CN1227649C - 磁性传感器、磁头和磁性记录装置 - Google Patents

磁性传感器、磁头和磁性记录装置 Download PDF

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Abstract

一种磁性传感器具有这样的结构：其中由导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层至少部分地相互直接接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分的方向垂直于磁性传感器层的表面。通过改变硬层的电阻率而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流。该磁性传感器被用作为例如磁盘装置这样地磁性记录装置中地磁性读取头。

Description

磁性传感器、磁头和磁性记录装置
发明领域
本发明涉及磁性传感器和磁头。更加具体来说，本发明涉及一种用于在与磁性传感器层的表面相垂直的方向上施加电流的CPP(电流垂直于平面)型的磁性传感器。磁性传感器用于例如硬盘驱动器(HDD)这样的磁性记录装置的再现头，即，读取头。该磁性传感器的特征在于作为磁畴控制层的硬磁性材料的硬层的电阻率(电阻系数)被控制。本发明还涉及使用本发明的磁性传感器的磁性记录装置。
背景技术
众所周知，磁性传感器主要用作为硬盘的磁头，即计算机的读取装置。在几年以前，用于硬盘的磁头具有根据在线圈中产生的感应电流对于磁场的感应装置。
但是在最近几年，对高密度和高速度的要求导致具有能够自己检测磁场的磁性传感器的磁头的产生。该传感器是一种利用磁阻(MR)效应的磁性传感器。当前，倾向于使用利用大磁阻(GMR)效应的磁头。
随着如上文所述向着硬盘中更高记录密度的发展，每比特的记录面积被减小，并且所产生的磁场也被减小。事实上，现在能够在市场上获得的磁盘的记录密度大约为10至20Gbit/in2，并且以每年两倍的速度增加。
由于需要响应上述减小的磁场范围并且能够检测在外部磁场中非常微小的改变，当前广泛采用基于旋阀(spin valve)GMR效应的磁头。
表现出旋阀GMR效应的磁性传感器包括具有固定的磁化方向的磁性层(固定层(pinned layer))以及具有自由的磁化方向的磁性层(自由层(free layer))，并且在磁性传感器中，可以通过改变两个磁性层中的磁化方向之间的夹角而改变电阻。但是，对于该磁性传感器，如果一个磁畴被包含在自由层中，它会产生巴克豪森噪声，因此为了避免该噪声，必需控制磁畴。由于硬磁性材料的层面(硬层(hard layer))当前被作用为磁畴控制层，因此在下文中将参照图1A和1B说明使用旋阀GMR效应的磁性传感器的一个例子。
图1A为简要示出采用旋阀GMR效应的磁性传感器(SV-CIP元件)的截面示图，以及图1B为图1A中的虚线圆圈的放大视图。
首先，隔着Al2O3等等的底层62在作为滑块体的Al2O3-TiC基片61上形成NiFe合金等等的一个下磁屏蔽层63。旋阀层65形成在Al2O3等等所构成的一个下读取间隙层64上，并且在构图为预定的形状之后在旋阀层65的两端上形成作为磁畴控制层的由CoCrPt等等所构成的高矫顽力层所构成的硬层66。然后，淀积W/Ti/Ta多层的导电层，以形成读取电极67。
下面，在Al2O3等等所构成的上读取间隙层68上形成NiFe合金等等所构成的上磁屏蔽层69，从而完成采用旋阀元件的读取头的基本结构。
在本例中，通过溅射工艺并施加80[Oe]的磁场，按次序淀积5纳米厚度的Ta的底层(基层)70、4纳米厚度的NiFe的自由层71、2.5纳米厚度的CoFe的自由层72、2.5纳米厚度的Cu的中间层73、2.5纳米厚度的CoFe的固定层74、25纳米厚度的PdPtMn的反铁磁层75以及5纳米厚度的Ta的顶层76，从而形成该旋阀层65。
例如，NiFe的成份为Ni81Fe19，CoFe的成份为Co90Fe10，以及PdPtMn的成份为Pd31Pt17Mn52。
所示的磁性传感器为CIP(电流在平面中)型的，其中如箭头所示，与旋阀层65的表面，即磁性传感器层的表面，相平行地提供电流。当硬层66对设置在读取电极67下方时，其电阻率对磁性传感器的特性(GMR特性)没有实质性的影响。
在读取间隙层的形成中，目前使用通过CVD(化学汽相淀积)等等所形成的例如Al2O3或SiO2这样能够提供绝缘的最薄的材料。但是，这些材料的最小厚度大约为20nm。因此，考虑到这样的事实，即如果比特长度变短，则不能进一步减小读取间隙层的厚度，唯一的可能是减小磁性传感器层本身的厚度。但是，显然磁性传感器层厚度的减小也受到限制。
