CN100347747C - 差动cpp gmr磁头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有非磁性高传导率引线以实现低引线电阻的差动垂直平面电流模式(CPP)巨磁电阻(GMR)传感器。差动CPP GMR传感器包括第一自旋阀(SV)传感器，第二自旋阀传感器和金属间隔层，金属间隔层设置在第一和第二自旋阀传感器之间。由于本发明CPP GMR传感器的差动操作，无需屏蔽层对传感器屏蔽寄生磁场。使用具有较厚的高传导率非磁性引线层来代替屏蔽层以减少传感器的引线电阻。适于形成引线的材料包括钨(W)、金(Au)、铑(Rh)、铜(Cu)、钽(Ta)，这是出于它们导电性能以及耐腐蚀、耐污性的考虑。

Description

差动CPP GMR磁头
技术领域
本发明通常涉及用于从磁介质读取信息信号的磁转换器，具体涉及具有改进的非磁性高导引线的差动垂直平面电流模式巨磁电阻传感器。
背景技术
计算机通常包含有辅助存储器存储设备，该辅助存储器存储设备具有在之上可写入数据并可为以后使用从中读出数据的介质。采用旋转磁盘的直接访问存储设备(磁盘驱动器)通常在盘表面以磁形式存储数据。在磁盘表面上，将数据记录在同心的径向间隔的磁道上。之后，使用包含有读传感器的磁头从磁盘表面上的轨道读取数据。
在高容量磁盘驱动器中，由于与薄膜感应磁头相比，磁电阻(MR)读传感器(通常称为MR传感器)具有从更大轨道和线密度的磁盘表面读取数据的能力，其成为当前主导型的读传感器。作为MR层所探测到的磁通量强度和方向的函数，MR传感器通过其MR传感层(也称为“MR元件”)的电阻变化来探测磁场。
传统MR传感器是基于各向异性磁电阻(AMR)效应来进行操作的，其中MR元件的电阻随MR元件的磁化与流过MR元件的传感电流方向之间的夹角的余弦的平方而变化。由于记录磁介质的外磁场(信号场)导致MR元件磁化方向的变化，并进而导致MR元件中电阻的变化，以及传感电流或电压的相应变化，可从磁介质读出记录数据。
另一种MR传感器为表现出巨磁电阻(GMR)效应的GMR传感器。在GMR传感器中，MR传感层的电阻根据非磁性层(间隔层)所分隔的磁层之间传导电子的自旋相关透射，以及相伴的在磁层与非磁性层的界面和磁层内发生的自旋相关散射的函数而发生变化。
仅使用两个由非磁性材料(如铜)层所分隔的铁磁材料(如Ni-Fe)层的GMR传感器通常称为表现出自旋阀(SV)效应的SV传感器。
图1示出了包括由中心区102分隔的端区104和106的SV传感器100。称作被栓固层120的第一铁磁层通常通过与反铁磁(AFM)层125交换耦合而固定(被栓固)其磁化。称为自由层110的第二铁磁层的磁化不固定，而是响应来自记录磁介质(信号场)的磁场而自由旋转。自由层110通过非磁性导电间隔层115与被栓固层120隔离。在端区104和106分别形成的硬偏置层130和135为自由层110提供纵向偏置。在硬偏置层130和135上分别形成的引线140和145提供用于检测SV传感器100的电阻的电连接。在SV传感器100中，由于引线140和145之间的传感电流处在SV传感器层的平面内，从而将这种传感器称为平面电流(CIP)SV传感器。IBM公司Dieny等人的美国专利5,206,590披露了基于SV效应的GMR传感器。
另一类型的自旋阀传感器为反平行被栓固(AP)自旋阀传感器。AP被栓固自旋阀传感器与简单自旋阀传感器的不同之处在于，AP被栓固结构具有多个薄膜层，而不是单个被栓固层。AP被栓固结构具有夹在第一和第二铁磁被栓固层之间的反平行耦合(APC)层。通过与反铁磁栓固层交换耦合，使第一被栓固层的磁化沿第一方向取向。第二被栓固层紧邻自由层，并且由于第一和第二被栓固层之间APC层的选定厚度(在8CE的量级)，与第一被栓固层反平行交换耦合。因此，第二被栓固层的磁化取向沿与第一被栓固层的磁化方向反平行的第二方向。
由于AP被栓固结构的第一和第二被栓固层的磁化相抵(subtractively)组合以提供弱于单个被栓固层磁化的净磁化，因此AP被栓固结构比单个被栓固层更好。净磁化的方向由第一和第二被栓固层中较厚的一层来确定。减弱的净磁化等同于来自AP被栓固结构的减弱的退磁场。由于反铁磁交换耦合反比于净栓固磁化，这增大了第一被栓固层与反铁磁被栓固层之间的交换耦合。在Heim和Parkin的美国专利5,465,185中描述了AP被栓固自旋阀传感器。
仍然需要增大MR系数和减小GMR传感器的厚度。增大自旋阀效应并减小传感器几何尺寸以及减小传感器几何尺寸等同于读磁头读取更高的位密度(位/转动磁盘的平方英寸)。
发明内容
本发明的一个目的在于公开一种具有非磁性高导引线以实现低引线电阻的差动垂直平面电流模式(CPP)GMR传感器。
本发明的又一目的在于公开一种具有因减少引线寄生电阻而改进的delta R/R的差动CPP GMR传感器。
根据本发明的原理，公开了一种差动CPP GMR传感器，包括第一自旋阀(SV)传感器，第二SV传感器和金属间隔层，其中金属间隔层放置在第一和第二SV传感器之间。差动CPP SV传感器夹在由非磁性高传导率金属形成的厚的第一和第二引线层之间。在第一实施例中，第一SV传感器包括与第一自由层相邻的反平行(AP)耦合的第一被栓固层，第二SV传感器包括与第二自由层相邻的AP耦合的第二被栓固层。金属间隔层夹在第一和第二自由层之间。由于本发明的CPP GMR传感器的差动操作，没有必要使用将传感器与寄生磁场屏蔽开的屏蔽层。使用厚的具有高传导率的非磁性引线层代替屏蔽层，以减少传感器的引线电阻。适于形成引线的材料包括钨(W)，金(Au)，铑(Rh)，铜(Cu)和钽(Ta)，这是出于它们传导性能以及耐腐蚀、耐污性的考虑。
