuō)，AFM片 308可配置有各種展布范圍，其導(dǎo)致更多或更少的反鐵磁材料接觸每個(gè)自由層302。更大的AFM片308展布范圍可提供更大的交換偏置場(chǎng)，其由于片308的連續(xù)接觸而統(tǒng)一施加于自由層302。在圖10示出的示例性實(shí)施例中，AFM片308具有大于自由層302 的厚度312和展布范圍的一半的展布范圍。進(jìn)一步如圖10所示，AFM片308可與覆蓋及籽晶電極層314分離，覆蓋及籽晶電極層均適用于經(jīng)由導(dǎo)線316將電信號(hào)帶至和帶出自由層 302。在操作中，磁性元件300由于在自由層302和AFM片308之間的增強(qiáng)的連接和交換偏置場(chǎng)交換而具有改進(jìn)的穩(wěn)定性。磁穩(wěn)定進(jìn)一步通過(guò)流經(jīng)電極層314而不是AFM片308 的電信號(hào)來(lái)增強(qiáng)。也就是說(shuō)，與導(dǎo)線316的連接以及隨之產(chǎn)生的接收電信號(hào)可影響AFM片308的磁性特性并且隨后影響與自由層302交互的交換偏置場(chǎng)。因而，AFM片308和導(dǎo)線 316的電分離允許統(tǒng)一的交換偏置場(chǎng),其促進(jìn)了自由層302中的磁穩(wěn)定。磁性元件300的示例性實(shí)施例可包括AFM片308和至少一個(gè)電極層，其是共面的且均以分離的鄰近與第一鐵磁自由層302相耦接。另一種示例性實(shí)施例構(gòu)造AFM片308離自由及間隔層302和304的前面318預(yù)定距離。不管磁性元件300的配置，AFM片308可提供增加的磁穩(wěn)定而最小增長(zhǎng)元件厚度。圖11提供了根據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例傳導(dǎo)的示例性元件制造例程320。例程320 初始在步驟322中提供具有第一展布范圍的第一和第二鐵磁自由層。如圖1-10所顯示，鐵磁自由層可由間隔層分離并且均連接至具有較小展布范圍的電極層，譬如覆蓋或籽晶電極層。在不同實(shí)施例中，自由層均是如圖4所示的CoxFei_x、NixFei_x和(CoxFe1JyBhy的迭片結(jié)構(gòu)。在步驟322之后，可作出決策是否利用步驟324創(chuàng)建具有單片的磁性元件或者利用步驟326創(chuàng)建具有雙片的磁性元件。如圖9所示，在步驟328中，第一自由和間隔層被蝕刻至第二展布范圍之后，單AFM片可通過(guò)接觸嚙合影響兩個(gè)自由層。由于第二自由層可代替第一自由層進(jìn)行蝕刻，因此蝕刻不限于具體過(guò)程、形狀或定向。在步驟330中，兩個(gè)自由層具有被暴露出的頂面，具有第三展布范圍的AFM片在每個(gè)自由層的頂面上耦接。AFM片將接著使兩個(gè)自由層連續(xù)接觸并提供統(tǒng)一的交換偏置場(chǎng)，其將為每個(gè)自由層創(chuàng)建缺省磁化。步驟332將絕緣材料附接于AFM片和第二自由層以降低來(lái)自分流阻抗的幅度反饋損失。在步驟328的蝕刻以及步驟330的AFM片布置之后的自由層的不同配置可提供不對(duì)稱的定位，其中AFM片的頂面的形狀不同于第二自由層的底面的形狀。這樣，在AFM片上的絕緣材料的形狀可不同于第二自由層上的形狀。在步驟334，如果雙AFM片配置利用步驟326進(jìn)行選擇，則一對(duì)具有第四展布范圍的AFM片與第一和第二自由層相耦接。如圖1-7所示，AFM片均可具有在自由層上的相同展布范圍和定向。然而，由于AFM片可具有不同的展布范圍并可連接至自由層的頂面的不同區(qū)域，因此這種配置是不必要的或限制性的。步驟336圍繞每個(gè)AFM片附接絕緣材料，以減少分流阻抗。絕緣材料可圍繞兩個(gè) AFM片并延伸來(lái)接觸自由層，但這種定向不是必要的或限制性的。例程320繼續(xù)在決策338 中進(jìn)行判定是否配置元件為固態(tài)存儲(chǔ)單元。在不選擇構(gòu)造存儲(chǔ)單元的情況下，磁性屏蔽在步驟340中至少附接于絕緣材料。根據(jù)上述討論，屏蔽可以采用各種形狀，譬如具有降低厚度的局部區(qū)域，以及在自由層的部分或全部之上伸出，并可選地圍繞后方安裝的磁體伸出。創(chuàng)建存儲(chǔ)單元的決策繼續(xù)通過(guò)在步驟342將導(dǎo)線與前面布置的直接鄰近自由層的電極層相連接將AFM片與引入電導(dǎo)線分離。圖9的磁性元件一般描述了 AFM片可如何將 AFM片從電通路電分離成自由層。可以理解是的，本公開(kāi)中描述的磁性元件的配置和材料特征允許有利的磁穩(wěn)定， 同時(shí)保持了小的屏蔽到屏蔽的間隔。雙自由層的延伸的條紋高度和展布范圍提供改進(jìn)的磁性能。而且，與ABS的AFM片偏移允許小的元件厚度，同時(shí)通過(guò)與自由層的相對(duì)大且統(tǒng)一的交換偏置交互增強(qiáng)了自由層的磁穩(wěn)定。另外，當(dāng)實(shí)施例已涉及磁性感測(cè)時(shí)，應(yīng)理解的是，所請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明可容易地用于任意數(shù)量的其它應(yīng)用中，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置應(yīng)用。
