CN1674093A - 具有自适应磁畴稳定性的磁记录头传感器的磁头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁电阻传感器，它通过使用一个装在磁头内的磁性偏置系统使其自由层适配地偏置。

Description

具有自适应磁畴稳定性的磁记录头传感器的磁头

技术领域

本发明涉及磁电阻传感器，更具体地说，涉及在磁电阻传感器中的自由层的电磁偏置的使用。

背景技术

计算机系统需要存储大量的数据。这种存储通常由磁盘驱动器提供，磁盘驱动器包括磁盘、具有安装了有写和读磁头的磁头组件的滑动器、悬臂和致动臂。当磁盘旋转时，靠近磁盘表面的空气在滑动器的表面(ABS)下方随磁盘一起运动，并使滑动器在空气轴承上浮动。致动臂转动悬臂，以使磁头组件处于旋转磁盘上的所选择环形磁道上方，分别利用写和读磁头写入和读取信号场。写和读磁头连接到处理电路上，该电路按照计算机程序操作，以执行写和读的功能。

参照图1，典型的高性能读磁头采用传感来自旋转磁盘的信号磁场的读元件。当前最普遍行使用的传感器是大磁电阻GMR传感器，它也称为自旋阀。所述GMR根据依赖电子通过如铜的导电层的自旋进行操作。GMR传感器100包括一个磁被钉扎层102，该层由一个薄导电隔层106与磁自由层104分开。所述被钉扎层可包括一对由一个例如铜构成的反平行耦合层112分开的反平行钉扎铁磁层108，110。

被钉扎层的磁化可按箭头114，116所指的方向、通过与如PtMn的抗铁磁材料层118耦合交换的方式被钉扎。虽然抗铁磁材料本身不会自动磁化，但当与铁磁材料耦合交换时，它们强力地使铁磁材料磁化。

自由层104具有沿与其装在一起的滑动器的ABS表面平行的方向120偏置的磁化。虽然磁化沿箭头120所指的方向偏置，但自由层的磁化是自由的，以相对磁场进行旋转。正如本领域的专业人员所认识到的，自由层104和被钉扎层102的相对磁化方向会通过传感器影响电阻。当被钉扎层102的自由层104和铁磁层114的磁化是反平行时电阻最大，当它们平行时电阻最小。在没有磁场的情况下，设定这些120和114的磁化是垂直的，这样就使相对于静态附近运动传感的信号为最接近直线的关系。

典型的磁电阻传感器的磁化被设置在传感器的每一个横向边缘的硬偏置层122，124偏置。在使用中，设置在偏置层上方的导电引线123，125向传感器100提供电传感电流。第一和第二电绝缘间隙100，129使传感器100与一对磁屏131，133绝缘。也可设置一个保护层135，如Ta，以防止在随后的制造过程中发生腐蚀。

偏置层122，124用硬磁性材料(即具有高矫顽性的材料)制成，并通过将它们放置在磁场中使它们磁化。由硬偏置层122，124产生的偏置量的重要性在于，如果自由层过于偏置，传感器不能充分感应。换句话说，这需要强磁场来旋转自由层的磁化方向120。因此，传感器是无效的。另一方面，自由层的弱偏置导致自由层内的磁畴波动，这会在传感器的信号读取时产生过大的噪声。这也会使传感器无效。

现在参照图2，利用该图可更清楚地理解偏置强度和传感器可靠性之间的关系。更具体地说，曲线202表示磁头振幅(从400μV至3000μV)与软错误率之间的关系。偏置场的强度与振幅的水平成反比。本领域的专业人员将理解到，制造工艺和材料是不完善的，并且由硬偏置层产生的实际偏置强度在给定的晶片内将随晶片的不同，甚至因磁头的不同而不同。当偏置强度降到可接受的水平，如振幅较高的点206时，自由层将变得不稳定，这样，在这一范围内的磁头将不能使用。相反，当偏置强度增大时，磁头落入到曲线202上的给定点204的左边，在该点处振幅较小，是不可接受的，这是由于自由层不敏感并且不能检测磁场。

因此，这就非常需要在磁电阻传感器中偏置的可靠的自由层。这种偏置最好总是或几乎总是使偏置场维持在可接受的范围内，从而不需要废弃不敏感或不稳定的磁头。

发明内容

本发明提供一种用于使磁电阻传感器的自由层可靠地偏置的机构。本发明包括一个具有铁磁轭的电磁铁，铁磁轭具有靠近传感器自由层的相对端的终端。缠绕在该磁轭的一部分周围的电线圈可在轭内感应使自由层偏置的磁场。该磁轭最好由软铁磁材料，即具有低矫顽性的材料构成。

可将磁轭形成为由电绝缘间隙隔开的第一和第二铁磁部分。构成隔开的第一和第二部分可防止磁轭从传感器的一侧分流到另一侧。磁轭部分可用多种软磁材料，如NiFe，FeN，FeXN(X可以是Al，Ta，Co等)，CoFe，铁硅铝磁合金，CZT，CZN等构成。可在磁轭部分的顶部形成一对用于向传感器提供传感电流的导电引线。

通过控制流过线圈的电流大小来有利地控制磁偏置量，这样，为了具有适当的偏置量，就不能没有传感器。

本发明还可包括具有紧靠传感器的第一和第二侧的部分的第一和第二前磁性层，及由被介质层与所述第一和第二前铁磁层分开的第三后铁磁层。线圈可缠绕在第三电磁层周围，以使第三电磁层磁化。可将第一和第二电磁层形成为具有与第三电磁层重叠的部分，并使它们相互电绝缘。由于这种结构，第三层的磁化使第一和第二电磁层磁化，因而可在没有电流分流的情况下为传感器提供磁偏置。

附图说明

为了更全面地理解本发明的特性和优点，及使用的优选方式，请参阅下面参照附图进行的详细描述。

图1是现有技术的GMR传感器的ABS视图；

图2是表示软错误率和偏置强度之间关系的曲线图；

图3是体现本发明磁记录系统的示意图；

图4是使读磁头偏置的机构的示意图；

图5是本发明一个可能的实施例的简化平面视图；

图6是本发明另一个可能的实施例的简化平面视图；

图7是沿图6的7-7线取的放大的简化平面图；

图8是沿图6的8-8线取的视图。

具体实施方式

下面将对本发明的最佳实施例进行描述。这种描述是为了说明本发明的一般原理，而不意味着对要保护的发明构想的限制。

参照图3，图中示出一个采用本发明的磁盘驱动器300。如图3所示，至少一个可旋转磁盘312支承在主轴314上并由磁盘驱动器电机318驱动旋转。在各磁盘上的磁记录是采用在磁盘312上的同心数据磁道的环状图形(图中未示出)的形式。

至少一个滑动器313位于磁盘312附近，每个滑动器313都支承一个或多个磁头组件321。当磁盘旋转时，滑动器313在磁盘表面322上方沿径向里和向外运动以使磁头进入磁盘的不同磁道，并在磁道上写入所需数据。利用悬臂315将各滑动器313连接在致动臂319上。悬臂315提供很小的弹簧力，使滑动器313靠向磁盘表面方向偏置。各致动臂319都连接在一个致动装置327上。图3所示的致动装置327可以是音圈电机(VCM)。VCM包括一个可在固定磁场内运动的线圈，线圈运动的方向和速度可由控制器329提供的电机电流信号控制。

在磁盘存储系统运行期间，磁盘312的旋转在滑动器313与磁盘表面322之间形成空气轴承，该空气轴承将一个向上的力或提升力施加在滑动器上。因此，在正常运行期间，空气轴承反向平衡悬臂315的较小弹簧力并以一个小的、基本一定的间隔离开磁盘表面并稍微高于该表面支承所述滑动器313。

磁盘存储系统的各部件在运行中由控制装置329产生的控制信号，如进入控制信号和内部时钟信号等进行控制。一般来说，控制装置329包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制装置329产生控制信号，以控制各系统的运行，如在线路323上的驱动电机控制信号和在线路328上的磁头位置和查找控制信号。在线路328上的控制信号提供所需的电流分布，以使滑动器313运动并定位在磁盘312上的所需数据磁道上。利用记录通道325将写和读信号传输到写和读磁头321或从该写和读磁头321传输出来。

上面对典型磁盘存储系统的描述及图3中的图示只是为了举例说明。显然，磁盘存储系统也可包括大量磁盘和致动器，并且各致动器可支承多个滑动。

参照图4的示意图可理解本发明的总体构思。读磁头400包括与参照图1所述的传感器类似的传感器，或者也可以包括其它偏置所需要的传感器。利用一个电磁偏置机构404可实现自由层104的偏置(图1)，该机构包括一个软磁轭406和一个导电线圈408。磁轭406具有终止于传感器402的第一和第二横向侧414，416的磁极端410，412，因而位于自由层104的横向相对端。磁轭406也可包括一个间隙418，以防止磁轭成为从传感器分流的完整的电路。也可采用防止分流的其它方法，有些方法将在下文中描述，并可由本发明导出。磁轭406最好用软磁材料，即低矫顽性的材料构成。这种材料例如可以是NiFe并且可以用电镀方法来沉积。线圈408由导电材料，如铜或金构成。线圈408最好缠绕住磁轭406的一部分，但也可用任何在电流通过线圈408时能在磁轭406中感应磁通的方式构成。

本领域的专业人员可理解到，当电流通过线圈408时，能在磁轭406中感应可使传感器402的自由层104沿所需的方向偏置的磁通。可通过控制线圈408中的电流大小来控制传感器402的自由层104的偏置量。线圈408内的电流大小可就地利用装在控制装置329中的反馈电路来控制。

图5表示本发明一个可能的实施例的更详细视图。本发明包括具有第一和第二横向相对侧414，416的传感器402。磁轭502具有紧靠传感器402的横向相对侧414，416的终点，并具有位于传感器一侧的间隙504。在磁轭502上方设置一对导电引线506，508，并可与磁轭502电接触。导电引线限定了它们之间的间隙510，该间隙位于传感器的磁轭502的间隙504的相同侧。将导电引线506，508的间隙510设置在位于磁轭502的间隙504的相同侧，在使用中，磁轭502可在不受导电引线506，508功能的干扰的情况下与导电引线506，508电接触。

导电线圈511缠绕在磁轭502后部，该后部可沿横向伸长，以便更有效地容纳线圈。线圈可用例如铜或金构成，并通过在构成磁轭502之前电镀导电材料的第一组大致平行的线510来构成线圈。在构成磁轭502和导电引线506，508之后，在其间构成第二组大致平行的导电线512，该导电线的端部通过一个微通道与导电线的第一组510的端部相连。应理解到，为了清楚起见，图5中只示出了线圈的几圈，实际上线圈中有许多圈，该圈数只受照相平版印刷的生产容量的限制。这两组导电线510，512通过图中未示出的绝缘层与磁轭502，508电绝缘。

参照图6，7和8，图中示出的本发明的另一个实施例包括第一和第二前软偏置层602，604和后软偏置层606。这些偏置层602，604，606可用磁性材料制成，并且最好用软磁材料，如NiFe制成。第一和第二前软偏置层602，604每个具有一个远端，这些远端分别与后软偏置层606的较靠外横向的相对端部重叠。如从图7中可以看出，通过一个电绝缘层702使重叠区域内的前软偏置层604与后软偏置层隔离开。虽然描述了其中一个前软偏置层604与后软偏置层606之间的关系，但应理解到其它前软偏置层602与后软偏置层606之间的关系的相似的。前软偏置层602，604的近端紧靠读传感器402的横向相对侧414，416。从图8中可以看出，软偏置层602，604与传感器402紧密相连。导电引线608，610可形成在前软偏置层602，604的上方并可与它们电接触。导电引线可用多种导电材料，如铜或金制成，并可与读传感器604接触，构成方式与参照图8的描述相似，或以其它一些有效地将感应电路输送到传感器402的方式构成，如可采用导电引线重叠的设计(图中未示出)。上述的结构形成在介电质基底704，如氧化铝上。

导电线圈612缠绕在后软偏置层606周围，从而流过线圈612的电流将软偏置层606磁化。线圈可用与参照图5描述的类似的方式构成。

再继续参照图6和7可理解到，当线圈612将后软偏置层606磁化时，在后软偏置层606与前软偏置层602，604之间的静磁耦合将使前软偏置层602，604在相同的方向上被磁化。在前软偏置层602，604以这种方式偏置时，电绝缘层702可防止前软偏置层602，604及后软偏置层606形成完全电路，从而可防止感应电流分流。

虽然上面描述了不同的实施例，但应理解到，它们只是用于举例说明，而不是限制。毫无疑问，对本领域的专业人员来说，还可有其它实施例。例如，可在上述磁轭中不设置间隙，磁轭可用软磁介电材料，例如MnZn-铁氧体，NiZn-铁氧体等制成。此外，虽然已描述了本发明用在磁盘驱动系统中，但是，本发明也可用于其它应用，如磁带驱动系统中。因此，优选实施例的广度和范围不应限制在上述的任何典型实施例上，而只由权利要求及它们的等同物来限定。

Claims (20)

1.一种磁头，包括：

一个磁电阻传感器，包括具有第一和第二横向相对端的铁磁自由层，及

一个电磁铁，具有靠近所述自由层的所述第一和第二横向相对端的第一和第二磁极端，用于沿预定方向磁化所述铁磁自由层。

2.按照权利要求1的磁头，其中所述电磁铁还包括：

一个磁轭；及

一个导电线圈，它形成在所述磁轭的一部分周围。

3.按照权利要求2的磁头，其中所述磁轭形成一个间隙，以防止电流从所述第一磁极端流到所述第二磁极端地流经所述磁轭。

4.按照权利要求2的磁头，还包括形成在所述磁轭上面的第一和第二导电引线。

5.按照权利要求3的磁电阻传感器，其中所述磁轭包括被所述间隙分开的第一和第二部分，并且还包括分别形成在所述磁轭的所述第一和第二部分上面的第一和第二导电引线。

6.一种磁头，包括：

一个磁电阻传感器，它具有第一和第二横向相对侧；

一个第一磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器的所述第一侧的端部，并从所述传感器延伸；

一个第二磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器的所述第二侧的端，并从所述传感器延伸；

一个导电线圈，它形成在所述第一和第二磁性层中的至少一层的一部分周围。

7.按照权利要求6的磁头，包括：

分别形成在所述第一和第二磁性层上的第一和第二导电引线。

8.按照权利要求6的磁头，其中所述线圈包括：

第一组平行导电线；

第二组平行导电线；

一组导电的微通道将所述第一导电线的至少一部分与所述第二组导电线电连接。

9.一种磁头，包括：

一个磁电阻传感器，它具有第一和第二横向相对侧；

一个第一前磁偏置层，它具有紧靠所述传感器的所述第一侧的近端，并具有一个远端；

一个第二前磁偏置层，它具有紧靠所述传感器的所述第二侧的近端，并具有一个远端；

一个后磁偏置层，它具有第一和第二端部；

一个导电线圈，它形成在所述后磁偏置层的一部分周围；

所述第一前偏置层的一部分与所述后偏置层的一部分重叠；

所述第二前偏置层的一部分与所述后偏置层的一部分重叠；

所述第一和第二前偏置层与所述后偏置层电绝缘。

10.按照权利要求9的磁头，其中：

所述第一前偏置层的所述远端与所述后偏置层的所述第一端部重叠；及

所述第二偏置层的所述远端与所述后偏置层的所述第二端部重叠。

11.按照权利要求10的磁头，还包括：

一个介电层，它设置在所述第一偏置层和所述后偏置层的所述第一端之间；及

一个介电层，它设置在所述第二偏置层和所述后偏置层的所述第二端之间。

12.按照权利要求10的磁头，其中所述的形成在所述第一前偏置层和所述后偏置层的所述第一端之间的介电层，及所述的形成在所述第二前偏置层和所述后偏置层的所述第二端之间的介电层分别为邻接的偏置层的一部分。

13.按照权利要求9的磁头，其中所述第一和第二前偏置层和所述后偏置层用软磁材料制成。

14.按照权利要求9的磁头，其中所述第一和第二前偏置层和所述后偏置层用NiFe制成。

15.按照权利要求2的磁头，其中所述磁轭包括软磁材料。

16.按照权利要求2的磁头，其中所述磁轭包括从由NiFe，FeXN，(这里X是Al，Ta或Co)，CoFe，铁硅铝磁合金，CZT或CZN组成的一组中选择的材料。

17.按照权利要求6的磁头，其中所述第一和第二磁性层包括软磁材料。

18.按照权利要求6的磁头，其中所述第一和第二磁性层包括NiFe。

19.磁数据存储系统，包括：

一个磁盘；

一个电机，它与所述磁盘相连，用于旋转所述磁盘；

一个滑动器；

一个致动器，其与所述滑动器相连，用于推动所述滑动器相对于所述磁盘运动；

一个磁头，它与所述滑动器相连，包括：

一个磁电阻传感器，它具有第一和第二横向相对的侧部；

一个第一磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器的所述第一侧的端部，并从所述传感器延伸；

一个第二磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器并从所述传感器延伸的所述第二侧的端部，并从所述传感器延伸；及

一个导电线圈，它形成在所述第一和第二磁性层中的至少一层的一部分周围。

20.磁数据记录系统，包括：

一个磁带；

一个电机，用于移动所述磁盘；

一个磁头，它安装在所述磁带附近；所述磁头包括：

一个磁电阻传感器，它具有第一和第二横向相对的侧部；

一个第一磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器的所述第一侧的端部，并从所述传感器延伸；

一个第二磁性层，它具有一个紧靠所述磁电阻传感器并从所述传感器延伸的所述第二侧的端部，并从所述传感器延伸；及

一个导电线圈，它形成在所述第一和第二磁性层中的至少一层的一部分周围。

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