具有作为后方磁通引导读出层的磁性隧道结磁电阻读出磁头制造技术

一种用于磁性记录系统的磁性隧道结（ＭＴＪ）磁阻读出磁头，具有ＭＪＨ读出或自由铁磁体层，该层也起着一个把磁通从磁记录媒体引导到隧道结上来的磁通引导装置的作用。该ＭＴＪ固定铁磁体层和该ＭＴＪ隧道势垒层具有与磁头读出表面基本上是共面的前面边沿。固定和自由铁磁体层两者都和ＭＴＪ隧道势垒层的相对面的表面接触，但自由铁磁体层伸出到或者是隧道势垒层或者是固定铁磁体层的后面边沿之外，无论哪个后面边沿更靠近读出表面。这将保证在隧道结区域内磁通为非零。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及同时提出的两个系列申请。一个申请的编号为08/957699，名称为“MAGNETIC TUNNEL JUNCTION MAGNETORESISTIVEREAD HEAD WITH SENSING LAYER AS FLUX GUIDE”(‘具有作为磁通引导的读出层的磁性隧道结磁阻读出磁头’)。另一个申请的编号为08/957787，名称为“MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONMAGNETORESISTIVE READ HEAD(‘屏蔽式磁性隧道结磁阻读出磁头’)。本专利技术涉及磁性隧道结(MTJ)设备，特别是涉及用作供读取磁记录式数据用的磁阻(MR)磁头的MTJ设备。一个磁性隧道结设备由被一个薄的绝缘隧道势垒层分隔开的两个铁磁体层构成，且以旋转极化电子隧道现象为基础。铁磁体层之一在外加磁场的一个方向上有比另一铁磁体层高的(典型地说是由其较高的磁矫顽力引起的)饱和磁场。该绝缘隧道势垒层足够地薄，使得在铁磁体层之间存在着量子力学隧道。隧道现象是取决于电子旋转的，使得MTJ的磁响应成为两个铁磁体层的相对取向和旋转极化的函数。MTJ设备已被推荐为主要用作固态存储器的存储单元。MTJ存储单元的状态由当读出电流从一个铁磁体层到另一个铁磁体层垂直地通过MTJ时测量MTJ的电阻来决定。电荷载流子形成隧道穿过绝缘隧道势垒层的概率取决于两个铁磁体层的磁矩(磁化方向)的相对取向。隧道电流被旋转极化，这意味着从一个铁磁体层(例如，其磁矩是固定的或防止转动的层)通过的电流，主要由一种旋转类型的(顺时针旋转或逆时针旋转，取决于铁磁体层的磁矩的方向)的电子组成。隧道电流的旋转极化的程度由在铁磁体层和隧道势垒层的交界处组成铁磁体层的磁性材料的电子能带构造决定。第1铁磁体层例如用作旋转滤波器。电荷载流子形成隧道的概率取决于和在第2铁磁体层中电子电流的旋转极化相同的旋转极化的电子状态的可利用性。通常，当第2铁磁体层的磁矩和第1铁磁体层的磁矩平行的时候，将比第2铁磁体层的磁矩被排列为和第1铁磁体层的磁矩反向平行时有更多的可用的电子状态。因此，在两个层的磁矩平行时，电荷载流子形成隧道的概率最高，而当两个磁矩反向平行时最低。在磁矩既不是平行也不是反向平行时，形成隧道的概率取中间值。因此MTJ存储单元的电阻取决于两个铁磁体层中的电流的旋转极化和电子状态。结果是，其磁化方向是不固定的铁磁体层的两个可能的磁化方向独特地定义存储单元的两个可能的位状态(0或1)。