專利名稱：采用集成自旋動量傳遞驅動振蕩器產生微波輔助場的wamr寫入器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁記錄頭，更具體地涉及這種包括WAMR寫入器和射頻源的 記錄頭。
背景技術：
當為了增加硬盤驅動器的存儲容量而持續(xù)努力^a磁記錄中的比特區(qū)±或密 度時，磁性轉變(即，比特)尺寸以及，相伴隨的，記錄頭臨界特征被強制低 于100nm。在類似的努力中，為了使記錄媒體穩(wěn)定在較高的區(qū)域密度，需要更 加硬磁性的(即，高f^頁磁性)媒^t才料。傳!肚，己經通過增大包括電感寫 入頭，因此支持施加到媒體的磁場，的磁材料的飽和磁化纟驢，或4兀Ms值實現(xiàn) 了針對更硬媒體的記錄。雖然在以努力增大寫入頭的Ms為目的材禾浙開究中已經 取得了一些成就，但是增大的比率還不足以維持盤存儲中的比特區(qū)域密度的無 效增長率。再者，當材料達到其基礎極限時Ms的持纟，大似乎是不可能維持的。 較高區(qū)域密度的結果是繊率的增大。,率艦GHz并^ig艦GHz，此處 越來越難以用傳統(tǒng)的反平行地施加到磁化方向的寫入場來轉換記錄媒體的磁化 了。因此，需要會辦在逐鵬高的,率下轉換較高，稱貞磁性媒體的寫入處理。 發(fā)明內容第一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，其包括寫入極，返回極，位于該寫入 極和返回極之間的導線，第一自由層，和位于該寫入極和第一自由層之間的第 一中間層。另一方面，本發(fā)明提供了一種體，其包括寫入極，返回極，位于該寫入 極和返回極之間的導線，第一磁疊層，第二磁疊層，和位于，一磁疊層和第 二磁疊層之間的去極化層。另一方面，本發(fā)明提供了一種驢，其包括寫入極，返回極，位于該寫入 極和返回極之間的導線，和第一射頻場源。該第一射頻場源可以由第二射頻場 源鎖相。另一方面，本發(fā)明提供了一種體，其包括寫入極，返回極，以及第一射 頻場源，是由第二射頻場源鎖相。


圖1和2是說明磁化方向的示意圖。圖3， 4和5是自旋動量轉換疊層的示意性示圖。圖6是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的等體積示圖。圖7是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖8是自旋動量轉換疊層的空氣軸承面的平面示圖。圖9是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖10和11是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖12是圖11的記錄頭的剖面圖。圖13是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖14是自旋動量轉換疊層的空氣軸承面的平面示圖。圖15是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖16是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖17是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖18是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖19是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖20是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖21是自旋動量轉換疊層的空氣軸承面的平面示圖。