專利名稱：具有電流限制孔的電流垂直平面自旋閥傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種利用方向垂直于組成傳感器疊層的層平面的檢測電流工作的電流垂直平面(CPP)磁致電阻自旋閥(SV)傳感器，并且特別涉及一種對于檢測電流具有一限制路徑的CPP-SV傳感器。
背景技術(shù)：
用作磁記錄盤驅(qū)動器中讀頭的傳統(tǒng)磁致電阻傳感器的類型之一是“自旋閥”(SV)傳感器。單個的SV磁致電阻傳感器具有層的堆疊，該疊層包括通過非磁導(dǎo)電間隔層分隔開的兩個鐵磁層，該間隔層一般是銅(Cu)。一個鐵磁層磁化方向固定，例如通過與一相鄰的反鐵磁層交換耦合被釘扎，而另一鐵磁層的磁化方向在外部磁場存在下“自由”地旋轉(zhuǎn)。借助施加到傳感器上的檢測電流，可以以電阻值變化的形式檢測出自由層磁化方向相對于固定層磁化方向的旋轉(zhuǎn)。傳感器的磁致電阻測定為(ΔR/R)，其中ΔR為電阻的最大變化值。
在磁記錄盤驅(qū)動器的SV讀傳感器或讀頭中，被固定或被釘扎層的磁化方向一般垂直于盤的平面，而在不存在外部磁場時，自由層的磁化方向一般與盤的平面平行。當(dāng)曝露在由盤上的記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生的外部磁場中時，自由層的磁化將會旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電阻值上的變化。如果流過SV的檢測電流平行傳感器疊層中各層的平面指向，該傳感器稱之為面內(nèi)電流(CIP)傳感器，而如果檢測電流垂直傳感器疊層中各層的平面指向，則該傳感器稱之為電流垂直平面(CPP)傳感器。CPP-SV讀頭由A.Tanaka等人在“Spin-valve heads inthe current-perpendicular-to-plane mode for ultrahigh-density recording”(IEEETransaction on Magnetics，第38卷，第1期，2002年1月，第84-88頁)中進行了描述。
在CPP-SV傳感器中，由于檢測電流垂直傳感器疊層中的所有層流動，有源區(qū)(active region)(自由層、間隔層和被釘扎層)的阻值占傳感器總阻值相當(dāng)小的部分。由于其高電阻率，反鐵磁層的電阻可占總疊層電阻的90％以上。由此在不顯著增加總阻值的前提下增加有源區(qū)的電阻是比較理想的。一種實現(xiàn)這種目的的途徑是有時稱作限制電流路徑(CCP)的傳感器，其中迫使檢測電流只流經(jīng)傳感器疊層的部分區(qū)域。一種類型的CCP CPP-SV傳感器在有源區(qū)中，一般在導(dǎo)電間隔層中，具有部分氧化的納米氧化物層(NOL)。將檢測電流限制為只流經(jīng)NOL的導(dǎo)電非氧化區(qū)。從而NOL既提高了電阻值，又提高了有源區(qū)的ΔR，因此提高了該傳感器的磁致電阻(ΔR/R)。具有NOL的CPP-SV傳感器在Oshima等人發(fā)表的文章“Current-perpendicular spinvalves with partially oxidized magnetic layers for ultrahigh-density magneticrecording”(IEEE Transaction on Magnetics，第39卷，第5期，2003年9月，第2377-2380頁)及Fukuzawa等人發(fā)表的文章“MR Enhancement by NOLCurrent-Confined-Path Structure in CPP Spin Valves”(IEEE Transaction onMagnetics，第40卷，第4期，2004年7月，第2236-2238頁)中進行了描述。
