專利名稱：屏蔽式磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭的制作方法
本申請(qǐng)涉及同時(shí)提出的兩個(gè)申請(qǐng)。一個(gè)申請(qǐng)的編號(hào)為08/957699，標(biāo)題為“MAGNETIC TUNNEL JUNCTION MAGNETORESISTIVEREAD HEAD WITH SENSING LAYER AS FLUX GUIDE”(‘具有用作導(dǎo)引磁通的敏感層的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭’)，另一個(gè)申請(qǐng)的編號(hào)為08/957788，標(biāo)題為“MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONMAGNETORESISTIVE READ HEAD WITH SENSING LAYER ASREAR FLUX GUIDE”(‘具有用作引導(dǎo)后方磁通的敏感層的磁性隧道結(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(shì)壘層分隔開(kāi)的兩個(gè)鐵磁體層構(gòu)成，且以自旋極化電子隧道現(xiàn)象為基礎(chǔ)。鐵磁體層之一在外加磁場(chǎng)的一個(gè)方向上有比另一鐵磁體層高的(典型地說(shuō)是由其較高的磁矯頑力引起的)飽和磁場(chǎng)。該絕緣隧道勢(shì)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)象是決定于電子自旋的，使得MTJ的磁響應(yīng)成為兩個(gè)鐵磁體層的相對(duì)取向和自旋極化的函數(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(guò)MTJ時(shí)測(cè)量MTJ的電阻來(lái)決定。電荷載流子通過(guò)絕緣隧道勢(shì)壘層的隧道現(xiàn)象的概率取決于兩個(gè)鐵磁體層的磁矩(磁化方向)的相對(duì)取向。隧道電流是被自旋極化的，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(guò)的電流，主要由一種自旋類(lèi)型的(順時(shí)針自旋或逆時(shí)針自旋，取決于鐵磁體層的磁矩的方向)的電子組成。隧道電流的自旋極化的程度由在鐵磁體層和隧道勢(shì)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鐵磁體層例如用作自旋濾波器。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自旋極化相同的自旋極化的電子狀態(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自旋極化和電子狀態(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(guò)由磁性材料制作的磁感元件的電阻的變化，作為正被敏感元件感知的磁通量的強(qiáng)度和方向的函數(shù)，檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)?，F(xiàn)有的MR傳感器，諸如那些在磁記錄式磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中用作供讀取數(shù)據(jù)用的MR讀出磁頭，它的工作是以磁性材料(典型的是坡莫合金(Ni81Fe19)的各向異性磁阻(AMR)效應(yīng)為基礎(chǔ)的。一個(gè)讀取元件電阻的組成部分，隨著讀取元件中的磁化方向和通過(guò)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(lái)自已進(jìn)行了記錄的磁性媒體(信號(hào)場(chǎng))的外部磁場(chǎng)，在讀取元件中，在磁化方向上將引起一個(gè)變化，而這一變化又反過(guò)來(lái)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(諸如在磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中的磁盤(pán))中讀出來(lái)。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磁頭的鐵磁體層的方向上。
在美國(guó)專利5390061中，講述了將一種MTJ設(shè)備作為供磁性記錄用的磁阻讀出磁頭的應(yīng)用。在該MTJ讀出磁頭中，供往MTJ設(shè)備的讀出電流，是利用位于MTJ設(shè)備的上邊和下邊的薄的金屬層式的電極加上去的。該電極一般具有幾百埃的厚度。一般磁阻(MR)讀取元件被定位于厚的高導(dǎo)磁率磁性層或屏蔽之間，上述屏蔽，就如′061專利中的

圖10中所示，利用有足夠厚度的非導(dǎo)電性層使上述電極被電絕緣。對(duì)于高的表面密度磁性記錄應(yīng)用，隨著存儲(chǔ)信息的磁性位的尺寸的減小，MR讀出磁頭和有關(guān)部件的尺寸必須減小。特別是在磁屏蔽之間(MR讀出磁頭一般位于它們之間)的空間的厚度，必須減小厚度，以使得MR讀出磁頭能夠讀出具有位長(zhǎng)度已經(jīng)減小了的磁性位。MTJ設(shè)備和電引線及絕緣層的厚度不可能作得無(wú)限小，因此，最大可能的表面密度最終將達(dá)到一個(gè)極限值。于1996年11月27號(hào)提出申請(qǐng)的IBM公司的編號(hào)為08/757422的專利申請(qǐng)講述了一個(gè)具有縱向偏置的MTJ MR讀出磁頭，其中，MTJ設(shè)備具有連接到MR讀出電路上去的電引線。該引線和絕緣間隙材料接觸，而間隙材料和磁屏蔽接觸，使該引線與屏蔽之間電絕緣。
人們需要的是一個(gè)具有包括其讀出引線的MTJ設(shè)備的讀出磁頭，該磁頭可以被作得足夠地薄以便借助于減小磁屏蔽之間的空間來(lái)實(shí)現(xiàn)高表面密度。
