CN1221170A - 旋转阀磁头及其制作方法和使用旋转阀磁头的磁盘驱动器 - Google Patents

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Abstract

旋转阀磁头,包括旋转阀膜,该膜至少具有闭合磁层、非磁金属层和自由磁层,用于控制自由磁层磁畴的硬磁层,和用于向旋转阀膜提供传感电流的电极元件;其中,硬磁层和自由磁层被定位成在旋转阀膜厚度方向上的硬磁层的垂直投影和在旋转阀膜厚度方向上的自由磁层的垂直投影是不重迭的。根据上述结构,能够得到在自由磁层的整个表面上不产生反磁场区的单一磁畴结构,从而在旋转阀磁头输出中不产生磁滞现象。因此,能得出没有噪声的输出。

Description

旋转阀磁头及其制作方法和 使用旋转阀磁头的磁盘驱动器
本发明涉及一种旋转阀磁头和制作它的方法，以及使用旋转阀磁头的磁盘驱动器。
在1966年，硬磁盘驱动器(HDD)的表面记录密度已超过1Gbit/英寸2。这是一种MR(磁阻)记录磁头，它具有的再生输出高于起原动力作用的常规薄膜磁头输出。然而，近年来，HDD的表面记录密度继续以例如一年60％的速度增加。要求今后维持这个增长速度。
根据大力改进磁头灵敏度的要求，关心得到一种能输出高读出信号的巨磁阻膜(GMR膜)。最近，因为旋转阀磁阻膜由于其比较简单的结构而比较容易形成，并且它在低磁场下的电阻变化率要高于普通MR器件，故人们开始关注得自GMR膜的旋转阀磁阻膜。
MR磁头使用一种施加外磁场可改变膜电阻的MR膜作再生磁头。从记录媒体产生的磁场(外磁场)作为电阻变化而检测，且作为电压变化而输出。在GMR磁头中，用GMR膜替换MR膜。
在下述专利中已提出使用旋转阀磁阻膜(下文叫作“旋转阀磁头”)的磁头：美国专利USP No.5,206,590、日本专利申请公布(KOKAI)Hei6-60,336和法国专利FR No.95-5,699。
图1A是一个平面图，说明上述旋转阀磁头的一个实例；图1B是一个截面图，说明沿图1A的线B - B所取的截面结构；和图1C是一个截面图，说明沿图1A的线C - C所取的截面结构(同记录媒体相对的结构)。
如图1B所示，旋转阀磁头110是一个复合磁头。复合磁头如果大致分类，则包括一个再生磁头122和一个记录磁头123，并且被作成一种分段结构，其中记录磁头123连接于再生磁头122的背部。再生磁头122的一个上再生屏蔽109和记录磁头123的一个下记录磁极(下芯)109共同用作一个合并式磁头。
如图1B和1C所示，再生磁头122使用一个旋转阀膜111。再生磁头122包括一个旋转阀膜111，一个通过旋转阀膜111和下再生间隙膜(绝缘层)115而安置的下再生屏蔽108，和一个通过上再生间隙膜(绝缘层)116而安置的上再生屏蔽109。
记录磁头123包括一个记录圈120，一个围绕记录圈120的记录间隙膜(绝缘层)118，一个放在绝缘层两侧的下记录磁极(上磁极)109，和一个上记录磁极(上芯)119。在绝缘层118中埋置记录圈120。
用这种方式在复合磁头中互相整体地形成再生磁头122和记录磁头123。但通常把在其中用旋转阀磁头110作再生磁头122的复合磁头整个地简称“旋转阀磁头”110。
图1C是一个截面图，说明从记录媒体侧(未示出)看的旋转阀磁头110的截面结构。在下再生屏蔽108与上再生屏蔽109之间提供上和下间隙膜(绝缘层)115和116。在这些绝缘膜之间的一个窗口内安放旋转阀磁头110。
在膜形成以后，旋转阀磁头110构图为一种平面长方形形状；在靠近最上层两端的两个区中分别形成一个硬膜106和一些电极终端107，借此完成旋转阀磁头110。
在上述的旋转阀磁头110中，在一对装在旋转阀膜111两侧的电极终端107之间形成的一个区，能够充当信号检测区(传感区)。
在本说明书中，为了便于说明且容易确定关于旋转阀磁头110的磁化方向，就把旋转阀膜111的厚度方向(迭层方向)定义成Z方向，把连接一对电极107的方向定义为X方向，和把与Y-Z平面垂直相交的方向定义为Y方向，如图所示。
简单说来，根据下述的步骤，制作图1B和1C所示的旋转阀磁头110：
(1)形成下再生屏蔽108；
(2)形成下再生间隙膜115；
(3)形成/构图旋转阀膜111，和形成电极膜107；
(4)形成上再生间隙膜116；
(5)形成上再生屏蔽/下记录磁极109；
(6)形成记录间隙膜118；
(7)形成记录圈117；
(8)形成上记录磁极119；
(9)形成保护膜。
图2A至2D是说明图，简要地说明制作上述旋转阀磁头110的诸步骤中的步骤(3)，即形成/构图旋转阀膜111和形成电极膜107。
如图2A所示，在基片(即，由绝缘层组成的下再生间隙膜)上形成旋转阀膜111，然后在其上形成一个具有双层外伸结构的保护层114，该结构由保护层112和氧化铝113组成。
然后，如图2B所示，用离子铣削法把旋转阀膜111构图成平面长方形形状。
然后，如图2C所示，形成硬膜106和电极膜107。
最后，如图2D所示，剥离具有双层外伸结构的保护层114。此后，继续进行形成上再生间隙膜的工艺步骤。
图3是一个放大的截面图，相当于图2D内圆圈围绕部分的放大图。换句话说，图3是一个部分放大图，说明当从记录媒体看时在旋转阀膜111与电极终端之一107之间的连接部分。
