多層硬磁體以及包括多層硬磁體的數據存儲裝置讀寫磁頭的制作方法

專利名稱：多層硬磁體以及包括多層硬磁體的數據存儲裝置讀寫磁頭的制作方法
多層硬磁體以及包括多層硬磁體的數據存儲裝置讀寫磁頭本申請是2008年4月30日提交的美國專利申請S/N. 12/112, 671的部分繼續申請，其全部內容通過引用納入于此。
背景技術：
磁性數據存儲裝置包括檢測和修改磁存儲介質的磁特性的磁性讀寫磁頭。例如， 讀寫磁頭包括響應于所施加的磁場而改變阻抗的磁阻傳感器。基于阻抗的這種變化，讀寫磁頭感測或者修改磁存儲介質的磁特性。

發明內容
在一個方面中，本發明公開涉及一種硬磁體，其包括包含第一成分的籽晶層，其中第一成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co中的至少一種；包含第一成分的覆層；以及籽晶層與覆層之間的多層疊層。根據本發明公開的這個方面，多層疊層可包括包含第一成分和第二成分的第一層，第一成分和第二成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co中的至少一種，其中第二成分不同于第一成分。多層疊層還可包括形成于第一層之上并且包含第二成分的第二層，以及形成于第二層之上并且包含第一成分和第二成分的第三層。在附圖和以下描述中闡明了本發明的一個或多個實施例的細節。通過閱讀下面的詳細描述，這些以及各種其它的特征和優點將會顯而易見。附圖簡述

圖1是硬盤驅動器的示意圖。圖2是示出包括隧穿磁阻傳感器的硬盤讀取磁頭的框圖。圖3是示出硬盤讀取磁頭的框圖。圖4是示出另一硬盤讀取磁頭的框圖。圖5是鉬-鐵二元系統的相圖。圖6是Lltl相構造的鉬-鐵二元合金的晶胞。圖7是包括籽晶層、覆層以及中間合金層的多層結構的框圖。圖8A-D是分別形成為單一薄膜層、形成為具有鉬籽晶層、形成為具有鉬覆層、以及形成為具有鉬籽晶層和鉬覆層兩者的鐵-鉬磁性材料的磁矩與磁場的關系曲線圖。圖9A-9C是形成為具有包括銀或者鉬之一的籽晶層和覆層的鐵-鉬合金的磁矩與磁場的關系曲線圖。圖10A-10D是形成為具有包括鐵或者鉬之一的籽晶層和覆層的鐵-鉬合金的磁矩與磁場的關系曲線圖。圖11A-11C是形成為具有鉬籽晶層和覆層的各種組分的鐵-鉬合金的磁矩與磁場的關系曲線圖。圖12A和12B分別是退火前后的具有鉬籽晶層和鉬覆層的鐵-鉬磁性材料的透射電子顯微鏡(TEM)顯微照片。圖13A和1 分別是退火前后的具有鉬籽晶層和鉬覆層的鐵-鉬磁性材料的濃度與深度的關系曲線圖。圖14是形成為具有鉬籽晶層和鉬覆層的鐵-鉬磁性材料的磁矩與磁場的關系曲線圖。圖15是包括具有不同組分的兩個層的多層鐵-鉬合金的框圖。圖16A和16B是示例性多層硬磁體的截面圖和組分曲線圖。圖17A和17B是示例性多層硬磁體的截面圖和組分曲線圖。圖18A和18B是示例性多層硬磁體的截面圖和組分曲線圖。圖18C是示例性讀取傳感器的截面圖。圖19A和19B是示例性多層硬磁體的截面圖和組分曲線圖。圖20是示出形成多層硬磁體的示例性方法的流程圖。圖21是鐵-鉬硬磁體的磁矩與磁場的關系曲線圖。詳細描述本發明公開一般涉及用于數據存儲應用中的磁性材料。在一些實施例中，磁性材料可用于磁性數據存儲裝置的讀寫磁頭。這些磁性材料可由包括例如鉬(Pt)和鐵(Fe)的合金形成，并且可通過合金、籽晶層以及覆層的低溫退火形成。磁性材料優選地包括Lltl相構造，并且具有合乎需要的高矯頑力和大飽和磁化強度。在一些實施例中，磁性材料可形成為多層硬磁體。例如，多層硬磁體可包括籽晶層、覆層以及籽晶層和覆層之間的多層疊層。多層疊層可包括至少兩層，并且這些層可包括不同組分。例如，多層疊層可包括導致組分梯度的多個層，其可關于與籽晶層和覆層大致等距且基本平行的平面對稱，或者其可關于與籽晶層和覆層大致等距且基本平行的平面非對稱。在一些實施例中，多層疊層可提供在磁體的不同部分具有不同磁矩的磁體。然而本發明討論在盤驅動器的讀寫磁頭中作為偏置磁體的磁性材料的使用，這些磁性材料在需要高矯頑力和相對小的磁晶粒尺寸的其他應用中也有用。例如，對于磁介質， 本文中所描述的磁性材料可有用。圖1示出示例性磁盤驅動器100，其包括根據本發明的一個方面的讀寫磁頭。盤驅動器100包括底部102和頂蓋104，如部分剖開地所示。底部102與頂蓋104組合以形成盤驅動器100的外殼106。盤驅動器100也包括一個或多個可旋轉磁數據盤108。數據盤 108附著于心軸114，心軸用以關于中心軸旋轉盤108。記錄及讀取磁頭112與數據盤108 相鄰。致動臂Iio支撐記錄及讀取磁頭112以供與各個數據盤108通信。數據盤108在磁膜上將信息儲存為磁取向位。讀寫磁頭112包括記錄(寫入)磁頭，其生成足以磁化數據盤108上磁膜的離散域的磁場。每個磁膜的這些離散域表示數據位，其中一個磁取向表示“0”而基本相反的磁取向表示“1”。記錄及讀取磁頭112亦包括讀取磁頭，其能夠檢測磁膜的離散磁域的磁場。圖2是示出可與圖1中的讀寫磁頭112 —起使用的硬盤讀取磁頭200的實施例的示意性框圖。讀取磁頭200利用磁阻來從諸如圖1的數據盤108等的數據盤讀取數據。盡管讀取磁頭200的精確性可大范圍地變化，隧穿磁阻讀取磁頭將作為其中可利用所揭示的磁性材料的讀取磁頭200的一個示例來描述。然而要理解，本文中描述的磁性材料可用于任何讀取頭200，諸如舉例而言，電流垂直于平面的巨型磁阻頭、巨型磁阻頭等。此外，磁性材料可在需要高矯頑力和/或大飽和磁化強度的諸多其他應用中找到用途。
再次參考圖1-2，讀取磁頭200在由數據盤108的旋轉而創建的空氣軸承上掠過數據盤108的表面。數據盤108具有多個數據磁道228，其中一個磁道在圖2中示出。數據磁道2 可劃分成多個位。如箭頭2 所示，當盤108旋轉時，讀取磁頭200沿著數據磁道 228移動，并且當其在傳感器218下經過時可讀取數據磁道228的每個位。讀取磁頭200包括第一屏蔽層202和第二屏蔽層203、隧穿磁阻傳感器218以及兩個硬磁體204、205。第一和第二屏蔽層202、203降低或基本上阻塞外部磁場，諸如舉例而言通過沖擊傳感器218來自數據盤108上的相鄰位的外部磁場等，從而改善傳感器218的性能。理想地，第一和第二屏蔽層202、203只允許來自在傳感器218正下方的位的磁場影響傳感器218，并且由此被讀取。因此，隨著位的物理尺寸繼續減小，屏蔽層到屏蔽層的間距亦可繼續減小。傳感器218包括多個層，包括反鐵磁籽晶層214、釘扎層212、基準層211、隧穿阻擋層210、自由層208以及覆層206。反鐵磁層214電耦合至第一電極221，而覆層206電耦合至第二電極220。釘扎層212形成于反鐵磁層214之上并且交換耦合至反鐵磁層214。該交換耦合將釘扎層212的磁矩固定于已知方向。同樣地，釘扎層212的磁矩在基準層中感生基本反平行的磁場。釘扎層212和基準層211 —起形成合成反鐵磁體213。釘扎層212 和基準層211各自的磁矩不允許在感興趣范圍內的磁場下旋轉(例如，由存儲于數據盤108 上的數據位生成的磁場)。基準層211和釘扎層212的磁矩一般取向為垂直于圖2的平面， 并且如箭尾2M和箭頭225所示彼此反平行(例如，進出圖2的平面)。傳感器218還包括自由層208，其不交換耦合至反鐵磁體。因此，自由層208的磁矩在感興趣的范圍內在所施加磁場的影響下自由旋轉。讀取磁頭200還包括一對偏磁體204和205，其產生用平行于圖的平面且一般水平取向的如箭頭2 所示的磁矩偏置自由層208的磁場。這種偏置防止自由層208的磁矩由于例如熱能而漂移，這種漂移可能將噪聲引入由讀取磁頭200感測的數據中。但是偏置足夠小使得自由層208的磁矩可響應于所施加的磁場而變化，諸如存儲于數據盤108上的數據位的磁場等。傳感器218和電極220、221通過絕緣材料222、223分別與偏磁體204、205 分離以及電隔離。隧穿阻擋層210分離自由層208和基準層211。隧穿阻擋層210足夠薄使得在基準層211和自由層208之間發生量子機械電子隧穿。電子隧穿是電子自旋相關的，從而使傳感器218的磁響應成為基準層211和自由層208的相對取向和自旋極化的函數。