專利名稱：：用于利用超導(dǎo)磁體設(shè)置傳感器反鐵磁的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及磁致電阻傳感器的構(gòu)造，更特別地，涉及使用超導(dǎo)磁體來設(shè)置磁致電阻傳感器中磁層的磁化。
背景技術(shù)：
：計算機的核心是稱為磁盤驅(qū)動器的組件。磁盤驅(qū)動器包括旋轉(zhuǎn)磁盤、被與旋轉(zhuǎn)磁盤的表面相鄰的懸臂懸吊的寫和讀頭、以及轉(zhuǎn)動懸臂從而將讀和寫頭置于旋轉(zhuǎn)盤上選定環(huán)形磁道(track)之上的致動器。讀和寫頭直接位于具有氣墊面(ABS)的滑塊上。當(dāng)盤未旋轉(zhuǎn)時懸臂偏置滑塊接觸盤的表面，但是當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時，空氣被旋轉(zhuǎn)的盤旋動。當(dāng)滑塊騎在氣墊上時，采用寫和讀頭來寫磁印(magneticimpression)到旋轉(zhuǎn)盤且從旋轉(zhuǎn)盤讀取磁印。讀和寫頭連接到根據(jù)計算機程序運行的處理電路以實現(xiàn)寫和讀功能。寫頭包括嵌在第一、第二和第三絕緣層(絕緣堆疊)中的線圈層，絕緣堆疊夾在第一和第二極片層(polepiecelayer)之間。在寫頭的氣墊面(ABS)處間隙(gap)通過間隙層形成在第一和第二極片層之間，極片層在背間隙(backgap)處連接。傳導(dǎo)到線圈層的電流在極片中感應(yīng)磁通，其導(dǎo)致磁場在ABS處在寫間隙彌散出來，用于在移動介質(zhì)上磁道中寫上述磁印，例如在上述旋轉(zhuǎn)盤上環(huán)形磁道中。在近來的讀頭設(shè)計中，自旋閥傳感器，也稱為巨磁致電阻(GMR)傳感器，已經(jīng)被用于檢測來自旋轉(zhuǎn)磁盤的磁場。該傳感器包括下文中稱為間隔層(spacerlayer)的非磁導(dǎo)電層，其被夾在下文中稱為被釘扎層和自由層的第一和第二鐵磁層之間。第一和第二引線(lead)連接到自旋閥傳感器以傳導(dǎo)通過那里的檢測電流。被釘扎層的磁化被釘扎為垂直于氣墊面(ABS)，自由層的磁矩位于平行于ABS但可以響應(yīng)于外磁場而自由旋轉(zhuǎn)。被釘扎層的磁化通常通過與反鐵磁層的交換耦合來被釘扎。間隔層的厚度被選擇為小于通過傳感器的傳導(dǎo)電子的平均自由程。采用此設(shè)置，部分傳導(dǎo)電子被間隔層與被釘扎層和自由層每個的界面所散射。當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化相對于彼此平行時，散射最小，當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化反平行時，散射最大。散射的變化與cosθ成比例地改變自旋閥傳感器的電阻，其中θ是被釘扎層與自由層的磁化之間的角度。在讀模式中，自旋閥傳感器的電阻與來自旋轉(zhuǎn)盤的磁場的大小成比例地改變。當(dāng)檢測電流傳導(dǎo)通過自旋閥傳感器時，電阻變化導(dǎo)致電勢變化，其被檢測到并作為重放信號(playbacksignal)處理。自旋閥傳感器位于第一和第二非磁電絕緣讀間隙層之間，第一和第二讀間隙層位于鐵磁性的第一和第二屏蔽層之間。在合并式(merged)磁頭中，單個鐵磁層作為讀頭的第二屏蔽層和寫頭的第一極片層。在背負式(piggyback)磁頭中，第二屏蔽層和第一極片層是分開的層。被釘扎層的磁化通常通過將鐵磁層之一(AP1)與反鐵磁材料例如PtMn的層交換偶合來被固定。雖然反鐵磁(AFM)材料例如PtMn本身沒有磁化，但是當(dāng)與磁材料交換耦合時，它可以強烈地釘扎鐵磁層的磁化。對不斷增大的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)密度的需求推動了開發(fā)具有更小尺寸和更高性能的磁致電阻傳感器。然而，隨著傳感器變得更小，出現(xiàn)了釘扎場的強度降低的挑戰(zhàn)。傳感器的釘扎場可以理解為克服被釘扎層的磁化的釘扎所需的磁場強度。例如，如果釘扎場很小，則磁釘扎能夠被容易地克服，被釘扎層的磁化取向能容易地從其預(yù)期的取向轉(zhuǎn)換到180度相位差的取向。這稱為幅角翻轉(zhuǎn)(amplitudeflipping)且導(dǎo)致災(zāi)難性的磁頭故障。能導(dǎo)致幅角翻轉(zhuǎn)的事件包括熱峰(heatspike)或機械應(yīng)力，例如來自頭盤接觸或靜電放電。因此，為了使傳感器在使用中可靠和耐用，傳感器必須具有被強烈釘扎的被釘扎層(即高釘扎場)。