專利名稱：具有作為后方磁通引導(dǎo)讀出層的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭的制作方法
本申請涉及同時(shí)提出的兩個(gè)系列申請。一個(gè)申請的編號為08/957699，名稱為“MAGNETIC TUNNEL JUNCTION MAGNETORESISTIVEREAD HEAD WITH SENSING LAYER AS FLUX GUIDE”(‘具有作為磁通引導(dǎo)的讀出層的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭’)。另一個(gè)申請的編號為08/957787，名稱為“MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONMAGNETORESISTIVE READ HEAD(‘屏蔽式磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭’)。
本發(fā)明涉及磁性隧道結(jié)(MTJ)設(shè)備，特別是涉及用作供讀取磁記錄式數(shù)據(jù)用的磁阻(MR)磁頭的MTJ設(shè)備。
一個(gè)磁性隧道結(jié)設(shè)備由被一個(gè)薄的絕緣隧道勢壘層分隔開的兩個(gè)鐵磁體層構(gòu)成，且以旋轉(zhuǎn)極化電子隧道現(xiàn)象為基礎(chǔ)。鐵磁體層之一在外加磁場的一個(gè)方向上有比另一鐵磁體層高的(典型地說是由其較高的磁矯頑力引起的)飽和磁場。該絕緣隧道勢壘層足夠地薄，使得在鐵磁體層之間存在著量子力學(xué)隧道。隧道現(xiàn)象是取決于電子旋轉(zhuǎn)的，使得MTJ的磁響應(yīng)成為兩個(gè)鐵磁體層的相對取向和旋轉(zhuǎn)極化的函數(shù)。
MTJ設(shè)備已被推薦為主要用作固態(tài)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。MTJ存儲(chǔ)單元的狀態(tài)由當(dāng)讀出電流從一個(gè)鐵磁體層到另一個(gè)鐵磁體層垂直地通過MTJ時(shí)測量MTJ的電阻來決定。電荷載流子形成隧道穿過絕緣隧道勢壘層的概率取決于兩個(gè)鐵磁體層的磁矩(磁化方向)的相對取向。隧道電流被旋轉(zhuǎn)極化，這意味著從一個(gè)鐵磁體層(例如，其磁矩是固定的或防止轉(zhuǎn)動(dòng)的層)通過的電流，主要由一種旋轉(zhuǎn)類型的(順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，取決于鐵磁體層的磁矩的方向)的電子組成。隧道電流的旋轉(zhuǎn)極化的程度由在鐵磁體層和隧道勢壘層的交界處組成鐵磁體層的磁性材料的電子能帶構(gòu)造決定。第1鐵磁體層例如用作旋轉(zhuǎn)濾波器。電荷載流子形成隧道的概率取決于和在第2鐵磁體層中電子電流的旋轉(zhuǎn)極化相同的旋轉(zhuǎn)極化的電子狀態(tài)的可利用性。通常，當(dāng)?shù)?鐵磁體層的磁矩和第1鐵磁體層的磁矩平行的時(shí)候，將比第2鐵磁體層的磁矩被排列為和第1鐵磁體層的磁矩反向平行時(shí)有更多的可用的電子狀態(tài)。因此，在兩個(gè)層的磁矩平行時(shí)，電荷載流子形成隧道的概率最高，而當(dāng)兩個(gè)磁矩反向平行時(shí)最低。在磁矩既不是平行也不是反向平行時(shí)，形成隧道的概率取中間值。因此MTJ存儲(chǔ)單元的電阻取決于兩個(gè)鐵磁體層中的電流的旋轉(zhuǎn)極化和電子狀態(tài)。結(jié)果是，其磁化方向是不固定的鐵磁體層的兩個(gè)可能的磁化方向獨(dú)特地定義存儲(chǔ)單元的兩個(gè)可能的位狀態(tài)(0或1)。
一個(gè)磁阻(MR)傳感器通過由磁性材料制作的敏感元件的電阻的變化，作為被敏感元件感知的磁通量的強(qiáng)度和方向的函數(shù)，檢測磁場信號?，F(xiàn)有的MR傳感器，諸如那些在磁記錄式磁盤驅(qū)動(dòng)器中用作供讀取數(shù)據(jù)用的MR讀出磁頭，它的工作是以大部分磁性材料(典型的是透磁合金(Ni81Fe19)的各向異性磁阻(AMR)效應(yīng)為基礎(chǔ)的。讀取元件電阻的一個(gè)分量，隨著讀取元件中的磁化方向和通過讀取元件的讀出電流的方向之間的角度余弦的平方而變化。由于來自已進(jìn)行了記錄的磁性媒體(信號場)的外部磁場可在讀取元件的磁化方向上引起一個(gè)變化，而這一變化又反過來在讀取元件的電阻中產(chǎn)生一個(gè)變化，以及在已讀出的電流或電壓中的相應(yīng)的變化，故已記錄的數(shù)據(jù)可以從一個(gè)磁性媒體(諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器中的磁盤)中讀出來。在現(xiàn)有的MR讀出磁頭中，與MTJ設(shè)備比較，讀出電流是在平行于讀出元件的鐵磁體層的方向上。
就如在美國專利5390061中所述，提出了應(yīng)用一種MTJ設(shè)備作為供磁性記錄用的磁阻讀出磁頭。在該MTJ讀出磁頭中，自由和固定鐵磁體層具有并不伸出到絕緣隧道勢壘的橫向周界線之外的橫向周界線。在磁隧道記錄裝置中，讀出磁頭從小的磁化區(qū)域或已寫入到在其上邊已懸上磁頭的薄膜磁性媒體中去的磁位中讀出磁通。用更高磁位區(qū)域密度部分地可以增加磁盤驅(qū)動(dòng)器的容量。因此，每一磁區(qū)的面積或位必須減少，但是，因而將產(chǎn)生減小了的磁通。因而，對于具有更高的性能和更高容量的磁記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器要求可以讀出減小后的具有更大輸出信號的磁記錄磁頭。采用尋找具有較高磁阻系數(shù)的MTJ構(gòu)造的辦法，可以得到經(jīng)過改進(jìn)的磁記錄磁頭。但是，MR系數(shù)決定于組成MTJ的材料的固有的電和磁性質(zhì)。
現(xiàn)在所需要的是一種供磁記錄系統(tǒng)用的MTJ MR讀出磁頭，這種磁頭對于相同的輸入磁通量比那些用相同的一組電和磁材料構(gòu)成但其他方面不同的MTJ磁頭能給出更大的輸出信號。
