隧道结和垂直于平面电荷磁记录传感器及其制造方法技术

公开了磁隧道结（ＭＴＪ）和垂直于平面电荷（ＣＰＰ）磁性传感器，所述传感器具有钉扎钉扎层中的磁化方向的一第一反铁磁层，和提供自由层的偏置稳定性的一第二反铁磁层。这两个反铁磁层可由相同材料形成，并且通过利用自旋翻转效应，可同时被初始化。公开了利用这些传感器的磁盘驱动器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可在磁盘驱动器中用于磁性回读的传感器及其制造方法。
技术介绍
许多应用中，要求磁性传感器具有很高的灵敏性。一个主要例子是磁盘驱动器中磁性回读传感器的应用。当记录信息的密度随着各个成功产品而增大时，传感器的所需灵敏度也必须增大。具有很高灵敏度的两类传感器是磁隧道结传感器(MTJ)和垂直于平面电荷传感器(CCP，charge perpendicular-to-plane)。这些传感器都依赖于利用穿过非磁性隔离薄层的自旋相关的电子运动。隔离层的一侧是称为钉扎(pinned)层的铁磁层，其中磁化方向是固定的。隔离层的另一侧是称为自由层的铁磁层，其中磁化方向是自由的，以便响应施加的磁场。在磁盘驱动器中，施加的磁场来自磁盘上先前写入的转变(transition)。在其它应用中，施加的磁场可来自外部磁体的位置，或者来自传感器相对于磁场的位置变化。在磁盘驱动器应用中，最好获得最大的灵敏度和线性度。为了获得最大的线性度，在不存在外部磁场的情况下，自由层中的磁化方向最好基本上与记录磁道的方向平行。另外，在不存在施加磁场的情况下，钉扎层的磁化方向最好垂直于自由层的磁化方向。因此，希望钉扎层中的磁化方向大体上垂直于记录磁道的方向。关于自由层的另一要求是存在纵向磁偏置稳定性。沿着自由层的平行于记录介质并垂直于磁道方向的轴线，在自由层中施加优选的磁化方向，可确保良好的线性度，并提供对诸如巴克豪森噪声之类有害效应的耐受性。提供钉扎层的钉扎的常见方法是邻近钉扎层放置一层反铁磁材料(AFM)。在磁头制造过程中的某一点，结构被加热到AFM的闭塞温度(blocking temperature)之上，并且装置被放置在与记录磁道的最终方向垂直的外部磁场中。AFM材料的闭塞温度是这样的温度在该温度之上，AFM材料不再具有任何交换耦合强度(exchange coupling strength)。随后在存在外部磁场的情况下冷却传感器。外加磁场将使钉扎层沿正确方向取向，并且当AFM冷却到闭塞温度之下时，交换耦合将维持钉扎层中的磁化方向。对于钉扎层来说，这是钉扎过程。该过程也被称为设置AFM。一种已知的自由层纵向偏置方法是提供两个硬磁体，分别位于一部分自由层的两侧。这被称为硬偏置(hard biasing)。通常最好使硬偏置材料与构成有效传感器的各层电绝缘。在传感器的制造过程中，必须通过把传感器放入导致磁化方向的永久取向的强磁场中，来设置硬磁体中的磁化方向。绝缘硬偏置磁体的要求会减损这种方法的效果。为自由层提供纵向偏置的优选方法是使用另一AFM层，并依赖交换耦合。该方法的主要困难在于自由层中的磁化方向必须基本上垂直于钉扎层中的磁化方向。从而，在磁场中加热及随后的冷却步骤对AFM层之一可能是合适的，但是不适用于另一AFM层。已知可使用两种不同的具有截然不同的两个闭塞温度的AFM材料。首先设置具有最高闭塞温度的AFM层。随后使磁场角度(field angle)旋转90度，在较低的温度下设置第二AFM层。通常存在一种既可用于钉扎层，又可用于自由层的纵向稳定的最佳AFM材料。但是，由于需要具有不同闭塞温度的AFM材料，因此有损AFM材料的最佳选择。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流而使用的磁性传感器，包括第一反铁磁层；在所述第一反铁磁层上形成的第一铁磁钉扎层，形成于所述钉扎层上的非磁性隔离层；形成于所述非磁性隔离层上的铁磁自由层；和支持所述铁磁自由层的磁偏稳定性的第二反铁磁层。最好，提供一种传感器结构和制造传感器的方法，允许使用可在不损害传感器其它方面的情况下被设置的两个AFM层。最好，提供一种磁性传感器制造的改进设计和方法，所述传感器具有大体垂直于传感器中各层的方向的检测电流。在优选实施例中，这些传感器把反平行钉扎亚结构用于钉扎层或自由层的偏置稳定。最好存在两层反铁磁层一层用于设置钉扎层的磁化方向，另一层供自由层的偏置稳定之用。这些AFM层可由相同的材料形成。最好利用自旋翻转效应(spin-flop effect)，在同一程序中同时初始化两个AFM层。根据一方面，本专利技术提供一种同时初始化磁性传感器中的两个反铁磁层的方法，所述磁性传感器具有一种AP钉扎亚结构，该亚结构包括第一铁磁层、与所述第一铁磁层交换耦合的第一反铁磁层和支持自由层的磁偏稳定性的第二反铁磁层，所述磁性传感器的使用利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流，所述方法包括把传感器放入一外部磁场中；调整所述磁场的强度，使所述AP钉扎亚结构中的所述第一铁磁层的磁化方向垂直于该外部磁场方向；把传感器加热到所述第一和第二反铁磁层的闭塞温度之上；在存在所述外部磁场的情况下，把传感器冷却到第一和第二反铁磁层的闭塞温度之下。