为了避免上述问题，并且满足硬盘的记录密度不小于80Gbit/in2，需要考虑使用基于CPP(电流垂直于平面)系数的旋阀元件(SV-CPP元件)或者TMR(隧道磁阻)元件，其中在与磁性传感器层的表面相垂直的方向上提供电流(至少包含垂直分量的方向)，因为这些元件不需要读取间隙层。
下面将参照图2说明CPP型的现有读取头的一个例子。
图2为简要示出现有SV-CPP元件的截面示图，如图所示，还能够作为下磁屏蔽层的NiFe的下电极82和旋阀层83形成在Al2O3-TiC基片81上。旋阀层83被蚀刻为预定的图案，随后进行剥离处理。在剥离处理中，形成CoCrPt等等的硬层84和Al2O3等等的绝缘层85，在其上面形成还能够作为上磁屏蔽层的NiFe的NiFe上电极86。
如上文所述，利用SV-CPP元件不需要读取间隙层。另外，由于该上和下电极还作为磁屏蔽层，与上文所述的SV-CIP元件相比还可以减小元件的总厚度。
但是，在CPP型的磁性传感器中，由于硬层84与旋阀层83直接接触，因此存在一个问题，即检测电流会在图2中的箭头所示方向流出到硬层84，从而造成GMR特性的下降。
为了防止GMR特性的下降，考虑如下方法：
方法1：
如图3中所示，绝缘层87被插入在硬层84和旋阀层83之间，从而硬层84不会与旋阀层83直接接触。
方法2：
如图4中所示，硬层84和旋阀层83相互直接接触。但是通过提供NiFe的上电极86的特定结构(覆盖结构)减小提供到硬层84的电流。
方法3：
如图5中所示，例如铁氧体这样的磁性绝缘材料被用作为硬层88。
在这三种方法中，方法1不适用，因为旋阀层83和硬层84相互隔开，因此磁畴的控制能力减小。
方法3具有这样的问题，由于磁性绝缘材料的磁性(Br：剩余磁化)较小，因此实际上不能够执行该方法。
另外，方法3具有如下问题：
首先，上NiFe电极86与旋阀层83相接触的部分位于旋阀层83中央，因此需要该部分需要小于旋阀层83的宽度。考虑到定位精度的要求，难以高成品率地生产该传感器。
第二，根据例如磁性传感器的旋阀层这样的层面结构，基本上要淀积例如金抗氧化层等等这样的低电阻层，作为磁性传感器层的最上层，从而存在这样的问题，即来自上电极端的电流分布较宽，以致于流出到该硬层。
难以同时解决所有这些问题。为了防止检测电流流到硬层，需要在该传感器中采用更加复杂的层面结构。
发明内容
本申请的发明人注意到上述参照图1的磁性传感器(SV-CPP元件)具有简单的结构，并且如果可以防止电流流到该元件的硬层，则可以提供具有简单结构并具有满意特性的CPP型或TMR(隧道磁阻元件)的旋阀元件。
也就是说，本发明针对于减小反应电流，结果增加在作为具有简单结构的CCP型磁性传感器中的磁畴控制层的硬层的电阻率。
本发明的一个目的是提供一个磁性传感器，特别是一种CPP型或TMR(隧道磁阻)元件，其具有简单层面结构和较高GMR特性，而没有例如检测电流流到硬层上，磁畴的可控制性减小，低Br值(剩余磁化)以及难以定位该层面等这些问题。
本发明的另一个目的是提供一种磁性传感器，其在例如硬盘驱动器(HDD)这样的较高记录密度磁性记录装置中作为再现头或读取头。
本发明的另一个目的是提供一种使用本发明的磁性传感器的紧凑和高性能的再现头。
另外，本发明的另一个目的是提供一种满足较高记录密度和其它要求的紧凑的磁性记录装置。
从下文参照本发明的优选实施例的描述中，本发明的这样和其它目的将容易理解。
在一个方面中，本发明在于具有这样的结构的磁性传感器，其中由导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层至少部分地相互直接接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分的方向垂直于磁性传感器层的表面，其中通过改变硬层的电阻率而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流。
在另一个方面中，本发明在于具有这样的结构，其中由导电硬磁性材料所构成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层被设置为至少部分地相互接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分垂直于磁性传感器层的表面，其中该硬层具有由Co基合金和非固溶性(non-solid solution)的绝缘材料所构成。
另外，在另一个方面中，本发明在于一种磁头，其中包括安装与其中的磁性再现头(在下文中，还称为“读取头”)，其中该再现头包括本发明的磁性传感器。
