KR0152965B1 - 이중 요소 자기저항 센서 - Google Patents

이중 요소 자기저항 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR0152965B1
KR0152965B1 KR1019950009370A KR19950009370A KR0152965B1 KR 0152965 B1 KR0152965 B1 KR 0152965B1 KR 1019950009370 A KR1019950009370 A KR 1019950009370A KR 19950009370 A KR19950009370 A KR 19950009370A KR 0152965 B1 KR0152965 B1 KR 0152965B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
elements
magnetization
layer
thickness value
longitudinal direction
Prior art date
Application number
KR1019950009370A
Other languages
English (en)
Other versions
KR950030054A (ko
Inventor
싱흐 길 하다얄
피나바시 무스타파
Original Assignee
윌리암 티. 엘리스
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윌리암 티. 엘리스, 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 filed Critical 윌리암 티. 엘리스
Publication of KR950030054A publication Critical patent/KR950030054A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0152965B1 publication Critical patent/KR0152965B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3945—Heads comprising more than one sensitive element
    • G11B5/3948—Heads comprising more than one sensitive element the sensitive elements being active read-out elements
    • G11B5/3951—Heads comprising more than one sensitive element the sensitive elements being active read-out elements the active elements being arranged on several parallel planes
    • G11B5/3954—Heads comprising more than one sensitive element the sensitive elements being active read-out elements the active elements being arranged on several parallel planes the active elements transducing on a single track
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3929—Disposition of magnetic thin films not used for directly coupling magnetic flux from the track to the MR film or for shielding
    • G11B5/3932—Magnetic biasing films
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/399—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures with intrinsic biasing, e.g. provided by equipotential strips

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

본 발명은 고 저항률 도전성 스페이서층에 의해 분리된 두 개의 MR 요소를 포함하는 이중 용소 자기저항 센서에 관한 것이다.
자신의 각각의 트랙 에지에서 하나의 MR 요소와 접촉하는 경질 바이어스 재료 층은 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 실질적으로 일치하는 자화 x 두께 값을 가져 하나의 MR 요소를 하나의 길이방향으로 바이어스 한다. 교환 바이어스 층은 교환 결합에 의해 상기 하나의 길이 방향과 역방향의 길이 방향으로 다른 하나의 MR 요소를 바이어스하므로써 MR 요소 사이의 자기 안정화를 성취한다. 교환 바이어스 층은 자신의 각각의 트랙 에지에서 다른 하나의 MR 요소와 접촉하고, 다른 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 실질적으로 일치하는 자화 x 두께 값을 갖는다. 이와 달리, 교환 바이어스 층은 다른 MR 요소와 연속 언더라잉 혹은 오버라잉 접촉 하여 하나의 트랙 에지에서 반대편 트랙 에지로 연장될 수 있다.

Description

이중 요소 자기저항 센서
제1도는 디스크 화일의 에어 베어링 표면(ABS)에서 본, 본발명을 구현하는 MR 센서의 일 실시예의 단말도를 예시하는 MR 감지 시스템의 개략도.
제2도는 제1도에 도시된 MR 센서의 변형된 일 실시예의 단면도.
제3도는 디스크 화일의 에어 베어링 표면에서 본, 본 발명을 구현하는 MR 센서의 다른 실시예의 단면도.
제4도는 제 3도에 도시된 MR 센서의 변형된 일 실시예의 단말도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 33 : 이중 요소 자기저항 센서 12, 12' : 절연 기판
14, 14', 60 : 시드층
16, 16', 42, 46' : 고 저항률 도전성 스페이서층
18, 18', 46, 46' : 보호막 층 20 : 연질 강자기 재료 층
22 : 반강자기 물질 층 24, 24', 50 : 비자기 금속 재료 층
26, 52, 62 : 경질 자기 바이어스 재료층
30a, 30b, 30a', 30b', 48a, 48b, 54a, 54b, 64a, 64b : 도전체 리이드
31 : 바이어스 전류원 32 : 감지 수단
34, 35 : NiFe/NiO 층 36, 37 : NiFe/NiMn 층
40 : Al2O3기판 41, 41' : 교환 바이어스 재료 층
본 발명은 자기저항(magnetoresistive:MR) 센서(sensors)에 관한 것으로 특히, 안정된 자기 상태(magnetic state)를 가지며 또한 제조가 용이한 이중 요소 MR 센서(dual element MR sensor)에 관한 것이다.
이중 요소 MR 센서의 장점은 미합중국 특허 제 4,987,509 호 및 제 5,084,794 호에서 폭넓게 논의된 바 있다.
