专利名称：钉扎层和被钉扎层之间具有改进界面的自旋阀传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种读出磁头，在其自旋阀传感器的钉扎层和被钉扎的层结构之间具有改进的界面，尤其涉及一种在钉扎层和被钉扎的层之间的双层中间层结构，该结构降低它的矫顽力场(HC)并提高它的磁电阻(MR)系数。
计算机的心脏是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、具有写入和读出磁头的滑动器、在旋转磁盘上支持滑动器的悬浮臂以及摆动悬浮臂以把读出和写入磁头放置在旋转盘上选定的圆形磁道上的致动器。在盘不旋转时悬浮臂偏置滑动器与盘表面接触，而在盘旋转时，通过旋转与滑动器的ABS相邻的盘而把空气旋入，使得滑动器与旋转盘的表面离开很小的距离以跨在空气轴承上。当滑动器跨在空气轴承上时，使用写入和读出磁头来把磁压痕(impression)写入旋转盘并把磁压痕从旋转盘中读出。读出和写入磁头被连接于根据计算机程序来操作以执行写入和读出功能的处理电路。
写入磁头包括被嵌入于第一、第二和第三绝缘层(绝缘叠层)之间的的线圈层，绝缘叠层被夹在第一和第二磁极层之间。由非磁性间隙层在第一和第二磁极层之间在写入磁头的空气支承表面(ABS)处形成间隙。磁极层在后隙区连接。传导到线圈层的电流把磁场引导到磁极片，该磁极片作为横过ABS处磁极片之间的间隙的边缘。边缘磁场把信息写入移动媒体上的磁道中，如旋转盘上的圆形磁道中。
在最近的读出磁头中，使用自旋阀传感器来检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括夹在第一和第二铁磁层之间的非磁性传导层，该非磁性传导层此后称为间隔层，第一和第二铁磁层此后被称为被钉扎层和自由层。第一和第二引线被连接于自旋阀传感器用来把传感电流传导通过那里。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于磁头的空气支承表面(ABS)，并且自由层的磁矩可平行于ABS放置但是可以响应于外部磁场自由旋转。被钉扎层的磁化一般通过与反铁磁层的交换耦合来钉扎。
间隔层的厚度被选择为使得传感电流的分路和自由层与被钉扎层之间的磁耦合被最小化。这种厚度小于经过传感器的传导电子的平均自由程。通过这种设置，传导电子的一部分通过间隔层与被钉扎的层和自由层之间的界面被分散开。当被钉扎的层和自由层的磁化彼此平行时，分散程度最小，当被钉扎的层和自由层的磁化彼此反平行时，分散程度被最大化。分散程度的变化与cosθ成正比地来改变自旋阀传感器的电阻，这里θ是被钉扎的层和自由层的磁化之间的夹角。在读出模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场强度成比例地变化。当传感电流被引导经过自旋阀传感器时，电阻变化引起电位改变，该改变被处理电路探测并处理为回放信号。
自旋阀传感器的特征在于磁电阻(MR)系数，其大大高于各向异性磁电阻(AMR)传感器的MR系数。MR系数是dr/R，这里dr是自旋阀传感器的电阻变化，R是在变化前自旋阀传感器的电阻。自旋阀传感器有时被称为巨磁电阻(GMR)传感器。当自旋阀传感器只使用一个被钉扎的层时，它被称为简单自旋阀。
另一种类型的自旋阀传感器是反平行(AP)被钉扎的自旋阀传感器。AP钉扎的自旋阀传感器不同于简单自旋阀传感器之处在于AP钉扎的结构具有多个薄膜层而不是一个被钉扎层。AP钉扎的结构具有夹在第一和第二铁磁被钉扎层之间的AP耦合层。第一被钉扎层通过与反铁磁钉扎层的交换耦合具有第一方向的取向的磁矩。由于AP耦合层的最小厚度(在8埃的级别)，第二被钉扎层立刻接近于间隔层并且反平行交换耦合于第一被钉扎层。因此，第二被钉扎层的磁矩在与第一被钉扎层的磁矩方向反平行的第二方向上被取向。
AP钉扎的结构优于单一钉扎的层，因为AP钉扎的结构的第一和第二AP钉扎的层的磁矩相减来提供小于单一钉扎的层的磁矩的净磁矩。净磁矩的方向由第一和第二被钉扎层中较厚的那个确定。降低的净磁矩等于来自AP钉扎的结构的降低的退磁场。由于反铁磁交换耦合是反比于净钉扎磁矩的，这提高了第一被钉扎层与钉扎层之间的交换耦合。AP钉扎的自旋阀传感器在共同转让给Heim和Parkin的美国专利US No.5,465,185中进行了描述。