另外，本发明的另一个方面在于一种磁性记录装置，其中至少包括一个磁头、一个磁性记录介质、用于旋转该磁性记录介质的机构、用于安装该磁头的支臂部件、以及用于移动该磁头作为移动该支臂部件的一个功能的机构，其中该磁头包括本发明的作为一个再现头的磁性传感器。
附图说明
图1A示出现有SV-CIP元件的结构的截面视图；
图1B为图1A的部分1B的放大截面视图；
图2为示出现有SV-CPP元件的结构的截面视图；
图3为具有减小的泄漏电流的现有SV-CPP元件的结构的截面视图；
图4为示出电流限制型的现有SV-CPP元件结构的截面视图；
图5为使用绝缘材料的硬层的现有SV-CPP元件结构的截面视图；
图6为根据本发明的磁头的基本结构的截面视图；
图7为根据本发明的SV-CPP元件的结构的截面视图；
图8为根据硬层的电阻率的没有氧化层的SV-CPP元件的ΔR和MR比的曲线图；
图9为示出根据硬层的电阻率的具有氧化层的SV-CPP元件的ΔR和MR比的曲线图；
图10为示出根据SiO2含量的磁头的电阻率和Br的曲线图；
图11A为示出根据本发明第一实施例的SV-CPP元件的结构的截面视图；
图11B为图11A的部分11B的放大截面视图；
图12A为示出根据本发明第二实施例的SV-CPP元件的结构的截面视图；
图12B为图12A的部分12B的放大截面视图；
图13A为示出根据本发明第三实施例的SV-CPP元件的结构的截面视图；
图13B为图13A的部分13B的放大截面视图；
图14为根据本发明的磁性记录介质的一个优选实施例的截面视图；
图15为具有本发明的磁头的滑块的透视图；
图16为示出根据本发明的磁性记录装置的一个优选实施例的平面视图；
图17为沿着图16的线A-A截取的截面视图；
具体实施方式
下面将参照附图对于优选实施例描述本发明。
图6为用于说明本发明的基本概念的截面视图，并且示出CCP型读取头的基本构成部分的截面示图。在图6中，参考标号1、2、5和6分别表示基片、下电极、绝缘层和上电极。
根据本发明，为了实现上述目的，在此提供一种具有这样的结构的磁性传感器，即由导电硬磁性材料所构成用于控制磁畴的硬层4和磁性传感器层3被设置为至少部分地相互接触，如箭头所示，在与磁性传感器层3的表面相垂直的方向上提供至少电流的主要部分。磁性传感器的特征在于，在磁性传感器层上和硬层4中流动的电流被控制为在硬层4的电阻率中的改变量的一个函数。
用于本发明中的磁性传感器层3包括具有反铁磁层/固定层/中间层/自由层这样的结构的一个旋阀层、双重旋阀层、具有插入到该结构中的例如氧化物、碳化物或氮化物这样包含针孔(pinhole)的绝缘层(整体上不作为绝缘材料)的旋阀层、或者隧道磁阻(TMR)层。
在CCP型磁性传感器中，由于磁性传感器层3和硬层4被设置为相互直接接触，从而可以防止磁畴控制能力的下降，并且通过控制导电硬层4的电阻率，可以减小流到硬层4的电流成份。
在这种情况中，硬层4的电阻率最好被控制为不小于构成磁性传感器层3的材料中可获得的最高电阻率的80％。例如，通过结合例如CoCrPt等等这样的Co基合金与例如SiO2等等这样的非固溶性的绝缘材料，或者包含例如CoCrPt等等这样的Co基合金与例如SiO2等等这样的非固溶性的绝缘材料的多层结构，可以形成硬层4。结果，可以把硬层4的电阻率增加到超过Co基合金本身的电阻率，而不极大的减小硬层4的磁畴的可控制性。
另外，通过安装上述磁性传感器作为磁性读取头，特别是通过把该磁性传感器安装在磁性记录装置和机构上，可以实现能够进行高密度磁性记录的磁性记录装置。
在说明根据本发明第一优选实施例的SV-CPP元件之前，将参照图7至10说明获得根据本发明的优选实施例的SV-CPP元件的结构的模拟方法，以及控制硬层的电阻率的方法。
由于该SV-CPP元件基本上是由导电金属单独形成的，因此其电阻率与普通金属具有相同的量级，如表1中所示。
表1
    材料     电阻率(μΩcm)
    Ta     180
    PdPtMn     200
    NiFe     30
    CoFeB     26
    Cu     2
    Ru     20
因此，考虑到如果硬层的电阻率较大，则几乎所有电流将流过磁性传感器部分，因此将减小对GMR特性的不利影响。
另外，该SV-CPP元件可能添加有绝缘材料层，利用氧化层、碳化层、氮化层或硼酸盐层。但是，绝缘材料层被用于减小电流路径的有效面积，并且由于存在针孔，因此它本身不能够作为一个绝缘层。
在具有上述结构的SV-CPP元件中，由于绝缘材料层的电阻率在磁性传感器构成材料中为最大，因此考虑到如果硬层的电阻率大于绝缘材料层的电阻率，则几首所有电流将在磁性传感器部分流动，因此将可忽略地减少对GMR特性的不良影响。
