專利名稱：具有獨(dú)立消磁場的大磁阻傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中使用的旋閥傳感器，它適合于為響應(yīng)所加磁場來產(chǎn)生大磁阻(GMR)效應(yīng)。
利用GMR效應(yīng)的典型磁性傳感器，常稱為“旋閥”傳感器，它是本專利業(yè)中共知的。旋閥傳感器一般為夾心式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由兩鐵磁層中夾一薄非鐵磁層組成。鐵磁層之一被稱為“被束縛層”，因為它被鄰接的反鐵磁層(通常稱為“束縛層”)通過反鐵磁交換耦合加以磁性束縛或定向于固定的或不變的方向上。另一鐵磁層被稱為“自由”或“未束縛”層，因為磁化作用被允許為響應(yīng)外磁場的存在而旋轉(zhuǎn)。疊堆的電阻率隨著自由或活性層的磁化作用與被束縛層的磁化作用之間的角度的作用而變化。接觸層被附加到GMR傳感器以提供檢測電流并允許測量傳感器上的電壓降或其電阻。
磁記錄媒質(zhì)的面積數(shù)據(jù)密度等于沿記錄磁道的長度的位密度與在垂直于該磁道長度方向上的這些磁道的密度的乘積。隨著磁道密度的增加，磁道寬度和間隔減小，且面積密度增加。較小的磁道寬度和間隔要求讀出磁頭有更窄的寬度并具有防止旁讀的能力。當(dāng)磁頭響應(yīng)其邊界外的變化磁場時就會發(fā)生旁讀。這種旁讀是被恢復(fù)數(shù)據(jù)信號中的噪聲源，也是串?dāng)_(讀出磁頭從兩個或更多個相鄰磁道讀取數(shù)據(jù)的現(xiàn)象)源。因而，讀數(shù)磁頭中旁讀的影響是限制相鄰磁道之間間隔的因素，因此它是限制提高面積密度的因素。
當(dāng)讀出磁頭的寬度變得更小以提供較高的記錄磁道密度時，消磁場會對GMR傳感器的運(yùn)作和靈敏度有實質(zhì)的影響。消磁場是由于其磁場橫穿分隔它們的薄的非鐵磁層的被束縛層和自由層而產(chǎn)生的。對于給定的來自記錄媒質(zhì)的所加磁場，這些消磁場通常具有減小被束縛層和自由層的磁化作用間相對角度變化的作用。結(jié)果，降低了GMR傳感器的靈敏度。另外，消磁場會將GMR傳感器的讀出器轉(zhuǎn)移曲線中的偏置點(diǎn)推向它的非線性區(qū)，從而產(chǎn)生了對稱性和穩(wěn)定性的問題。對于許多旋閥傳感器的設(shè)計而言，消磁場是限制該傳感器最小寬度的因素，因此也是限制對能可靠讀出的數(shù)據(jù)的面積密度的因素。
用來確定旋閥傳感器能讀出的最大面積密度的另一因素是旋閥傳感器的轉(zhuǎn)換讀取間隔的長度(在磁道長度的方向上)。設(shè)計旋閥傳感器以使轉(zhuǎn)換讀取間隔的長度不大于磁道上對應(yīng)于數(shù)據(jù)位的單個磁通單元的長度。連續(xù)的磁通單元在沿磁道長度的相反磁性取向上加以記錄，故通過將轉(zhuǎn)換間隔的長度限制為單個通道單元的長度，可不同時讀取兩個或更多個連續(xù)的磁通單元，否則將導(dǎo)致它們的對消。結(jié)果是希望旋閥傳感器的轉(zhuǎn)換讀取間隔或其頂屏蔽和底屏蔽之間屏蔽到屏蔽的間隔為最小，從而可使旋閥傳感器所能讀出的數(shù)據(jù)的面積密度為最大。
一些旋閥傳感器采用永磁鐵，它鄰接傳感器堆的磁阻單元的相對側(cè)。這些磁頭一般稱為“相鄰連接(abutted-junction)”磁阻和GMR頭。如上所述，通常通過在平面底屏蔽上形成磁阻元件或傳感器堆，然后形成永磁鐵和接觸層來形成磁頭。永磁鐵和接觸層的高度配置經(jīng)常要求相對于底屏蔽設(shè)置的頂屏蔽與距底屏蔽的距離是可變的。具體而言，接觸層中永磁鐵的厚度通常大于傳感器堆的厚度。結(jié)果，頂屏蔽與底屏蔽之間的間距增大(沿磁道長度)到傳感器堆的寬度之外。頂屏蔽與底屏蔽之間間隔的這種增加會使旋閥讀取多個磁通單元，從而導(dǎo)致所讀信號的抵消效應(yīng)。
在磁數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中存在著不斷提高面積密度的要求。為適應(yīng)這一要求，需要對GMR傳感器的設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)，以在這些區(qū)域中減小消磁場的負(fù)面影響并增加屏蔽到屏蔽的間隔。