由于在NOL中導(dǎo)電路徑的形成是通過很薄的層的氧化和退火，導(dǎo)電非氧化區(qū)域的數(shù)量和尺寸取決于材料性質(zhì)、層厚度、氧化時間和退火條件。結(jié)果導(dǎo)致很難可靠地制造大量具有可預(yù)見R和ΔR/R值的NOL的CCP CPP-SV傳感器。此外，NOL的導(dǎo)電非氧化區(qū)一般都在間隔層的整個平面內(nèi)隨機分布。Fujiwara等人在“Magnetic and Transport Properties of GMR/Spin-Valvesand Their Components”(University of Alabama Materials for InformationTechnology(MINT)Spring Review，2002年4月)中提出一種CCP CPP-SV傳感器，其中一般均勻分布起到限制電流路徑作用的針孔(pin hole)，其可以在傳感器疊層中光刻形成。然而，導(dǎo)電路徑在傳感器疊層整個區(qū)域內(nèi)的均勻分布并不必然導(dǎo)致最終CPP-SV頭回讀靈敏度最大可能的改善。
所需要的是能夠制造一種導(dǎo)電區(qū)域的尺寸和位置能夠精細控制的CCPCPP-SV傳感器，從而實現(xiàn)對回讀靈敏度的最大改善。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的CCP CPP-SV傳感器的傳感器疊層(stack)具有帶孔(aperture)的絕緣層。孔位于更接近傳感器的檢測邊緣(sensing edge)、而不是后邊緣(back edge)，并且提供用于傳感器電流通過有源區(qū)的路徑?？淄ㄟ^電子束光刻構(gòu)圖，其能夠精確地控制孔的數(shù)量、尺寸和位置。由于通過電子束工具構(gòu)圖的線，這些孔一般具有矩形形狀。絕緣層可以位于導(dǎo)電非磁間隔層內(nèi)，也可以位于間隔層的任一側(cè)上。在疊層中可以包括多于一個的絕緣層，以在絕緣層的孔交迭處限定導(dǎo)電電流的路徑。這些孔填充導(dǎo)電材料，一般為與間隔層所用材料相同的材料。由于這些孔位于傳感器檢測邊緣附近，檢測電流被限制為在檢測邊緣附近流過，在這里來自檢測磁場的磁通更加集中。因此，將這些孔置于靠近檢測邊緣有利于增大回讀信號。
為了更全面的了解本發(fā)明的特性和優(yōu)點，應(yīng)當(dāng)參考下面結(jié)合附圖的詳細說明。


圖1是蓋子被移除的傳統(tǒng)磁記錄硬盤驅(qū)動器的頂視圖；圖2是滑動器的放大端視圖和沿圖1中2-2方向截取的盤截面；圖3是在圖2的3-3方向上的視圖，示出了從盤的觀察時的讀/寫頭的端部；圖4是CPP-SV讀頭的橫截面示意圖，示出了位于磁屏蔽件之間各層組成的疊層；圖5是與圖4中類似的CPP-SV讀頭的側(cè)剖視圖，但在間隔層中具有納米氧化物層(NOL)，并且用簡單被釘扎層取代了AP被釘扎結(jié)構(gòu)；圖6是根據(jù)本發(fā)明的CPP-SV讀頭的一實施例的側(cè)部剖視圖；圖7是圖6中A-A截面的視圖，并描述了在傳感器疊層中絕緣層中的孔；圖8是根據(jù)本發(fā)明的CPP-SV讀頭的另一實施例的側(cè)部剖視圖；圖9是圖8中A-A截面的視圖，示出了在兩個絕緣層中交迭的孔；圖10是曲線，示出了對于不同面積的兩個傳感器，示出了作為與CPP-SV傳感器檢測邊緣的距離的函數(shù)的來自被檢測的外部磁場的歸一化信號通量。
具體實施例方式
CPP-SV讀頭可以應(yīng)用于磁記錄盤驅(qū)動器中，其操作將參考圖1-3進行簡要地描述。圖1是傳統(tǒng)磁記錄硬盤驅(qū)動器的簡圖。該盤驅(qū)動器包括磁記錄盤12和支撐在盤驅(qū)動器外殼或基底16上的旋轉(zhuǎn)音圈馬達(VCM)致動器14。該盤12具有旋轉(zhuǎn)中心13，并且通過安裝在基底16上的主軸馬達(未示出)在方向15上旋轉(zhuǎn)。致動器14繞軸17旋轉(zhuǎn)，包括剛性的致動器臂18。通常彈性的懸臂20包括撓曲元件23并連接在臂18的末端。頭載體或空氣軸承滑動器22連接到撓曲件23。磁記錄讀/寫頭24形成在滑動器22的尾面25上。撓曲元件23和懸臂20能夠使滑動器在旋轉(zhuǎn)盤12產(chǎn)生的空氣軸承上“俯仰(pitch)”和“側(cè)滾(roll)”。一般地，在通過主軸馬達旋轉(zhuǎn)的轂上層疊有多個盤，單獨的滑動器和讀/寫頭與每一個盤表面相關(guān)聯(lián)。