一个磁阻(MR)传感器通过由磁性材料制作的敏感元件的电阻的变化，作为被敏感元件感知的磁通量的强度和方向的函数，检测磁场信号。现有的MR传感器，诸如那些在磁记录式磁盘驱动器中用作供读取数据用的MR读出磁头，它的工作是以大部分磁性材料(典型的是透磁合金(Ni81Fe19)的各向异性磁阻(AMR)效应为基础的。读取元件电阻的一个分量，随着读取元件中的磁化方向和通过读取元件的读出电流的方向之间的角度余弦的平方而变化。由于来自已进行了记录的磁性媒体(信号场)的外部磁场可在读取元件的磁化方向上引起一个变化，而这一变化又反过来在读取元件的电阻中产生一个变化，以及在已读出的电流或电压中的相应的变化，故已记录的数据可以从一个磁性媒体(诸如磁盘驱动器中的磁盘)中读出来。在现有的MR读出磁头中，与MTJ设备比较，读出电流是在平行于读出元件的铁磁体层的方向上。就如在美国专利5390061中所述，提出了应用一种MTJ设备作为供磁性记录用的磁阻读出磁头。在该MTJ读出磁头中，自由和固定铁磁体层具有并不伸出到绝缘隧道势垒的横向周界线之外的横向周界线。在磁隧道记录装置中，读出磁头从小的磁化区域或已写入到在其上边已悬上磁头的薄膜磁性媒体中去的磁位中读出磁通。用更高磁位区域密度部分地可以增加磁盘驱动器的容量。因此，每一磁区的面积或位必须减少，但是，因而将产生减小了的磁通。因而，对于具有更高的性能和更高容量的磁记录磁盘驱动器要求可以读出减小后的具有更大输出信号的磁记录磁头。采用寻找具有较高磁阻系数的MTJ构造的办法，可以得到经过改进的磁记录磁头。但是，MR系数决定于组成MTJ的材料的固有的电和磁性质。现在所需要的是一种供磁记录系统用的MTJ MR读出磁头，这种磁头对于相同的输入磁通量比那些用相同的一组电和磁材料构成但其他方面不同的MTJ磁头能给出更大的输出信号。本专利技术提供了一种磁性记录系统用的MTJ MR读出磁头，其中，自由铁磁体层也用作一个后方磁通引导装置以使磁通从磁记录媒体通到隧道结。在一个磁记录磁盘驱动器的实施例中，固定铁磁体层，隧道势垒层，自由铁磁体层都具有自己的在空气-轴承表面(ABS)上露出来的边沿。固定和自由铁磁体层两者都和隧道势垒层的相对的表面接触，但是自由铁磁体层则伸出到隧道势垒层或固定铁磁体层之外，不论哪一个的后边沿都更为靠近读出表面。这将保证在隧道结区域内磁通为非零。固定铁磁体层的磁化方向一般被固定在垂直于ABS因而也垂直于磁盘表面的方向，最好是采用和反铁磁体层进行界面间交换耦合的办法。自由铁磁体层的磁化方向，在没有外加磁场时通常被排列在平行于ABS的表面的方向，而在有来自磁记录磁盘的外加磁场时则其磁化方向自由旋转。一个与自由铁磁体层的侧面相邻的高矫顽力硬磁材料层纵向地把自由铁磁体层的磁化方向偏置向优选方向。该MTJ MR读出磁头可以形成为集成化读/些磁头构造的一部分，在该构造中有定位于MTJ MR读出磁头的两侧的导电性的磁屏蔽。供读出电路用的电引线形成在两个屏蔽上，使得提供一个从屏蔽通过该引线到隧道结的固定和自由铁磁体层的通电路径。为了更为完整了解本专利技术的性质和优点，应当在参照附图的同时，参考下述详细的说明。