KR101689644B1 - 자기 저항 센서 실드 - Google Patents

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KR101689644B1
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재-영 이
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Abstract

본원에서 개시된 구현예는, 사이드 실드 엘리먼트에 자기적으로 커플링된, 합성 반강자성(synthetic antiferromagnetic; SAF) 구조체를 포함하는 자기 저항(magnetoresistive; MR) 센서를 제공한다. SAF 구조체는, 강자성 재료와 내화재의 합금인 적어도 하나의 자기 비정질 층을 포함한다. 비정질 자기층은 비-자기 층과 접촉할 수도 있고 비-자기 층의 대향 표면과 접촉하는 층에 반강자성적으로 커플링된다.

Description

자기 저항 센서 실드{MAGNETORESISTIVE SENSOR SHIELD}
일반적으로, 자기 하드 디스크 드라이브는 유형의 자기 저장 매체에 인코딩된 데이터를 판독 및 기록하는 트랜듀서 헤드를 포함한다. 자기 매체의 표면에서 검출된 자기 플럭스는 트랜듀서 헤드 내의 자기 저항(magnetoresistive; MR) 센서 내의 감지 층 또는 층들의 자화(magnetization) 벡터의 회전을 야기하고, 결국에는 MR 센서의 전기 저항에서의 변화를 야기한다. MR 센서의 저항에서의 변화는 MR 센서를 통해 전류를 통과시키고 결과적으로 발생하는 MR 센서 양단의 전압에서의 변화를 측정함으로써 검출될 수 있다. 관련 회로는 측정된 전압 변화 정보를 적절한 포맷으로 변환하고 그 정보를 처리하여 디스크 상에 인코딩된 데이터를 복원할 수 있다.
자기 기록 밀도 성능에서의 향상이 추구됨에 따라, 트랜듀서 헤드의 치수도 계속 축소되고 있다. 통상적으로, 트랜듀서 헤드는, 다른 구조체 중에서도, MR 센서를 갖는 박막 다층 구조체(thin film multilayer structure)로서 형성된다. 몇몇 접근법에서, 박막 다층 구조체는 MR 센서 안정성을 향상시키기 위해 합성 반강자성체(synthetic anti-ferromagnet; SAF)를 포함한다. 그러나, 그럼에도 불구하고, SAF 기반 MR 센서를 형성하는 데 사용되는 기존 박막 프로세스 및 구조체 설계는, MR 센서 성능 및 안정성을 제한할 수 있는 영향을 나타낸다.
개요
본원에서 설명되고 청구되는 구현예는 사이드 실드 엘리먼트(side shield element)에 자기적으로 커플링된 합성 반강자성(SAF) 구조체를 제공하는데, 그 SAF 구조체는 강자성 재료와 내화재(refractory material)를 포함하는 적어도 하나의 비정질 합금층(amorphous alloy layer)을 포함한다.
이 개요는 하기의 상세한 설명에서 더 설명되는 개념의 정립을 단순화된 형태로 도입하기 위해 제공된다. 이 개요는 청구된 주제의 주요 특징이나 또는 본질적인 특징을 식별하도록 의도된 것이 아니며, 청구된 주제의 범위를 제한하는 데 사용되도록 의도된 것도 아니다. 청구된 주제의 다른 특징, 상세, 용도, 및 이점은, 다양한 구현예 및 첨부된 도면에서 더 예시되고 첨부의 특허청구범위에서 더 정의되는 바와 같은 구현예의 하기에 더 특정하게 기록된 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 예시적인 디스크 드라이브 어셈블리와 예시적인 MR 센서의 평면도를 예시한다.
도 2는 커플링 스페이서 층과 접촉하는 비정질 자기 재료를 갖는 합성 반강자성 구조체를 포함하는 다른 MR 센서를 예시한다.
도 3은 제 1의 SAF 구조체 및 제 2의 SAF 구조체를 포함하는 다른 예시적인 MR 센서의 ABS 대면 뷰(ABS-facing view)를 예시한다.
