专利名称：具有偏置层受控磁致伸缩的反向平行搭接自旋阀的制作方法
技术领域：
一般说来，本发明涉及从一种磁性介质读取信息的自旋阀磁阻传感器，尤其是涉及一种引线重叠的自旋阀传感器，它带有偏置层受控磁致伸缩，以便对于反向平行耦合的引线传感器重叠(搭接)区域进行固定。
背景技术：
计算机往往包括辅助存储设备，数据可以写入其中的介质上，而且数据还可以从其中的介质上读出以备后用。一种包含旋转磁盘的直接存取存储设备(磁盘驱动器)，通常用于在盘片表面上以磁场形式存放数据。数据记录在盘片表面上同心的、径向上分隔的磁道中。然后使用包括读取传感器的磁头，从盘片表面上的磁道中读取数据。
在高容量磁盘驱动器中，通常称为MR传感器的磁阻(MR)磁头传感器正是主流读取传感器，因为与薄膜感应磁头相比，它们能够从磁道和线密度更高的盘片表面读取数据。MR传感器通过其MR敏感层(也称为“MR元件”)的电阻变化来探测磁场，该电阻与MR层正在检测的磁通量的强度和方向有关。
常规MR传感器的工作原理是基于各向异性磁阻(AMR)效应，对于MR元件中的磁化方向和流经MR元件之检测电流的方向，MR元件的电阻随其夹角余弦的平方变化。因为从已记录的磁性介质(信号场)发出的外部磁场使MR元件的磁化方向改变，这又使MR元件的电阻改变，使对应的检测电流或电压改变，所以能够从磁性介质中读取已记录的数据。
另一种类型的MR传感器是呈现出巨磁阻(GMR)效应的GMR传感器。在GMR传感器中，MR检测层之电阻的变化，取决于由一个非磁性层(隔离层)分开的磁性层之间传导电子的自旋相关的传输，也取决于伴随的自旋相关的散射(发生在磁性和非磁性层的界面以及磁性层之内)。仅仅使用由一层非磁性材料(如铜)分开的两层铁磁材料(如Ni-Fe)的GMR传感器，通常称为呈现出自旋阀(SV)效应的SV传感器。
图1显示了一个SV传感器100，它包括由一个中心区域102分开的末端区域104和106。第一个铁磁层称为固定层120，在典型情况下，通过与反铁磁(AFM)层125交换耦合而使其磁化强度固定(固定)。称为自由层110的第二个铁磁层的磁化强度不固定，可以自由旋转，以响应已记录磁性介质(信号场)发出的磁场。一个非磁性的导电隔离层115，把自由层110与固定层120分开。分别在末端区域104和106形成的硬偏置层130和135，为自由层110提供了纵向偏置。分别在硬偏置层130和135上形成的引线140和145，为检测SV传感器100的电阻提供了导电连接。在SV传感器100中，因为流经引线140和145的检测电流是在SV传感器层的平面中，所以该传感器称为平面内电流(CIP)SV传感器。IBM的、授予Dieny等人的5,206,590号美国专利，公开了基于SV效应而操作的一种GMR传感器。
另一种类型的自旋阀传感器是反向平行(AP)固定型自旋阀传感器。AP固定型自旋阀传感器与简单的自旋阀传感器的不同之处在于，AP固定型结构具有多个薄膜层，而不是只有单一自身固定层。AP固定型结构具有一个反向平行耦合(APC)层，夹在第一和第二铁磁固定层之间。第一固定层通过与反铁磁固定层交换耦合而使其磁化强度朝向第一方向。第二固定层紧靠着自由层，并且因为第一和第二固定层之间APC层选定的厚度(在8的量级)，与第一固定层反向平行交换耦合。所以第二固定层的磁化强度朝向第二方向，它与第一固定层的磁化强度方向反向平行。
AP固定型结构优于单一固定层，因为AP固定型结构第一和第二固定层的磁化强度相减组合提供的净磁化强度，小于单一固定层的磁化强度。净磁化强度的方向由第一和第二固定层中较厚者确定。降低后的净磁化强度等同于降低了AP固定型结构的退磁场。由于反铁磁交换耦合与净固定磁化强度成反比，这就增强了第一固定层和反铁磁固定层之间的交换耦合。在共同授予Heim和Parkin的5,465,185号美国专利中，介绍了一种AP固定型自旋阀传感器。
一个典型的自旋阀传感器具有顶和底表面以及第一和第二侧表面，它们在一个气垫表面(ABS)上相交，ABS是传感器的暴露表面，它面向磁盘。现有技术的读磁头采用第一和第二硬偏置层以及毗邻第一和第二侧表面的第一和第二引线层，使传感器中的自由层纵向偏置和稳定，并且使检测电流横穿传感器。磁头的磁道宽度是在自由层侧表面的中心之间测量的。在致力于把磁道宽度缩小到亚微米水平时，已经发现硬偏置层使自由层磁僵硬，使得其磁矩不能自由地响应旋转磁盘发出的场信号。所以，对于亚微米磁道宽度的自旋阀传感器，非常需要它仍然对横越自由层之纵向偏置的旋转磁盘发出的信号敏感，使得自由层保持在单一磁畴状态。在非常大容量的驱动器中，还需要自旋阀传感器具有一个薄层结构，以便提供所需的高读取分辨率。
