磁电阻传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种磁电阻传感器及其制造方法，该磁电阻传感器包括：下电极层；由绝缘体基体和分散布置在所述绝缘体基体内的多个纳米管组成的纳米管结构膜；在纳米管结构膜上设置的磁电阻膜；以及在磁电阻膜上设置的上电极层。每个纳米管都包括圆管形非金属和被圆管形非金属包围的圆柱体金属。纳米管结构膜在其中央区域被局部蚀刻，从而通过磁电阻膜和位于中央区域中的每个纳米管的圆柱体金属而导通上电极层和下电极层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于磁记录装置如磁盘驱动器和磁带驱动器中的磁电阻传感器。随着磁盘驱动器记录密度的提高，一个数位的记录面积减少并且介质所产生的磁场也相应地变小。目前市场上磁盘驱动器的记录密度大约为10Gbit/in2，并且正以大约每年200％的速率增加。因此希望开发一种能支持微小磁场范围和能检测较小外部磁场的变化的磁电阻传感器和磁电阻磁头。目前，利用自旋阀(spin valve)GMR效应的自旋阀磁电阻传感器广泛应用于磁头。在此种具有自旋阀结构的磁电阻传感器中，自由铁磁层(自由层)中的磁化方向被记录介质的信号磁场改变，从而此磁化方向与固定铁磁层(钉轧层)中磁化方向的相对角度改变，导致磁电阻传感器的电阻发生变化。在磁头中使用此磁电阻传感器的情况下，钉轧层中磁化方向固定为磁电阻元件的高度方向，而在不施加外部磁场的条件下自由层中的磁化方向一般设计为磁电阻元件的宽度方向，此方向与钉轧层正交。相应地，根据磁记录介质的信号磁场方向与钉轧层的磁化方向是平行或是不平行，磁电阻传感器的电阻可线性增加或减小。此种线性电阻变化有利于磁盘驱动器中的信号处理。在常规磁电阻传感器中，检测电流沿与磁电阻元件的膜表面平行的方向通过，读取电阻随外部磁场的变化。在此种CIP(平面内电流)结构的情况中，电流沿与GMR膜表面平行的方向通过，传感器的输出随着由一对电极接线端所确定的传感器区域的减小而降低。进而，在具有CIP结构的自旋阀磁电阻传感器中，要求在GMR膜和上磁屏蔽之间与在GMR膜和下磁屏蔽之间有绝缘膜。也就是说，上、下磁屏蔽之间的距离等于GMR膜的厚度与每个绝缘膜的两倍厚度之和。目前，绝缘膜的厚度最小为大约20nm。相应地，上、下磁屏蔽之间的距离等于GMR膜的厚度加上大约40nm。然而，由于具有此距离，难以支持减少记录介质上记录位的长度，并且，电流CIP自旋阀磁电阻传感器不能满足磁屏蔽间距减少到40nm或更小的要求。在这些情况中认为，具有CIP结构的磁头可支持的记录密度最大为20-40Gbit/in2，此CIP结构利用自旋阀GMR效应。即使应用镜面散射最新技术，最大记录密度也才达到60Gbit/in2。如上所述，磁盘驱动器记录密度的增加迅速，希望记录密度到2002年能达到80Gbit/in2。当记录密度变为80Gbit/in2或更高时，考虑到输出和磁屏蔽之间的距离，即使使用采纳最新镜面散射的CIP自旋阀GMR磁头，也非常难以支持此种高记录密度。对于用于解决上述问题的后自旋阀GMR，已提出隧道MR(TMR)和具有CPP(与平面正交的电流)结构的GMR，以使电流沿与GMR膜表面正交的方向通过。TMR具有在两个铁磁层之间夹有薄绝缘层的结构。通过绝缘层的隧道电流量随着两个铁磁层中的磁化方向而改变。TMR表现出非常大的电阻变化并具有良好的灵敏度，它有望成为有前景的后自旋阀GMR。另一方面，在具有CPP结构的GMR情况中，输出随着其中通过检测电流的一部分GMR膜的横截面积的减少而增加。CPP结构的此特点是比CIP结构更好的优点。TMR还被认为是一种CPP结构，因为电流从一个铁磁层通过绝缘层到达另一铁磁层。因此，TMR也具有上述优点。附图说明图1示出现有技术中具有CPP结构的磁电阻传感器2的横截面示意图。磁电阻传感器2由下电极层4、绝缘体基体6、磁电阻膜8和上电极层10组成。在绝缘体基体6基本中央的部分上形成接触孔12。磁电阻膜8在接触孔12与下电极层4接触。检测电流从上电极层10向着下电极层4的方向通过磁电阻膜8的接触孔12。采用适合微观制作的干燥蚀刻形成接触孔12。磁电阻传感器2的输出ΔR和接触孔12的直径D之间的关系表达如下ΔR∝1/D2在信息处理、通讯、磁记录、光学记录等领域中使用的大多数器件中，中间夹有绝缘体的两个导体之间的电连接由在绝缘体中形成的圆孔(接触孔)建立。接触孔一般通过适合器件微观制作的干燥蚀刻而形成。干燥蚀刻工艺包括分解等离子体产生的气体，产生诸如离子和原子团的活性物质；使基板暴露在活性物质下，使活性物质和待蚀刻的材料之间发生反应；随后执行构图和去除保护层。然而，由电流干燥蚀刻技术形成的接触孔的最小直径在使用i-线分档器的情况下是200nm，或者在使用FIB(聚焦离子束)的情况下是100nm。在后一情况中，固有的问题是金属原子粘附到侧壁上。为了提高磁电阻传感器的性能和特性，要求纳米级的微观结构控制，因而需要形成微观接触孔。然而，此种微观接触孔无法由电流干燥蚀刻技术形成。另外，还要求对蚀刻均匀性和图案尺寸的可控制性。因此，本专利技术的目的是提供一种具有纳米级微观尺寸接触孔的磁电阻传感器。