專利名稱：具有堆疊內縱向偏置層結構的三端子磁傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及適于在磁頭中使用的三端子磁傳感器(TTM)，其包括自旋閥晶體管(SVT)、磁隧道晶體管(MTT)、或雙結(double junction)結構。
背景技術：
磁致電阻(MR)傳感器通常用作硬盤驅動器中的讀傳感器。MR傳感器通過由磁材料制成的讀元件的電阻變化來感測磁場信號，該電阻變化作為由讀元件感測的磁通的強度和方向的函數(shù)。傳統(tǒng)MR傳感器，例如磁記錄盤驅動器中用作用于讀數(shù)據(jù)的MR讀頭的傳統(tǒng)MR傳感器，基于體磁材料(bulkmagnetic material)的各向異性磁致電阻(AMR)效應運行，所述體磁材料通常是坡莫合金。讀元件電阻的分量隨讀元件中的磁化方向與通過該讀元件的感測電流的方向之間的角度的余弦的平方而變化。所記錄的數(shù)據(jù)能從磁介質例如盤驅動器中的盤讀出，因為來自記錄磁介質的外磁場(信號場)引起讀元件中磁化方向的改變，其導致讀元件的電阻的改變以及所引起的感測電流或電壓的改變。
磁頭的三端子磁傳感器(TTM)可包括例如自旋閥晶體管(SVT)，其是垂直自旋注入器件，具有經(jīng)過勢壘層(barrier layer)注入到自由層中的電子。電子經(jīng)歷自旋相關散射，僅被弱散射的電子保持足夠的能量從而經(jīng)過第二勢壘。經(jīng)過第二勢壘的電流稱為磁致電流(magneto-current)。傳統(tǒng)SVT使用具有雙極晶體管的“發(fā)射極-基極-集電極”結構的傳統(tǒng)三端子框架來構造。SVT還包括金屬性基極區(qū)域上的自旋閥(SV)，由此利用自旋相關散射通過基極區(qū)域的磁狀態(tài)控制集電極電流。盡管TTM可包括其中兩個勢壘層都是肖特基勢壘(Schottky barrier)的SVT，但是供選地TTM可包括磁隧道晶體管(MTT)，其中一個勢壘層是肖特基勢壘且另一個勢壘層是隧道勢壘，或者包括雙結結構，其中兩個勢壘層都是隧道勢壘。
由于形成很薄的基極區(qū)域對于較高的面記錄密度是有利的，所以已經(jīng)確定TTM中的基極區(qū)域將具有較大的電阻。例如，對于一磁頭給定約50納米(nm)的預計道寬(TW)，基極區(qū)域的電阻可遠大于100Ω。因此，當感測電流從發(fā)射極引線經(jīng)過基極區(qū)域到基極引線時，基極區(qū)域易于發(fā)生故障或損壞(例如其會象保險絲一樣熔斷)。另外，基極區(qū)域的較大電阻提高了TTM的噪聲本底(noise floor)，使得將需要大得多的輸入信號用于適當?shù)牟僮鳌?br> 另一重要考慮是自由層應平行于感測(或ABS)平面且平行于TTM的薄膜層的主平面縱向地被偏置，使得自由層磁穩(wěn)定。這通常通過與TTM的第一和第二側相鄰的第一和第二硬偏置磁層實現(xiàn)。不幸的是，通過第一和第二側之間的自由層的磁場不均勻，因為一部分磁化在自由層的中心區(qū)丟失于屏蔽。當TTM的道寬可在亞微米尺寸時這尤其麻煩。自由層的鄰接硬偏置層的端部會被過偏置并且在其對來自移動介質的磁場信號的響應方面變得非常磁僵硬(magnetically stiff)。僵硬的端部會占去TTM的總長度的大部分并會顯著降低TTM的信號大小。
因此，需要解決這些問題，使得TTM可以適于在磁頭和其它器件中使用。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一示例性實施例中，適于在磁頭中使用的三端子磁傳感器(TTM)具有基極區(qū)域、集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域。第一勢壘層位于該發(fā)射極區(qū)域與該基極區(qū)域之間，第二勢壘層位于該集電極區(qū)域與該基極區(qū)域之間。該TTM的氣墊面(ABS)平面沿該基極區(qū)域、該集電極區(qū)域和該發(fā)射極區(qū)域的側面確定。該基極區(qū)域包括自由層結構、被釘扎層結構、形成在該自由層結構與該被釘扎層結構之間的第一非磁間隔層、磁偏置該自由層結構的堆疊內(in-stack)縱向偏置層結構、以及形成在該自由層結構與該堆疊內縱向偏置層結構之間的第二非磁間隔層。在一變型中，該基極區(qū)域中的層被顛倒。該TTM可包括自旋閥晶體管(SVT)、磁隧道晶體管(MTT)、或雙結結構。


結合附圖參考下面的詳細說明之后，本發(fā)明的目的和優(yōu)點對于本領域技術人員將變得明顯。
圖1是盤驅動器的橫截面圖，其可包括具有三端子磁傳感器(TTM)的磁頭，該TTM包括自旋閥晶體管(SVT)；圖2是圖1的盤驅動器的頂視圖；圖3是一般SVT運行的示圖；圖4是TTM的透視圖，其形成有金屬層從而減小基極電阻；圖5是另一TTM的透視圖，其形成有另一金屬層從而減小基極電阻；圖6是再一TTM的透視圖，其形成有另一金屬層從而減小發(fā)射極電阻；圖7A是TTM的一實施例的傳感器平面(或ABS)視圖，該TTM包括具有自由層結構、被釘扎層結構、以及將該自由層結構磁偏置的堆疊內縱向偏置層(LBL)結構的基極區(qū)域；圖7B是圖7A的實施例的一種變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域中的層被顛倒；圖7C是圖7A的實施例的另一變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構、堆疊內縱向偏置層(LBL)結構、以及自釘扎層結構；圖7D是圖7C的實施例的一種變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構、自釘扎層結構、以及也具有自釘扎層結構的堆疊內縱向偏置層(LBL)結構；圖8A是TTM的另一實施例的傳感器平面(或ABS)視圖，該TTM包括具有自由層結構和被釘扎層結構的基極區(qū)域、以及具有將該自由層結構磁偏置的堆疊內LBL結構的集電極區(qū)域；圖8B是圖8A的實施例的一種變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域和堆疊內LBL結構的層被顛倒，使得基極區(qū)域具有自由層結構和被釘扎層結構且發(fā)射極區(qū)域具有堆疊內LBL結構；圖8C是圖8A的實施例的另一變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構和自釘扎層結構且集電極區(qū)域具有堆疊內LBL結構；圖8D是圖8C的實施例的變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構和自釘扎層結構且集電極區(qū)域具有也包括自釘扎層結構的堆疊內LBL結構；
