具有堆叠内纵向偏置层结构的三端子磁传感器制造技术

本发明专利技术提供一种适合在磁头中使用的三端子磁传感器（ＴＴＭ），其具有基极区域、集电极区域和发射极区域。第一势垒层位于发射极区域与基极区域之间，第二势垒层位于集电极区域与基极区域之间。该ＴＴＭ的气垫面（ＡＢＳ）感测平面沿基极区域、集电极区域、以及发射极区域的侧面确定。基极区域包括自由层结构、被钉扎层结构、形成在自由层结构与被钉扎层结构之间的第一非磁间隔层、磁偏置自由层结构的堆叠内纵向偏置层结构、以及形成在自由层结构与堆叠内纵向偏置层结构之间的第二非磁间隔层。在该ＴＴＭ的一个变型中，基极区域的层被颠倒。该ＴＴＭ可包括自旋阀晶体管（ＳＶＴ）、磁隧道晶体管（ＭＴＴ）、或双结结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及适于在磁头中使用的三端子磁传感器(TTM)，其包括自旋阀晶体管(SVT)、磁隧道晶体管(MTT)、或双结(double junction)结构。
技术介绍
磁致电阻(MR)传感器通常用作硬盘驱动器中的读传感器。MR传感器通过由磁材料制成的读元件的电阻变化来感测磁场信号，该电阻变化作为由读元件感测的磁通的强度和方向的函数。传统MR传感器，例如磁记录盘驱动器中用作用于读数据的MR读头的传统MR传感器，基于体磁材料(bulkmagnetic material)的各向异性磁致电阻(AMR)效应运行，所述体磁材料通常是坡莫合金。读元件电阻的分量随读元件中的磁化方向与通过该读元件的感测电流的方向之间的角度的余弦的平方而变化。所记录的数据能从磁介质例如盘驱动器中的盘读出，因为来自记录磁介质的外磁场(信号场)引起读元件中磁化方向的改变，其导致读元件的电阻的改变以及所引起的感测电流或电压的改变。磁头的三端子磁传感器(TTM)可包括例如自旋阀晶体管(SVT)，其是垂直自旋注入器件，具有经过势垒层(barrier layer)注入到自由层中的电子。电子经历自旋相关散射，仅被弱散射的电子保持足够的能量从而经过第二势垒。经过第二势垒的电流称为磁致电流(magneto-current)。传统SVT使用具有双极晶体管的“发射极-基极-集电极”结构的传统三端子框架来构造。SVT还包括金属性基极区域上的自旋阀(SV)，由此利用自旋相关散射通过基极区域的磁状态控制集电极电流。尽管TTM可包括其中两个势垒层都是肖特基势垒(Schottky barrier)的SVT，但是供选地TTM可包括磁隧道晶体管(MTT)，其中一个势垒层是肖特基势垒且另一个势垒层是隧道势垒，或者包括双结结构，其中两个势垒层都是隧道势垒。由于形成很薄的基极区域对于较高的面记录密度是有利的，所以已经确定TTM中的基极区域将具有较大的电阻。例如，对于一磁头给定约50纳米(nm)的预计道宽(TW)，基极区域的电阻可远大于100Ω。因此，当感测电流从发射极引线经过基极区域到基极引线时，基极区域易于发生故障或损坏(例如其会象保险丝一样熔断)。另外，基极区域的较大电阻提高了TTM的噪声本底(noise floor)，使得将需要大得多的输入信号用于适当的操作。另一重要考虑是自由层应平行于感测(或ABS)平面且平行于TTM的薄膜层的主平面纵向地被偏置，使得自由层磁稳定。这通常通过与TTM的第一和第二侧相邻的第一和第二硬偏置磁层实现。不幸的是，通过第一和第二侧之间的自由层的磁场不均匀，因为一部分磁化在自由层的中心区丢失于屏蔽。当TTM的道宽可在亚微米尺寸时这尤其麻烦。自由层的邻接硬偏置层的端部会被过偏置并且在其对来自移动介质的磁场信号的响应方面变得非常磁僵硬(magnetically stiff)。僵硬的端部会占去TTM的总长度的大部分并会显著降低TTM的信号大小。因此，需要解决这些问题，使得TTM可以适于在磁头和其它器件中使用。
技术实现思路
在本专利技术的一示例性实施例中，适于在磁头中使用的三端子磁传感器(TTM)具有基极区域、集电极区域和发射极区域。第一势垒层位于该发射极区域与该基极区域之间，第二势垒层位于该集电极区域与该基极区域之间。该TTM的气垫面(ABS)平面沿该基极区域、该集电极区域和该发射极区域的侧面确定。该基极区域包括自由层结构、被钉扎层结构、形成在该自由层结构与该被钉扎层结构之间的第一非磁间隔层、磁偏置该自由层结构的堆叠内(in-stack)纵向偏置层结构、以及形成在该自由层结构与该堆叠内纵向偏置层结构之间的第二非磁间隔层。在一变型中，该基极区域中的层被颠倒。该TTM可包括自旋阀晶体管(SVT)、磁隧道晶体管(MTT)、或双结结构。