偏置部件在垂直于第一和第二方向的第三方向上產(chǎn)生偏置M1和M2的偏置磁場，并建立M1和M2的靜偏置態(tài)。響應(yīng)于所加磁場，磁化強(qiáng)度M1和M2被許可繞其靜偏置態(tài)旋轉(zhuǎn)。由于M1和M2的旋轉(zhuǎn)作用，該旋轉(zhuǎn)在傳感器中產(chǎn)生了GMR效應(yīng)。
本發(fā)明的另一個方面針對使用GMR效應(yīng)檢測所加磁場的方法。在該方法中，提供第一鐵磁自由層，當(dāng)該自由層處于靜態(tài)時在第一方向上具有磁化強(qiáng)度M1。接著提供第二鐵磁層，當(dāng)該自由層處于靜態(tài)時在第二方向上具有磁化強(qiáng)度M2。對第一和第二鐵磁層施加偏置磁場，以使M1和M2指向垂直于第一和第二方向的第三方向，從而對M1和M2建立靜偏置態(tài)。最后使M1和M2為響應(yīng)所加磁場而繞其靜偏置態(tài)旋轉(zhuǎn)，從而由于M1和M2的旋轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生所要的GMR效應(yīng)。
圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的檢測所加磁場的方法的流程圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的與數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)一起使用的旋閥傳感器的簡圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的旋閥傳感器的一部分傳感器堆的簡化俯視圖，它說明了消磁場對第一和第二鐵磁自由層靜態(tài)下磁化強(qiáng)度的影響。
圖5為說明根據(jù)本發(fā)明實施例的旋閥傳感器各層中磁化強(qiáng)度的矢量圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的旋閥傳感器的傳感器堆的分解透視圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例的旋閥傳感器沿其縱向的側(cè)剖面圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的旋閥傳感器的一空氣承載表面。
對所示實施例的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及大磁組(GMR)或旋閥型的磁阻傳感器，用于從如磁盤之類的記錄媒質(zhì)讀取信息。希望旋閥傳感器能讀高面積密度的數(shù)據(jù)記錄(以100Gb/In2為量級)。要求旋閥傳感器減小尺寸，從而使其以這種高面積密度發(fā)揮作用。減小旋閥傳感器尺寸的一個代價是增加了操作中消磁場所產(chǎn)生的影響。特別是，在被充分縮減尺寸的典型旋閥傳感器設(shè)計中將產(chǎn)生的消磁場會不盡如人意地減小旋閥傳感器對來自磁性記錄媒質(zhì)所施加磁場的靈敏度。然而，本發(fā)明將對這些消磁場化害為利。
本發(fā)明的旋閥傳感器包括兩種具有磁化強(qiáng)度矢量的鐵磁自由層，當(dāng)處于靜態(tài)時，磁化強(qiáng)度的矢量對準(zhǔn)平行于空氣承載面(ABS)的縱向，并與傳感器或偏置電流對準(zhǔn)。靜態(tài)或非偏置態(tài)是指未加外磁場時磁化強(qiáng)度矢量的狀態(tài)。由于旋閥傳感器的配置，鐵磁層的磁化強(qiáng)度矢量被如此設(shè)置，以使所產(chǎn)生的消磁場或雜散場在與它們靜態(tài)時的磁化強(qiáng)度矢量一致的方向上互相偏置。旋閥傳感器的偏置部件對鐵磁層施加磁場，以對旋閥建立工作點(diǎn)，也對磁化強(qiáng)度矢量建立靜偏置點(diǎn)，這兩個點(diǎn)的方向大約相隔90°。采用位于鐵磁層上面的永磁鐵或采用交換耦合于鐵磁層的反鐵磁層來形成旋閥的偏置部件。在所加磁場前，鐵磁自由層的磁化強(qiáng)度矢量的靜偏置點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而使分隔它們的角度增大或減小，從而提供所要的GMR效應(yīng)。


