電流垂直於平面磁電阻傳感器和磁電阻讀頭的製作方法

2023-06-05 23:51:21

專利名稱：電流垂直於平面磁電阻傳感器和磁電阻讀頭的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及電流垂直於平面(CPP)磁電阻傳感器，其運行時感測 電流的指向垂直於構成傳感器堆疊的層的平面，更具體地，涉及具有改善的 鐵磁層的CPP傳感器。
背景技術：
用作磁記錄盤驅動器中的讀頭的 一種傳統磁電阻傳感器是"自旋閥"(SV) 傳感器。SV磁電阻傳感器具有層的堆疊，其包括被通常為銅(Cu)的非磁導 電間隔層分隔開的兩個4失^磁層。 一個4失一磁層的^t化方向例如通過藉助與相鄰 反鐵磁層交換耦合被釘扎來固定，另一個鐵磁層的磁化方向在有外部磁場的 情況下"自由，，旋轉。在感測電流被施加到傳感器上時，自由層磁化相對於 固定層^i化的旋轉可^f全測為電阻的變化。
在磁記錄盤驅動器SV讀傳感器或頭中，固定或被釘扎層的磁化通常垂 直於盤的平面，自由層的磁化在沒有外部磁場的情況下通常平行於盤的平 面。當暴露於來自盤上被記錄數據的外部磁場時，自由層磁化將旋轉，導致 電阻的變化。如果流經SV的感測電流的指向平行於傳感器堆疊中的層的平 面，該傳感器被稱作電流在平面內(CIP)傳感器；如果傳感電流的指向垂直於 傳感器堆疊中的層的平面，則其被稱為電流垂直於平面(CPP)傳感器。A. Tanaka等人在"Spin-valve heads in the current-perpendicular-to-plane mode for ultrahigh-density recording", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 38(1): 84-88 Part 1 JAN 2002中描述了 CPP-SV讀頭。
讀頭中使用的CPP-SV傳感器中的被固定或被釘扎的鐵磁層可以是單一 被釘扎層或反平行(AP)被釘扎結構。AP被釘扎結構具有被非磁反平行耦合 (APC)層分隔開的第一(AP1)和第二(AP2)鐵磁層，這兩個AP被釘紮鐵磁層的 磁化方向大致反平行取向。AP2層在一側與該非磁APC層接觸，在另 一側 與傳感器的Cu間隔層接觸，通常被稱作參考層。APl層通常在一側與反鐵 磁或硬磁釘扎層接觸，在另一側與該非磁APC層接觸，通常被稱作被釘扎
層。如果AP被釘扎結構是"自釘扎，，型，則不需要釘扎層。在沒有反鐵磁
或硬磁釘扎層的自釘扎結構中，API層接觸傳感器襯底上的籽層。AP被釘 扎結構將參考層和CPP-SV自由鐵磁層之間的靜磁耦合最小化。AP被釘扎 結構也被稱作"疊層"被釘扎層，有時被稱作合成反鐵磁(SAF)，其在美國 專利第5465185號中得以披露。
CPP-SV傳感器中，因為感測電流垂直於傳感器堆疊中的所有層流動， 所以有源區(自由層、間隔層和被釘扎層)的電阻佔傳感器總電阻中的較小 部分。反鐵磁釘扎層如PtMn或IrMn對磁電阻信號沒有貢獻；相反地，它們 導致顯著減小總信號的寄生電阻，因為該寄生電阻的大小可類似於或大於自 旋閥結構的有源部分的總電阻。對於PtMn，沉積時的典型電阻率為 193nQcm，在255。C退火4小時後的典型電阻率為227 pQcm;對於IrMn, 沉積時的典型電阻率為150|aQcm，在255。C退火4小時後的典型電阻率為 162pQcm。 PtMn需要約150A厚，以在退火後變成反鐵磁有序從而誘導被 釘扎層中的交換；IrMn需要約80A厚以獲得最佳交換偏置。僅因為反鐵磁 體(不包括可能的襯層(underlayer))，這轉變為串聯電阻-面積乘積(RA)值， 對PtMn被釘扎自旋閥該值為34Q|im2，對IrMn被4丁扎自旋閥該值為 12mQpm2。與源自有源區的典型磁電阻ARA相比，此寄生電阻大。於是， 需要增大有源區的電阻而不顯著增大總的堆疊電阻。