AP钉扎的结构的第一和第二被钉扎层典型地由钴(Co)制成。不幸的是，钴(Co)具有高矫顽力、高磁致伸缩和低电阻。当形成AP钉扎的结构的第一和第二被钉扎层时，在存在垂直于ABS取向的磁场的情况下由溅射沉积来形成它们。这就把被钉扎层的易磁化轴(e.a.)设置为垂直于ABS。在随后的制造磁头的过程中，AP钉扎的结构受到平行于ABS来取向的磁场的作用。这些磁场可引起第一被钉扎层的磁矩从希望的垂直于ABS的第一方向转换为不希望的第二方向。在AP钉扎的结构的第二被钉扎层中会发生同样的情况。如果AP钉扎的结构的第一被钉扎层的矫顽力高于第一被钉扎层与钉扎层之间的交换耦合，交换耦合将不会把第一被钉扎层的磁矩返回它原来的方向。这就破坏了读出磁头。在比AP钉扎的结构的第一被钉扎层的交换磁场更强的磁场作用于读出磁头上时，在盘驱动器的磁头操作中就会发生这种问题。
人们正继续努力提高GMR磁头的MR系数(dr/R)。MR系数的提高等价于读出磁头能读出更高位密度(位/平方英寸的旋转磁盘)。进行这些研究时，重要的是紧靠着钉扎层的被钉扎层的矫顽力(HC)不超过二者之间的交换藕合场。
本人研究了带有钴铁(Co90Fe10)制成的AP钉扎的结构的自旋阀传感器和带有钴铁(Co90Fe10)制成的单一钉扎的层的自旋阀传感器。钴铁(Co90Fe10)具有接近于零的磁致伸缩和更高的电阻。接近于零的磁致伸缩意味着在磁头抛光后任何诱发应力将不引起应力诱发各向异性场。各向异性场是从被钉扎层的易轴把其磁矩旋转90度需要的磁场的量。应力诱发各向异性场是磁致伸缩和诱发应力的产物。前面提到的钴铁(CoFe)的高电阻把传感电流的旁路降低到最小从而提高读出信号。
不幸的是，AP钉扎的结构的第一AP钉扎的层的钴铁(CoFe)或单层钉扎的层的矫顽力被提高到超出第一被钉扎层和钉扎层之间的交换耦合场。在钉扎层是氧化镍(NiO)时尤其是这样的。因为氧化镍(NiO)是绝缘体，它是作为钉扎层的理想反铁磁材料。但不幸的是，氧化镍(NiO)具有低的阻挡温度。该阻挡温度是在应用于被钉扎层的磁场存在的情况下被钉扎层的磁自旋可自由旋转的温度。在开始的研究中发现钴铁(CoFe)单一钉扎的层的矫顽力(HC)是500奥斯特(Oe)，而氧化镍(NiO)钉扎层和被钉扎层之间的交换耦合场仅350Oe。那么，交换耦合场不足够强，不能在其被转换到其它方向后克服矫顽力把被钉扎层的磁矩完全返回它原来的方向。
通过把双层中间层结构放置在钉扎层与被钉扎层之间，发现被钉扎层的矫顽力(HC)被明显地从500Oe降低到300Oe，交换耦合场也提高到400Oe。但是，由于被钉扎层的300Oe的矫顽力(HC)小于400Oe的交换耦合场，从而在被钉扎层的磁矩被磁场转换到其它方向时由钉扎层把被钉扎层的磁矩返回它原来的位置。在研究带有AP钉扎的层的自旋阀传感器时发现在使用双层中间层时磁电阻系数(dr/R)提高。这表明交换耦合场超出第一AP钉扎的层的矫顽力(HC)并在其受到场的作用而与原始方向旋转180度后又把第一AP钉扎的层的磁矩返回到它原来的方向。还发现双层中间层结构提高简单自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)。另外，当自旋阀传感器进行230℃×6小时的退火和钉扎层的重新设置时，磁电阻系数(dr/R)大于不带双层中间层的自旋阀传感器。因此，自旋阀传感器的热稳定性通过双层中间层得到改进。
本发明的一个目的是为降低钴铁(CoFe)钉扎的层结构的矫顽力(HC)并改进应用该钉扎的层结构的自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)和热稳定性。
本发明的另一个目的是为提供具有改进的磁电阻系数(dr/R)、改进的热稳定性并在受到离散磁场作用时磁性稳定的自旋阀读出磁头。
本发明的又一个目的是为提供其中交换耦合于反铁磁(AFM)氧化镍(NiO)钉扎层的钉扎的层结构具有小于钉扎的层结构与钉扎层之间的交换耦合场的矫顽力(HC)的自旋阀读出磁头。
本发明的又一个目的是为提供其中交换耦合于反铁磁(AFM)氧化镍(NiO)钉扎层的AP钉扎的层结构的第一AP钉扎的层具有小于钉扎的层结构与钉扎层之间的交换耦合场的矫顽力的AP钉扎的自旋阀读出磁头。
本发明的其它目的和优点在阅读下面参考附图的描述后变得更明显。
