DE102014009542A1

DE102014009542A1 - Magnetischer scherensensor mit einer weichmagnetischen vorspannungsstruktur an der hinterkante

Info

Publication number: DE102014009542A1
Application number: DE102014009542.8A
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Global Stora Keener Christopher D.; c/o Hitachi Global Storage Techno Le Quang; c/o Hitachi Global Storage Tec Seagle David J.; c/o Hitachi Global Storage Technol Smith Neil; c/o Hitachi Global Storage Te VanDerHeijden Petrus A.
Original assignee: HGST Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-12-31
Also published as: JP2015011753A; US20150002961A1; GB201411217D0; GB2517568A

Abstract

Ein magnetischer Sensor vom Scherentyp mit einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur, die sich an einer Hinterkante des Sensorstapels befindet. Der Sensorstapel weist eine erste und eine zweite magnetische freie Schicht auf, die quer zu einer nicht magnetischen Schicht, die dazwischen sandwichförmig angeordnet ist, antiparallel gekoppelt sind. Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur hat eine senkrecht zur Luftlagerfläche gemessene Länge, die größer ist als ihre parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite. Diese Form ermöglicht es, dass die weichmagnetische Vorspannungsstruktur eine Magnetisierung hat, die in einer zur Luftlagerfläche senkrechten Richtung gehalten wird und es ermöglicht, dass die Vorspannungsstruktur ein magnetisches Vorspannungsfeld zum Vorspannen der freien Schichten des Sensorstapels aufrechterhält.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die magnetische Datenaufzeichnung und insbesondere einen magnetischen Sensor vom Scherentyp mit einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur (Vormagnetisierungsstruktur) an der Hinterkante.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Herz eines Computers ist eine Anordnung, die als ein Magnetplattenlaufwerk bezeichnet wird. Das Magnetplattenlaufwerk weist eine rotierende Magnetplatte, Schreib- und Leseköpfe, die durch einen Aufhängungsarm angrenzend an eine Oberfläche der rotierenden Magnetplatte schwebend gehalten werden, und ein Stellglied, das den Aufhängungsarm schwenkt, um die Lese- und Schreibköpfe über ausgewählten kreisförmigen Spuren auf der rotierenden Platte anzuordnen, auf. Die Lese- und Schreibköpfe befinden sich direkt auf einem Flugkörper, der eine Luftlagerfläche (ABS) aufweist. Der Aufhängungsarm spannt den Flugkörper in Kontakt mit der Oberfläche der Platte vor, wenn sich die Platte nicht dreht, wenn sich die Platte jedoch dreht, wird Luft durch die rotierende Platte aufgewirbelt. Wenn der Flugkörper auf dem Luftlager schwebt, werden die Schreib- und Leseköpfe verwendet, um magnetische Eindrücke auf die rotierende Platte zu schreiben und von dieser zu lesen. Die Lese- und Schreibköpfe sind mit einer Verarbeitungsschaltung verbunden, welche entsprechend einem Computerprogramm arbeitet, um die Schreib- und Lesefunktionen zu implementieren.
Der Schreibkopf weist wenigstens eine Spule, einen Schreibpol und einen oder mehrere Rückkehrpole auf. Wenn ein Strom durch die Spule fließt, bewirkt ein resultierendes Magnetfeld, dass ein magnetischer Fluss durch den Schreibpol fließt, der dazu führt, dass ein magnetisches Schreibfeld von der Spitze des Schreibpols emittiert wird. Dieses Magnetfeld ist stark genug, um einen Abschnitt der angrenzenden Magnetplatte lokal zu magnetisieren, wodurch ein Datenbit aufgezeichnet wird. Das Schreibfeld läuft dann durch eine magnetisch weiche Unterschicht des magnetischen Mediums, um zum Rückkehrpol des Schreibkopfs zurückzukehren.
Ein magnetoresistiver Sensor in der Art eines riesenmagnetoresistiven Sensors (GMR-Sensors) oder eines magnetoresistiven Tunnelübergangssensors (TMR-Sensors) kann verwendet werden, um ein magnetisches Signal aus dem magnetischen Medium auszulesen. Der magnetoresistive Sensor hat einen elektrischen Widerstand, der sich ansprechend auf ein externes Magnetfeld ändert. Diese Änderung des elektrischen Widerstands kann durch eine Verarbeitungsschaltung detektiert werden, um magnetische Daten aus dem angrenzenden magnetischen Medium auszulesen.
Weil die erforderliche Datendichte zunimmt, ist stets ein Bedarf an einer Verringerung der Größe eines magnetischen Lesesensors gegeben. In Bezug auf die lineare Datendichte entlang einer Datenspur bedeutet dies die Verringerung der Spaltdicke eines magnetischen Sensors. Gegenwärtig verwendete Sensoren, wie die vorstehend erörterten GMR- und TMR-Sensoren, benötigen typischerweise 4 magnetische Schichten, 3 ferromagnetische (FM) Schichten und 1 antiferromagnetische (AFM) Schicht, zusammen mit zusätzlichen nicht magnetischen Schichten. Nur eine der magnetischen Schichten dient als die aktive (oder freie) Messschicht. Die restlichen ”Festhalteschichten” nehmen, wenngleich sie notwendig sind, einen großen Anteil der Spaltdicke ein. Ein Weg, um dies zu überwinden, besteht darin, einen Sensor als einen ”Scherensensor” aufzubauen, der nur zwei magnetische ”freie” Schichten ohne zusätzliche Festhalteschichten verwendet, wodurch die Spaltdicke potentiell in erheblichem Maße verringert wird. Die Verwendung eines solchen magnetischen Sensors führt jedoch zu Entwurfs- und Herstellungsherausforderungen. Eine Herausforderung, die durch eine solche Struktur gestellt wird, betrifft eine geeignete magnetische Vorspannung der beiden freien Schichten des Sensors.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht einen magnetischen Lesesensor vor, der einen Sensorstapel mit einer ersten und einer zweiten magnetischen freien Schicht aufweist. Der Sensorstapel weist eine sich an einer Luftlagerfläche befindende erste Kante und einer der ersten Kante entgegengesetzte zweite Kante auf. Der Sensor weist auch eine magnetisch weiche Vorspannungsstruktur auf, die sich angrenzend an die zweite Kante des Sensorstapels befindet und sich in einer von der Luftlagerfläche fort weisenden Richtung erstreckt.
Die weichmagnetische Vorspannungsschicht kann aus einem Material mit einer niedrigen Koerzitivkraft, das vorzugsweise eine hohe Sättigungsmagnetisierung (hohe Bs) aufweist, bestehen. Zu diesem Zweck kann die weichmagnetische Vorspannungsstruktur aus NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon bestehen. Beispielsweise kann die weichmagnetische Vorspannungsstruktur aus NiFe mit 50–60 Atomprozent Fe oder etwa 55 Atomprozent Fe oder CoFe bestehen.
