窄间隙电流垂直平面磁致电阻传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种避免了自旋转矩噪声且同时具有高的ｄｒ／Ｒ性能和小间隙的电流垂直平面（ＣＰＰ）磁致电阻传感器。该传感器是双磁致电阻传感器，具有第一和第二被钉扎层以及设置在所述两个被钉扎层之间的自由层。该被钉扎层之一通过与ＡＦＭ层交换耦合而被钉扎，而另一个被钉扎层通过形状增强磁各向异性而自钉扎，没有使用ＡＦＭ层。该自钉扎层从ＡＢＳ延伸至比该ＡＦＭ被钉扎层和该自由层的条高距离大的延长的条高距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁致电阻传感器，更特别地，涉及避免了自旋转矩噪声(spintorque noise)且具有小间隙的电流垂直平面(CPP)磁致电阻传感器。
技术介绍
计算机的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。当盘不旋转时，悬臂偏置滑块接触盘的表面，但是当盘旋转时，空气被旋转的盘旋动。当滑块骑在气垫上时，写和读头被用来写磁印到旋转盘且从旋转盘读取磁印。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路从而实现写和读功能。 写头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一和第二极片层之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙通过间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其使得磁场在ABS处在写间隙弥散出来以用于在移动介质上的道中写上述磁印，例如在上述旋转盘上的环形道中。 近来的读头设计中，自旋阀传感器，也称为巨磁致电阻(GMR)传感器，已被用来检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括下文称为间隔层的非磁导电层，其夹在下文称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二引线(lead)连接到该自旋阀传感器以传导电流通过该传感器。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩位于平行于ABS，但是可以响应于外磁场自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层交换耦合来被钉扎。 间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此布置，部分传导电子通过间隔层与被钉扎层和自由层的每个的界面被散射。当被钉扎层和自由层的磁化彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cosθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层和自由层的磁化之间的角。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地变化。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到且作为重放信号被处理。 当自旋阀传感器采用单被钉扎层时被称为简单自旋阀。当自旋阀采用反平行(AP)被钉扎层时其被称为AP被钉扎自旋阀。AP自旋阀包括由薄的非磁耦合层例如Ru分隔的第一和第二磁层。选择该间隔层的厚度从而反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁化。根据钉扎层在顶部(在自由层之后形成)或在底部(在自由层之前)，自旋阀还被称为顶型或底型自旋阀。 自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读间隙层之间，第一和第二读间隙层位于铁磁的第一和第二屏蔽层之间。在合并式磁头中，单个铁磁层充当读头的第二屏蔽层且充当写头的第一极片层。在背负式头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。 被钉扎层的磁化通常通过将铁磁层之一AP1与反铁磁材料例如PtMn层交换耦合来被固定。虽然反铁磁(AFM)材料例如PtMn本身没有磁化，但是当与磁材料交换耦合时，它能够强烈地钉扎铁磁层的磁化。 对日益提高的数据速率和数据容量的需求已经推动了对具有改善的信号幅度和减小的道宽的磁致电阻传感器的研发。在实现更高信号幅度方面表现出潜力的是电流垂直平面(CPP)传感器。这样的传感器从顶部向底部垂直于传感器层的平面传导检测电流。CPP传感器的示例包括CPP GMR传感器。CPP GMR传感器基于通过传感器的电子的自旋相关散射运行，类似于更传统的CIP GMR传感器，除了如上所述的检测电流垂直于层平面流动。 然而，CPP GMR传感器遇到的问题在于它们受到自旋转矩噪声的困扰。本领域技术人员将意识到，当电子从一磁层经过间隔层到另一磁层时，会产生自旋转矩噪声。电子的极化和自由层的磁化相互影响。来自极化电子的转矩会扰动自由层的磁化，导致自旋转矩噪声。这将负面地影响传感器的信噪比，使CPP GMR不可用。 避免自旋转矩噪声的一种方法是将CPP GMR传感器构造为具有设置于两个被钉扎层结构之间的自由层的双传感器。不幸地，这样的传感器也不实用，因为间隙(屏蔽件之间的距离)的厚度变得不实用地太大。 因此，需要一种能避免自旋转矩噪声的CPP传感器设计。这样的传感器设计还必须维持可接受的小间隙厚度。
技术实现思路