圖22是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖23是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖24是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖25是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖26是根據本發(fā)明的實施例構造的磁記錄頭的一部分的示意性示圖。圖27是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖28是自旋動量轉換疊層的空氣軸承面的平面示圖。圖29是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面示圖。圖30是自旋動量轉換疊層的空氣軸承面的平面示圖。圖31是電流和電壓信號的曲線圖。圖32， 33和34是根據本發(fā)明的實施例構造的記錄頭的空氣軸承面的平面 示圖。
具體實施方式
一種類型的磁記錄頭31il位于鄰近空氣軸，面(ABS)上的寫入極的導 線被激勵和場放大。被用于產生記錄場的該導線被稱為安培導線。該安培導線 通過薄膜導線中的較大的電流密度(~109A/cm2)可以產生大的局部磁場OkOe)。這種類型的記錄頭被稱為導線放大磁記錄(WAMR)頭。安培導線的磁 通量足夠高到磁化該寫入極并產生具有適當的場方向和空間輪廓的足夠的附加 M量密度以增大該記錄場。除了增大的場量，卜，來自導線的場輪廓影射在 該寫入極上以產生,的場梯度。磁性多層結構的固定層和自由層之間的自旋動量轉換器(SMT)可以被用 于產生i^^賣進行的自由層磁化。這樣，直流(DC)可以驅動振蕩磁場和電壓。 具有存儲媒體的有效磁共振附近的頻率的振蕩磁場可以被用于在記錄處理期間"軟化"繊體。一方面，本發(fā)明Mf共一種具有集成SMT振蕩器的垂直的導線放大磁記錄 (WAMR)頭以進一步,WAMR的可記錄能力。該SMT ，產生S^ WAMR 場的射頻(rf)輔助場。在本發(fā)明中4頓時，rf通常涉及微波頻率。SMT振蕩 器也可以針對另一個rf源(例如，附加的SMT ^S和/激卜部源)鎖定相位以 支持其功率輸出并增大其產生的輔助場的空間范圍。此概念使得能夠在較高的各向異性媒體i^fiH己錄，并因此，允許較高的空間密度記錄。本發(fā)明利用磁性媒體的磁化動力學，以及記^置中的磁性材料來實現(xiàn)針 對i纖體的有效記錄。首先思考該媒體，描述磁場H中的單,化M動力學的 簡易模型由Landau-Lifshitz等式表示，，=—_i^MXH-， 2 MX(MXH)， (1)這里Y是旋磁比(=28GHz/T)并且a是阻尼參數。第一項描述了關于磁場 H的磁化M的方^iE動，而第二項表示i^動的PI^并最終將使M沿H衰減。在傳統(tǒng)的記錄處理的時間量程上，當阻尼在存儲媒體的磁化動力學中起主 要作用時，最好由等式l中的完整的^ii^來描述該轉換，這里M最終甜己錄 場的有效方向，M||Hwri,e ，平行于存儲媒體的易軸的方向衰減。itW,采用互補橫向(或用于垂直記錄的"平面內")磁場的記錄處理具有增大施加到該磁化的轉矩，T，的優(yōu)點，這里T-IM附sin9(叫MX巧)，并且9是M和H之間的角度。 當平面內磁場用有效的磁皿行頻率(f。)諧振振蕩時該轉矩被最大化。在磁 存儲媒體的情況下，諧振頻率是材料的自身磁場，如各向異性，H4，和飽和磁 化，4tcMs，以形卜部場，Hw,,e，的函數。進行的輔助轉換處理被示意性地描述在圖1和2中。圖1描述沿著垂直存 儲媒體的磁性易軸10的原始狀態(tài)M一下的磁化。記錄場Hwrte被反平《Ti也施加 到M使得< Ht ，因此，其不夠反轉M。圖2描述了添加平面內rf磁場 H《的情況，其諧振扭轉磁化M使得網狀記錄場[^+ H《①]足夠反轉該磁化 M麵,，即使當網狀磁場的量值小于HJ寸，IHw + H《(f)悶HJ。