剪型电流垂直于平面巨磁致电阻传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种剪型电流垂直于平面巨磁致电阻传感器。剪型电流垂直于平面巨磁致电阻传感器具有磁阻尼的自由层，在一个实施例中，两个自由层中的每个与阻尼层接触，该阻尼层包括Ｐｔ、Ｐｄ或者镧系元素（从Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｈ、Ｙｂ和Ｌｕ构成的组中选出的元素）。两个自由层中的每个具有一个与传感器的导电非磁性间隔层接触的表面和与相关的阻尼层接触的另一个表面。非磁性膜可以位于每个自由层和与其相关的阻尼层之间。在另一个实施例中，阻尼元素作为两个自由层中的每个中的掺杂剂或者杂质存在。在另一个实施例中，阻尼元素的纳米层位于两个自由层中的每个中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地涉及一种基于巨,兹致电阻(giant magnetoresistance, GMR) 效应的电流垂直于平面(current-perpendicular-to-the-plane, CPP )传感器，该 传感器以4企测电流(sense current)垂直地指向构成传感器的堆叠(stack)的 层的平面来运行，更具体地，本专利技术涉及一种具有双检测层或自由层的剪型 (scissoring-type ) CPP-GMR传感器。
技术介绍
一种用作石兹记录盘驱动器(magnetic recording disk drive )中读头的传统 磁致电阻传感器是基于巨磁致电阻(GMR)效应的传感器。GMR传感器具 有层的堆叠，该层的堆叠包括由非磁性导电间隔层(一般为铜(Cu))隔开 的两个铁磁层。在一种称作"自旋阀(spin-valve)"的GMR传感器中，一 个铁磁层具有固定的磁化方向，例如通过与相邻反铁磁层交换耦合而被钉 扎；另一个铁磁层具有当存在外部磁场时自由旋转的磁化方向。当检测电流 施加到传感器并且存在施加》兹场时，自由层磁化相对于固定层》兹化的旋转可 以:探测为电阻的变化。在磁记录盘驱动器的自旋阀读传感器或读头中，层的堆叠位于磁屏蔽层 之间的读"间隙(gap)"中。固定层或被钉扎层的磁化通常垂直于盘的平 面，自由层的磁化在不存在外部磁场时通常平行于盘的平面。当暴露到来自 盘上的记录数据的外部磁场时，自由层的磁化将旋转，引起电阻变化。如果 流过堆叠的检测电流平行地指向传感器堆叠中的层的平面，则传感器被称作 电流在平面内(current-in-the-plane, CIP )传感器，而如果斥企测电流垂直地指 向传感器堆叠中的层的平面，则其被称作电流垂直于平面(CPP)传感器。 A, Tanaka等人报道了 CPP-GMR自旋阀型的读头("Spin-valve heads in the current-perpendicular-to-plane mode for ultrahigh-density recording", /￡E￡ 7hmsac/7'(ms1M2g"e/7'cs， Vol. 38 (1): 84-88 Part 1, Jan 2002 )。CPP-GMR传感器易受到电流引起的噪声和不稳定性的影响。自旋极化 (spin-polarized)偏置电流或4企测电流垂直地流过铁》兹层并产生对局部》兹化 的自旋转移扭矩(spin transfer torque, STT )。这可以产生连续的石兹化回转 (magnetization gyration )，如果偏置电流在某个水平之上则导致大量的低频 磁噪声。此效应由J.隱G. Zhu等人报道，("Spin transfer induced noise in CPP read heads" ， 7hmsac"'o/w ow Mag"e"cs， Vol. 40， Jan 2004， pp. 182-188 )。 为了使CPP-GMR传感器中的信号和信噪比(SNR)最大化，期望在高的偏 置电流密度下运行传感器。然而，STT的不良影响限制了传感器可以运行的 偏置电流。将此问题减轻到一定程度的一个方案是增大铁磁自由层的磁阻尼 (magnetic damping),即增大磁化(自旋系统)与其主晶格的磁化之间的 有效热耦合。具有由STT引起的磁化回转的自由层将比它能够通过STT从 偏置电流吸收能量更快地失去能量给晶格。转让给与本申请相同的受让人的 US 2006/0221512 Al描述了具有反平行自由层(AP-free )结构的CPP-GMR 传感器，即具有跨过Ru间隔层的反平行取向的磁化的两个自由层，其中一 个自由层包括NiFeTb膜，用于跨过Ru间隔层磁阻尼另一自由层。