电流垂直于平面磁阻传感器及其制造方法技术

一种电流垂直于平面的磁阻传感器具有用于靠传感电流产生的磁场稳定自由层的附加层。铁磁稳定层通过间隔层与自由层隔开并与第二反铁磁层交换耦合，第一反铁磁层是常规铁磁层，用于在ＣＰＰ传感器中钉扎被被钉扎层。稳定层为涡旋或其它非纵向磁化模式，该稳定层的涡旋磁化模式通过与第二反铁磁层交换耦合固定。稳定层穿过间隔层被铁磁耦合到自由层，由此在无传感电流和外部磁场的情况下自由和稳定层具有相似形状的涡旋或其它非纵向磁化模式。传感电流在自由层中产生涡旋磁场，其方向与稳定层中固定的涡旋磁化模式的方向相反，该场基本上消除了自由层中的涡旋磁化模式的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流垂直于平面(CPP)磁阻传感器，它使用方向垂直于构成传感器堆叠的层的平面的传感电流工作。
技术介绍
一种类型的经常被称为“旋阀”(SV)的常规磁阻传感器，具有包括由非磁性间隔层分开的两个铁磁性层。一个铁磁性层具有固定的磁化方向，例如通过与邻近的反铁磁性层交换耦合来固定，另一个铁磁性层具有“自由”的磁化方向，以在存在外部磁场时旋转。随着将传感电流施加到传感器，相对于固定层磁化的自由层磁化的旋转因电阻的改变而可以检测。SV型磁阻传感器一般使用与在传感器层堆叠中的层的平面方向平行的传感电流工作，因此它被称为平面中电流(CIP)传感器。在磁盘驱动器CIP-SV读出传感器或头中，在没有外部磁场的情况下，固定或被钉扎层的磁化通常垂直于磁盘平面，自由层的磁化通常平行于磁盘的平面。当暴露于来自磁盘上所记录数据的外部磁场时，自由层磁化将旋转，使得电阻改变。已经提出了使用垂直于传感器堆叠中层的平面的传感电流(CPP)工作的SV型磁阻传感器。CPP-SV读出头由A.Tanaka et al.，“Spin-valve heads inthe current-perpendicular-to-plane mode for ultrahigh-density recording”，IEEETRANSACTIONS ON MAGNETICS，38(1)84-88 Part 1 JAN 2002描述。另一种CPP传感器是磁性隧道结(MTJ)传感器，其中非磁性间隔层是很薄的非磁性绝缘隧道障碍层。在MTJ传感器中垂直通过各层的隧道电流取决于两个铁磁层中相对的磁化方向。在MTJ磁阻读出头中间隔层被电绝缘并且典型为氧化铝(Al2O3)，而在CPP-SV磁阻读出头中间隔层是导电的并且典型为铜。在所有的CIP-SV、CPP-SV和MTJ读出头中，为了最大的读出头稳定性和无磁滞响应线性，在没有外部磁场时自由层的磁化应该保持在饱和单磁畴状态。在此状态下，在自由层中所有部分的局部磁化，包括端部和侧面，基本上为“纵向”，即沿着自由层的长度方向和头的交叉轨迹方向并与磁性记录介质平面平行。铁磁偏移层一般用于获得自由层的纵向偏移。美国专利5729410描述了一种具有纵向偏移层的MTJ传感器，该纵向偏移层位于自由层侧边附近的传感器堆叠的外面，但是通过绝缘材料与自由层侧边隔开。美国专利6023395和6473279描述了具有位于传感器堆叠中的纵向偏移层的CPP传感器。即使它们具有纵向偏移自由层，CPP传感器也要经受影响自由层磁化稳定性的额外问题。由垂直流过自由层的传感电流产生的磁场在自由层引起磁距，并远离可能引起自由层不稳定的偏移场的方向旋转。对于较高信号所需的高传感电流密度在自由层中产生较高的磁场，并由此产生自由层磁化的较大不稳定性。例如，通过具有超越纵向偏移场和自由层各向异性场的传感电流产生的场的自由层的均匀电流密度分布将产生涡旋磁畴状态，而不是单个纵向磁畴状态。另一个例子是通过具有局部超越纵向偏移场和自由层各向异性场的传感电流产生场的自由层的非对称电流密度分布。这可以引起在自由层中高的非均匀磁畴状态的形成，它造成传感器不想要的自偏移。我们所需要的是即使在高密度传感电流下在单个纵向磁畴中具有磁化稳定的自由层的CPP磁阻传感器。