圖1為可在其中應(yīng)用本發(fā)明的一例數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的透視圖，表示為磁盤驅(qū)動器100。磁盤驅(qū)動器100包括帶有基座102的外殼和頂蓋(未示出)。磁盤驅(qū)動器還包括磁盤組106，它通過磁盤夾108安裝在主軸電動機(jī)(未示出)上。磁盤組106包括多個單獨(dú)磁盤107，它們被安裝成繞中心軸109共同旋轉(zhuǎn)。每個磁盤表面有一相關(guān)的盤磁頭滑動器110，它被安裝于磁盤驅(qū)動器100用于與相對的磁盤表面進(jìn)行通信。磁頭滑動器110包括設(shè)置為在單獨(dú)磁盤107的相關(guān)盤面上掃過的滑動器結(jié)構(gòu)以及具有寫和讀部分(分別將數(shù)據(jù)寫到或讀自所相對的盤表面的中央數(shù)據(jù)磁道)的轉(zhuǎn)換頭111。磁頭111包括相對磁盤107并當(dāng)磁盤107轉(zhuǎn)動時在該磁盤表面上支持磁頭111的空氣承載面。
在圖1所示的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，磁頭滑動器110由懸臂112支承，后者連接到促動器116的磁道訪問臂114。由音圈電動機(jī)(VCM)118驅(qū)動促動器116以使促動器116和其連接的磁頭滑動器110繞樞軸120轉(zhuǎn)動。促動器116的轉(zhuǎn)動使磁頭滑動器110沿弧形路徑122移動，從而將磁頭111定位于磁盤內(nèi)徑124和磁盤外徑126之間所希望的數(shù)據(jù)磁道上。包括在電路板128上的伺服電子線路根據(jù)磁頭滑動器110的磁頭111和主計算機(jī)(未示出)所產(chǎn)生的信號驅(qū)動VCM128。讀寫電子線路也包括在電路板128上，以根據(jù)由磁頭111的讀出部分從磁盤組106讀得的數(shù)據(jù)向主計算機(jī)提供信號，并將寫信號提供給磁頭111的寫入部分以對磁盤107寫入數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供了一種方法和旋閥傳感器，從而可利用GMR效應(yīng)來檢測由諸如磁盤驅(qū)動存儲系統(tǒng)100(圖1)的磁盤107之類的磁性記錄媒質(zhì)所施加的磁場。圖2的流程圖中說明了本發(fā)明的一般方法。在步驟130，提供了靜態(tài)時在第一方向上具有磁化強(qiáng)度(M1)的第一鐵磁層。在步驟132，提供了靜態(tài)時在第二方向上具有磁化強(qiáng)度(M2)的第二鐵磁層。第一和第二方向是反向平行的。如下所述，這種結(jié)構(gòu)使得由磁化強(qiáng)度M1和M2產(chǎn)生的消磁場在與其靜態(tài)一致的方向上互相偏置，從而使裝置穩(wěn)定。接著在步驟134，向第一和第二鐵磁層施加偏置磁場，從而使磁化強(qiáng)度M1和M2轉(zhuǎn)一角度至垂直于第一和第二方向的第三方向。偏置磁場為磁化強(qiáng)度M1和M2建立靜偏置態(tài)。最后在步驟136，使第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2為響應(yīng)所加磁場而繞其靜偏置態(tài)旋轉(zhuǎn)，從而由于磁化強(qiáng)度M1和M2轉(zhuǎn)動的作用而產(chǎn)生GMR效應(yīng)。然后可檢測GMR效應(yīng)以確定所加磁場的極性。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明多個實施例的與如磁盤驅(qū)動器100(圖1)之類的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)一起使用的旋閥傳感器140的簡圖。旋閥140通過從電流源142接收檢測(或偏置)電流(I)來運(yùn)作。從例如相對的磁盤107(圖1)加到旋閥140的磁場的變化將引起旋閥傳感器140的傳感器堆144的電阻變化。這種傳感器堆144的電阻變化稱為GMR效應(yīng)，可用負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)輸出的讀出電子裝置146進(jìn)行檢測。