根据本专利技术的一个方面，提供一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置圆柱体而形成所述导通层，所述圆柱体包括管状非金属和被所述管状非金属包围的圆柱体金属；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。根据本专利技术的另一方面，提供一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置圆柱体金属而形成所述导通层，所述导通层具有第一区域和膜厚比所述第一区域更小的第二区域；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。根据本专利技术的又一方面，提供一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置具有单层结构的圆柱体金属而形成所述导通层；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。优选地，管状非金属包含碳，圆柱体金属包含铬。绝缘体由SiO2形成。根据本专利技术的还一方面，提供一种用于制造磁电阻传感器的方法，其中包括以下步骤在衬底上淀积下电极层；在所述下电极层上形成圆柱体金属；在形成所述圆柱体金属之后，在所述下电极层上淀积绝缘体，从而在所述绝缘体中嵌入所述圆柱体金属以形成导通层；在所述导通层上淀积磁电阻膜；以及在所述磁电阻膜上淀积上电极层。优选地，此制造方法进一步包括以下步骤在淀积所述磁电阻膜之前在所述导通层上形成抗蚀图形；以及，通过用所述抗蚀图形作为掩膜而对所述导通层进行局部蚀刻。根据本专利技术的再一方面，提供一种磁电阻传感器，其中包括下电极层；在所述下电极层上设置的纳米管结构膜，所述纳米管结构膜包括绝缘体基体和在所述绝缘体基体内分散布置的多个纳米管；在所述纳米管结构膜上设置的磁电阻膜；以及在所述磁电阻膜上设置的上电极层；每个所述纳米管都包括圆管形非金属和被所述圆管形非金属包围的圆柱体金属；所述纳米管结构膜在其中央区域被局部蚀刻，通过每个位于所述中央区域中的纳米管的所述磁电阻膜和所述圆柱体金属而导通所述上电极层和所述下电极层。优选地，管状非金属由碳形成，圆柱体金属由铬形成。绝缘体由SiO2形成。根据本专利技术另一方面，提供一种用于制造磁电阻传感器的方法，其中包括以下步骤在衬底上淀积下电极层；在所述下电极层上形成第一抗蚀图形；通过用所述第一抗蚀图形作为掩膜，蚀刻所述下电极层以使所述下电极层形成为所需的形状；在所述下电极层上形成多个Ct-C纳米管；在所述下电极层上淀积绝缘体基体，从而所述多个纳米管嵌入所述绝缘体基体中形成纳米管结构膜；在所述纳米管结构膜上形成第二抗蚀图形；通过用所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁电阻传感器，其中包括： 上、下电极层； 设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置圆柱体而形成所述导通层，所述圆柱体包括管状非金属和被所述管状非金属包围的圆柱体金属；以及 在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。

【技术特征摘要】
JP 2001-11-5 339416/20011.一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置圆柱体而形成所述导通层，所述圆柱体包括管状非金属和被所述管状非金属包围的圆柱体金属；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。2.一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置圆柱体金属而形成所述导通层，所述导通层具有第一区域和膜厚比所述第一区域更小的第二区域；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。3.一种磁电阻传感器，其中包括上、下电极层；设置在所述上、下电极层之间的导通层，通过在绝缘体中设置具有单层结构的圆柱体金属而形成所述导通层；以及在所述导通层和所述上、下电极层中的一个之间形成的磁电阻膜。4.如权利要求1所述的磁电阻传感器，其中，所述管状非金属由不同于所述绝缘体的材料形成。5.如权利要求4所述的磁电阻传感器，其中，所述管状非金属包含碳。6.如权利要求1所述的磁电阻传感器，其中，所述圆柱体金属包含铬。7.如权利要求1所述的磁电阻传感器，其中，所述绝缘体由SiO2形成。8.一种用于制造磁电阻传感器的方法，其中包括以下步骤在衬底上淀积下电极层；在所述下电极层上形成圆柱体金属；在形成所述圆柱体金属之后，在所述下电极层上淀积绝缘体，从而在所述绝缘体中嵌入所述圆柱体金属以形成导通层；在所述导通层上淀积磁电阻膜；以及在所述磁电阻膜上淀积上电极层。9.如权利要求8所述的制造方法，其中，所述圆柱体金属被管状非金属包围。10.如权利要求8所述的制造方法，其中进一步包括以下步骤在淀积所述磁电阻膜之前在所述导通层上形成抗蚀图形；以及，通过用所述抗蚀图形作...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅原贵彦，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]