在下再生屏蔽108上通过下再生间隙膜(绝缘膜)115形成旋转阀膜111。旋转阀膜111具有一个基础层101，一个自由磁层(自由层)102，一个非磁金属层103，一个闭合磁层(闭合层)104，和一个反铁磁层105。在旋转阀膜111的侧端部分附近形成一个硬磁层(硬膜)106和一个在硬膜106上形成的电极膜107。在旋转阀膜111和电极膜107上，通过下再生间隙膜(绝缘膜)116提供上再生屏蔽109。
在上述旋转阀磁头110中，在闭合层104上提供反铁磁层105，然后在与反铁磁层105的磁化方向相反的方向上，用反铁磁层105磁化闭合层104。通过从一对安置于自由层102两端附近的硬膜106产生的静电磁场，控制自由层102的磁畴，以对准一个方向。
然而，在图3所示现有技术的旋转阀磁头110中，已出现这样一个问题：旋转阀磁头的输出由于响应信号磁场而产生巴克豪森噪声。
本发明的发明者已根据图3所示旋转阀磁头110的结构研究了产生巴克豪森噪声的原因。对于磁畴控制来说，因为涂于闭合层104整个表面上的反铁磁层105的负交换相互作用很强烈地控制闭合层104的磁畴，故在闭合层104中不会发生问题。而只置于自由层102两侧的硬膜106则很弱地控制自由层102的磁畴。从而问题是硬膜106是否能理想地控制自由层102的磁畴。其次，如果研究图3所示旋转阀磁头110的结构，就能够把自由层102与硬膜106之间的位置关系看成是上述情况的原因。
图4是一个示意图，说明图3所示旋转阀磁头110的自由层102与硬膜106之间的位置关系。其中，硬膜106的磁化方向是从图4纸面上的左侧指向右侧，从而自由层102的磁畴也被控制成从图4纸面上的左侧指向右侧。
如图4所示，要了解，在旋转阀磁头110中，形成硬膜106，以便沿Z方向(旋转阀膜的厚度方向)部分地重迭旋转阀膜的自由层102。根据上述硬膜106，在自由层侧的硬膜的顶端部分上集中硬膜106的磁荷。结果，发现在硬膜106下面的自由层102区中，集中磁荷产生的磁场反径向地指向自由层磁化方向，从而存在一个“反磁场区”。因此，本发明者检验了在存在这种反磁场区与产生巴克豪森噪声之间的因果律。
图5是一个说明图，说明借助于微观磁学模拟得到的旋转阀膜102的自由层平面内磁化的分布。如图5所示，在重迭一部分硬膜106的反磁场区内的磁化方向明显地不同于在中央部分附近的磁化方向。换句话说，已经了解，在分别重迭一对硬膜106的自由层102中存在一些“磁畴控制不完整区”。在图5中，左侧的磁畴控制不完整区相当于图4所示的反磁场区，而右侧的磁畴控制不完整区则相当于图4中省略的反磁场区。
图6示出旋转阀磁头的响应输出电压特征曲线，该磁头具有一种不完整的单磁畴状态(即，大量磁畴状态)，该状态具有相对于记录媒体信号磁场的各种磁场方向，这是借助于微观磁学模拟得出的。从图6可知，在输出电压特征曲线中，在从-150到120 Oe的记录媒体磁场范围内呈现很明显的磁滞现象。
更具体地说，如果在自由层102中存在大量磁畴(即，具有相同磁化方向的小区)的情况下把一个外磁场加到自由层102上，则磁化方向立即全部转动，使自由层中磁化方向一致地指向某一方向。即，大量磁畴变成一个单一的磁畴。业已发现，如果把上述旋转阀膜用作磁头，则巴克豪森噪声被重迭于输出波形上。
因此，为了防止巴克豪森噪声，本发明人检验了一种装置，以便抑制自由层中磁化方向的波动，且把自由层总是固定成一种单一的磁畴。
因此，本发明的一个目的在于提供一种能够减少噪声的旋转阀磁头。
本发明的另一个目的在于提供一种能够减少噪声的旋转阀磁头的制作方法。
本发明的又一个目的在于提供一种使用能够减少噪声的旋转阀磁头的磁盘驱动器。
根据本发明提供的旋转阀磁头包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层，一个非磁金属层，和一个自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；和
电极元件，用于向旋转阀膜供应检测电流；
其中硬磁层和自由磁层被定位成：硬磁层在旋转阀膜厚度方向的垂直投影不重迭于自由磁层在旋转阀膜厚度方向的垂直投影。
如下面所述，提供一个具有闭合磁层、非磁金属层和自由磁层的旋转阀膜，一个硬磁层，和一些电极元件，它们对旋转阀磁头来说全是必不少的；其中，硬磁层在旋转阀膜厚度方向的垂直投影不重迭于自由磁层在旋转阀膜厚度方向的垂直投影。
通过使用上述结构，可把自由磁层制成单一磁畴，其中不产生反磁场区，从而在旋转阀磁头的输出中不产生磁滞现象。因此，从旋转阀磁头能够输出没有噪声的输出。
根据本发明提供的旋转阀磁头包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个反铁磁层，一个其磁化方向受反铁磁层牵制的闭合磁层，一个非磁金属层，和一个其磁化按照来自记录媒体的信号磁化来旋转的自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；和
两个磁屏蔽膜，用于通过绝缘层在其间放置旋转阀膜、硬磁层和电极元件；
其中，硬磁层和自由磁层被定位成：位于靠近磁屏蔽膜的自由磁层侧上的硬磁层顶端部分的垂直投影位置，被定位在位于靠近磁屏蔽膜的两侧上的自由磁层顶端部分的垂直投影位置的外侧上。
在根据本发明的旋转阀磁头中，位于靠近磁屏蔽膜的自由磁层侧上的硬磁层顶端部分的垂直投影位置和位于靠近磁屏蔽膜的两侧上的自由磁层顶端部分的垂直投影位置，被定位成在其间具有大于零的余隙。
根据本发明，提供一种具有如上所述旋转阀磁头的磁盘驱动器。
根据本发明，例如结合图11，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
