專利名稱：自旋閥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及自旋閥。特別是，涉及自旋閥的耦合場(chǎng)。
背景技術(shù)：
通過(guò)磁性材料制作的讀元件的電阻變化，自旋閥或磁阻(MR)傳感器探測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)，作為讀元件檢測(cè)出的磁通量強(qiáng)度和方向的函數(shù)。常規(guī)MR傳感器在各向異性磁阻效應(yīng)(AMR)的基礎(chǔ)上操作，其中讀元件電阻的分量隨著讀元件中的磁化和感應(yīng)電流流經(jīng)讀元件的方向之間夾角的余弦的平方變化。被記錄數(shù)據(jù)可從磁性介質(zhì)讀取，這是因?yàn)閬?lái)自被記錄從磁性介質(zhì)(信號(hào)場(chǎng))的外部磁場(chǎng)在讀元件中引起磁化方向上的變化，其依次在讀元件中引起電阻的變化(ΔR/R)和在感應(yīng)電流或電壓中引起相應(yīng)的變化。已認(rèn)識(shí)到對(duì)于自旋閥，其中兩去耦鐵磁層之間的電阻隨著這兩層磁化之間的夾角的余旋變化，和電流的方向無(wú)關(guān)?？傊/R越大，耦合場(chǎng)Hf越小，自旋閥的性能越好。
外磁場(chǎng)引起相鄰鐵磁層磁化的相對(duì)取向的變化。其依次引起傳導(dǎo)電子自旋相關(guān)散射的變化，因而引起自旋閥的電阻變化。自旋閥的電阻因此隨著鐵磁層磁化的相對(duì)排列變化而變化。
具有代表性地，常規(guī)簡(jiǎn)單自旋閥包括鐵磁自由層，間隔層，單層釘扎(pinned)鐵磁層，其與反鐵磁(AF)層交換耦合。在反平行(AP)釘扎自旋閥中，單層釘扎鐵磁層被層壓結(jié)構(gòu)取代，該層壓結(jié)構(gòu)至少包括被一個(gè)或多個(gè)薄反鐵磁耦合或AP間隔次層隔離的兩個(gè)鐵磁釘扎次層。
通常，由于在自旋閥間隔層中感應(yīng)電流減小的分流，自旋閥的ΔR/R值隨著間隔層厚度的減小而增加。例如，具有厚度為28的銅間隔層的自旋閥會(huì)得到大約為5％的ΔR/R。如果銅間隔層的厚度減小到20，會(huì)得到8％的ΔR/R。然而，鐵磁耦合場(chǎng)Hf也隨著間隔層厚度的減小而增加。另外，常規(guī)自旋閥的鐵磁耦合場(chǎng)在退火周期中是不穩(wěn)定的。例如，自旋閥的鐵磁耦合場(chǎng)從退火過(guò)程開(kāi)始時(shí)的+5Oe變化到退火周期后的+20Oe。
由Egelhoff等人于1997年12月15日在Journal of Applied Physic上發(fā)表的名稱為“在巨磁阻自旋閥生長(zhǎng)中氧作為表面活性劑”的文章公開(kāi)了一種通過(guò)使用氧增加Co/Cu自旋閥巨磁阻ΔR/R的方法。在該方法中，氧被引入到超高真空沉積室，并且在自旋閥層沉積過(guò)程中氧的分壓為5×10-9Torr，或者上銅表面暴露于氧中以得到氧覆層，在此后完成樣品的生長(zhǎng)。在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中氧作為表面活性劑，以抑制缺陷和形成更加反射地散射電子的表面。氧覆層減小了磁層間的鐵磁耦合，并減小了自旋閥的薄層電阻。
不幸地是，該技術(shù)需要很小的大約為5×10-9Torr的氧分壓窗口，因?yàn)楫?dāng)氧分壓增加到僅僅10-8Torr時(shí)，由于氧所有的GMR(ΔR/R)增益消失，并且在氧分壓高于此值時(shí)，GMR中的衰減是快速的。在大的生產(chǎn)型系統(tǒng)中很難得到或維持如此小的氧分壓。而且，只對(duì)銅間隔層的一個(gè)表面進(jìn)行氧暴露，沒(méi)有最優(yōu)化鐵磁耦合場(chǎng)。此外，對(duì)所有的自旋閥層沉積使用氧可導(dǎo)致諸如FeMn，PtMn，IrMn，PdPtMn和NiMn的反鐵磁材料中的Mn的氧化，因此消除了自旋閥效應(yīng)。從而該技術(shù)不能用于自旋閥沉積。