发明内容
所以，本发明的一个目的是公开一种自由层高度稳定的自旋阀传感器，它对于旋转磁盘发出的信号反应高度灵敏。
本发明的另一个目的是公开一种自旋阀传感器，在引线/传感器重叠区域带有自固定的、反向平行耦合的偏置层。
本发明的再一个目的是公开一种自旋阀传感器，在由具有负磁化系数的材料形成的引线重叠区域，具有铁磁偏置层。
本发明还有一个目的是公开一种自旋阀传感器，在引线重叠区域具有自固定的铁磁偏置层，包括第一偏置子层和第二偏置子层，前者用于提供与自由层的强反铁磁耦合，后者具有负磁化系数，用于提供强自固定。
按照本发明的原理，公开了本发明的一个实施例，其中一种自旋阀(SV)传感器在第一和第二侧表面之间具有一个横截长度，它划分为第一和第二被动区域之间的一个磁道宽度区域，该磁道宽度区域由第一和第二引线层确定。该SV传感器包括一个固定层、一个隔离层和一个自由层，自由层处于传感器的顶部。在第一和第二被动区域中，一个其厚度大于自由层的厚度的铁磁偏置层与自由层反向平行(AP)耦合。该铁磁偏置层是由具有负磁化系数的材料形成。由于在Al2O3基底上形成的SV传感器通常在ABS的平面内受到压缩应力，所以使用负磁化系数大的材料会产生高应力值引起的、平行于ABS的各向异性场，以便在第一和第二被动区域中的偏置层产生强的自固定。
若干铁磁材料的总单轴各向异性场Hk，是固有的单轴各向异性场Hk与应力引起的单轴各向异性场Hσ之和。固有的单轴各向异性场Hk往往简称为单轴各向异性场，通常由薄膜生成期间施加的磁场控制，或者由薄膜沉积的其它条件控制。应力引起的单轴各向异性场Hσ，与铁磁材料的磁化系数λ和施加在材料上的拉伸或压缩应力σ之积成正比。因为在Al2O3基底上形成的SV传感器通常在ABS的平面内受到压缩应力，所以使用负磁化系数大的材料会产生平行于ABS的Hσ高值，这是本发明在偏置层产生强的自固定所需要的。
在本发明中，偏置层所用的材料最好是具有高值的负饱和磁化强度(kS)和高固有单轴各向异性(Hk)。为了达到这个目的，高饱和磁化强度定义为kS[-5×10-6，高固有单轴各向异性定义为Hkm 10Oe。
在第一个实施例中，铁磁偏置层包括第一偏置子层和第二偏置子层，前者用于提供与自由层的强反铁磁耦合，后者具有高的负磁化系数，用于提供强自固定。在第二个实施例中，公开了一种SV传感器，它带有单一的偏置层，其负磁化强度产生强自固定。
在以下的文字说明中，本发明的以上及其它目的、特性和优点将变得显而易见。
附图简要说明为了更全面地理解本发明的性质和优点以及使用的优选模式，应当参考以下的详细说明，阅读时连同附图。在以下的附图中，相同的引用号指示所有附图中相同或类似的部分。
图1是现有技术SV传感器的气垫表面图，未按比例；图2是一个磁盘记录驱动器系统的一幅简图，使用了本发明的SV传感器；图3是一个“背负式”读/写磁头垂直剖面图，未按比例；图4是一个“合并式”读/写磁头垂直剖面图，未按比例；图5是本发明的引线重叠SV传感器第一个实施例的气垫表面图，未按比例；图6是本发明的引线重叠SV传感器第二个实施例的气垫表面图，未按比例。
具体实施例方式
以下说明是为了贯彻本发明，目前预期的最佳实施例。本说明是为了展示本发明的一般原理，并非试图限制本文要求的发明概念。
现在参考图2，其中显示了一个磁盘驱动器200，它实现了本发明。如图2所示，至少一片可旋转的磁盘212支撑在主轴214上，并且由一个磁盘驱动器电机218转动。每片磁盘上的磁记录介质，其形式都是盘片212上的同心数据磁道的环形模式(未显示)。
至少一个浮动块213置于盘片212上，每个浮动块213都支撑着一个或多个读/写磁头221，而磁头221包含着本发明的SV传感器。当盘片旋转时，浮动块213在盘片表面222上径向移动出入，使得磁头221可以存取盘片上记录着所需数据的不同部位。每个浮动块213都利用一种悬挂215，附着在驱动臂219上。悬挂215提供了一种轻微的弹力，它产生浮动块213向着盘片表面222的偏压。每条驱动臂219都附着在一个动臂机构227上。图2所示的动臂机构可以是一种音圈电机(VCM)。VCM包括一个线圈，可以在一个固定磁场之内移动，线圈移动的方向和速度受控于一个控制器229提供的电机电流信号。