為了參照，這里使用的術(shù)語(yǔ)“展布范圍“將理解成與前面討論的一致，表示面向?qū)ο蟮淖铋L(zhǎng)正交軸的對(duì)象的累積表面區(qū)域，并且不考慮不面向該軸的表面區(qū)域。例如，表面可具有U型凹痕,其具有面向相反方向的,和豎直上升的表面,表面區(qū)域?qū)嫦騻?cè)面的表面，但從凹痕之上觀看，展布范圍將不包括面向凹痕的表面的側(cè)面的區(qū)域。要理解，即使本發(fā)明的不同實(shí)施例的多種特征和優(yōu)勢(shì)已和本發(fā)明的不同實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)一起在前面的描述中闡明，該詳細(xì)說(shuō)明僅是說(shuō)明性的，可在細(xì)節(jié)上做出改變，尤其在由所附權(quán)利要求表述的術(shù)語(yǔ)的寬泛一般性意義所指示的全部范圍的本發(fā)明的原則之內(nèi)的結(jié)構(gòu)和布置方面。例如，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，具體元件可取決于具體應(yīng)用變化。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括磁性響應(yīng)堆疊，具有第一展布范圍并包括位于第一和第二鐵磁自由層之間的間隔層；以及至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片，在第一自由層與間隔層相反的表面上與第一自由層相耦接，該AFM片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。
2.權(quán)利要求I的裝置，進(jìn)一步包括第一和第二電極層，其分別與磁性響應(yīng)堆疊的相對(duì)向的面相耦接。
3.權(quán)利要求I的裝置，進(jìn)一步包括第二AFM片，在第二自由層與間隔層相反的表面上與第二自由層相耦接。
4.權(quán)利要求I的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)磁性屏蔽，其與所述堆疊的選中側(cè)面相耦接。
5.權(quán)利要求4的裝置，其中所述至少一個(gè)磁性屏蔽具有降低厚度的區(qū)域，其容納所述 AFM片的一部分。
6.權(quán)利要求4的裝置，其中絕緣層布置在所述AFM片和所述磁性屏蔽之間。
7.權(quán)利要求I的裝置，其中所述AFM片以離鄰近所述堆疊的第一端的氣墊面的偏移距離接觸第一自由層。
8.權(quán)利要求2的裝置，其中所述AFM片和第一電極層共面且均在不同位置與第一鐵磁自由層耦接。
9.權(quán)利要求I的裝置，其中第一和第二自由層均是多層結(jié)構(gòu)。
10.權(quán)利要求I的裝置，其中第一金屬插入層位于C0xFei_x層和NixFei_x層之間，以及第二金屬插入層位于NixFe1I層和(CoxFe1I)yIVy層之間。
11.權(quán)利要求11的裝置，其中合成反鐵磁位于每個(gè)自由層和AFM片之間。
12.權(quán)利要求11裝置，特征為數(shù)據(jù)傳感頭中的讀取傳感器。
13.一種裝置，包括磁性響應(yīng)堆疊，具有第一展布范圍并包括位于第一和第二鐵磁自由多層結(jié)構(gòu)之間的間隔層，多層結(jié)構(gòu)均包括與所述間隔層耦接的CoxFei_x、與AFM片耦接的(C0xFe1JyB1Y以及布置在 C0xFei_x 和(CoxFei_x) ,B1^y 層之間的 NixFei_x 層；以及至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片，在第一自由層與間隔層相反的表面上與第一自由層耦接， 所述AFM片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。
14.權(quán)利要求13的裝置，其中多層結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)是金屬插入層，其稀釋自由層的磁矩。
15.權(quán)利要求13的裝置，特征為非易失性固態(tài)存儲(chǔ)單元。
16.—種磁性兀件,包括非磁性隧道阻擋層，布置在具有第一展布范圍的第一鐵磁自由層和第二鐵磁自由層之間；以及至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片，在第一或第二自由層與間隔層相反的表面上與該第一或第二自由層連接，并與第一自由鐵磁層的前表面間隔開(kāi)偏移距離。
17.權(quán)利要求16的磁性元件，進(jìn)一步包括磁體，其位于鄰近自由層并面向所述自由層的與氣墊面相反的側(cè)面。
18.權(quán)利要求16的磁性元件，其中第一和第二絕緣材料與所述AFM片和第二自由鐵磁層相耦接。
19.權(quán)利要求16的磁性元件，其中所述AFM片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。
20.權(quán)利要求16的磁性元件，其中所述自由鐵磁層能夠作為非易失性固態(tài)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)磁定向。
全文摘要
一種具改進(jìn)的穩(wěn)定性的磁性元件，其能夠檢測(cè)磁性狀態(tài)的變化，譬如用作數(shù)據(jù)傳感頭中的讀取傳感器或者用作固態(tài)非易失性存儲(chǔ)元件。根據(jù)不同實(shí)施例，磁性元件包括具有第一展布范圍的磁性響應(yīng)堆疊或迭片結(jié)構(gòu)。該堆疊包括位于第一和第二鐵磁自由層之間的間隔層。至少一個(gè)反鐵磁(AFM)片在第一自由層與間隔層相反的表面上與第一自由層連接，AFM片具有小于第一展布范圍的第二展布范圍。
文檔編號(hào)G11B5/245GK102592609SQ20111046313
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者D·V·季米特洛夫, M·W·科溫頓, Q·何, S·B·甘歌帕德亞, 丁元俊, 宋電, 田偉 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司