當基準層211和自由層208的磁矩平行時發生電子隧穿的概率最高，而當基準層211和自由層208 的磁矩反平行時發生電子隧穿的概率最小。相應地，傳感器218的電阻響應于所施加的磁場而變化。數據盤108上的數據位在垂直于圖2平面的方向上磁化，即或者進入圖平面或者從圖平面出來的方向。因此，當傳感器218在數據位上經過時，響應于由經過傳感器218 下方的位所產生的磁場，自由層208的磁矩或者旋轉進入圖2的平面或者從圖2的平面旋轉出來，從而改變傳感器218的電阻。正在由傳感器218感測的位的值(例如，或者1或者 0)因此可基于從第一電極221流向第二電極220的電流確定。為了增加諸如盤驅動器等磁數據存儲裝置的存儲容量，數據盤108上的磁取向域 (位)的大小持續地制作成越來越小，以產生更高的數據密度。相應地，讀取磁頭200的大小可持續地制作成越來越小，更具體地，屏蔽層到屏蔽層的間距可減小，以使傳感器218基本上與數據盤108上相鄰位的磁場相隔離。圖3和圖4示出當屏蔽層到屏蔽層的間距減小時可能發生的示例復雜度。圖3示出讀取磁頭300的實施例，其包括分離開距離301的第一屏蔽層302和第二屏蔽層303。類似于讀取磁頭200，讀取磁頭300包括傳感器318、第一偏磁體304和第二偏磁體305。為了清晰起見，傳感器318的層未在圖3中示出。第一偏磁體304包括多個磁化域322，每個域具有由箭頭3M表示的磁化方向。第一偏磁體304產生由磁通線320a 和320b(統稱為“磁通線320”)表示的磁場。如圖所示，磁通線320b的一部分沒有在磁體 304,305以及傳感器318的平面內發射，而相反與屏蔽層302和屏蔽層303之一相交。這些磁通線表示由第一偏磁體304產生的、對傳感器318的自由層的偏置不作貢獻的磁場的量。 然而，磁通線320a穿過傳感器318。磁場的這些部分的至少一部分對傳感器318的自由層在水平方向(例如，平行于磁通線320a)上的偏置作出貢獻。圖4則示出讀取磁頭400，其包括更小的屏蔽層到屏蔽層的間距401，這可用于讀取數據盤108上的更小磁化域。在圖4所示的實施例中，偏磁體404、405的尺寸示成與圖3 中的相比更小，傳感器418也比圖3中的更小。然而，這未必在所有實施例中都是真實的。 例如，在一些實施例中，僅將絕緣層的厚度制成較小，而偏磁體404、405以及傳感器418保持相同的尺寸。無論偏磁體404、405以及傳感器418的尺寸是否較小，屏蔽層到屏蔽層的間距401 的減小都導致由偏磁體404生成的磁場的較大部分遇到第一屏蔽層402或第二屏蔽層403 之一，如磁通線420b所表示。遇到屏蔽層402、403之一的磁場的所增加部分導致可用于偏置自由層的磁場部分較小(未在圖4中示出)，由單個磁通線420a所表示。由于這種較低偏置，傳感器418的信噪比可能低于傳感器318的信噪比，這是不利的。圖3-4示出可在較小讀取磁頭400情況下發生的另一復雜度。例如，偏磁體404 包括相對于偏磁304的磁晶粒322較小的磁晶粒422。較小的磁晶粒422會導致系統中的熱能將引起各個晶粒422的磁矩自己重取向(如箭頭似6所示)的較高概率。各個磁晶粒 422的磁矩重取向可減小偏磁體404的整體磁矩，并且隨著時間實際上顯著地減小磁矩。因此，需要具有較高飽和磁化和矯頑力的偏磁體404、405。較高磁化可增加偏磁體404、405的對于偏置自由層有用的磁通線，而較高矯頑力可增加磁化的穩定性。這反過來又可便于較小傳感器(例如，傳感器418)在硬盤驅動器(例如，盤驅動器100)的讀取磁頭400中的使用。包括鐵和鉬族金屬的合金可提供相對高矯頑力和磁矩。鉬族金屬可選自例如，Pt、 Pd、Ir、1 和Ru，或者它們的組合。優選包括Pt的鉬族金屬，尤其優選Pt。合金亦可包括少量的其他元素，例如銅、金、銀等。然而，為了提供高矯頑力和高磁矩，鐵-鉬合金應當優選地包括高各向異性Lltl或者面心四方的相構造。例如，如在圖5的鐵-鉬(FePt) 二元相圖所示，Ll0相構造可以是固溶體，其包括約35原子百分比(at. % )和約57at. %之間的鉬(Pt)，剩余的則為！^和附帶雜質(例如， 少于Iat. %的雜質)。更優選地，圖6示出Lltl相構造，其中Pt原子602和！^原子604在交替層中以1 1的原子比排序(對于大約50at. %的Pt和大約50站％的!^而言，不包括附帶雜質)。Ll0相通常要求FCC無序合金(也稱作Al相合金)的相對高溫(大于約500°C )退火以產生Li。相結構中的Pt和鐵(Fe)原子的有序結構。這一高溫退火步驟阻止了 !^ePt 合金在諸如讀取磁頭200等硬磁體讀取磁頭中的使用，因為讀取磁頭200的其余組件(例如，傳感器218)在這種溫度下退化。在一個方面，本發明公開涉及不要求高溫退火步驟而形成具有有序相構造的合金的方法。該方法一般包括使用包括籽晶層和覆層的多層結構。多層結構還包括至少一個中間層，該中間層包括合金。在一些實施例中，籽晶層和/或覆層包含合金成分，在一些優選實施例中，該籽晶層和/或覆層成分是合金的少數成分。圖7示出多層結構700，其可用于產生具有高各向異性的有序相構造合金。多層結構700包括籽晶層702、覆層704、以及形成于籽晶層702和覆層704之間的中間層706。合金層706、籽晶層702和覆層704可由各種各樣的成分制成，其包括例如Pt、Fe、Mn、Ir、Co 或其他類似用于產生鐵磁合金、亞鐵磁合金或者反鐵磁合金的成分。在一些實施例中，籽晶層702和覆層704包含存在于合金層706中的成分。在其他實施例中，籽晶層702和覆層 704包括不存在于合金層706中的成分。在一些實施例中，籽晶層702和覆層704中的至少一個包括存在于合金層706中的一種以上成分。例如，籽晶層702、覆層704和合金層706可各自包含第一和第二成分。 在一些實施例中，籽晶層702和覆層704中的至少之一包含主要成分，該主要成分少量地存在于合金層706中。例如，籽晶層702和覆層704中的至少之一可包括大量Pt和少量狗， 其中合金層706包括大量!^e和少量Pt。在一些實施例中，籽晶層702和覆層704 二者包括主要成分，該主要成分少量地存在于合金層706中。籽晶層702、合金層706和覆層704可使用諸多技術沉積，包括例如濺射、離子束沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、激光消融等。在一個實施例中，使用這些技術之一將籽晶層702沉積于襯底上，使用相同或者不同技術將合金層706沉積于籽晶層 702上，以及使用這些技術的任意技術將覆層704沉積于合金層706上。相比于退火合金的單個薄膜、退火僅具有籽晶層702的合金、或退火僅具有覆層 704的合金，利用籽晶層702和覆層704有優勢。圖8A-D示出這一優勢。這些曲線圖中所示的一個重要參數是合金的矯頑力。矯頑力是磁矩等于零處的磁場，或者是磁矩-磁場曲線與磁場軸(χ軸)相交的點。面內矯頑力指示原子排列成有序相構造的程度，以及合金中磁各向異性的程度。即，越高面內矯頑力指示具有越大磁各向異性的更加高度有序的合金。例如，圖8A示出響應于所施加磁場的!^ePt合金的磁矩。在退火前，圖8A的!^ePt 合金包括約38at. %的Pt和約%的狗，且在大約300°C的溫度下退火約4小時。如圖所示，通過將曲線801和802的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力大致為 14200e。圖8B則示出與圖8A的合金具有相同組分的!^ePt合金，其形成為具有Pt籽晶層 702。圖8B中的樣本類似于圖8A的樣本在約300°C的溫度下退火4小時。圖8B的樣本示出，通過將曲線803和804的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力大約為MOOOe。圖8C又一次示出退火前包括約38at. %的Pt和約62at. %的！^e的！^ePt合金樣本的結果。