도 4는 인가된 자기장 하에서 CoFeNb 시트 필름의 비정질 강자성 층에 대한 자화를 예시한다.
도 5는 인가된 자기장 하에서 NiFe의 결정질 강자성 층에 대한 자화를 예시한다.
도 6은 인가된 자기장 하에서 2개의 상이한 SAF 구조체에 대한 자화를 예시한다.
상세한 설명
크로스 트랙 자기 간섭(cross-track magnetic interference)을 줄이는 것은, 더 큰 면적 밀도를 갖는 저장 디바이스를 생성함에 있어서 한 도전과제이다. 몇몇 자기저항(MR) 센서 설계는, 크로스 트랙 자기 간섭을 줄이기 위해 사이드 실드(side shield)를 활용하지만; 그러나, 사이드 실드는 부유(stray) 자기장에서의 변동에 민감할 수 있다. 이 민감성은 MR 센서 내의 자유층 바이어스 가변성(free layer bias variability)으로 나타날 수 있고, 이것은 결과적으로 MR 센서의 신호 대 잡음비(SNR)을 감소시킬 수 있다.
사이드 실드 안정화를 돕기 위해, 고정된(pinned) 합성 반강자성체(SAF) 구조체가 센서 스택의 리딩 및 트레일링 에지에 근접한 실드 엘리먼트에 통합될 수 있다. SAF 구조체는 사이드 실드에 자기적으로 커플링되고 비-자기(non-magnetic) 스페이서 커플링 층을 가로질러 반강자성적으로 함께 커플링된 적어도 2개의 강자성 층을 포함한다.
위에서 설명된 센서 설계에서, SAF 구조체에서의 반강자성 커플링의 세기는 SAF 구조체의 안정화 및 사이드 실드의 안정화에 주요한 역할을 담당한다. 스페이스 커플링 층과 강자성 층 사이의 계면(interface)이 거칠면, SAF 구조체 내의 강자성 커플링의 세기는 감소된다. 이것은 사이드 실드 안정화에서의 감소에 기여하며, 궁극적으로 MR 센서의 노이즈에서의 증가에 기여한다.
본원에서 개시된 구현예는 자기 비정질 합금을 포함하는 하나 이상의 강자성 커플링 층을 갖는 SAF 구조체를 제공한다. 자기 비정질 합금은 강자성체 층과 스페이서 커플링 층 사이의 "더 평활한(smoother)" 계면에 기여한다. 결과적으로, MR 센서는 향상된 안정성 및 크로스 트랙 자기 간섭에서의 감소를 나타낸다.
본원에서 개시된 기술은 아주 다양한 상이한 타입의 MR 센서(예를 들면, 이방성 자기 저항(anisotropic magnetoresistive; AMR) 센서, 터널링 자기 저항(tunneling magnetoresistive; TMR) 센서, 거대 자기 저항(giant magnetoresistive; GMR) 센서 등)과 연계하여 사용될 수도 있다. 따라서, 본원에서 개시된 구현예는, 래터럴 스핀 밸브(lateral spin valve; LSV), 스핀-홀 효과(spin-hall effect; SHE), 스핀 토크 발진(spin torque oscillation; STO) 등과 같은 새로운 물리적 현상에 기초한 새로운 MR 센서 설계에 또한 적용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 디스크 드라이브 어셈블리(100)의 평면도를 예시한다. 예시적인 디스크 드라이브 어셈블리(100)는 미디어 디스크(108) 위에 위치된 액츄에이터 암(110)의 원단(distal end) 상에 슬라이더(120)를 포함한다. 액츄에이터 회전축(106)을 중심으로 회전하는 로터리 보이스 코일 모터는, 데이터 트랙(예를 들면, 데이터 트랙(140)) 상에 슬라이더(120)를 위치시키기 위해 사용되고 디스크 회전축(111)을 중심으로 회전하는 스핀들 모터는 미디어 디스크(108)를 회전시키기 위해 사용된다. 뷰 A를 구체적으로 참조하면, 미디어 디스크(108)는, 외경(102)과 내경(104) 및 이들 사이에 있는 원형 점선에 의해 예시된 다수의 데이터 트랙, 예컨대 데이터 트랙(140)을 포함한다. 플렉스 케이블(130)은, 동작 동안 액츄에이터 암(110)의 피봇 운동을 허용하면서 슬라이더(120)에 대한 필수적인 전기적 접속 경로를 제공한다.