Zusätzlich kann die magnetische Vorspannung der freien magnetischen Schichten des magnetischen Sensors durch die Verwendung einer weichmagnetischen Vorspannungsschicht an Stelle der Verwendung eines magnetisch harten Materials potentiell verbessert werden. Prozessvariationen, die sich andernfalls bei der Verwendung einer hartmagnetischen Vorspannungsstruktur ergeben würden, können durch die Verwendung einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur abgemildert werden, wodurch ein ausreichend starkes magnetisches Vorspannungsfeld an der Hinterkante des Lesesensors vom Scherentyp, wo es erforderlich ist, bereitgestellt wird.
Die Verwendung einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur wird durch Steuern der Form der Vorspannungsstruktur in einer solchen Weise, dass die weichmagnetische Vorspannungsstruktur nicht entmagnetisiert wird, ermöglicht. Diese Form und ein Verfahren zur Herstellung einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur mit einer solchen Form werden nachstehend in weiteren Einzelheiten erörtert.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Zusammenhang mit den Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen überall gleiche Elemente angeben, verständlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Für ein vollständigeres Verständnis der Natur und der Vorteile dieser Erfindung sowie des bevorzugten Verwendungsmodus sollte auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit der nicht maßstabsgetreuen anliegenden Zeichnung Bezug genommen werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Plattenlaufwerksystems, worin die Erfindung verwirklicht werden könnte,
2 eine ABS-Ansicht eines Flugkörpers, worin die Anordnung eines Magnetkopfs darauf dargestellt ist,
3 eine Luftlagerflächenansicht eines magnetischen Lesesensors vom Scherentyp,
4 eine von einer Linie 4-4 aus 3 gesehene von oben nach unten betrachtete Schnittansicht des magnetischen Lesesensors vom Scherentyp aus 3,
5 eine von oben nach unten betrachtete schematische Einzelteilansicht eines Abschnitts des Leseelements aus 3,
die 6–24 einen magnetischen Sensor in verschiedenen Zwischenstufen der Herstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
25 eine schematische Ansicht eines Sensors vom Scherentyp aus dem Stand der Technik, wobei eine magnetisch harte Vorspannungsschicht an der Hinterkante des Sensors verwendet wird,
die 26 und 27 schematische Ansichten von Vorspannungsstrukturentwürfen, bei denen ein magnetisch weiches magnetisches Material als eine Vorspannungsschicht für einen Lesesensor vom Scherentyp verwendet wird,
28 eine von der Linie 28-28 aus 3 betrachtete seitliche Schnittansicht eines Sensors und
29 eine seitliche Schnittansicht eines Sensors gemäß einer anderen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung betrifft die besten Ausführungsformen, die gegenwärtig für das Ausführen dieser Erfindung vorgesehen sind. Diese Beschreibung dient dem Erläutern der allgemeinen Grundgedanken dieser Erfindung und soll die hier beanspruchten Erfindungskonzepte nicht einschränken.
1 zeigt ein Plattenlaufwerk 100 gemäß dieser Erfindung. Das Plattenlaufwerk 100 weist ein Gehäuse 101 auf. Wenigstens eine drehbare Magnetplatte 112 wird von einer Spindel 114 getragen und durch einen Plattenlaufwerksmotor 118 gedreht. Die magnetische Aufzeichnung auf jeder Platte erfolgt in Form ringförmiger Muster konzentrischer Datenspuren (nicht dargestellt) auf der Magnetplatte 112.
Wenigstens ein Flugkörper 113 ist in der Nähe der Magnetplatte 112 angeordnet, wobei jeder Flugkörper 113 eine oder mehrere Magnetkopfanordnungen 121 trägt. Wenn sich die Magnetplatte dreht, bewegt sich der Flugkörper 113 über der Plattenoberfläche 122 nach innen und nach außen, so dass die Magnetkopfanordnung 121 auf verschiedene Spuren der Magnetplatte zugreifen kann, wo gewünschte Daten geschrieben sind. Jeder Flugkörper 113 ist durch eine Aufhängung 115 an einem Stellarm 119 angebracht. Die Aufhängung 115 stellt eine leichte Federkraft bereit, welche den Flugkörper 113 gegen die Plattenoberfläche 122 vorspannt. Jeder Stellarm 119 ist an einem Stellmittel 127 angebracht. Das in 1 dargestellte Stellmittel 127 kann ein Schwingspulenmotor (VCM) sein. Der VCM umfasst eine Spule, die innerhalb eines festen Magnetfelds beweglich ist, wobei die Richtung und die Geschwindigkeit der Spulenbewegungen durch die von der Steuereinrichtung 129 zugeführten Motorstromsignale gesteuert werden.
Während des Betriebs des Plattenspeichersystems erzeugt die Drehung der Magnetplatte 112 ein Luftlager zwischen dem Flugkörper 113 und der Plattenoberfläche 122, welches eine aufwärts gerichtete Kraft oder einen Auftrieb auf den Flugkörper ausübt. Das Luftlager gleicht demgemäß die geringe Federkraft der Aufhängung 115 aus und hält den Flugkörper 113 in einem kleinen, im Wesentlichen konstanten Abstand während des Normalbetriebs außerhalb und etwas oberhalb der Plattenoberfläche.
Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden beim Betrieb durch von der Steuereinheit 129 erzeugte Steuersignale, wie Zugriffssteuersignale und interne Taktsignale, gesteuert. Typischerweise umfasst die Steuereinheit 129 Logiksteuerschaltungen, Speichermittel und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 129 erzeugt Steuersignale zum Steuern verschiedener Arbeitsvorgänge des Systems in der Art von Antriebsmotorsteuersignalen auf einer Leitung 123 und Kopfpositions- und Suchsteuersignalen auf einer Leitung 128. Die Steuersignale auf der Leitung 128 stellen die gewünschten Stromprofile für das optimale Bewegen des Flugkörpers 113 zur gewünschten Datenspur auf der Platte 112 und zum Positionieren auf dieser bereit. Schreib- und Lesesignale werden durch einen Aufzeichnungskanal 125 zum und vom Schreib- und Lesekopf 121 übermittelt.
In 2 ist die Orientierung des Magnetkopfs 121 in einem Flugkörper 113 in weiteren Einzelheiten ersichtlich. 2 ist eine ABS-Ansicht des Flugkörpers 113, und wie ersichtlich ist, befindet sich der Magnetkopf einschließlich eines induktiven Schreibkopfs und eines Lesesensors an einer Hinterkante des Flugkörpers. Die vorstehende Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die begleitende Veranschaulichung von 1 dienen nur Repräsentationszwecken. Es sollte offensichtlich sein, dass Plattenspeichersysteme eine große Anzahl von Platten und Stellgliedern enthalten können und dass jedes Stellglied eine Anzahl von Flugkörpern tragen kann.