本發(fā)明提供了一個(gè)用于磁性記錄系統(tǒng)的MTJ MR讀出磁頭，其中，MTJ位于分隔開(kāi)來(lái)的磁屏蔽之間。允許磁頭從磁性記錄媒體中檢測(cè)個(gè)別磁躍遷而不受相鄰躍遷影響的該磁屏蔽還起著把磁頭連接到讀出電路上去的電引線的作用。導(dǎo)電性隔離層被定位于MTJ的頂部和底部并把MTJ連接到屏蔽上。隔離層的厚度被選擇用來(lái)優(yōu)化屏蔽之間的空間，它是控制可以從磁性記錄媒體中讀取的數(shù)據(jù)的線性分辨率的參數(shù)。如果屏蔽之間的空間太小，為了減小屏蔽間的電短路的可能性，每一屏蔽都可以有一個(gè)支座區(qū)，同時(shí)具有定位于兩個(gè)支座之間的MTJ，使得在支座區(qū)外邊的屏蔽之間的間隔大于支座區(qū)之內(nèi)的間隔。
為了更為完整了解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，在參照附圖的同時(shí)，參考下述詳細(xì)的說(shuō)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(pán)驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化框圖。
圖2是圖1的驅(qū)動(dòng)器拿掉機(jī)殼的頂視圖。
圖3是現(xiàn)有的集成化電感式寫(xiě)入磁頭/具有定位于屏蔽之間并與供說(shuō)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的MR讀出磁頭的MR讀出磁頭的縱剖面圖。
圖4A是通過(guò)本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的MTJ剖開(kāi)的局部剖面圖，用于說(shuō)明流過(guò)用作電引線且垂直地通過(guò)MTJ的磁屏蔽的讀出電流的方向。
圖4B是本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的局部剖面圖，用于說(shuō)明MTJ和其他層相對(duì)于磁頭的讀出端的位置。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的一個(gè)實(shí)施例的局部剖面圖，其中，MTJ被定位于磁屏蔽的支座區(qū)之間。
圖6A-6E說(shuō)明了本發(fā)明的制造MTJ MR讀出磁頭的步驟。
參照?qǐng)D1。圖中示出了應(yīng)用一個(gè)MR傳感器的現(xiàn)有的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的剖面圖。該磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)基座10，在其上邊固定有一個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和一個(gè)傳動(dòng)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(lái)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(huà)出)，以平衡磁盤(pán)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(pán)16通過(guò)電線插孔18連接到驅(qū)動(dòng)電機(jī)12上，以便利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)12使它轉(zhuǎn)動(dòng)。磁盤(pán)16的表面上有一層薄的潤(rùn)滑薄膜50。一個(gè)讀/寫(xiě)磁頭或者變換器25形成在磁頭支架(例如空氣軸承滑動(dòng)器20)的尾端。就如將在圖3中說(shuō)明的那樣，變換器25是一由電感式寫(xiě)入磁頭部分和MR讀出磁頭部分構(gòu)成的讀/寫(xiě)磁頭。滑動(dòng)器20利用一個(gè)剛性的臂22和一個(gè)懸掛物24連接到傳動(dòng)器14上。懸掛物24提供一個(gè)偏置力，把滑動(dòng)器20推到記錄磁盤(pán)16的表面上。在磁盤(pán)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(pán)16，而且一般講是一線性或旋轉(zhuǎn)話音線圈電機(jī)的傳動(dòng)器14，通常輻射狀地移動(dòng)滑動(dòng)器20使之穿過(guò)磁盤(pán)16的表面，使得讀/寫(xiě)磁頭25可以訪問(wèn)磁盤(pán)16上邊的不同的磁道。
圖2是一拿掉罩子11的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部的頂視圖，該圖并且更好的說(shuō)明對(duì)滑動(dòng)器20提供一個(gè)力以把磁盤(pán)16往前推的懸掛物24。該懸掛物可以是現(xiàn)有類(lèi)型的懸掛物，諸如IBM公司在美國(guó)專利4167765中所述的那種人們所熟悉的Watrous懸掛物。這種類(lèi)型的懸掛物還提供一種滑動(dòng)器的萬(wàn)向接頭式的附加物，它使得滑動(dòng)器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(pán)16上檢測(cè)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(hào)放大和處理電路被加工成數(shù)據(jù)回讀信號(hào)。來(lái)自變換器25的信號(hào)通過(guò)柔軟電纜17被送往芯片15，芯片15把其輸出信號(hào)通過(guò)電纜19送往磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電子線路(未畫(huà)出)。