另外，只在銅表面上吸附氧不能提高GMR，并且只產(chǎn)生正耦合場(chǎng)。此外，該技術(shù)導(dǎo)致薄層電阻的減小，其減小了所有的信號(hào)。最后，現(xiàn)有技術(shù)氧處理在強(qiáng)的烘烤退火周期中不能穩(wěn)定鐵磁耦合場(chǎng)。
因此，就需要一種克服上述困難的制作自旋閥的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的基本目的在于提供具有低而穩(wěn)定的耦合場(chǎng)Hf的自旋閥。
本發(fā)明的又一目的在于提供具有高磁阻率ΔR/R的自旋閥。
本發(fā)明的另一目的在于開(kāi)發(fā)一種能在生產(chǎn)系統(tǒng)中使用的氧分壓水平制作自旋閥的方法。
本發(fā)明的另一目的在于開(kāi)發(fā)一種在生產(chǎn)過(guò)程中得到負(fù)耦合場(chǎng)的自旋閥的制作方法。
本發(fā)明的又一目的在于開(kāi)發(fā)一種自旋閥的制作方法，該方法不導(dǎo)致薄層電阻的減小。
本發(fā)明的另一目的在于開(kāi)發(fā)一種自旋閥的制作方法，該方法可與金屬反鐵磁材料或氧化物一起使用。
本發(fā)明的附加目的在于提供一種制作具有上述性能的自旋閥的方法，該方法可用于底和頂自旋閥。
通過(guò)利用氧處理的具有一鐵磁層的第一表面和間隔層的第二表面的自旋閥，達(dá)到這些目的和優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案，簡(jiǎn)單自旋閥包括具有第一表面的鐵磁層，例如鐵磁自由層，和具有第二表面的間隔層。第一和第二表面的一個(gè)或多個(gè)用氧處理，在這些表面上物理吸附的氧限制了層間的混合并減小這些表面的表面粗糙度。結(jié)果，減小了耦合場(chǎng)。對(duì)大約20的銅得到的耦合場(chǎng)大約為-10Oe，并且該耦合場(chǎng)在232℃11小時(shí)或270℃6小時(shí)的強(qiáng)烘烤退火周期中是穩(wěn)定的。此外，磁阻率ΔR/R從大約6％提高到大約9％。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案，底AP釘扎自旋閥包括鐵磁層第一表面，和用氧處理的間隔層第二表面，該鐵磁層為AP釘扎次層。在AP釘扎自旋閥中氧表面處理效果同第一實(shí)施方案描述的簡(jiǎn)單自旋閥中的氧表面處理效果相似。
具有用氧處理表面的自旋閥的制作方法描述在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中。利用離子束濺射技術(shù)制作自旋閥。襯底提供在真空室中?？梢允琼斪孕y自由層或底自旋閥釘扎層的第一鐵磁層，沉積在襯底上。通過(guò)引進(jìn)氧氣噴入真空室，第一鐵磁層的第一表面暴露在氧富氛圍中，氧分壓在大約5×10-6Torr。引導(dǎo)氧分子朝向襯底，并且全部打開(kāi)襯底閘門，以把襯底直接暴露到氧氣束中。然后氧分壓在間隔層沉積之前迅速降低到低于10-8Torr。間隔層被新近沉積到第一氧化處理的表面上，或者在間隔層的沉積中氧可漂浮大約30秒。間隔層的厚度大約為20。第二氧噴引入到真空室中，氧分壓大約為5×10-6Torr，用于處理間隔層的第二表面。該第二表面的處理方法和上述第一表面的處理方法相似。在第二鐵磁層新近沉積之前氧分壓迅速減小到低于10-8Torr，該鐵磁層可為頂自旋閥的釘扎層或底自旋閥的自由層。
第三實(shí)施方案描述的方法可用于頂和底簡(jiǎn)單自旋閥，頂和底AP釘扎自旋閥以及雙自旋閥。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案，在第一和第二實(shí)施方案中描述的類型的自旋閥，是通過(guò)第三實(shí)施方案描述的方法制作的，該自旋閥被結(jié)合到GMR讀/寫(xiě)頭中。該GMR讀/寫(xiě)頭包括下屏蔽層和上屏蔽層，它們把自旋閥夾入中間，置于下屏蔽和自旋閥之間的下間隙，和置于上屏蔽和自旋閥之間的上間隙。