本發(fā)明提供了一種磁性記錄系統(tǒng)用的MTJ MR讀出磁頭，其中，自由鐵磁體層也用作一個(gè)后方磁通引導(dǎo)裝置以使磁通從磁記錄媒體通到隧道結(jié)。在一個(gè)磁記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例中，固定鐵磁體層，隧道勢壘層，自由鐵磁體層都具有自己的在空氣-軸承表面(ABS)上露出來的邊沿。固定和自由鐵磁體層兩者都和隧道勢壘層的相對的表面接觸，但是自由鐵磁體層則伸出到隧道勢壘層或固定鐵磁體層之外，不論哪一個(gè)的后邊沿都更為靠近讀出表面。這將保證在隧道結(jié)區(qū)域內(nèi)磁通為非零。固定鐵磁體層的磁化方向一般被固定在垂直于ABS因而也垂直于磁盤表面的方向，最好是采用和反鐵磁體層進(jìn)行界面間交換耦合的辦法。自由鐵磁體層的磁化方向，在沒有外加磁場時(shí)通常被排列在平行于ABS的表面的方向，而在有來自磁記錄磁盤的外加磁場時(shí)則其磁化方向自由旋轉(zhuǎn)。一個(gè)與自由鐵磁體層的側(cè)面相鄰的高矯頑力硬磁材料層縱向地把自由鐵磁體層的磁化方向偏置向優(yōu)選方向。
該MTJ MR讀出磁頭可以形成為集成化讀/些磁頭構(gòu)造的一部分，在該構(gòu)造中有定位于MTJ MR讀出磁頭的兩側(cè)的導(dǎo)電性的磁屏蔽。供讀出電路用的電引線形成在兩個(gè)屏蔽上，使得提供一個(gè)從屏蔽通過該引線到隧道結(jié)的固定和自由鐵磁體層的通電路徑。
為了更為完整了解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在參照附圖的同時(shí)，參考下述詳細(xì)的說明。


圖1是供與本發(fā)明的凹進(jìn)式MTJ MR讀出磁頭一起使用的現(xiàn)有的磁性記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器的簡化框圖。
圖2是拿掉機(jī)殼的圖1的盤驅(qū)動(dòng)器的頂視圖。
圖3是現(xiàn)有的集成化電感式寫入磁頭/MR讀出磁頭的縱剖面圖，其中MR讀出磁頭定位于屏蔽之間并與供說明本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭應(yīng)該定位于何處的電感式磁頭相鄰。
圖4是通過本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的隧道結(jié)剖開的剖面圖，用于說明通過隧道結(jié)流動(dòng)的電流的垂直方向。
圖5是后方磁通引導(dǎo)式MTJ MR讀出磁頭的剖面圖，說明了各種層相對于磁頭(空氣-軸承表面)讀出邊沿的位置。
圖6A-6N說明了本發(fā)明的后方磁通引導(dǎo)式MTJ MR的制造步驟。
圖7是讀出表面的視圖，該圖畫出了讀出鐵磁體層的前面邊沿和縱向偏置鐵磁體層的邊沿。
參照圖1。圖中示出了應(yīng)用一個(gè)MR傳感器的現(xiàn)有的磁盤驅(qū)動(dòng)器的剖面圖。該磁盤驅(qū)動(dòng)器由一個(gè)基座10，在其上邊固定有一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和一個(gè)執(zhí)行器14，和一個(gè)罩子11?；?0和罩子11給驅(qū)動(dòng)器提供了一個(gè)基本上已密封起來的機(jī)殼。一般在基座10和罩子11之間有一個(gè)墊圈13和一個(gè)小的通氣口(未畫出來)，以平衡磁盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部和外部環(huán)境之間的壓力。磁性記錄磁盤16通過轂盤18連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)12上，磁盤連接到轂盤18之上是為了用驅(qū)動(dòng)電機(jī)12使它轉(zhuǎn)動(dòng)。磁盤16的表面上有一層薄的潤滑膜50。一個(gè)讀/寫磁頭或者變換器25形成在磁頭支架(例如空氣軸承浮動(dòng)塊20)的尾端。就如將在圖3中說明的那樣，變換器25是一由電感式寫入磁頭部分和MR讀出磁頭部分構(gòu)成的讀/寫磁頭。浮動(dòng)塊20利用一個(gè)剛性臂22和一個(gè)懸臂24連接到執(zhí)行器14上。懸臂24提供一個(gè)偏置力，把浮動(dòng)塊20推到記錄磁盤16的表面上。在磁盤驅(qū)動(dòng)器工作期間，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12以恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)磁盤16，而一般是一線性或旋轉(zhuǎn)話音線圈電機(jī)的執(zhí)行器14，通常在徑向方向上移動(dòng)浮動(dòng)塊20使之穿過磁盤16的表面，使得讀/寫磁頭25可以訪問磁盤16上邊的不同的磁道。
圖2是拿掉罩子11的磁盤驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部的頂視圖，該圖并且更好地說明對浮動(dòng)塊20提供一個(gè)力以把磁盤16往前推的懸臂24。該懸臂可以是現(xiàn)有類型的懸臂，諸如IBM公司在美國專利4167765中所述的那種人們所熟悉的Watrous懸臂。這種類型的懸臂還提供一種浮動(dòng)塊的萬向接頭式的附加物，它使得浮動(dòng)塊在它被放到空氣軸承上的時(shí)候可以傾斜和旋轉(zhuǎn)。用變換器25從磁盤16上檢測到的數(shù)據(jù)，借助于定位在臂22上的集成電路芯片15中的信號放大和處理電路被加工成數(shù)據(jù)回讀信號。來自變換器25的信號通過柔軟電纜17被送往芯片15，芯片15把其輸出信號通過電纜19送往磁盤驅(qū)動(dòng)器電子電路(未畫出來)。