圖3是由MR讀出磁頭部分和電感式寫(xiě)入磁頭組成的集成化讀/寫(xiě)磁頭25的剖面圖。磁頭25重疊起來(lái)以形成磁頭支架的讀出表面，諸如一種空氣軸承滑動(dòng)器型磁頭支架的空氣軸承表面(ABS)。讀出表面或ABS就如上邊討論過(guò)的那樣利用空氣軸承與旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)16(圖1)的表面分隔開(kāi)來(lái)。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。從MR傳感器40上引出來(lái)以和芯片15(圖2)中的讀出電路連接的電極(未畫(huà)出)與傳感器40接觸并被定位于MR傳感器40和間隙層G1、G2之間。因此，間隙層G1、G2與從屏蔽S1、S2引出來(lái)電引線絕緣。在現(xiàn)有的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，MR傳感器40是一AMR傳感器。寫(xiě)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又夾在第1和第2磁極片P1和P2之間。間隙層G3被夾在在磁極頂端上鄰近ABS的第1和第2磁極片P1、P2之間，為的是提供一個(gè)磁間隙。在寫(xiě)入期間信號(hào)電流通過(guò)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(guò)磁極頂端。在寫(xiě)入期間，磁通使旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)16上邊的圓形磁道磁化。在讀出操作期間，旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)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(cè)MR傳感器40上的電壓變化的辦法進(jìn)行檢測(cè)。用芯片15(圖2)和驅(qū)動(dòng)器電子線路對(duì)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(xiě)入磁頭的第1磁極片P1。在一個(gè)背負(fù)式磁頭(未畫(huà)出)中，第2屏蔽層S2和第1磁極片P1是分開(kāi)的層。
對(duì)具有AMR讀出磁頭的典型的磁性記錄磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的上述敘述以及附圖1～3僅僅為了進(jìn)行說(shuō)明。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器可以包括許多的磁盤(pán)和傳動(dòng)器，而且每一傳動(dòng)器都可以支持許多滑動(dòng)器。此外，不用空氣軸承滑動(dòng)器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(pán)驅(qū)動(dòng)器中那樣，保持磁頭與磁盤(pán)接觸或近乎接觸。
優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明是一種具有MTJ傳感器的MR讀出磁頭，用于取代圖3的讀/寫(xiě)磁頭25中的MR傳感器40。
圖4A是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MTJ MR讀出磁頭的剖面圖，該剖面是一平面，其邊沿在圖3中用線42表示，而且是從磁盤(pán)表面上看的視圖。因此，圖4A的紙面是一平行于ABS的平面而且基本上通過(guò)有源讀出區(qū)，即通過(guò)MTJ MR讀出磁頭的隧道結(jié)，以展現(xiàn)出形成磁頭的那些層。圖4B是一垂直于圖4A的視圖的剖面圖，且在右邊具有讀出表面200或ABS。
參看圖4A-4B。MTJ MR讀出磁頭包括一個(gè)直接形成于第1磁屏蔽S1上的導(dǎo)電性隔離層102，在下邊且和第2磁屏蔽S2直接接觸的導(dǎo)電性隔離層104，和作為一個(gè)多層疊層形成于導(dǎo)電性隔離層102、104之間的MTJ 100。現(xiàn)在磁屏蔽S1、S2既用作磁屏蔽又用作用于把MTJ 100連接到讀出電路上去的導(dǎo)電性引線。這種情況示于圖4A，用箭頭表示電流流過(guò)第1屏蔽S1的方向，垂直地通過(guò)隔離層102、MTJ 100、隔離層104并通過(guò)第2屏蔽S2輸出。
MTJ 100包括一個(gè)第1電極多層疊層110，一個(gè)絕緣隧道勢(shì)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(shì)壘層120接觸的鐵磁體層，即鐵磁體層118和132。
形成在隔離層102上邊的基底電極層疊層110包括一個(gè)在隔離層102上邊的種子(seed)層或者‘模板(template)’層112，和一個(gè)形成在上邊且與在下邊的鐵磁體層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较颍诟信d趣的范圍內(nèi)加上磁場(chǎng)時(shí)保持為不轉(zhuǎn)動(dòng)。頂部疊層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)鐵磁體層上，因此其磁化方向在加上所感興趣的范圍的磁場(chǎng)時(shí)是可自由旋轉(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4A的紙面)，而且，在未加磁場(chǎng)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(shì)壘層120下邊的固定鐵磁體層118，其磁化方向已借助于與緊下邊的反鐵磁體層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4A中從紙面中出來(lái)或者進(jìn)入紙面(如箭尾119所示)。
在圖4A中，還示出了一個(gè)用于對(duì)讀出鐵磁體層132的磁化進(jìn)行軸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(kāi)并絕緣的絕緣層160，和MTJ 100的其他的層。為了便于說(shuō)明，在圖4B中沒(méi)有畫(huà)出偏置鐵磁體層150。偏置鐵磁體層150是一種硬磁材料，例如CoPtCr合金，在未加磁場(chǎng)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(理想的是氧化鋁(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)，具有足夠使偏置鐵磁體層150與MTJ 100和隔離層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近似于19)大約是適合用作偏置鐵磁體層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。
