CN1223998C - 磁致电阻元件 - Google Patents

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Abstract

一种磁致电阻元件，包括磁性衬底；磁性层；和位于磁性衬底和磁性层之间的非磁性层。

Description

磁致电阻元件
技术领域
本发明涉及一种用于磁记录或光磁记录的磁致电阻元件、磁头、及磁记录和再现装置，具体而言，是涉及一种使用磁性衬底的磁致电阻元件、磁头、及磁记录和再现装置。
背景技术
近来，用于数字广播等图案信息的增加要求进一步提高磁记录密度。特别是在与磁带一起使用的磁头领域中，MIG(隙间金属)磁头使用在磁隙附近具有高饱和磁通密度的金属磁薄膜，该磁头正在被越来越广泛地使用。
现在要求信息记录的传送速度达到约100MHz。包括MIG磁头的感应磁头存在如下问题，即当频率增加时，由于涡流损耗和铁磁共振的限制，再现能力明显减小。
为了克服该问题，现在研究使用GMR(巨磁致电阻)元件的磁轭型薄膜磁头。该磁轭型薄膜磁头包括一磁轭，该磁轭由高饱和磁通密度材料构成，因此具有高频下损耗小的优点。
然而，当用于带状媒体时，使用薄膜磁性材料的磁头具有明显差的防磨损特性。该差的防磨损特性影响磁头的寿命。
包括由高饱和磁通密度材料形成、并包括一作为磁致电阻元件的GMR元件的磁轭的磁头具有如下问题。位于磁轭间隙中的GMR元件的一个自由层具有数纳米的厚度，因此容易发生磁饱和。因此，由该磁轭构成的磁路具有较大的磁致电阻，从而降低了磁头的效率。
发明概述
根据本发明的一个方面，一种磁致电阻元件包括磁性衬底；磁性层；和一位于磁性衬底和磁性层之间的非磁性层。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底的磁化方向与磁性层的磁化方向之间的相对角随着外部磁场的改变而改变。
在本发明的一个实施例中，该磁性衬底包括一自由层，其中，可相对于外部磁场来进行磁化旋转。磁性层包括一固定层，其中，与自由层相比，相对于外部磁场的磁化旋转更难发生。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一具有大的矫顽力的硬磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一反铁磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一合成反铁磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而朝向磁性衬底，合成反铁磁性层与反铁磁性层一起被磁性耦合。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一软磁性层，该软磁性层具有高饱和磁通密度，位于磁性衬底和非磁性层之间。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一反铁磁性层，该反铁磁性层位于磁性衬底和非磁性层之间。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含铁氧体。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含一氧化物。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含一单晶氧化物。
在本发明的一个实施例中，磁性层包含磁铁矿。
在本发明的一个实施例中，磁性层至少包含一种从O、N、P、C和B组成的组中选择的元素。
在本发明的一个实施例中，非磁性层包括一隧道层。
在本发明的一个实施例中，非磁性层包括一金属非磁性层。
根据本发明的另一方面，一种磁致电阻元件包括磁性衬底；第一磁性层；第二磁性层，与位于中间的第一磁性层而朝向磁性衬底；和第一非磁性层，该非磁性层位于第一磁性层和第二磁性层之间。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层的磁化方向与第二磁性层的磁化方向之间的相对角随着外部磁场的改变而改变。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底和第一磁性层彼此磁性耦合。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底和第一磁性层通过铁磁性耦合来彼此耦合，通过该铁磁性耦合，磁性衬底的磁化方向与第一磁性层的磁化方向彼此平行。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底和第一磁性层通过铁磁性耦合来彼此耦合，通过该铁磁性耦合，磁性衬底的磁化方向与第一磁性层的磁化方向彼此反向平行。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底和第一磁性层通过静态磁性耦合来彼此耦合。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一底层，该底层位于磁性衬底和第一磁性层之间。
在本发明的一个实施例中，底层包括一第二非磁性层。
在本发明的一个实施例中，底层包括一反铁磁性层。
在本发明的一个实施例中，底层具有0.5nm至50nm范围内、包括0.5nm和50nm的厚度。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层包括一自由层，其中，可相对于外部磁场来进行磁化旋转。第二磁性层包括一固定层，其中，与自由层相比，相对于外部磁场的磁化旋转更难发生。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一具有大的矫顽力的硬磁性层，以便通过夹在中间的第二磁性层而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一反铁磁性层，以便通过夹在中间的第二磁性层而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一合成反铁磁性层，以便通过夹在中间的第二磁性层而朝向磁性衬底，合成反铁磁性层与反铁磁性层一起被磁性耦合。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一软磁性层，该软磁性层具有高饱和磁通密度，位于磁性衬底和第一磁性层之间。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含铁氧体。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含一氧化物。