技术实现思路
本专利技术是具有用于靠传感电流产生的磁场稳定自由层的附加层的CPP磁阻传感器。铁磁稳定层通过间隔层与自由层隔开并与第二反铁磁层交换耦合，第一反铁磁层是常规铁磁层，用于在CPP传感器中钉扎被被钉扎层。稳定层为涡旋或其它非纵向磁化模式，在下面简称为涡旋磁化模式。该稳定层的涡旋磁化模式通过与第二反铁磁层交换耦合固定。而且，稳定层穿过间隔层被铁磁耦合到自由层，由此在无传感电流和外部磁场的情况下自由和稳定层具有相似形状的涡旋或其它非纵向磁化模式。在CPP传感器的操作中，传感电流在自由层中产生通常的环状方向的涡旋磁场，其方向与稳定层中固定的涡旋磁化模式的方向相反。该传感电流产生场基本上抵消涡旋磁化模式并基本上“消除”自由层中的涡旋磁化模式的影响。结果是自由层中优选单个磁畴的纵向磁化没有不利影响，自由层可以基本上作为单个磁畴在记录介质上响应磁转变。CPP传感器的一个重要要求是第二反磁性层具有低于第一反磁性层的阻塞温度TBH的阻塞温度TBL。CPP传感器通过在外部施加纵向磁场来设定传感器被被钉扎层的磁化方向的情况下将温度提高到TBH以上来制造。在温度降低到TBH以下且消除外部施加的磁场后，被被钉扎层具有通过与第一反磁性层交换耦合而固定的磁化。然后将温度提高到TBL以上而低于TBH。然后垂直通过传感器层的堆叠来施加和传感电流值基本相同的设定电流，并在整个传感器中在与传感电流相反的方向施加。此设定电流产生通常具有涡旋形状的磁场，该磁场使自由层和稳定层形成涡旋或其它非纵向磁化模式。然后在设定电流中将该结构冷却到TBL以下。这使稳定层与第二反铁磁层交换耦合，造成在稳定层中涡旋或其它非纵向磁化模式的空间固定。由于稳定层穿过间隔层反铁磁耦合到自由层，所以自由层将具有类似形状的涡旋磁化模式。因此该结构制造后在无传感电流时，作为穿过间隔层反铁磁耦合到稳定层的结果，自由层将具有保持在适当位置的涡旋磁化模式。为了更充分地理解本专利技术的特性和优点，应结合附图参考下面的具体说明。附图说明图1是传统的现有技术的CPP传感器的剖面图。图2是由传感电流引起的CPP传感器自由层中的涡旋磁化模式的示意图。图3是表示在无传感电流时在自由层中固定涡旋磁化模式的本专利技术CPP传感器的剖面图。图4是在本专利技术的CPP传感器中自由层和稳定层的涡旋磁化模式上传感电流引起的磁场效应的示意图。具体实施例方式现有技术图1是现有技术CPP传感器200的剖面图。传感器200包括在基板202上形成的层的堆叠201，就读出头来说它为底部磁屏蔽，它也用作底部电导线。在堆叠201上的顶部磁屏蔽216也用作顶部电导线。在堆叠201中的层包括具有固定横向(向页内)磁距或磁化方向207的钉扎铁磁层206、具有可以响应横向外部磁场在层210面中旋转的磁距或磁化矢量211的自由铁磁层210、以及在被钉扎层206和自由层210之间的无磁性间隔层208。被钉扎层206与在基板202上面的合适的晶粒层或衬层203上形成的反铁磁层204交换耦合。由此固定被钉扎层206的磁化方向207并且不在所关心的范围内的外部磁场出现时旋转，即来自记录数据的磁场。对于CPP-SV传感器，间隔层208是导电的，并且通常由铜形成。对于MTJ传感器，间隔层208为电绝缘隧道障碍层，一般为氧化铝(Al2O3)。顶层230，一般由Ta或Ru形成，可以形成在自由层210的顶部。钉扎和自由层一般由Co、Fe和Ni的一种或多种合金形成，或者由两种合金的双层形成，例如CoFe-NiFe双层。反铁磁层204一般由FeMn、PtMn、NiMn、PdPtMn、RhMn、CrPtMn、FeRhMn或IrMn形成。