該具有Pt覆層704的樣本在約300°C的溫度下退火4小時。該樣本示出，通過類似于圖8B的合金將曲線805和806的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力大約為 22000e。圖8D則示出退火前包括約38at. %的Pt和約62at. %的Fe的!^ePt合金樣本的結果，該樣本形成為具有Pt籽晶層702和Pt覆層704，且在大約300°C的溫度下退火4小時。該樣本示出，通過將曲線807和808的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力大約為51000e，其顯著高于圖8A-8C所示的任意樣本的矯頑力。雖然不希望受任何理論約束，當前可用的數據表示這種效應是由于發生在籽晶層702/合金層706以及覆層704/合金層706兩個界面處的相互擴散，其便于狗和Pt原子排序成Lltl相構造。在一些實施例中，籽晶層702和覆層704可包括不存在于合金層706中的成分。例如，在一個實施例中，籽晶層702和/或覆層704包括銀，而合金層706包括!^ePt合金。圖9A-C示出三種形成為具有不同籽晶層702和覆層704組分的!^ePt合金的磁矩與磁場的關系曲線圖。如圖9A所示，對具有銀籽晶層702和銀覆層704的、退火前包括約 38at. %的Pt和約62at. %的!^e的!^ePt合金在約300°C下進行約4小時退火會產生具有約為2000e的相對低面內矯頑力Wi^ePt合金。圖9B示出與圖9A的組分相同的、形成為具有銀籽晶層702和鉬覆層704的、在相同條件下退火后的!^ePt合金的響應。其面內矯頑力高得多，約為13000e。圖9C則示出與圖9A的組分相同的、形成為具有鉬籽晶層702和銀覆層704的、在相同條件下退火后的!^ePt合金的響應。該樣本的面內矯頑力約為23000e。 這些矯頑力比圖8D所示樣本的矯頑力低得多，圖8D所示樣本形成為具有鉬籽晶層702和鉬覆層704。籽晶層702和覆層704亦可包括少量(S卩，少于50at. 存在于中間合金層706 的成分，或者亦可包括大量(即，多于50at. % )存在于合金層706的成分。在一些實施例中，使用包括少量存在于合金層706中的成分的籽晶層702和覆層704可能有優勢。例如， 為了產生包括主要成分為狗的LlfePt合金，可使用Pt籽晶層702和Pt覆層704。如另一個示例，為了產生包括主要成分為Pt的LlciFePt合金，可使用!^e籽晶層702和!^e覆層 704。包括少量存在于中間合金層706的成分的籽晶層702和覆層704的使用會導致籽晶層702和覆層704中的成分向合金層706擴散，而其他成分(大量存在于合金層706中的成分)從合金層706向籽晶層702和覆層704擴散。這兩種成分的擴散導致合金相比于初始合金具有更接近50 50的組分。這兩種成分的擴散也便于產生變成Lltl相的相變所必需的原子重排序。圖10A-D示出在約300°C的溫度下退火約4小時后的一系列樣本，退火前其包括約 36at. %的！^和約%的Pt。圖IOA示出形成為具有Pt籽晶層702和Pt覆層704的樣本的磁矩與磁場的關系曲線圖。該樣本示出低面內矯頑力，其指示原子的不良排序和低各向異性。圖IOB示出形成為具有Pt籽晶層702和!^e覆層704的相似合金的響應。其面內矯頑力較大，約為7000e，其指示與形成為具有Pt籽晶層702和覆層704的樣本相比，Fe 和Pt原子更好地排序成Lltl相構造。圖IOC是形成為具有！^籽晶層702和Pt覆層704的另一相似合金的響應曲線圖。其面內矯頑力約為6000e，與圖IOB所示樣本的矯頑力相似。圖IOD示出形成為具有！^籽晶層702和!^e覆層704的合金的響應。其面內矯頑力顯著地較高，約為15000e，其指示合金層706的!^e和Pt原子更好地排序成Lltl相構造及其更高的各向異性。圖9A-9C和10A-10D所示的結果示出，籽晶層702和覆層704的組分在合金層706 中形成有序相構造時起重要作用，這由合金的矯頑力指示。例如，圖9A-C意味著，當籽晶層702和覆層704包括合金層706的成分時，退火處理在合金層706中更有效地產生具有高各向異性的有序相構造。圖10A-D則示出，當籽晶層702和覆層704包括少量存在于合金層 706中的成分時，退火處理在產生具有高矯頑力的有序相構造時甚至更有效。籽晶層702和覆層704的使用旨在便于形成具有高矯頑力的有序相構造。雖然不希望受任何理論約束，籽晶層702和覆層704可增強合金成分與籽晶層702、覆層704的成分在籽晶層702和中間合金層706的界面處、以及在覆層704和合金層706的界面處的相互擴散。此在界面處組分的經改善相互擴散，可改善整個合金層706的排序，亦可將合金層 706的組分向組分的更理想配比比率驅動。這導致合金包括具有高各向異性的有序相構造， 諸如Llc^H構造、Ll2相構造等。由于通過籽晶層702和覆層704的使用所提供的增強的相互擴散，高矯頑力合金可在低得多的退火溫度下形成。例如，FePt Lltl合金可通過對多層結構700在約250°C至 400°C的溫度范圍內進行多達6小時的退火而產生。優選地，多層結構700可在約250°C至約350°C的溫度下，更優選為300°C的溫度下退火。在一些實施例中，退火可優選地進行約 4小時。與較高溫度退火相比，較低溫度退火可限制合金中的晶粒成長。例如，對于要用于磁存儲介質的磁材料這尤其合乎需要，其中數據密度與磁材料的晶粒尺寸相關。由低溫退火產生的有序和各向異性的量，由此合金的矯頑力也依賴于合金層706 中的!^e和Pt的相對量。圖IlA-C示出在約300°C下約退火4小時后的、具有Pt籽晶層 702和覆層704的三種合金組分的磁矩與磁場的關系曲線圖。例如，圖IlA示出退火前包括約%的！^和約38at. %的Pt的合金的響應。通過將曲線1101和1102的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力大約為51000e，如8D所示。圖IlB示出退火前包括約70at. %的！^和約30at. %的Pt的合金的響應。通過將曲線1103和1104的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力被發現約為40000e。最后，圖IlC示出退火前包括約77at. %的!^e和約23at. %的Pt的合金的響應。通過將曲線1105和1106的矯頑力的絕對值求平均計算得到的面內矯頑力被發現約為12000e。這些結果示出!^ePt合金的矯頑力隨著狗含量的增加而減小。雖然不希望受任何理論約束，但認為矯頑力減小是由于變成 Ll0相構造的!^ePt合金的有序度減少。圖12A和12B分別示出退火前后的Pt-FePt-Pt多層結構的透射電子顯微鏡(TEM) 顯微照片。圖12A的底部和頂部處的暗帶分別是Pt籽晶層120 和覆層1204a，而較亮的中間層1206a是!^ePt合金。在約300°C下退火約4小時后，從Pt層1202b、1204b向中間層1206b的轉變變得較不明顯，且層1206本身明暗度也更為均勻，其暗示更均勻相構造的形成。圖13A和1 示出類似于圖12A和12B所示的樣本的組分與深度關系的示例曲線圖。圖13A示出在表面處和約200 —250 A的深度處的純Pt層1302a、1304a。從約50 A 到約200 A的中間區域1306a包括合金，該合金包含約60at. %的！^和約40at. %的Pt。 在約300°C的溫度下退火約4小時后，重新測量樣本并且產生如圖1 所示的曲線圖。如圖所示，Pt從兩個純Pt層向！^ePt合金擴散。相應地，層1302b和1304b的Pt含量降至約 95at. %，且!^ePt合金中間區域1306b的Pt含量升至約45at. %。此外，雖然未示出，相構造已從FCC變成Li。。
