CN1099178A - 带有非磁性背层的磁致电阻自旋阀传感器 - Google Patents

带有非磁性背层的磁致电阻自旋阀传感器 Download PDF

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Abstract

一个基于自旋阀效应的磁致电阻读出传感器，其 中读出部件电阻的分量随相邻二磁层中磁化方向之 间的夹角余弦变化。该传感器读出部件包括二个相 邻铁磁层，它们由一非磁性金属层分开。一个非磁性 导电材料层沉积于铁磁层之一(称作过滤层)邻近并 与其接触，构成一个背层或导电层，它为穿过相邻的 过滤层的传导电子提供了一个低电阻通道。

Description

一般地说，本发明涉及读取记录在磁介质上的信息信号的磁传感器，更具体地说，是关于以自旋阀（spin  valve）效应为基础的磁致电阻读出传感器，这里对所加磁场敏感的磁阻元件至少包括一个非磁性导电材料背面材料背层（back  layer）。
众所周知，在现有技术中使用的磁性读取传感器称作磁致电阻（MR）传感器或磁头，用于以高线性密度从磁存贮介质表面读取数据。一个MR传感器通过由磁性材料制成的读取元件的电阻变化来检测磁场信号，该信号作为读取元件感知的磁通量强度与方向的函数。这些先有技术的MR传感器的运作基础是各向异性磁致电阻（AMR）效应，其中读出元件电阻的一个分量的变化是磁化强度与通过该元件的传感电流方向之间夹角余弦的平方（cos2）。对AMR效应的更详细描述可参见“内存贮器、外存贮器及有关的应用”（D.A.Thompson等著，IEEE Trans Mag.MAG-11，1039页（1975）。
近来，已注意到一种不同的、更显著的磁阻，它来自形如（F/ NM）n的磁性多层结构中传导电子的与自旋有关的散射效应，这里F是一种铁磁性金属，NM是一种非铁磁性金属。这种效应已在多种系统中发现，如溅射的Fe/Cr，Co/Cu，或Co/Ru多层显示出各铁磁层之间的强抗铁磁耦合，以及在实质上不耦合的形式为（F/NM/F）多层结构中，这里铁磁层之一中的磁化强度取向由互换各向异性（exchange anisotropy）固定。磁致电阻的物理来源在两种类型结构中是相同的：所旋加的磁场引起相邻的铁磁层的强度取向的相对变化。当磁化强度的取向从平行变成反平行时，该结构的电阻便改变了。对于选定的材料组合，这种机制产生的磁致电阻值大于AMR中产生的电阻值，它称作“自旋阀”磁致电阻（SVMR）或巨大磁致电阻（GMR）。
授于Grunberg的美国专利4，949，039号描述了一种分层磁结构，它产生由磁性层中磁化强度反平行排列引起的扩大MR效应。Grunberg列举了铁磁传导金属和合金作为可用于这种多层结构的可能材料，但没有指出所列清单中能产生最大MR信号幅度的首选材料。Grunberg还描述了应用抗铁磁型互换耦合（exchange  corpling）来得到反平行排列，在这种结构中相邻铁磁材料层由一薄的非铁磁性内层（例如铬（Cr）或钇（Y））来分开。
授权于本受让人的美国专利申请（序列号07/625，343，1990年12月11日递交）披露了一种MR传感器，其中观测到的两个非耦合铁磁层之间的电阻随这两层磁化强度夹角的余弦变化而与通过传感器的电流方向无关。这种结构产生了基于自旋阀效应的磁致电阻，对于选定的材料组合，这种效应的幅度大于AMR。
1992年10月27日授予本受让人的美国专利5，159，513号披露了一种基于上述自旋阀效应的MR传感器，它包括两个铁磁材料薄膜层，它们由一非磁性金属材料薄膜层分开，这里至少一个铁磁层是钴或钴合金层。通过互换耦合于一铁磁层，便在零外加磁场时一个铁磁层的磁化强度保持垂直于另一铁磁层。
为满足今天的磁存贮器系统中不断增加数据存贮密度的要求，需要使MR磁头中的磁通量传感元件由越来越薄的铁磁材料层制成。利用超薄磁通量传感层（例如大约15埃），对传统的AMR传感器以及更近期的SVMR或GMR传感器都显示出MR系数的降低。