利用鐵磁自由層和鐵磁釘扎層的磁化方向間的相對(duì)角產(chǎn)生的磁阻效應(yīng)，自旋閥把磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方案，在第四實(shí)施方案中描述的類型的GMR讀/寫(xiě)頭被結(jié)合到一種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括磁記錄盤(pán)，用于旋轉(zhuǎn)磁記錄盤(pán)的馬達(dá)，讀/寫(xiě)頭和用于跨越磁記錄盤(pán)移動(dòng)讀/寫(xiě)頭的傳動(dòng)器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的頂部簡(jiǎn)單自旋閥的橫截面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的底AP釘扎自旋閥的橫截面示意圖；圖3A-D是橫截面示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案具有低而穩(wěn)定耦合場(chǎng)的自旋閥的制作方法的步驟；圖4示出了AP釘扎自旋閥銅間隔層厚度為20時(shí)的粗糙度隨著氧氣流量變化的曲線；圖5示出了AP釘扎自旋閥銅間隔層厚度為20時(shí)的薄層電阻隨著氧氣流量變化的曲線；圖6示出了AP釘扎自旋閥銅間隔層厚度為20時(shí)的磁阻率ΔR/R隨著氧氣流量變化的曲線；
圖7示出了AP釘扎自旋閥銅間隔層厚度為20時(shí)的耦合場(chǎng)隨著氧氣流量變化的曲線；圖8示出了AP釘扎自旋閥銅間隔層厚度為20時(shí)的矯頑場(chǎng)隨著氧氣流量變化的曲線；圖9是描述AP釘扎自旋閥的性能在恒定氧氣流量為2sccm下隨著銅間隔層沉積時(shí)間變化曲線的圖表；圖10是只描述磁阻率(ΔR/R)和耦合場(chǎng)Hf隨著圖9說(shuō)明的銅間隔沉積時(shí)間變化的這兩條曲線的圖表；圖11是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方案的GMR讀/寫(xiě)頭的示意圖；以及圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方案的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
雖然下面的詳細(xì)描述為了說(shuō)明的目的，包含許多細(xì)節(jié)，但是本領(lǐng)域中的任一普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解對(duì)下面的細(xì)節(jié)所做的很多變化和改動(dòng)是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。因此，陳述下面的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案，沒(méi)有失去該申請(qǐng)發(fā)明的一般性，并且沒(méi)有對(duì)其強(qiáng)加限制。
圖1是橫截面示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的頂部簡(jiǎn)單自旋閥100的層結(jié)構(gòu)。自旋閥100包括鐵磁自由層105，鐵磁釘扎層112，和間隔層110，該鐵磁自由層包括接觸具有第一表面109的納米層108的鐵磁層106，該間隔層具有第二表面111，置于鐵磁自由層105和鐵磁釘扎層112之間。自旋閥100還可包括置于鐵磁釘扎層112和覆蓋層116之間的反鐵磁(AF)層114，和最接近鐵磁自由層105的氧化物籽晶層104。納米層108增強(qiáng)自旋閥100的磁阻率(ΔR/R)。
鐵磁層106典型包括一種包含Ni，F(xiàn)e，Co或諸如NiFe，NiCo和FeCo的Ni，F(xiàn)e和Co合金的材料。鐵磁釘扎層112典型由Co或CoFe做成。間隔層110典型由Cu，Ag，Au或它們的合金做成。AF層114典型包括一種包含諸如FeMn，PtMn，IrMn，PdPtMn和NiMn的含Mn的材料。納米層108典型由CoFe做成，覆蓋層116典型包括Ta。氧化物籽晶層104典型由NiMnO做成。