圖2是滑動器22的放大端視圖和盤12在圖1中2-2方向截取的截面?；瑒悠?2被連接到撓曲件23上，且具有面向盤12的空氣軸承面(ABS)27和一般與ABS垂直的尾面(trailing surface)25。ABS 27引起源于旋轉(zhuǎn)盤12的氣流從而產(chǎn)生一空氣軸承，其支承滑動器22非常接近或幾乎接觸盤12表面。在尾面25上形成讀/寫頭24，并通過將其與尾面25上的端子焊盤電連接來與盤驅(qū)動讀寫電路連接。
圖3是圖2在3-3方向上的視圖，示出了從盤12觀察的讀/寫頭24的端部。讀/寫頭24是在滑動器22的尾面25上沉積和光刻構(gòu)圖的一系列薄膜。寫頭包括由寫間隙30間隔開的寫磁極P1和P2。CPP-SV磁致電阻傳感器或讀頭100位于兩個磁屏蔽件S1和S2之間。S2層和P1層可以構(gòu)成單一共享極P1/S2，它用作第二讀屏蔽件及用于寫頭的第一寫入極。屏蔽件S1、S2可以由導(dǎo)磁材料形成并且是導(dǎo)電的，從而它們可以作為到讀頭100的電導(dǎo)線。也可以采用單獨的電導(dǎo)線，在這種情況下與導(dǎo)電的導(dǎo)線材料例如鉭、金或銅的層接觸地形成讀頭100，導(dǎo)電的導(dǎo)線材料層與屏蔽件S1、S2接觸。
圖4是從ABS方向看到的放大截面圖，示出了組成傳感器100的層。傳感器100是CPP-SV讀頭，包括在兩個磁屏蔽層S1、S2之間形成的多個層的疊層，兩個磁屏蔽層一般為電鍍的NiFe合金膜。一般通過化學(xué)機械拋光(CMP)對下屏蔽S1進行拋光，以提供光滑的基底用于傳感器疊層的生長。這樣可能殘留氧化物涂層，可以剛好在傳感器沉積之前用適度的蝕刻除去。傳感器疊層被構(gòu)圖從而具有道寬(TW)，并且包括具有橫向取向(進入紙面)的固定磁矩或磁化方向121的參考鐵磁層120、具有可以響應(yīng)于來自盤12的縱向外部磁場而在層110的平面中旋轉(zhuǎn)的磁矩或磁化方向111的自由鐵磁層110、以及在參考層120和自由層110之間的通常是銅的導(dǎo)電間隔層130。
CPP-SV讀頭示于圖4，參考層120作為公知的反平行(AP)被釘扎結(jié)構(gòu)的一部分，該結(jié)構(gòu)也稱為“層疊”被釘扎層，如在美國專利5,465,185中所描述的。AP被釘扎結(jié)構(gòu)最小化參考層120與自由層110之間的靜磁耦合。AP被釘扎結(jié)構(gòu)包括參考鐵磁(AP2)層120和下鐵磁(AP1)層122，它們通過AP耦合(APC)層123例如Ru、Ir、Rh或Cr反鐵磁耦合。AP1和AP2鐵磁層分別具有反平行取向的磁化方向127和121。AP被釘扎結(jié)構(gòu)可以是“自釘扎”，或者AP1層122可以使其磁化方向通過與反鐵磁(AF)層124交換耦合來被釘扎，或者通過硬磁層如CoPt或CoPtCr來被釘扎。盡管圖4中示出具有AP被釘扎結(jié)構(gòu)的CPP-SV讀頭，CPP-SV可替代地使用“簡單釘扎”結(jié)構(gòu)，在這種情況下單個的鐵磁被釘扎層將取代AP被釘扎結(jié)構(gòu)，并通過與AF層124的交換耦合使其磁化方向被釘扎。
位于下屏蔽層S1與AP被釘扎結(jié)構(gòu)之間的是底部電導(dǎo)線126和籽層125。籽層125可以是單層，或者也可以是不同材料的多層。位于自由鐵磁層110與上屏蔽層S2之間的是帽蓋層112和頂部電導(dǎo)線113。帽蓋層112可以是單層或者不同材料的多層，例如Cu/Ru/Ta三層。電導(dǎo)線層126、113是可選擇的，因為屏蔽件S1、S2是導(dǎo)電的，可以起到連接到傳感器疊層的電導(dǎo)線的作用。