根据本发明的原理，一个基于自旋阀效应的MR读出传感器含有一个在适当基片上形成的多层结构，包括铁磁材料的第一薄膜层和第二薄膜层，它们由非磁性金属材料薄膜层隔开，这里至少第一铁磁材料层有一个非磁性异电金属层作为后背层。第一铁磁材料层的磁化方向在零外加磁场时基本上垂直于第二铁磁材料层中的磁化方向。借助与第二铁磁层物理接触面的相邻抗铁磁材料层提供的互换耦合，使在第二铁磁材料层中的磁化方向被约束或保持（“自旋”）在它的方向上。在第一（“自由”）铁磁层中的磁化方向自由地随外加磁场转动。一个电流源向MR传感器提供一个传感电流，于是该传感器在读出元件上产生一个电压降，它与MR传感器的电阻变化成正比，这种电阻变化是由于铁磁材料自由层中磁化强度转动引起的，是被感知的外加磁场的函数。读出元件电阻变化的幅度是外加磁场（如存贮在磁介质中的一个数据位的代表）作用下自由层中磁化方向与固定层中磁化方向之间夹角变化的余弦的函数。
本发明的前述的及其他的目标、特点和优越性将通过下文对本发明最佳实施例的描述而清楚看出。这些描述将结合所附图件进行，图中相似的参考标号指明相似部件，其中：
图1是实施本发明的一个磁盘存贮系统的简化方框图;
图2是根据本发明原理的磁致电阻传感器的一个最佳实施例的放大透视图;
图3A给出自由层磁化从平行变成反平行的薄层电导（Sheet  Conductance）的变化，它作为图2所示磁致电阻传感器背层厚度的函数;
图3B给出对于无背层自旋阀MR传感器在各种铁磁材料情况下当自由层磁化从平行变成反平行时薄层电导的变化，作为自由层厚度的函数;
图4给出在图2所示磁致电阻传感器中磁阻系数随铜背层的背层厚度的变化;
图5给出在图2所示磁致电阻传感器中铜背层的薄层电导随背层厚度的变化;
图6是根据本发明构成的磁致电阻传感器另一实施例的端视图;
图7是根据本发明原理构成的磁致电阻传感器另一实施例的端视图;以及
图8是图2所示磁致电阻传感器一个最佳实施例的示意图。
现在参考图1，虽然本发明的描述是以图1所示磁盘存贮器系统作为实施例进行的，但将会看到，本发明也适用于其他磁记录系统（例如磁带记录系统）和磁性随机存取存贮器系统，那里的磁致电阻元件作为（例如）一个位单元（bit  cell）。至少一片可旋转磁盘12被支撑在主轴（spidle）14上并由磁盘驱动马达18使其转动。在每片盘上磁记录介质的形式是在磁盘12上同心数据道（未画出）的环形图案。
至少一个滑块13位于磁盘12上，每个滑块13支持一个或多个磁读/写传感器，通常称作读/写头。当磁盘转动时，滑块13在磁盘表面22上沿径向向内和向外移动，从而使磁头21可以达到磁盘上记录所需数据不同位置。每个滑块13利用一个悬挂器15将其固定在传动臂19上。悬挂器15提供一个轻轻的弹簧力，它使滑块13向磁盘表面22偏斜。每个传动臂19固定在传动装置27上。图1所示传动装置可以是一个例如音圈（voice  coil）马达（VCM）。音圈马达（VCM）在一固定磁场内有一可动线圈，线圈运动的方向和速度由控制器提供的马达电流信号来控制。
在磁盘存贮器系统的操作过程中，磁盘12的转动在滑块13和磁盘表面22之间产生一个空气轴承（air  beariog），它在滑块上旋加一个向上的力或者说浮力。这样，空气轴承逆平衡于悬挂器15的微弹簧力并支持滑块13离开磁盘表面并稍微在磁盘表面上方，在操作过程中保持一个基本不变的小间距。
磁盘存贮器系统的各个部件在操作上受控制单元29产生的控制信号的控制，如访问（access）控制信号和内部时钟信号。典型情况是控制单元29包含例如逻辑控制电路、存贮装置和一个微处理器。控制单元29产生控制信号来控制各种系统操作，如线23上的驱动马达控制信号和线28上的磁头位置与寻找控制信号。线28上的控制信号提供所需电流分布（current  profile）以便使选定的滑块最佳地运动和定位到相应磁盘12上的所需数据道上。利用记录通道25将读和写信号送到读/写头21和从读/写头21取回。
以上对典型磁盘存贮器系统的描述以及附图1仅仅作为有代表性的说明。应该看到，磁盘存贮器系统可以包含大量的磁盘和传动器，而且每个传动器可以支持多个滑块。