雖然平面內rf 磁場向垂直磁化施加了最大的轉矩，但是rf磁場并不是必須是專門的平面內。接著思考當其施加以上記錄處理輪廓時的場發(fā)送船的磁化動力學。當自 旋偏振電 31磁性材料時，來自該自旋的角動量的轉換在該材料的磁力矩上 施加轉矩。在具有固定，或參考磁性層及自由層的磁疊層中，該自旋偏振電流 將角動量由該固定層轉換到該自由層，在該自由層上施加轉矩。Landau-Lifshitz 等式(等式l)可以被重復使用，既然如此為了描述自由層動力學，將磁化交， 與自旋偏振電涼湘結合，& (l + " ) M〃 (1 + 2) ' 、' ,一4^工J ^ M/reeX(M/reeXM~) ②這里的I是垂直于磁性層平面(CPP)的電流，是自由層飽和磁化， 是固定層飽和磁化，e是與自旋偏振電流有關的效率因數，并且V是自由 層的容量。對這一等式的求解產生了臨界電流，L，根據電流流過的方向，自 由層的磁化針對固定層可以被平行或反平行驅動。臨界電流，或電流密度J。(-IC，取決于幾個變量，如磁場和自由層的Jnt (H士M)， (3)這里t是自由層厚度。圖3和4包括磁#^^分子層次22的自旋動量轉 換疊層20的示意性表示，其描述了 CPP雙層中旋轉電流的效應。磁性雙層22 包括由中間層28分隔開的固定磁性層24和自由磁性層26。電極30和32被布置在該磁性雙層的反面上并與該磁性雙層電連接。電流源，在這些附圖中未示出，向該磁性鵬il^壓電流i。 H歡卜部施加的磁場。圖4表示電流^M/S部至順部的負的偏壓電流(r )。、歸固定層磁化方向存在施加的磁場H，其排列該固定和自由層的磁化。從固定層到自由層的電子自旋在自由層磁化上施加驅動其與固定層的磁化方向平行的轉矩，保持平行準直。圖3表示電流是從頂部到底部的正偏壓(r)， M31時間反轉對稱其與反向 偏振自旋的反轉流相等，該反向偏振自旋的反轉流進入自由層并施加試圖驅動 該自由層磁化反平行于固定層的磁化方向的辦巨。圖3描述了艦等式2中的P鵬項(g卩，第二項)使自旋轉矩被有效地平衡，使得該自由層保持在進行狀態(tài)下的情況。自由層關于固定層磁化的搟賣波動可以產生振蕩磁場并以穿過疊層的電阻或電壓的形式獲ffM電阻(GMR) 信號34，如圖5戶腐。信號波動的特征頻率在微波范圍內(X3Hz)。因此，DC 電流驅動可轉動的微波源。通常，可以M控制電流和施加的偏壓場來調諧該 頻率，f，這里f隨施加的場的增大而線性增大并隨電流的增大而線性減小。圖6是磁記錄頭40 (也稱為寫入器)的三纟縫視圖，表示很多個自旋動量 轉換(SMT)疊層可以和WAMR寫入器一起ltt皿垂直記錄系統(tǒng)中。對于 WAMR寫入器的附加描述，例如，參見美國專利No.6，665，136B2，此M過參 考結合其公開內容。頭包 gi!31磁軛46磁性連接的第一 (或寫入)極42和第 二 (或返回)極44。安培導線48被設置在，一和第二極之間與該寫入器的空 氣軸 面50相鄰。第一和第二電極52和54被電連接到導線48的反面。磁 性自由層56被設置在第一極42和導線48之間。電觸點58和導體60被電連接 至嘮一極42以鄉(xiāng)自旋動量轉換電流I^的、^if各徑。該寫入f^皮設置與磁存 儲媒體62相鄰，該媒體包掛己錄層64和底基層66。記錄媒體和寫入器皮安裝 以鵬如箭頭68戶標的該寫入器和媒體之間的相對移動。電流源70向導線48提供電流。流過導線48的記錄電流Iw產生穿過存儲 媒體的1分的WAMR記錄場H"在圖1和2中，如實施例所描述的，該寫 入器中的集成SMT疊層使育辦產4S疊在WAMR場上的rf場H《以改進可記 錄能力。因此該SMT疊層皿M記錄頭記錄能力的集成rf場源。圖7表示圖6的記錄頭的空氣軸，面的平面示圖。作為連纟 軛的寫入 極(參見圖6)充當固定磁性層，并且自由磁性層被夾在主極和安培導線之間。