磁屏蔽/电导线202、216通常由铁镍合金(NiFe)或铝硅铁(FeAlSi)形成。传感器200包括自由层210的侧边221、223附近、传感器堆叠外面的纵向偏移层212。偏移层212可以由硬铁磁材料形成，例如CoPt或CoCr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻传感器，包括层的堆叠，并且在垂直于堆叠中的层面施加传感电流时能够传感外部磁场，层的堆叠包括：第一非磁性间隔层；第二非磁性间隔层；在第一和第二间隔层之间并具有在无外部磁场时方向基本上纵向沿层的长度的磁化方向的自 由铁磁层，在具有所关心的范围内的外部磁场时所述自由层磁化方向基本上自由旋转；与第一间隔层邻近的并具有以优选方向定向的磁化方向的被钉扎铁磁层；交换耦合到被被钉扎层并在具有所关心的范围内的外部磁场时防止被钉扎被钉扎层磁化大幅旋转 的第一反铁磁层；与第二间隔层邻近的铁磁稳定层；以及与稳定层交换耦合的第二反铁磁层，第二反铁磁层具有低于第一反铁磁层阻塞温度的阻塞温度，在无外部磁场时和无传感电流时稳定层和自由层具有穿过第二间隔层磁耦合的非纵向磁畴。

【技术特征摘要】
US 2004-2-10 10/776,4841.一种磁阻传感器，包括层的堆叠，并且在垂直于堆叠中的层面施加传感电流时能够传感外部磁场，层的堆叠包括第一非磁性间隔层；第二非磁性间隔层；在第一和第二间隔层之间并具有在无外部磁场时方向基本上纵向沿层的长度的磁化方向的自由铁磁层，在具有所关心的范围内的外部磁场时所述自由层磁化方向基本上自由旋转；与第一间隔层邻近的并具有以优选方向定向的磁化方向的被钉扎铁磁层；交换耦合到被被钉扎层并在具有所关心的范围内的外部磁场时防止被钉扎被钉扎层磁化大幅旋转的第一反铁磁层；与第二间隔层邻近的铁磁稳定层；以及与稳定层交换耦合的第二反铁磁层，第二反铁磁层具有低于第一反铁磁层阻塞温度的阻塞温度，在无外部磁场时和无传感电流时稳定层和自由层具有穿过第二间隔层磁耦合的非纵向磁畴。2.如权利要求1所述的传感器，其中稳定层和自由层穿过第二间隔层铁磁耦合。3.如权利要求1所述的传感器，其中稳定层和自由层的非纵向磁耦合磁畴在自由层内方向基本上为涡旋磁化模式。4.如权利要求1所述的传感器，其中在具有传感电流时自由层基本上没有非纵向磁畴。5.如权利要求1所述的传感器，其中第一非磁性间隔层是导电的。6.如权利要求1所述的传感器，其中传感器是磁性隧道结，并且其中第一非磁性间隔层是电绝缘的。7.如权利要求1所述的传感器，其中第二间隔层由钌(Ru)、铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)、钒(V)、铌(Nb)或者这些材料的合金构成的组中选择的材料形成。8.如权利要求1所述的传感器，其中第一和第二反铁磁层的每一个由FeMn、PtMn、NiMn、PdPtMn、RhMn、CrPtMn、FeRhMn和IrMn构成的组中选择的材料形成。9.如权利要求8所述的传感器，其中第一和第二反铁磁层的每一个由基本上相同的材料形成，第二反铁磁层的厚度小于第一反铁磁层的厚度。10.如权利要求1所述的传感器，进一步包括在堆叠外面自由层的每个侧边附近用于沿其长度纵向偏移自由层磁化方向的铁磁偏移层。11.一种用于在给头施加传感电流时传感在磁记录介质上记录的数据的电流垂直于平面旋阀磁阻读出头，该头包括基板；在基板上的第一反铁磁层；与第一反铁磁层交换耦合并具有方向基本上垂直于记录介质平面的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉卡什卡西拉杰，斯蒂芬马特，
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]