附图说明结合附图参考下面的详细说明之后，本专利技术的目的和优点对于本领域技术人员将变得明显。图1是盘驱动器的横截面图，其可包括具有三端子磁传感器(TTM)的磁头，该TTM包括自旋阀晶体管(SVT)；图2是图1的盘驱动器的顶视图；图3是一般SVT运行的示图；图4是TTM的透视图，其形成有金属层从而减小基极电阻；图5是另一TTM的透视图，其形成有另一金属层从而减小基极电阻；图6是再一TTM的透视图，其形成有另一金属层从而减小发射极电阻；图7A是TTM的一实施例的传感器平面(或ABS)视图，该TTM包括具有自由层结构、被钉扎层结构、以及将该自由层结构磁偏置的堆叠内纵向偏置层(LBL)结构的基极区域；图7B是图7A的实施例的一种变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域中的层被颠倒；图7C是图7A的实施例的另一变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构、堆叠内纵向偏置层(LBL)结构、以及自钉扎层结构；图7D是图7C的实施例的一种变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构、自钉扎层结构、以及也具有自钉扎层结构的堆叠内纵向偏置层(LBL)结构；图8A是TTM的另一实施例的传感器平面(或ABS)视图，该TTM包括具有自由层结构和被钉扎层结构的基极区域、以及具有将该自由层结构磁偏置的堆叠内LBL结构的集电极区域；图8B是图8A的实施例的一种变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域和堆叠内LBL结构的层被颠倒，使得基极区域具有自由层结构和被钉扎层结构且发射极区域具有堆叠内LBL结构；图8C是图8A的实施例的另一变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构和自钉扎层结构且集电极区域具有堆叠内LBL结构；图8D是图8C的实施例的变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构和自钉扎层结构且集电极区域具有也包括自钉扎层结构的堆叠内LBL结构； 图9A是TTM的再一实施例的传感器平面(或ABS)视图，该TTM包括具有自由层结构的基极区域、具有被钉扎层结构的发射极区域、以及具有将该自由层结构磁偏置的堆叠内LBL结构的集电极区域；图9B是图9A的实施例的一种变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构，发射极区域具有堆叠内LBL结构，集电极区域具有被钉扎层结构；图9C是图9A的实施例的另一变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构，发射极区域具有自钉扎层结构，集电极区域具有堆叠内LBL结构；图9D是图9C的实施例的变型的传感器平面(或ABS)视图，其中基极区域具有自由层结构，发射极区域具有自钉扎层结构，集电极区域具有也包括自钉扎层结构的堆叠内LBL结构；图10是双隧道结型TTM的一个实施例的传感器平面(或ABS)视图，该双隧道结型TTM包括具有自由层结构的基极区域、具有被钉扎层结构的发射极区域、以及具有将该自由层结构磁偏置的堆叠内LBL结构的集电极区域；图11是用于在图7-10的TTM中使用的反平行(AP)被钉扎层结构的传感器平面(或ABS)视图；以及图12A-21B是根据特定方法制造TTM的视图，优选按照所示顺序。具体实施例方式在本申请的一说明性实施例中，适于在磁头中使用的三端子磁传感器(TTM)具有基极区域、集电极区域和发射极区域。第一势垒层位于发射极区域与基极区域之间，第二势垒层位于集电极区域与基极区域之间。感测平面(sensing本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三端子磁传感器（ＴＴＭ），包括：基极区域；集电极区域；发射极区域；第一势垒层，其位于所述发射极区域与所述基极区域之间；第二势垒层，其位于所述集电极区域与所述基极区域之间；所述基极区域包括：自由层结构；被钉扎层结构；第一非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述被钉扎层结构之间；堆叠内纵向偏置层结构，其磁偏置所述自由层结构；以及第二非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述堆叠内纵向偏置层结构之间。

