CN1480923A - 包含部分电流屏蔽层的旋转阀头，所述头的生产方法和电流屏蔽方法 - Google Patents

包含部分电流屏蔽层的旋转阀头，所述头的生产方法和电流屏蔽方法 Download PDF

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Abstract

一种磁头，在垂直于大磁阻多层薄膜的薄膜平面方向上施加电流，并且包括被置于非常靠近自由层的电流屏蔽层，其中电流屏蔽层屏蔽或者减小其中电流流过的面积到一半至百分之一。当磁头进一步包括在大磁阻多层薄膜上面或者附近的磁畴控制薄膜时，合成磁头具有高输出和高稳定性，从而产生具有高记录密度的磁性记录和读取装置。

Description

包含部分电流屏蔽层的旋转阀头， 所述头的生产方法和电流屏蔽方法
背景技术
1.技术领域
本发明涉及一种用于在磁性记录读取装置中使用的磁头、磁头的生产方法和此磁头的电流屏蔽方法。
相关技术的描述
2.背景技术
日本专利申请公开号(JP-A)No.07-73416公开了具有软活性层和与软活性层接触的交换层的MR再现换能器。JP-A No.07-169026公开了使用反铁磁耦合薄膜的旋转阀传感器。JP-A No.10-173252公开了包括高电阻磁性叠层的磁阻传感器。
JP-A No.10-284768描述了具有铁磁性自由层和与铁磁性自由层接触的支持反平行磁化层的磁阻元件。JP-A No.11-259824描述了包括被放置在自由层上的硬磁性薄膜的隧道磁阻头。JP-A No.2001-230470和JP-A No.11-259824分别公开了均含有被放置在自由层上的硬磁性薄膜的磁阻元件和隧道磁阻头。
USP No.6,023,395和JP-A No.2001-250205分别公开了薄膜磁头，包括被放置在自由磁性层上的偏磁铁磁性薄膜。JP-A No.05-347013和JP-A No.06-223336分别公开磁阻元件和夹住磁阻元件的反铁磁薄膜。
JP-A No.2000-156530公开了磁阻元件，包括比如被插入在两个磁性层之间的氧化物层。JP-A No.10-173252公开了磁阻传感器，具有分别包含氧化物的高电阻磁性层。Digests of 25th Annual Conference onMagnetics in Japan(日本磁学第25届年会文摘)，25p B-3，p37(2001)描述了磁阻元件，具有被插入在磁性层之间并且被放置在自由层顶部的非常薄的氧化物层。Digests of 25th Annual Conference on Magnetics inJapan，25p B-5，p39(2001)描述了使用多层磁性层的磁阻元件。JP-A No.2002-157711描述了具有具有绝缘体层的垂直于平面(CPP)结构的电流的旋转阀头。JP-A No.2002-176211公开了具有电流流过的小面积区域的CPP-大磁阻(GMR)元件。
使用大磁阻的高敏感性磁头已经在实际中被使用在如GMR头或者旋转阀头中。GMR头应用在多层薄膜平面内方向上的感应电流，从而由于外部磁场产生电阻的变化，作为读取输出。建议传感器和磁头应用在多层薄膜的薄膜厚度方向上的感应电流，从而由于外部磁场产生电阻的变化，作为读取输出。隧道磁性电阻和垂直于平面电流(CPP)磁性电阻希望用于在这些技术中。此隧道磁阻元件包括替代旋转阀薄膜的非磁性导电层的绝缘体间隔层。绝缘体间隔层通常包括通过氧化金属铝的薄膜来准备的铝氧化物。一个垂直于平面电流的大磁阻元件包括金属层比如Cu作为在旋转阀薄膜中的非磁性导电层，从而对在平面内电流装置中的高磁性电阻利用相似的物理效果。
在垂直于薄膜平面方向上应用了电流的传感器和磁头具有高MR比率。然而，在它们的实际使用中，它们的电阻是障碍。例如，隧道磁阻传感器具有过高的电阻，并且当CPP大磁阻传感器具有亚微米级尺寸的传感器部分时，它们具有过低的电阻，并且由于此磁性记录技术下降，以及在它们的记录比特尺寸方面下降，因此现在它们的传感器部分具有压微米级尺寸。这是因为隧道磁阻装置利用流过绝缘体间隔层的隧道电流，从而实质上具有一个高电阻，并且相反，CPP大磁阻装置具有由金属组成的控制磁阻的非磁性导电层，从而在垂直于薄膜平面的方向上具有很低的电阻。
应用平面内电流的传感器基本上不会使它们的电阻随着读取头感应面积的尺寸而改变。然而，应用在垂直于薄膜平面方向上的电流的传感器使得它们的电阻与感应面积尺寸的平方成反比地改变。随着磁性记录装置的记录密度的增加，传感器尺寸例如磁头的传感器部分尺寸，比如记录道宽度和MR高度减小，从而在垂直于薄膜平面方向上的电流的传感器电阻的显著增加。
元件的读取输出与元件电阻成比例地增加，但是也受由电阻引起的噪声的影响。来自约翰逊噪声(热噪声)的噪声随着部件电阻的增加而增加。在此方面，信噪比(S/N)随着在隧道磁阻系统和其它读取系统中面积的减少而减少，其中在其它读取系统中每一面积的电阻很高。相反地，CPP大磁阻系统和其它具有每一面积低电阻的系统随着面积的减小而具有增加的S/N，并且作为磁头呈现出高的读取性能。相应地，隧道磁阻元件必须具有减小的电阻，并且相反地，CPP高磁阻元件必须在垂直于薄膜平面的方向上具有增加的电阻。
为了增加在CPP大磁阻元件中的电阻的一个可能的解决办法是增加薄膜的厚度，即使此技术增加两倍电阻。然而，电阻必须被增加10至1000倍，以便产生在最新的磁性记录系统中需要的足够电阻。另一个方面，提供一种技术，其中大磁阻多层薄膜部分地包括高电阻半金属或者氧化物、或者具有高电阻铁磁性物质或者氧化物的金属颗粒状混合物(例如JP-A No.10-173252)，但是此技术不会产生足够的优点。
最有效的技术是减小或者屏蔽在垂直于薄膜平面方向上流过电流的面积。当面积被减小到十分之一时，传感器部件的电阻增加10倍，并且当面积被减小到百分之一时，传感器部件的电阻增加100倍。然而，在传统的技术中，被应用在垂直于薄膜平面方向上的电流区域由几何尺寸所确定，比如对应于磁性记录系统记录密度的记录道宽度来确定，并且不能够简单地被减小到十分之一至百分之一。根据传统技术，此大磁阻薄膜不能够在例如记录道宽度的十分之一的尺寸内被构图。
用于替代通过构图一个非常精细的大磁阻多层薄膜来减少面积，即使应用在垂直于薄膜平面方向上电流的端部面积(电极)或者在端部和大磁阻多层薄膜之间的接触面积能够被减小到一个很小的面积，这也不能解决问题。至于其尺寸，当此被屏蔽部分远离作为呈现大磁阻的非磁性导电层的非磁性中间层时，增宽在垂直于薄膜平面方向上的流动的电流，此时电流在被屏蔽部分到大磁阻多层薄膜中的中间层之间移动。从而电流具有一个大的面积，在此区域中实质上产生大磁阻，并且尽管元件的电阻增加，通过大磁阻引起的MR比率会减小。电流的增宽是通过被屏蔽部分和环绕被屏蔽部分的物质之间的电阻的布置或者设置来确定的。仅仅被屏蔽层的布置和结构的控制就能够产生高的读取输出。
当反铁磁薄膜被用于实质上固定铁磁性被固定层的磁化，从而允许电流在垂直于薄膜平面方向上流动时，通过反铁磁薄膜的高电阻和大厚度引起的高电阻构成大部分元件的电阻，从而减小了大量的输出。这个问题也必须被得到解决。在简单的计算中，当反铁磁薄膜具有的厚度是大磁阻多层薄膜的其它部分厚度的1至1.5倍，并且电阻率大约是其它部件的6倍时，在垂直于薄膜平面方向上的反铁磁薄膜的电阻大约是其它部分的6至10倍。即使大磁阻多层薄膜实质上呈现出100％MR比率，具有起串联电阻作用的反铁磁薄膜的合成元件也仅仅能够实质上呈现MR比率的10％至15％。
为了获得传感器，特别是应用在垂直于薄膜平面方向上的电流的磁头，必须开发具有低于隧道磁阻元件并且高于CPP大磁阻元件的电阻并且具有高MR比率的元件。
此外，此应用在垂直于薄膜平面方向上的电流的传感器必须具有磁畴控制结构，以便避免噪声，从而在电流内平面部件中产生线性输出。
发明概述
相应地，本发明的一个目的是为了解决上述问题，并且提供一种使用磁性传感器的磁性记录装置或者磁头，它能够产生对应于高密度记录的高读取输出。更特别地，本发明的一个目的是提供一种传感器，使用施加电流到在垂直于薄膜平面方向上的大磁阻薄膜的高敏感性磁阻元件，并且具有适当的电阻和高MR比率，和一种具有高读取输出的磁头，同时提供一种使用该磁头的磁性记录和读取装置以及一种磁头的电流屏蔽方法。