미합중국 특허 제 5,084,794 호에는 실질적으로 동일한 두 개의 MR 요소를 포함하는 MR 센서가 개시되어 있는데, 이들 MR 요소는 (이들 MR 요소를 전기적으로 단락시키는 도전성 단말 스트립(conductive end strips)을 제외하고는) 절연 스페이서층(insulating spacer layer)에 의해 상호 분리되어 있다. 단락된 MR 요소는 이들 요소에 인가되는 전류를 두 개의 동일한 전류로 분할하여 이들 요소를 통해 동일한 방향으로 흐르도록 한다. 이들 도일한 전류는 바이어스를 제공하고, 또한 요소 저항 변화를 검출하는 감지 전류(sense currents)를 구성한다. 감지 전류는 절연 스페이서층으로는 분기되어 흐르지 않는다. 이들 동일한 MR 요소는 동일한 저항을 가지므로, 이들 MR 요소 사이에 전기적으로 단락이 발생하더라도 전압 차가 발생하지 않는다. 따라서, 이들 MR 요소 사이의 임의의 단락 회로가 기록된 신호(recorded signals)의 검출을 방해하지는 않는다. 그러나, 이 센서는 차폐(shield)되지 않기 때문에, MR 요소사이의 갭 두께(the thickness of the gap)가 중요하다. 절연층은 비교적 두꺼워야 하며, 도전성 스트립은 양 요소의 작은 영역(a small area of both element)에만 접촉해야 한다. 이러한 조건으로 인해, 이 센서를 좁은 트랙 폭을 갖는 응용에 이용하는 것은 바람직하지 않다. 또한 상기 특허 명세서에는 MR 요소의 리이드선을 통해 인가된 전류에 의해 발생되는 역자계(이 역자계는 MR 요소의 자기 상태를 불안정하게 만드는 경향이 있음)를 안정화시키는 방법도 개시 하고 있지 않다.
미합중국 특허 제 4,987,509 호에는 차폐된 MR 센서가 개시되어 있는데, 이 센서는 박막 절연 재료(thin dielectric materal)에 의해 분리된 한쌍의 MR 요소를 구비한다. 감지 도전체(sense conductors)는 이들 MR 요소의 근접한 일 단부들(the proximate one ends of the elements)에 접촉하여 외부적으로 발생된 감지 전류를 이들 단부에 전달 한다. 공통 도전체(common conductor)는 양 이들 요소의 근접한 맞은편 단부들(the proximate ends of the elements) 사이에 배치되어 이들 요소를 접촉시키므로써 이들 MR 요소를 전기적으로 단락시키고 감지 전류에 복귀 경로(return path)를 제공한다.
공통 도전체의 자계는 감지 도전체의 자계와 동일한 방향으로 형성되어 이들 MR 요소의 자기 상태를 안정화 시킨다. 그러나, 이러한 배열은 안정화를 성취하기 위해서 적어도 3 개의 접속(두개의 감지 도전체 및 하나의 공통 도전체)을 필요로 한다. 또한, MR 요소 사이에 공통 도전체를 삽입하는 것은 제조 공정을 복잡하게 한다.
다른 관련된 종래 기술이 미합중국 특허 제 5,079,035 호에 개시되어 있는데, 이 특허 명세서에는 단일 MR 요소의 맞은편 단부들(opposite ends of a single MR elements)에 대해 전기적 및 자기적 연속성(electrical and magnetic continuity)을 갖는 접촉 접합(contiguous junctions)을 제공하는 경질 자기 바이어스 층(hard magnetic bias layers)을 구비한 MR 센서가 개시되어 있다. 또한, 1992년 6월 15일에 발행된 논문 Exchange Anisotropy In Coupled Films of Ni81Fe19with Nio and CoxNi1-xO p.3060 et seq. of Appl. Phys. Lett60 에는 교환 결합(exchange coupling)을 위한 NiO의 사용이 개시되어 있다.
이중 요소 MR 센서에서, 헤드가 적절히 기능하도록 하기 위해, 두 개의 MR 요소의 자기 안정성(magnetic stability)을 보장하는 것이 중요하다. 이들 MR 요소는 다수의 자기 상태 사이에서 변할 수 있으므로, 진폭 요동(fluctuation in amplitude) 및 비대칭 (asymmetry)이 발생할 수 있다. (1)은 좁은 트랙 폭 응용에 적합하고, (2) 공통 모드 노이즈(common mode noise)에 대한 감도(sensitivity)를 증가시킴으로써 성능을 저하시킬 수 있는 에어 베어링 표면에서의 전기적 단락 및/혹은 MR 요소 사이에서의 단락의 가능성을 최소화하고, 트랙 에지 정의(track edge definition)를 위한 접촉 접합(abuting junction)을 제공하는 개선된 구성(improved configuration)을 가지며, (3) 제조가 용이한, 자기 차폐되거나 혹은 자기 차폐되지 않은 이중 요소 MR 센서에서, 자기 안정성을 성취할 필요성이 있다.
이중 요소 자기저항 센서는 두 개의 수동 단부 영역(passive end regions)을 분리하는 중앙 능동 영역(central active region)을 구비한다.
중앙 능동 영역은 고 저항률 도전성 스페이서층(high resistivity conductive spacer layer)에 의해 분리된 한쌍의 MR 요소를 구비한다.
일실시예에 따르면, 각각의 수동 영역은 (i) 하나의 MR 요소의 제각기의 트랙 에지(a respective track edge of one of one of the MR elements)와 접촉하고, (i) 상기 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 적어도 동일한 자화 x 두께 값(magnetization times thickness value)을 가져 상기 하나의 MR 요소는 하나의 길이방향으로 바이어스하는경질 바이어스 층과 (ii) 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 적어도 동이한 자화 x 두께 값을 가져 교환 결합(exchange coupling)에 의해 상기 나머지 하나의 MR 요소를 실질적으로 반대의 길이방향으로 바이어스함으로써 상기 MR 요소들 사이의 자기 안정화를 성취하는 강자기 층(ferromagnetic layer)을 구비한다.
