磁性傳感器、磁頭和磁性記錄裝置的製作方法
2023-07-27 00:50:01 4
專利名稱：磁性傳感器、磁頭和磁性記錄裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁性傳感器和磁頭。更加具體來說，本發明涉及一種用於在與磁性傳感器層的表面相垂直的方向上施加電流的CPP(電流垂直於平面)型的磁性傳感器。磁性傳感器用於例如硬碟驅動器(HDD)這樣的磁性記錄裝置的再現頭，即，讀取頭。該磁性傳感器的特徵在於作為磁疇控制層的硬磁性材料的硬層的電阻率(電阻係數)被控制。本發明還涉及使用本發明的磁性傳感器的磁性記錄裝置。
背景技術：
眾所周知，磁性傳感器主要用作為硬碟的磁頭，即計算機的讀取裝置。在幾年以前，用於硬碟的磁頭具有根據在線圈中產生的感應電流對於磁場的感應裝置。
但是在最近幾年，對高密度和高速度的要求導致具有能夠自己檢測磁場的磁性傳感器的磁頭的產生。該傳感器是一種利用磁阻(MR)效應的磁性傳感器。當前，傾向於使用利用大磁阻(GMR)效應的磁頭。
隨著如上文所述向著硬碟中更高記錄密度的發展，每比特的記錄面積被減小，並且所產生的磁場也被減小。事實上，現在能夠在市場上獲得的磁碟的記錄密度大約為10至20Gbit/in2，並且以每年兩倍的速度增加。
由於需要響應上述減小的磁場範圍並且能夠檢測在外部磁場中非常微小的改變，當前廣泛採用基於旋閥(spin valve)GMR效應的磁頭。
表現出旋閥GMR效應的磁性傳感器包括具有固定的磁化方向的磁性層(固定層(pinned layer))以及具有自由的磁化方向的磁性層(自由層(free layer))，並且在磁性傳感器中，可以通過改變兩個磁性層中的磁化方向之間的夾角而改變電阻。但是，對於該磁性傳感器，如果一個磁疇被包含在自由層中，它會產生巴克豪森噪聲，因此為了避免該噪聲，必需控制磁疇。由於硬磁性材料的層面(硬層(hard layer))當前被作用為磁疇控制層，因此在下文中將參照圖1A和1B說明使用旋閥GMR效應的磁性傳感器的一個例子。
圖1A為簡要示出採用旋閥GMR效應的磁性傳感器(SV-CIP元件)的截面示圖，以及圖1B為圖1A中的虛線圓圈的放大視圖。
首先，隔著Al2O3等等的底層62在作為滑塊體的Al2O3-TiC基片61上形成NiFe合金等等的一個下磁屏蔽層63。旋閥層65形成在Al2O3等等所構成的一個下讀取間隙層64上，並且在構圖為預定的形狀之後在旋閥層65的兩端上形成作為磁疇控制層的由CoCrPt等等所構成的高矯頑力層所構成的硬層66。然後，澱積W/Ti/Ta多層的導電層，以形成讀取電極67。
下面，在Al2O3等等所構成的上讀取間隙層68上形成NiFe合金等等所構成的上磁屏蔽層69，從而完成採用旋閥元件的讀取頭的基本結構。
在本例中，通過濺射工藝並施加80[Oe]的磁場，按次序澱積5納米厚度的Ta的底層(基層)70、4納米厚度的NiFe的自由層71、2.5納米厚度的CoFe的自由層72、2.5納米厚度的Cu的中間層73、2.5納米厚度的CoFe的固定層74、25納米厚度的PdPtMn的反鐵磁層75以及5納米厚度的Ta的頂層76，從而形成該旋閥層65。
例如，NiFe的成份為Ni81Fe19，CoFe的成份為Co90Fe10，以及PdPtMn的成份為Pd31Pt17Mn52。
所示的磁性傳感器為CIP(電流在平面中)型的，其中如箭頭所示，與旋閥層65的表面，即磁性傳感器層的表面，相平行地提供電流。當硬層66對設置在讀取電極67下方時，其電阻率對磁性傳感器的特性(GMR特性)沒有實質性的影響。
在讀取間隙層的形成中，目前使用通過CVD(化學汽相澱積)等等所形成的例如Al2O3或SiO2這樣能夠提供絕緣的最薄的材料。但是，這些材料的最小厚度大約為20nm。因此，考慮到這樣的事實，即如果比特長度變短，則不能進一步減小讀取間隙層的厚度，唯一的可能是減小磁性傳感器層本身的厚度。但是，顯然磁性傳感器層厚度的減小也受到限制。
為了避免上述問題，並且滿足硬碟的記錄密度不小於80Gbit/in2，需要考慮使用基於CPP(電流垂直於平面)係數的旋閥元件(SV-CPP元件)或者TMR(隧道磁阻)元件，其中在與磁性傳感器層的表面相垂直的方向上提供電流(至少包含垂直分量的方向)，因為這些元件不需要讀取間隙層。
下面將參照圖2說明CPP型的現有讀取頭的一個例子。
圖2為簡要示出現有SV-CPP元件的截面示圖，如圖所示，還能夠作為下磁屏蔽層的NiFe的下電極82和旋閥層83形成在Al2O3-TiC基片81上。旋閥層83被蝕刻為預定的圖案，隨後進行剝離處理。在剝離處理中，形成CoCrPt等等的硬層84和Al2O3等等的絕緣層85，在其上面形成還能夠作為上磁屏蔽層的NiFe的NiFe上電極86。