在制作自旋閥100的離子束濺射方法期間，利用氧處理第一表面109和第二表面111。氧處理的表面109和111分別限制納米層108與間隔層110間的混合，和間隔層110與釘扎層112間的混合。這些氧處理的表面109和111減小了表面粗糙度，因此減小了自旋閥100的鐵磁耦合Hf，得到的自旋閥100的耦合場(chǎng)Hf在大約-10Oe和大約+10Oe之間，在232℃11小時(shí)或270℃6小時(shí)的強(qiáng)烘烤退火周期中是穩(wěn)定的。另外，自旋閥100的磁阻率ΔR/R也從大約6％增強(qiáng)到大約9％。
圖2是橫截面示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的底AP釘扎自旋閥200的層結(jié)構(gòu)。AP釘扎自旋閥200包括鐵磁自由層205，AP鐵磁釘扎層212，和位于鐵磁自由層205和AP釘扎層212之間的間隔層210，該鐵磁自由層205包括接觸納米層208的鐵磁層206。AP釘扎自旋閥200還包括置于AP釘扎層212和金屬籽晶層216之間的AF層214，在金屬籽晶層216下面的兩個(gè)氧化物籽晶層202和204，以及放置在鐵磁自由層206上面的覆蓋層218。除了AP釘扎層212和氧化物籽晶層202，AP釘扎自旋閥200每一層的材料同圖1描述的簡(jiǎn)單自旋閥100對(duì)應(yīng)層的材料相似。氧化物籽晶層202典型地由Al2O3制成。
AP釘扎層212包括第一鐵磁釘扎次層220，第二鐵磁釘扎次層224，第一釘扎次層220和第二釘扎次層224之間的反平行(AP)釘扎間隔次層222。兩個(gè)鐵磁釘扎次層220和224典型地由CoFe做成。AP釘扎間隔次層222典型地由Ru，Cr，Rh或Cu，或它們的合金做成。
第二鐵磁釘扎次層224包括第一表面211，間隔層210具有第二表面209。在AP釘扎自旋閥200的制作過(guò)程中，用氧處理第一和第二表面211和209。氧處理表面209和211對(duì)AP釘扎自旋閥200的粗糙度和耦合場(chǎng)Hf的影響相似于圖1描述的簡(jiǎn)單自旋閥100的氧處理表面109和111的影響。AP釘扎自旋閥200的耦合場(chǎng)Hf大約為-10Oe，且AP釘扎自旋閥200的磁阻率ΔR/R從大約5.5％提高到大約7.7％。
可利用離子束濺射方法生產(chǎn)圖1和圖2描述的類型的自旋閥，以容易控制晶片間或晶片中的沉積。由發(fā)明者于1999年2月16日授權(quán)的美國(guó)專利No.5,871,622和1996年2月20日授權(quán)的美國(guó)專利No.5,492,605公開(kāi)了一種示范性的濺射方法。圖3A-D是橫截面示意圖，示出了圖1和圖2描述的類型的自旋閥的制作步驟。如圖3A所示，在真空室中第一鐵磁層304沉積在襯底302上。第一鐵磁層304可以是用于頂自旋閥的自由層或用于底自旋閥的釘扎層。第一氧噴引入到真空室中，氧分壓大約為5×10-6Torr。第一鐵磁層304的第一表面305暴露到該富氧氛圍中。氧分子被導(dǎo)向襯底302，并且全部打開(kāi)襯底閘門(圖3A中未示出)，以把第一表面305直接暴露到氧氣中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)熟悉這些工藝，因?yàn)殡x子束濺射是本領(lǐng)域公知的。結(jié)果，氧被物理吸附到第一表面305上。
在如圖3B所示，間隔層308被沉積之前，氧分壓快速減小到低于10-8Torr。間隔層308新近沉積到第一氧處理的表面306上。在氧處理的表面306上沉積間隔層308大約30秒，得到大約20的厚度。間隔層308具有第二表面309，使用如圖3A描述的用氧處理第一表面305相似的方法對(duì)其進(jìn)行氧處理。如圖3C所示，第二表面309暴露到大約5×10-6Torr的氧分壓中，氧被物理吸附到第二表面309上。
氧分壓降到低于10-8Torr以完成自旋閥300之后，第二鐵磁層312，即用于頂自旋閥的鐵磁釘扎層或用于底自旋閥的鐵磁自由層，被新近沉積到第二氧處理的表面310上，如圖3D所示。