现在参考图2，一个根据本发明原理构成的MR自旋阀传感器30包含一个适当的基片31，例如玻璃、陶瓷或半导体，在它上面沉积一个导电的非磁性或磁性材料薄膜层33、软铁磁性材料第一薄膜层35、非磁性金属材料薄膜层37以及铁磁性材料第二薄膜层39。第一铁磁层35直接形成在导电层33上并与其物理接触，构成一个双层（bilayer）。当没有外加磁场时，两个铁磁材料层35和39的磁化强度取向彼此大约90度夹角，如箭头32和38所示。此外，如箭头38所示，第二层铁磁材料39的磁化方向被固定在（或者说全部在）一个优势方向上。这样，当第二铁磁层39的磁化方向保持固定的情况下，第一铁磁材料层35的磁化却按照外加磁场（如图2所示磁场h）自由地转动其方向，如图2中层35上的虚线箭头所示。
一种有较高电阻的互换偏移（exchange  biasing）材料薄膜层41与第二铁磁材料薄膜层直接接触沉积，通过互换耦合提供一个偏移场。在本最佳实施例中，层41中含有适当的抗铁磁性材料，例如，最好是铁-锰（Fe  Mn）或镍-锰（Ni  Mn）。另一种做法是利用公知工艺的硬偏移层（hard  bias  layer）（图中未画出）或其他适当方法使第二铁磁层39的磁化方向固定。
一种基于自旋阀效应的MR传感器（这里的传感器读元件由铁磁/非磁性/铁磁材料结构组成）在上述参考专利申请（系列号07/625，343）中做了更详细的描述。这里纳入作为参考，如同在此处做了全部描述一样。那里描述的自旋阀MR结构有两个铁磁导体层被一个非磁性金属（导电）隔离层分开。铁磁层之一保持在单磁畴状态，其方向被与其相邻的抗铁磁层的互换各向异性所固定（或钉住）。另一铁磁层（自由层）的磁化按外加磁场转动其方向。当施加磁场足以使自由层磁化方向相对于固定层发生变化时，便会观察到磁致电阻。在本发明中，由自由层组成的铁磁层被一个双层结构代替：与非磁性隔离层37相邻的是相对较薄的铁磁层35（有时称作“过滤层（filter  layer）”），而在该铁磁层背后有一导电层33（也称作“背层（back  layer）”）。
在磁性材料中观察到的GMR主要是由于其自旋平行于磁性材料中磁化方向的传导电子平均自由程（λ+）与其自旋逆平行磁化方向的传导电子平均自由程（λ-）之差造成的。在本发明中，自由层33和35中的铁磁层35所具有的厚度大于λ-而显著地小于λ+。这样，具有逆平行自旋的传导电子（少数载流子）将被过滤层35有效地阻止（即被过滤掉），而对于具有平行自旋的传导电子（多数载流子）该过滤层35基本上是透明的。在固定层39中产生的多数载流子和少数载流子（相对于固定层39中的磁化方向）是向着过滤层35运动的载流子，当自由层33、35磁化方向转动时，它们使能够不同地散布，从而导致GMR。那些对GMR有贡献的沿相反方向从滤收层35向固定层39运动的传导电子平均而言沿同一方向运动，所以将不再讨论。类似地，对于从隔离层出发的每个多数载流子，也有一个从同一位置出发具有同样动量的少数载流子，于是当自由层33、35的磁化转向时平均自由层之和保持不变。
对于在本发明的结构中观察到的GMR，将利用电导变化（△G）来讨论，而不用电阻变化来讨论，因为已经表明△G是与自旋阀MR有关的最基本的可观测的宏观量（见B.Dieny等的“电导变化是自旋阀磁致电子的基本度量”，Appl.Phys.Lett.61（17），1992年10月26，2111页）。
然后考虑传导电子从固定层39向隔离层37的发散（即散射），考虑这种散射是否是层间散射或是整体（bulk）散射。在固定层/隔离层界面附近的少数载流子散射意味着少数载流子穿过隔离层37的数目及它们在下一个散射事件之前穿过的距离都比多数载流子的情况小得多。按这种观点，可以把固定层看作是向自旋阀结构的其余部分提供自旋极化（spin-pdanized）传导电子的来源。在固定层39中产生的载波子穿过隔离层（通常隔离层厚度比隔离层中电子平均自由程小得多）并进入过滤层35。进入过滤层的多数载流子将穿过过滤层进入背层33，在那里载流子将再走一段距离，这段距离平均为由背层材料决定的平均自由程（λ+ b）。然而，少数载流子在被散射之前只穿入过滤层35一个短距离。这样，当把具有较低电阻（即有长平均自由程）的导电材料用作背层33时，当过滤层（自由层）35的磁化强度平行于多数载流子的自旋时便存在一个多数载流子电导的较大值。当自由层33、35的磁化转动（逆平行）时，由于过滤层35中少数载流子的散射而造成这些传导电子的有效平均自由程（即电导）急剧地减小。