如上文所述，利用SV-CPP元件不需要讀取間隙層。另外，由於該上和下電極還作為磁屏蔽層，與上文所述的SV-CIP元件相比還可以減小元件的總厚度。
但是，在CPP型的磁性傳感器中，由於硬層84與旋閥層83直接接觸，因此存在一個問題，即檢測電流會在圖2中的箭頭所示方向流出到硬層84，從而造成GMR特性的下降。
為了防止GMR特性的下降，考慮如下方法1如圖3中所示，絕緣層87被插入在硬層84和旋閥層83之間，從而硬層84不會與旋閥層83直接接觸。
方法2如圖4中所示，硬層84和旋閥層83相互直接接觸。但是通過提供NiFe的上電極86的特定結構(覆蓋結構)減小提供到硬層84的電流。
方法3如圖5中所示，例如鐵氧體這樣的磁性絕緣材料被用作為硬層88。
在這三種方法中，方法1不適用，因為旋閥層83和硬層84相互隔開，因此磁疇的控制能力減小。
方法3具有這樣的問題，由於磁性絕緣材料的磁性(Br剩餘磁化)較小，因此實際上不能夠執行該方法。
另外，方法3具有如下問題首先，上NiFe電極86與旋閥層83相接觸的部分位於旋閥層83中央，因此需要該部分需要小於旋閥層83的寬度。考慮到定位精度的要求，難以高成品率地生產該傳感器。
第二，根據例如磁性傳感器的旋閥層這樣的層面結構，基本上要澱積例如金抗氧化層等等這樣的低電阻層，作為磁性傳感器層的最上層，從而存在這樣的問題，即來自上電極端的電流分布較寬，以致於流出到該硬層。
難以同時解決所有這些問題。為了防止檢測電流流到硬層，需要在該傳感器中採用更加複雜的層面結構。
發明內容
本申請的發明人注意到上述參照圖1的磁性傳感器(SV-CPP元件)具有簡單的結構，並且如果可以防止電流流到該元件的硬層，則可以提供具有簡單結構並具有滿意特性的CPP型或TMR(隧道磁阻元件)的旋閥元件。
也就是說，本發明針對於減小反應電流，結果增加在作為具有簡單結構的CCP型磁性傳感器中的磁疇控制層的硬層的電阻率。
本發明的一個目的是提供一個磁性傳感器，特別是一種CPP型或TMR(隧道磁阻)元件，其具有簡單層面結構和較高GMR特性，而沒有例如檢測電流流到硬層上，磁疇的可控制性減小，低Br值(剩餘磁化)以及難以定位該層面等這些問題。
本發明的另一個目的是提供一種磁性傳感器，其在例如硬碟驅動器(HDD)這樣的較高記錄密度磁性記錄裝置中作為再現頭或讀取頭。
本發明的另一個目的是提供一種使用本發明的磁性傳感器的緊湊和高性能的再現頭。
另外，本發明的另一個目的是提供一種滿足較高記錄密度和其它要求的緊湊的磁性記錄裝置。
從下文參照本發明的優選實施例的描述中，本發明的這樣和其它目的將容易理解。
在一個方面中，本發明在於具有這樣的結構的磁性傳感器，其中由導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層至少部分地相互直接接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分的方向垂直於磁性傳感器層的表面，其中通過改變硬層的電阻率而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流。
在另一個方面中，本發明在於具有這樣的結構，其中由導電硬磁性材料所構成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層被設置為至少部分地相互接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分垂直於磁性傳感器層的表面，其中該硬層具有由Co基合金和非固溶性(non-solid solution)的絕緣材料所構成。
另外，在另一個方面中，本發明在於一種磁頭，其中包括安裝與其中的磁性再現頭(在下文中，還稱為「讀取頭」)，其中該再現頭包括本發明的磁性傳感器。
另外，本發明的另一個方面在於一種磁性記錄裝置，其中至少包括一個磁頭、一個磁性記錄介質、用於旋轉該磁性記錄介質的機構、用於安裝該磁頭的支臂部件、以及用於移動該磁頭作為移動該支臂部件的一個功能的機構，其中該磁頭包括本發明的作為一個再現頭的磁性傳感器。
圖1A示出現有SV-CIP元件的結構的截面視圖；圖1B為圖1A的部分1B的放大截面視圖；