슬라이더(120)는 다양한 기능을 수행하는 다양한 층을 갖는 적층 구조체이다. 슬라이더(120)는 기록부(도시되지 않음) 및 미디어 디스크(108)의 데이터를 판독하기 위한 하나 이상의 MR 센서를 포함한다. 뷰 B는, 디스크 드라이브 어셈블리(100)가 사용될 때 미디어 디스크(108)의 에어 베어링 표면(air-bearing surface; ABS)과 대면하는 예시적인 MR 센서(130)의 측면을 예시한다. 따라서, 뷰 B에 도시된 MR 센서(130)는, 뷰 A에 도시된 슬라이더(120)에 동작적으로 부착될 때를 중심으로 (예를 들면, z-축을 중심으로) 약 180도만큼 회전될 수도 있다.
슬라이더(120)의 MR 센서(130)는, 복수의 기능을 수행하는 복수의 층(도시되지 않음)을 갖는 센서 스택(132)을 포함한다. 다양한 구현예에서, 기능성 및 다수의 이러한 층은 변할 수도 있다. 그러나, 센서 스택(132)은, 인가된 자기장에 응답하여 자유롭게 회전하는 자기 모멘트를 갖는 자기층(즉, 자유층(도시되지 않음))을 적어도 포함한다. 미디어 디스크(108) 상의 데이터 비트는, 도 1의 평면에 수직한 방향에서 도면의 장소 안으로 또는 도면의 평면 바깥으로 , 자화된다. 따라서, MR 센서(130)가 데이터 비트 위로 통과하면, 자유층의 자기 모멘트가 도 1의 평면 안으로 또는 도 1의 평면 바깥으로 회전되어, MR 센서(130)의 전기 저항을 변경시키게 된다. 따라서, MR 센서(130)에 의해 감지되는 비트의 값(예를 들면, 1 또는 0)은 센서 스택(132)을 통해 흐르는 전류에 기초하여 결정될 수도 있다.
사이드 실드 엘리먼트(116 및 118)는 센서 스택(132)의 자유층에 안정화 바이어스를 제공한다. 사이드 실드(116 및 118)는 크로스 트랙(x-방향)에서 센서 스택(132)에 인접하게 위치되고, 소프트 및 하드 자기 재료로 이루어질 수도 있다.
다운 트랙 방향(z-방향)에서, 센서 스택(132)은 실드 엘리먼트(112 및 114) 사이에 위치된다. 실드 엘리먼트(112 및 114)는 센서 스택(132)을 전자기 간섭, 주로 z-방향 간섭으로부터 분리시키고, 프로세싱 전자장치(도시되지 않음)에 연결된 전기적으로 도전성의 제 1 및 제 2의 전기 리드로서 기능한다. 일 구현예에서, 실드 엘리먼트(112, 114)는 소프트 자기 재료(예를 들면, Ni-Fe 합금)으로 구성된다. 다른 구현예에서, 실드 엘리먼트(112, 114)는 회전하는 자기 매체 상의 단일 데이터 비트의 길이보다 실질적으로 더 큰 z-방향 두께를 갖는다. 이러한 두께는 데이터 트랙(140)을 따라 1~2 미크론(예를 들면, 대략 1 미크론) 정도일 수도 있다.