现在参考图3A、3B、4、和5，图3A给出对于一个图2所示自旋阀结构的具体实施例（沉积于玻璃基片上，其结果是50A Ta/tcu Cu/15A Ni Fe/23A Cu/50A Ni Fe/110A FeMn/50A Ta），电导变化（△G，近似等于△R/R2）与背层33厚度的关系。头一个Ta层是缓冲层，而最后一个Ta层是保护罩。（tcu Ca/15A NiFe）构成自由层33、35，它有Cu背层33和NiFe过滤层35。MnFe层构成偏移层41，它提供抗铁磁互换耦合以固定固定层39的磁化。如图3A所示，△G随背层厚度tcu的增加而增加，即使背层材料为非磁性也是如此。图3B给出对于一个在自由层背后没有非磁性背层的传统自旋阀结构（沉积于玻璃基片上，结构为tFF/22A Cu/50A NiFe/90AFeMn），其中F为变化厚度的Fe、NiFe或Co。比较图3A和3B，可清楚看出在自由层背后使用一个非磁性背层所提供的△G比不使用背层的三种铁磁材料的任何一种得到的△G都大得多。图4给出对于图3A中的测量所采用的自旋阀结构其磁致电阻（△R/R）与背层厚度tcu的关系。当tcu＝0，△R/R＝1.1%，随着tcu增大，△R/R迅速上升到tcu＝25时出现的峰值3%。对于更大的厚度，△R/R遵循公知的厚度倒数依赖关系。图5给出于同一结构薄层电阻R与tcu的关系。薄层电阻遵循预期的厚度倒数依赖关系，当tcu从0增至150A时，薄层电阻从25ohm/sq减至2.5ohm/sq。这一变化范围处于MR传感器信号检测可接收的限度之内。
参考图6，图2所示自旋阀结构可以按相反顺序沉积，即首先沉积抗铁磁性磁偏移或阻止（pinning）层，然后依次是被固定铁磁层、非磁性隔离层和自由过滤/背层的双层。根据本发明的反序MR自旋阀传感器60含有抗铁磁材料的互换偏移层67、第一铁磁层69、非磁性金属隔离层71、第二铁磁层73、以及非磁性导电材料背层75，沉积于适当基片61上的缓冲层63之上。如当今工艺中已知那样，在背层75之上还可包括一个高电阻材料（例如Ta）保护罩层（图中未画），以减小或防止在其后的处理步骤及操作过程中结构被氧化。如前面参考图2所描述的那样，当没有外加磁场时，在第一铁磁层69中的磁化方向被固定在一个垂直于自由铁磁层73中磁化方向的一个最佳方向上。在反序自旋阀结构60中背层75是在固定层69、隔离层71及过滤层73之后沉积的，这样，这些层的性质便与后背层75的厚度被及材料选择无关。必要时，可在抗铁磁层67下面沉积一个籽晶（seed）层，以保证抗铁磁材料有所希望的结构。
在一个具体最佳实施例中，MR自旋阀传感器60有结构Ta（50A）/NiFe（20A）/Fe60Mn40（80A）/Ni80Fe20（50A）/Cu（23A）/Ni80Fe20（20A）/Cu（20A）/Ta（30A）沉积于一个适当的基片上，这里的20埃（A）Cu层构成背层75。50A  Ta/20ANiFe缓冲/籽晶层（63/65）提供了一个适当地生成抗铁磁相Fe60Mn40材料的模板（template），用以提供互换偏移动固定第一铁磁层69中的磁化方向。在本最佳实施例中，缓冲层63的厚度在大约30埃（A）至50埃（A）之间;籽晶层65的厚度在大约20埃至50埃之间;互换偏移层67的厚度在大约80埃至120之间;被固定铁磁层69的厚度在大约30埃至100埃之间。如前文描述那样，隔离层71的厚度在大约20埃至40埃之间，但最好是小于隔离层材料中传导电子的平均自由程。自由铁磁层73的厚度在大约5埃至30埃范围内。非磁性背层75的厚度部分地决定于要测量什么参数来检测外加磁场。如果要测量电阻变化，即△R/R，则背层75的厚度在大约4埃至50埃之间。如果换成测量电导变化，则背层75的厚度在大约4埃至1000埃之间。