将记录在磁介质上的磁数据的半位长安排成与差动CPP GMR传感器的第一和第二自由层之间的间隔相等。利用与自由层之间的间隔相等的半位长，由于第一和第二被栓固层的180°相位差，第一和第二自旋阀传感器所产生的信号相加。由于该CPP传感器的差动操作，寄生磁场不产生任何信号。因此，在本发明的差动CPP传感器的任何一侧都不需要铁磁屏蔽。
通过下面的详细描述可理解本发明的上述内容，以及其他目的，特征和优点。
附图说明
为更多理解本发明的特性和优点，以及优选实施方式，将结合附图，参照以下详细描述。在以下附图中，对所有附图中相同或相似的部件赋予相同的附图标记。
图1为现有技术SV传感器的气浮表面(air bearing surface)视图，未按比例绘制；
图2为使用本发明的SV传感器的磁记录盘驱动器系统的简图；
图3为“背负式(piggyback)”读/写磁头的垂直截面图，未按比例绘制；
图4为本发明的差动CPP GMR传感器的实施例的气浮表面视图，未按比例绘制；
图5为本发明的差动CPP GMR传感器的第二实施例的气浮表面视图，未按比例绘制；
图6为本发明的差动CPP GMR传感器的第三实施例的气浮表面视图，未按比例绘制。
具体实施方式
下面将描述用于实施本发明的优选实施例。这些描述说明了本发明的普遍原理，且不旨在限制这里要求保护的发明构思。
下面参看图2，其中示出了实施本发明的磁盘驱动器200。如图2所示，在主轴214上支撑有至少一个可转动磁盘212，可转动磁盘212被磁盘电机218转动。每个盘上的磁记录介质在磁盘212上呈环形模式的同心数据轨道(未显示出)形式。
在磁盘212上安置至少一个滑动器213，每个滑动器213支承一个或多个读/写磁头221，其中磁头221采用了本发明的SV传感器。当磁盘旋转时，滑动器213在磁盘表面222之上沿径向里外移动，以使磁头221可访问磁盘上记录有所需数据的不同部分。每个滑动器213通过悬架215附着于致动臂219上。悬架215提供轻微的弹力以使滑动器213偏向磁盘表面222。每个致动臂219附着于致动器227上。如图2所示的致动器可以为音圈马达(VCM)。VCM包括可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度由控制器229所提供的马达电流信号控制。
在磁盘存储系统的操作期间，磁盘212的转动在滑动器213(滑动器213包括磁头221在内并与磁盘212的表面相对的表面称为气浮表面(ABS))与磁盘表面212之间产生气浮，由此对滑动器产生上升力或抬升力。从而，气浮抵消了悬架215的轻微弹力，在正常操作期间撑起滑动器213并使其以小且基本恒定的间隔稍稍在磁盘表面之上。
在操作中，通过由控制单元229产生的控制信号，如访问控制信号和内部时钟信号，控制磁盘存储系统的各个部件。控制单元229通常包括逻辑控制电路，存储芯片和微处理器。控制单元229产生控制信号来控制多种系统操作，如在线路223上的马达驱动控制信号，和在线路228上的磁头定位和寻道控制信号。在线路228上的控制信号提供所需的电流分布，以便最优地移动和定位滑动器213到达磁盘212上所需的数据轨道。通过记录通道225，针对读/写头221传输读、写信号。记录通道225可为部分响应最大似然(PRML)通道或峰值检测通道。在现有技术中，这两种通道的设计和实现为本领域技术人员所熟知。在优选实施例中，记录通道225为PRML通道。
上面关于典型磁盘存储系统的描述以及图2的所附说明仅用于说明目的。应该理解，盘存储系统可包括大量的盘和致动臂，且各致动臂可支承多个滑动器。
图3为“背负式(piggyback)”读/写磁头300的侧截面图，该读/写头包括写磁头部分302和读磁头部分304，读磁头部分采用根据本发明的差动CPP GMR传感器306。传感器306夹在非磁性的导电的第一和第二引线层312和314之间。第一和第二非磁性绝缘层308和310将此区中的第一和第二引线层与处在ABS处的传感器隔开。传感器306的电阻响应外部磁场而变化。流过传感器的传感电流Is使这些电阻变化表现为电压变化。之后，将这些电压变化被图2所示的数据记录通道225的处理电路处理为回读信号。
读/写磁头300的写磁头部分302包括夹在第一和第二绝缘层318和320之间的线圈层316。可采用第三绝缘层322使磁头平坦化，以消除线圈层316在第二绝缘层320中产生的波纹。第一，第二和第三绝缘层在现有技术中称为绝缘堆。线圈层316和第一，第二和第三绝缘层318，320和322夹在第一和第二极片层324和326之间。第一和第二极片层324和326在后部间隙328处磁性耦合，并且在ABS 340处具有通过写间隔层334隔离的第一和第二极尖330和332。绝缘层336处在第二屏蔽层314和第一极片层324之间。由于第二屏蔽层314和第一极片层324是分立的层，因而该读/写头成为“背负式”磁头。
第一实施例
