專利名稱：具有鎖定層逆平行磁化的旋轉(zhuǎn)閥傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于讀出存儲(chǔ)在磁介質(zhì)上的信息信號(hào)的磁傳感器，尤其涉及一種采用雙旋轉(zhuǎn)閥(spin valve)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型磁阻讀傳感器。
現(xiàn)有技術(shù)公開稱為磁阻(MR)傳感器或磁頭的磁讀出傳感器表現(xiàn)出從磁表面上以大線密度讀出數(shù)據(jù)的能力。通過磁性材料制成的讀出元件的磁阻變化MR傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)，該磁阻變化是讀出元件感測(cè)的磁通強(qiáng)度和方向的函數(shù)。新近，一種不同的、更顯著的磁阻效應(yīng)已見諸描述，在這種效應(yīng)中層狀磁傳感器的磁阻變化歸因于磁性層之間經(jīng)過非磁性層的與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的傳導(dǎo)電子的發(fā)射以及伴隨的與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的散射。這種磁阻效應(yīng)有時(shí)稱為“巨磁阻”效應(yīng)，或者簡(jiǎn)稱為“巨磁阻”。
共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,206,590號(hào)公開一種MR傳感器，其中由一層非磁性層隔開的二層不耦合鐵磁體層之間的磁阻觀察為按這兩層磁化的夾角的余弦變化并且在其中一層鐵磁體層的磁化方向是固定的。這種MR傳感器稱為“旋轉(zhuǎn)閥”并且基于巨磁阻效應(yīng)。
共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,287,238號(hào)說明一種具有多層雙旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的MR傳感器。這種結(jié)構(gòu)包括兩層其磁性具有固定方向的外鐵磁體材料層和一層其磁性響應(yīng)外部施加的磁場(chǎng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的中間鐵磁體材料層。
本發(fā)明的主要目的是提供一種雙元件磁阻(MR)傳感器，它在共模激勵(lì)下產(chǎn)生相反極性的信號(hào)，從而排除共模噪音。
按照本發(fā)明，一種雙MR傳感器包括第一和第二分層結(jié)構(gòu)。每個(gè)分層結(jié)構(gòu)由被一層非磁性材料薄膜層隔開的第一和第二鐵磁體材料薄膜層構(gòu)成。第一層中的磁化方向響應(yīng)外加磁場(chǎng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。第二層中的磁化方向保持固定的位置并且在向該MR傳感器施加外磁場(chǎng)時(shí)其方向不轉(zhuǎn)動(dòng)。各個(gè)分層結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括在各分層結(jié)構(gòu)中固定第二鐵磁體材料層(“鎖定層”)的磁化方向的裝置。第一分層結(jié)構(gòu)中鐵磁體材料鎖定層的磁化方向固定為在方向上和第二分層結(jié)構(gòu)中鐵磁體材料鎖定層的磁化方向逆平行。通過提供通過MR傳感器的感測(cè)電流，由于各分層結(jié)構(gòu)中第一鐵磁體材料層(“自由層”)磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)可以感測(cè)出MR傳感器響應(yīng)外磁場(chǎng)時(shí)阻率的變化。
第一和第二分層結(jié)構(gòu)各包括旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)，并且，在第一實(shí)施方式中，各旋轉(zhuǎn)閥中的鐵磁體材料的自由層是MR結(jié)構(gòu)的外層。在備擇的實(shí)施方式中，鐵磁體材料的自由層是MR傳感器的中央部分。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)由一層相對(duì)厚的非磁性隔離層隔開，該隔離層還用作為雙MR傳感器的讀出間隙。


圖1是包含本發(fā)明的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方塊圖；圖2是按照本發(fā)明的原理的雙磁阻傳感器的透視分解圖；圖3a、3b和3c是從圖2中所示的雙磁阻傳感器的最佳實(shí)施方式的傳感器空氣軸承表面看過去的端面圖；圖4是一個(gè)方塊圖，表示采用圖3a、3b和3c中所示的雙磁阻傳感器的差分檢測(cè)電路；圖5是按照本發(fā)明的原理的另一種雙磁阻傳感器的實(shí)施方式的透視分解圖；圖6是從圖5中所示的雙磁阻傳感器的實(shí)施方式的傳感器空氣軸承表面看過去的端面圖；圖7是一組三個(gè)相關(guān)的曲線圖，表示圖5和圖6中所示的雙磁阻傳感器中的計(jì)算出的傳感器電流密度與傳感器上位置之間的函數(shù)關(guān)系；圖8是圖7中所示的曲線圖的一部分的放大圖；圖9是按照本發(fā)明的原理的雙磁阻傳感器的另一種實(shí)施方式的透視分解圖；圖10是從圖9中所示的雙磁阻傳感器的實(shí)施方式的傳感器空氣軸承看過去的端面圖；以及圖11是一組三條相關(guān)的曲線圖，表示圖9和圖10所示的雙磁阻傳感器中計(jì)算出的傳感器電流密度和傳感器的位置之間的函數(shù)關(guān)系。
現(xiàn)參見圖1，盡管本發(fā)明被描述成實(shí)施于如圖1所示的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)中，很清楚本發(fā)明還可應(yīng)用于其它的例如象磁帶記錄系統(tǒng)的磁記錄系統(tǒng)，或者可用于其它采用傳感器檢測(cè)磁場(chǎng)的應(yīng)用中。一個(gè)磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤12，磁盤12由主軸14支承并由盤驅(qū)動(dòng)馬達(dá)18旋轉(zhuǎn)。各盤上磁記錄介質(zhì)的形式為盤12上同心數(shù)據(jù)磁道(未示出)構(gòu)成的環(huán)狀模式。
在盤12上至少設(shè)置一個(gè)浮動(dòng)塊13，每個(gè)浮動(dòng)塊13支持一個(gè)或多個(gè)通常稱為讀/寫磁頭的磁讀/寫傳感器21。當(dāng)磁盤12旋轉(zhuǎn)時(shí)，浮動(dòng)塊13徑向地沿磁表面22往返移動(dòng)，從而磁頭21可以訪問盤上記錄著所需數(shù)據(jù)的不同部位。各個(gè)浮動(dòng)塊13借助懸架15和致動(dòng)器臂19連接。懸架15具有細(xì)微的彈簧力，該力使浮動(dòng)塊13偏向盤面22。每個(gè)致動(dòng)器臂19和一個(gè)致動(dòng)器裝置27連接。圖1中所示的致動(dòng)器裝置例如可以是一個(gè)音圈馬達(dá)(VCM)。該音圈馬達(dá)包括一個(gè)可在固定磁場(chǎng)中移動(dòng)的線圈，線圈移動(dòng)的方向和速度由控制器提供的馬達(dá)電流信號(hào)控制。
在磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行期間，盤12的旋轉(zhuǎn)在浮動(dòng)塊13和盤表面22之間產(chǎn)生在浮動(dòng)塊上施加向上力或升力的空氣軸承。這樣該空氣軸承抵消懸架15的輕微彈簧力并且在運(yùn)行期間支承浮動(dòng)塊13離開盤表面并以一個(gè)小的基本恒定的間隔略處于盤表面的上方。