構成自由層和被釘扎層(或者是單一被釘扎層，或者是AP被釘扎結構 中的AP2層)的材料通常是晶體合金CoFe或NiFe。這些材料具有較低的電 阻率(p),於是對有源區的磁電阻ARA沒有顯著貢獻。此外，已知構成自由 層和被釘扎層的材料的p的增大與自旋擴散長度(SDL)的縮短有關。需要縮短 SDL至其變得可與有源區中磁層的厚度相當的程度，這意味著有源區中有更 多的部分可用於體電子散射(bulk electron scattering )。這導致CPP讀頭的磁 電阻(AR/R)的增大。例如，晶體CoFe合金的SDL大於AP2的通常厚度，該 厚度為約15-30A,從而不是AP2層的所有厚度用於體電子散射。
需要的是一種CPP-SV傳感器，其具有改進的用於自由層和被釘扎層的 鐵磁材料，該材料增大傳感器的磁電阻。

發明內容
本發明是一種CPP-SV磁電阻傳感器，其在自由層和/或被釘扎層結構
中具有包括Co、 Fe和Ge的鐵磁合金。該傳感器可以是簡單被釘扎結構， 在該情況中被釘扎層可以由CoFeGe鐵磁合金形成。作為替代，該傳感器可 以具有AP被釘扎層結構，在該情況中AP2層可以由CoFeGe鐵磁合金形成。 該傳感器也可以是雙自旋閥傳感器，其中兩個類似的被釘扎層結構對稱布置 在單一自由層結構兩側。該自由層結構可以是標準自由層結構，或(在單自 旋閥的情形下)彼此反平行耦合的磁化不相等的兩個磁層的反平行耦合的自 由(APF)層。含Ge合金包括Co、 Fe和Ge,其中合金中Ge以約20原子百 分比與40原子百分比之間的量存在，且其中合金中Co對Fe的比在約0.8 和1.2之間。更具體地，CoFeGe合金可以基本上由僅Co 、 Fe和Ge按化學 式(CoxFe(謂.xA腦.力Gey構成，其中，下標表示原子百分比，x在約45和55 之間，y在約23和37之間。
為了更充分地理解本發明的實質和優點，將參照以下詳細描述和附圖進 行說明。


圖1是傳統磁記錄硬碟驅動器的示意性俯視圖，其中蓋被去除；
圖2是滑塊的放大端視圖和沿圖1的方向2-2截取的盤的截面；
圖3是圖2的方向3-3上的視圖，示出自盤觀看的讀/寫頭的端部；
圖4是CPP-SV讀頭的橫截面示意圖，示出位於磁屏蔽層之間的層的堆
疊；
圖5是本發明的AP被釘扎結構的橫截面示意圖6是磁電阻的曲線圖，其作為用於CPP結構的CoFeGe合金的CoFe 部分中Co分數的函數，該CPP結構中，CoFeGe合金存在於被釘扎層和自 由層二者中；
圖7是電阻率p的曲線圖，其為[Co5oFe5o](跳y)Gey合金中Ge原子百分比 (at.o/。)的函數；
圖8是電阻-面積乘積變化(ARA)對(CosoFe5o)74Ge26合金厚度的曲線圖， 用於計算體散射參數p;
圖9是作為(Co5oFe5o)(,oo-y)Gey合金中Ge原子百分比(at.。/。)的函數的矯頑 力Hc的曲線圖10是作為(CosoFe5o)(KK)-y)Gey合金中Ge原子百分比(at.。/。)的函數的磁
化強度M的曲線圖，磁化強度M的單位為emu/cm2;
圖11是本發明傳感器的CPP-SV傳感器的另 一 實施例的橫截面示意圖， 該傳感器具有AP淨皮^"扎層和反平行耦合自由(APF)層。
具體實施例方式
