[发明专利]磁致电阻元件和传感器

说明书

本发明涉及一种磁致电阻元件和使用这种器件的磁致传感器。

已知的一种称作磁致(MR)传感器或MR磁头为一种磁读传感器形式，它能够从磁层中以大的线性密度读出数据。磁致传感器的电阻随着由读出元件读出的磁场强度和磁通量的作用而变化，从而从磁致传感器输出一与该电阻对应的磁场信号。在这样一个常规的磁阻传感器中，阅读元件根据各向异性的磁致电阻(AMR)效应运作，在AMR效应中阅读器件的电阻随流过该元件的敏感电流的方向和磁化强度间角的余弦平方成比例变化。磁致电阻效应已由D、A、汤普生等人在“记忆、存贮和相关应用”一文中详细描述，见IEEE Trans.Mag.MAG-11，P.1039(1975)。

另一篇文章报道了一更值得一提的磁致效应，在其中分层磁传感器的电阻根据在磁层之间通过一个非磁层的导电电子的自旋传输和在伴随导电电子传输的层之间界面的自旋散射二者而变化。这个磁致电阻效应是与“巨磁致电阻效应”或“旋转阀(SV)效应”不同的。这样一个适当材料制作的磁致传感器提供了改善的灵敏度，且与在使用AMR效应的传感器中观测的相比在电阻上有很大的变化。在这种类型的磁致传感器中，被一非磁层分隔开的。一对铁磁性的层之间的同平面电阻与在两个铁磁性的层之间磁化角的余弦成比例变化。

专利出版物(No.JP-A-90-61572(相应为USP4,949,039)公开了一种分层磁结构，其通过在磁层中磁通的逆平行排列产生出较强的磁致效应。在这个专利公报中，铁磁性过渡金属和合金被列为可用于这种分层结构的材料。这个专利出版物中还公布了一种至少在被中介层分开的两个铁磁性层中的一个铁磁性层上加上一抗铁磁性层的结构，还有FeMn用作这种抗铁磁性层的适应性。

专利公报No.JP-A-92-358310(优先权为1990年12月11日递交的美国申请)公布了一种具有由一薄的非磁性金属材料薄膜层分隔开的两个铁磁性材料层的磁致传感器。当没有任何磁场施加到这传感器时，两个铁磁性薄膜层的磁通事实上相交为直角。当磁场被施加到传感器时，两个磁性层间的电阻与两个铁磁性层磁通间的角的余弦成比例变化，与流过敏感器的电流的方向无关。

专利公报No.JP-A-94-203340(对应于USP5,301,079)中公开了一种磁致传感器，它具有由一非磁性金属材料薄膜层分隔开的两个铁磁性材料薄膜层，且它是基于上述专利公报中公开的传感器相近的效应运作的。然而，在这个磁致传感器中，当没有磁场施加到传感器时，在接近两个铁磁性薄膜层中的一个薄膜层的相邻抗铁磁性层中的磁通方向是被维持在垂直于其它铁磁性层的。

当使用旋转阀效应的磁致器件被用作磁致传感器时，必须优化施加磁场的操作点(或交叉点)为0，如在使用各向异性的磁致电阻效应(AMP)的常规磁致电阻的传感器一样。在使用旋转阀(SV)效应的磁致电阻器件中，器件的形状影响磁头的放送输出。而且，在采用非导电材料作为抗铁磁性材料的旋转阀(SV)器件中，抗铁磁性材料的厚度影响屏蔽磁致电阻器的间隙长度，而且还由屏蔽磁致电阻头再现信号的波形。

鉴于前述的情况，本发明的一个目的是提供一种磁致电阻器件，在其中铁磁性层的厚度，器件的高度和抗铁磁性层的厚度被确定为落在最好的范围内，从而提供一所希望的交叉点，回放输出和相对于输出信号的半波宽。    

根据本发明的第一方面提供了一种磁致电阻器件，它依次包括有一抗铁磁性层，一第一铁磁性层，一非磁性层和一软磁性材料的第二铁磁性层，所述的抗铁磁性层具有5-30纳米的厚度，并且是用镍氧化物、镍氧化物与钴氧化物的混合物和包括镍氧化物薄膜和钴氧化物薄膜的叠片中的一种制作的，所述的第一和第二铁磁性层的厚度为1-10毫微米，所述磁致电阻元件具有0.1至1毫米的元件高度。

根据本发明的第二方面提供一种磁致电阻传感器，它包括一基层；在所说的基层上依次形成具有一定图形的下屏蔽层和下间隙层，在所述的下间隙层上形成一活性层，并且包括一磁致电阻元件和在所说的磁致电阻元件边缘形成一纵向偏置层，用于向磁致电阻元件提供一偏磁场，以及在所说活性层上依序形成一上间隙层和一上屏蔽层。

所述的磁致电阻元件包括一抗铁磁性层，一强磁性材料的第一铁磁性层，一非磁性层和软磁材料的第二铁磁性层，并依次形成在所述的下间隙层上，所述的抗铁磁性层厚度为5-30毫微米，并且是用镍氧化物、镍氧化物和钴氧化物的混合体和包括镍氧化物薄膜和钴氧化物薄膜叠层中的一种制作的，所述的第一和第二铁磁性层的厚度为1-10毫微米，所述磁致电阻元件具有0.1至1毫米的元件高度。