圖9A是TTM的再一實施例的傳感器平面(或ABS)視圖，該TTM包括具有自由層結構的基極區(qū)域、具有被釘扎層結構的發(fā)射極區(qū)域、以及具有將該自由層結構磁偏置的堆疊內LBL結構的集電極區(qū)域；圖9B是圖9A的實施例的一種變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構，發(fā)射極區(qū)域具有堆疊內LBL結構，集電極區(qū)域具有被釘扎層結構；圖9C是圖9A的實施例的另一變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構，發(fā)射極區(qū)域具有自釘扎層結構，集電極區(qū)域具有堆疊內LBL結構；圖9D是圖9C的實施例的變型的傳感器平面(或ABS)視圖，其中基極區(qū)域具有自由層結構，發(fā)射極區(qū)域具有自釘扎層結構，集電極區(qū)域具有也包括自釘扎層結構的堆疊內LBL結構；圖10是雙隧道結型TTM的一個實施例的傳感器平面(或ABS)視圖，該雙隧道結型TTM包括具有自由層結構的基極區(qū)域、具有被釘扎層結構的發(fā)射極區(qū)域、以及具有將該自由層結構磁偏置的堆疊內LBL結構的集電極區(qū)域；圖11是用于在圖7-10的TTM中使用的反平行(AP)被釘扎層結構的傳感器平面(或ABS)視圖；以及圖12A-21B是根據(jù)特定方法制造TTM的視圖，優(yōu)選按照所示順序。
具體實施例方式
在本申請的一說明性實施例中，適于在磁頭中使用的三端子磁傳感器(TTM)具有基極區(qū)域、集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域。第一勢壘層位于發(fā)射極區(qū)域與基極區(qū)域之間，第二勢壘層位于集電極區(qū)域與基極區(qū)域之間。感測平面(sensing plane)沿基極區(qū)域、集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域的側面確定?；鶚O區(qū)域包括自由層結構、被釘扎層結構、形成在自由層結構與被釘扎層結構之間的第一非磁間隔層、磁偏置該自由層結構的堆疊內縱向偏置層(LBL)結構、以及形成在自由層結構與堆疊內縱向偏置層結構之間的第二非磁間隔層。該TTM可包括自旋閥晶體管(SVT)、磁隧道晶體管(MTT)、或雙結結構。
下面的描述是用于實現(xiàn)本發(fā)明的目前預期的優(yōu)選實施例。該描述用于說明本發(fā)明的基本原理，而不是用于限制要求保護的發(fā)明概念。
圖1是與磁頭的三端子磁傳感器(TTM)一起使用的傳統(tǒng)磁記錄盤驅動器的簡化結構圖。圖2是去掉罩的圖1的盤驅動器的頂視圖。首先參照圖1，以截面圖示出利用TTM的類型的傳統(tǒng)盤驅動器的示意圖。該盤驅動器包括基座510和罩511，基座510上固定有盤驅動器馬達512和致動器514。基座510和罩511為盤驅動器提供基本密封的外殼(housing)。通常，存在位于基座510和罩511之間的襯墊513、以及用于均衡盤驅動器內部與外部環(huán)境之間的壓強的小通氣口(breather port)(未示出)。磁記錄盤516借助于軸心(hub)518連接到驅動馬達512，磁記錄盤516附著到軸心518用于通過驅動馬達512進行旋轉。薄的潤滑膜550保持在盤516的表面上。讀/寫頭或換能器525形成在承載器例如氣墊滑塊520的尾端。換能器525是包括感應寫頭部分和讀頭部分的讀/寫頭?；瑝K520借助剛性臂522和懸臂524連接到致動器514。懸臂524提供偏置力，其驅使滑塊520在記錄盤516的表面上。在盤驅動器運行期間，驅動馬達512以恒定速度旋轉盤516，并且通常為線狀或旋轉式的音圈馬達(VCM)移動滑塊520一般徑向跨過盤516的表面使得讀/寫頭525可存取盤516上不同的數(shù)據(jù)道。
圖2更詳細地示出懸臂524，其向滑塊520提供力從而將它驅向盤516。懸臂524可以是傳統(tǒng)型的懸臂，例如公知的Watrous懸臂，如美國專利第4167765號中所描述的。該類型懸臂還提供滑塊的萬向節(jié)連接，其允許滑塊浮在氣墊面上時俯仰和橫轉(pitch and roll)。通過換能器525從盤516檢測到的數(shù)據(jù)由位于臂522上的集成電路芯片515中的信號放大和處理電路處理成數(shù)據(jù)讀回信號。來自變換器525的信號通過柔性電纜(flex cable)517傳到芯片515，芯片515通過電纜519將其輸出信號送到盤驅動器電子裝置(未示出)。
圖3示出與自旋閥晶體管(SVT)300相關的TTM運行，SVT 300具有半導體發(fā)射極區(qū)域302、半導體集電極區(qū)域304、以及包含自旋閥(SV)的基極區(qū)域306。用于SVT 300的半導體和磁材料可包括用于發(fā)射極302和集電極304的n型硅(Si)材料、以及用于區(qū)域306的Ni80Fe20/Au/Co自旋閥。也稱為肖特基勢壘的能量勢壘形成在金屬基極306與半導體之間的結處。期望在這些結處獲得具有好的整流性能(rectifying behavior)的高質量能量勢壘。因此，材料(例如鉑和金)的薄層經(jīng)常分別用在發(fā)射極302和集電極304處。此外，這些薄層將磁層與半導體材料分開。
當圖3中表示為IE的電流引入發(fā)射極區(qū)域302與基極區(qū)域306之間時，TTM運行。其發(fā)生在通過偏置發(fā)射極而使電子越過能量勢壘進入基極區(qū)域306使得電子垂直于自旋閥層行進時。因為電子被注入越過能量勢壘，所以它們作為非平衡熱電子進入基極區(qū)域306，由此根據(jù)金屬/半導體組合的選擇，熱電子能量通常在0.5與1.0eV的范圍。當電子移動穿過基極區(qū)域306且經(jīng)歷非彈性和彈性散射時熱電子的能量和動量分布改變。如此，如果電子的能量不足以克服集電極側的能量勢壘，則電子被阻止進入集電極區(qū)域304。此外，熱電子動量必須與集電極半導體中有空位的態(tài)(available state)相匹配從而允許電子進入集電極區(qū)域304。表明集電極區(qū)域304中收集的電子的份額(fraction)的集電極電流IC依賴于基極區(qū)域306中的散射，當基極區(qū)域306包含磁材料時該散射是自旋相關的。另外，外加磁場控制總散射率，所屬外加磁場例如可改變自旋閥的兩個鐵磁層的相對磁排列(magneticalignment)。作為TTM的磁響應的磁致電流(MC)可通過如下面的公式提供的相對最小值歸一化的集電極電流的變化來表示MC＝[IPC-IAPC]/IAPC，其中P和AP分別表示自旋閥的平行和反平行狀態(tài)。
圖4示出自旋閥晶體管(SVT)型三端子磁傳感器(TTM)400。盡管描述為包括SVT(其中兩個勢壘層都是肖特基勢壘)，但是TTM可替代地包括磁隧道晶體管(MTT)(其中一個勢壘層是肖特基勢壘且另一個勢壘層是隧道勢壘)或者雙結結構(其中兩個勢壘層都是隧道勢壘)。圖4的TTM 400具有基極區(qū)域15、與基極區(qū)域15相鄰的集電極區(qū)域20、發(fā)射極區(qū)域5、以及將發(fā)射極區(qū)域5與基極區(qū)域15分隔開的勢壘區(qū)域10。如關于圖3所描述的，集電極區(qū)域20可以是由硅(Si)制成的半導體襯底?；鶚O區(qū)域15優(yōu)選包括諸如鎳鐵(NiFe)、鈷鐵(CoFe)、或鈷(Co)的至少一種軟鐵磁(FM)材料以及夾在FM材料之間的很薄的金屬(例如金)。勢壘層10是非磁絕緣材料，優(yōu)選由鋁氧化物制成，其厚度通常小于10埃()。