CPP-SV讀頭具有在磁記錄盤驅動器中使用的應用，其運行將參照圖1-3 簡略說明。圖1是傳統磁記錄硬碟驅動器的結構圖。該盤驅動器包括支承在 盤驅動器機架或基座16上的磁記錄盤12和旋轉音圏馬達(VCM)致動器14。 盤12具有旋轉中心13，且被安裝在基座16上的主軸馬達(未示出)沿方向 15旋轉。致動器14繞軸17樞轉，且包括剛性致動器臂18。通常是柔性的 懸架20包括撓性元件23，且連在臂18端部。頭載具或空氣軸承滑塊(air bearing slider) 22連在撓性元件23上。磁記錄讀/寫頭24形成在滑塊22的 尾表面25上。撓性元件23和懸架20使滑塊能在由旋轉的盤12產生的空氣 軸承上"俯仰(pitch)"和"橫轉(roll)"。通常，有多個盤堆疊在由主軸馬達旋 轉的轂(hub)上，每個盤表面關聯有單獨的滑塊和讀/寫頭。
圖2是滑塊22的放大端視圖和在圖1的方向2-2上獲得的盤12的截面。 滑塊22附著在撓性元件23上，且具有面向盤12的空氣軸承面(ABS)27和 大體垂直於ABS的尾表面25。 ABS 27使來自旋轉盤12的氣流產生空氣軸 承，該空氣軸承將滑塊20支承為非常緊密地靠近或幾乎接觸盤12的表面。 讀/寫頭24形成在尾表面25上，且通過至尾表面25上的端子墊29的電連接 而連接至盤驅動器讀/寫電子電路。
圖3是沿圖2的方向3-3的視圖，示出自盤12觀察的讀/寫頭24的端部。 讀/寫頭24是在滑塊22的尾表面25上沉積並光刻構圖的一系列薄膜。寫頭 包括被寫間隙30分隔開的磁寫極Pl/S2和P2。 CPP-SV磁電阻傳感器或讀 頭IOO位於兩個磁屏蔽件Sl和P1/S2之間，Pl/S2也用作寫頭的第一寫極。 屏蔽件Sl、 S2由透磁材料形成，且是導電的，從而它們能用作至讀頭100 的電引線。也可以使用單獨的電引線，在該情況中讀頭IOO形成為接觸導電 引線材料層，例如鉭、金或銅，它們接觸屏蔽件S1、 S2。
圖4是放大剖視圖，示出構成傳感器100的層。傳感器IOO是CPP-SV 讀頭，包括形成在兩個^f茲屏蔽層Sl、 S2之間的層的堆疊，這兩個;茲屏蔽層 S1、S2通常是電鍍的NiFe合金膜。下屏蔽層Sl通常通過化學機械拋光(CMP)
被拋光，以提供用於傳感器堆疊的生長的光滑襯底。這可能留下氧化物塗層，
該氧化物塗層可以剛好在傳感器沉積前以輕微的蝕刻去除。傳感器層包括 參考鐵磁層120，具有橫著取向(進入紙面)的固定磁矩或磁化方向121; 自由4失一磁層110，具有能響應於來自盤12的^f黃向外部》茲場而在層110的平面 內旋轉的磁矩或磁化方向111;以及導電間隔層130,位於參考層120與自 由層110之間，通常是銅(Cu)。
參考層120是公知的反平行(AP)被釘扎結構(也稱作"疊層，，被釘扎層) 的一部分，如美國專利第5465185號所述。AP被釘扎結構將參考層120與 自由層110的靜》茲耦合減至最小。AP被釘扎結構包括跨AP耦合(APC)層123 反鐵磁耦合的參考鐵磁(AP2)層120和下鐵磁(AP1)層122，所述AP耦合層 123例如為Ru、 Ir、 Rh、 Cr，或其合金。自由鐵磁層110、間隔層130和AP2 層120 —起構成所謂的傳感器的"有源區"。API和AP2鐵磁層各自的磁化 方向127、 121反平行取向。AP被釘扎結構可以"自釘扎"，或者AP1層122 的磁化方向可以通過與反鐵磁(AF)層124交換耦合而被釘扎，或被硬磁層例 如Co腦.xPtx或CoK)o.x-yPtxCry (其中x在約8和30原子百分比之間)釘扎。 在"自釘扎"傳感器中，通過磁致伸縮和所製造的傳感器中存在的殘餘應力， API和AP2層磁化方向127、 121通常被設置為大致垂直於盤表面。API和 AP2層具有相似的磁矩是所需的。這確保AP被釘扎結構的淨磁矩小，從而 與自由層的靜磁耦合被最小化且AF層124的有效釘扎場仍然高，該有效釘 扎場大致反比於AP被釘扎結構的淨磁化。在硬石茲釘扎層的場合，當平衡API 和AP2的磁矩以最小化與自由層的靜磁耦合時，需要考慮硬磁釘扎層磁矩。