在磁盘存储系统运行期间，盘片212的旋转在浮动块213(包括磁头221并且面向盘片212表面的浮动块213之表面，称为气垫表面(ABS))和盘片表面222之间产生一种气垫，它在浮动块上施加了一种向上的力或者说升力。因此，气垫就平衡了悬挂215的轻微弹力，支撑浮动块213离开并稍微高于盘片表面，在正常运行时形成一个基本上不变的小间隔。
磁盘存储系统的多种部件在运行中受控于控制单元229产生的控制信号，比如存取控制信号和内部时钟信号。典型情况下，控制单元229包括若干逻辑控制电路、若干存储芯片和一个微处理器。控制单元229产生控制信号来控制多种系统操作，比如线路223上的驱动器电机控制信号和线路228上的磁头位置和搜索控制信号。线路228上的控制信号提供了所需的电流变化，使浮动块213最优地移动和定位到盘片212上的所需数据磁道。读写信号利用记录通道225，往来于读/写磁头221。记录通道225可以是一个部分响应最大似然(PRML)通道，或者是一个峰值探测通道。业内和本领域的技术人员对这两种通道的设计和实施都了如指掌。在本优选实施例中，记录通道225是一个PRML通道。
典型磁盘存储系统的以上说明，以及图2的伴随展示仅仅是为了表达之用。显而易见，磁盘存储系统可以包含众多的盘片和驱动臂，而且每条驱动臂可以支撑许多浮动块。
图3是一个“背负式”读/写磁头300的侧向剖面图，它包括一个写磁头部位302和一个读磁头部位304，读磁头部位采用了一个依据本发明的自旋阀传感器306。传感器306夹在非磁性绝缘的第一读取间隙层308和第二读取间隙层310之间，这些读取间隙层又夹在铁磁性的第一屏蔽层312和第二屏蔽层314之间。传感器306的电阻随着外部磁场而改变。通过传感器传导的检测电流IS使这些电阻变化显现为电压变化。然后图2所示数据记录通道225的处理电路把这些电压变化作为读回信号处理。
读/写磁头300的写磁头部位302包括一个线圈层316，夹在第一绝缘层318和第二绝缘层320之间。为了使磁头平整，可以采用第三绝缘层322来消除线圈层316使第二绝缘层320产生的波纹。第一、第二和第三绝缘层业内称为绝缘堆。线圈层316以及第一绝缘层318、第二绝缘层320和第三绝缘层322夹在第一极靴层324和第二极靴层326之间。第一极靴层324和第二极靴层326在后间隙328处导磁连接，在ABS 340处具有第一极尖330和第二极尖332，由一个写间隙层334分开。一个绝缘层336位于第二屏蔽层314和第一极靴层324之间。由于第二屏蔽层314和第一极靴层324是分开的层，所以这种读/写磁头称为“背负式”磁头。
除了第二屏蔽层414和第一极靴层424是一个公共层以外，图4与图3相同。这种类型的读/写磁头称为“合并式”磁头400。在图4的合并式磁头400中，省略了图3中背负式磁头的绝缘层336。
第一个实例图5显示了依据本发明第一个实施例的引线重叠自旋阀传感器500的气垫表面(ABS)图，未按比例。SV传感器500包括末端区域502和504，由一个中心区域506使之相互分开。基底508可以是任何适当的物质，包括玻璃半导体材料或者一种陶瓷材料比如氧化铝(Al2O3)。种子层509是沉积的一层或几层，为了改变若干后续层的晶体结构或结晶粒度。在种子层之上沉积了一个反铁磁(AFM)层510。在AFM层510之上，相继沉积了一个导电隔离层514和一个自由层516。AFM层可以具有足够的厚度，以便提供所需的交换性质，为了形成AP固定层512而作为一个固定层。在本实施例中，AFM层510比形成一个固定层所需的厚度薄一些，是用于提供一个另外的种子层，以便有助于促进传感器后续层改善性质。AP固定层512包括第一铁磁(FM1)层517和第二铁磁(FM2)层519，由一个反向平行耦合(APC)层518分开，使得FM1层517和FM2层519强AP耦合，正如分别由反向平行的磁化强度542(由指向纸面内的一个箭头尾部表示)和543(由指向纸面外的一个箭头头部表示)所示。AP耦合层512设计为业内熟知的自固定层。自由层516包括一个Co-Fe的铁磁第一自由子层520和一个Ni-Fe的铁磁第二自由子层。不然，自由层516也可以由单一层形成，优选情况下是Co-Fe，或者可以具有一个三层结构，包括一个Co-Fe的第一子层，一个Ni-Fe的第二子层和一个Co-Fe的第三子层。
