[发明专利]磁阻传感器结构及电流垂直于平面型磁阻读头

说明书

技术领域

本发明总地涉及电流垂直于平面型(CPP)磁阻(MR)传感器，该传感器以垂直于构成传感器堆叠的层的平面导向的感测电流工作，更具体而言，涉及具有用于纵向偏置传感器自由层的改进的硬磁体偏置结构的CPP MR传感器。

背景技术

用作磁记录盘驱动器中的读头的一类常规磁阻(MR)传感器是基于巨磁阻(GMR)效应的“自旋阀”传感器。GMR自旋阀传感器具有叠层，该叠层包括由非磁导电间隔层(通常为铜(Cu))分隔开的两个铁磁层。与间隔层相邻的一个铁磁层的磁化方向固定，例如通过与相邻的反铁磁层的交换耦合而被钉扎，且被称为参考层。与间隔层相邻的另一铁磁层的磁化方向在存在外部磁场时自由转动且被称为自由层。感测电流施加到传感器时，由于外部磁场的存在引起的自由层磁化相对于参考层磁化的转动可检测为电阻改变。如果感测电流导向为垂直穿过传感器堆叠中的层的平面，则传感器被称为电流垂直于平面型(CPP)传感器。

除了CPP-GMR读头以外，另一类CPP MR传感器是磁隧道结传感器，也称为隧道MR或TMR传感器，其中非磁间隔层是非常薄的非磁的隧道势垒层。在CPP-TMR中传感器中，垂直穿过层的隧穿电流依赖于两个铁磁层中的磁化的相对取向。在CPP-GMR读头中，非磁间隔层由导电材料形成，通常为金属诸如Cu。在CPP-TMR读头中，非磁间隔层由电绝缘材料诸如TiO₂、MgO或Al₂O₃形成。

CPP MR读头中的传感器堆叠位于导磁材料的两个屏蔽件(shield)之间，所述屏蔽件使读头屏蔽于盘上与正被读的数据位相邻的记录数据位。传感器堆叠具有面对盘的边缘，其具有称为道宽度的(TW)的宽度。传感器堆叠具有从面对盘的边缘缩进的背边缘，从面对盘的边缘到背边缘的尺寸称为条高度(SH)。传感器堆叠通常在TW边缘和背边缘处被绝缘材料围绕。

硬铁磁材料或高矫顽力铁磁材料层用作“硬偏置”层以通过静磁耦合来纵向稳定自由层的磁化。硬偏置层沉积为在传感器的TW边缘的每侧的绝缘材料上的邻接结(abutting junction)。要求硬偏置层表现出基本面内磁化方向，具有高各向异性(K_u)并因而具有高矫顽力(H_c)，从而提供在自由层中维持单畴状态的稳定的纵向偏置以使得自由层抵抗所有合理范围的干扰而保持稳定且同时传感器保持相对高的信号灵敏度。硬偏置层必须具有足够的面内剩磁化(M_r)，其也可以表示为M_rt，因为M_r依赖于硬偏置层的厚度(t)。M_rt必须足够高以确保自由层中的单磁畴，但不能高到阻止自由层中的磁化在来自记录数据位的磁场的影响下转动。高M_rt之所以重要是因为对于给定SH它决定从硬偏置层向自由层发出的总通量。由于t随着更小的屏蔽件到屏蔽件的间距(shield-to-shield spacing)而减小，所以具有高的M_r就更加重要。而且，为了实现高M_r，需要具有高饱和磁化(M_s)和高矩形度(S)(即，S＝M_r/M_s应该接近于1.0)的硬偏置材料。

常规硬偏置层通常为CoPt或CoPtCr合金，具有通常小于约2000 Oe的H_c。所需的磁属性通过直接位于硬偏置层下面的籽层或多个籽层诸如CrMo、CrTi和TiW合金的籽层、以及双层(包括NiTa/CoMo和Ta/W双层)实现。硬偏置结构，即硬偏置层及其籽层或多个籽层，应该在确保自由层的磁稳定的同时尽可能薄。这是因为随着磁记录盘驱动器中数据密度增加，要求读头尺寸减小，特别是屏蔽件到屏蔽件的间距减小。