3 zeigt eine Ansicht eines Magnetlesekopfs 300 gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung von der Luftlagerfläche. Der Lesekopf 300 ist ein magnetoresistiver Sensor vom Scherentyp mit einem Sensorstapel 302, der eine erste und eine zweite freie Schicht 304, 306 aufweist, die antiparallel über eine nicht magnetische Schicht 308 geschaltet sind, die eine nicht magnetische elektrisch isolierende Sperrschicht, beispielsweise aus MgOx, oder eine elektrisch isolierende Abstandsschicht, beispielsweise aus AgSn, sein kann. Eine Verkappungsschichtstruktur 310 kann auf dem Sensorstapel 302 bereitgestellt werden, um die Schichten des Sensorstapels während der Herstellung zu schützen. Der Sensorstapel 302 kann auch an seinem Boden eine Keimschichtstruktur 312 aufweisen, um ein erwünschtes Kornwachstum in den darüber gebildeten Schichten zu fördern.
Die erste und die zweite magnetische Schicht 304, 306 können aus mehreren Schichten aus einem magnetischen Material bestehen. Beispielsweise kann die erste magnetische Schicht 304 aus einer Ni-Fe-Schicht, einer über der Ni-Fe-Schicht abgeschiedenen Co-Hf-Schicht, einer über der Co-Hf-Schicht abgeschiedenen Co-Fe-B-Schicht und einer über der Co-Fe-B-Schicht abgeschiedenen Co-Fe-Schicht bestehen. Die zweite magnetische Schicht 306 kann aus einer Co-Fe-Schicht, einer über der Co-Fe-Schicht abgeschiedenen Co-Fe-B-Schicht, einer über der Co-Fe-B-Schicht abgeschiedenen Co-Hf-Schicht und einer über der Co-Hf-Schicht abgeschiedenen Ni-Fe-Schicht bestehen. Die Verkappungsschichtstruktur 310 kann auch als eine Mehrschichtstruktur aufgebaut sein und eine erste und eine zweite Ru-Schicht mit einer dazwischen sandwichförmig angeordneten Ta-Schicht aufweisen. Die Keimschichtstruktur 312 kann eine Ta-Schicht und eine über der Ta-Schicht ausgebildete Ru-Schicht aufweisen.
Der Sensorstapel 302 ist sandwichförmig zwischen der vorderen und der hinteren magnetischen Abschirmung 314, 316 angeordnet, die jeweils aus einem magnetischen Material, wie Ni-Fe, mit einer Zusammensetzung mit einer hohen magnetischen Permeabilität (μ), um eine wirksame magnetische Abschirmung bereitzustellen, aufgebaut sein können.
Während des Betriebs wird ein Messstrom oder eine Messspannung in einer zur Ebene der Schichten des Sensorstapels 302 senkrechten Richtung an den Sensorstapel 302 angelegt. Die Abschirmungen 314, 316 können aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, so dass sie als elektrische Zuleitungen zum Zuführen dieses Messstroms oder dieser Messspannung über den Sensorstapel 302 wirken können. Der elektrische Widerstand über den Sensorstapel 302 hängt von der Magnetisierungsrichtung der freien magnetischen Schichten 304, 306 in Bezug zueinander ab. Je näher die Magnetisierungen der Schichten 304, 306 parallel zueinander sind, desto niedriger ist der Widerstand, und je näher die Magnetisierungen der Schichten 304, 306 umgekehrt antiparallel zueinander sind, desto höher ist der Widerstand. Weil sich die Orientierungen der Magnetisierungen der Schichten 304, 306 ansprechend auf ein externes Magnetfeld frei bewegen können, können diese Änderung der Magnetisierungsrichtung und die sich ergebende Änderung des elektrischen Widerstands verwendet werden, um ein Magnetfeld, wie beispielsweise von einem angrenzenden magnetischen Medium (in 3 nicht dargestellt), zu detektieren. Die relativen Orientierungen der Magnetisierungen der Schichten 304, 306 werden nachstehend mit Bezug auf 5 in größeren Einzelheiten beschrieben. Falls die nicht magnetische Schicht 308 eine elektrisch isolierende Sperrschicht ist, arbeitet der Sensor auf der Grundlage des spinabhängigen Tunneleffekts durch die Sperrschicht 308 tunnelnder Elektronen. Falls die Schicht 308 eine elektrisch leitende Abstandsschicht ist, ergibt sich die Änderung des Widerstands aus dem spinabhängigen Streuphänomen.
4 zeigt eine von oben nach unten betrachtete von der Linie 4-4 aus 3 gesehene Schnittansicht, und 28 zeigt eine von der Linie 28-28 aus 3 betrachtete seitliche Schnittansicht. 4 zeigt den Sensorstapel mit einer Vorderkante 402, die sich zur Luftlagerfläche (ABS) erstreckt, und er weist eine der Vorderkante 402 entgegengesetzte Hinterkante 404 auf. Der Abstand zwischen der Vorderkante 402 und der Hinterkante 404 definiert die Streifenhöhe des Sensors 300. Wie in 4 ersichtlich ist, weist der Sensor 300 auch eine weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 auf, die sich von der Hinterkante des Sensorstapels 404 in einer von der ABS fort weisenden Richtung erstreckt. Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 besteht aus einem weichmagnetischen Material mit einer verhältnismäßig niedrigen Koerzitivkraft. Der Begriff weich, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein magnetisches Material, das eine niedrige magnetische Koerzitivkraft hat, welches infolge seiner Kornstruktur einen magnetischen Zustand nicht inhärent beibehält, wie es bei einem hartmagnetischen Material oder einem Material mit einer hohen Koerzitivkraft der Fall wäre. Diese Unterscheidung wird nachstehend weiter erörtert. Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 ist vom Sensorstapel 302 durch eine nicht magnetische, elektrisch isolierende Schicht 408, beispielsweise aus Aluminiumoxid, getrennt. Zusätzlich kann eine nicht magnetische Entkopplungsschicht 2802 auf der Vorspannungsstruktur bereitgestellt sein, um die Vorspannungsstruktur 406 von der oberen Abschirmung 316 zu trennen, wie in 28 dargestellt ist.
Wie vorstehend erörtert wurde, besteht die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 aus einem weichmagnetischen Material (d. h. einem Material mit einer niedrigen magnetischen Koerzitivkraft). Hierfür kann die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 aus einem Material, wie NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon, bestehen. Insbesondere besteht die magnetische Vorspannungsstruktur 406 für eine optimale magnetische Vorspannung aus einem Material mit einer hohen Sättigungsmagnetisierung (Hoch-Bs-Material), beispielsweise NiFe mit 50 bis 60 Atomprozent oder etwa 55 Atomprozent Fe oder CoFe.