如圖4所示，磁頭的道寬WT由發(fā)射極區(qū)域5、基極區(qū)域15、以及集電極區(qū)域20沿y軸的尺寸確定，同時磁頭的條紋高度HS由發(fā)射極區(qū)域5沿x軸的尺寸確定。TTM 400的感測平面1020沿基極區(qū)域15、集電極區(qū)域20和發(fā)射極區(qū)域5的側面確定。當TTM 400被包含在磁頭中時，此感測平面1020位于氣墊面(ABS)處。非磁絕緣體層1012偏移(offset)在感測平面1020之后且與集電極區(qū)域20和基極區(qū)域15相鄰。絕緣體層1012可以是例如氧化物材料諸如氧化鋁?？梢詫崿F(xiàn)為TTM 400的鐵磁(FM)屏蔽件的發(fā)射極引線(lead)35定位于在感測平面1020處與發(fā)射極區(qū)域5接觸。發(fā)射極引線35用作發(fā)射極區(qū)域5到外部引線(圖4中不可見)的電連接?；鶚O引線36位于在感測平面1020之后與基極區(qū)域15接觸。基極引線36和集電極引線(圖4中不可見)優(yōu)選地不沿感測平面1020形成。注意，額外的或替代的引線可形成在具有至少三個引線的TTM中。
TTM允許從發(fā)射極區(qū)域5發(fā)射的熱電子穿過基極區(qū)域15到達聚集磁致電流(即聚集電子)的集電極區(qū)域20。運行時，器件充當熱自旋電子過濾器，由此發(fā)射極區(qū)域5與基極區(qū)域15之間的勢壘區(qū)域10起作用從而選擇性允許熱電子繼續(xù)前進穿過基極區(qū)域15且然后繼續(xù)穿過集電極區(qū)域20。當TTM400不起作用時，器件處于已知的靜止態(tài)(quiescent state)。在該情況下，包括基極區(qū)域15的全部或部分的自由層的磁化平行于ABS平面。該磁化的方向依賴于與自由層相鄰形成的被釘扎層(不可見)產(chǎn)生的磁場的方向。自由層內的電子的散射依賴于自由層內的磁化取向。例如，如果該磁化指向相對于被釘扎層的平行方向(即平行于ABS平面)，則與自由層相對于被釘扎層反平行的情況相比，電子沒有被散射得那么多。根據(jù)發(fā)射極區(qū)域5、自由層、以及硬偏置層的相對配置，該器件的性能會不同。
由于形成很薄的基極區(qū)域15(例如在約20-200之間)對于提高的面記錄密度是有利的，所以如果不做什么來減小它的話，基極區(qū)域15將具有較大的電阻。對于限定在約10和100納米(nm)之間(例如約50nm)的磁頭道寬(TW)，基極區(qū)域15的電阻可遠大于100Ω。因此，當感測電流從發(fā)射極引線35經(jīng)過基極區(qū)域15流到基極引線36時，基極區(qū)域15會易于損壞或發(fā)生故障(例如它會象保險絲一樣熔斷)?；鶚O區(qū)域15的較大電阻還會提高TTM 400的噪聲本底，使得對于適當?shù)牟僮鲗⑿枰蟮枚嗟挠糜赥TM 400的輸入信號。
因此，金屬層1050形成在TTM 400中從而偏離感測平面1020且在基極區(qū)域15的磁材料的平面內(in-plane)并與其接觸。圖4中，金屬層1050形成為與絕緣體層1012接觸但不與基極引線36接觸。金屬層1050比可形成在基極區(qū)域15自身內的任何其它金屬膜厚；金屬層1050優(yōu)選形成至基極區(qū)域15的總厚度的50-500％(至少50％)之間的厚度。例如，金屬層1050可形成至約100-1000之間的厚度。注意，金屬層1050止于絕緣層1012終止處；它不延伸在集電極區(qū)域20上。如果金屬形成在集電極區(qū)域20與基極區(qū)域15相遇的集電極通孔22上，則它將引起兩引線之間的短路。作為金屬層1050的替代或與其結合，圖4的TTM 400還示出金屬層1052可形成在絕緣體層1012和基極引線36之間(與其接觸)并與其相鄰。另外，圖5的替代的TTM 500顯示金屬層1050可替代地沿基極區(qū)域15的上表面且與基極引線接觸地形成，不形成為與絕緣體層1012接觸，其它方面與關于圖4所示出和描述的相同。
圖4和5的這樣的金屬層減小基極區(qū)域15的電阻，其是有利的因為它用于通過降低噪聲本底(noise floor)來減小TTM 400中的信號噪聲。優(yōu)選地，金屬層1050具有小于10μΩ-厘米(cm)的電阻率。例如，金屬層1050可由銅(Cu)、金(Au)、釕(Ru)、其合金和/或組合制成。銅具有約2μΩ-cm的電阻率，金具有約5μΩ-cm的電阻率，釕具有約7μΩ-cm的電阻率。比較起來，具有磁材料(例如鐵磁(FM)材料諸如鎳鐵(NiFe)和鈷鐵(CoFe))的基極區(qū)域15單獨可具有約18-40μΩ-cm之間的電阻率。另一方面，用于基極區(qū)域15和金屬層1050的組合材料的電阻率可在約2-18μΩ-cm之間。結果，組合層可具有約5-100Ω之間的組合電阻。
作為圖4或5的金屬層的替代或與其組合，圖6的TTM 600示出金屬層1054可形成在發(fā)射極區(qū)域5的磁材料的平面內且與其接觸。圖6的TTM600具有與關于圖4和5示出并描述的結構不同的結構。將圖6的實施例與圖4的實施例相比較，發(fā)射極區(qū)域5在感測平面1020之后延伸得更遠。圖6的發(fā)射極引線位于圖4中前述基極引線形成的地方，且圖6的基極引線36位于圖4中前述金屬層形成的地方。另外，金屬層1054形成在發(fā)射極區(qū)域15的磁性材料的平面內并與其接觸。金屬層1054還形成為與發(fā)射極引線35接觸。金屬層1054偏離感測平面1020且不與集電極區(qū)域20接觸。另外地，圖6的金屬層1054可以與關于圖4描述的相同或相似，其中它以相同或相似的效果減小發(fā)射極區(qū)域5的電阻。
圖7A是本申請的一個實施例三端子磁傳感器(TTM)700a的感測平面(或ABS)視圖。圖7A的TTM 700a具有如以上關于附圖所描述的一般結構和功能，具有或不具有用于減小引線電阻的金屬層。如圖7A所示，TTM700a具有發(fā)射極區(qū)域702、基極區(qū)域704、以及集電極區(qū)域706。第一勢壘層708位于發(fā)射極區(qū)域702與基極區(qū)域704之間，第二勢壘層726位于集電極區(qū)域706與基極區(qū)域704之間。第一勢壘層708可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。類似地，第二勢壘層726可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。發(fā)射極區(qū)域702具有一層或更多發(fā)射極層728，其可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的鐵磁(FM)層。集電極區(qū)域706具有一層或更多集電極層730，其可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層。