图4为根据本发明第一实施例的差动CPP GMR传感器400的气浮表面视图，未按比例绘制。传感器400包括由中心区406彼此分隔的端区402和404。CPP传感器的有源区包括在中心区406中形成的第一SV传感器410和第二SV传感器412。第一和第二SV传感器通过金属间隔层414分隔。在中心区406中，第一SV传感器410形成在沉积于第一引线层L1418之上的种子层416上。种子层416是被沉积以用于修正后续层的结晶结构或粒度的非磁性金属层。第一引线层418为沉积在基板408上并且遍布于中心区406和端区402和404的非磁性高传导率金属(如钨(W)，或可选的金(Au)，铑(Rh)，铜(Cu)和钽(Ta)的其他材料)层。可选地，第一引线层418可包括具有两层或更多层的多层，每层可由以上列举的任何导电金属形成。例如，第一引线层可包括由Ta层和Au层形成的双层，或由Ta层和Rh层形成的双层。基底408可为任何合适的物质，包括玻璃，半导体材料，或诸如矾土(Al2O3)之类的陶瓷物质。
第一SV传感器410包括在种子层416之上的第一被栓固层422和沉积在第一被栓固层之上的铁磁第一自由层424。第一被栓固层422为AP耦合层，它包括与种子层416相邻的第一铁磁(FM1)层426，第二铁磁(FM2)层428和夹在FM1与FM2层426与428之间的反平行耦合(APC)层427。APC层427由能够将FM1和FM2层426和428强烈地反铁磁耦合在一起的非磁性材料形成，最好选用钌(Ru)。
第二SV传感器412包括沉积在金属间隔层414之上的铁磁第二自由层430和沉积在第二自由层之上的第二被栓固层424。第二被栓固层424为AP耦合层，它包括与第二自由层430相邻的第三铁磁(FM3)层432，第四铁磁(FM4)层434和夹在FM3与FM4层432与434之间的反平行耦合(APC)层433。APC层433由能够将FM3和FM4层432和434强烈地反铁磁耦合在一起的非磁性材料形成，最好选用钌(Ru)。帽(cap)层436沉积于第二被栓固层424之上。
在第一引线层418上，分别在端区402和404中形成与中心区406中CPP传感器层相邻接触的绝缘层440和442，其由诸如氧化铝的电绝缘材料组成。在中心区406中帽层436之上，和在端区402和404中绝缘层440和442之上，沉积由诸如钨(W)，或可选的金(Au)，铑(Rh)，铜(Cu)或钽(Ta)的非磁性高传导率金属组成的第二引线层L2420。可选地，第二引线层420也可包括具有两层或更多层的多层，每层由以上列举的任何导电金属形成。例如，第一引线层可包括由Ta层和Au层形成的双层，或由Ta层和Rh层形成的双层。
如果期望得到第一和第二自由层424和430的磁域状态的纵向稳定性，可以象在现有技术中所熟知的那样在端区402和404中设置硬偏置层。IBM公司Fontana等人的美国专利5,720,410描述了这种纵向偏置方法。
第一和第二引线层418和420为传感电流Is从电流源450传向CPP传感器400的流动提供电连接。电连接到第一和第二引线层418和420的信号探测器460探测由外磁场(例如，由磁盘上数据位所产生的磁场)分别在第一和第二自由层424和430中引发的变化所导致的电阻变化。外磁场用于将第一和第二自由层的磁化方向分别相对于第一和第二被栓固层422和424的磁化方向旋转，最好是第一和第二被栓固层422和424的磁化被栓固成与ABS垂直。信号探测器460最好包括部分响应最大似然(PRML)记录通道，用于处理由差动CPP
GMR传感器400所检测的信号。可选地，可使用峰值检测通道或最大似然通道(如1,7ML)。上述通道的设计和实现为本领域技术人员所熟知。信号探测器460还包括其他支持电路，如前置放大器(在电路上设置在传感器与通道之间)，以调节所探测的电阻变化，这对本领域技术人员已熟知。
可在磁控管溅射和离子束溅射系统中制成传感器400，以顺序沉积如图4所示的多层结构。在基底408上沉积钨(W)，或可选的金(Au)，铑(Rh)，铜(Cu)，钽(Ta)或这些材料组合的第一引线层418，其厚度在500-2000的范围内。在沉积第一引线层之后，进行化学/机械抛光(CMP)，以便为沉积CPP SV传感器的层结构提供光滑表面。为获得最佳CMP效果，最好使用钨形成第一引线层。在第一引线层418之上，在存在约40Oe的纵向或横向磁场的条件下，顺序沉积种子层416，第一SV传感器410，金属间隔层414和第二SV传感器412，以对所有铁磁层的易磁化轴定向。在第一引线层418上沉积由最好选用钽(Ta)的厚度约30的非磁性金属形成的种子层416。在种子层416上沉积厚度在20-50范围内的Ni-Fe形成的FM1层426。在FM1层426上沉积最好为厚度约6的钌(Ru)形成的APC层427。在APC层427上沉积厚度在20-50范围内的Ni-Fe形成的FM2层428。FM1层426的厚度被选择成大于FM2层428的厚度，以使FM1层426的磁化443(如指向纸面外的箭头所示)比FM2层428的磁化444(如指向纸面里的箭尾所示)更大。从而，AP耦合第一被栓固层422的净磁化方向与FM1层426的磁化443的方向相同。在FM2层428上沉积厚度在20-40范围内的Ni-Fe形成的第一自由层424。或者，自由层428可由层叠的多层形成，它包括由在FM1层426上沉积的厚度约5的钴(Co)形成的铁磁界面层和由在该界面层上沉积的厚度为20-30的Ni-Fe形成的铁磁层。
在第一自由层424上沉积由非磁性金属形成的金属间隔层414。金属间隔层提供了分隔差动CPP传感器400的第一和第二SV传感器410和412的自由层的读间隙。利用该差动传感器，所记录的磁半位长被设置成与第一和第二自由层424和430之间的间隔相等。将第一和第二自由层424和430的磁化方向425和431分别设置成具有相同的方向，或如图4所示朝右的方向，或朝左。在未来高密度技术应用中，金属间隔层的厚度将小于500。