當(dāng)在感興趣的范圍內(nèi)外部磁場即來自盤12上記錄的數(shù)據(jù)的磁場存在時，自由層110的磁化方向111將旋轉(zhuǎn)，而參考層120的磁化方向121將保持固定并不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)從頂部導(dǎo)線113施加檢測電流Is垂直通過疊層到達底部導(dǎo)線126時，來自盤上記錄數(shù)據(jù)的磁場將引起自由層磁化111相對于參考層磁化121旋轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)可以以電阻變化的形式檢測到。
導(dǎo)線126、113一般為Ta或Rh。然而，也可以使用更低電阻的材料。它們是可選擇的，且用來調(diào)節(jié)屏蔽到屏蔽的間隔。如果不存在導(dǎo)線126和113，可以使用底部和頂部屏蔽S1和S2作為導(dǎo)線。籽層125一般為NiFeCr、NiFe、Ta、Cu或Ru的一個或更多層。AF層124一般是Mn合金，例如PtMn、NiMn、FeMn、IrMn、IrMnCr、PdMn、PtPdMn或RhMn。如果使用硬磁層代替AF層，該硬磁層一般是CoPt或FePt合金，例如CoPtCr。帽蓋層112提供防腐蝕保護，一般由Ru或Ta形成。
鐵磁層122(AP1)、120(AP2)和110(自由層)一般由Co、Fe、Ni、它們合金中的一種、或這些材料的多個層形成，例如CoFe/NiFe雙層。CoFe/NiFe雙層一般用在自由層中。例如，AP2層120可以是CoFe合金，一般為10～30厚；自由鐵磁層110可以是CoFe合金的雙層，一般為10～15厚且形成在間隔層130上，一般10～30厚的NiFe合金形成在所述雙層的CoFe層上。AP被釘扎結(jié)構(gòu)中的APC層一般由厚度在約4～10之間的Ru或Ir形成。
在傳感器疊層外鄰近自由鐵磁層110側(cè)邊緣或疊層內(nèi)也可以包括硬磁層(未示出)，如CoPt或CoCrPt層，用于自由鐵磁層110的磁穩(wěn)定或縱向偏置。
自由層110、AP2層120、帽蓋層112和導(dǎo)電非磁間隔層120中的一層或更多層還可以包括納米氧化物層(NOL)，從而局部限制電流路徑和增大有效電阻率。例如，通過在自由層、AP2層、帽蓋層或?qū)щ婇g隔層的某些地方沉積一些CoFe之后，中斷該沉積，并且將其在0.1～10托(Torr)的O2或O2/Ar氣體中其表面氧化幾分鐘，可以形成CoFeNOL。NOL也可以通過氧化其它材料如Cu-Al或Cu-Ti合金來形成。
圖5是與圖4的類似的CPP-SV讀頭的側(cè)部截面圖，該CPP-SV讀頭在間隔層130’中具有NOL，且具有簡單被釘扎層120’取代AP被釘扎結(jié)構(gòu)。傳感器疊層在ABS處具有第一或檢測邊緣150，以及與檢測邊緣相距一稱之為“條高”(stripe height，SH)的距離定位的第二或后邊緣152。檢測電流流過的傳感器疊層的面積A由此大致可以通過TW×SH來給出。間隔層130’可以通過氧化Cu-Al合金以形成非導(dǎo)電氧化鋁(Al2O3)區(qū)域160和導(dǎo)電Cu區(qū)域162來形成。流過傳感器疊層的檢測電流基本上被限制為流過間隔層130’的導(dǎo)電區(qū)域162。這種類型的NOL和制造它的方法在Fukuzawa等人發(fā)表的文章“MR Enhancement by NOL Current-Confined-Path Structures in CPPSpin Valves”(IEEE Transactions on Magnetics，第40卷，第4期，2004年7月，第2236-2238頁)及在美國專利6,686,068中進行了描述。由于非導(dǎo)電區(qū)域160通過氧化整個間隔層來形成，導(dǎo)電區(qū)域162一般隨機分布在檢測和后邊緣150、152之間整個間隔層130’內(nèi)。另外，由于間隔層的氧化范圍由許多因素決定，所以不容易控制導(dǎo)電區(qū)域162的尺寸和位置。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的CPP-SV讀頭的一實施例的側(cè)部截面圖。間隔層230包括兩個部分由絕緣層240間隔開的導(dǎo)電間隔層230a和導(dǎo)電間隔層230b。絕緣層240具有孔242，相對后邊緣252更接近傳感器疊層的檢測邊緣250地定位。由虛線表示的檢測電流Is垂直流過傳感器疊層，但一般限制為流過孔242。