已經(jīng)提出了增加傳感器的釘扎場的機制和工藝。然而，增加被釘扎層的釘扎場也意味著制造期間需要增加的磁場來設(shè)置被釘扎層磁化。例如，為了設(shè)置被釘扎層的磁化，傳感器被加熱到AFM層的截止溫度(blockingtemperature)之上。截止溫度是AFM層不再是反鐵磁性且失去與被釘扎層的交換耦合的溫度。當(dāng)傳感器保持在截止溫度之上的溫度時，磁場應(yīng)用到傳感器。該場沿垂直于氣墊面(ABS)的所需方向磁化最靠近AFM層的磁被釘扎層。此磁場的應(yīng)用繼續(xù)進行，同時傳感器冷卻至截止溫度之下的溫度，此時AFM層與其最接近的鐵磁層之間的交換耦合將被釘扎層釘扎在所需方向。用于設(shè)置被釘扎層的磁場傳統(tǒng)上通過標(biāo)準(zhǔn)螺線管電磁體提供。這樣的磁體具有磁芯，導(dǎo)電金屬線纏繞該芯。該芯形成第一和第二極，應(yīng)用磁場期間晶片位于所述第一和第二極之間。該形式的電磁體已適于現(xiàn)有技術(shù)傳感器，其中需要僅1.3特斯拉(Tesla)左右的磁場來設(shè)置被釘扎層。然而，如上所述，需要大得多的磁場來設(shè)置未來傳感器的被釘扎層。例如，將需要4特斯拉以及更高的磁場。因此，強烈需要用于設(shè)置具有很高的釘扎場的傳感器中的被釘扎層的機構(gòu)。這樣的釘扎機構(gòu)將優(yōu)選地包括用于產(chǎn)生非常高的磁場的裝置，4特斯拉左右或更高。用于產(chǎn)生這樣的高磁場的裝置還將優(yōu)選地對于傳感器的批量生產(chǎn)是實用的，例如利用能夠容易地訪問且能夠被容放和維持在標(biāo)準(zhǔn)建筑或凈化室中的設(shè)備。這樣的用于制造晶片的設(shè)備還將允許在維持有磁場的區(qū)域內(nèi)晶片的便利操縱。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及用于在高溫下利用具有5特斯拉磁場的超導(dǎo)磁體來設(shè)置傳感器AFM的方法和設(shè)備?，F(xiàn)有設(shè)計沿垂直方向來定向超導(dǎo)磁體/退火真空腔。垂直設(shè)計的問題在于晶片必須“直立”而不是躺平?！爸绷ⅰ苯?jīng)歷更多的溫度梯度。另外，垂直設(shè)計使得退火工藝期間晶片操縱(旋轉(zhuǎn)晶片)非常不可靠。本發(fā)明能夠以水平超導(dǎo)磁體設(shè)計實施，其中退火腔水平且晶片能夠躺平地被退火，具有均勻的溫度/磁場以及可靠的旋轉(zhuǎn)能力。為了從傳統(tǒng)方式旋轉(zhuǎn)磁體且水平而不是垂直地處理晶片，需要進行很多修改。巨磁致電阻(GMR)和隧穿磁致電阻(TMR)頭的制造中使用的用于被釘扎層結(jié)構(gòu)例如反平行(AP)被釘扎結(jié)構(gòu)的磁化的設(shè)置的常規(guī)電磁體依賴于由最高飽和磁化材料例如Fe或CoFe合金制成的大尺寸的大的平坦的極頭(polecap)。這些電磁體產(chǎn)生的電磁體極頭之間的氣隙或工作空間中的磁場受到這些合金的飽和磁化的限制，所述飽和磁化對于Fe是21.5KG或2.15T，對于Co50Fe50合金是約23KG或2.3T。需要約5T的更高的場來設(shè)置新的薄RuAP被釘扎結(jié)構(gòu)。盡管大于2T的高磁場能夠利用基于Bitter磁體設(shè)計的常規(guī)螺線管電磁體獲得，但是這樣的磁體的尺寸和體積、所產(chǎn)生的磁場的不均勻性、所保持的磁場的短持續(xù)時間、高電流生成裝置的巨大成本、以及消散歐姆導(dǎo)體產(chǎn)生的熱的冷卻水需求使得這樣的設(shè)計在生產(chǎn)環(huán)境中不實用?；诔瑢?dǎo)磁體的設(shè)計克服了這些限制尺寸限制，因為超導(dǎo)磁體由于超導(dǎo)體的較高電流承載能力而小且相對緊湊；場均勻性限制，因為超導(dǎo)磁體能夠以大直徑制造；磁場持續(xù)時間限制，因為只要它們的溫度維持在或低于臨界超導(dǎo)溫度，超導(dǎo)磁體就能夠傳導(dǎo)電流；高電流生成裝置的巨大成本，因為不同于Bitter磁體，超導(dǎo)磁體不要求兆瓦(Megawatt)功率生成裝置；以及冷卻水需求，因為超導(dǎo)磁體由于它們可忽略的電阻而不產(chǎn)生歐姆熱。產(chǎn)生大的磁場而沒有常規(guī)螺線管電磁體的伴隨成本和限制的能力使得超導(dǎo)磁體對于設(shè)置直徑5″或更大的高級GMR和TMR頭晶片中的薄Ru和薄Ru合金AP被釘扎結(jié)構(gòu)的磁化是理想的。此外，超導(dǎo)磁體提供的在大區(qū)域上維持高的、均勻的磁場的能力對于設(shè)置薄RuAP被釘扎結(jié)構(gòu)中的磁化所要求的在200攝氏度或更高溫度下2小時或更長的長時間磁退火是絕對要求。