现在来参考图7，根据本发明的MR自旋阀传感器的另一个最佳实施例含有非磁性导电材料第一背层85、软磁性铁磁材料第一薄膜层87、非磁性金属材料第一薄膜隔离层89、软磁性铁磁材料第二薄膜层91以及非磁性导电材料第二背层93，它们沉积于适当基片81（例如玻璃、陶瓷、或半导体）上的缓冲层83上。如当今工艺所知，在第二背层93上可以包括一个电阻材料（如Ta）保护罩层（未画出）以减小或防止在操作和其后处理步骤过程中结构的氧化。当在MR传感器80上加一传感电流时，伴随此传感电流的磁场为每个铁磁层87、91提供一个偏移场，从而使每层中的磁化方向相对于传感器磁场简易轴（easy  axis）呈等角或反角取向。在铁磁层87和91中的磁化方向都不是固定的。从而可以自由地响应外加磁场。第一背层和第一铁磁层构成第一双层。类似地，第二背层和第二铁磁层构成第二双层。外加磁场将使两个双层（即自由层）内的磁化方向相对于磁性简易轴转过基本相等但方向相反的角度，从而使改变各层内磁化之间角度的效应为只有一个铁磁层被固定的自旋阀结构时的二倍。这种电流偏移MR自旋阀传感器的更详细描述见授予本申请人的待批美国专利申请序列号07/977，382（于1992年11月月7日归档），这里引入作为参考。
现在参考图8，图中给出图2所示MR自旋阀传感器的又一个实施例。在沉积层95之前，先在基片92上沉积一个适当的下层93，例如Ta、Ru或CrV层。这个下层93的目的是使其后各层的晶体结构、晶粒大小和表面形态达到最佳。在得到自旋阀结构的大MR效应特性时，表面形态能有决定意义，因为它允许在铁磁层97和101之间使用极薄的非磁性金属隔离层。这个下层还必须有高电阻以使电流旁路效应减至最小。下层93也用于上文中参考图6和图8所描述的自旋阀结构。如果基片92的构成材料有足够高的电阻、有足够平的表面和适当的晶体结构，则可略去下层93。
在下层93上沉积非磁性导电金属背层95，后接软铁磁材料第一薄膜层97、非磁性金属材料薄膜层99、铁磁材料第二薄膜层101、以及抗铁磁材料层103。在没有外加磁场情况下，两个铁磁层97和101的磁化方向彼此成大约90度角。如前所述，铁磁材料第二层101的磁化方向被互换耦合产生的偏移场固定在其位置上。背层95和第一铁磁层97构成一个双层，其中的磁化可以响应外加磁场而自由转动。
铁磁层97和101可由任何适当的磁性材料制成，例如Co、Fe、Ni以及它们的合金，如NiFe、NiCo及FeCo。被固定的铁磁层101的厚度可在大约20埃至大约150埃范围内选择。互换偏移层103可由任何适当的抗铁磁材料构成，如NiMn或FeMn，其厚度最好在大约50埃至大约150埃范围内选择。在被固定的铁磁层101中的磁化方向可用其他方法固定，如使用硬磁偏移层或使用高矫顽磁性材料构成被固定层，或者使用其他现有工艺中公知的方法。
用作过滤层的第一（或自由）铁磁层97最好由适当的NiFe或Co合金构成，其厚度在大约5埃至大约30埃范围内选择。过滤层97的厚度主要由它在过滤层/背层双层结构95/97中的作用决定的。由于过滤层97的一个目的是阻止或滤掉少数载流子，它的最小厚度应大于少数载流子的平均自由程;这里的少数载流子也就是其自旋反平行于过滤层中磁化方向的传导电子。例如，NI80Fe20的λ-小于7埃左右。类似地，由于过滤层的另一个作用是让多数载波子穿过它进入背层95，它的最大厚度应该小于多数载流子的平均自由程;这里的多数载流子也就是其自旋平行于过滤层中磁化方向的传导电子。例如，NI80Fe20的λ+大约为50+/-4埃。背层95可以由任意适当的非磁性导电材料构成，最好是有较高电导率（即低电阻）的金属材料。Au、Ag和Cu等贵金属提供较大的响应。背层95的厚度取决于使传感器响应达到最佳，这依赖于所使用的传感方法，即要测定的参数是△R、△R/R或是△G。例如，当背层厚度增加到等于背层材料中传导电子平均自由层2倍或3倍时其△G的幅度急剧增大。然而，与此对照的是当测量△R或△R/R时的响应是背层厚度的一个尖峰函数。在本最佳实施例中是测量△R或△R/R，其背层厚度在大约4埃至60埃范围内选择。如果要检测△G，则背层厚度在大约4埃至大约1000埃范围内选择。
非磁性隔离层99最好由具有高导电性的金属构成。Au、Ag和Cu等贵金属提供较大的MR响应，Pt和Pd提供较小MR响应，而Cr和Ta显示出极小的MR响应。金属隔离层99的厚度足够大，以保证两个铁磁层97和101基本上解除磁性耦合，但仍又足够薄，以小于隔离层材料中传导电子和平均自由程长度。隔离层99的厚度最好在大约10埃至大约40埃范围内。尽管背层95和隔离层99都是有高导电性的非磁性金属材料，但不要求背层和隔离层由同一种材料构成。背层和隔离层使用相同材料（例如铜）可降低制造传感器的生产过程的复杂性。反之，背层和隔离层使用不同材料可以为传感器中获得最佳的或所希望的电、磁特性提供额外的灵活性。