为了达到上述目的，本发明在一方面提供一种磁头，包括呈现磁阻的多层薄膜；被放置在多层薄膜的薄膜平面的上面和下面的一对终端薄膜；和被放置在一对终端薄膜之间的电流屏蔽层，并且包括非导电区域和导电区域。
电流屏蔽层可以被放置在多层薄膜中。多层薄膜可以包括铁磁性被固定层；作为非磁性导电层的非磁性中间层；第一软磁性自由层；电流屏蔽层；被顺序叠加的第二软磁性自由层。多层薄膜可以包括铁磁性被固定层；作为非磁性导电层的非磁性中间层；软磁性自由层；电流屏蔽层；和磁畴控制层。磁头可以进一步包括被放置在软磁性自由层和电流屏蔽层之间的非磁性分离层。
多层薄膜可以包括铁磁性被固定层；作为非磁性导电层的非磁性中间层；第一软磁性自由层；电流屏蔽层；第二软磁性自由层；非磁性分离层；和被顺序叠加的磁畴控制层。多层薄膜可以包括软磁性自由层；起非磁性导电层作用的非磁性中间层；第一铁磁性被固定层；电流屏蔽层；第二铁磁性被固定层；和被顺序叠加的反铁磁层。
在电流屏蔽层中的导电区域构成电流屏蔽层整体面积的一半到百分之一。电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离更好的是1nm或者更大和5nm或者更小。
电流屏蔽层可以包含非导电物质和金属导电物质的混合物。此电流屏蔽层更好的是包括至少氧化硅和氧化铝之一与从铜、金、银、钌、铱、铑、铼和锇中所选择的至少一个成分的混合物。更特别地，电流屏蔽层包括从铝和硅中所选择的至少一个成分与从铝氧化物和硅氧化物中所选择的至少一个氧化物的混合物。
本发明在另一个方面也提供一种磁头，包括呈现磁阻的多层薄膜；被放置在多层薄膜的薄膜平面的上面和下面的一对终端薄膜；和被放置在一对终端薄膜之间的电流屏蔽层，其中电流屏蔽层包括第一导电物质薄膜；被放置在第一导电物质薄膜上的岛状非导电层；和填充岛状非导电层之间的间隙的第二导电物质。
本发明涉及一种磁头，包括磁阻多层薄膜、被放置在多层薄膜的薄膜平面的上面和下面的一对终端薄膜、和用于部分地减少构成流过在垂直于磁阻多层薄膜的薄膜平面方向上的终端薄膜的电流的路径的面积的装置，其中磁阻多层薄膜至少包括软磁性自由层、铁磁性被固定层、和被放置在软磁性自由层和铁磁性的被固定层之间并且起非磁性中间层作用的非磁性导电层。
本发明也涉及一种用于生产磁头的方法，包括在基底上形成下层屏蔽层的步骤；在下层屏蔽层上形成下层导电间隔层的步骤；在下层导电间隔层上形成磁阻元件的步骤；在磁阻元件上形成电流屏蔽层的步骤；在电流屏蔽层上形成上层导电间隔层的步骤；和在上层导电间隔层上形成下层屏蔽层的步骤，其中形成电流屏蔽层的步骤包括形成导电物质薄膜的步骤、和在导电物质薄膜上形成岛状非导电层的步骤。
此外有利地，本发明涉及用于生产磁头的方法，包括在基底上形成下层屏蔽层的步骤；在下层屏蔽层上形成下层导电间隔层的步骤；在下层导电间隔层上形成磁阻元件的步骤；在磁阻元件上形成电流屏蔽层的步骤；在电流屏蔽层上形成上层导电间隔层的步骤；和在上层导电间隔层上形成下层屏蔽层的步骤，其中形成电流屏蔽层的步骤包括形成氧化物和贵金属的混合薄膜的步骤，和对混合薄膜进行热处理的步骤。
本发明能够提供具有稳定特性和高输出的磁性传感器以及使用磁性传感器的磁头。尤其是，本发明能够提供一种磁头及高密度记录和读取装置，能够以高纪录密度产生令人满意的读取输出。
随着以下参考附图的优选具体实施方案的描述，本发明进一步的目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是作为本发明一个具体实施方案的大磁阻头示意图；
图2是作为本发明另一个具体实施方案的大磁阻头示意图；
图3是作为本发明另一个具体实施方案的大磁阻头示意图；
图4是本发明大磁阻头的电流屏蔽层及其生产方法作为一个具体
实施方案的示意图；
图5是本发明大磁阻头的另一个电流屏蔽层及其生产方法的示意图；
图6是本发明大磁阻头的另一个电流屏蔽层及其生产方法的示意图；
图7仍是本发明大磁阻头的另一个电流屏蔽层及其生产方法的示意；
图8是本发明大磁阻头的电流屏蔽层及其通过覆盖颗粒的生产方法的示意图；
图9是本发明的大磁阻头的另一个电流屏蔽层及其通过覆盖颗粒的生产方法的示意图；
图10通过具有不同尺寸的电流屏蔽层阐述了在电流屏蔽中的电流密度分布；
图11阐述随着导电区域直径的变化在z方向上的位置处电流密度的分布；
图12阐明随着导电区域直径的变化在z方向的位置处的电流效率；
图13是表示电流效率和读取部件特性之间关系的图；
图14是表示在本发明装置中导电区域数目和直径之间的关系的图形；
图15是表示导电区域直径和在z方向上电流屏蔽层的位置之间的关系的图形；
图16是根据本发明包括具有磁阻元件的磁性传感器的磁头的示意图；
图17是根据本发明的磁记录和读取装置的示意图；
图18A、18B和18C是每一个表示本发明磁头的电流屏蔽层结构的图；
图19是表示本发明磁头的电流屏蔽层另一结构的图；
图20A、20B、和20C是每一个表示包括本发明磁头的电流屏蔽层的大磁阻多层薄膜的结构图；
图21A和21B是表示包括本发明磁头的电流屏蔽层的大磁阻多层薄膜结构图；
图22是根据本发明的电流屏蔽层的示意图；
图23是表示根据本发明的电流屏蔽效果的曲线图；和
图24是本发明具有低屏蔽比率的磁头的示意图。
具体实施方式
首先，本发明的一些实施例将在以下顺次阐述。
根据本发明，至少能够屏蔽部分感应电流的电流屏蔽层被放置在旋转阀大磁阻多层薄膜上作为磁阻多层薄膜起磁性传感器的作用。一对上部和下部终端被放置在磁阻多层薄膜的上面和下面，结果电流屏蔽层被置于一对上部和下部终端之间。此结构产生一种包括具有磁性传感器的磁头的磁性记录装置，它应用在垂直于薄膜平面方向上的感应电流，并且能够达到高密度记录。
在此使用的术语“电流屏蔽层”基本含义是：
交叉放置于电流通路上的层结构，其中电流在垂直于薄膜平面的方向上经过一对终端流过磁阻薄膜；
层结构在其平面中具有包含非导电物质的部分和包含导电物质的部分。
通过此结构，层结构能够在垂直于薄膜平面的方向上屏蔽电流通路流到在电流屏蔽层中的导电区域。通过在磁阻薄膜附近或者在磁阻薄膜内部放置层结构，层结构能够在磁阻薄膜中使屏蔽效果起到相当的电阻放大效果。
在磁阻多层薄膜的内部放置电流屏蔽层能够增加CPP高磁阻元件的电阻。特别是，通过在与非磁性金属中间层接触或者非磁性金属中间层的附近放置电流屏蔽层，在起非磁性中间层作用的非磁性导电层中，在垂直于薄膜平面的方向上电流的增宽能够被减小，从而增加了电阻。相反的，在反铁磁薄膜中垂直于薄膜平面的方向上的电流能够被相对地增宽，从而增加了MR比率并且减小了反铁磁薄膜电阻对装置全部电阻的贡献。
根据本发明使用这些物质和结构的磁阻头以及使用磁头作为读取部分的磁记录读取装置能够完成高密度记录，比如在记录介质上的短记录长度和窄的记录道宽度，能够产生充分的读取输出并且能够令人满意地保持记录。
此具有电流屏蔽层的磁头的结构实例如下。
磁头包括具有包含按顺序放置的反铁磁层、铁磁性被固定层、非磁性导电层、软磁性自由层、和电流屏蔽层的多层结构的磁阻元件。
磁头包括具有包含按顺序放置的反铁磁层、铁磁性被固定层、作为非导电中间层的非磁性导电层、软磁性自由层、非磁性分离层和电流屏蔽层的多层结构的磁阻元件。
电流屏蔽层可以形成为软磁性自由层的一部分。更特别地，在其中使用的磁阻元件可以具有包含按顺序放置的反铁磁层、铁磁性被固定层、作为非导电中间层的非磁性导电层、第一软磁性自由层、电流屏蔽层、和第二软磁性自由层的多层结构。第一和第二软磁性自由层经过电流屏蔽层被磁性耦合，并且被用作单一自由层。
同样地，磁阻元件可以具有包含按顺序放置的软磁性自由层、作为非磁性中间层的非磁性导电层、第一铁磁性被固定层、电流屏蔽层、第二铁磁性被固定层、和反铁磁薄膜的多层结构。在此部件中，电流屏蔽层被放置为铁磁性被固定层的一部分，从而在作为非磁性中间层的非磁性导电层的附近布置为相同，并且第一和第二铁磁性被固定层经过电流屏蔽层被磁性耦合。既然这样，第二铁磁性被固定层更好是具有相对大的厚度(其中的原因将在随后描述)。更可取地，第二铁磁性被固定层具有“合成铁磁结构”，包括包含由例如钌组成的反平行耦合层、铁磁性物质，反平行耦合层、和铁磁性物质多层结构的多层薄膜。