方向?yàn)閺闹谱鞯?屏蔽S1的導(dǎo)電性材料到第1隔離層102的讀出電流I，垂直通過(guò)反鐵磁體層116，固定鐵磁體層118，隧道勢(shì)壘層120和讀出鐵磁體層132后，到達(dá)第2隔離層104并通過(guò)第2屏蔽S2輸出。如上所述，通過(guò)隧道勢(shì)壘層120的隧道電流的量，是與隧道勢(shì)壘層120相鄰和相接觸的固定和讀出鐵磁體層118、132的相對(duì)磁化方向的函數(shù)。來(lái)自記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)的磁場(chǎng)使得讀出鐵磁體層132的磁化方向旋轉(zhuǎn)偏離開(kāi)方向133，即從圖4A的紙面進(jìn)入或出來(lái)。這將改變鐵磁體層118、132的磁矩的相對(duì)取向，因此將改變隧道電流的值，這種改變反映為MTJ 100的電阻的改變。電阻的這一改變用磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器電子線路進(jìn)行檢測(cè)并被加工成來(lái)自磁盤(pán)的數(shù)據(jù)回讀。通過(guò)屏蔽S1、S2的讀出電流被電絕緣層160阻擋住不能到達(dá)偏置鐵磁體層150，電絕緣層160也使偏置鐵磁體層150與MTJ 100及其它的隔離層102、104絕緣。
現(xiàn)在說(shuō)明供MTJ 100(圖4A-4B)用的有代表性的材料的配置。MTJ100的所有的層都在加上與襯底平行的磁場(chǎng)的情況下生長(zhǎng)。該磁場(chǎng)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(huà)出)首先形成于一個(gè)10-50nm的用作隔離層102的Culayer上邊。合適的隔離層材料是如下這些材料它們是導(dǎo)電性的，但是因?yàn)樵摳綦x層是很薄的，故對(duì)導(dǎo)電率的值沒(méi)有嚴(yán)格的要求。因此導(dǎo)電率比Cu小得多的可以采用，如果它們能形成具有恰當(dāng)?shù)钠交鹊倪m當(dāng)?shù)膶樱允乖谶@些層上邊依次生長(zhǎng)組成MTJ設(shè)備100的各種薄層。一個(gè)對(duì)示于圖4A和4B的實(shí)施例的附加的要求是，在工作的時(shí)候，作為在ABS上偶然地接觸到磁盤(pán)上的結(jié)果，隔離層材料并不會(huì)立刻擦到空氣軸承表面上。如果MTJ設(shè)備和隔離層從ABS上如下述那樣地凹進(jìn)去，使得隔離層絕不可能與MTJ MR磁頭將要讀出的磁盤(pán)接觸，則無(wú)上述要求。種子層是由一種促進(jìn)面心立方(fcc)Ni81Fe19模板層112的(111)生長(zhǎng)的材料組成。模板鐵磁體層112加強(qiáng)了反鐵磁體層116的生長(zhǎng)。合適的種子層材料包括諸如Cu和Ta之類(lèi)的fcc金屬或諸如3-5nmTa/3-5nmCu之類(lèi)的組合層。MTJ基底電極疊層110由生長(zhǎng)在10-20nmCu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Cu隔離層102直接形成于形成第1屏蔽S1的材料的上邊。其次，隧道勢(shì)壘層120由淀積法形成，接著再等離子體氧化一個(gè)0.5-2nm Al層。這將形成Al2O3絕緣隧道勢(shì)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在加工期間用作供MTJ 100的防腐蝕用的覆蓋層。頂部電極疊層130通過(guò)一個(gè)用作隔離層104的20nmAu層進(jìn)行接觸。
重要的是在底部電極疊層110中的那些層應(yīng)當(dāng)平滑和Al2O3絕緣隧道勢(shì)壘層120沒(méi)有使結(jié)電短路的針孔。例如，用熟悉的濺射技術(shù)在金屬多層疊層中產(chǎn)生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(shì)壘層120之間的界面上由薄的Co或Co(100-X)Fe(X)(X近似為70)或Ni(100-X)Fe(X)(X近似為60)層組成，層132整體具有低的磁致伸縮(例如Ni(100-X)Fe(X)(X近似為19))。具有一個(gè)薄的Co或Co(100-X)Fe(X)(X近似為70)或Ni(100-X)Fe(X)(X近似為60)的界面層的這種類(lèi)型的讀出層的凈磁致伸縮，采用稍微改變層132整體的組分的辦法，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(shì)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)(X近似為70)或Ni(100-X)Fe(X)(X近似為60)層的體Ni(100-X)Fe(X)(X近似為19)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(hào)。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)行小的變化的辦法，被安排為接近于0。如果層118的整體是Ni-Fe，那么組分就是Ni81Fe19，對(duì)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(shì)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(shuō)‘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，CoSm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(lèi)的各種四元素合金形成。