在該固定和自由層之間存在中間層72，翔每這兩個層磁和電連接，并且可以是 導體或絕緣的隧道結，它們者阿以被、激勵以優(yōu)化該SMT。 t必疊層通過絕緣層 74和76與WAMR弓l線電絕緣，除jJfe外自由層相對于安培導線的底部短路。 疊層ilil穿過觸點58和導體60的底版被接地。絕緣體80的附加層被設置在導 線48和返回極44之間。箭頭頂端81和83分別g極42和自由層56的磁化 方向。箭頭頂端83的橢圓形標磁化的進行。圖6和7不是按比例描繪的，因為SMT自由層和中間層一般要求分另提 10nm和lnm，而此附圖的極近似100nm。多個附圖均l鵬出比例地描繪以表示 該原理。工作裝置的比例更接近圖8的描述。在圖8中，箭頭68表示媒體關于 記錄頭的移動的相對方向。WAMR寫入器僅由導線中的電流，Iw，驅動，而SMT疊層由DC電流， I,加，驅動。電流I加由施加在觸點84和86之間的電壓產生。I加的極性被表示 在圖7中并且自由層的磁化處于辭賣進行的狀態(tài)，以致產生rf磁場。L,的極性 具有，正偏壓并表示在圖3中。典型的寫入器前置放大器具有設定WAMR弓I 線和特定電壓處的導線浮點的公共模式電壓，并且該電壓是一個可能的用于驅 動M疊層的電流的源(即，I訓尸V。/R訓,，這里R訓,是從疊層到地的有效電阻)。 通常，要求Iw是50-100mA,而I，,可以小于10mA。安培(或WAMR)導線中的電流具有驅動垂直于ABS的該固定和自由層 磁化的作用。雖然在^循環(huán)記錄過程中磁化一直在上下之間轉換，但是其在 記錄循環(huán)期間有效地作用于該固定層方向。無論極的磁化方向^J:還是下I. ,的 極性均是相同的。通常，寫入翻比SMT體的rf頻率小的頻率，^ 率下 被驅動。因此，為了簡單化，該固定層磁化可以被處理為靜態(tài)。圖9是圖7的寫入器在ABS50附近的剖面圖。自由層極56同時產生垂直 磁場H—，和rf磁場H《，而來自安培導線的磁場H^作用于自由層上的能夠 驅動幾十GHz的rf頻率的偏壓磁場。媒體處的網狀磁場M自極和導線的"靜 態(tài)"磁場的重疊，加上來自SMT振蕩器的rf磁場，H^-H一+H由+H^。磁 場梯度應當使極的尾部邊緣與自由層的頂部和安培導線的底部之間的接口 88相 船。圖10是和圖8相同的示亂加入了可變電阻，R，與4M和接i鵬相串聯(lián)。 該電阻允許SMT電流，I爐[^ V。/ (R爐+R)]，的"動態(tài)"調諧以優(yōu)化SMT體的rf輸出(即，頻率，磁場量值，功率，等等)。例如M^用簡單的電位 計，該可變電阻和頭一起被集鵬滑動±處，或者其離開滑動±央和驅動電路一如圖11所述，SMT振蕩器也可以由讀取器前置放大器90驅動而不是由寫 入器驅動。這具有讀取器前置放大^l皮設計刺樓似SMT疊層的體偏壓的優(yōu) 點，，相似的電子設計點如讀取器下操作，使SMT裝置的控制比采用用于此 目的的寫入器前置放大器更簡便。圖12是表示自由層區(qū)域56的相對比例的剖面圖。限制該區(qū)域使M該層 的電流密度被更好地定義并可控制地變大。3!31用"條紋高度"方向91內的安 培導線和交叉軌道方向92內的固定層極的自旋可以實現(xiàn)用于形成自由層的微小 比例區(qū)域的圖案的制造處理。例如，自由層可以被沉積并沿固定層形成圖案， 因此其具有相同的^X軌道尺寸，接著其可以被刻蝕作為部分的安培導線定義， 停止在中間層或固定層上，以定義其條紋高度。圖13是結合了兩個被配置以持續(xù)進行相位鎖定狀態(tài)下的自由層的自旋動 量轉換疊層102和104的另一個記錄頭100。該寫入器包JSI31W^性相連的 第一 (或寫入)極106和第二 (或返回)極108，在此示圖中未示出。安培導線 110被設置在i^一和第二極之間并與該寫入器的空氣軸M面相鄰。第一和第 二電極112和114被電連接至l傳線110的反面。第一磁性自由層116被設置在 第一極106和導線110之間。