专利名称：双元件磁阻读出头的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁阻(MR)读出头组件，特别涉及包括双磁阻元件的薄膜磁阻磁头。
感应式写入头用于将信息记录到磁介质如磁盘上。所记录的信息可通过感应式读/写头读出。或者，磁阻磁头可用于读出已记录到磁介质上的信号。由磁阻磁头读出的信号与所记录信号有关的磁通量成正比，而不与由感应式磁头读出的磁通变化率成正比。因而，磁阻磁头可探测表示所记录信号的磁场，而不需要在存贮介质与磁阻磁头之间进行任何相对的运动。
典型的薄膜磁阻磁头包括一个单磁阻元件，最好由一层有一个磁化易轴线(easyaxis)的坡莫合金制成。在数据存贮装置(如磁盘驱动器)运行期间，读出电流导向磁阻元件。正被检测的磁场在磁阻薄膜的磁矩上施加一个转矩，使薄膜电阻率发生变化。电阻率的变化与正被测量的磁场强度成正比，并引起磁阻元件电阻的变化。这种变化量的检测提供了一种与磁介质上所记录的数据信号有关的读出信号。
当介质或磁盘的剩磁矩Mrt高时，就会造成读出信号的畸变。这样，磁阻磁头周期性地饱和，因而，尽管外加场强度进一步增加，但是磁化在取向上保持固定。在这种情况下就会产生不希望有的奇次谐波。由于磁阻磁头的磁阻非线性变化的结果也能产生偶次谐波。偶次和奇次谐波表现为被读出信号的失真。
小的剩磁矩Mrt可避免饱和效应，并保证在△P/P曲线的线性范围内运行(在此P为电阻率)，但是产生较弱的信号。通过增加读出电流可获得较强的信号。然而，在标准现有技术的双元件结构中，施加到每个磁阻元件的读出电流由于下述情况受到限止，即在一个元件中的读出电流是另一个元件的偏流。这种电流必须是这种量级的电流，其典型值为3-5毫安。这样，每个元件的工作点(OP)处于△P/P曲线的线性范围的中部。
本发明的一个目的是要提供一种磁头组件，以致获得读出信号电平的显著增加。
本发明的另一个目的是提供一种可避免对读出电流的限制并实现输出信号幅度显著增加的磁阻磁头组件。
本发明的又一个目的是提供一种允许采用具有相对低的剩磁矩的磁性介质或磁盘的磁阻磁头组件。
本发明还有一个目的是提供一种磁阻磁头组件以降低对磁阻读出元件的磁特性与厚度的紧密配合的要求。
根据本发明，一个读/写磁头的结构包括一个磁阻读出头和一个叠置在磁头结构上的感应式写入头。感应式与入头是传统式的，以众所周知的方式用坡莫合金的薄膜磁性层构成。本公开文本涉及新颖的MR磁头，它是整个读写头结构的一部分。
本发明的磁阻磁头包括两个磁阻元件或磁阻层和两个反铁磁(AFe)元件或层。例如，磁阻元件由软坡莫合金制成，反铁磁元件由铁锰合金(FeMn)制成。每个反铁磁元件成形在相应的磁阻元件附近，并与磁阻元件紧密接触。每个反铁磁元件在室温下通过交换的相互作用与磁阻元件结合，并起到偏置装置的作用。磁阻磁头组件在磁盘驱动器中运行期间，对于每个所结合的磁阻层和交换层来说，以与磁盘表面相垂直的方向，施加一个交换磁场He。通过一个第一磁阻/反铁磁结构的电流向相对的第二磁阻/反铁磁结构提供一个磁场。这一磁场的方向与存在于第二磁阻/反铁磁结构中的交换磁场相反。
为了获得磁阻/反铁磁结构的合适偏置，需要有足以把一个磁阻/反铁磁结构置于工作点的电流导出磁场。另外一个相对的磁阻/反铁磁结构也同样偏置于它的工作点，如果对于每个磁阻/反铁磁结构，磁阻和反铁磁层的厚度分别是相似或相同的，则对于每个磁阻/反铁磁结构，这也是相似或相同的。交换磁场需要由外加电流产生的磁场来克服，以便总的净磁场把每个结构都置于工作点上。因此能采用到比5毫安要大得多的电流。这种更大的电流大约是现有技术中双磁阻磁头一般采用电流的2-4倍。这种电流结果增加了输出信号，减少了失真。