旋閥傳感器140一般適用于高面積密度的磁性數(shù)據(jù)記錄，諸如約100Gb/In2或大于該值。旋閥傳感器140一般包括傳感器堆144、接觸層148以及偏置部件(未示出)。傳感器堆144分別包含第一和第二鐵磁自由層150和152，它們由導(dǎo)電的非磁性隔離層154隔開。第一和第二鐵磁自由層150和152具有分別由磁化強(qiáng)度矢量156和158表示的反平行磁化強(qiáng)度M1和M2。第一鐵磁自由層150的磁化強(qiáng)度矢量156取向為第一方向，該方向與第二鐵磁自由層152的第二磁化強(qiáng)度矢量158所取向的第二方向反平行。第一方向通常對準(zhǔn)縱向，檢測電流I沿該方向通過傳感器堆144，且該方向通常平行于旋閥傳感器140的空氣承載面(ABS)166。第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156根據(jù)第一和第二鐵磁自由層150和152的形狀各向異性來建立。結(jié)果，第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156和158在其靜態(tài)時取向第一和第二方向。
由于旋閥140的小尺寸，由第一和第二鐵磁自由層150和152的磁化強(qiáng)度所產(chǎn)生的消磁場或雜散場在旋閥傳感器140的運(yùn)作中起主要作用。圖4是一部分傳感器堆144的簡化俯視圖，用來說明第一和第二鐵磁自由層150和152的第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2所產(chǎn)生的消磁場對于互相所起的作用。第一鐵磁自由層150的磁化強(qiáng)度M1所產(chǎn)生的消磁場或雜散場160在由第二磁化強(qiáng)度矢量158表示的第二方向上偏置磁化強(qiáng)度M2。同樣，第二鐵磁自由層152的第二磁化強(qiáng)度M2產(chǎn)生了消磁場162，該消磁場在由第一磁化強(qiáng)度矢量156表示的第一方向上偏置第一磁化強(qiáng)度M1。結(jié)果，第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2分別產(chǎn)生了消磁場160和162，它們以與其靜態(tài)一致的方式互相偏置。結(jié)果，第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2的靜態(tài)是非常穩(wěn)定的。
第一和第二鐵磁自由層150和152可用單獨(dú)的鈷鐵(CoFe)層、CoFe層和鎳鐵(NiFe)層、與一些較小層間耦合(宜為-100至-500奧斯特(Oe))合成的反鐵磁材料層、或其他為業(yè)內(nèi)人士了解的適合于形成第一和第二鐵磁自由層150和152的材料形成。隔離層154可用銅(Cu)或其它合適的導(dǎo)電非磁性材料形成。較佳地，形成隔離層154的材料具有約-10至-70Oe的負(fù)交換耦合以改進(jìn)穩(wěn)定性。
偏置部件具有在如箭頭164所示的第三方向上產(chǎn)生磁場的磁化強(qiáng)度，第三方向垂直于圖3中由第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156和158所示的第一和第二方向。由偏置部件產(chǎn)生的磁場可以如圖3中所示的向下，或向上。施閥140對偏置部件所產(chǎn)生的每個偏置磁場的方向大體上都以相同的方式運(yùn)作。然而，由于對向下的偏置磁場方向?qū)λ哟艌龅挠猩院玫撵`敏度，所以該方向更為可取。偏置部件的作用在于將第一和第二鐵磁層150和152的第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2引向第三方向164，從而建立靜偏置態(tài)，如圖5中所示。