이와 달리, 경질 바이어스 층은, 자신의 각각의 트랙 에지에서 상기 하나의 MR 요소와 접촉하고, 상기 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 일치하는 자화 X 두께 값을 가져 교환 결합에 의해 상기 하나의 MR 요소를 상기 하나의 길이방향으로 바이어스하는 강자기 층으로 대체될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 이중 요소 MR 센서는 중앙 능동 영역을 포함하며, 이 중앙 능동 영역은 (i) 고 저항률 도전성 스페이서층에 의해 분리된 한쌍의 MR 요소와, (ii)하나의 MR 요소와 연속 언더라잉 혹은 오버라잉 접촉하여(in contiguous underlying or overlying contact with one of the MR elements), 교환 결합에 의해, 하나의 길이방향으로 바이어스하는 교환 바이어스 층을 구비한다. 각각의 수동 단부 영역은 나머지 하나의 MR 요소와 접촉하는 경질 바이어스 층을 구비하여, 이 경질 바이어스 층은 상기 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 적어도 동일한 자화 x 두께 값을 가져 상기 나머지 하나의 MR 요소를 상기 하나의 방향의 역방향으로 바이어스하므로써 MR 요소들 사이의 자기 안정화를 성취한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하는 이중 요소 자기저항(MR) 센서(10)는 절연 기판(insulating substrate)(12)상에 침착(deposit)된다. 센서(10)는 두 개의 수동 단부 영역을 분리하는 중앙 능동 영역을 구비한다. 중앙 영역은, 연속적으로 침착되고 이온-밀링 및 포토리소그래피(ion-milling and photolithography)에 의해 정의되는 시드층(seed layer)(14), 연질 강자기 재료(soft ferromagnetic material)로 된 제 1 MR 요소(MR1), 고 저항률 도전성 스페이서층(16), 연질 강자기 재료로 된 제 2 MR 요소(MR2), 및 보호막 층(protective overcoat layer)(18)을 포함한다. 스페이서층(16)은 MR 요소(MR1 및 MR2)를 완전히 분리한다.
이어서, 수동 단부 영역이 형성된다. 각각의 수동 단부 영역은 기판(12)상에 침착된 MR 요소(MR1)와 그 두께가 실질적으로 동일한 연질 강자기 재료로 된 박막 층(20)을 포함한다. 그후, 반강자기 재료(antiferromagnetic material) 층(22)이 침착되고, 이어서 비자기 금속 재료(nonmagnetic metallic material)로 된 박막 층(24)이 침착된다. 그 다음, 경질 자기 바이어스 재료(hard magnetic bias material) 층(26)이 도포된다. 본 명세서에서 사용된 경질 바이어스 재료라는 용어는 영구 자석과 같이 높은 포화 보자력(coercivity) 및 자화(magnetization)를 갖는 재료를 의미한다. 적절한 재료 층(28)이 층(26)과 도전체 리이드(30a, 30b) 사이에 침착되어 리이드의 저항을 감소시킨다. 층(20 내지 30)은 센서(10)의 중앙 능동 영역의 트랙 에지에서 MR 요소(MR1 및 MR2)에 접촉하도록 침착된다.
디스크 파일(도시되지 않음)에서 사용하기 위한 이중 요소 MR 센서(10)의 바람직한 실시예에 따르면, 기판(12)은 Al2O3를 포함하고; 시드층(14)은 40Å까지의 두께를 갖는 Ta로 되어 있고; 요소(MR1 및 MR2)는 50Å 내지 300Å 사이의 두께를 갖는 NiFe로 되어 있고; 고 저향률 도전성 스페이서층(16)은 60Å 내지 1000Å 사이의 두께를 갖는 베타 상 Ta로 되어 있고; 보호막 층(18)은 20 내지 40Å 사이의 두께를 갖는 Ta로 되어 있고; 층(20)은 50Å 내지 300Å 사이의 두께를 갖는 NiFe로 되어있고; 층(22)은 300Å 내지 600Å 사이의 두께를 갖는 NiMn 혹은 NiO로 되어 있고; 층(24)은 50Å 내지 100Å 사이의 두께를 갖는 Cr로 되어 있고; 층(26)은 200Å 내지 600Å 사이의 두께를 갖는 CoPtCr 로 되어 있고; 층(28)은 약 100Å의 두께를 갖는 TiW로 되어 있고; 도전체 리이드(30a, 30b)는 약 1000Å의 두께를 갖는 Ta로 되어 있다.
