具有大电阻温度系数的薄膜以及其制造方法技术

本申请公开了具有大电阻温度系数的薄膜以及其制造方法。一种装置，包括磁头换能器和设置在该磁头换能器上的电阻型温度传感器。该电阻型温度传感器包括：第一层，其包括导电材料并具有电阻温度系数(TCR)；和第二层，其包括镜面层和籽层中的至少一层。公开了一种制造这种传感器的方法，通过层叠薄膜结构实现了较大的TCR。层叠薄膜中，各层的厚度大约为几到几十纳米的范围。公开了组合刻意优化的多层薄膜结构和在升高的温度下制造这种薄膜的方法，以获取大的TCR。

Thin film with large resistance temperature coefficient and its manufacturing method

The invention discloses a film with large resistance temperature coefficient and a manufacturing method thereof. A device includes a magnetic head transducer and a resistive temperature sensor disposed on the magnetic head transducer. The resistance temperature sensor consists of the first layer, which includes a conductive material with a resistance temperature coefficient (TCR), and a second layer, which includes at least one layer in the mirror layer and the seed layer. A method for manufacturing such a sensor is disclosed, and a larger TCR is achieved by stacking a thin film structure. In laminated films, the thickness of each layer is about a few to several tens of nanometers. A combination of optimized multilayer film structures and a method for manufacturing such thin films at elevated temperatures are disclosed to obtain large TCR.

【技术实现步骤摘要】
具有大电阻温度系数的薄膜以及其制造方法概要本公开的实施例涉及包括磁头换能器和设置在该换能器上的电阻温度传感器的装置。本公开的实施例涉及制造电阻型温度传感器（如在磁头换能器中使用的温度传感器）的方法。实施例涉及用于制造具有大的电阻温度系数（TCR）的电阻型温度传感器的方法和装置。根据各种实施例，本公开的装置包括磁头换能器和设置在磁头换能器上的电阻型温度传感器。该电阻型温度传感器包括：包括导电材料并具有TCR的第一层和具有镜面层和籽层中的至少一个的第二层。根据一些实施例，第一层的厚度约等于或小于第一层的导电材料中的电子的平均自由程。根据其它实施例，制造电阻型温度传感器的方法包括在磁头换能器上形成包括具有TCR的导电性材料的第一层，以及在磁头换能器上形成包括镜面层和籽层中的至少一个的第二层。根据一些实施例，形成第一层包括：形成第一层的厚度约等于或小于第一层的导电材料中的电子的平均自由程。体现了各个实施例的特征的这些和其它的特征和方面可由下面的详细讨论和附图来具体理解。附图说明图1示出了磁头换能器布置的简化侧视图，该磁头换能器布置含有根据各个实施例的电阻型温度传感器；图2示出了根据各种实施例的电阻型温度传感器的结构;图3-6示出了根据其它实施例的电阻型温度传感器的结构;图7示出了根据各种实施例的制造电阻型温度传感器的各种处理过程;图8-9示出了根据其它实施例的制造电阻型温度传感器的各种处理过程;图10A和图10B示出了根据各种实施例与三层膜相对应的TCR数据，该三层膜包括：镍膜，作为导电层；以及钽、钌或铂薄膜，作为镜面层或籽层膜，位于镍膜的上下两面;图11A和11B示出了根据各种实施例的与三层膜相对应的TCR数据，该三层膜包括：Ni96Fe4膜，作为导电层，以及钽或钌制薄膜，作为镜面层或籽层膜，位于NiFe膜的上下两面;以及图12示出了根据各种实施例的镍膜的TCR与钽籽层的厚度的关联性。详细说明具有足够大的电阻温度系数的金属薄膜可以作为温度传感器。特别是，具有足够高的TCR的金属薄膜可用于制造温度传感器，该传感器用于在硬盘驱动器和其它的磁记录设备中检测磁头-介质接触和热粗糙。与接触检测（CD）和热粗糙度（TA）检测相关的信号噪声比（SNR）与制造该CD和/或TA检测传感器的材料的TCR具有关联性。为了获得足够高的信噪比，具有较大的TCR的材料一般是非常需要的。典型的CD或TA检测传感器包括具有几十纳米厚度的金属薄膜。在这种典型的检测传感器中，电子的平均自由程几乎等于或大于薄膜的厚度。因此，薄膜材料的TCR可以远小于由于过度的表面散射和界面散射而导致的相同材料的体积TCR。因此，为了达到所希望的大的电阻温度系数，需要特意设计的材料和制造方法。本公开的实施例都是针对层叠金属和金属/氧化物薄膜以及该薄膜的制造方法，以实现应用在温度传感应用中所需的较大的TCR。根据各个实施例，层叠薄膜的结构优选地包括导电金属层和其他层，该其他层可以是金属镜面层、氧化物镜面层、或籽层。所述导电金属层具有TCR。在层叠薄膜结构的各个层的厚度最好是在几到几十纳米的范围内。各种实施方式涉及刻意优化的多层薄膜结构以及在升高的温度下制造这种薄膜的方法，以取得大的TCR。给定材料的TCR由下式定义:在这里，R0是在室温下的电阻值，dR/dt表示以温度为函数的电阻值变化。由于TCR与R0成反比，预期R0的减小将产生更大的TCR。同样地，dR/dt的增大导致更大的TCR。R0表示受多种因素影响的电阻。例如，表面和界面散射与结构和化学缺陷散射一起增加了材料电阻，即R0同时又对TCR几乎无影响。由于dR/dt是材料的热激活电阻，并且在很大程度上是材料的固有特性，因此本公开的实施例中以减少薄膜的R0为主要目标，以增加温度传感装置（比如CD和TA检测传感器）的TCR。根据各种实施例，并参照图1，所示的滑块100由悬臂101支承，接近于旋转的磁存储盘150。滑块100支承记录头换能器103。电阻型温度传感器105示于磁头换能器103上。该电阻型温度传感器105可定位在磁记录介质150的接近点。接近点通常被理解为是磁头换能器103和磁性记录介质150之间最近的接触点。电阻型温度传感器105优选地被配置成感测热流变化，以检测介质150的粗糙度和磁头-介质的接触。参照图2，示出了根据各个实施例的图1中所示的电阻型温度传感器105的一种结构。图2中所示的传感器的结构包括第一层210，其包括导电材料并具有TCR；和第二层220，其包括镜面层和籽层中的至少一个。在一些实施例中，如图2所示的传感器结构包括第一层210和包括镜面层的第二层220。在其它实施例中，图2中所示的传感器结构包括第一层210和包括籽层的第二层220。第一层210的导电材料优选包括铜、钴、镍、钌、铂、金、铁或NiXFe1-X，或它们的合金。第一层210的厚度优选为约等于或小于第一层210的导电材料中的电子的平均自由程。图3示出了根据各种实施例的在图1中所示的电阻型温度传感器105的详细结构。根据符合图3的实施例，电阻型温度传感器的第一层包括具有导电性材料和TCR的导电层310。在导电层310下方所示的第二层包括镜面层320。该电阻型温度传感器105包括在第一层310上方的覆盖层305。该覆盖层优选包括钽、钌、铬、NiCr或NiRu或其合金等材料。该镜面层320优选由金属或氧化物薄膜制造。在有代表性的实施例中，如图3中所示的镜面层320包括绝缘层，其包括SiO2、NiO、Al2O3、FeOX、HfO2、Y2O3、MgO、TiOX、CuOX、SrTiO3或ZrO。在另一个代表性实施例中，镜面层320包括金属层，该金属层包括金、银、铜、铂、或钌或它们的合金。在许多情况下，专利技术人观察并测量到镜面效果。例如，在图3中使用SiO2和NiO作为镜面反射层320时，发现银、NiFe、铜和钽的镜面反射系数分别约为0.8、0.5、0.4和0。镜面反射层320将电子禁闭在导电层310中，并降低表面和界面散射。导电层310的电阻从而被减小。因此得到的薄膜电阻型温度传感器105的TCR因总电阻R0的减少而增加。镜面层320的镜面反射系数优选为约0.2至约1，更优选为约0.5至约0.8，并进一步优选为约0.8至约1。完美的镜面层320提供为1的镜面反射系数，完全消除界面散射。因此，为了提供最大的TCR增益，反射系数为1的镜面层320是最理想的。然而，界面缺陷和电子能带对齐阻挠了反射系数为1的实现。在实践中，通过仔细的界面材料和电子能带设计（包括在原位高真空沉积和/或氧化），可以得到为约0.5至约0.8的镜面系数。如图3中所示，图1中的传感器105可以进一步包括至少一个在第一层310和镜面层320之间的间隔金属层315。在金属导电层310和镜面层320之间的非常薄的金属层315的闪光增强了镜面效果，从而提高了TCR。闪光层(flashlayer)315优选包括铜、银或金，或它们的合金。图4示出了根据各个实施例的图1中的电阻型温度传感器105的层叠结构的示意图，其包括多个第一导电层410和与导电层410相邻的多个镜面层420。图5示出了根据其他实施例的图1的电阻型温度传感器105的层叠结构的示意图，其包括多个导电层51本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁头换能器的装置，包括：磁头换能器；以及电阻型温度传感器，设置在所述磁头换能器上并且配置为检测磁头‑介质接触和热粗糙中的一个或二者，所述传感器包括：第一层，包括导电材料并具有电阻温度系数；以及第二层，包括镜面层和籽层中的至少一个。

