CN1268733A - 旋转阀磁阻传感器和带有这种旋转阀磁阻传感器的磁头 - Google Patents

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金井均
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Abstract

一种旋转阀磁阻传感器,包括:自由层(2);被栓接层(4),提供在自由层(2)上;及栓接层(5),提供在被栓接层(4)上。被栓接层(4)包括:铁磁性材料的第一被栓接层(4c);铁磁性材料的第二被栓接层(4a),提供在第一被栓接层(4c)上;及中间层(4b),***在第一与第二被栓接层(4c、4a)之间,从而第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用。第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。

Description

旋转阀磁阻传感器和带有 这种旋转阀磁阻传感器的磁头
本发明一般涉及信息的磁性存储，具体地说，涉及一种旋转阀(spin-valve)磁阻传感器和一种带有这种旋转阀磁阻传感器的磁头。
目前，各向异性磁阻(AMR)传感器广泛用于硬盘驱动(HDD)设备的磁头。由于增加磁记录设备的记录密度的趋势，对带有旋转阀磁阻传感器的磁头增长需要，该传感器提供优于AMR传感器的灵敏度。
图1是包括有关技术的旋转阀磁阻头100的组合磁头130的部分剖开立体图。组合磁头130包括旋转阀磁阻头100，用作硬盘驱动设备的一个读(复制)磁头，并且还包括一个写(记录)磁头。图1还表示一个硬盘27，用作一种记录介质。在该图中，把硬盘27布置成相对着组合磁头130。组合磁头130的基本结构大体上与本发明的组合磁头30的结构相同。因此，这里省去进一步的详细描述。当通过用有关技术的旋转阀磁阻头100代替旋转阀磁阻头10而阅读图8的详细描述时，能理解有关技术的组合磁头130的结构。
图2是部分剖开立体图，表示使用有关技术的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头100。而且，图3是表示图2的旋转阀磁阻头100的侧视图。在下面，将参照图2和3详细描述旋转阀磁阻头100。
旋转阀磁阻头100包括一个最下面的钽(Ta)基层111和一个最上面的也是Ta的盖层116，并且一个旋转阀磁阻传感器***在基层111与盖层116之间。旋转阀磁阻传感器(或膜)包括一个铁磁性材料的自由层112、一个诸如铜(Cu)之类的非导磁性材料的非磁性层113、一个诸如钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的铁磁性材料的被栓接磁性层114、及一个反铁磁性材料栓接层115，栓接层115可以由钯-铂-锰(PdptMn)制作的有序合金形成，其状态是层112-115依次叠置在基层111上。自由层112一般包括一个提供在基层111上的镍-铁(NiFe)第一铁磁性层112a和一个提供在第一铁磁性层112a上的钴-铁-硼(CoFeB)合金第二铁磁性层112b。
在这方面，当初始形成为反铁磁性材料层115时，用于栓接层115的有序合金理解为不呈现磁性的反铁磁性合金。另一方面，当作为在适当条件下进行的磁化过程的结果而调整有序合金的磁化时，有序合金呈现稳定的磁化。
通过首先提供基层并且然后按图2和3中所示的顺序提供上述的其他层，制造上述旋转阀磁阻头。然后，摹制包括旋转阀磁阻传感器的所有层以形成一个矩形体，并且把诸如金(Au)之类的金属电极终端117a、117b以彼此离开的相互间隔的方式提供在最上面的盖层116上。
在图3的旋转阀磁阻头100中，在电极117a与117b之间且指定为S的区域，用作旋转阀磁阻传感器的信号检测区域。在下文中，按如下定义X-、Y-、和Z-方向，以进行例如旋转阀磁阻头100的旋转阀磁阻传感器的磁化方向的清楚解释。因而，把Z-方向定义为旋转阀磁阻传感器的厚度方向。把Y-方向定义为垂直于Z-方向的方向。应该注意，以上电极117a和117b提供在矩形体的各个相对末端，在Y-方向取出的剖视图中该矩形体形成旋转阀磁阻传感器。X-方向(高度)是垂直于Y-Z平面的方向。
在下文中，假定在没有施加到自由层112上的外部磁场的状态下，自由层112的磁化方向指向Y-方向。换句话说，自由层112具有指向Y-方向的易磁化轴。而且，术语“取向”被理解为指向预定方向，该预定方向在图中可以由一个箭头表示。术语“方向”的意思可以是具有正和负符号的两个相反取向。
在有关技术的旋转阀磁阻头100的操作期间，使检测电流Is流经在两个电极终端117a、117b之间的信号检测区域S，并且使旋转阀磁阻头100在诸如磁盘之类的磁记录介质(未表示)上方扫描。然后，旋转阀磁阻传感器的磁阻响应从磁性记录介质产生的在X-方向的信号磁场Hsig而变化。因而，按照在电极117a和117b两端出现的电压变化，能检测磁性记录介质的信号磁场。