圖3是由MR讀出磁頭部分和電感式寫入磁頭部分組成的集成化讀/寫磁頭25的剖面圖。磁頭25重疊起來以形成一個(gè)空氣-軸承表面(ABS)，該ABS借助于前邊討論過的空氣軸承與旋轉(zhuǎn)磁盤16(圖1)的表面分隔開來。讀出磁頭包括一個(gè)夾在第1和第2間隙層G1和G2之間的MR傳感器40,G1和G2又依次被夾在第1和第2磁屏蔽層S1和S2之間。在普通的磁盤驅(qū)動(dòng)器中，MR傳感器40是一個(gè)AMR傳感器。寫入磁頭包括一個(gè)線圈層C和被夾在絕緣層I1和I3之間的絕緣層I2,I1和I3又依次被夾在第1和第2磁極片P1和P2之間。在磁極頂端上鄰近ABS的第1和第2磁極片P1、P2之間夾有一個(gè)間隙層G3，為的是提供一個(gè)磁間隙。在寫入期間信號電流通過線圈層C傳導(dǎo)，而在第1和第2磁極層P1、P2中感應(yīng)出磁通，使得磁通在ABS上穗狀地穿過磁極頂端。在寫入操作期間，磁通使旋轉(zhuǎn)磁盤16上邊的圓形磁道磁化。在讀出操作期間，旋轉(zhuǎn)磁盤16上邊的已磁化區(qū)把磁通引進(jìn)到讀出磁頭的MR傳感器40中去，使得MR傳感器40中電阻變化。這些電阻變化，用檢測MR傳感器40上的電壓變化的辦法進(jìn)行檢測。用芯片15(圖2)和驅(qū)動(dòng)器電子電路對該電壓變化進(jìn)行處理并變換成用戶數(shù)據(jù)。示于圖3的組合式磁頭25是一個(gè)‘結(jié)合式’磁頭，在該磁頭中，讀出磁頭的第2屏蔽層S2被用作寫入磁頭的第1磁極片P1。在背負(fù)式磁頭(沒有畫出來)中，第2屏蔽層S2和第1磁極片P1是分開的層。
對具有AMR讀出磁頭的典型的磁性記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器的上述敘述以及附圖1～3僅僅為了進(jìn)行說明。磁盤驅(qū)動(dòng)器可以包括許多的磁盤和執(zhí)行器，而且每一執(zhí)行器都可以支持許多浮動(dòng)塊。此外，不用空氣軸承浮動(dòng)塊而代之以用這樣的磁頭支架，該支架例如象在液體軸承和其他接觸和近乎接觸記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器中那樣，保持磁頭與磁盤接觸或近乎接觸。
本發(fā)明是一種具有MTJ傳感器的MR讀出磁頭，用來代替圖3的讀/寫磁頭25中的MR傳感器40。
圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MTJ MR讀出磁頭的剖面圖，如果通過一個(gè)其邊沿在圖3中被畫成線42的平面來剖開并從磁盤表面看過去，就是這樣的圖。因此，圖4的紙面是一平行于ABS的平面而且基本上通過有效讀出區(qū)，即通過MTJ MR讀出磁頭的隧道結(jié)，以展現(xiàn)出形成磁頭的那些層。
參看圖4。MTJ MR讀出磁頭包括一個(gè)形成于第1間隙層G1上的電引線層102，在間隙層G2的下邊的電引線層104，和作為一個(gè)層的疊層形成于電引線層102、104之間的MTJ100。
MTJ100包括一個(gè)第1電極多層疊層110，一個(gè)絕緣隧道勢壘層120，和一個(gè)頂部電極疊層130。每一電極包括一個(gè)直接與隧道勢壘層120接觸的鐵磁體層，即鐵磁體層118和132。
形成在電引線層102上邊的基底電極層疊層110包括一個(gè)在電引線102上邊的種子(seed)層或者‘模板(template)’層112，在模板層112上的反鐵磁體材料層116和一個(gè)形成在上邊且與在下邊的反鐵磁體層116形成為交換耦合式的‘固定’的鐵磁體層118。該鐵磁體層118被稱作固定層，因?yàn)槠浯啪鼗蛘叽呕较?，在感興趣的范圍內(nèi)加上磁場時(shí)保持為不轉(zhuǎn)動(dòng)。頂部電極疊層130包括一個(gè)‘自由’或‘讀出’鐵磁體層132，和形成在讀出層132上邊的保護(hù)性的層或覆蓋層134。讀出鐵磁體層132被非交換耦合到一個(gè)反鐵磁體層上，因此其磁化方向在加上所希望的范圍的磁場時(shí)是自由旋轉(zhuǎn)的。讀出鐵磁體層132被制造為使得把它的磁矩或磁化方向(用箭頭133表示)通常定向?yàn)榕cABS平行(ABS是一平行于圖4的紙面)，而且，在未加磁場時(shí)通常垂直于固定鐵磁體層118的磁化方向。在電極疊層110中，正好位于隧道勢壘層120下邊的固定鐵磁體層118，其磁化方向借助于與下邊緊挨著的的反鐵磁體層116進(jìn)行界面交換耦合進(jìn)行固定，反鐵磁體層116也形成為底部電極疊層110的一部分。固定鐵磁體層118的磁化方向通常被定向?yàn)榕cABS垂直，即在圖4中從紙面中出來或者進(jìn)入紙面(如箭尾119所示)。
在圖4中，還示出了一個(gè)用于對讀出鐵磁體層132的磁化進(jìn)行縱向偏置的偏置鐵磁體層150，一個(gè)使讀出鐵磁體層132和偏置層150分開并絕緣的絕緣層160，和MTJ100的其他的層。偏置鐵磁體層150是一種硬磁材料，例如CoPtCr合金，在未加磁場的情況下，其磁矩(用箭頭151表示)被排列在與讀出鐵磁體層132的磁矩133相同的方向上。絕緣層160，最好是氧化鋁(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)，具有足夠使偏置鐵磁體層150與MTJ 100和電引線層102、104電絕緣的厚度，但是該厚度又足夠地薄使得可以與讀出鐵磁體層132進(jìn)行靜磁耦合(用虛線箭頭153表示)。偏置鐵磁體層150的乘積M*t(其中，M是在鐵磁體層中材料的單位面積的磁矩，t是鐵磁體層的厚度)必須大于或等于讀出鐵磁體層132的M*t，以確保穩(wěn)定的縱向偏置。由于一般被用在讀出鐵磁體層132中的Ni(100-x)-Fe(x)(x近似等于19)的磁矩大約是適合于用作偏置鐵磁體層150的典型的硬磁材料(諸如Co75Pt13Cr12)的2倍，故偏置鐵磁體層150的厚度至少是讀出鐵磁體層132的近乎兩倍。
讀出電流I從第一導(dǎo)電引線102垂直地通過反鐵磁體層116、固定鐵磁體層118、隧道勢壘層120和讀出鐵磁體層132，然后通過第2電引線104輸出。如上所述，通過隧道勢壘層120的隧道電流是與隧道勢壘層120相鄰并與隧道勢壘層接觸的固定和讀出鐵磁體層118、132的相對方向的函數(shù)。來自記錄數(shù)據(jù)的磁場使讀出鐵磁體層132的磁化方向旋轉(zhuǎn)偏離方向133，即或者是從圖4的紙面進(jìn)去或者出來。這將改變鐵磁體層118、132的磁距的相對方向，因此，改變隧道電流的量，該電流量反映了MTJ 100的電阻的改變。電阻的這一改變用磁盤驅(qū)動(dòng)電子電路進(jìn)行檢測并加工成為來自磁盤的數(shù)據(jù)回讀。借助于電絕緣層160，讀出電流不能達(dá)到偏置鐵磁體層150。電絕緣層160還使電引線102、104與偏置鐵磁體層150絕緣。