圖2為示出現有SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖3為具有減小的洩漏電流的現有SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖4為示出電流限制型的現有SV-CPP元件結構的截面視圖；圖5為使用絕緣材料的硬層的現有SV-CPP元件結構的截面視圖；圖6為根據本發明的磁頭的基本結構的截面視圖；圖7為根據本發明的SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖8為根據硬層的電阻率的沒有氧化層的SV-CPP元件的ΔR和MR比的曲線圖；圖9為示出根據硬層的電阻率的具有氧化層的SV-CPP元件的ΔR和MR比的曲線圖；圖10為示出根據SiO2含量的磁頭的電阻率和Br的曲線圖；圖11A為示出根據本發明第一實施例的SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖11B為圖11A的部分11B的放大截面視圖；圖12A為示出根據本發明第二實施例的SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖12B為圖12A的部分12B的放大截面視圖；圖13A為示出根據本發明第三實施例的SV-CPP元件的結構的截面視圖；圖13B為圖13A的部分13B的放大截面視圖；圖14為根據本發明的磁性記錄介質的一個優選實施例的截面視圖；圖15為具有本發明的磁頭的滑塊的透視圖；圖16為示出根據本發明的磁性記錄裝置的一個優選實施例的平面視圖；圖17為沿著圖16的線A-A截取的截面視圖；
具體實施例方式
下面將參照附圖對於優選實施例描述本發明。
圖6為用於說明本發明的基本概念的截面視圖，並且示出CCP型讀取頭的基本構成部分的截面示圖。在圖6中，參考標號1、2、5和6分別表示基片、下電極、絕緣層和上電極。
根據本發明，為了實現上述目的，在此提供一種具有這樣的結構的磁性傳感器，即由導電硬磁性材料所構成用於控制磁疇的硬層4和磁性傳感器層3被設置為至少部分地相互接觸，如箭頭所示，在與磁性傳感器層3的表面相垂直的方向上提供至少電流的主要部分。磁性傳感器的特徵在於，在磁性傳感器層上和硬層4中流動的電流被控制為在硬層4的電阻率中的改變量的一個函數。
用於本發明中的磁性傳感器層3包括具有反鐵磁層/固定層/中間層/自由層這樣的結構的一個旋閥層、雙重旋閥層、具有插入到該結構中的例如氧化物、碳化物或氮化物這樣包含針孔(pinhole)的絕緣層(整體上不作為絕緣材料)的旋閥層、或者隧道磁阻(TMR)層。
在CCP型磁性傳感器中，由於磁性傳感器層3和硬層4被設置為相互直接接觸，從而可以防止磁疇控制能力的下降，並且通過控制導電硬層4的電阻率，可以減小流到硬層4的電流成份。
在這種情況中，硬層4的電阻率最好被控制為不小於構成磁性傳感器層3的材料中可獲得的最高電阻率的80％。例如，通過結合例如CoCrPt等等這樣的Co基合金與例如SiO2等等這樣的非固溶性的絕緣材料，或者包含例如CoCrPt等等這樣的Co基合金與例如SiO2等等這樣的非固溶性的絕緣材料的多層結構，可以形成硬層4。結果，可以把硬層4的電阻率增加到超過Co基合金本身的電阻率，而不極大的減小硬層4的磁疇的可控制性。
另外，通過安裝上述磁性傳感器作為磁性讀取頭，特別是通過把該磁性傳感器安裝在磁性記錄裝置和機構上，可以實現能夠進行高密度磁性記錄的磁性記錄裝置。
在說明根據本發明第一優選實施例的SV-CPP元件之前，將參照圖7至10說明獲得根據本發明的優選實施例的SV-CPP元件的結構的模擬方法，以及控制硬層的電阻率的方法。
由於該SV-CPP元件基本上是由導電金屬單獨形成的，因此其電阻率與普通金屬具有相同的量級，如表1中所示。
表1
因此，考慮到如果硬層的電阻率較大，則幾乎所有電流將流過磁性傳感器部分，因此將減小對GMR特性的不利影響。
另外，該SV-CPP元件可能添加有絕緣材料層，利用氧化層、碳化層、氮化層或硼酸鹽層。但是，絕緣材料層被用於減小電流路徑的有效面積，並且由於存在針孔，因此它本身不能夠作為一個絕緣層。
在具有上述結構的SV-CPP元件中，由於絕緣材料層的電阻率在磁性傳感器構成材料中為最大，因此考慮到如果硬層的電阻率大於絕緣材料層的電阻率，則幾首所有電流將在磁性傳感器部分流動，因此將可忽略地減少對GMR特性的不良影響。
為了確認上述事實，通過製造具有如圖7中所示的截面結構的SV-CPP元件而進行模擬。在該結構被分為多個網絡區域之後，模擬電流分布，並且利用設備模擬器「B2Spice」改變硬層的電阻率。
對兩種旋閥層12進行模擬，即單單由導電金屬所形成而沒有氧化層的旋閥層，以及具有添加有絕緣材料層的氧化層的旋閥層。