在運(yùn)行中磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的各部件由控制單元29產(chǎn)生的控制信號(hào)(例如存取控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào))控制。典型地，控制單元29包括，例如，邏輯控制電路、存儲(chǔ)裝置和一個(gè)微處理器?？刂茊卧?9產(chǎn)生控制信號(hào)，以便控制各種系統(tǒng)操作，諸如線23上的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)控制信號(hào)和線28上的磁頭定位及查找控制信號(hào)。線28上的控制信號(hào)提供所需的電流曲線，以便最佳地把選定的浮動(dòng)塊13移動(dòng)及定位到相關(guān)磁盤12上的所需數(shù)據(jù)磁道上。通過記錄通道25向和從讀/寫磁頭21通信讀和寫信號(hào)。
上述對(duì)典型磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的描述以及圖1的相應(yīng)圖示僅用于說明目的。應(yīng)該清楚磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包括大I的浮動(dòng)塊。
現(xiàn)參見圖2，按照本發(fā)明的雙磁阻(MR)讀傳感器30包括第一和第二分層結(jié)構(gòu)，每個(gè)分層結(jié)構(gòu)包含一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32、34，在旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)中第一或“自由的”鐵磁體層31、39通過一個(gè)薄的非磁性間隔層33、41和磁化方向固定的第二或“鎖定的”鐵磁體層35、43隔開。相鄰于鎖定鐵磁體層35、43淀積一層反鐵磁材料層37、45，并且該反鐵磁層和鎖定鐵磁體層接觸，從而通過交換耦合來固定(即鎖定)鎖定層中的磁化方向。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)是構(gòu)造在一個(gè)基片上的并且通過薄絕緣材料層47相互分開。兩個(gè)鎖定層35、43中的磁化方向(如箭頭38、44所示)置成逆平行，從而磁阻傳感器30響應(yīng)外磁場(chǎng)的阻率變化可以因各分層結(jié)構(gòu)的自由層31、39中的磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)而不同地感測(cè)?；谛D(zhuǎn)閥效應(yīng)的其中傳感器讀元件包括鐵磁體/非磁性/鐵磁體分層結(jié)構(gòu)的MR傳感器在上面提及的專利5,206,590中得到詳細(xì)說明，該專利這里作為參考文獻(xiàn)。
鐵磁體材料自由層31、39的磁化方向相互平行，即在同一方向上，并且在不存在外加磁場(chǎng)的情況下相對(duì)于鐵磁體鎖定層35、43的磁化方向大約成90°夾角，如箭頭36和42所示。鐵磁體材料鎖定層35、43的磁化方向固定為逆平行，如箭頭38和44所示。這樣，在鐵磁材料鎖定層35、43的磁化方向保持固定的同時(shí)，鐵磁材料自由層31、39的磁化響應(yīng)外加磁場(chǎng)(例如圖2中所示的磁場(chǎng)h)自由轉(zhuǎn)動(dòng)它們的方向，如圖2中自由層31和39上的虛箭頭所示。
在不存在外加磁場(chǎng)的情況下，最好使鐵磁材料自由層31和39的磁化如圖2中所示在方向上和鐵磁材料鎖定層35和43的磁化基本上成90°。鑒于圖2中虛箭頭所示的兩個(gè)磁化轉(zhuǎn)動(dòng)方向的偏移相同，這種定向使MR傳感器產(chǎn)生最大的靈敏度。為了產(chǎn)生這種定向就必須平衡影響自由層31和39中磁化方向的三個(gè)對(duì)抗磁場(chǎng)。這三個(gè)磁場(chǎng)中的一個(gè)是從鎖定層到達(dá)自由層的磁場(chǎng)，另一個(gè)是鎖定層和自由層之間的層間耦合磁場(chǎng)，而第三個(gè)磁場(chǎng)是因感測(cè)電流量Is流經(jīng)傳感器(如圖4中所示)而造成的磁場(chǎng)。需要以這樣的方式選擇各層的材料和厚度即為達(dá)到自由層和鎖定層之間基本上90°取向的所需感測(cè)電流的值另一方面也適應(yīng)傳感器的應(yīng)用環(huán)境。
現(xiàn)參照?qǐng)D3a、3b和3c，圖中表示圖2的 MR傳感器的一種最佳實(shí)施方式。雙MR傳感器30包括構(gòu)造在適當(dāng)基片50上的第一分層結(jié)構(gòu)32和第二分層結(jié)構(gòu)34，每個(gè)分層結(jié)構(gòu)32、34包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32、34由電氣上隔離兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的一層相對(duì)厚的絕緣材料隔離層47離開。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32、34構(gòu)造在兩個(gè)絕緣材料間隙層G1、G2之間，反過來，兩個(gè)間隙層又構(gòu)造在兩個(gè)磁材料的磁屏蔽層S1、S2之間。雙MR傳感器30利用眾所周知的真空淀積和電鍍方法制成例如，第一屏蔽層49可能鍍?cè)诨?0的表面上。然后，例如通過濺鍍淀積第一間隙層51、包括第一旋轉(zhuǎn)閥32的各層、絕緣層47、包括第二旋轉(zhuǎn)閥34的各層以及第二間隙層53。最后，在第二間隙層53上鍍上第二磁屏蔽層55。
第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32包括第一鐵磁材料薄膜層(自由層)31、第一非導(dǎo)磁材料薄膜層33和第二鐵磁材料薄膜層35。在圖3a中所示的特定實(shí)施方式中，固定第二鐵磁材料薄膜層(鎖定層)35的磁化方向的裝置包括第一反鐵磁材料薄膜層37。第二鐵磁層35中磁化通過反鐵磁/鐵磁交換耦合得到固定。在淀積第一鐵磁層31之前淀積種層61以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)閥32的隨后各層的適當(dāng)生長。在旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的相對(duì)兩端處構(gòu)造的電引線導(dǎo)體57提供與外部電路的連接并且定義旋轉(zhuǎn)閥32的中央激活區(qū)。
第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)34包括第三鐵磁材料薄膜層(自由層)39、第二非導(dǎo)磁材料薄膜層41和第四鐵磁材料薄膜層(鎖定層)43。在圖3a、3b和3c所示的特定實(shí)施方式中，固定第四鐵磁材料薄膜層43的磁化方向的裝置包括第二反鐵磁材料薄膜層45。通過反鐵磁/鐵磁交換耦合固定第四鐵磁層中的磁化。如上面對(duì)第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32所作出的說明一樣，在淀積第三鐵磁層39之前淀積第二種層63。相類似，在旋轉(zhuǎn)閥34的相對(duì)兩端上構(gòu)造電引線導(dǎo)體59。