在本发明的一个实施例中，磁性衬底包含一单晶氧化物。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层包含磁铁矿。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层至少包含一种从O、N、P、C和B组成的组中选择的元素。
在本发明的一个实施例中，第一非磁性层包括一隧道层。
在本发明的一个实施例中，第一非磁性层包括一金属非磁性层。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一磁通导管，以便通过夹在中间的第二磁性层而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，磁致电阻元件进一步包括一非磁性感应层，以便通过夹在中间的磁通导管而朝向磁性衬底。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层包括具有高自旋极化的磁性层。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层进一步包括一用于反铁磁性交换耦合的非磁性层。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层进一步包括一用于反铁磁性交换耦合的磁性层，以便通过夹在中间的用于反铁磁性交换耦合的非磁性层而朝向具有高自旋极化的磁性层。
在本发明的一个实施例中，第一磁性层进一步包括一反铁磁性层，以便通过夹在中间的用于反铁磁性交换耦合的磁性层而朝向用于反铁磁性交换耦合的非磁性层。
根据本发明的另一方面，一种磁头包括磁致电阻元件，该磁致电阻元件包括一磁性衬底，一磁性层和一位于磁性衬底和磁性层之间的非磁性层；还包括一磁轭。该磁轭具有由非磁性材料形成的磁隙。该磁性衬底用作磁轭的一部分。
在本发明的一个实施例中，该磁轭包括一磁性部件，该磁性部件具有比至少在磁隙附近的磁性衬底的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，磁头进一步包括一绕在磁轭上的电磁线圈。
根据本发明的又一方面，一种磁头包括磁致电阻元件，该磁致电阻元件包括一磁性衬底，一第一磁性层、一通过夹在中间的第一磁性层而朝向磁性衬底的第二磁性层、和一位于第一磁性层和第二磁性层之间的非磁性层；还包括一磁轭。该磁轭具有由非磁性材料形成的磁隙。该磁性衬底用作磁轭的一部分。
在本发明的一个实施例中，该磁轭包括一磁性部件，该磁性部件具有比至少在磁隙附近的磁性衬底的饱和磁通密度高的饱和磁通密度，磁头进一步包括一绕在磁轭上的电磁线圈。
根据本发明的又一方面，一种磁记录和再现装置，包括上述一种磁头，从记录媒体中再现数据，以生成一信号，并将信号所表示的数据记录在记录媒体上；一安装磁头的臂；一驱动该臂的驱动单元；和一处理信号的信号处理单元。用DLC薄膜来对记录媒体进行表面处理。
在本发明的一个实施例中，该磁轭具有一朝向记录媒体的表面，用DLC薄膜来对该表面进行表面处理。
根据本发明的又一方面，一种磁记录和再现装置，包括上述任一磁头；一旋转磁鼓，将磁头安装在其外圆周表面上；和一带导向机构，将磁带引导到旋转磁鼓上，使磁带与外圆周表面接触。磁头将数据记录在磁带上，并从磁带中再现数据。
在本发明的一个实施例中，该磁轭具有一朝向磁带的表面，用DLC薄膜来对该表面进行表面处理。
本发明具有如下效果。
提供一种利用磁性衬底的软磁特性的磁致电阻元件。
在磁性衬底包含例如氧化物的情况下，磁铁不可能扩散到例如磁性衬底中。
在磁性衬底包含例如单晶氧化物的情况下，可实现各层的外延生长。
磁性衬底包含至少一种从O、N、P、C和B组成的组中选择的元素的情况下，特别是当磁性衬底包含氧化物时，可抑制恶化磁特性的反应，例如相互扩散。
在磁致电阻元件包括具有隧道层的非磁性层，并因此可利用隧道磁效应的情况下，即使当磁性衬底是导电的，分流效应也不会降低MR(磁致电阻)，这与常规的GMR元件不同。可提供一种利用磁性衬底的磁特性的隧道磁效应元件。
在磁致电阻元件包括具有金属非磁性层的非磁性层，并因此可利用GMR效应的情况下，即使当例如磁性衬底是高电阻的，分流效应也不会降低MR。可提供一种利用磁性衬底的磁特性的GMR元件。
因为磁轭包括具有极好的磁特性的磁性衬底，所以磁头具有磁性衬底固有的极好的防磨损特性。
因为具有高饱和磁通密度的软磁性层位于磁轭的磁隙(记录间隙)附近，所以可在磁性线圈生成的记录用磁场中将数据记录在磁性记录媒体中。另外，磁头由于具有满意的再现特性的磁致电阻元件而具有良好的防磨损特性。
在根据本发明的磁记录和再现装置中，DLC薄膜增加了磁头的电阻，防止泄漏电流流入磁记录和再现装置，特别是流入磁头。因此，可抑制泄漏电流引起的磁致电阻效应的降低。
因此，上述本发明的优点在于可提供一种磁致电阻元件、磁头、和具有满意的防磨损特性和足够高的磁头效率的磁记录及再现装置。
通过参照附图来阅读和理解下面的详细说明，对于本领域的技术人员而言，本发明的上述和其它优点将变得明显。
附图的简要说明
图1表示根据本发明一个实施例的磁头结构；
图2是图1所示磁头中包含的磁致电阻元件的剖面图；
图3表示根据本发明另一实施例的磁头结构；
图4是图3所示磁头中包含的磁致电阻元件的剖面图；
图5是根据本发明再一实施例的磁致电阻元件的立方图；
图6是图5所示磁致电阻元件的剖面图；
图7表示根据本发明又一实施例的磁头结构；
图8表示从磁记录媒体看到的图7所示磁头的结构；
图9表示根据本发明又一实施例的磁头结构；
图10是根据本发明又一实施例的磁致电阻元件的剖面图；
图11是根据本发明又一实施例的磁致电阻元件的剖面图；
图12是根据本发明又一实施例的磁致电阻元件的剖面图；
图13是根据本发明又一实施例的磁致电阻元件的剖面图；
图14是根据本发明又一实施例的磁致电阻元件的剖面图；
图15是根据本发明一个实施例的磁记录和再现装置的立方图；
图16是根据本发明另一实施例的磁记录和再现装置的示意图；
图17是图16所示信息记录和再现装置中旋转磁鼓的透视图；和
图18A至18F表示生成根据本发明的磁头的过程。
最佳实施例
下面参照附图结合说明性实例来说明本发明。
(实施例1)