位於下屏蔽層Sl和AP被釘扎結構之間的是底部電引線126和籽層 125。籽層125可以是單層或不同材料的多個層。位於自由鐵^磁層110和上 屏蔽層S2之間的是蓋層112和頂部電引線113。蓋層112可以是單層或不同 材料例如Cu、 Ru、 Rh或Ta的多個層。
在存在有感興趣範圍內的外部磁場-即來自盤12上所記錄數據的磁場 -的情況下，自由層110的磁化方向111將旋轉，而參考層120的磁化方向 121將保持固定且不旋轉。於是，當感測電流Is自頂部引線113垂直經堆疊 至底部引線126施加時，來自盤上所記錄數據的磁場將導致自由層磁化111 相對於參考層^f茲化121旋轉，這可^f企測為電阻的變化。
引線126、 113通常是Ta或Rh。然而，也可以使用更低電阻的材料。
它們是可選的，用於調節屏蔽層至屏蔽層的間隔。如果沒有引線126和113， 底和頂屏蔽層Sl和S2用作引線。籽層125通常是NiFeCr、 NiFe、 Ta、 Cu 或Ru的一層或更多層。AF層124通常是Mn合金，例如PtMn、NiMn、FeMn、 IrMn、 PdMn、 PtPdMn或RhMn。如果取代AF層使用硬磁層，其通常為CoPt 或FePt合金，例如CoPtCr。蓋層112提供腐蝕防護，且通常由Ru或Ta形 成。
鐵磁層122(AP1)、 120(AP2)和110 (自由層)通常由晶體合金例如CoFe 或NiFe、或這些材料的多個層例如CoFe/NiFe雙層形成。這些合金具有充分 高的磁矩M、中等的體電子散射參數(3、但是較低的電阻率p。例如，對於 Co50Fe50， p為約10.6fiQcm， M為約1550emu/cc。
AP2層也可以是疊層結構以獲得高度的自旋相關界面散射 (spin—dependent interface scattering)。例 ^口 ，AP2 層可以是
FM/XX/FM/....../XX/FM疊層，其中，鐵磁(FM)層由Co、 Fe或Ni，它們的
合金中的一種，或者這些材料的多層例如CoFe-NiFe-CoFe三層形成；XX層 是非磁層，通常為Cu、 Ag、 Ge、 Al、 Ti、 Au、或它們的合金，且足夠薄從 而相鄰的FM層糹皮4失;茲耦合。
例如，AP2層120可以是CoFe合金，通常為10至30A厚；自由鐵磁 層110可以是CoFe合金和NiFe合金的雙層，CoFe合金通常為10至15A厚 且形成在間隔層130上，NiFe合金通常為10至30A厚且形成在CoFe層上。 AP被釘扎結構中的APC層通常是Ru或Ir，其厚度在約4-10A之間。
在傳感器堆疊外側靠近自由鐵磁層110的側邊緣處或在堆疊內也可以 包括例如CoPt或CoCrPt層的硬;茲層(未示出)，以石茲穩定或縱向偏置自由 4失石茲層110。
自由層110、 AP2層120、蓋層112和導電非^磁間隔層130中的一個或 更多也可以包括納米氧化物層(NOL)以局部限制電流路徑並增大有源區的有 效電阻。例如，通過在已經在自由層、AP2層、蓋層或導電間隔層中某處沉 積一些CoFe之後中斷該沉積並在0.1-10Torr (託)在02或02/Ar氣體中氧 化其表面若干分鐘，可以形成CoFe NOL。通過氧化其它材料，例如Cu/Al 或Cu/Ti合金或多層，可以形成NOL。
雖然圖4所示的讀頭100因AP被釘扎結構位於自由層110下方而為"底 部被釘扎"讀頭，但是自由層110可以位於AP被釘扎結構下方。在這樣的 布置中，AP被釘扎結構的各層被顛倒，AP2層120在間隔層130上面且與
之接觸。