電觸點118和導體120被電連接到第一極106以 ^{共自旋動量轉換電流1^的流 徑。中間層122被設置:^一極和第一磁性 自由層之間。該寫入器進一步包括包括反平行固定層124的第二SMT疊層，第 二磁性自由層126和位于該反平行固定層124和第二磁性自由層126之間的第 二中間層128。制蟲點130被M^在反平行固定層124上以連接SMT電流的路 徑B2?？勺冸娮?34和136被^f共來調節(jié)SMT電流。自由層是相位鎖定的。 絕緣體138圍繞在織二自旋動量轉換觀周圍。附加的絕緣層140， 142和144 將該第一自旋動量轉換疊層與 點絕緣。為了清離見，該體的更加實際 的比例被表示在圖14中。 一個自由層在該固定層極之上，在該安培導線之下， 以及一個自由層在該安培導線之上并在第二 (上部)固定層之下。在后者的情 況下，上部的自由和固定層M來自安培導線的磁場針對該極被反平行地驅動 (參見圖15)。下部和上部SMT疊層的條紋高度均可以通過安培導線的磁場(參ii見圖i5)自旋。上部和下部觀被各自接地使得負極性電流，r,加和r訓,， 分別沿其流到該安培導線，其由寫入器前置放大器偏壓到電壓v。。再次，可變 電阻(例如，電位計，^似的)可以被用于獨:^i也轉換iiil各疊層的電流。 如果如圖15中所示、r ^是正偏壓且r ,m,是負偏壓，那么自旋動量轉換使自 由層上的試圖對其進行驅動的自旋辯巨分別反平行于它們各自的固定層。結果， 頂部和底部自由層原則上均可以被驅動至i膀續(xù)進行狀態(tài)。但是，傳^1:這不會發(fā)生在相同的電流下，因此i^g依賴于U的可調諧性和兩個振蕩器的相位鎖定及相位轉換。安培導線足夠厚使得它會嫩對在上部SMT疊層和下部SMT疊層之間流動 的任何電流進行去極化，因此固定層只對它們各自的自由層施加轉矩。為了相 位鎖定，自由層應當最初具有相近的頻率并且它們必須被磁和/或電連接，其均 可以通過材料特性和尺寸被激勵。此外，由于層被電連接并且它們足夠接近到 至少具有靜磁連接，因此A^，實施例中自然會出現(xiàn)電磁連接。此外，進行層 之間的相位差可以優(yōu)化rf輸出。這種設計的優(yōu)點是相位縮定狀態(tài)可以具有充分高的功率輸出和與單獨的振蕩器，或即使是振蕩器的組合相比頻率中的更明顯 的線寬。另一個優(yōu)點是兩個層可以使磁電荷和磁場加倍，而當最佳相位時自由 層之間的物理間隙增大它們產生的rf磁場的空間范圍。除了Mil來自附加前置放大器152的相同極性的偏壓電流驅動該上部和下 部SMT疊層外，圖16和17與圖13和15相同。這要求SM之一具有從圖13 轉化的自由層和固定層。在圖16的實施例中，上部SMT疊層154包括固定層 156，自由層158和中間層160，并受正電流偏壓的作用。由于該上部固定層現(xiàn) 在位于兩個自由層之間，產生了較大的間隙，因此這種幾何皿會產生兩個自 由層之間的略微較大的間隙。除了下部自由層已經被設置在固定層lfc下外，圖18和19與圖13相同。 當極通常大約比自由層厚10倍( 100nm)時這會產生自由層之間的甚至更大 的間隙。圖18和19的頭170包括具有固定極層174的下部SMT疊層172，自 由層176，和中間層178。除了SMT層具有垂直的，平面外的各向異'齡卜，圖20， 21和22表示和圖 13相同的設計 。圖20， 21和22表示結合了兩個自旋動量轉換疊層192和 194的另一個記錄頭190。該寫入器包^131磁 性相連的第一(或寫入)極196和第二 (或返回)極198，在lt際圖中未示出。安培導線200被設置在， 一和第二極之間并與該寫入器的空氣軸承表面相鄰。第一和第二電極202和204 被電連接到導線200的反面。第一磁性自由層206和第一磁性固定層208被設置在第一極196和導線200 之間。第一中間層210被設置在極196和第一磁性固定層208之間。