图1表示根据本发明实施例1的磁头100的结构。磁头100包括磁轭111。磁轭111包括一对通常形成为具有凹槽的C形磁性衬底201A和201B。定位磁性衬底201A和201B，使凹槽彼此相对。磁性衬底201A和201B由铁氧体构成，并可包含氧化物和单晶氧化物中的至少一个。磁轭111在其一端具有由处于磁性衬底201A和201B之间的非磁性材料构成的缝隙204。磁头100包括多层薄膜113，该薄膜位于与磁性衬底201B相反的磁性衬底201A的部分表面上。
在图1中，参数121表示磁记录媒体。
图2是磁致电阻元件150的剖面图。磁致电阻元件150包括磁性衬底201A、具有高饱和磁通密度的软磁性层212、反铁磁性层233、多层薄膜113、夹层绝缘层217和电极216。磁性衬底201A还用作磁轭111的一部分。
具有高饱和磁通密度的软磁性层212和反铁磁性层233叠置于磁性衬底201A的表面和多层薄膜113之间，虽然未在图1中表示。具有高饱和磁通密度的软磁性层212位于磁性衬底201A的表面上，而反铁磁性层233位于具有高饱和磁通密度的软磁性层2 12的部分表面上，以曝露部分具有高饱和磁通密度的软磁性层212。具有高饱和磁通密度的软磁性层212具有1.0T(特斯拉)或更高的饱和磁通密度。磁性衬底201A包括自由层(未图示)，在该层中，可相对于外部磁场容易地进行磁化旋转。
非磁性层213覆盖每个反铁磁性层233的一部分和由反铁磁性层233曝露的具有高饱和磁通密度的软磁性层212的一部分。非磁性层213包括一隧道(tunneling)层。非磁性层213可包括一金属非磁性材料。
磁性层214和反铁磁性层215按此顺序盖在非磁性层213上面。在磁性层214中，与自由层相比，由于交换偏离反铁磁性层215，所以相对于外部磁场的磁化旋转更难发生。换言之，磁性层214包括一固定层。磁性层214可包括磁铁矿(magnetite)，或由从O、N、P、C和B组成的组中选择的至少一种元素构成。多层薄膜113包括非磁性层213，磁性层214和反铁磁性层215。
夹层绝缘层217盖住未被非磁性层213盖住的反铁磁性层233的部分，夹层绝缘层用来覆盖多层薄膜113的侧表面。多层薄膜113埋在夹层绝缘层117之间。
电极216基本上完全覆盖了夹层绝缘层117的表面和多层薄膜113的一个表面。多层薄膜113与电极216接触。因为以这种方式设置电极216，所以电流垂直流到多层薄膜113中各层的表面上。当非磁性层214包括一隧道元件时，磁致电阻元件150用作一TMR(隧道磁致电阻)元件。当非磁性层214包括一金属非磁性材料时，磁致电阻元件150用作一垂直电流型GMR元件。
反铁磁性层215可用具有较大矫顽力的硬磁性层219代替，该硬磁性层由例如CoPt合金、CoPtCr合金或FePt合金构成，具有较大的磁各向异性。具有较大矫顽力的硬磁性层219具有例如100 Oe(奥斯特)或更高的磁力。或者，用合成反铁磁性层218代替反铁磁性层215。合成反铁磁性层218包括两个磁性层和位于该两个磁性层之间的非磁性层。在合成反铁磁性层218中，由于通过位于中间的非磁性层的反铁磁性交换耦合，两个磁性层的磁化方向稳定地反向平行。合成反铁磁性层218可位于反铁磁性层215和磁性层214之间。
参照图1和2，具有上述结构的磁致电阻元件150进行例如如下的操作。
磁记录媒体121产生的外部磁场穿过磁隙204并到达磁性衬底201A。磁性衬底201A包括一自由层，在其中，可以相对于外部磁场进行磁化旋转。因此，磁性衬底201A的磁化方向随着外部磁场的改变而改变。磁性层214包括一固定层，其中与自由层相比，相对于外部磁场的磁化旋转更难发生。因此，即使外部磁场改变，磁性层214的磁化旋转也不会改变。因此，磁性衬底201A的磁化方向和磁性层214的磁化方向之间的相对角改变；随着相对角的改变，磁致电阻元件150的磁致电阻也改变。
当产生的电流沿垂直于多层薄膜113的各层表面的方向在电极216和用作底部电极的磁性衬底201A之间流动时，可检测到对应于相对角改变的电压改变。当沿垂直于多层薄膜113的各层表面的方向在电极216和磁性衬底201A之间施加电压时，可检测到对应于相对角改变的电流改变。
(实施例2)
图3表示根据本发明实施例2的磁头200的结构。对应于上述图1和2的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。
磁头200包括磁轭111。磁轭111包括一对磁性衬底201A和201B。磁性衬底201A和201B通常形成为具有凹槽的C形。定位磁性衬底201A和201B，使凹槽彼此相对。磁性衬底201A和201B由铁氧体构成。磁性衬底201A和201B可包含氧化物和单晶氧化物中的至少一个。磁轭111在其一端具有由处于磁性衬底201A和201B之间的非磁性材料构成的缝隙204。磁头200进一步包括一磁性层102，该磁性层位于与磁性衬底201B相对的磁性衬底201A的表面上，和一多层薄膜203，该薄膜位于与磁性衬底201A相对的磁性层102的部分表面上。
图4是磁致电阻250的剖面图。磁致电阻元件250包括磁性衬底201A、具有高饱和磁通密度的软磁性层212、反铁磁性层233、磁性层102、多层薄膜203、夹层绝缘层217和电极216。磁性衬底201A还用作磁轭111的一部分。
具有高饱和磁通密度的软磁性层212和反铁磁性层233叠置于磁性衬底201A的表面和磁性层102之间，虽然未在图3中表示。具有高饱和磁通密度的软磁性层212位于磁性衬底201A的表面上，而反铁磁性层233位于部分具有高饱和磁通密度的软磁性层212的表面上，以曝露部分具有高饱和磁通密度的软磁性层212。
磁性层102覆盖反铁磁性层233和由反铁磁性层233曝露的具有高饱和磁通密度的软磁性层212的一部分。磁性层102包括一自由层，在其中，可相对于外部磁场进行磁化旋转。磁性层102和磁性衬底201A通过铁磁性耦合而彼此磁性耦合，磁性层102和磁性衬底201A的磁化方向通过该铁磁性耦合而彼此平行。或者，磁性层102和磁性衬底201A通过反铁磁性耦合而彼此耦合，磁性层102和磁性衬底201A的磁化方向通过该反铁磁性耦合而彼此反向平行或者通过静态磁性耦合来彼此耦合。
非磁性层213A位于磁性层102的一部分表面上。磁性层214和反铁磁性层215按此顺序盖在非磁性层213A上面。在磁性层214中，与自由层相比，由于交换偏离反铁磁性层215，所以相对于外部磁场的磁化旋转更难发生。换言之，磁性层214包括一固定层。磁性层214可包括磁铁矿，或由从O、N、P、C和B组成的组中选择的至少一种元素构成。多层薄膜203包括非磁性层213A，磁性层214和反铁磁性层215。
如图4所示且如下所述，通过在多层薄膜203上形成电极216，在垂直于多层薄膜203的各层表面的方向上流过电流。