本發明為基本上如上所述的CPP-SV傳感器，但是其中自由鐵磁層110 和/或AP2層120由包括Co、 Fe和Ge的合金形成，其中合金中Ge以約20 原子百分比與40原子百分比之間的量存在，且其中合金中Co對Fe的比在 約0.8和1.2之間。更具體地，CoFeGe合金可以基本上由僅Co、 Fe和Ge 按化學式(CoxFe(跳x))(腦.y)Gey構成，其中，下標表示原子百分比，x在約45 和55之間，y在約23和37之間。如果CPP-SV傳感器釆用傳統單一^皮4f扎 層而不是AP被釘扎結構，則單一被釘扎層可以由CoFeGe合金形成。
如圖5所示，在才艮據本發明的CPP-SV傳感器的一實施例中，API層 201是Co、 Fe和Ni中的一種或更多的晶體鐵》茲合金，而沒有Ge, AP2層 203包括第一 AP2膜205和第二 AP2膜207的多層。膜205的位置鄰近AP 被釘扎層結構200的APC層202,且優選地是Co、 Fe和Ni中的一種或更 多的晶體鐵磁合金，而沒有Ge,以促進強反鐵磁耦合。膜207是根據本發 明的含Ge膜，且其位置鄰近導電非磁間隔層210。自由層220的位置鄰近 間隔層210,且也可以由含Ge合金形成。圖5所示各層的通常厚度為API 為15-40A， APC為3-9A,層205為4-15A，層207為10-80A，間隔層210 為25-100A，自由層220為10-80A。自由層220在圖5中被示作包括含Ge 合金的單一自由層。但是，與AP2層相似，自由層220可以是多層(圖5 未示出)，該多層包括含Ge合金第一膜；以及第二膜，其包括Co、 Fe和 Ni中的一種或更多的晶體鐵磁合金，而沒有Ge。多層自由層的含Ge膜優 選定位地鄰近間隔層210。
CPP-SV傳感器的鐵磁層中Ge的添加在先已經提出過。例如， US2006/0044705A1中披露了 一種CPP傳感器，其中自由層和被4丁扎《失》茲層 中至少之一具有成分(Coo.67Feo,33)跳aZa，其中Z可以代表自Al、 Ga、 Si、 Ge、 Sn和Sb構成的組選出的至少一種元素，按原子百分比計參數"a"小於或等於 30。然而，在本發明中已經發現，如果Co/Fe比接近1.0，優選在約0.8與 1.2之間，磁電阻的實質性增大發生在(CoxFe,-x)7sGe25合金中。這示於圖6, 其中對於具有根據以下條件的AP被釘扎層和反平行耦合自由(APF)層的 CPP結構，CoFeGe合金的CoFe中的Co分數被改變，所述條件為 [AP1=30A CoFe35]/8A Ru/[AP2=3A CoFe50/30A (CoFe)Ge25/5A CoFe50]/8A Ru/[APF2=3A CoFelO /35A NiFe]
如圖6所示，對於1.0的Co/Fe比(即(CoxFe,.x)75G25合金中CoFe具有 成分CosFe50，其中下標是原子百分比)，發生磁電阻的實質性增大(AR/R)。 然而，此精確比並非必要，只要該比在約0.8與1.2之間(大致對應於成分 [COxFe(謂-x)],其中x在約45和55之間)，仍然有最佳的磁電阻。最終的Co/Fe 比可以被選4奪，以滿足其它》茲性能，例如矯頑力和各向異性。
如傳統的CoFe， CoFeGe合金是晶態的。這已經使用對(Co5oFe5o)(跳y)Gey 膜(y在7和40之間)的X射線衍射分析實驗地確定。在所有情形中，在 245"C退火5小時後，衍射圖案顯示了對應於(110)、 (202)和(211)面的峰。對 於初始化自旋閥結構中用例如PtMn或IrMn的反糹失眉茲體的4丁扎，這些退火條 件是典型的。