在該實施例中，基極區(qū)域704包括自由層結構714、被釘扎層結構712、反鐵磁(AFM)釘扎層718、第一非磁間隔層720、堆疊內縱向偏置層(LBL)結構716、以及第二非磁間隔層726。被釘扎層結構712與第一非磁間隔層720相鄰，第一非磁間隔層720又與自由層結構714相鄰。被釘扎層結構712的FM被釘扎層通過與AFM釘扎層718的交換耦合被磁釘扎。AFM釘扎層718位于被釘扎層結構712和第一勢壘層708之間并與之相鄰。AFM釘扎層718產(chǎn)生的釘扎場應大于退磁場從而確保FM被釘扎層的磁化方向在施加外磁場(例如來自記錄在盤上的位的場)期間保持固定。自由層結構714的磁化未被固定且響應于來自記錄在磁介質上的信息的場(即信號場)而自由旋轉。
被釘扎層結構712可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構。特別地，被釘扎層結構712可以是如圖11所示的反平行(AP)被釘扎層結構。圖11中，AP被釘扎層結構1100包括第一AP被釘扎層1102、第二AP被釘扎層1104、以及形成在第一和第二AP被釘扎層1102和1104之間的AP耦合層1106。例如，第一AP被釘扎層1102可以是與AFM釘扎層718交換耦合并被其釘扎的層。通過第一和第二AP被釘扎層1102和1104之間的強反平行耦合，使得第二AP被釘扎層1104的磁矩反平行于第一AP被釘扎層1102的磁矩。
堆疊內LBL結構716位于與自由層結構714和第二勢壘層726相鄰并在它們之間。與傳感器層形成為“堆疊內”，LBL結構716形成在傳感器的中心區(qū)域內而不在其側區(qū)域內。LBL結構716包括被釘扎層結構722、AFM釘扎層724、以及非磁間隔層726。LBL結構716的AFM釘扎層724位于被釘扎層結構722和第二勢壘層710之間并與之相鄰。FM被釘扎層722通過與AFM釘扎層724的交換耦合被磁釘扎。特別地，AFM釘扎層724如圖所示地將被釘扎層結構722的磁矩釘扎為平行于ABS且平行于傳感器層的平面。間隔層726使得被釘扎層結構722和自由層結構714物理分隔開但彼此接近。由于被釘扎層結構722，自由層結構714的磁矩被如虛線箭頭所示地磁穩(wěn)定為平行于ABS且平行于傳感器的主平面。該偏置從自由層結構714的側部是均勻的，使得該偏置不會導致對窄道寬傳感器的限制。被釘扎層結構722可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構，且可包括前面關于圖11所顯示并描述的AP被釘扎結構。間隔層726可以被選擇來提供被釘扎層結構722與自由層結構714之間的弱鐵磁耦合或AP耦合。
注意，LBL結構716的AFM釘扎層724應優(yōu)選與AFM釘扎層718在不同的溫度磁釘扎。其原因在于使得TTM制造期間為AFM釘扎層724實現(xiàn)的釘扎不會受到后續(xù)用于AFM釘扎層718的釘扎工藝的負面影響。如所公知的，AFM釘扎層的釘扎通常通過加熱AFM材料至預定溫度并同時施加磁場來實現(xiàn)。優(yōu)選地，為獲得釘扎溫度的不同，AFM釘扎層724由與AFM釘扎層718不同的材料制成。例如，AFM釘扎層718可由鉑錳(PtMn)制成，AFM釘扎層724可由銥錳(IrMn)制成。通過對AFM釘扎層718和724使用不同厚度的相同材料可以實現(xiàn)類似的效果。更一般地，任何AFM材料及其厚度的選擇可以變化。AFM層可以是相同的材料或替代地具有相同的厚度。優(yōu)選地，AFM層由不同材料制成并具有不同厚度。
圖7A示出TTM 700a的示例性厚度和材料。堆疊內縱向偏置層結構716具有由鉑錳(PtMn)制成的具有約150埃的厚度的AFM釘扎層724、由鈷鐵(CoFe)制成的具有約20埃的厚度的被釘扎層722、以及由鉭(Ta)制成的具有約20埃的厚度的間隔層726。AFM釘扎層718由銥錳(IrMn)制成且具有約80埃的厚度，被釘扎層712由鈷鐵(CoFe)制成且具有約20埃的厚度，間隔層720由銅(Cu)制成且具有約20埃的厚度。自由層結構714由鎳鐵(NiFe)制成且具有約40埃的厚度。
優(yōu)選地，在LBL結構716的被釘扎層結構722的磁厚度與自由層結構714的磁厚度之間確立有預定關系。優(yōu)選地，使被釘扎層結構722的磁厚度與自由層結構714的磁厚度基本相同。然而，被釘扎層的磁厚度可以在自由層的厚度的50-500％之間。
圖7A的TTM 700a的一個變型是圖7B所示的TTM 700b。圖7B的TTM700b與圖7A的TTM 700a相同，除了基極區(qū)域704中的層如所示地顛倒。圖7A的TTM 700a的另一變型是圖7C所示的TTM 700c。圖7C的TTM 700c與圖7A的TTM 700a相同，除了基極區(qū)域704c包括作為被釘扎層結構的自釘扎層結構712c。對于TTM 700c，不需要圖7A的TTM 700a的AFM釘扎層718用于釘扎目的。自釘扎型傳感器依賴用于自釘扎效果的自釘扎結構的磁致伸縮以及ABS應力。不再需要通常150埃厚的AFM釘扎層用于釘扎目的，從而可以制造更薄的傳感器。圖7D的TTM 700d是另一結構變型，其中LBL結構716d也具有自釘扎層結構722d。注意，圖7D的自釘扎層結構722d可包括一個或多個材料層。在該變型中，結構712c可以是或可以不是自釘扎的。
圖8A是本申請的另一實施例TTM 800a的感測平面(或ABS)視圖。圖8A的TTM 800a具有如以上關于附圖所顯示和描述的TTM的一般結構和功能，具有或不具有用于減小引線電阻的金屬層。如圖8A所示，TTM 800a具有發(fā)射極區(qū)域802、基極區(qū)域804、以及集電極區(qū)域806。第一勢壘層808位于發(fā)射極區(qū)域802與基極區(qū)域804之間，第二勢壘層826位于集電極區(qū)域806與基極區(qū)域804之間。第一勢壘層808可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。類似地，第二勢壘層826可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。發(fā)射極區(qū)域802具有可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層的一層或更多發(fā)射極層828。
在該實施例中，基極區(qū)域804包括自由層結構814、被釘扎層結構812、AFM釘扎層818、非磁間隔層820。被釘扎層結構812與第一非磁間隔層820相鄰，第一非磁間隔層820又與自由層結構814相鄰。被釘扎層結構812的FM被釘扎層通過與AFM釘扎層818的交換耦合被磁釘扎。AFM釘扎層818位于被釘扎層結構812和第一勢壘層808之間并與之相鄰。AFM釘扎層818產(chǎn)生的釘扎場應大于退磁場從而確保FM被釘扎層的磁化方向在施加外磁場(例如來自記錄在盤上的位的場)期間保持固定。自由層結構814的磁化未被固定且響應于來自記錄在磁介質上的信息的場(即信號場)而自由旋轉。被釘扎層結構812可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構。特別地，被釘扎層結構812可以是前面關于圖11顯示和描述的AP被釘扎層結構。