在此被使用的反铁磁薄膜提供用来应用交换耦合偏磁，以便充分的确定铁磁性被固定层的磁化，并且可以被放置与铁磁性被固定层直接接触，或者可以通过磁性耦合间接地应用交换耦合偏磁。另一方面，另外的偏磁应用方法例如硬磁性层的剩余磁化或者电流偏差能够被作为反铁磁层的替代来使用。非磁性分离层是一个非常薄的中间层，它抑制比如电流屏蔽层和软磁性自由层或者其它成分之间的弥漫反作用(diffusereaction)的影响。由于软磁性自由层的磁化旋转，作为传感器的读取输出通过软磁性自由层和铁磁性被固定层之间大磁阻作用以及非磁性导电层的干涉而产生。
根据本发明的磁阻磁性传感器和磁头可以更加有利地包括磁畴控制结构。磁畴控制结构用于把软磁性自由层转换为单一磁畴，其中软磁性自由层经受关于外部磁场的磁化旋转，以便产生磁阻。此装置能够使软磁性自由层成为单一磁畴状态，并且无滞后的产生输出到磁场，以便被检测。磁畴控制薄膜可以包括，比如硬磁性薄膜。磁畴控制结构可以是一种硬偏磁结构，其中磁阻多层薄膜以感应区域宽度形成，比如记录道宽度。用作具有设定厚度的磁畴控制薄膜的硬磁性薄膜被放置在磁阻薄膜的两个端部，以便不会引起电短路，从而在垂直于磁畴控制薄膜的薄膜平面的方向上避免漏电或者感应电流旁通。硬磁性薄膜在磁化过程中被磁化，以便在记录道宽度方向上具有剩余磁化。在记录道宽度方向上，剩余磁化在边缘诱发磁性电荷，磁性电荷取消在软磁性自由层的边缘产生的磁性电荷，以便减少静态磁性能量，从而使软磁性自由层成为一个单一磁畴。另一方面，磁畴控制薄膜被放置在垂直于磁阻多层薄膜的薄膜平面的方向上，特别是在靠近软磁性自由层的一侧，并且被构图成大体相同的尺寸。此过程使得单一磁畴控制根据有效。
在这种情况中，磁畴控制薄膜就被放置在垂直于磁阻多层薄膜的薄膜平面的方向上，从而不会引起漏电或者电流旁通。磁畴控制薄膜可以包括硬磁性薄膜或者与反铁磁薄膜交换耦合的铁磁性薄膜。通过在软磁性自由层和磁畴控制层之间放置反平行耦合层，能够获得一个更有效的磁畴控制结构，其中反平行耦合层起到产生一个弱反铁磁耦合的作用。
下面将描述在这些结构中使用的物质。反铁磁薄膜可以包括，比如MnPt薄膜、MnIr薄膜、或者NiMn薄膜。铁磁性被固定层可以包括，比如Co合金，其中首选CoFe合金和CoFeNi合金。铁磁性被固定层可以进一步包括由比如Ru或者Rh组成的反平行耦合层，从而组成具有反铁磁耦合的合成铁磁结构或者可以进一步包括很薄的氧化层。软磁性自由层可以进一步包括NiFe合金、CoFe合金、CoFeNi合金、或者这些合金薄膜的多层薄膜。作为非磁性导电层的非磁性中间层更好的是包括Cu，但是可以包括Au、Ag、或者其它成分。非磁性分离层更好的是包括Cu、Ta、或者Ru，但是可以包括相对宽泛的多种物质。非磁性分离层通常被用来产生实质上具有非磁性耦合的结构，并且也能够被用于磁畴控制或者用于偏磁控制。既然这样，非磁性分离层被设定具有适当较弱的起反平行耦合层的作用。电流屏蔽层的非导电区域更好的是包括矾土或者氧化铝。
电流屏蔽层更好的是包括作为在绝缘体间隔层中的矾土或者氧化铝，或者矾土或者氧化铝和抗氧化金属的混合物，比如Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ir、Rh、Re、和Os。Si能够与氧化铝组合使用。
根据下面的几个实例和附图，将更加详细的阐述本发明的实施例。
实施例1
现在将描述根据本发明的涉及电流屏蔽层布置的几个实施例。
图18A、18B和18C是表示本发明磁头的电流屏蔽层结构的图。图18A所示的磁头包括下层导电间隔薄膜711、电流屏蔽层51、大磁阻多层薄膜101、上层导电间隔薄膜721、和夹住这些成分中的一对端部40。图18B所示的磁头包括下层导电间隔薄膜711、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、上层导电间隔薄膜721、和夹住这些成分中的一对端部40。图18C所示的磁头包括下层导电间隔薄膜711、电流屏蔽层51、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、上层导电间隔薄膜721、和夹住这些成分中的一对端部40。
图19是本发明磁头的电流屏蔽层另一结构的图。图19所示的磁头包括下层导电间隔薄膜711、大磁阻多层薄膜101、上层导电间隔薄膜721、和夹住这些成分中的一对端部40。大磁阻多层薄膜101包括在其多层结构内部的电流屏蔽层51。在图20A、20B、和20C中表示了更特殊的结构。
图20A、20B、和20C阐述了包括本发明磁头的电流屏蔽层的大磁阻多层薄膜的结构。图20A所示的大磁阻多层薄膜是反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、作为非磁性中间层的非磁性导电层12、软磁性自由层13、电流屏蔽层51、软磁性自由层13的组合。图20B所示的大磁阻多层薄膜是反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、非磁性导电层12、软磁性自由层13、电流屏蔽层51、非磁性分离层411、和磁畴控制薄膜41的组合。高图20C所示的磁阻多层薄膜是反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、作为非磁性中间层的非磁性导电层12、软磁性自由层13、电流屏蔽层51、另一个软磁性自由层13、非磁性分离层411、和磁畴控制薄膜41的组合。在这些成分中，磁畴控制薄膜41和非磁性分离层411被各自表示为大磁阻多层薄膜101的一部分。这些成分更好的是在薄膜形成过程中被并行的产生，并且在此被表示为一个整体组合。然而，磁畴控制薄膜和非磁性分离层实质上并不有助于大磁阻，并且能够毫无问题地从大磁阻多层薄膜中区分开来。
图21A和21B阐述包括本发明磁头的电流屏蔽层的大磁阻多层薄膜结构。图21A所示的大磁阻多层薄膜包括反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、电流屏蔽层51、铁磁性被固定层15、起非磁性中间层作用的非磁性导电层12、和软磁性自由层13的组合。图21B所示的大磁阻多层薄膜包括反铁磁薄膜11、第一铁磁性被固定层15、反平行耦合层154、第二铁磁性被固定层152、电流屏蔽层51、另一个第二铁磁性被固定层152、作为非磁性中间层的非磁性导电层12、和软磁性自由层13的组合。在图21A和21B的结构中，夹住电流屏蔽层51中的铁磁性被固定层被铁磁性地耦合，以便起整体铁磁性薄膜的作用。
图22是根据本发明的电流屏蔽层的示意图。电流屏蔽层51包括非导电区域512和导电区城511。导电区域511包括导电物质，比如一种金属，并且随着特殊面比率被放置在在非导电区域512I。非导电区域512包括具有实质上靠近绝缘物质电阻的电阻的绝缘物质或者非导电物质。在此处使用的术语“面比率”意味着导电区域511的面积与电流屏蔽层51的整体面积的比率，并且根据以下方程式来确定：面比率＝I/(屏蔽比率)＝(导电区域)/[(导电区域)+非导电区域)]屏蔽比率是由面比率的倒数确定的。换句话说，面比率意味着一部分面积比率，通过此比率电流在电流屏蔽层51流动。
图23是表示根据本发明的电流屏蔽效果的近似图。在0.1Ωμm2面电阻处被计算的磁头的装置电阻是根据下面的方程式被确定的：装置电阻＝(面电阻)/[(记录道宽度)(MR高度)]
图23表示在具有记录道宽度为100Gb/in2或者更大的磁盘装置中假定记录道宽度等于MR高度的装置电阻。当屏蔽比率是在从2到100的范围内时，作为一个读取头的装置电阻是几十欧姆到几百欧姆，并且适当的产生一个输出。由于归于电阻的噪声的增加，当屏蔽比率是100时，作为一个磁头的装置电阻是几百欧姆，并且超过一个适当的范围。