反铁磁性层215可用具有较大矫顽力的硬磁性层219代替，该硬磁性层由例如CoPt合金、CoPtCr合金或FePt合金构成，具有较大的磁各向异性。具有较大矫顽力的硬磁性层219具有例如100 Oe(奥斯特)或更高的磁力。或者，用合成反铁磁性层218代替反铁磁性层215。合成反铁磁性层218包括两个磁性层和位于该两个磁性层之间的非磁性层。在合成反铁磁性层218中，由于通过位于中间的非磁性层进行反铁磁性交换耦合，两个磁性层的磁化方向稳定地反向平行。合成反铁磁性层218可位于反铁磁性层215和磁性层214之间。
夹层绝缘层217盖住未被非磁性层213A盖住的磁性层102的部分，夹层绝缘层用来覆盖多层薄膜203的侧表面。多层薄膜203埋在夹层绝缘层217之间。
电极216基本上完全覆盖了夹层绝缘层117的表面和多层薄膜203的一个表面。多层薄膜203与电极216接触。因为以这种方式设置电极216，所以电流垂直流到多层薄膜203中各层的表面上。
在实施例2中，多层薄膜203包括一隧道元件。或者，用作一部分GMR元件的多层薄膜可用在图1、3、7和9中每一个所示的磁头中。
(实施例3)
图5是根据本发明实施例3的磁致电阻元件350的轴测图。对应于上述图3和4的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。磁致电阻元件350可用于图3所示磁头200中。
磁致电阻元件350包括磁性衬底201A、具有高饱和磁通密度的软磁性层212、用作GMR元件的一部分的多层薄膜403、硬偏磁(biad)层220和电极216。
磁性衬底201A由铁氧体构成。具有高饱和磁通密度的软磁性层212位于磁性衬底201A的表面上。用作GMR元件的一部分的多层薄膜403位于具有高饱和磁通密度的软磁性层212的部分表面上。硬偏磁层220用于覆盖多层薄膜403的侧表面。电极216分别盖住硬偏磁层220。
图6是沿平面A所得的图5所示磁致电阻元件350的剖面图。
如图6所示，多层薄膜403包括用作自由层的磁性层402、非磁性层413、用作固定层的磁性层414和反铁磁性层415，并按该顺序叠置。多层薄膜403位于具有高饱和磁通密度的软磁性层212上。在磁性层414和反铁磁性层415之间产生一交换偏离磁场。
具有上述结构的磁致电阻元件350进行如下操作。
从一个电极216流出的电流流过相应的硬偏磁层220，平行流到多层薄膜403的各层表面。之后，该电流流过另一硬偏磁层220，并流至另一电极216。多层薄膜403是GMR元件的一部分，其中，电流平行流到其中的各层表面。磁性衬底201A也用作图3所示磁头200的磁轭111的一部分。
与反铁磁性层415磁性耦合的合成反铁磁性层(未图示)可位于相对于磁性层414与磁性衬底201A相对的侧面上。
磁性衬底201A可包括氧化物和单晶氧化物中的至少一种。磁性层402可包括磁铁矿，或由从O、N、P、C和B组成的组中选择的至少一种元素构成。非磁性层413可包括金属非磁性材料。可提供如图5所示的绝缘层221，或将绝缘层221设置在具有高饱和磁通密度的软磁性层212和硬偏磁层220之间。
(实施例4)
图7表示根据本发明实施例4的磁头300的结构。对应于上述图3和4的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。
磁头300包括磁轭307。磁轭307包括两个磁性衬底301和306。磁性衬底301通常形成为具有凹槽的C形，被称为“C形磁芯”。磁性衬底306通常形成为具有凹槽的I形，被称为“I形磁芯”。定位I形磁芯，使其朝向C形磁芯301的凹槽。磁性衬底301和306由铁氧体构成。
磁轭307在其一端具有由处于磁性衬底301和306之间的非磁性材料构成的缝隙304。磁轭307包括一具有高饱和磁通密度的软磁性层212，该软磁性层位于每个朝向C形磁芯301的I形磁芯306的表面和朝向I形磁芯306的C形磁芯301的表面上。
磁头300包括一多层薄膜203，该薄膜位于具有高饱和磁通密度的软磁性层212的部分表面上，该软磁性层位于I形磁芯306上，该部分朝向C形磁芯301的凹槽。提供电磁线圈305来包绕对应于C形磁芯301的凹槽的部分。
图8是沿图7中箭头方向看去的磁头300的视图。
如图8所示，磁性衬底301和306在缝隙304附近(具体而言，在朝向磁记录媒体121的磁性衬底301和306的表面上(图7))基本呈三角形。C形磁芯301具有朝向缝隙304的表面301A和从表面301A延伸的侧面301B。I形磁芯306具有朝向缝隙304的表面306A和从表面306A延伸的侧面306B。并在表面301A、301B、306A和306B上形成高饱和磁通密度的软磁性层212。在本说明书的实施例和本发明的其它实施例中，高饱和磁通密度的软磁性层212具有比磁性衬底301和306高的饱和磁通密度。
(实施例5)
图9表示根据本发明实施例5的磁头400的结构。对应于上述图3和4的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。
磁头400包括磁轭111。磁轭111包括一对磁性衬底201A和201B。磁性衬底201A和201B通常形成为具有凹槽的C形。定位磁性衬底201A和201B，使凹槽彼此相对。
磁轭111在其一端具有由处于磁性衬底201A和201B之间的非磁性材料构成的缝隙204。磁头400包括一绝缘层701，该绝缘层位于与磁性衬底201B相对的磁性衬底201A的表面上。磁头400进一步包括一多层薄膜203，该薄膜位于与磁性衬底201A相对的绝缘层701的部分表面上。
(实施例6)
图10是根据本发明实施例6的磁致电阻元件250A的剖面图。磁致电阻元件250A可用于根据本发明的任一磁头中。
磁致电阻元件250A包括磁性衬底201A和位于磁性衬底201A上的下列层。
第一磁性层601位于磁性衬底201A的部分表面上。在第一磁性层601上，按顺序设置非磁性层602和第二磁性层603。第二磁性层603包括自由层，其中，可以相对于外部磁场进行磁化旋转。第一磁性层601包括一固定层，其中，与在第二磁性层603中相比，磁化旋转更难发生。多层薄膜203A包括第一磁性层601、非磁性层602和第二磁性层603。
夹层绝缘层607覆盖磁性衬底201A的部分表面，提供该夹层绝缘层来覆盖多层薄膜203A的侧面。多层薄膜203A的磁致电阻随着外部磁场的改变而改变。在本实施例中，磁致电阻元件250A包括一多层薄膜203A。或者，磁致电阻元件250A包括多个位于垂直于图10的纸面方向的分离多层薄膜203A。此时，因为多层薄膜203A基本与外部磁场等距离，可手工消除其中产生的噪声成分，所以可提供较高的S/N比。
