CN1967661A - 具有利用赫斯勒合金的改进的电流垂直平面传感器的磁头 - Google Patents

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杰弗里·R·奇尔德雷斯
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Abstract

本发明提供一种包括CPP GMR读传感器的磁头，该读传感器包括参考层、自由磁层和设置在它们之间的间隔层，其中自由磁层和参考磁层每个由Co2MnX构成，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料，并且其中间隔层由选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料构成。另外的实施例包括双自旋阀传感器，其中自由磁层和参考层每个由赫斯勒合金构成。又一示例性实施例包括层叠的磁层结构，其中磁层每个由铁磁赫斯勒合金构成，且其中间隔层由非磁赫斯勒合金构成。

Description

具有利用赫斯勒合金的改进的电流垂直 平面传感器的磁头
技术领域
本发明总地涉及用于磁头的巨磁致电阻(GMR)读头传感器，更特别地，涉及其中利用赫斯勒合金(heusler alloy)的改进的CPP传感器结构。
背景技术
硬盘驱动器通过在旋转的磁数据存储盘之上定位磁读/写头来存储和取回数据，其中磁头或多个磁头从定义在盘表面上的同心数据道读数据或向其写数据。近年来的目标是增加可存储在每个硬盘上的数据量。增加盘的面数据存储密度可通过减小数据位的尺寸来实现，从而盘上每英寸的道(tpi)和数据道上每英寸的位(bpi)的数目可以增加。然而，为了从具有增大的bpi的盘上读数据，还需要开发磁头的读头内的具有更小噪声的足够灵敏的传感器结构，从而数据位可被检测和读出。
读头通常包括用于从硬盘驱动器的盘上读数据的巨磁致电阻(GMR)自旋阀传感器结构。如本领域技术人员公知的，这样的GMR传感器结构包括设置在定义读间隙的两个磁屏蔽件之间的多个薄膜层。薄膜层具有特别的磁属性，并对硬盘上的数据位的磁场敏感。因此，设置在两个磁屏蔽件之间的具有更低噪声特性的更灵敏的传感器层允许读头检测更高bpi数据道所包含的更小数据位。
常见GMR自旋阀传感器的薄膜层将至少包括参考磁层、非磁间隔层、和自由磁层。在操作中自由层的磁矩响应于来自旋转磁盘上的数据位的磁通在层内关于ABS从静止或零偏置点位置自由转动。对于读头应用，参考层的磁化通常沿基本垂直于ABS的方向固定，同时自由层的方向通常指向为基本平行于ABS。在下面的描述中，基本平行意味着更接近于平行而不是垂直，基本垂直意味着更接近于垂直而不是平行。
通常有两种方式向读头提供检测电流。较老的方式是通过供应在ABS平面内从自由磁层的一侧向另一侧纵向地流动的电流。最近的设计是垂直于中心层堆叠的平面即在磁屏蔽件之间供应检测电流(CPP)。在这样的CPP头设计中，磁屏蔽件通常用作电引线并且检测电流流过设置在磁屏蔽件之间的传感器的各种层。
当自旋阀传感器采用单一被钉扎层时，称为简单自旋阀。当自旋阀传感器采用反平行(AP)被钉扎层结构时，称为AP被钉扎自旋阀。AP被钉扎自旋阀包括通过薄的非磁耦合层例如Ru或Ir分隔开的第一磁层(AP1)和第二磁层(AP2)。选择耦合层的厚度从而反平行耦合被钉扎层结构的第一和第二铁磁层的磁矩。
被钉扎层的磁化通常通过使铁磁层之一(AP1)与反铁磁材料(AFM)例如PtMn、IrMn、或IrMnCr的层交换耦合而被固定。尽管反铁磁(AFM)材料例如PtMn本质上自然地不具有净磁矩，但是当与磁材料交换耦合时，其强烈钉扎铁磁层的磁化。在AP被钉扎自旋阀中，与AFM相邻并被其钉扎的AP1层通常称为被钉扎层，同时与间隔层相邻的AP2层通常称为参考层。在简单自旋阀中，被钉扎层也用作参考层。下面的描述仅将与非磁间隔层相邻的层(在AP被钉扎自旋阀中是AP2，在简单自旋阀中是被钉扎层)称为参考层。自旋阀传感器根据参考层是在顶部(在自由层之后形成)或在底部(在自由层之前)也称为顶型或底型自旋阀传感器。