Unter weiterem Bezug auf 4 ist ersichtlich, dass die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 eine in der zur ABS senkrechten Richtung gemessene Länge L aufweist, die erheblich größer ist als ihre in Richtung parallel zur ABS gemessene Breite W. Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 weist auch eine Dicke T auf (28), die senkrecht sowohl zur Breite W als auch zur Länge L und parallel zur Luftlagerfläche gemessen wird. Vorzugsweise weist die Vorspannungsstruktur 406 Seiten auf, die mit den Seiten des Sensorstapels 302 ausgerichtet sind, so dass die Breite W der weichen Vorspannungsstruktur gleich der Breite des Sensorstapels ist. Dies kann durch einen selbst ausgerichteten Herstellungsprozess erreicht werden, der nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird.
Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 weist eine Form auf, die bewirkt, dass die Magnetisierung 412 trotz der weichmagnetischen Eigenschaften des Materials, aus dem sie aufgebaut ist, in der zur Luftlagerfläche senkrechten gewünschten Richtung orientiert bleibt. Während der Herstellung des Sensors 300 kann die Magnetisierung der Vorspannungsstruktur 406 in eine zur ABS senkrechte gewünschte Richtung (beispielsweise von der ABS fort gerichtet) gelegt werden, wie durch einen Pfeil 412 angegeben ist, und die Form der weichmagnetischen Vorspannungsstruktur 406 bewirkt, dass diese Magnetisierung 412 im fertigen magnetischen Sensor in der gewünschten Richtung bleibt.
Die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 besteht aus einem Material mit einer intrinsischen Austauschlänge l_ex, und die Abmessungen der weichmagnetischen Vorspannungsstruktur 406 sind vorzugsweise derart, dass sowohl die Breite W als auch die Dicke T kleiner als 10 mal l_ex sind. Der Begriff Austauschlänge, wie er hier verwendet wird, kann als l_ex = sqrt[A/(2pi·Ms·Ms)] definiert werden, wobei ”Ms” die Sättigungsmagnetisierung des Materials ist und ”A” die Austauschsteifigkeit ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die weichmagnetische Vorspannungsstruktur 406 aus einem oder mehreren von Co, Ni und Fe mit einer intrinsischen Austauschlänge l_ex von 4–5 nm bestehen und hat eine Breite W, die kleiner als 40 nm ist, und eine Dicke T, die kleiner als 20 nm ist.
29 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des magnetischen Sensors. Während in 28 die Vorspannungsstruktur 406 ihre Magnetisierung ausschließlich infolge der vorstehend beschriebenen Form beibehalten hat, berührt in 28 eine Schicht aus antiferromagnetischem Material 2902 die Vorspannungsschicht 406 und ist damit austauschgekoppelt. Diese Austauschkopplung stellt eine zusätzliche Stabilität durch Festhalten der Magnetisierung der Vorspannungsstruktur 406 bereit. Wenngleich die Vorspannungsstruktur 406 noch aus einem weichmagnetischen Material besteht, kann ihre Magnetisierung daher durch die Austauschkopplung mit der Schicht aus antiferromagnetischem Material festgehalten werden. Die Schicht 2902 kann aus PtMn oder IrMn bestehen und besteht vorzugsweise aus IrMn.
5 zeigt eine von oben nach unten betrachtete Einzelteilansicht der magnetischen Schichten 304, 306 mit der sich dazwischen befindenden nicht magnetischen Schicht 308. Das Vorhandensein der nicht magnetischen Schicht 308 zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 304, 306 bewirkt, dass die magnetischen Schichten 304, 306 magnetostatisch miteinander gekoppelt sind. Zusätzlich weisen die magnetischen Schichten 304, 306 eine magnetische Anisotropie auf, die zur ABS parallel ist, so dass bei Nichtvorhandensein eines Magnetfelds 412 von der weichen Vorspannungsschicht 406 die Magnetisierungen der Schichten 304, 306 antiparallel zueinander und parallel zur ABS orientiert wären. Das Vorhandensein eines Vorspannungsfelds von der Magnetisierung 412 der Vorspannungsschicht 406 kippt die Magnetisierungen der magnetischen Schichten 304, 306 jedoch zu einer Richtung, die nicht zur ABS parallel (d. h. orthogonal zueinander) ist. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten 304, 306 sind durch Pfeile 502, 504 repräsentiert, wobei der Pfeil 502 die Magnetisierungsrichtung der Schicht 304 repräsentiert und der Pfeil 504 die Magnetisierungsrichtung der Schicht 306 repräsentiert. Die Magnetisierungen 502, 504 können sich jedoch ansprechend auf ein Magnetfeld, beispielsweise von einem magnetischen Medium, in Bezug zueinander bewegen. Wie vorstehend erörtert wurde, ändert diese Richtungsänderung der Magnetisierungen 502, 504 in Bezug zueinander den elektrischen Widerstand über die Sperrschicht 308, und diese Änderung des Widerstands kann als ein Signal zum Lesen magnetischer Daten von einem Medium in der Art des Mediums 112 aus 1 detektiert werden. Je näher die Magnetisierungen 502, 504 parallel zueinander sind, desto niedriger ist der Widerstand über die Schichten 304, 308, 306. Umgekehrt ist der Widerstand umso höher, je näher die Magnetisierungen 502, 504 antiparallel zueinander sind. Wie bei 5 ersichtlich ist, lenkt das Vorspannungsfeld von der Magnetisierung 412 der weichen Vorspannungsstruktur 406 die Magnetisierungen zu einer Orientierung ab, in der sie bei Nichtvorhandensein eines externen Magnetfelds im Wesentlichen orthogonal zueinander sind. Ein Magnetfeld von einem magnetischen Medium bewirkt, dass die Magnetisierungen 502, 504 entweder zur Luftlagerfläche (ABS) abgelenkt oder von dieser fortgelenkt werden. Die orthogonale Orientierung der Magnetisierungen 502, 504 bewirkt, dass das sich ergebende Signal für eine optimale Signalverarbeitung in einem im Wesentlichen linearen Gebiet der Übertragungskurve liegt.
Weil der Sensor 300 seine weiche Vorspannungsstruktur 402 an der Hinterkante des Sensorstapels 302 hat, benötigt der Sensor 300 an seinen Seiten keine magnetischen Vorspannungsstrukturen. Daher sei wiederum mit Bezug auf 3 bemerkt, dass der Raum auf beiden Seiten des Sensorstapels 302 zwischen den Abschirmungen 314, 316 mit einem nicht magnetischen, elektrisch isolierenden Material 318, wie Aluminiumoxid, SiN, Ta₂O₅ oder einer Kombination davon, gefüllt werden kann. Diese elektrisch isolierende Füllschicht stellt eine gute Isolation gegen einen elektrischen Nebenschluss zwischen den Abschirmungen 314, 316 sicher. Dies schließt die Verwendung magnetisch weicher oder magnetisch harter Vorspannungsstrukturen an den Seiten des Sensors jedoch nicht aus.