在該模擬中，僅僅從一種導電金屬形成的旋閥層是具有如下結構的雙旋閥層Ta(5nm)/NiFe(2nm)/PdPtMn(15nm)/CoFeB(1.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(2.5nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(4nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(2.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(1.5nm)/PdPtMn(15nm)/Ta(5nm)。另外，添加有絕緣材料層的旋閥膜是具有如下結構的包含氧化層的旋閥層Ta(5nm)/NiFe(2nm)/PdPtMn(15nm)/CoFeB(1.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(1.2nm)-氧化物/CoFeB(1.5nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(2nm)/Cu(2nm)和Ta(1nm)-氧化物。
下面將參照圖8和9進一步描述該模擬。
圖8為示出硬層的電阻率與沒有氧化層的SV-CPP元件的ΔR和MR比之間的相互關係的模擬結果的曲線圖，以及圖9為示出硬層的電阻率與具有氧化層的SV-CPP元件的ΔR和MR比之間的相互關係的模擬結果的曲線圖。對於這兩種SV-CPP元件，最好硬層13的電阻越小，則MR比率和ΔR越小。
另外，考慮到如果硬層13的電阻率的電阻較大並且與上文表1中所示的磁性傳感器材料的最大電阻率相當，則ΔR和MR比的減小量較小，因此可以實際使用該SV-CPP元件。
特別地，對於具有氧化層的SV-CPP元件，磁性傳感器材料的最大電阻率等於具有針孔的所插入氧化層的電阻率，也就是說，氧化層的電阻率為24000μΩcm，硬層13的電阻率為20000μΩcm，其大約為氧化層的電阻率的80％。無論如何，由於ΔR的減小量大約為5.42％，因此考慮到具有這種減小的電阻率的硬層13實際上可應用於SV-CPP元件。
另外，模擬結果顯示，即使在硬層的電阻大約為磁性傳感器材料的最大電阻率的50％的情況下，ΔR的減小量為20至25％，只要數值ΔR在沒有硬層時較大，因此具有這種減小的電阻率的硬層是實際可用的。
另外，對於例如TMR元件這樣的具有大電阻問題的元件，可以通過添加硬層而減小視在電阻。在這種情況中，儘管可以減小ΔR和MR比，也可以通過控制硬層的電阻率而控制這種減小。
下面，在從一個顆粒層形成層面13之後，確定該硬層13的電阻。
圖10為示出在把SiO2晶片放置在CoCrPt靶上，通過在Si/SiO2基片上濺射形成一個薄膜，並且在280度的溫度下進行3個小時的熱處理，以下CoCrPt顆粒邊界澱積SiO2，從而形成具有大的電阻率的顆粒層這樣的情況下，進行SiO2量(成份比)與剩餘磁化Br之間的關係的曲線圖。
如圖10中所示，當在CoCrPt-SiO2中的SiO2含量為10原子％時，電阻率為250μΩcm，並且當含量為17原子％時，電阻率為20000μΩcm。每個電阻率至少等於24000μΩcm的最大電阻率。在SV-CPP元件的層面中，氧化層可以顯示出這種最大電阻率。
從上文顯然可以看出，只要硬層的電阻率至少等於磁性傳感器材料的最大電阻率，甚至在具有圖2的結構的SV-CPP元件中，基本上所有檢測電流可以流過該磁性傳感器部分，因此在GMR特性中的減小量可以減小到最小水平。
根據上述結果，製造具有添加的硬層的SV-CPP元件，並且研究它的GMR特性。為了比較，製造沒有硬層的SV-CPP元件，並且也研究它的GMR特性。
圖11A為簡要示出根據本發明第一優選實施例的SV-CPP元件的截面視圖，以及圖11B為示出圖11A的部分11B(虛線圓圈)的放大示圖。
首先，在用作為滑塊體的Al2O3-TiC基片21上形成還作為下磁屏蔽層的NiFe下電極22和雙重旋閥層23。在進行構圖與獲得預定結構之後，利用剝離工藝在雙重旋閥層23的每一端上作為磁疇控制層的硬層24以及用於把硬層24與NiFe的上電極26相絕緣的Al2O3層25。最後，在基片21的整個表面上形成還作為上磁屏蔽層的NiFe的上電極26。通過這種方式，完成沒有氧化層的SV-CPP元件的基本結構。