圖5示出了處于靜偏置態(tài)時的第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156和158和處于靜偏置態(tài)時的第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’。這里，所示的偏置部件所產(chǎn)生的偏置磁場164的第三方向向下朝著ABS166。另外，如上所述，第三方向可向上離開ABS166。如圖5所示，對第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156和158施加偏置磁場164，可起到使第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156和158在第三方向上旋轉(zhuǎn)的作用。在較佳實施例中，第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’的靜偏置態(tài)與水平取向的靜態(tài)156和158成角大約45°，并且互相間隔90°進(jìn)行取向，從而形成具有最佳對稱的旋閥傳感器140的工作點(diǎn)。然而，其他的工作點(diǎn)也是可接受的。
當(dāng)旋閥140被帶過記錄媒質(zhì)時，由該記錄媒質(zhì)上所存儲的磁性轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的磁場使第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’如翅膀般“上下擺動”。結(jié)果，第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’之間的角度為響應(yīng)所加磁場而增加和減小，從而在可由讀出電子裝置146(圖3)進(jìn)行檢測的旋閥傳感器140中產(chǎn)生所需的GMR效應(yīng)。
在本發(fā)明的一個實施例中，偏置部件由一對分別被交換耦合到第一和第二鐵磁自由層156和158的反鐵磁(AFM)層166和168形成，如圖6的傳感器堆144的分解透視圖所示。第一和第二AFM層166和168提供了使第一和第二鐵磁自由層156和158在由矢量170表示的第三方向上發(fā)生偏置的層間交換，從而產(chǎn)生所要的偏置磁場164(圖5)并將第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2設(shè)置為靜偏置態(tài)，如第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’所示。旋閥140的傳感器堆144可包含籽晶層或界面層，以確保各層的適當(dāng)連接并如業(yè)內(nèi)人士所了解地控制磁性層的晶粒大小、紋理和晶體結(jié)構(gòu)。
常規(guī)的旋閥設(shè)計使用單獨(dú)的AFM層在一方向上束縛一自由層，用另一AFM層在另一方方向上束縛第二自由層，從而設(shè)置所希望的旋閥傳感器的工作點(diǎn)。這種配置要求AFM層由具有不同退火溫度的不同材料形成，以使它們的交換吏縛或偏置場被設(shè)置在不同的方向上。傳統(tǒng)上，先設(shè)置具有較高退火溫度的AFM層，接著設(shè)置退火溫度較低的AFM層。本發(fā)明避免了這種兩步工藝并允許用相同材料形成每一AFM層，因為它們具有均在第三方向上進(jìn)行取向的交換束縛或偏置場。因此旋閥傳感器140的這個實施例的好處在于它比傳統(tǒng)的旋閥設(shè)計更容易制造。