在本发明中的屏蔽比率更好的是等于或者大于2，并且小于或者等于100。换句话说，面比率更好的是二分之一到百分之一。屏蔽比率可以是大于等于1并且小于2。然而，当电流屏蔽层具有如图22所示的复数个导电区域时，屏蔽比率可能不会有效的被控制在大于等于1并且小于2。当屏蔽比率在上述最佳范围之内但是靠近2时，电流屏蔽层更好的是具有如图24所示的导电区域。
图24是本发明具有低屏蔽比率的磁头结构示意图。磁头包括下层导电间隔薄膜711、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、上层导电间隔薄膜721、和夹住这些成分中的一对端部40。电流屏蔽层51包括单一导电区域511和非导电区域512。感应电流流进导电区域511以便起到磁头的作用。电流屏蔽层51的导电区域511能够通过任何处理来准备，但是更好的是通过光刻处理被准备为一个具有比记录道宽度狭窄的宽度的模式。
实施例2
根据本发明实施例的构成大磁阻多层薄膜的薄膜是通过在1至6毫米汞柱(mTorr)氩气的环境下使用射频磁控管溅射装置顺序地在陶瓷基底上堆积下面的物质为1毫米厚来准备的。在此使用的溅射目标是钽、含镍原子20％的镍铁合金、铜、钴、MnPt、钌、矾土、MnIr、和铝目标。1平方厘米的Fe和Ni薄片被适当地放置在Co目标上，以便控制组成成分。Au、Ag、Pt、和其它薄片被适当地放置在Ru和Cu目标上，以便形成合金薄膜。同样地，Au、Ag、Pt、Al、和其它薄片被适当地放置在矾土目标上，以便形成颗粒状薄膜。Rf能量被应用到其上放置每一个目标的每一个阴极，以便在装置中产生等离子体，并且开启被放置在每一个阴极上的每一个闸门，然后一个接一个的关闭，以便顺序地形成各个层，从而产生了多层薄膜。在这些薄膜形成的过程中，使用一个永久磁铁，在平行于基底的方向上应用大约80奥斯特的磁场，从而允许合成的薄膜，以便具有单轴各项异性。
在磁场中在真空下对合成的多层薄膜进行270℃的热处理3小时，从而引起MnPt反铁磁薄膜的相位转换。合成薄膜的磁阻是在室温下被确定的。当使用除MnPt之外的另一个反铁磁薄膜时，在另一个温度下进一步采用另一个磁化热处理。当使用硬磁性薄膜时，在热处理之后，对合成薄膜在室温下进行磁化处理。通过光刻处理对基底上的器件进行构图。然后对基底进行滑动处理，并且被安装在磁性记录装置上。
下面将根据附图阐述本发明的磁头结构。
图1阐述根据本发明的磁性传感器的结构，表示磁性传感器的一个原理。图1是从面对着一个磁介质的气浮表面观看的作为磁头使用的磁性传感器的示意图。磁头包括基底50，顺序被放置在基底50上的下层磁性屏蔽35、下层导电间隙薄膜711、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、和单一磁畴控制铁磁层45。磁头进一步包括上层导电间隔薄膜721、和上层磁性屏蔽36，从而产生用于检测读取信号的读取间隔43。绝缘薄膜75定义了一个区域，其中在垂直于薄膜平面的方向上电流应用到大磁阻多层薄膜101，并且绝缘薄膜被围绕区域放置。对大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、和单一磁畴控制铁磁性薄膜45进行构图，以便基本上设定形状，并且从而定义了一个其中流通电流的区域和一个磁性活动区域。在此磁头中，单一磁畴控制铁磁性薄膜45是被放置在大磁阻多层薄膜101之上的一个多层薄膜，以便控制大磁阻多层薄膜101的传感器部分的磁畴，从而产生稳定的输出。
在此处使用的术语“自由层”或者“软磁性自由层”意味着通过外部磁场的作用经受磁化旋转的软磁性薄膜。术语“被固定层”或者“铁磁性被固定层”意味着显示实质上根据用来被检测的磁场被固定的磁化的铁磁层。为了固定此被固定层的磁化，使用反铁磁薄膜。硬磁性薄膜也能够替代反铁磁薄膜来使用。硬磁性薄膜显示除应用相对大的磁场之外不会发生变化的磁化。另一方面，可以采用被称为反射效应或者合成亚铁磁性材料的多层铁磁性被固定层。
在本实施例的磁头中的单一磁畴控制铁磁性薄膜45包括铁磁层412和被放置在上面的反铁磁层413。由于反铁磁层413和铁磁层412之间的接触界面处形成的交换耦合磁场，铁磁层412的磁化实质上被固定或者在一个设定方向上保持，特别是在一个记录道宽度方向上。然而，也能够采用另一个结构，以便产生相似的效果。比如，单一磁畴控制铁磁性薄膜45可以包括硬磁性薄膜。在磁头中的大磁阻多层薄膜101包括底层14、反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、作为非磁性中间层的非磁性导电层12、和软磁性自由层13的连续组合。在此结构中，铁磁性被固定层15是一个单一层，但是可以一个多层。此多层铁磁性被固定层15更好的是包括与显示磁性反平行耦合的Ru层相叠加的铁磁层组合。换句话说，多层铁磁性被固定层15更好的是铁磁层、反平行耦合层、和以此顺序被层压的铁磁层的组合。此类型的铁磁性被固定层实质上产生非静电磁场。
在此表示的软磁性自由层13是一个磁性物质单一层，但是两层或者更多层的组合作为软磁性自由层13也包括在本发明的范围中。特别地，软磁性自由层13更好的是包括靠近起非磁性中间层作用的非磁性导电层12的钴合金层、和远离非磁性导电层12的NiFe合金层。此类型的软磁性自由层13能够产生令人满意的软磁性特性和高MR比率。磁头可以进一步包括放置在大磁阻多层薄膜101之上的适当包含层。此保护层更好的是显示好的导电，并且具有小于或者等于几个纳米的厚度，以便不抑制下面所述的电流屏蔽层的效果。
在图1的结构中，应用在垂直于薄膜平面方向上的感应电流从一个端部(未示出)流过包括磁性屏蔽36、上层导电间隔薄膜721、保护终端薄膜37、和单一磁畴控制铁磁性薄膜45的路径，经过电流屏蔽层51到大磁阻多层薄膜101。电流进一步流过包括下层导电间隔薄膜711、下层磁性屏蔽35的路径到另一个端部(未示出)，从而在垂直于薄膜平面的方向上组成一个电流路径。自然地，通过应用另一个端部结构，电流路径能够被颠倒或者能够被形成以便绕过磁性屏蔽部分。本发明的一个特征存在于大磁阻多层薄膜101中的电流路径。在图1中通过箭头53图解阐明电流路径。
在此使用的术语“电流屏蔽层”主要意味着在电流路径中被交叉放置的层结构，其中电流在垂直于薄膜平面的方向上从一对端部流过磁阻薄膜；并且在其平面中的层结构具有包括例如嵌入在包括非导电物质的非导电层中的穿孔部分的非导电物质的一部分。通过此结构，层结构能够屏蔽在垂直于薄膜平面方向上的电流流到电流屏蔽层中的导电区域。通过在与磁阻薄膜接触或者在磁阻薄膜内部形成层结构，此结构能够使用屏蔽效果作为磁阻薄膜的电阻的实质放大效果。
将根据本实施例更详细地阐明电流屏蔽层。电流屏蔽层51包括导电区域511和非导电区域512。导电区域511包括比如高导电金属粒子，例如Au、Cu、或者Al，表示电阻率低于非导电区域512，并且具有一个设定比率的面积，比如电流屏蔽层51的面积的一半到百分之一。在垂直于薄膜平面的方向上的电流在上层磁性屏蔽36和上层导电间隔薄膜721的大面积中流动，但是通过非导电薄膜75的活动被屏蔽进入大磁阻多层薄膜101。如果磁头不包括电流屏蔽层51，那么在垂直于薄膜平面的方向上的电流在大磁阻多层薄膜101的平面中大体上均匀地流动。然而，根据本发明的结构，电流屏蔽层51允许在垂直于薄膜平面的方向上的电流集中到电流屏蔽层51的导电区域511。因此，此区域在以根据大磁阻多层薄膜101面积的设定比率被屏蔽，比如以与导电区域511的面比率相对应的比率，其中在此区域中电流在垂直于薄膜平面的方向上。
电流流过电流屏蔽层51，并且流进大磁阻多层薄膜101。随着导电区域511距离的增加，在垂直于薄膜平面方向上的电流在递增区域中流动。然而，在本发明的结构中，在大磁阻多层薄膜101中的电流屏蔽层51和起非磁性中间层作用的非磁性导电层12之间的距离被减少到小于或者等于5nm，并且更好的是小于或者等于3nm。因此，在一个相对小的面积中，电流能够进入非磁性导电层12。在此处使用的术语“层间距离”意味着靠近各个层的界面之间的距离。
