[发明专利]具有调谐微结构的数据读取器

说明书

概述

各实施方式使用调谐微结构配置数据读取器，通过初始冷却基板至100K或更低的温度随后在该基板保持所述温度时在该基板上沉积至少一层数据读取器来实现。该调谐微结构可由下述组成：至少一种颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量、阻抗-面积积(resistance-areaproduct)和磁阻。

附图简要说明

图1A和1B分别显示根据各实施方式配置的示例数据读取器的各部分的框图。

图2A和2B显示根据各实施方式的示例数据读取器制造组件的各部分的顶部和侧面框图。

图3显示根据一些实施方式配置的示例数据读取器制造系统的一部分的框图。

图4提供示例操作数据，显示原位低温冷却沉积对单一薄膜(例如CoFe₃₀和CoFeB₂₀)粗糙度的效果。

图5是对比原位和非原位低温冷却方法的基板温度的示例制造数据图。

图6图示原位和非原位低温冷却方法构建的数据读取器堆叠件(datareaderstack)的隧道磁阻的比较数据。

图7是操作数据图，显示数据读取器堆叠件的原位和非原位低温冷却方法之间的MR/RA值比较。

图8图示数据读取器堆叠件的不同温度下原位低温冷却方法和非原位低温冷却方法之间的击穿电压的比较操作数据。

图9提供可根据一些实施方式进行的示例颗粒尺寸调谐例程。

图10是根据各实施方式配置和操作的数据储存系统的示例部分的框图。

具体实施方式

消费者和工业对储存容量更大和数据访问时间更快的数据储存设备日益增长的需求突出了对降低数据比特的物理尺寸和邻近度的要求。考虑了对数据比特敏感的磁性数据读取器可用MgO势垒层配置，其允许使用物理上更小的数据比特并维持可接受的磁阻(MR)特性。然而，物理尺寸降低的数据读取器可能混入无意的材料，界面表面粗糙，并且颗粒尺寸相对较大，这会阻碍在任何进一步降低数据比特大小时维持可接受的MR特性。

因此，数据读取器可用调谐微结构构建，通过初始冷却基板至100K或更低的温度随后在该基板保持所述温度时在该基板上沉积至少一层数据读取器来实现。在主动冷却基板以维持低温的同时沉积磁性和非磁性数据读取器层可优化调谐微结构，表现在至少一种颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、多层数据读取器之间的界面质量上，进而表现在磁阻、夹层耦合和阻抗-面积积上。

与沉积各层时稍稍冷却基板或在室温下沉积相比，将所述基板维持在低温可使沉积的数据读取器的一层或多层具有降低的颗粒尺寸和表面粗糙度。此外，材料沉积期间通过与冷却气体接触来控制低温的能力可提供基板温度均匀度，其可调谐颗粒尺寸分布并优化数据读取器的晶片内均匀度和晶片间均匀度。

图1A和1B分别显示示例磁性堆叠件100和110的各部分的框图，所述磁性堆叠件可配置为较小的物理尺寸并用于根据一些实施方式的数据储存系统中。图1A显示示例三层磁性堆叠件100，其可表征为通过非磁性势垒层隔开的第一磁性自由层102和第二磁性自由层104。磁性自由层102和104可通过物理分隔机构偏置，使得所述层单独响应所遇到的数据比特而无需固定磁化结构存在于空气承载表面(ABS)上。

磁性自由层102和104可具有相似或不相似的大小、厚度和材料，其可提供物理上的小的磁性堆叠件100面积。在各实施方式中，势垒层106含MgO，使磁性堆叠件100的MR值得以保持，尽管阻抗面积积降低。MgO材料还可用于图1B的隧道磁阻(TMR)磁性堆叠件110，作为势垒层112将磁性自由层结构114与固定层磁化结构116分离。在一些实施方式中，自由层结构114由单层材料组成，而其他实施方式中则将自由层结构114调谐为多层的层压结构，其可分别为磁性或非磁性材料。

固定层磁化结构116可以各种不同非限制性构型配置，但一些实施方式使用钉扎(pinning)层例如反铁磁材料来设定钉扎的参考层的磁化方向。该钉扎的层和钉扎层可配置为将固定层磁化结构116表征为合成的反铁磁体(SAF)，其利用反铁磁耦合提供参考磁化，自由层114的感测磁化(sensedmagnetization)可与之关联从而鉴定被编程的逻辑状态。