동작에서, 미디어 디스크(108) 상의 트랙(140)을 따른 비트는 실드 엘리먼트(112) 하에서, 센서 스택(132) 하에서, 그 다음 실드 엘리먼트(114) 하에서 연속적으로 통과한다. 따라서, 실드 엘리먼트(112)에 근접한 센서 스택(132)의 에지는 센서 스택의 "리딩 에지"로 칭해질 수도 있고 실드 엘리먼트(114)에 근접한 센서 스택(132)의 에지는 센서 스택의 "트레일링 에지"로 칭해질 수도 있다.
도 1에서, 센서 스택(132)의 리딩 에지는 실드 엘리먼트(112)와 접촉한다. 다른 구현예에서, 센서 스택(132)과 실드 엘리먼트(112) 사이에서 하나 이상의 층이 인터리빙될 수도 있다.
센서 스택(132)의 리딩 에지는, 고정층(pinned layer; 124), 기준층(122), 및 스페이서 커플링 층(126)을 포함하는 합성 반강자성(SAF) 구조체에 인접한다. 고정층(124)은 인접한 반강자성(antiferromagnetic; AFM) 층(136)에 의해 바이어싱되는 자기 모멘트를 갖는다. 이러한 바이어싱의 방향(고정층(124)에서 화살표로 표시됨)은, 기준층(122)의 자기 방향에 실질적으로 역평행한 방향이다. 이들 역평행한 자기 방향은, 루테늄 또는 다른 적절한 RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) 커플링 재료의 층일 수도 있는 스페이서 커플링 층(126)을 가로지르는 반강자성 커플링에 기인한다.
고정층(124) 및 기준층(122)은 동일한 또는 상이한 재료로 이루어질 수도 있다. 일 구현예에서, 고정층(124) 또는 기준층(122)의 하나 또는 양자는 강자성 재료(예를 들면, Co, Fe, CoFe, NiFe 등), 및 내화재, 예컨대 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 하프늄(Hf), 및 지르코늄(Zr)을 포함하는 자기 비정질 합금이다.
예를 들면, 자기 비정질 합금은 CoFeX 또는 NiFeX일 수도 있는데, 여기서 X는 내화재이다. 일 구현예에서, 자기 비정질 합금은 0과 약 30% 사이의 내화재를 포함하거나, 또는 결과적으로 생기는 합금이 비정질인 것을 보장하기에 충분한 내화재를 포함한다. 한 예시적인 구현예에서, 자기 비정질 합금은 CoFeNb이고 10%의 Nb를 포함한다. 비정질 자기 재료에 포함되는 내화재의 비율은, 활용되는 재료 타입뿐만 아니라 프로세스 조건, 예컨대 어닐링 온도에 의존할 수도 있는 가변적인 값이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "비정질"은 결정의 긴 범위의 정렬 특성이 없는 고체를 지칭한다. 자기 비정질 합금은 박막으로서 퇴적될 수도 있고 퇴적후 프로세싱 동안, 예컨대 자기 어닐링 프로세스 동안 비정질 상태로 남아 있을 수도 있다. 적절한 자기 비정질 합금은 하나 이상의 하기의 특성을 나타낸다: 자기 연화성(softness), 상대적으로 낮은 자기변형(magnetostriction), 높은 자기 모멘트, 및 MR 센서(130)에서 사용되는 하나 이상의 다른 소프트 자기 재료(예를 들면, NiFe, CoFe)의 밀 레이트(mill rate)와 실질적으로 동일한 밀 레이트. 일 구현예에서, 적절한 자기 비정질 합금은 -1x10-5와 1x10-5 사이의 자기변형 계수를 갖는다. 다른 구현예에서, 적절한 자기 비정질 합금은, 자기 비정질 합금에 포함된 강자성 재료의 자기 모멘트보다 더 큰 자기 모멘트를 갖는다. 예를 들면, 자기 비정질 합금은 다른 재료와 결합된 NiFe를 포함할 수도 있고, NiFe 단독의 자기 모멘트보다 더 큰 총 자기 모멘트를 가질 수도 있다.