下面参照附图对本发明进行更详细的说明
图1为示意图，示出截面与部分剖开的示图，表示根据本发明的双磁阻磁头组件;
图2为图1的磁阻磁头组件的部分轴测图。省去了护罩20、22，示出导线26、24和34。两条引线24和26限定磁阻磁头结构的读出磁道宽度;
图3示出磁阻元件电阻率的变化曲线。曲线根据总磁场H绘制出，并说明沿横坐标的交换磁场He和偏置磁场Hb的幅度范围;
图4是根据本发明做成的一种组合的感应式写入头和双磁阻元件读出头的部分剖开的横截面示图。
参照图1和2，一个双元件磁阻磁头组件包括第一磁阻层10和第二磁阻层12，这两个磁阻层大体上与其间的最好为隔离氧化层的层18平行。磁阻层10和12最好采用△P/P等于或大于1%的软磁性材料的薄膜制成。例如，每层约有在100-500埃范围内的相同厚度。
根据本发明，反铁磁材料(如铁锰(FeMn)的薄膜层14和16，例如通过溅射，分别地并与磁阻层共同扩展地淀积在磁阻层10和12上，在把第一层铁锰层14溅射到磁阻层10过程中，按要求的交换磁场的方向施加直流磁场。在向磁阻层12溅射第二铁锰层16期间，以相反的方向施加直流磁场。铁锰层14和16的各层厚度约为100-300埃。薄的铁锰材料将磁阻层10和12的坡莫合金材料锁住。铁锰层通过交换相互作用与磁阻层10和12相耦合并作为偏磁装置。
磁头组件由软磁坡莫合金罩20和22罩住。坡莫合金罩20和22最好由81%的镍和19%的铁的合成物制成，每个罩约为1.5-4.0微米厚。磁头组件和罩淀积在基片上(如图4所示)，并由基片支承。基片可由非磁性陶瓷材料制成。
为了预置本发明的双磁阻磁头，可在磁阻/反铁磁(MR/AFe)结构冷却期间，由电流通过磁阻元件的静磁耦合对和其关联的铁锰反铁磁层来提供一种适当的交换偏置，同时在叠置感应式写入头的光致抗蚀剂烤硬后，把磁阻结构和叠置感应写入头(未示出)的组件冷却到室温。这样，磁阻结构对的坡莫合金元件就能以相反的方向被饱和，而当反铁磁层在冷却过程中逐渐更为反铁磁化时，反铁磁层就能以所要求的方向通过交换耦合来定位。这样，磁头结构就被预置。
在采用双磁阻磁头组件读出操作期间，偏置电流流向导线34(图2)，该电流被分流并大体上相等地加到磁阻元件10和12。通过向导线对24和26施加读出电流，在每个磁阻读出器10和12上生成磁场Hi。由在每个读出器上施加读出电流得到的磁场Hi偏置了另一个读出器。这种对称地施加的并与读出器方向相反的电流产生磁场克服了每个读出器的交换磁场，以使两个读出器置于工作点上(图3)。用这种读出器组件，可获得更大的读出电流，从而获得更强的信号。
在此实施例中，所施加的读出电流比传统现有技术的双磁阻磁头所用的电流要大2-4倍，大约为10-40毫安。所施加的电流在每个读出器10和12上产生一个磁场Hi。该磁场Hi克服了交换磁场He，这种交换磁场He由交换层14和16提供并对称地施加，但与读出器的方向相反，如图1所示。测量值在5-20奥范围内的交换磁场He以垂直于磁介质或磁盘的表面的方向施加。有较大交换磁场的反铁磁元件可通过改变转换磁场的角度来加以调节，从相对于磁盘表面的90度调到较小的角度。