形成一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层，一个非磁金属层，和一个在基片上的自由磁层；
把旋转阀膜构形为一个平面长方形，以决定或确定自由磁层的一个顶端部分；和
在旋转阀膜的一个侧端部分附近，形成一个硬磁层和一些电极元件；
其中，这样形成硬磁层，以致于如果从旋转阀膜的厚度方向来看，则硬磁层不重迭于自由磁层。
在本发明的优选实施例中，通过利用外伸保护层借助于离子铣削法构图旋转阀膜的步骤来执行构图旋转阀膜的步骤，以决定或确定自由磁层的顶端部分。利用外伸保护层借助溅射法形成硬磁层，并且在这时，通过控制一个从旋转阀膜厚度方向看的溅射入射角，使形成的硬磁层不重迭于自由磁层。
根据本发明，例如结合图11，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在一个基片上按顺序形成一个基础层，一个自由磁层，一个非磁金属层，一个闭合磁层，和一个反铁磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸的保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法按顺序形成一个硬磁层和一些电极元件；和
剥离外伸保护层；
其中，借助于离子铣削法用构图旋转阀膜的步骤决定自由磁层，并且借助于溅射法用形成硬金属层的步骤决定或确定硬磁层；使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是互相不重迭的。
根据本发明，例如结合图12，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
借助于溅射法在基片上按顺序形成一个电极膜和一个硬磁层；
构图电极膜和硬磁层；
在构图后的硬磁层和基片上顺序地形成一个基础层，一个自由磁层，一个非磁金属层，一个闭合磁层，和一个反铁磁层，从而形成一个旋转阀膜；和
对定位于硬磁层之上的旋转阀膜的一部分进行去除；
其中，用构图硬磁层的步骤决定或确定硬磁层，并且用去除定位于硬磁层之上的旋转阀膜的一部分的步骤决定或确定自由磁层；使所形成的硬磁层和自由磁层在从旋转阀膜厚度方向看时是互相不重迭的。
根据本发明，例如结合图13，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
借助于溅射法在基片上顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；
构图电极膜和硬磁层；
在所构图的硬磁层上形成外伸保护层；
在外伸保护层和基片上顺序地形成一个基础层，一个自由磁层，一个非磁金属层，一个闭合磁层，和一个反铁磁层，从而形成一个旋转阀膜；和
剥离外伸保护层；
其中，用构图硬磁层的步骤决定硬磁层，并且用形成旋转阀膜的步骤决定或确定自由磁层，使所形成的硬磁层和自由磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是不互相重迭的。
根据本发明，例如结合图14，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法按顺序形成一个硬磁层和一个电极膜；和
剥离这些外伸的保护层；
其中，用构图旋转阀膜的步骤决定或确定自由磁层，并且用形成硬磁层的步骤借助于溅射法决定或确定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是互相不重迭的。
根据本发明，例如结合图15，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层，和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；和
剥离这些外伸保护层；
其中，借助于离子铣削法用构图旋转阀膜的步骤决定或确定自由磁层，并且借助于溅射法用形成硬磁层的步骤决定或确定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是互相不重迭的。
根据本发明，例如结合图16，提供一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；
借助于溅射法在硬磁层上形成另一电极膜；和
剥离这些外伸保护层；
其中，借助离子铣削法用构图旋转阀膜的步骤决定或确定自由磁层，并且借助溅射法用形成硬磁层的步骤决定或确定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向来看时是互相不重迭的。
根据本发明，提供一种具有旋转阀磁头的磁盘驱动器，该磁头是用一种制作如上所述旋转阀磁头的方法制作的。
图1示出旋转阀磁头的整体结构，其中图1A是说明旋转阀磁头平面结构的平面图，图1B是沿1A中B-B线截取的截面结构图，和图1C是沿图1A中C-C线截取的截面结构图。
图2A至2D是截面图，分别说明用现有技术制作旋转阀磁头的诸步骤；
图3是一个放大截面图，说明在现有技术中用图2A至2D的制作步骤制作的旋转阀磁头的结构的相关部分。
图4是一个示意图，说明用图3所示现有技术分析旋转阀磁头结构得出的内容；
图5是一个说明旋转阀膜自由层中磁化分布的图，借助于微观磁学模拟法用图3所示现有技术分析旋转阀磁头结构得出该分布；
图6是一个曲线图，说明具有不完整单磁畴的旋转阀磁头的输出电压对记录媒体信号磁场的响应特征，借助于微观磁学模拟法用图3所示现有技术分析旋转阀磁头结构得出该特征；