由一个APC层523将其与自由层516分开的一个偏置层522，包括在APC层523之上沉积的一个Co-Fe铁磁第一偏置子层524，以及在第一偏置子层524之上沉积的Ni-Fe铁磁第二偏置子层525。模拟结果表明，偏置层的导磁厚度应当大于自由层，超过范围在5-50％，优选情况下大约20％，以便在被动区域532和534中获得自由层的最优稳定性。Co-Fe的第一偏置子层提供了偏置层522与自由层516的强AP耦合。Ni-Fe的第二偏置子层具有负磁化系数，它与传感器堆中重叠引起的应力各向异性相互作用，提供了偏置层522的强自固定。APC层523使得偏置层522与自由层516强AP耦合。在偏置层522上形成了一个第一盖层526。
在被动区域532和534中的盖层526之上，以及末端区域502和504之上，形成了第一引线L1 528和第二引线L2 530，它们在第一和第二被动区域中与传感器中心区域506重叠。在传感器的中心区域506中，L1 528和L2 530之间的一个间隔确定了磁道宽度区域536，它确定了读磁头的磁道宽度，并且它能够具有亚微米维度。在L1和L2之间的磁道宽度区域536中，由一种喷射蚀刻和/或一种活性离子蚀刻(RIE)过程，去除了第一盖层526，随后由一种喷射蚀刻和氧化过程，把磁道宽度区域536中偏置层522的铁磁材料转化为一种非磁性氧化物层538。在末端区域502、504和被动区域532、534中的引线L1528和L2 530之上，以及磁道宽度区域536中的非磁性氧化物层538之上，形成了一个第二盖层540。
AP固定层512使FM1层517和FM2层519的磁化强度固定在垂直于ABS的方向上，分别由指向纸面内的箭头尾部542和指向纸面外的箭头头部543表示。在磁道宽度区域536中，由箭头544表示的自由层516的磁化强度是铁磁耦合的第一自由子层520和第二自由子层521的净磁化强度，并且在外部(信号)磁场存在时能够自由旋转。优选情况下，在没有外部磁场时，磁化强度544朝向平行于ABS。在第一被动区域532和第二被动区域534中，自由层516与偏置层522强AP耦合。
在第一被动区域532和第二被动区域534中，偏置层522的磁化强度546是铁磁耦合的第一偏置子层524和第二偏置子层525的净磁化强度。由于存在APC层523，使得自由层516在这些被动区域与偏置层522强AP耦合，所以偏置层的磁化强度546朝向与自由层的磁化强度545反向平行。由于磁化强度545不随外部磁场旋转，这种AP耦合的效应是在被动区域532和534中使自由层516纵向稳定，因而抑制了旋转磁盘上不利的侧面读取。
毗邻这些自旋阀层的末端区域层548和550，可以由电绝缘材料形成，比如氧化铝，不然也可以由适当的硬偏置材料形成，以便对自由层516提供纵向偏置场，以确保在自由层中单一磁畴状态。使用硬偏置材料形成末端区域层548和550的一个优点在于，这些层远离磁道宽度区域536，所以它们不会在这个区域中使自由层的磁化强度544磁僵硬，这种僵硬使自由层对旋转磁盘发出的场信号不敏感。
分别沉积在末端区域502和504的引线L1 528和L2 530，为从一个电流源到SV传感器500的检测电流IS提供了导电连接。外部磁场(如旋转磁盘上存放的一个数据位产生的场)在自由层516中引起的磁化强度方向改变后，与这些引线导电连接的一个信号探测器检测其产生的电阻变化。外部磁场的作用，使自由层516中磁化强度544的方向，相对于固定层519中磁化强度543的方向旋转，优选情况下后者固定于与ABS垂直。
为了相继沉积图5所示的多层结构，在一个磁控管喷射或一个离子束喷射系统中制作SV传感器500。进行喷射沉积过程时，存在大约40Oe的纵向磁场。通过相继沉积一层厚度大约为30的氧化铝(Al2O3)、一层厚度大约为25的Ni-Fe-Cr和一层厚度大约为8的Ni-Fe，就在基底508上形成了种子层509。在种子层509之上沉积Pt-Mn的AFM层510，其厚度范围是4-150。通过相继沉积厚度大约为19的Co-Fe FM1层517、厚度大约为8的钌(Ru)APC层518以及厚度大约为19的Co-Fe FM2层519，就在AFM层之上形成了AP固定层512。在FM2层519之上沉积厚度大约为20的铜(Cu)隔离层514，通过首先沉积厚度大约为10的Co-Fe第一自由子层520，随后是厚度大约为20的Ni-Fe第二自由子层521，就在隔离层514之上沉积了自由层516。在第二自由子层521之上沉积厚度大约为8的RuAPC层523。通过首先沉积厚度大约为10的Co-Fe第一偏置子层524，随后是厚度大约为25的Ni-Fe第二偏置子层525，就在APC层523之上沉积了偏置层522。在偏置层522之上沉积的第一盖层526，包括厚度大约为20的钽(Ta)第一子层和第一子层之上厚度大约为20的钌(Ru)第二子层。不然，也可以由厚度为40的钽(Ta)单层形成第一盖层。