磁通导管604覆盖夹层绝缘层607的表面和多层薄膜203A的表面。磁通导管604由具有10或更高的磁导率的软磁性材料、例如NiFe、FeSiAl、或CoNiFe构成。磁通导管604的厚度最好为1μm或更小，以便磁通沿深度或高度方向(垂直于多层薄膜203A的各层表面)进入多层薄膜203A的内部。
非磁性导电层605和顶部电极606按该顺序排列于磁通导管604上。顶部电极606最好由例如NiFe等磁性材料构成，并通过汽相沉积或电镀来制造。顶部电极606和用作底部电极的磁性衬底201A用来屏蔽不期望的外部磁场(例如，基于由从中读取数据的磁记录媒体121的记录位生成的磁通以外的磁通的外部磁场)。位于磁通导管604和顶部电极606之间的非磁性导电层605用于将不期望的外部磁场从磁通导管604所引导的所期望的外部磁场(例如，基于由从中读取数据的磁记录媒体121的记录位生成的磁通的外部磁场)中完全分离开。
磁致电阻元件250A进行如下操作。
磁记录媒体121生成的外部磁场穿过夹在夹层绝缘层607和非磁性层605之间的磁通导管604，并到达第二磁性层603。因为第二磁性层603包括自由层，在其中可以相对于外部磁场进行磁化旋转，所以第二磁性层603的磁化方向随着外部磁场的改变而改变。第一磁性层601包括一固定层，其中与第二磁性层603相比，磁化旋转更难发生。因此，即使外部磁场改变，第一磁性层601的磁化旋转也不会改变。因此，第一磁性层601的磁化方向和第二磁性层603的磁化方向之间的相对角改变；随着相对角的改变，磁致电阻元件203A的磁致电阻也改变。
当产生的电流沿垂直于多层薄膜203A的各层表面的方向在顶部电极606和用作底部电极的磁性衬底201A之间流动时，可检测到对应于相对角改变的电压改变。当沿垂直于多层薄膜203A的各层表面的方向在顶部电极606和磁性衬底201A之间施加电压时，可检测到对应于相对角改变的电流改变。
一非磁性导电层可位于第一磁性层601和用作底部电极的磁性衬底201A之间。图10仅表示再现元件单元。使用顶部电极606作为记录磁极的的一部分的记录元件单元可位于顶部电极606上。
图11是图10所示磁致电阻元件250A的详细剖面视图。图11详细示出第一磁性层601的结构。
如图11所示，第一磁性层601包括位于磁性衬底201A的部分表面上的非磁性层804。该第一磁性层601还包括反铁磁性层802、用于反铁磁性交换耦合的磁性层803、用于反铁磁性交换耦合的非磁性层801、和具有高自旋极化的磁性层805，按上述顺序将这些层顺序地设置在非磁性层804上。非磁性层602位于具有高自旋极化的磁性层805上。
反铁磁性层802通过非磁性层804(底层)与磁性衬底201A(用作底部电极)接触，用于例如防止反铁磁性层802与磁性衬底201A磁性耦合，并提高反铁磁性层802的结晶度。具有高自旋极化的磁性层805通过与用于反铁磁性交换耦合的磁性层803进行反铁磁性耦合来被磁性固定，磁性层803通过用于反铁磁性交换耦合的非磁性层801与反铁磁性层802接触。
用于反铁磁性交换耦合的非磁性层801由例如Ru、Ir、Cu、或Rh构成。当由Ru构成时，用于反铁磁性交换耦合的非磁性层801具有大于等于0.6nm并小于等于0.9nm的厚度。反铁磁性层802由具有300K或更高的Neel温度的材料、例如PtMn或IrM构成。用于反铁磁性交换耦合的磁性层803包含50％或更多的从Fe、Co和Ni构成的组中选择的一种金属磁性元件。
(实施例7)
图12是根据本发明第七实施例的磁致电阻元件250B的剖面图。磁致电阻元件250B可用于根据本发明的任一磁头中。对应于上述图10的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。磁致电阻元件250B包括位于朝向磁性衬底201A的多层薄膜203A的一个表面上的磁通导管604。
非磁性导电层605位于磁性衬底201A的表面上。提供磁通导管604以完全覆盖非磁性导电层605的表面。第二磁性层603位于磁通导管的部分表面上。在第二磁性层603上顺序设置非磁性层602和第一磁性层601。多层薄膜203A包括第一磁性层601、非磁性层602和第二磁性层603。
夹层绝缘层607覆盖未被多层薄膜203A覆盖的磁通导管604的部分表面，提供夹层绝缘层607来覆盖多层薄膜203A的侧面。用顶部电极606来覆盖夹层绝缘层607的表面和第一磁性层601的表面。
(实施例8)
图13是根据本发明第八实施例的磁致电阻元件250C的剖面图。磁致电阻元件250C可用于根据本发明的任一磁头中。对应于上述图10的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。
磁致电阻元件250C包括两个沿磁通导管604的纵向设置的多层薄膜203A(包括第一磁性层601、非磁性层602和第二磁性层603)。两个多层薄膜203A与磁通导管604基本等距离。在图13中，提供两个多层薄膜203A。或者，也可沿磁通导管604的纵向设置三个或更多的多层薄膜203A。
(实施例9)
图14是根据本发明第九实施例的磁致电阻元件250D的剖面图。磁致电阻元件250D可用于根据本发明的任一磁头中。对应于上述图10的相同元件采用相同参数，并省略其详细描述。
磁致电阻元件250D包括两个沿垂直于磁通导管604的纵向方向的方向设置的多层薄膜203A(包括第一磁性层601、非磁性层602和第二磁性层603)。在图14中，提供两个多层薄膜203A。或者，也可沿垂直于磁通导管604的纵向的方向设置三个或更多个多层薄膜203A。
通过真空沉积、例如IBD(离子束沉积)、溅射、MBE或离子电镀可容易地生成上述实施例中的反铁磁性层、磁性层和电极。在磁致电阻元件中的非磁性层由化合物构成时，使用该化合物作为靶来执行真空沉积。通过常规方法、例如通过反应汽相沉积、反应溅射、离子辅助、CvD或使一元素在适当温度下与具有适当的局部压力的反应气体反应一个预定时间周期，可容易地生成用作非磁性层的化合物。
通过物理或化学蚀刻方法、例如离子铣削、RIE(反应离子蚀刻)、EB(电子束)或FIB(聚焦离子束)，可生成根据本发明的磁致电阻元件。必要时，使用适合于要求线宽的良好的加工工艺，通过CMP或光刻法来平整以良好加工工艺生产的膜。可通过在真空中执行簇离子束蚀刻来平整所生成的膜。这有利于提高MR比。
包含于根据本发明的磁致电阻元件中的磁性衬底可具有用抛光技术、例如MCL(机械化学抛光)光滑的表面。磁性衬底可形成为用良好的加工、例如菱形切割、激光加工或放电加工等期望的形状。为了形成一磁头，通过使用低熔点玻璃或低熔点合金的粘结来将两个磁性衬底粘结在一起。