雖然已經(jīng)說(shuō)明并示于圖4A-4B的MTJ設(shè)備在MTJ 100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(shì)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4A-4B的MTJ 100顛倒過(guò)來(lái)的層。
為了實(shí)現(xiàn)高表面密度(磁盤(pán)表面的單位面積所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量)，MTJ100及其有關(guān)的隔離層102、104，如圖4A-4B所示，被直接地放置在磁屏蔽S1和S2之間，而不需要用于隔離的電引線層和把引線與屏蔽分離開(kāi)來(lái)的絕緣間隙材料。由相對(duì)厚的高導(dǎo)磁率磁性層構(gòu)成的磁屏蔽，允許MR傳感器檢測(cè)單獨(dú)的磁躍遷而不受相鄰躍遷的影響。因此，MR傳感器可以用比其它可能的傳感器較小的位長(zhǎng)度檢測(cè)磁位。MR傳感器的分辨率由磁屏蔽S1、S2(參看圖4B)之間的間隔和讀出表面200與磁盤(pán)上邊的磁膜之間的距離S決定。例如，在具有傳感器到磁膜的間隔為0.02微米的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，為了檢測(cè)被隔開(kāi)的每英寸125000位線性磁位密度(等效于每微米5個(gè)躍遷)，在屏蔽層S之間的間隔應(yīng)為～0.2微米。
在本發(fā)明中，屏蔽S1、S2必須是導(dǎo)電性的而且應(yīng)具有適當(dāng)高的導(dǎo)磁率。該屏蔽可以用各種NiFeX合金(其中X是Ta,Rh,Pt或Nb)或CoZrNb合金或者硅鋁鐵磁(FeSiAl)合金形成。如圖4B所示，本發(fā)明允許采用被用來(lái)電絕緣傳感器的絕緣間隙層G1和G2(圖3)的組合厚度使間隔S減小厚度。間隔S當(dāng)然可以采用減小隔離層102和104的厚度的辦法在厚度上進(jìn)一步減小。雖然在原理上說(shuō)任何與MTJ設(shè)備串聯(lián)的電阻都將減小MTJ設(shè)備的信號(hào)的幅度，但是，本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭中的隔離層102和104的電阻是可以忽略的。
在示于圖3的現(xiàn)有技術(shù)中，如果間隙層G1和G2作得太薄，則就有可能使MR傳感器40的引線與屏蔽S1及S2電短路。在本發(fā)明的MTJMR讀出磁頭中，這一問(wèn)題已被消除，因?yàn)槠帘维F(xiàn)在起著把MTJ連接到讀出電路上去的電引線的作用。
在本發(fā)明的設(shè)備中，在屏蔽S1和S2之間的間隔的減小將導(dǎo)致MTJMR磁頭的線性分辨率的相應(yīng)的增加。這一點(diǎn)通過(guò)下邊的例子就可明白。典型的設(shè)備100的厚度是～66nm(由5nm Ta+15nm Pt+4nm Ni81Fe19+10nm Fe50Mn50+6nmNi81Fe19+1nmAl2O3+5nm Ni81Fe19+20nmTa組成)。一般絕緣間隙層G1和G2的最小厚度每個(gè)可以是～20nm。因此，如果MTJ設(shè)備100用在應(yīng)用間隙層G1、G2的構(gòu)造中，在S1和S2之間的間隔是～106nm。這將導(dǎo)致相應(yīng)于每英存儲(chǔ)～250000個(gè)躍遷(假定位長(zhǎng)度僅僅比間隙間隔稍小)的線性分辨率。當(dāng)隔離層102、104被直接地連接到相應(yīng)的屏蔽S1、S2上去時(shí)，間隙層G1和G2將被去掉，在屏蔽之間的間隔件被減小到～66nm。因此，MR磁頭的線性分辨率將增加到每英寸～400000個(gè)躍遷。此外，如果隔離層102和104的厚度每個(gè)減小到～7.5nm，采用在其他方面相同的MTJ MR設(shè)備100，達(dá)到每英寸～500000個(gè)躍遷這一更高的分辨率是可能的。因此，采用使用隔離層102、104并選擇器厚度的辦法，間隔距離S可以優(yōu)化為把MTJ MR讀出磁頭設(shè)計(jì)為以所希望的線性分辨率工作。
本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭適合于超密磁記錄應(yīng)用。應(yīng)用由2nm厚的Cu隔離層102和104,5nm厚的IrMn交換偏置層116,2.5nm厚的Co固定鐵磁體層118,1nm厚的Al2O3隧道勢(shì)壘層120和3nm厚的自由Ni81Fe19自由鐵磁體層組成的構(gòu)造，可以形成組合厚度僅僅13.5nm厚的MTJ設(shè)備和隔離層。因此，每英寸超過(guò)150000個(gè)躍遷的線性密度是可能的。
在本發(fā)明中，自由鐵磁體層132可以不直接和磁屏蔽S2接觸，因?yàn)樵搶拥拇啪亟又鴮⑼ㄟ^(guò)交換耦合固定到屏蔽的磁矩上，因此，將不可能最佳地響應(yīng)來(lái)自磁盤(pán)媒體的磁躍遷的磁通。同樣，最好是反鐵磁體交換偏置層116也不和屏蔽S1直接接觸，因?yàn)槠帘蔚拇艑W(xué)性質(zhì)將被改變。特別是屏蔽的導(dǎo)磁率在反鐵磁體層的區(qū)域中將被減少。因此，隔離層102、104分別提供與層116、132的電連接，同時(shí)使這些層與屏蔽S1、S2絕緣。但是，在本發(fā)明中，如果用合適的材料制作且形成合適的厚度的話，模板層112與反鐵磁體層116的接觸和覆蓋層134與自由鐵磁體層132的接觸是可以用作隔離層的。例如，隔離層102和模板112都可以用具有組合厚度為5-10nm的Ta形成。同樣，層134和104也都可以用具有組合厚度為5-10nm的Ta形成。在本發(fā)明的設(shè)備中，MTJ設(shè)備的組合厚度和隔離層102,104的厚度決定了間隔距離s。雖然隨著屏蔽的間隔減小，本發(fā)明的設(shè)備消除了在電引線和屏蔽之間電短路的可能性，在屏蔽之間的直接地電短路的概率卻將增加。就象圖5所示那樣，采用在遠(yuǎn)離MTJ設(shè)備的區(qū)域中增加屏蔽之間的間隔辦法，可使上述情況緩和。在圖5中，每一屏蔽S1、S2，在形成MTJ 100的區(qū)域中都有各自的支座161、163，使得在該區(qū)域中間隔s被制作的比形成MTJ 100設(shè)備的區(qū)域之外的屏蔽之間的間隔s′小。這樣，較大的距離s′將減小在兩個(gè)屏蔽S1和S2之間電短路的可能性。
