[发明专利]在ABS处具有电流约束的三层读取器

说明书

背景技术

在磁数据存储及检索系统中，磁记录头典型地包括读取器部分，该读取器部分具有用于检索磁盘上存储的磁编码信息的磁阻(MR)传感器。来自盘表面的磁通量导致MR传感器的单层传感层或多层传感层的磁化矢量产生旋转，这又导致MR传感器的电阻率发生变化。传感层通常称为“自由”层，因为传感层的磁化矢量响应于外部磁通量而自由旋转。MR传感器的电阻率变化可以通过使电流经过MR传感器并测量MR传感器两端的电压而检测得到。之后，外部电路将电压信息转换为适当的格式，并根据需要对该信息进行处理，从而恢复盘上的编码信息。

MR传感器已经得到发展，可表现为以下三种主要类型：(1)各向异性磁阻(AMR)传感器，(2)巨磁阻(GMR)传感器，包括自旋阀传感器及多层GMR传感器，以及(3)隧穿巨磁阻(TGMR)传感器。

除了传感器的磁性层由薄到允许磁性层之间的电子隧穿的绝缘薄膜分离以外，隧穿GMR(TGMR)传感器与GMR传感器相似具有一系列交替的磁性层和非磁性层。TGMR传感器的电阻取决于磁性层的相对磁化方向，对于磁性层的磁化为平行的构造呈现为最小值，对于磁性层的磁化方向为反平行的构造呈现为最大值。

对于所有类型的MR传感器而言，响应于来自盘的磁通量出现磁化旋转。随着磁盘的记录密度持续增大，盘上磁道及比特的宽度必须减小。这使得愈加缩小的MR传感器以及变窄的屏蔽-屏蔽的间距成为必要。由于MR传感器在尺寸上变得更小，特别地对于尺寸小于大约100纳米(nm)的传感器，传感器可能对从磁盘施加的磁场表现出不符合需要的磁性响应。MR传感器必须通过这样的方式来设计：即使是小型的传感器也免受磁性噪声影响，并且提供具有适当振幅的信号，从而精确地恢复盘上写入的数据。

GMR和TGMR读取器可以使用自由层和参考层之间的电阻以检测介质杂散场，从而读回存储的信息。参考层的磁化方向通过铁磁钉扎层的反铁磁(AFM)耦合交互作用来固定，该铁磁钉扎层由反铁磁(AFM)材料再次钉扎。参考层和钉扎层与它们之间的反铁磁耦合层一起作为所谓的合成反铁磁(SAF)结构。这种构造具有两种主要缺陷。第一个是由于复杂的多层结构导致的高屏蔽-屏蔽间距。对屏蔽-屏蔽间距持续减小的需求受限于传感器中各个层由于变得更薄而出现的不稳定性。例如，AFM材料的钉扎强度随着厚度的减小而降低。因而，当参考层未被良好钉扎时，薄弱钉扎的SAF结构导致传感器噪声增加。传统的GMR和TGMR传感器的另一个缺陷在于在ABS表面需要使用永磁体(PM)来形成适当的自由层偏置状态。读取器屏蔽-屏蔽间距的减小需要减小PM厚度，这使得实现所需的PM偏置场愈加困难。

具有双自由层的三层读取器是解决这些问题的一种方案。在三层结构中，沿切向磁化的双自由层用于检测介质磁通量。合成反铁磁(SAF)和反铁磁(AFM)层不是必须的，且当双自由层都具有在空气承载表面处的端部时自由层偏置来自后端永磁体和退磁场的结合。由于PM从ABS表面下凹，因此它不会对无需牺牲PM材料属性和偏置场而实现较小屏蔽-屏蔽的间距产生影响。具有短条带(stripe)高度和后端磁偏置的三层读取器具有高质量的读回信号，但是在磁性上不稳定并且对于工艺变化非常敏感。

发明内容

磁阻传感器包括三层堆栈，该三层堆栈包括覆层、由非磁性层分离的第一反铁磁层和第二反铁磁层以及种子层。三层传感器被位于堆栈后端的后偏置磁体偏置。绝缘层部分地覆盖三层堆栈，从而使得经过堆栈的电流被约束到空气承载表面附近以提高敏感度。

附图说明

图1是沿着与读/写头的空气承载表面(ABS)垂直的平面截取的磁读/写头和磁盘的示意性横截面图。

图2是图1的磁读/写头的示意性ABS视图。

图3示出与平面(CPP)传感器堆栈垂直的典型三层电流的示意性ABS视图。

图4是沿截面A-A截取的图3所示的传感器堆栈的示意性横截面图。

图5是沿着图3的截面B-B截取的短条带高度的三层传感器的示意性横截面图。

图5A是图5的三层传感器中磁场强度的图示。

图6是沿图3的截面B-B截取的长条带高度的三层传感器的示意性横截面图。

图6A是图6的三层传感器中磁场强度的图示。

图7-10是根据本发明的三层传感器四种不同实施例的示意性横截面图。

具体实施方式