現(xiàn)在說明供MTJ 100(圖4)用的有代表性的材料的配置。MTJ 100的所有的層都在加上與襯底平行的磁場的情況下生長。該磁場用于給所有的鐵磁體層的易磁化的軸定向。一個(gè)5nm的Ta種子層(未畫出來)首先形成于一個(gè)用作電引線102的10-50nm Au層上。種子層由促進(jìn)面心立方(fcc)Ni81Fe19模板層112的(111)生長的材料組成。模板鐵磁體層112促進(jìn)反鐵磁體層116的生長。合適的種子層材料包括諸如Cu和Ta之類的fcc材料或諸如3-5nmTa/3-5nmCu之類的組合材料。MTJ基底電極疊層110由生長在10-20nm Au層102上邊的Ta種子層上邊的4nm Ni81Fe19/10nmFe50Mn50/8nm Ni81Fe19(分別為層112,116,118)的疊層構(gòu)成。用作襯底的Au引線層102直接形成于鋁間隙材料G1上邊。其次，隧道勢壘層120由淀積法形成，接著等離子體氧化一個(gè)0.5-2nm的Al層。這將形成Al2O3絕緣隧道勢壘層120。頂部電極疊層130是一個(gè)5nm Ni-Fe/10nmTa疊層(分別為層132,134)。Ta層134用作保護(hù)性覆蓋層。頂部電極疊層130通過一個(gè)用作電引線層104的20nm Au層進(jìn)行接觸。
注意，由于在MTJ100中電流垂直通過多個(gè)層，故MTJ設(shè)備的電阻將因隧道勢壘層120而處于主要地位。因此，導(dǎo)電引線102、104的每一單位面積的電阻可以大大高于通常的電流平行于那些層流動(dòng)的MR讀出磁頭的電阻。因此，引線102、104可以作得比在通常的MR磁頭構(gòu)造中更薄和/或更窄，和/或可以用從本質(zhì)上說更為電阻性的材料，諸如合金或元素的組合來制作。
重要的是在底部電極疊層110中的那些層應(yīng)當(dāng)平滑，并且Al2O3絕緣隧道勢壘層120沒有使結(jié)電短路的針孔。例如，用熟悉的濺射技術(shù)來進(jìn)行生長以求在金屬多層疊層中產(chǎn)生良好的巨大的磁阻效應(yīng)是能夠勝任的。
一種替代的讀出鐵磁體層132可以在讀出鐵磁體層132和隧道勢壘層120之間的界面上由薄的Co或Co(100-x)Fe(x)或Ni(100-x)Fe(x)(x近似為60)層和具有低的磁致伸縮(例如Ni(100-x)Fe(x)(x近似為19))的層132的體組成。具有一個(gè)薄的Co或Co(100-x)Fe(x)或Ni(100-x)Fe(x)(x近似為60)的界面層的這種類型的讀出層的凈磁致伸縮，采用稍微改變層132的組分的辦法，被安排為具有接近于0的值。一個(gè)替代的固定鐵磁體層118可以在具有隧道勢壘層120的界面上，主要地由具有一個(gè)薄的Co或Co(100-x)Fe(x)或Ni(100-x)Fe(x)(x近似為60)層的體Ni(100-x)Fe(x)層構(gòu)成。用Co或者具有最高極化率的Ni(100-x)Fe(x)(x近似為60)或者Co(100-x)Fe(x)合金(x近似為70)可以得到最大的信號。界面層最好是約1-2nm厚。組合層的凈磁致伸縮采用使組分進(jìn)行微小變化的辦法，被安排為接近于0。如果層118的主體是Ni-Fe，那么組分就是Ni81Fe19，對于該組分，體Ni-Fe具有0磁致伸縮。
Fe-Mn反鐵磁體層116可以用Ni-Mn層或其他合適的反鐵磁體層代替，這些層交換偏置在固定層118中的鐵磁體材料，且具有實(shí)質(zhì)上小于Al2O3勢壘層120的電阻的電阻。此外，雖然在優(yōu)選實(shí)施例中，固定鐵磁體層的磁矩已被界面上的交換耦合用一個(gè)反鐵磁體層固定，該固定鐵磁體層可以用從磁性上說‘硬的’高矯頑力材料形成，以避免需要一個(gè)反鐵磁體層。因此，硬固定鐵磁體層可以由各種鐵磁體材料，諸如Co和一個(gè)或多個(gè)元素的合金，包括Co-Pt-Cr合金，Co-Cr-Ta合金，Co-Cr合金，Co-Sm合金，Co-Re合金，Co-Ru合金和Co-Ni-X(X=Pt,Pd，或Cr)合金，以及諸如Co-Ni-Cr-Pt和Co-Pt-Cr-B之類的各種四元素合金形成。
雖然已經(jīng)說明并示于圖4的MTJ設(shè)備在MTJ100的底部上邊具有固定鐵磁體層，該設(shè)備也可以用首先淀積讀出鐵磁體層，接著淀積隧道勢壘層，然后淀積固定鐵磁體層和反鐵磁體層的辦法形成。于是，這樣一種MTJ設(shè)備將具有本質(zhì)上與示于圖4的MTJ100顛倒過來的層。
現(xiàn)在參照圖5。圖5以垂直于圖4的視圖的剖面的形式示出了本發(fā)明的后方磁通引導(dǎo)裝置式MTJ MR磁頭，該磁頭在右邊具有讀出表面200或ABS。為便于說明，沒有畫出偏置鐵磁體層150，而且在MTJ100中僅僅示出了鐵磁體層、反鐵磁體層和隧道勢壘層。讀出鐵磁體層132具有一個(gè)讀出邊沿202和一個(gè)后面邊沿203，讀出邊沿202基本上和讀出表面200或ABS在同一平面上。固定鐵磁體層118具有一個(gè)基本上與讀出表面200或ABS共面的前面邊沿206和后面邊沿208。反鐵磁體層116具有和固定鐵磁體層118相連的邊沿。隧道勢壘層120具有一個(gè)也基本上與讀出表面200或ABS共面的前面邊沿210和一個(gè)后面邊沿212，前面邊沿210實(shí)質(zhì)上和固定鐵磁體層118的前面邊沿206在一個(gè)平面上。讀出鐵磁體層203的后面邊沿伸出到隧道勢壘層212或者固定鐵磁體層208的外邊，不論哪個(gè)后面邊沿都更靠近讀出表面200。引線102形成在G1間隙層并且間隙層G2使引線104與磁屏蔽S2分開。G1和G2及在后面邊沿202、206和212的后邊的區(qū)域上的材料是電絕緣材料，理想的是氧化鋁。就像人們在磁盤接觸中保護(hù)磁頭的技術(shù)中所熟知的那樣，讀出表面200或ABS在其上邊可以具有一個(gè)保護(hù)性的覆蓋層，諸如無定形金剛石類(diamoni-like)炭。
示于圖3的MR傳感器，諸如傳感器40，被放置在可滲透的磁屏蔽S1和S2之間。在MTJ讀出磁頭位于該區(qū)域時(shí)，如圖5所示，被檢測的磁通就在空氣-軸承表面200上進(jìn)入自由鐵磁體層132的前面邊沿202且向著該層的后方邊沿衰減。在該層的后方邊沿203上磁通被限制成為零。某些入射磁通漏泄到磁屏蔽S1和S2。這種漏泄由屏蔽間隙寬度g，導(dǎo)磁率μ和在本發(fā)明中也用作磁通引導(dǎo)裝置的自由鐵磁體層厚度t決定。磁通隨著特征長度(μtg/2)0.5而衰退。對于典型的參數(shù)5Gbit/in2，傳感器是g=200nm,t=5nm和μ=1000。這將得到0.7微米的衰退長度λ。