为了确认上述事实，通过制造具有如图7中所示的截面结构的SV-CPP元件而进行模拟。在该结构被分为多个网络区域之后，模拟电流分布，并且利用设备模拟器“B2Spice”改变硬层的电阻率。
对两种旋阀层12进行模拟，即单单由导电金属所形成而没有氧化层的旋阀层，以及具有添加有绝缘材料层的氧化层的旋阀层。
在该模拟中，仅仅从一种导电金属形成的旋阀层是具有如下结构的双旋阀层：Ta(5nm)/NiFe(2nm)/PdPtMn(15nm)/CoFeB(1.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(2.5nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(4nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(2.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(1.5nm)/PdPtMn(15nm)/Ta(5nm)。另外，添加有绝缘材料层的旋阀膜是具有如下结构的包含氧化层的旋阀层：Ta(5nm)/NiFe(2nm)/PdPtMn(15nm)/CoFeB(1.5nm)/Ru(0.8nm)/CoFeB(1.2nm)-氧化物/CoFeB(1.5nm)/Cu(2.8nm)/CoFeB(2nm)/Cu(2nm)和Ta(1nm)-氧化物。
下面将参照图8和9进一步描述该模拟。
图8为示出硬层的电阻率与没有氧化层的SV-CPP元件的ΔR和MR比之间的相互关系的模拟结果的曲线图，以及图9为示出硬层的电阻率与具有氧化层的SV-CPP元件的ΔR和MR比之间的相互关系的模拟结果的曲线图。对于这两种SV-CPP元件，最好硬层13的电阻越小，则MR比率和ΔR越小。
另外，考虑到如果硬层13的电阻率的电阻较大并且与上文表1中所示的磁性传感器材料的最大电阻率相当，则ΔR和MR比的减小量较小，因此可以实际使用该SV-CPP元件。
特别地，对于具有氧化层的SV-CPP元件，磁性传感器材料的最大电阻率等于具有针孔的所插入氧化层的电阻率，也就是说，氧化层的电阻率为24000μΩcm，硬层13的电阻率为20000μΩcm，其大约为氧化层的电阻率的80％。无论如何，由于ΔR的减小量大约为5.42％，因此考虑到具有这种减小的电阻率的硬层13实际上可应用于SV-CPP元件。
另外，模拟结果显示，即使在硬层的电阻大约为磁性传感器材料的最大电阻率的50％的情况下，ΔR的减小量为20至25％，只要数值ΔR在没有硬层时较大，因此具有这种减小的电阻率的硬层是实际可用的。
另外，对于例如TMR元件这样的具有大电阻问题的元件，可以通过添加硬层而减小视在电阻。在这种情况中，尽管可以减小ΔR和MR比，也可以通过控制硬层的电阻率而控制这种减小。
下面，在从一个颗粒层形成层面13之后，确定该硬层13的电阻。
图10为示出在把SiO2晶片放置在CoCrPt靶上，通过在Si/SiO2基片上溅射形成一个薄膜，并且在280度的温度下进行3个小时的热处理，以下CoCrPt颗粒边界淀积SiO2，从而形成具有大的电阻率的颗粒层这样的情况下，进行SiO2量(成份比)与剩余磁化Br之间的关系的曲线图。
如图10中所示，当在CoCrPt-SiO2中的SiO2含量为10原子％时，电阻率为250μΩcm，并且当含量为17原子％时，电阻率为20000μΩcm。每个电阻率至少等于24000μΩcm的最大电阻率。在SV-CPP元件的层面中，氧化层可以显示出这种最大电阻率。
从上文显然可以看出，只要硬层的电阻率至少等于磁性传感器材料的最大电阻率，甚至在具有图2的结构的SV-CPP元件中，基本上所有检测电流可以流过该磁性传感器部分，因此在GMR特性中的减小量可以减小到最小水平。
根据上述结果，制造具有添加的硬层的SV-CPP元件，并且研究它的GMR特性。为了比较，制造没有硬层的SV-CPP元件，并且也研究它的GMR特性。
图11A为简要示出根据本发明第一优选实施例的SV-CPP元件的截面视图，以及图11B为示出图11A的部分11B(虚线圆圈)的放大示图。
首先，在用作为滑块体的Al2O3-TiC基片21上形成还作为下磁屏蔽层的NiFe下电极22和双重旋阀层23。在进行构图与获得预定结构之后，利用剥离工艺在双重旋阀层23的每一端上作为磁畴控制层的硬层24以及用于把硬层24与NiFe的上电极26相绝缘的Al2O3层25。最后，在基片21的整个表面上形成还作为上磁屏蔽层的NiFe的上电极26。通过这种方式，完成没有氧化层的SV-CPP元件的基本结构。
在这种SV-CPP元件中，通过溅射方法，顺序淀积5纳米厚的Ta底层27、2纳米厚的NiFe底层28、15纳米厚的PdPtMn的反铁磁层29、由具有1.5纳米厚的CoFeB层30、0.8纳米厚的Ru层31以及2.5纳米厚的CoFeB层32所构成的叠层铁氧体结构的固定层、2.8纳米厚的Cu中间层35、由2.5纳米厚的CoFeB层36、0.8纳米厚的Ru层37以及1.5纳米厚的CoFeB层38所构成的叠层铁氧体结构的固定层，15纳米厚的PdPtMn反铁磁层39、以及5纳米厚的Ta层40，从而形成双重旋阀层23。请注意，在本实施例中，NiFe的成份例如为Ni81Fe19，CoFeB的成份例如为Co88Fe10B2，以及PdPtMn的成份例如为Pd31Pt17Mn52。
另外，在本实施例中，按照这种方式形成硬层24，使得SiO2晶片被置于CoCrPt靶上面，并且在形成包含10原子％的SiO2过饱和固溶物的溅射层之后，在280度的温度下进行3个小时的热处理。在CoCrPt颗粒边界中淀积SiO2，从而产生具有大的电阻率的颗粒层。请注意，CoCrPt的成份比例如为Co78Cr10Pt12。
在下表2中示出在根据上述第一实施例的SV-CPP元件中的R、ΔR和MR比的测量结果。表2还示出没有硬层的比较例的结果。
表2
  GMR特性   没有硬层   具有硬层   由于添加硬层而造成的改变率(％)
R·A(Ωμm2)     0.131     0.129     -1.53
ΔR·A(Ωμm2)     1.77     1.67     -5.65
MR比(％)     1135     1.29     -4.19
在该表中，左栏的字符“A”表示双重旋阀层23的上表面的面积。
从表2中显然可以看出，即使在添加硬层24的情况下，GMR特性的减小量不大于10％。另外，在MR曲线中显然没有表示巴克豪森噪声的跳动。这意味着该SV-CPP元件没有实际问题。
另外，考虑到在第一实施例中，置于双重旋阀层23的上方和下方的Ta底层27和Ta层40还可能作为非磁性金属层，以消除上或下电极层和双重旋阀层23之间的磁性连接。
另外，在磁性传感器或磁头的实际制造中，需要对NiFe的下电极22和NiFe的上电极26进行构图，以获得端子结构。
接着，将参照图12A和12B以及没有硬层的对比SV-CPP元件，说明使用具有氧化层的旋阀层的本发明第二实施例的SV-CPP元件。还与第一实施例相同研究GMR特性。
图12A为根据本发明第二实施例的SV-CPP元件的截面示图，图12B为图12A的部分12B(虚线圆圈)的放大视图。
首先，在作为滑块体的Al2O3-TiC基片2l上形成作为下磁屏蔽层的NiFe下电极22以及旋阀层41。在进行构图以获得所需结构之后，使用剥离工艺，在双重旋阀层41的每一端上形成作为磁畴控制层的硬层42和Al2O3层25。最好，在基片21的整个表面上形成作为上磁屏蔽层的NiFe的上电极26。按照这种方式，完成具有氧化层的SV-CPP元件的基本结构。
在这种SV-CPP元件中，通过溅射方法，顺序淀积5纳米厚的Ta底层43、2纳米厚的NiFe底层44、13纳米厚的PdPtMn的反铁磁层45、由具有1.5纳米厚的CoFeB层46、0.8纳米厚的Ru层46以及1.2纳米厚的CoFeB层48，随后把O2导入到溅射设备，从而CoFeB层48的表面被氧化到大约0.5纳米的深度，从而形成一个氧化层49，从而形成旋阀层41。
然后，按顺序淀积CoFeB层50、2.8纳米厚的Cu中间层51、2纳米厚的CoFeB自由层52以及1纳米厚的Ta层54。然后，再次把O2导入到溅射设备，从而Ta层54的表面被略微氧化，从而形成一个氧化层55。
在本例中，氧化层49和氧化层55具有流过电流的针孔。
另外，NiFe的成份例如为Ni81Fe19，CoFeB的成份例如为Co88Fe10B2，以及PdPtMn的成份例如为Pd31Pt17Mn52。
另外，按照这种方式形成硬层42，使得SiO2晶片被置于CoCrPt靶上面，并且在形成包含17原子％的SiO2过饱和固溶物的溅射层之后，在280度的温度下进行3个小时的热处理。在CoCrPt颗粒边界中淀积SiO2，从而产生具有基本上与氧化层49相等的电阻率的颗粒层。请注意，CoCrPt的成份比例如为Co78Cr10Pt12。
在下表3中示出在根据上述第二实施例的SV-CPP元件中的R、ΔR和MR比的测量结果。表3还示出没有硬层的比较例的结果。
表3
    GMR特性 没有硬层 具有硬层 由于添加硬层而造成的改变率(％)
R·A(Ωμm2)     1.12     1.08     -3.57
ΔR·A(Ωμm2)     5.57     5.05     -9.34
MR比(％)     0.50     0.47     -5.98
在该表中，左栏的字符“A”表示旋阀层41的上表面的面积。
从表3中显然可以看出，即使在把硬层42添加到具有氧化层的SV-CPP元件的情况下，GMR特性的减小量不大于10％。另外，在MR曲线中显然没有表示巴克豪森噪声的跳动。这意味着该SV-CPP元件没有实际问题。
接着，将参照图13A和13B，说明本发明第三实施例的SV-CPP元件。图13A为根据本发明第三实施例的SV-CPP元件的截面示图，图13B为图13A的部分13B(虚线圆圈)的放大视图。
首先，在作为滑块体的Al2O3-TiC基片21上形成作为下磁屏蔽层的NiFe下电极22以及双重旋阀层23。在进行构图以获得所需结构之后，使用剥离工艺，在双重旋阀层23的每一端上形成作为磁畴控制层的硬层56和Al2O3层25。最后，在基片21的整个表面上形成作为上磁屏蔽层的NiFe的上电极26。按照这种方式，完成具有氧化层的SV-CPP元件的基本结构。
在这种SV-CPP元件中，硬层56具有多层结构通，并且使用CoCrPt靶和SiO2靶产生。例如，交替地从它们的靶淀积三对具有5纳米厚度的SiO2层57和具有10纳米厚度的CoCrPt层58，以形成多层结构薄膜。请注意在该硬层56中，CoCrPt的成份例如为Co78Cr10Pt12。
在上述第三实施例中，当硬层由CoCrPt/SiO2的多层层面所构成时，在电流平行与硬层的表面并且基本上没有电流在与该层面的表面相垂直的方向上流动的情况下，电阻率小到不大于100μΩcm，结果没有检测电流从硬层流到NiFe的下电极21。因此，可以获得与第一或第二实施例相类似的结果。
上文已经描述本发明的典型优选实施例。但是，请注意，本发明不限于上述实施例中所述的结构，而是可以根据本发明的范围和精神作出各种变型。
例如，在第一实施例的实践中，取代具有多层铁磁性结构的固定层的双重旋阀层，具有单个固定层的双重旋阀层可以用作为一个磁性传感器层。
另外，尽管在第二实施例中通过热氧化形成氧化层，但是可以在通过溅射等方法进行淀积之后形成氧化层，例如碳化膜、氮化膜或硼酸盐膜这样的其它层面，并具有满意的效果。
另外，磁性传感器层不限于双重旋阀层或具有氧化层的旋阀层。另外，可以使用没有氧化层的单层旋阀层。
另外，在本发明的实践中，由于隧道磁阻(TMR)薄膜还表现出大磁阻效应，因此它可以取代旋阀层。
当使用隧道磁阻薄膜时，例如在上述实施例中的Cu中间层可以用隧道绝缘层来取代，以获得该磁性传感器。通过控制硬层的电阻率，可以获得可比的效果。
在上述关于第一实施例的描述中，在硬层24中的SiO2混合比被控制为10原子％，并且在第二实施例中，在硬层42中的SiO2的混合比被控制为17原子％。请注意，SiO2的混合比不限于这些比例，并且它可以在保证该电阻率不小于构成磁性传感器层的材料的最大电阻率的80％。
另外，用于形成颗粒的非固溶性绝缘材料不限于SiO2。如果需要的话，可以使用例如Al2O3、SiN等等这样的非固体溶性绝缘材料。
另外，在上述第三实施例中，三对硬层被合并以形成多层结构。但是，本发明不限由三对所构成的多层结构。类似地厚度比例不限于在该实施例中所述的1(5纳米)比2(10纳米)。
在该多层结构的形成中，用于硬层的绝缘层不应当限于SiO2膜。可以使用例如Al2O3层、SiN层等等这样的其它绝缘层。
在上述的每个实施例中，Al2O3层被用于把硬层与上电极相绝缘。例如SiO2这样的其它材料的绝缘层可以用于绝缘的目的。
在上述每个实施例中，中性磁性材料NiFe被用于形成上和下电极。可以采用例如FeN或Fe这样的其它中性磁性材料来取代NiFe。
另外，上和下电极可以不用中性磁性材料所形成。例如，该电极可以用非磁性和良导体材料来形成，例如Cu。在这种情况中，上磁屏蔽层和下磁屏蔽层被分别置于上和下电极的外侧，导致间隙长度的增加。
在每个上述实施例中，Al2O3-TiC基片被用作为一个基片，并且NiFe的下电极被直接淀积在该基片上。另外，在通过溅射工艺在Al2O3-TiC基片上淀积大约2微米厚米的Al2O3层之后，可以形成NiFe的下电极。
另外，在上述实施例中CoCrPt被用作为用于硬层的硬磁性材料。如果需要的话可以使用例如CoPt这样的其它Co基合金来作为硬磁性材料。
在上述实施例中，参照单个磁性传感器描述本发明。但是本发明不限于用于单个读取头的磁性传感器，而是本发明还可应用于包含用于写入操作的叠层感应型薄膜磁头的复合薄膜磁头。
下面参照图14至17对于作为磁性记录装置的一个典型例子的磁盘驱动器进一步进行描述。
磁盘设备的基本构成部件包括：
磁性记录介质；