在目前进行的识别能够改善传感器性能的磁和非磁传感器层材料的努力中，最近已经证实赫斯勒合金提供改善的传感器性能。赫斯勒合金具有化学式A2MnB，其中A和B是金属或半导体。最近，2005年4月5日授予Ambrose等人的美国专利6876522已经确定了可以用于GMR传感器的参考磁层、间隔层和自由磁层的特定赫斯勒合金。尽管该专利中确定的赫斯勒合金提供了改善的传感器性能，但是需要该专利未确定的更多赫斯勒合金的确定和利用，当以适当组合及在传感器层配置中使用时，这些赫斯勒合金提供GMR传感器的进一步提高的性能。
发明内容
本发明的磁头包括GMR读传感器，其包括设置在磁屏蔽件之间的中心堆叠内的多个薄膜层。检测电流以电流垂直平面(CPP)设计在屏蔽件之间流动。该传感器包括参考磁层、自由磁层、以及设置在它们之间的间隔层，其中所述自由磁层和所述参考磁层每个包括Co2MnX，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料；且其中所述间隔层包括选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料。
另外的实施例包括多层传感器，具有第一参考磁层、第一间隔层、自由磁层、第二间隔层和第二参考磁层，其中该自由磁层和该参考磁层每个由赫斯勒合金构成，例如Co2MnX，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料，且其中所述间隔层由赫斯勒合金构成，该赫斯勒合金可以是选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料。
其中单个磁层用作被钉扎层的自旋阀称为简单自旋阀。在该情况中，该单个磁层也称为“参考”层。多个磁层可以用作被钉扎层，如在钉扎/非磁/参考的情况中。在该情况中，选择非磁层材料和厚度使得被钉扎和参考层的磁矩在零场中反平行(AP)排列。参考层与自旋阀间隔层接触。在该情况中，通常参考层将是赫斯勒合金，钉扎层基本是非赫斯勒磁材料。
另一示例性实施例包括具有通过间隔层分隔开的多个磁层的层叠磁层结构，其中所述磁层每个由赫斯勒合金构成，例如Co2MnX，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料，并且其中所述间隔层可以由赫斯勒合金构成，例如选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料。当所述层叠磁层结构在传感器器件中用作参考磁层或自由磁层时，该层叠磁层结构内的磁层的每个的磁化方向在相同方向上。描述了将该层叠磁层结构到CPP GMR传感器中的引入。
本发明的磁头的优点在于其包括具有提高的灵敏度的磁致电阻读头。
本发明的磁头的另一优点在于其包括这样的传感器，其中铁磁赫斯勒合金在参考和自由磁层内使用，非磁赫斯勒合金在间隔层内使用，其中在该铁磁赫斯勒合金和该非磁赫斯勒合金之间具有改善的能带和晶格间距匹配。
本发明的硬盘驱动器的优点在于其包括本发明的磁头，该磁头具有灵敏度提高的磁致电阻自旋阀传感器。
本发明的硬盘驱动器的再一优点在于其包括本发明的磁头，该磁头包括这样的传感器，其中在参考和自由磁层内使用铁磁赫斯勒合金并且在间隔层内使用非磁赫斯勒合金，其中在该铁磁赫斯勒合金和该非磁赫斯勒合金之间具有改善的能带和晶格间距匹配。
本发明的这些和其它特征及优点在本领域技术人员阅读下面参考附图的详细说明之后将无疑义地变得明显。
附图说明
附图不是与真实器件成比例绘制的，提供这些附图用来示例这里描述的本发明，附图中：
图1是顶平面图，总地示出包括本发明的磁头的硬盘驱动器；
图2是侧剖视图，示出一般现有技术磁头；
图3是从气垫面(ABS)特别是沿图2的线3-3取得的图2所示磁头的读头部分的平面图；
图4是ABS视图，示出本发明的传感器结构的第一实施例；
图5是能带图，示出了现有技术Co2MnGe和Co2CuSn赫斯勒合金的能带；
图6-13是能带图，示出了本发明确定的一些赫斯勒合金的能带；
图14是ABS视图，示出了本发明的传感器结构的另一实施例；
图15是ABS视图，示出了本发明的层叠磁层结构；