圖14示出包括約64at. %的!^e和約36at. %的Pt的FePt 二元合金的磁響應曲線圖。該樣本已在磁響應測量之前在約300°C的溫度下退火了約4小時，且已形成為具有 Pt籽晶層和Pt覆層。合金示出約為91300e的面內矯頑力。具有由上述方法形成的Lltl相構造的!^ePt合金可為硬盤讀取磁頭制成合乎需要的偏磁體。LlciFePt合金具有適宜的高矯頑力以及磁矩以在期望磁取向偏置自由層。此外， 合金中!^e和Pt的相對量可設計成向偏磁體提供期望特性。例如，形成具有較高狗含量的合金導致較高飽和磁化，但導致較低矯頑力。相反，形成具有較高Pt含量的合金導致較低飽和磁化，但導致較高矯頑力。退火前，偏磁體可包括從約80at. %的!^e和約20at. %的Pt到約30at. %的!^e和約70at. %的Pt，優選地包括從約65at. %的!^e和約35at. %的Pt到約40at. %的!^e和約 60at. %的 Pt。!^ePt偏磁體可包括至少部分地依賴于硬盤讀取磁頭的幾何形狀的厚度。例如，本發明的硬盤讀取磁頭的屏蔽層到屏蔽層距離的范圍可以為從約150 A到約700 A。相應地， 多層結構700的厚度可厚達約700 A。在一些優選實施例中，籽晶層702和覆層704各自包括厚達約200 A的厚度，更優選地，厚度范圍為約25 A到約125 A。中間合金層706可包括厚達約400 A的厚度，優選地約為100 A到約為300 A。作為讀取磁頭制造中的一個步驟可將偏磁體置于讀取磁頭(例如，讀取磁頭200) 中，且整個讀取磁頭隨后暴露于形成Lltl相構造所必需的低溫退火。退火溫度低到足以不影響讀取磁頭的其余部分(例如，傳感器218)的性能。本發明公開的Li。相構造Wi^ePt合金亦可包括不同組分的多個層。例如，合金可包括富含Pt的層和富含狗的層。包括不同組分的多個層可允許進一步定制由偏磁體所產生的磁場，從而向傳感器的自由層以及其他層引入偏置。例如，在諸多實施例中，自由層上具有相對較高偏置，而在基準層和釘扎層上具有最小偏置可能是合乎需要的。為此，如圖15所示，偏磁體可包括大致相鄰于自由層1512的富含狗的層1506，以及大致相鄰于隧穿阻擋層1514、基準層1516、和/或釘扎層1518的較少富含狗的層1504。富含!^e的層1506產生由磁通線1508表示的充分大的磁場以偏置自由層1512 ；而較少富含！^的層1504具有高矯頑力，但產生由磁通線1510表示的相對較弱的磁場，從而不強烈地影響基準層1516和釘扎層1518。偏磁體1500還包括Pt籽晶層 1502和Pt覆層1520，其如上所述使得在較少富含!^e的層1504和富含!^e的層1506中能夠形成LIc^H構造。此外，產生有序相構造合金的方法可擴展至其他材料合金中。例如，使用籽晶層和覆層的方法可用于產生Lltl相構造的CoPt合金，以供在需要高各向異性的磁材料的應用中使用。另外，該方法可用于產生Ll2相構造的作為反鐵磁材料使用的IrMn3或PtMn3材料。如上所述，在一些實施例中，偏磁體可包括籽晶層和覆層之間的多個層(多層疊層)。該多層疊層可向偏磁體提供一個或多個特性。例如，在一些實施例中，包括籽晶層、覆層以及籽晶層和覆層之間的多層疊層的偏磁體可在降低的溫度下退火以引發變為例如Lltl 相的有序相的相變。在這些實施例中，各個層的組分可不同，且相鄰層之間組分的不同可導致一個層的一個或多個組分向相鄰層擴散，或正好相反。這些擴散可便于有序相形成，且可降低退火溫度，這與包括單個中間合金層的偏磁體相比可用于產生有序相。例如，在一些實施例中，由籽晶層、覆層以及籽晶層和覆層之間的多層疊層形成的偏磁體可在約200°C到約 500°C的溫度下退火以形成有序相。在其他實施例中，偏磁體可在約200°C至約300°C的溫度，或者在約280。C的溫度下退火以形成有序相。在一些示例中，各個層可包括交替組分，例如交替富含Pt的層和富含!^e的層。在其他示例中，多層疊層的層可具有導致偏磁體具有組分梯度的組分；S卩，隨偏磁體內的一個或多個取向變化的組分。包括籽晶層、覆層以及籽晶層和覆層之間的多層疊層的偏磁體可提供在偏磁體的至少一個取向上變化的磁矩和/或矯頑力。磁矩和/或矯頑力可依賴于偏磁體的組分。這樣，具有隨著一個或多個取向變化的組分的偏磁體可導致偏磁體具有隨著一個或多個取向變化的磁矩和/或矯頑力。例如，具有例如富含Pt到富含!^e 的組分梯度的偏磁體可具有磁矩梯度、矯頑力梯度或者這兩者。圖16A示出示例偏磁體1600，其可包括籽晶層1602、覆層1612、以及籽晶層1602 和覆層1612之間的多層疊層1604。在圖16A和16B所示的實施例中，多層疊層1604包括第一層1606、第二層1608以及第三層1610。在其他實施例中，多層疊層1604可包括更多或更少的層。通常，籽晶層1602和覆層1612可包含上述的至少一種成分。例如，籽晶層1602 和/或覆層1612可包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir、C0等的至少一種。Pt族金屬可包括Pt、Pd、 Ir,Rh和Ru中的至少一種。在一些實施例中，籽晶層1602和覆層1612中的至少之一可包括狗、1111、11~、&)、？丨族金屬等的至少兩種合金。籽晶層1602和覆層1612可包含相同成分， 或者籽晶層1602和覆層1612可包含不同成分。類似地，第一層1606、第二層1608以及第三層1610各自可包括Pt族金屬、Fe、 Mn、Ir、Co等的至少一種。在一些實施例中，第一層1606、第二層1608和第三層1610的至少之一可包括至少兩種成分的合金。第一層1606、第二層1608和第三層1610的每一層可包含相同成分、相同成分的合金、不同成分、或者不同成分的合金。在一些實施例中，第一層 1606、第二層1608以及第三層1610包含相似成分，且第一層1606、第二層1608以及第三層 1610的至少之一包含與第一層1606、第二層1608以及第三層1610的至少另一層不同的組分(例如，相同成分的不同比例)。圖16B是偏磁體1600的一個示例的組分曲線圖，且其從IOOat. %的Pt的組分延伸至IOOat. _Fe的組分。圖16B示出退火前(線1614、1616、1618、1620以及1622)和退火后(線16 )的偏磁體1600的示例組分。如圖16B所示，籽晶層1602和覆層1612各自可包括如分別由線1614和1622所表示的接近IOOat. %的Pt。雖然圖16B未示出，籽晶層1602和/或覆層1612可包括Pt除外的或替代Pt的其他成分。此外，在一些實施例中， 籽晶層1602可包括不同于覆層1612的組分。返回至圖16B，第一層1606和第三層1610可包括比籽晶層1602和覆層1612多的狗，分別由線1616和線1620所表示。在其他實施例中，第一層1606和第三層1610可包括與線1616和線1620所表示的合金相比富含!^e較多的合金或富含!^e較少的合金。第二層 1608則可包括最大量的狗，如線1618所示。而根據圖16B第二層1608包括Pt和!^e的合金，在其他實施例中，第二層可僅包括狗、或者與圖16B所表示的合金相比可包括富含狗較多的合金或富含狗較多的合金。如圖16A和16B所示，偏磁體1600具有在退火前和退火后都基本上關于與籽晶層1602和覆層1612大致等距且基本平行的平面1634對稱的組分分布。如線16 所示，相比于退火前的組分分布，偏磁體1600的退火可導致其組分分布模糊或者平滑。如線16M所示，各個層1602、1606、1608、1610以及1612的成分可在退火期間在偏磁體的相鄰層之間擴散。例如，第一層1606中的一部分狗可擴散至籽晶層1602，且來自籽晶層1602的Pt可擴散至第一層1606。類似的擴散亦可發生在其他相鄰層之間，例如，第一層1606和第二層1608之間，第二層1608和第三層1610之間，以及第三層1610和覆層1612之間。偏磁體1600的相鄰層之間成分的擴散可導致較平滑或者較模糊的組分梯度，且可便于層的原子排序成為有序晶結構，諸如Lltl相構造等。雖然圖16B示出退火之后的組分梯度(線16M)，其包括圓形階躍且并非完全平滑，在其他實施例中，組分分布可更平滑或者更不平滑。