DE60201999T2 - Jochart niedertemperatur-tunnelventilsensor - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Niedertemperatur-Tunnelventilsensor vom Joch-Typ und spezieller auf einen derartigen Sensor, bei dem eine erste und zweite Kupferstruktur Wärme zu wenigstens einer von zwei Jochschichten leitet, wobei die Jochschichten einen Tunnelstrom (IT) zu dem Tunnelventilsensor leiten und Fluss von einer Luftlageroberfläche (ABS) zu dem Sensor übertragen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Das Herz eines Computers ist ein Magnetplattenlaufwerk, das eine sich drehende Magnetplatte, ein Gleitstück, das Lese- und Schreibköpfe aufweist, einen Tragarm über der sich drehenden Platte und einen Aktuatorarm beinhaltet, der den Tragarm verschwenkt, um die Lese- und Schreibköpfe über ausgewählten kreisförmigen Spuren auf der sich drehenden Platte zu platzieren. Der Tragarm bringt das Gleitstück in Kontakt mit der Oberfläche der Platte, wenn die Platte sich nicht dreht, wenn sich die Platte jedoch dreht, wird durch die sich drehende Platte Luft benachbart zu einer Luftlageroberfläche (ABS) des Gleitstücks aufgewirbelt, was bewirkt, dass das Gleitstück auf einem Luftlager in einem geringen Abstand zu der Oberfläche der sich drehenden Platte reitet. Wenn das Gleitstück auf dem Luftlager reitet, werden die Lese- und Schreibköpfe zum Schreiben von magnetischen Einträgen in die magnetische Platte und zum Lesen von magnetischen Signalfeldern von der sich drehenden Platte verwendet. Die Lese- und Schreibköpfe sind mit einem Verarbeitungsschaltungsaufbau verbunden, der gemäß einem Computerprogramm arbeitet, um die Schreib- und Lesefunktionen zu implementieren.
  • Ein exemplarischer Hochleistungslesekopf verwendet einen Tunnelventilsensor zum Erfassen der magnetischen Signalfelder von der sich drehenden Magnetplatte. Der Sensor beinhaltet eine nichtmagnetische, elektrisch nicht leitfähige Tunnel- oder Barrierenschicht, die zwischen eine ferromagnetische gepinnte Schicht und eine ferromagnetische freie Schicht geschichtet ist. Eine antiferromagnetische Pinning-Schicht bildet eine Grenzfläche zwischen der gepinnten Schicht zum Pinnen des magnetischen Moments der gepinnten Schicht 90° zu einer Luftlageroberfläche (ABS), wobei die ABS eine freiliegende Oberfläche des Sensors ist, die der sich drehenden Platte zugewandt ist. Der Tunnelventilsensor befindet sich zwischen einer ersten und zweiten ferromagnetischen Abschirmschicht. Eine erste und eine zweite Leitung, welche die erste und die zweite Abschirmschicht sein können, sind mit dem Tunnelventilsensor verbunden, um einen Tunnelstrom hindurchzuleiten. Der Tunnelstrom wird senkrecht zu den Hauptfilmebenen (CPP) des Sensors geleitet, im Gegensatz zu einem Spinventilsensor, bei dem ein Abtaststrom parallel zu den Hauptfilmebenen (CIP) des Spinventilsensors geleitet wird. Ein magnetisches Moment der freien Schicht ist frei, sich nach oben und unten bezüglich der ABS von einer Ruhe- oder Nullvorspannungspunktposition in Reaktion auf positive und negative magnetische Signalfelder von der sich drehenden Magnetplatte zu drehen. Die Ruheposition des magnetischen Moments der freien Schicht, die parallel zu der ABS ist, liegt vor, wenn der Tunnelstrom durch den Sensor ohne Magnetfeldsignale von der sich drehenden Magnetplatte geleitet wird.
  • Wenn die magnetischen Momente der gepinnten und der freien Schicht parallel zueinander sind, liegt der Widerstand des Tunnelventilsensors für den Tunnelstrom (IT) auf einem Minimum, und wenn ihre magnetischen Momente antiparallel sind, liegt der Widerstand des Tunnelventilsensors für den Tunnelstrom (IT) auf einem Maximum. Änderungen im Widerstand des Tunnelventilsensors sind eine Funktion von cos ..., wobei ... der Winkel zwischen den magnetischen Momenten der gepinnten und der freien Schicht ist. Wenn der Tunnelstrom (IT) durch den Tunnelventilsensor geleitet wird, verursachen Widerstandsänderungen aufgrund von Feldsignalen von der sich drehenden Magnetplatte Potentialänderungen, die detektiert und als Wiedergabesignale verarbeitet werden. Die Empfindlichkeit des Tunnelventilsensors ist als magnetoresistiver Koeffizient dr/R quantifiziert, wobei dr die Änderung im Widerstand des Tunnelventilsensors von minimalem Widerstand (magnetische Momente der freien und der gepinnten Schicht parallel) zu maximalem Widerstand (magnetische Momente der freien und der gepinnten Schicht antiparallel) ist und R der Widerstand des Tunnelventilsensors bei minimalem Widerstand ist. Der dr/R eines Tunnelventilsensors kann in der Größenordnung von 40% liegen, im Vergleich zu 10% für einen Spinventilsensor.