(实施例10)
图15是根据本发明的使用具有磁致电阻元件的磁头的磁记录和再现装置700的轴测图。磁记录和再现装置700例如为HDD。
如图15所示，磁记录和再现装置700包括磁头701、用于安装磁头701的臂705；用于驱动该臂705的驱动单元702；和一信号处理单元704，用于对所生成的信号进行处理以通过磁头701从磁记录媒体703中再现数据和处理表示通过磁头701记录在磁记录媒体703上的数据的信号。用DLC(类似钻石的碳)薄膜来对记录媒体703进行表面处理。
驱动单元702驱动臂705，以将磁头701定位于磁记录媒体703上的预定位置。为了再现，磁头701读取记录在磁性记录媒体703上的数据。信号处理单元704执行用于通过磁头701再现从磁记录媒体705中读取的数据的处理。为了记录，信号处理单元704执行用于将数据记录在磁记录媒体703上的处理，并且磁头701将信号处理单元704处理后的数据记录在磁记录媒体703上。
(实施例11)
图16是根据本发明的使用具有磁致电阻元件的磁头的另一磁记录和再现装置800的示意图。磁记录和再现装置800例如为VTR。
如图16所示，磁记录和再现装置800包括旋转磁鼓813、供带轮807、卷带轮822、旋转柱808、810、811、816、817和819、倾斜柱812和815、主动轮818、压轮820和用于支撑张力柱的张力臂809。根据本发明的磁头805位于旋转磁鼓813的外圆周表面上。
图17是旋转磁鼓813的透视图。旋转磁鼓813包括底部磁鼓806和顶部旋转磁鼓802。磁头805位于顶部旋转磁鼓802的外圆周表面上。一引导头804位于底部磁鼓806的外圆周表面上。磁带(图17中未示)沿引导头804、即相对于顶部旋转磁鼓802的旋转轴倾斜的状态来运行。磁头805以相对于磁带的运行方向倾斜的状态旋转。顶部磁鼓802的外圆周表面具有多个形成于其中的凹槽801，因此磁带与顶部旋转磁鼓802紧密接触地稳定运行。界于磁带和顶部旋转磁鼓802中的空气从凹槽801中排出。
返回图16，绕在供带轮807上的磁带(图16中用参数821表示)被主动轮818和紧压在主动轮818上的压轮820驱动，并被倾斜柱812和815引导。这样将磁带821压在安装在旋转磁鼓813上的磁头805上。接着，磁带821穿过压轮820和主动轮818而绕在卷带轮822上。旋转磁鼓813是一顶部旋转磁鼓系统。将根据本发明的磁头805设置为从旋转磁鼓813的外圆周表面伸出约20μm。
根据本发明的磁记录和再现装置使用磁轭型磁头。因此，不改变在螺旋式扫描系统中有问题而被改变的MR元件的形状。由于是磁轭型磁头，所以不期望的可能性非常低，例如接触和滑动运动所引起的MR元件的静电破坏和源于磁带的化学反应物质、外部空气等引起的MR元件腐蚀。因此，磁记录和再现装置具有较高的可靠性。另外，根据本发明的磁头使用GMR元件或TMR元件，因此与常规的磁头相比具有更高的特性(例如MR比)。所以磁头可提供较高的记录密度。
(特定实施例)
(特定实施例1)
图18A至18F说明生成根据本发明的图3所示磁头200的过程。
如图18A所示，准备铁氧体衬底101。处理铁氧体衬底101以形成磁道，从而形成如图18B所示的铁氧体衬底101A。形成耐热玻璃层(例如Pyrex玻璃)和Cr层，以形成磁隙。接着，如图18C所示，通过在500℃下的玻璃粘结将两个铁氧体衬底101A放在一起。
如图18D所示，通过用RF磁电管溅射至300nm的厚度，在一个铁氧体衬底101A的表面上形成由磁铁旷(Fe3O4)构成的磁性层102。铁氧体衬底101A的温度为300℃。
在磁性层102上形成厚度为1nm的氧化铝层。接着，在氧化铝层上形成包括FeCo(3)/Ru(0.7)/FeCo(3)/PtMn(30)/Ta(5)各层的多层薄膜。在本说明书中，括号中的数字表示相应层以纳米为单位的厚度。用光刻法抛光多层薄膜，形成台形部分，使磁性层102具有20nm的厚度。形成氧化铝的夹层绝缘层。去除Ta层上的保护层，通过抛光去除因去除保护层而曝露的部分Ta层。这样，形成图18E所示的多层薄膜203(包含于TMR元件中)。接着，形成包括Ta(3)/Cu(500)/Pt(5)各层的顶部电极。
在真空中，280℃下，磁力为5k Oe的磁场中沿磁轭的磁路方向磁化PtMn。接着，用菱形切刀将具有多层薄膜203的组合铁氧体衬底201A切成片。这样，如图18F所示，生成磁头200(图3)，该磁头包括具有两个磁性衬底201A和201B的磁轭，并包括厚度为20nm的磁性层102。
通过相似的过程生成包括具有铁氧体衬体201A和201B的磁轭的磁头(未图示；为了方便，用200A表示)。为了生成磁头200A，而不形成磁性层102，在两个铁氧体衬底的一个上直接生成厚度为1nm的氧化铝层。在磁头200和200A中，铁氧体衬底201A都用作电极。
作为比较例，生成一个除不具有多层薄膜以外具有与磁头200和200A类似结构的常规磁头。
磁头200和200A及常规磁头的每一个都穿过磁轭窗口(磁头200时为图18F中的201C)缠上10圈线，检测涂覆DLC薄膜的磁头的再现特性。所有磁头都具有200nm的磁隙。
在再现信号的20MHz至40MHz的频率范围下，检测误码率。常规磁头具有10-5的误码率。根据本发明的磁头200和200A的每一个都具有10-7的误码率，这比常规磁头的小了两个量级。与常规磁头相比，磁头200和200A都呈现更高的抗磨损特性。可用DLC膜涂覆朝向磁带的每一个磁头200和200A的表面。
(特定实施例2)
生成包括磁轭307的图7所示的磁头300，该磁轭包括C形磁芯301和I形磁芯306。磁头300包括作为TMR元件的一部分的多层薄膜203。
在朝向I形磁芯的C形磁芯301的表面和朝向C形磁芯的I形磁芯306的表面上形成厚度为2nm的用作反应防止层(底层)的氧化铝层。在沿垂直于磁路的方向上、即垂直于图7的纸面方向上磁力为100 Oe的磁场中，在每个氧化铝层上形成厚度为5μm的FeTaN(1.9T)高饱和磁通密度的软磁性层212。
在将氧化铝层夹于中间地设置于I形磁芯306上的高饱和磁通密度软磁性层212上，如下形成一多层薄膜203。首先，在具有高饱和磁通密度的软磁性层212上形成CoFe(3)/Al(0.4)层。在氧气中，以200托氧化合成夹层1分钟。接着，形成一Al(0.3)层，之后在氧气中，以200托氧化该Al(0.3)层1分钟。之后，在该/Al(0.3)层上形成CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/PtMn(30)/Ta(3)/Pt(20)层。在磁路方向上磁化PtMn，通过抛光处理该多层薄膜，使之具有平台形状，以保留具有高饱和磁通密度的软磁性层212(FeTaN)。