根据另一方面，本专利技术提供一种磁存储系统，包括记录数据的磁存储介质；与所述磁存储介质连接的电机；在记录磁头组件和所述存储介质之间相对运动的时候，使所述记录磁头组件保持在存储介质附近的浮动块，所述记录磁头组件具有磁性传感器，所述磁性传感器包括第一反铁磁层、在所述第一反铁磁层上形成的钉扎层、形成于所述钉扎层上的非磁性隔离层、形成于所述非磁性隔离层上的自由层和支持所述自由层的偏置稳定性的第二反铁磁层；和与所述浮动块连接的悬架，所述悬架使所述浮动块定位以在磁盘上进行磁性记录；其中所述第一和第二反铁磁层由具有基本上相同的成分并具有基本上相同的闭塞温度的相同材料构成。根据一个优选实施例，提供一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流而使用的磁性传感器，包括第一反铁磁层；包含形成于所述第一反铁磁层上的反平行钉扎亚结构的钉扎层，所述反平行钉扎亚结构包括第一铁磁层，形成于所述第一铁磁层上的非磁性层，和形成于所述非磁性层上的第二铁磁层，其中所述第一铁磁层与所述第一反铁磁层交换耦合；形成于所述反平行钉扎亚结构的所述第二铁磁层上的非磁性隔离层；形成于所述非磁性隔离层上的铁磁自由层；和支持所述铁磁自由层的磁偏稳定性的反铁磁层。第一和第二反铁磁层最好由具有基本上相同的闭塞温度的相同材料构成。非磁性隔离层由导电材料或者由绝缘材料形成。根据一个优选实施例，提供一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流而使用的磁性传感器，包括第一反铁磁层；形成于所述第一反铁磁层上的钉扎第一铁磁层；形成于所述钉扎第一铁磁层上的第一非磁性隔离层；形成于所述非磁性隔离层上的第二铁磁自由层；与所述自由层耦合的反平行钉扎亚结构，包含第三铁磁层；和与所述第三铁磁层交换耦合的第二反铁磁层。所述反平行钉扎亚结构最好通过一第二非磁性隔离层与所述铁磁自由层耦合。所述反平行钉扎亚结构最好与一部分所述铁磁自由层耦合。在一个实施例中，提供一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流而使用的磁性传感器，包括第一反铁磁层；形成于所述第一反铁磁层上的第一钉扎铁磁层；形成于所述第一钉扎铁磁层上的第一非磁性隔离层；形成于所述第一非磁性隔离层上的自由层，所述自由层构成反平行钉扎亚结构；形成于所述自由层上的第二非磁性隔离层；和形成于第二非磁性隔离层上的第二反铁磁层。在一个实施例中，提供一种同时初始化磁性传感器中的两个反铁磁层的方法，所述磁性传感器具有包括第一铁磁层的AP钉扎亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流工作的磁性传感器，包括： 一第一反铁磁层； 在所述第一反铁磁层上形成的一第一铁磁钉扎层， 形成于所述钉扎层上的一非磁性隔离层； 形成于所述非磁性隔离层上的一铁磁自由层；和 支持所述铁磁自由层的磁偏稳定性的一第二反铁磁层。

【技术特征摘要】
US 2001-3-14 09/809,6861.一种利用基本上垂直于传感器中各层的平面施加的检测电流工作的磁性传感器，包括一第一反铁磁层；在所述第一反铁磁层上形成的一第一铁磁钉扎层，形成于所述钉扎层上的一非磁性隔离层；形成于所述非磁性隔离层上的一铁磁自由层；和支持所述铁磁自由层的磁偏稳定性的一第二反铁磁层。2.按照权利要求1所述的磁性传感器，其中所述钉扎层包括一反平行钉扎亚结构，所述反平行钉扎亚结构包括一第一铁磁层，形成于所述第一铁磁层上的一非磁性层，和形成于所述非磁性层上的一第二铁磁层，其中所述第一铁磁层与所述第一反铁磁层交换耦合，其中所述非磁性隔离层形成于所述反平行钉扎亚结构的所述第二铁磁层上。3.按照权利要求1或2所述的磁性传感器，其中所述第一和第二反铁磁层由具有基本上相同的闭塞温度的相同材料制成。4.按照权利要求3所述的磁性传感器，其中所述非磁性隔离层由导电材料形成。5.按照权利要求3所述的磁性传感器，其中所述非磁性隔离层由绝缘材料形成。6.按照前述任意权利要求所述的磁性传感器，包括与所述自由层耦合，包括一第三铁磁层的一反平行钉扎亚结构；和与所述第三铁磁层交换耦合的一第二反铁磁层。7.按照权利要求6所述的磁性传感器，其中所述反平行钉扎亚结构通过一第二非磁性隔离层与所述铁磁自由层耦合。8.按照权利要求6所述的磁性传感器，其中所述反平行钉扎亚结构与一部分所述铁磁自由层耦合。9.按照前述任意权利要求所述的磁性传感器，其中所述自由层包括一反平行钉扎亚结构，其中所述传感器还包括形成于所述自由层上的一第二非磁性隔离层，和...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特比奇，
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]