图1是示例的磁盘驱动器的平面视图；图2是带有盘驱动器的磁头的滑动器从面2-2看去的端视图；图3是其中使用多个盘和多个磁头的磁盘驱动器的正视图；图4是用于支承滑动器和磁头的示例的悬架系统的等距视图；图5是沿图2的5-5面看磁头的ABS视图；图6是从图2的面6-6看滑动器和背负式磁头的部分视图；图7是从图2的面7-7看滑动器和埋入式磁头的部分视图；图8是沿图6的面8-8看滑动器的表示背负式磁头的读出和写入元件的部分ABS视图；图9是沿图7的面9-9看滑动器的表示埋入式磁头的读出和写入元件的部分ABS视图；图10是沿图6或7的面10-10看把线圈层和引线以上的所有材料移开的视图；图11是使用AP钉扎的自旋阀(SV)传感器的读出磁头的等距ABS图示；图12是本人研究的例示的第一自旋阀传感器的ABS图示；图13是本人研究的例示的第二自旋阀传感器的ABS图示；图14是本发明的自旋阀传感器的第一实施例的ABS图示；图15是本人研究的例示的另一个自旋阀传感器的ABS图示；
图16是本发明的自旋阀传感器的第二实施例的ABS图示；图17是反平行(AP)钉扎的层结构；及图18是单层钉扎的层结构的ABS图示。
磁盘驱动器现在参考附图，其中相同的附图标记在整个描述中指代相同的部件，图1-3表示磁盘驱动器30。驱动器30包括支持和旋转磁盘34的主轴32。主轴32被马达控制器38控制的马达36旋转。带有组合的读出写入磁头40的滑动器42由悬架44和致动器臂46支持。在大容量的直接访问存储装置(DASD)中可使用若干盘、滑动器和悬架，如图3所示。悬架44和致动器臂46定位滑动器42从而磁头40与磁盘34表面处于换能关系。当盘34被马达36旋转时，滑动器被支承在盘34表面与空气支承表面(ABS)48之间的薄(典型地.05μm)空气气垫(空气轴承)上。然后磁头40可被用来把信息写入到盘34的表面上的多个圆形磁道，也用来读出那里的信息。处理电路50与磁头40交换代表这种信息的信号，提供马达驱动信号来旋转磁盘34，并提供控制信号来移动滑动器到各个磁道。在图4中，滑动器42表示为安装在悬架44上。上面描述的组件可安装在底座的框54上，如图3所示。
图5是滑动器42和磁头40的ABS视图。滑动器具有支持磁头40的中心导轨56和侧导轨58和60。导轨56、58和60从横导轨62延伸。相对于磁盘34的旋转，横导轨62处于滑动器的前沿64，磁头40处于滑动器的尾沿66。
图6是背负式磁头40的侧面剖视图，该磁头包括写入磁头部分70和读出磁头部分72，读出磁头部分使用本发明的自旋阀传感器74。图8是图6的ABS示图。自旋阀传感器74被夹在非磁性电绝缘第一和第二读出间隙层76和78之间，读出间隙层被夹在铁磁第一和第二屏蔽层80和82之间。响应于外部磁场，自旋阀传感器74的电阻改变。经传感器传导的传感电流Is使这些电阻改变表现为电位的改变。这些电位改变然后被图3所示的处理电路50处理为读回信号。
磁头40的写入磁头部分70具有一个夹在第一和第二绝缘层86和88之间的线圈层84。第三绝缘层90可被用来使磁头平面化以消除线圈层84引起的第二绝缘层中的波动。第一、第二和第三绝缘层在已有技术中被称为“绝缘堆”。线圈层84和第一、第二和第三绝缘层86、88和90被夹在第一和第二磁极片层92和94之间。第一和第二磁极片层92和94在后隙区96磁耦合并且具有被ABS处的写入间隙层102分开的第一和第二磁极尖98和100。绝缘层103位于第二屏蔽层82和第一磁极片层92之间。由于第二屏蔽层82和第一磁极片层92是分开的层，这种磁头叫作背负式磁头。如图2和4所示，第一和第二焊接连接点104和106把引线从自旋阀传感器74连接到悬架44上的引线112和114，并且第三和第四焊接连接点116和118把引线120和122从线圈84(见图8)连接到悬架上的引线124和126。图7和9与图6和8相同，只是第二屏蔽层82和第一磁极片层92是公共层。这种类型的磁头已知是埋入式磁头。图6和8的背负式磁头的绝缘层103被省略了。
图11是图6和8所示的读出磁头72的等距ABS图示。读出磁头72包括本发明的自旋阀传感器130，其位于反铁磁钉扎层(AFM)132上。后面将描述的自旋阀传感器130中的反铁磁钉扎层具有被钉扎层132的磁自旋钉扎住的磁矩。AFM钉扎层优选是425埃的氧化镍(NiO)。第一和第二硬偏置和引线层134和136被连接于自旋阀传感器的第一和第二侧边缘138和140。这种连接在已有技术中是已知的连续的连接并且在美国专利No.5,018,037中进行全面的描述，该专利在此引用作为参考。第一硬偏置和引线层134包括第一硬偏置层140和第一引线层142，第二硬偏置和引线层136包括第二硬偏置层144和第二引线层146。硬偏置层140和144使磁场经自旋阀传感器130纵向延伸，用来稳定这里的磁畴。AFM钉扎层132、自旋阀传感器130和第一、第二硬偏置和引线层134、136位于非磁性电绝缘的第一和第二读出间隙层148和150之间。而第一和第二读出间隙层148和150位于铁磁第一和第二屏蔽层152和154之间。
