CN1685536A - Cpp结构的磁阻效应设备和磁头滑块 - Google Patents

Cpp结构的磁阻效应设备和磁头滑块 Download PDF

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Abstract

一种CPP结构的磁阻效应设备(35)，其中沿着磁阻薄膜(44)前部边缘横过磁阻薄膜(44)的第一区域(45a)在磁区控制薄膜(45)上形成，具有第一磁场强度的第一偏磁场在第一区域(45a)建立，沿着磁阻薄膜(44)后部边缘横过磁阻薄膜(44)的第二磁场强度的第二区域(45b)形成，具有第二磁场强度的第二偏磁场在第二区域(45b)建立，该第二磁场强度大于第一磁场强度，并且第二区域(45b)的厚度大于第一区域(45a)的厚度，以便建立第一和第二磁场强度。在这样一种CPP结构磁阻效应设备(35)中，具有大电流值的感测电流可以流过磁阻效应薄膜(44)。进一步，可以确保磁阻效应薄膜(44)的足够高的灵敏度。

Description

CPP结构的磁阻效应设备和磁头滑块
技术领域
本发明涉及一种使用磁阻薄膜例如自旋阀薄膜、隧道接合薄膜或者类似物的磁阻元件。特别是，本发明涉及一种电流垂直平面(CPP)结构的磁阻元件，该磁阻元件允许感测电流(sensing current)具有垂直于容纳磁阻薄膜的基层表面的分量。
背景技术
众所周知，磁阻薄膜从暴露在相对介质的表面或者空气轴承面(ABS)上的前端向后延伸一个预定的长度。磁阻薄膜置于一对由硬磁性材料制成的磁区控制薄膜之间。磁区控制薄膜用来在预定方向上建立穿过磁阻薄膜的偏磁场。在偏磁场作用的基础上可以以预定的方向在磁阻薄膜上的自由铁磁层上获得单域特性。
感测电流的流动在自由铁磁层上引起环形磁场。更大电流值的感测电流使得环形磁场更强。更强的环形磁场趋向于在自由铁磁层中形成环形磁化。这会阻碍单域特性在自由铁磁层上的建立。认为巴克豪森噪声的影响在磁阻薄膜的信号中出现。
另一方面，更强的偏磁场可以用来在自由铁磁层上可靠地实现单域特性，即使在感测电流的电流水平被设置得更高时亦是如此。偏磁场与环形磁场的某些部分相对，这样偏磁场克服了环形磁场。然而，偏磁场和环形磁场的某些部分在相同的方向起作用。磁场在该方向上对自由铁磁层有过多的作用。这阻碍了铁磁层上磁化的转动。磁阻薄膜的灵敏度变差。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种电流垂直平面结构的磁阻元件，该磁阻元件允许具有更高电流水平的感测电流的流而不会降低磁阻薄膜的灵敏度。
按照本发明的第一方面，提供一种电流垂直平面(CPP)结构的磁阻元件，其包括：一个从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁阻薄膜；以及分别从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中磁区控制薄膜分别包括：设计为建立第一偏磁场的第一区域，该第一偏磁场具有沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜的第一强度；和设计为建立第二偏磁场的第二区域，该第二偏磁场具有沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜的大于第一强度的第二强度。
该CPP结构的磁阻元件允许第二偏磁场在靠近磁阻薄膜后端的位置处与电流磁场(current field)相对。第二偏磁场克服该电流磁场，这样沿着相对介质的表面的方向在磁阻薄膜上建立了单域特性。在另一方面，在靠近磁阻薄膜前端的位置上，第一偏磁场在与电流磁场相同的方向上起作用。允许磁化相应于记录介质作用在磁阻薄膜上的磁通量的倒转而在磁阻薄膜上可靠地转动。在磁阻薄膜内的磁化的转动引起磁阻薄膜电阻的大的变化。这导致向磁阻薄膜提供的感测电流的电压水平的变化。这个电压水平的变化被用来区别二进制数据。特别是，CPP结构的磁阻元件使得能够向磁阻薄膜提供具有更大电流值的感测电流。再者，磁阻薄膜允许保持足够的灵敏度。
磁区控制薄膜的第二区域的厚度可以大于磁区控制薄膜的第一区域的厚度。这使得能够在第二区域的基础上建立大于第一强度的第二强度。
第一区域可以由第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度，而第二区域可以由第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有大于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。这同样使得能够在第二区域的基础上建立大于第一强度的第二强度。
CPP结构的磁阻元件可以进一步包括：容纳磁区控制薄膜的第一区域的一个或多个第一底层，所述一个或多个第一底层设计为控制第一区域上晶粒的尺寸；和容纳磁区控制薄膜的第二区域的一个或多个第二底层，所述一个或多个第二底层设计为控制第二区域上晶粒的尺寸。底层用于在磁区控制薄膜的第一和第二区域上控制剩余磁通密度。因此第二强度可以设置为大于第一强度。
另外，磁区控制薄膜的后端可以位于从磁阻薄膜的后端向后的位置上。这同样使得能够沿着磁阻薄膜的后端建立大于第一强度的第二强度。
按照本发明的第二方面，提供一种电流垂直平面(CPP)结构的磁阻元件，其包括：一个从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁阻薄膜；以及分别从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中所述磁区控制薄膜分别包括：设计为建立第一偏磁场的第一区域，该第一偏磁场具有沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜的第一强度；和设计为建立第二偏磁场的第二区域，该第二偏磁场具有沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜的小于第一强度的第二强度。
该CPP结构的磁阻元件允许第一偏磁场在靠近磁阻薄膜前端的位置处与电流磁场相对。第一偏磁场克服该电流磁场，这样沿着相对介质表面的方向在磁阻薄膜上建立了单域特性。在另一方面，在靠近磁阻薄膜后端的位置上，第二偏磁场与电流磁场在相同的方向上起作用。允许磁化对应于从记录介质处作用在磁阻薄膜上的磁通量倒转而在磁阻薄膜上可靠地转动。磁阻薄膜内的磁化的转动引起磁阻薄膜电阻的大的变化。这导致向磁阻薄膜提供的感测电流的电压水平的变化。这个电压水平的变化被用来区别二进制数据。特别是，CPP结构的磁阻元件使得能够向磁阻薄膜提供具有更大电流值的感测电流。然而，磁阻薄膜允许保持足够的灵敏度。
磁区控制薄膜的第二区域可以具有比磁区控制薄膜的第一区域的厚度小的厚度。另外，第一区域可以由第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度，而第二区域可以由第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有大于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。进一步地，CPP结构的磁阻元件可以进一步包括：容纳磁区控制薄膜的第一区域的一个或多个第一底层，所述一个或多个第一底层设计为控制第一区域上晶粒的尺寸；和容纳磁区控制薄膜的第二区域的一个或多个第二底层，所述一个或多个第二底层设计为控制第二区域上晶粒的尺寸。
上面提到的电流垂直平面结构的磁阻元件可以安装在磁头滑块上，该磁头滑块通常用在磁记录介质驱动器例如硬盘驱动器中。
附图说明
图1是一个平面图，该平面图示意性地图示一个作为磁记录介质驱动器的一个特定例子的硬盘驱动器(HDD)的结构。
图2是一个放大立体图，该立体图示意性地图示按照一种特定例子的浮动磁头滑块的结构。
图3是一个主视图，该主视图示意性地图示一个暴露在浮动磁头滑块底面上的读/写电磁变换器。
图4是一个放大的主视图，该主视图示意性地图示一个电流垂直平面(CPP)结构磁阻读取元件的结构。
图5是沿图3中线5-5剖开的放大局部剖视图。
图6是沿图3中线6-6剖开的放大局部水平剖视图。
图7是一个示意图，该示意图示意性地图示在自由磁性层的感测电流的基础上引起的磁化的方向。
图8是一个示意图，该示意图图示在自由磁性层上偏磁场的基础上进行控制的磁化的方向。
图9是一个曲线图，该曲线图示出了磁区控制薄膜和偏磁场强度之间厚度的关系。
图10是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第一实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图11是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第二实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图12是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第二实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图13是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第三实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图14是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第四实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图15是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第四实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图16是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第五实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图17是一个对应于图6的放大的局部剖视图，用来图示按照第五实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图18是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第六实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图19是一个对应于图6的放大的局部剖视图，用来图示按照第六实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图20是示意性视图，该视图图示在自由磁性层上的感测电流的基础上引起的磁化的方向。
图21是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第六实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图22是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第七实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图23是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第七实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图24是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第八实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图25是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照本发明第九实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
图26是一个对应于图5的放大的局部剖视图，用来图示按照修改的第九实施例的CPP结构磁阻读取元件的一部分。
具体实施方式
图1示意性地图示作为磁性记录设备或者存储系统的一个例子的硬盘驱动器11(HDD)的内部结构。硬盘驱动器11包括一个盒形主外壳12，该盒形主外壳12限定了一个例如扁平的平行六面体的内部空间。至少一个作为记录介质的磁性记录盘13放入主外壳12的内部空间中。一个或多个磁性记录盘13安装在主轴电动机14的驱动轴上。允许主轴电动机14驱动一个或多个磁性记录盘13以较高的旋转速度例如每分钟7200转、每分钟10000转或者类似的速度转动。在主外壳12上连接一个盖子，图中未示出，以便在主外壳及盖子之间限定一个封闭的内部空间。
在主外壳12的内部空间还装入一个磁头驱动器15。磁头驱动器15连接在垂直支撑轴16上以便相对转动。磁头驱动器15包括在水平方向上从垂直支撑轴16延伸的刚性驱动器臂17。一个磁头悬挂组件18连接在单个驱动器臂17的尖端或者前端。磁头悬挂组件18从驱动器臂17的前端向前延伸。驱动器臂17连接在磁性记录盘13的前表面和后表面上。
磁头悬挂组件18包括一个承载梁19。该承载梁19通过一个所谓的弹性变形部分连接在驱动器臂17的前端上。弹性变形部分用于朝向磁性记录盘13的表面推动承载梁19的前端。浮动磁头滑块21支撑在承载梁19的前端上。浮动磁头滑块21放置在一个常平架上，该常平架在图中未示出，其固定在承载梁19上，这样浮动磁头滑块21可以改变状态。
当磁性记录盘13转动时，允许浮动磁头滑块21接收沿着转动的磁性记录盘13产生的气流。该气流用于在浮动磁头滑块21上产生升力或者正压力和负压力，如下文所述。因此允许浮动磁头滑块21在磁性记录盘13以较高的稳定性转动的过程中保持浮动在磁性记录盘13的表面上，该稳定性是通过磁头悬挂组件19的推力和升力与负压力的合力之间的平衡建立的。
动力源22例如音圈电机(VCM)连接在驱动器臂17上。电源22驱动驱动器臂17以使其绕支撑轴16转动。驱动器臂17的转动导致磁头悬挂组件19的转动。当驱动器臂17在浮动磁头滑块21浮动的过程中受到驱动绕支撑轴16摆动时，允许浮动磁头滑块21横过在磁性记录盘13的径向上限定的磁性记录盘13的记录磁道。该径向运动用于将浮动磁头滑块21正确定位在磁性记录盘13上的目标记录磁道上。
图2图示浮动磁头滑块21的一个特定例子。该浮动磁头滑块21包括一个形式为扁平平行六面体的滑动体23。该滑动体23限定一个与相对介质的表面或者与磁性记录盘13相对的底面24。在底面24上限定一个扁平底部或者参考表面。当磁性记录盘13转动时，气流25沿着底面24从滑动体23的前端或始端向后端或终端流动。滑动体23可以包括一个由Al2O3-TiC制成的底部23a，和一个由覆盖在底部23a上前端或者始端上的Al2O3制成的磁头保护薄膜23b。
前部导轨26和后部导轨27在滑动体23的底面24上形成。前部导轨26设计成在靠近滑动体23的始端或者流入端的底部平面上延伸。后部导轨27的位置靠近滑动体23的终端或流出端。空气轴承面(ABS)28、29分别限定在前部和后部导轨26、27的顶面上。空气轴承面28、29的流入端分别通过台阶31、32连接在前部和后部导轨26、27的顶面上。
沿着转动的磁性记录盘13的表面产生的气流25容纳在底面24上。台阶31、32用来在空气轴承面28、29上产生更大的升力或者正压力。在前部导轨26后面产生更大的负压力。升力和负压力的联合用于稳定浮动磁头滑块21的状态。
读/写电磁变换器33安装在滑动体23上。读/写电磁变换器33嵌入滑动体23的氧化铝薄膜23b中。在后部导轨27的空气轴承面29上读/写电磁变换器33暴露出读取间隙和写入间隙。应当注意读/写电磁变换器33的前端可以覆盖着由类金刚石碳(DLC)制成的保护层，该保护层在空气轴承面29上延伸。读/写电磁变换器33将在下文中进行详细描述。浮动磁头滑块21可以采取不同于前述浮动的磁头滑块的任何形状或者形式。
图3图示了底面24的放大局部视图。读/写电磁变换器33包括一个薄膜磁头34例如感应磁性写入头和一个电流垂直平面(CPP)结构电磁变换器元件例如一个CPP结构磁阻读取元件35。薄膜磁头34设计成通过使用一个磁场而在磁性记录盘13上写磁性位数据，该磁场是在例如图中未示出的导电的涡旋形线圈模式(coil pattern)上引起的。该CPP结构磁阻读取元件35设计为，通过利用从磁性记录盘13产生的磁场的磁极性的倒转而引起的电阻的变化来检测磁性位数据。薄膜磁头34和CPP结构磁阻读取元件35置于作为磁头保护膜23b或者外覆层的上半部的Al2O3(氧化铝)层36和作为磁头保护膜23b或者内涂层的下半部的Al2O3(氧化铝)层37之间。
薄膜磁头34包括一个在空气轴承面29上暴露出前端的上磁极层38和一个同样在空气轴承面29上暴露出前端的下磁极层39。上下磁极层38、39可以由例如FeN、NiFe或类似物制成。上下磁极层38、39的结合建立了薄膜磁头34的磁心。
一个非磁性间隙层41置于上下磁极层38、39之间。非磁性间隙层41可以由例如Al2O3(氧化铝)制成。当在导电的涡旋形线圈模式上引起磁场时，在上和下磁极层38、39之间进行磁通量交换。非磁性间隙层41允许交换的磁通量泄漏到底面24之外。因此泄漏的磁通量形成一个用于记录的磁场，亦即，一个写入间隙磁场。
CPP结构磁阻读取元件35包括一个在作为底部绝缘层的氧化铝层37的上表面上展开的下电极42。该下电极42不仅可以具有导电体的特性而且还具有软磁性质。如果下电极42由软磁导电体制成，例如NiFe，下电极42还允许用作CPP结构磁阻读取元件35的下屏蔽层。
在下电极42的上表面限定一个展平表面43。电磁变换器薄膜或者磁阻(MR)薄膜44覆盖在该展平表面43上。磁阻薄膜44沿着下电极42的上表面从暴露在空气轴承面29上的尖端或者前端上向后延伸。下电极42与磁阻薄膜44的下边界44a至少在暴露在空气轴承面29上的前端上接触。因此在磁阻薄膜44和下电极42之间建立起电连接。磁阻薄膜44的结构将在后面详细描述。
同样，一对由硬磁材料制成的磁区控制薄膜45覆盖在展平表面43上。允许磁区控制薄膜45沿着空气轴承面29延伸。磁阻薄膜44沿着空气轴承面29置于展平表面43上的磁区控制薄膜45之间。磁区控制薄膜45可以由金属材料例如CoPt、CoCrPt或类似物制成。磁区控制薄膜45用来建立穿过磁阻薄膜44且与空气轴承面29平行的偏磁场。当在磁区控制薄膜45的磁化的基础上建立起偏磁场后，可以在磁阻薄膜44内自由磁性层中控制磁化的方向。磁区控制薄膜45的结构将在下文中详细描述。
上部端子片46在磁阻薄膜44的上边界44b上形成。该上部端子片46嵌入在展平表面43上延伸的覆盖绝缘层47中。覆盖绝缘层47覆盖在下电极42上的磁区控制薄膜45上。覆盖绝缘层47在靠近空气轴承面29的位置上从覆盖绝缘层47上暴露出来。
一个上电极48覆盖在上部端子片46和覆盖绝缘层47的表面上。至少在暴露在空气轴承面29上的前端上允许上电极48与上部端子片46接触。因此在磁阻薄膜44和上电极48之间建立起电连接。如果上电极48由软磁导电体制成，例如NiFe，也允许上电极48用作CPP结构磁阻读取元件35的上屏蔽层。
图4图示了磁阻薄膜44的一个例子。将磁阻薄膜44制成一个自旋阀薄膜。特别是，磁阻44包括一个钽底部层51，一个阻塞层(pinninglayer)例如反铁磁层52，一个固定磁性层53，一个导电中间层54，一个自由磁性层55以及一个导电覆盖层56(cap layer)，这些层按此顺序成层状结构。反铁磁层52用来在固定磁性层53上以预定的方向固定磁化。此处，反铁磁层52可以由一种反铁磁合金材料例如IrMn、PdPtMn或者类似物制成。固定磁性层53可以由铁磁材料例如CoFe制成。中间层54可以例如由铜层制成。自由磁性层55由包括覆盖在中间层54的表面上的NiFe层55a和覆盖在NiFe层55a的表面上的CoFe层55b的多层材料制成。覆盖层56可以由Au(金)层、Pt(铂)层或者类似物制成。
另外，隧道接合薄膜可以用来作为磁阻薄膜44。隧道接合薄膜包括一个置于固定磁性层53和自由磁性层55之间的中间绝缘层，以取代前文提到的导电中间层54。中间绝缘层可以由例如Al2O3层制成。
图5示意性地图示按照本发明第一实施例的CPP结构磁阻(MR)读取元件35的结构。该CPP结构磁阻读取元件35允许在磁区控制薄膜45上分别建立第一和第二区域45a、45b。设置第二区域45b比第一区域45a厚。此处，例如，磁区控制薄膜45的厚度可以从前端到后端逐渐增加。特别是，可以在磁区控制薄膜45的表面上限定一个与展平表面43成一个倾角的倾斜表面。
如图6所示，第一区域45a导致第一偏磁场58的建立，该第一偏磁场58具有沿着磁阻薄膜44的前端穿过磁阻薄膜44的磁通量的第一强度。第二区域45b导致第二偏磁场59的建立，该第二偏磁场59具有沿着磁阻薄膜44的后端穿过磁阻薄膜44的磁通量的第二强度。此处，第二强度设置为大于第一强度。在第一和第二区域45a、45b之间的位置上磁通量的强度可以设置为在偏磁场的第一和第二强度之间的一个水平。
现在，假定一个感测电流流过磁阻薄膜44。当将该感测电流从下电极44提供给向磁阻薄膜44时，在自由磁性层55上引起一个环形磁场，亦即一个电流磁场。该电流磁场在垂直于感测电流的流的水平面内绕该流的中心线循环。电流磁场在水平面内距该流的中心线更远的位置具有更强的磁场。另外，感测电流的电流值越大，电流磁场变得越强。
在这种情况下，第二偏磁场59在靠近自由磁性层55的后端的位置上与电流磁场相对。第二偏磁场59克服电流磁场，这样在沿空气轴承面29的方向上在自由磁性层55上建立了单域特性，如图8所示。另一方面，第一偏磁场58在与电流磁场相同的方向上在靠近前端的位置起作用。允许磁化在自由磁性层55内对应于从磁性记录盘13作用在磁阻薄膜44上的磁通量的倒转可靠地旋转。磁化在自由磁性层55内的转动引起磁阻薄膜44的电阻的改变。这导致由下电极42向磁阻薄膜44提供的感测电流电压水平的改变。这个电压水平的改变被用来区别二进制数据。特别是，CPP结构磁阻读取元件35使得向磁阻薄膜44提供具有更大电流值的感测电流。再者，允许磁阻薄膜44保持足够的灵敏度。
接下来，将对制造CPP结构磁阻读取元件35的一种方法进行简要描述。在下电极42的表面上，亦即在展平表面43上形成一个厚度均匀的磁性薄膜。然后使用聚焦离子束(FIB)对该磁性薄膜进行离子碾磨。聚焦离子束的扫描用于在磁性薄膜上形成一个倾斜表面。在离子碾磨过程中例如控制辐射量来形成倾斜表面。因此在下电极42上形成了磁区控制薄膜45。
本发明人研究了磁区控制薄膜厚度和偏磁场强度之间的关系。本发明人使用一种在计算机上执行的磁场测量模拟软件。磁区控制薄膜的厚度设置为范围在20纳米(nm)到50纳米之间的一个恒定值。计算出磁阻薄膜的前端以及磁阻薄膜前端和后端之间的中间位置的偏磁场强度。如图9所示，当磁区控制薄膜的厚度变得更大时，偏磁场变得更强。在中间位置而不是磁阻薄膜的前端建立起更强的偏磁场。
如图10所示，磁区控制薄膜45可以具有例如一个相对基准面61对称的形式，该基准面61在CPP结构磁阻读取元件35上平行于展平表面43延伸。磁区控制薄膜45可以容纳在一个在展平表面43上延伸的非磁性层62上。可以在非磁性层62的上表面上建立一个倾斜面。该倾斜面在离空气轴承面29更远的位置上可以更加靠近展平表面43。
通常磁区控制薄膜45建立一个具有在平行于空气轴承面29的平面内的强度分布的偏磁场。该分布在分布的中心位置具有最大强度。由于磁区控制薄膜45相对于基准面61对称形成，分布的中心位置可以设置在基准面61上。允许偏磁场在基准面61上表现出最大强度。如果磁阻薄膜44的自由磁性层55与基准面61对齐，则允许自由磁性层55具有偏磁场的最大强度。
在这种情况下例如以制造CPP结构磁阻读取元件35的方法在下电极42的展平表面43上形成一个厚度均匀的非磁性薄膜。然后按照上面提到的方式使用聚焦离子束对非磁性薄膜的上表面进行离子碾磨。因此可以在非磁性层62的上表面建立倾斜表面。随后在非磁性层62上形成厚度均匀的磁性薄膜。使用聚焦离子束的离子碾磨按照上面描述的相同方式作用在磁性薄膜的上表面上，以便在磁性层上建立倾斜表面。磁区控制薄膜45以这种方式在下电极42上形成。
图11示意性地图示出按照本发明第二实施例的CPP结构磁阻读取元件35a的结构。该CPP结构磁阻读取元件35a允许在磁区控制薄膜45上建立第一和第二区域45a、45b。第一区域45a具有第一厚度而第二区域45b具有大于第一厚度的第二厚度。可以在第一和第二区域45a、45b的上表面之间限定一个台阶。该CPP结构磁阻读取元件35a允许沿着磁阻薄膜44的前端建立第一强度的第一偏磁场58。具有大于第一强度的第二强度的第二偏磁场59在磁阻薄膜44的后端建立。
在下电极42的展平表面43上以制造CPP结构磁阻读取元件35a的方法形成厚度均匀的磁性薄膜。在磁性薄膜的表面上形成一个保护膜。该保护膜限定一个对应于第一区域45a的形状的空处。当磁性薄膜进行蚀刻工艺时，在空处内磁性层被去掉。以这种方式形成第一区域45a。此后保护膜被去掉。作为选择，可以使用利用聚焦离子束的离子碾磨来形成第一区域45a。
如图12所示，CPP结构磁阻读取元件35a可以允许形成磁区控制薄膜45，该磁区控制薄膜45相对于平行于展平表面43延伸的平面63对称。此处，第一区域45a可以容纳于在展平表面43上延伸的非磁性层64上。第二区域45b可以容纳在展平表面43上。如果磁阻薄膜44的自由磁性层55放置在平面63上，则允许自由磁性层55容纳具有最大强度的偏磁场。
在制造CPP结构磁阻读取元件35a的一种方法中可以采用使用保护膜的溅射法。首先在下电极42上形成一个保护膜。在该保护膜上形成对应于非磁性层64的形状的空处。在该空处内形成非磁性层64。随后保护膜被去掉。在非磁性薄膜63和下电极42上形成厚度均匀的磁性薄膜。随后可以在保护膜的基础上以前面描述的相同方式对磁性薄膜进行蚀刻工艺。
图13示意性地图示了按照本发明第三实施例的CPP结构磁阻读取元件35b的结构。该CPP结构磁阻读取元件35包括一个从空气轴承面29向后延伸的前部薄膜65和一个从前部薄膜65的后端向后延伸的后部薄膜66。前部薄膜65由具有第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度。前部薄膜65对应于第一区域45a。后部薄膜66由具有第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有大于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。后部薄膜66对应于第二区域45b。第一和第二成分的材料可以是包括从由铁、镍和铁组成的组中选取的至少一种元素的磁性材料。此处，磁区控制薄膜45具有均匀厚度。由于第一区域45a由具有第一剩余磁通密度的第一成分的材料制成，沿着磁阻薄膜44的前端以前面提到的方式建立具有第一强度的第一偏磁场58。由于第二区域45b由具有第二剩余磁通密度的第二成分的材料制成，沿着磁阻薄膜44的后端建立具有大于第一强度的第二强度的第二偏磁场59。
在制造CPP结构磁阻读取元件35b的一种方法中可以采用使用保护膜的溅射法。首先在下电极42上形成一个保护膜。在该保护膜上形成对应于前部薄膜65的形状的空处。然后在该空处内形成前部薄膜65。随后保护膜被去掉。在前部薄膜65上形成保护膜。然后在空处上形成后部薄膜66。随后保护膜被去掉。允许磁区控制薄膜45以这种方式包括第一和第二区域58、61。
图14示意性地图示了按照本发明第四实施例的CPP结构磁阻读取元件35c的结构。该CPP结构磁阻读取元件35c包括一个容纳第一区域45a的第一底层67，和容纳第二区域45b的第二底层68。第一和第二底层67、68可以是一个Cr(铬)层、一个TaCr层或者类似物。第一底层67用于控制第一区域45a内的晶粒的尺寸和方向。可以在第一底层67的影响的基础上控制第一区域45a内的剩余磁通密度的强度。同样，第二底层68用于控制第二区域45b内的晶粒的尺寸和方向。可以在第二底层68的影响的基础上控制第二区域45b内的剩余磁通密度的强度。应当指出在第二区域45b上的晶粒的尺寸设置为小于第一区域45a上的晶粒的尺寸。因此，沿着磁阻薄膜44的前端建立了具有第一强度的第一偏磁场58。沿着磁阻薄膜44的后端建立了具有大于第一强度的第二强度的第二偏磁场59。
第一和第二底层67、68可以用制造CPP的磁阻读取元件35c的方法在保护膜的基础上形成。然后在第一和第二底层67、68上形成一个磁性薄膜。例如可以使用溅射法来形成磁性薄膜。晶粒在磁性薄膜上生长，该磁性薄膜以晶粒在第一和第二底层67、68上的取向附生为基础。剩余磁通密度取决于磁性薄膜上晶粒的尺寸。在第一和第二区域45a、45b上可以建立不同的剩余磁通密度。以这种方式形成磁区控制薄膜45。
如图15所示，CPP结构磁阻读取元件35c可以允许例如相对于平行于展平表面43延伸的平面69对称的磁区控制薄膜45形成。这种类型的磁区控制薄膜45可以以前面提到的方式分别容纳在第一和第二底层67、68上。可以在第一和第二底层67、68上形成倾斜面，这样倾斜面在离空气轴承面29更远的位置上更加靠近展平表面43。如果磁阻薄膜44的自由磁性层55位于平面69上，则允许自由磁性层55容纳具有最大强度的偏磁场。
第一和第二底层67、68以按照与上面描述的相同方式制造CPP结构磁阻读取元件35c的方法在保护膜的基础上形成。然后第一和第二底层67、68受到使用聚焦离子束的离子碾磨。因此倾斜表面在第一和第二底层67、68上形成，使其相对于展平表面43倾斜。磁性薄膜在第一和第二底层67、68的表面上形成。可以使用溅射法来以传统方法形成磁性薄膜。晶粒在磁性薄膜上生长，该磁性薄膜以晶粒在第一和第二底层67、68上的取向附生为基础。随后磁性薄膜按照与上面描述的相同方式进行使用聚焦离子束的离子碾磨。磁区控制薄膜45按照这种方式形成。
图16示意性地图示了按照本发明第五实施例的CPP结构磁阻读取元件35d的结构。CPP结构磁阻读取元件35d允许磁区控制薄膜45的后端配置在磁阻薄膜44后端向后的位置上。此处，磁阻薄膜44的后端和空气轴承面29之间的距离近似为磁区控制薄膜45的后端和空气轴承面29之间距离的一半。第二区域45b可以放置在垂直于空气轴承面29的纵向上的中间位置。磁区控制薄膜45具有均匀厚度。磁阻薄膜44在纵向的中间位置比在空气轴承面29处暴露的前端具有更强的偏磁场，如本发明人已经证明的一样。因此，具有大于第一区域45a的第一强度的第二强度的第二偏磁场可以在磁阻薄膜44的后端建立，如图17所示。
图18示意性地图示了按照本发明第六实施例的CPP结构磁阻读取元件35e的结构。该CPP结构磁阻读取元件35e允许在磁区控制薄膜45上建立第一和第二区域45c、45d。第二区域45d的厚度小于第一区域45c的厚度。此处，磁区控制薄膜45的厚度可以在靠近后端的位置上减小。特别是，倾斜表面可以相对于展平表面43在磁区控制薄膜45的表面上形成。
如图19所示，第一区域45c用来建立具有第一强度的第一偏磁场71，该第一偏磁场71沿着磁阻薄膜44的前端穿过磁阻薄膜44。第二区域45d用来建立具有第二强度的第二偏磁场72，该第二偏磁场72沿着磁阻薄膜44的后端穿过磁阻薄膜44。此处，第二强度设置为小于第一强度。在第一和第二区域45c、45d之间的位置上的偏磁场的强度可以设置为一个在第一和第二强度之间的范围内的预定水平。
现在，假定一个感测电流穿过磁阻薄膜44流动。当通过上电极48向磁阻薄膜44提供感测电流时，例如一个环形磁场，亦即在自由磁性层55上引起一个电流磁场，如图20所示。该电流磁场在垂直于感测电流的流的水平面内绕该流的中心线循环。电流磁场在水平面内距离该流的中心线更远的位置处具有较强的磁场。另外，感测电流的电流值越大，电流磁场越强。
在这种情况下，第一偏磁场71在靠近自由磁性层55的前端的位置上与电流磁场相对。第一偏磁场71克服电流磁场，这样在沿着空气轴承面29的一个方向上在自由磁性层55内建立了单域特性。另一方面，第二偏磁场72在靠近后端的位置上与电流磁场同样的方向上起作用。允许磁化对应于由磁性记录盘13作用在磁阻薄膜44上的磁通量的倒转在自由磁性层55内可靠地转动。CPP结构磁阻读取元件35使得向磁阻薄膜44提供具有更大电流值的感测电流。再者，允许磁阻薄膜44保持足够的灵敏度。
如图21所示，CPP结构磁阻读取元件35e可以允许相对于平面61对称的磁区控制薄膜45的形成，该平面61以与前面描述的相同方式平行于展平表面43延伸。磁区控制薄膜45可以容纳于在展平表面43上延伸的非磁性层62上。
如图22所示，CPP结构磁阻读取元件35f允许例如在磁区控制薄膜45上建立第一和第二区域45c、45d。第一区域45c具有第一厚度而第二区域45d具有小于第一厚度的第二厚度。第一和第二区域45c、45d具有平行于展平表面43的表面。可以在第一和第二区域45c、45d的上表面之间限定一个台阶。
如图23所示，例如，磁区控制薄膜45可以形成为相对平行于展平表面43延伸的平面63对称。此处磁区控制薄膜45可以容纳于在展平表面43上延伸的非磁性层64上。在第一和第二区域45c、45d的上表面之间限定一个台阶。
如图24所示，CPP结构磁阻读取元件35g包括一个从空气轴承面29向后延伸的前部薄膜73和一个从前部薄膜71的后端向后延伸的后部薄膜74。前部薄膜73由具有第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度。前部薄膜74对应于第一区域45c。后部薄膜74由具有第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有小于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。后部薄膜74对应于第二区域45d。
如图25所示，CPP结构磁阻读取元件35h包括一个容纳第一区域45c的第一底层75和一个容纳第二区域45d的第二底层76。第一底层75用来控制第一区域45c上的晶粒的尺寸和方位。可以在第一底层75的影响的基础上在第一区域45c中控制剩余磁通密度的强度。同样，第二底层76用来控制第二区域45b上的晶粒的尺寸和方位。可以在第二底层76的影响的基础上在第二区域45d中控制剩余磁通密度的强度。应当注意第二区域45b上晶粒的尺寸设置为大于第一区域45a上晶粒的尺寸。
如图26所示，例如，CPP结构磁阻读取元件35h可以允许相对于平面69对称的磁区控制薄膜45的形成，该平面69平行于展平表面43延伸。这种类型的磁区控制薄膜45可以以前述方式分别容纳在第一和第二底层75、76上。倾斜表面可以在第一和第二底层75、76上形成，这样倾斜表面在离空气轴承面29更远的位置上更加靠近展平表面43。

Claims (11)

1.一种电流垂直平面结构的磁阻元件，其包括：
一个从暴露在相对介质的表面处的前端向后延伸的磁阻薄膜；和
分别从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中
所述磁区控制薄膜分别包括：