고정층(124) 및/또는 기준층(122)에 대해 결정질 재료 대신 자기 비정질 합금을 사용하는 것은, 스페이서 커플링 층(126)과의 더 평활한 계면을 허용한다. 이 더 평활한 계면은 고정층(124)과 기준층(122) 사이의 반강자성 커플링의 세기를 증가시키는데, 이것은 MR 센서(130)의 안정성 향상에 상관된다.
고정층(124)에 대해 결정질 재료 대신 자기 비정질 재료를 사용하는 것은, 또한, 고정층(124)과 인접한 반강자성(AFM) 층(136) 사이에 더 평활한 계면을 허용한다. AFM 층(136)은 MR 센서(130)의 에어 베어링 표면(ABS)에 수직한 방향에서 고정층(124)의 자기 방향을 바이어싱한다. 고정층(124)의 더 강한 바이어싱은, AFM층(136)과의 계면이 거친 것보다는 평활한 경우에 달성될 수 있다.
캐핑층(capping layer; 128)이 AFM층(136)과 접촉하고 AFM층(136)을 인접한 실드 엘리먼트(114)로부터 자기적으로 디커플링하도록 기능한다.
적어도 하나의 구현예에서, 비정질 자기 재료는 유리 형성체(glass-former)를 포함하지 않는다. 유리 형성체는, 예를 들면, 비정질 고체 재료에서 유리 전이의 발생으로 전도하는 엘리먼트일 수도 있다. 유리 형성체는, 제한 없이, 실리콘, 보론, 게르마늄, 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 베릴륨, 마그네슘, 아연, 칼슘, 납, 리튬, 나트륨, 및 칼륨을 포함한다. 이러한 유리 형성체 엘리먼트를 자기 비정질 합금으로부터 배제하는 것은, 유리 형성체를 포함하는 동일한 또는 유사한 합금과 비교될 때, 합금이 증가된 자기 모멘트를 나타내는 것을 허용할 수도 있다. 자기 모멘트에서의 이 증가는 센서 안정성에서의 증가로 해석될 수 있다. 자기 비정질 합금으로부터 유리 형성체 엘리먼트를 배제하는 것은, 비정질 층의 열적 안정성을 또한 향상시킨다. 유리 형성체를 포함하는 자기 비정질 합금은 어닐링 프로세스 동안 안정성 및 결정성이 부족할 수도 있다.
도 2는 비정질 자기 재료를 포함하는 SAF 구조체를 포함하는 다른 예시적인 MR 센서(200)의 ABS 대면 뷰를 예시한다. MR 센서(200)는 사이드 실드 엘리먼트(216 및 218) 사이에 위치된 센서 스택(232)을 포함한다. 사이드 실드(216 및 218)는 크로스 트랙(x-방향)에서 센서 스택(232)에 인접하게 위치되고, 소프트 또는 하드 자기 재료로 이루어질 수도 있다.
센서 스택(232)의 리딩 에지는 제 1의 실드 엘리먼트(212)에 직접적으로 인접하고, 한편 센서 스택(232)의 트레일링 에지는 고정층 스택(224), 기준층 스택(222), 및 스페이서 커플링 층(226)을 포함하는 합성 반강자성(SAF) 구조체에 직접적으로 인접한다. SAF 구조체는 사이드 실드(216 및 218)에 자기적으로 커플링된다.
고정층 스택(224) 및 기준층 스택(222)의 각각은, 결정질 강자성 재료와 비정질 강자성 재료의 다수의 교대하는 층을 포함한다. 예를 들면, 기준층 스택(224)은 2개의 비정질 강자성 층(252 및 254)을 포함하는데, 그 각각은 결정질 강자성 층(예를 들면, 결정질 자기 층(240, 242, 및 244))의 쌍 사이에서 인터리빙된다. 마찬가지로, 고정층 스택(122)은, 결정질 강자성 층(246, 248, 및 250)의 층 사이에서 인터리빙된 2개의 비정질 강자성 층(258 및 260)을 포함한다. 다른 구현예는 더 적은 수의 또는 더 많은 수의 교대하는 결정질 강자성 및 비정질 강자성 층을 포함할 수도 있다.