Ge的添加增大了鐵磁材料的電阻率，這意味著SDL的縮短。對於晶體 Co50Fe50， p約為10.6nQcm。圖7是p的曲線圖，其為[Co5oFe5o](跡y)Gey合金 中Ge原子百分比(at.。/。)的函數。電阻率顯著大於沒有Ge的CoFe合金的電 阻率，且隨著Ge從約20at.。/。增大至約35at.%，電阻率從約40|aQcm增大至 約90|uQcm。
僅晶體CoFe合金的體電子散射參數P， Ge的添加還顯著改善了體電子 散射參數P。優選地在室溫下p為0.3或更高。通過比較，晶體Co9。Fe,o在室 溫具有約0.40-0.45的(3 。圖8是在襯層/IrMn/CoFe5o(30A)/Ru(8A) /CoFe5o(30A)/Cu(35A)/(Co5Fe5)74Ge26(tF)/i層自旋閥中，電阻-面積乘積 (ARA)對(Co5oFe5o)74Ge26合金自由層的厚度的曲線圖。顯見，ARA在所考察 的厚度範圍上大致線性地增大。於是，(Co5GFe5)74Ge26自旋擴散長度大於 60A，且可以採用並聯電阻器網絡模型來說明當前自旋閥的自旋傳輸。設定 RuAP耦合層中總的自旋記憶損失，並利用自旋閥的大部分電阻為寄生(即， 其起源於反鐵磁體和對信號沒有貢獻的其它層)的事實，P可以由當前的自 旋閥數據按下式計算
formula see original document page 12，
其中，(RA)Ap是參考層和自由層處於反平行態時的電阻-面積乘積，tf是自由
層的厚度，Pf是由片電阻測量確定的(Co5oFe5。)74Ge26自由層的電阻率。由以 上關係可以確定，(3=0.77，這顯著高於沒有Ge的CoFe合金。
除了 Co/Fe比在約0.8和1.2之間的要求外，Ge必須以約20原子百分 比至40原子百分比之間的量存在，優選在23原子百分比至37原子百分比 之間。這由圖9和10示出。圖9是作為(Co5oFe5o)(跡y)Gey合金中Ge原子百 分比(at.。/。)的函數的矯頑力Hc的曲線圖。對於約23at /。的Ge， Hc急劇下降， 並且對於增大量的Ge， Hc維持為較低。Ge含量為23at.。/。和更高的 (Co5QFe5o)(咖-y)Gey磁滯回線也呈現接近1的方度。低矯頑力和磁滯回線的高 方度意味著高的交換相互作用和低的各向異性。自由層需要低Hc和各向異 性。圖10是作為(Co5oFe5o)(跳y)Gey合金中Ge原子百分比(at.。/o)的函數的磁 化M的曲線圖，磁化M的單位為emu/cm2。水平線代表自由層中所用的傳 統Ni引Few合金的值M=800 emu/cm2。隨著Ge含量增大，石茲化下降。約37at.% 以上的Ge含量導致不可接受的合金，因為層將不得不被沉積得過厚以獲得 足夠的磁矩。於是，對(Co5oFe5。)(跳y)Gey合金，Ge含量的優選範圍在約23at.% 和37at.。/。之間，但是，如果該合金的CoFe部分接近Co45Fe55或Co55Fe45，則 可以是約20at.Q/o與40at /。之間的寬一些的範圍。
本發明也可以應用於 AP被釘扎結構，其中 AP2層是
FM/XX/FM/....../XX/FM疊層，其中至少一個鐵磁(FM)層為含Ge鐵磁層。
XX層是非磁層，通常為Cu、 Ag、 Ge、 Al、 Ti或Au、或它們的合金，且足 夠薄從而相鄰含Ge FM層被鐵;茲耦合。此疊層AP2層將具有至少兩個FM 層和一個XX層。
具有改進的AP被釘扎結構的CPP-SV磁電阻傳感器也可以是雙自旋閥 傳感器，如同美國專利第5287238號所述用作CIP-SV傳感器的雙自旋閥結 構。參考圖4，這樣的傳感器具有在自由層110上面形成的第二導電非磁間 隔層(如同層130 )和在第二非磁間隔層之上的第二被釘扎層(如同層120 )。 第二被釘扎層可以是具有根據本發明的AP2層的AP被釘扎結構。於是，根 據本發明的雙CPP-SV傳感器將使其AP2層之一或兩者、和/或其自由層如 上所述由含Ge鐵》茲合金形成。