图7是一个放大的截面图，根据本发明的第一实施例说明旋转阀磁头结构的相关部分；
图8是一个示意图，说明分析图7所示旋转阀磁头结构所得出的内容；
图9是一个说明旋转阀膜的自由层中磁化分布的图，这是借助于微观磁学模拟法分析图7所示旋转阀磁头结构而得出的；
图10是一个曲线图，说明具有单一磁畴的旋转阀磁头的输出电压对记录媒体信号磁场的响应特征，这是借助于微观磁学模拟法分析图7所示旋转阀磁头结构而得出的；
图11A至11D是截面图，说明制作图7所示旋转阀磁头的步骤；
图12A和12B是截面图，根据本发明的第二实施例分别说明旋转阀磁头结构的相关部分；
图13是一个放大的截面图，根据本发明的第三实施例说明旋转阀磁头结构的相关部分；
图14是一个放大的截面图，根据本发明的第四实施例说明旋转阀磁头结构的相关部分；
图15是一个放大的截面图，根据本发明的第五实施例说明旋转阀磁头结构的相关部分；
图16是一个放大的截面图，根据本发明的第六实施例说明旋转阀磁头结构的相关部分；和
图17是一个平面图，说明使用图7所示旋转阀磁头的磁盘驱动器。
下面参照附图说明旋转阀磁头及其制作方法和使用旋转阀磁头的磁盘驱动器的一些实施例。在全部附图中用相同的参考符号表示相同的元件，从而在本说明书中省略多余的说明。
[第一实施例]
图7是一个放大的截面图，根据本发明的第一实施例主要说明在旋转阀膜11与旋转阀磁头10的硬磁膜(硬膜)6之间的对接接头部分，该图对应于说明现有技术中旋转阀磁头的图8的一部分。
如图7所示，旋转阀磁头10包括一个由约50埃厚度的钽(Ta)膜制作的基础层1，一个由约75埃厚度的铁镍(NiFe)或钴铁(Co90Fe10)膜制作和在基础层1上形成的自由磁层(也叫作“自由层”)2，一个由约30埃厚度的铜(Cu)膜制作和在自由层2上形成的非磁金属层3，一个由约20埃厚度的钴铁(Co90Fe10)膜制作和在非磁金属层3上形成的闭合磁层(也叫作“闭合层”)4，一个由250埃厚度的铁锰(FeMn)或钯铂锰(PdPtMn)膜制作和在闭合层4上形成的反铁磁层5，一个500埃厚度的钴铬铂(CoCrPt)膜制作和在基础层1的侧端部分附近形成的硬磁层(也叫作“硬层”)6，和一个由约1000埃厚度的金(Cu)或钨(W)膜制作和在硬膜上以及在自由层2、非磁金属层3和闭合层4的侧端部分附近形成的电极膜7。
图7所示旋转阀磁头与现有技术中旋转阀磁头(见图3)的不同之处在于，所形成的基础层1较厚，且还厚于硬层6。
虽然未在图7中示出，但应当了解，如图3情况一样，在基础层1的下面通过一个下再生间隙膜(绝缘膜)形成一个下再生屏蔽，并且在反铁磁层5的上面通过一个上再生间隙膜(绝缘膜)形成一个上再生屏蔽。
和图3所示现有技术中旋转阀磁头110的旋转阀膜相反，图7所示旋转阀膜10的硬膜6和自由层2在沿Z方向(旋转阀膜的厚度方向)上是彼此不重迭的，而图3所示旋转阀膜110的硬膜106和自由层102是彼此重迭的。尤其是，在图7所示旋转阀膜10中，在一个下再生屏蔽上的硬膜6的垂直投影与一个下再生屏蔽上的自由层2的垂直投影之间提供一个大于零的余隙(g≥0)。而在图3所示旋转阀膜110中，则在硬膜106的垂直投影与自由层102的垂直投影之间不提供余隙，即它们是重迭的。
在旋转阀膜10中，旋转阀膜11主要能通过自由层2、非磁金属层3、闭合层4和反铁磁层5起作用。
旋转阀膜11利用一种4层结构，它由自由层2、非磁金属层3、闭合层4和反铁磁层5组成。用薄的非磁金属层3分隔自由层2和闭合层4这两个磁层，且在闭合层4上提供反铁磁层5。在这种结构情况下，在和反铁磁层5磁化方向相反的方向上通过负交换相互作用来磁化相邻于反铁磁层5的闭合磁层4，然后闭合闭合磁层4的磁化方向。
与此对比，通过从一对置于自由磁层2两端附近的硬膜6产生的静磁场，控制一些由非磁金属层3分隔的另一磁层(自由层)2的磁畴，以便一致地定向于一个方向。然而，自由磁层2中的磁畴控制是弱的，从而其中磁化方向是不固定的。换句话说，闭合磁层4具有大的力(矫顽力)在被固定后保持磁化方向，而自由磁层2只具有小的矫顽力。
当施加一个外磁场(即，来自记录媒体的信号磁场)，自由层2被磁化成容易改变磁化方向。当自由层2的磁化方向与闭合层4的磁化方向相反，即成180°时，自旋阀膜的电阻最大。这是因为在非磁金属层3与自由层2/闭合层4之间的界面，散射从自由层2移向闭合层4或反向移动的电子所致。
如果自由层2和闭合层4的磁化方向被定向于相同的方向，则在非磁金属层3与自由层2/闭合层4之间的界面上难以发生散射，使自旋阀膜的电阻最小。象上述情况一样，旋转阀膜的电阻正比于自由层2和活化层4的磁化方向之间的余弦角(cosθ)。
因此，如果在一对形成于旋转阀膜11两端的电极7(只示出其中一个电极)之间提供一个恒定电流(传感电流)，则能够按照电压的变化来检测外磁场引起的旋转阀膜11的电阻变化。
在基础层1上形成旋转阀膜111。提供基础层1，使绝缘膜(未示出)的表面在其下均匀地形成。
旋转阀膜11的反铁磁层5不是必不可少的。反铁磁层5具有对相邻于反铁磁层5的闭合层4的磁化方向进行固定的功能。如果不提供反铁磁层5，则闭合层的磁化方向容易由于外磁场而变化，从而丧失GMR效应。然而，如果用硬磁层作活化层4，则可略去反铁磁层5。