為提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥對(duì)另一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的電絕緣，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32、34被一個(gè)非磁絕緣材料隔離層47所隔開。如氧化鋁(Al2O3)或氧化硅(SiO2)的材料適用于該用途。非磁隔離層43還用于對(duì)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32、34的自由層31、39磁去耦。
如上面參照?qǐng)D2所討論的那樣，自由層31、39的磁化垂直于鎖定層35、43的磁化，而且，鎖定層35、43的磁化必須是互相逆平行的。因?yàn)殒i定層35、43中的交換耦合場(chǎng)的方向或定向是通過把該結(jié)構(gòu)加熱到超過反鐵磁材料的奈耳溫度然后在具有所需方向的磁場(chǎng)下冷卻該結(jié)構(gòu)來設(shè)定的，從而必須使兩個(gè)反鐵磁層37、45的不同反鐵磁材料分別具有明顯不同的奈耳溫度。對(duì)于圖3a中所示的最佳實(shí)施方式，第一反鐵磁層37的材料可以是例如具有相對(duì)低的奈耳溫度的鐵錳(FeMn)或氧化鎳(NiO)而第二反鐵磁層45的材料可以是例如具有相對(duì)高的奈耳溫度的鎳錳(NiMn)。
第二旋轉(zhuǎn)閥34的鎖定層43里的交換耦合磁場(chǎng)的定向是通過在施加具有所需方向的磁場(chǎng)下從高于第二反鐵磁層45的材料如NiMn的奈耳溫度上冷卻傳感器30設(shè)定的。接著在高于第一反鐵磁層37的材料的奈耳溫度但又低于第二反鐵磁層45的奈耳溫度的溫度上，同時(shí)施加與第一次退火過程所施加的磁場(chǎng)逆平行(180°)的磁場(chǎng)，對(duì)傳感器30進(jìn)行第二次退火。最好使鎖定層35、43的磁化垂直于傳感器的空氣軸承平面以及介質(zhì)表面，并且在靜狀態(tài)(即不施加外磁場(chǎng))下使自由層31、39的磁化平行于傳感器的空氣軸承表面和介質(zhì)表面。
在最佳實(shí)施方式中，鐵磁層32、35、39和43可以用任何適當(dāng)?shù)拇判圆牧现圃?，例如如?Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)以及它們的合金如鎳鐵(NiFe，通常稱為玻莫合金)、鎳鈷(NiCo)和鐵鈷(FeCo)。傳導(dǎo)隔離層33和41可以是任何適當(dāng)?shù)姆谴判詫?dǎo)電材料，例如如銅(Cu)、金(Au)和銀(Ag)。傳導(dǎo)引線57和59應(yīng)該是低電阻率材料(即良導(dǎo)體)，并且具有硬度和好的抗蝕性，因?yàn)橐€材料會(huì)暴露在傳感器空氣軸承表面上。例如，鉭(Ta)是一種適用于引線導(dǎo)體57、59的材料。第一和第二間隙層51、53是非磁性絕緣材料，例如Al2O3或SiO2。磁屏蔽層49、55是高永磁性材料如NiFe或鐵硅鋁磁合金(AlSiFe)。在最佳實(shí)施方式中，第一屏蔽G1是NiFe或AlSiFe中的一種，而第二屏蔽G2是NiFe。圖3a中所示雙MR傳感器30的特定實(shí)施例具有以下結(jié)構(gòu)Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/FeMn(150埃)/Al2O3(500埃)/Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/NiMn(300埃)。
繼續(xù)參見圖3b，其中表示了雙MR傳感器30的另一種實(shí)施方式。該實(shí)施方式和上面參照?qǐng)D3a說明的實(shí)施方式類似。圖3b中所示的傳感器30包括用非磁性絕緣隔離層47與第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)電隔離的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)36。雖然第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)38和圖3a中所示的第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)34相同，第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)3b和圖3a中所示的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)32的不同之處在于所采用的實(shí)現(xiàn)鎖定層65中磁化的裝置。
第一旋轉(zhuǎn)閥36包括種層61、第一鐵磁層(自由層)31、第一導(dǎo)電隔離層33和第二鐵磁層(鎖定層)65。鎖定層65是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，它具有第一鐵磁材料層67、非磁性材料的反鐵磁耦合層69和第二鐵磁材料層71。隔離層47直接淀積在第二鐵磁體層71上并和第二鐵磁體層71接觸，隔離層47是一層反鐵磁材料。通過層71的鐵磁材料和隔離層47的反鐵磁材料之間的交換耦合，在鎖定層即第二鐵磁體層71中感應(yīng)一個(gè)有效磁場(chǎng)。因?yàn)榈谝昏F磁鎖定層67是和第二鐵磁鎖定層71是反鐵磁地耦合的，這兩層都和反鐵磁間隙層47交換耦合，從而在鐵磁層67中產(chǎn)生一個(gè)在中小外加磁場(chǎng)下固定的有效磁場(chǎng)。
在該最佳實(shí)施方式中，如所述，鐵磁體層可以是任何適當(dāng)?shù)拇判圆牧隙鴮?dǎo)電間隙層33及41可以是任何適當(dāng)?shù)姆谴判詫?dǎo)電材料。在第一旋轉(zhuǎn)閥鎖定層65中，反鐵磁耦合層69可以是任何適當(dāng)?shù)姆谴判圆牧?，如?Ru)、鉻(Cr)、銠(Rh)、銥(Ir)或其它材料或者周知的可促進(jìn)鐵磁體層之間逆平行耦合的它們的合金。因?yàn)楦綦x層47還用于在電氣上把第一旋轉(zhuǎn)閥36和第二旋轉(zhuǎn)閥38絕緣開，它除了是反鐵磁材料外還必須是電絕緣材料，諸如NiO。
將分層的鎖定層65與反鐵磁隔離層47一起使用。允許在比傳感器中所使用的兩個(gè)反鐵磁材料的較高奈耳溫度更高的溫度下只用單個(gè)加熱/冷卻過程在第一和第二旋轉(zhuǎn)閥36和38的鎖定層65及43中分別感應(yīng)逆平行磁場(chǎng)。這樣，當(dāng)經(jīng)交換耦合在第二鐵磁鎖定層71中感應(yīng)的磁場(chǎng)平行于鎖定層43中感應(yīng)的磁場(chǎng)的同時(shí)，經(jīng)靜磁耦合在相鄰導(dǎo)電隔離層33的第一鐵磁鎖定層67中感應(yīng)的磁場(chǎng)將相對(duì)于鎖定層43中的磁場(chǎng)是逆平行的。
圖3b中所示的 MR傳感器30的特定實(shí)施例具有如下結(jié)構(gòu)Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/Ru(4埃)/Co(40埃)/NiO(400埃)/Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/FeMn(150埃)。為了獲得鎖定層65和43的磁化的所需逆平行定向，Ru反鐵磁耦合層69的厚度應(yīng)該在4-6埃的范圍之內(nèi)，而第一和第二Co層67和71在厚度上應(yīng)該相差約10埃。在該最佳實(shí)施方式中，選擇Ru耦合層69的4-6埃的厚度以提供Co層67和71之間的大反鐵磁交換耦合。關(guān)于該過程的更詳細(xì)說明，請(qǐng)參見作為本文參考文獻(xiàn)的Parkin等的Phys.Rev.Lett，Vol.64，P.2034(1990)。兩個(gè)Co層67和71之間的厚度差異決定鎖定層65的磁化和磁性異向，關(guān)于這一方面在本文的另一參考文獻(xiàn)即共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,408,377中有更詳細(xì)的說明。鎖定層65和43的凈磁化量決定作用在傳感器自由層31、39上的去磁場(chǎng)量。該去磁場(chǎng)與自由層和鎖定層31及35、39及43之間的鐵磁耦合分別穿過非磁性隔離層33、41，并且由傳感器偏置電流(感測(cè)電流)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)決定靜態(tài)偏置點(diǎn)(即，不存在外部磁場(chǎng)下的自由層磁化定向)。所以選擇兩個(gè)Co層的厚度差異以獲得最佳偏置點(diǎn)。