  • Die erste und die zweite Abschirmschicht können in die Unterseite beziehungsweise die Oberseite des Tunnelventilsensors eingreifen, so dass die erste und die zweite Abschirmschicht als Leitungen zum Führen des Tunnelstroms (IT) durch den Tunnelventilsensor senkrecht zu den Hauptebenen der Schichten des Tunnelventilsensors dienen. Der Tunnelventilsensor weist eine erste und eine zweite Seitenfläche auf, die sich mit der ABS schneiden. Eine erste und zweite Hartvorspannungsschicht liegen gegen die erste beziehungsweise die zweite Seitenfläche an, um die freie Schicht longitudinal vorzuspannen. Diese longitudinale Vorspannung hält die freie Schicht in einem Zustand mit einer einzigen magnetischen Domäne und hilft, das magnetische Moment der freien Schicht parallel zu der ABS zu halten, wenn sich der Lesekopf im Ruhezustand befindet.
  • Magnetkopfaufbauten, bei denen jeder Magnetkopfaufbau eine Kombination aus Lesekopf und Schreibkopf beinhaltet, sind in Zeilen und Spalten auf einem Wafer aufgebaut. Nach Abschluss auf der Waferebene wird der Wafer in Zeilen von Magnetkopfaufbauten zerschnitten, und jede Zeile wird durch einen Schleifprozess feingeschliffen, um die Zeile bis zu einer vorgegebenen Luftlageroberfläche (ABS) abzuschleifen. In einem typischen Tunnelventil-Lesekopf sind alle Schichten zur ABS hin frei, nämlich erste Kanten von jeder der ersten Abschirmschicht, der Kristallkeimschicht, der freien Schicht, der Barrierenschicht, der gepinnten Schicht, der Pinning-Schicht und der zweiten Abschirmschicht. Gegenüberliegende Kanten dieser Schichten sind in dem Kopf vertieft. Die Barrierenschicht ist eine sehr dünne Schicht in der Größenordnung von 20 Å, was die freie und die gepinnte Schicht sehr dicht aneinander bei der ABS platziert. Wenn eine Zeile von Magnetkopfaufbauten feingeschliffen wird, besteht ein hohes Risiko, dass sich magnetisches Material von der freien und der gepinnten Schicht über die Barrierenschicht bei der ABS hinweg verschmiert und einen Kurzschluss dazwischen verursacht. Demgemäß besteht eine stark verspürte Notwendigkeit, Magnetkopfaufbauten mit Tunnelventilköpfen ohne das Risiko einer Kurzschlussbildung zwischen der freien und der gepinnten Schicht bei der ABS aufgrund des Feinschleifens zu konstruieren.
  • Patent Abstracts of Japan Bd. 2000, Nr. 6, 22. September 2000 und JP-A-2000 076627 (NEC Corp), 14. März 2000 offenbaren einen Magnetkopfaufbau, der eine Luftlageroberfläche (ABS) und einen Lesekopf beinhaltet mit: einem Tunnelventilsensor 5, der von der ABS vertieft ist, einer ferromagnetischen ersten und zweiten Jochschicht, einer ersten Struktur, die an die Unterseite des Sensors angrenzt, und einer zweiten Struktur, die an die obere Struktur des Sensors und die zweite Jochschicht angrenzt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Magnetkopfaufbau mit einer Luftlageroberfläche (ABS) bereitgestellt, der beinhaltet:
    einen Lesekopf mit einem Tunnelventilsensor, der von der ABS vertieft ist und eine obere und eine untere Oberfläche aufweist, einer ferromagnetischen ersten und zweiten Jochschicht, einer ersten Kupferstruktur, die an die untere Oberfläche des Tunnelventilsensors angrenzt und an die erste Jochschicht angrenzt, und
    einer zweiten Kupferstruktur, die an die obere Oberfläche des Tunnelventilsensors und die zweite Jochschicht angrenzt. Aufgrund der vertieften Lage des Tunnelventilsensors verschmiert ein Feinschleifvorgang des Kopfes kein leitfähiges Material über die Barrierenschicht des Tunnelventilsensors hinweg, was einen Kurzschluss eines Tunnelstroms (IT) über die Barrierenschicht hinweg verursachen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Jochschicht unterhalb des Tunnelventilsensors bei der ABS breit und hält ihre Breite, wenn sie sich von der ABS in den Kopf erstreckt. Die erste Jochschicht stellt eine Wärmesenke für den Tunnelventilsensor bereit. Im Gegensatz dazu ist die zweite Jochschicht bei der ABS sehr schmal, um so eine Spurbreite des Lesekopfes einzurichten und zu definieren, und nimmt in der Breite von der ABS bis zu einer magnetischen Kopplung zu dem Tunnelventilsensor zu. Mit dieser Anordnung kann eine sehr schmale Spurbreite erzielt werden, während die Breite des Tunnelventilsensors groß ist, um so den Widerstand des Tunnelventilsensors für den Tunnelstrom (IT) zu reduzieren. Die zweite Jochschicht von dem Tunnelventilsensor behält eine größere Breite als die Spurbreite bei und stellt eine weitere Wärmesenke für den Tunnelventilsensor bereit. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Jochschicht bei der ABS definiert den Lesespalt des Lesekopfes. Dieser Lesespalt ist signifikant kleiner, als wenn sich der Tunnelventilsensor bei der ABS befindet, und der Lesespalt ist durch den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Abschirmschicht definiert. Der schmale Lesespalt ermöglicht, dass mehr magnetische Bits pro linearem Inch entlang der Spur der sich drehenden Magnetplatte platziert werden. Die schmale Spurbreite ermöglicht, dass mehr Spuren pro Inch entlang eines Radius der sich drehenden Magnetplatte platziert werden. Ein Produkt dieser zwei Werte, Bits pro Inch (BPI) und Spuren pro Inch (TPI), ist die Flächendichte des Lesekopfes. Das erste und das zweite Joch ermöglichen eine sehr hohe Flächendichte, welche die Speicherkapazität des Magnetplattenlaufwerks signifikant erhöht.
  • Der Tunnelstrom (IT) wird zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des Tunnelventilsensors geleitet. Die Erfindung stellt eine erste und eine zweite Kupfer(Cu)-Struktur bereit, wobei die erste Kupferstruktur an die untere Oberfläche des Tunnelventilsensors angrenzt und die zweite Kupferstruktur an die obere Oberfläche des Tunnelventilsensors angrenzt. Beide Kupferstrukturen werden zwecks Ableiten von Wärme von dem Tunnelventilsensor während seines Betriebs verwendet. Es gibt zwei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In beiden Ausführungsformen leitet die zweite Kupferstruktur Wärme von dem Tunnelventilsensor zu der zweiten Jochschicht. In der ersten Ausführungsform leitet die erste Kupferstruktur Wärme von dem Tunnelventilsensor zu der ersten Jochschicht, und in der zweiten Ausführungsform leitet die erste Kupferstruktur Wärme von dem Tunnelventilsensor zu einem Substrat.
  • Noch weiter weist in der ersten Ausführungsform die Oberseite des Tunnelventilsensors einen mittleren Bereich auf, der sich zwischen einem vorderen und einem hinteren Bereich der Oberseite befindet. Die zweite Jochschicht weist einen ersten und einen zweiten Jochschichtbereich auf, wobei der erste Jochschichtbereich eine Vorderseite aufweist, die einen Teil der ABS bildet. Der erste Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht grenzt an den vorderen Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors an, und der zweite Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht grenzt an den hinteren Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors an. Die zweite Kupferstruktur grenzt an den mittleren Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors und an jeden des ersten und des zweiten Jochschichtbereichs der zweiten Jochschicht an. Mit dieser Anordnung wird Wärme von dem Tunnelventilsensor schnell in die zweite Kupferstruktur dissipiert und von dort in den ersten und den zweiten Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht, die als Wärmesenken wirken. Noch weiter befindet sich in der ersten Ausführungsform die erste Kupferstruktur zwischen jeder der Unterseite des Tunnelventilsensors und einer Oberseite der ersten Jochschicht und grenzt an diese an, so dass Wärme schnell in die erste Kupferstruktur dissipiert wird und von dort in die erste Jochschicht, die als eine Wärmesenke wirkt. In der ersten Ausführungsform ist eine Quelle für den Tunnelstrom (IT) über den zweiten Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht und die erste Jochschicht hinweg verbunden, so dass der Tunnelstrom zwischen der Ober- und der Unterseite des Tunnelventilsensors geleitet wird.
  • Der Tunnelventilsensor ist derart breit, dass sein Querschnitt so groß ist, um einen größeren Tunnelstrom (IT) zu leiten. Dies wird durch die Jochschicht möglich gemacht, welche die Spurbreite definiert, die in der Breite zunimmt, wenn sie sich in den Kopf in Richtung des Tunnelventilsensors erstreckt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Niedertemperatur-Tunnelventilsensors vom Joch-Typ.
  • Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Tunnelventilsensors mit hoher Flächendichte, bei dem eine obere und eine untere Kupferstruktur Wärme von dem Tunnelventilsensor zu Wärmesenken dissipiert und von der ABS vertieft sind, um so vor Korrosion geschützt zu sein.