通过金属粘结将I形磁芯306和C形磁芯301放置在一起。电磁线圈305绕在C形磁芯301上。这样就生成图7所示的磁头300。如上所述，磁头300包括磁轭307，还包括具有高饱和磁通密度的软磁性层212(FeTaN)，该磁轭具有两个磁性衬底301。
如上参照图8所示，C形磁芯301和I形磁芯306在其朝向磁记录媒体121的表面上都具有三角形形状(图7)。具有高饱和磁通密度的软磁性层212还位于定义C形磁芯301和I形磁芯306的三角形形状的面301A、301B、306A和306B上。
作为比较例，生成一常规MIG磁头，该磁头具有与磁头300相似的结构，并将FeTaN用作具有高饱和磁通密度的软磁性层212。
检测磁头300和常规磁头，以检测涂覆了DLC薄膜的磁头的再现特性。两个磁头都具有200nm的磁隙。
在再现信号20MHz至40MHz的频率范围下，检测误码率。常规磁头具有10-5.5的误码率。根据本发明的磁头300具有10-8的误码率，这比常规磁头的小。与常规磁头相比，磁头300呈现更高的抗磨损特性。可用DLC膜涂覆朝向磁带的磁头300的表面。
(特定实施例3)
生成包括磁轭307的图7所示磁头300，该磁轭包括C形磁芯301和I形磁芯306。磁头300包括多层薄膜203，如图4所示，该多层薄膜作为TMR元件的一部分。
在朝向I形磁芯306的C形磁芯301的表面上形成厚度为2nm的用作反应防止层(底层)的氧化铝层。在沿垂直于磁路的方向上、即垂直于图7的纸面方向上磁力为100 Oe的磁场中，在衬底温度为200℃下，在氧化铝层上形成厚度为5μm的FeAlN(2.0T)的具有高饱和磁通密度的软磁性层212。
在朝向C形磁芯301的I形磁芯306的表面上形成厚度为2nm的用作反应防止层(底层)的另一氧化铝层。在沿垂直于磁路的方向上、即垂直于图7的纸面方向上具有磁力为100 Oe的磁场中，在衬底温度为200℃下，在氧化铝层上形成厚度为5μm的FeAlN(2.0T)的具有高饱和磁通密度的软磁性层212。通过使用EB曝光和去除来布图，形成CoPtCr的硬偏磁层。之后，如下形成一多层薄膜203。首先，形成CoFe(3)/Al(0.4)层。在氧气中，以200托氧化合成夹层1分钟。接着，形成一Al(0.3)层，之后在氧气中，以200托氧化该Al(0.3)层1分钟。之后，在该Al(0.3)层上形成CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/PtMn(30)/Ta(3)/Pt(20)层。在280℃、5k Oe下，在磁路方向上将PtMn磁化到I形磁芯306。之后，将磁场方向变化90度，在200℃、200 Oe下，在磁场中磁化CoPtCr。这样执行正交化退火。
之后，通过抛光处理该多层薄膜，使之具有平台形状，以保留具有高饱和磁通密度的软磁性层212(FeTaN)。结果，生成图4所示的磁致电阻元件(TMR元件)。
在图4中，垂直纸面的方向为磁路方向。PtMn在垂直纸面的方向上是各向异性的。CoPtCr在平行于磁性衬底201A的纵向的方向上是各向异性的。
通过金属粘结将I形磁芯306和C形磁芯301放置在一起。电磁线圈305绕在C形磁芯301上。这样就生成图7所示的磁头300。
作为比较例，生成一常规MIG磁头，该磁头除了没有多层薄膜外，具有与磁头300相似的结构。
检测磁头300和常规磁头，以检测涂覆了DLC薄膜的磁头的再现特性。两个磁头都具有200nm的磁隙。
在再现信号的20MHz至40MHz的频率范围下，检测误码率。常规磁头具有10-5.5的误码率。根据本发明的磁头300具有10-8.5的误码率，这比常规磁头的小。与常规磁头相比，磁头300呈现更高的抗磨损特性。可用DLC膜涂覆朝向磁带的磁头300的表面。
在特定实施例2和3中，由氮化物磁性材料(FeTaN、FeAlN)形成磁性层(具有高饱和磁通密度的软磁性层212)。在特定实施例1中，磁性层由作为氧化物磁性材料的磁铁矿构成。另外，磁性层也可由例如碳化物磁性材料、例如FeTaC、FeHfC、或FeHfPtC；硼化物磁性材料、例如FeSiB；或磷化物来构成。此时，生成可防止热处理期间因衬底和磁性层之间的反应而引起的磁性恶化的磁头。
在上述特定实施例中，反应防止层(底层)由厚度为2nm的氧化铝层构成。或者，底层也可由非磁性层、反铁磁性层或具有厚度大于等于0.5nm小于等于50nm的具有较大矫顽力的硬磁性层构成。
在上述实施例中，反铁磁性层位于磁性层的底侧部中。或者，反铁磁性层也可位于磁性层的基本整个底面上。在这种结构中，提供与实施例中磁头一样低的误码率。
在具有高饱和磁通密度的软磁性层212位于磁性层102下面的结构中，当具有高饱和磁通密度的软磁性层212厚度为0.5nm至2nm时，磁性层102通过磁性衬底201A和磁性层102之间产生的反铁磁性耦合而得到单个磁畴。当具有高饱和磁通密度的软磁性层212厚度为2nm至50nm时，磁性层102通过磁性衬底201A和磁性层102之间产生的静态磁性耦合而得到单个磁畴。包括使用具有高饱和磁通密度的软磁性层212的磁致电阻元件的磁头具有比常规MIG磁头高的误码率。
在特定实施例3中，非磁性(隧道)层213由氧化铝构成。或者，非磁性(隧道)层213也可由氧化物、氮化物、碳化物、硼化物或半导体等构成。在这种情况下，可得到令人满意的磁头。
在特定实施例3中，磁性衬底201A由使用尖晶石型氧化物的铁氧体构成。或者，磁性衬底201A可由石榴石型氧化物构成。此时，可得到具有满意特性的磁头。在不同类型的铁氧体中，MnZn铁氧体是最好的。
(特定实施例4)
生成包括磁轭307的图7所示磁头300，该磁轭包括C形磁芯301和I形磁芯306。磁头300包括多层薄膜403，如图5和6所示，该多层薄膜作为GMR元件的一部分。
在朝向I形磁芯306的C形磁芯301的表面上形成厚度为1.5nm的用作反应防止层(底层)的氧化铝层。在沿垂直于磁路的方向上、即垂直于图7的纸面方向上磁力为100 Oe的磁场中，在氧化铝层上形成厚度为5μm的FeAlN(1.6T)的具有高饱和磁通密度的软磁性层212。