然后在MR传感器上沉积高电阻材料罩层105，例如Ta或Zr。所提供的导电端子105构成MR传感器和电流源109和传感装置107之间的电路路径。如当今工艺中所公知的，可能还需要附加的传感器部件如横向和纵向偏移层（未画出），以提供最佳的MR传感器响应电路。在最佳实施例中，当自由层97的磁化响应外加磁场而转动时，通过检测MR部件的电阻变化△R使传感装置107感知磁信号。另一种方法是，通过感知由于自由层97的磁化随外加磁场而转动所导致的MR部件电导变化，也能检测到磁信号。授权于本受让人的美国专利4，712，144号（1987年12月8日颁发给KlaasB.Klaassen）更详细地描述了检测响应外加磁场的MR部件电导变化的传感装置。
在上文中参考图2、6、7、8所描述的实施例中，所描述的铁磁层通常是适当铁磁材料的单一层。另一种作法是如图8中所示，铁磁层97、101之一或二者可以是二层或多层的多层结构，这里各层为不同的铁磁或铁磁和非磁性材料交替溅射，构成具有所需磁、电特性的铁磁层97和101。例如，在一个最佳实施例中，被固定铁磁层101由第一较薄Co层98（称为纳米层nanolayer）及第二薄NiFe层100组成。在另一最佳实施例中，自由层97和被固定层101都由多层结构组成。自由铁磁层97的组成是一Co纳米层96和一NiFe层94并使Co纳米层与Cu隔离层99相邻。类似地，被固定铁磁层101的组成是Co纳米层98和-NiFe层100，并使纳米层形成于Cu隔离层99近邻。纳米层的厚度在大约0.5A至20A范围内。包含纳米层铁磁层的自旋阀MR传感器的更详细描述见美国专利申请序列号07/750，157（1991年8月26日递交，授权于本受让人），这里引入作为参考。尽管本发明以最佳实施例为参考进行了具体描述，但精通本门工艺的人们将会理解，这里可以对形式和细节加以各种改变而不偏离本发明的精神、范围和原理。因此，这里所披露的发明只应被认为是由所附权利要求书中规定的范围来说明其限定范围。

Claims (47)

1、一种磁致电阻传感器，其特点在于包括：
第一和第二铁磁材料层由非磁性材料隔离层分开，在零外加磁场下所述第一铁磁材料层的磁化方向基本上垂直于所述第二铁磁材料层的磁化方向；
一个非磁性导电材料背层与所述第一铁磁层相邻并与之接触；以及
将所述第二铁磁层中的磁化保持在所述希望的方向上的一种装置。
2、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述的装置包含一个抗铁磁性材料互换偏移层与所述第二铁磁层相邻并与之接触，所述抗铁磁层用于在所述第二铁磁层中提供一个偏移场，以使所述第二铁磁层中的磁化保持在所希望的方向上。
3、如权利要求2的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述抗铁磁层是由铁-锰和镍-锰组成的一组材料中选出的材料构成的。
4、如权利要求3的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述抗铁磁层是由铁-锰合金构成。
5、如权利要求2的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述抗铁磁层的厚度在大约50埃至大约150埃的范围内。
6、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层的最小厚度为大约4埃。
7、如权利要求6的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层的最大厚度为所述非磁性背层材料中传导电子平均自由程长度的3倍左右。
8、如权利要求6的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层的厚度在大约4埃至大约1000埃范围内。