고정층 스택(224) 및 기준층 스택(222)의 각각에서의 결정질 강자성 층은, 예를 들면, Ni, Co, NiFe, 또는 CoFe일 수도 있다. 비정질 강자성 재료는, 강자성 재료(예컨대 Ni, Co, NiFe, 또는 CoFe)와 내화재(예컨대 Ta, Nb, Hf, 및 Zr)를 포함하는 자기 비정질 합금이다. 일 구현예에서, 비정질 강자성 재료는 0과 약 30% 사이의 내화재를 포함하거나, 또는 결과적으로 생기는 재료가 비정질인 것을 보장하기에 충분한 내화재를 포함한다.
일 구현예에서, 결정질 강자성 층(240, 242, 244, 246, 248, 및 250)은 NiFe의 층이고 비정질 강자성 층(252, 254, 258, 및 260)은 CoFeX의 층이며, 여기서 X는 내화재이다. 다른 구현예에서, 비정질 강자성 층(252, 254, 258, 및 260)은 CoFeNb의 층이다.
설계 기준에 따라, 결정질 강자성 층(예를 들면, 결정질 강자성 층(240))의 z-방향 두께는 약 5 내지 10nm이고 비정질 강자성 층(예를 들면, 비정질 강자성 층(252))의 z-방향 두께는 약 0.2 내지 3nm이다.
고정층 스택(224)에서의 층은 자기적으로 함께 커플링되고 도 2의 화살표에 의해 나나내어진 방향에서 AFM 층(236)에 의해 자기적으로 바이어싱된다. 마찬가지로, 기준층 스택(222)에서의 층은 고정층 스택(224)의 자기 방향과 반대 방향에서 자기적으로 함께 커플링된다. 캐핑층(228)은 제 2의 실드 엘리먼트(214)로부터 SAF 구조체를 자기적으로 분리한다. 명시적으로 설명되지 않은 MR 센서(200)의 다른 특징은 도 1에 관해 논의된 MR 센서의 특징과 동일하거나 또는 유사할 수도 있다.
도 2에서의 결정질 강자성 층 사이에 비정질 강자성 층을 포함하는 것은, 결정질 강자성 층에서의 입자 성장을 파괴할 수도 있고 스페이서 커플링 층(226)과 직접적으로 인접한 결정질 강자성 층(244 및 246) 사이에 더 평활한 계면을 제공할 수도 있다. 이 더 평활한 계면은 계면을 가로질러 증가된 커플링 세기를 제공하는데, 증가된 커플링 세기는 결정질 강자성 층 사이의 커플링을 저하시키지 않으면서 달성된다.
MR 센서(200)의 위에서 설명된 이점에 더해, 결정질 강자성 재료와 비정질 강자성 재료의 교대하는 층은, AMF 층(236)과 직접적으로 인접한 기준층(224) 사이의 고정용 필드(pinning field)의 세기에서의 증가를 허용하고, MR 센서(200)의 안정성을 더 향상시킨다.
도 3은 제 1의 SAF 구조체(334) 및 제 2의 SAF 구조체(350)를 포함하는 다른 예시적인 MR 센서(300)의 ABS 대면 뷰를 예시한다. 제 1의 SAF 구조체(334) 및 제 2의 SAF 구조체(350) 각각은 강자성 재료와 내화재로 형성된 자기 비정질 합금을 포함한다. MR 센서(300)는 사이드 실드 엘리먼트(316 및 318) 사이에 끼인 센서 스택(332)을 포함한다. 사이드 실드(316 및 318)는 크로스 트랙(x-방향)에서 센서 스택(332)에 인접하게 위치되고, 소프트 및 하드 자기 재료로 이루어질 수도 있다.