在這種SV-CPP元件中，通過濺射方法，順序澱積5納米厚的Ta底層27、2納米厚的NiFe底層28、15納米厚的PdPtMn的反鐵磁層29、由具有1.5納米厚的CoFeB層30、0.8納米厚的Ru層31以及2.5納米厚的CoFeB層32所構成的疊層鐵氧體結構的固定層、2.8納米厚的Cu中間層35、由2.5納米厚的CoFeB層36、0.8納米厚的Ru層37以及1.5納米厚的CoFeB層38所構成的疊層鐵氧體結構的固定層，15納米厚的PdPtMn反鐵磁層39、以及5納米厚的Ta層40，從而形成雙重旋閥層23。請注意，在本實施例中，NiFe的成份例如為Ni81Fe19，CoFeB的成份例如為Co88Fe10B2，以及PdPtMn的成份例如為Pd31Pt17Mn52。
另外，在本實施例中，按照這種方式形成硬層24，使得SiO2晶片被置於CoCrPt靶上面，並且在形成包含10原子％的SiO2過飽和固溶物的濺射層之後，在280度的溫度下進行3個小時的熱處理。在CoCrPt顆粒邊界中澱積SiO2，從而產生具有大的電阻率的顆粒層。請注意，CoCrPt的成份比例如為Co78Cr10Pt12。
在下表2中示出在根據上述第一實施例的SV-CPP元件中的R、ΔR和MR比的測量結果。表2還示出沒有硬層的比較例的結果。
表2
在該表中，左欄的字符「A」表示雙重旋閥層23的上表面的面積。
從表2中顯然可以看出，即使在添加硬層24的情況下，GMR特性的減小量不大於10％。另外，在MR曲線中顯然沒有表示巴克豪森噪聲的跳動。這意味著該SV-CPP元件沒有實際問題。
另外，考慮到在第一實施例中，置於雙重旋閥層23的上方和下方的Ta底層27和Ta層40還可能作為非磁性金屬層，以消除上或下電極層和雙重旋閥層23之間的磁性連接。
另外，在磁性傳感器或磁頭的實際製造中，需要對NiFe的下電極22和NiFe的上電極26進行構圖，以獲得端子結構。
接著，將參照圖12A和12B以及沒有硬層的對比SV-CPP元件，說明使用具有氧化層的旋閥層的本發明第二實施例的SV-CPP元件。還與第一實施例相同研究GMR特性。
圖12A為根據本發明第二實施例的SV-CPP元件的截面示圖，圖12B為圖12A的部分12B(虛線圓圈)的放大視圖。
首先，在作為滑塊體的Al2O3-TiC基片21上形成作為下磁屏蔽層的NiFe下電極22以及旋閥層41。在進行構圖以獲得所需結構之後，使用剝離工藝，在雙重旋閥層41的每一端上形成作為磁疇控制層的硬層42和Al2O3層25。最好，在基片21的整個表面上形成作為上磁屏蔽層的NiFe的上電極26。按照這種方式，完成具有氧化層的SV-CPP元件的基本結構。
在這種SV-CPP元件中，通過濺射方法，順序澱積5納米厚的Ta底層43、2納米厚的NiFe底層44、13納米厚的PdPtMn的反鐵磁層45、由具有1.5納米厚的CoFeB層46、0.8納米厚的Ru層46以及1.2納米厚的CoFeB層48，隨後把O2導入到濺射設備，從而CoFeB層48的表面被氧化到大約0.5納米的深度，從而形成一個氧化層49，從而形成旋閥層41。
然後，按順序澱積CoFeB層50、2.8納米厚的Cu中間層51、2納米厚的CoFeB自由層52以及1納米厚的Ta層54。然後，再次把O2導入到濺射設備，從而Ta層54的表面被略微氧化，從而形成一個氧化層55。
在本例中，氧化層49和氧化層55具有流過電流的針孔。
另外，NiFe的成份例如為Ni81Fe19，CoFeB的成份例如為Co88Fe10B2，以及PdPtMn的成份例如為Pd31Pt17Mn52。
另外，按照這種方式形成硬層42，使得SiO2晶片被置於CoCrPt靶上面，並且在形成包含17原子％的SiO2過飽和固溶物的濺射層之後，在280度的溫度下進行3個小時的熱處理。在CoCrPt顆粒邊界中澱積SiO2，從而產生具有基本上與氧化層49相等的電阻率的顆粒層。請注意，CoCrPt的成份比例如為Co78Cr10Pt12。
在下表3中示出在根據上述第二實施例的SV-CPP元件中的R、ΔR和MR比的測量結果。表3還示出沒有硬層的比較例的結果。
表3
在該表中，左欄的字符「A」表示旋閥層41的上表面的面積。
從表3中顯然可以看出，即使在把硬層42添加到具有氧化層的SV-CPP元件的情況下，GMR特性的減小量不大於10％。另外，在MR曲線中顯然沒有表示巴克豪森噪聲的跳動。這意味著該SV-CPP元件沒有實際問題。
接著，將參照圖13A和13B，說明本發明第三實施例的SV-CPP元件。圖13A為根據本發明第三實施例的SV-CPP元件的截面示圖，圖13B為圖13A的部分13B(虛線圓圈)的放大視圖。