集電極區(qū)域806具有堆疊內LBL結構816。集電極區(qū)域806還可具有一個或更多其它集電極層830，其可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層。與傳感器層形成為“堆疊內”，集電極區(qū)域806的LBL結構816形成在傳感器的中心區(qū)域內而不在其側區(qū)域內。LBL結構816包括被釘扎層結構822和AFM釘扎層824。第二勢壘層826形成在LBL結構816和自由層結構814之間，使得被釘扎層結構822與自由層結構814物理分隔開但彼此接近。顯然，第二勢壘層826同時用作LBL結構816的間隔層；不需要單獨的間隔層。注意，由于基極區(qū)域804不包括LBL結構816，基極區(qū)域804具有用于TTM 800中改善的信號的較小厚度。
LBL結構816的被釘扎層結構822通過與AFM釘扎層824的交換耦合被磁釘扎。特別地，AFM釘扎層824如所示地將被釘扎層結構822的磁矩釘扎為平行于ABS且平行于傳感器層的平面。由于被釘扎層結構822，自由層結構814的磁矩被如虛線箭頭所示地磁穩(wěn)定為平行于ABS且平行于傳感器的主平面。該偏置從自由層結構814的側部是均勻的，從而該偏置不會導致對窄道寬傳感器的限制。被釘扎層結構822可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構，且可包括前面關于圖11所顯示和描述的AP被釘扎結構。
注意，LBL結構816的AFM釘扎層824應優(yōu)選與AFM釘扎層818在不同的溫度磁釘扎。其原因在于使得TTM制造期間為AFM釘扎層824實現(xiàn)的釘扎不會受后續(xù)用于AFM釘扎層818的釘扎工藝的負面影響。如所公知的，AFM釘扎層的釘扎通常通過加熱AFM材料至預定溫度且同時施加磁場來實現(xiàn)。優(yōu)選地，為獲得釘扎溫度的不同，AFM釘扎層824由與AFM釘扎層818的材料不同的材料制成。例如，AFM釘扎層818可由鉑錳(PtMn)制成，AFM釘扎層824可由銥錳(IrMn)制成。通過對AFM釘扎層818和824使用不同厚度的相同材料可以實現(xiàn)類似的效果。更一般地，任何AFM材料及其厚度的選擇可以變化。AFM層可以是相同材料或者替代地具有相同厚度。優(yōu)選地，AFM層由不同材料制成且具有不同厚度。
圖8A示出TTM 800a的示例性厚度和材料。堆疊內縱向偏置層結構816具有由鉑錳(PtMn)制成的具有約180埃厚度的AFM釘扎層824、以及由鈷鐵(CoFe)制成的具有約20埃厚度的被釘扎層822。AFM釘扎層818由銥錳(IrMn)制成且具有約80埃的厚度，被釘扎層812由鈷鐵(CoFe)制成且具有約20埃的厚度，間隔層820由銅(Cu)制成且具有約20埃的厚度。自由層結構814由鎳鐵(NiFe)制成且具有約40埃的厚度。
優(yōu)選地，在LBL結構816的被釘扎層結構822的磁厚度與自由層結構814的磁厚度之間確立有預定關系。特別地，使被釘扎層結構822的磁厚度與自由層結構814的磁厚度基本相同。然而，被釘扎層的磁厚度可以在自由層的厚度的50-500％之間。
圖8A的TTM 800a的一個變型是圖8B所示的TTM 800b。圖8B的TTM800b與圖8A的TTM 800a相同，除了層被如圖所示地顛倒，使得發(fā)射極區(qū)域802b包括堆疊內LBL結構816且基極區(qū)域804b包括自由層結構814和被釘扎層結構812。圖8A的TTM 800a的另一變型是圖8C所示的TTM 800c。圖8C的TTM 800c與圖8A的TTM 800a相同，除了基極區(qū)域804c包括作為被釘扎層結構的自釘扎層結構812c。對于TTM 800c，不需要圖8A的TTM800a的AFM釘扎層818用于釘扎目的。自釘扎型傳感器依賴于用于自釘扎效應的自釘扎結構的磁致伸縮以及ABS應力。不再需要通常150埃厚的AFM釘扎層用于釘扎目的，從而可以制造更薄的傳感器。圖8D的TTM 800d是另一結構變型，其中LBL結構816d也具有自釘扎層結構822d。注意，圖8D的自釘扎層結構822d可包括一個或多個材料層。在該變型中，結構812c可以是或者可以不是自釘扎的。
圖9A是本申請的再一實施例TTM 900a的感測平面(或ABS)視圖。圖9A的TTM 900a具有以上關于附圖所顯示和描述的TTM的一般結構和功能，具有或不具有用于減小引線電阻的金屬層。如圖9A所示，TTM 900a具有發(fā)射極區(qū)域902、基極區(qū)域904、以及集電極區(qū)域906。第一勢壘層908位于發(fā)射極區(qū)域902與基極區(qū)域904之間，第二勢壘層926位于集電極區(qū)域906與基極區(qū)域904之間。第一勢壘層908可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。類似地，第二勢壘層926可以是肖特基勢壘(導電材料)或隧道勢壘(絕緣體材料)。
在該實施例中，基極區(qū)域904包括自由層結構914。由于自由層結構914是設置在基極區(qū)域904內的唯一結構，所以基極區(qū)域具有用于TTM 900內改善的信號的較小厚度。發(fā)射極區(qū)域902具有被釘扎層結構912和AFM釘扎層918。發(fā)射極區(qū)域902還可具有一層或更多其它發(fā)射極層928，其可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層。被釘扎層結構912與第一勢壘層920相鄰，第一勢壘層920又與自由層結構914相鄰。顯然，第一勢壘層920同時用作被釘扎層結構912與自由層結構914之間的間隔層。
被釘扎層結構912的FM被釘扎層通過與AFM釘扎層918的交換耦合被磁釘扎，AFM釘扎層918與被釘扎層結構912相鄰地形成。AFM釘扎層918產(chǎn)生的釘扎場應大于退磁場從而確保FM被釘扎層的磁化方向在施加外磁場(例如來自記錄在盤上的位的場)期間保持固定。自由層結構914的磁化未被固定且響應于來自記錄在磁介質上的信息的場(即信號場)而自由旋轉。被釘扎層結構912可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構。特別地，被釘扎層結構912可以是前面關于圖11所顯示和描述的AP被釘扎層結構。
集電極區(qū)域906具有堆疊內LBL結構916。集電極區(qū)域906還可具有一層或更多其它集電極層930，其可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層。與傳感器層形成為“堆疊內”，集電極區(qū)域906的LBL結構916形成在傳感器的中心區(qū)域內而不在其側區(qū)域內。LBL結構916包括被釘扎層結構922和AFM釘扎層924。第二勢壘層926形成在LBL結構916和自由層結構914之間，使得被釘扎層結構922與自由層結構914物理分隔開但彼此接近。顯然，第二勢壘層926同時用作LBL結構916的間隔層；不需要單獨的間隔層來提供這樣的分隔。
被釘扎層結構922通過與AFM釘扎層924的交換耦合被磁釘扎。特別地，AFM釘扎層924將被釘扎層結構922的磁矩釘扎為如圖所示地平行于ABS且平行于傳感器層的平面。由于被釘扎層結構922，自由層結構914的磁矩被如虛線箭頭所示地磁穩(wěn)定為平行于ABS且平行于傳感器的主平面。該偏置從自由層結構914的側部是均勻的，從而該偏置不會導致對窄道寬傳感器的限制。被釘扎層結構922可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構，且可包括前面關于圖11所顯示和描述的AP被釘扎結構。