就这样一种旋转阀磁阻头100而论，最好是旋转阀磁阻传感器的磁阻相对于信号磁场Hsig的方向线性地变化，从而当信号磁场Hsig具有第一取向时磁阻增大，并且从而当信号磁场Hsig具有相反的第二取向时磁阻减小。应该注意，当自由层112的磁化Mf和被栓接磁性层114的磁化Mp平行时，旋转阀磁阻传感器的磁阻成为最小，而当层112的磁化Mf和层114的磁化Mp反向平行时，该磁阻成为最大。为了实现这点，通过在被栓接磁性层114与反铁磁性材料层115之间建立交换耦合，把被栓接磁性层114的磁化方向Mp固定在X-方向。然后，当信号磁场Hsig为零时，自由层112的磁化方向Mf如以上所述指向Y-方向。
现在，由于在诸如硬盘之类的记录介质上记录的记录信息密度的增大，有在磁盘上形成的各磁性点的尺寸变得越来越小的趋势，并且因为这个原因，设想旋转阀磁阻头100要传感的信号磁场Hsig倾向于变得非常弱。为了补偿信号磁场Hsig的减弱，必须增大磁阻比值(MR-比值)Δρ/ρ，以得到较大信号或S/N比值。为了实现这点，不得不减小旋转阀磁阻传感器的传感器厚度(Z-方向)或高度(X-方向)。
首先，考虑减小厚度(Z-方向)的过程。在旋转阀磁阻传感器中具有最大厚度的层是反铁磁性材料层115，层115一般要求大于200埃。如果反铁磁性材料层115的厚度小于100埃，则用来固定被栓接磁性层114的磁化取向Mp的交换耦合磁场几乎不起作用。因而，有磁化方向Mp可能易于受诸如外部施加的热的干扰而反向的风险。而且，鉴于保持旋转阀磁阻传感器必需的磁性，被栓接磁性层114和自由层112必须具有足够的厚度。因此，有减小被栓接磁性层114的厚度或自由层112的厚度的限制。
第二，考虑减小传感器(X-方向)的高度的过程。在技术上，有可能减小层的高度。然而当传感器的高度变得太小时，在延伸在Y-方向的被栓接磁性层114的诸侧边缘之间的距离变得如此之小，以致于使所谓的反作用磁场的效应变得突出。然后，被栓接磁性层114的磁性状态变得不稳定，并且出现磁场的检测变得不稳定的问题。
最近，为了解决与反作用磁场有关的问题，提出了一种旋转阀磁阻传感器，其中被栓接磁性层包括一个第一被栓接磁性层、一个第二被栓接磁性层、及一个在第一与第二被栓接磁性层之间提供的中间层。然而，就这样一种结构而论，把例如NiO的无序金属用作反铁磁性层。因此，在被栓接磁性层叠置在反铁磁性层上的一刹那间，反铁磁性层已经呈现出磁性。因而，在保持在被栓接磁性层与自由层之间的上述最佳关系的同时，在制造旋转阀磁阻传感器中有许多问题。
如已经描述的那样，有多个与旋转阀磁阻传感器的开发有关的问题。本发明与其中减小传感器的高度(X-方向)的一种方法有关。更准确地说，本发明涉及一种包括被栓接磁性层的结构，该被栓接磁性层带有一个第一被栓接磁性层、一个第二被栓接磁性层、及在第一与第二被栓接磁性层之间提供的一个中间层。而且，当初始作为反铁磁性层生产时，用于本发明中的反铁磁性层的合金不呈现磁性，但是当根据一定条件下的磁化过程调准其结构时，将呈现磁性。
在旋转阀磁阻传感器的产生之后，用于反铁磁性层的有序合金不会直接呈现出磁性。在完成在磁场中的热处理之后，反铁磁性化(调准)合金。因而，能固定被栓接磁性层的磁化。由于金属晶体将在预定方向调准，并因而经历从面心立方结构(fcc)向面心四方结构(fct)的相变的事实有序合金会呈现这样一种性质。
就有关技术的旋转阀磁阻传感器而论，由于在已经产生诸层之后，固定被栓接磁性层的磁化，所以当在X-方向施加超过2500Oe的磁场的同时，实现热处理。然后，为了强化自由层的磁各向异性，在Y-方向施加预定磁场的同时，实现热处理。
然而，当在带有包括一个第一被栓接磁性层、一个第二被栓接磁性层、及在第一与第二被栓接磁性层之间提供的一个中间层的被栓接磁性层的结构上，实现类似于有关技术的磁化过程时，出现被栓接磁性层的磁化取向偏离X-方向、并且偏向Y-方向的问题。被栓接磁性层的磁化取向和自由磁化层的磁化取向理想地相互垂直，但离开直角±20度的倾斜是允许的。然而，就超过±20度的倾斜而论，不能根据外部信号磁场Hsig的输入实现线性输出响应。因而，有输出电压的复制波形的失真问题。
因而，本发明的一般目的在于，提供一种能解决上述问题的旋转阀磁阻传感器。
本发明的另一个且更具体的目的在于，提供一种能控制与反磁场有关的问题、且能解决有关技术的问题的旋转阀磁阻传感器。
为了实现根据本发明的以上目的，一种旋转阀磁阻传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层；
一个非磁性层，提供在自由层上；
一个被栓接层，提供在非磁性层上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层，提供在被栓接层上，反铁磁性材料是含锰的有序合金。
被栓接层包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层，提供在第一被栓接层上；及