在朝向C形磁芯301的I形磁芯306的表面上形成FeAlN构成的具有高饱和磁通密度的软磁性层212。通过ECR蚀刻来蚀刻具有高饱和磁通密度的软磁性层212的深度约5nm的顶部，从而平整其表面。之后，通过磁电管溅射来形成包括NiFe(5)/CoFe(1)/Cu(3)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)各层的多层薄膜(包含于GMR元件中)。之后，通过在280℃下、在磁路方向中、在磁力为5k Oe的磁场中执行5小时的退火，使CoFe/PtMn层具有各向异性。之后，通过在200℃下、在垂直于磁路的方向上，施加1小时的磁力为100 Oe的磁场，使NiFe/CoFe层具有各向异性。通过光刻法和氩抛光来处理多层薄膜(包含于GMR元件中)，使之具有图6所示的平台形状，以保留具有高饱和磁通密度的软磁性层212(FeAlN)。
接着，在垂直于磁路的方向上施加300 Oe的磁场来形成CoPtCr构成的硬偏磁层。之后，形成Cr/Au层作为电极216。在图6中，垂直于纸面的方向是磁路方向。CoFe/PtMn在垂直纸面的方向上是各向异性的。CoPtCr在平行于磁性衬底201A的纵向的方向上是各向异性的。
通过金属粘结将I形磁芯306和C形磁芯301放置在一起。电磁线圈305绕在C形磁芯301上。这样就生成图7所示的磁头300。
作为比较例，生成一常规MIG磁头，该磁头除了不具有多层薄膜外，具有与磁头300相似的结构。
检测磁头300和常规磁头，以检测涂覆了DLC薄膜的磁头的再现特性。两个磁头都具有200nm的磁隙。
在再现信号的20MHz至40MHz的频率范围下，检测误码率。常规磁头具有10-6的误码率。根据本发明的磁头300具有10-8的误码率，这比常规磁头的小。与常规磁头相比，磁头300呈现更高的抗磨损特性。可用DLC膜涂覆朝向磁带的磁头300的表面。
(特定实施例5)
生成包括磁轭111的图9所示的磁头400，该磁轭包括磁性衬底201A和201B。磁头400包括作为TMR元件或GMR元件一部分的多层薄膜203。
使用IBD在磁性衬底201A上形成厚度为20nm的氧化铝绝缘层701，以使多层薄膜203与磁性衬底201A绝缘。在绝缘层701上如下形成多层薄膜203。为了形成TMR元件，形成NiFe(6)/Co(1)/Al(0.4)各层，在氧气中、以200托氧化合成夹层1分钟。形成一Al(0.3)层，之后形成CoFe(2.5)/PtMn(20)/Ta(3)/Pt(20)层。为了生成GMR元件，使用NiFe(6)/CoFe(1)/Cu(2.5)/CoFe(2.5)/PtMn(20)/Ta(3)的结构。之后，在260℃、5k Oe下，使PtMn具有磁性各向异性。接着，在垂直于施加到PtMn上的磁力的方向上用于施加100 Oe磁力的条件下执行正交热处理。通过例如光刻法和离子抛光来对多层薄膜布图。结果，生成图9所示磁头400。如上所述，磁头400包括作为TMR元件或GMR元件一部分的多层薄膜203。TMR元件使电流垂直于各层的表面上流动。GMR元件使电流平行于各层的表面流动。
作为比较例，生成一个除不具有多层薄膜外、具有与磁头400类似结构的常规铁氧体磁头。常规铁氧体磁头缠绕有10圈穿过磁轭窗口的线。
检测磁头400和常规磁头，以检测涂覆DLC薄膜的磁头的再现特性。两个磁头都具有200nm的磁隙。
在再现信号的20MHz至40MHz的频率范围下，检测误码率。常规磁头具有10-5的误码率。根据本发明的磁头400具有10-7的误码率，这比常规磁头的小。与常规磁头相比，磁头400呈现更高的抗磨损特性。可用DLC膜涂覆朝向磁带的磁头400的表面。
如上所述，本发明提供一种磁致电阻元件、一种磁头和一种磁记录和再现装置，通过在磁性衬底上提供磁致电阻元件，该磁记录和再现装置具有高的抗磨损特性和磁头特性。
在不脱离本发明的范围和精神下，对于本领域的技术人员而言，不同的变更是明显的，并且容易做出。因此，并不打算将下面的权利要求的范围限定为上述的描述，权利要求被广泛地定义。

Claims (14)

1.一种磁致电阻元件，包括：
磁性衬底；
磁性层；
位于磁性衬底和磁性层之间的非磁性层，以及
位于磁性衬底和非磁性层之间的反铁磁性层。
2.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性衬底的磁化方向与磁性层的磁化方向之间的相对角随着外部磁场的改变而改变。
3.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中：
磁性衬底包括一自由层，在该层中可关于外部磁场进行磁化旋转，和
磁性层包括一固定层，在该层中，与自由层相比，关于外部磁场的磁化旋转更难发生。
4.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，进一步包括一具有较大矫顽力的硬磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而面向磁性衬底。
5.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，进一步包括一反铁磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而朝向磁性衬底。
6.根据权利要求5所述的磁致电阻元件，进一步包括一合成反铁磁性层，以便通过夹在中间的磁性层而朝向磁性衬底，合成反铁磁性层磁性耦合于反铁磁性层。
7.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，进一步包括一位于磁性衬底和非磁性层之间的软磁性层，该软磁性层具有高饱和磁通密度。
8.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性衬底包含铁氧体。
9.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性衬底包含一氧化物。
10.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性衬底包含一单晶氧化物。
11.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性层包含磁铁矿。
12.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中磁性层至少包含一种从O、N、P、C和B组成的一组元素中选择的元素。
13.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中非磁性层包括一隧道层。
14.根据权利要求1所述的磁致电阻元件，其中非磁性层包括一金属非磁性层。
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