中心区域506的沉积完成之后，为了遮掩中心区域506中的SV传感器，要涂布光刻胶并在光刻设备中曝光，然后在一种溶剂中显影，以便暴露末端区域502和504。由离子铣削去除掉未被遮掩的末端区域502和504中的层，在末端区域中沉积氧化铝(Al2O3)的末端区域层548和550。不然，在末端区域502和504中，也可以形成纵向硬偏置层，以便为自由层516提供纵向偏置场，以确保在自由层中的单一磁畴状态。
光刻胶和光刻工艺用于确定SV传感器500的中心区域506中的磁道宽度区域536。在末端区域502和504之上，以及在未被遮掩的第一盖层526和第一被动区域532、第二被动区域534之上，沉积了厚度范围在200-600的铑(Rh)第一引线L1 528和第二引线L2 530，它们提供了所需的引线/传感器重叠。去除了磁道宽度区域536中的光刻胶掩模604之后，引线L1 528和L2 530用作一种喷射蚀刻和/或一种活性离子蚀刻(RIE)过程的掩模，以便去除磁道宽度区域536中的第一盖层526。去除了第一盖层之后，利用一种含氧气体，对磁道宽度区域536中偏置层522的暴露部位进行喷射蚀刻，以便把铁磁偏置层材料转化为非磁性氧化物层538。在末端区域502和504以及被动区域532和534中的引线L1 528和L2 530之上，以及磁道场区域536中的非磁性氧化物层538之上，沉积了厚度大约为40的铑(Rh)否则是钌(Ru)的第二盖层540。
SV传感器500的结构制作完成之后，设定AP固定层512和自固定偏置层522，使得AP固定层512固定在横向上，偏置层522固定在纵向上。在制作过程的行级别，通过在环境温度下，在层的平面内与ABS成一个夹角——优选情况下大约45度——方向上，施加一种大约13kOe的磁场，就可以同时设定SV传感器的AP固定层512和偏置层522。不然，通过首先施加一种与ABS成大约45度角的大约13kOe的磁场设定AP固定层，随后在传感器纵向上施加一种大约5kOe的磁场设定偏置层，也可以独立设定AP固定层和偏置层。如果AFM层510用于固定AP固定层512的磁化强度，就使用一种不同的设定过程。在制作过程的晶片级别，在大约13kOe的横向磁场(否则是与ABS成大约45度角的磁场)中，把SV传感器加热到大约265℃并保持大约5小时，设定AFM层和AP固定层。在仍然施加磁场时冷却传感器，然后去除磁场。随后，在过程的行级别，在环境温度下，在传感器的纵向上施加大约5kOe的磁场设定偏置层。
在被动区域中确定AP耦合反向平行搭接所用的一种替代过程，可以用于替换利用一种含氧气体进行喷射蚀刻以氧化磁道宽度区域中铁磁偏置层材料的过程。在该替代过程中，使用一种喷射蚀刻和/或活性离子蚀刻(RIE)过程以去除磁道宽度区域536中第一盖层526的步骤，继续进行以便也去除磁道宽度区域中的偏置层522。为了保护自由层516不受喷射蚀刻和RIE过程的影响，使用一种安装在蚀刻系统的真空室中的二次离子质谱仪(SIMS)，来探测形成隔离层523的钌(Ru)端点。在末端区域502和504以及被动区域532和534中的引线L1 528和L2 530之上，以及磁道场区域536中的隔离层523之上，沉积了厚度大约为20的铑(Rh)否则是钌(Ru)的第二盖层540。
本发明的自固定偏置层522的一个优点在于，由于不再需要一个AFM层来固定偏置层的磁化强度，所以显著地缩小了SV传感器500的厚度。为了达到所需的高数据密度，如在150Gb/in2的范围内，整个SV传感器必须适应宽度大约600或更小的一个狭窄的读取间隙。为了达到高分辨率读磁头所需的几何尺度，不再需要一个AFM层——典型情况下厚度大约为150——是重要的。