注意，LBL結構916的AFM釘扎層924應優(yōu)選與AFM釘扎層918在不同的溫度磁釘扎。原因在于使得TTM制造期間為AFM釘扎層924實現(xiàn)的釘扎不會受用于AFM釘扎層918的后續(xù)釘扎工藝的負面影響。如所公知的，AFM釘扎層的釘扎通常通過加熱AFM材料至預定溫度且同時施加磁場來實現(xiàn)。優(yōu)選地，為獲得釘扎溫度的不同，AFM釘扎層924由與AFM釘扎層918的材料不同的材料制成。例如，AFM釘扎層918可由鉑錳(PtMn)制成，AFM釘扎層924可由銥錳(IrMn)制成。通過對AFM釘扎層918和924利用不同厚度的相同材料可以實現(xiàn)類似的效果。更一般地，任何AFM材料及其厚度的選擇可以變化。AFM層可以是相同的材料或者替代地具有相同的厚度。優(yōu)選地，AFM層由不同材料制成且具有不同厚度。
圖9A示出TTM 900a的示例性厚度和材料。堆疊內縱向偏置層結構916具有由鉑錳(PtMn)制成的具有約150埃的厚度的AFM釘扎層924、以及由鈷鐵(CoFe)制成的具有約20埃的厚度的被釘扎層922。AFM釘扎層918由銥錳(IrMn)制成且具有約80埃的厚度，被釘扎層912由鈷鐵(CoFe)制成且具有約40埃的厚度。自由層結構914由鎳鐵(NiFe)制成且具有約40埃的厚度。
優(yōu)選地，在LBL結構916的被釘扎層結構922的磁厚度與自由層結構914的磁厚度之間確立有預定關系。特別地，使被釘扎層結構922的磁厚度與自由層結構914的磁厚度基本相同。然而，被釘扎層的磁厚度可以在自由層的厚度的50-500％之間。
圖9A的TTM 900a的一個變型是圖9B所示的TTM 900b。圖9B的TTM900b與圖9A的TTM 900a相同，除了層被如圖所示地顛倒，使得發(fā)射極區(qū)域902b包括堆疊內LBL結構916，集電極區(qū)域906b包括被釘扎層結構918。圖9A的TTM 900a的另一變型是圖9C所示的TTM 900c。圖9C的TTM 900c與圖9A的TTM 900a相同，除了發(fā)射極區(qū)域902c包括作為被釘扎層結構的自釘扎層結構912c。對于TTM 900c，不需要圖9A的TTM 900a的AFM釘扎層918用于釘扎目的。自釘扎型傳感器依賴于用于自釘扎效果的自釘扎結構的磁致伸縮以及ABS應力。不再需要通常150埃厚的AFM釘扎層用于釘扎目的，從而可以制造更薄的傳感器。圖9D的TTM 900d是另一結構變型，其中LBL結構916d也具有自釘扎層結構922d。注意，圖9D的自釘扎層結構922d可包括一個或多個材料層。在該變型中，結構912c可以是或可以不是自釘扎的。
圖10是本申請的再一實施例TTM 1000的感測平面(或ABS)視圖。圖10的TTM 1000具有上面關于附圖大體所顯示和描述的TTM的一般結構和功能，具有或不具有用于減小引線電阻的金屬層。具體地，TTM 1000是關于圖9A所顯示和描述的TTM的特定實施例并且是雙隧道結類型。如圖10所示，TTM 1000具有發(fā)射極區(qū)域1002、基極區(qū)域1004、以及集電極區(qū)域1006。第一絕緣隧道勢壘層1020位于發(fā)射極區(qū)域1002與基極區(qū)域1004之間，第二絕緣隧道勢壘層1026位于集電極區(qū)域1006與基極區(qū)域1004之間。由于TTM 1000是雙隧道結類型，第一和第二勢壘層1020和1026是由合適的電絕緣材料(例如Al2O3或氧化鋁)制成的絕緣隧道勢壘。
在該實施例中，基極區(qū)域1004包括自由層結構1014。由于自由層結構1014是設置在基極區(qū)域1004內的唯一結構，所以基極區(qū)域具有用于TTM1000內改善的信號的較小厚度。發(fā)射極區(qū)域1002具有被釘扎層結構1012和AFM釘扎層1018。發(fā)射極區(qū)域1002還可具有可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層的一個或更多其它發(fā)射極層1028。被釘扎層結構1012與第一絕緣隧道勢壘層1020相鄰，第一絕緣隧道勢壘層1020又與自由層結構1014相鄰。顯然，第一絕緣隧道勢壘層1020同時用作被釘扎層結構1012與自由層結構1014之間的間隔層。
被釘扎層結構1012的FM被釘扎層通過與AFM釘扎層1018的交換耦合被磁釘扎，該AFM釘扎層1018與被釘扎層結構1012相鄰地形成。AFM釘扎層1018產(chǎn)生的釘扎場應大于退磁場，從而確保FM被釘扎層的磁化方向在施加外磁場(例如來自記錄在盤上的位的場)期間保持固定。自由層結構1014的磁化未被固定且響應于來自記錄在磁介質上的信息的場(即信號場)而自由旋轉。被釘扎層結構1012可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構。特別地，被釘扎層結構1012可以是前面關于圖11所顯示和描述的AP被釘扎層結構。被釘扎層結構1012的FM被釘扎層可以替代地為“自釘扎式”，其中不再需要AFM釘扎層1018用于釘扎目的，如前面所述。
集電極區(qū)域1006具有堆疊內LBL結構1016。集電極區(qū)域1006還可具有可以是或者包括硅層或諸如鎳鐵的FM層的一個或更多其它集電極層1030。與傳感器層形成為“堆疊內”，集電極區(qū)域1006的LBL結構1016形成在傳感器的中心區(qū)域內而不在其側區(qū)域內。LBL結構1016包括被釘扎層結構1022和AFM釘扎層1024。第二絕緣隧道勢壘層1026形成在LBL結構1016和自由層結構1014之間，使得被釘扎層結構1022與自由層結構1014物理分隔開但彼此接近。顯然，第二絕緣隧道勢壘層1026同時用作LBL結構1016的間隔層；不需要單獨的間隔層來提供這樣的分隔。
被釘扎層結構1022通過與AFM釘扎層1024的交換耦合被磁釘扎。特別地，AFM釘扎層1024將被釘扎層結構1022的磁矩如圖所示地釘扎為平行于ABS且平行于傳感器層的平面。由于被釘扎層結構1022，自由層結構1014的磁矩被如虛線箭頭所示地磁穩(wěn)定為平行于ABS且平行于傳感器的主平面。該偏置從自由層結構1014的側面是均勻的，從而該偏置不會導致對窄道寬傳感器的限制。被釘扎層結構1022可以是單個FM層或者，替代地，是多層結構，且可包括前面關于圖11所顯示和描述的AP被釘扎結構。
注意，LBL結構1016的AFM釘扎層1024應優(yōu)選與AFM釘扎層1018在不同的溫度磁釘扎。原因在于使得TTM制造期間為AFM釘扎層1024實現(xiàn)的釘扎不會受用于AFM釘扎層1018的后續(xù)釘扎工藝的負面影響。如所公知的，AFM釘扎層的釘扎通常通過加熱AFM材料至預定溫度且同時施加磁場來實現(xiàn)。優(yōu)選地，為獲得釘扎溫度的不同，AFM釘扎層1024由與AFM釘扎層1018的材料不同的材料制成。例如，AFM釘扎層1018可由鉑錳(PtMn)制成，AFM釘扎層1024可由銥錳(IrMn)制成。通過對AFM釘扎層1018和1024使用具有不同厚度的相同材料可以實現(xiàn)類似的效果。更一般地，任何AFM材料及其厚度的選擇可以變化。AFM層可以是相同的材料或替代地具有相同的厚度。優(yōu)選地，AFM層由不同材料制成且具有不同的厚度。