在下面的5个示例中进行不同的测试，其中5个带有AP钉扎的层的自旋阀传感器用来评价它的磁电阻系数(dr/R)和热稳定性。反铁磁层是氧化镍(NiO)，其被交换耦合于第一AP钉扎的层。在使自旋阀传感器经受与AP钉扎的层结构的第一AP钉扎的层的磁矩的易轴成0度或平行取向的9000Oe的场的作用，接着再使自旋阀传感器经受与第一AP钉扎的层的磁矩的易轴成90度取向的9000Oe的场的作用，并随后使自旋阀传感器经受与第一AP钉扎的层的磁矩的易轴成180度取向的9000Oe的场的作用，最后使自旋阀传感器经受与第一AP钉扎的层的磁矩的易轴成270度取向的9000Oe的场的作用后，来测试各个参数。在这些步骤的每一步中都测量和记录磁电阻系数(dr/R)。从记录的磁电阻系数(dr/R)，可推断出被钉扎的层的矫顽力HC。与易轴成180度的9000Oe的场的应用是最重要的，因为它比90度和270度更严峻。最后，各个自旋阀传感器的热稳定性通过使其在230℃下退火6小时后，再进行垂直于ABS的10000Oe的场存在条件下的在220度温度下的5-10分钟的钉扎层的再设置后测量自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)来评估。例3和5是本发明的第一实施例和第二实施例。
例1本人研究的第一自旋阀传感器200表示于图12中。该传感器包括位于AP钉扎的层结构204与铁磁自由层(F)206之间的非磁性导电间隔层(S)202。间隔层202是23埃的铜(Cu)，自由层206是72埃的镍铁(NiFe)。AP钉扎的结构204包括反平行AP耦合层208，其位于第一反平行钉扎的层(AP1)210和第二AP钉扎的层(AP2)212之间。AP耦合层208是8埃的钌(Ru)，第一和第二AP钉扎的层210和212是24埃的钴(Co)。中间层(I)214位于反铁磁(AFM)钉扎层216与第一AP钉扎的层210之间。中间层214是10埃的镍铁(NiFe)，钉扎层216是425埃的氧化镍(NiO)。50埃的钽(Ta)覆盖层被用在自由层206顶部起保护作用。
第一AP钉扎的层210的磁矩的例示方向是朝向纸内，如图12中在220处所示。这意味着第二AP钉扎的层212的磁矩与其反平行，即为离开纸面方向，如图12中的222处所示。当第一方向的9000Oe的场被指向与220处所示的方向相同的朝向纸内的方向时，自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)为4.14％。在自旋阀传感器经受与方向220成90度的9000Oe的场的作用时，自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)为4.13％。在自旋阀传感器经受与方向220成180度的9000Oe的场的作用时，自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)稍稍下降到3.86％。这表示第一AP钉扎的层的矫顽力(HC)低于交换耦合场。最后，当自旋阀传感器经受与方向220成270度的9000Oe的场的作用时，自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)提高到4.14％，与第一步骤中的磁电阻系数(dr/R)相同。在上述退火后，磁电阻系数(dr/R)为3.60％。测试的结果表达在下面的图表A中。
例2本人测试的第二自旋阀传感器300表示于图13中。除了未使用中间层214，该传感器与图12所示的自旋阀传感器200相同，第一AP钉扎的层210是30埃的钴铁(CoFe)，第二AP钉扎的层212是24埃的钴铁(CoFe)。对于AP钉扎的层结构的第一和第二AP钉扎的层210和212钴铁(CoFe)比钴(Co)更优越，因为钴铁(CoFe)具有低的磁致伸缩和高的电阻，如上面所讨论的那样。