本发明之偏置层522的另一个优点在于，双层结构第一偏置子层524和第二偏置子层525，前者毗邻APC层523，后者是以负磁化系数的材料形成。既需要负磁化强度来实现纵向强固定场，又需要与自由层反铁磁耦合能量强(JAF＞0.5erg/cm2)，偏置层的双层结构改善了这两种需求的优化程度。使用一个双层来形成偏置层522，就能够为了优化固定和耦合能量而分别选择两种材料的材料性质及其相对厚度。优选情况下，形成第一偏置子层524的材料kS值小、反铁磁耦合能量强。可以使用含钴(Co)的铁磁合金比如Co-Fe、Co-Fe-Ni和Co-Nb，因为已知含钴的合金能提供跨越一个APC层的强反铁磁耦合。离子含量范围在10-40原子百分比％的Co-Fe层，具有小的正或负kS值，使它们适于形成第一偏置子层。不然，也可以使用镍含量范围在0-30原子百分比的Co-Fe-Ni合金。形成第二偏置子层525的材料负磁化系数高，以便使偏置层522的净kS达到所需的设计点。适于形成第二偏置子层的材料包括镍(Ni)、Ni-Fe、Ni-Fe-Co和Ni-Fe-Co-O。这一组中的镍和含镍合金，镍含量大于大约80原子百分比％，具有第二偏置子层所需的负磁化系数。
第二个实例图6显示了依据本发明第二个实施例的引线重叠自旋阀传感器600的气垫表面(ABS)图，未按比例。SV传感器600与图5所示SV传感器500的不同之处在于，偏置层622包括一个单层，而不是偏置层522的双层结构。在第一被动区域532和第二被动区域534，偏置层622和自由层516由一个APC层523分开，它使偏置层622能够与该自由层强AP耦合。通过以负磁化系数高的材料形成偏置层622，实现了AP耦合的偏置层/APC层/自由层结构的强自固定。应力引起的单轴各向异性场Hr，与偏置层的磁化系数k和SV传感器层重叠引起的压缩应力r之积成正比，提供了所需的强自固定。利用这个实施例的单偏置层结构，形成偏置层622所用的材料应当提供与自由层足够强的反铁磁耦合。形成偏置层622的适当材料包括Co-Nb和Ni-Fe。具体说来，这些合金以原子百分比的优选成分是Co90-Nb10和Ni90-Fe10。使用Ni-Fe形成偏置层时自由层516可以由一个单层——优选情况下是Co-Fe——形成，或者可以具有一个三层结构，包括Co-Fe的第一子层、Ni-Fe的第二子层和Co-Fe的第三子层。SV传感器600之结构以及制作方法的其余方面，与本文以上对SV传感器500的介绍相同。
讨论对于本发明，铁磁偏置层的作用是同时控制自由层磁化响应的幅度和极性，既包括主动的磁道宽度的内部，也包括紧靠着主动磁道宽度的被动区域，被横向磁场激励时，在这个同一区域中自由层的主动和被动区域之间的边界上或附近，磁化响应是最强的。这些磁场反映的特征，是来自本发明的SV传感器正在正常读取/探测之磁道紧靠的任一磁道上的磁记录位。这些磁道外的信号场潜在地构成了噪音/干扰的一个重要来源，对于磁性感应的跨磁道空间分辨率不足的读取传感器，它将会显著地恶化记录通道的位错误率。
在本发明中，选定的探测偏置层要比与其强AP耦合的自由层导磁性高。利用这种导磁性高的偏置层，自由层/偏置层耦合对于上述磁道外信号场的净响应，是它们合并的磁化强度将旋转，使得偏置层中的磁化强度调整为与信号场的横向分量变得更接近平行。对于足够强的AP耦合，这就意味着邻近末端区域的自由层磁化强度将趋于旋转成与这个信号场反向平行对齐。相反，延伸至主动磁道宽度内的磁道外信号场的残余分量将趋于旋转主动磁道宽度中的自由层磁化强度，使之平行于横向信号场。这些竞争的效应趋于否定和/或抵偿自由层的净磁化强度旋转，以及响应这些磁道外信号场而产生的净电阻变化。
同时，自由层磁化强度对磁道上信号场的响应(在传感器的主动磁道宽度内部最强)没有被偏置层存在而显著减弱或僵硬，因为偏置层的磁化强度将趋于(以反向平行方式)跟随被动区域中自由层磁化强度的旋转。由于自由层中存在着层间交换刚性，在被动区域中自由层的磁化强度将会响应主动区域中自由层的所需磁化强度旋转，与其朝向相同。所以，自由层/偏置层耦合的合并反应是提供了一种高度的空间选择性跨磁道灵敏度(或者说跨磁道分辨率)，而没有降低磁道上的绝对信号水平。另外，为了支持更高的面积记录密度而缩小读取传感器主动磁道宽度的尺寸时，这种主要由自由层的内部静磁驱动的机制将趋于基本不随尺度变化。
虽然强AP耦合趋于使自由层和偏置层的磁化强度调整到总是保持近似反向平行，这种机制本身并不分辨这些磁化强度向量的绝对朝向。为了恰当地应用本发明，不论是在主动磁道宽度中，还是在紧邻的被动末端区域中，自由层磁化强度的静磁状态都应当稳定地对齐在自由层几何形态的纵向上(即平行于磁道宽度方向)，因而垂直于记录位发出之横向信号场的方向。所以，自由层和偏置铁磁层二者的总单轴各向异性场应当使它们易于磁化的轴调整到平行于SV传感器的纵轴。
应当理解，本发明中使用一个偏置层的自固定方向平行耦合搭接，在被动区域532和534中具有负的净磁化系数，它可以用于任何底部SV传感器(在接近重叠层底部有固定层的传感器)。在底部自旋阀结构中，自由层能够容易地与一个偏置层AP耦合，而且容易实现铁磁偏置层的氧化，以便在磁道宽度区域中形成一种非磁性氧化物。具体说来，在引线/传感器重叠区域中的自固定反向平行耦合偏置搭接，可以用于AFM固定的简单固定或AP固定的SV传感器。
虽然已经参考优选实施例具体地显示和介绍了本发明，但是应当理解，本领域的技术人员可以在形式和细节上作出多种改变，而不脱离本发明的实质、范围和教导。所以，公开的发明将被视为仅仅是说明性的，仅仅受到附带的权利要求书中指定条款的限制。
权利要求
1.一种自旋阀(SV)传感器，具有第一和第二被动区域以及在所述第一和第二被动区域之间横向布置的一个中心磁道宽度区域，所述SV传感器包括一个固定层；一个铁磁自由层；一个隔离层，夹在所述固定层和所述自由层之间；一个偏置层，在所述第一和第二被动区域中，所述偏置层具有由所述偏置层受到应力造成的高单轴各向异性；以及一个反向平行耦合层，夹在所述自由层和所述偏置层之间，用于在第一和第二被动区域中，提供所述偏置层和所述自由层之间的强反向平行耦合。
2.根据权利要求1所述的SV传感器，其特征在于，制作偏置层的材料具有负的磁致伸缩系数。
3.根据权利要求2所述的SV传感器，其特征在于，偏置层选自包括Co-Nb和Ni-Fe的一组材料。
4.根据权利要求1所述的SV传感器，其特征在于，偏置层是由Co90-Nb10制成。
5.根据权利要求1所述的SV传感器，其特征在于，偏置层是由Ni90-Fe10制成。
6.根据权利要求1所述的SV传感器，其特征在于，偏置层包括第一和第二偏置子层，其中第一偏置子层夹在反向平行耦合层和第二偏置子层之间。
7.根据权利要求6所述的SV传感器，其特征在于，第一偏置子层选自包括Co-Fe和Co-Fe-Ni的一组材料。
8.根据权利要求6所述的SV传感器，其特征在于，制作第二偏置子层的材料具有负的磁致伸缩系数。
9.根据权利要求8所述的SV传感器，其特征在于，第二偏置子层选自包括镍(Ni)、Ni-Fe、Ni-Co和Ni-Fe-Co-O的一组材料。
10.根据权利要求1所述的SV传感器，其特征在于，偏置层的厚度比自由层的厚度在磁性方面高出5-50％的范围。
11.一种读/写磁头，包括一个写磁头，包括至少一个线圈层和一个绝缘堆，该线圈层嵌入该绝缘堆中；第一和第二极靴层，在一个后间隙处连接，并且具有极尖，其边缘形成一个气垫表面(ABS)的一部分；该绝缘堆夹在第一和第二极靴层之间；以及一个写间隙层，夹在第一和第二极靴层的极尖之间，并且形成ABS的一部分；一个读磁头，包括一个自旋阀(SV)传感器，该SV传感器夹在第一和第二读间隙层之间，该SV传感器具有第一和第二被动区域以及在所述第一和第二被动区域之间横向布置的一个中心磁道宽度区域，所述SV传感器包括一个固定层；一个铁磁自由层；一个隔离层，夹在所述固定层和所述自由层之间；一个偏置层，在所述第一和第二被动区域中，所述偏置层具有由所述偏置层受到应力造成的高单轴各向异性；以及一个反向平行耦合层，夹在所述自由层和所述偏置层之间，用于在第一和第二被动区域中，提供所述偏置层和所述自由层之间的强反向平行耦合；以及一个绝缘层，布置在读磁头的第二读间隙层和写磁头的第一极靴层之间。
12.根据权利要求11所述的读/写磁头，其特征在于，制作偏置层的材料具有负的磁致伸缩系数。
13.根据权利要求12所述的读/写磁头，其特征在于，偏置层选自包括Co-Nb和Ni-Fe的一组材料。
14.根据权利要求11所述的读/写磁头，其特征在于，偏置层是由Co90-Nb10制成。
15.根据权利要求11所述的读/写磁头，其特征在于，偏置层是由Ni90-Fe10制成。
16.根据权利要求11所述的读/写磁头，其特征在于，偏置层包括第一和第二偏置子层，其中第一偏置子层夹在反向平行耦合层和第二偏置子层之间。
17.根据权利要求16所述的读/写磁头，其特征在于，第一偏置子层选自包括Co-Fe和Co-Fe-Ni的一组材料。
18.根据权利要求16所述的读/写磁头，其特征在于，制作第二偏置子层的材料具有负的磁致伸缩系数。
19.根据权利要求18所述的读/写磁头，其特征在于，第二偏置子层选自包括镍(Ni)、Ni-Fe、Ni-Co和Ni-Fe-Co-O的一组材料。
20.根据权利要求11所述的读/写磁头，其特征在于，偏置层的厚度比自由层的厚度在磁性方面高出5-50％的范围。