圖10示出TTM 1000的示例性厚度和材料。堆疊內縱向偏置層結構1016具有由鉑錳(PtMn)制成的厚度約150埃的AFM釘扎層1024、以及由鈷鐵(CoFe)制成的厚度約20埃的被釘扎層1022。AFM釘扎層1018由厚度約80埃的銥錳(IrMn)制成，被釘扎層1012由厚度約40埃的鈷鐵(CoFe)制成。自由層結構1014由厚度約40埃的鎳鐵(NiFe)制成。
本申請的TTM可以利用常規(guī)光刻技術制造，如現(xiàn)在要描述的。在下面的描述中，特別制出關于圖4和圖7A顯示并描述的類型的TTM；這些技術易于應用于所有TTM類型的制造。參照圖12A，示出其上沉積有絕緣氧化物層1010/1012的集電極區(qū)域20。然后抗蝕劑圖案43被用來去除絕緣層1010/1012的中間部分，如圖12B所示，其產(chǎn)生下至半導體襯底20的通孔44以及絕緣層1010和1012。絕緣層材料的去除可以利用常規(guī)蝕刻技術進行?？蛇x地，然后在絕緣層1012的至少一部分之上形成金屬層1050。金屬層1050可以利用濺射沉積或電鍍步驟以及采用圖案化的抗蝕劑和蝕刻的光刻步驟來形成。傳感器結構的氣墊面(ABS)11在圖13A和13B以及隨后的圖中由虛線表示。
圖14A中，傳感器堆疊18形成在絕緣層1010和1012之上，進入通孔44，以及在金屬層1050上。傳感器堆疊18包括基極區(qū)域15和發(fā)射極區(qū)域5，勢壘區(qū)域(例如勢壘區(qū)域10)沉積在堆疊中合適的地方。在感測平面后面，基極區(qū)域15形成在金屬層1050上并與之接觸。頂視14B示出了傳感器堆疊18的上部覆蓋(upper cap)，其是發(fā)射極區(qū)域5的頂表面。然后，如圖15A和15B所示，另一抗蝕劑46被用于構圖傳感器堆疊18，其中發(fā)射極區(qū)域5的部分利用諸如離子研磨或反應離子蝕刻(RIE)的公知技術被去除。這沿著側面暴露了基極層15且限定了器件的條紋高度HS。如圖16A和16B所示，然后在暴露的基極層15之上的區(qū)域中填充絕緣體25(例如氧化鋁)。
在處理的下一階段中，如圖17A和17B所示，圖案化的抗蝕劑47被用來與蝕刻一起沿道寬(TW)軸1600構圖該結構。圖案化的抗蝕劑47在圖17B的頂視圖中更好觀察，其中絕緣體25和發(fā)射極5的暴露部分被示出。一旦暴露的材料被去除，絕緣層29就如圖18A的ABS視圖和圖18B的頂視圖所示地被沉積。在圖19A的ABS視圖和圖19B中，絕緣體層29的部分與再填充氧化鋁25和基極區(qū)域15的部分一起被去除，使得僅發(fā)射極區(qū)域5與基極區(qū)域15的殘留部分位于絕緣體層29之間。然后利用另外的抗蝕劑48構圖器件且另外的絕緣體38填充暴露的部分。圖20A和20B示出該器件，其中使用又一抗蝕劑49構圖(蝕刻)到基極區(qū)域15的通孔56和到集電極區(qū)域20的通孔(不可見)。該步驟可如圖所示地蝕刻穿過金屬層1050，或者替代地避免蝕刻穿過金屬層1050。構圖完成后，該晶體管器件如圖21A和21B所示地鍍以發(fā)射極引線35和基極引線36，其中這些引線35、36優(yōu)選由鎳鐵(NiFe)制成。諸如集電極引線(未示出)的其它引線也可以包括在該鍍引線的步驟中。
結語。如這里所述，適合在磁頭中使用的本申請的三端子磁傳感器(TTM)具有基極區(qū)域、集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域。第一勢壘層位于發(fā)射極區(qū)域與基極區(qū)域之間，第二勢壘層位于集電極區(qū)域與基極區(qū)域之間。感測平面沿基極區(qū)域、集電極區(qū)域、以及發(fā)射極區(qū)域的側面確定?；鶚O區(qū)域包括自由層結構、被釘扎層結構、形成在自由層結構與被釘扎層結構之間的第一非磁間隔層、磁偏置自由層結構的堆疊內縱向偏置層結構、以及形成在自由層結構與堆疊內縱向偏置層結構之間的第二非磁間隔層。該TTM優(yōu)選地制成磁頭的部分。在該TTM的一個變型中，基極區(qū)域的層被顛倒。
本發(fā)明的盤驅動器包括滑塊、承載在該滑塊上的磁頭、磁頭的寫頭部分、磁頭的包括三端子磁傳感器(TTM)的讀頭部分。該TTM具有基極區(qū)域、集電極區(qū)域、以及發(fā)射極區(qū)域。第一勢壘層位于發(fā)射極區(qū)域與基極區(qū)域之間，第二勢壘層位于集電極區(qū)域與基極區(qū)域之間。TTM的氣墊面(ABS)平面沿基極區(qū)域、集電極區(qū)域、以及發(fā)射極區(qū)域的側面確定。基極區(qū)域包括自由層結構、被釘扎層結構、形成在自由層結構與被釘扎層結構之間的第一非磁間隔層、磁偏置自由層結構的堆疊內縱向偏置層結構、以及形成在自由層結構與堆疊內縱向偏置層結構之間的第二非磁間隔層。該TTM可包括SVT、MTT、或雙結結構。
應理解，上述只是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述，在不偏離后附權利要求所定義的本發(fā)明的實質精神和范圍的情況下，可以做出各種改變、替換和變型。例如，盡管TTM被描述為三引線器件，但是它實際上可具有三個或更多引線。說明書和權利要求中的術語和措辭對于本領域技術人員來說沒有賦予不同于普通語言意義的任何特殊特定意義，因此說明書不是用于以不適當?shù)莫M義限定術語。
權利要求
1.一種三端子磁傳感器(TTM)，包括基極區(qū)域；集電極區(qū)域；發(fā)射極區(qū)域；第一勢壘層，其位于所述發(fā)射極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；第二勢壘層，其位于所述集電極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；所述基極區(qū)域包括自由層結構；被釘扎層結構；第一非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述被釘扎層結構之間；堆疊內縱向偏置層結構，其磁偏置所述自由層結構；以及第二非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述堆疊內縱向偏置層結構之間。
2.如權利要求1所述的TTM，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及非磁間隔層，其位于所述FM被釘扎層與所述自由層結構之間。
3.如權利要求1所述的TTM，其中所述第一和所述第二勢壘層中的至少一個包括導電層。
4.如權利要求1所述的TTM，其中所述被釘扎層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
5.如權利要求1所述的TTM，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
6.如權利要求1所述的TTM，其中所述被釘扎層結構包括反平行(AP)被釘扎層結構；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述AP被釘扎層結構。