本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的其它優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)在也用作MTJ設(shè)備的電引線的屏蔽的電阻，由于屏蔽很厚，故很小。當(dāng)MTJ設(shè)備的獨(dú)立的電引線被放置在屏蔽和MTJ之間的時(shí)候，這些引線必須形成很薄的導(dǎo)電性層，而且要用另外的絕緣層把他們和屏蔽分隔開(kāi)來(lái)。對(duì)于高密度記錄應(yīng)用，限制在MTJ設(shè)備的近旁的電引線的厚度的屏蔽間的間隔s必須保持很小。因此，在這些電引線間將可能有值得注意的電壓降。由于這一電壓降與所希望的信號(hào)串聯(lián)，即電壓降加在MTJ設(shè)備上，所以在除此之外的相同條件下輸出信號(hào)減小。在本發(fā)明的MTJ設(shè)備中，加在現(xiàn)在用作電引線的屏蔽上的電壓降是小的。
本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的制造工藝參照?qǐng)D6A-6B，說(shuō)明形成本發(fā)明的MTJ MR讀出磁頭的工藝。將被說(shuō)明的形成MTJ MR讀出磁頭的工藝與示于圖6的工藝是類(lèi)似的，在圖6的工藝中在磁屏蔽之間的間隔在遠(yuǎn)離MTJ設(shè)備的區(qū)域中是比較大的。為了便于圖示和說(shuō)明，將不對(duì)示于圖4A的縱向偏置區(qū)150的形成進(jìn)行說(shuō)明。
就象示于圖6A的那樣，工藝開(kāi)始先淀積在屏蔽S1上邊的隔離層102,MTJ設(shè)備100和頂部隔離層104。隔離層材料102可以是各種導(dǎo)電性材料，諸如Ta,Al,Cu,Au,W，和Pt等，典型厚度在10到20nm的范圍內(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中選擇。反鐵磁體層116的典型厚度是在7到30nm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2到10nm而Co層的典型厚度是0.2到2nm。鋁和隧道勢(shì)壘氧化物層120的厚度一般是0.5到1.5nm的范圍。自由鐵磁體層132一般是一Ni-Fe合金或者Co和Ni-Fe合金的雙層，對(duì)于Ni-Fe合金，厚度是10到20nm，對(duì)于Co，厚度是0.2到2nm。隔離層104用對(duì)隔離102所說(shuō)明過(guò)的同樣的材料和厚度形成。
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，用示于圖6B的光刻膠230對(duì)這些層進(jìn)行光刻以形成圖形。接著，如圖6C所示，進(jìn)行離子刻蝕去掉未被光刻膠保護(hù)的材料。離子刻蝕步驟被設(shè)計(jì)為選擇合適的條件，諸如離子刻蝕時(shí)間，使得不僅在沒(méi)有光刻膠230的那些地方的層102,100和104被去掉，還從屏蔽S1的底部的頂部表面上去掉到深度d為止的材料。光刻膠層230一般是具有側(cè)壁腐蝕的雙層光刻膠。在圖6C的離子刻蝕步驟之后，如圖6D所示，采用用離子束或RF濺射法淀積一個(gè)一般是二氧化鋁或SiO2的絕緣材料層250，其厚度至少大于d與隔離層102,MTJ設(shè)備100和隔離層104的厚度之和。在淀積絕緣層250之后，剝離光刻膠層230，去掉淀積在隔離層104上邊的絕緣材料250。最后，如圖6E所示，用離子束淀積或者RF或DC磁控管濺射法，形成頂部屏蔽層S2。
如圖4A所示，通過(guò)在區(qū)域150中結(jié)合硬磁材料，也可以將上述加工過(guò)程用于提供軸向偏置或使自由鐵磁體層132穩(wěn)定化。
隔離層、自由和固定鐵磁體層和反鐵磁體層的總的厚度可在50-80nm的范圍內(nèi)。較低的屏蔽S1可以過(guò)刻蝕達(dá)厚度d～30nm，在圖6D的步驟中淀積的絕緣層的厚度可以是～120nm。因此，應(yīng)用在圖6A-6E中所說(shuō)明的制造順序的本例將導(dǎo)致得到一個(gè)MTJ MR讀出磁頭，其分辨率間隙s為～50-80nm，但是屏蔽間間隔s′將離開(kāi)MTJ傳感器～120nm而不是50-80nm。由于在兩個(gè)屏蔽之間具有中心定位于該間隙中(即，把層132定位在距離s/2處)的自由鐵磁體層132是有益的，故這是用調(diào)整隔離層102和104厚度，S1的過(guò)刻蝕厚度和在圖6D的步驟中淀積的絕緣層250的厚度的辦法完成的。
在MTJ傳感器的定義和制造方法之后還必須使固定鐵樣體層118的磁化方向(磁矩)調(diào)準(zhǔn)到適當(dāng)?shù)姆较蛏?。如果Fe-Mn被用作用來(lái)和固定鐵磁體層118進(jìn)行交換耦合的反鐵磁體層116，那么它淀積就成為反鐵磁體。但是磁化必須重新進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)，使得它可以在適當(dāng)?shù)姆较蛏辖粨Q耦合固定鐵磁體層118。該構(gòu)造被放到一個(gè)退火烘箱中，溫度被升高到高于Fe-Mn的成形(blocking)溫度的約180℃。在這一溫度下，F(xiàn)e-Mn層不再用固定鐵磁體層118發(fā)生一個(gè)交換各向異性。采用在磁場(chǎng)中冷卻一對(duì)層116和118的辦法，產(chǎn)生了鐵磁體層118的交換各向異性。固定鐵磁體層118的磁化方向?qū)⒀刂饧哟艌?chǎng)的方向。因此，就如在圖4A中用箭頭119所表示的那樣，在退火烘箱中，外加磁場(chǎng)將使固定鐵磁體層118的磁矩被固定為沿著需要的方向垂直于ABS。這是在存在有被外加磁場(chǎng)在需要的方向上磁化了的鐵磁體層118的情況下冷卻Fe-Mn層的結(jié)果。因此，在低于Fe-Mn的成形溫度的溫度下，在存在有來(lái)自已進(jìn)行了記錄的媒體的外加磁場(chǎng)的情況下，固定鐵磁體層118的磁化實(shí)質(zhì)上將不會(huì)旋轉(zhuǎn)。
