具有提高了的面积分辨率的磁性元件制造技术

具有提高了的面积分辨率的磁性元件，用于能够检测磁性状态方面变化的磁性元件的装置和对应的方法。本发明专利技术各个实施例一般涉及：具有对磁场灵敏的第一面积延伸的自由层，以及毗邻该自由层并具有第二面积延伸的合成反铁磁性层(SAF)，第二面积延伸大于第一面积延伸。

【技术实现步骤摘要】
具有提高了的面积分辨率的磁性元件
技术实现思路
本专利技术的各个实施例通常涉及能够检测磁性状态变化的存储元件。根据各个实施例，自由层具有对磁场敏感的第一面积延伸，并且合成反铁磁性 (SAF)层毗邻该自由层并具有第二面积延伸，第二面积延伸大于第一面积延伸。在一些实施例中，SAF的至少一部分被设计指向一难磁化方向，它由响应于遇到低于预定阈值的磁化场的形状各向异性来保持。通过参阅下列详细说明和附图可以理解本专利技术各个实施例的这些以及其他的特征和优点。附图说明图1 一般性地图示了示范性磁性元件。图2A和2B显示图1的示范性磁性元件的一部分，其根据本专利技术各个实施例来构造和操作。图3A-3C显示图1的磁性元件的一部分，其根据本专利技术各个实施例来操作。图4显示图1的磁性元件的一部分，其根据本专利技术各个实施例来操作。图5提供示范性磁性元件，其根据本专利技术各个实施例来构造。图6A显示示范性元件的制造流程图，其按照本专利技术各个实施例的程序来执行。图6B —般性地图示图6A的示范性元件的制造程序。具体实施例方式本专利技术通常涉及能够检测磁场波动的磁性元件。随着电子装置变得越来越复杂， 对于更高的数据容量和提高的数据传输速率的需求加大了读写数据的元件的物理尺寸。由于大部分的数据存储是通过使用磁存储器来进行的，因此对于磁场波动变化敏感的磁性元件的尺寸扮演了日益重要的角色。因此，磁性元件可以具有缩小的物理尺寸，其带有对磁场敏感的自由层和设计指向难磁化方向并通过形状各向异性而维持在难磁化方向的SAF层，形状各向异性对应于相较于自由层而言SAF层的更大面积延伸。也就是说，SAF层更大的面积延伸通过形状各向异性提供了磁稳定性，这样消除了磁性元件中对用于稳定SAF层的次生层(诸如反铁磁性 (AFM)层)的需求。结果是，磁性元件可以具有提高了的分辨率，能够从越来越小的数据存储介质中读取数据。在磁存储器中，可以通过减少至少一个传感磁性元件的操作宽度来实现保持数据传感器的正确定位的同时减少数据轨道的宽度。这样，磁装置可以通过引入具有减少了的操作宽度的传感元件而具有增大的容量，减少了的操作宽度对应于更好的面积分辨率。图1显示能够用于磁存储器的磁性后件130的示范性方框图。元件130可以构造为具有对外部磁场敏感的铁磁性自由层132。也就是说，自由层132具有与所遇到的外部磁场相对应的磁化。在一些实施例中，自由层132可以经由无磁性的分隔层136耦合到多层的合成反铁磁性(SAF)层134，无磁性的分隔层136比如MgO、A1203、TiOx的氧化物。在各个实施例中，SAF层134的至少一部分被设置指向难磁化设计方向，使得SAF 层134对低于预定的设计阈值的外部磁场不响应。例如，SAF层134可被设置指向具有高磁化强度的难磁化设计方向，从而对低于该高磁化强度的磁场不敏感。没有外磁体确保SAF层134至少一部分的磁化强度时，会发生致使SAF层134对低强度磁场进行响应的磁性扰动。因此，SAF层134可以被扩大到使其面积延伸比自由层 132的面积延伸更大。由于SAF层134中的形状各向异性和反铁磁性相互作用，这样的配置可以对SAF层134产生难磁化的和易磁化的设计方向并产生稳定的磁化强度。如图所示，磁性元件130可具有覆盖层138，其接触地接合于自由层132并提供默认磁化强度。也就是说，覆盖层138可以是具有预定磁化强度的硬磁体，该预定磁化强度大到足够影响自由层132达到预定的磁化强度、但没有大到足够阻止自由层132对外部磁场敏感。应该注意到覆盖层138不是必须存在的或不是必须被限于特定尺寸和磁化强度的并且可以为各种材料。