磁阻头制造技术

一种旋转阀型磁阻头包括：一被锁定铁磁层，一非磁性中间层和一自由铁磁层。该磁阻头进一步包括用来控制自由铁磁化的偏压控制铁磁层。偏压控制层是由从ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ和ＦｅＮ中选出的一种材料与从Ｂ、Ｒｈ、Ｃｒ和Ｚｒ中选出的至少一种添加剂构成。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种磁阻头，尤其涉及一种旋转阀型磁阻头。已在例如，美国专利No.4,949,039(日本专利申请平2-61572)中公开了传统的旋动阀头型磁阻头。该磁阻头包括一个磁阻(MR)元件，它由第一铁磁层、非磁性的中间层和第二铁磁层叠合形成。其特征在于这种类型的磁阻元件的电阻随第一与第二铁磁层之间的磁化方向角度差而变。在传统的旋转阀型磁阻头中，一个铁磁层的磁化方向被固定，而另一铁磁层的磁化方向可以根据来自记录介质的磁场自由地转动。已有建议提供一种直接耦合到铁磁材料上的反铁磁层来固定固定铁磁层的磁化方向。若用图形表示，传统磁阻头示于附图说明图1(a)和1(b)中。如图所示，该磁阻头包括下屏蔽层18a、自由铁磁层14、非磁性中间层13、被锁定铁磁层12、反铁磁层11、一对铅导电层17和上屏蔽层18b。按照这个顺序在基片(未示出)上形成。该磁阻头进一步包括下屏蔽层18a与自由铁磁层14之间的第一绝缘层(未示出)，和铅导电层17与上屏蔽层18b之间的第二绝缘层(未示出)。被锁定铁磁层12是由厚度为32埃的铁镍(NiFe)形成，非磁性中间层是由厚度为32埃的铜(Cu)形成，自由铁磁层是由厚度为45埃的铁镍(NiFe)形成。图2(a)是图1(a)所示的磁阻头的再现(reproduced)波形图。图的水平轴表示离记录介质磁化翻转(inverting)位置的距离，而垂直轴表示再现的输出。示出正的和负的独立波形的再现输出，波形的不对称性是-19％。图2(b)是图1(a)所示的磁阻头的自由铁磁层的磁化偏转图。水平轴表示自由铁磁层离接触空气面的高度。垂直轴表示自由铁磁层的磁化方向，以相对于高度(Z轴)的sinθ计算，其中θ是自由铁磁层芯部宽度方向与磁化方向之间的夹角。在这些图中，中心线表示没有外部磁化的固定偏压情况，而中心线两侧的线表示在基底盘中外部磁化作用下磁化在正方向或负方向偏转的情况。理想情况下，被锁定铁磁层12和自由铁磁层14的磁化角是90度。但是实际上，自由铁磁层14的磁化方向，通过与被锁定铁磁层12的固定耦合，向着被锁定铁磁层12的相反方向转动。值得注意的是，自由铁磁层14的磁化方向的转动，引发一种不对称情况。为了减小这种不对称性，将被锁定铁磁层12的磁化方向相对于芯部宽度方向设定为80度而不是90度。为了得到具有更高灵敏度的磁阻头，必须减少自由铁磁层14的厚度。但是，当自由铁磁层14的厚度减小时，由于被锁定铁磁层12的磁场作用，自由铁磁层14的磁化方向从芯部宽度方向变得向元件高度方向倾斜。因而，在下侧没有容差而且偏压特性受到破坏。结果是产生磁阻头的再现输出被降低的问题，而且不对称情况被破坏。然而，为了解决这个问题，1993年6月11日提出的美国专利申请No.08/076,617(以下称′617申请)建议提供一个偏压控制层，它的磁场消除被锁定铁磁层的磁场。而且′617申请建议用铁镍(NiFe)作为偏压控制层用的铁磁材料。但是铁镍(NiFe)电阻率小，导致偏压控制层中的电流损失问题，并没有促进磁阻效应。′617申请中提出的层结构在一个实施例中是由一偏压控制层，自由铁磁层和被锁定层按顺序构成；在另一个实施例中是按自由铁磁层、被锁定磁层和偏压控制层的顺序构成。