雖然在圖5中所說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施例具有和MTJ設(shè)備100的面積相同的面積且與MTJ設(shè)備匹配的支座161、163，但這不是必不可少的需要。在一個(gè)替代性的實(shí)施例中，支座的面積可以作得比MTJ設(shè)備的面積更大，而且，MTJ設(shè)備也不必把中心定位于支座之內(nèi)，盡管MTJ的邊界必須處于支座的面積之內(nèi)。與此類(lèi)似，僅僅需要有一個(gè)位于MTJ設(shè)備的不論哪一側(cè)的支座以便增加屏蔽S1、S2離開(kāi)MTJ設(shè)備的間隔。這樣的一個(gè)僅僅具有上部支座的替代實(shí)施例可以用圖6A-6E中所說(shuō)明的類(lèi)似的制造工藝來(lái)形成。但是MTJ設(shè)備100和隔離層102、104不能象圖6C中所示的那樣過(guò)刻蝕，而是要僅僅刻蝕到屏蔽S1的表面為止。因此，不需要形成下部支座。除此之外的其余的工藝是一樣的。僅僅形成下部的支座的一個(gè)實(shí)施例可用示于圖6A-6E的一套類(lèi)似制造步驟制造，去除了在步驟圖6D之后，在除去了光刻膠230之后，所得到的設(shè)備表面要用化學(xué)機(jī)械拋光的辦法平面化之外。接著，在平面化后的表面上邊直接淀積屏蔽S2，且不形成上部支座。
雖然借助于參照實(shí)施例圖示并詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，那些本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不偏離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，在形式和細(xì)節(jié)上將會(huì)有很多變化。因此，所公開(kāi)的發(fā)明將僅僅被看做是解說(shuō)性的，而范圍的限制僅僅在后附權(quán)利要求中規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)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，其特征是具有第1導(dǎo)電性磁屏蔽；位于第1磁屏蔽上邊的第1導(dǎo)電性隔離層；位于第1隔離層上邊的磁性隧道結(jié)，包括固定鐵磁體層，其磁化方向被固定為沿著優(yōu)化方向，使得在加上來(lái)自媒體的磁場(chǎng)的情況下基本上不旋轉(zhuǎn)；讀出鐵磁體層，其磁化方向一般被定向?yàn)樵诓淮嬖谕饧哟艌?chǎng)時(shí)，垂直于固定鐵磁體層的磁化方向，在存在來(lái)自媒體的外加磁場(chǎng)時(shí)，自由旋轉(zhuǎn)；絕緣隧道勢(shì)壘層，位于固定和讀出鐵磁體層之間并和它們接觸，用于允許在通常為垂直于固定和讀出鐵磁體層的方向上形成隧道電流；第2導(dǎo)電性隔離層，其中磁性隧道被定位于第1和第2隔離層之間并和他們接觸；第2導(dǎo)電性磁屏蔽，位于第2隔離層上邊，以提供一個(gè)從第1屏蔽到第1隔離層并通過(guò)磁性隧道結(jié)到第2隔離層和第2磁屏蔽的導(dǎo)電性路徑。
2.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還具有一個(gè)用于對(duì)磁性隧道結(jié)提供防腐蝕保護(hù)的覆蓋層，該覆蓋層位于磁性隧道結(jié)和第2隔離層之間。
3.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是第2隔離層是一層用于對(duì)磁性隧道結(jié)提供防腐蝕保護(hù)的覆蓋層。
4.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還具有與固定鐵磁體層接觸的反鐵磁體層，用于采用界面交換耦合的辦法固定固定鐵磁體層的磁化方向。
5.權(quán)利要求4所述的磁頭，其特征是第1隔離層直接形成于第1屏蔽上邊，反鐵磁體層位于第1隔離層和固定鐵磁體層之間，固定鐵磁體層直接形成于反鐵磁體層上邊并和反鐵磁體層接觸。
6.權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征是還包括一個(gè)模板層，位于第1隔離層的上邊，用于增強(qiáng)反鐵磁體層的形成，而反鐵磁體層直接形成在模板層上邊并與模板層接觸。
7.權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征是第1隔離層是一層用于增強(qiáng)反鐵磁體層的形成的模板層，而反鐵磁體層直接形成在模板層上邊并與模板層接觸。
8.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還具有偏置鐵磁體層，用于在不存在外加磁場(chǎng)的情況下，把讀出鐵磁體層的磁化方向偏置到通常為垂直于固定鐵磁體層的磁化方向的方向上；電絕緣層，位于偏置和讀出鐵磁體層之間，用于使偏置層與讀出層電絕緣；而且，其特征是采用一絕緣層使隔離層與偏置層絕緣，以便當(dāng)在第1和第2屏蔽之間有讀出電流通過(guò)時(shí)，電流一般垂直穿過(guò)磁性隧道結(jié)，而不進(jìn)入偏置層。
9.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是讀出磁頭是一個(gè)集成化讀/寫(xiě)磁頭的一部分。
10.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是還具有被連接到第1和第2屏蔽上去的讀出電路。
11.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是每一第1和第2屏蔽都具有一個(gè)支座區(qū)，第1隔離層形成在第1屏蔽的支座區(qū)上邊，第2隔離層形成在第2隔離層的支座區(qū)上邊，使得第1和第2屏蔽之間的間隔在支座區(qū)外邊比在支座區(qū)內(nèi)大。
12.權(quán)利要求11所述的磁頭，其特征是每一支座區(qū)的面積實(shí)質(zhì)上與第1和第2隔離層的每一個(gè)的面積相同。
13.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是第1和第2屏蔽用由下述一組材料中選出的材料形成，上述一組材料包括NiFeX合金(其中X為T(mén)a,Rh,Pt，或Nb),CoZrNb合金以及FeAlSi合金。