退火后的特定組分分布可以是多個參數的函數，這些參數舉例而言包括退火時間，退火溫度，層1602、1606、1608、1610及1612的厚度，層1602、1606、1608、1610 及1612的組分等。本發明公開可構想任何情況下的更平滑和更不平滑的其他組分分布。如上所述，包括較高!^e百分比的偏磁體1600相比于包括較低狗百分比的偏磁體可具有較高磁矩以及較低矯頑力。類似地，包括較高狗百分比的層相比于包括較低！^百分比的層具有較高磁矩和較低矯頑力。這樣，與第一層1606、第三層1610、籽晶層1602以及覆層1612相比，第二層1608可具有較高磁矩和較低矯頑力。在一些實施例中，第二層1608 可與讀取傳感器的自由層，例如自由層226(圖2、大致對齊，且籽晶層1602、第一層1606、 第三層1610以及覆層1612可相鄰于傳感器的其他層，例如傳感器218的其他層(圖2)。 在諸如這些的實施例中，影響傳感器218的層而非自由層2 的磁場的強度可降低，這可改善傳感器218的讀取性能。例如，偏磁體1600和傳感器218的所述對齊可改善傳感器的信噪比。籽晶層1602和覆層1612各自可包括厚達約200 A的厚度，更優選地，厚度范圍為約25 A到約125 A。多層疊層1604可包括厚達約400 A的總厚度，且在一些實施例中其為約100 A至約300 A。第一層1606、第二層1608以及第三層1610可具有相似厚度或者不同厚度。第一層1606、第二層1608以及第三層1610的每一層可包括厚達約50 A的厚度，且在一些實施例中可具有約5 A至30 A的厚度，或者約10 A至15 A的厚度。籽晶層1602、第一層1606、第二層1608、第三層1610以及覆層1612可使用，例如， 濺射、離子束沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、激光消融等形成。每個層可使用相同的技術形成，或者這些層的至少一個層可通過與這些層的至少一個其他層不同的技術形成。雖然圖16A示出偏磁體1600具有包括三個層1606、1608及1610的多層疊層1604， 在其他實施例中，多層疊層可包括兩層或者多于三層。例如，如圖17A所示，偏磁體1700可包括包含5個層-1706、1708、1710、1712及1714的多層疊層1704。與偏磁體1600類似，在偏磁體1700的退火前和退火后的兩種情況中，偏磁體1700的層可產生組分梯度，其可基本上關于與籽晶層1702和覆層1716大致等距和基本平行的平面1734對稱，如圖17B所示。如圖17A和17B所示，五個層-1706、1708、1710、1712及1714的每一層可大致為相同的厚度。例如，如上參考圖16A禾口 16B所述，五個層-1706、1708、1710、1712及1714的每一層可具有厚達50 A的厚度。在其他示例中，5個層_1706、1708、1710、1712及1714的每一層可具有約5 A至約30 A的厚度，或者具有約10 A至15 A的厚度。在一些實施例中，5個層 _1706、1708、1710、1712 及 1714 的至少一層可具有不同于 5 個層 1706、1708、1710、1712 及1714的至少其他一層的厚度。如圖17A和17B所示的實施例中，籽晶層1702和覆層1716包括大致為1OOat. % 的Pt。在其他實施例中，籽晶層1702和覆層1716的至少一層可由例如Pd、Ir、I h或Ru的其他Pt族元素形成，可由兩種或更多Pt族元素的合金形成，或者包括Pt族元素除外的或者替代Pt族元素的至少一種元素。例如，籽晶層1702和覆層1716的至少一層可包括Pt 族元素除外或者替代Pt族元素的Mn、Co、Ir、Fe等的至少一種。圖17B將第一層1706和第五層1714示成包括Pt和！^合金，更具體地，該Pt和狗合金包括作為主要成分的Pt，例如，富含Pt合金。在其他實施例中，第一層1706和第五層1714的至少之一可包括較高狗原子百分比或者較低狗原子百分比，可包括一個或多個附加元素，或者可包括不同元素的合金，例如，Pt族元素、Fe、Mn、Co、Ir等的至少2種的合金。另外，雖然圖17B將第一層1706和第五層1714示成包括大致相同的組分，在其他實施例中，第一層1706和第五層1714可包括不同組分。在其他實施例中，第一層1706和第五層1714的至少一層可包括包含主要成分為!^e的合金，S卩，富含!^e合金。圖17B亦將第二層1708和第四層1712示成包括Pt和！^合金，更具體地，該Pt 和狗的合金包括作為主要成分的Fe，S卩，富含狗合金。再一次，在其他實施例中，第二層 1708和第四層1712的至少一層可包括較大狗原子百分比或者較小狗原子百分比，可包括一種或更多附加元素，或者可包括不同元素的合金。在一些實施例中，第二層1708和第四層1712的至少一層可包括不富含!^e的合金，例如，包括具有小于約50at. %的！^的合金。 附加地，雖然圖17B將第二層1708和第四層1712示成具有大致相同的組分，在其他實施例中，第二層1708和第四層1712可包括不同組分。第三層1710可基本上僅包括!^e，如圖17B所示。在其他實施例中，第三層1710 可包括狗和Pt合金，可包括例如Pt族、Co、Mn、Ir的其他元素，或者可包括Fe、Co、Mn、Ir 以及Pt族元素的至少二種的合金。如上所述，在一些實施例中，第三層1710具有最高磁矩是合乎需要的，因此其包括最高的狗原子百分比。第三層的狗原子百分比可大于第一層 1706、第二層1708、第四層1712以及第五層1714的!^e原子百分比。類似于偏磁體1600(圖16)，偏磁體1700的層可形成為基本上分離的各個層。例如，形成后，籽晶層可包括大致IOOat. %的Pt，如線1718所示，第一層1706可包括由線 1720所表示的富含Pt的合金，第二層1708可包括由線1722所表示的富含!^e的合金。如線17M所示，第三層1710可包括大致IOOat. %的狗。第四層1712可包括由線17 所表示的富含狗的合金，第五層1714可包括由線17 所表示的富含Pt的合金，而覆層1716 可包括大致100at. %&Pt。退火之后，偏磁體1700的組分可由線1732所表示。具體地，退火偏磁體1700可導致與退火前的偏磁體1700的組分分布相比模糊和平滑的組分分布。如線1732所示，各個層1702、1706、1708、1710、1712、1714以及1716的成分在退火期間可擴散至偏磁體1700 的相鄰層。例如，第一層1706的一部分狗可擴散至籽晶層1702，籽晶層1702的Pt可擴散至第一層1706。類似擴散也可發生在其他相鄰層之間，例如，第一層1706和第二層1708 之間，第二層1708和第三層1710之間等。這些擴散可導致平滑或模糊的組分梯度，且可便于層的原子排序成有序晶體結構，諸如Llc^H構造。雖然圖17B示出退火后的包括圓形階躍且非完全平滑的組分分布(線1732)，在其他實施例中，其組分分布與圖17B所示的相比可更平滑或更不平滑。退火后的特定組分分布可以是多個參數的函數，這些參數包括，例如， 退火時間，退火溫度，層 1702、1706、1708、1710、1712、1714 及 1716 的厚度，層 1702,1706, 1708、1710、1712、1714及1716的組分等。本發明公開可構想任何情況下更平滑和更不平滑的其他組分分布。圖18A-18C示出偏磁體1800的示例，其包括籽晶層1802和覆層1816之間的多層疊層1804。與圖16A、16B、17A及17C所示示例相反，偏磁體1800包括關于平面1834不對稱的組分梯度，該平面與籽晶層1802和覆層1816大致等距且基本平行。關于平面1834不對稱的組分梯度可便于控制偏磁體1800的產生最大磁場強度的部分。圖18B和18C示出偏磁體1800(圖18B)和讀取傳感器18 (圖18C)的示例對齊。如圖18A和18B所示，偏磁體1800可包括平面1834下的四個層籽晶層1802、第一層1806、第二層1808及第三層1810。