[发明专利]具有调谐的各向异性和磁矩的薄膜

说明书

发明内容

本公开的各实施例总地涉及针对各种磁特性调谐的薄膜。根据各个实施例，磁性层被调谐至预定的各向异性和磁矩并被形成在深冷衬底上。

附图说明

图1是根据一些实施例的示例性数据存储设备的方框图。

图2是根据各个实施例的数据存储设备的一部分的等轴框图。

图3示出了根据一些实施例的示例磁性层的等轴框图。

图4显示了根据各个实施例调谐的示例磁性层的顶视框图。

图5用曲线图示出了通常与根据各实施例构造和运作的磁性元件相关的性能数据。

图6用曲线图示出了根据各实施例构造和运作的磁性元件的各种操作特性。

图7给出根据本发明的各实施例执行的薄膜制造例程的流程图。

具体实施方式

对于更大容量、更快速的数据存储设备的不断强调已对数据存储元件的磁稳定性产生压力，尤其是在小形状因数的设备中。在用于多种旋转和固态数据存储设备中的薄膜磁性层中，高的单轴各向异性和磁矩可有助于减轻性能不稳定性。然而，在制造或工作期间可能发生的热处理之后，在磁性薄膜中，单轴各向异性可能难以维持。因此，业内正设法提供尽管暴露于升高的温度也能保持单轴各向异性和磁矩的热稳定磁性薄膜。

因此，薄膜可被构造成一磁性层，该磁性层可通过在冷却至预定衬底温度的衬底上沉积一材料并使其具有预定沉积入射角而被调谐至预定的各向异性和磁矩。通过调节在其上沉积磁性层的衬底的温度提供预定单轴各向异性和磁矩的能力可使磁性层被调谐以在多种不同的磁性工作环境下运作，例如小形状因数数据读和写。

根据各实施例的磁性薄膜的构造可通过相干磁旋转至少提高高频磁性能，并同时增进薄膜的热稳定性的强健度。在被冷却至深冷温度(例如50K)的衬底上沉积一个或多个薄膜可控制磁畴结构，这可维持倾斜溅射的薄膜中的应力各向异性并对应于增加的热和各向异性稳定性。通过深冷冷却的衬底，倾斜入射角调谐可通过精确地控制薄膜的各向异性和磁矩来进一步提高热和各向异性稳定性。

转向附图，图1大体地示出示例性数据存储设备100的方框图。数据存储设备100可采取多种不同数据存储技术的形式，例如旋转、固态和混合系统，它们可在多种非限定性的移动、服务器、住宅环境中实施。数据存储设备100可至少配置有控制器102，该控制器102将输入的数据信号104引导至数据存储元件106。输入的数据信号104可起源于无限多的地点，例如来自外部数据存储设备和内部数据高速缓冲存储器，并与旨在临时或永久地存储在数据存储元件106上的数据对应。

应当注意，数据存储元件106的尺寸、速度、类型和数目不仅限于特定的配置。也就是说，能够保持数据以供将来访问的任何存储元件(例如旋转式数据介质、固态单元以及混合式数据系统)可被用来单独或组合地作为数据存储元件106提供任何数据容量和转移速度配置。不管数据存储元件106的类型和容量如何，控制器102能处理输入的数据104，也能从数据存储元件106提供数据输出信号108。同样，控制器102可连续地或者同时地将数据选择性地输入至数据存储元件106的一个或多个区域或从该一个或多个区域选择性地输出数据。

在一些实施例中，数据存储元件106被构造有至少一个薄膜磁性层，该薄膜磁性层是磁性固定的或自由的，以允许数据经由控制器102被存储、写入和读出。例如，薄膜磁性层可以是用来感测被编程为旋转式数据介质上的数据位的磁阻叠层的一部分。在另一例子中，薄膜磁性层可以是诸如阻性随机存取存储器(RRAM)的固态叠层的一部分，该RRAM通过在两个电极之间形成细丝而存储数据。

图2示出能被用在图1的数据存储元件106中的示例性薄膜磁性层120的等轴框图。磁性层120被图示为具有厚度122、长条高度124和宽度126的矩形，但层120的这种形状和具体尺寸不仅限于具体的配置。不管磁性层120的形状和尺寸如何，平行于磁性层120的横断方向和X轴的单轴各向异性128可被构造以增加相对于全向轴各向异性的磁畴控制。

这种单轴各向异性取向可在预定磁通密度(例如2.4特斯拉)下实现磁稳定的性能。然而，单轴各向异性128可替代地相对于X轴和Y轴两者被调谐至成角度的取向130，以当长条高度124增加时维持层120的磁性能。换句话说，增加的长条高度126可对应于升高的磁不稳定性，这种磁不稳定性是通过将单轴各向异性128的取向倾斜至相对于X轴和Y轴不正交取向的成角度的单轴各向异性130而减轻的。