繼續(xù)參見圖3c，它表示雙MR傳感器30的另一種最佳實(shí)施方式。該實(shí)施方式類似于上面參照?qǐng)D3b描述的實(shí)施方式，圖3c中所示的傳感器30包括借助非磁性絕緣隔離層47和第二旋轉(zhuǎn)閥44在電氣上隔離的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)42，其中第一旋轉(zhuǎn)閥42和圖3b中的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)36的不同之處在于所采用的在鎖定層73中提供交換耦合磁場(chǎng)的材料。
第一旋轉(zhuǎn)閥42包括種層61、第一鐵磁體層(自由層)31、第一導(dǎo)電隔離層33、第二分層鐵磁體層(鎖定層)73和第一反鐵磁體層37。鎖定層73包括第一鐵磁體層75、第二鐵磁體層79和把第一及第二鐵磁體層75、79隔開的去耦合層77。反鐵磁體層37淀積在第二鐵磁鎖定層79上并與其直接接觸。通過和反鐵磁體層37的交換耦合在第二鐵磁體層79中感應(yīng)有效的磁場(chǎng)。接著經(jīng)過和第二鐵磁鎖定層79的反鐵磁耦合在第一鐵磁鎖定層75感應(yīng)有效的磁場(chǎng)，從而在中小外加磁場(chǎng)下固定鐵磁體層75的磁化。
如參照?qǐng)D3b所描述的那樣，分層的鎖定層73與第一反鐵磁體材料37一起使用允許只用一個(gè)加熱/冷卻處理過程而在第一鐵磁鎖定層75中和第二旋轉(zhuǎn)閥44的鎖定層43中感應(yīng)固定的逆平行磁場(chǎng)。
圖3c中所示的雙MR傳感器30的一個(gè)特定的實(shí)施方式具有如下結(jié)構(gòu)Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/Ru(4埃)/Co(40埃)/FeMn(150埃)/Al2O3(500埃)/Ta(50埃)/NiFe(90埃)/Cu(25埃)/Co(30埃)/FeMn(150埃)。采用單個(gè)退火處理設(shè)定鎖定層73、43中的磁化可消除對(duì)第一和第二反鐵磁體層37、45采用具有不同的奈耳溫度的不同材料的要求。因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中隔離層47只用來在電氣上隔離二個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)42、44，該隔離層可以是任何適當(dāng)?shù)慕^緣材料，例如Al2O3或SiO2。
現(xiàn)在再參照?qǐng)D4，圖4是一個(gè)方塊圖，它表示一個(gè)采用參照?qǐng)D3a、3b和3c所說明的雙MR傳感30的差分檢測(cè)電路。電源81向1號(hào)旋轉(zhuǎn)閥提供恒定偏置或感測(cè)電流Is。類似地，電源83向2號(hào)旋轉(zhuǎn)閥提供恒定感測(cè)電流Is。電流以相同方向通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥。各個(gè)旋轉(zhuǎn)閥的輸出信號(hào)分別施加到差分放大器85的相反極性輸入上。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥中的鎖定層的逆平行磁化響應(yīng)外加磁場(chǎng)(比如記錄在磁盤上的磁數(shù)據(jù)信號(hào))在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥中提供相反的磁阻變化。磁阻變化及輸出信號(hào)在差分檢測(cè)器85上是增加，從而提供更大的靈敏度。采用差分檢測(cè)還提供對(duì)諸如來自熱不均的共模噪聲的抑制。
現(xiàn)再參看圖5，圖中表示按照本發(fā)明的雙MR傳感器的另一種實(shí)施方式。該雙MR傳感器90包括被一個(gè)可以是電傳導(dǎo)或電絕緣材料構(gòu)成的非磁性間隔層99分隔的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)92、第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)94。每個(gè)旋轉(zhuǎn)閥92、94包括第一(自由)鐵磁體層97、101，并通過非磁性電傳導(dǎo)薄層95、103與第二(鎖定)鐵磁體層93、105隔開。相鄰鎖定鐵磁體層93、105分別構(gòu)造加鎖層91、107，以便提供固定各鎖定層93、105中磁化方向的裝置。如上面參照?qǐng)D2中所說明的那樣，每個(gè)鎖定層93、105中的磁化方向是固定地彼此逆平行(分別地，箭頭109、117)。每個(gè)自由鐵磁體層97、101中的磁化方向置為和鎖定層93、105中的磁化方向相垂直，并且響應(yīng)外部施加的磁場(chǎng)自由轉(zhuǎn)動(dòng)(分別地，箭頭111、113)。
現(xiàn)再參照?qǐng)D6，圖中表示圖5的雙MR傳感器90的一個(gè)特定實(shí)施方式。第一和第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)92和94通過絕緣隔離層99被隔開并且用真空淀積技術(shù)構(gòu)造絕緣層89上，而絕緣層89又構(gòu)造在適當(dāng)?shù)幕?7上。絕緣層89與圖3a中所示的第一間隙層G1類似。
出于說明的目的，基片87包括技術(shù)上已知的任何附加層，例如圖3a中所示的第一磁屏蔽層S1。第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)92包括由非磁性導(dǎo)電隔離層95分開的第一鐵磁體恩自由層)97和第二鐵磁體層93(鎖定層)。如上面參照?qǐng)D3b和3c所說明的那樣，鎖定層93包括由薄非磁性去耦合層123隔開的第一和第二鐵磁體層121和125。
絕緣層89是例如NiO的反鐵磁體材料。第一鐵磁體鎖定層121淀積在反鐵磁絕緣層89的表面上并與其直接接觸。通過和反鐵磁絕緣層89的交換耦合在鐵磁體層121中感應(yīng)一個(gè)磁場(chǎng)，從而通過靜磁耦合在第二鐵磁體層125中提供一個(gè)磁場(chǎng)。第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)包括由非磁性導(dǎo)電隔離層103隔開的第一鐵磁體層(自由層)101和第二鐵磁體層(鎖定層)105。反鐵磁體層107構(gòu)造在第二鐵磁體層105上并且與其接觸以通過交換耦合在鎖定層105中提供一個(gè)磁場(chǎng)。本實(shí)施方式的一個(gè)特點(diǎn)是各旋轉(zhuǎn)閥的自由層97、101淀積在和絕緣隔離層99的相對(duì)兩個(gè)側(cè)面相鄰的傳感器結(jié)構(gòu)的中部上。隔離層99是一層非磁性(而且電絕緣)材料以分別在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥92、94的自由層97、101之間提供磁去耦。
導(dǎo)電引線119構(gòu)造在旋轉(zhuǎn)閥92、94的相對(duì)兩端上，在各端上把旋轉(zhuǎn)閥92、94短路在一起并定義傳感器90的中央激活區(qū)(即，傳感器90響應(yīng)所施加磁信號(hào)的部分)。傳感器激活區(qū)還定義傳感器的道寬。導(dǎo)電引線119把傳感器90和外部電路如電流裝置129和感測(cè)裝置127連接起來。電流裝置129向傳感器90提供感測(cè)電流Is。感測(cè)裝置127檢測(cè)傳感器響應(yīng)外加磁場(chǎng)的輸出信號(hào)。
按照本發(fā)明的該實(shí)施方式，鐵磁體層93、97和101和105可以用任何適當(dāng)?shù)拇判圆牧侠缛鏑o、Fe、Ni和它們的合金NiFe、NiCo及FeCo制造，并且分層鐵磁體層93的結(jié)構(gòu)如上所述。在圖6中的特定實(shí)施方式中，鐵磁體層93、97、101和105可以可選地包括一層例如NiFe的第一鐵磁材料層和一層例如Co的稱為“毫微層”的第二鐵磁材料薄層。毫微層結(jié)構(gòu)在作為本文的參考文獻(xiàn)的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5,341,261中有說明。第二鐵磁材料的毫微層淀積在第一鐵磁材料層和非磁性間隔層之間的界面上。最佳鐵磁體層是NiFe薄膜層93和厚約為7-20埃的Co毫微層93a。鐵磁材料層97、97a、101、101a、105和105a也具有這種雙層結(jié)構(gòu)。這種雙層結(jié)構(gòu)在磁阻上提供更大的變化并且提供低的矯頑磁性和低的磁性異向。此外，這種磁參數(shù)的結(jié)合是不能由兩個(gè)鐵磁材料層中的單層單獨(dú)提供的。
非磁性間隔層33、38包括例如Cu，或者其它適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電金屬如Ag、Au或它們的合金。導(dǎo)電引線119可以是任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料，如Ta。反鐵磁材料層107例如可以是FeMn或MiMn。絕緣層89可以是任何反鐵磁體并且電絕緣的材料，如NiO。在第一旋轉(zhuǎn)閥92中采用分層的鎖定層93允許只利用單個(gè)加熱/冷卻過程沒定層93和105里的磁方向置成彼此逆平行。備選地，可以通過采用鄰接的硬磁層或者通過對(duì)鎖定層93、105使用具有足夠高矯頑磁性的材料固定鎖定鐵磁體層93、105的磁化方向。
圖7中表示一組三個(gè)有關(guān)的曲線，這些曲線表示圖5和6中所示的雙MR傳感器的計(jì)算出的傳感器電流密度和經(jīng)過傳感器的各個(gè)位置之間的函數(shù)關(guān)系。雙MR傳感器90的該特定實(shí)施方式具有如下的結(jié)構(gòu)NiO(400埃)/Co(30埃)/Ru(6埃)/Co(40埃)/Cu(25埃)/Co(20埃)/NiFe(70埃)/Ta(500埃)/NiFe(70埃)/Co(20埃)/Cu(25埃)/Co(20埃)/NiFe(30埃)/FeMn(200埃)。在最上面的曲線圖中，假定自由層和鎖定層之間是逆平行校準(zhǔn)的。上旋曲線用虛線表示，下旋曲線用實(shí)線表示而總電流密度用點(diǎn)劃線表示。中間的曲線圖表示逆平行校準(zhǔn)和平行校準(zhǔn)二者的總電流密度，而最下面的曲線圖表示中間曲線圖所示的兩條曲線之間的差。
圖8是一個(gè)放大的曲線圖，它表示圖7實(shí)施方式的一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的電流密度。該圖從NiO層之后開始并且表示各層對(duì)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的總電流密度的貢獻(xiàn)。圖7和圖8中所示的曲線是代表性的旋轉(zhuǎn)閥，用于說明旋轉(zhuǎn)閥傳感器的運(yùn)行。各特定實(shí)施方式的閥將作為旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)中不同層的厚度和材料的函數(shù)變化。
現(xiàn)參照?qǐng)D9和圖10，其中表示了按照本發(fā)明的MR傳感器的另一種最佳實(shí)施方式。雙MR傳感器130包括被絕緣隔離層137隔開的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)142和第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)144。
在該雙傳感器實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)閥142、144的第一或自由鐵磁材料層131、143淀積在該結(jié)構(gòu)的端部(或頂端和底端)上，而第二或鎖定鐵磁材料層135、139淀積在該分層結(jié)構(gòu)的中央附近并和絕緣間隔層137的相對(duì)的兩側(cè)面相鄰。絕緣間隔層135是反鐵磁材料的，用于通過交換耦合固定鎖定層135、139中的磁化。如將在下面所討論的那樣，這種構(gòu)局在傳感器內(nèi)造成更有效的電流分布。
旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)142和144淀積在適當(dāng)?shù)幕?29和隔離層128上。在淀積第一鐵磁體層131之前可以在隔離層128上淀積諸如Ta、Ru或CrV的適當(dāng)?shù)牡谆鶎?。底基?45的用途是優(yōu)化相繼各層的結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸和形態(tài)。如果隔離層是由具有適當(dāng)特性的材料構(gòu)成的，可以省掉底基層145。第一非磁性導(dǎo)電間隔層133和第二鐵磁體層135的淀積完成了第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)142。然后在第二鐵磁體層135上淀積反鐵磁體隔離層137，并且這兩層相接觸。在該實(shí)施方式中，借助交換耦合第二鐵磁材料層135的磁化方向由反鐵磁材料的隔離膜層137固定在適當(dāng)位置上，如圖9中的箭頭134所示。
第二旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)144包括構(gòu)造在反鐵磁體隔離層137上并和該層137接觸的第三鐵磁材料層(鎖定層)139、第二非磁性導(dǎo)電材料薄膜間隔層141和第四鐵磁材料層(自由層)143。在該實(shí)施方式中，通過借助和反鐵磁體間隔層137的交換耦合將第三鐵磁體材料層139的磁化方向固定，如圖9中的箭頭136所示。
如上面參照?qǐng)D6所說明的那樣，第一旋轉(zhuǎn)閥142的鎖定層135包括由薄非磁性去耦合層157隔開的第一和第二鐵磁體層155、159。鎖定層135的這種結(jié)構(gòu)允許利用單個(gè)反鐵磁體層137以及利用單個(gè)加熱/冷卻過程在鎖定層135、139中獲得所需的逆平行磁化方向。
鐵磁體層131、135、139、143可以是任何適當(dāng)?shù)拇判圆牧?，諸Co、Fe、Ni以及它們的合金NiFe、NiCo和FeCo，其中分層鎖定層135的結(jié)構(gòu)如上面所述。備選地，鐵磁體層131、135、139、143可以包括一層上面參照?qǐng)D6說明的由不同的鐵磁材料構(gòu)成的毫微層。非磁性導(dǎo)電層133、141例如由Cu或者其它合適的導(dǎo)電金屬比如Ag、Au或它們的合金構(gòu)成。絕緣隔離層137由任何具有高電阻的適當(dāng)反鐵磁材料構(gòu)成。