在本發(fā)明的另一實施例中，通過在傳感器堆144上設(shè)置永磁鐵172來形成偏置部件，如圖7旋閥140沿縱向的側(cè)面剖視圖所示。永磁鐵172具有在由磁化強(qiáng)度174所表示的第三方向(本例中是向下)上的磁化強(qiáng)度。永磁鐵172的磁化強(qiáng)度對傳感器堆144的第一和第二鐵磁自由層150和152(圖3)施加所要的偏置磁場164(圖5)。永磁鐵172通過后間隙或絕緣層176與傳感器堆144和接觸層148隔開。后側(cè)間隙或絕緣層178使永磁鐵172的側(cè)面與接觸層148和側(cè)屏蔽180分隔開。間隙層176和178由具有適當(dāng)厚度的絕緣材料形成，以防止永磁鐵172和接觸層148、傳感器堆144、以及側(cè)屏蔽180之間的靜電放電。
可以根據(jù)需要來控制由永磁鐵172所產(chǎn)生的偏置磁場164的強(qiáng)度，以便通過調(diào)節(jié)一個或多個參數(shù)來設(shè)置旋閥140的工作點(diǎn)(第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’之間的角度)。這些參數(shù)包括永磁鐵172的寬度182、高度184、深度、磁化強(qiáng)度以及邊緣角度186。影響由永磁鐵172所產(chǎn)生的偏置磁場的附加參數(shù)包括后間隙和側(cè)間隙176和178的厚度。寬度182較佳地大于傳感器堆144的寬度188。傳感器堆144的寬度188和高度190通常小于0.15μm，以適應(yīng)所用的旋閥傳感器140所有的高面積密度記錄。永磁鐵172的高度184較佳地至少為0.5μm，從而使永磁鐵172中的負(fù)電荷對傳感器堆144的影響較小。
本發(fā)明的另一個方面涉及在傳感器堆144的第一和第二端192和194處接觸層148的設(shè)置，如圖3和圖8所示。這種排列取代了現(xiàn)有技術(shù)中旋閥的相鄰連接設(shè)計，其中將永磁鐵置于接觸層置于其上的傳感器堆附近。本發(fā)明的這一方面至少有兩個優(yōu)于相鄰連接的好處。第一，通過使接觸層148與傳感器堆144的元件直接接觸，比起在其中迫使檢測電流通過永磁鐵的相鄰連接設(shè)計，導(dǎo)線電阻要低。其二，通過消除在第一和第二端192和194處的永磁鐵，旋閥140的轉(zhuǎn)換讀出間隙或屏蔽到屏蔽的間隔(由底屏蔽196與頂屏蔽198隔開的距離決定)被減小，如圖8旋閥140的空氣承載面的圖所示。另外，消除第一和第二端192和194處的永久磁鐵可獲得底屏蔽192和頂屏蔽198之間更小和更均勻的屏蔽到屏蔽的間隔。該旋閥140的屏蔽到屏蔽的間隔的減小使旋閥140可用于讀取高面積密度的數(shù)據(jù)記錄。
其中用永磁鐵172形成偏置部件的本發(fā)明的這一實施例獲得了底屏蔽196和頂屏蔽198之間最小的屏蔽到屏蔽間隔，因為不存在第一和第二AFM層166和168，如圖6和8所示。底屏蔽196和頂屏蔽198間的附加間隔是由于將接觸層148和傳感器堆144與底屏蔽196隔開的間隙層200和將接觸層148和傳感疊堆144與頂屏蔽198隔開的間隙層202。通過調(diào)節(jié)傳感器堆144的厚度、接觸層148、間隙層200和202，可優(yōu)化旋閥傳感器140從而可讀取所希望面積密度的數(shù)據(jù)。
總之，本發(fā)明的一個方面涉及接收檢測電流I的旋閥140，它在對應(yīng)于傳感器堆144的寬度188的縱向上水平取向，并具有為響應(yīng)所加磁場而變化的電阻。旋閥140包括第一和第二鐵磁自由層152和152、隔離層154以及偏置部件。第一鐵磁自由層150具有靜態(tài)，在其中，其磁化強(qiáng)度M1(由磁化強(qiáng)度矢量156表示)處于對準(zhǔn)于縱向的第一方向上。第二鐵磁自由層152具有靜態(tài)，在其中，其磁化強(qiáng)度M2(由磁化強(qiáng)度矢量158表示)對準(zhǔn)于與第一方向反平行的第二方向。第一鐵磁自由層150的磁化強(qiáng)度M1產(chǎn)生了在第二方向上偏置第二鐵磁自由層152的磁化強(qiáng)度M2的第一雜散場160。類似地，第二鐵磁自由層152的磁化強(qiáng)度M2產(chǎn)生了在第一方向上偏置第一磁化強(qiáng)度M1的第二消磁場162。隔離層154分隔第一和第二鐵磁自由層150和152。偏置部件產(chǎn)生了偏置磁場164，該磁場在垂直于第一和第二方向的第三方向上偏置第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2。偏置部件從而為分別由磁化強(qiáng)度矢量156’和158’表示的第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2建立靜偏置態(tài)，。