在金属间隔层414上沉积厚度在20-40范围内的Ni-Fe形成的第二自由层430。或者，自由层430可由层叠的多层形成，它包括由在金属间隔层414上沉积的厚度为20-30的Ni-Fe形成的铁磁层和由在该Ni-Fe铁磁层上沉积的厚度约5的钴(Co)形成的铁磁界面层。在第二自由层430上沉积厚度在20-50范围内的Ni-Fe形成的FM3层432。在FM3层432上沉积最好选用厚度约6的钌(Ru)形成的APC层433。在APC层433上沉积厚度在20-50范围内的Ni-Fe形成的FM4层434。FM3层432的厚度被选择成大于FM4层434的厚度，以使FM3层432的磁化445(如指向纸面外的箭头所示)比FM4层434的磁化446(如指向纸面里的箭尾所示)更大。从而，AP耦合第一被栓固层422的净磁化方向与FM3层432的磁化445的方向相同。在FM4层434上形成的具有厚度约30的钨的帽层436，使CPP传感器400的中心区406形成完成。在中心区406的帽层436之上，以及在端区402和404的绝缘层440和442之上，形成厚度在500-2000范围内的第二引线层420，选用材料为钨(W)，或可选的金(Au)，铑(Rh)，铜(Cu)，钽(Ta)或这些材料的组合。
本发明的差动CPP GMR传感器400的一个优点在于，由于传感器的差动操作，不需要铁磁屏蔽来防止寄生磁场造成假信号。屏蔽需求的消除允许使用厚的高传导率引线L1和L2以实现低引线电阻。由于寄生电阻(不对delta R产生贡献的电阻)降低，对于传感器，低引线电阻提供更高的delta R/R。
本发明的差动CPP GMR传感器400的另一优点在于，在将半位长设置成与金属间隔层414(读间隙)的厚度相等的情况下，对于横向或纵向转换，分别将第一和第SV传感器410和412的第一和第二被栓固层422和424设置成180°异相以提供信号相加。为实现被栓固层的该相位关系，选择铁磁层FM1，FM2，FM3和FM4的厚度，使得FM2和FM3在重置过程期间变成180°异相。通过选择FM1的磁厚度大于FM2的厚度，以及选择FM3的磁厚度大于FM4的厚度，来实现该相位关系。或者，可选择FM2的厚度大于FM1的厚度，以及选择FM4的磁厚度大于FM3的厚度，来实现该相位关系。还可使用在FM1，FM2，FM3和FM4之间的磁各向异性差来实现这些层的期望磁取向。
第二实施例
图5示出了根据本发明另一实施例的差动CPP传感器500的气浮表面(ABS)视图，未按比例绘制。CPP SV传感器500与图4所示的CPP SV传感器400的不同之处在于，其具有各自包括简单被栓固层518和520，以及用第一和第二反铁磁(AFM)栓固层514和516来代替SV传感器400的自栓固AP耦合层422和424的第一和第二SV传感器510和512。在种子层416上沉积厚度在50-200范围内的Pt-Mn或Ir-Mn形成的第一AFM层514。在第一AFM层上沉积厚度在20-40范围内的Co-Fe形成的第一被栓固层518。在第一被栓固层518上顺序沉积第一自由层424，金属间隔层414和第二自由层430。在第二自由层上沉积厚度在20-40范围内的Co-Fe形成的第二被栓固层520，以及在第二被栓固层520上沉积厚度在50-200范围内的Pt-Mn或Ir-Mn形成的第二AFM层516。在第AFM层516上沉积帽层436。
在存在强磁场条件下将第一AFM层514设置在高温上，以将第一被栓固层518的磁化519的方向(如指向纸面外的箭头所示)栓固成与ABS垂直，这已为本领域技术人员所熟知。以类似方式设置第二AFM层516，以将第二被栓固层520的磁化521的方向(如指向纸面里的箭尾所示)栓固成沿第一被栓固层518的磁化519的反方向。或者，可将第一被栓固层518栓固成使得磁化519指向纸面里，可将第二被栓固层520栓固成使得磁化521指向纸面外。利用等于自由层之间间隔的半位长，由于第一和第二被栓固层的磁化具有180°相位差，从而差动CPP传感器500的第一和第二自旋阀传感器所产生的信号相加。180°异相的第一和第二AFM层514和516的设置可需要对每个层使用不同的AFM材料，设置过程在本技术领域已知。
第三实施例
图6示出了根据本发明又一实施例的差动CPP传感器600的气浮表面(ABS)视图，未按比例绘制。CPP SV传感器600与图4所示的CPP SV传感器400的不同之处在于，其具有包括自栓固AP耦合第一被栓固层614的第一SV传感器610，和包括简单被栓固层620的第二SV传感器612，其中用反铁磁(AFM)栓固层616代替SV传感器400的两个自检固AP耦合层422和424。具有简单被栓固层和AFM栓固层的SV传感器612最好是形成差动CPP传感器600的堆中的顶部传感器，但可选地，也可将其配置成差动CPP传感器的底部传感器。包括第一被栓固层614和第一自由层424的第一SV传感器610与CPP传感器400的第一SV传感器410相同。在第二自由层430上沉积厚度在20-40范围内的Co-Fe形成的第二传感器612的第二被栓固层620。在第二被栓固层620上沉积厚度在50-200范围内的Pt-Mn或Ir-Mn形成的AFM层616。在AFM层616上沉积帽层436。
在存在强磁场条件下将AFM层616设置在高温上，以将第二被栓固层620的磁化621的方向(如指向纸面外的箭头所示)栓固成与ABS垂直，并沿第一被栓固层614的FM2层428的磁化444的反方向，这已为本领域技术人员所熟知。或者，可将FM2层428栓固成使得磁化444指向纸面里，可将第二被栓固层620栓固成使得磁化621指向纸面外。利用等于自由层之间间隔的半位长，由于FM2层428和第二被栓固层620的磁化具有180°相位差，从而差动CPP传感器600的第一和第二自旋阀传感器所产生的信号相加。