在一些实施例中，可以通过邻接接头为自由层132设定默认磁化强度，邻接接头被形成为沿着与自由层132磁化强度轴相垂直的轴与自由层132的每一侧相邻近。也就是说，磁性材料可以被定位为诸如沿着图1示出的"ζ"轴而邻接自由层132，而不增加磁性元件130的操作范围。包含邻接接头可以允许覆盖层138为无磁性的分隔，分隔可以是减小的尺寸并使得用于磁性元件130的操作范围Dl更小。在一示范性操作中，自由层132有一预定的磁化强度，其响应于遇到越过空气承载表面144的数据存储介质142上的设计磁性比特而被反转或放大。同样地，自由层132 的磁化强度将响应于遇到的磁性比特而变化。然而，一旦离开磁性比特，由于缺乏另一个外部磁场，所以自由层132将回到默认磁化强度。磁性元件130可以更进一步被构造为带有一个或多个屏蔽146，屏蔽146定义了元件130的操作范围Dl和物理尺寸。在一示范性操作中，屏蔽146可以使磁性元件130的范围缩窄到存储介质142的预定部分，同时防止来自预定范围之外的无关的磁场或比特影响磁性元件的各个层。种子层148可以可选地位于屏蔽层146和SAF层134之间以抑制未经注意的磁效应到达SAF层134。应当注意到屏蔽146不被限制于特定配置或构造，并且可用磁特征不同的各种材料来制造。由于磁性元件130有磁性稳定的SAF层134，稳定层不是必需的并且元件130的操作范围Dl被缩小。在一些实施例中，操作范围Dl小于或等于一预定数量，例如但不限于 15nm和20nm。在各个实施例中，除去稳定层可以将操作范围Dl缩小6-7nm。这样的宽度缩小可以允许在存储介质更精确的区域内检测磁性比特。应该理解在磁体比特密度中这样的增大可以允许数据存储器的更高的总体数据容量，数据存储器诸如使用多种数据存储介质 142的装置100。在本专利技术的一些实施例，磁性元件130各个层由不同的材料构成，以更精确和正确地检测外部磁化场。可以理解磁性元件130的各类的层不被限制为特定的材料，混合物或合金，并且各个层可以以各种使得磁体元件130的尺寸缩小的组合来构造。一个这样的实施例具有由钴铁(CoFe)合金、镍铁(NiFe)合金、钴镍铁(CoNiFe) 合金或钴铁硼(Coi^eB)合金构成的自由层132，同时SAF层134的至少一部分为钴铁(CoFe)或钴铁硼(CoFeB)。同时，屏蔽146可由各种合金制成，例如但不限于镍铁(NiFe)、镍铁铜 (NiFeCu)以及镍钴铁(NiCoFe)。磁性元件130的各种结构可以更进一步包括配置覆盖层 138和种子层148来改变磁化强度以允许邻接的连结配置，覆盖层138和种子层148可以包括各种不同的材料，比如用于种子层148的非磁性材料以及用于覆盖层138的磁性材料，比如为永久磁铁。在另一个备选实施例中，覆盖层138和种子层148可以被构造为将输入电流设置为预定自旋取向的自旋隧道层。磁性元件130的各个示范性构造可以更进一步包括SAF层 134，SAF层134沿着图1的“X”轴具有与自由层132成预定比率的高度。例如，SAF层134 可以被设置为自由层132高度的预定倍数，例如但不限于，至少1. 5和2倍，这对应于更大的面积延伸。图2A和2B显示根据本专利技术各个实施例构造和操作的示范性SAF层150。无磁性的耦合层152(比如为钌Ru)被配置在基准层巧4和平衡层156之间并和这两层接触接合， 该耦合层152可以由多种单层的和多层结构以及例如为钴铁(CoFe)合金、钴铁硼(Coi^eB) 合金以及钴镍铁(CoNiFe)合金的材料来构造。在一些实施例中，平本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种装置，包括：自由层，具有对磁场敏感的第一面积延伸；以及合成反铁磁性（ＳＡＦ）层，具有大于第一面积延伸的第二面积延伸。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·B·萨波日尼科夫，E·W·辛格尔顿，高凯中，D·V·季米特洛夫，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US