在旋閥140的一個實施例中，偏置部件由置于第一和第二鐵磁自由層150和152上面的永磁鐵172形成。在另一實施例中，偏置部件分別由第一和第二反鐵磁層166和168形成。第一鐵磁層166交換耦合到第一鐵磁自由層150并具有在第三方向上取向的磁化強(qiáng)度170。
在本發(fā)明的另一實施例中，旋閥140包括與傳感器堆144各元件的第一和第二端192和194分別直接接觸的接觸層148。旋閥140還可包括鄰近第一鐵磁自由層150的底屏蔽196和鄰近第二鐵磁自由層152和接觸層148的頂屏蔽198。在本發(fā)明的一個方面中，底屏蔽和頂屏蔽196和198有基本上均勻的屏蔽到屏蔽的間隔。
本發(fā)明的另一個方面針對一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)100，它包含根據(jù)本發(fā)明各種實施例的旋閥140。
本發(fā)明還針對檢測所加磁場的方法。在該方法中，提供第一鐵磁自由層150，該層在靜態(tài)時具有在第一方向上的磁化強(qiáng)度M1(由磁化強(qiáng)度矢量156表示)并與縱向上的檢測電流I對準(zhǔn)(步驟130)。接著，提供第二鐵磁自由層152，該層在靜態(tài)時具有在與第一方向反平行的第二方向上的磁化強(qiáng)度M2(由磁化強(qiáng)度矢量158表示)(步驟132)。第一磁化強(qiáng)度M1產(chǎn)生在第二方向上偏置第二磁化強(qiáng)度M2的第一消磁場160，而第二磁化強(qiáng)度M2產(chǎn)生在第一方向上偏置第一磁化強(qiáng)度M1的第二消磁場162。接著，偏置磁場被加到第一和第二磁化強(qiáng)度M1和M2，使它們向垂直于第一和第二方向的第三方向轉(zhuǎn)一角度，并建立由第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’表示的靜偏置態(tài)。然后使第一和第二磁化強(qiáng)度矢量156’和158’為響應(yīng)所加的磁場而繞其靜偏置態(tài)轉(zhuǎn)動，從而由于它們的轉(zhuǎn)動作用而產(chǎn)生大磁阻效應(yīng)。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然在上述說明中結(jié)合本發(fā)明各種實施例的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)說明了本發(fā)明各種實施例的許多特性與優(yōu)點(diǎn)，但這些揭示也只是說明性的，可在所附權(quán)利要求項表述的廣泛意義所指的充分范圍內(nèi)對細(xì)節(jié)，特別是部件結(jié)構(gòu)和安排作出改變。例如可在不脫離本發(fā)明范圍和精神的前體下，在基本保持相同功能的同時，根據(jù)旋閥傳感器的特定應(yīng)用來改變特定的單元。
權(quán)利要求
1.一種與數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)一起應(yīng)用的旋閥傳感器，為響應(yīng)所加磁場而產(chǎn)生大磁阻(GMR)效應(yīng)，其特征在于，所述傳感器包括檢測電流(I)，它在縱向上水平取向；第一鐵磁自由層，當(dāng)其處于靜態(tài)時，在與檢測電流的縱向?qū)?zhǔn)的第一方向上具有磁化強(qiáng)度(M1)；第二鐵磁自由層，當(dāng)其處于靜態(tài)時，在與所述第一方向反平行的第二方向上具有磁化強(qiáng)度(M2)；隔離層，位于第一與第二鐵磁自由層之間；偏置部件，它在與所述第一和第二方向垂直的第三方向上