相应地，由于大磁阻，通过在垂直于薄膜平面方向上的电流，能够获得比在电流在大磁阻多层薄膜101的整个区域中流动的情况下具有更高电阻和更高MR比率的读取输出。为了减小在大磁阻多层薄膜101中的电流屏蔽层51和非磁性导电层12之间的距离到上述指定范围，软磁性自由层13的厚度可以被减小到5nm或者更小，并且更好的是3nm或者更小。磁头更好的是进一步包括电流屏蔽层51和软磁性自由层13之间的非磁性分离层(未示出)，以便确保软磁性自由层13的令人满意的磁性特性，来控制磁致伸缩并且减小矫顽力。然而，非导电分离层的厚度被增加到电流屏蔽层51和非磁性导电层12之间的距离，从而更好的是厚度尽可能减小，并且特别是1nm或者更小。通过相同的表征，软磁性自由层13和非导电分离层的整体厚度更好的是5nm或者更小并且更加合适的是3nm或者更小。
根据本发明的结构，通过箭头53表示的垂直于薄膜平面方向上的电流在流过非磁性导电层12之后变宽，并且在一个面积中流过反铁磁薄膜11，其中此面积是流进非磁性导电层12时面积的几倍。因此，能够实质上与上述增宽的负平方成比例的减小在垂直于薄膜平面方向上反铁磁薄膜11对电阻的贡献。当流过下层导电间隔薄膜711和下层磁性屏蔽35时，流过大磁阻多层薄膜101的电流作为在被增宽面积中的感应电流。
电流屏蔽层51的导电区域511在绝缘区域(非导电区域)512中分配为圆点或者岛状物，并且以一个面比率，比如百分之一到二分之一构成电流屏蔽层51。导电区域511的尺寸更好的是到非磁性导电层12的距离和软磁性自由层13的厚度的几倍或者更多。这是基于几何学的需要以便使电流屏蔽层51和非磁性导电层12之间电流的增宽变得相对不重要。导电区域511的尺寸应该比被检测的磁性记录单元的尺寸足够小。如果导电区域511的尺寸等于或者二分之一、三分之一、或者十分之一被检测的磁性记录单元的尺寸，比如记录道宽度或者MR高度，并且装置的传感器部分的尺寸、在传感器部分中的导电区域511的数目非常小，从而合成的装置不会具有稳定的特性。
电流屏蔽层51能够具有包括上述结构的多种结构，并且能够通过任一制造过程来准备。比如Cu、Ag或者其它金属被形成为岛状结构，从而形成导电区域511，并且围绕类岛状的导性区域511的其它部分填充了氧化铝基体，从而形成了非导电区域512。铝和比如Cu、Ag、Au、或者Pt的混合物的薄膜被形成，并且对合成的薄膜进行热处理，以便沉淀金属颗粒，从而产生了电流屏蔽层51。另一方面，铝和比如Cu、Ag、Au、或者Pt的岛状物的混合物的薄膜被形成，并且对合成的薄膜进行氧化处理，以便允许保留在矾土中的非氧化金属颗粒，从而产生电流屏蔽层51。
电流屏蔽层51更好的是通过在图4中所示的过程来准备。更特别地，形成一个铝层，形成例如Cu或者Au的岛状物，使用岛状物作为掩膜对铝层进行部分氧化，从而以一个设定面比率产生由Al组成的导电区域511和由Al-O组成的非导电区域512。在本发明中能够使用此包括自动对准形状的结构比如岛状结构。
特别地，本发明的一个重要的原理如下。在其平面中的一个小面积中具有部分导电区域的电流屏蔽层51被放置在非磁性导电层12的附近，并且在垂直于薄膜平面方向上的电流被应用到大磁阻多层薄膜101。因此在垂直于薄膜平面方向上进入非磁性导电层12的电流被屏蔽进入到一个设定区域，从而到达一个高的装置电阻和一个高的MR比率。此外，能够阻止由于反铁磁薄膜11而引起的装置电阻的增加和MR比率的减小。
在反铁磁薄膜或者另一个高电阻薄膜被放置在电流屏蔽层51的上面、下面、或者上面和下面的任意情况下，都能够获得这些优点。因此本发明能够提供一种GMR传感器，包括被放置在电流屏蔽层上面和下面的反铁磁薄膜。比如，在图1中所示的装置具有用于磁畴控制的反铁磁薄膜46和被放置在电流屏蔽层51上面和下面的大磁阻多层薄膜101的反铁磁薄膜11。磁装置能够是具有高MR比率的传感器。
然后，将描述根据本发明的电流屏蔽层的多层结构及其尺寸。图10通过具有不同尺寸的电流屏蔽层阐述了在电流屏蔽中电流分布。通过假定柱状(z-r)坐标计算在此处使用的数据。导电物质被分成在z方向1nm和在r方向1nm的40×40单元。具有圆形孔(导电区域)包围r为零的位置的绝缘部分(通过在图10中的粗线表示)被放置在导电物质中。一个电压被应用在z方向，以便通过计算确定电流分布。特别地，电流屏蔽层导电区域的电流分布在计算机试验中被检验，其中在能够忽略个别部分效果的距离处，导电区域能够被视为独立的部分。电流分布如在z-方向上的电流成分的轮廓图所示。电流流过一个路径，此路径通过在图中的粗线所示的非导电区域来指定。并且流过在非导电区域之外的一个设定尺寸中的似孔状导电区域。在流过似孔状导电区域之前和之后的电流在r方向变宽，并且变宽的程度或者大小随着导电区域尺寸的改变而变化。当导电区域的直径与6nm一样小时，在1nm之内出现在来自孔状位置的z方向上的电流的几个轮廓线，并且很密集，表示电流迅速分散减小。轮廓线的间隔随着导电区域直径的增加而变宽，当导电区域具有一个大的尺寸时，表示即使在离孔有相当距离处电流的变宽也是很小的。
图11阐述随着导电区域直径的变化在z方向上的位置处电流密度的分布。电流分布通过说明在导电区域中心处如100的电流密度来表示。导电区域的边缘通过在图中的点线来表示。在z为零的位置处，比如直接在导电区域上面或者下面的位置处，通过绝缘(非导电)区域的作用，在r位置大于导电区域直径的部分电流变成零。在导电区域的边缘，电流密度是很高的。这是因为电流环绕非导电区域，并且流过最短的路径，从而在孔状导电区域的边缘处集中。在z方向大于零的位置处，比如在z方向上的远离孔状导电区域的位置处，电流密度在孔的中心处是高的，并且随着r方向位置的增加而减小。
其次，电流分布是随着导电区域尺寸的改变而被确定的。当导电区域的直径是6nm时，在r为零的位置附近处的电流密度随着z的增加而迅速减小。此外，电流密度在r大于导电区域直径的位置处扫描，比如在图中点线的右手侧，表示随着z的增加电流密度具有增宽分布。相反地，当导电区域直径与24nm一样大时，在r为零的位置附近处随着z的增加而减小的电流密度比在导电区域直径很小的情况下更小，表明随着导电区域直径的增加电流密度具有一个更加狭窄的分布。
图12阐明随着导电区域直径的变化在z方向的位置处的电流效率。在此处使用的术语“电流效率”意味着在z位置中对应于导电区域的面积中流过的整体电流，其中整体是通过假定流过导电区域的整体电流是1来说明的，此处z为零。电流效率能够是在z方向的一个位置处电流屏蔽程度的指标，其中电流已经通过孔状导电区域的作用被屏蔽。当导电区域具有6nm直径时，在导电区域中z为1nm的位置处的电流迅速从1减小到0.6，表明当导电区域具有小的直径时，在z方向离导电区域仅仅1nm距离处电流屏蔽的效应减小大约40％。相反地，当导电区域具有48nm直径时，随着z的增加电流相对地逐渐衰退，并且变成，例如，大约0.8，比如在z为4nm位置处电流屏蔽效应的大约80％。电流屏蔽效应的从属尺寸直接影响合成磁阻元件的属性。
图13是表示电流效率和读取装置特性之间关系的图。屏蔽比率β定义为导电区域面比率的倒数。根据本发明不使用电流屏蔽层的在装置中的装置电阻R1和电阻变量ΔR1是通过根据下面的等式计算来确定的：
R1＝ρMRtMR/SMR+ρAFtAF/SMR
ΔR1＝MRρMRtMR/SMR
其中SMR是装置面积；So是一个导电区域的面积；ρ0、ρMRMR、和ρAFAF分别是导电区域的电阻、大磁阻部分和反铁磁薄膜；t0、tMR、tAF分别是导电区域的厚度、大磁阻部分和反铁磁薄膜；并且MR是大磁阻部分的MR比率。根据本发明使用电流屏蔽层的在装置中的装置电阻R0和电阻变量ΔR0是通过根据下面的等式计算来确定的：
R0＝ρ0t0β/S+ρMRtMR0βγ/SMR+ρAFtAF/SMR
ΔR0＝MRρMRtMR0βγ/SMR
其中β是屏蔽比率；并且γ是电流效率。
在上述方程式中，用ρ0＝30×10-8Ωm，ρMR＝30×10-8Ωm，ρAF＝180×10-8Ωm，t0＝2×10-9m，tmr＝3×10-9m，tAF＝15×10-9m，MR＝0.3(30％)，和β＝100来替代。在图13中的结果表示装置的MR比率随着孔状导电区域的直径的增加而增加，ΔR/r随着在z位置离导电区域距离的增加而减小，并且在此现象中在z方向上距离的影响比导电区域直径的影响要大。当在图13两个点线之间的区域中时，MR比率ΔR/r更好的是充分靠近一个饱和值。为了获得足够高的输出，装置必须结构性地具有导电区域直径和来自导电区域在z方向上的位置之间特定的关系。比如，当z是2nm时，导电区域直径可能大约为10nm或者更大。当z是6nm时，导电区域直径必须是大约30nm或者更大。导电区域直径也依赖于装置尺寸。
图14是表示在装置中导电区域数目和直径之间的关系的图形。通过绝缘物质被绝缘的孔状导电区域被放置在具有设定尺寸的装置中。因此导电区域被限制在一些情况下，比如(1)其中的尺寸比装置的尺寸小，(2)复数个导电区域的面比率是装置面积的一半或者更小，以便独自地隔离多个导电区域，和(3)其中整体面积是一个这样的面积以致产生一个设定屏蔽比率β。图14表示导电区域的数目和直径，它满足根据下面的公式计算的上述需求：
(d/2)2＜SMR/(2πnβ)
其中SMR是装置的面积；n是在装置中导电区域的数目；β是屏蔽比率；和d是导电区域直径。
在计算中，装置面积被假定为0.1μm见方，它是在磁性记录装置中的一个典型尺寸。图14表示导电区域直径必须随着屏蔽比率β的增加和在装置中导电区域数目的增加而减小，并且即使屏蔽比率β与2一样小，导电区域直径必须是60nm或者更小，并且在正常的情况下，它必须是30nm或者更小。这些要求定义了导电区域直径最大值。在图13和14中所示的要求定义了电流屏蔽层导电区域的尺寸和在z方向上其中的布置。
图15是表示导电区域直径和在z方向上电流屏蔽层的位置之间的关系的图形。通过在图15中的粗线表示的结构情况满足在图13和14中所示的需求，从而产生高的装置输出。当在z方向上的位置与大约2到3nm一样小时，就是说，当电流屏蔽层作为一个磁阻部分的核心与非磁性中间层非常靠近的放置时，合成装置能够以一个从大约10nm到大约60nm的宽范围内的导电区域直径产生高的输出。当在z方向的位置与大约10nm一样大时，就是说，当电流屏蔽层被放置在远离非磁性中间层的位置时，合成装置仅仅以一个从大约50nm到大约60nm的窄范围内的大的导电区域直径产生高的输出。考虑到在生产中的变化和差别，在z方向上的电流屏蔽层的位置更好的是从大约2nm到大约6nm，并且导电区域直径更好的是从大约10nm到大约60nm。
从多层薄膜的厚度和磁性的观点出发，电流屏蔽层和起非磁性中间层作用的非磁性导电层之间的距离更好的是从1到3nm。在产生大磁阻的多层薄膜中的区域是起非磁性中间层作用的非磁性导电层，它是比如大约2nm厚的Cu层。重要的物理现象发生在非磁性中间层和一对被直接放置在非磁性中间层上的铁磁层之间的界面处。每一个铁磁层必须具有1nm或者更大的厚度，以便显示它们的功能。如果每一个铁磁层的厚度超过3nm，那么就不会获得更多的物理影响。所以，非磁性中间层和电流屏蔽层之间的距离必须是1nm或者更大，并且更好的是5nm或者更小，最好的是nm或者更小，以便产生预期的效果。
实施例3
图2是本发明大磁阻头的另一个结构图。本实施例的磁头具有大体均匀地被放置的电流屏蔽层和大磁阻多层薄膜，以便插入电流屏蔽层。图2是从面对着一个磁介质的气浮表面观看的磁头的示意图。磁头包括基底50，顺序被放置在基底50上的下层磁性屏蔽35、下层导电间隙薄膜711、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、和另一个大磁阻多层薄膜101。磁头进一步包括上层导电间隔薄膜721、和上层磁性屏蔽36，从而产生用于检测读取信号的读取间隔43。绝缘薄膜75定义了一个区域，其中在垂直于薄膜平面的方向上电流应用到大磁阻多层薄膜101，并且绝缘薄膜被围绕区域放置。
构图大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51、和单一磁畴控制铁磁性薄膜45，以便充分设定形状，并且从而定义了一个其中流通电流的区域和一个磁性活动区域。在此磁头中，单一磁畴控制铁磁性薄膜45是被放置在大磁阻多层薄膜101之上的一个多层薄膜，以便控制大磁阻多层薄膜101的传感器部分的磁畴，从而产生稳定的输出。上层和下层大磁阻多层薄膜101基本上具有关于电流屏蔽层51相同但是均匀的结构。特别地，磁头包括基底50、底层14、反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、起非磁性中间层作用的非磁性导电层12、和软磁性自由层13。随着电流屏蔽层51插入，磁头进一步包括以这个顺序被放置的另一个软磁性自由层13、另一个非磁性导电层12、另一铁磁性被固定层15、另一反铁磁薄膜11、和保护终端薄膜37。磁畴控制薄膜41包括，比如硬磁性薄膜，并且被放置在大磁阻多层薄膜101的侧面，特别是在记录道宽度方向上的边缘附近。磁畴控制薄膜41使传感器部分，就是大磁阻多层薄膜101的软磁性自由层13成为一个单一磁畴，从而产生无噪声输出。其它的结构与在图1中装置的结构相似。
实施例4
图3阐明了本发明大磁阻头的另一个结构，并且是从面对着一个磁介质的气浮表面观看的磁头的示意图。磁头包括基底50，顺序被放置在基底50上的下层磁性屏蔽35、下层导电间隙薄膜711、大磁阻多层薄膜101、电流屏蔽层51。磁头进一步包括上层导电间隔薄膜721、和上层磁性屏蔽36，从而产生用于检测读取信号的读取间隔43。端部40被放置在记录道宽度方向上与大磁阻多层薄膜101的两个末端接触，并且用于应用感应电流并且检测电阻的变化。在此处使用的端部40通过“发射”过程来准备，但是它们的形状和准备过程并不特别地受到限制。
如在图1的装置中，在图3中的大磁阻多层薄膜101包括底层14、反铁磁薄膜11、铁磁性被固定层15、起非磁性中间层作用的非磁性导电层12、和软磁性自由层13的连续组合。在此结构中的铁磁性被固定层15包括第一铁磁性薄膜151、第二铁磁性薄膜152、和反平行耦合薄膜154的组合。反平行耦合薄膜154应用交换耦合，以便在反平行中排列第一铁磁性薄膜151和第二铁磁性薄膜152的磁化，并且用于在第一铁磁性薄膜151和第二铁磁性薄膜152磁化之间的区别中控制铁磁性被固定层的物质磁化。在本发明的范围内，铁磁性被固定层15能够是磁性物质的单一层、两层组合、或者四层或更多层组合。在本发明的范围内，在此处的软磁性自由层13包括第一软磁性自由薄膜和第二软磁性自由薄膜的多层，但是也能够是磁性物质的单一层或者三层或更多层组合。软磁性自由层13更好的是包括靠近非磁性导电层12的钴合金层和远离非磁性导电层12的NiFe合金层。此类型的软磁性自由层13能够产生令人满意的软磁属性和一个高的MR比率。
在图3的结构中，被应用在垂直于薄膜平面方向上的感应电流经过电流屏蔽层51从端部(未示出)流经包括磁性屏蔽36、上层导电间隔薄膜721、和保护终端薄膜37的路径到大磁阻多层薄膜101。电流更进一步地流经包括下层导电间隔薄膜711和下层磁性屏蔽35的路径到另一个端部(未示出)，从而在垂直于薄膜平面的方向上构成电流路径。自然地，电流路径能够被颠倒或者能够被形成以便通过采用另一个端部结构回避磁性屏蔽部分。
本发明的一个特征存在于在大磁阻多层薄膜101中的电流路径中。电流路径通过在图3中的箭头示意表示。电流屏蔽层51包括导电区域511和非导电区域512。导电区域511包括，例如高导电金属，比如Au、Cu、或者Al，表示电阻率比非导电区域512低，并且具有一个设定比率的面积，比如电流屏蔽层的一半到百分之一。在垂直于薄膜平面方向上的电流在上层磁性屏蔽36和上层导电间隔薄膜721中的一个大面积中流动，但是通过非导电薄膜75的作用对大磁阻多层薄膜101屏蔽该电流。
图3装置的示意图除了磁畴控制的结构之外与图1的示意图相同。在图3的结构中，磁畴控制薄膜41包括，比如硬磁性薄膜并且被放置在大磁阻多层薄膜101的侧面附近，以便使传大磁阻多层薄膜101感器部分，例如软磁性自由层13成为单一磁畴，从而产生无噪声输出。此装置不包括覆盖大磁阻多层薄膜101的整个表面的磁畴控制结构。