偏磁體1800在平面18；34上亦可包括三個層，第四層1812、第五層1814以及覆層1816。在一些實施例中，籽晶層1802和覆層1816可包括大致IOOat. %的Pt，如圖18A中分別由線1818和1830所示地。在其他實施例中，如上所述， 籽晶層1802和覆層1816的至少之一可包括其他元素，諸如其他Pt族元素、Fe、Co、Mn、Ir 等，或者包括這些元素的至少兩種的合金。如圖18A所示，五個層-1806、1808、1810、1812及1814的每一層可包括不同組分。 在一些實施例中，第一層1806可包括Pt和！^的合金，更具體地，包括主要成分為Pt的Pt 和狗的合金，例如由線1820所表示的富含Pt的合金。在其他實施例中，第一層1806可包括相比于圖18A所示更多或者更少的狗原子百分比，可包括一種或多種附加元素，可包括不同元素的合金，例如，Pt族元素、Fe、Mn、Co、Ir等的至少兩種的合金。在一些實施例中， 第一層1806可包括富含!^e的合金，即，包括大于約50at. %的狗的合金。圖18A的線1822示出包括Pt和!^e合金的第二層1808，更具體地相比于第一層 1806具有更多!^e原子百分比的Pt和!^e的合金。再一次，在其他實施例中，第二層1808可包括與圖18A所示相比更多或更少的!^e原子百分比，可包括一個或更多附加元素，或者可包括不同元素的合金。在一些實施例中，第二層1808可包括主要成分為！^的Pt族元素和 Fe的合金，例如，富含!^e合金。圖18A的線1擬4所表示的第三層1810可包括主要成分為狗的Pt和!^e的合金， 如圖18A所示。在其他實施例中，第三層1810可包括!^e和Pt的合金，該合金包括更大百分比或者更小百分比的狗(包括富含Pt合金)，另一元素，例如另一 Pt族元素、C0、Mn、Ir， 或者i^e、C0、Mn、Ir以及Pt族元素的至少二種的合金。如圖18A所示，第一層1806、第二層 1808以及第三層1810的每一層各自可比覆層1816更靠近籽晶層1802。即，第一層1806、第二層1808及第三層1810可部分地或完全地位于平面1834之下，平面1834與籽晶層1802 和覆層1816大致等距且平行。如圖18A的線1擬8所示，第四層1812可基本上僅包括狗，或可基本上僅包括另一元素，諸如Pt族金屬、Co、Ir、Mn等。在其他實施例中，第四層1812可包括狗、Co、Ir、 Mn及Pt族金屬的至少兩種的合金。在一些實施例中，第四層1812在第一層1806、第二層 1808、第三層1810、第四層1812及第五層1814中具有最大磁矩是所期望的。相應地，第四層1812可包括最高的狗原子百分比，或者包括提供高磁矩的另一元素的最高百分比。
第五層1814與第四層1812相比，包括較低的!^e百分比。例如，如圖18A的線1828 所示，第五層1814可包括Pt和狗的合金，該合金包括大致50at. %的狗和50at. %&Pt。 在其他實施例中，第五層1814可包括較多狗原子百分比或者較少狗原子百分比。例如， 第五層1814可包括主要成分！^，例如富含！^合金，或者包括主要成分Pt，例如富含Pt合金。在其他實施例中，第五層1814可包括至少一個其他元素，諸如舉例而言，另一 Pt族元素、Co、Ir、Mn等，或者包括Fe、Co、Ir、Mn、Fe、Pt族元素等的至少兩種的合金。五個層-1806、1808、1810、1812及1814的至少一層可以是與五個層-1806、1808、 1810、1812及1814的至少其他一層不同的厚度。例如，如圖18A禾口 18B所示，第一層1806、 第二層1808及第三層1810可大致為相同厚度。圖18A和圖18B亦將第四層1812和第五層 1814示為具有相似厚度。在其他示例中，各層可為不同厚度，或者各層可為大致相同厚度。 如上參考圖16A和16B所述的任意情況下，五個層-1706、1708、1710、1712及1714的每一層可具有厚達約50 A的厚度。在其他實施例中，五個層-1706、1708、1710、1712及1714的每一層可具有約5 A至約30 A的厚度，或者具有約10 A至15 A之間的厚度。與偏磁體1600(圖16A禾口 16B)和偏磁體1700(圖17A和17B)相似地，偏磁體1800 的層可形成為基本上分離的各個層。例如，形成后，籽晶層1802可包括約IOOat. %的Pt， 如線1818所示，第一層1806可包括由線1820所表示的!^e-Pt合金組分，而第二層1808可包括由線1822所表示的!^e-Pt合金組分。第三層1810可包括由線1擬4所表示的！^-Pt 合金組分，而第四層1812可包括如線1擬6所示的約IOOat. %的狗。第五層1814可包括由線1擬8所表示的!^e-Pt合金組分，而覆層1816可包括約IOOat. %的Pt。退火之后，偏磁體1800的組分可由線1832所表示。具體地，退火偏磁1800可導致與退火前的偏磁1800 的組分分布相比模糊和平滑的組分分布。如線1832所示，各個層1802、1806、1808、1810、 1812、1814以及1816的成分在退火期間可擴散至偏磁體1800的相鄰層。例如，第一層1806 的一部分狗可擴散至籽晶層1802，籽晶層1802的Pt可擴散至第一層1806。類似的擴散也可發生在其他相鄰層之間，例如，第一層1806和第二層1808之間，第二層1808和第三層1810之間等。這些擴散可導致平滑或模糊的組分梯度，且可便于層的原子排序成有序晶體結構，諸如Li。相構造。雖然圖18A示出退火后(線1832)的包括圓形階躍且非完全平滑的組分分布，在其他實施例中其組分分布與圖18A所示的相比可更平滑或更不平滑。退火后的特定組分分布可以是多個參數的函數，這些參數包括，例如，退火時間，退火溫度，層 1802、1806、1808、1810、1812、1814 及 1816 的厚度，層 1802、1806、1808、1810、1812、1814 及 1816的組分等。本發明公開可構想任何情況下更平滑和更不平滑的的其他組分分布。圖18B和圖18C示出偏磁體1800和示例讀取傳感器1838的對齊。讀取傳感器 1838可與圖2所示的隧穿磁阻傳感器218相似。具體地，傳感器1838可包括反鐵磁籽晶層 1850、釘扎層1848、基準層1846、隧穿阻擋層1844、自由層1842以及覆層1840。如圖18B 和18C所示，偏磁體1800的第四層1812可基本上與讀取傳感器1838的自由層1842相對齊。如上所述，第四層1812可包括最高的狗原子百分比，且因此可具有最高的磁矩。第一層1806、第二層1808、第三層1810以及第五層1814與第四層1812相比可包括較低狗原子百分比，且因此具有較低磁矩。通過基本上對齊第四層1812與自由層1842，第四層1812 的磁矩可偏置自由層1842的磁矩，而不會很大程度地影響讀取傳感器1838的其余層。此外，籽晶層1802、第一層1806、第二層1808、第三層1810、第五層1814以及覆層1816的磁矩可小于第四層1812的磁矩，且若相鄰于讀取傳感器1838的其余層放置時，與具有相似于第四層1812的磁矩的層相比，可較小程度地影響讀取傳感器1838的其余層。這樣，偏磁體 1800的結構可減少偏磁體1800的磁矩對讀取傳感器1838的層而非自由層1842的不合需要的影響。如圖18B和18C所示，第四層1812和自由層1842未精確地對齊。例如，第四層 1812比自由層1842厚。在其他實施例中，第四層1812和自由層1842可更完全地對齊。例如，第四層1812和自由層1842可具有大致相同的厚度。在其他實施例中，第四層1812和自由層1842可更不精確地對齊。例如，第四層1812和自由層1842的邊界都可不對齊，且第四層1812和自由層1842可具有不同厚度。雖然圖18A和18B示出包括具有五個層-1806、1808、1810、1812及1814的多層疊層1804，且包括非對稱組分分布的偏磁體1800，但在其他實施例中，偏磁體可包括少于五個或多于五個的層，并且具有非對稱組分分布。