图16是ABS视图，示出了本发明的传感器结构的另一实施例；
图17是ABS视图，示出了本发明的传感器结构的又一实施例。
具体实施方式
图1是顶平面图，示出了包括本发明的磁头的硬盘驱动器的重要部件。硬盘驱动器10包括旋转地安装在机动主轴(motorized spindle)14上的磁介质硬盘12。致动器臂16枢转地安装在硬盘驱动器10内，本发明的磁头20制造在设置于致动器臂16的远端22上的滑块24上。通常的硬盘驱动器10可包括旋转地安装在主轴14上的多个盘12和多个致动器臂16，滑块24安装在每个致动器臂的远端22上。如本领域技术人员所公知的，当硬盘驱动器10运行时，硬盘12在主轴14上旋转并且滑块24用作适于在旋转盘的表面之上飞行的气垫。滑块24包括衬底基底，其上制造有形成磁头20的各种层和结构。这样的头在晶片衬底上大量制造并且然后切割成各个磁头20。
下面参照图2和3描述常见的现有技术磁头结构从而提供对本发明的改进的理解的基础。本领域技术人员将理解，图2是侧剖视图，示出现有技术磁头30的一部分，图3是从图2的气垫面的线3-3取得的图2所示现有技术磁头30的读头传感器部分的正视图。
如图2和3所示，常见现有技术磁头30包括滑块24的衬底基底32，其上形成有绝缘层34，以及制造在绝缘层上的第一磁屏蔽件(S1)36。然后包括多个特定选择材料的层的读头传感器40制造在S1屏蔽件36上，传感器40的详细描述在下面参照图3提供。传感器40的制造之后，第二磁屏蔽件(S2)58制造在传感器40上，然后电绝缘层59沉积在S2屏蔽件58上。接着制造磁头30的写头部分。
现有技术磁头30的写头部分的实施例包括制造在绝缘层59上的第一磁极(P1)60。P1极60的制造之后，通常由非磁材料例如氧化铝构成的写间隙层72沉积在P1极60上。接着制造P2磁极尖76以及然后在写间隙层72之上绝缘层82内制造的包括线圈匝80的感应线圈结构。然后，制造第二磁极的轭部分84，其与P2极尖76磁连接，并且通过背间隙元件90连接到P1极60。然后制造至感应线圈的电引线(未示出)并且另外的绝缘层114被沉积从而包封磁头。然后磁头30制造为使得气垫面(ABS)116被产生。供选地，本领域技术人员公知的其它磁头配置可制造在传感器40上。
应理解，有很多本领域技术人员公知的磁头30的很多详细特征和制造步骤在这里不必描述，以提供对本发明的充分理解。
本发明针对于构成读头的传感器40的特定层的改进，现有技术传感器例如图2的现有技术磁头中可用作传感器40的传感器的更详细的描述示于图3；2005年4月5日授予Ambrose等人的美国专利6876522中描述了这样的传感器。如图3所示，S1磁屏蔽件36制造在绝缘层34上。通常由诸如PtMn、IrMn、或IrMnCr的材料构成的反铁磁(AFM)层120沉积在S1屏蔽件36上。然后，被钉扎磁层结构124沉积在AFM层120上。被钉扎磁层结构124包括参考层(未单独示出)，其中参考层的磁化(见箭头126)基本垂直于磁头的ABS平面指向，例如离开图3的平面。AFM层120用于沿该方向钉扎参考层的磁场。然后，非磁间隔层128沉积在被钉扎磁层结构124上。自由磁层132然后制造在间隔层128上。自由磁层132形成有在磁头的ABS平面内的磁化方向(见箭头136)。磁偏置层结构140可制造在自由磁层132上从而偏置自由磁层的磁化方向136，如本领域技术人员所公知的。盖层(未单独示出)可作为偏置层结构140的一部分被沉积。然后，第二磁屏蔽件58制造在偏置层结构140上。绝缘层59然后沉积在S2屏蔽件58上，然后制造磁头的写头部分，如上面已经说明的。在读头的该配置中，检测电流的方向(见箭头170)垂直于磁屏蔽件层36和58的平面(CPP)，并且磁屏蔽件用作电引线用于向位于它们之间的读传感器40供应电流。如图2所示，绝缘层158也被制造从而在读传感器40后面的区域中分隔开S1和S2屏蔽件电引线，使得它们不沿其长度短路。
如上述Ambrose等人的专利中所述，参考和自由磁层124和132可分别由铁磁赫斯勒合金Co2MnGe或Co2MnSi构成，并且间隔层可有利地由非磁赫斯勒合金Co2CuSn或Rh2CuSn构成。采用这些特定赫斯勒合金材料的情况下，它们之间具有足够的电子能带匹配和小的晶格失配。这样的赫斯勒合金的使用产生了具有增强的GMR效应的传感器。特别地，图5是能带图，示出了Co2MnGe和Co2CuSn的能带；有Ambrose等人的专利中确定的赫斯勒合金中的两种。尽管可以看出能带中存在密切的对应关系，但是当关注布里渊区的“K”和“W”对称点时，可以看出在铁磁Co2MnGe合金和非磁Co2CuSn合金的能级之间存在一些差异。该比较在零能一费米能EF附近尤其重要。线的存在和线的斜率在EF附近应该类似。这里给出具有更好能带匹配的赫斯勒合金。
本发明的改进的传感器200的第一示例性实施例示于图4。如通过比较图3的现有技术传感器40和图4的本发明传感器200将要看出的，传感器200的改进通过使用由非磁赫斯勒合金构成的间隔层而实现，该非磁赫斯勒合金具有与构成参考和自由磁层的铁磁赫斯勒合金匹配的改善的电子带。特别地，如图4所示，本发明的传感器200包括反铁磁(AFM)层200，其通常由诸如IrMn、IrMnCr或PtMn的材料构成，沉积在S1屏蔽件36上。衬层和籽层可沉积在S1和AFM层之间从而促进正确的晶体结构，如本领域技术人员所公知的。
然后在AFM层120上制造被钉扎磁层结构224。在AFM和被钉扎磁层结构224之间可能需要CoFe或其它磁合金的薄层。其中使用单一磁层作为被钉扎磁层的自旋阀称为简单自旋阀。在该情况中，该单一磁层也称为“参考”层。多个磁层也能被用作被钉扎磁层结构，如在钉扎/非磁/参考层的情况中。在该情况中，钉扎层由磁材料诸如Co、Fe、Ni或其它合金构成。非磁层是AP间隔层并且选择材料和厚度使得被钉扎和参考层的磁矩在零场中反平行(AP)排列。参考层制造为与自旋阀间隔层接触。在该情况中，通常参考层是赫斯勒合金，并且钉扎层基本是非赫斯勒磁材料。在本发明中参考层由铁磁赫斯勒合金构成，尤其诸如Co2MnX，其中X选自包括Ge、Si、Al、Ga和Sn的组，这里称为铁磁赫斯勒合金组HFM。被钉扎层结构224制造为具有取向为基本垂直于磁头的ABS平面的磁化(见箭头226)，例如离开图4的平面，并且AFM层120用于沿该方向钉扎被钉扎层结构224的磁化。
然后，间隔层228沉积在被钉扎磁层224上。间隔层228由选自包括Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn的下面称为非磁赫斯勒合金组HNM的组的非磁赫斯勒合金构成。然后在间隔层228上制造自由磁层232。自由磁层由来自HFM组的赫斯勒合金构成，并形成有在磁头的平面内的磁化(见箭头236)。在实施例200中，参考磁层形成有从约10到约100的厚度，优选地约40。间隔层形成有从约15到约50的厚度并优选地约30，自由磁层形成有从约10到约100的厚度且优选地约40。
在自由磁层232上可制造包括非磁间隔层和堆叠内磁偏置层(未单独示出)的堆叠内偏置层结构240。堆叠内偏置层的磁化基本平行于ABS并基本反平行于自由层指向。这样的堆叠内偏置层结构通过本领域技术人员公知的静磁耦合偏置自由层的磁化236。堆叠内偏置层的磁化通常被AFM钉扎(未单独示出)，盖层(未单独示出)可沉积为盖在偏置层结构240上。
然后，第二磁屏蔽件58制造在偏置层结构240上。绝缘层59然后沉积在S2屏蔽件58上，然后制造磁头的写头部分，如上面已经说明的。在读头的该配置中，检测电流的方向(见箭头270)垂直于磁屏蔽件层36和58的平面(CPP)，并且磁屏蔽件用作电引线用于向位于它们之间的读传感器200供应电流。
与现有技术中确定的相比，间隔层228的上述确定的非磁赫斯勒合金(HNM)提供改善的与上述参考和自由磁层的铁磁赫斯勒合金(HFM)的电子能带匹配。特别地，图6-13示出上述非磁赫斯勒合金间隔层材料(HNM)和铁磁赫斯勒合金Co2MnGe的带匹配，Co2MnGe可用作传感器的钉扎磁层和/或自由磁层材料。如图6-13中一般地可看到的，与Co2MnGe的自旋1带的带匹配是优异的。特别地，在布里渊区的“W”和“K”对称点附近，线斜率的匹配表示在Co2MnGe和HNM材料两者中存在具有类似能量的状态。该匹配显著优于图5所示的Co2MnGe现有技术非磁赫斯勒合金间隔层材料。在图12和13中，曲线的形状良好匹配，除了它们在能量上偏离以外。应力能够偏移材料的费米能，如T.Block、M.J.Carey和B.A.Gumey等人在Phys.Rev.B 70，p.205114(2004)中的文章“Bandstructure calculations of thehalf-metallic ferromagnetism and structural stability of full-and half-Heuslerphases”中所描述的。另外，接近具有不同费米能的材料能偏移费米能。利用这样的偏移，图12和13中的材料与Co2CuSn现有技术相比将具有更好的带结构匹配。
本发明的传感器300的另外的示例性实施例，双自旋阀，示于图14。如图所示，传感器300包括在绝缘层34上制造的第一磁屏蔽件36。通常由诸如PtMn、IrMn、或IrMnCr的材料构成的反铁磁(AFM)层120沉积在屏蔽件36上。籽层可用在S1和AFM之间从而促进正确的晶体结构，如本领域技术人员所公知的。然后，第一被钉扎磁层结构324沉积在AFM层120上。对于简单自旋阀，被钉扎磁层结构由铁磁赫斯勒合金材料构成，如来自上述组HFM的材料，并且制造为具有基本垂直于磁头的ABS平面指向的磁化(见箭头326)。在AP被钉扎自旋阀的情况中，被钉扎层结构将由CoFe合金/Ru/薄CoFe合金/赫斯勒合金形成，其中赫斯勒合金是来自HFM组的材料。然后，由非磁赫斯勒合金例如选自组HNM的材料构成的间隔层328沉积在被钉扎磁层324上。由铁磁赫斯勒合金例如选自组HFM的材料构成的自由磁层332然后制造在间隔层328上，并具有在磁头的ABS平面内的磁化(见箭头336)。然后，由非磁赫斯勒合金例如选自组HNM的材料构成的第二间隔层340沉积在自由层332上。然后，在第二间隔层340上制造具有由铁磁赫斯勒合金例如选自组HFM的材料构成的参考层的第二被钉扎磁层344。然后，通常由诸如PtMn、IrMn、或IrMnCr的材料构成的第二反铁磁层348沉积在第二被钉扎磁层344上，使得第二被钉扎磁层的磁化基本垂直于磁头的ABS平面指向(见箭头346)。然后，在第二AFM层348上制造第二磁屏蔽件58。接着绝缘层59沉积在S2屏蔽件58上，然后制造磁头的写头部分，如上面已经描述的。在读头的该配置中，检测电流的方向(见箭头370)垂直于磁屏蔽件层36和58的平面(CPP)，并且利用磁屏蔽件作为电引线以用于向位于它们之间的读传感器300供应电流。在实施例300中，参考磁层324和344形成有从大约10到大约100的厚度，优选地大约45。间隔层328和340形成有从大约15到大约100的厚度并且优选地大约25，自由磁层332形成有从大约10到大约100的厚度且优选地大约50。
在CPP自旋阀中可以观察到自旋转移矩(spin transfer torque)(例如见J.G.Zhu等人，IEEE Trans.Magn.，40，2323(2004))。这可导致高频噪声，其会限制自旋阀传感器的信噪比。当磁层的自旋极化增加时，自旋转移矩变得更加显著。由于预测HFM是完全自旋极化的，所以当它们用作单一自旋阀中时，该效应是显著的。自旋转移矩可引起自由层矩以高频振荡，导致严重的高频噪声。双自旋阀的对称结构对于减小或消除自旋转移矩噪声是有用的。
本发明的特征的又一示例性实施例示于图15中，其中示出了层叠磁层400。一般地公知增加磁/非磁界面的数目可显著增大来自CPP-GMR传感器的信号。这已经在具有带匹配非磁Cu的磁CoFe合金的情况中表明，见YuasaH.Fukuzawa H，Iwasaki H，et al.，“The number of Cu Lamination Effect onCurrent-perpendicular-to-plane Giant-Magnetoresistance of Spin Valves withFe50Co50 Alloy”，Journal of Applied Physics，97(11)：Art.No.113907 Jun 1，2005。如图15所示，层叠磁层400通常包括这样的层结构，该层结构包括由间隔层分开的多个磁层，该磁层由铁磁赫斯勒合金例如选自HFM组的材料构成，该间隔层由非磁赫斯勒合金例如选自HNM组的材料构成。具体地，示例性层叠磁层结构400包括第一磁层410，其由铁磁赫斯勒合金例如选自HFM组的材料构成，且可具有从约5至约50的厚度，优选约10。然后，在第一磁层410上制造第一间隔层414。第一间隔层414由非磁赫斯勒合金例如选自HNM组的材料构成，并且可制造为具有从约5至约50的厚度，优选约10。然后，在第一间隔层414上制造第二磁层418，其中第二磁层由铁磁赫斯勒合金例如选自HFM组的材料构成，并且形成为具有从约5至约50的厚度，优选约10。然后在第二磁层418上制造第二间隔层422，其中第二间隔层422由非磁赫斯勒合金例如选自HNM组的材料构成，并具有从约5至约50的厚度，优选约10。然后，第三磁层426制造在第二间隔层422上，其中第三磁层426由铁磁赫斯勒合金例如选自HFM组的材料构成，并且具有从大约5至大约50的厚度，优选大约10。因此可以看出，层叠磁层400具有始于和终止于磁层(410和426)的基本层叠结构并且其中具有交替的间隔层和磁层。其不限于图15所示的五层结构，而是可以具有少到三层，并且不限制层的总数目，除了整个层叠结构的总厚度的限制以外，因为其可被包括在传感器内作为被钉扎或自由磁层，如下面描述的。该层叠磁层结构400在下面称为磁层结构HL。
图16示出了本发明的传感器500的另一实施例。具体地如图16所示，传感器500包括第一磁屏蔽件层36、反铁磁层120和制造在AFM层上的被钉扎磁层结构510。被钉扎磁层结构510中的参考层可由图15中所示并在上面描述的层叠磁层HL构成，HL结构中铁磁赫斯勒合金层的磁化垂直于ABS平面(见箭头514)，例如离开图16的平面。优选的被钉扎层结构510包括磁被钉扎层、AP间隔层和HL参考层，如上所述。然后，间隔层520制造在被钉扎磁层510上，其中间隔层由非磁赫斯勒合金例如选自HNM组的材料构成。然后，自由磁层530制造在间隔层520上。自由磁层可由如图15所示并在上面描述的HL层构成。自由磁层的HL层结构内的铁磁赫斯勒合金层的磁化指向为基本在磁头的ABS平面内(见箭头534)。由非磁间隔层和堆叠内磁偏置层(未单独示出)构成的堆叠内偏置层结构540可制造在自由磁层530上。堆叠内偏置层的磁化指向为基本平行于ABS并基本反平行于自由层。该堆叠内偏置层结构通过本领域技术人员公知的静磁耦合偏置自由层的磁化534。堆叠内偏置层的磁化通常通过AFM被钉扎。然后，第二磁屏蔽件58制造在偏置层结构540上。接着绝缘层59沉积在S2屏蔽件58上，然后磁头的写头部分被制造，如上面已经描述的。在读头的该配置中，检测电流的方向(见箭头570)垂直于磁屏蔽件层36和58的平面(CPP)，并且利用磁屏蔽件作为电引线以用于向位于它们之间的读传感器40供应电流。在实施例500中，被钉扎磁层510的层叠磁层结构形成为具有从大约10至大约100的厚度，优选大约45。间隔层520形成为具有从大约5至大约50的厚度，优选大约25，并且自由磁层530的层叠磁层结构形成为具有从大约10至大约100的厚度且优选大约50。
图17示出了本发明的传感器600的又一示例性实施例，其是改进的“双”自旋阀传感器。应理解，传感器600在很多方面类似于图14中的传感器300。如其中示出的，传感器600包括在绝缘层34上制造的第一磁屏蔽件36。通常由诸如IrMn、IrMnCr、或PtMn的材料构成的反铁磁(AFM)层120沉积在屏蔽件36上。籽层可用在S1和AFM层之间从而促进正确的晶体结构，如本领域技术人员所公知的。然后，第一被钉扎磁层结构610沉积在AFM层120上。被钉扎层结构610可由是如图15中所示并在上面描述的层叠磁层HL的参考层构成，并且HL结构内铁磁赫斯勒合金层的磁化指向为基本垂直于ABS平面(见箭头614)，例如进入图17的平面。优选的第一被钉扎层610结构包括磁被钉扎层、AP间隔层和HL参考层，如上所述。然后，间隔层620制造在被钉扎磁层610上，其中间隔层由非磁赫斯勒合金例如选自HNM组的材料构成。然后，自由磁层630制造在间隔层620上。自由磁层可由如图15所示并在上面描述的HL层构成。自由磁层的HL层结构内铁磁赫斯勒合金层的磁化指向为基本在磁头的ABS平面内(见箭头634)。由非磁赫斯勒合金例如选自组HNM的材料构成的第二间隔层640然后沉积在自由磁层630上。然后，第二被钉扎磁层结构650制造在第二间隔层640上。第二被钉扎层结构650可由是图15所示并在上面描述的层叠磁层HL的参考层构成，并且HL结构内铁磁赫斯勒合金层的磁化指向为基本垂直于ABS平面(见箭头654)，例如进入图17的平面。优选的第二被钉扎层结构包括HL参考层、AP间隔层和磁被钉扎层，如上所述。然后，通常由诸如PtMn、IrMn、或IrMnCr的材料构成的第二反铁磁层660沉积在第二被钉扎磁层650上，使得第二被钉扎磁层650的磁化被钉扎为基本垂直于磁头的ABS平面(见箭头654)。然后，第二磁屏蔽件58制造在第二AFM层上。接着绝缘层59沉积在S2屏蔽件58上，然后制造磁头的写头部分，如上所述。在读头的该配置中，检测电流的方向(见箭头670)垂直于磁屏蔽件层36和58的平面(CPP)，并且磁屏蔽件用作电引线以用于向位于它们之间的读传感器40供应电流。在实施例600中，被钉扎磁层610和650的层叠磁层结构形成为具有从大约10至大约100的厚度，优选大约45。间隔层620和640形成为具有从大约5至大约50的厚度，优选大约25，并且自由磁层630的层叠磁层结构形成为具有从大约10至大约100的厚度且优选大约50。
在实践中，赫斯勒层可通过磁层层叠从而改善与反铁磁体或AP间隔层的磁耦合，或者改善诸如矫顽力和磁致伸缩的磁特性。其例子在本发明者的美国专利申请US20040165320A1“Magnetoresistive device withexchange-coupled structure having half-metallic ferromagnetic Heusler alloy inthe pinned layer”。该磁层可以是主要由钴、铁和镍构成的合金，例如Co90Fe10。其一个实施例可以是用于赫斯勒被钉扎层：反铁磁体/磁合金/赫斯勒。第二实施例将是用于赫斯勒作为参考层，如在反铁磁体/磁合金1/AP间隔层/磁合金2/赫斯勒中。第三实施例将是层叠自由层从而控制如在HNM/HFM/磁合金/HFM/HNM中的磁致伸缩，其中磁合金主要由钴、铁、镍或其合金构成。
尽管参照其优选实施例特别显示和描述了本发明，但是应理解，本领域技术人员能够在本公开的教导下进行形式和细节上的修改。因此权利要求涵盖包括本发明的创造性特征的实质精神和范围的全部修改和变型。

Claims (27)

1.一种包括读传感器的磁头，包括：
参考磁层；
自由磁层；
间隔层，设置在所述参考磁层和所述自由磁层之间；
其中所述自由磁层和所述参考磁层每个包括Co2MnX，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料；且
其中所述间隔层包括选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料。
2.如权利要求1所述的磁头，其中所述参考层是包括被钉扎磁层的被钉扎磁层结构的一部分，所述被钉扎磁层主要由选自Co、Ni、Fe及它们的合金构成的组的材料构成。
3.如权利要求2所述的磁头，其中所述被钉扎磁层结构还包括主要由来自Ru、Cr、Ir、Rh、和它们的合金的组的材料构成并设置在所述被钉扎磁层和所述参考层之间的AP间隔材料层。
4.如权利要求1所述的磁头，其中所述自由磁层和所述参考层由相同材料构成。
5.如权利要求1所述的磁头，其中所述自由层由多个赫斯勒合金和磁合金层构成，其中所述磁合金选自Co、Fe、Ni和它们的合金构成的组。
6.如权利要求4所述的磁头，其中所述自由磁层由Co2MnGe构成且所述参考层由Co2MnGe构成。
7.如权利要求6所述的磁头，其中所述间隔层由Ni3Sn构成。
8.一种磁层结构，包括：
多个磁层和多个间隔层，其中每个所述间隔层设置在所述磁层之间，且其中每个所述磁层由铁磁赫斯勒合金构成，且其中每个所述间隔层由非磁赫斯勒合金构成；且
其中每个所述磁层的磁化在相同方向上。
9.如权利要求8所述的磁层结构，其中每个所述磁层由Co2MnX构成，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料。
10.如权利要求8所述的磁层结构，其中每个所述间隔层由选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料构成。
11.如权利要求8所述的磁层结构，其中每个所述磁层形成有从大约5至大约50的厚度。
12.如权利要求8所述的磁层结构，其中每个所述间隔层形成有从大约2至大约10的厚度。
13.如权利要求8所述的磁层结构，其中两层所述非磁间隔层包括在所述磁层结构中。
14.如权利要求8所述的磁层结构，其中每个所述磁层形成有大约10的厚度，并且每个所述间隔层形成为具有大约10的厚度。
15.一种包括读传感器结构的磁头，包括：
至少两个参考磁层；
至少一个自由磁层；
至少两个间隔层，其中一所述间隔层设置在每个所述参考层和每个所述自由磁层之间；
其中每个所述参考层由铁磁赫斯勒合金构成；
其中每个所述自由磁层由铁磁赫斯勒合金构成；且
其中每个所述间隔层由非磁赫斯勒合金构成。
16.如权利要求15所述的磁头，其中所述参考层是包括被钉扎磁层的被钉扎磁层结构的一部分，所述被钉扎磁层主要由选自Co、Ni、Fe及它们的合金构成的组的材料构成。
17.如权利要求16所述的磁头，其中所述被钉扎磁层结构还包括主要由来自Ru、Cr、Ir、Rh、和它们的合金构成的组的材料构成的AP间隔层材料。
18.如权利要求15所述的磁头，其中所述铁磁赫斯勒合金由Co2MnX构成，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料。
19.如权利要求15所述的磁头，其中所述非磁赫斯勒合金由选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料构成。
20.如权利要求15所述的磁头，其中所述传感器结构包括参考层、间隔层、自由磁层、间隔层和参考层。
21.如权利要求15所述的磁头，其中所述铁磁赫斯勒合金由Co2MnX构成，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料。
22.如权利要求21所述的磁头，其中所述非磁赫斯勒合金由选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料构成。
23.如权利要求15所述的磁头，其中至少一个所述参考层由包括多个磁层和多个间隔层的磁层结构构成，其中每个所述间隔层设置在所述磁层之间，且其中每个所述磁层由铁磁赫斯勒合金构成，且其中每个所述间隔层由非磁赫斯勒合金构成；及
其中所述磁层结构的每个所述磁层的磁化沿相同方向。
24.如权利要求15所述的磁头，其中至少一个所述自由磁层由包括多个磁层和多个间隔层的磁层结构构成，其中每个所述间隔层设置在所述磁层之间，且其中每个所述磁层由铁磁赫斯勒合金构成，且其中每个所述间隔层由非磁赫斯勒合金构成；及
其中所述磁层结构的每个所述磁层的磁化沿相同方向。
25.一种包括读传感器的磁头，包括：
参考层；
自由磁层；
间隔层，设置在所述参考层和所述自由磁层之间；
其中所述自由磁层和所述参考层的至少一个由包括多个磁层和多个间隔层的磁层结构构成，其中每个所述间隔层设置在所述磁层之间，并且其中每个所述磁层由铁磁赫斯勒合金构成，且其中每个所述间隔层由非磁赫斯勒合金构成；及其中所述磁层结构的每个所述铁磁赫斯勒合金层的磁化沿相同方向。
26.如权利要求25所述的磁头，其中所述磁层结构的每个所述磁层是Co2MnX，其中X是选自Ge、Si、Al、Ga和Sn构成的组的材料
27.如权利要求25所述的磁头，其中所述磁结构的每个所述间隔层包括选自Ni3Sn、Ni3Sb、Ni2LiGe、Ni2LiSi、Ni2CuSn、Ni2CuSb、Cu2NiSn、Cu2NiSb、Cu2LiGe和Ag2LiSn构成的组的材料。
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