图8是一个说明图，只示出图7中硬膜6和自由层2，用于解释它们对下再生屏蔽10的位置关系，它对应于分析现有技术中旋转阀磁头结构的图4。参照图8，说明一种能够由大于零的余隙(g≥0)实现的效应；在下再生屏蔽上的硬膜6的垂直投影与下再生屏蔽上的自由层2的垂直投影之间提供该余隙。如图8所示，在下再生屏蔽12上的向着自由层侧的硬膜6顶端部分的垂直投影位置P1，被定位于下再生屏蔽12上的向着硬层侧的自由层2顶端部分的垂直投影位置的外侧上(如果从旋转阀膜中心看)。
根据硬膜6和自由层2的结构，硬膜6的磁荷集中于硬膜的顶端部分，从而建立从其顶端部径向产生的磁场。图7和8是截面图，旋转阀膜10具有一个预定深度的尺寸(图5中Y方向)，从而在理论上是沿着Y方向线性地形成顶端部分。因此，从X-Y平面的顶端部分能够产生径向的磁场。更具体地说，因为在旋转阀膜11的两侧提供硬膜6，故顶端部分之一充当磁场从其中径向发散的N极，而顶端部分之另一部分充当磁场径向地收敛于其上的S极。
由来自顶端部分的磁场形成的自由层2的磁化方向重合于硬膜6所引导的自由层2的磁畴控制的磁化方向(此后被叫作“自由层磁化方向”)。从在其中不存在反磁场区。
反之，在现有技术的旋转阀膜110中，因为如参考图4所示，来自硬膜106顶端部分的磁场所形成的磁化方向是部分反向地指向自由层磁化方向，故在自由层102与硬膜6重迭的区中存在反磁场区。
图8中余隙g被设置成零或正值，但太大的余隙是不可取的，因为硬层6和自由层2互相间距离远，从而硬膜6对自由层2的磁畴控制变弱。因此，最好是，把余隙g设置成尽可能接近零的正值。
作为根据第一实施例的旋转阀膜10，已通过试验制成一种在其中把余隙g设置成零的样品。图9示出该样品的自由层平面内的磁化分布，这是当不施加外信号磁场(即，没有记录媒体引起的磁场)时借助计算机模拟算出的，它相当于在现有技术(参照图3)中分析旋转阀膜的图5。这种模拟是使用Landau-Lifshitz-Gilbert方程(LLG方程)根据微观磁学模拟法作出的。
如图9所示，各区中的磁化方向基本上一致地指向由一对硬膜6-1和6-2围绕的自由层2中的相同方向。因此，自由层2能够被看成是一个单一磁畴的结构。具有单一磁畴结构的自由层的磁化方向与硬膜6所形成的自由层磁化方向(用粗箭头表示)一致。
图10示出旋转阀磁头10的输出功率对记录媒体磁场(外磁场)的响应特征曲线，这是用相同的计算机模拟法得出的，它对应于现有技术(参照图3)中通过分析旋转阀膜计算的图6。从图10可知，当媒体磁场是-100Oe、0Oe和100Oe时，GMR输出分别是0.1mV、0mV和0.07mV。没有出现图6中出现的磁滞现象，因此磁滞损失可以忽略不计。
如上所述，通过应用图7所示的旋转阀磁头的结构，能够把自由层2看成是没有磁滞现象的单一磁畴结构，从而能够减少旋转阀磁头中的噪声。
参照图11A至11D，根据图7所示第一实施例说明一种制作旋转阀磁头的方法。为了容易了解溅射入射角等的说明，以放大方式，而不以其它图方式描述图11C。
如图11A所示，在绝缘膜(基片)16上依次有基础层、自由层、非磁金属层、闭合层和反铁磁层，借此形成旋转阀膜11。然后在其上形成一个具有外伸形状的双层保护层结构。尤其是，用旋转涂层法在旋转阀膜11的整个表面上涂保护层12，然后在所得到的整个表面上形成一个铝(Al2O3)层13。此后，在使用适当掩模的情况下通过蚀刻法构图保护层12和铝层13。此时，因为相对来说保护层12的蚀刻速度快于铝层13的蚀刻速度，故能形成一个双层外伸保护层结构14，它由铝层13和在铝层13下面形成的较窄保护层12组成。
其次，如图11B所示，构图旋转阀膜11。尤其是，用离子铣削法去除未用两层保护层结构14覆盖的旋转阀膜11，以形成一个平面长方形。根据这个去除步骤，决定结合图8所示的自由层2的侧端部分，即向着硬膜侧的顶端部分的位置P2。为了把余隙g设置成零或零以上，自由层顶端部分和要在稍后形成的硬膜6顶端部分P1的相对位置是重要的。为此，最好是稍微过量地构图旋转阀膜11，使自由层2的顶端部分的位置P2定位于较内侧。
如图11C所示，用溅射法之类的适当方法形成硬膜6，然后用相同的方法在硬膜6上形成电极膜7。此时，重要的是，硬膜6顶端部分的位置P1不定位于自由层顶端部位置P2的内侧。例如，在根据溅射的膜形成中，能够比较简单地分别实现硬膜6和电极膜7的溅射入射角θ1和θ2的控制。
例如，通过在比较短的距离内放置用于硬膜(溅射源)和旋转阀磁头(靶)的金属材料，和随后进行溅射，能够控制溅射入射角。另外，也能通过在溅射源与作靶的旋转阀膜之间放置一个准直器，使溅射颗粒的飞行方向一致地对准一个方向，也能够控制溅射入射角。
然后，如图11C所示，通过用丙酮(CH3CoCH3)之类的适当蚀刻剂蚀刻旋转阀膜11，能够剥离双层结构保护层14。因此，能够制作图7所示的旋转阀磁头。
根据上述第一实施例制作旋转阀磁头的方法的基本部分包括下述的步骤：
①形成旋转阀膜11；
②形成和离子铣削构图双层结构保护层14；
③形成硬膜6和电极膜7；和
④移去双层结构保护层14。
和上述制作步骤对比，可用一些不同的方法制作旋转阀磁头。根据这些制作方法，能够制成具有不同结构的旋转阀磁头。
[第二实施例]
对照第一实施例，变更根据本发明第二实施例的制作旋转阀磁头的步骤的顺序。
图12A和12B是说明图，根据本发明第二实施例分别说明旋转阀磁头结构的相关部分。第二实施例是一个置换实例，其中，上述制作步骤的顺序被变更，例如③→①，并且在步骤③中工作过程的顺序被进一步变更。
首先，如图12A所示，用溅射等方法在基片上形成电极膜7和硬膜8。此时，先形成电极膜7，然后在电极膜7上形成硬膜8。然后，用构图法从其中去除旋转阀形成区。然后形成旋转阀膜11。用结合图7所说明的方法，能够形成旋转阀膜。