例如，偏磁體可包括四層或六層，且可具有非對稱組分分布。此外，偏磁體1800和讀取傳感器1838的對齊可不同于圖18B和18C所示。例如，第三層1810和自由層1842可大致對齊，或者第五層1814和自由層1842可大致對齊。偏磁體1800和讀取傳感器1838的其他對齊是顯而易見的，并且本發明公開可構想。在一些實施例中，包括多層疊層的偏磁體可不包括組分梯度，但是替代地可包括在整個多層疊層中大致均勻的組分分布。如圖19A和19B所示，例如，偏磁體1900可包括籽晶層1902，覆層1916，以及包括五個層-1906、1908、1910、1912以及1914的多層疊層1904。 圖19A和19B將偏磁體1900示為包括Pt和!^e。在其他實施例中，偏磁體1900可包括!^e 和另一 Pt族元素，諸如Pd、Ir、Rh或者Ru等，或者包括Co、Ir、Mn、Fe及Pt族元素的至少二種。在所示實施例中，籽晶層1902和覆層1916各自包括約IOOat. %的Pt。在其他實施例中，籽晶層1902和覆層1916的至少之一可由另一 Pt族元素形成，例如，Pd、Ir、Rh或者Ru等，可由Pt族元素的兩種或更多種元素形成，或者可包括Pt族元素除外或者替代Pt 族元素的至少一種元素。例如，籽晶層1902和覆層1916的至少之一可包括Pt族元素除外或者替代Pt族元素的Mn、Co、Ir, Fe等的至少一種。圖19B將第一層1906、第三層1910和第五層1914示為包括Pt和!^e的合金，更具體地，Pt和！^的合金包括作為主要成分的狗，例如，富含!^e合金。在其他實施例中，第一層1906、第三層1910和第五層1914的至少之一可包括更多或更少的!^e原子百分比，可包括一種或多種附加元素，或者可包括不同元素的合金，例如，Pt族元素、Fe、Mn、Co、Ir等的至少兩種的合金。另外，雖然圖19B將第一層1906、第三層1910和第五層1914示成具有大致相同的組分，在其他實施例中，第一層1906、第三層1910和第五層1914的至少之一可包括不同組分。在其他實施例中，第一層1906、第三層1910和第五層1914的至少之一可包括包含主要成分為Pt的合金，S卩，富含Pt合金。圖19B亦將第二層1908和第四層1912示為包括Pt和！^的合金，更具體地，Pt和 Fe的合金包括主要成分Pt，S卩，富含Pt合金。再一次，在其他實施例中，第二層1908和第四層1912的至少之一可包括較大或者較小的!^e原子百分比，可包括一個或更多附加元素， 或者可包括不同元素的合金。在一些實施例中，第二層1908和第四層1912的至少之一可包括不富含狗的合金，例如，包括小于50at. %的狗的合金。另外，雖然圖19B示成第二層1908和第四層1912具有大致相同的組分，在其他實施例中，第二層1908和第四層1912可包括不同組分。籽晶層1902、第一層1906、第二層1908、第三層1910、第四層1912、第五層1914 以及覆層1916的每一層可包括不同于圖19B所示組分的組分。例如，籽晶層1902、第一層 1906、第二層1908、第三層1910、第四層1912、第五層1914以及覆層1916的至少之一可包括較多Fe原子百分比或者較少Fe原子百分比。籽晶層1902、第一層1906、第二層1908、第三層1910、第四層1912、第五層1914以及覆層1916的至少之一的不同組分可導致偏磁體在偏磁體1900退火前和/或退火后具有不同組分分布。與偏磁體1600(圖16A)相似地，偏磁體1900的層可形成為基本上分離的各個層。 例如，形成后，籽晶層1902可包括約lOOat. %&Pt，如線1912所示，第一層1906可包括由線1920所表示的富含Fe的合金組分，第二層1908可包括由線1922所表示的富含Pt的合金組分。第三層1910可包括富含Fe的合金，如線1924所示，第四層1912可包括由線1926 表示的富含Pt的合金組分，第五層1914可包括由線1928表示的富含Fe的合金組分，而覆層1916可包括約IOOat. %的Pt。退火之后，偏磁體1900的組分可由線1932表示。具體地，退火偏磁體1900可導致與退火前的偏磁體1900的組分分布相比模糊和平滑的組分分布。如線1932所示，各個層1902、1906、1908、1910、1912、1914以及1916的成分在退火期間可擴散至偏磁體1900的相鄰層。例如，第一層1906的部分Fe可擴散至籽晶層1902，而籽晶層1902的Pt可擴散至第一層1906。類似擴散也可發生在其他層之間，例如，第一層1906和第二層1908之間，第二層1908和第三層1910之間等。這些擴散可導致平滑或模糊的組分分布，且可便于層的原子排序成有序晶體結構，諸如Llc^H構造。雖然圖19B示出退火后的包括圓形階躍且非完全平滑的組分分布(線1932)，在其他實施例中，其組分分布與圖19B所示的相比可更平滑或更不平滑。退火后的特定組分分布可以是多個參數的函數，這些參數包括，例如，退火時間，退火溫度，層 1902、1906、1908、1910、1912、1914 及 1916 的厚度，層 1902、1906、1908、 1910、1912、1914及1916的組分等。本發明公開可構想任何情況下更平滑和更不平滑的其他組分分布。在一些實施例中，偏磁體可包括多層疊層，該多層疊層包括多于或少于五層的層。 在一些實施例中，與具有更少層的多層疊層相比，包括更多層的多層疊層可降低形成有序相構造所需的退火溫度。圖20是示例技術的流程圖，根據該技術可形成例如偏磁體1600(圖16A)的偏磁體。首先，可形成籽晶層1602(2002)。籽晶層1602可由各種技術中的任意技術形成，例如， 濺射、離子束沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、激光消融等。籽晶層1602可形成于各種襯底上，諸如舉例而言絕緣材料222或223等(圖2)。如上所述，籽晶層1602 可具有厚達約200 A的厚度，在一些實施例中，可具有約25 A和約125 A之間的厚度。多層疊層1604則形成于籽晶層1602之上(2004)。如參考圖16A和16B所述，多層疊層1604可包括兩層、三層或者多于三層。多層疊層1604中的層可包括相似或者不同的組分。多層疊層1604中的第一層1606、第二層1608以及第三層1610的每一層可分別形成，第一層1606、第二層1608以及第三層1610的每一層可通過例如離子束沉積，化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、激光消融等形成。第一層1606、第二層1608以及第三層1610可各自具有厚達約50 A的厚度。在一些實施例中，第一層1606、第二層1608以及第三層1610的至少之一可具有約5 A和約30 A之間的厚度，在其他實施例中，第一層1606、第二層1608以及第三層1610的至少之一可具有約5 A和約15 A之間的厚度。一旦已形成了多層疊層1604的層，覆層1612就可形成于多層疊層1604之上 0006)。覆層1612可通過，例如，濺射、離子束沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、分子束外延、激光消融等形成。如上所述，覆層1612可具有厚達約200 A的厚度，在一些實施例中，可具有約25 A和約125 A之間的厚度。最終，可對偏磁體1600退火Q008)。例如，偏磁體1600可在約200°C至500°C的范圍內的溫度下退火約6小時。在一些實施例中，偏磁體1600可在約200°C至300°C的范圍內的溫度下退火，或者約^(TC下退火。在一些實施例中，大約進行4小時的退火。偏磁體1600的退火可便于偏磁1600的相鄰層之間至少一種成分的擴散。這些擴散可便于形成有序相，例如Lltl有序相。這種擴散亦可導致更均勻的組分，例如圖19A和19B，或者可導致更平滑的組分梯度，例如圖16A、16B、17A、17B、18A以及18B。