尽管参照优选实施例具体说明和描述了本发明，对于本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明精神，范围和教导的前提下，在形式和细节上可作出多种变形。因此，应将所公开的本发明理解为示意性的，且仅在所附权利要求中具体进行限制。

Claims (6)

1.一种差动巨磁电阻传感器，包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一被栓固层，包括：
第一铁磁层；
第二铁磁层；
设置在第一铁磁层和第二铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第二铁磁层相邻的第一自由层；
第二自旋阀传感器，包括：
第二被栓固层，包括：
第三铁磁层；
第四铁磁层；
设置在第三铁磁层和第四铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第三铁磁层相邻的第二自由层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层；并且
其中，第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间，其中，金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
2.一种差动巨磁电阻传感器，包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一反铁磁层；
第一自由层；和
设置在第一反铁磁层和第一自由层之间的第一被栓固层；
第二自旋阀传感器，包括：
第二反铁磁层；
第二自由层；和
设置在第二反铁磁层和第二自由层之间的第二被栓固层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层，
其中，第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间，其中，金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
3.一种差动巨磁电阻传感器，包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一被栓固层，包括：
第一铁磁层；
第二铁磁层；
设置在第一铁磁层和第二铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第二铁磁层相邻的第一自由层；
第二自旋阀传感器，包括：
反铁磁层；
第二自由层；和
设置在反铁磁层和第二自由层之间的第二被栓固层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层；并且
其中第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间，其中，金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
4.一种读/写磁头，包括：
写磁头，包括：
至少一个线圈层和一个绝缘堆，线圈层嵌入在绝缘堆中；
在后部间隙处相连并且具有与边缘形成一部分气浮表面的极尖的第一和第二极片层；
夹在第一和第二极片层之间的绝缘堆；和
夹在第一和第二极片层的极尖之间并形成一部分气浮表面的写间隔层；
读磁头包括：
差动巨磁电阻传感器，差动巨磁电阻传感器夹在第一和第二引线层之间，差动巨磁电阻传感器包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一被栓固层，包括：
第一铁磁层；
第二铁磁层；
设置在第一铁磁层和第二铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第二铁磁层相邻的第一自由层；
第二自旋阀传感器，包括：
第二被栓固层，包括：
第三铁磁层；
第四铁磁层；
设置在第三铁磁层和第四铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第三铁磁层相邻的第二自由层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层；并且
其中第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间；和
设置在读磁头的第二引线层和写磁头的第一极片层之间的绝缘层，其中金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
5.一种读/写磁头，包括：
写磁头，包括：
至少一个线圈层和一个绝缘堆，线圈层嵌入在绝缘堆中；
在后部间隙处相连并且具有与边缘形成一部分气浮表面的极尖的第一和第二极片层；
夹在第一和第二极片层之间的绝缘堆；和
夹在第一和第二极片层的极尖之间并形成一部分气浮表面的写间隔层；
读磁头包括：
差动巨磁电阻传感器，差动巨磁电阻传感器夹在第一和第二引线层之间，差动巨磁电阻传感器包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一反铁磁层；
第一自由层；和
设置在第一反铁磁层和第一自由层之间的第一被栓固层；
第二自旋阀传感器，包括：
第二反铁磁层；
第二自由层；和
设置在第二反铁磁层和第二自由层之间的第二被栓固层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层；并且
其中第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间；和
设置在读磁头的第二引线层和写磁头的第一极片层之间的绝缘层，其中金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
6.一种读/写磁头，包括：
写磁头，包括：
至少一个线圈层和一个绝缘堆，线圈层嵌入在绝缘堆中；
在后部间隙处相连并且具有与边缘形成一部分气浮表面的极尖的第一和第二极片层；
夹在第一和第二极片层之间的绝缘堆；和
夹在第一和第二极片层的极尖之间并形成一部分气浮表面的写间隔层；
读磁头包括：
差动巨磁电阻传感器，差动巨磁电阻传感器夹在第一和第二引线层之间，差动巨磁电阻传感器包括：
第一自旋阀传感器，包括：
第一被栓固层，包括：
第一铁磁层；
第二铁磁层；
设置在第一铁磁层和第二铁磁层之间的反平行耦合层；和
在相对反平行耦合层一侧与第二铁磁层相邻的第一自由层；
第二自旋阀传感器，包括：
反铁磁层；
第二自由层；和
设置在反铁磁层和第二自由层之间的第二被栓固层；
设置在第一和第二自由层之间的金属间隔层；并且
其中第一和第二自旋阀传感器以及金属间隔层设置在非磁性第一和第二引线层之间；和
设置在读磁头的第二引线层和写磁头的第一极片层之间的绝缘层，其中金属间隔层提供以等于记录的磁数据的半位长的间隔来分隔第一和第二自由层的读间隙。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296000A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド、及びその製造方法
US7436632B2 (en) * 2004-06-30 2008-10-14 Seagate Technology Llc Differential/dual CPP recording head
US7477490B2 (en) * 2004-06-30 2009-01-13 Seagate Technology Llc Single sensor element that is naturally differentiated
US7443637B2 (en) * 2005-07-11 2008-10-28 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Giant magnetoresistance sensor with side longitudinal bias stacks and method for forming same
US20070153432A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-05 Tdk Corporation Magnetic head
JP2009026400A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv 差動磁気抵抗効果型磁気ヘッド
US7881018B2 (en) * 2007-09-05 2011-02-01 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Differential current perpendicular to plane giant magnetoresistive sensor structure having improved robustness against spin torque noise
US7577021B2 (en) * 2007-11-21 2009-08-18 Magic Technologies, Inc. Spin transfer MRAM device with separated CPP assisted writing
JP5027687B2 (ja) * 2008-02-14 2012-09-19 株式会社日立製作所 磁気記録再生ヘッドおよび磁気記録再生装置
US20090207534A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Tdk Corporation Magneto-resistance effect element including stack with dual free layer and magnetized shield electrode layers
US7913570B2 (en) 2008-03-08 2011-03-29 Texas Research International, Inc. Environmental damage sensor
US8411392B2 (en) * 2008-06-24 2013-04-02 Seagate Technology Llc Magnetic field sensor including multiple magnetoresistive sensing elements for patterned media