【技术特征摘要】
US 2005-1-10 11/032,5981.一种三端子磁传感器(TTM)，包括基极区域；集电极区域；发射极区域；第一势垒层，其位于所述发射极区域与所述基极区域之间；第二势垒层，其位于所述集电极区域与所述基极区域之间；所述基极区域包括自由层结构；被钉扎层结构；第一非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述被钉扎层结构之间；堆叠内纵向偏置层结构，其磁偏置所述自由层结构；以及第二非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述堆叠内纵向偏置层结构之间。2.如权利要求1所述的TTM，其中所述堆叠内纵向偏置层结构包括铁磁(FM)被钉扎层；以及非磁间隔层，其位于所述FM被钉扎层与所述自由层结构之间。3.如权利要求1所述的TTM，其中所述第一和所述第二势垒层中的至少一个包括导电层。4.如权利要求1所述的TTM，其中所述被钉扎层结构包括铁磁(FM)被钉扎层；以及反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述FM被钉扎层。5.如权利要求1所述的TTM，其中所述堆叠内纵向偏置层结构包括铁磁(FM)被钉扎层；以及反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述FM被钉扎层。6.如权利要求1所述的TTM，其中所述被钉扎层结构包括反平行(AP)被钉扎层结构；以及反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述AP被钉扎层结构。7.如权利要求1所述的TTM，还包括所述被钉扎层结构包括第一铁磁(FM)被钉扎层；第一反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第一FM被钉扎层；所述堆叠内纵向偏置层结构包括第二铁磁(FM)被钉扎层；以及第二反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第二FM被钉扎层。8.如权利要求1所述的TTM，还包括所述被钉扎层结构包括第一铁磁(FM)被钉扎层；第一反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第一FM被钉扎层；所述堆叠内纵向偏置层结构包括第二铁磁(FM)被钉扎层；第二反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第二FM被钉扎层；且所述第二AFM钉扎层包括与所述第一AFM钉扎层不同的材料。9.如权利要求1所述的TTM，还包括所述被钉扎层结构包括第一铁磁(FM)被钉扎层；第一反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第一FM被钉扎层；所述堆叠内纵向偏置层结构包括第二铁磁(FM)被钉扎层；第二反铁磁(AFM)钉扎层，其磁钉扎所述第二FM被钉扎层；且所述第二AFM钉扎层具有与所述第一AFM钉扎层的磁钉扎温度不同的磁钉扎温度。10.一种磁头，包括三端子磁(TTM)传感器；所述TTM具有基极区域；集电极区域；发射极区域；第一势垒层，其位于所述发射极区域与所述基极区域之间；第二势垒层，其位于所述集电极区域与所述基极区域之间；所述基极区域包括自由层结构；被钉扎层结构；第一非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述被钉扎层结构之间；堆叠内纵向偏置层结构，其磁偏置所述自由层结构；以及第二非磁间隔层，其位于所述自由层结构与所述堆叠内纵向偏置层结构之间。11.如权利要求10所述的磁头，其中所述堆叠内纵向偏置层结构包括铁磁(FM)被钉扎层；以及非磁间隔层，其位于所述FM被钉扎层与所述自由层结构之间。12.如权利要求10所述的磁头，其中所述第一和所述第二势垒层中的至少一个包括导电层。13.如权利要求10所述的磁头，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里R奇尔德雷斯，小罗伯特E方塔纳，杰弗里S利勒，
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]