센서 스택(332)의 트레일링 에지는 제 1의 SAF 구조체(334)에 인접한다. 제 1의 SAF 구조체(334)는 고정층(324), 기준층(322), 및 스페이서 커플링 층(326)을 포함한다. 고정층(324)은 스페이서 커플링 층(326)에 의해 제공된 RKKY 커플링을 통해 기준층(322)에 반강자성적으로 커플링된다. 제 1의 AFM 층(336)이 고정층(324)을 자기적으로 바이어싱하고, 캐핑층(328)이 제 1의 실드 엘리먼트(314)로부터 제 1의 SAF 구조체를 자기적으로 분리한다.
센서 스택(332)의 리딩 에지는 제 2의 SAF 구조체(350)에 인접한다. 제 1의 SAF 구조체(334)와 마찬가지로, 제 2의 SAF 구조체(350)는 고정층(340), 기준층(338), 및 스페이서 커플링 층(342)을 포함한다. 고정층(340)은 스페이서 커플링 층(342)에 의해 제공된 RKKY 커플링을 통해 기준층(338)에 반강자성적으로 커플링된다. 제 2의 AFM 층(344)이 고정층(340)을 자기적으로 바이어싱하고, 시딩 층(seeding layer; 346)이 제 2의 실드 엘리먼트(312)로부터 제 2의 SAF 구조체(350)를 자기적으로 분리한다. 다른 구현예에서, 제 1의 SAF 구조체(334) 및 제 2의 SAF 구조체(350) 중 적어도 하나는 적층 구조체이다.
다른 구현예에서, MR 센서(300)는 제 2의 SAF 구조체(350)를 포함하지만, 제 1의 SAF 구조체(334)는 제외한다.
도 4는 인가된 자기장 하에서의 CoFeNb 시트 필름의 비정질 강자성 층에 대한 자화 용이축(easy axis) 및 자화 곤란축(hard aixs)(즉, 자기적으로 회전하기가 가장 용이한 그리고 가장 어려운 축)에서의 자화 거동을 예시한다. 자기장이 (원점에서) 제로인 자화 곤란축에서는, 자화가 없다. 그러나, 비정질 강자성 재료의 자화는, 인가된 자기장이 대략 ±50 에르스텟(Oersted)에 도달하는 포화 지점까지 인가된 자기장과 함께 증가한다.
도 5는 자기장 하의 결정질 강자성의 NiFe 시트 필름에 대한 자화 용이축 및 자화 곤란축에서의 자화 거동을 예시한다. NiFe의 층은 약 10nm의 두께를 가지며, 이것은 도 4에 예시된 데이터를 생성하기 위해 활용되는 CoFeNb 시트 필름의 두께와 동일하거나 또는 실질적으로 유사하다. 자화 곤란축에서, 인가된 자기장 하에서, 결정질 강자성 재료의 자화는 대략 ±50 에르스텟인 포화 지점까지 증가한다.
도 4 및 5는 함께, 완전히 자화하는 CoFeNb가 자기 이방성 필드(Hk)를 갖는 것을 설명하는데, 이것은 자화 곤란축에서 NiFe를 완전히 포화시키는 데 필요한 필드의 세기의 약 10배의 인가된 필드를 필요로 한다. 따라서, NiFe를 포함하는 SAF 실드는 CoFeNb보다 부유 자기장에 의해 더 쉽게 영향을 받을 수 있다. 추가적으로, CoFeNb는 NiFe 보다 더 높은 자기 모멘트를 가지며, 이것은 실드로서 사용될 때 증가된 센서 해상도에 기여한다.
도 6은 인가된 자기장 하에서 2개의 상이한 SAF 구조체에 대한 자화 거동을 예시한다. 라인(602)에 의해 도시된 데이터를 갖는 제 1의 SAF 구조체는 함께 반강자성적으로 커플링된 NiFe의 층을 포함한다. 라인(604)에 의해 도시된 데이터를 갖는 제 2의 SAF 구조체는 함께 반강자성적으로 커플링된 CoFeNb의 층을 포함한다. CoFeNb를 포함하는 SAF 구조체가 더 높은 포화 필드를 갖는다는 것을 플롯이 도시하는데, 이것은 향상된 RKKY 커플링을 나타낸다. 또한, CoFeNb를 포함하는 SAF 구조체가 NiFe를 포함하는 SAF 구조체보다 더 큰 핵생성 필드(nucleation field)를 갖는다는 것을 데이터가 도시한다.