在使自旋阀传感器300经受平行于图13中的磁矩220方向的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为4.47％。在自旋阀传感器经受与磁矩220成90度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为4.52％。在自旋阀传感器300经受与图13中的磁矩220成180度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)很大程度地下降到2.22％。最后，当自旋阀传感器300经受与磁矩220成270度的方向的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)明显提高到4.45％。在上述退火步骤后，磁电阻系数(dr/R)为4.20％。结果表达在下面的图表A中。
图13中的自旋阀传感器300具有比图12中所示的自旋阀传感器200改进的磁电阻系数(dr/R)。但是，当自旋阀传感器300经受与磁矩220成180度的9000Oe的场的作用时，磁电阻系数(dr/R)下降50％。这是因为图13中的第一AP钉扎的层210的磁矩已经被再次放置在另外一个方向上，并且钉扎层216与AP钉扎的层210之间的交换耦合场不足以克服钉扎的层210的矫顽力(HC)，而把AP钉扎的层返回如220所示的它原来的位置。
例3(本发明的第一实施例)本发明的第一实施例是表示于图14中的自旋阀传感器400。该自旋阀传感器与图13所示的自旋阀传感器300相同，只是第一AP钉扎的层210是19埃的钴铁(CoFe)，且包括第一和第二层402和404的双层结构被用在钉扎层216与第一AP钉扎的层210之间。双层结构的第一层402是5埃的钴铁(CoFe)，其第二层是10埃的镍铁(NiFe)。
使图14中的自旋阀传感器400经受平行于第一AP钉扎的层210的磁矩220方向的9000Oe的场的作用，磁电阻系数(dr/R)为4.6％。在自旋阀传感器400经受与磁矩220成90度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为4.62％。在自旋阀传感器400经受与磁矩220成180度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为3.96％。最后，当自旋阀传感器400经受与磁矩220成270度的方向的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)明显提高到4.57％。在上述退火后，磁电阻系数(dr/R)为4.40％。测试结果表达在下面的图表A中。
可以看到在用9000Oe的场测试的各个步骤的自旋阀传感器400的磁电阻系数(dr/R)都高于图12和13中的在相同步骤中的各个自旋阀传感器200和300的磁电阻系数(dr/R)。尤其，应注意当自旋阀传感器400经受与磁矩220成180度的9000Oe的场的作用后，它的磁电阻系数(dr/R)明显大于在经受同样的场作用时的图13中的自旋阀传感器300的磁电阻系数(dr/R)。这是因为图14中的包含层402和404的双层中间层结构明显降低第一AP钉扎的层210的矫顽力(HC)。
例4图15所示的自旋阀传感器500与图14中的自旋阀传感器400相同，除了图14中的钴铁(CoFe)层402被省略，且在优选实施例中为10埃的钴铁(CoFe)的GMR增强层502被增加在间隔层202与自由层206之间以外。层502有时被称为纳米层并被用于提高自旋阀传感器的磁电阻系数(dr/R)。
使自旋阀传感器500经受平行于第一AP钉扎的层210的磁矩220方向的9000Oe的场的作用，磁电阻系数(dr/R)为6.1％。接着自旋阀传感器500经受与磁矩220成90度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为6.0％。接着自旋阀传感器500经受与磁矩220成180度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为5.7％。最后，当自旋阀传感器500经受与磁矩220成270度的方向的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为6.0％。在上述退火后，磁电阻系数(dr/R)为5.6％。测试结果表达在下面的图表A中。
可以看到在用9000Oe的场测试的各个步骤的自旋阀传感器500的磁电阻系数(dr/R)都高于图12、13和14中的各个自旋阀传感器200、300和400的磁电阻系数(dr/R)。这是由于GMR增强层502。
例5(本发明的第二实施例)图16中的自旋阀传感器600与图15中的自旋阀传感器500相同，除了5埃的钴铁(CoFe)的层602被用在钉扎层216与镍铁(NiFe)层404之间以外。