Die Vorteile, die durch einen magnetischen Lesesensor mit einer vorstehend beschriebenen weichmagnetischen Vorspannungsstruktur bereitgestellt werden, können mit Bezug auf die 25–27 besser verstanden werden. 25 zeigt schematisch einen Sensor 2502 mit einer hartmagnetischen, Vorspannungsstruktur 2504 aus dem Stand der Technik. Die Magnetisierungsvektoren 2506, 2508 der beiden magnetischen freien Schichten 2510, 2512 bilden in etwa orthogonale Winkel, und diese Anordnung wird durch ein vertikales Magnetfeld 2514 von der ”harten Vorspannungsschicht” 2504, die aus einem ”permanenten” (oder magnetisch ”harten”) magnetischen Material, wie CoPt, mit einer hohen Koerzitivkraft besteht, aufrechterhalten.
Weil die Vorspannungsstruktur 2504 ihre Magnetisierung durch ihre hartmagnetischen Eigenschaften beibehält, kann sie viel breiter gemacht werden als der Sensor. Dies ermöglicht ein erhöhtes Vorspannungsfeld und macht die laterale Ausrichtung mit den Sensorschichten 2510, 2512 auch weniger kritisch. Diese harte Vorspannungsschicht 2504 behält ihre vertikale Magnetisierungsorientierung und demgemäß das konstante vertikale magnetische Vorspannungsfeld 2514 durch ihre intrinsische Natur als ein hartmagnetisches Material, dessen Magnetisierung weder durch eine interne Entmagnetisierung noch durch resultierende Magnetfelder, die sich aus dem Aufzeichnungsmedium ergeben, oder jene vom Scherensensor selbst nicht geändert wird. Die mittlere Richtung der Magnetisierung (hier in vertikaler Richtung) des hartmagnetischen Materials kann durch eine einmalige Anwendung eines externen Magnetfelds, das die Koerzitivkraft des hartmagnetischen Materials überschreitet (typischerweise einige kOe), festgelegt werden. Allerdings folgen die Magnetisierungs-Orientierungen der einzelnen magnetischen Körner (mit einem Durchmesser von 5–10 nm) bei den meisten praktisch verfügbaren hartmagnetischen Materialien (beispielsweise CoPt) vorherrschend den Kristallanisotropieachsen der einzelnen Körner (die etwas zufällig/isotrop sind), und intergranuläre Austauschkräfte zwischen Körnern sind in Bezug auf die Kristallanisotropie nicht stark genug, um die einzelnen Kornmagnetisierungen in einer Richtung auszurichten. Selbst wenn die Kornmagnetisierungs-Orientierung im Durchschnitt in vertikaler Richtung gut ausgerichtet ist, wie durch einzelne Pfeile 2516 angegeben ist (von denen in 25 aus Gründen der Klarheit nicht alle bezeichnet sind), können einzelne Körner in einer anderen Richtung orientiert sein, die zur Luftlagerfläche nicht senkrecht ist. Weil es gerade diese wenigen Körner sind, die am nächsten zur Hinterkante des Scherensensors liegen, welche die größte Rolle beim Festlegen des Vorspannungsfelds des Scherensensors spielen, ist es wahrscheinlich, dass eine erhebliche Variation des Vorspannungsfelds von Vorrichtung zu Vorrichtung und daher eine Variation der Vormagnetisierungskonfiguration der freien Schichten existiert. Wenngleich die Magnetisierungen 2516 der Körner beispielsweise im Durchschnitt wie dargestellt senkrecht zur ABS orientiert sind, können einige der Körner an der Kante in einer Richtung orientiert sein, die nicht senkrecht zur ABS ist, wie durch Pfeile 2516a angegeben ist.
Eine andere Herausforderung, die sich durch die Verwendung einer hartmagnetischen Vorspannungsstruktur 2504 stellt, ergibt sich aus praktischen Erwägungen in Bezug auf die Bildung einer solchen Vorspannungsstruktur 2504 bei einem tatsächlichen Sensor. Wie vorstehend erörtert wurde, ergeben sich hartmagnetische Eigenschaften, die erforderlich sind, um die Magnetisierung aufrechtzuerhalten, aus dem geeigneten Materialfilmwachstum der Vorspannungsstruktur 2504. Damit dies geschieht, muss die harte Vorspannungsstruktur 2504 im Allgemeinen von einer geeigneten Keimschicht aufwachsen gelassen werden, die flach und gleichmäßig ist. Es ist jedoch praktisch unvermeidlich, dass es an der Hinterkante des Sensors eine gewisse Variation der Topographie gibt. Dies kann zu einem schlechten Wachstum und zu schlechten magnetischen Eigenschaften (beispielsweise einer niedrigen Koerzitivkraft) in der Vorspannungsstruktur 2504 an der Hinterkante des Sensors führen, welche gerade die Stelle ist, an der gute magnetische Eigenschaften am wichtigsten sind. Dies erhöht daher weiter die Wahrscheinlichkeit einer Variation von Vorrichtung zu Vorrichtung bei der Vorspannung der freien Schicht.
26 zeigt andererseits einen magnetischen Sensor 2602 mit einer weichmagnetischen Vorspannungsstruktur 2604, welche die vorstehend mit Bezug auf 4 erörterten einzigartigen Formkonfigurationen nicht ausnutzt. Beim Sensor aus 26 ist die Vorspannungsstruktur 2604 erheblich breiter als der Sensor, jedoch in dieser speziellen Hinsicht etwas ähnlich jener der harten Vorspannungsstruktur 2504 aus 25. Wie vorstehend erörtert wurde, wird dadurch, dass die Vorspannungsstruktur verhältnismäßig breit gemacht wird, mehr Toleranz bei der lateralen Ausrichtung der Vorspannungsstruktur ermöglicht und kann auch das durch die Vorspannungsstruktur bereitgestellte Vorspannungsfeld erhöht werden. Weil das Material ein weichmagnetisches Material ist, ist die intergranuläre Austauschwechselwirkung zwischen Körnern ”weichmagnetischer” Materialien stark in Bezug auf eine schwächere restliche Kristallanisotropie und richten sich die Magnetisierungsorientierungen der einzelnen Körner vorzugsweise überall lokal parallel zueinander aus, wodurch die diskrete Natur der Körner im Wesentlichen herausgemittelt wird und dies materiell einem idealen homogenen Material ähnelt, das der schädlichen Zufälligkeit der Kornvariationen bei hartmagnetischen Materialien nicht unterliegt. Wenngleich die lokalen Magnetisierungen benachbarter Körner dazu neigen, sich hochparallel zueinander auszurichten, wird die Magnetisierungsrichtung in der weichen Vorspannungsschicht jedoch nicht ausschließlich und einfach durch die einmalige Anwendung eines externen Magnetfelds festgelegt, wie vorstehend mit Bezug auf eine hartmagnetische Vorspannungsschicht beschrieben wurde. Insbesondere neigen selbst entmagnetisierende Felder, sobald ein solches Einstellungsfeld entfernt wird, dazu, zu versuchen, die Magnetisierung in der weichen Vorspannungsschicht an oder in der Nähe von Flächen und/oder Kanten auszurichten, so dass sie vorzugsweise in einer zur Fläche oder Kante tangentialen Richtung liegt. Daher weicht, wie in 26 dargestellt ist, die Magnetisierung der ”breiten” weichen Vorspannungsschicht an ihrer Kante, die den Sensorschichten 2510, 2512 am nächsten liegt, erheblich von der gewünschten Richtung senkrecht zur ABS ab, wodurch eine große Verringerung des davon an den Sensorschichten 2510, 2512 bereitgestellten Vorspannungsfelds hervorgerufen wird (kleiner als jenes, das unter Verwendung einer harten Vorspannung aus dem Stand der Technik erreichbar ist) und kein geeigneter Vormagnetisierungszustand für eine angemessene Funktionalität des Scherensensors mehr aufrechterhalten wird.