7.如權利要求1所述的TTM，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；以及第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層。
8.如權利要求1所述的TTM，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層；且所述第二AFM釘扎層包括與所述第一AFM釘扎層不同的材料。
9.如權利要求1所述的TTM，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層；且所述第二AFM釘扎層具有與所述第一AFM釘扎層的磁釘扎溫度不同的磁釘扎溫度。
10.一種磁頭，包括三端子磁(TTM)傳感器；所述TTM具有基極區(qū)域；集電極區(qū)域；發(fā)射極區(qū)域；第一勢壘層，其位于所述發(fā)射極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；第二勢壘層，其位于所述集電極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；所述基極區(qū)域包括自由層結構；被釘扎層結構；第一非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述被釘扎層結構之間；堆疊內縱向偏置層結構，其磁偏置所述自由層結構；以及第二非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述堆疊內縱向偏置層結構之間。
11.如權利要求10所述的磁頭，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及非磁間隔層，其位于所述FM被釘扎層與所述自由層結構之間。
12.如權利要求10所述的磁頭，其中所述第一和所述第二勢壘層中的至少一個包括導電層。
13.如權利要求10所述的磁頭，其中所述被釘扎層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
14.如權利要求10所述的磁頭，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
15.如權利要求10所述的磁頭，其中所述被釘扎層結構包括反平行(AP)被釘扎層結構；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述AP被釘扎層結構。
16.如權利要求10所述的磁頭，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；以及第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層。
17.如權利要求10所述的磁頭，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層；且所述第二AFM釘扎層包括與所述第一AFM釘扎層不同的材料。
18.一種盤驅動器，包括滑塊；承載在所述滑塊上的磁頭；所述磁頭的寫頭部分；所述磁頭的讀頭部分；所述讀頭部分包括三端子磁傳感器(TTM)；所述TTM具有基極區(qū)域；集電極區(qū)域；發(fā)射極區(qū)域；第一勢壘層，其位于所述發(fā)射極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；第二勢壘層，其位于所述集電極區(qū)域與所述基極區(qū)域之間；所述基極區(qū)域包括自由層結構；被釘扎層結構；第一非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述被釘扎層結構之間；堆疊內縱向偏置層結構，其磁偏置所述自由層結構；以及第二非磁間隔層，其位于所述自由層結構與所述堆疊內縱向偏置層結構之間。
19.如權利要求18所述的盤驅動器，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及非磁間隔層，其位于所述FM被釘扎層與所述自由層結構之間。
20.如權利要求18所述的盤驅動器，其中所述第一和所述第二勢壘層中的至少一個包括導電層。
21.如權利要求18所述的盤驅動器，其中所述被釘扎層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
22.如權利要求18所述的盤驅動器，其中所述堆疊內縱向偏置層結構包括鐵磁(FM)被釘扎層；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述FM被釘扎層。
23.如權利要求18所述的盤驅動器，其中所述被釘扎層結構包括反平行(AP)被釘扎層結構；以及反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述AP被釘扎層結構。
24.如權利要求18所述的盤驅動器，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；以及第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層。
25.如權利要求18所述的盤驅動器，還包括所述被釘扎層結構包括第一鐵磁(FM)被釘扎層；第一反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第一FM被釘扎層；所述堆疊內縱向偏置層結構包括第二鐵磁(FM)被釘扎層；第二反鐵磁(AFM)釘扎層，其磁釘扎所述第二FM被釘扎層；且所述第二AFM釘扎層包括與所述第一AFM釘扎層不同的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適合在磁頭中使用的三端子磁傳感器(TTM)，其具有基極區(qū)域、集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域。第一勢壘層位于發(fā)射極區(qū)域與基極區(qū)域之間，第二勢壘層位于集電極區(qū)域與基極區(qū)域之間。該TTM的氣墊面(ABS)感測平面沿基極區(qū)域、集電極區(qū)域、以及發(fā)射極區(qū)域的側面確定?；鶚O區(qū)域包括自由層結構、被釘扎層結構、形成在自由層結構與被釘扎層結構之間的第一非磁間隔層、磁偏置自由層結構的堆疊內縱向偏置層結構、以及形成在自由層結構與堆疊內縱向偏置層結構之間的第二非磁間隔層。在該TTM的一個變型中，基極區(qū)域的層被顛倒。該TTM可包括自旋閥晶體管(SVT)、磁隧道晶體管(MTT)、或雙結結構。
文檔編號G11B5/48GK1815753SQ200510022949
公開日2006年8月9日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權日2005年1月10日
發(fā)明者杰弗里·R·奇爾德雷斯, 小羅伯特·E·方塔納, 杰弗里·S·利勒 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司