一个中间层，***在第一与第二被栓接层之间，从而第一和第二被栓接层以反向平行方式建立超交换相互作用。
第二被栓接层具有比第一被栓接层的磁矩小的磁矩。
就上述旋转阀磁阻传感器而论，通过把含锰的有序合金用作反铁磁性层，能容易地实现在上述被栓接磁性层与自由层之间的最佳关系。因而，就多层被栓接的磁性层而论，能进一步使旋转阀磁阻传感器小型化，并因而能实现减小厚度的薄膜结构。
本发明的又一个目的在于，提供一种制造上述类型的旋转阀磁阻传感器的方法。
为了实现以上目的，一种制造旋转阀磁阻传感器的方法包括步骤：
a)以自由层、非磁性层、第一被栓接层、中间层、第二被栓接层、及反铁磁性层的顺序形成一个多层体；
b)在一个用来调节栓接层的磁性状态和用来固定第一与第二被被栓接层的磁化取向的磁场内，实现一种第一热处理；
c)在同磁场内的第一热处理相比具有较低温度和较弱磁场的环境中，在用来调节自由层的磁各向异性的一个磁场内，实现一种第二热处理。
本发明的再一个目的在于，提供一种旋转阀磁阻传感器，其中能把与双层被栓接层类似的磁场中的热处理用于有关技术的一种单层被栓接层。
为了实现以上目的，一种带有一个旋转阀磁阻传感器的磁头包括：
一个自由层，提供在非磁性层上；
一个非磁性层，提供在自由层上；
一个被栓接层，提供在非磁性层上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层，提供在被栓接层上，反铁磁性材料是含锰的有序合金；
被栓接磁性层的磁化方向和自由层的易磁化轴成直角或者在直角的±20度的范围内。被栓接层具有大于或等于约600Oe数值的有效各向异性磁场Hua。
就上述结构而论，根据来自外部磁性记录介质的信号磁场Hsig，转动自由层的磁化取向Mf。因而，能线性改变旋转阀磁阻传感器的磁阻。
本发明进一步涉及一种带有上述旋转阀磁阻传感器的磁头、和一种带有装有旋转阀磁阻传感器的磁头的磁性记录介质驱动设备。
当结合附图阅读时，由如下详细描述能明白本发明的其他目的和进一步的特征。
图1是包括有关技术的旋转阀磁阻传感器的组合磁头的部分剖开立体图。
图2是部分剖开立体图，表示使用有关技术的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头。
图3是侧视图，表示图2中所示的旋转阀磁阻头。
图4是部分剖开立体图，表示使用本发明一个实施例的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头。
图5是侧视图，表示图4的旋转阀磁阻头。
图6表示在把第二被栓接磁性层4a的厚度固定为25埃的情况下，磁化角θpin和有效各向异性磁场Hua相对于第一被栓接磁性层4c的厚度的曲线。
图7A到7C表示在第一被栓接磁性层4c与第二被栓接磁性层4a之间的关系图表。
图8是包括本发明的旋转阀磁阻传感器的组合磁头的部分剖开立体图。
图9是从相对记录介质的一侧看到的读磁头的示意图。
图10是平面图，表示带有包括本发明的旋转阀磁阻传感器的读磁头的磁性记录介质驱动设备。
图11是方块图，表示组合磁头的一种制造过程。
图12是表示用于图11中所示制造过程的每个步骤的处理温度的图表。
图13A和13B是曲线图，表示当固定被栓接磁性层的磁化方向时在磁场数值与磁化角之间的关系，图13B表示图13A一部分的放大曲线。
图14是曲线图，表示在磁场数值与磁化角之间的关系，用于在磁场中在230℃下的第二热处理以便得到自由层的各向异性效果。
图15A和15B是曲线图，表示用于有关技术的旋转阀磁阻传感器制造过程的磁场内的热处理曲线，图15A表示强磁场的情形，而图15B表示弱磁场的情形。
在下面，参照附图将描述本发明的原理和实施例。
图4和5是表示使用本发明一个实施例的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头10的图。旋转阀磁阻头10具有包括一个基层1、一个盖层6及一个***在基层1与盖层6之间的旋转阀磁阻传感器(膜)的基本结构。
基层1由诸如具有约50埃厚度的钽(Ta)之类的材料制成。一个包括一个第一自由层2b和一个第二自由层2a的自由层2提供在基层1上。第二自由层2a提供在基层1上，而第一自由层2b提供在第二自由层2a上。第二自由层2a由诸如具有例如20埃厚度的镍-铁(NiFe)合金之类的材料制成。第一自由层2b由具有例如15埃厚度的钴-铁(CoFe)合金、或具有例如15埃厚度的钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的材料制成。第一和第二自由层2b和2a整体形成自由层2。
用来提供这样一种双层自由层2的原因在于，防止Ni和Cu引起在NiFe层2a与Cu的非磁性金属层3之间的相互扩散，这将在以后描述。为了实现这个，与Cu不溶的一个CoFe层或一个CoFeB层***在第一与第二自由层之间。而且，一个具有较小矫顽力的足够厚的NiFe层2a可以提供在具有较大矫顽力的CoFe或CoFeB层2b下面，从而能容易地改变自由层2的磁化方向。因而，自由层2能实现其预定功能。