본 발명의 특징에 따르면, Cr 층(24)은 CoPtCr 층(26)에 대한 시드층으로서의 역할을 할 뿐만 아니라, NiMn 층(22)과 CoPtCr 층 사이의 자기 반결합(magnetic decoupling)을 제공한다. MR 요소(MR1)는 NiFe 층(20)에 교환 결합되어 적어도 20 에르스텟(Oerstdes:Oe) 크기의 길이방향의 교환 바이어스 결합(longitudinal exchan
ge bias coupling)을 제공한다. 경질 바이어스 CpPtCr 층(26)은 바람직하게 500 Oe 이상의 포화 보자력을 갖는다. MR 요소(MR2)는 경질 바이어스 CpPtCr 층(26)에 의해 길이방향으로 바이어스 된다. NiMn은 약 400℃의 차단 온도(blocking temperature)를 가지므로, 교환 자계의 방향은 감지 전류의 축을 따라 배향(orient)된 자계내에서 약 240℃에서 NiFe/NiMn 양층(20, 22)을 어닐링함으로써 센서 어셈블리(10)의 제조동안 설정되며, 이 방향은 제 1 도에 도시되어 있다. 경질 바이어스 CoPtCr 층(26)의 자화 방향은 감지 전류의 축을 따라 큰 외부 자계를 인가함으로써 센서(10)의 제조후에 실온에서 설정된다.
길이방향 바이어스의 방향과(따라서) MR 요소(MR1 및 MR2)에서의 자화의 배향 방향(orientation direction)은 양층(20, 22)에 대해 감지 전류의 축을 따라 역방향으로 외부 자계를 인가함으로써 상호 반평행(antiparallel)하게 설정될 수 있다. 반평행 배향은 좁은 트랙 폭 응용에 특히 적합하다.
본 발명의 일부를 형성하지 않는 공지의 포토리소그래피 및 이온 밀링 기법이 사용되어, 상술한 제각기의 층을 침착하고, 층앙 능동 영역 및 수동 단부 영역의 층들 사이에 상술한 접촉 접합을 제공하며, 또한 가능한 한 수직인 트랙 에지를 제공한다.
층(20)과 요소(MR1)사이의 접합에서 바이어스 층(20)으로부터의 표유 자계(stray magnetic field)와 층(26)과 요소 (MR2) 사이의 접합에서 경질 바이어스 층(26)으로부터 표유 자계는 상가성(additive)임을 유의해야 한다. 이러한 정자기 결합(magnetostatic coupling)은 요소(MR1 및 MR2)의 반평행 자화 배향(antiparallel magnetization orientation)을 안정화시키는데 도움을 준다. 교환 바이어스 NiFe 층(20)의 자화 x 두께 값(magnetization times thickness value)은 적어도 MR 요소(MR1)에서의 값과 동일해야 한다. 경질 바이어스 CoPtCr 층(26)의 자화 x 두께 값은 적어도 MR 요소(MR2)에서의 값과 동일해야 한다. 또한, 고 저항률 도전성 스페이서층(16)의 저항률은 전류 분기로 인한 감지 전류의 과도한 손실을 피할 수 있도록 적어도 약 100 마이크로-오옴-센티미터(micro-ohm-cm)가 되어야 한다.
바람직한 실시예가 개시되었지만, 스페이서층(16)은 필요에 따라 Nb 질화물, Ta 질화물, Ta 산화물, Ti 질화물 혹은 NiCrO가 될 수 도 있다. 그러나, 만약 이러한 재료들이 사용된다면, 이들은 MR 요소(MR2) MR 계수(MR coefficient)의 저하를 피하기 위해 얇은 Ta 시드층에 의해 피복되어야 한다. 또한, 경질 바이어스 층(26)은 필요에 따라 CoCrTa 혹은 CoSm과 같은 다른 경질 바이어스 재료로 될 수도 있다. 최종적으로, 비자기 금속 Cr 박막 층(24)은 필요에 따라 TiW 혹은 TaW 합금이 될 수도 있으며, 리이드(30a, 30b)는 필요에 따라 TiW/Ta 혹은 Ta/Au/Ta 가 될 수 도 있다.
본 실시예에 따라 센서(10)는 바람직하게 요소(MR1 및 MR2)의 길이방향 바이어스 자계의 방향(orientation)과 (따라서) 자화의 방향이 독립적으로 설정되도록 허용함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 요소(MR1 및 MR2)의 자화 방향이 반평행하게 배향된 센서는 특히 1 미크론 이하의 매우 좁은 트랙 폭을 갖는 응용에 적합하다.
바이어스 전류원(31) 및 감지 수단(31)은 리이드(30a, 30b)사이에 평행하게 삽입(interpose)된다. 센서(10)의 이중 요소 헤드가 자기 저장 디스크(magnetic storage disk)(도시되지 않음)의 아날로그 신호를 감지할 때 발생되는 전압은 감지 수단(32)에 의해 감지될 것이다. 이중 요소 센서에서는 리이드(30a, 30b) 각각에 대해 단지 하나의 전기적 접속만이 필요하다는 사실을 유의해야 한다. 또한, 바이어스 전류는 제1도에 도시된 반평행 구성하에서, 요소(MR1)에 대해서는 지면(the plane of the paper) 아래로 향하며 요소(MR2)에 대해서는 요소(MR1)와 는 역방향으로 지면위로 향하는 크기 의 바이어스 각을 제공한다.