使图16中的自旋阀传感器600经受平行于第一AP钉扎的层210的磁矩220方向的9000Oe的场的作用，磁电阻系数(dr/R)为6.7％。在自旋阀传感器600经受与磁矩220成90度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为6.65％。在自旋阀传感器600经受与磁矩220成180度的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为6.3％。最后，当自旋阀传感器600经受与磁矩220成270度的方向的9000Oe的场的作用后，磁电阻系数(dr/R)为6.6％。在上述退火后，磁电阻系数(dr/R)为6.50％。测试结果表达在下面的图表A中。
从例4和5的对比中可以看到例5中的本发明的磁电阻系数(dr/R)明显比图15中的示例500的磁电阻系数(dr/R)得到提高。
图表A
应理解图14和16中的包含第一和第二层402和404的双层中间层结构，实质上是第一AP钉扎层210的一部分，因为它们彼此交换耦合并被交换耦合于钉扎层216。另外，由于双层中间层结构的第一和第二层402和404可被看作第一AP钉扎的层210的一部分，第一AP钉扎的层210可具有更小的厚度，如图14和16所示的19埃。与其相比，图13中的自旋阀传感器300的第一AP钉扎的层210的厚度为24埃。应也可理解双层中间层结构的第一和第二层402和404的磁矩与第一AP钉扎的层210的方向相同，即与图14所示的磁矩220方向相同。还应理解所有示例中的第二AP钉扎的层212的矫顽力(HC)不被氧化镍钉扎层216改变。这是因为第二AP钉扎的层212不直接交换耦合于钉扎层216。但是，第二AP钉扎的层212反平行交换耦合于第一AP钉扎的层210，这使其磁矩反平行于磁矩220，而如222所示。磁矩222与自由层200的磁矩的相关方向确定自旋阀传感器的磁电阻。自由层200的磁矩通常平行于ABS取向，如图14和16中的406所示。
除例1之外，示例中的所有钴铁(CoFe)层的成分是Co90Fe10。示例中的镍铁(NiFe)层是Ni82Fe18。应理解这些百分含量在不脱离本发明精神的情况下可改变。而且，层的厚度在不脱离本发明精神的情况下可与图14和16所示的不同。例如，双层中间层结构的第一和第二层402和404可小于或大于图14和16所示的那样。在优选的实施例中，第一层402是5埃厚，第二层404是10埃厚。还有，优选的钉扎层216是氧化镍(NiO)。但是，应该理解可使用其它反铁磁材料，如镍锰(NiMn)、铂锰(PtMn)或铱锰(IrMn)。
图17是图14和16所示的AP钉扎的层结构204的ABS图示。选择的钉扎的层结构是图18的700所示的钴铁(CoFe)单钉扎的层(P)。单钉扎的层700可用图14和16所示的AP钉扎的层结构204取代作为本发明的其它的实施例。图14和16所示的包含第一和第二层402和404的双层中间层结构可降低钉扎的层700的矫顽力，从而钉扎的层600与钉扎层216之间的交换耦合将在受到与其反平行的场时把它的磁矩返回到它原来的位置。
很清楚，对熟悉本领域技术的人员而言，考虑已有技术的教导可容易地对本发明进行修改和变更。因此本发明仅由后面的权利要求限定，在联系上述的说明和附图考虑时，其范围包括所有的这些实施例和变形。
权利要求
1.一种读出磁头，包括一个自旋阀传感器，其包括一个反铁磁钉扎层；一个钴铁(CoFe)钉扎的层结构；一个具有铁磁第一和第二层的双层中间层结构，第一层是钴铁(CoFe)，第二层是镍铁(NiFe)；该双层中间层结构位于该钉扎层和带有与钉扎层相接的第一层和与钉扎的层结构相接的第二层的钉扎的层结构之间；该钉扎的层结构具有被钉扎层钉扎在第一方向上的一个磁矩；一个铁磁自由层；及位于钉扎的层结构与自由层之间的一个非磁性导电间隔层。
2.如权利要求1的读出磁头，包括连接于该自旋阀传感器的第一和第二侧缘的第一和第二硬偏置和引线层；非磁性电绝缘的第一和第二读出间隙层；该自旋阀传感器和该第一和第二硬偏置和引线层位于第一和第二读出间隙层之间；第一和第二读出间隙层位于第一和第二屏蔽层之间。
3.如权利要求2的读出磁头，其特征在于钉扎的层结构包括铁磁的钴铁(CoFe)第一和第二反平行层；及位于第一和第二反平行层之间的钌(Ru)反平行耦合层。
4.如权利要求2的读出磁头，其特征在于钉扎的层结构包括单层的钴铁(CoFe)铁磁层。
5.如权利要求2的读出磁头，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