在較早的說明供磁記錄讀出磁頭用的MTJ裝置的的美國專利5,390,061中，自由鐵磁體層的后方邊沿與固定鐵磁體層的后方邊沿相連或者比固定鐵磁體層的后方邊沿更靠近ABS。因此，在那些其中傳感器的高度是可以與λ比較的或者小于λ(例如，在5Gbit/in2傳感器中，傳感器的高度是400nm)的高密度記錄應(yīng)用中，在傳感器的工作區(qū)中(在ABS200和隧道勢壘層120的后方邊沿212或固定鐵磁體層118的后方邊沿208之間的區(qū)域，不論哪個(gè)邊沿都更靠近ABS200)磁通被限制成為零。采用把自由鐵磁體層132擴(kuò)展到傳感器的工作區(qū)之外的辦法，借助于把一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置附加到自由鐵磁體層的后方邊沿上，那么磁通將僅僅在后方磁通引導(dǎo)裝置上被限制成為零。因此，在傳感器的工作區(qū)中磁通的量增加到超出在不存在諸如后方磁通引導(dǎo)時(shí)的量。因此，具有后方磁通引導(dǎo)的MTJ傳感器的輸出信號在傳感器的工作區(qū)增強(qiáng)了一個(gè)額外的磁通量。
由于電流垂直于隧道結(jié)流動(dòng)，因此對于形成隧道結(jié)的磁通引導(dǎo)裝置的部分來說，電流不會(huì)被擴(kuò)展到隧道結(jié)之外的自由鐵磁體層的部分分流。雖然在圖5的優(yōu)選實(shí)施例中隧道勢壘層210的后面邊沿212、208，分別和固定鐵磁體層118是共面的，但是它們并非一定要是共面的，只要自由鐵磁層132的后面邊沿212、208與讀出表面200的距離較后面邊沿212、208中任何一個(gè)距離讀出表面200更遠(yuǎn)即可。這是因?yàn)榇怪绷鬟^隧道勢壘層210的電流是由后面邊沿212、208中的任何一個(gè)更靠近讀出表面200的那個(gè)來確定的。因此，讀出鐵磁體層132的后面邊沿203被定位為比隧道勢壘層210的后面邊沿212更遠(yuǎn)，如果后面邊沿212比固定鐵磁體層118的后面邊沿208更靠近讀出表面200的話。同樣，讀出鐵磁體層132的后面邊沿203被定位為比固定鐵磁體118的后面邊沿208更遠(yuǎn)，如果后面邊沿208比隧道勢壘層210的后面邊沿212更靠近讀出表面200的話。
雖然優(yōu)選實(shí)施例是相對于圖5來示出和說明的，第一引線120被畫成具有擴(kuò)展到反鐵磁體層116和固定鐵磁體層118的后面邊沿之外的后面邊沿，該第一引線102可以具有基本上與反鐵磁體層116和固定鐵磁體層118的后面邊沿共面的后面邊沿。還有，雖然第2引線104被畫成為具有和自由鐵磁體層132的后面邊沿203共面的后面邊沿，第2引線104可以具有伸出到自由鐵磁體層132的后面邊沿之外的后面邊沿。同樣，第2引線104可以具有比自由鐵磁體層132的后面邊沿更靠近ABS200的后面邊沿，只要其后面邊沿比傳感器的工作區(qū)的后方邊沿距ABS200更遠(yuǎn)。
在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中在其上邊已形成了第1引線102的襯底是第1磁屏蔽S1，而第2磁屏蔽S2則形成在第2引線104上。屏蔽S1和S2由Ni-Fe或者Ni-Fe-Co合金構(gòu)成，且是導(dǎo)電性的。因此在本實(shí)施例中將提供一條通過屏蔽S1到第1引線102，且垂直地通過隧道結(jié)到第2引線104和第2屏蔽S2的導(dǎo)電路徑。本實(shí)施例消除了絕緣間隙G1、G2的需要，盡管如圖5所示絕緣材料在隧道結(jié)的前面和后面仍然是需要的。
制造凹進(jìn)式MTJ MR讀出磁頭的工藝對于AMR或其中讀出電流平行于傳感器的層流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)閥門傳感器來說，由于磁通引導(dǎo)裝置和傳感器必須是電絕緣的，使得不分流來自傳感器的電流，所以使磁通引導(dǎo)裝置貼近傳感器是困難的。而磁通引導(dǎo)裝置和傳感器還必須進(jìn)行磁耦合。這可以采用使電解質(zhì)層與傳感器絕緣而后使磁通引導(dǎo)裝置的形狀對準(zhǔn)到傳感器上的辦法來實(shí)現(xiàn)。對傳感器的高效率的磁耦合需要0.1微米的對準(zhǔn)精度，而電解質(zhì)層的厚度是5微米到10微米，借助于用來制造MR磁頭的現(xiàn)今的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述兩點(diǎn)中的哪一點(diǎn)都是困難的。但是，如果應(yīng)用一個(gè)磁隧道結(jié)傳感器，其中電流垂直地流到傳感器的層中去，則磁通引導(dǎo)裝置不再需要與讀出層電絕緣。后方磁通引導(dǎo)裝置就象在圖5中的優(yōu)選實(shí)施例所表明的那樣可以是自由鐵磁體層的連續(xù)的擴(kuò)展。
參照圖6，說明形成后方磁通引導(dǎo)裝置式MTJ MR讀出磁頭的工藝。需要兩個(gè)平版印刷圖形步驟。一個(gè)定義固定鐵磁體層118的后面邊沿，一個(gè)定義自由鐵磁體層132的后面邊沿。該MTJ MR讀出磁頭是制造在一層絕緣體上，一般如圖5所示是在氧化鋁上，但是也可以直接制造在底磁屏蔽層S1上。
如圖6A所示，工藝開始先淀積供引線層102、反鐵磁體層116、固定鐵磁體層118用的材料和諸如鋁之類的最終被氧化以形成隧道勢壘層120的材料。引線材料可以是各種導(dǎo)體材料，諸如Ta,Al,Au,W和Pt之類的材料，典型的厚度在100到500埃的范圍之內(nèi)。反鐵磁體層116可以從許多熟悉的材料，諸如Fe-Mn,NI-Mn,Pt-Mn,Ir-Mn和Pd-Mn和Cr-Al中選擇。反鐵磁體層116的典型厚度是在7到300埃的范圍內(nèi)。固定鐵磁體層118最好是一種Ni-Fe合金或Ni-Fe合金與Co薄膜的雙層。Ni-Fe合金層的典型的厚度是20到100埃而Co層的典型厚度是2到20埃。用于隧道勢壘氧化物層120的鋁的厚度一般是5到20埃的范圍。