이 바이어스 전류는 요소(MR1 및 MR2) 사이에서 동일하게 분리되며 각도 θ는 양 MR 요소에서 동일할 것이다.
제2도에 도시된 본 실시예의 변형에 따르면, 이중 요소 MR 센서(33)는 단지 NiFe/NiO 의 양층(34, 35)이 제1도의 NiFe/NiMn 양층(20, 22)을 대체하고, NiFe/NiMn 양층(36, 37)이 제1도의 경질 바이어스 CoPtCr 층(26)을 대체한다는 점에서만 제1도의 센서(10)와 다르다. 따라서, 제 2 도에서 제 1 도와 동일한 요소는 동일한 참조 번호에 의해 식별되었으며 단지 프라임 부호가 더 사용되었다. NiMn 및 NiO는 각기 대략 400℃ 및 200℃의 차단온도를 가지므로, NiMn 층(37)이 약 240℃ 의 온도에서 먼저 어닐링되어 자신의 자기 교환 바이어스 방향을 설정하므로써 MR 요소(MR2)의 방향이 유사하게 설정되게 하고, 그후 NiO 층(35)이 약 160℃의 온도에서 어닐링되어 자신의 자화 방향을 설정하므로써 MR 요소(MRI)의 자화 방향이 NiMn 층(37)의 자화 방향과 반평행하게 설정되도록 한다. 또한, 이러한 변형 실시예에 있어서, Cr 층(24)은 NiFe/NiO 층(34, 35)을 NiFe/NiMn 양층(36, 37)으로부터 분리시키며, 양층(36, 37)중 NiMn 층(37)은 리이드(30a, 30b)에 가장 근접하게 설정되는데 그 이유는 이 NiMn층이 도전성이 있으므로 이들 리이드를 MR 요소에 접속시키는데 도움을 줄 것이기 때문이다.
반평행 안정화를 성취함에 있어 단지 교환 바이어스만을 사용하는 이러한 구성은 매우 얇은 MR 센서 요소(예를 들면 100Å 이하)를 사용하는 응용에 적합하다. 왜냐하면, 얇은 경질 바이어스 재료에 의해 필요한 포화 보자력을 얻기가 어렵기 때문이다. 그러나, 매우 얇은 MR 요소를 사용하지 않는 경우에는, 제 1 실시예가 바람직하다. 왜냐하면, 이러한 변형 구조는 하나의 온도가 아닌 두 가지 온도에서의 어닐링을 필요로 하기 때문이다.
제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 요소 MR 센서(38)는 바람직하게 Al2O3의 기판(40)을 구비하며, 이 기판의 중앙 영역상에 포토리소그래피에 의해 교환 바이어스 재료 층(41), 연질 자기 재료로 된 MR 소자(MR3), 고 저항률 도전성 스페이서 층(42), 연질 강자기 재료로 된 제 2 MR 소자(MR4), 보호막 층(46)이 연속적으로 침착된다. 스페이서 층(42)은 요소(MR3 및 MR 4)를 완전히 분리시킨다.
이들 층의 양측면에 존재하는 수동 영역에는 리이드의 저항을 감소시키기 위해 기판과 도전성 리이드(48a, 48b)사이에 삽입된 층(44)과, 시드층(50)과, 경질 자기 바이어스 재료로 된 층(52)과, 리이드의 저항을 감소시키기 위해 층(52)과, 리이드(54a, 54b) 사이에 삽입된 층(53)이 기판(40)위에 연속적으로 침착된다.
교환층(41)은 바람직하게 200Å 내지 400Å 사이의 두께를 갖는 NiO 혹은 NiO 합금으로 이루어진다. MR 센서(38)의 중앙 능동 영역에서의 층(MR3, 42, MR4 및 46)의 두께 및 구성성분은 바람직하게 제1도의 층(MR1, 16, MR2 및 MR18)의 두께 및 구성성분과 각기 동일하다.
층(42)이 Ta가 아닌 성분으로 되어있다면, 층(MR4)이 도포되기전에 얇은 Ta 시드층(도시되지 않음)이 스페이서층위에 침착되어야 한다. 유사하게, 층(44, 53)의 두께 및 구성성분은 바람직하게 층(28)의 두께 및 구성성분과 동일하며, 층(50, 52)의 두께 및 구성성분은 층(24,26)의 두께 및 구성성분과 각기 동일하다. 또한, 도전체 리이드(48, 54)의 결합된 두께 및 구성성분은 제1도에 도시된 리이드(30)의 두께 및 구성성분과 동일하다. 그러나, 필요에 따라, 제1도의 대응 층에 대해 지정된 것과 같은, 다른 구성성분으로 대체될 수도 있다.
본 발명의 특징에 따르면, MR 요소(MR3)는 NiO 혹은 NiO 합금 층(41)과 교환 바이어스되어 약 10 Oe 정도의 교환 결합을 제공한다.