要注意，在图中，第一自由层表示为一个上部层，而第二自由层表示为一个下部层。然而，以叠置诸层的顺序，即从下部层开始，进行解释。因此，解释的顺序与标号的顺序是相反的。这也适用于以后将描述的被栓接磁性层4。
如图4中所示，非磁性金属层3提供在自由层2上。非磁性金属层3由诸如具有约30埃厚度的Cu膜之类的材料制成。被栓接磁性层4提供在非磁性金属层3上。被栓接磁性层4具有一种包括从底部开始的一个第二被栓接磁性层4a、一个中间层4b及一个第一被栓接磁性层4c的三层结构。提供中间层4b，以便建立一种超交换作用，并由此把第一被栓接磁性层4c和第二被栓接磁性层4a以反平行方式耦合。
第二被栓接磁性层4a由诸如具有例如25埃厚度的钴-铁(CoFe)合金、或钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的材料制成。中间层4b由诸如钌(Ru)之类的材料制成。第一被栓接磁性层4c由诸如具有例如15埃厚度的钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的材料制成。这三个层整体形成一个被栓接磁性层4。
用来提供这样一种三层被栓接磁性层4的原因在于，要为高密度记录而减小X-方向宽度，即减小传感器的高度。小于0.5μm的传感器的高度减小将引起在被栓接磁性层4内产生的反作用磁场的增大，被栓接磁性层4通常在高度方向磁化。因此，在被栓接磁性层4内可能出现磁化的反转。而且，将影响在自由层2末端边缘处的磁化，导致复制输出的失真。
被栓接磁性层4作为带有第二被栓接磁性层4a、第一被栓接磁性层4c及***在第一与第二层4c和4a之间的中间层4b的分层结构而提供。这样一种结构实现较强的被栓接磁性层。这就是说，通过提供在第二被栓接磁性层4a与第一被栓接磁性层4c之间的中间层4b，将使第二和第一被栓接磁性层4a和4c的磁化方向相互反向平行。这里，术语“反向平行”应理解为是指磁化方向以相反方向相互平行。反向平行状态可以由静电超交换耦合效应引起。
如此得到的结合力远大于在以后描述的一个反铁磁性层5与三层被栓接磁性层4之间的交换耦合力。因此，在第一与第二静磁性层之间的结合力能以稳定的方式克服几千奥斯特(Oe)的磁场而保持反向平行状态。因此，就中间层4b而论，作为整体的被栓接磁性层4静磁化变得较小。因而，有较小的反向磁化，因为反作用磁场减小，并因而对自由层2的影响减小。结果，改进作为整体的旋转阀磁阻传感器的复制特性。
而且，本发明的旋转阀磁阻传感器如此建造，从而第一被栓接磁性层4c的磁矩小于第二被栓接磁性层4a的磁矩。当第一和第二被栓接磁性层基本上由相同的磁性材料制成时，将使第一被栓接磁性层4c的厚度小于第二被栓接磁性层4a的厚度。如果第二被栓接磁性层4a的厚度是25埃，则第一被栓接磁性层4c的厚度小于25埃，例如为15埃。在本实施例中，第二被栓接磁性层4a由诸如约25埃的钴-铁(CoFe)合金、或钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的材料制成，而第一被栓接磁性层4c由诸如约15埃的钴-铁-硼(CoFeB)合金之类的材料制成。
参照图6中所示的曲线，将详细描述第一与第二被栓接磁性层4c、4a之间的关系。
图6中的曲线表示其中第二被栓接磁性层4a具有固定在25埃的厚度的情形。在第一被栓接磁性层4c的厚度tpin(埃)沿水平轴的情况下，磁化角θpin沿左边竖直轴记录，而有效各向异性磁场Hua(Oe)沿右竖直轴记录。在图6中所示的曲线中，第一被栓接磁性层4c的厚度tpin(埃)取15、20、25的值。
磁化角θpin是被栓接磁性层4的磁化取向的方向与表示自由层2的各向异性的易磁化轴的方向，即Y-方向，之间形成的一个角。如上面已经描述的那样，当没有外部磁场时，磁化角θpin理想地为90度，即直角。在使用中，偏离直角的±20度倾斜是允许的。就是说，要求磁化角θpin大于70度。
有效各向异性磁场Hua代表静态磁场的磁稳定性，并且要求具有大于或等于约600Oe的值。本发明的旋转阀磁阻传感器满足上述要求。
如图6中所示，磁化角θpin随着第一被栓接磁性层4c的厚度减小而增加。当厚度tpin等于15埃(tpin＝15埃)时，磁化角θpin处于其理想值，即90度。相反，当减小第一被栓接磁性层4c的厚度Xpin时，有效各向异性磁场Hua会减小。因此，存在可能反向磁化的问题。因此，当第二被栓接磁性层4a的厚度固定在25埃时，允许第一被栓接磁性层4c的厚度tpin在10至20埃之间。而且，能看出厚度差最好为5至10埃。
参照图7A至7C，将描述第一被栓接磁性层4c与第二被栓接磁性层4a之间的关系。图7A表示相对于磁化角θpin的这样一种关系。图7B表示相对于有效各向异性磁场Hua的这样一种关系。图7C表示相对于磁阻比值(MR-比值)的这样一种关系。
在图7A至7C中表示的图表的每一张具有取第一被栓接磁性层4c的厚度值的行tpin1和取第二被栓接磁性层4a的厚度值的列tpin2。在图7A至7C中，厚度tpin1取10、15、20(埃)的值，而厚度tpin2取15、20、25(埃)的值。要求磁化角θpin基本上为90度、有效各向异性磁场Hua大于600Oe、及磁阻比值(MR-比值)约为7％。为了满足上述要求，参照图7A至7C，能看出在第一被栓接磁性层4c的厚度与第二被栓接磁性层4a的厚度之间的差应大于5埃。
再参照图4和5，旋转阀磁阻头10装有涂敷在被栓接磁性层4上的有序合金反铁磁性层5。盖层6提供在反铁磁性层5上。而且，一对电极终端7a、7b以彼此离开的相互间隔的方式提供在盖层6上。
提供反铁磁性层5以便固定第一被栓接磁性层4c的磁化方向。而且，如上面已经描述的那样，经铁磁耦合中间层4b把第二被栓接磁性层4a固定在相对于第一被栓接磁性层4c的反平行方向。
反铁磁性层5由具有较大交换耦合磁场、高阻塞温度及良好耐蚀性的材料制成。这样一种材料可以从包括例如钯-铂-锰(PdPtMn)、铂-锰(PtMn)、钯-锰(PdMn)、镍-锰(NiMn)、及铬-锰(CrMn)的一组有序合金中选择。由这样一种合金制成的膜有良好的耐蚀性，因为使用诸如钯和铂之类的铂类金属。最好的有序合金是钯-铂-锰(PdPtMn)。而且，层的厚度是例如大于或等于约100埃，并且最好是约150埃。与有关技术的反铁磁性层相比在减小厚度方面有很大成就。
而且，盖层6由诸如钽之类的材料制成，并且具有约60埃的厚度。电极终端7a、7b由导电材料制成，可以是具有约1000埃厚度的金层。
再参照图4，将描述具有上述旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头100的操作。如上面已经描述的那样，旋转阀磁阻传感器基本上由四层制成。与反铁磁性层5相邻的第一被栓接磁性层4c的磁化取向固定在由箭头Mp1表示的X-方向。第二被栓接磁性层4a的磁化取向固定在由箭头Mp2表示的X-方向，Mp2与Mp1相反。第一被栓接磁性层4c与第二被栓接磁性层4a的磁化取向经中间层4b以反向平行方式磁性耦合。因而，为了改变这些取向，需要相当大的外部磁场。
相反，当施加弱的外部磁场(例如信号磁场Hsig)时，能容易地转动自由层2的磁化取向Mf。当没有外部磁场时，由于自由层2本身的各向异性，磁化取向Mf将指向磁化的易磁化轴(Y-方向)。
自由层2的磁化取向响应旋转阀磁阻头10的外部磁场Hsig而转动。因此，在旋转阀磁阻传感器内的磁阻由于在第二被栓接磁性层4a与自由层2之间的磁化取向之间的差而变化。换句话说，在电极终端7a、7b之间的磁阻变化与在第二被栓接磁性层4a与自由层2的磁化取向之间的角θ的余弦(cosθ)成比例。
当第二被栓接磁性层4a与自由层2的磁化取向相反时，即角θ等于180度时，得到最大磁阻。这是由于在自由层2、非磁性金属层3、和第二被栓接磁性层4a的边界表面处的散布的可能性增大。当在第一磁性层2和第二被栓接磁性层4a之一中的电子运动到诸层的另一个上时，引起这种散布。相反，当两层的磁化取向都相同，即角θ等于0度时，得到最小磁阻，因为在边界表面处散布的可能性最小。
图8是包括本发明的旋转阀磁阻传感器的组合磁头30的部分剖开立体图。组合磁头30包括作为硬盘驱动设备的读(复制)头的旋转阀磁阻头10，并且还包括一个写(记录)头。图8也表示作为一种记录介质的硬盘27。在该图中，布置硬盘27，以便相对着组合磁头30。
旋转阀磁阻头10用作组合磁头30的读头31。一般地说，组合磁头30包括读头31和写头32。组合磁头30具有其中读头31带有上部屏蔽22的合并类型，上部屏蔽22也用作写头32的下部磁极(下部铁心)。而且，组合磁头30被建造成把写头32添加到读头31的后部的集装结构。
这就是说，如图8中所示，读头31包括旋转阀磁阻传感器10、和在旋转阀磁阻传感器10上以彼此离开相互间隔的方式提供的电极终端7a和7b。旋转阀磁阻传感器10和电极终端7a、7b布置在读头31的下部屏蔽21与上部屏蔽22之间。
写头32包括一个写线圈25和一个围绕写线圈25的有机绝缘层24。有机绝缘层24和一个磁隙层23布置在写头32的下部磁极22与上部磁极26之间。就是说，读头31的上部屏蔽22也用作写头32的下部磁极。写头32的下部磁极22固定到与其相对着的写头32的上部磁极26上，使有机绝缘层24与磁隙层23布置在下部与上部磁极22和26之间。写线圈25嵌在有机绝缘层24中。因而，读头31和写头32集成为组合磁头30。
图9是从相对着记录介质的一侧看到的读头的示意图。一个间隙绝缘层20提供在读头31的下部和上部屏蔽21和22之间。间隙绝缘层20装有一个其中可以容纳本发明的旋转阀磁阻传感器的开口。
图10是平面图，表示带有包括本发明的旋转阀磁阻传感器10的读头的磁性记录介质驱动设备50。图10表示磁性记录介质驱动设备50的主要部分。一个硬盘51安装在磁性记录介质驱动设备50中，用作一种磁性记录介质。硬盘能以旋转方式驱动。由带有旋转阀磁阻传感器10的一个组合磁头40执行磁性读操作。贴着读侧保持组合磁头40，使组合磁头40与硬盘51的表面之间有一个预定间隙。而且，把组合磁头40固定在提供在一个臂70的自由端处的滑块71的前边缘部分处。借助于带有一个正常执行器和一个电磁精密执行器的两级执行器能实现组合磁头40的定位。