21.一种磁盘驱动器系统，包括一片记录磁盘；一个读/写磁头，用于在记录磁盘上以磁性记录数据和检测在记录磁盘上以磁性记录的数据，所述读/写磁头包括一个写磁头，包括至少一个线圈层和一个绝缘堆，该线圈层嵌入该绝缘堆中；第一和第二极靴层，在一个后间隙处连接，并且具有极尖，其边缘形成一个气垫表面(ABS)的一部分；该绝缘堆夹在第一和第二极靴层之间；以及一个写间隙层，夹在第一和第二极靴层的极尖之间，并且形成ABS的一部分；一个读磁头，包括一个自旋阀(SV)传感器，该SV传感器夹在第一和第二读间隙层之间，该SV传感器具有第一和第二被动区域以及在所述第一和第二被动区域之间横向布置的一个中心磁道宽度区域，所述SV传感器包括一个固定层；一个铁磁自由层；一个隔离层，夹在所述固定层和所述自由层之间；一个偏置层，在所述第一和第二被动区域中，所述偏置层具有由所述偏置层受到应力造成的高单轴各向异性；以及一个反向平行耦合层，夹在所述自由层和所述铁磁偏置层之间，用于在第一和第二被动区域中，提供所述偏置层和所述自由层之间的强反向平行耦合；一个反铁磁(AFM)层，邻近所述铁磁偏置层，所述AFM层与该铁磁偏置层交换耦合，向该偏置层提供一种固定场；以及一个绝缘层，布置在读磁头的第二读间隙层和写磁头的第一极靴层之间；以及一个动臂机构，用于使所述读/写磁头在磁盘上移动，使得该读/写磁头可以存取记录磁盘的不同区域；以及一个记录通道，与写磁头导电连接以便在记录磁盘上以磁性记录数据，并且与读磁头的SV传感器导电连接以便对磁性记录的数据发出的磁场做出响应，探测SV传感器的电阻变化。
22.根据权利要求21所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，制作偏置层的材料具有负的磁致伸缩系数。
23.根据权利要求22所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，偏置层选自包括Co-Nb和Ni-Fe的一组材料。
24.根据权利要求21所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，偏置层由Co90-Nb10制成。
25.根据权利要求21所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，偏置层由Ni90-Fe10制成。
26.根据权利要求21所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，偏置层包括第一和第二偏置子层，其中第一偏置子层夹在反向平行耦合层和第二偏置子层之间。
27.根据权利要求26所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，第一偏置子层选自包括Co-Fe和Co-Fe-Ni的一组材料。
28.根据权利要求26所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，制作第二偏置子层的材料具有负的磁致伸缩系数。
29.根据权利要求28所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，第二偏置子层选自包括镍(Ni)、Ni-Fe、Ni-Co和Ni-Fe-Co-O的一组材料。
30.根据权利要求21所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，偏置层的厚度比自由层的厚度在磁性方面高出5-50％的范围。
全文摘要
本发明提供了一种具有偏置层受控磁致伸缩的AP搭接自旋阀自旋阀传感器带有自身固定的反向平行耦合偏置层，该偏置层具有由重叠引起的应力造成的高单轴各向异性。一个铁磁偏置层的厚度大于自由层的厚度，并且在第一和第二被动区域中与自由层反向平行(AP)耦合。形成该铁磁偏置层的材料具有负的净磁致伸缩系数，导致应力引起的、平行于ABS的各向异性场有高值，以便在第一和第二被动区域中产生偏置层的强自固定。
文档编号G11B5/00GK1551112SQ20041000709
公开日2004年12月1日 申请日期2004年2月24日 优先权日2003年2月24日
发明者哈代雅尔·S.·吉尔, 尼尔·史密斯, 亚历山大·M.·泽尔兹, 史密斯, 哈代雅尔 S. 吉尔, 大 M. 泽尔兹 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司