NiO는 절연체이고 따라서 감지 전류를 분기하지 않으므로 NiMn 및 FeMn 보다 선호된다. NiO 층(41) 및 MR 요소(MR3) 사이의 교환 결합이 너무 강하다면, NiO는 A1과 같은 다른 요소와 합금되어 교환 자계를 원하는 크기로 감소시킬 수도 있다. 스페이서층(42)은 적어도 100 마이크로-오옴-센티미터의 저항률을 갖는다. 이층은 갭으로서 동작하며, 이층의 두께는 트랙에 저장되는 데이타의 선형 밀도(linear density)를 결정한다.
제4도의 실시예는 MR 센서(38')의 중앙 능동 영역의 층들이 제 3 도에서와는 반대의 순서로 기판(40')상에 침착된다는 점에서 제3도의 실시예와는 다르며, 따라서 프라임 부호가 첨가된 동일한 참조 번호가 사용되었다. 그러나, 제4도의 수동 단부 영역은 기판(40')상에 시드층(60), 경질 자기 바이어스 층(62) 및 도전체 리이드(64a, 64b)의 순으로 연속적으로 침착된다는 점에서 제 3 도의 수동 단부 영역과는 다르다.
제1도의 실시에에 도시된 바와 같이, 층(60)은 바람직하게 Cr로 되어 있다. MR 요소(MR3')는 NiO 혹은 NiO 합금 층(41)과 교환 결합되어 10 Oe 크기의 교환 바이어스 결합을 제공한다. MR 요소(MR4')는 경질 바이어스 층(62)에 의해 길이방향을 바이어스된다.
제3도 및 제4도의 실시예에서, 교환 자계의 방향은 감지 전류 축을 따라 인가된 자계에서 160℃의 어닐링에 의해 제조 공정동안 설정된다.
제 3 도 및 제 4 도의 실시예는, 하나의 MR 요소(MR4 및 MR4')는 층(52 혹은 62)과 같은 경질 바이어스 층에 의해 각기 길이방향으로 바이어스되고, 다른 하나의 MR 요소(MR3 혹은 MR3')는 반강자기 NiO혹은 NiO 합금중(41 혹은 41')과 각기 교환 결합함으로써 길이 방향으로 바이어스되어 센서의 전체 중앙 영역을 가로질러 연장된다는 점에서 제 1 도와 연관하여 설명한 실시예와는 다르다. 또한, 경질 바이어스 층(52)(제3도) 혹은 (62)(제4도)의 자화 x 두께 값은 적어도 MR 요소(MR4 및 MR4')에서의 값과 각각 동일해야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이, MR 요소(MR3' 및 MR4')의 자화 방향은 반평행하게 형성된다.
제3도의 실시예에서 MR 요소(MR4)는 바람직하게 후속 공정 동안 피복 층(46)에 의해 밀봉되어 보호된다. 제 4 도의 실시예에서, NiO는 절연체이므로, NiO 층(41')의 폭은 바람직하게 MR 요소에 대한 리이드(64a, 64b)의 배열과는 무관하게 트랙 폭을 정의 한다.
전술한 실시예는 차폐되거나 혹은 차폐되지 않은 MR 센서와 더불어 사용할 수 있도록 구성되어 있으며, MR 센서가 차폐되었다면, 스페이서층(16, 16' 42 혹은 42')은 비교적 얇을 것이며, 차폐되지 않았다면, 상기 층의 두께는 레졸루션 요건(resolution requirements)에 의해 결정될 것이다.
이상 본 발명의 특정한 실시예에 따라 구체적으로 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 사상 및 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변경 가능함은 물론이다. 따라서, 본원에서 개시된 MR 센서 구성은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 특허 청구 범위에서 정의된 바에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (11)

  1. 고 저항률 도전성 스페이서층(a high resistivity conductive spacer layer)에 의해 분리된 두 개의 MR 요소(magnetoresistive elements)와; 자신의 각각의 트랙 에지(each of its track edges)에서 상기 MR 요소중 하나의 MR 요소와 접촉(abut)하고, 상기 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값(a magnetization times thickness value)과 실질적으로 일치하는 자화 x 두께 값을 가져, 상기 하나의 MR 요소를 하나의 길이 방향(one longitudianl direction)으로 바이어스(bias)하는 경질 바이어스 층(a hard bias layer)과; 상기 MR 요소중 나머지 하나의 MR 요소와 접촉(contact)하여, 교환 결합(exchange coupling)에 의해 상기 나머지 하나의 MR 요소를 상기 하나의 길이방향과 역방향인 길이방향으로 바이어스하므로써, 상기 MR 요소 사이의 자기 안정화(magnetic stabilization)를 성취하는 교환 바이어스 층(an exchange bias layer)을 포함하는 이중 요소 자기저항 센서(a dual element magnetoresistive sensor).
