[发明专利]电流垂直于平面磁电阻传感器和磁电阻读头

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电流垂直于平面(CPP)磁电阻传感器，其运行时感测电流的指向垂直于构成传感器堆叠的层的平面，更具体地，涉及具有改善的铁磁层的CPP传感器。

背景技术

用作磁记录盘驱动器中的读头的一种传统磁电阻传感器是“自旋阀”(SV)传感器。SV磁电阻传感器具有层的堆叠，其包括被通常为铜(Cu)的非磁导电间隔层分隔开的两个铁磁层。一个铁磁层的磁化方向例如通过借助与相邻反铁磁层交换耦合被钉扎来固定，另一个铁磁层的磁化方向在有外部磁场的情况下“自由”旋转。在感测电流被施加到传感器上时，自由层磁化相对于固定层磁化的旋转可检测为电阻的变化。

在磁记录盘驱动器SV读传感器或头中，固定或被钉扎层的磁化通常垂直于盘的平面，自由层的磁化在没有外部磁场的情况下通常平行于盘的平面。当暴露于来自盘上被记录数据的外部磁场时，自由层磁化将旋转，导致电阻的变化。如果流经SV的感测电流的指向平行于传感器堆叠中的层的平面，该传感器被称作电流在平面内(CIP)传感器；如果传感电流的指向垂直于传感器堆叠中的层的平面，则其被称为电流垂直于平面(CPP)传感器。A.Tanaka等人在“Spin-valve heads in the current-perpendicular-to-plane mode forultrahigh-density recording”，IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，38(1)：84-88Part 1 JAN 2002中描述了CPP-SV读头。

读头中使用的CPP-SV传感器中的被固定或被钉扎的铁磁层可以是单一被钉扎层或反平行(AP)被钉扎结构。AP被钉扎结构具有被非磁反平行耦合(APC)层分隔开的第一(AP1)和第二(AP2)铁磁层，这两个AP被钉扎铁磁层的磁化方向大致反平行取向。AP2层在一侧与该非磁APC层接触，在另一侧与传感器的Cu间隔层接触，通常被称作参考层。AP1层通常在一侧与反铁磁或硬磁钉扎层接触，在另一侧与该非磁APC层接触，通常被称作被钉扎层。如果AP被钉扎结构是“自钉扎”型，则不需要钉扎层。在没有反铁磁或硬磁钉扎层的自钉扎结构中，AP1层接触传感器衬底上的籽层。AP被钉扎结构将参考层和CPP-SV自由铁磁层之间的静磁耦合最小化。AP被钉扎结构也被称作“叠层”被钉扎层，有时被称作合成反铁磁(SAF)，其在美国专利第5465185号中得以披露。

CPP-SV传感器中，因为感测电流垂直于传感器堆叠中的所有层流动，所以有源区(自由层、间隔层和被钉扎层)的电阻占传感器总电阻中的较小部分。反铁磁钉扎层如PtMn或IrMn对磁电阻信号没有贡献；相反地，它们导致显著减小总信号的寄生电阻，因为该寄生电阻的大小可类似于或大于自旋阀结构的有源部分的总电阻。对于PtMn，沉积时的典型电阻率为193μΩcm，在255℃退火4小时后的典型电阻率为227μΩcm；对于IrMn，沉积时的典型电阻率为150μΩcm，在255℃退火4小时后的典型电阻率为162μΩcm。PtMn需要约厚，以在退火后变成反铁磁有序从而诱导被钉扎层中的交换；IrMn需要约厚以获得最佳交换偏置。仅因为反铁磁体(不包括可能的衬层(underlayer))，这转变为串联电阻-面积乘积(RA)值，对PtMn被钉扎自旋阀该值为34Ωμm²，对IrMn被钉扎自旋阀该值为12mΩμm²。与源自有源区的典型磁电阻ΔRA相比，此寄生电阻大。于是，需要增大有源区的电阻而不显著增大总的堆叠电阻。

构成自由层和被钉扎层(或者是单一被钉扎层，或者是AP被钉扎结构中的AP2层)的材料通常是晶体合金CoFe或NiFe。这些材料具有较低的电阻率(ρ)，于是对有源区的磁电阻ΔRA没有显著贡献。此外，已知构成自由层和被钉扎层的材料的ρ的增大与自旋扩散长度(SDL)的缩短有关。需要缩短SDL至其变得可与有源区中磁层的厚度相当的程度，这意味着有源区中有更多的部分可用于体电子散射(bulk electron scattering)。这导致CPP读头的磁电阻(ΔR/R)的增大。例如，晶体CoFe合金的SDL大于AP2的通常厚度，该厚度为约15-从而不是AP2层的所有厚度用于体电子散射。

需要的是一种CPP-SV传感器，其具有改进的用于自由层和被钉扎层的铁磁材料，该材料增大传感器的磁电阻。

发明内容