但是，当考虑自由铁磁层的磁化控制时，这种层结构是不合要求的。因此，需要有一种改进的、更对称再现输出的和较好偏压情况的转动阀磁阻头。还需要更好地控制自由铁磁层磁化的旋转阀磁阻头。而且还需要更好地控制自由磁铁层磁化的磁阻头。因此，本专利技术的一个目的在于提供具有改进的、更对称输出的磁阻头。另一个目的在于提供具有更好偏压情况的磁阻头。还有再一目的在于提供具有适于用作控制自由铁磁层磁化的偏压控制层的材料的磁阻头。本专利技术的又一目的在于提供适于控制自由铁磁层磁化的偏压控制层的层设置。为了解决上述问题，本专利技术包括具有固定磁化方向的第一铁磁层，和具有磁化方向与第一铁磁层磁化方向正交的并且根据外部磁化作用自由转动的第二铁磁层。在第一与第二铁磁层之间提供第一非磁性中间层，在第一和第二铁磁层的任一层的外侧提供第三铁磁层用作偏压控制，在第一、第二和第三铁磁层的任意两层之间提供第二非磁性中间层。第三铁磁层主要由添加了硼(B)、铬(Cr)、锆(Zr)中的任一种添加剂元素的铁镍(NiFe)、铁钴(CoFe)和氮化铁(FeN)中的任一种构成。偏压控制层(第三铁磁层)最好由铬铁镍(NiFeCr)构成。而且铬最好占总量的1～9.4％，同时偏压控制层的厚度最好为30～50埃，而最合适的厚度是40埃左右。此外，第二非磁性中间层最好具有100μΩcm或更高的电阻率，且最好由钽(Ta)构成。本专利技术还涉及一种在基底上按下列顺序构成的磁阻头反铁磁层，由反铁磁层将磁化方向固定于芯部高度方向的第一铁磁层，第一非磁性中间层，磁化方向与芯部宽度方向相一致且磁化方向根据外部磁化强度自由地转动的第二铁磁层，第二非磁性中间层以及供偏压控制用的第三铁磁层。本专利技术的磁阻头包括一个磁化方向固定于芯部高度方向的硬磁性层(被锁定层)、磁化方向与芯部宽度方向相同且磁化方向根据外部磁化强度自由地转动的铁磁层(自由层)。在硬磁性层与铁磁层之间提供第一非磁性中间层，并在硬磁化层外侧或在铁磁层外侧提供一软磁性层用于偏压控制。在硬磁性层与软磁性层之间或者在铁磁层与软磁性层之间提供第二非磁性中间层。软磁性偏压控制层被方向与被锁定的硬磁化层磁化方向相反的检测电流磁化。图1(a)是传统磁阻头的部分透视图；图1(b)表示图1(a)磁阻头的每一铁磁层的磁化方向；图2(a)是表示图1(a)所示的磁阻头的再现波形图；图2(b)是表示图1(a)所示的磁阻头的自由铁磁层的磁化偏转图。图3(a)是根据本专利技术第一实施例的磁阻头透视图；图3(b)表示图3(a)实施例的磁阻元件的层结构(材料和厚度)；图4(a)是表示NiFeCr底层中的Cr含量与饱和磁通密度Bs之间的关系图；图4(b)是表示Cr含量与电阻率的关系图；图4(c)是表示Cr含量与每单位层厚电阻变化率之间的关系图；图5是表示在没有外部磁场时检测电流的辐值与自由层角度之间的关系图，它是NiFeCr层厚度的函数。图6(a)是作为第二实施例的磁阻头的部分透视图；图6(b)表示图6(a)实施例的每一铁磁层的磁化方向；图7(a)是表示图6(a)中所示的磁阻头的再现波形图；图7(b)是表示图6(a)实施例的自由铁磁层的偏转图；图8表示图6(埃)磁阻头的再现输出与非磁性中间层2的电阻率之间的关系；图9(a)是第三实施例的磁阻头的必要部分的透视图；图9(b)表示图9(a)所示实施例的每一铁磁层的磁化方向；图10(a)是表示图9(a)所示的磁阻头的再现波形图；图10(b)是表示图9(a)所示的磁阻头的自由铁磁层的磁化偏转图；图11是一种表示磁盘驱动装置的设计图；以及图12是图11的A-A剖面图。图3(a)是根据本专利技术第一实施例的磁阻头透视图。如图所示，磁阻头20是由转动阀元件21，一对连接到磁阻头两侧的硬磁化层22，和一对在硬磁化层22上形成的电极端子23a、23b组成。