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서층의 저항률은 약 100 마이크로 오옴 센티미터(micro-ohm-cm)를 넘는 값을 가져 분기(shunting)로 인한 감지 전류(sense current)의 과도한 손실(excessive loss)을 방지하는 이중 요소 자기저항 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교환 바이어스 층은 자신의 각각의 트랙 에지에서 상기 나머지 하나의 MR 요소와 접촉(about)하고, 상기 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 실질적으로 일치하는 자화 x 두께 값을 갖는 이중 요소 자기저항 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교환 바이어스 층은 상기 나머지 하나의 MR 요소와 연속 적으로 접촉(comtact)하여 상기 나머지 하나의 MR 요소의 하나의 트랙 에지에서 반대편 트랙 에지로 연장(extend)되는 이중 요소 자기저항 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이중 요소 자기저항 센서가 아날로그 신호(an analog signal)를 감지(sense)할 때 발생되는 전압(a voltage)을 전송하는 한쌍의 도전체 리이드(a pair of conductor leads)와; 이와 결합하여(in combination therewith), 상기 도전체 리이드 사이에 병렬로 접속된 바이어스 전류원(a bias current source)으로서, 상기 하나의 MR 요소 및 상기 나머지 하나의 MR 요소에 대해 동일한 바이어스 전류(equal bias currents)를 제공하여 동일하지만 반평행인 바이어스 각도(equal but antiparallel bias angles)를 성취하게 하기 위하여, 상기 각 리이드에 대해 단지 하나의 전기 접속(one electrical connection)만이 요구되는 상기 바이어스 전류원을 포함하는 이중 요소 자기저항 센서.
  6. 두 개의 수동 단부 영역(two passive end region)을 분리(separate)하는 중앙 능동 영역(a central active region)을 포함하되, 상기 중앙 영역은 고 저항률 도전성 스페이서층에 의해 분리된 한쌍의 MR 요소를 구비하고, 상기 각 수동 영역은, (i)상기 하나의 MR 요소중 하나의 MR 요소의 제각기의 트랙 에지(a respective track edge)와 접촉(abut)하고, 상기 하나의 MR 요소에서의 자화 x 두께 값과 일치하는 자화 x 두께 값을 가져, 상기 하나의 MR 요소를 하나의 길이방향으로 바이어스하는 경질 바이어스 층과; (ii) 상기 MR 요소중 나머지 하나의 MR 요소의 제각기의 트랙 에지와 접촉(abut)하고, 상기 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 일치하는 자화 x 두께 값을 가져, 교환결합에 의해 상기 나머지 하나의 MR 요소를 실질적으로 상기 하나의 길이방향과 역방향인 길이방향으로 바이어스하므로써, 상기 MR 요소 사이의 자기 안정화를 성취하는 강자기 층(a ferromagnetic layer)을 구비하는 이중 요소 자기저항 센서.
  7. 두 개의 수동 단부 영역을 분리하는 중앙 능동 영역을 포함하되, 상기 중앙 영역은, (i)고 저항률 도전성 스페이서층에 의해 분리된 한쌍의 MR 요소와; (ii) 상기 MR 요소중 하나의 MR 요소와 연속 적으로 접촉(contact)하여 교환 결합에 의해 상기 하나의 MR 요소를 실질적으로 하나의 길이방향으로 바이어스하는 교환 바이어스 층을 구비하고, 상기 각 수동 영역은, 상기 MR 요소중 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 적어도 동일한 자화 x 두께 값을 가져 상기 나머지 하나의 MR 요소를 상기 하나의 길이방향과 역방향인 길이방향으로 바이어스하므로써 상기 MR 요소 사이의 자기 안정화를 성취하는 경질 바이어스 층을 구비하는 이중 요소 자기저항 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 교환 바이어스 층은 상기 하나의 MR 요소와 연속 오버라잉 접촉(continuous overlying contact)하는 이중 요소 자기저항 센서.
  9. 제7항에 있어서, 상기 교환 바이어스 층은 상기 하나의 MR 요소와 연속 오버라잉 접촉(continuous overlying contact)하는 이중 요소 자기저항 센서.
  10. 고 저항률 도전성 스페이서층에 의해 분리된 두 개의 MR 요소와; 자신의 각각의 트랙 에지에서 상기 MR 요소중 하나의 MR 요소와 접촉(abut)하고, 상기 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 일치하는 자화, 두께 값을 가져, 교환 결합에 의해 상기 하나의 MR 요소를 하나의 길이 방향으로 바이어스하는 교환 바이어스 층과; 자신의 각각의 트랙 에지에서 상기 MR 요소중 나머지 하나의 MR 요소와 접촉(abut)하고, 상기 나머지 하나의 MR 요소의 자화 x 두께 값과 일치하는 자화 x 두께 값을 가져, 교환 결합에 의해 상기 나머지 하나의 MR 요소를 상기 하나의 길이방향과 역방향적인 길이방향으로 바이어스하므로써, 상기 MR 요소 사이의 자기 안정화를 성취하는 교환 바이어스 층을 포함하는 이중 요소 자기저항 센서.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스페이서층의 저향률은 약 100 마이크로 오옴 센티미터를 넘는 값을 가져 분기로 인한 감지 전류의 과도한 손실을 방지하는 이중 요소 자기저항 센서.