27 zeigt andererseits einen Sensor 2702, der eine weichmagnetische Vorspannungsstruktur 2704 aufweist, die vorstehend mit Bezug auf 4 beschriebene physikalische Abmessungen aufweist, die es ermöglichen, dass die Magnetisierung der weichen Vorspannungsschicht in der gewünschten Richtung senkrecht zur Luftlagerfläche gut festgelegt wird, und zwar selbst an der Kante, die den Sensorschichten 2510, 2512 am nächsten liegt, und selbst bei Vorhandensein selbst entmagnetisierender Felder von der weichen Vorspannungsschicht (oder von den Sensorschichten 2510, 2512 oder vom Medium).
Um die in 27 dargestellte weiche Vormagnetisierungsbedingung zu erreichen, sollten zwei geometrische Randbedingungen/Materialrandbedingungen erfüllt sein. Erstens sollte die vertikale Länge L der weichen Vorspannungsschicht ihre Breite stark überschreiten, d. h. L >> W. Diese Bedingung kann jedoch bereits wie im Fall aus 26 existieren und ist demgemäß ungenügend, um die gewünschte magnetische Orientierung aufrechtzuerhalten. Es ist zusätzlich wünschenswert, dass die physikalische Breite W (und/oder die Filmdicke t der weichen Vorspannungsschicht) in Bezug auf die intrinsische Austauschlänge l_ex des für die weiche Vorspannungsschicht verwendeten bildenden magnetischen Materials weiter verringert wird, so dass die lokale Intraschichtaustauschsteifigkeit, welche die gleichmäßige (vertikale) Ausrichtung der Magnetisierung, fördert, die magnetostatischen Wechselwirkungen überschreitet, die andernfalls bewirken würden, dass die Magnetisierung aus der vertikalen Richtung ”herausgedreht” wird, und bewirken würde, dass sie tangentialer zu ihren Kanten liegt, wie in 26 dargestellt ist. Wie vorstehend erörtert wurde, besteht eine Näherungsbedingung dafür, dass die Austauschsteifigkeit gegenüber der Magnetostatik dominiert, darin, dass die Geometrie der weichen Vorspannungsschicht zusätzlich die Randbedingung erfüllt, dass W < 10·l_ex und t < 10·l_ex ist. Für übliche Materialauswahlen, die aus Legierungen von Co, Ni und Fe bestehen, beträgt die Austauschlänge l_ex in etwa 4–5 nm. Daher erfüllen weiche Vorspannungsschichten mit Geometrien, die von praktischem Interesse sind, beispielsweise mit W < 40 nm und t < 20 nm, diese Kriterien.
Zusätzlich kann die Sättigungsmagnetisierung M_s der Co-, Ni-, Fe-Legierungen, die verfügbare Auswahlen für die weiche Vorspannungsschicht wären, erheblich größer sein als die Sättigungsremanenz M_rs eines typischen harten Vorspannungsmaterials (beispielsweise CoPt). Tatsächlich kann die Sättigungsmagnetisierung M_s solcher Legierungen zwei Mal so groß sein wie die Sättigungsremanenz M_rs typischer harter Vorspannungsmaterialien (beispielsweise CoPt). Deshalb kann das Vorspannungsfeld von der weichen Vorspannungsschicht trotz der angenäherten Randbedingung, dass die Breite der weichen Vorspannungsschicht W < 40 nm erfüllt, so groß oder größer sein als jenes von der harten Vorspannungsschicht, wodurch eine angemessene und ausreichende Stärke des Vorspannungsfelds bereitgestellt wird, um die geeignete Vorspannungskonfiguration eines Scherensensors aufrechtzuerhalten.
Die 6–24 zeigen einen magnetischen Lesesensor in verschiedenen Zwischenstufen der Herstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines magnetischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Unter besonderem Bezug auf 6 sei bemerkt, dass ein Substrat 602 durch Verfahren gebildet wird, die Fachleuten vertraut sind. Die Abschirmung 602 kann aus einem Material wie NiFe bestehen und durch Galvanisieren gebildet werden. Eine Reihe von Sensorschichten 604 wird als ganzer Film über der Abschirmung 602 abgeschieden. Die Reihe von Sensorschichten kann die Schichten 304, 306, 308, 312, 310 des Sensorstapels 302 aus 3 aufweisen. Zusätzlich können die Sensorschichten 604 auch eine Schicht in der Art von Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff an ihrem oberen Teil aufweisen, um als eine Stoppschicht für das chemisch-mechanische Polieren (CMP-Stopp) zu wirken. Dann wird eine Maskenschicht 606 über den Sensorschichten 604 abgeschieden. Die Maskenschicht kann eine Photoresistschicht einschließen, sie kann jedoch auch andere Schichten in der Art einer oder mehrerer Hartmasken, einer unteren Antireflexionsbeschichtung usw. einschließen. Der Ort einer vorgesehenen Luftlagerflächenebene ist durch eine in 6 als ABS bezeichnete gestrichelte Linie angegeben, um die relative Orientierung der Ansicht aus 6 zu zeigen.
Mit Bezug auf 7 sei nun bemerkt, dass die Maskenschicht 606 strukturiert wird, um eine Maske mit einer Kante 702 zu bilden, die dafür ausgelegt ist, eine Hinterkante des Sensors zu definieren (beispielsweise 404 in 4). Es wird dann ein Ionenätzen ausgeführt, um Abschnitte des Sensormaterials zu entfernen, die nicht durch die Maske 606 geschützt sind, wodurch eine Struktur verbleibt, wie sie in 8 dargestellt ist.