상기 명세, 예 및 데이터는 본 발명의 예시적인 구현예의 용도와 구조체의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 많은 구현예가 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있기 때문에, 본 발명은 하기에 첨부된 특허청구범위에 귀속한다.

Claims (20)

  1. 자기 저항(magnetoresistive; MR) 센서로서,
    사이드 실드 엘리먼트에 자기적으로 커플링된 합성 반강자성(SAF) 구조체를 포함하고,
    상기 SAF 구조체는 강자성 재료와 내화재를 포함하는 비정질 강자성 층 및 상기 비정질 강자성 층과 접촉하는 결정질 강자성 층을 포함하며,
    상기 결정질 강자성 층은 상기 비정질 강자성 층과 접촉하는 제 1의 표면 및 다른 비정질 강자성 층과 접촉하는 제 2의 대향 표면을 구비하는, 자기 저항(MR) 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 강자성층은 상기 결정질 강자성 층의 두께의 절반 미만의 두께를 갖는, 자기 저항(MR) 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내화재는 탄탈, 니오븀, 하프늄, 및 지르코늄으로 구성된 그룹에서 선택되는, 자기 저항(MR) 센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 센서 스택의 리딩 에지와 실드 엘리먼트 사이에 포함되는, 자기 저항 센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 센서 스택의 트레일링 에지와 실드 엘리먼트 사이에 포함되는, 자기 저항 센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 강자성 층은 스페이서 커플링 층과 접촉하는, 자기 저항(MR) 센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 강자성 층은 다른 비정질 강자성 층에 반강자성적으로 커플링되는, 자기 저항(MR) 센서.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 강자성 층은 반강자성(antiferromagnetic; AFM) 층과 접촉하는, 자기 저항(MR) 센서.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정질 강자성 층은 30% 미만의 내화재를 포함하는, 자기 저항 센서.
  12. MR 센서로서,
    제 1의 비정질 강자성 층과 접촉하는 커플링 스페이서 층(coupling spacer layer)을 포함하는 합성 반강자성(synthetic antiferromagnetic; SAF) 구조체를 포함하고,
    상기 제 1의 비정질 강자성 층은 강자성 재료와 내화재를 포함하며, 상기 커플링 스페이서 층은 상기 제 1의 비정질 강자성 층과 접촉하는 제 1의 표면 및 제 2의 비정질 강자성 층과 접촉하는 제 2의 대향 표면을 구비하는, MR 센서.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 내화재는 탄탈, 니오븀, 하프늄, 및 지르코늄으로 구성된 그룹에서 선택되는, MR 센서.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 상기 MR 센서의 사이드 실드들에 자기적으로 커플링되는, MR 센서.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 MR 센서의 트레일링 에지에 인접한 실드로부터 자기적으로 디커플링되는, MR 센서.
  16. 삭제
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1의 비정질 강자성 층은 반강자성(antiferromagnetic; AFM) 층과 접촉하는, MR 센서.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 센서 스택의 리딩 에지와 실드 엘리먼트 사이에 포함되는, MR 센서.
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 SAF 구조체는 센서 스택의 트레일링 에지와 실드 엘리먼트 사이에 포함되는, MR 센서.
  20. SAF 구조체로서,
    자기 결정질 재료와 자기 비정질 재료의 교대하는 층들을 포함하는 고정층(pinned layer);
    자기 결정질 재료와 자기 비정질 재료의 교대하는 층들을 포함하는 기준층(reference layer);
    상기 고정층과 상기 기준층 사이의 그리고 2개의 대향하는 표면들 상의 자기 비정질 재료와 접촉하는 커플링 스페이서 층을 포함하는, SAF 구조체.
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