带有磁阻层10和12的双元件磁阻磁头差动地读出所记录的信号，差动信号通过导线28和30馈送到差动放大器32。差动信号对来自电和热效应的噪声提供共模抑制比，并减少谐波失真。增加信噪比可以获得较高的信号输出。另外，随着信号分辩率的有效增加，可以采用具有较低剩磁(Mrt)的磁介质。由于较大的读出电流和减少了的Mrt，在△P/P曲线上靠近最佳工作点OP1和OP2的线性区上有较小的偏移，如图3曲线所示。如图所示，磁化曲线关于△P/P轴是对称的。在本发明的磁头设计方面，采用交换层与双磁阻层配合并使用较低Mrt的介质，因为工作点在△P/P曲线上的位置要求不高，所以对于匹配两个磁阻元件的厚度和磁性的技术要求也较少有约束。
图4示出形成在基片40上的一个组合的感应式薄膜写入头36和一个磁阻薄膜读出头38。磁阻磁头38包括磁阻层10和12、反铁磁层14和16、以及氧化层18，如图1所示的那样。绝缘氧化层42配置在基片40和磁阻读出头38之间。薄膜写入头36包括第一坡莫合金层P1和第二坡莫合金层P2，P1和P2形成一种带有换能间隙44的连续磁路。一种电线圈层46位于P1和P2层之间，而绝缘材料48将线圈46与坡莫合金磁极片P1和P2隔离，以防止电气短路。图2示出接到磁阻层10和反铁磁元件16的电导线。组合的感应式定入头/双元件磁阻读出头具有增加信号输出而不致限制读出电流和提高信噪比的优点。从而降低了两个磁阻元件紧密匹配的要求。
应该知道，本发明不受上面提出的参数、尺寸和材料的限制，所以，可在本发明范围内进行修改。例如，交换层10和12的位置可以分别跟反铁磁层14和16颠倒。
权利要求
1.一种读出记录在磁介质上的信号的信号读出头，包括第一和第二磁阻元件；分别淀积在所述第一和第二磁阻元件上的第一和第二反铁磁薄膜；布置在所述第一和第二磁阻元件之间的一个绝缘层。
2.根据权利要求1所述的读出头，包括软磁罩，所述元件靠近所述罩布置。
3.根据权利要求2所述的读出头，其中，所述软磁罩由坡莫合金制成，每个厚度约为2.5微米。
4.根据权利要求1所述的读出头，其中，所述的反铁磁薄膜由铁锰合金制成。
5.根据权利要求4所述的读出头，其中，所述的反铁磁薄膜厚度约为100-300埃。
6.根据权利要求1所述的读出头，其中，所述反铁磁薄膜与所述的磁阻元件同时扩展。
7.根据权利要求1所述的读出头，其中，所述第一和第二磁阻元件大体上具有相同的厚度。
8.根据权利要求7所述的读出头，其中，所述磁阻元件每个厚度约100-500埃。
9.根据权利要求1所述的读出头，其中，所述的反铁磁薄膜为所述磁阻元件提供交换偏转磁场，磁场方向大体上与所述磁介质表面垂直。
10.一种记录和读出磁介质上信号的读/写磁头，包括一个具有多个隔开的磁阻元件和淀积在所述磁阻元件上的多个反铁磁元件的磁阻读出头;一个在所述读出头上形成的感应式写入头。
11.根据权利要求10所述的读/写磁头，其中，所述元件是薄膜层。
全文摘要
一种读/写磁头包括一个双元件磁阻读出头和一个叠置的感应式磁头。磁阻读出器的结构包括两个间隔开的磁阻元件，在这两个元件上淀积着反铁磁(AFe)薄膜，最好为铁锰薄膜。反铁磁薄膜作为磁阻元件的交换偏置磁层，以相反方向并垂直于磁介质表面偏置磁阻层。差动地读出所记录的磁信号，并且输出信号的特点在于增加了幅度和提高信噪比。
文档编号G11B5/39GK1087194SQ93114800
公开日1994年5月25日 申请日期1993年11月15日 优先权日1992年11月16日
发明者丹尼尔·A·内皮拉, 埃里奇·P·瓦斯泰恩 申请人:里德-莱特公司