Mit Bezug auf 9 sei bemerkt, dass dann eine dünne nicht magnetische elektrisch isolierende Schicht 902 über der Abschirmung 602, der Sensorschicht 604 und der Maske 606 abgeschieden wird. Die dünne nicht magnetische elektrisch isolierende Schicht 902 kann aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehen und durch Atomschichtabscheidung (ALD) abgeschieden werden, oder sie kann aus Si₃N₄ bestehen, das durch Ionenstrahlabscheidung (IBD) abgeschieden werden kann. Dann wird eine Schicht aus einem weichmagnetischen Vorspannungsmaterial 904 über der dünnen nicht magnetischen elektrisch isolierenden Schicht 902 abgeschieden. Das weichmagnetische Vorspannungsmaterial 904 kann ein Material wie NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon sein. Bevorzugter besteht die Schicht 904 aus NiFe mit 50 bis 60 oder etwa 55 Atomprozent Fe oder CoFe. Eine Verkappung 905 wird über der weichmagnetischen Vorspannungsschicht abgeschieden, um die Austauschkopplung mit der oberen Abschirmung (in 9 noch nicht ausgebildet und auch nicht dargestellt) zu brechen. Die Verkappungsschicht 905 kann aus einem nicht magnetischen Material bestehen, das entweder elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein kann. Dann kann eine Schicht aus einem Material, das für das chemisch-mechanische Polieren 906 widerstandsfähig ist, über dem Verkappungsschichtmaterial 905 abgeschieden werden, um eine CMP-Stoppschicht bereitzustellen. Diese CMP-Stoppschicht 906 kann aus Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff (DLC) bestehen, wenngleich auch andere Materialien verwendet werden könnten.
Ein Abhebe- und Planarisierungsprozess kann dann ausgeführt werden, um die Maske 606 zu entfernen und eine flache Oberfläche zu bilden, wie in 10 dargestellt ist. Dieser Prozess kann das Ausführen eines Unebenheits-Ausbackens und chemischen Abhebens zum Entfernen der Maske 606, das Ausführen eines chemisch-mechanischen Polierens und das anschließende Ausführen eines schnellen reaktiven Ionenätzens zum Entfernen der CMP-Stoppschicht 906 einschließen (9). Wie in 10 ersichtlich ist, führt dies zu einem Sensor 604 mit einer Hinterkante und einer dünnen Isolationsschicht 906, die sich über der Hinterkante des Sensors und über der Abschirmung 602 erstreckt. Auch erstreckt sich eine weichmagnetische Vorspannungsstruktur 904 von der Hinterkante des Sensors 604, wobei sie vom Sensor 604 und von der Abschirmung 602 durch die Isolationsschicht 906 getrennt ist und die darüber ausgebildete Verkappungs-Schicht 905 aufweist.
11 zeigt eine Schnittansicht einer zur ABS parallelen Ebene bei Betrachtung von der Linie 11-11 aus 10. 11 zeigt die Abschirmung 602 und die Sensorschicht 604. Eine zweite CMP-Stoppschicht (vorzugsweise aus Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff) 1101 und eine zweite Maskenschicht 1102 werden über der Sensorschicht 604 abgeschieden. Wie bei der zuvor beschriebenen Maske 606 kann diese Maskenschicht 1102 eine Photoresistschicht aufweisen und auch verschiedene andere Schichten in der Art einer oder mehrerer Hartmasken, einer unteren Antireflexionsbeschichtung usw. aufweisen.
Mit Bezug auf 12 sei bemerkt, dass die Maskenschicht 1102 photolithographisch strukturiert wird, um eine Maske mit Kanten zu bilden, welche eine Sensorbreite definieren. Die Struktur der strukturierten Maske 1102 kann mit Bezug auf 13 betrachtet werden, worin eine von einer Linie 13-13 aus 12 betrachtete Ansicht von oben nach unten gezeigt ist. In einer gepunkteten Linie dargestellte Strukturen geben Strukturen an, die sich unterhalb der Maske 1102 in 13 befinden.
Ein Ionenätzen kann dann ausgeführt werden, um Material zu entfernen, das nicht durch die Maske 1102 geschützt ist, so dass eine Struktur verbleibt, die in 14 im Querschnitt dargestellt ist. Dann wird, wie mit Bezug auf 15 bemerkt sei, eine elektrisch isolierende, nicht magnetische Füllschicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), etwa bis zur Höhe der Sensorschicht 604 abgeschieden. Eine andere CMP-Stoppschicht 1504, die aus einer Schicht besteht, welche gegen ein chemisch-mechanisches Polieren widerstandsfähig ist, beispielsweise aus Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff (DLC), kann über der isolierenden Füllschicht 1502 abgeschieden werden.
Ein anderer Abhebe- und Planarisierungsprozess kann dann ausgeführt werden, um die Maske 604 zu entfernen und eine glatte planare Struktur zu bilden, wie in 16 dargestellt ist. Wie zuvor kann diese zweite Abhebung und Planarisierung das Ausführen eines Unebenheits-Ausbackens und eines chemischen Abhebens zum Entfernen der Maske und das anschließende Ausführen eines chemisch-mechanischen Polierens, gefolgt von einem schnellen reaktiven Ionenätzen zum Entfernen der verbleibenden CMP-Stoppschichten 1101, 1504 (15) aufweisen. 17 zeigt eine von der Linie 17-17 aus 16 gesehene von oben nach unten betrachtete Ansicht der Struktur.
Dann wird, wie mit Bezug auf 18 bemerkt sei, eine dritte Maske 1802 über dem Sensor 604 und der umgebenden Struktur gebildet. Die Konfiguration dieser Maske 1802 kann mit Bezug auf 19 besser gesehen werden, worin eine von der Linie 19-19 aus 18 gesehene von oben nach unten betrachtete Ansicht dargestellt ist. Wie in 19 ersichtlich ist, bedeckt die Maske 1802 den Sensor 604 und die umgebende Struktur, lässt jedoch den Feldbereich (den weiter vom Sensor 604 entfernten Bereich) unbedeckt. Auch weist die Maske 1802 eine Kante 1802a auf, die eine von der Luftlagerflächenebene ABS gemessene Länge der weichen Vorspannungsstruktur 904 definiert.
Mit der sich an ihrem Ort befindenden Maske 1802 wird ein drittes Ionenätzen ausgeführt, um von der Maske 1802 nicht geschütztes Material zu entfernen. Dies führt zu einer in 20, worin eine von der Linie 20-20 aus 19 gesehene Schnittansicht dargestellt ist, im Querschnitt gezeigten Struktur. Dann wird, wie mit Bezug auf 21 bemerkt sei, eine weitere nicht magnetische elektrisch isolierende Füllschicht 2102, beispielsweise aus Aluminiumoxid, etwa bis zur Dicke des Sensors 604 abgeschieden. Es kann ein dritter Abhebeprozess ausgeführt werden, wodurch eine Struktur verbleibt, wie sie in 22 dargestellt ist. Die Maske 1802 wird mit einer Hinterschneidung gebildet, wie dargestellt ist, wodurch die Entfernung der Maske nach der Abscheiung der Füllschicht 2102 erleichtert wird. Der Abhebeprozess kann ein Abheben in einem NMP-Lösungsmittel aufweisen. 23 zeigt eine von der Linie 23-23 aus 22 gesehene von oben nach unten betrachtete Ansicht der Struktur. Wie in 23 ersichtlich ist, definiert der dritte Maskierungs- und Ionenätzprozess eine in einer zur ABS senkrechten Richtung gemessene Länge L der weichmagnetischen Vorspannungsstruktur.