设计用于建立第一强度的第一偏磁场的第一区域，该第一强度的第一偏磁场沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜；和
设计用于建立第二强度的第二偏磁场的第二区域，该大于第一强度的第二强度的第二偏磁场沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜。
2.如权利要求1所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，其中，磁区控制薄膜的所述第二区域的厚度大于该磁区控制薄膜的第一区域的厚度。
3.如权利要求1所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，其中，所述第一区域由第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度，而所述第二区域由第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有大于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。
4.如权利要求1所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，进一步包括：
容纳磁区控制薄膜的第一区域的一个或多个第一底层，所述一个或多个第一底层设计为控制第一区域上晶粒的尺寸；以及
容纳磁区控制薄膜的第二区域的一个或多个第二底层，所述一个或多个第二底层设计为控制第二区域上晶粒的尺寸。
5.如权利要求1所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，其中，磁区控制薄膜的后端位于从磁阻薄膜的后端向后的位置上。
6.一种电流垂直平面结构的磁阻元件，其包括：
一个从暴露在相对介质的表面的前端向后延伸的磁阻薄膜；和
分别从暴露在相对介质的表面上的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中
所述磁区控制薄膜分别包括：
设计用于建立第一强度的第一偏磁场的第一区域，该第一强度的第一偏磁场沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜；和
设计用于建立第二强度的第二偏磁场的第二区域，该小于第一强度的第二强度的第二偏磁场沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜。
7.如权利要求6所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，其中，磁区控制薄膜的所述第二区域的厚度小于该磁区控制薄膜的第一区域的厚度。
8.如权利要求6所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，其中，所述第一区域由第一成分的材料制成，该第一成分的材料具有第一剩余磁通密度，而所述第二区域由第二成分的材料制成，该第二成分的材料具有小于第一剩余磁通密度的第二剩余磁通密度。
9.如权利要求6所述的电流垂直平面结构的磁阻元件，进一步包括：
容纳磁区控制薄膜的第一区域的一个或多个第一底层，所述一个或多个第一底层设计为控制第一区域上晶粒的尺寸；以及
容纳磁区控制薄膜的第二区域的一个或多个第二底层，所述一个或多个第二底层设计为控制第二区域上晶粒的尺寸。
10.一种磁头滑块，其包括：
一个滑动体，该滑动体使相对介质的表面与记录介质相对；
一个磁阻薄膜，该磁阻薄膜从暴露在相对介质的表面处的前端向后延伸；以及
分别从暴露在相对介质的表面处的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中
所述磁区控制薄膜分别包括：
设计用于建立第一强度的第一偏磁场的第一区域，该第一强度的第一偏磁场沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜；和
设计用于建立第二强度的第二偏磁场的第二区域，该大于第一强度的第二强度的第二偏磁场沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜。
11.一种磁头滑块，其包括：
一个滑动体，该滑动体使相对介质的表面与记录介质相对；
一个磁阻薄膜，该磁阻薄膜从暴露在相对介质的表面处的前端向后延伸；以及
分别从暴露在相对介质的表面处的前端向后延伸的磁区控制薄膜，所述磁阻薄膜置于磁区控制薄膜之间，其中
所述磁区控制薄膜分别包括：
设计用于建立第一强度的第一偏磁场的第一区域，该第一强度的第一偏磁场沿着磁阻薄膜的前端穿过该磁阻薄膜；和
设计用于建立第二强度的第二偏磁场的第二区域，该小于第一强度的第二强度的第二偏磁场沿着磁阻薄膜的后端穿过该磁阻薄膜。
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