在通常用離子束或者RF或DC磁控管濺射法淀積上這些層之后，用防蝕劑230使這些層圖形化以定義示于圖6B的所希望的形狀，這是圖6A的頂視圖。接著，如圖6C所示，進(jìn)行離子銑蝕以去掉未被防蝕劑保護(hù)的材料。現(xiàn)在，在層G1上邊，用圖6D所示的形狀，形成引線層102、反鐵磁體層116、固定鐵磁體層118和隧勢壘層。防蝕劑層230一般是一個(gè)具有側(cè)蝕的雙層防蝕劑。在圖6C的離子銑蝕步驟之后，用離子束或RF濺射淀積一層絕緣體232，一般是淀積一層氧化鋁或者SiO2以對圖形的邊沿密封，之后，剝離防蝕劑層230，得到示于圖6E-6F的構(gòu)造。在該第1平版圖形化步驟中固定鐵磁體層118的后方邊沿208被設(shè)定為參考點(diǎn)。
在進(jìn)行圖形化以形成圖6E-6F的構(gòu)造之后，在其中將變成隧道勢壘層120的鋁在氧壓為100mTorr和功率密度為25W/cm2被等離子體氧化30-240秒。這樣將形成氧化鋁的絕緣隧道層120。
其次，如圖6G-6H所示，淀積自由鐵磁體層132和引線層104。自由鐵磁體層132一般是Ni-Fe合金或者Co和Ni-Fe合金的雙層，對于Ni-Fe合金厚度為10到200埃，對于Co，厚度為2到20埃。引線104用與對引線102說明過的相同的材料和厚度形成。
在用離子束或者RF或DC磁控管濺設(shè)淀積了層132、104之后，如圖6I-6J所示，自由鐵磁體層132和引線層104用防蝕劑240形成圖形以確定所希望的形狀。典型地說，防蝕劑240一般是一具有側(cè)蝕(undercut)的雙層防蝕劑。然后，如圖6K-6L所示，離子銑蝕去掉沒有用防蝕劑240保護(hù)的那些材料。在圖6K的離子銑削步驟之后，用離子束或RF濺射淀積一層絕緣體242，一般是淀積一層氧化鋁或者SiO2以對圖形的邊沿密封，之后，剝離防蝕劑層240，得到示于圖6M-6N的構(gòu)造。在該第2平版圖形化中確定的一個(gè)重要的特點(diǎn)是自由鐵磁體層132的寬度，即將要暴露在ABS上的的寬度w。這一步驟也確定后面邊沿203，使得自由鐵磁體層132從ABS中伸出去并越過勢壘層120的前面邊沿210和后面邊沿212，在后面邊沿212之外結(jié)束。如上所述，在傳播中，這有助于使磁通有效地通過由隧道勢壘層120和固定鐵磁體層118和ABS200的后面和前面邊沿確定的整個(gè)有效隧道結(jié)區(qū)域。
以上的工藝也可以用于向還用作磁通引導(dǎo)裝置的自由鐵磁體層132，提供縱向偏置或穩(wěn)定化就像前邊對圖4所示的偏置鐵磁體層150所說明的那樣。特別是示于圖6K-N的那些步驟被修改為使得不用淀積氧化鋁層242和接下來剝離防蝕劑240，而代之以連續(xù)的淀積氧化鋁，硬偏置鐵磁體材料，和另一層氧化鋁，并接著進(jìn)行剝離。所得到的構(gòu)造示于圖7，這是讀出表面200的視圖。圖7示出了在讀出表面200上暴露前面邊沿的讀出鐵磁體層132和第2引線104。此外，還示出了偏置鐵磁體層150的暴露出來的邊沿。在硬偏置鐵磁體層150和讀出鐵磁體層132之間的區(qū)域，用諸如氧化鋁之類的絕緣材料形成了第1引線102(因?yàn)樗鼜淖x出表面200凹了進(jìn)去，故用虛線表示)和第2引線104。典型的氧化鋁的厚度是在100到500埃的范圍之內(nèi)，硬偏置鐵磁體材料通常是具有厚度可調(diào)整為提供自由鐵磁體層132的1到3倍的磁矩的Co-Pt合金。第1氧化鋁絕緣物覆蓋讀出鐵磁體形狀的邊沿，第2氧化鋁絕緣物覆蓋硬偏置材料的頂部表面。在剝離之后，最后的圖形化步驟被用于去掉不希望的硬偏置鐵磁體材料的區(qū)域。
引線、自由和固定鐵磁體層、隧道氧化物、和反鐵磁體層的總的厚度受限于屏蔽S1和S2之間的總的間隔距離。對于5Gbit/in2的傳感器這一數(shù)字范圍從1000到2000埃。在兩個(gè)屏蔽之間有中心定位于該間隙中的自由鐵磁體層132是有利的。該層可以用調(diào)整引線104、102的厚度之比的辦法完成。
在引線104和自由鐵磁體層132已經(jīng)圖形化和MTJMR磁頭構(gòu)造實(shí)質(zhì)上已經(jīng)完成但卻剩下重疊步驟來形成ABS200之后，仍然需要把固定鐵磁體層118的磁化方向(磁矩)調(diào)準(zhǔn)到合適的方向。如果把Fe-Mn用作和固定鐵磁體層118交換耦合的反鐵磁體層116，則就象已淀積的那樣，它就是反鐵磁體層。但是其磁化方向必須重新進(jìn)行調(diào)整，使得可以在合適的方向上交換耦合固定鐵磁體層118。該構(gòu)造被放置在一個(gè)退火爐中且溫度被升到比Fe-Mn的成型溫度高的約180℃。在該溫度下，F(xiàn)e-Mn層不再和固定鐵磁體層118發(fā)生交換各向異性。鐵磁體層118的交換各向異性采用在磁場中冷卻一對層116和118的辦法形成。固定鐵磁體層118的磁化方向?qū)⒀刂饧哟艌龅姆较?。因此在退火爐中外加磁場使得固定鐵磁體層118的磁矩，如圖4中箭頭119所示，被固定為沿著所需的方向垂直于ABS。這是在存在著鐵磁體層118的情況下，冷卻Fe-Mn，在所需的方向上，用外加磁場磁化后的結(jié)果。因此，在低于Fe-Mn成型溫度的溫度下，在存在著來自記錄媒體的外加磁場的情況下，固定鐵磁體層118的磁化方向?qū)⒒旧喜恍D(zhuǎn)。
作為一個(gè)示于圖5的實(shí)施例的可供選擇的構(gòu)造，引線104和自由鐵磁體層132可以首先形成在G1襯底上，同時(shí)，在制造工藝期間，固定鐵磁體層118，反鐵磁體層鐵磁體層116，和引線102在MTJ的“頂”上。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地示出并說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的人員將會(huì)明白在形式和細(xì)節(jié)上可以有各種變化而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)當(dāng)僅僅把所公布的發(fā)明看做是說明性的，而僅僅受限于權(quán)利要求中所指定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來在連接到讀出電路上時(shí)，讀出以磁性方式記錄在媒體上的數(shù)據(jù)的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭，該磁頭具有基本上是平面的讀出表面，在磁記錄數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，該讀出表面一般說被安排為平行于媒體表面，上述讀出磁頭的特征是具有一個(gè)具有形成讀出表面的一部分的邊沿的襯底；一個(gè)形成在該襯底上的第1導(dǎo)電