如圖3A-D所描述的自旋閥300的制作方法不需要另外的步驟和額外的時(shí)間，以結(jié)合氧噴到現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)自旋閥中。該方法可用于頂和底簡(jiǎn)單自旋閥，頂和底AP釘扎自旋閥，以及雙自旋閥。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果下面給出一種實(shí)例，以示出不同表面的氧暴露以及它如何影響簡(jiǎn)單頂自旋閥的耦合場(chǎng)Hf。簡(jiǎn)單自旋閥通常包括NiMnO 30厚的氧化物籽晶層，包含NiFe 45厚的鐵磁層和CoFe 15厚的納米層的自由層，Cu 20厚的間隔層，CoFe 24厚的釘扎層，IrMn 80厚的AF層，Ta 50厚的覆蓋層。下面的表1示出了兩種簡(jiǎn)單自旋閥A和B的性能，這兩種自旋閥除了氧暴露表面之外，具有如描述的相同的結(jié)構(gòu)。在自旋閥A中，只有對(duì)應(yīng)于圖1中的層111的Cu間隔層，按上描述被暴露到氧氣中。在自旋閥B中，對(duì)應(yīng)于圖1中的表面109和111的CoFe層和Cu間隔層的表面，被用氧處理。
表1

表1的數(shù)據(jù)表明與只有Cu表面氧暴露相比，當(dāng)自旋閥的Cu和CoFe表面都暴露到氧中時(shí)，耦合場(chǎng)Hr大約為2.5倍小。簡(jiǎn)單自旋閥B的耦合場(chǎng)Hf在232℃的強(qiáng)烘烤退火中未下降。事實(shí)上，自旋閥B，在232℃退火11小時(shí)或在270℃退火6小時(shí)，維持耦合場(chǎng)在大約8Oe。
如圖2-3所示，氧表面處理對(duì)AP釘扎PtMn自旋閥性能的影響顯示在圖4-9中。底AP釘扎PtMn自旋閥通常包括Al2O330厚的第一氧化物籽晶層，NiMnO 30厚的第二氧化物籽晶層，Ta 35厚的金屬籽晶層，PtMn 250厚的AF層，CoFe 17厚的第一釘扎次層，Ru8厚的AP釘扎間隔次層，26厚的CoFe第二釘扎次層，Cu20厚的間隔層，包含NiFe 45厚的鐵磁層和CoFe 15厚的納米層的自由層，和Ta 50厚的覆蓋層。圖4-8是圖2描述的該類型的AP釘扎自旋閥的表面粗糙度Ra，耦合場(chǎng)Hf，薄層電阻R，磁阻率ΔR/R，和矯頑場(chǎng)Hf隨著氧氣流量變化的曲線。圖4-8中的自旋閥具有厚度大約為20的間隔層。如圖4所示，當(dāng)?shù)谝缓偷诙砻嫖从醚跆幚頃r(shí)，表面粗糙度典型大約為2.9。隨著氧氣流量從零增加到大約2sccm時(shí)，表面粗糙度Ra從大約2.9減小到最小值，大約為1.75。在此點(diǎn)后，表面粗糙度Ra隨著氧氣流量的增加而增加。因此，在氧氣流量大約為2sccm時(shí)，表面粗糙度減至最小。
如圖5所示，未用氧表面處理的AP釘扎自旋閥的薄層電阻典型為大約19 Ohms/sq，隨著氧氣流量增加該值變化不大。當(dāng)氧氣流量在大約1.5sccm至大約3sccm的范圍時(shí)，薄層電阻典型地保持恒定。氧氣流量大約為2sccm時(shí)薄層電阻R典型地大約為19 Ohms/sq。
AP釘扎自旋閥的磁阻率ΔR/R和耦合場(chǎng)Hf的改進(jìn)分別顯示在圖6和圖7中。當(dāng)AP自旋閥的第一和第二表面未用氧處理時(shí)，磁阻率ΔR/R典型為大約6％，耦合場(chǎng)Hf為大約56Oe。在氧氣流量典型為大約0.5sccm時(shí)，ΔR/R增加到大約7.6％，耦合場(chǎng)Hr迅速減小到大約17Oe。隨著氧氣流量從大約0.5sccm增加到大約2.5sccm，耦合場(chǎng)從大約17Oe減小到大約-11Oe，而大約為7.6％的ΔR/R未變。在此點(diǎn)后，隨著氧氣流量的增加，ΔR/R典型地減小，耦合場(chǎng)Hf典型地增加。氧氣流量大約為2sccm時(shí)耦合場(chǎng)Hf大約為-9Oe。
在圖8中，隨著氧氣流量從零增加到大約0.5sccm，矯頑場(chǎng)Hc從大約6Oe減小到大約5Oe。此后，隨著氧氣流量增加矯頑場(chǎng)緩慢增加。氧氣流量大約為3.5sccm時(shí)，得到的Hc最大值典型大約為7Oe。當(dāng)氧氣流量比3.5sccm大時(shí)，耦合場(chǎng)Hc迅速下降到大約2Oe。