本专利技术提供一种电流垂直平面磁致电阻传感器，其不受自旋转矩噪声的困扰，具有高dr/R且具有小的间隙厚度。根据本专利技术一实施例的传感器包括第一和第二被钉扎层以及位于该第一和第二二被钉扎层之间的自由层。该第一被钉扎层沿条高方向延伸，该第二被钉扎层和该自由层延伸到较短条高。 该第二被钉扎层通过与反铁磁材料层(AFM层)交换耦合而被钉扎，而该第一被钉扎层被自钉扎，由此它不需要AFM层用于钉扎。这通过消除需要另一厚的第二AFM层来钉扎该第一被钉扎层而有利地降低了间隙高度。该第一被钉扎层通过由于其条高延伸形状提供的形状诱导磁各向异性而被钉扎。 因为该传感器是双CPP传感器，其不受自旋转矩噪声的困扰。第一和第二被钉扎层的总影响有利地抵消，消除了单CPP GMR传感器受其困扰的自旋转矩噪声影响。 参照附图阅读下面对优选实施例的详细描述，本专利技术的这些和其他特征和优点将变得明显，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。附图说明为了更全面理解本专利技术的本质和优点、及其优选使用模式，请结合附图参考下面的详细说明，附图不是按比例绘制。 图1是其中可实施本专利技术的盘驱动系统的示意图；图2是滑块的ABS视图，示出其上磁头的位置；图3是沿图2的环3截取且逆时针旋转90度得到的放大ABS视图；以及图4是图3的侧剖视图。具体实施方式下面的说明是目前想到的实施本专利技术的优选方式。进行该说明是用于说明本专利技术的一般原理的目的，而不是意图限制这里提出的专利技术性构思。 现在参照图1，示出了实施本专利技术的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支承在心轴(spindle)114上且通过盘驱动器马达118被旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上的同心数据道(未示出)的环形图案形式。 至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以存取写有所需数据的磁盘的不同道。每个滑块113借助悬臂(suspension)115连到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，该弹力偏置滑块113倚着磁盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。该VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，该线圈移动的方向和速度被由控制器129提供的马达电流信号所控制。 盘存储系统运行期间，磁盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产生对滑块施加向上的力或举力的气垫(air bearing)。于是在正常运行期间该气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并且支持滑块113离开盘表面并且以小的基本恒定的距离稍微位于磁盘表面之上。 盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元129产生的控制信号来控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路，存储装置和微处理器。控制单元129产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有气垫面的电流垂直平面（ＣＰＰ）磁致电阻传感器，该传感器包括：第一磁被钉扎层结构，该第一被钉扎层结构从该ＡＢＳ延伸至第一条高距离；第二磁被钉扎层结构，该第二被钉扎层结构从该ＡＢＳ延伸至第二条高距离，终止于该第二条高距离 ；磁自由层结构，位于该第一和第二被钉扎层结构之间；第一非磁导电间隔层，夹在该第一被钉扎层结构和该自由层之间；以及第二非磁导电间隔层，夹在该第二被钉扎层结构和该自由层之间。

【技术特征摘要】
US 2005-12-27 11/320,547及其等价物定义。权利要求1.一种具有气垫面的电流垂直平面(CPP)磁致电阻传感器，该传感器包括第一磁被钉扎层结构，该第一被钉扎层结构从该ABS延伸至第一条高距离；第二磁被钉扎层结构，该第二被钉扎层结构从该ABS延伸至第二条高距离，终止于该第二条高距离；磁自由层结构，位于该第一和第二被钉扎层结构之间；第一非磁导电间隔层，夹在该第一被钉扎层结构和该自由层之间；以及第二非磁导电间隔层，夹在该第二被钉扎层结构和该自由层之间。2.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的非磁耦合层。3.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的非磁耦合层，该AP1和AP2层包括具有正磁致伸缩的材料。4.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的非磁耦合层，该AP1和AP2层包括CoFe。5.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的第一非磁耦合层；且该第二被钉扎层结构包括第三磁层(AP3)、第四磁层(AP4)和夹在该AP3和AP4层之间的第二非磁耦合层。6.根据权利要求1的传感器，其中该第一条高距离是该第二条高距离的3-10倍。7.根据权利要求1的传感器，其中该第一条高距离是该第二条高距离的约5倍。8.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的第一非磁耦合层；且该第二被钉扎层结构包括第三磁层(AP3)、第四磁层(AP4)和夹在该AP3和AP4层之间的第二非磁耦合层，其中该AP1、AP2、AP3和AP4层包括具有正磁致伸缩的材料，且该第一和第二耦合层包括Ru。9.根据权利要求1的传感器，其中该第一被钉扎层结构包括第一磁层AP1、第二磁层AP2和夹在该AP1和AP2层之间的第一非磁耦合层；且该第二被钉扎层结构包括第三磁层(AP3)、第四磁层(AP4)和夹在该AP3和AP4层之间的第二非磁耦合层，其中该AP1、AP2、AP3和AP4层包括CoF...

【专利技术属性】
技术研发人员：马斯塔法M皮纳巴西，
申请(专利权)人：日立环球储存科技荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]