实施例5
图4是本发明大磁阻头电流屏蔽层的结构及其生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Al薄膜。在此处的薄膜通过拿Al作为一个实例来表示。另一方面，首选能够容易形成一个对应的共价化合物并且具有高导电的金属。然后，在Al层上形成颗粒状结构岛状物。颗粒状结构更好的是包括几乎不能形成化合物的Cu、Au、或者其它贵金属。通过控制准备情况形成具有一个设定尺寸和面比率的岛状物结构而不是连续薄膜。合成物表面被暴露在氧环境下，从而氧化Al层的暴露表面。在此过程中，物体能够被暴露在能够形成化合物的替代氧气的气体环境下。物体必须被暴露在能够与Al反应的气体或者另一个物质中，以便形成绝缘物质。
因此不被岛状物结构覆盖的Al层的被暴露部分被转换成非导电化合物的反应物层，就是在本实施例中的Al-O。其后，在上面进一步形成保护层、端部层、和其它成分，以便产生电流屏蔽层51。电流屏蔽层51更好的是在真空薄膜沉淀装置中被准备，并且更好的是在另一个不暴露在空气中的舱室中被暴露于氧环境中。如图4所示，被氧化Al-O部分构成绝缘区域(非导电区域)512，并且与比如Cu或者Au的岛状物结构颗粒接触的非氧化Al部分构成电流屏蔽层51的导电区域511。
实施例6
图5是本发明的大磁阻头电流屏蔽层的另一个结构及其生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Au、Cu、或者Ru薄膜。在此处的薄膜通过拿Au、Cu、或者Ru作为一个实例来表示。另一个方面，首选几乎不能形成化合物并且具有高导电的贵金属或者另一个金属。然后，Al的颗粒状结构岛状物被形成在Au、Cu或者Ru层之上。作为代替Al，颗粒状结构更好的是包括能够容易形成对应的共价化合物的物质。通过控制准备情况形成具有一个设定尺寸和面比率的岛状物结构而不是连续薄膜。
合成物表面被暴露在氧环境下，从而氧化颗粒状结构的暴露表面。在此过程中，物体能够被暴露在能够形成化合物的替代氧气的气体环境下。物体必须本质上被暴露在能够与Al反应的气体或者另一个物质中，以便形成绝缘物质。因此由Al组成的颗粒状结构的被暴露部分被转换成非导电化合物层，就是在本实施例中的Al-O反应物层。其后，在上面进一步形成保护层、端部层、和其它成分，以便产生电流屏蔽层51。电流屏蔽层51更好的是在真空薄膜沉淀装置中被准备，并且更好的是在另一个不暴露在空气中的舱室中被暴露于氧环境中。如图5所示，被氧化Al-O部分构成绝缘区域(非导电区域)512，并且非氧化Al部分和不被Al-O覆盖以及与非氧化Al层接触的Au、Cu、或者Ru层构成电流屏蔽层51的导电区域511。
通过它们的形状、尺寸和布置，导电区域和非导电区域能够作为电流屏蔽层而不需要区别它们的准备方法。通过具有如图10到15所描述的适当的尺寸和结构，它们能够显示本发明的优点。更特别地，首选的是导电区域，比如非氧化Al部分或者金属颗粒部分具有尺寸为5到50nm，并且被放置在距离非磁性中间层1到5nm位置处，更好的是在1到3nm位置处。如果构成导电区域的金属精细颗粒的平均颗粒尺寸小于5nm，那么电流密度可以大大增加。如果它超过50nm，那么电流屏蔽比率可以减小。
实施例7
图6仍是本发明的大磁阻头电流屏蔽层的另一个结构及其生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Al-O和Au薄膜。在此处的薄膜通过拿Au作为一个实例来表示。另一方面，首选几乎不能形成化合物并且具有高导电的Cu、Ag或者另一个贵金属。作为Al-O替代的选择，首选对应的共价化合物。在形成保护薄膜、导电薄膜、和在其上的其它必要成分之后，在一个设定的温度对合成物进行热处理一个设定的时间周期。通过适当的控制用于热处理的条件，特别是温度和时间周期、在混合薄膜中的Al-O和Au的组成，和用于薄膜形成(薄膜沉淀)的条件，能够形成来自混合薄膜的具有一个设定尺寸和面比率的导电颗粒的岛状物，从而产生电流屏蔽层51。电流屏蔽层51的产生过程，比如保护薄膜的产生更好的是在真空薄膜沉淀装置中进行。然而，在暴露于空气之后，在另一个装置中进行热处理。Al-O部分构成非导电区域512，并且岛状物结构的比如Au的沉淀颗粒构成电流屏蔽层51的导电区域511。
实施例8
图7仍是本发明的大磁阻头电流屏蔽层的另一个结构及其生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Au、Cu、或者Ru薄膜。在此处的薄膜通过拿Au、Cu、或者Ru作为一个实例来表示。另一个方面，首选几乎不能形成化合物并且具有高导电的金属，比如贵金属。然后在Au、Cu或者Ru层上形成一个层，比如Al-Au层。能够容易地形成对应的共价化合物的物质能够代替在Al-Au层中的Al。同样地，几乎不能形成化合物和具有高导电的贵金属或者其它物质能够代替Al-Au层中的Au。
然后，合成物表面被暴露于空气环境中，从而氧化Al-Au层。在此过程中，物体能够被暴露于能够形成化合物的替代氧气的气体环境中或者能够被暴露于替代氧气的等离子中。物体必须被暴露在能够与Al反应的气体或者另一个物质中，以便形成绝缘化合物。氧化处理把Al-Au层转换成为绝缘化合物部分，就是Al-O部分和Au的颗粒状非反应部分。其后，在上面进一步形成保护层、端部层、和其它成分，以便产生电流屏蔽层51。电流屏蔽层51更好的是在真空薄膜沉淀装置中被准备，并且更好的是在另一个不暴露在空气中的舱室中被暴露于氧环境中。被氧化Al-O部分构成非导电区域512，并且Au的非反应岛状结构构成电流屏蔽层51的导电区域511。
实施例9
图8是本发明大磁阻头的电流屏蔽层及其通过覆盖颗粒的生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Au、Cu、Ru或者另一个贵金属薄膜。在此处的薄膜通过拿Au、Cu、或者Ru作为一个其物质的实例来表示。另一个方面，首选几乎不能形成化合物并且具有高导电的贵金属或者另一个物质。然后，Au颗粒被应用到Au、Cu或者Ru层。另一个物质，更好的是一种贵金属能够代替Au。Au颗粒能够以一个适当的密度通过在一种有机溶剂中适当的稀释Au的胶状颗粒，比如微胶粒并且旋转覆盖被稀释物质而形成在薄膜上。
另一个方面，Au颗粒能够通过分散作为分子薄膜的包含颗粒的溶液到一种液体表面比如水来应用，并且被分散薄膜被附着到基底。更好的是对被应用颗粒进行热处理和/或等离子处理，以便从颗粒中去除过量的有机分子和其它不必要的成分。在应用颗粒之后，使用颗粒作为掩膜形成比如Al-O的绝缘薄膜。因此，能够形成对应于颗粒的分布和尺寸具有孔的Al-O层。然后，通过比如方向控制辗磨或者聚集束去除Au颗粒，并且形成保护层和端部层，从而产生电流屏蔽层51。在大磁阻多层薄膜层101上面的Al-O层构成绝缘区域(非导电区域)512，并且对应于Al-O层孔的部分构成电流屏蔽层51的导电区域511。
实施例10
在实施例9中被采用的方法包括用于去除颗粒的过程。然而，颗粒能够保留在薄膜上面。图9是本发明的大磁阻头电流屏蔽层的另一个结构及其通过覆盖颗粒的生产方法的示意图。起初，形成大磁阻多层薄膜101，并且在大磁阻多层薄膜101表面上形成厚度为一个到几个纳米的Au、Cu、Ru或者另一个贵金属薄膜。在此处的薄膜通过拿Au、Cu、或者Ru作为一个其物质的实例来表示。另一个方面，首选几乎不能形成化合物并且具有高导电的贵金属或者另一个物质。
然后，比如Au的颗粒被应用到Au、Cu或者Ru层之上。另一种物质，更好的是一种贵金属能够代替Au。Au颗粒能够以一个适当的密度通过在有机溶剂中适当的稀释Au的胶体颗粒，比如微胶粒并且旋转覆盖被稀释物质而形成在薄膜之上。更好的是对被应用颗粒进行热处理和/或等离子处理，以便从颗粒中去除过量的有机分子和其它不必要的成分。在应用颗粒之后，通过使用颗粒作为掩膜在其上形成能够容易形成非导电物质的比如Al的金属薄膜。因此，能够形成对应于颗粒的分布和尺寸具有孔的Al层。
然后，合成物的表面被暴露在氧气环境中，从而氧化Al层。在这个过程中，物体能够被暴露于能够形成化合物的替代氧气的气体环境中或者能够被暴露于替代氧气的等离子中。物体必须本质上被暴露在能够与Al反应的气体或者另一个物质中，以便形成绝缘化合物。氧化处理把Al和Au颗粒层转换成为绝缘化合物部分，就是Au的Al-O部分和Au的颗粒状非反应部分。其后，在上面进一步形成保护层、端部层、和其它成分，以便产生电流屏蔽层51。在这个结构中，Au颗粒不会被去除。然而，Au颗粒能够通过比如在图8结构中的方向控制辗磨或者聚集束被去除。在大磁阻多层薄膜层101上面的Al-O层构成绝缘区域(非导电区域)512，并且Au颗粒构成电流屏蔽层51的导电区域511。
实施例11
图16是根据本发明包括具有磁阻元件的磁性传感器的磁头的结构示意图。磁头包括基底50，放置在基底50之上的大磁阻多层薄膜101、下层磁性屏蔽35、上层磁性屏蔽36、下层磁性核84、线圈42、和上层磁性核83，以及气浮表面63。磁畴控制薄膜和其它成分放置在大磁阻多层薄膜101的附近，但是没有显示图中。这个装置包括分开的上层磁性屏蔽和下层磁性核。然而，在本发明的范围之内，上层磁性屏蔽也能够被用作下层磁性核。下层磁性核84、线圈42、和上层磁性核83构成一个记录头并且用来在一个磁盘的上的记录介质中记录由于磁性感应产生于在气浮表面63中的记录间隔的磁场。放置端部40，以便插入大磁阻多层薄膜101，并且应用垂直于大磁阻多层薄膜101的薄膜平面方向上的电流。
实施例12
图17是根据本发明的磁记录读取装置的结构示意图。光盘95支持用于磁性记录信息的记录介质91，并且通过转轴电机93旋转。通过驱动器92的作用，头滑动器90被感应在光盘95的记录道之上。特别地，在磁盘装置中，被放置头滑动器90上的读取头和记录头在光盘95上的一个设定记录位置附近相对地移动，并且通过此机构的作用循序地读写信号。驱动器92更好的是一个旋转驱动器。记录信号经过信号分析部分94传输，并且通过记录头的作用被记录在介质上。读取头的输出经过信号分析部分94传输，并且作为信号被获得。为了移动读取头到一个预期记录道之上，头滑动器90在记录道上的位置通过使用来自读取头的一个非常敏感的输出被检测，并且能够通过控制驱动器92被注册。在图17的结构中，装置包括一个头滑动器90和一个光盘95，但是这些元件可以是复数个。光盘95可以在它的两侧具有记录介质91，以便记录信息。为了在光盘95的两侧记录信息，头滑动器90可以被放置在光盘95的两侧。
测试本发明的磁头和包括具有结构的磁头的磁记录读取装置，并且表现出足够的输出和令人满意的偏磁特性以及它们操作的可靠性。
同样测试在下面实施例13到15中准备好的磁头和具有这些磁头的磁盘装置，并且表现出足够的输出和令人满意的偏磁特性以及它们操作的可靠性。
实施例13
准备好磁头。此磁头包括一个磁阻多层薄膜、被放置在多层薄膜的薄膜平面上面和下面的一对终端薄膜、和用于部分地减少构成电流路径的面积，其中此电流在垂直于磁阻多层薄膜的薄膜平面的方向上流过终端薄膜。磁阻多层薄膜包括软磁性自由层、铁磁性被固定层、和被放置在软磁性自由层和铁磁性被固定层之间的非磁性导电层。
实施例14
以下面的方法生产磁头。起初，在基底上形成下层屏蔽层；在下层屏蔽层上形成下层导电间隔薄膜；在下层导电间隔薄膜上形成磁阻元件；在磁阻元件上形成电流屏蔽层；在电流屏蔽层上形成上层导电间隔薄膜；和在上层导电间隔薄膜上形成下层屏蔽层。在此过程中，通过在导电物质薄膜上形成导电物质薄膜和岛状非导电层来形成电流屏蔽层。
实施例15
以下面的方法生产磁头。起初，在基底上形成下层屏蔽层；在下层屏蔽层上形成下层导电间隔薄膜；在下层导电间隔薄膜上形成磁阻元件；在磁阻元件上形成电流屏蔽层；在电流屏蔽层上形成上层导电间隔薄膜；和在上层导电间隔薄膜上形成下层屏蔽层。在此过程中，通过形成氧化物和贵金属的混合薄膜以及对混合薄膜进行热处理来形成电流屏蔽层。
根据在实施例16至18中采用的下述方法，本发明的磁头能够令人满意地生产。
实施例16
除了通过把包含贵金属精细颗粒的溶剂应用到导电物质薄膜、去除溶剂、并且在贵金属精细颗粒上形成非导电物质薄膜来形成岛状非导电层之外，通过实施例14的过程生产磁头。
实施例17
除了通过在贵金属精细颗粒上形成导电物质薄膜，并且氧化导电物质薄膜在贵金属精细颗粒上形成非导电物质薄膜之外，通过实施例16的过程生产磁头。
实施例18
除了贵金属精细颗粒最后被去除之外，通过实施例16的过程生产磁头。
本发明是参照目前被认为的最佳实施例来描述的，但是能够理解本发明并不局限于已公开的具体实施方案。相反，本发明涵盖包含在权利要求精神和范围之内的各种修改和等价的设置。下述权利要求的范围与最广泛的解释相一致，以便涵盖所有的修改和等价的结构及功能。

Claims (20)

1.一种磁头，包括：
呈现磁阻的多层薄膜；
被放置在多层薄膜的薄膜平面的上面和下面的一对终端薄膜；和
被放置在该对终端薄膜之间的电流屏蔽层，并且包括非导电区域和导电区域。
2.根据权利要求1所述的磁头，其中电流屏蔽层被放置在多层薄膜中。
3.根据权利要求2所述的磁头，其中多层薄膜包括：
铁磁性被固定层；
非磁性中间层；
第一软磁性自由层；
电流屏蔽层；和
被顺序叠加的第二软磁性自由层。
4.根据权利要求2所述的磁头，其中多层薄膜包括：
铁磁性被固定层；
非磁性中间层；
软磁性自由层；
电流屏蔽层；和
被顺序叠加的磁畴控制层。
5.根据权利要求4所述的磁头，进一步包括被放置在软磁性自由层和电流屏蔽层之间的非磁性分离层。
6.根据权利要求2所述的磁头，其中多层薄膜包括：
铁磁性被固定层；
非磁性中间层；
第一软磁性自由层；
电流屏蔽层；
第二软磁性自由层；
非磁性分离层；和
被顺序叠加的磁畴控制层。
7.根据权利1所述的磁头，其中导电区域构成电流屏蔽层的整体面积的一半至百分之一。
8.根据权利2所述的磁头，其中多层薄膜包括：
软磁性自由层；
非磁性中间层；
第一铁磁性被固定层；
电流屏蔽层；
第二铁磁性被固定层；和
被顺序叠加的反铁磁层。
9.根据权利3所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和5nm或者更小。
10.根据权利4所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和5nm或者更小。
11.根据权利5所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和5nm或者更小。
12.根据权利9所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和3nm或者更小。
13.根据权利10所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和3nm或者更小。
14.根据权利11所述的磁头，其中电流屏蔽层和非磁性中间层之间的距离是1nm或者更大和3nm或者更小。
15.根据权利要求1所述的磁头，其中电流屏蔽层包括非导电物质和金属导电物质的混合物。
16.根据权利要求1所述的磁头，其中电流屏蔽层包括硅氧化物和铝氧化物中的至少一个与从铜、金、银、钌、铱、铑、铼和锇中所选择的至少一个成分的混合物。
17.根据权利要求1所述的磁头，其中电流屏蔽层包括从铝和硅中所选择的至少一个成分与从铝氧化物和硅氧化物中所选择的至少一个氧化物的混合物。
18.根据权利要求1所述的磁头，其中电流屏蔽层包括铝和铝氧化物的混合物。
19.一种磁头，包括
呈现磁阻的多层薄膜；
被放置在多层薄膜的薄膜平面的上面和下面的一对终端薄膜；和
被放置在一对终端薄膜之间的电流屏蔽层，
电流屏蔽层包括：
    第一导电物质薄膜；
    被放置在第一导电物质薄膜上的岛状非导电层；和填充岛状非
导电层之间的间隙的第二导电物质。
20.根据权利要求19所述的磁头，其中电流屏蔽层包括被放置在构成岛状非导电层的独立的岛状物之间的新的金属颗粒，并且其中新的金属颗粒的平均粒度为5nm至50nm。
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