圖9示出了氧氣流量大約為2sccm時(shí)，磁阻率ΔR/R，薄層電阻R，耦合場(chǎng)Hf和矯頑場(chǎng)Hc隨著間隔層沉積時(shí)間變化的曲線。在這種情況中，間隔層由銅做成。如圖9所示，隨著銅沉積時(shí)間從大約25秒增加到大約30秒，耦合場(chǎng)Hf從大約39Oe迅速減小到大約-5Oe。此點(diǎn)之后，隨著銅沉積時(shí)間增加，耦合場(chǎng)Hf典型地增加。在銅沉積大約30秒后得到Hf的最小值，典型為大約-5Oe。當(dāng)銅間隔層的沉積在大約25秒至大約34秒之間時(shí)，得到大約為19Ohms/sq的薄層電阻R，大約為7.6％的磁阻率ΔR/R，6Oe的矯頑場(chǎng)Hc，為清楚起見(jiàn)，圖10示出了圖9描述的耦合場(chǎng)Hf和磁阻率ΔR/R的曲線。
關(guān)于圖1，2和3D描述的類型的自旋閥可結(jié)合到如圖11所示的GMR讀/寫(xiě)頭404中。GMR讀/寫(xiě)頭404包括把自旋閥401做成夾層結(jié)構(gòu)的第一屏蔽403和第二屏蔽409。GMR讀/寫(xiě)頭404還包括第一屏蔽403和自旋閥401之間的第一間隙405，第二屏蔽409和自旋閥401之間的第二間隙407。利用自旋閥401至少兩個(gè)鐵磁層的磁化方向間的相對(duì)角產(chǎn)生的磁阻效應(yīng)，自旋閥401把磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。
圖11描述的GMR讀/寫(xiě)頭可結(jié)合到如圖12所示的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)400中。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)400通常包括磁記錄盤(pán)402，包含自旋閥401的GMR讀/寫(xiě)頭404，連接讀/寫(xiě)頭404的傳動(dòng)器406，連接磁盤(pán)402的馬達(dá)408。馬達(dá)408相對(duì)于讀/寫(xiě)頭404旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)402。傳動(dòng)器406移動(dòng)讀/寫(xiě)頭404跨越磁記錄磁盤(pán)402，使得讀/寫(xiě)頭404可訪問(wèn)磁記錄盤(pán)402上的磁記錄數(shù)據(jù)的不同區(qū)域。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白在未離開(kāi)本發(fā)明范圍的基礎(chǔ)上，可在許多方面改變上述實(shí)施方案。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)由及其法律上的等價(jià)描述確定。
權(quán)利要求
1.一種自旋閥，包括a)具有第一表面的第一鐵磁層；b)第二鐵磁層；以及c)置于第一和第二鐵磁層之間的間隔層，該間隔層具有第二表面其中第一和第二表面的至少一個(gè)被用氧處理。
2.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中第一鐵磁層是鐵磁自由層。
3.如權(quán)利要求2的自旋閥，其中自由層是用從Co，CoFe，CoFeB合金和Co合金的組中選出的一種材料做成的納米層。
4.如權(quán)利要求2的自旋閥，還包括接觸自由鐵磁層的籽晶層。
5.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中第二鐵磁層是鐵磁釘扎層。
6.如權(quán)利要求5的自旋閥，其中鐵磁釘扎層包括AP釘扎層。
7.如權(quán)利要求5的自旋閥，還包括最接近釘扎層的反鐵磁層。
8.如權(quán)利要求7的自旋閥，還包括鄰近反鐵磁層的覆蓋層。
9.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中第一鐵磁層是鐵磁釘扎層。
10.如權(quán)利要求9的自旋閥，其中鐵磁釘扎層包括AP釘扎層。
11.如權(quán)利要求9的自旋閥，其中第二鐵磁層是鐵磁自由層。
12.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中間隔層包括從Cu，Au和Cu合金的組中選出的一種材料。