以下面的方法形成間隔層230和具有孔242的絕緣層240。第一導(dǎo)電間隔層230a，一般為Cu，在被釘扎層120’上沉積至大約20的厚度。然后，絕緣層240，一般為氧化鋁，在層230a上沉積至大約20的厚度。除了氧化鋁，其它也適合絕緣層240的材料包括SiO2、TiO和MgO。隨后通過旋涂法在絕緣層240上沉積適合于電子束光刻的抗蝕劑，如PMMA。然后通過電子束(e束)工具在抗蝕劑上寫對應(yīng)于用于所述孔的所需形狀的圖案。然后曝光的抗蝕劑被顯影并且絕緣層240被離子束研磨或反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，從而在絕緣層240中形成孔242。隨后除去抗蝕劑?？梢栽诔练e絕緣層240之后且在施加電子束抗蝕劑之前加增加硬碳層。于是在對抗蝕劑曝光和顯影之后采用離子研磨將孔的設(shè)計轉(zhuǎn)移到硬碳層。然后該硬碳層作為掩膜用于RIE蝕刻。在形成孔之后，在絕緣層240上沉積第二導(dǎo)電間隔層230b，一般為Cu。該第二Cu層將填充孔242，從而在層230a和230b之間提供導(dǎo)電路徑。在沉積Cu間隔層230b之前可能需要離子束蝕刻步驟，以便從孔完全除去任何污染物。
圖7是圖6中A-A截面的視圖，示出了絕緣層240中的孔242。該孔一般具有矩形形狀，因為用電子束工具形成直線相對比較容易。然而，該孔可具有由通過電子束工具寫的其它圖案產(chǎn)生的其它形狀。盡管絕緣層240示出為具有單個孔242，但也可以形成多個孔，比如多個矩形孔。孔的位置優(yōu)選定位為離傳感器疊層的檢測邊緣250比后邊緣252更近。如果孔分布在絕緣層240的整個區(qū)域，則優(yōu)選所述孔的超過一半的總面積應(yīng)當(dāng)位于離檢測邊緣250比后邊緣252更近。孔的總面積決定傳感器疊層的R和ΔR。例如，對于沒有本發(fā)明的絕緣層和孔并具有200厚度的PtMn層的一般CPP-SV讀頭，傳感器疊層的電阻-面積(RA)的乘積可能接近0.04Ω-μm2，且Δ(RA)/RA＝ΔR/R＝2.0％。這些值是使用CoFe合金的自旋閥的通常值。使用其它材料，例如Heusler合金，可以將RA值提高到0.05Ω-μm2，將ΔR/R值提高到5％或更大。如果將厚度為20的緣絕層240插入在該間隔層內(nèi)，并在傳感器疊層的前半部分(接近檢測邊緣250)中形成占面積A的約10％的孔，則Δ(RA)和SV疊層的有源層對RA的貢獻將提高約10倍。相反，否則將構(gòu)成總RA乘積的90％的非有源層(如AF層)對RA的貢獻將保持相對不變，只導(dǎo)致僅約2倍的RA總增加。由此，具有10％孔面積的CPP-SV疊層的有效ΔR/R將增加為5倍或更多，該例中相當(dāng)于約15％的有效ΔR/R。
盡管圖6示出了絕緣層240位于間隔層230內(nèi)，但具有孔242的絕緣層240也可以位于間隔層的下面，例如在被釘扎層120’和間隔層230之間，或位于間隔層的上方，例如在間隔層230和自由層110之間。
在圖6和7的實施例中，僅示出了單個含有孔的層240。在這樣的實施例中，在電流流過孔242之后，會趨向于在整個傳感器中擴散。這會導(dǎo)致一些電流離開傳感器的在讀頭中產(chǎn)生最高輸出的區(qū)域引導(dǎo)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的CPP-SV讀頭另一實施例，具有可以限制該電流擴散的第二含孔層。圖8中的絕緣層包括第一和第二絕緣層340a、340b，每個分別至少具有一個孔342a、342b。第一絕緣層340a位于被釘扎層120’的上方、導(dǎo)電非磁間隔層330的下方。第二絕緣層340b位于自由層110和間隔層330之間。圖9是圖8中A-A截面的視圖，示出了一般具有矩形形狀的每個孔342a、342b。