性引線；一個(gè)形成在第1引線上且具有和讀出表面基本上是共面的前面邊沿和位于比前面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)的后面邊沿的固定鐵磁體層，固定鐵磁體層的磁化方向被固定為沿著優(yōu)選方向，使得在存在有來自媒體的外加磁場的情況下，基本上可以防止轉(zhuǎn)動(dòng)；一個(gè)讀出鐵磁體層，具有一個(gè)基本上與讀出表面共面的讀出邊沿和一個(gè)后面邊沿，讀出鐵磁體層的磁化方向被定向?yàn)橐话阍诓淮嬖谥饧哟艌龅那闆r下垂直于固定鐵磁體層的磁化方向，而在存在來自媒體的外加磁場的情況下磁化方向自由旋轉(zhuǎn)；一個(gè)絕緣隧道勢壘層，定位于固定和自由鐵磁層之間并和固定及自由鐵磁體層接觸，用來允許隧道化電流在通常垂直于固定和自由鐵磁體層的方向上流動(dòng)，該隧道勢壘層具有一個(gè)基本上與讀出表面共面的前面邊沿和后面邊沿，后面邊沿被定位為比前面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)；一個(gè)形成在讀出鐵磁體層上邊的第2導(dǎo)電性引線；并且其中，如果隧道勢壘層的后面邊沿比固定鐵磁體層的后面邊沿更靠近讀出表面，則讀出鐵磁體層的后面邊沿定位為比隧道勢壘層的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)，如果固定鐵磁體層的后面邊沿比隧道勢壘層的后面邊沿距讀出表面更近，則讀出鐵磁體層的后面邊沿定位為比固定鐵磁體層的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)。
2.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是隧道勢壘層的前面邊沿和固定鐵磁體層的前面邊沿基本上是共面的。
3.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是隧道勢壘層的后面邊沿與固定鐵磁體層的后面邊沿基本上是共面的，讀出鐵磁體層被定位于比隧道勢壘層和固定鐵磁體層的共面的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)。
4.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還具有一個(gè)與固定鐵磁體層接觸的反鐵磁體層，用于采用界面間交換耦合的辦法固定固定鐵磁體層的磁化方向，該反鐵磁體層具有與讀出表面基本上是共面的前面邊沿。
5.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是反鐵磁體層，固定鐵磁體層，和隧道勢壘層的后面邊沿基本上是共面的。
6.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是第1電引線直接形成在襯底上，反鐵磁體層位于第1電引線和固定鐵磁體層之間，固定鐵磁體層直接形成在反鐵磁體層上邊并和反鐵磁體層接觸，從而固定鐵磁體層的磁化方向用和反鐵磁體層進(jìn)行界面間交換的辦法固定。
7.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是讀出鐵磁體層的磁化方向，在不存在外加磁場的情況下，一般平行于讀出表面。
8.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還包括有下述部分；一個(gè)偏置鐵磁體層，用于在不存在外加磁場的情況下把讀出鐵磁體層的磁化方向縱向偏置到一般垂直于固定鐵磁體層的磁化方向；和一個(gè)位于偏置和讀出鐵磁體層之間，用于使偏置層和讀出層電絕緣的電絕緣層，其中電引線與偏置層用該絕緣層絕緣，從而當(dāng)一個(gè)讀出電流在固定鐵磁體層和讀出鐵磁體層之間通過時(shí)，它一般垂直地通過隧道勢壘層而不會(huì)流入偏置層中。
9.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是磁頭是在其中讀出磁頭被寫入磁頭屏蔽的那種類型的集成化讀/寫磁頭的一部分，而上述襯底是供讀出磁頭用的第1屏蔽。
10.權(quán)利要求9所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)形成于第1屏蔽上邊的電絕緣性間隙材料層，并且第1電引線層形成在間隙材料層上邊。
11.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)第2襯底，其中第1引線，讀出鐵磁體層，隧道勢壘層和第2引線形成一個(gè)位于第1和第2襯底之間的疊層；還包括一個(gè)位于上述疊層與第1和第2襯底之間的絕緣材料。
12.權(quán)利要求11所述的磁頭，其特征是磁頭是在其中讀出磁頭是進(jìn)行了磁屏蔽的那種類型的集成化讀/寫磁頭的一部分；第2襯底是把讀出磁頭與寫入磁頭分開來的第2屏蔽。
13.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還包括連接到第1和第2引線上的讀出電路。
14.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是該襯底是第1導(dǎo)電性磁屏蔽，第1引線形成在第1屏蔽上邊，其中在第1屏閉和第1引線之間提供一個(gè)導(dǎo)電性的路徑。
15.權(quán)利要求14所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)形成在第2引線上的第2導(dǎo)電性磁屏蔽，以此來提供一個(gè)從第1屏蔽到第1引線和通過隧道勢壘層到第2引線和第2屏蔽的導(dǎo)電性的路徑。
16.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是該磁頭是用來從磁記錄磁盤中讀出數(shù)據(jù)的那種類型的磁頭，還包括一個(gè)具有一個(gè)在來自磁盤的數(shù)據(jù)用磁頭和一般垂直于ABS的跟蹤末端表面讀出時(shí)面朝磁盤的表面的空氣-軸承表面(ABS)的空氣-軸承浮動(dòng)塊，該浮動(dòng)塊跟蹤末端表面是在其上邊形成第1電引線的襯底，浮動(dòng)塊ABS是磁頭的讀出表面。