首先，在作為滑塊體的Al2O3-TiC基片21上形成作為下磁屏蔽層的NiFe下電極22以及雙重旋閥層23。在進行構圖以獲得所需結構之後，使用剝離工藝，在雙重旋閥層23的每一端上形成作為磁疇控制層的硬層56和Al2O3層25。最後，在基片21的整個表面上形成作為上磁屏蔽層的NiFe的上電極26。按照這種方式，完成具有氧化層的SV-CPP元件的基本結構。
在這種SV-CPP元件中，硬層56具有多層結構通，並且使用CoCrPt靶和SiO2靶產生。例如，交替地從它們的靶澱積三對具有5納米厚度的SiO2層57和具有10納米厚度的CoCrPt層58，以形成多層結構薄膜。請注意在該硬層56中，CoCrPt的成份例如為Co78Cr10Pt12。
在上述第三實施例中，當硬層由CoCrPt/SiO2的多層層面所構成時，在電流平行與硬層的表面並且基本上沒有電流在與該層面的表面相垂直的方向上流動的情況下，電阻率小到不大於100μΩcm，結果沒有檢測電流從硬層流到NiFe的下電極21。因此，可以獲得與第一或第二實施例相類似的結果。
上文已經描述本發明的典型優選實施例。但是，請注意，本發明不限於上述實施例中所述的結構，而是可以根據本發明的範圍和精神作出各種變型。
例如，在第一實施例的實踐中，取代具有多層鐵磁性結構的固定層的雙重旋閥層，具有單個固定層的雙重旋閥層可以用作為一個磁性傳感器層。
另外，儘管在第二實施例中通過熱氧化形成氧化層，但是可以在通過濺射等方法進行澱積之後形成氧化層，例如碳化膜、氮化膜或硼酸鹽膜這樣的其它層面，並具有滿意的效果。
另外，磁性傳感器層不限於雙重旋閥層或具有氧化層的旋閥層。另外，可以使用沒有氧化層的單層旋閥層。
另外，在本發明的實踐中，由於隧道磁阻(TMR)薄膜還表現出大磁阻效應，因此它可以取代旋閥層。
當使用隧道磁阻薄膜時，例如在上述實施例中的Cu中間層可以用隧道絕緣層來取代，以獲得該磁性傳感器。通過控制硬層的電阻率，可以獲得可比的效果。
在上述關於第一實施例的描述中，在硬層24中的SiO2混合比被控制為10原子％，並且在第二實施例中，在硬層42中的SiO2的混合比被控制為17原子％。請注意，SiO2的混合比不限於這些比例，並且它可以在保證該電阻率不小於構成磁性傳感器層的材料的最大電阻率的80％。
另外，用於形成顆粒的非固溶性絕緣材料不限於SiO2。如果需要的話，可以使用例如Al2O3、SiN等等這樣的非固體溶性絕緣材料。
另外，在上述第三實施例中，三對硬層被合併以形成多層結構。但是，本發明不限由三對所構成的多層結構。類似地厚度比例不限於在該實施例中所述的1(5納米)比2(10納米)。
在該多層結構的形成中，用於硬層的絕緣層不應當限於SiO2膜。可以使用例如Al2O3層、SiN層等等這樣的其它絕緣層。
在上述的每個實施例中，Al2O3層被用於把硬層與上電極相絕緣。例如SiO2這樣的其它材料的絕緣層可以用於絕緣的目的。
在上述每個實施例中，中性磁性材料NiFe被用於形成上和下電極。可以採用例如FeN或Fe這樣的其它中性磁性材料來取代NiFe。
另外，上和下電極可以不用中性磁性材料所形成。例如，該電極可以用非磁性和良導體材料來形成，例如Cu。在這種情況中，上磁屏蔽層和下磁屏蔽層被分別置於上和下電極的外側，導致間隙長度的增加。
在每個上述實施例中，Al2O3-TiC基片被用作為一個基片，並且NiFe的下電極被直接澱積在該基片上。另外，在通過濺射工藝在Al2O3-TiC基片上澱積大約2微米厚米的Al2O3層之後，可以形成NiFe的下電極。
另外，在上述實施例中CoCrPt被用作為用於硬層的硬磁性材料。如果需要的話可以使用例如CoPt這樣的其它Co基合金來作為硬磁性材料。
在上述實施例中，參照單個磁性傳感器描述本發明。但是本發明不限於用於單個讀取頭的磁性傳感器，而是本發明還可應用於包含用於寫入操作的疊層感應型薄膜磁頭的複合薄膜磁頭。
下面參照圖14至17對於作為磁性記錄裝置的一個典型例子的磁碟驅動器進一步進行描述。
磁碟設備的基本構成部件包括磁性記錄介質；用於旋轉磁性記錄介質的機構；用於固定本發明的磁頭，即包含本發明的磁性傳感器的磁頭，的支臂部件；以及用於隨著該支臂部件的移動而移動磁頭的機構。
用於磁碟設備中的磁性記錄介質，即磁碟，可以是任何常規用於磁性記錄領域中的磁碟設備，並且可以包括非磁性基片以及隔著底層施加在該基片上的磁性金屬材料的磁性記錄層，並且可以具有各種層面結構。
在圖14中示出該磁碟的一個簡化實施例，其中非磁性記錄介質110如此構成，使得磁性金屬材料的磁性記錄層103隔著底層102澱積在非磁性基片101上。基片101是一個玻璃基片，並且其表面具有非定向的不規則性，即凹陷和凸起。矽基片等可以用於取代該玻璃基片。