CPP-SV ;茲電阻傳感器也可以包括反平行耦合自由(APF)層。這樣的傳感 器將具有第二鐵磁自由層，其利用APC而基本上反平行耦合到第一鐵磁自 由層。在底部被釘扎傳感器的情形，第一鐵磁自由層接觸間隔層，第二鐵磁
自由層接觸蓋層、屏蔽層或頂部引線結構。圖11示出具有AP被釘扎層200 和反平行耦合自由層220，的傳感器。APF層220，包括被APC層223分隔開 的第一反平行自由膜(APF1)222和第二反平行自由膜(APF2)224。這樣的具有 根據本發明的APF層的CPP-SV傳感器將使至少第一 自由層222由如上所述 的含Ge鐵磁合金形成。而且，與AP2多層203類似，APF1 222可以是多層， 在該情況下包括含Ge合金的第一 APF1膜將位於鄰近間隔層210，包括Co、 Fe和Ni中的一種或更多且無Ge的鐵石茲合金的第二 APF1膜位於第一 APF1 膜上方。
人員理解，在不脫離本發明的實質和範圍的情況下，可做各種形式和細節上 的改變。因此，所公開的本發明僅是示意性的，且僅由所附權利要求定義的
範圍限制。
權利要求
1.一種磁電阻傳感器，在垂直於該傳感器中的層的平面施加感測電流時，該傳感器能感測外部磁場，該傳感器包括襯底；被釘紮鐵磁層，具有平面內磁化方向；自由鐵磁層，具有在存在外部磁場的情形下基本上自由旋轉的平面內磁化方向；以及該自由鐵磁層和該被釘紮鐵磁層之間的間隔層；其中，該自由鐵磁層和該被釘紮鐵磁層中的至少一個包括含Co、Fe和Ge的鐵磁合金，其中Ge以約20原子百分比與40原子百分比間的量存在於該合金中，且其中該合金中Co對Fe的比在約0.8和1.2之間。
2. 如權利要求l的傳感器，其中所述含Ge合金基本上由僅Co、 Fe和 Ge按化學式(CoxFeooo-x》(離力Gey構成，其中下標表示原子百分比，x在45 和55之間，y在23和37之間。
3. 如權利要求l的傳感器，其中該自由鐵磁層包括所述含Ge合金。
4. 如權利要求3的傳感器，其中該自由鐵磁層包括反平行耦合自由層， 所述反平行耦合自由層包括第一自由鐵磁層，包括所述含Ge合金且具有 平面內磁化方向；第二自由鐵磁層，具有與該第一自由鐵磁層的磁化方向基 本上反平行的平面內磁化方向；以及在該第一和第二自由鐵磁層之間且與它 們接觸的反平行耦合層。
5. 如權利要求4的傳感器，其中該第一自由4失^磁層包括多層，該多層 包括第一膜和第二膜，該第一膜包括所述含Ge合金，該第二膜包括Co、 Fe 和Ni中的一種或更多的鐵》茲合金。
6. 如權利要求5的傳感器，其中所述第二膜在所述第一膜和所述間隔 層之間且與它們接觸。
7. 如權利要求5的傳感器，其中所述第二膜在所述第一膜和所述反平 行耦合自由層的該反平行耦合層之間且與它們接觸。
8. 如權利要求l的傳感器，其中該被釘紮鐵磁層是反平行被釘扎結構， 包括第一反平行被釘紮鐵磁層AP1，具有平面內磁化方向；第二反平行被 釘紮鐵磁層AP2,鄰近該間隔層，且具有與該API層的磁化方向基本上反平行的平面內磁化方向；以及反平行耦合層，在該API層和該AP2層之間 且與它們接觸，且其中該自由鐵i茲層、該API層和該AP2層中的至少一個 包括所述含Ge合金。
9. 如權利要求8的傳感器，其中該反平行被釘扎結構位於該襯底和該 自由鐵,茲層之間。
10. 如權利要求8的傳感器，其中該自由鐵磁層位於該襯底和該反平行 被釘扎結構之間。
11. 如權利要求8的傳感器，其中該反平行被釘扎結構是自釘扎結構。
