• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Перспективные магниторезистивные преобразователи информации

Перспективные магниторезистивные преобразователи информации
Одно из важных преимуществ магниторезистивных преобразователей заключается в том, что они воспроизводят информацию, записанную с чрезвычайно высокой поверхностной плотностью. Поэтому они находят применение во всех новейших модификациях магнитных накопителей на жестких дисках, способных хранить сравнительно большой объем информации - сотни гигабайт. Для изготовления высокочувствительных элементов таких преобразователей используются различные магниторезистивные многослойные материалы: с гигантским магнетосопротивлением, с туннельным переходом, со спин-вентильным переходом. Особое внимание уделяется тонкопленочным, многослойным материалам со спин- вентильным переходом.

Результаты экспериментальных исследований магниторезистивных материалов со спин-вентильным переходом и их применение для создания воспроизводящих преобразователей способствовали повышению поверхностной плотности записи информации в магнитных накопителях на жестких дисках.

Так, с использованием магниторезистивных материалов в течение последнего десятилетия демонстрировались магнитные накопители, поверхностная плотность записи информации которых существенно увеличивалась: в 1996 г. она составляла 5Гбит/дюйм2, в 1997 г. - 8 Гбит/дюйм2, в 1998г. - 20,4 Гбит/дюйм2, в 2000 г. - 56,1 Гбит/дюйм2 и в 2001 г. - 106,4 Гбит/дюйм2.

Вне всякого сомнения, успех в достижении высоких показателей определяется внедрением магниторезистивных материалов в сочетании с высококоэрцитивным носителем, позволяющим реализовать запись с высокой плотностью при довольно низком уровне шума.
Магниторезистивный элемент со спин-вентильным переходом для воспроизведения информации обычно располагается параллельно тонкопленочным магнитным полюсам, в рабочем зазоре которых генерируется магнитное поле записи при пропускании электрического тока через тонкопленочную обмотку. В подобной конструкции высокочувствительный магниторезистивный элемент является составной частью тонкопленочного комбинированного преобразователя записи-воспроизведения.

Спин-вентильный магниторезистивный элемент имеет многослойную структуру. Он состоит из четырех основных слоев: антиферромагнитного слоя, промежуточного магнитного слоя, чья намагниченность фиксируется обменным полем взаимодействия с ан- тиферромагнитным слоем, электропроводящей прослойки, обычно осаждаемой из меди, и основного магнитного слоя, который намагничивается под действием магнитного поля записи - поля рассеяния рабочего слоя носителя. Электрическое сопротивление воспроизводящего элемента минимально при параллельной ориентации намагниченности в промежуточном и основном магнитном слоях и максимально при их антипараллельной ориентации. Спин-вентильный элемент обычно имеет прямоугольную форму. Его высота и ширина меньше микрометра. Торцевые поверхности спин-вентильного элемента находятся в электрическом и магнитном контакте с элементом из магнитотвердого материала, например CoCrPt, который служит для стабилизации доменной структуры и подавления шума, связанного с неоднородным намагничиванием основного магнитного слоя воспроизводящего элемента. Толщина слоя магнитотвердого материала обычно равна суммарной толщине всех основных слоев воспроизводящего элемента.

Через токоведущие полосы, находящиеся в контакте с воспроизводящим элементом, пропускается задающий электрический ток. В магнитном поле рассеяния рабочего слоя носителя изменяется электрическое сопротивление воспроизводящего элемента, и разность потенциалов на нем соответствует уровню сигнала воспроизведения.
Для достижения высокого разрешения многослойный спин-вен- тильный элемент и элемент из магнитотвердого материала располагаются между магнитными экранирующими элементами.

В зависимости от взаимного расположения тонкопленочных слоев различают четыре основных модификации спин-вентильных магниторезистивных элементов. Первая модификация самая простая. Она включает четыре последовательно напыленных слоя: основного магнитного слоя, электропроводящей прослойки, промежуточного магнитного и антиферромагнитного слоев. В этой модификации основной магнитный слой расположен внизу и сопряжен с подслоем, осажденным непосредственно на подложку.

Во второй модификации элемента, состоящего из десяти слоев, основной магнитный слой расположен вверху многослойной структуры. Такой магниторезистивный элемент формируется при последовательном осаждении слоев: антиферромагнитного, нижнего промежуточного магнитного, рутениевого, верхнего промежуточного магнитного, нижнего электропроводящего, основного магнитного и верхнего электропроводящего.

Третья модификация магниторезистивного элемента отличается от второй тем, что поверх верхнего электропроводящего слоя напыляется оксидированный зеркальный слой из золота или серебра.

Четвертую модификацию принято считать двойной зеркальной. В ней дополнительно осаждается зеркальный слой на верхний промежуточный магнитный слой, поверх которого напыляется еще один промежуточный слой, а затем осаждаются те же слои, что и в третьей модификации.

Все слои названных модификаций формировались на стеклянные или силиконовые подложки при сверхвысоком начальном давлении, не превышающем 2*107 Па. Осаждение производилось во внешнем магнитном поле напряженностью около 8 кА/м для создания наведенной одноосной анизотропии. Магнитные слои осаждались из материалов NiFe, CoFe и CoFeB, а антиферромагнитные - из PdPtMn.

Сравнительно высокую поверхностную информационную плотность - около 106,4 Гбит/дюйм2 - удалось получить при воспроизведении информации с помощью магниторезистивного преобразователя четвертой модификации. Высокочувствительный элемент такого преобразователя имеет многослойную структуру: связующий подслой/PdPtMn/Co Fe/Ru/CoFe/зеркальный слой/Cu/CoFe/NiFe/ Cu/зеркальный слой. Верхний и нижний экранирующие элементы формировались электроосаждением пермаллоя. Величина зазора, задающего ширину дорожки воспроизведения, составляла 0,07 мкм. Относительное магнетосопротивление магниторезистивного спин- вентального элемента - около 12,4 %. Тонкопленочные элементы для записи сигнала осаждались из пермаллоя с высокой магнитной индукцией насыщения. Запись осуществлялась на магнитном носителе с покрытием на основе CoCrPt.

Магниторезистивные преобразователи, чувствительный элемент которых сформирован из многослойного материала со спин-вен- тильным переходом, будут применяться и в следующих модификациях магнитных накопителей большой информационной емкости. При этом предстоит решить комплекс задач, связанных с поиском новых тонкопленочных материалов и совершенствованием технологических операций для формирования многослойной структуры магниторезистивных преобразователей.

Вычислительные машины на базе электронных ламп

Новая модификация вычислительных машин на базе электронных ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей...

читать далее

Создание модификаций транзистора

Совершенствование различных полупроводниковых приборов способствовало развитию микроэлектронных технологий...

читать далее

Мезоскопические структуры

В электронных приборах с размерами активных областей менее 100 нм начинают проявляться квантовые эффекты, так как размеры...

читать далее