其次，如图12B所示，用构图法去除在硬膜8上的旋转阀膜11部分。
在上述情况下，能够形成旋转阀磁头10，其中，在硬膜8的顶端部分P1与自由层2的顶端部分P2之间提供余隙g(在此g≥0)。在根据第二实施例的旋转阀磁头10的结构中，在旋转阀膜11形成以前，形成硬膜8和电极膜7，并且是在电极膜7上形成硬膜8，这是不同于图7所示旋转阀结构的。
[第三实施例]
图13是一个说明图，根据本发明第三实施例说明自旋阀磁头的结构的相关部分。第三实施例是一个实例，其中，上述制作步骤的顺序被变更，例如③→②→①→④，并且在步骤③中的工作过程序列也被变更。
首先，如图13所示，用溅射等方法在基片上的预定区域上形成电极膜7和硬膜8。此时，先形成电极膜7，然后在电极膜7上形成硬膜8，最后使两个膜构图。
然后，在硬膜8上形成外伸的双层结构保护层14。可用与结合图7说明的方法相同的方法，形成保护层14。
然后，在基片上的一个旋转阀形成区中形成旋转阀膜11。可按与图7所示相同的方法形成旋转阀膜11。此时，应当在自由层的溅射中控制溅射入射角θ1，以便在硬膜的顶端部分P1与自由层的顶端部分P2之间提供余隙g(此处g≥0)。
然后，剥离双层结构保护层14。
在上述情况下，能够形成旋转阀磁头10，它在硬膜的顶端部分垂直投影P1与自由层的顶端部分垂直投影P2之间具有余隙g(在此g≥0)。同图7所示旋转阀磁头的结构相比，在根据第三实施例的旋转阀磁头的结构中，先形成硬膜8和电极膜7后形成旋转阀膜11，还颠倒硬膜8和电极膜7的垂直位置。[第四实施例]
图14示出一个根据本发明第四实施例的旋转阀磁头的结构的相关部分。第四实施例是一个实例，其中在上述步骤的旋转阀膜形成步骤①中改变工作过程的顺序。
具体地说，相对于结合图7说明的顺序，颠倒形成旋转阀膜的顺序，即，在基片上顺序地形成反铁磁层5、闭合层4、非磁金属层3、和自由层2。
象结合图7所说明步骤的顺序一样，随后的步骤是②形成和离子铣削构图外伸的双层结构保护层14，③形成硬膜8和电极膜7，和④去除双层结构保护层14。
通过控制决定旋转阀膜11的自由层顶端部分位置P2的离子铣削，和决定硬膜的顶端部分位置P1的硬膜溅射入射角θ1，能够形成旋转阀磁头10，其中在硬膜的顶端部分P1和自由层的顶端部分P2之间提供余隙g(在此g≥0)。对照图7所示旋转阀磁头的结构，在根据第四实施例的旋转阀磁头的结构中，颠倒构成旋转阀膜的各膜的顺序。[第五实施例]
图15示出根据本发明第五实施例的旋转阀磁头结构的相关部分。第五实施例是一个实例，其中，在上述步骤的旋转阀膜形成步骤①中改变工作过程的顺序，并且还改变上述步骤的形成电极膜和硬膜的步骤③的内容。
首先，①通过在基片上顺序地形成反铁磁层5、闭合层4、非磁金属层3和自由层2，形成旋转阀膜。然后，②形成外伸的双层结构保护层14，并且借助离子铣削法构图旋转阀膜11。然后，③形成硬膜8和电极膜7。此时，和结合图7说明的顺序不同，先形成电极膜7，后形成硬膜8。最后，④剥离双层结构保护层14。
通过控制决定旋转阀膜11的自由层顶端部分位置P1的离子铣削，和决定硬膜的顶端位置P2的硬膜溅射入射角θ1，能够形成旋转阀磁头10，其中在硬膜的顶端部分与自由层的顶端部分之间提供余隙g(在此g≥0)。对照图7所示旋转阀磁头的结构，在根据第五实施例的旋转阀磁头的结构中，硬膜8与电极膜7之间的垂直关系是不同的。[第六实施例]
图16示出一个根据本发明第六实施例的旋转阀磁头结构的相关部分。第六实施例是一个实例，其中在上述步骤的旋转阀膜形成步骤①中改变工作过程的顺序，还改变上述步骤的形成电极膜和硬膜步骤③的内容。
首先，①通过在基片上顺序地形成反铁磁层5、闭合层4、非磁金属层3和自由层2，形成旋转阀膜。然后，②形成外伸的双层结构保护层14，并且借助离子铣削来构图旋转阀膜11。然后，③在形成硬膜8和电极膜7时，与结合图7所说明的顺序不同，先形成电极膜7a，其次形成硬膜8，且又形成电极膜7b。最后，④剥离双层结构保护层14，以去除它。
通过控制决定旋转阀膜11的自由层顶端部分位置的离子铣削，和决定硬膜的顶端部分位置的硬膜溅射入射角θ1，能够形成旋转阀磁头，其中在硬膜的顶端部分与自由层的顶端部分之间提供一个大于零的余隙g。对照图7所示旋转阀磁头的结构，在根据第六实施侧的旋转阀磁头的结构中，采用一种三层结构，在此结构中形成上和下电极膜7a和7b，以夹入硬膜。[磁盘驱动器的实施例]
图17示出一个使用上述旋转阀磁头10的磁盘驱动器25。在磁盘驱动器25上安装一个用作磁记录媒体的硬磁盘26。提供一个激励器27，使磁头跟踪于硬磁盘26的窄磁道。提供一个浮块28，使激励器27的尖头以低的浮动高度保持于硬磁盘上，并且使该激励器不附着于硬磁盘。上述的旋转阀磁头10连接于浮动块28的顶上。
根据本发明，能够提供一种减少噪声的旋转阀磁头。
此外，根据本发明，能够提供一种制作旋转阀磁头的方法，该磁头能够减少噪声。
另外，根据本发明，能够提供一种使用旋转阀磁头的磁盘驱动器，该磁头能够减少噪声。[其它的实施例]
可按下述的实施例实现本发明。
(1)一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；和
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；
其中，硬磁层和自由磁层被定位成，不重迭旋转阀膜厚度方向上的硬磁层的垂直投影和旋转阀膜厚度方向上的自由磁层的垂直投影。