12. 如權利要求8的傳感器，還包括反鐵磁層，其交換耦合到該API 層以用於^l丁扎該API層的;茲化方向。
13. 如權利要求8的傳感器，還包括硬》茲層，其接觸該API層以用於 釘扎該AP1層的磁化方向。
14. 如權利要求8的傳感器，其中所述AP2層包括所述含Ge合金。
15. 如權利要求14的傳感器，其中該AP2層包括多層，該多層包括 第一AP2膜，所述第一 AP2膜包括Co、 Fe和Ni中的一種或更多種的4失》茲 合金；以及第二AP2膜，其包括所述含Ge合金。
16. 如權利要求15的傳感器，其中所述第二 AP2膜在所述第一 AP2 膜和該間隔層之間且與它們接觸。
17. 如權利要求l的傳感器，其中該傳感器是^f茲電阻讀頭，用於從^磁記 錄介質上的道讀取,茲記錄的數據，且其中該村底是由透i茲材料形成的第 一屏 蔽件。
18. 如權利要求l的傳感器，其中該傳感器是雙自旋閥傳感器。
19. 一種電流垂直於平面,茲電阻讀頭，用於乂人/磁記錄介質上的道讀取J茲 記錄的數據，所述讀頭包括透磁材料的第一屏蔽層； 該第一屏蔽層上的籽層；反平行被釘扎結構，包括位於該籽層上且具有平面內磁化方向的第一 反平行被釘紮鐵磁層API;第二反平行被釘紮鐵磁層AP2，具有與該API 層的^茲化方向基本上反平行的平面內；茲化方向；以及在該API層和該AP2 層之間且與它們接觸的反平行耦合層；該AP2層上的導電非磁間隔層；自由鐵磁層，位於該間隔層上，且具有在沒有外部磁場的情況下基本上正交於該API層和該AP2層的磁化方向取向的平面內磁化方向； 該自由鐵磁層上的蓋層；以及 該蓋層上的透^f茲材料的第二屏蔽層，其中，所述自由層和所述AP2層至少之一包括基本上由僅Co、 Fe和 Ge按化學式(CoxFe，o-x))d(K)-力Gey構成的合金，其中下標表示原子百分比，x 在45和55之間，y在23和37之間。
20. 如權利要求19的讀頭，其中所述自由鐵磁層包括多層，該多層包 括第一自由膜和第二自由膜，該第一自由膜包括所述含Ge合金且接觸該間 隔層，該第二自由膜包括Co、 Fe和Ni中的一種或更多種的鐵^F茲合金，而不 包含Ge，且與該第一自由膜接觸。
21. 如權利要求19的讀頭，其中該AP2層包括多層，該多層包括第 一AP2膜，所述第一 AP2膜包括Co、 Fe和Ni中的一種或更多種的鐵磁合 金，而不包含Ge;以及第二AP2膜，其包括所述含Ge合金。
22. 如權利要求21的讀頭，其中所述第一 AP2膜接觸該反平行耦合層。
全文摘要
本發明公開一種電流垂直於平面磁電阻傳感器和磁電阻讀頭，在傳感器的自由層和/或被釘扎層中具有包括Co、Fe和Ge的鐵磁合金。該傳感器可以是簡單被釘扎結構，其中被釘扎層可以由CoFeGe鐵磁合金形成。替代地，該傳感器可以具有AP被釘扎層結構，其中AP2層可由CoFeGe鐵磁合金形成。該含Ge合金包括Co、Fe和Ge，其中合金中Ge以約20-40原子百分比間的量存在，且其中合金中Co對Fe的比在約0.8和1.2之間。更具體地，CoFeGe合金可基本上由僅Co、Fe和Ge按化學式(CoxFe(100-x))(100-y)Gey構成，其中，下標表示原子百分比，x在約45和55之間，y在約23和37之間。
文檔編號G01R33/09GK101355136SQ20081013168
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月23日 優先權日2007年7月23日
發明者史蒂芬·馬特, 傑弗裡·R·奇爾德雷斯, 馬修·J·凱裡 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司