^M圖21是四種不同鐵-鉬硬磁體的磁矩與磁場的關系曲線圖。曲線2102表示包括 Pt籽晶層、富含！^的!^ePt合金中間層以及Pt覆層的硬磁體的剩磁矯頑力，該硬磁體在約 280°C下退火。曲線2104表示包括10 A的Pt籽晶層、包括40at. %的狗和60站.的 10 A的層、包括65at. %的!^和35&丨.％的Pt的150 A的層、包括40at. %的!^和6(^1 % 的Pt的IOA的層、以及10 A的Pt覆層的硬磁體的剩磁矯頑力，該硬磁體在約280°C下退火。 曲線2106表示包括Pt籽晶層、富含!^e的!^ePt合金中間層以及Pt覆層的硬磁體的剩磁矯頑力，該硬磁體在約300°C下退火。曲線2108表示包括10 A的Pt籽晶層、包括40at. %的 Fe和60at. %的Pt的10 A的層、包括65at. %的！^和%的Pt的150 A的層、包括 40at. %的！^和60at. %的Pt的10 A的層、以及10 A的Pt覆層的硬磁體的剩磁矯頑力，該硬磁體在約300°C下退火。如圖21所示，由曲線2108表示的硬磁體所具有的剩磁矯頑力比由曲線2106表示的硬磁體的剩磁矯頑力大約14000e。這證明，當在大致相同的溫度下退火時，多層疊層可導致硬磁體比包括單個中間層的硬磁體具有更大的剩磁矯頑力。曲線2104和2106示出包括多層疊層的硬磁體在約為280°C的溫度下退火時，可具有與具有單個中間層的在約300°C下退火的硬磁體的剩磁矯頑力相當的剩磁矯頑力。相應地，曲線2104和2106的比較證明化學排序溫度可由于籽晶層和覆層間的多層疊層的使用而降低。已描述了本發明的各種實施例。上述的實現和其他實現落入如下權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種硬磁體，包括籽晶層，其包含包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co的至少一種的第一成分；覆層，其包含所述第一成分；以及多層疊層，其在所述籽晶層和所述覆層之間，其中所述多層疊層包括第一層，其包含包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co的至少一種的第一成分和第二成分，其中所述第二成分不同于所述第一成分；形成于所述第一層之上且包含所述第二成分的第二層；以及形成于所述第二層之上且包含所述第一成分和所述第二成分的第三層。
2.如權利要求1所述的硬磁體，其特征在于，所述第一成分包括Pt族金屬，且其中所述第二成分包括狗。
3.如權利要求2所述的硬磁體，其特征在于，所述Pt族金屬包括Pt。
4.如權利要求2所述的硬磁體，其特征在于，所述第一層包含狗和所述Pt族金屬的第一合金，其包含比所述第二層少的狗原子百分比，且其中所述第三層包含狗和Pt族金屬的第三合金，其包含比所述第二層少的狗原子百分比。
5.如權利要求4所述的硬磁體，其特征在于，所述多層疊層還包括形成于所述第一層之上的第四層和形成于所述第四層之上的第五層，其中所述第四層包含狗和Pt族金屬的第四合金、其包含比所述第一合金多但比所述第二層少的狗原子百分比，且其中所述第五層包括狗和Pt族金屬的第五合金，其包含比所述第四合金多的狗原子百分比。
6.如權利要求1所述的硬磁體，其特征在于，所述硬磁體的組分分布基本上關于與所述籽晶層和所述覆層大致等距且基本平行的平面對稱。
7.如權利要求1所述的硬磁體，其特征在于，所述硬磁體的組分分布關于與所述籽晶層和所述覆層大致等距且基本平行的平面非對稱。
8.如權利要求1所述的硬磁體，其特征在于，所述第一層、所述第二層以及所述第三層的至少之一包括約10 A和約15 A之間的厚度。
9.一種用于數據存儲裝置的讀寫磁頭，所述讀寫磁頭包括硬磁體，其包括包含Pt族金屬的籽晶層、包含Pt族金屬的覆層、以及所述籽晶層和所述覆層之間的多層疊層，其中所述多層疊層包括包含狗和Pt族金屬的第一合金的第一層、形成于所述第一層上的包含狗的第二層、以及形成于所述第二層上的包含狗和Pt族金屬的第二合金的第三層。
10.如權利要求9所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述第一層、所述第二層、以及所述第三層的至少之一包括厚達約50 A的厚度。
11.如權利要求9所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述第一層、所述第二層、以及所述第三層的至少之一包括約10 A和約15 A之間的厚度。
12.如權利要求9所述的讀寫磁頭，還包含包括自由層的讀取傳感器，其中所述第二層與所述自由層大致對齊。
13.如權利要求9所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述第一合金包含比所述第二層低的 Fe原子百分比，且其中所述第三合金包含比所述第二層低的狗原子百分比。
14.權利要求13所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述多層疊層還包括形成于所述第一層之上的第四層，以及形成于所述第四層之上的第五層，其中所述第四層包含族金屬的第四合金，其包含比所述第一合金高但比所述第二層低的狗原子百分比，且其中所述第五層包含狗和Pt族金屬的第五合金，其包含比所述第四合金高的狗原子百分比。
15.權利要求14所述的讀寫磁頭，還包含包括自由層的讀取傳感器，其中所述第二層與所述自由層大致對齊。
16.權利要求9所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述硬磁體的組分分布基本上關于與所述籽晶層和所述覆層大致等距且基本平行的平面對稱。
17.權利要求9所述的讀寫磁頭，其特征在于，所述硬磁體的組分分布基本上關于與所述籽晶層和所述覆層大致等距且基本平行的平面非對稱。
18.一種方法，包括形成包含第一成分的籽晶層，所述第一成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co的至少一種；在所述籽晶層之上形成多層疊層，其中所述多層疊層包括包含所述第一成分和第二成分的第一層，所述第一成分和所述第二成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co的至少一種，其中所述第二成分不同于所述第一成分；形成于所述第一層之上且包含所述第二成分的第二層；以及形成于所述第二層之上且包含所述第一成分和所述第二成分的第三層；以及在所述多層疊層之上形成覆層，其中所述覆層包含所述第一成分；以及將所述籽晶層、所述多層疊層、以及所述覆層加熱至退火溫度，以在所述籽晶層、所述多層疊層、以及所述覆層的相鄰層之間引起相互擴散。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一成分包括Pt族金屬且所述第二成分包括i^e。
20.如權利要求18所述的方法，其特征在于，將所述多層疊層結構加熱至退火溫度包括將所述多層疊層結構加熱至約250°C和約300°C之間。
全文摘要
一種硬磁體可包括包含第一成分的籽晶層，該第一成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co中的至少一種；包含第一成分的覆層；以及籽晶層和覆層之間的多層疊層。在一些實施例中，多層疊層可包括包含第一成分和第二成分的第一層，第一成分和第二成分包括Pt族金屬、Fe、Mn、Ir以及Co的至少一種，其中第二成分不同于第一成分。多層疊層還可包括形成于第一層之上的且包含第二成分的第二層，以及形成于第二層上的且包含第一成分和第二成分的第三層。
文檔編號H01F7/00GK102163432SQ20101053776
公開日2011年8月24日 申請日期2010年10月27日 優先權日2009年10月28日
發明者H·袁, Y·陳, 邱教明 申請人:希捷科技有限公司