(2)一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个反铁磁层、一个其磁化方向是用反铁磁层闭合的闭合磁层、一个非磁金属层、和一个其磁化是用来自记录媒体的信号磁化旋转的自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；和
两个磁屏蔽膜，用于在其间通过绝缘层安置旋转阀膜、硬磁层、和电极元件；
其中，如此定位硬磁层和自由磁层，以致于在靠近磁屏蔽膜的自由磁层侧上安置的硬磁层顶端部分的垂直投影位置被定位在靠近磁屏蔽膜的两侧上安置的自由磁层顶端部分的垂直投影位置的外侧。
(3)一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层，一个用于控制自由磁层的磁畴的硬磁层；和
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；
其中，在旋转阀膜的膜厚度方向上，在来自自由磁层的空间投影中不存在硬磁层，从而在自由磁层中不存在其中具有的磁场与受硬磁层控制的磁畴中的磁场相反的反磁场区。
(4)一种磁盘驱动器，具有上述(1)、(2)或(3)的旋转阀磁头。
(5)一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
借助于溅射法在基片上按顺序形成一个电极膜和一个硬磁层；
构图电极膜和硬磁层；
在构图后的硬磁层和基片上顺序地形成一个基础层，一个自由磁层，一个非磁金属层，一个闭合磁层，和一个反铁磁层，从而形成一个旋转阀膜；和
对定位于硬磁层之上的旋转阀膜的一部分进行去除；
其中，用构图硬磁层的步骤决定硬磁层，并且用去除定位于硬磁层之上的旋转阀膜的一部分的步骤决定自由磁层；使所形成的硬磁层和自由磁层在从旋转阀膜厚度方向看时是互相不重迭的。
(6)一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
借助于溅射法在基片上顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；
构图电极膜和硬磁层；
在所构图的硬磁层上形成外伸保护层；
在外伸保护层和基片上顺序地形成一个基础层，一个自由磁层，一个非磁金属层，一个闭合磁层，和一个反铁磁层，从而形成一个旋转阀膜；和
剥离外伸保护层；
其中，用构图硬磁层的步骤决定硬磁层，并且用形成旋转阀膜的步骤决定自由磁层，使所形成的硬磁层和自由磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是不互相重迭的。
(7)一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法按顺序形成一个硬磁层和一个电极膜；和
剥离这些外伸的保护层；
其中，用构图旋转阀膜的步骤决定自由磁层，并且用形成硬磁层的步骤借助于溅射法决定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是互相不重迭的。
(8)一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层，和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；和
剥离这些外伸保护层；
其中，用构图旋转阀膜的步骤决定自由磁层，并且借助于溅射法用形成硬磁层的步骤决定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向看时是互相不重迭的。
(9)一种制作旋转阀磁头的方法，它包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层，一个反铁磁层，一个闭合磁层，一个非磁金属层和一个自由磁层，从而形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸保护层；
构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成一个电极膜和一个硬磁层；
借助于溅射法在硬磁层上形成另一电极膜；和
剥离这些外伸保护层；
其中，用构图旋转阀膜的步骤决定自由磁层，并且借助溅射法用形成硬磁层的步骤决定硬磁层，使所形成的自由磁层和硬磁层在从旋转阀膜的厚度方向来看时是互相不重迭的。
(10)一种制作旋转阀磁头的方法，包括下述步骤：
在基片上形成一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层；
把旋转阀膜构图为一个平面长方形，以决定自由磁层的顶端部分；和
在旋转阀膜的侧端部分附近，形成硬磁层和电极元件；
其中，如此形成硬磁层，以致于如果从旋转阀膜的厚度方向来看，则硬磁层与自由磁层不重迭。
(11)一种制作旋转阀磁头的方法，包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层、一个自由磁层、一个非磁金属层、一个闭合磁层和一个反铁磁层，借此形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸的保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成硬磁层和电极元件；和
剥离这些外伸的保护层；
其中：由构图旋转阀膜的步骤借助离子铣削法决定的自由磁层，和由形成硬磁层的步骤借助溅射法决定的硬磁层，被形成得如果从旋转阀膜的厚度方向来看是彼此不重迭的。