為了充分理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點、以及優(yōu)選使用模式，結(jié)合附圖參考下面的詳細說明，附圖不是按比例的，附圖中圖1是盤驅(qū)動器系統(tǒng)的示意圖；圖2是其上形成多個磁頭的晶片的透視圖；圖3是具有形成在其上的多個磁致電阻傳感器的晶片的剖視圖；圖4是可形成在圖3的晶片上的傳感器的示例的ABS視圖；圖5-6是超導(dǎo)磁體設(shè)備的示意圖，其中晶片上的傳感器能夠被退火從而設(shè)置被釘扎層的磁化；圖7是根據(jù)本發(fā)明的供選實施例的超導(dǎo)磁設(shè)備的示意圖，在其中傳感器可被退火；圖8是用于退火磁致電阻傳感器的設(shè)備的外部視圖；以及圖9是示出構(gòu)造傳感器的方法的流程圖。具體實施例方式下面的說明是關(guān)于當(dāng)前預(yù)期的用于實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例。為了說明本發(fā)明的一般原理而做出此說明，且其不意圖限制這里要求保護的發(fā)明性概念。現(xiàn)在參照圖1，示出實現(xiàn)本發(fā)明的盤驅(qū)動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉(zhuǎn)的磁盤112被支承在心軸(spindle)114上，且被盤驅(qū)動馬達118所旋轉(zhuǎn)。每個盤上的磁記錄是磁盤112上的同心數(shù)據(jù)磁道的環(huán)狀圖案(未示出)的形式。至少一個滑塊113位于磁盤112附近，每個滑塊113支持一個或更多磁頭組件121。當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)時，滑塊113在盤表面122之上徑向進出移動，從而磁頭組件121可以存取磁盤的寫有所需數(shù)據(jù)的不同的磁道。每個滑塊113借助懸臂(suspension)115附著到致動器臂119。懸臂115提供輕微的彈簧彈力，其偏置滑塊113倚著盤表面122。每個致動器臂119附著到致動器裝置127。如圖1所示的致動器裝置127可以是音圈馬達(VCM)。VCM包括在固定磁場中可移動的線圈，線圈移動的方向和速度通過控制器129提供的馬達電流信號來控制。盤存儲系統(tǒng)運行期間，磁盤112的旋轉(zhuǎn)在滑塊113和盤表面122之間產(chǎn)生對滑塊施加向上的力或舉力的氣墊。于是在正常運行期間該氣墊平衡懸臂115的輕微的彈簧彈力，且支持滑塊113離開盤表面并且以小的基本恒定的距離稍微位于盤表面之上。盤存儲系統(tǒng)的各種部件在運行中由控制單元129產(chǎn)生的控制信號來控制，例如存取控制信號和內(nèi)部時鐘信號。通常，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲裝置和微處理器。控制單元129產(chǎn)生控制信號從而控制各種系統(tǒng)操作，例如線123上的驅(qū)動馬達控制信號以及線128上的頭定位和尋道控制信號。線128上的控制信號提供所需的電流分布(currentprofile)，從而優(yōu)化地移動并定位滑塊113到盤112上的所需數(shù)據(jù)磁道。寫和讀信號借助于記錄通道125傳達到寫頭和從讀頭傳出?，F(xiàn)在參照圖2，磁頭組件121(圖1)制造在晶片202上，數(shù)千個這樣的頭制造在單個晶片202上。圖3示出晶片的放大的橫截面，數(shù)個磁頭121形成在其上。晶片包括襯底204，其可以是鋁鈦碳化物(AlTiC)或一些其它材料。每個頭121包括磁致電阻傳感器206和感應(yīng)式寫元件208。為清楚起見，圖3所示的橫截面在氣墊面(ABS)將要位于的位置取得，從而每個寫元件的僅第一和第二極尖(poletip)210、212能夠被看到。讀和寫元件206、208嵌入在非磁電絕緣材料214例如氧化鋁中?，F(xiàn)在參照圖4，可以更詳細地觀察讀傳感器206的結(jié)構(gòu)。圖4示出當(dāng)從完成的頭的氣墊面(ABS)觀察時(即使用期間從將面對磁介質(zhì)122(圖1)的表面觀察)將呈現(xiàn)的傳感器視圖。傳感器206包括夾在第一和第二非磁電絕緣的間隙層404、406之間的傳感器堆疊402。這里描述的傳感器為了說明的目的而被描述為面內(nèi)電流(currentinplane)傳感器。然而，如果以電流垂直平面(CPP)傳感器實現(xiàn)該傳感器，間隙層404、406將用導(dǎo)電引線層代替。