现在，参照图11将描述组合磁头30的制造过程。
首先，在步骤S40形成读头的下部屏蔽层21。下部屏蔽层21由诸如氮-铁(N-Fe)之类的材料制成。
在步骤S41形成读头的下部间隙绝缘层。读头的下部间隙绝缘层由诸如氧化铝(Al2O3)之类的材料制成。
在步骤S42，形成并且然后摹制表示在图4中的旋转阀磁阻传感器10的诸层。然后，在旋转阀磁阻传感器10的诸层上形成电极终端7a、7b。换句话说，旋转阀磁阻传感器10包括自由层2、非磁性金属层3、多层被栓接磁性层4、反铁磁性层5、及盖层6，这些层通过溅射叠置在基层上。然后通过光刻法把旋转阀磁阻传感器10摹制成平的矩形形状。然后，在最上盖层6上以彼此离开的相互间隔的方式形成电极终端对7a、7b。
在步骤S43形成读头的一个上部间隙绝缘层。读头的上部间隙绝缘层由诸如氧化铝(Al2O3)之类的材料制成。
在步骤S44形成读头的上部屏蔽22。读头的上部屏蔽22由诸如镍-铁(NiFe)之类的材料制成。
在步骤S45形成写头的一个间隙层。在步骤S46形成记录线圈25。在步骤S47形成上部记录磁极26。在步骤S48形成一个保护层。
图12是图表，表示用于图11中所示制造过程的每个步骤的处理温度。在图12中，制造过程的步骤沿水平轴指示，并且把处理温度指示在竖直轴上。在形成旋转阀磁阻传感器之后，实现一个包括具有高温的热处理步骤。热处理可以影响旋转阀磁阻传感器的磁阻效应的特性。包括热处理的这样一个步骤例如是在有机绝缘层上实现热处理的步骤。有机绝缘层的热处理的目的在于，例如熟化在记录线圈25周围填充的有机绝缘层。一般地说，该步骤包括在250℃下热处理三小时。
为了制造本发明的旋转阀磁阻传感器，必须把被栓接层4的第一和第二被栓接磁性层4c和4a的磁化取向以相反取向固定在X-方向。而且，第一和第二被栓接磁性层4c和4a的磁化取向应该保持正交于自由层2的易磁化轴(Y-方向)。这将在下面描述。
在形成上面已经描述的旋转阀磁阻传感器的诸层之后，实现磁场内的第一热处理。第一热处理的目的在于把第二和第一被栓接磁性层4a和4c的磁化取向固定在彼此相反的X-方向(“正X-方向”和“负X-方向”)。在磁场内的第一热处理期间，在借助于直流磁场产生源施加的负X-方向的约100Oe的磁场的情况下，使旋转阀磁阻传感器(膜)在280℃下经受三小时的热处理。
而且，实现在磁场内的一种第二热处理，以便强化自由层2在Y-方向的磁各向异性。在磁场内的第二热处理期间，在借助于直流磁场产生源施加的Y-方向的小于100Oe的磁场的情况下，使旋转阀磁阻传感器(膜)在230℃下经受三小时的热处理。
图13A和13B是曲线图，表示当在磁场中在280℃下的上述热处理中固定被栓接磁性层4的磁化方向时磁场Hpin的数值(Oe)与磁化角θpin之间的关系。在该例子中，第二被栓接磁性层4a具有25埃的厚度。第一被栓接磁性层4c具有15埃的厚度。反铁磁性层5具有150埃的厚度。
这里，指示在竖直轴上的磁化角θpin是在包括被栓接磁性层4的磁化取向(4a和4c处于相反取向)的方向与指示自由层2的各向异性的易磁化轴的方向(Y-方向)之间形成的角。水平轴表示要施加的磁场Hpin的数值(Oe)。
在图13A中，在100、1000、2500、6000、9000、12000(Oe)处得到磁化角θpin，并且由点指示。能看出，在低于100Oe的较弱磁场中磁化角θpin保持在约90度的角处。然而，在500至2500Oe之间的较强磁场中磁化角θpin向Y-方向倾斜。为了弄清楚这个方面，把在3000Oe的值内的放大的曲线表示在图13B中。
参照图13B，能看出，在超过100Oe之后，磁化角θpin陡峭地向Y-方向倾斜。因而，要理解，在100Oe以下的较弱磁场中，用来固定被栓接磁性层4的磁化取向的磁场中的第一热处理是最好的。
而且，参照图13A的右部分，能看出，在大于9000Oe的较强磁场中的热处理也是有效的。这意味着，通过施加具有超过在第一与第二被栓接磁性层4c和4a之间的反向平行结合磁场的强度的外部磁场，在对准第一和第二被栓接磁性层4c和4a的磁化方向的条件下，能实现热处理。特别是，当减小反铁磁性层5的厚度时，能保持磁阻的变化率，同时把磁化角θpin保持为约90度。
在图13A和13B中，小三角形表示这样一种情况的值，其中第二被栓接磁性层4a和第一被栓接磁性层4c每个具有25埃的厚度，并且反铁磁性层5具有250埃的厚度。指示这些由小三角形表示的值，用作与由点表示的值的比较。能看出，具有相同厚度的第一和第二被栓接磁性层不会提供最佳结果。