6.如权利要求2的读出磁头，其特征在于钉扎层是氧化镍(NiO)。
7.如权利要求6的读出磁头，其特征在于钉扎的层结构包括铁磁的钴铁(CoFe)第一和第二反平行层；及位于第一和第二反平行层之间的钌(Ru)反平行耦合层。
8.如权利要求7的读出磁头，包括间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
9.如权利要求6的读出磁头，其特征在于钉扎的层结构包括单层的钴铁(CoFe)铁磁层。
10.如权利要求9的读出磁头，包括间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
11.一种具有读出磁头和写入磁头的磁头组件，其中该写入磁头包括第一和第二极片层；第一和第二极片层的每一个具有位于极尖部分和后隙部分之间的磁轭部分；位于第一和第二极片层的极尖部分之间的一个非磁性写入间隙层；位于第一和第二极片层的磁轭部分之间的带有至少一个嵌入其中的线圈的绝缘堆；且该第一和第二极片层在它们的后隙部分相连接；该读出磁头包括非磁性电绝缘的第一和第二读出间隙层；一个自旋阀传感器；连接于该自旋阀传感器的第一和第二硬偏置和引线层；该自旋阀传感器和该第一和第二硬偏置和引线层位于该第一和第二读出间隙层之间；第一屏蔽层；该第一和第二读出间隙层位于该第一屏蔽层和该第一极片层之间；且该自旋阀传感器包括一个反铁磁钉扎层；一个钴铁(CoFe)钉扎的层结构；一个具有铁磁第一和第二层的双层中间层结构，第一层是钴铁(CoFe)，第二层是镍铁(NiFe)；该双层中间层结构位于该钉扎层和带有与钉扎层相接的第一层和与钉扎的层结构相接的第二层的钉扎的层结构之间；该钉扎的层结构具有被钉扎层钉扎在第一方向上的一个磁矩；一个铁磁自由层；及位于钉扎的层结构与自由层之间的一个非磁性导电间隔层。
12.如权利要求11的磁头组件，其特征在于钉扎的层结构包括铁磁的钴铁(CoFe)第一和第二反平行层；及位于第一和第二反平行层之间的钌(Ru)反平行耦合层。
13.如权利要求11的磁头组件，其特征在于钉扎的层结构包括单层的钴铁(CoFe)铁磁层。
14.如权利要求11的磁头组件，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
15.如权利要求11的磁头组件，其特征在于钉扎层是氧化镍(NiO)。
16.如权利要求15的磁头组件，其特征在于钉扎的层结构包括铁磁的钴铁(CoFe)第一和第二反平行层；及位于第一和第二反平行层之间的钌(Ru)反平行耦合层。
17.如权利要求16的磁头组件，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
18.如权利要求15的磁头组件，其特征在于钉扎的层结构包括单层的钴铁(CoFe)铁磁层。
19.如权利要求18的磁头组件，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
20.一种包括至少一个具有空气支承表面(ABS)的滑动器的磁盘驱动器，该滑动器支承至少一个包括读出磁头和写入磁头的磁头组件，该盘驱动器包括该写入磁头包括第一和第二极片层；第一和第二极片层的每一个具有位于极尖部分和后隙部分之间的磁轭部分；位于第一和第二极片层的极尖部分之间的一个非磁性写入间隙层；位于第一和第二极片层的磁轭部分之间的带有至少一个嵌入其中的线圈的绝缘堆；且该第一和第二极片层在它们的后隙部分相连接；该读出磁头包括非磁性电绝缘的第一和第二读出间隙层；一个自旋阀传感器；连接于该自旋阀传感器的第一和第二硬偏置和引线层；该自旋阀传感器和该第一和第二硬偏置和引线层位于该第一和第二读出间隙层之间；第一屏蔽层；该第一和第二读出间隙层位于该第一屏蔽层和该第一极片层之间；且该自旋阀传感器包括一个反铁磁钉扎层；一个钴铁(CoFe)钉扎的层结构；一个具有铁磁第一和第二层的双层中间层结构，第一层是钴铁(CoFe)，第二层是镍铁(NiFe)；该双层中间层结构位于该钉扎层和带有与钉扎层相接的第一层和与钉扎的层结构相接的第二层的钉扎的层结构之间；该钉扎的层结构具有被钉扎层钉扎在第一方向上的一个磁矩；一个铁磁自由层；及位于钉扎的层结构与自由层之间的一个非磁性导电间隔层。一个支座；可旋转地支承在支座中的一个磁盘；安装在支座中用来支承带有面对磁盘的所述ABS的磁头组件从而磁头组件与磁盘处于换能关系的支承器；用于旋转磁盘的装置；连接于支承器用以相对于所述磁盘移动磁头组件到多个位置的定位装置；及连接于磁头组件、用以旋转磁盘的装置和用以与磁头组件交换信号的定位装置的处理装置，用以控制磁盘的旋转并用以控制磁头组件的位置。