9、如权利要求6的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层的厚度在大约4埃至大约60埃范围内。
10、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于第一和第二铁磁层的厚度在大约5埃至大约150埃范围内。
11、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述铁磁层的厚度在大约5埃至大约30埃范围内。
12、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的厚度小于所述非磁性隔离层材料中传导电子的平均自由程长度。
13、如权利要求12的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的厚度在大约10埃至大约40埃的范围内。
14、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的构成材料选自银、铜、金及银、铜、金的合金组成的一组材料。
15、如权利要求14的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层由一铜薄膜层构成。
16、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层的构成材料选自银、金和铜组成的一组材料。
17、如权利要求16的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层由一铜薄膜层构成。
18、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二铁磁层中至少有一个具有多层结构。
19、如权利要求18的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述多层结构由至少一个第一种铁磁材料层和至少一个第二种铁磁材料层组成，所述各层由交替溅射形成。
20、如权利要求18的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一铁磁层由一钴薄层和一镍-铁薄层组成，所述钴薄层形成于紧邻所述非磁性隔离层的位置。
21、如权利要求18的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二铁磁层每个由一钴薄层和一镍-铁薄层组成，所述钴薄层形成于紧邻所述非磁性隔离层位置。
22、如权利要求21的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述钴薄层的厚度选自大约0.5埃至大约20埃的范围。
23、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层和所述非磁性隔离层由同一种材料构成。
24、如权利要求1的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性背层和所述非磁性隔离层由同一种材料构成。
25、一个磁存贮器系统，其特点在于包括：
具有多个记录数据道的磁存贮器介质;
一个磁传感器，在所述磁传感器与所述磁存贮器介质之间相对运动过程中，所述磁传感器相对于所述磁存贮器介质保持在密切靠近的位置，所述磁传感器包括一个磁致电阻传感器，其组成是：
第一和第二铁磁材料层由非磁性材料隔离层分开，在零外加磁场情况下所述第一铁磁材料层的磁化方向基本上垂直于所述第二铁磁材料层的磁化方向;
非磁性导电材料背层与所述第一铁磁层相邻并与之接触;以及
使所述第二铁磁层中的磁化保持在所希望方向的装置;
与所述磁传感器相连的传动装置，用于使所述磁传感器在所述磁存贮器介质上运动到所选择的道;以及
与所述磁致电阻传感器相连的检测装置，用于检测所述磁致电阻传感器中的电阻变化，这种电阻变化是响应与所述磁致电阻传感器相交的所述磁存贮器介质中代表记录数据位的磁场而产生的。