然而，這兩個孔是非平行地排列的，并優(yōu)選為彼此垂直，以便在它們交迭處定義通過間隔層330的電流路徑350。每個具有孔的絕緣層如上所述地形成，所述孔通過抗蝕劑的電子束構(gòu)圖來形成?？?42a、342b可以具有不同的形狀和尺寸。例如，孔342a可以是80nm×40nm矩形，孔342b可以是30nm×90nm矩形，從而得到30nm×40nm的電流路徑350。盡管每個絕緣層340a、340b示出為具有單個孔，但在每個絕緣層中可以形成多個孔，例如在每個絕緣層中的多個通常平行的矩形形狀的孔。這將獲得類似于路徑350的多個電流路徑?？妆粯?gòu)圖為使得電流路徑更靠近傳感器疊層的檢測邊緣250而不是后邊緣252。
在圖8實施例的一個變體中，絕緣層340a可以位于導(dǎo)線層126上，即在基底和被釘扎層120’之間，層125、124和120’則位于該絕緣層340a和間隔層330之間。除了層340a的這種設(shè)置，或作為一種選擇，層340b可以位于自由層110之上，即，自由層110位于間隔層330和第二絕緣層340b之間。這將允許整個SV傳感器能夠在單膜沉積工藝中制造。這將允許含孔層340a、340b中的一個或兩個都被設(shè)置于有源區(qū)之外，由此免除了中途停止有源區(qū)中的膜沉積工藝。這將減少SV傳感器內(nèi)部污染的可能性，確保最高的ΔR/R。
圖10是曲線，示出了作為與ABS的距離的函數(shù)的來自被檢測的外部磁場的歸一化信號通量。用于相對小的傳感器即具有約40nm的SH的傳感器的曲線(實線)顯示出在傳感器的后邊緣處通量下降近50％。對于更大的傳感器，通量朝著傳感器的后邊緣下降更快，如用于具有約400nm的SH的傳感器的曲線(虛線)所示。圖10表示出本發(fā)明的優(yōu)點在于，靠近檢測邊緣的孔位置將比靠近后邊緣的孔對總信號顯著貢獻更多。對于SH＝40nm的傳感器，如果孔設(shè)置為離ABS 32nm(圖10中0.8的刻度處)，傳感器將只檢測到約65％的總通量。另一方面，如果孔位于8nm處(0.2的刻度處)，傳感器將獲得100％的最佳輸出。電子束蝕刻的使用使得在絕緣層中實現(xiàn)相對精確的孔定位，從而使得孔的大部分表面區(qū)域更靠近于傳感器疊層的檢測邊緣而不是后邊緣。
盡管圖6和8中示出的CPP-SV讀頭是“底被釘扎”讀頭，因為被釘扎層120’位于自由層110的下方，但自由層110可以位于被釘扎層120’的下方。CPP-SV傳感器可以是雙自旋閥傳感器，類似美國專利5,287,238中描述的用作CIP-SV傳感器的雙自旋閥結(jié)構(gòu)。參見圖6，這種傳感器具有形成在自由層110之上的第二導(dǎo)電非磁間隔層(類似層230)、及該第二非磁間隔層上的第二被釘扎層(類似層120’)。這樣，根據(jù)本發(fā)明的雙CPP-SV傳感器將使其間隔層的一個或兩個形成有絕緣層，如圖6或圖8所示和上面描述的。
盡管已參照優(yōu)選實施例具體地展示并描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以在形式和細節(jié)上做各種改變。因此，應(yīng)當(dāng)認為，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限定和說明。
權(quán)利要求
1.一種磁致電阻傳感器，當(dāng)檢測電流垂直于傳感器中層的平面施加流時，所述磁致電阻傳感器能夠檢測外部磁場，所述傳感器包括基底；在所述基底上的層的疊層，所述疊層具有第一邊緣和第二邊緣，所述第一邊緣位于要檢測的磁場附近，所述第二邊緣比所述第一邊緣距離要檢測的所述磁場更遠，所述疊層包括(a)被釘扎鐵磁層，具有取向為基本與所述第一邊緣正交的面內(nèi)磁化方向；(b)自由鐵磁層，不存在外部磁場時具有取向為與所述被釘扎層的所述磁化方向基本正交的面內(nèi)磁化方向，存在外部磁場時所述面內(nèi)磁化方向基本自由轉(zhuǎn)動；(c)導(dǎo)電非磁間隔層，位于所述自由鐵磁層和所述被釘扎層之間；以及(d)電絕緣層，具有至少一個孔，其中所述至少一個孔的超過一半的區(qū)域定位為距離所述第一邊緣比距離所述第二邊緣更近。