傳感器堆疊402包括自由層408、被釘扎層結(jié)構(gòu)410以及夾在自由層408和被釘扎層410之間的非磁導(dǎo)電間隔層412。自由層可以由磁材料例如CoFe、NiFe或這些的組合構(gòu)成。間隔層412可以由例如Cu構(gòu)成。盡管這里描述為GMR傳感器，但如果傳感器是隧道閥，層412將是薄的、非磁的、電絕緣勢壘層(barrierlayer)。蓋層(cappinglayer)414例如Ta可設(shè)置在傳感器堆疊402的頂部從而防止制造期間對傳感器層的損害。自由層408具有偏置在平行于ABS的期望方向上的磁化416。自由層的偏置可以通過形成在傳感器堆疊402兩側(cè)的第一和第二硬偏置層418、420來提供。偏置層418、420可以由例如CoPt或CoPtCr構(gòu)成。第一和第二導(dǎo)電引線層422、424可設(shè)置在每個偏置層的頂部。引線422、424可以由例如Cu、Au、Rh或一些其它導(dǎo)電材料構(gòu)成。繼續(xù)參照圖4，被釘扎層結(jié)構(gòu)410包括第一和第二磁層AP1426和AP2428，其通過反平行耦合層430彼此分隔開，反平行耦合層430可以由例如Ru構(gòu)成。第一和第二磁層可以由諸如CoFe的材料構(gòu)成。AP1和AP2層強烈反平行耦合，從而它們具有彼此反平行取向的磁化432、434。反鐵磁材料層(AFM層)436與AP1層交換耦合，這強烈釘扎AP1層426的磁化432。AFM層436可以由例如PtMn、IrMn或一些類似材料構(gòu)成。設(shè)置AP1和AP2層426、428的磁化432、434可以通過退火工藝完成。該退火工藝可以包括將傳感器206升高至接近AFM層436的截止溫度的溫度。截止溫度是AFM層436與AP1層426之間的交換耦合失去的溫度。例如，PtMn的截止溫度是大約350攝氏度。當(dāng)退火具有PtMnAFM層的傳感器時，晶片被升至大于200攝氏度的溫度，例如215至315攝氏度或者約265攝氏度。IrMn具有稍微低的截止溫度。因此，當(dāng)退火具有IrMnAFM層的傳感器時，晶片也被升至大于200攝氏度的溫度，例如190至290攝氏度或者約240攝氏度。當(dāng)傳感器保持在此溫度時，磁場施加到傳感器從而沿垂直于ABS的所需方向定向AP1和AP2層426、428的磁化432、434。維持該磁場的同時，傳感器冷卻至遠低于其截止溫度的溫度，或者至約室溫(約20攝氏度)。在設(shè)置被釘扎層410的一種方法中，用于定向磁化的磁場足夠強從而其克服AP1和AP2層426、428之間的反平行耦合。這導(dǎo)致磁化432、434指向相同方向，同時傳感器保持在AFM層436的截止溫度之上。當(dāng)傳感器被冷卻且磁場被去除時，由于層432、434之間的反平行耦合，磁化434轉(zhuǎn)動180度，同時AP1層426的磁化432保持沿施加磁場期間其被定向的方向取向。AFM與AP1層426之間的強交換耦合保持磁化432沿此方向被強烈釘扎。可以理解，需要設(shè)備來為如上所述地退火被釘扎層提供磁場。現(xiàn)有技術(shù)的傳感器在基于Bitter磁體設(shè)計的螺線管磁體提供的磁場中退火。這樣的磁體包括形成第一和第二極的鐵磁芯以及卷繞該芯的導(dǎo)電線圈。其上制造有傳感器的晶片放置在磁體的所述極之間，其中從一極延伸到另一極的磁場設(shè)置被釘扎層的磁化。如上面在發(fā)明背景中所述，傳感器性能需求要求日益增大的釘扎場。與以前所要求的磁場相比，這些增大的釘扎場要求更高的磁場用于設(shè)置被釘扎層。諸如所描述的常規(guī)螺線管磁體能產(chǎn)生1至3特斯拉左右或約1.3特斯拉的磁場。當(dāng)前和未來的傳感器要求5特斯拉左右的場從而有效地設(shè)置被釘扎層的磁化。盡管可以利用基于Bitter磁體設(shè)計的常規(guī)螺線管電磁體獲得大于2T的高磁場，但是這樣的磁體的尺寸和體積、所產(chǎn)生的場的不均勻性、所保持的場的短持續(xù)時間、高電流生成裝置的巨大成本、以及消散歐姆導(dǎo)體產(chǎn)生的熱的冷卻水的需求使得這樣的設(shè)計在生產(chǎn)環(huán)境中不實用。為了如上所述地設(shè)置AP被釘扎結(jié)構(gòu)，晶片必須在約200攝氏度或更高的溫度下在磁場內(nèi)保持2小時或更長。已經(jīng)開發(fā)了能夠產(chǎn)生退火當(dāng)前和未來傳感器所需的高磁場的超導(dǎo)磁設(shè)備。如上面在
發(fā)明內(nèi)容中所述，基于超導(dǎo)磁體的設(shè)計克服了常規(guī)螺線管電磁體的很多限制。例如，可以克服尺寸限制，因為超導(dǎo)磁體由于超導(dǎo)體的較高電流承載能力從而小且相對緊湊。超導(dǎo)磁體克服了場均勻性限制，因為超導(dǎo)磁體能夠以大直徑制造?？朔藞龀掷m(xù)時間限制，因為只要它們的溫度維持在或低于臨界超導(dǎo)溫度，超導(dǎo)磁體就能夠傳導(dǎo)電流。此外，高電流生成裝置的巨大成本不再是問題，因為不同于Bitter磁體，超導(dǎo)磁體不要求兆瓦(Megawatt)功率生成裝置。另外，實質(zhì)上消除了冷卻水要求，因為超導(dǎo)磁體由于它們的可忽略的電阻而不產(chǎn)生歐姆熱。產(chǎn)生大的磁場而沒有常規(guī)螺線管電磁體的伴隨成本和限制的能力使得超導(dǎo)磁體對于設(shè)置直徑5″或更大的高級GMR和TMR頭晶片中的薄Ru和薄Ru合金AP被釘扎結(jié)構(gòu)的磁化是理想的。此外，超導(dǎo)磁體提供的在大區(qū)域上維持高的、均勻的磁場的能力對于設(shè)置薄RuAP被釘扎結(jié)構(gòu)中的磁化所要求的在200攝氏度或更高溫度下2小時或更長的長時間磁退火是絕對要求。然而，現(xiàn)有構(gòu)造的超導(dǎo)磁體不適于在退火磁致電阻傳感器中使用。先前開發(fā)的超導(dǎo)磁體包括垂直取向的陶瓷管，超導(dǎo)線圈圍繞該陶瓷管。纏繞該陶瓷管的加熱元件用于在退火期間加熱晶片至所需溫度。為了使晶片暴露于磁場，晶片必須保持在陶瓷管內(nèi)。對于當(dāng)前可得的設(shè)備，這意味著晶片必須通過管的底部或頂部裝載到該管中，使得晶片的裝載非常困難。另外，管的垂直取向使得晶片在管內(nèi)的操縱極其困難。管內(nèi)的磁場沿管的長度取向，當(dāng)管垂直取向時，這意味著晶片必須保持為豎著從而正確地在磁場內(nèi)定向傳感器。這樣的取向要求晶片保持在某種復(fù)雜的夾持裝置上，該夾持裝置能夠在垂直位置保持和操縱晶片。注意，晶片必須在存在5特斯拉磁場的情況下在大于200攝氏度的溫度下保持大于2小時的持續(xù)時間，用于操縱晶片的任何復(fù)雜機構(gòu)將會遇到嚴(yán)重的可靠性和維護問題。另外，為了利用超導(dǎo)磁體維持這樣的高磁場，管的內(nèi)部必須被抽真空。這使得復(fù)雜的晶片夾持和操縱裝置的使用更具有挑戰(zhàn)性，因為驅(qū)動機構(gòu)必須或者位于抽真空的腔內(nèi)的苛刻環(huán)境中，或者必須穿透腔，使得抽真空更加困難。另外，容放和維護這樣的設(shè)備提出了巨大挑戰(zhàn)。這樣的裝置的陶瓷管沿其軸具有約6英尺的長度。因為管垂直取向，所以該設(shè)備不能容放在具有僅約12英尺的天花板(ceiling)的標(biāo)準(zhǔn)凈化室中。例如，為了維護這樣的垂直取向設(shè)備且進入該設(shè)備內(nèi)部以裝載晶片，操作者將必須進入約14英尺高度的設(shè)備的頂部。圖5和6示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例的超導(dǎo)退火設(shè)備500。參照圖5，最基本地，設(shè)備500包括可以是例如石英的陶瓷管502、以及形成卷繞陶瓷管502的磁體的超導(dǎo)線圈504。保持在淺盤(platter)、臺(table)或托盤(tray)506上的晶片202通過該管端部的孔進入管502。現(xiàn)在參照圖6，其更詳細地以橫截面示出設(shè)備500的示意圖，設(shè)備500包括抽真空腔(evacuationchamber)508，其可以通過用蓋520蓋住陶瓷管502的端部且提供泵(未示出)來抽真空該管而形成。磁屏蔽件510圍繞磁體504從而保護操作者免于暴露到設(shè)備500產(chǎn)生的高磁場。管502端部的蓋520的至少一個配置有用于插入晶片202的門。導(dǎo)電加熱線圈511圍繞真空腔(vacuumchamber)508。該加熱線圈能用于將腔內(nèi)晶片202的溫度升至如上所述退火傳感器206所必需的溫度。管502具有相關(guān)于水平平面514和垂直平面516定向的縱軸512。設(shè)備500的縱軸512配置為基本平行于水平平面514且基本垂直于垂直平面516取向。然而，軸512可以相對于水平平面514成例如0-30度角。類似地，設(shè)備環(huán)境中的重力(由矢量518表示)取向在垂直于陶瓷管502的縱軸512的垂直方向。定向設(shè)備500使得縱軸基本平行于水平線(水平平面514)提供超過現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的很多顯著優(yōu)點。例如，晶片506可以經(jīng)過蓋520之一中的門或開口通過管502的端部裝載。這使得晶片的裝載容易得多，因為與如果管垂直取向的情況下要求操作者爬梯子或腳手架以到達管的端部相比，管502的端部處于站在地面上的操作者容易達到的高度。此外，晶片能容易地保持在淺盤506上而沒有使用任何復(fù)雜的夾持裝置，因為晶片202可以借助于重力518保持在淺盤506上?？梢蕴峁┲С薪Y(jié)構(gòu)522來支承淺盤506在管內(nèi)。支承結(jié)構(gòu)522可以包括致動器結(jié)構(gòu)524和伺服裝置526從而當(dāng)淺盤在管502內(nèi)時定向或轉(zhuǎn)動淺盤506?？蛇x地，致動器機構(gòu)可被省略，簡化設(shè)計且得到改進的維護和減少的制造成本。如果不包括致動器524和伺服裝置526，晶片的正確取向可以通過沿所需取向?qū)⒕糜跍\盤上且然后將淺盤裝載到管502內(nèi)的位置來得到保證。有利地，由于晶片可以通過重力保持在淺盤506上，所以用于在管502內(nèi)支承晶片的機構(gòu)可被大大簡化?，F(xiàn)在參照圖7，在本發(fā)明的另一實施例中，與陶瓷管502分隔開的真空腔702可提供用于排出磁線圈504周圍的空氣。此真空腔702可具有環(huán)形或炸面包圈(doughnut)形狀，陶瓷管502延伸通過該環(huán)形的中心的孔。此分開的真空腔702熱隔離磁線圈504，且輔助保持線圈504處于維持線圈在固態(tài)并利用線圈的超導(dǎo)性質(zhì)所需的很低的溫度(約開氏9度)。如上所述，為了維持磁線圈504的超導(dǎo)性質(zhì)，線圈必須保持在很低的溫度。例如，線圈504可以由NbTi構(gòu)成，其必須保持在約開氏9度的溫度。該低溫可以通過這樣的工藝維持，該工藝包括利用具有致冷劑導(dǎo)管線圈(未示出)和壓縮機(未示出)的冷卻系統(tǒng)并利用諸如He的材料作為致冷劑冷卻線圈504。冷卻可以通過保持線圈被抽真空而進一步改進，如參照圖7所論述的。圖8示出從外部顯示的根據(jù)實施例的設(shè)備800的透視圖。圖8示出設(shè)備800外晶片802的堆疊，說明易于接近設(shè)備800的端部從而將晶片裝載到設(shè)備800中?，F(xiàn)在參照圖9，描述用于制造磁致電阻傳感器的方法900。方法900始于提供襯底的步驟902。襯底可以是由例如鋁鈦碳化物(AlTiC)構(gòu)成的晶片，或者可以是一些其它材料例如Si。然后，在步驟904中，多個傳感器形成在襯底(晶片)上。傳感器可以包括被釘扎層結(jié)構(gòu)、自由層結(jié)構(gòu)和夾在自由層與被釘扎層之間的非磁間隔或勢壘層。被釘扎層結(jié)構(gòu)可以包括通過諸如Ru的耦合層彼此分隔開的第一和第二磁層AP1和AP2。磁層之一AP1可以與一層反鐵磁材料(AFM)層交換耦合。AFM層具有截止溫度，其是AFM層失去其反鐵磁性質(zhì)并失去與AP1層的交換耦合的溫度。在步驟906中，提供水平設(shè)置的超導(dǎo)磁設(shè)備。該設(shè)備包括陶瓷管，其可以由石英構(gòu)成且其被卷繞該管的超導(dǎo)線圈圍繞。該管具有基本水平地取向的縱軸。該設(shè)備還可包括與支承結(jié)構(gòu)連接的淺盤，支承結(jié)構(gòu)配置為沿與管的縱軸平行的方向橫向地移動淺盤進入該管。支承結(jié)構(gòu)還可配置為繞基本垂直的軸轉(zhuǎn)動淺盤(即在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)動淺盤)，或者可配置為使淺盤被固定從而其不轉(zhuǎn)動。在步驟908中，晶片(襯底和傳感器)置入超導(dǎo)磁設(shè)備中。晶片可以通過將其放置在淺盤上而被裝載到設(shè)備中，其中晶片可以由于管的水平取向而通過重力被保持(而不是被夾持)。在步驟910中，晶片被加熱至接近形成在襯底上的傳感器的AFM層的截止溫度的溫度。如果傳感器中使用PtMnAFM層，則此溫度可以是215-315攝氏度或約265攝氏度。如果使用IrMnAFM層，則退火溫度可以為約190-290攝氏度或約240攝氏度。然后，在步驟912中，設(shè)備被啟動從而在設(shè)置有晶片的管內(nèi)產(chǎn)生磁場。磁場可以為4-6特斯拉或約5特斯拉。磁場通過傳導(dǎo)電流經(jīng)過圍繞管的超導(dǎo)線圈而產(chǎn)生。由于超導(dǎo)線圈產(chǎn)生可以忽略的歐姆熱，所以可以長時間提供大電流。仍參照圖9，在步驟914中，磁場和晶片的溫度都維持所需的持續(xù)時間。此持續(xù)時間優(yōu)選地大于1小時，可以是例如1-3小時或約2小時，或者可以是5小時或更長。然后，在步驟916中，晶片被冷卻到遠低于截止溫度，例如到低于100攝氏度的溫度或者到室溫。將晶片冷卻至所需溫度時保持磁場，從而確保當(dāng)AFM層變?yōu)榉磋F磁且與被釘扎層的AP1層交換耦合時，AP1層將沿與氣墊面(ABS)將要所在的平面垂直的所需方向磁化。晶片降低到所需溫度(即低于100攝氏度，或到室溫)之后，可以關(guān)掉磁設(shè)備從而終止磁場的產(chǎn)生。然后晶片可以容易地通過水平設(shè)置的管的端部從設(shè)備中移除。盡管上面已經(jīng)描述了各種實施例，但是應(yīng)理解，它們只是通過示例而不是限制的方式給出。落在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它實施例也會對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯然。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)被任何上述示例性實施例所限制，而應(yīng)僅根據(jù)權(quán)利要求及其等價物來定義。權(quán)利要求1.一種超導(dǎo)磁體設(shè)備，包括陶瓷管，其具有縱軸，該縱軸基本水平地取向；磁體，其圍繞至少部分所述陶瓷管，該磁體包括由電超導(dǎo)材料構(gòu)成的線圈；加熱元件，其接觸所述陶瓷管的表面；淺盤，其用于保持晶片；以及支承結(jié)構(gòu)，其用于保持所述淺盤在所述管內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該支承結(jié)構(gòu)包括用于在水平平面中轉(zhuǎn)動該淺盤的致動器。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該陶瓷管包括石英。4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該淺盤被配置來通過重力保持該晶片而沒有使用夾具。5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用于在該陶瓷管內(nèi)提供真空的真空腔。6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括圍繞該管和線圈的磁屏蔽件。7.一種超導(dǎo)磁體設(shè)備，包括陶瓷管，其具有縱軸，該縱軸相對于水平平面以0至30度角取向，該陶瓷管具有被密封的第一和第二端從而形成真空腔；真空泵，其用于在該陶瓷管內(nèi)產(chǎn)生真空；磁體，其圍繞至少部分所述陶瓷管，該磁體包括由超導(dǎo)材料構(gòu)成的線圈；加熱元件，其卷繞該陶瓷管；淺盤，其用于保持晶片；以及支承結(jié)構(gòu)，其用于保持所述淺盤在所述管內(nèi)。8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該支承結(jié)構(gòu)包括用于在水平平面中轉(zhuǎn)動該淺盤的致動器。9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該陶瓷管包括石英。10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中該淺盤被配置來通過重力保持該晶片而沒有使用夾具。11.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括用于在該磁體周圍提供真空的真空腔。12.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括圍繞該管和磁體的磁屏蔽件。13.一種制造磁致電阻傳感器的方法，包括提供襯底；在該襯底上形成多個磁致電阻傳感器，該磁致電阻傳感器每個包括被釘扎層結(jié)構(gòu)；將該襯底和多個傳感器置于磁設(shè)備中，該磁設(shè)備包括陶瓷管，其具有縱軸，該縱軸基本水平地取向；以及線圈，其由電超導(dǎo)材料構(gòu)成且形成在該陶瓷管周圍；加熱元件，其與該陶瓷管相鄰地形成；以及在該磁設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生磁場從而磁化該被釘扎層結(jié)構(gòu)。14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該磁設(shè)備還包括用于保持該襯底和磁致電阻傳感器在該陶瓷管內(nèi)的淺盤。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該淺盤通過支承結(jié)構(gòu)被支承，該支承結(jié)構(gòu)是可操作的從而沿該管的所述軸橫向地移動該淺盤進入該管中而不轉(zhuǎn)動該管。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該淺盤通過支承結(jié)構(gòu)被支承，該支承結(jié)構(gòu)是可操作的從而沿該管的所述軸橫向地移動該淺盤進入該管中，且還是可操作的從而繞垂直平面水平地轉(zhuǎn)動該淺盤。17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該管包括石英。18.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在產(chǎn)生所述磁場的同時加熱該襯底和傳感器。19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該傳感器每個包括具有截止溫度的反鐵磁材料層，該方法還包括在產(chǎn)生磁場的同時加熱該襯底至反鐵磁材料層的該截止溫度附近的溫度。20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該傳感器每個包括具有截止溫度的反鐵磁材料層，該方法還包括在產(chǎn)生磁場的同時加熱該襯底至反鐵磁材料層的該截止溫度附近的溫度1至3小時的持續(xù)時間。21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該管的該縱軸相對于水平平面以0-30度角取向。22.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在產(chǎn)生磁場的同時將該襯底和傳感器升至大于200攝氏度的溫度。23.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括在產(chǎn)生磁場的同時將該襯底和傳感器升至大于200攝氏度的溫度，且保持該溫度和磁場的產(chǎn)生大于1小時的持續(xù)時間。24.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括產(chǎn)生磁場，將該襯底和傳感器升至大于200攝氏度的溫度，且保持該溫度和磁場的產(chǎn)生大于5小時的持續(xù)時間。25.一種制造磁致電阻傳感器的方法，包括提供襯底；在該襯底上形成多個磁致電阻傳感器，該磁致電阻傳感器每個包括被釘扎層結(jié)構(gòu)；將該襯底和多個傳感器置于磁設(shè)備中，該磁設(shè)備包括陶瓷管，其具有縱軸，該縱軸基本水平地取向；以及線圈，其由電超導(dǎo)材料構(gòu)成且形成在該陶瓷管周圍；加熱該襯底和傳感器至100-300攝氏度的溫度；產(chǎn)生4至6特斯拉的磁場；維持該4-6特斯拉的磁場和100-300攝氏度的溫度1-3小時的持續(xù)時間；以及冷卻該襯底和傳感器同時維持該4-6特斯拉的磁場。26.如權(quán)利要求1或7所述的設(shè)備，其中該加熱元件包括卷繞該陶瓷管的導(dǎo)電線圈。27.如權(quán)利要求1或7所述的設(shè)備，其中該磁體包括線圈，該線圈包括NbTi。28.如權(quán)利要求1或7所述的設(shè)備，其中還包括制冷系統(tǒng)，其用于在操作期間維持該磁體在開氏9度或更低的溫度。29.如權(quán)利要求1或7所述的設(shè)備，其中還包括制冷系統(tǒng)，其包括使用液氦作為冷卻劑用于冷卻該磁體。全文摘要本發(fā)明涉及利用水平設(shè)置的超導(dǎo)磁設(shè)備構(gòu)造磁致電阻傳感器的方法。該超導(dǎo)磁設(shè)備能產(chǎn)生持續(xù)時段的很高磁場從而有效地設(shè)置具有很高釘扎場的磁致電阻傳感器的磁化。該超導(dǎo)磁設(shè)備具有被超導(dǎo)線圈圍繞的陶瓷管。該管具有水平取向的縱軸，從而提供很多重要的優(yōu)點，諸如便于該設(shè)備內(nèi)含有傳感器的晶片的操縱；便于將晶片裝載到該設(shè)備中；防止退火期間該晶片內(nèi)的溫度和磁場的梯度；以及通過限制該設(shè)備的高度便于該設(shè)備的維護和存放。文檔編號H01F13/00GK1877701SQ200610073269公開日2006年12月13日申請日期2006年4月6日優(yōu)先權(quán)日2005年4月7日發(fā)明者李文揚,李晉山申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司