電導(dǎo)體引線149在雙MR傳感器130、電源153和感測(cè)裝置151之間構(gòu)成電路通路。如上面參照?qǐng)D6所說明的那樣，導(dǎo)體引線149在各端上把兩個(gè)旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)142、144短路起來并且定義傳感器130的中央激活區(qū)和道寬。熟練的技術(shù)人員可以理解雙MR傳感器130還可以包括別的不同的層，例如如Ta蓋層和如縱向偏置層的各種偏置層(未示出)。
圖9表示鐵磁材料的自由層131、143的磁化在定向時(shí)是平行的，即是同一方向的，并且在不存在外加磁場(chǎng)的情況下它們的方向和箭頭134及136所示的鐵磁材料的鎖定層135、139的磁化方向大約成90°的角度。這樣，在鐵磁材料的鎖定層135、139的磁化方向保持固定的同時(shí)，響應(yīng)外加磁場(chǎng)(例如圖9中所示的磁場(chǎng)h)鐵磁材料的自由層131、143的磁化自由地轉(zhuǎn)動(dòng)它們的方向，如分別由自由層131和143上的虛箭頭132、138所示那樣。
圖11中表示一組三個(gè)有關(guān)的曲線圖，它們表示圖9和圖10所示的MR傳感器的計(jì)算的傳感器電流密度和經(jīng)過傳感器的各個(gè)位置之間的函數(shù)關(guān)系。MR傳感器的一個(gè)特定實(shí)施方式具有如下結(jié)構(gòu)Ta(50埃)/NiFe(50埃)/Cu(25埃)/Co(40埃)/Ru(6埃)/Co(30埃)/NiO(400埃)/Co(50埃)/Cu(25埃)/NiFe(50埃)/Ta(50埃)。在最上面的曲線圖中，假定自由層和鎖定層之間是逆平行校準(zhǔn)的。上旋曲線用虛線表示，下旋曲線用實(shí)線表示，而總的電流密度在點(diǎn)劃線中表示。中間的曲線圈表示逆平行校準(zhǔn)(虛線)和平行校準(zhǔn)(實(shí)線)兩種情況的總電流密度，而最下面的曲線表示中間的曲線圖中所示的兩條曲線之間的差。
當(dāng)自由層位于雙MR傳感器的中央附近(如圖5和6所示)時(shí)和當(dāng)自由層位于雙MR傳感器的邊緣附近時(shí)(如圖9和圖10所示)傳感器的操作上存在明顯的不同。在這兩種情況中運(yùn)行期間由流過傳感器的感測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)自由層的作用是不同的。在確定用來適當(dāng)?shù)仄脗鞲衅饕垣@得最對(duì)稱的運(yùn)行以及最高信號(hào)輸出的正確電流時(shí)，該磁場(chǎng)是要計(jì)算在內(nèi)的(與鎖定層的靜磁場(chǎng)和層間耦合以及其它任何作用在自由層上的有效的或?qū)嶋H的磁場(chǎng)一起)。
當(dāng)自由層位于傳感器的中央附近時(shí)，較多的感測(cè)電流流過各自由層的兩側(cè)。因?yàn)榱鹘?jīng)一給定自由層的一側(cè)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消了流過另一側(cè)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，當(dāng)自由層位于MR結(jié)構(gòu)的中央附近時(shí)電流產(chǎn)生較小的凈磁場(chǎng)。當(dāng)自由層位于傳感器結(jié)構(gòu)的外邊緣附近時(shí)，由電流產(chǎn)生的作用在自由層上的磁場(chǎng)較大。這種或另一種實(shí)施方式是否為最佳取決于作用在自由層上其他磁場(chǎng)的總和。對(duì)于磁矩大于25埃厚的Ni80Fe20層的等效磁矩的鎖定層，或者對(duì)于自由層和鎖定層之間的鐵磁耦合大于約10Oe的結(jié)構(gòu)，圖5和圖6中所示的MR結(jié)構(gòu)是最佳的。否則，圖9和圖10中所示的MR結(jié)構(gòu)是最佳的。部分地，所使用的最佳結(jié)構(gòu)是通過感測(cè)電流產(chǎn)生的總磁場(chǎng)確定的。傳感器結(jié)構(gòu)中電流密度可以如圖7、8和11所示計(jì)算。對(duì)自由層右側(cè)和左側(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的平衡的一個(gè)簡(jiǎn)便的量度是“Q”，即如果所有電流在自由層的一側(cè)的所出現(xiàn)的小部分磁場(chǎng)?！癚”的值是層厚度、材料選擇和制備條件的函數(shù)。例如對(duì)于圖9和圖10中所示的典型結(jié)構(gòu)可得到Q＝0.85的值，而對(duì)于圖5和圖6中所示的典型結(jié)構(gòu)可得到Q＝0.36的值。如技術(shù)上周知那樣，屏蔽對(duì)磁場(chǎng)平衡的影響也是重要的，并且必須包括在任何微磁模型中。
盡管本發(fā)明是參照它的最佳實(shí)施方式具體地表示和說明的，熟練的技術(shù)人員可以理解，在不違背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)、范圍和原理的前提下在形式和細(xì)節(jié)上可以進(jìn)行各種改變。從而，這里所公開的本發(fā)明被認(rèn)為僅是示意性的并且在范圍上僅受到附屬權(quán)利要求書的規(guī)定的限制。
權(quán)利要求
1.一種磁盤記錄系統(tǒng)，包括具有多條記錄數(shù)據(jù)的磁道的磁存儲(chǔ)介質(zhì)；一個(gè)磁傳感器，在所述磁傳感器和所述磁存儲(chǔ)介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間，所述磁傳感器相對(duì)于所述磁存儲(chǔ)介質(zhì)保持很小間距位置，所述磁傳感器包含一個(gè)磁阻讀傳感器，該磁阻讀傳感器包括第一和第二分層結(jié)構(gòu)，所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)由一個(gè)隔離層隔開，各個(gè)所述分層結(jié)構(gòu)包括由一層非磁性材料隔開的第一和第二鐵磁體材料層，在各個(gè)所述分層結(jié)構(gòu)中固定所述第二鐵磁材料層的磁化方向的裝置，所述第一分層結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層的所述磁化方向固定為和所述第二分層結(jié)構(gòu)中的第二鐵磁材料層的磁化方向逆平行，產(chǎn)生流過所述磁阻傳感器的電流的裝置，由于各所述分層結(jié)構(gòu)中所述第一鐵磁材料層里磁化轉(zhuǎn)動(dòng)，所述磁阻傳感器對(duì)外部磁場(chǎng)作出響應(yīng)產(chǎn)生阻率的變化；同所述磁傳感器連接的致動(dòng)器裝置，用于把所述磁傳感器移動(dòng)到所述磁存儲(chǔ)介質(zhì)的選定磁道上；以及同所述磁阻讀傳感器連接的檢測(cè)裝置，用于感測(cè)所述磁阻材料中對(duì)磁場(chǎng)起反應(yīng)而產(chǎn)生的阻率變化，這些磁場(chǎng)代表著由所述磁阻傳感器偵聽的記錄在所述磁存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)位。
2.權(quán)利要求1的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，用于固定各所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的磁化方向的所述裝置包括一層和所述第二鐵磁材料層接觸的反鐵磁材料層。
3.權(quán)利要求2的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，用于固定所述第一分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的磁化方向的所述裝置包括所述隔離層，所述隔離層為具有高電阻率的反鐵磁材料，所述隔離層和所述第一分層結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層相接觸。