21.如权利要求20的磁盘驱动器，其特征在于钉扎层是氧化镍(NiO)。
22.如权利要求21的磁盘驱动器，其特征在于钉扎的层结构包括铁磁的钴铁(CoFe)第一和第二反平行层；及位于第一和第二反平行层之间的钌(Ru)反平行耦合层。
23.如权利要求22的磁盘驱动器，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
24.如权利要求21的磁盘驱动器，其特征在于钉扎的层结构包括单层的钴铁(CoFe)铁磁层。
25.如权利要求24的磁头组件，包括位于间隔层与自由层之间的钴铁(CoFe)GMR增强层。
26.一种制造具有读出磁头和写入磁头的磁头组件的方法，包括下列步骤以如下方法制造一个读出磁头的自旋阀传感器形成一个反铁磁钉扎层；通过在钉扎层上形成钴铁(CoFe)第一层并在第一层上形成镍铁(NiFe)第二层而形成一个铁磁双层中间层；在双层中间层上的第一层上形成一个钴铁(CoFe)钉扎的层结构；在钉扎的层结构上形成一个非磁性导电间隔层。及在间隔层上形成一个铁磁自由层。
27.如权利要求26的方法，包括形成一个铁磁第一屏蔽层；在第一屏蔽层上形成非磁性电绝缘第一读出间隙层；在第一读出间隙层上形成自旋阀传感器；把第一和第二硬偏置和引线层连接于自旋阀传感器的第一和第二侧缘；在自旋阀传感器和第一和第二硬偏置和引线层上形成非磁性电绝缘第二读出间隙层；在第二读出间隙层上形成铁磁第二屏蔽层。
28.如权利要求27的方法，其特征在于制造写入磁头的步骤包括在第二屏蔽层上形成一个非磁性隔离层；在具有位于极尖区与后隙区的磁轭区的隔离层上形成铁磁第一极片层；在磁轭区中的第一极片层上形成带有至少一个嵌入其中的线圈层的绝缘堆；及在极尖区中的第一极片层上形成一个非磁性写入间隙层；及在写入间隙层、绝缘堆上形成磁性第二极片层并在后隙区连接于第一极片层。
29.如权利要求28的方法，包括形成氧化镍(NiO)的钉扎层。
30.如权利要求29的方法，其特征在于形成钉扎的层结构的步骤包括在双层中间层的第二层上形成钴铁(CoFe)第一反平行层；及在第一反平行层上形成钌(Ru)反平行耦合层；及在反平行耦合层上形成钴铁(CoFe)第二反平行层。
31.如权利要求30的方法，包括在间隔层与自由层之间形成钴铁(CoFe)GMR增强层。
32.如权利要求29的方法，其特征在于钉扎的层结构由与双层中间层的第二层相接的单层的钴铁(CoFe)铁磁层形成。
33.如权利要求32的方法，包括在间隔层与自由层之间形成钴铁(CoFe)GMR增强层。
34.如权利要求27的方法，其特征在于制造写入磁头的步骤包括使用第一屏蔽层作为带有位于极尖区与后隙区之间的磁轭区的第一极片层；在磁轭区中的第一极片层上形成带有至少一个嵌入其中的线圈层的绝缘堆；及在极尖区中的第一极片层上形成一个非磁性写入间隙层；及在写入间隙层、绝缘堆上形成磁性第二极片层并在后隙区连接于第一极片层。
35.如权利要求34的方法，包括形成氧化镍(NiO)的钉扎层。
36.如权利要求35的方法，其特征在于形成钉扎的层结构的步骤包括在双层中间层的第二层上形成钴铁(CoFe)第一反平行层；及在第一反平行层上形成钌(Ru)反平行耦合层；及在反平行耦合层上形成钴铁(CoFe)第二反平行层。
37.如权利要求36的方法，包括在间隔层与自由层之间形成钴铁(CoFe)GMR增强层。
38.如权利要求35的方法，其特征在于钉扎的层结构由与双层中间层的第二层相接的单层的钴铁(CoFe)铁磁层形成。
39.如权利要求38的方法，包括在间隔层与自由层之间形成钴铁(CoFe)GMR增强层。
全文摘要
一种包括钴铁(CoFe)第一层和镍铁(NiFe)第二层的双层中间层,位于自旋阀传感器的氧化镍钉扎层与钴铁(CoFe)钉扎的层结构之间。钉扎的层结构可以是反平行(AP)钉扎的层结构或钴铁(CoFe)的单层钉扎的层。双层中间层降低钴铁(CoFe)钉扎的层结构的矫顽力,从而钉扎的层结构的磁矩在磁矩被旋转到钉扎的方向之外的其它方向时,可通过与钉扎层的交换耦合而被返回到它原来的位置。这种自旋阀传感器提高了磁电阻系数(dr/R)和热稳定性。
文档编号G11B5/31GK1271927SQ0010700
公开日2000年11月1日 申请日期2000年4月25日 优先权日1999年4月26日
发明者穆斯塔法·皮纳尔巴西 申请人:国际商业机器公司