Es sei mit Bezug auf 24 bemerkt, dass dann eine obere oder hintere magnetische Abschirmung 2402 durch Prozesse gebildet werden kann, die Fachleuten bekannt sind, wie durch Galvanisieren eines magnetischen Materials, wie NiFe. Die Magnetisierung der weichmagnetischen Vorspannungsschicht 904 kann durch Anwenden eines Magnetfelds in einer gewünschten Richtung senkrecht zu einer Luftlagerflächenebene (wobei die Luftlagerfläche noch nicht gebildet wurde) festgelegt werden.
Wenngleich vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass sie nur als Beispiel und ohne Einschränkung präsentiert wurden. Andere Ausführungsformen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen, können Fachleuten auch einfallen. Demgemäß sollen die Breite und der Schutzumfang der Erfindung nicht durch irgendwelche der vorstehend beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen eingeschränkt sein, sondern nur gemäß den folgenden Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert werden.

Claims

Magnetischer Lesesensor, welcher Folgendes umfasst: einen Sensorstapel mit einer ersten und einer zweiten magnetischen freien Schicht, wobei der Sensorstapel eine erste Kante, die sich an einer Luftlagerfläche befindet, und eine der ersten Kante entgegengesetzte zweite Kante aufweist, und eine magnetisch weiche Vorspannungsstruktur, die sich angrenzend an die zweite Kante des Sensorstapels befindet und sich in einer von der Luftlagerfläche fort zeigenden Richtung erstreckt, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine Form aufweist, die dazu führt, dass sie eine Magnetisierung aufweist, die in einer zur Luftlagerfläche senkrechten Richtung orientiert ist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine in einer Richtung senkrecht zur Luftlagerfläche gemessene Länge aufweist und eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite aufweist und wobei die Länge größer als die Breite ist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei: die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur ein Material mit einer intrinsischen Austauschlänge aufweist, die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite und eine senkrecht zur Breite und parallel zur Luftlagerfläche gemessene Dicke aufweist und die Breite und die Dicke kleiner als das 10Fache der intrinsischen Austauschlänge sind.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon aufweist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe mit 50 bis 60 Atomprozent Fe oder CoFe aufweist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe mit etwa 55 Atomprozent Fe oder CoFe aufweist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eines oder mehrere von Co, Ni und Fe aufweist, eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite aufweist, die kleiner als 40 nm ist, und eine senkrecht zur Breite und parallel zur Luftlagerfläche gemessene Dicke aufweist, die kleiner als 20 nm ist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht durch eine nicht magnetische elektrisch isolierende Schicht vom Sensorstapel getrennt ist.
Magnetischer Lesesensor nach Anspruch 1, welcher ferner eine Schicht aus einem antiferromagnetischen Material aufweist, die mit der magnetisch weichen Vorspannungsstruktur austauschgekoppelt ist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem, welches Folgendes umfasst: ein Gehäuse, ein magnetisches Medium, das innerhalb des Gehäuses montiert ist, einen Flugkörper, ein Stellglied, das mit dem Flugkörper verbunden ist, um den Flugkörper angrenzend an eine Oberfläche des magnetischen Mediums zu bewegen, und einen magnetischen Lesesensor, der auf dem Flugkörper ausgebildet ist, wobei der magnetische Lesesensor Folgendes umfasst: einen Sensorstapel mit einer ersten und einer zweiten magnetischen freien Schicht, wobei der Sensorstapel eine erste Kante, die sich an einer Luftlagerfläche befindet, und eine der ersten Kante entgegengesetzte zweite Kante aufweist, und eine magnetisch weiche Vorspannungsstruktur, die sich angrenzend an die zweite Kante des Sensorstapels befindet und sich in einer von der Luftlagerfläche fort zeigenden Richtung erstreckt, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine Form aufweist, die dazu führt, dass sie eine Magnetisierung aufweist, die in einer zur Luftlagerfläche senkrechten Richtung orientiert ist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine in einer Richtung senkrecht zur Luftlagerfläche gemessene Länge aufweist und eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite aufweist und wobei die Länge größer als die Breite ist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei: die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur ein Material mit einer intrinsischen Austauschlänge aufweist, die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite und eine senkrecht zur Breite und parallel zur Luftlagerfläche gemessene Dicke aufweist und die Breite und die Dicke kleiner als das 10Fache der intrinsischen Austauschlänge sind.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon aufweist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe mit 50 bis 60 Atomprozent Fe oder CoFe aufweist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht NiFe mit etwa 55 Atomprozent Fe oder CoFe aufweist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsstruktur eines oder mehrere von Co, Ni und Fe aufweist, eine parallel zur Luftlagerfläche gemessene Breite aufweist, die kleiner als 40 nm ist, und eine senkrecht zur Breite und parallel zur Luftlagerfläche gemessene Dicke aufweist, die kleiner als 20 nm ist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, wobei die magnetisch weiche Vorspannungsschicht durch eine nicht magnetische elektrisch isolierende Schicht vom Sensorstapel getrennt ist.
Magnetisches Datenaufzeichnungssystem nach Anspruch 10, welches ferner eine Schicht aus einem antiferromagnetischen Material aufweist, die mit der magnetisch weichen Vorspannungsstruktur austauschgekoppelt ist.
Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Sensors, welches folgende Schritte umfasst: Bilden einer magnetischen Abschirmung, Abscheiden einer Reihe von Sensorschichten über der Abschirmung, wobei die Reihe von Sensorschichten eine erste und eine zweite freie magnetische Schicht und eine dazwischen sandwichförmig angeordnete nicht magnetische Schicht aufweist, Ausführen eines ersten Maskierungs- und Ionenätzprozesses unter Verwendung einer Maske, die dafür ausgelegt ist, eine Sensorstreifenhöhe zu definieren, Abscheiden eines weichmagnetischen Materials, Ausführen eines zweiten Maskierungs- und Ionenätzprozesses unter Verwendung einer Maske, die dafür ausgelegt ist, eine Sensorbreite zu definieren, und Ausführen eines dritten Maskierungs- und Ionenätzprozesses unter Verwendung einer Maske, die dafür ausgelegt ist, eine Länge der weichmagnetischen Vorspannungsstruktur zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 19, welches ferner das Ausführen eines Wärmebehandlungsprozesses zum Festlegen der Magnetisierung des weichmagnetischen Materials in einer gewünschten Richtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das weichmagnetische Material NiFe, NiFeMo, CoFe, CoNiFe oder Legierungen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das weichmagnetische Material NiFe mit 50–60 Atomprozent Fe oder CoFe umfasst.