4.權(quán)利要求3的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離層包括氧化鎳。
5.權(quán)利要求2的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，和所述第一分層結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層接觸的所述反鐵磁材料層包括第一反鐵磁材料，并且和所述第二分層結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層接觸的所述反鐵磁材料層包括第二反鐵磁材料，所述第一和第二反鐵磁材料具有不同的奈耳溫度。
6.權(quán)利要求5的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述第一反鐵磁材料層由鐵錳組成，而所述第二反鐵磁材料層由氧化鎳組成。
7.權(quán)利要求2的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離層包括一層電絕緣材料層，各所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括構(gòu)造在所述分層結(jié)構(gòu)的相對(duì)兩端上的用于把各所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)和所述產(chǎn)生電流的裝置連接起來的電導(dǎo)體引線。
8.權(quán)利要求7的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述產(chǎn)生電流的裝置包括分別和所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)連接的第一和第二恒電流源，各所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)和一個(gè)差分放大器電路的不同輸入端子連接。
9.權(quán)利要求2的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分層結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層包括一個(gè)反鐵磁耦合層隔開的第一和第二鐵磁材料層，所述第一和第二鐵磁材料層中的一層和所述反鐵磁材料層接觸，所述第一和第二鐵磁材料層中的另一層和所述非磁性材料層接觸。
10.權(quán)利要示9的磁盤記錄系統(tǒng)，其特征在于，所述第二鐵磁材料層的第一和第二鐵磁材料層由鈷組成并且所述反鐵磁耦合層由釕組成。
11.一種雙磁阻傳感器，包括第一和第二分層結(jié)構(gòu)，所述第一和第二分層結(jié)構(gòu)被一個(gè)隔離層隔開；各所述分層結(jié)構(gòu)包括由一個(gè)非磁性材料層隔開的第一和第二鐵磁材料層；用于固定各所述分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的磁化方向的裝置；所述第一分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的所述磁化方向在方向上固定為和所述第二分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的所述磁化方向逆平行；用于產(chǎn)生通過所述磁阻傳感器的電流的裝置；以及用于感測(cè)該磁阻傳感器的阻率變化的裝置，該阻率變化是由于各所述分層結(jié)構(gòu)中所述第一鐵磁材料層的磁化轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)外部磁場(chǎng)而造成的。
12.權(quán)利要求11的雙磁阻傳感器，其特征在于，用于固定各所述分層結(jié)構(gòu)中所述第二鐵磁材料層的磁化方向的所述裝置包括一個(gè)和所述第二鐵磁材料層接觸的反鐵磁材料層。
13.權(quán)利要求12的雙磁阻傳感器，其特征在于，用于固定所述第一分層結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層中的磁化方向的所述裝置包括所述隔離層，所述隔離層為具有高電阻率的反鐵磁材料，所述隔離層為具有高電阻率的反鐵磁材料，所述隔離層和所述第一分層結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層接觸。
14.權(quán)利要求13的雙磁阻傳感器，其特征在于所述隔離層包括氧化鎳。
15.權(quán)利要求12的雙磁阻傳感器，其特征在于，和所述第一分層結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層接觸的所述反鐵磁材料層由第一反鐵磁材料組成，并且和所述第二分層結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層接觸的所述反鐵磁材料層由第二反鐵磁材料組成，所述第一和第二反鐵磁材料具有不同的奈耳溫度。
16.權(quán)利要求15的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一反鐵磁材料層由鐵錳組成，所述第二反鐵磁材料層由氧化鎳組成。
17.權(quán)利要求11的雙磁阻傳感器，其特征在于，各所述鐵磁材料層包括具有第一鐵磁材料層和薄的與所述第一鐵磁材料層接觸的第二鐵磁材料層的雙層結(jié)構(gòu)，所述薄的第二鐵磁材料層淀積在所述鐵磁材料層和所述非鐵磁材料層之間的界面上。
18.權(quán)利要求17的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一鐵磁材料是鎳鐵，并且所述第二鐵磁材料是鈷。
19.權(quán)利要求12的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一分層結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層包括由一層反鐵磁耦合層隔開的第一和第二鐵磁材料層，所述第一和第二鐵磁材料層中的一層和所述反鐵磁材料層接觸，所述第一和第二鐵磁材料層中的另一層和所述非磁性材料層接觸。
20.權(quán)利要求19的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反鐵磁耦合層是一種從一組包括著釕、鉻、銠、銥以及它們的合金的材料中選擇的材料。
21.權(quán)利要求19的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一和第二鐵磁材料層由鈷組成并且所述反鐵磁耦合層由釕組成。
22.權(quán)利要求19的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反鐵磁耦合層具有范圍約在3埃至6埃的厚度。