【技术特征摘要】
2012.11.28 US 13/687,4451.一种用于磁头换能器的装置，包括：磁头换能器；以及电阻型温度传感器，设置在所述磁头换能器上并且配置为检测磁头-介质接触和热粗糙中的一个或二者，所述传感器包括：第一层，包括导电材料并具有电阻温度系数；以及第二层，包括镜面层和籽层中的至少一个。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电材料包括铜、钴、镍、钌、铂、金、铁或NiXFe1-X或它们的合金。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括在第一层上方的覆盖层，所述覆盖层包括钽、钌、铬、NiCr或NiRu或它们的合金。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一层的厚度约等于或小于所述第一层的导电材料中的电子的平均自由程。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二层包括镜面层。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述镜面层包括绝缘层。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述绝缘层包括SiO2、NiO、Al2O3、FeOX、HfO2、Y2O3、MgO、TiOX、CuOX、SrTiO3或ZrO。8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述镜面层包括金属层。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述金属层包括金、银、铜、铂、或钌或它们的合金。10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，进一步包括在第一层和镜面层之间的至少一层闪光金属层。11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述闪光层包括铜、银、或金或者它们的合金。12.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传感器包括多个所述第一层和多个所述镜面层。13.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述镜面层具有0.2至0.8的镜面反射系数。14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二层包括籽层。15.如权利要求14所述的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：田伟，D·麦卡恩，H·殷，V·R·印图瑞，E·W·辛格尔顿，
申请(专利权)人：希捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US