2.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個孔是電子束構(gòu)圖的孔。
3.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個孔具有基本矩形形狀。
4.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述絕緣層具有一個且只有一個孔。
5.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述至少一個孔填充以導(dǎo)電材料。
6.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述絕緣層與所述導(dǎo)電非磁間隔層接觸。
7.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述導(dǎo)電非磁間隔層包括第一和第二間隔層，其中所述絕緣層位于所述第一和第二導(dǎo)電非磁間隔層之間且與其均接觸，并且其中所述至少一個孔在所述第一和第二導(dǎo)電非磁間隔層之間提供導(dǎo)電路徑。
8.如權(quán)利要求7的傳感器，其中所述至少一個孔填充以與所述第一和第二導(dǎo)電非磁間隔層材料相同的材料。
9.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述絕緣層包括第一和第二絕緣層，每個具有至少一個提供導(dǎo)電路徑的孔。
10.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述第一絕緣層位于所述被釘扎層和所述導(dǎo)電非磁間隔層之間。
11.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述第一絕緣層位于所述基底和所述被釘扎層之間。
12.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述第二絕緣層位于所述導(dǎo)電非磁間隔層和所述自由層之間。
13.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述自由層位于所述間隔層和所述第二絕緣層之間。
14.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述第一和第二絕緣層的每個中的至少一個孔填充以與所述導(dǎo)電非磁間隔層材料相同的材料。
15.如權(quán)利要求9的傳感器，其中所述第一和第二絕緣層的每個中的至少一個孔具有基本矩形形狀，并且其中所述第一絕緣層中的所述至少一個孔的長度方向與所述第二絕緣層中的至少一個孔的長度方向?qū)嵸|(zhì)不平行。
16.如權(quán)利要求1的傳感器，還包括與所述被釘扎鐵磁層交換耦合的反鐵磁層，用來釘扎所述被釘扎層的磁化方向。
17.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述被釘扎鐵磁層是反平行(AP)被釘扎結(jié)構(gòu)中的參考層，所述AP被釘扎結(jié)構(gòu)包括具有面內(nèi)磁化方向的第一AP被釘扎(AP1)鐵磁層、具有與所述AP1層的磁化方向基本反平行的面內(nèi)磁化方向的第二AP被釘扎(AP2)鐵磁參考層、以及位于所述AP1層和AP2層之間并與其均接觸的AP耦合(APC)層。
18.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述被釘扎層位于所述基底和所述自由層之間。
19.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述傳感器是磁致電阻讀頭，用來從磁記錄介質(zhì)上的道讀取磁記錄數(shù)據(jù)，且其中所述基底是由導(dǎo)磁材料形成的第一屏蔽件。