用于旋转磁性记录介质的机构；
用于固定本发明的磁头，即包含本发明的磁性传感器的磁头，的支臂部件；以及
用于随着该支臂部件的移动而移动磁头的机构。
用于磁盘设备中的磁性记录介质，即磁盘，可以是任何常规用于磁性记录领域中的磁盘设备，并且可以包括非磁性基片以及隔着底层施加在该基片上的磁性金属材料的磁性记录层，并且可以具有各种层面结构。
在图14中示出该磁盘的一个简化实施例，其中非磁性记录介质110如此构成，使得磁性金属材料的磁性记录层103隔着底层102淀积在非磁性基片101上。基片101是一个玻璃基片，并且其表面具有非定向的不规则性，即凹陷和凸起。硅基片等可以用于取代该玻璃基片。
在所示的110中，底层102具有三层结构，并且包括以铬作为主要成份的第一底层102-1、由镍和磷(NiP)所构成的第二底层102-1、以及以铬作为主要成份的第三底层102-3。在第三层结构中，第一底层102-1可以作为粘合促进层，因此如果在缺少这一底层的情况下获得这种功能，则它可以从底层中省略。如果需要的话可以采用其它底层结构。
磁性层103具有在其外围方向上容易磁化的方向，并且由以钴(Co)作为主要成份并包含铬(Cr)和铂(Pt)以及钛(Ta)或者钛(Ta)和铌(Nb)所构成的合金所制成。当然，磁性层103可以由其它磁性金属，或者如果需要的话它可以在其它层面结构中形成。
在磁盘110中，施加保护层104作为最上层。该保护层104例如最好由碳或钻石形态的碳(DLC)所形成。另外，保护层104最好由例如碳氟树脂这样的润滑剂所浸泡。
本发明的磁盘设备的结构不限于特定的一种结构。但是，该设备基本上包括：用于在磁盘中记录信息的磁头部分(写入头)；以及用于再现信息的再现头部分(读取头)。再现头部分具有上述本发明的磁头，即，使用磁控电阻的MR头，其中电阻响应磁场强度而改变。
在本发明的磁盘设备中，最好可以使用具有层面结构的复合磁头，其中用于读取来自磁盘的信息的包含磁控电阻器和用于把检测电流提供的该磁控电阻器上的导电层的MR读取头以及用于把信息记录在具有一对薄膜电极的磁盘上的感应型写入头相互层叠。MR读取头包括在现有技术中已知的各种结构，并且一个适合的例子包括使用各向异性磁阻的AMR(各向异性磁阻)头以及利用大磁阻的GMR(大磁阻)头(包括旋阀GMR头等等)。
例如通过采用常规的薄膜形成方法同时在陶瓷材料的磁头基片上形成多个磁头，随后把该磁头基片切割以获得分离的磁头，然后处理每个磁头以获得所需的形状。
图15为根据上述工艺制造的具有磁头的滑块的透视图。在图15中所示的滑块中，用于产生动力的导轨141和142在滑块140的与磁盘相对面上沿着由磁盘(未示出)的旋转所产生的气流的方向延伸。倾斜面141a和142a形成在导轨141和142的飞行表面的空气流入侧，并且本发明的磁头位于滑块140中的导轨142的后端面上。在本发明的实践中，最好使用没有静摩擦力的滑块，即STF滑块，其中具有磁头的滑块还在导轨的飞行表面(flying face)上具有两个或多个凸起。
另外，图16和17示出根据本发明的磁盘设备的一个优选实施例。图16为便于理解该结构的除去盖子的磁盘设备的平面图，以及图17为沿着图16的线A-A截取的截面视图。
在这些图中，参考标号150表面多个磁盘(对于本实施例中包含三个磁盘)，其由位于底板151上的旋转电机152所旋转和驱动。
参考标号153表面位于底板151上可旋转的激励器。向着磁盘150的记录面延伸的多个磁头臂154被提供在激励器153的一个旋转端上。弹簧臂155可旋转地安装在磁头臂154的旋转端上，另外上述滑块140隔着绝缘层(未示出)可倾斜地安装在弹簧臂155的弯曲部分上。另一方面，线圈157被提供在激励器153的另一个旋转端上。
由磁铁和磁轭所构成的磁路158位于基板151上，并且线圈157置于磁路158的磁隙中。磁路158和线圈157构成一个移动线圈型线性电机(VCM：音圈电机)。基板151的上表面被覆盖有一个盖子159。
下面将描述具有上述结构的磁盘设备的操作。当磁盘150处于停止状态时，滑块140与滑动区域相接触并且处于停止状态。
当磁盘150旋转并且由旋转电机152以高速驱动时，由磁盘150的旋转产生的气流使得滑块140在磁盘面上飞行，而在滑块与盘表面之间留有非常小的间隙。在该状态中，把电流施加到线圈157，在线圈157中产生拉力，从而旋转该激励器153。这使得磁头(滑块140)移动到磁盘150的所需磁道上，以进行数据读取/写入。
根据本发明，CPP型的读取头按这种方式来构成，使得作为磁畴控制层的硬层电阻率被根据磁性传感器层的电阻而调节。因此，在硬层中流动的检测电流可以显著减小，因此可以抑制GMR特性的降低，从而大大地有助于实现和推广使用具有高记录密度的硬盘。