26、如权利要求25的一个磁存贮器系统，其特点在于所述偏移装置由一抗铁磁材料互换偏移层构成，该互换偏移层与所述第二铁磁层相邻并与其接触，所述抗铁磁层用于在所述第二铁磁层中提供一个偏移场以使第二铁磁层中的磁化保持在所希望的方向。
27、如权利要求26的一个磁存贮器系统，其特点在于所述抗铁磁层是由铁-锰和镍-锰组成的一组材料中选出的材料构成的。
28、如权利要求25的一个磁存贮器系统，其特点在于所述磁致电阻传感器的组成还有：
在所述抗铁磁层上沉积的罩层;以及
在所述罩层上沉积的电引导装置，用于将所述磁致电阻传感器连到所述检测装置上。
29、如权利要求25的一个磁存贮器系统，其特点在于所述罩层的构成材料选自钽和锆组成的一组材料。
30、如权利要求26的一个磁存贮器系统，其特点在于所述非磁性隔离层的构成材料选自银、金、铜及银、铜、金的合金组成的一组材料。
31、如权利要求30的一个磁存贮器系统，其特点在于所述非磁性隔离层由一铜薄膜层构成。
32、如权利要求25的一个磁存贮器系统，其特点在于所述非磁性背层的构成材料选自银、金和铜组成的一组材料。
33、如权利要求32的一个磁存贮器系统，其特点在于所述非磁性背层由一铜薄膜层构成。
34、一个磁致电阻传感器，特点在于其组成是：
第一和第二铁磁材料层，由非磁性材料隔离层分开;
非磁性导电材料第一背层与所述第一铁磁层相邻并与其接触，所述第一铁磁层沉积于所述第一背层和所述隔离层之间;以及
非磁性导电材料第二背层与所述第二铁磁层相邻并与其接触，所述第二铁磁层沉积于所述第二背层和所述隔离层之间。
35、如权利要求34的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层的最小厚度约为4埃。
36、如权利要求35的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层的最大厚度大约为所述非磁性背层材料中传导电子平均自由程长度的3倍。
37、如权利要求35的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层的厚度大约4埃至大约1000埃范围内。
38、如权利要求35的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层的厚度大约4埃至大约60埃范围内。
39、如权利要求34的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二铁磁层的厚度大约5埃至大约30埃范围内。
40、如权利要求34的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的厚度小于在所述非磁性隔离层材料中传导电子的平均自由程长度。
41、如权利要求41的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的厚度在大约10埃至大约40埃范围内。
42、如权利要求41的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述非磁性隔离层的构成材料选自银、金、铜和银、铜、金合金组成的一组材料。
43、如权利要求34的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层的组成材料选自银、金和铜组成的一组材料。
44、如权利要求34的一个磁致电阻传感器，其特点在于所述第一和第二非磁性背层每一个都由铜薄膜层构成。
45、一个磁致电阻传感器，特点在于其组成是：
第一和第二铁磁材料层由非磁性材料隔离层分开，在零外加磁场时，所述第一铁磁材料层的磁化方向基本上垂直于所述第二铁磁材料层的磁化方向;以及
一非磁性导电材料背层与第一铁磁材料层相邻并与其接触。
46、如权利要求45的一个磁致电阻传感器，所述非磁性背层的最小厚度大约为4埃。
47、如权利要求45的一个磁致电阻传感器，所述非磁性背层的构成材料选自由银、金和铜组成的一组材料。
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