20.如權(quán)利要求1的傳感器，其中所述傳感器是雙自旋閥傳感器。
21.一種電流垂直平面磁致電阻讀頭，用來從磁記錄介質(zhì)上的道讀取磁記錄數(shù)據(jù)，所述頭包括第一屏蔽層，由導(dǎo)磁材料形成；傳感器疊層，位于所述第一屏蔽層上并具有位于所述記錄介質(zhì)附近的檢測邊緣以及比所述第一邊緣離所述記錄介質(zhì)更遠的后邊緣，所述傳感器疊層包括被釘扎鐵磁層，具有與所述第一邊緣基本正交取向的面內(nèi)磁化方向；自由鐵磁層，具有在不存在外部磁場時與所述被釘扎層磁化方向基本正交取向的面內(nèi)磁化方向；導(dǎo)電非磁間隔層，位于所述自由鐵磁層和所述被釘扎層之間；以及電絕緣層，具有至少一個電子束構(gòu)圖的導(dǎo)電孔，其中所述至少一個孔的超過一半的表面區(qū)域定位為距離所述檢測邊緣比距離所述后邊緣更近；及在所述傳感器疊層上的由導(dǎo)磁材料構(gòu)成的第二屏蔽件。
22.如權(quán)利要求21的讀頭，其中所述至少一個孔具有基本矩形形狀。
23.如權(quán)利要求21的讀頭，其中所述絕緣層與所述導(dǎo)電非磁間隔層相接觸。
24.如權(quán)利要求21的讀頭，其中所述導(dǎo)電非磁間隔層包括第一和第二間隔層，其中所述絕緣層位于所述第一和第二導(dǎo)電非磁間隔層之間且與其均接觸，以及其中所述至少一個孔填充以與所述第一和第二導(dǎo)電非磁間隔層材料相同的材料。
25.如權(quán)利要求21的讀頭，其中所述絕緣層包括第一和第二絕緣層，每個具有至少一個電子束構(gòu)圖的導(dǎo)電孔，其中所述至少一個孔的每個的超過一半的表面區(qū)域定位為距離所述檢測邊緣比距離所述后邊緣更近。
26.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述第一絕緣層位于所述被釘扎層和所述導(dǎo)電非磁間隔層之間。
27.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述第一絕緣層位于所述基底和所述被釘扎層之間。
28.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述第二絕緣層位于所述導(dǎo)電非磁間隔層和所述自由層之間。
29.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述自由層位于所述間隔層和所述第二絕緣層之間。
30.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述第一和第二絕緣層的每個中的至少一個孔填充以與所述導(dǎo)電非磁間隔層材料相同的材料。
31.如權(quán)利要求25的讀頭，其中所述第一和第二絕緣層的每個中的至少一個孔具有基本矩形形狀，且其中所述第一絕緣層中的所述至少一個孔的長度方向與所述第二絕緣層中的所述至少一個孔的長度方向?qū)嵸|(zhì)不平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流垂直平面自旋閥(CPP－SV)磁致電阻傳感器，具有帶至少一孔的絕緣層，所述孔限制通過有源區(qū)的檢測電流的流動。所述孔位于離傳感器的檢測邊緣比后邊緣更近。所述孔通過電子束光刻法構(gòu)圖，其可以精確控制所述孔的數(shù)目、尺寸和位置。絕緣層可以位于導(dǎo)電非磁間隔層中，也可以位于自旋閥的磁有源層之外。在疊層中可以包括超過一個的絕緣層，從而在絕緣層的孔重合處定義傳導(dǎo)電流的路徑。所述孔中填充導(dǎo)電材料，一般是與用于間隔層相同的材料。
文檔編號H01R43/08GK1959808SQ20061014332
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者馬修·J·凱里, 杰弗里·R·奇爾德雷斯, 斯蒂芬·馬特, 尼爾·史密斯 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司