US7974047B2 (en) * 2008-09-02 2011-07-05 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands, B.V. Current perpendicular to plane differential magnetoresistance read head design using a current confinement structure proximal to an air bearing surface
JP2010140524A (ja) * 2008-12-09 2010-06-24 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv 差動型磁気抵抗効果ヘッド及び磁気記録再生装置
SG178945A1 (en) * 2009-09-07 2012-04-27 Agency Science Tech & Res A sensor arrangement
US20110216432A1 (en) * 2010-03-05 2011-09-08 Tdk Corporation Magnetic head comprising two magnetic field sensing part
US9103654B1 (en) 2012-04-11 2015-08-11 Louisiana Tech University Research Foundation, A Division Of Louisiana Tech University Foundation, Inc. GMR nanowire sensors
US9784802B1 (en) 2012-04-11 2017-10-10 Louisiana Tech Research Corporation GMR nanowire sensors
US10718636B1 (en) 2012-04-11 2020-07-21 Louisiana Tech Research Corporation Magneto-resistive sensors
US9542962B2 (en) 2015-01-23 2017-01-10 HGST Netherlands B.V. Multi-sensor reader structure having a current path with increased size to reduce noise
US9704516B2 (en) * 2015-11-30 2017-07-11 International Business Machines Corporation Shorting-resistant current perpendicular to plane sensors
US11201280B2 (en) * 2019-08-23 2021-12-14 Western Digital Technologies, Inc. Bottom leads chemical mechanical planarization for TMR magnetic sensors

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1148710A (zh) * 1995-09-11 1997-04-30 国际商业机器公司 具有锁定层逆平行磁化的旋转阀传感器
US5751521A (en) * 1996-09-23 1998-05-12 International Business Machines Corporation Differential spin valve sensor structure
CN1336636A (zh) * 2000-07-31 2002-02-20 国际商业机器公司 带有反向平行耦合的低Hk自由层的巨磁阻传感器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155643A (en) 1990-10-30 1992-10-13 Mars Incorporated Unshielded horizontal magnetoresistive head and method of fabricating same
JP2741837B2 (ja) 1993-08-06 1998-04-22 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 薄膜磁気抵抗ヘッド
US5491600A (en) 1994-05-04 1996-02-13 International Business Machines Corporation Multi-layer conductor leads in a magnetoresistive head
US6195228B1 (en) 1997-01-06 2001-02-27 Nec Research Institute, Inc. Thin, horizontal-plane hall sensors for read-heads in magnetic recording
US6469873B1 (en) * 1997-04-25 2002-10-22 Hitachi, Ltd. Magnetic head and magnetic storage apparatus using the same