  • Weitere Aufgaben und begleitende Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht auf ein exemplarisches Magnetplattenlaufwerk des Standes der Technik;
  • 2 ist eine Endansicht eines Gleitstücks mit einem Magnetkopf des Plattenlaufwerks, wie in Ebene 2-2 von 1 zu sehen;
  • 3 ist eine Seitenansicht des Magnetplattenlaufwerks, bei dem mehrere Platten und Magnetköpfe verwendet werden;
  • 4 ist eine isometrische Darstellung eines exemplarischen Aufhängungssystems zum Tragen des Gleitstücks und des Magnetkopfs;
  • 5 ist eine ABS-Ansicht des Magnetkopfs entlang einer Ebene 5-5 von 2;
  • 6 ist eine Teilansicht des Gleitstücks mit einem darin eingebrachten Magnetkopf, wie in Ebene 6-6 von 2 zu sehen;
  • 7 ist eine Teil-ABS-Ansicht des Gleitstücks entlang einer Ebene 7-7 von 6, um die Lese- und Schreibelemente des darin eingebrachten Magnetkopfs zu zeigen;
  • 8 ist eine Ansicht entlang einer Ebene 8-8 von 6 mit sämtlichem Material über der Spulenschicht und Leitungen entfernt;
  • 9 ist eine longitudinale Querschnittansicht des vorliegenden Tunnelventilsensors vom Joch-Typ;
  • 10 ist eine Ansicht entlang einer Ebene 10-10 von 9 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht mit entfernten Isolationsschichten;
  • 11 ist eine Ansicht entlang einer Ebene 11-11 von 9;
  • 12 ist eine longitudinale Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des vorliegenden Tunnelventilsensors vom Joch-Typ;
  • 13 ist eine Ansicht entlang einer Ebene 13-13 von 12 um 90° im Uhrzeigersinn gedreht mit entfernten Isolationsschichten über den Metallkomponenten; und
  • 14 ist eine Ansicht entlang einer Ebene 14-14 von 12.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Magnetplattenlaufwerk
  • Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile überall in den mehreren Ansichten bezeichnen, stellen die 1 bis 3 ein Magnetplattenlaufwerk 30 dar. Das Laufwerk 30 beinhaltet eine Spindel 32, die eine Magnetplatte 34 trägt und dreht. Die Spindel 32 wird durch einen Spindelmotor 36 gedreht, der von einer Motorsteuereinheit 38 gesteuert wird. Ein Gleitstück 42 weist einen kombinierten magnetischen Lese- und Schreibkopf 40 auf und wird von einer Aufhängung 44 und einem Aktuatorarm 46 getragen, der durch einen Aktuator 47 drehbar positioniert ist. Eine Mehrzahl von Platten, Gleitstücken und Aufhängungen kann in einem Speicherbauelement mit direktem Zugriff und großer Kapazität (DASD) verwendet werden, wie in 3 gezeigt. Die Aufhängung 44 und der Aktuatorarm 46 werden durch den Aktuator 47 bewegt, um das Gleitstück 42 so zu positionieren, dass sich der Magnetkopf 40 in einer Messaufnehmerbeziehung zu einer Oberfläche der Magnetplatte 34 befindet. Wenn die Platte 34 durch den Spindelmotor 36 gedreht wird, wird das Gleitstück auf einem dünnen (typischerweise 0,05 μm) Luftkissen (Luftlager) zwischen der Oberfläche der Platte 34 und der Luftlageroberfläche (ABS) 48 getragen. Der Magnetkopf 40 kann dann zum Schreiben von Information auf mehrere kreisförmige Spuren auf der Oberfläche der Platte 34 ebenso wie zum Lesen von Information von denselben verwendet werden. Ein Verarbeitungsschaltungsaufbau 50 tauscht Signale, die eine derartige Information repräsentieren, mit dem Kopf 40 aus, liefert Spindelmotorantriebssignale zum Drehen der Magnetplatte 34 und liefert Steuersignale für den Aktuator zum Bewegen des Gleitstücks zu verschiedenen Spuren. In 4 ist das Gleitstück 42 an einer Aufhängung 44 angebracht gezeigt. Die vorstehend beschriebenen Komponenten können auf einem Rahmen 54 in einem Gehäuse 55 angebracht sein, wie in 3 gezeigt.
  • 5 ist eine ABS-Ansicht des Gleitstücks 42 und des Magnetkopfs 40. Das Gleitstück weist eine mittige Schiene 56, die den Magnetkopf 40 trägt, und seitliche Schienen 58 und 60 auf. Die Schienen 56, 58 und 60 erstrecken sich von einer Kreuzschiene 62 aus. Bezüglich einer Rotation der Magnetplatte 34 befindet sich die Kreuzschiene 62 an einer vorderen Kante 64 des Gleitstücks, und der Magnetkopf 40 befindet sich an einer hinteren Kante 66 des Gleitstücks.
  • 6 ist eine seitliche Querschnittansicht eines eingebrachten Magnetkopfs 40, der einen Schreibkopfbereich 70 und einen Lesekopfbereich 72 beinhaltet, wobei der Lesekopfbereich einen Tunnelventilsensor 74 der vorliegenden Erfindung verwendet. 7 ist eine ABS-Ansicht von 6. Der Tunnelventilsensor 74 ist zwischen eine erste und eine zweite ferromagnetische Abschirmschicht 80 und 82 geschichtet. In Reaktion auf externe Magnetfelder ändert sich der Widerstand des Tunnelventilsensors 74. Ein durch den Sensor geleiteter Tunnelstrom (IT) verursacht, dass sich diese Widerstandsänderungen als Potentialänderungen manifestieren. Diese Potentialänderungen werden dann durch den in 3 gezeigten Verarbeitungsschaltungsaufbau 50 als Rücklesesignale verarbeitet. Der Tunnelstrom (IT) kann durch den Tunnelventilsensor 74 senkrecht zu den Ebenen seiner Hauptfilmoberflächen durch eine erste und eine zweite Abschirmschicht 80 und 82 geleitet werden, die als eine erste und eine zweite Leitung dienen. In einem Huckepack-Kopf (nicht gezeigt) sind die zweite Abschirmschicht und die erste Polstückschicht getrennte Schichten, die durch eine nichtmagnetische Isolationsschicht getrennt sind.
  • Der Schreibkopfbereich des Magnetkopfes 40 beinhaltet eine Spulenschicht 84, die zwischen eine erste und eine zweite Isolationsschicht 86 und 88 geschichtet ist. Eine dritte Isolationsschicht 90 kann zum Planarisieren des Kopfes verwendet werden, um Welligkeiten in der zweiten Isolationsschicht zu eliminieren, die durch die Spulenschicht 84 verursacht werden. Die erste, zweite und dritte Isolationsschicht werden auf dem Fachgebiet als ein "Isolationsstapel" bezeichnet. Die Spulenschicht 84 und die erste, zweite und dritte Isolationsschicht 86, 88 und 90 sind zwischen eine erste und eine zweite Polstückschicht 92 und 94 geschichtet. Die erste und die zweite Polstückschicht 92 und 94 sind an einem hinteren Spalt 96 magnetisch gekoppelt und weisen eine erste und eine zweite Polspitze 98 und 100 auf, die durch eine Schreibspaltschicht 102 an der ABS getrennt sind. Wie in den 2 und 4 gezeigt, verbinden eine erste und eine zweite Lotmittelverbindung 104 und 106 Leitungen von dem Tunnelventilsensor 74 mit Leitungen 112 und 114 auf der Aufhängung 44, und eine dritte und eine vierte Lotmittelverbindung 116 und 118 verbinden Leitungen 120 und 122 von der Spule 84 (siehe 8) zu Leitungen 124 und 126 auf der Aufhängung.
  • Die Erfindung
  • 9 ist eine longitudinale Querschnittansicht des vorliegenden Lesekopfes 200 mit einem Tunnelventilsensor 201, der eine Vorder- und eine Rückseite 202 und 204 aufweist und in dem Kopf von der ABS vertieft ist. Der Tunnelventilsensor weist eine elektrisch nicht leitfähige Barrierenschicht 212 auf, die sich zwischen einer gepinnten Schicht (P) 214 und einer freien Schicht (F) 216 befindet. Die gepinnte Schicht 214 weist ein magnetisches Moment 218 auf, das durch eine antiferromagnetische (AFM-)Pinningschicht 220 senkrecht zu der ABS in einer Richtung von links nach rechts oder von rechts nach links gepinnt ist, wie in 9 gezeigt. Die freie Schicht 216 weist ein magnetisches Moment 224 auf, das parallel zu der ABS und zu den Hauptebenen der Schichten orientiert ist. Wenn ein Feldsignal HAP von einer sich drehenden Magnetplatte durch den Tunnelventilsensor 200 erfasst wird, dreht sich das magnetische Moment 224 der freien Schicht. Wenn die freie Schicht 224 in dem Kopf durch das Feldsignal von der sich drehenden Magnetplatte gedreht wird, werden die magnetischen Momente 224 und 218 paralleler, was den Widerstand des Sensors für einen Tunnelstrom IT reduziert, und wenn das Signalfeld von der sich drehenden Magnetplatte das magnetische Moment 224 von dem Kopf nach außen dreht, werden die magnetischen Momente 224 und 218 antiparalleler, was den Widerstand des Tunnelübergangsensors für den Tunnelstrom IT erhöht. Diese Widerstandsänderungen werden durch den Verarbeitungsschaltungsaufbau 50 in 3 als Wiedergabe-Signale verarbeitet.
  • Die 9, 10 und 11 stellen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Tunnelventilsensor 201 ist in dem Kopf von der ABS vertieft und befindet sich zwischen einer ersten und einer zweiten Jochschicht (Y1) und (Y2) 226 und 228. Die zweite Jochschicht weist einen ersten und einen zweiten Jochschichtbereich 230 und 232 auf, wobei der erste Jochschichtbereich 230 eine schmale Spurbreite (TW) bei der ABS aufweist und in der Breite zu einer Stelle hin zunimmt, wo er an einen oberen Vorderbereich einer Oberseite 234 des Sensors angrenzt. Die erste Jochschicht 226 ist breiter als der erste Jochschichtbereich 230 bei der ABS und ist von dem ersten Jochschichtbereich 230 beabstandet, um den Lesespalt des Lesekopfes zu definieren. Wie vorstehend erörtert, ist das Produkt der Spurbreite, die als Spuren pro Inch (TPI) entlang des Radius der sich drehenden Magnetplatte quantifiziert ist, und des Lesespalts, der als Bits pro Inch (BPI) entlang der Spur der sich drehenden Magnetplatte quantifiziert ist, die Flächendichte, die eine Speicherkapazität des Magnetplattenlaufwerks anzeigt.
  • Der erste Jochbereich 230 verbreitert sich, wenn er sich in den Kopf vertieft, so dass der Tunnelventilsensor breit sein kann, um seinen Querschnitt zu vergrößern und seinen Widerstand für den Tunnelstrom (IT) zu verringern. Der zweite Jochschichtbereich 232 grenzt an einen Rückseitenbereich der Oberseite 234 des Tunnelventilsensors an und ist in Kombination mit der ersten Jochschicht 226 mit einer Quelle 236 für den Tunnelstrom (IT) verbunden, um den Tunnelstrom (IT) zwischen der Oberseite 234 und einer Unterseite 238 des Sensors anzulegen. Der erste Jochschichtbereich 230 weist ein magnetisches Moment 240 auf, das durch das Feldsignal (HAP) von der sich drehenden Magnetplatte gedreht werden kann. Wenn das magnetische Moment 240 gedreht wird, wird das magnetische Moment 224 der freien Schicht in der gleichen Richtung gedreht, so dass das Feldsignal von dem Sensor erfasst wird. Die Drehrichtung des magnetischen Moments 224 bestimmt, ob der Widerstand des Tunnelventilsensors zunimmt oder abnimmt, wobei die Widerstandsänderungen durch den Verarbeitungsschaltungsaufbau 50 in 3 als Wiedergabesignale verarbeitet werden, wie im Vorstehenden erörtert. Wenngleich der erste Jochschichtbereich 230 als an einen Oberseitenbereich der freien Schicht 216 angrenzend gezeigt ist, versteht es sich, dass der erste Jochschichtbereich 230 alternativ gegen die Vorderseite 202 des Sensors anliegen kann. Die erste und die zweite Isolationsschicht 242 und 244 sind an der Vorderseite und an der Rückseite des Sensors 201 vorgesehen, um die erste und die zweite Jochschicht 226 und 228 voneinander zu isolieren. Die erste Jochschicht 226 kann sich auf einem Substrat (Gleitstück) 245 befinden. Zwischen den Komponenten 230, 232 und 248 der ersten Polstückschicht 82 in 6 kann eine Isolationsschicht vorhanden sein (nicht gezeigt).
  • Während des Betriebs des Sensors 201 ist es möglich, dass eine signifikante Menge an Wärme erzeugt wird, die dissipiert werden muss, um eine Instabilität des Pinnens des magnetischen Moments 218 der Pinning-Schicht zu verhindern. Die erste Ausführungsform verwendet für diesen Zweck eine untere und eine obere Kupferstruktur 246 und 248. Die untere Kupferstruktur befindet sich zwischen der Unterseite 238 des Sensors und einer Oberseite der ersten Jochschicht 226 und grenzt an diese beiden an. Die obere Kupferstruktur 248 grenzt an einen oberen mittleren Oberflächenbereich der Oberseite 234 des Sensors und an jeden des ersten und des zweiten Jochschichtbereichs 230 und 232 an. Demgemäß absorbiert die untere Kupferstruktur 246 effizient Wärme von der Unterseite des Sensors 200 und leitet diese Wärme zu der ersten Jochschicht 226 ab, die als eine Wärmesenke wirkt. Die obere Kupferstruktur 248 absorbiert Wärme von der Oberseite des Sensors 200 und leitet diese Wärme zu dem ersten und dem zweiten Jochschichtbereich 230 und 232 ab, die als Wärmesenken wirken. Es ist zu erwähnen, dass die untere und die obere Kupferstruktur 246 und 248 von der ABS vertieft sind, so dass sie der Außenumgebung und Korrosion nicht ausgesetzt sind, die typischerweise mit Kupfer einhergeht.
  • Eine zweite Ausführungsform des vorliegenden Tunnelventilsensors 72 vom Joch-Typ ist in den 12, 13 und 14 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind eine erste und eine zweite Jochschicht (Y1) und (Y2) 250 und 252 vorgesehen, wobei die erste Jochschicht 250 einen ersten und einen zweiten Jochschichtbereich 254 und 256 aufweist. Der Sensor 200 ist in dem Kopf vertieft und befindet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Jochschichtbereich 254 und 256, wobei der erste Jochschichtbereich 254 eine geringe Breite bei der ABS aufweist, welche die Spurbreite (TW) des Lesekopfes definiert und die sich verbreitert, wenn sie sich in den Kopf entgegengesetzt zu der Vorderseite 202 des Sensors erstreckt. Eine elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 258 befindet sich zwischen der Vorderseite 202 des Sensors und dem ersten Jochschichtbereich 254, und eine zweite elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 260 befindet sich zwischen der Rückseite 204 des Sensors und dem zweiten Jochschichtbereich 256, so dass der Tunnelstrom (IT) zwischen der Ober- und der Unterseite des Sensors begrenzt ist. Die zweite Jochschicht 252 ist nicht in Bereiche unterteilt und ist von dem ersten Jochschichtbereich 254 bei der ABS beabstandet, um den Lesespalt des Lesekopfes zu definieren. Dieser Lesespalt bestimmt in Kombination mit der Spurbreite die Flächendichte dieses Lesekopfes, wie im Vorstehenden erörtert. Die zweite Ausführungsform weist außerdem eine untere und eine obere Kupferstruktur 262 und 264 auf, um Wärme von der Ober- und der Unterseite des Sensors zu dissipieren. Das Substrat 245, das aus Nickelphosphor (NiP) bestehen kann, wird bereitgestellt. Die untere Kupferstruktur 262 befindet sich zwischen der Unterseite des Sensors und der Oberseite des Substrats 245 und grenzt an diese an, um Wärme von der Unterseite des Sensors zu dem Substrat zu dissipieren, das als eine Wärmesenke dient. Die obere Kupferstruktur 264 grenzt an die Oberseite 234 des Sensors und an Oberflächenbereiche von jedem des ersten Jochschichtbereichs 254 und des zweiten Jochschichtbereichs 256 an. Die obere Kupferstruktur 264 grenzt außerdem an einen Unterseitenbereich der zweiten Jochschicht 252 an. Die zweite Jochschicht 252 dient als Hauptwärmesenke, während der erste und der zweite Jochschichtbereich 254 und 256 als sekundäre Wärmesenken dienen. Es ist jedoch zu erwähnen, dass der erste und der zweite Jochschichtbereich 254 und 256 und die zweite Jochschicht 252 durch die obere Kupferstruktur 264 elektrisch verbunden sind. In dieser Ausführungsform ist die Quelle 236 für den Tunnelstrom (IT) über die untere Kupferstruktur 262 und die zweite Jochschicht 252 hinweg verbunden, so dass der Tunnelstrom (IT) zwischen der Ober- und der Unterseite des Sensors geleitet wird. Elektrisch nicht leitfähige Isolationsschichten 268 und 270 isolieren die untere Kupferstruktur 262 von dem ersten Jochschichtbereich 254, und eine elektrisch nicht leitfähige Isolationsschicht 272 isoliert die untere Kupferstruktur 262 von dem zweiten Jochschichtbereich 256. Des Weiteren isolieren elektrisch nicht leitfähige Isolationsschichten 274 und 276 den ersten und den zweiten Jochschichtbereich 254 und 256 von der zweiten Jochschicht 252. Die Dicke der Isolationsschicht 274 definiert den zuvor erwähnten Lesespalt. Eine Isolationsschicht (nicht gezeigt) kann sich zwischen der zweiten Jochschicht 252 und der ersten Polstückschicht 82 in 6 befinden.
  • Diskussion
  • Das Material der Jochschichten besteht vorzugsweise aus Nickeleisen (NiFe), und das Material der Isolationsschichten besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3). Es versteht sich, dass der Sensor 200 anstelle eines unteren Sensors, wie in den Figuren gezeigt, ein oberer Sensor sein kann, bei dem die Reihenfolge der Schichten des Sensors umgekehrt ist. Es ist zu erwähnen, dass bei jeder Ausführungsform der Erfindung die erste und die zweite Abschirmschicht (S1) und (S2) (siehe 6) nicht eliminiert sind. Beispielhafte Dicken für die Komponenten in 9 sind 200 Å für den Sensor 201, 0,1 μm für die Schicht 246, 4 μm für die Schicht 248, 2 μm für die Schichten 226 und 228 sowie 0,2 μm für die Schicht 230. Die gleichen Dicken gelten für 12 mit Ausnahme von 0,05 μm für die Schichten 274, 264 und 276 sowie 2 μm für die Schicht 252.
  • Klarerweise sind im Hinblick auf diese Lehren weitere Ausführungsformen und Modifikationen dieser Erfindung für den Fachmann ohne Weiteres ersichtlich. Daher ist diese Erfindung lediglich als durch die folgenden Ansprüche begrenzt anzusehen, die sämtliche derartige Ausführungsformen und Modifikationen beinhalten, wenn sie in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen gesehen werden.

Claims (10)

  1. Magnetkopfaufbau mit einer Luftlageroberfläche (ABS), der beinhaltet: einen Lesekopf mit einem Tunnelventilsensor (201), der von der ABS vertieft ist und eine obere (234) und eine untere (238) Oberfläche aufweist, einer ferromagnetischen ersten (226) und zweiten (228) Jochschicht, einer ersten Struktur (246), die an eine untere Oberfläche (238) des Tunnelventilsensors angrenzt und einer zweiten Struktur (248), die an die obere Oberfläche (234) des Tunnelventilsensors und die zweite Jochschicht (228) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Struktur aus Kupfer bestehen und die erste Struktur (246) auch an die erste Jochschicht (226) angrenzt.
  2. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 1, wobei die Oberseite des Tunnelventilsensors einen mittleren Bereich aufweist, der sich zwischen einem vorderen und einem hinteren Oberseitenbereich befindet, die zweite Jochschicht einen ersten und einen zweiten Jochschichtbereich aufweist, wobei der erste Jochschichtbereich eine Vorderseite aufweist, die einen Teil der ABS bildet und an den vorderen Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors angrenzt, und der zweite Jochschichtbereich an den hinteren Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors angrenzt, und die zweite Kupferstruktur an den mittleren Oberseitenbereich des Tunnelventilsensors und an jeden des ersten und des zweiten Jochschichtbereichs der zweiten Jochschicht angrenzt.
  3. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 2, wobei der erste Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht von der ABS zu dem Tunnelventilsensor hin in der Breite zunimmt.
  4. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 3, der Tunnelstromquellenmittel beinhaltet, die über die erste Jochschicht und den zweiten Jochschichtbereich der zweiten Jochschicht hinweg verbunden sind.
  5. Magnetkopfaufbau nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Substrat wobei die erste Kupferstruktur auch an das Substrat angrenzt, die erste Jochschicht einen ersten und einen zweiten Jochschichtbereich aufweist, der Tunnelventilsensor sich zwischen dem ersten und dem zweiten Jochschichtbereich der ersten Jochschicht befindet und die zweite Kupferstruktur auch an jeden des ersten und des zweiten Jochschichtbereichs der ersten Jochschicht angrenzt.
  6. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 5, der Tunnelstromquellenmittel beinhaltet, die über die erste Kupferstruktur und die zweite Jochschicht hinweg verbunden sind.
  7. Magnetkopfaufbau nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich die erste und die zweite Jochschicht von dem Tunnelventilsensor zu der ABS hin erstrecken und um eine Entfernung beabstandet sind, die einen Lesespalt des Kopfaufbaus definiert.
  8. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 7, wobei die zweite Jochschicht eine Breite an der ABS aufweist, die eine Lesespur des Magnetkopfaufbaus definiert, und die zweite Jochschicht in der Breite zunimmt, wenn sie sich von der ABS aus in den Kopf vertieft.
  9. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 8, wobei der Tunnelventilsensor beinhaltet: eine ferromagnetische, gepinnte Schicht, die ein magnetisches Moment aufweist, eine antiferromagnetische Pinning-Schicht, die mit der gepinnten Schicht austauschgekoppelt ist, um das magnetische Moment der gepinnten Schicht zu fixieren, eine freie ferromagnetische Schicht, die ein magnetisches Moment aufweist, und eine nichtmagnetische, elektrisch isolierende Barrierenschicht, die sich zwischen der freien Schicht und der gepinnten Schicht befindet.
  10. Magnetkopfaufbau nach Anspruch 9, wobei der Magnetkopfaufbau des Weiteren beinhaltet: einen Schreibkopf mit einer ersten und einer zweiten ferromagnetischen Polstückschicht, die einen Jochbereich aufweisen, der sich zwischen einem Polspitzenbereich und einem hinteren Spaltbereich befindet, einer nichtmagnetischen Schreibspaltschicht, die sich zwischen den Polspitzenbereichen der ersten und der zweiten Polstückschicht befindet, einem Isolationsstapel mit wenigstens einer darin eingebetteten Spulenschicht, die sich zwischen den Jochbereichen der ersten und der zweiten Polstückschicht befindet, wobei die erste und die zweite Polstückschicht an ihren hinteren Spaltbereichen verbunden sind.
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