图14是曲线图，表示用于在230℃下的磁场中的第二热处理的在磁场数值Hfree(Oe)与磁化角θpin之间的关系。实现第二热处理以便得到自由层2的各向同性效果。能看出，在较弱磁场中磁化角θpin保持为约90度，其中Hfree在10至500Oe之间。当施加高于500Oe的磁场时，要理解，被栓接磁性层4的磁化方向将向Y-方向倾斜。而且，特别当减小反铁磁性层的厚度时，必须使Hfree最小。由以上结果，能看出，应该在低于100Oe的较弱磁场中实现磁场中的第二热处理。
在用来强化自由层2的各向异性的磁场中的第二热处理之后，最好在同方向的弱磁场中或没有任何磁场的条件下，实现热处理。例如，在磁场中实现在磁场中的第一和第二热处理之后，在磁场中对于有机隔离层进行热处理。因而，在第一和第二热处理中，被栓接磁性层4的磁化角θpin能保持在最佳磁化状态下。因此，就使用本发明的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头而论，能克服来自记录介质的信号磁场Hsig得到线性输出特性。
而且，最好形成上述旋转阀磁阻传感器，同时在层表面中施加直流磁场，从而在自由层2和被栓接磁性层4中建立磁各向异性的最佳方向。施加的磁场数值最好约为100Oe。
本发明者也已经发现，应用于本发明的多层被栓接磁性层4的制造过程的上述步骤，能同样用于如图2中所示的带有单层被栓接磁性层的有关技术的旋转阀磁阻传感器。因而，对于有关技术的旋转阀磁阻传感器得到改进的特性。
这就是说，当把用于本发明的旋转阀磁阻传感器的制造过程的步骤应用于有关技术的旋转阀磁阻传感器时，得到一种旋转阀磁阻传感器，其中在被栓接磁性层的磁化方向与自由层的易磁化轴之间的角在直角的±20度的范围内，并且被栓接层的各向异性磁场数值Hua大于或等于约600Oe。
这将参照图2描述。在形成旋转阀磁阻传感器层之后，作为第一步，提供在一个磁场内的热处理，以便把被栓接磁性层114的磁化方向固定在X-方向。在磁场中的该第一热处理中，在借助于适当磁场产生源施加X-方向的约3000Oe的磁场的情况下，使旋转阀磁阻传感器层在280℃下经受三小时的热处理。
而且，提供在一个磁场内的第二热处理的一个步骤，以便强化自由层112在Y方向的磁各向异性。这在同磁场内的第一热处理相比具有较低温度和较弱磁场的环境中实现。在磁场内的第二热处理的该步骤中，在借助于适当磁场产生源施加Y-方向的小于100Oe的磁场的情况下，使旋转阀磁阻传感器层在230℃下经受三小时的热处理。
图15A和15B是曲线图，表示在施加的磁场内用于有关技术的旋转阀磁阻传感器的制造过程的热处理的曲线。图15A表示其中用3000Oe的强磁场实现第二热处理的情形。图15B表示用小于100Oe的弱磁场实现第二热处理的情形。
在图15A和15B中，以与图13A和13B类似的方式，竖直轴指示磁化角θpin，并因而表示在Y-方向的倾斜状态。磁化角θpin的最佳状态是90度。参照图15A和15B，能看出，磁化角θpin在低于100Oe的弱磁场条件下将保持为超过80度的角度，而在3000Oe的强磁场条件下将在Y-方向倾斜。
能看出，把以上步骤应用于带有有关技术的单层被栓接磁性层114的旋转阀磁阻传感器的制造过程是有效的。就是说，在实现被栓接磁性层在磁场内的热处理之后，在低于100Oe的弱磁场条件下可以把磁各向异性提供给自由层。
而且，希望在同方向的弱磁场中或在没有任何磁场的条件下，实现用来强化自由层112的各向异性的磁场内的热处理以后的诸步骤。例如，在一个磁场中实现在磁场中的第一和第二热处理之后，在磁场中对于有机隔离层进行热处理。因而，在第一和第二热处理中，如希望的那样，被栓接磁性层4的磁化角θpin能保持在磁化状态下。因此，就使用本发明的旋转阀磁阻传感器的旋转阀磁阻头而论，能克服来自记录介质的信号磁场Hsig而得到线性输出特性。
而且，为了把磁各向异性的最佳方向提供给自由层2和被栓接磁性层4，也最好形成有关技术的旋转阀磁阻传感器，同时在层表面中施加一个直流磁场。要施加的磁场的数值最好约100Oe。
而且，本发明不限于这些实施例，而是可以进行变更和改进而不脱离本发明的范围。
本申请基于在1999年3月26日提出的日本优先权申请No.11-84592，在此编入其全部内容，供参考。

Claims (16)

1.一种旋转阀磁阻传感器，包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；及
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用。
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。
2.根据权利要求1所述的旋转阀磁阻传感器，其特征在于所述第一和第二被栓接层(4c、4a)具有基本上相同的材料，所述第一被栓接层(4c)的厚度小于所述第二被栓接层(4a)的厚度。
3.根据权利要求1所述的旋转阀磁阻传感器，其特征在于：在所述第一被栓接层(4c)的厚度与所述第二被栓接层(4a)的厚度之间的差值等于或大于约5埃。
4.根据权利要求1所述的旋转阀磁阻传感器，
其特征在于：所述第一被栓接层(4c)的磁化取向与所述第二被栓接层(4a)的磁化取向相反，并且基本与之平行，