US6313973B1 (en) 1998-06-30 2001-11-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Laminated magnetorestrictive element of an exchange coupling film, an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film and a magnetic disk drive using same
JP3212569B2 (ja) * 1999-01-27 2001-09-25 アルプス電気株式会社 デュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法
US6449134B1 (en) * 1999-08-05 2002-09-10 International Business Machines Corporation Read head with file resettable dual spin valve sensor
US6643103B1 (en) * 2000-01-05 2003-11-04 Seagate Technology Llc Very high linear resolution CPP differential dual spin valve magnetoresistive head
US6417999B1 (en) 2000-02-04 2002-07-09 Read-Rite Corporation Magnetoresistive head stabilized structure and method of fabrication thereof
US20020101689A1 (en) * 2000-04-05 2002-08-01 Xuefei Tang High sensitivity spin valve stacks using oxygen in spacer layer deposition
US6680827B2 (en) * 2000-08-07 2004-01-20 Tdk Corporation Dual spin valve CPP MR with flux guide between free layers thereof
JP3760095B2 (ja) * 2000-12-14 2006-03-29 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ ２素子型再生センサ、垂直磁気記録再生用薄膜磁気ヘッド及び垂直磁気記録再生装置
US6654209B2 (en) 2001-01-10 2003-11-25 Seagate Technology Llc Low resistance lead structure for a low resistance magnetic read head
US6693776B2 (en) * 2001-03-08 2004-02-17 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Spin valve sensor with a spin filter and specular reflector layer
US6650509B2 (en) * 2001-03-20 2003-11-18 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Dual spin valve sensor with AP pinned layers
JP3563375B2 (ja) * 2001-06-19 2004-09-08 アルプス電気株式会社 磁気検出素子及び前記磁気検出素子を用いた薄膜磁気ヘッド
US6728078B2 (en) * 2001-06-20 2004-04-27 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. High resistance dual antiparallel (AP) pinned spin valve sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1148710A (zh) * 1995-09-11 1997-04-30 国际商业机器公司 具有锁定层逆平行磁化的旋转阀传感器
US5751521A (en) * 1996-09-23 1998-05-12 International Business Machines Corporation Differential spin valve sensor structure
CN1336636A (zh) * 2000-07-31 2002-02-20 国际商业机器公司 带有反向平行耦合的低Hk自由层的巨磁阻传感器

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Publication number Publication date
CN1551113A (zh) 2004-12-01
JP2004227749A (ja) 2004-08-12
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