(12)根据上述(5)-(11)中任意一项的制作旋转阀磁头的方法，其中：
闭合磁层由Co90Fe10制成；
非磁金属层由Cu制成；
自由磁层由NiFe或/和Co90Fe10制成；
硬磁层由CoCrPt制成；及
电极元件由Au或W制成。
(13)一种磁盘驱动器，具有使用上述(5)-(11)中任意一项的制作旋转阀磁头的方法制作的旋转阀磁头。

Claims (15)

1．一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；和
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；
其中，硬磁层和自由磁层被定位成，不重迭旋转阀膜厚度方向上的硬磁层的垂直投影和旋转阀膜厚度方向上的自由磁层的垂直投影。
2．根据权利要求1的旋转阀磁头，其中：
闭合磁层由Co90Fe10制成；
非磁金属层由Cu制成；
自由磁层由NiFe或Co90Fe10制成；
硬磁层由CoCrPt制成；和
电极元件由Au或W制成。
3．一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个反铁磁层、一个其磁化方向是用反铁磁层闭合的闭合磁层、一个非磁金属层、和一个其磁化是用来自记录媒体的信号磁化旋转的自由磁层；
一个硬磁层，用于控制自由磁层的磁畴；
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；和
两个磁屏蔽膜，用于在其间通过绝缘层安置旋转阀膜、硬磁层、和电极元件；
其中，如此定位硬磁层和自由磁层，以致于在靠近磁屏蔽膜的自由磁层侧上安置的硬磁层顶端部分的垂直投影位置被定位在靠近磁屏蔽膜的两侧上安置的自由磁层顶端部分的垂直投影位置的外侧。
4．根据权利要求3的旋转阀磁头，其中：
反铁磁层由FeMn或PdPtMn制成；
闭合磁层由Co90Fe10制成；
非磁金属层由Cu制成；
自由磁层由NiFe或/和Co90Fe10制成；
硬磁层由CoCrPt制成；
电极元件由Au或W制成；
绝缘层由Al2O3制成；和
磁屏蔽膜由NiFe或FeN制成。
5．根据权利要求3的旋转阀磁头，其中：在靠近磁屏蔽膜的自由磁层侧上安置的硬磁层顶端部分的垂直投影位置，和在靠近磁屏蔽膜的两侧上安置的自由磁层顶端部分的垂直投影位置，被定位成在其间具有一个大于零的余隙。
6．一种旋转阀磁头，包括：
一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层，一个用于控制自由磁层的磁畴的硬磁层；和
电极元件，用于向旋转阀膜提供传感电流；
其中，在旋转阀膜的膜厚度方向上，在来自自由磁层的空间投影中不存在硬磁层，从而在自由磁层中不存在其中具有的磁场与受硬磁层控制的磁畴中的磁场相反的反磁场区。
7．根据权利要求6的旋转阀磁头，其中因为在自由磁层中不存在反磁场区，能够输出没有任何显著涉及媒体磁场的磁滞现象的旋转阀输出特性。
8．一种制作旋转阀磁头的方法，包括下述步骤：
在基片上形成一个旋转阀膜，它至少具有一个闭合磁层、一个非磁金属层、和一个自由磁层；
把旋转阀膜构图为一个平面长方形，以决定自由磁层的顶端部分；和
在旋转阀膜的侧端部分附近，形成硬磁层和电极元件；
其中，如此形成硬磁层，以致于如果从旋转阀膜的厚度方向来看，则硬磁层与自由磁层不重迭。
9．根据权利要求8的制作旋转阀磁头的方法，还包括下述步骤：
在形成旋转阀膜的步骤与构图旋转阀膜的步骤之间形成外伸的保护层；和
利用外伸的保护层借助于离子铣削，执行构图旋转阀膜的步骤，以决定自由磁层的顶端部分。
10．根据权利要求9的制作旋转阀磁头的方法，其中：利用外伸的保护层借助于溅射法形成硬磁层；并且在这时，控制一个溅射入射角来形成硬磁层，以便从旋转阀膜的厚度方向来看，硬磁层与自由磁层不重迭。
11．根据权利要求9的制作旋转阀磁头的方法，其中，当利用外伸的保护层借助于离子铣削法构图旋转阀膜以决定自由磁层的顶端部分时，如此稍微过量地构图旋转阀膜，以致于在一个比外伸保护层侧靠内的侧上决定自由磁层的顶端部分；和
利用外伸的保护层借助于溅射法形成硬磁层，并且在这时，硬磁层被形成得不与自由磁层重迭；由于控制一个溅射入射角，故如果从旋转阀膜的厚度方向来看，就可在比较靠内的侧上形成硬磁层。
12．根据权利要求11的制作旋转阀磁头的方法，其中：通过在制作时相对地减小一个在溅射源与用作靶的旋转阀膜之间的距离，进行溅射入射角的控制。
13．根据权利要求11的制作旋转阀磁头的方法，其中：进行溅射入射角控制的方法是，在制作时在溅射源与用作靶的旋转阀膜之间安置准直器，使溅射颗粒的飞行方向一致地对准一个方向。
14．一种制作旋转阀磁头的方法，包括下述步骤：
在基片上顺序地形成一个基础层、一个自由磁层、一个非磁金属层、一个闭合磁层和一个反铁磁层，借此形成一个旋转阀膜；
在旋转阀膜上形成外伸的保护层；
借助于离子铣削法构图旋转阀膜；
借助于溅射法顺序地形成硬磁层和电极元件；和
剥离这些外伸的保护层；
其中：由构图旋转阀膜的步骤借助离子铣削法决定的自由磁层，和由形成硬磁层的步骤借助溅射法决定的硬磁层，被形成得如果从旋转阀膜的厚度方向来看是彼此不重迭的。
15．根据权利要求14的制作旋转阀磁头的方法，其中：当借助于溅射法形成硬磁层时，自由磁层和硬磁层被形成得如果从旋转阀膜的厚度方向来看是彼此不重迭的。
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