Claims (16)

1.一种电流垂直于平面型磁性传感器，其具有如下结构：由导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层至少部分地相互直接接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分的方向垂直于磁性传感器层的表面，其中通过改变硬层的电阻率而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流。
2.根据权利要求1所述的磁性传感器，其中硬层的电阻率被控制为不小于构成磁性传感器层的任何材料的最高电阻率的80％。
3.根据权利要求1或2所述的磁性传感器，其中硬层包括Co基合金与非固溶性绝缘材料的组合。
4.根据权利要求3所述的磁性传感器，其中非固溶性绝缘材料包括SiO2。
5.一种电流垂直于平面型磁性传感器，其具有如下结构：由导电硬磁性材料所构成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层被设置为至少部分地相互接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分垂直于磁性传感器层的表面，其中该硬层具有包含Co基合金和非固溶性的绝缘材料的多层结构。
6.根据权利要求5所述的磁性传感器，其中非固溶性的绝缘材料包括SiO2。
7.一种包含安装在其上的磁性读取头的磁头，其中该读取头包括一个电流垂直于平面型磁性传感器，并且该磁性传感器具有这样的结构：其中由导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层至少部分地相互直接接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分的方向垂直于磁性传感器层的表面，其中通过改变硬层的电阻率而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流。
8.根据权利要求7所述的磁头，其中硬层的电阻率被控制为不小于构成磁性传感器层的任何材料的最高电阻率的80％。
9.根据权利要求7或8所述的磁头，其中硬层包括Co基合金与非固溶性绝缘材料的组合。
10.根据权利要求9所述的磁头，其中非固溶性绝缘材料包括SiO2。
11.根据权利要求7或8所述的磁头，其中该磁性读取头与磁性记录设备相结合地安装。
12.一种包含安装在其上的磁性读取头的磁头，其中该读取头包括一个电流垂直于平面型磁性传感器，并且该磁性传感器具有这样的结构：其中由导电硬磁性材料所构成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层被设置为至少部分地相互接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分垂直于磁性传感器层的表面，其中该硬层具有包含Co基合金和非固溶性的绝缘材料的多层结构。
13.根据权利要求12所述的磁头，其中非固溶性的绝缘材料包括SiO2。
14.根据权利要求12或13所述的磁头，其中该磁性读取头与磁性记录设备相结合地安装。
15.一种磁性记录装置，其中至少包括一个磁头、一个磁性记录介质、用于旋转该磁性记录介质的机构、用于安装该磁头的支臂部件、以及用于基于移动该支臂部件、从而移动该磁头的机构，其中该磁头包括一个电流垂直于平面型磁性传感器，并且该磁性传感器具有这样的结构：其中由导电硬磁性材料所形成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层至少部分地相互直接接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分的方向垂直于磁性传感器层的表面，其中通过改变硬层的电阻率而控制在磁性传感器层和硬层中流动的电流。
16.一种磁性记录装置，其中至少包括一个磁头、一个磁性记录介质、用于旋转该磁性记录介质的机构、用于安装该磁头的支臂部件、以及用于基于移动该支臂部件、从而移动该磁头的机构，其中该磁头包括一个电流垂直于平面型磁性传感器，并且该磁性传感器具有这样的结构：其中由导电硬磁性材料所构成的用于控制磁畴的硬层与磁性传感器层被设置为至少部分地相互接触，并且电流在这样的方向上流动，其中至少电流的主要部分垂直于磁性传感器层的表面，其中该硬层具有包含Co基合金和非固溶性的绝缘材料的多层结构。
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