在所述第二被栓接层(4a)的磁化方向与所述自由层(2)的易磁化轴之间形成的角为直角，或在所述直角的±20度的范围内，及
包括所述第一和第二被栓接层(4c、4a)的所述被栓接层4，具有大于或等于约600Oe的有效各向异性磁场Hua。
5.根据权利要求1所述的旋转阀磁阻传感器，其特征在于：所述栓接层(5)由从包括PdPtMn、PtMn、PdMn、NiMn及CrMn的组中选择的材料制成。
6.根据权利要求1所述的旋转阀磁阻传感器，其特征在于：所述中间层(4b)由Ru制成。
7.一种制造旋转阀磁阻传感器的方法，该传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；及
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用；
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩，其特征在于所述方法包括步骤：
a)以自由层(2)、非磁性层(3)、第一被栓接层(4c)、中间层(4b)、第二被栓接层(4a)、及反铁磁性层的顺序形成一个多层体；
b)在一个用来调节所述栓接层(5)的磁性状态和固定第一和第二被栓接层(4c、4a)的磁化取向的磁场内，实现一种第一热处理；及
c)在同磁场内的所述第一热处理相比具有较低温度和较弱磁场的环境中，在用来调节所述自由层(2)的磁各向异性的一个磁场内，实现一种第二热处理。
8.根据权利要求7所述的制造旋转阀磁阻传感器的方法，其特征在于：所述步骤b)在小于或等于约500Oe或者大于或等于约7000Oe的磁场中在约280℃的温度下实现。
9.根据权利要求7所述的制造旋转阀磁阻传感器的方法，其特征在于：所述步骤b)在约20与100Oe之间或者大于或等于约9000Oe的磁场中在约280℃的温度下实现。
10.根据权利要求7所述的制造旋转阀磁阻传感器的方法，其特征在于：所述步骤c)在小于或等于约500Oe的磁场中在约230℃的温度下实现。
11.一种带有一个旋转阀磁阻传感器的磁头(10)，该传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用；
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。
12.一种带有一个装有一个旋转阀磁阻传感器的磁头(10)的磁性记录介质驱动设备(50)，该传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用；
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。
13.一种旋转阀磁阻传感器，包括：
一个自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)的所述磁化方向和所述自由层(2)的易磁化轴成直角或者在所述直角的±20度的范围内，并且所述被栓接层(4)具有大于或等于约600Oe数值的有效各向异性磁场Hua。
14.一种制造旋转阀磁阻传感器的方法，该传感器包括：
一个自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；其特征在于所述方法包括步骤：
a)以自由层(2)、非磁性层(3)、被栓接层(4)、及栓接层(5)的顺序形成一个多层体；
b)在一个用来调节所述栓接层(5)的磁性状态和固定被栓接层(4)的磁化取向的磁场内，实现一种第一热处理；及
c)在同磁场内的所述第一热处理相比具有较低温度和较弱磁场的环境中，在用来调节所述自由层(2)的磁各向异性的一个磁场内，实现一种第二热处理。
15.一种带有一个旋转阀磁阻传感器的磁头(10)，该传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用；
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。
16.一种带有一个装有一个旋转阀磁阻传感器的磁头(10)的磁性记录介质驱动设备(50)，该传感器包括：
一个一种铁磁性材料的自由层(2)；
一个非磁性层(3)，提供在所述自由层(2)上；
一个被栓接层(4)，提供在所述非磁性层(3)上；及
一个一种反铁磁性材料的栓接层(5)，提供在所述被栓接层(4)上，所述反铁磁性材料是含锰的有序合金；
其特征在于：所述被栓接层(4)包括：
一个一种铁磁性材料的第一被栓接层(4c)；
一个一种铁磁性材料的第二被栓接层(4a)，提供在所述第一被栓接层(4c)上；
一个中间层(4b)，***在所述第一与第二被栓接层(4c、4a)之间，从而所述第一和第二被栓接层(4c、4a)以反向平行方式建立超交换相互作用；
所述第二被栓接层(4a)具有比所述第一被栓接层(4c)的磁矩小的磁矩。
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