[发明专利]具有降低的应力各向异性的薄膜

说明书

发明内容

本公开的各种实施方式一般涉及磁性元件，该磁性元件能够从形状因数减小的数据存储设备中进行有效的数据读取和记录。根据各种实施方式，在低温冷却的基板上沉积的薄膜可以在初次退火期间进行应力调整，以降低不想要的应力各向异性并在初次退火之后产生近零内部薄膜应力。

附图说明

图1是数据存储设备的示例部分的框图表示。

图2大致示出了示例磁性元件的一部分的框图表示，该磁性元件能够用于图1中显示的数据存储设备的该部分。

图3以曲线图示出示例磁性写入元件的示例应力特征。

图4显示了示例磁性元件的给定生长温度的示例应力特征。

图5绘制了通常与根据各种实施方式构造和操作的磁性元件相关联的性能数据的图表。

图6以曲线图示出示例磁性元件的各种操作特征。

图7提供根据各种实施方式构造的磁性元件制造例程的流程图。

具体实施方式

数据存储设备产品设计致力于降低数据位的尺寸同时努力增加数据存储介质的数据存取速率，以提高数据容量、传输率和可靠性。随着这种尺寸上的降低，数据读取和写入组件面临尤其关于磁性特征进行精确执行的挑战。也就是说，降低数据存取组件的尺寸会影响那些组件如何运作，这可能禁止数据位的写入和感测。

薄膜材料的沉积涉及机械应力的积聚，这可能负面影响磁性元件的性能。明确地说，不想要的磁性各向异性可由沉积的磁性薄膜中出现的内在应力产生。薄膜中残留的应力亦可导致膜分层和破裂，这可产生设备的可靠性问题。因此，不管是否进行沉积后退火(post deposition annealing)，为了提供具有最小残留应力以及保持的磁性属性的数据元件，本领域对控制由磁性和非磁性薄膜所经历的应力方面的兴趣越来越大。

因此，可在低温基板上沉积诸如磁性屏蔽部和写入磁极之类的软磁薄膜，从而在初次退火期间调节应力，以降低不想要的应力各向异性。控制由该沉积薄膜感受到的应力的能力可允许构造数据元件，该数据元件展示了与高温退火无关的软磁特征，同时具有降低的晶粒尺寸。磁性屏蔽部和磁极的这种调节应力进一步允许高产率和对升高的操作温度的持续抵抗力，操作温度升高在形状因数减小的数据存储设备中经常遇到。

出现在溅射薄膜中的应力源自薄膜内的结构缺陷，譬如晶界、位错、空隙和杂质，以及源自膜与基板之间的界面，譬如晶格失配和热膨胀系数差异。在极低基板温度下，若干影响对在这样低的基板温度下沉积的薄膜中的应力改变做出贡献。首先，至少部分由于降低的迁移率，反向散射的Ar中性粒子具有更高的概率被捕获并埋入薄膜基质。

第二，当在低温冷却的基板上沉积的薄膜升温至室温时，有效地经历了退火条件，其中薄膜和基板的不同热膨胀导致不可逆的残留应力。第三，在沉积的薄膜中存在的拉伸应力导致薄膜中产生微空隙，这强烈依赖于溅射压力。在高溅射压力下，由于气体散射可产生较不致密、较容易生成拉伸应力的薄膜，因此也降低了能量轰击的大小。

同样地，存在许多因素对薄膜的总应力做出贡献。在低温冷却的基板上沉积薄膜，可增大薄膜中的热应力，并提供较大的旋钮来通过调整溅射压力和功率来调节应力，以在沉积或退火过的薄膜中获取接近零的应力，同时保持完全致密的膜结构。

转到附图，图1大致说明了数据存储设备的数据换能元件100的一部分。换能元件100在本公开的各种实施方式可有利地实施的环境中示出。然而要理解，本公开的各种实施方式并非如此限制于这样的环境，并且可实现以减轻多个偶然的磁通量产生条件。

换能元件100具有致动组件102，其将换能头104定位在存在于磁性存储介质108上的编程数据位106之上。存储介质108附接至主轴电机110，该主轴电机110在使用期间旋转以产生空气承载表面(ABS，airbearing surface)112，在该空气承载表面上，致动组件102的滑块部分114飞动以定位磁头万向组件(HGA，head gimbal assembly)116，磁头万向组装件116包括在介质108的期望部分之上的换能头104。

换能头104包括一个或多个换能元件，譬如磁性写入器和磁响应读取器，该一个或多个换能元件操作以分别编程和读取来自存储媒介108的数据。这样，致动组件102的受控运动导致换能器与在存储介质表面上限定的数据磁道(未示出)相对齐，从而写入、读取和复写数据。