23.一種雙磁阻傳感器，包括一塊基片；在所述基片上構(gòu)造的第一旋轉(zhuǎn)閥；所述第一旋轉(zhuǎn)閥包括由一個(gè)非磁性材料層隔開的第一和第二鐵磁材料層；用于固定所述第二鐵磁材料層的磁化方向的裝置；所述固定磁化方向的裝置位于所述基片和所述第二鐵磁材料層之間；一個(gè)非磁性去耦合層，它構(gòu)造在所述第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)上并和所述第一鐵磁材料層接觸。構(gòu)造在所述去耦合層上的第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)；所述第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)包括由一個(gè)非磁性材料層隔開的第三和第四鐵磁材料層，所述第三鐵磁材料層和所述去耦合層接觸；用于固定所述第四鐵磁材料層的磁化方向的裝置，所述固定磁化方向的裝置和所述第四鐵磁材料層接觸；所述第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)中的所述第二鐵磁材料層的所述磁化方向在方向上固定為和所述第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)中的所述第四鐵磁材料層的所述磁化方向逆平行；產(chǎn)生經(jīng)過所述磁阻傳感器的電流裝置；以及感測(cè)所述磁阻傳感器的阻率變化的裝置，該阻率變化是由于所述第一和第三鐵磁材料層的磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)外磁場(chǎng)起反應(yīng)造成的。
24.權(quán)利要求23的雙磁阻傳感器，其特征在于，用于固定所述旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)中的所述第二和第四鐵磁材料層的磁化方向的所述裝置包括一層各和第二及第四鐵磁材料層接觸的反鐵磁材料層。
25.權(quán)利要求24的雙磁阻傳感器，其特征在于，和所述第二鐵磁材料層接的所述反鐵磁材料層由第一鐵磁材料組成，并且和所述第四鐵磁材料層接觸的所述反鐵磁材料層由第二鐵磁材料組成，所述第一和第二反鐵磁材料具有不同的奈耳溫度。
26.權(quán)利要求25的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一反鐵磁材料層由鐵錳組成，并且所述第二反鐵磁材料層由氧化鎳組成。
27.權(quán)利要求23的雙磁阻傳感器，其特征在于，各所述鐵磁材料層包括具有第一鐵磁材料層和薄的與所述第一鐵磁材料層接觸的第二鐵磁材料層的雙層結(jié)構(gòu)，所述薄的第二鐵磁材料層淀積在所述鐵磁材料層和所述非鐵磁材料層之間的界面上。
28.權(quán)利要求27的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一鐵磁材料是鎳鐵，并且所述第二鐵磁材料是鈷。
29.權(quán)利要求24的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)的所述第二鐵磁材料層包括由一層反鐵磁耦合層隔開的第一和第二鐵磁材料層，所述第一和第一鐵磁材料層中的一層和所述反鐵磁材料層接觸，所述第一和第二鐵磁材料層中的另一層和所述非磁性材料層接觸。
30.權(quán)利要求29的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反鐵磁耦合層是一種從一組包括釕、鉻、銠、銥以及它們的合金的材料中選擇的材料。
31.權(quán)利要求30的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第二鐵磁材料層的第一和第二鐵磁材料層由鈷組成并且所述反鐵磁耦合層由釕組成。
32.一種雙磁阻傳感器，包括一塊基片；在所述基片上構(gòu)造的第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)；所述第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)包括由一個(gè)非磁性材料層隔開的第一和第二鐵磁材料層，所述第一鐵磁材料層和所述基片接觸；相鄰所述第一旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)構(gòu)造的第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)；所述第二旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)包括由一個(gè)非磁性材料層隔開的第三和第四鐵磁材料層，所述第四鐵磁材料層和所述第二鐵磁材料層相鄰；用于固定所述第二和所述第四鐵磁材料層的磁化方向的裝置，所述用于固定所述第二和所述第四鐵磁材料層的磁化方向的裝置淀積在所述第二鐵磁材料層和所述第四鐵磁材料層之間；所述第二鐵磁材料層的所述磁化方向在方向上固定為和所述第四鐵磁材料層的所述磁化方向逆平行；產(chǎn)生流過所述磁阻傳感器的電流的裝置；以及感測(cè)所述磁阻傳感器的阻率變化的裝置，該阻率變化是由于所述第一和第三鐵磁材料層的磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)外部磁場(chǎng)起反應(yīng)造成的。
33.權(quán)利要求32的雙磁阻傳感器，其特征在于，用于固定所述第二和所述第四鐵磁材料層的磁化方向的所述裝置包括和所述第二及所述第四鐵磁材料層接觸的一層反磁性材料層，所述反鐵磁材料具有高電阻率。
34.權(quán)利要求33的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反磁性材料層由氧化鎳組成。
35.權(quán)利要求32的雙磁阻傳感器，其特征在于，各所述鐵磁材料層包括具有第一鐵磁材料層和薄的與所述第一鐵磁材料層接觸的第二鐵磁材料層的雙層結(jié)構(gòu)，所述薄的第二鐵磁材料層淀積在所述鐵磁材料層和所述非鐵磁材料層之間的界面上。
36.權(quán)利要求35的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一鐵磁材料是鎳鐵，并且所述第二鐵磁材料是鈷。
37.權(quán)利要求33的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第二鐵磁層包括由一層反鐵磁耦合層隔開的第一和第二鐵磁材料層，所述第一和第二鐵磁材料層中的一層和所述反鐵磁材料層接觸，所述第一和第二鐵磁材料層中的另一層和所述非磁性材料層接觸。
38.權(quán)利要求37的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述第一和第二鐵磁材料層由鈷組成并且所述反鐵磁耦合層由釕組成。
39.權(quán)利要求37的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反鐵磁耦合層是一種從一組包括釕、鉻、銠、銥以及它們的合金的材料中選擇的材料。
40.權(quán)利要求37的雙磁阻傳感器，其特征在于，所述反鐵磁耦合層具有范圍約在3埃至6埃的厚度。
全文摘要
一種在磁阻(MR)傳感器包括兩個(gè)不同的旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)。每個(gè)旋轉(zhuǎn)閥包括由一個(gè)非磁性材料薄膜層隔開的第一(自由)和第二(鎖定)鐵磁材料層。各個(gè)旋轉(zhuǎn)閥中鐵磁材料鎖定層的磁化方向是固定的，它們的磁化置為相互是逆平行的。產(chǎn)生電流流過該MR傳感器，并感測(cè)由于自由鐵磁材料層中磁化的轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致的作為所感測(cè)磁場(chǎng)函數(shù)的MR傳感器磁阻的變化而造成的MR傳感器兩端的電壓變化。
文檔編號(hào)G11B5/02GK1148710SQ9611115
公開日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1996年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月11日
發(fā)明者哈德亞爾·S·基爾, 布魯斯·A·格內(nèi) 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司