第二中間 層212被設置在第一磁性自由層206和第一磁性固定層208之間。電觸點214 和導體216被電連接到第一極196以提供自旋動量轉換電流I^的流 徑。該寫入器進一步包括包括第二磁性固定層218的第二 SMT疊層194，第二 磁性自由層220和位于，二磁性固定層218和第二磁性自由層220之間的中 間層222。電觸點224 M^^二磁性固定層218上以連接SMT電流的路徑 226。可變電阻228和230被JI^來調節(jié)SMT電流。自由層是相位鎖定的。絕 緣體232圍繞在織二自旋動量轉換疊層周圍。附加的絕緣層234， 236和238 將該第一 自旋動量轉換疊層與該觸點絕緣。為了清楚起見，該裝置的更加實際的比例被g在圖21中。 一個自由層在 該固定層極之上并在該安培導線之下，以及一個自由層在該安培導線之上并在 第二 (上部)固定層之下。在圖20， 21和22中，寫入極4M具有平面內的各向異性并不再作用于SMT 裝置中的固定層。替代地，垂直固定層208和218分別被插入在下部垂直自由 層和安培導線之下，以及上部垂直自由層之上。垂直方向的磁化要求材料的各 向異性磁場(Ht )指向平面外并大于其t魅Q磁化。各向異性與通常在平面內驅 動磁化的縮小的磁場相反。因此，該各向異性應當足夠大使得來自安培導線的 磁場不主要影響該磁化。該垂直各向異性考慮自由層磁化上的最大偏移角度， 允許其MSMT辦巨被離飛由自旋90度，在該層的平面內完全iikit行。兩個 進行自由層之間的相位差可以被優(yōu)化以產生最大rf磁場輸出，例如，當ABS處 的磁極在一個自由層的表面上具有正電荷密度時，它們和另一個自由層的表面 上的負極性具有相同的電荷密度。在圖20， 21和22中，在下部固定層和敬t間存在用于對在層之間流動的 自旋電流進行去極化的中間層。這是必需的因此來自極的該自旋偏振電流不將 轉矩施加到下部固定層，反之亦然。該去極化中間層可以是本領域中所知的能 有效去極化的多種金屬中的一種。層厚度必須大于該給定材料中的自旋擴散長度，其可以小于等于10nm。但是，該層必須盡可慰也薄以使極和安培導線之間 的間隙最小化，劍于WAMR寫入器競優(yōu)化的?？紤]到這種平衡，應當使去 極化層的厚度滿足10nm的要求成為可能。圖23和24表示另一個頭240。圖23和24的頭240包括具有固定層244， 自由層246，該固定層和自由層之間的第一中間層250，和該極和自由層之間的 第二中間層252的下部SMT疊層242。除了在下部SMT #^ 242中自由層246 已經被體在固定層244之下和極248 ;tJ:外，圖23和24與圖20和22相同。圖23和24與圖20和22相同，但是該SMT疊層Mil具有相同極性電流偏 壓的前置驅動器254被驅動。這也要求插入一組SMT疊層，這里在此實施例中 下部自由層被放置在下部固定層之下。這種定位將產生保持持續(xù)進行狀態(tài)所需 的適當的SMT轉矩。下部自由層和極之間存在用于對在層之間流動的自旋電流 進行去極化的中間層。這是必需的因此來自固定層極的該自旋偏振電流不施加 轉矩至lj下部自由層。圖25和26表示另一個頭260。圖25和26的頭260包括具有固定層264， 自由層266，該固定層和自由層之間的第一中間層270，和該極和自由層之間的 第二中間層272的下部SMT疊層262。除了在下部SMT262中自由層266已經被設置在固定層264之上和極 268之下夕卜，圖25和26與圖23和24相同。這具有極268和安培導線是盡可能 地,的優(yōu)點，其通?？梢詢?yōu)化WAMR，但是來自相位鎖定的SMTT振蕩器的 磁場會被自由層之間的較大的間隙變小。圖27和28表示另一個頭270。圖27和28的頭在安培導線276下面結合 了兩個SMT ftM 272和274。疊層274包括垂直固定層280和垂直自由層282。 第一中間層284被設置在極278和垂直固定層280之間。第二中間層286被設 置在固定層280和垂直自由層282之間。