附图说明图1是供与本专利技术的凹进式MTJ MR读出磁头一起使用的现有的磁性记录磁盘驱动器的简化框图。图2是拿掉机壳的图1的盘驱动器的顶视图。图3是现有的集成化电感式写入磁头/MR读出磁头的纵剖面图，其中MR读出磁头定位于屏蔽之间并与供说明本专利技术的MTJ MR读出磁头应该定位于何处的电感式磁头相邻。图4是通过本专利技术的MTJ MR读出磁头的隧道结剖开的剖面图，用于说明通过隧道结流动的电流的垂直方向。图5是后方磁通引导式MTJ MR读出磁头的剖面图，说明了各种层相对于磁头(空气-轴承表面)读出边沿的位置。图6A-6N说明了本专利技术的后方磁通引导式MTJ MR的制造步骤。图7是读出表面的视图，该图画出了读出铁磁体层的前面边沿和纵向偏置铁磁体层的边沿。参照图1。图中示出了应用一个MR传感器的现有的磁盘驱动器的剖面图。该磁盘驱动器由一个基座10，在其上边固定有一个磁盘驱动电机12和一个执行器14，和一个罩子11。基座10和罩子11给驱动器提供了一个基本上已密封起来的机壳。一般在基座10和罩子11之间有一个垫圈13和一个小的通气口(未画出来)，以平衡磁盘驱动器内部和外部环境之间的压力。磁性记录磁盘16通过毂盘18连接到驱动电机12上，磁盘连接到毂盘18之上是为了用驱动电机12使它转动。磁盘16的表面上有一层薄的润滑膜50。一个读/写磁头或者变换器25形成在磁头支架(例如空气轴承浮动块20)的尾端。就如将在图3中说明的那样，变换器25是一由电感式写入磁头部分和MR读出磁头部分构成的读/写磁头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来在连接到读出电路上时，读出以磁性方式记录在媒体上的数据的磁性隧道结磁阻读出磁头，该磁头具有基本上是平面的读出表面，在磁记录数据被读出时，该读出表面一般说被安排为平行于媒体表面，上述读出磁头的特征是具有：一个具有形成读出表面的一部分的边沿的衬底；一个形成在该衬底上的第１导电性引线；一个形成在第１引线上且具有和读出表面基本上是共面的前面边沿和位于比前面边沿距读出表面更远的后面边沿的固定铁磁体层，固定铁磁体层的磁化方向被固定为沿着优选方向，使得在存在有来自媒体的外加磁场的情况下，基本上可以防止转动；一个读出铁磁体层，具有一个基本上与读出表面共面的读出边沿和一个后面边沿，读出铁磁体层的磁化方向被定向为一般在不存在着外加磁场的情况下垂直于固定铁磁体层的磁化方向，而在存在来自媒体的外加磁场的情况下磁化方向自由旋转；一个绝缘隧道势垒层，定位于固定和自由铁磁层之间并和固定及自由铁磁体层接触，用来允许隧道化电流在通常垂直于固定和自由铁磁体层的方向上流动，该隧道势垒层具有一个基本上与读出表面共面的前面边沿和后面边沿，后面边沿被定位为比前面边沿距读出表面更远；一个形成在读出铁磁体层上边的第２导电性引线；并且其中，如果隧道势垒层的后面边沿比固定铁磁体层的后面边沿更靠近读出表面，则读出铁磁体层的后面边沿定位为比隧道势垒层的后面边沿距读出表面更远，如果固定铁磁体层的后面边沿比隧道势垒层的后面边沿距读出表面更近，则读出铁磁体层的后面边沿定位为比固定铁磁体层的后面边沿距读出表面更远。...