產(chǎn)生使M1和M2都偏置的偏置磁場，從而建立M1和M2的靜偏置態(tài)；以及其中，當(dāng)所述第一和第二鐵磁自由層處于靜態(tài)時，M1產(chǎn)生在第二方向上偏置M2的第一消磁場，M2產(chǎn)生在第一方向上偏置M1的第二消磁場，而且為響應(yīng)所加磁場，M1和M2繞其靜偏置態(tài)旋轉(zhuǎn)，從而由M1和M2旋轉(zhuǎn)作用的結(jié)果在傳感器中產(chǎn)生GMR效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋閥傳感器，其特征在于，所述偏置部件是永磁鐵，它在第三方向上具有磁化強(qiáng)度并位于所述第一和第二鐵磁自由層之上。
3.如權(quán)利要求1所述的旋閥傳感器，其特征在于，所述偏置部件包括交換耦合于所述第一鐵磁自由層的第一反鐵磁層，以及交換耦合于所述第二鐵磁自由層的第二反鐵磁層。
4.如權(quán)利要求1所述的旋閥傳感器，其特征在于，所述第三方向選自一組包含向上和向下的方向。
5.如權(quán)利要求1所述的旋閥傳感器，其特征在于，包括分別處于與所述第一和第二鐵磁自由層的第一和第二端接觸的第一和第二接觸層，以及隔離層，其中檢測電流在所述縱向上流動于所述第一和第二接觸層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的旋閥傳感器，其特征在于，包括鄰近于所述第一鐵磁自由層和所述接觸層的底屏蔽；和鄰近于所述第二鐵磁自由層和所述接觸層的頂屏蔽；其中，所述底屏蔽與頂屏蔽具有大體上均勻的屏蔽到屏蔽間隔。
7.如權(quán)利要求1所述的旋閥傳感器，其特征在于，M1和M2在相對于檢測電流約45°的方向上取向。
8.一種包括權(quán)利要求1的旋閥傳感器的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
9.一種檢測所加磁場的方法，其特征在于包括步驟(a)提供第一鐵磁自由層，該層在靜態(tài)時具有在與縱向上的檢測電流(I)對準(zhǔn)的第一方向上的磁化強(qiáng)度(M1)；(b)提供第二鐵磁自由層，該層在靜態(tài)時具有在與第一方向反平行的第二方向上的磁化強(qiáng)度(M2)；(c)對第一和第二鐵磁自由層施加偏置磁場，從而使M1和M2轉(zhuǎn)變角度向著垂直于所述第一和第二方向的第三方向并建立靜偏置態(tài)；以及(d)使M1和M2為響應(yīng)所加磁場而繞其靜偏置態(tài)旋轉(zhuǎn)，從而由M1和M2旋轉(zhuǎn)作用的結(jié)果產(chǎn)生GMR效應(yīng)。
10.一種旋閥傳感器，其特征在于，包括適合于接收檢測電流的傳感器堆；和磁場檢測裝置，用于為響應(yīng)所加磁場而調(diào)節(jié)所述傳感器堆的電阻，從而在所述傳感器堆中產(chǎn)生GMR效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明針對用于數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(100)中的旋閥傳感器(140)，它適合于接收檢測電流(I)并為響應(yīng)所加的磁場而產(chǎn)生GMR效應(yīng)。旋閥傳感器(140)包含第一和第二鐵磁自由層，位于該第一和第二鐵磁自由層150和152之間的隔離層，以及偏置部件。第一鐵磁自由層(150)當(dāng)處于靜(未偏置)態(tài)時在第一方向上具有磁化強(qiáng)度(M1)。第二鐵磁自由層(152)當(dāng)處于靜(未偏置)態(tài)時在反平行于第一方向的第二方向上具有磁化強(qiáng)度(M2)。
文檔編號G11B5/00GK1459094SQ01815809
公開日2003年11月26日 申請日期2001年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者陳路君, J·H·朱斯蒂, J·J·弗南德茲德卡斯特羅 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司