疊層272包括垂直固定層288 ，垂直自 由層290，和被設置在垂直固定層288和垂直自由層290之間的第一中間層292。 去極化層294被設置在該第一和第二疊層之間。M該SMT疊層的偏壓電流可以M寫入器的前置放大器，顯蟲立的前置 放大器的常規(guī)模式電壓(V。)被驅動。下部自由層和上部固定層之間存在用于 對在層之間流動的自旋電流進行去極化的中間層。這是必需的因此上部固定層 不施加辦巨到下部自由層。圖29和30表示另一個頭300。圖29和30的頭在安培導線306上面結合 了兩個SMT疊層302和304。疊層304包括垂直固定層308，垂直自由層310， 和被設置在該垂直固定層308和垂直自由層310之間的第一中間層312。 ftM 302包括垂直固定層314，垂直自由層316，和被設置在該垂直固定層314和垂 直自由層316之間的第一中間層318。去極化層320被設置在該第一和第二疊層 之間。圖29和30的頭在安培導線306上面放置了兩個SMT疊層，其使安培導線 和極被拉的盡可能地,。無論rf電流(圖31的頂部)禾口/或rf電壓波形(圖31的底部)均可以和 寫入器的前置放大器一起M^并I細于針對SMT振蕩器相位鎖定，作為拉高 SMT的功率及轉換SMT的功率的裝置。為了產生相位鎖定外部電流或電壓源 的頻率應當接近該SMT振蕩器的頻率。在存在針對SMT的電連接時為了產生 相位鎖定rf源的功率不必很大。由于功率可以很小，因Jt戰(zhàn)使得高功率源的使 用適當地變得，。圖32和33 ，多少個這種源可以和圖10的寫入器的前置放大器一起ltt 成并被自然連接到SMT。 L(f)可以被改魏轉換SMT振蕩器的輸出。同樣地， rf電壓源，V《(f)，也可以被改^^轉換SMT振蕩器的輸出。如圖5所述，因為由于自由層的穩(wěn)定波動和疊層的磁阻特性 V。/ R.訓,(f)，和R加,在頻率f處振蕩，因JJ:體發(fā)明的進一步的方面是針對I加存在rf 分量。因此，應當通過L(f)，與自由層的rf磁場(H一)相重疊的H,產生自 振蕩磁場，因此支持網狀rf磁場，艮P， H《(f) H,股(fHH^I訓,，f)。原則上， I ,可以被調整來優(yōu)化其自身磁場影響。由于SMT疊層是平面正交電流(CPP)巨型磁致電阻(GMR)讀取器結 構(或P鍵磁致電阻(TMR)讀取器)的產物，因此該SMT疊層可以被設計 來為寫入器的讀取器和SMT振蕩器的雙重目的服務。圖34 ,其中磁疊層(也 稱作雙分子層)332被用于從存儲媒體讀取 的記錄頭330。該疊層包JSI31 中間層338與自由磁性層336相分隔的固定磁性層334。安培導線340被設置在 與自由層336相鄰。讀取器前置放大器342 M安培導線和疊層的底部被連接 到該疊層。如圖34戶欣，當讀取時，頭的安培導線不被激勵，1 為零，并且SMT疊層M31讀取器前置放大III皮偏壓用于最佳讀取器性能。在這種情況下，固定和 自由層磁化不被激勵用于記錄，但是被替代為靜止狀態(tài)，被、M用于最佳讀取 器性能。自由層磁化可以響應從媒體中的比特發(fā)出的磁場而自旋，產生穿過作用于讀取信號的SMT疊層的磁致電阻響應。如上所述，當記錄時，WAMR寫 入^皮 (Iw^0)并且SMT疊層在搟賣進行狀態(tài)下被偏壓用于最佳可記錄 能力。由于存在其他育,有益于本發(fā)明的幾何結構和所述實施例的自然擴展，因 此上述設計不表示被全部包括。該自由和固定層材料可以是典型的過渡金屬鐵 磁物戯BFe， Co，和Ni，或者是弓I入的鐵磁物J^才料，如Heusler合金，麟 似材料。中間層可以是較寬范圍的金屬，如通常被用在GMR，中的Cu。中 間層也可以是絕緣的隧道結，如AIO， TaO， MgO，和其他本領域公知的材料。 極大改善可記錄能力所需的rf輔助磁場的量值還沒有被很好地確定，但是 10000e是用于此設計的合理的量，求目標點，例如，媒體的1^的10%。