【技术特征摘要】
US 1997-10-24 9577881.一种用来在连接到读出电路上时，读出以磁性方式记录在媒体上的数据的磁性隧道结磁阻读出磁头，该磁头具有基本上是平面的读出表面，在磁记录数据被读出时，该读出表面一般说被安排为平行于媒体表面，上述读出磁头的特征是具有一个具有形成读出表面的一部分的边沿的衬底；一个形成在该衬底上的第1导电性引线；一个形成在第1引线上且具有和读出表面基本上是共面的前面边沿和位于比前面边沿距读出表面更远的后面边沿的固定铁磁体层，固定铁磁体层的磁化方向被固定为沿着优选方向，使得在存在有来自媒体的外加磁场的情况下，基本上可以防止转动；一个读出铁磁体层，具有一个基本上与读出表面共面的读出边沿和一个后面边沿，读出铁磁体层的磁化方向被定向为一般在不存在着外加磁场的情况下垂直于固定铁磁体层的磁化方向，而在存在来自媒体的外加磁场的情况下磁化方向自由旋转；一个绝缘隧道势垒层，定位于固定和自由铁磁层之间并和固定及自由铁磁体层接触，用来允许隧道化电流在通常垂直于固定和自由铁磁体层的方向上流动，该隧道势垒层具有一个基本上与读出表面共面的前面边沿和后面边沿，后面边沿被定位为比前面边沿距读出表面更远；一个形成在读出铁磁体层上边的第2导电性引线；并且其中，如果隧道势垒层的后面边沿比固定铁磁体层的后面边沿更靠近读出表面，则读出铁磁体层的后面边沿定位为比隧道势垒层的后面边沿距读出表面更远，如果固定铁磁体层的后面边沿比隧道势垒层的后面边沿距读出表面更近，则读出铁磁体层的后面边沿定位为比固定铁磁体层的后面边沿距读出表面更远。2.权利要求1所述的磁头，其特征是隧道势垒层的前面边沿和固定铁磁体层的前面边沿基本上是共面的。3.权利要求1所述的磁头，其特征是隧道势垒层的后面边沿与固定铁磁体层的后面边沿基本上是共面的，读出铁磁体层被定位于比隧道势垒层和固定铁磁体层的共面的后面边沿距读出表面更远。4.权利要求1所述的磁头，其特征是还具有一个与固定铁磁体层接触的反铁磁体层，用于采用界面间交换耦合的办法固定固定铁磁体层的磁化方向，该反铁磁体层具有与读出表面基本上是共面的前面边沿。5.权利要求1所述的磁头，其特征是反铁磁体层，固定铁磁体层，和隧道势垒层的后面边沿基本上是共面的。6.权利要求1所述的磁头，其特征是第1电引线直接形成在衬底上，反铁磁体层位于第1电引线和固定铁磁体层之间，固定铁磁体层直接形成在反铁磁体层上边并和反铁磁体层接触，从而固定铁磁体层的磁化方向用和反铁磁体层进行界面间交换的办法固定。7.权利要求1所述的磁头，其特征是读出铁磁体层的磁化方向，在不存在外加磁场的情况下，一般平行于读出表面。8.权利要求1所述的磁头，其特征是还包括有下述部分；一个偏置铁磁体层，用于在不存在外加磁场的情况下把读出铁磁体层的磁化方向纵向偏置到一般垂直于固定铁磁体层的磁化方向；和一个位于偏置和读出铁磁体层之间，用于使偏置层和读出层电绝缘的电绝缘层，其中电引线与偏置层用该绝缘层绝缘，从而当一个读出电流在固定铁磁体层和读出铁磁体层之间通过时，它一般垂直地通过隧道势垒层而不会流入偏置层中。9.权利要求1所述的磁头，其特征是磁头是在其中读出磁头被写入磁头屏蔽的那种类型的集成化读/写磁头的一部分，而上述衬底是供读出磁头用的第1屏蔽。10.权利要求9所述的磁头，其特征是还包括一个形成于第1屏蔽上边的电绝缘性间隙材料层，并且第1电引线层形成在间隙材料层上边。11.权利要求1所述的磁头，其特征是还包括一个第2衬底，其中第1引线，读出铁磁体层，隧道势垒层和第2引线形成一个位于第1和第2衬底之间的叠层；还包括一个位于上述叠层与第1和第2衬底之间的绝缘材料。12.权利要求11所述的磁头，其特征是磁头是在其中读出磁头是进行了磁屏蔽的那种类型的集成化读/写磁头的一部分；第2衬底是把读出磁头与写入磁头分开来的第2屏蔽。13.权利要求1所述的磁头，其特征是还包括连接到第1和第2引线上的读出电路。14.权利要求1所述的磁头，其特征是该衬底是第1导电性磁屏蔽，第1引线形成在第1屏蔽上边，其中在第1屏闭和第1引线之间提供一个导电性的路径。15.权利要求14所述的磁头，其特征是还包括一个形成在第2引线上的第2导电性磁屏蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：小罗伯特E方塔纳，斯图阿特SP帕金，秦华苍音译，马森L威廉姆斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[]