17.一種用來在連接到讀出電路上時(shí)，讀出以磁性方式記錄在媒體上的數(shù)據(jù)的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭，該磁頭具有基本上是平面的讀出表面，在磁記錄數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，該讀出表面一般說被安排為平行于媒體表面，上述讀出磁頭的特征是具有一個(gè)具有形成讀出表面的一部分的邊沿的襯底；一個(gè)形成在該襯底上的第1導(dǎo)電性引線；一個(gè)形成在第1引線上且具有與讀出表面基本上是共面的前面邊沿和位于比前面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)的后面邊沿的固定鐵磁體層；一個(gè)反鐵磁體層，該反鐵磁體層和固定鐵磁體層接觸，用來采用界面間交換耦合的辦法沿著一個(gè)優(yōu)選方向固定固定鐵磁體層的磁化方向使得它基本上在存在著來自媒體的外加磁場的情況下不能旋轉(zhuǎn)，該反鐵磁體層具有一個(gè)基本上與讀出表面共面的前面邊沿；一個(gè)讀出鐵磁體層，具有一個(gè)基本上與讀出表面共面的讀出邊沿和一個(gè)后面邊沿，讀出鐵磁體層的磁化方向被定向?yàn)橐话愦怪庇诠潭ㄨF磁體層的磁化方向，并且一般在不存在外加磁場的情況下，平行于讀出表面，而在存在著來自媒體的外加磁場的情況下磁化方向自由旋轉(zhuǎn)；一個(gè)絕緣隧道勢壘層，定位于固定及自由鐵磁體層之間并與之接觸，用來允許隧道化電流在通常垂直于固定和自由鐵磁體層的方向上流動(dòng)，該隧道勢壘層具有一個(gè)與讀出表面基本上是共面的前面邊沿和一個(gè)后面邊沿，后面邊沿被定位于比前面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)；一個(gè)形成在讀出鐵磁體層上邊的第2導(dǎo)電性引線；并且其中，如果隧道勢壘層的后面邊沿比固定鐵磁體層的后面邊沿更靠近讀出表面，則讀出鐵磁體層的后面邊沿定位為比隧道勢壘層的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)，如果固定鐵磁體層的后面邊沿比隧道勢壘層的后面邊沿距讀出表面更近，則讀出鐵磁體層的后面邊沿定位為比固定鐵磁體層的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)。
18.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是反鐵磁體層，固定鐵磁體層和隧道勢壘層的前面邊沿基本上是共面。
19.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是隧道勢壘層的后面邊沿與固定鐵磁體層的后面邊沿基本上是共面的，讀出鐵磁體層的后面邊沿被定位于比隧道勢壘層和固定鐵磁體層的后面邊沿距讀出表面更遠(yuǎn)。
20.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是第1電引線直接形成在襯底上，反鐵磁體層位于第1電引線和固定鐵磁體層之間，固定鐵磁體層直接形成在反鐵磁體層上邊并與反鐵磁體層接觸。
21.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是還包括有下述部分一個(gè)偏置鐵磁體層，用于在不存在外加磁場的情況下把讀出鐵磁體層的磁化方向縱向偏置到一般垂直于固定鐵磁體層的磁化方向；和一個(gè)位于偏置和讀出鐵磁體層之間，用于使偏置層和讀出層電絕緣的電絕緣層；其中電引線與偏置層用該絕緣層絕緣，因此當(dāng)一個(gè)讀出電流在固定鐵磁體層和讀出鐵磁體層之間通過時(shí)，它一般垂直地通過隧道勢壘層而不會(huì)流入偏置層中。
22.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是該讀出磁頭是下述類型的集成化讀/寫磁頭的一部分其中，讀出磁頭被進(jìn)行了磁屏蔽，上述襯底是供讀出磁頭用的第1磁屏蔽。
23.權(quán)利要求22所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)形成于第1屏蔽上邊的電絕緣性間隙材料層，并且第1電引線層形成在間隙材料層上邊。
24.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)連接到第1和第2引線上的讀出電路。
25.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是襯底是第1導(dǎo)電性磁屏蔽，第1引線形成于該第1屏蔽上邊；還包括一個(gè)形成在第2引線上的第2導(dǎo)電性磁屏蔽，以此來提供一個(gè)從第1屏蔽到第1引線和通過隧道勢壘層到達(dá)第2引線和第2屏蔽的導(dǎo)電性的路徑。
26.權(quán)利要求17所述的磁頭，其特征是該磁頭是用來從磁記錄磁盤中讀出數(shù)據(jù)的那種類型的磁頭，還包括一個(gè)具有一個(gè)在來自磁盤的數(shù)據(jù)用磁頭和一般垂直于ABS的跟蹤末端表面讀出時(shí)面朝磁盤的表面的空氣-軸承表面(ABS)的空氣-軸承浮動(dòng)塊，該浮動(dòng)塊跟蹤末端表面是在其上邊形成第1電引線的襯底，浮動(dòng)塊ABS是磁頭的讀出表面。
全文摘要
一種用于磁性記錄系統(tǒng)的磁性隧道結(jié)(MTJ)磁阻讀出磁頭,具有MJH讀出或自由鐵磁體層,該層也起著一個(gè)把磁通從磁記錄媒體引導(dǎo)到隧道結(jié)上來的磁通引導(dǎo)裝置的作用。該MTJ固定鐵磁體層和該MTJ隧道勢壘層具有與磁頭讀出表面基本上是共面的前面邊沿。固定和自由鐵磁體層兩者都和MTJ隧道勢壘層的相對面的表面接觸,但自由鐵磁體層伸出到或者是隧道勢壘層或者是固定鐵磁體層的后面邊沿之外,無論哪個(gè)后面邊沿更靠近讀出表面。這將保證在隧道結(jié)區(qū)域內(nèi)磁通為非零。
文檔編號G11B5/39GK1215879SQ9812342
公開日1999年5月5日 申請日期1998年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者小羅伯特·E·方塔納, 斯圖阿特·S·P·帕金, 秦華蒼(音譯), 馬森·L·威廉姆斯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司