如 果材料層針對厚度，M,，層之間的空間，等等被最佳漏的話，另P么采用戶脫 結構有可能產^3110000e的rf輔助磁場。一方面，本發(fā)明提供了一種^ffl SMT振蕩器形式的集成rf磁場源的垂直 WAMR寫入器以gfcl WAMR可記錄能力。該SMT裝置產生覆蓋WAMR磁場 的rf輔助磁場。該SMT振蕩器還可以針對第二rf磁場被相位鎖定以拉高其功 率輸出并增大其產生的輔助磁場的空間范圍。第二rf磁場源可以是，例如，被 放置在該寫入器中的第二SMT振蕩器，鼢卜部振蕩器。激卜部振蕩器可以是， 例如，前置放大器電路。此敝4賺高的區(qū)域密度記錄成為可能。雖然本發(fā)明已經根據幾個實施例被描述，但是本領域技術人員應當清楚的 是在不脫離以下權利要求所闡明的本發(fā)明的范圍的情況下可以針對^^實施例 進行各種改變。
權利要求
1、一種裝置包括寫入極；返回極；位于該寫入極和返回極之間的導線；第一自由層；和位于該寫入極和第一自由層之間的第一中間層。
2、 如權利要求l所述的裝置，其中該第一 自由層被設置在該第一中間層和導線之間。
3、 如權利要求1戶，的，，進一步包括用于向該導線提供電流和向該寫入極、第一中間層和第一自由層提供自旋 動量轉換電流的電流源。
4、 如權利要求3戶皿的，，進一步包括-用于調整該自旋動量轉換電流的電阻。
5、 如權利要求1戶，的，，進一步包括 用于向該導線提供電流的電流源；和用于向該寫入極、第一中間層和第一自由層提供自旋動量轉換電流的前置 放大器。
6、 如權利要求i戶;M的，，進一步包括第一固定層； 第二自由層；和位于該第一固定層和第二自由層之間的第二中間層。
7、 如權利要求6戶服的體，其中第一 自由層和第二自由層的磁化方向是反平行的。
8、 如權利要求6戶腿的體，其中該第二自由層被設置在該第一固定層和導線之間。
9、 如權利要求6戶服的體，其中一固定層被設置在，二自由層和導線之間。
10、 如權利要求6戶腿的體，其中該寫入極被設置在該第一中間層和導線之間。
11、 如權利要求6所述的裝置，進一步包括 位于該寫入極和第一自由層之間的第二固定層。
12、 如權利要求ll戶脫的體，其中i^m—和第二固定層的磁化方向相對空氣軸，面是充分反平行的。
13、 如權利要求6戶腿的體，進一步包括:位于該導線和第一自由層之間的第二固定層。
14、 如權利要求6戶皿的^g，進一步包括第二固定層，其中該寫入極和第一 自由層被設置在該第二固定層和導線之
15、 如權利要求1臓的驢，進一步包括 第一固定層；第二自由層；位于該第一固定層和第二自由層之間的第二中間層；和 位于該第一自由層和第一固定層之間的去極化層。
16、 一種裝置包括 寫入極；返回極；位于該寫入極和返回極之間的導線；第一磁觀；第二磁疊層；和位于該第一和第二磁疊層之間的去極化層。
17、 如權利要求16戶腿的體，其中mm—和第二磁疊層被設置在該導線和返回極之間。
18、 一種體包括 寫入極；返回極；位于該寫入極和返回極之間的導線；和 第一射頻磁場源。
19、 如權利要求18戶，的，，其中織一射頻磁場源由第二射頻磁場源鎖相。 20、 一種體包括寫入極； 返回極；和第一射頻磁場源，由第二射頻磁場源鎖相。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用集成自旋動量傳遞驅動振蕩器產生微波輔助場的WAMR寫入器。該裝置包括寫入極，返回極，位于該寫入極和返回極之間的導線，第一自由層，和位于該寫入極和第一自由層之間的第一中間層。
文檔編號G11B5/127GK101261838SQ20071014419
公開日2008年9月10日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權日2006年11月14日
發(fā)明者S·卡卡, S·巴特拉, T·W·克林頓, W·舒勒茨 申請人:希捷科技有限公司