14.權(quán)利要求1所述的磁頭，其特征是磁頭的類(lèi)型是從磁性記錄磁盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)，并且，還包括空氣軸承滑動(dòng)器，該滑動(dòng)器具有在正用磁頭從磁盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)時(shí)面朝磁盤(pán)表面的空氣軸承表面ABS，而且尾端表面通常垂直于ABS，另外，該滑動(dòng)器尾端表面是在其上邊形成第1屏蔽的襯底。
15.一種用于在讀出磁頭已連接到讀出電路上的時(shí)候，從磁性記錄磁盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)的磁性隧道結(jié)磁阻讀出磁頭組合體，其特征是具有磁頭支架，具有用來(lái)面朝磁盤(pán)的表面的讀出表面和一般垂直于讀出表面的尾端表面；在磁頭支架的尾端表面上邊的導(dǎo)電性磁屏蔽，用于對(duì)讀出電路提供連接用的電引線；在第1屏蔽上邊的第1導(dǎo)電性隔離層；在第1隔離層上邊的磁性隧道結(jié)，由下述部分組成一個(gè)固定鐵磁體層，位于第1隔離層上邊且使一方向被固定為沿著一個(gè)理想的方向，使得在存在有來(lái)自磁盤(pán)的外加磁場(chǎng)的情況下實(shí)質(zhì)上不旋轉(zhuǎn)；一個(gè)絕緣隧道勢(shì)壘層，位于固定鐵磁體層的上邊并和該固定鐵磁體層接觸；一個(gè)讀出鐵磁體層，位于隧道勢(shì)壘層上邊并和隧道勢(shì)壘層接觸，且在不存在外加磁場(chǎng)的情況下，使其磁化方向定位為一般垂直于固定鐵磁體層的磁化方向，而在存在著來(lái)自磁盤(pán)的外加磁場(chǎng)的情況下，則自由旋轉(zhuǎn)。位于讀出鐵磁體層上邊的第2導(dǎo)電性隔離層；第2導(dǎo)電性磁屏蔽，位于第2隔離層上邊，用于提供一個(gè)從第1屏蔽到第1隔離層并通過(guò)磁性隧道結(jié)到第2隔離層和第2磁屏蔽的導(dǎo)電性路徑，從而提供一條從第1磁屏蔽到第1隔離層并穿過(guò)磁隧道結(jié)到達(dá)第2隔離層和第2屏蔽的導(dǎo)電性路徑，該路徑具有一個(gè)路徑，用于形成一般垂直地穿過(guò)隧道勢(shì)壘層的隧道電流。
16.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是還具有一個(gè)覆蓋層，用于對(duì)磁性隧道結(jié)提供防腐蝕保護(hù)，該覆蓋層位于讀出鐵磁體層和第2隔離層之間。
17.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是第2隔離層是一個(gè)用于對(duì)磁性隧道結(jié)提供防腐蝕保護(hù)的覆蓋層。
18.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是還具有一個(gè)反鐵磁體層，與固定鐵磁體層接觸，用于采用界面交換耦合的辦法固定固定鐵磁體層的磁化方向，該反鐵磁體層位于第1隔離層和固定鐵磁體層之間。
19.權(quán)利要求18所述的磁頭組合體，其特征是還具有一個(gè)模板層，位于第1隔離層上邊，用于增強(qiáng)反鐵磁體層的形成，反鐵磁體層直接定位于模板層上邊并與模板層接觸。
20.權(quán)利要求18所述的磁頭組合體，其特征是第1隔離層是一個(gè)用于增強(qiáng)反鐵磁體層的形成的模板，反鐵磁體層直接定位于模板層上邊并與模板層接觸。
21.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是還具有偏置鐵磁體層，用于在不存在外加磁場(chǎng)的情況下，把讀出鐵磁體層的磁化方向偏置到通常為垂直于固定鐵磁體層的磁化方向的方向上；電絕緣層，位于偏置和讀出鐵磁體層之間，用于使偏置層與讀出層電絕緣；而且，其特征是采用一絕緣層使隔離層與偏置層絕緣，以便當(dāng)在第1和第2屏蔽之間有讀出電流通過(guò)時(shí)，電流一般垂直穿過(guò)磁性隧道結(jié)，而不進(jìn)入偏置層。
22.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是還具有連接到第2屏蔽上的讀出電路。
23.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是每一第1和第2屏蔽都具有一個(gè)支座區(qū)，第1隔離層形成在第1屏蔽的支座區(qū)上邊，第2隔離層形成在第2隔離層的支座區(qū)上邊，使得第1和第2屏蔽之間的間隔在支座區(qū)外邊比在支座區(qū)內(nèi)大。
24.權(quán)利要求23所述的磁頭組合體，其特征是每一支座區(qū)的面積實(shí)質(zhì)上與第1和第2隔離層的每一個(gè)的面積相同。
25.權(quán)利要求1所述的磁頭組合體，其特征是第1和第2屏蔽用由下述一組材料中選出的材料形成，上述一組材料包括NiFeX合金(其中X為T(mén)a,Rh,Pt，或Nb),CoZrNb合金以及FeAlSi合金。
26.權(quán)利要求15所述的磁頭組合體，其特征是磁頭支架是一空氣軸承滑動(dòng)器，讀出表面是滑動(dòng)器的空氣軸承表面。
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,具有定位于兩個(gè)分隔開(kāi)來(lái)的磁屏蔽之間的MTJ設(shè)備。該磁屏蔽允許磁頭從磁性記錄媒體中檢測(cè)獨(dú)立的磁躍遷而不受相鄰躍遷的影響,此外該屏蔽還起著用于把磁頭連接到讀出電路上的電引線的作用。導(dǎo)電性隔離層被定位于MTJ設(shè)備的頂部和底部上并把MTJ設(shè)備連接到屏蔽上。隔離層的厚度被選定為優(yōu)化屏蔽之間的間隔,該間隔是一個(gè)控制可以從磁性記錄媒體中讀出的數(shù)據(jù)的線分辨率的參數(shù)。
文檔編號(hào)H01F10/00GK1223431SQ9811940
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者弗萊德里克·海斯·迪爾, 小羅伯特·埃德沃德·方塔那, 斯圖特·斯蒂芬·帕沃斯·帕金, 曾慶驊 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司