在所示的110中，底層102具有三層結構，並且包括以鉻作為主要成份的第一底層102-1、由鎳和磷(NiP)所構成的第二底層102-1、以及以鉻作為主要成份的第三底層102-3。在第三層結構中，第一底層102-1可以作為粘合促進層，因此如果在缺少這一底層的情況下獲得這種功能，則它可以從底層中省略。如果需要的話可以採用其它底層結構。
磁性層103具有在其外圍方向上容易磁化的方向，並且由以鈷(Co)作為主要成份並包含鉻(Cr)和鉑(Pt)以及鈦(Ta)或者鈦(Ta)和鈮(Nb)所構成的合金所製成。當然，磁性層103可以由其它磁性金屬，或者如果需要的話它可以在其它層面結構中形成。
在磁碟110中，施加保護層104作為最上層。該保護層104例如最好由碳或鑽石形態的碳(DLC)所形成。另外，保護層104最好由例如碳氟樹脂這樣的潤滑劑所浸泡。
本發明的磁碟設備的結構不限於特定的一種結構。但是，該設備基本上包括用於在磁碟中記錄信息的磁頭部分(寫入頭)；以及用於再現信息的再現頭部分(讀取頭)。再現頭部分具有上述本發明的磁頭，即，使用磁控電阻的MR頭，其中電阻響應磁場強度而改變。
在本發明的磁碟設備中，最好可以使用具有層面結構的複合磁頭，其中用於讀取來自磁碟的信息的包含磁控電阻器和用於把檢測電流提供的該磁控電阻器上的導電層的MR讀取頭以及用於把信息記錄在具有一對薄膜電極的磁碟上的感應型寫入頭相互層疊。MR讀取頭包括在現有技術中已知的各種結構，並且一個適合的例子包括使用各向異性磁阻的AMR(各向異性磁阻)頭以及利用大磁阻的GMR(大磁阻)頭(包括旋閥GMR頭等等)。
例如通過採用常規的薄膜形成方法同時在陶瓷材料的磁頭基片上形成多個磁頭，隨後把該磁頭基片切割以獲得分離的磁頭，然後處理每個磁頭以獲得所需的形狀。
圖15為根據上述工藝製造的具有磁頭的滑塊的透視圖。在圖15中所示的滑塊中，用於產生動力的導軌141和142在滑塊140的與磁碟相對面上沿著由磁碟(未示出)的旋轉所產生的氣流的方向延伸。傾斜面141a和142a形成在導軌141和142的飛行表面的空氣流入側，並且本發明的磁頭位於滑塊140中的導軌142的後端面上。在本發明的實踐中，最好使用沒有靜摩擦力的滑塊，即STF滑塊，其中具有磁頭的滑塊還在導軌的飛行表面(flying face)上具有兩個或多個凸起。
另外，圖16和17示出根據本發明的磁碟設備的一個優選實施例。圖16為便於理解該結構的除去蓋子的磁碟設備的平面圖，以及圖17為沿著圖16的線A-A截取的截面視圖。
在這些圖中，參考標號150表面多個磁碟(對於本實施例中包含三個磁碟)，其由位於底板151上的旋轉電機152所旋轉和驅動。
參考標號153表面位於底板151上可旋轉的激勵器。向著磁碟150的記錄面延伸的多個磁頭臂154被提供在激勵器153的一個旋轉端上。彈簧臂155可旋轉地安裝在磁頭臂154的旋轉端上，另外上述滑塊140隔著絕緣層(未示出)可傾斜地安裝在彈簧臂155的彎曲部分上。另一方面，線圈157被提供在激勵器153的另一個旋轉端上。
由磁鐵和磁軛所構成的磁路158位於基板151上，並且線圈157置於磁路158的磁隙中。磁路158和線圈157構成一個移動線圈型線性電機(VCM音圈電機)。基板151的上表面被覆蓋有一個蓋子159。
下面將描述具有上述結構的磁碟設備的操作。當磁碟150處於停止狀態時，滑塊140與滑動區域相接觸並且處於停止狀態。
當磁碟150旋轉並且由旋轉電機152以高速驅動時，由磁碟150的旋轉產生的氣流使得滑塊140在磁碟面上飛行，而在滑塊與盤表面之間留有非常小的間隙。在該狀態中，把電流施加到線圈157，在線圈157中產生拉力，從而旋轉該激勵器153。這使得磁頭(滑塊140)移動到磁碟150的所需磁軌上，以進行數據讀取/寫入。
根據本發明，CPP型的讀取頭按這種方式來構成，使得作為磁疇控制層的硬層電阻率被根據磁性傳感器層的電阻而調節。因此，在硬層中流動的檢測電流可以顯著減小，因此可以抑制GMR特性的降低，從而大大地有助於實現和推廣使用具有高記錄密度的硬碟。
權利要求
1.一種磁性傳感器，其具有如下結構由導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層至少部分地相互直接接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分的方向垂直於磁性傳感器層的表面，其中通過改變硬層的電阻率而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流。
2.根據權利要求1所述的磁性傳感器，其中硬層的電阻率被控制為不小於構成磁性傳感器層的任何材料的最高電阻率的80％。