硬磁化层22是由铂铬钴(CoCrPt)等形成，而电极端子23由例如钨形成。如图示，检测电流J经过电极端子23a，23b流入转动阀元件21。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻头包括：磁化方向固定于第一方向的被锁定铁磁层；最初已在第二方向磁化的自由铁磁层，所述自由铁磁层的磁化方向根据外加磁场转动；设置在所述被锁定铁磁层与所述自由铁磁层之间的第一非磁性中间层；设置在与所述第一中间层相对的所述 自由铁磁层和所述被锁定铁磁层两者之一的一个侧面上的偏压控制铁磁层，所述的偏压铁磁层是由从ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ和ＦｅＮ中选出的一种材料与至少一种从Ｂ、Ｒｈ、Ｃｒ和Ｚｒ中选出的元素作为添加剂形成；以及设置在所述偏压控制层与所述被锁定的和自由的 铁磁层两者之一之间的第二非磁性中间层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1997-10-1 306305/971．一种磁阻头包括磁化方向固定于第一方向的被锁定铁磁层；最初已在第二方向磁化的自由铁磁层，所述自由铁磁层的磁化方向根据外加磁场转动；设置在所述被锁定铁磁层与所述自由铁磁层之间的第一非磁性中间层；设置在与所述第一中间层相对的所述自由铁磁层和所述被锁定铁磁层两者之一的一个侧面上的偏压控制铁磁层，所述的偏压铁磁层是由从NiFe、CoFe和FeN中选出的一种材料与至少一种从B、Rh、Cr和Zr中选出的元素作为添加剂形成；以及设置在所述偏压控制层与所述被锁定的和自由的铁磁层两者之一之间的第二非磁性中间层。2．根据权利要求1的磁阻头，其中所述的偏压控制层由NiFeCr形成。3．根据权利要求2的磁阻头，其中所述的偏压控制层含Cr的原子百分比为1.0～9.4％。4．根据权利要求1的磁阻头，其中所述的偏压控制层的厚度约为30～50埃。5．根据权利要求4的磁阻头，其中所述的偏压控制层的厚度约为40埃。6．根据权利要求1的磁阻头，其中所述的第二非磁性中间层具有约为100μΩcm或更高的电阻率。7．根据权利要求6的磁阻头，其中所述的第二非磁性中间层由Ta形成。8．一种磁阻头包括基底；设置在所述基底上的反铁磁层；直接在所述反铁磁层上形成的被锁定铁磁层，它与所述反铁磁层共同在第一方向被固定地磁化；在所述被锁定层上形成的第一非磁性中间层；在所述第一中间层上形成的、最初已在第二方向被磁化的自由铁磁层，所述自由铁磁层的磁化方向根据外加磁场而转动；在所述自由铁磁层上形成的第二非磁性中间层，和偏压控制铁磁层。9．根据权利要求8的磁阻头，其中所述偏压控制层是一种软磁性层，其磁化方向与所述被锁定层的第一方向与检测电流的方向相反。10．根据权利要求9的一种磁阻头，其中所述偏压控制层是由从NiFe、CoFe和FeN中选出的一种材料与从B、Rh、Cr和Zr中选出的至少一种添加剂形成。11．一种磁阻头，包括在第一方向被磁化的被锁定硬磁性层；最初已在第二方向被磁化的自由铁磁层，所述自由铁磁层的磁化方向根据外加磁场而转动；设置在所述被锁定硬磁性层与所述自由铁磁层之间的第一非磁性中间层；设置在与所述第一中间层相对的所述自由层和所述被锁定层两者之一的一侧的偏压控制软磁性层；和设...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田健一郎，金井均，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]