然而， CPP-GMR传感器中的自由层的磁阻尼并没有解决与被钉扎层相关的STT问 题。交换耦合到反铁磁层的被钉扎层难以以所提出的与自由层相同的方式磁 阻尼，因为需要保持磁性层到被钉扎层的高的交换耦合和/或参考层与被钉扎 层之间高的AP耦合(如果使用AP-被钉扎(AP-pinned )结构)。已经提出了一种不具有铁磁被钉扎层的CPP-GMR传感器，但是替代地， 具有由非磁性间隔层隔开的双铁磁检测层或自由层。在不存在施加磁场时， 两个自由层的磁化方向或者磁化矢量基本彼此正交地取向，在待测磁场的检 测方向上有平行的》兹化分量，在正交方向上有反平行分量。当检测电流垂直 地施加到传感器堆叠中的层并且存在沿^^测方向的施加》兹场时，两个^t化矢 量改变它们的相对于彼此的角度，这被探测为电阻的变化。由于两个自由层 的磁化方向的这种行为，这种类型的CPP-GMR传感器将在这里被称作"剪 型"CPP-GMR传感器。在剪型CPP-GMR传感器中，不需要铁磁被钉扎层， 从而不需要反铁磁钉扎层。然而，在传感器背面(与气垫面(air-bearing surface)相反)的单层的硬磁材料用来偏置两个自由层的磁化方向，使得它 们在静止的状态时(即在不存在施加磁场时)彼此大致正交。如果没有硬偏 置层，两个自由层的磁化方向将倾向于彼此反平行取向。这种反平行取向的趋势来自于一旦两个自由层被图案化为传感器尺寸在这两个自由层之间的 强烈的静^兹相互作用，但也可以是自由层之间的i^争过间隔层的交换耦合的结果。Seigler等人报道了剪型CPP-GMR 传感器， ("Current-perpendicular-to-plane multilayer sensors for magnetic recording", ZE￡￡ rraraac"wwMag"幼'c^， Vol. 39 (3), May 2003, pp. 1855-1858以及US 7035062B2)。然而，剪型CPP-GMR传感器仍易受STT的影响，这限制了 偏置电流密度，并由此限制了传感器的灵每文度。除了 STT引起的不稳定性，剪型CPP-GMR传感器容易受到不同来源的 磁不稳定性的影响。所探测的信号场与来自传感器上的硬偏置层的偏置场共 线排列，而不是如传统的CPP-GMR自旋阀型传感器的在每侧具有两个硬偏 置层的情形那样正交排列。在信号场反平行于偏置场的情况下，剪型传感器 上总的施加场在大小上减小(尤其出现在磁道边缘)，传感器将比自旋阀型 传感器(其中传感器上的总施加场从不小于硬偏置场(在磁道边缘处最强)) 更容易受到磁不稳定性的影响。这通常使得与自旋阀传感器相比，剪型传感 器的稳定性更难以实现。需要一种能够在高偏置电流密度下运行而没有磁不稳定性的剪型 CPP-GMR传感器。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有》兹阻尼自由层的剪型CPP-GMR传感器。在一个实 施例中，两个自由层中的每个与包括Pt或Pd或锎系元素(从La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Th、 Yb和Lu构成的组中选出 的元素)的阻尼层接触。两个自由层中的每个具有与传感器的导电非磁性间 隔层接触的一个表面和与相关阻尼层接触的另 一个表面。非磁性膜可以位于 每个自由层和与其相关的阻尼层之间。在另一个实施例中，稀土金属作为两 个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻传感器，能够在检测电流垂直地施加到该传感器中的层的平面时检测外部磁场，所述磁致电阻传感器包括：　基板；　第一检测结构，在所述基板上并包括第一铁磁层，所述第一铁磁层具有在存在施加磁场时自由旋转的平面内磁化方向和从Ｐｔ、 Ｐｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｈ、Ｙｂ和Ｌｕ构成的组中选出的元素；　非磁性间隔层，在所述第一铁磁层上；以及　第二检测结构，在所述基板上并包括在所述非磁性间隔层上的第二铁磁层，所述 第二铁磁层具有平面内磁化方向，该平面内磁化方向在不存在施加磁场时与所述第一铁磁层的磁化方向不平行且在存在施加磁场时自由旋转，并且所述第二铁磁层具有从Ｐｔ、Ｐｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｈ、Ｙｂ和Ｌｕ构成的组中选出的元素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马修J凯里，杰弗里R奇尔德雷斯，斯蒂芬马特，尼尔史密斯，
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]