3.根據權利要求1或2所述的磁性傳感器，其中硬層包括Co基合金與非固溶性絕緣材料的組合。
4.根據權利要求3所述的磁性傳感器，其中非固溶性絕緣材料包括SiO2。
5.一種磁性傳感器，其具有如下結構由導電硬磁性材料所構成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層被設置為至少部分地相互接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分垂直於磁性傳感器層的表面，其中該硬層具有由Co基合金和非固溶性的絕緣材料所構成。
6.根據權利要求5所述的磁性傳感器，其中非固溶性的絕緣材料包括SiO2。
7.一種包含磁性讀取頭的磁頭，其中該讀取頭包括一個磁性傳感器，並且該磁性傳感器具有這樣的結構其中由導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層至少部分地相互直接接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分的方向垂直於磁性傳感器層的表面，其中通過改變硬層的電阻率而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流。
8.根據權利要求7所述的磁頭，其中硬層的電阻率被控制為不小於構成磁性傳感器層的任何材料的最高電阻率的80％。
9.根據權利要求7或8所述的磁頭，其中硬層包括Co基合金與非固溶性絕緣材料的組合。
10.根據權利要求9所述的磁頭，其中非固溶性絕緣材料包括SiO2。
11.根據權利要求7或8所述的磁頭，其中該磁性讀取頭與磁性記錄設備相結合地安裝。
12.一種包含磁性讀取頭的磁頭，其中該讀取頭包括一個磁性傳感器，並且該磁性傳感器具有這樣的結構其中由導電硬磁性材料所構成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層被設置為至少部分地相互接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分垂直於磁性傳感器層的表面，其中該硬層具有由Co基合金和非固溶性的絕緣材料所構成。
13.根據權利要求12所述的磁頭，其中非固溶性的絕緣材料包括SiO2。
14.根據權利要求12或13所述的磁頭，其中該磁性讀取頭與磁性記錄設備相結合地安裝。
15.一種磁性記錄裝置，其中至少包括一個磁頭、一個磁性記錄介質、用於旋轉該磁性記錄介質的機構、用於安裝該磁頭的支臂部件、以及用於移動該磁頭作為移動該支臂部件的一個功能的機構，其中該磁頭包括一個磁性傳感器，並且該磁性傳感器具有這樣的結構其中由導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層至少部分地相互直接接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分的方向垂直於磁性傳感器層的表面，其中通過改變硬層的電阻率而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流。
16.一種磁性記錄裝置，其中至少包括一個磁頭、一個磁性記錄介質、用於旋轉該磁性記錄介質的機構、用於安裝該磁頭的支臂部件、以及用於移動該磁頭作為移動該支臂部件的一個功能的機構，其中該磁頭包括一個磁性傳感器，並且該磁性傳感器具有這樣的結構其中由導電硬磁性材料所構成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層被設置為至少部分地相互接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分垂直於磁性傳感器層的表面，其中該硬層具有由Co基合金和非固溶性的絕緣材料所構成。
全文摘要
一種磁性傳感器具有這樣的結構其中由導電硬磁性材料所形成的用於控制磁疇的硬層與磁性傳感器層至少部分地相互直接接觸，並且電流在這樣的方向上流動，其中至少電流的主要部分的方向垂直於磁性傳感器層的表面。通過改變硬層的電阻率而控制在磁性傳感器層和硬層中流動的電流。該磁性傳感器被用作為例如磁碟裝置這樣地磁性記錄裝置中地磁性讀取頭。
文檔編號H01F10/16GK1402223SQ0211611
公開日2003年3月12日 申請日期2002年4月19日 優先權日2001年8月10日
發明者瀨山喜彥, 長坂惠一, 清水豐, 田中厚志 申請人:富士通株式會社