13.如權(quán)利要求12的自旋閥，其中銅間隔層的厚度大約為20。
14.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中氧被物理吸附在第一和第二表面。
15.如權(quán)利要求14的自旋閥，其中氧限制了層間的混合。
16.如權(quán)利要求14的自旋閥，其中氧表面吸附減小了第一和第二表面的表面粗糙度。
17.如權(quán)利要求16的自旋閥，其中第一和第二鐵磁層的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生負(fù)耦合場(chǎng)。
18.如權(quán)利要求16的自旋閥，其中第一和第二鐵磁層的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生正耦合場(chǎng)。
19.如權(quán)利要求18的自旋閥，其中耦合場(chǎng)在退火時(shí)是穩(wěn)定的。
20.如權(quán)利要求1的自旋閥，其中磁阻率ΔR/R被增強(qiáng)。
21.一種自旋閥的制作方法，包括a)提供襯底；b)在襯底上沉積具有第一表面的第一鐵磁層；c)沉積具有第二表面的間隔層；d)沉積第二鐵磁層，其中間隔層被置于第一和第二鐵磁層之間；以及e)暴露第一和第二表面的一個(gè)或多個(gè)到氧分壓中，然后在沉積隨后的層之前降低氧分壓。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中第一和第二表面的一個(gè)或多個(gè)暴露到大約1×10-7Torr和大約5×10-5Torr之間的氧分壓中。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中氧分壓減小到間隔層和第二鐵磁層的沉積之前暴露第一和第二表面的步驟中使用的氧分壓水平以下。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中在間隔層沉積之前暴露第一表面到氧分壓中。
25.如權(quán)利要求23的方法，其中在第二鐵磁層沉積之前暴露第二表面到氧中。
26.如權(quán)利要求21的方法，其中使用離子束濺射方法沉積第一鐵磁，第二鐵磁和間隔層。
27.如權(quán)利要求21的方法，其中氧分子被導(dǎo)向襯底，并且全部打開(kāi)襯底閘門，用于第一和第二表面直接暴露到氧氣束中。
28.一種GMR讀/寫(xiě)頭，包括a)接觸第一間隙的第一屏蔽層；b)接觸第二間隙的第二屏蔽層；c)置于第一和第二間隙之間的自旋閥；其中自旋閥包括i)具有第一表面的第一鐵磁層；ii)第二鐵磁層；以及iii)置于第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的間隔層，該間隔層具有第二表面其中第一和第二表面的至少一個(gè)被用氧處理。
29.一種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括a)磁記錄盤(pán)；b)包含自旋閥的讀/寫(xiě)頭；c)用于跨越磁記錄盤(pán)移動(dòng)讀/寫(xiě)頭的傳動(dòng)器；以及d)用于相對(duì)讀/寫(xiě)頭旋轉(zhuǎn)磁記錄盤(pán)的馬達(dá)；其中自旋閥包括i)具有第一表面的第一鐵磁層；ii)第二鐵磁層；以及iii)置于第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的間隔層，該間隔層具有第二表面其中第一和第二表面的至少一個(gè)被用氧處理。
全文摘要
具有低而穩(wěn)定耦合場(chǎng)的自旋閥的制作方法包括氧暴露步驟。使用離子束濺射方法沉積第一鐵磁層。其第一表面暴露到氧分壓大約為5×10
文檔編號(hào)G11B5/39GK1333534SQ01123139
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2001年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者姆斯塔法·皮納巴塞 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司