KR1019950009370A 1994-04-21 1995-04-20 이중 요소 자기저항 센서 KR0152965B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23067494A 1994-04-21 1994-04-21
US8/230,674 1994-04-21
US08/230,674 1994-04-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR950030054A KR950030054A (ko) 1995-11-24
KR0152965B1 true KR0152965B1 (ko) 1998-10-15

Family

ID=22866142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950009370A KR0152965B1 (ko) 1994-04-21 1995-04-20 이중 요소 자기저항 센서

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP0681286A3 (ko)
JP (1) JPH07296339A (ko)
KR (1) KR0152965B1 (ko)
CN (1) CN1064163C (ko)
BR (1) BR9501495A (ko)
CA (1) CA2142377A1 (ko)
MY (1) MY113050A (ko)
TW (1) TW272283B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100361977B1 (ko) * 2000-05-13 2002-11-23 (주)바이오세라 무균 무세미와 그 제조방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2755199B2 (ja) * 1995-02-27 1998-05-20 日本電気株式会社 永久磁石バイアス型磁気抵抗効果ヘッド
JP2765515B2 (ja) * 1995-05-15 1998-06-18 日本電気株式会社 磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法
JP3575683B2 (ja) * 2000-10-05 2004-10-13 松下電器産業株式会社 多素子型磁気抵抗素子
JP3729498B2 (ja) * 2003-02-26 2005-12-21 株式会社東芝 磁気抵抗効果ヘッドおよび磁気記録再生装置
CN112305469B (zh) * 2019-07-29 2022-04-29 甘肃省科学院传感技术研究所 具有集成式退火结构的巨磁阻传感器
CN113390956B (zh) * 2021-06-18 2024-02-20 西安建筑科技大学 双磁敏元件探头及基于探头的漏磁检测缺陷定量评价方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103315A (en) * 1977-06-24 1978-07-25 International Business Machines Corporation Antiferromagnetic-ferromagnetic exchange bias films
US4413296A (en) * 1979-07-16 1983-11-01 Eastman Kodak Company Thin film magnetoresistive head
US4903158A (en) * 1988-07-28 1990-02-20 Eastman Kodak Company MR head with complementary easy axis permanent magnet
US5018037A (en) * 1989-10-10 1991-05-21 Krounbi Mohamad T Magnetoresistive read transducer having hard magnetic bias
JPH05250642A (ja) * 1992-01-10 1993-09-28 Toshiba Corp 磁気抵抗効果センサ
US5329413A (en) * 1992-01-10 1994-07-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance sensor magnetically coupled with high-coercive force film at two end regions
US5966272A (en) * 1993-06-21 1999-10-12 Read-Rite Corporation Magnetoresistive read head having an exchange layer
US5406433A (en) * 1993-12-01 1995-04-11 Eastman Kodak Company Dual magnetoresistive head for reproducing very narrow track width short wavelength data
BE1019365A5 (nl) * 2010-06-07 2012-06-05 Ibens Joke Maria Jozef Verpakking.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100361977B1 (ko) * 2000-05-13 2002-11-23 (주)바이오세라 무균 무세미와 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN1113587A (zh) 1995-12-20
JPH07296339A (ja) 1995-11-10
CN1064163C (zh) 2001-04-04
CA2142377A1 (en) 1995-10-22
KR950030054A (ko) 1995-11-24
TW272283B (ko) 1996-03-11
EP0681286A3 (en) 1996-03-06
EP0681286A2 (en) 1995-11-08
MY113050A (en) 2001-11-30
BR9501495A (pt) 1995-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5696654A (en) Dual element magnetoresistive sensor with antiparallel magnetization directions for magnetic state stability
US6424507B1 (en) Spin valve magnetoresistive sensor for high temperature environment using iridium manganese
US5739987A (en) Magnetoresistive read transducers with multiple longitudinal stabilization layers
US5764448A (en) Magnetic read head having a multilayer magnetoresistant element and a concentrator, as well as its production process
US6721147B2 (en) Longitudinally biased magnetoresistance effect magnetic head and magnetic reproducing apparatus
US6072382A (en) Spin dependent tunneling sensor
US5998016A (en) Spin valve effect magnetoresistive sensor and magnetic head with the sensor
US6621666B2 (en) Magnetoresistive-effect element having electrode layers oppositely disposed on main surfaces of a magnetoresistive-effect thin film having hard magnetic bias layers with a particular resistivity
US5923505A (en) Magnetoresistive sensor having a pinned soft magnetic layer
JPH0950613A (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置
KR100284779B1 (ko) 스핀밸브 자기저항효과형 자기헤드 및 자기 디스크 장치
KR0152965B1 (ko) 이중 요소 자기저항 센서
US7805828B2 (en) Method of manufacturing thin-film magnetic head
US6995959B2 (en) Integrated spin valve head
US6120920A (en) Magneto-resistive effect magnetic head
JP2001256620A (ja) 磁気抵抗センサおよびこれを搭載した磁気記録再生装置
JPH1197762A (ja) 磁気抵抗効果素子
EP0738896A2 (en) Exchange coupled barber pole magnetoresistive sensor
KR920001129B1 (ko) 자기저항효과형 자기헤드
US20020114113A1 (en) Spin valve magnetoresistive sensor for high temperature environment using iridium managnese
JPH06176326A (ja) 磁気ヘッド及びその製造方法
JPH11112055A (ja) 磁気センサ
JP2596010B2 (ja) 磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JPH01116912A (ja) 磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JPH01116915A (ja) 磁気抵抗効果型磁気ヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090616

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee