專利名稱：低阻抗隧道磁阻效應元件及其制造和測試方法及測試設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測信號磁場并指示阻抗根據該磁場的變化的隧道磁阻(TMR)效應元件、一種配備該TMR效應元件的薄膜磁頭、一種配備該薄膜磁頭的磁頭萬向架組件(HGA)，以及一種配備該HGA的磁盤驅動設備。本發(fā)明還涉及該TMR效應元件的測試方法和檢測裝置以及制造方法。
背景技術：
隨著磁盤驅動設備的容量越來越大而尺寸越來越小，薄膜磁頭需要具有更高的靈敏度和更高的輸出量。為了滿足這種需求，阻抗變化率可期望達到當前正被應用于信號磁場讀取的巨磁阻(GMR)效應的阻抗變化率的至少兩倍的TMR效應日益受到關注。實際上，確實開發(fā)出了配備用于讀取的TMR效應元件的薄膜磁頭。
在TMR效應元件的結構中，在磁化方向固定的固定磁化方向層(固定層)與磁化方向可以根據施加的磁場而變化的自由磁場方向層(自由層)之間插入磁場隧道絕緣層，用作隧道效應的能量阻擋層。這一隧道絕緣層的存在使得TMR效應元件與其他MR(磁阻)效應元件相比具有更高的元件阻抗值。這種較高的元件阻抗值通常會使元件阻抗和寄生電容形成低通濾波電路，并導致元件的截止頻率降低，妨礙對于高記錄密度來說不可缺少的高頻性能。此外，較高的元件阻抗還會使元件中形成導電性的電子的隨機運動所造成的散粒噪聲(shot noise)增大。作為結果，元件的輸出SN比(信噪比)降低了。
另一方面，近年來引入了采用垂直磁記錄系統(tǒng)的磁盤驅動設備來實現(xiàn)較高的記錄密度。垂直磁記錄系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)的縱向磁記錄系統(tǒng)更高級別的介質噪聲，并且因此對磁頭的較低噪聲比的需要相對減小。因此，在垂直磁記錄系統(tǒng)中采用TMR效應元件來讀取是非常有前景的，原因是可以有效地利用元件的較高輸出量。然而，為了實現(xiàn)較高的記錄密度，對于垂直磁記錄系統(tǒng)來說，要滿足對較高頻率的需要并提高SN比，就不可避免地要減小元件阻抗。
此外，在TMR效應元件中，電流不僅流過金屬，而且流過隧道絕緣層的電介質材料。隧道電流流過該電介質材料的特征使得元件阻抗的溫度系數(shù)向負值一側傾斜。當將溫度系數(shù)為相對較大的負值的TMR效應元件用于磁頭時，輸出量可能由于外界溫度變化所導致的阻抗變化而變得不穩(wěn)定，如同在溫度系數(shù)為正值的GMR頭的情況下那樣隨著金屬電導率而發(fā)生變化。尤其是，由于元件與介質之間的接觸而帶來的熱的不均勻將成為一個問題。
作為針對這些問題的一個措施，日本專利公開No.2004-185676A公開了一種薄膜磁頭，其包括元件(頭)的阻抗值具有平坦溫度斜度的TMR效應元件。此外，根據美國專利No.6,452,204和美國專利公開No.2002/0164828A1，將隧道結MR效應膜的阻抗值低至5×10-5Ωcm2或5×10-5Ωcm2以下以避免熱的不均勻。此外，根據美國專利No.6,812,039，在形成隧道絕緣層期間金屬層的氧化由UV(紫外)光支持，并且其阻抗值低至小于10kΩμm2。
此外，日本專利公開No.2004-234755A公開了一種薄膜磁頭，其中將電阻器并聯(lián)到TMR效應元件并且限定元件的阻抗值、電阻器的阻抗值，以及元件的阻抗值與元件的橫截面面積的積RA。此外，日本專利公開No.2002-217471A公開了一種鐵磁隧道結元件，其具有平行于隧道電流通道而形成的電流通道，并且該專利公開將在(隧道)絕緣層中形成的小孔描述為這種平行形成的電流通道。
在上述的TMR效應元件或具有這種元件的薄膜磁頭的情況下，存在一個問題即使將元件的阻抗值或阻抗的溫度系數(shù)限制于預定范圍內，仍然會發(fā)生相當大的爆音噪聲。
如上所述，需要減小TMR效應元件的阻抗。在這一方面，如日本專利公開No.2004-185676A中所描述的，例如，假定當“隧道阻擋層中的小孔的比例增加”時“元件(磁頭)的絕對阻抗值減小”。作為結果，還假定可能“實現(xiàn)噪聲的減小”。的確，依賴于阻抗的散粒噪聲或其他噪聲隨著元件阻抗的減小而減小。
然而，另一方面，爆音噪聲依賴于元件而增大，造成諸如依賴于噪聲程度的再現(xiàn)輸出中的錯誤之類的不便。也就是說，即使具有上述文獻中所描述的符合元件阻抗的預定規(guī)范的元件，仍然會發(fā)生相當大的爆音噪聲，并且因此很難通過減小噪聲來提高SN比并避免再現(xiàn)輸出的錯誤。
在此，作為發(fā)生于TMR效應元件中的爆音噪聲，通常只有諸如Barkhausen噪聲之類的、源于TMR效應元件中的磁化狀態(tài)的磁因素才是已知的。然而，如上所述，出現(xiàn)爆音噪聲，該爆音噪聲起因和確定強度的因素實際上并不清楚，并且很難實現(xiàn)測量。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種充分減小了元件阻抗并且抑制了爆音噪聲的TMR效應元件、一種配備該TMR效應元件的薄膜磁頭、一種配備該薄膜磁頭的HGA以及一種配備該HGA的磁盤驅動設備。
此外，本發(fā)明的另一個目的是提供了針對一種充分減小了元件阻抗并且抑制了爆音噪聲的TMR效應元件的測試方法和測試裝置以及制造方法。
在說明本發(fā)明之前，將定義用于本發(fā)明說明書的術語。在TMR效應元件或薄膜磁頭(其形成于襯底的形成元件的表面上，元件形成于該襯底之上)的多層結構中，將其位于與參考層相關的形成元件的表面那一側上的層或部分定義為“下部”或位于“下面”，并且將其位于與參考層相關的形成元件的表面一側相對側上的層或部分定義為“上部”或位于“上面”。
根據本發(fā)明，提供了一種TMR效應元件，其包括主要由金屬氧化物形成的隧道阻擋層；以及兩個堆疊在一起以便將該隧道阻擋層夾在中間的鐵磁體層，該隧道阻擋層包括大量電荷位置，并且該隧道阻擋層中的大量電荷位置的密度n和由大量電荷位置捕獲的電子的遷移率u滿足關系式0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2其中nS1和nS2分別是在讀取信號期間當元件阻抗為最小時的隧道電子的密度和當元件阻抗為最大時的隧道電子的密度，并且μ0是電子在未被捕獲時的遷移率。
在此，電荷位置是用于捕獲形成導電性的電子的位置，或者更具體的說，是鄰近于可以捕獲電子的金屬陽離子或金屬原子的區(qū)域。在處于電荷位置的中心的金屬陽離子或金屬原子周圍生成氧缺陷(oxygen defect)。作為結果，在氧缺陷位置捕獲的電子或從氧缺陷位置發(fā)射的電子成為電荷載流子。
根據本發(fā)明的隧道阻擋層由于包括大量的這種電荷位置而具有如同電阻器一樣的適當特性。作為結果，根據本發(fā)明的TMR效應元件的元件阻抗與傳統(tǒng)元件的阻抗相比足夠小。
此外，當隧道阻擋層中的n和μ滿足0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2時，能夠可靠地避免曾經是一個傳統(tǒng)問題的“爆音噪聲由于阻抗低而增大”這一不利效應，稍后將對這一點進行描述。作為結果，改善了元件輸出的高頻特性，并且能夠實現(xiàn)具有可用于諸如磁盤驅動設備之類的設備的SN比的TMR效應元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種TMR效應元件，其包括一個主要由金屬氧化物形成的隧道阻擋層；以及兩個堆疊在一起以便將該隧道阻擋層夾在中間的鐵磁體層，該隧道阻擋層包括大量的電荷位置，并且當在具有磁飽和的TMR元件的隧道阻擋層的表面的垂直方向上施加5微秒或更久的偏壓時由于大量電荷位置的存在會產生電爆音輸出電壓。
本發(fā)明的發(fā)明人詳細地分析了TMR效應元件中的需要減小的爆音噪聲，并且首次成功地將爆音噪聲分為元件的磁化狀態(tài)所引起的輸出電壓和電爆音電壓。此外，發(fā)明人通過發(fā)現(xiàn)電爆音輸出電壓與上述的電荷位置有關而提出本發(fā)明。也就是說，在存在電荷位置并且電爆音輸出電壓已經達到適當程度的TMR效應元件中，元件的阻抗值變得足夠小并且可以確保具有可用于諸如磁盤驅動設備之類的設備的SN比。
此外，在傳統(tǒng)技術中，爆音噪聲的起因及其確定強度因素尚未完全清楚。因此，有可能實現(xiàn)了低阻抗，但卻不能控制爆音噪聲。相反，本發(fā)明可以通過從爆音噪聲中分離出電爆音輸出電壓并評價該電爆音輸出電壓，來實現(xiàn)對噪聲的測量并實現(xiàn)較低阻抗。這種元件一經制造，電爆音輸出電壓就是穩(wěn)定且可以充分控制的。
在此，優(yōu)選地使ΔVP滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2其中ΔVP是電爆音輸出電壓的強度，并且ΔVS是元件的輸出電壓。通過滿足這一關系式，能夠利用電荷位置的存在來實現(xiàn)阻抗的減小，并可靠地避免爆音噪聲由于阻抗減小而增大。作為結果，改善了元件輸出的高頻特性并且可以獲得具有可用于諸如磁盤驅動設備之類的設備的SN比的TMR效應元件。
此外，隧道阻擋層優(yōu)選地主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或其中的兩種或多種元素組成的合金與氧氣的化合物形成，或者由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金與氧氣的化合物形成。
此外，隧道阻擋層優(yōu)選地通過在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)中的一種、兩種或多種成分的氣體中對金屬層進行氧化而形成。在此，該金屬層優(yōu)選地主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或其中的兩種或多種元素組成的合金形成，或者由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金形成。
作為用于對金屬層進行氧化的氣體，O3和N2O特別地具有比氧氣更大的分子量，并且因此與使用常規(guī)的氧氣相比能夠生成更多的氧缺陷。作為結果，能夠形成包括更多電荷位置的層。此外，即使在包括氧分子、氧原子和氧離子的氣體中，也能夠通過控制這些成分的局部氣壓以及金屬層的溫度等來形成足夠多的電荷位置。
此外，如上所述，包括Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P所添加的具有較低的氧化自由能的元素有可能成為導致隧道阻擋層中電荷位置形成的金屬陽離子或金屬原子。也就是說，添加這些元素使得能夠切實地形成層中的電荷位置。
根據本發(fā)明，還提供了一種薄膜磁頭，其包括至少一個作為數(shù)據讀取裝置的上述TMR效應元件；以及至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種HGA，其包括上述的薄膜磁頭；用于為所述至少一個TMR效應元件以及所述至少一個感應寫入頭元件提供電流的跟蹤導體；以及支持所述薄膜磁頭的支持機構。
根據本發(fā)明，還提供了一種磁盤驅動設備，其包括至少一個上述的HGA；至少一個磁盤；以及用于控制所述至少一個TMR效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件的讀取和寫入操作的記錄/再現(xiàn)電路。
根據本發(fā)明，還提供了一種TMR效應元件的測試方法，其包括步給TMR效應元件施加外部磁場以使該TMR效應元件磁飽和；當在垂直于TMR效應元件的層表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，測量元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；并且根據該測量結果評價該TMR效應元件。在此，評價該TMR效應元件優(yōu)選地包括判斷電爆音輸出電壓ΔVP是否滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2，其中ΔVS是所述元件的輸出電壓。
根據傳統(tǒng)技術，TMR效應元件中生成爆音噪聲的原因以及確定爆音噪聲強度的因素實際上沒有完全解釋清楚，從而很難測試和估計元件中的噪聲。然而，根據本發(fā)明的測試方法，能夠將當元件由于施加了外部磁場而恰好磁飽和時產生的電爆音輸出電壓從元件的磁化狀態(tài)所造成的噪聲中分離出來。作為結果，有可能選擇既能實現(xiàn)低阻抗又能確保具有可用于諸如磁盤驅動設備之類的設備的SN比的TMR效應元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種TMR效應元件的制造方法，其包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成一個金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧和一氧化二氮中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；以及采用上述測試方法來選擇所述隧道磁阻效應元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種薄膜磁頭的制造方法，其包括步驟通過采用一種制造方法在滑塊晶片襯底上形成TMR效應元件，該制造方法包括步驟采用一種制造方法在滑塊晶片襯底上形成隧道磁阻效應元件，所述制造方法包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成一個金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；以及利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；將所述滑塊晶片襯底切削成柵列，在該柵列上排列所述形成的隧道磁阻效應元件；對所述柵列進行拋光以便調整MR高度；以及采用上述測試方法選擇所述柵列上的所述隧道磁阻效應元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種薄膜磁頭的制造方法，其包括步驟采用一種制造方法在滑塊晶片襯底上形成隧道磁阻效應元件，所述制造方法包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；以及利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；將所述滑塊晶片襯底切削成柵列，在該柵列上排列所述形成的隧道磁阻效應元件；對所述柵列進行拋光以便調整MR高度；將所述柵列切削并分隔成單獨的薄膜磁頭；以及采用上述測試方法來選擇所述單獨的薄膜磁頭上的所述隧道磁阻效應元件。
根據本發(fā)明，還提供了一種TMR效應元件的測試設備，其包括磁場施加裝置，用于給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，以使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；電壓施加裝置，用于給所述隧道磁阻效應元件施加5微秒或更久的偏壓；測量裝置，用于測量所述隧道磁阻效應元件的元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；以及評價裝置，用于根據所述電爆音輸出電壓ΔVP和所述元件輸出電壓ΔVS的測量值來對所述隧道磁阻效應元件進行評價。在此，評價裝置優(yōu)選地包括用于判斷電爆音輸出電壓ΔVP是否滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2的裝置。
根據以下對附圖中所示出的本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的更多目標和優(yōu)點將變得明顯。在不同的圖中一些部件用相同的參考標號表示。


圖1示出了示意性地說明了根據本發(fā)明的磁盤驅動設備的實施例的主要結構的透視圖；圖2示出了說明了根據本發(fā)明的HGA的實施例的透視圖；圖3a示出了連接到圖2中的HGA的末端的薄膜磁頭的透視圖；圖3b示出了示意性地說明了圖3a的磁頭元件的平面圖；圖4示出了沿圖3b中的線A-A截取的截面圖，其說明了根據圖3b中的實施例的磁頭元件；圖5a-5c示出了沿圖3b中的線A-A截取的截面圖，其說明了圖4中的實施例的磁頭元件的制造步驟；圖6示出了從磁頭末端平面一側觀察的截面，其示意性地說明了圖4中的TMR多層的層結構；圖7示出了一幅曲線圖，其說明了本發(fā)明的發(fā)明人所采用的分離爆音噪聲的方法；圖8示出了一幅曲線圖，其說明了對多個配備了TMR效應元件的薄膜磁頭進行的耐受電壓測試的結果；圖9示出了一幅曲線圖，其說明了薄膜磁頭的輸出電壓模式；
圖10示出了一幅曲線圖，其說明了電爆音輸出電壓與電介質擊穿電壓之間的關系；圖11a示出了一幅特性曲線圖，其說明了用于定義電爆音輸出電壓ΔVP的、作為電爆音輸出電壓的測量實例的元件輸出；圖11b示出了一幅特性曲線圖，其說明了用于定義元件輸出電壓ΔVS的、元件阻抗MRR與所施加的磁場之間的關系；圖12示出了ΔVP/ΔVS的結果與表1中BER(比特錯誤率)的測量結果之間的關系；圖13a-13d示出了說明了形成圖4中的實施例中的TMR多層的一部分步驟的截面圖，并示出了從磁頭末端表面一側觀察的截面；圖14a示出了一幅流程圖，其示意性地說明了根據本發(fā)明的薄膜磁頭的制造方法的實施例；圖14b示出了一幅流程圖，其示意性地說明了制造方法的另一實施例；圖15a、圖15b示出了一幅透視圖，其示意性地說明了根據本發(fā)明的選擇薄膜磁頭的測試設備的一部分結構；圖16示出了一幅流程圖，其示意性地說明了根據本發(fā)明的薄膜磁頭的選擇步驟；以及圖17示出了一幅特性曲線圖，其說明了對根據本發(fā)明的薄膜磁頭的讀取輸出增益的頻率特性的仿真結果。
具體實施例方式
參考附圖，以下將詳細地解釋用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。為各幅圖中的相同元件分配了相同的參考標號。此外，圖中組件內和組件之間的空間比例是任意設定的，為的是改善附圖的可視性。
圖1示出了示意性地說明了根據本發(fā)明的磁盤驅動設備的實施例的主要結構的透視圖，并且圖2示出了說明了根據本發(fā)明的HGA的實施例的透視圖。此外，圖3a示出了說明了連接到圖2中的HGA的末端的薄膜磁頭(滑塊磁頭)的透視圖，并且圖3b示出了示意性地說明了圖3a中的磁頭元件32的平面圖。
在圖1中，參考標號10表示多個繞主軸馬達11的旋轉軸旋轉的磁盤，參考標號12表示用于在軌道上定位薄膜磁頭(滑塊磁頭)21的裝置托架設備，標號13表示用于分別控制該薄膜磁頭的讀取/寫入操作的記錄/再現(xiàn)電路。
裝置托架設備12配備了多個驅動臂14。音圈馬達(VCM)15使得這些驅動臂14可以繞樞承軸16旋轉并且在沿著軸16的方向上堆疊在一起。HGA 17附著在每個驅動臂14的末端。每個HGA17配備有薄膜磁頭(滑塊磁頭)21以便面對每個磁盤10的表面。磁盤10、驅動臂14、HGA 17和滑塊磁頭21也可以是單個的。
盡管圖中沒有示出，但記錄/再現(xiàn)電路13配備有記錄/再現(xiàn)控制LSI(大規(guī)模集成電路)、從該記錄/再現(xiàn)控制LSI中接收記錄數(shù)據的寫入門(write gate)、從寫入門向稍后描述的感應寫入頭元件輸出信號的寫電路、為稍后描述的TMR效應元件提供感應電流的恒流電路、對TMR效應元件的元件輸出電壓進行放大的放大器和向記錄/再現(xiàn)控制LSI輸出再現(xiàn)數(shù)據的解調電路。
如圖2所示，HGA 17的構造為具有磁頭元件的滑塊磁頭21固定在吊架20的末端，并且配線構件25的末端電連接到滑塊磁頭21的信號電極。
吊架20主要包括承重梁22、固定在該承重梁22上并具有彈性的撓曲件23、位于承重梁22的底部上的底盤24以及位于撓曲件23上并由跟蹤導體和電連接到跟蹤導體兩端的連接墊構成的配線構件25。盡管沒有示出，但還可以在吊架20的某些中間點上安裝磁頭驅動IC(集成電路)芯片。
如圖3a所示，根據本實施例的薄膜磁頭(滑塊磁頭)21配備了為獲得適當?shù)娘w行高度而處理的空氣軸承表面(ABS)30、在形成元件的表面31上形成的磁頭元件32以及從在形成元件的表面31上形成的保護層44的表面上暴露出來的四個信號電極35。在此，磁頭元件32包括TMR效應元件33和感應寫入頭元件34。此外，四個信號電極35以兩個為一組分別連接到TMR效應元件33和感應寫入頭元件34。
如圖3b所示，在TMR效應元件33和感應寫入頭元件34中，元件的一端到達ABS 30一側的磁頭末端表面300。利用這些面對磁盤的末端，通過感應信號場執(zhí)行讀取并通過施加信號場執(zhí)行寫入。
圖4示出了沿圖3b中的線A-A截取的截面圖，其說明了根據圖3b中的實施例的磁頭元件32。為簡化圖形，圖中線圈的匝數(shù)看起來小于圖3b中的匝數(shù)。線圈層可以是單層、兩層或多層，或者是螺旋線圈層。此外，圖4一并示出了磁盤10的截面圖。
在圖4中，參考標號210表示具有ABS 30的滑塊襯底，在寫入和讀取操作期間，該襯底以預定的飛行高度在旋轉磁盤表面10a上方流體動力(hydrodynamically)地飛行。TMR效應元件33、感應寫入頭元件34、用于在元件之間進行磁屏蔽的元件間屏蔽層42和用于保護這些元件的保護層44主要形成于形成元件的表面31上，該表面是在將該滑塊襯底210的ABS看作底部平面時的一個側面。
TMR效應元件33包括TMR多層332、部署為將該多層夾在中間的下電極層330和上電極層334。TMR多層332以非常高的靈敏度感應來自磁盤10的信號場45。上電極層334和下電極層330還用作磁場屏蔽，并防止TMR多層332接收形成噪聲的外部磁場。稍后將更詳細地說明TMR多層332的結構(圖6)。
本實施例中的感應寫入頭元件34用于垂直磁記錄，并且其包括主磁極層340、輔磁極層345、主線圈層343和備用線圈層347。主磁極層340是用于將由主線圈層343和備用線圈347感生的磁通量會聚并引導到磁盤10(對其執(zhí)行寫入)的垂直磁記錄層101的磁通路。在此，提供備用線圈層347以防止由于磁盤10中的軟磁襯背層102的磁性而擾亂所記錄的比特并防止再現(xiàn)輸出的噪聲增大，然而也可以省略備用線圈層347。
主磁極層340包括主磁極主層3400和主磁極輔層3401。在此，在磁頭末端表面300一側上的末端部分340a處主磁極層340的層厚度方向上的長度(厚度)僅對應于較小的該主磁極主層3400的層厚度。作為結果，能夠產生對應于較高記錄密度的精細寫入場。
磁頭末端表面300上的輔磁極層345的末端構成層截面比輔磁極層345的其他部分的層截面更大的尾部屏蔽部分3450。尾部屏蔽部分3450使尾部屏蔽部分3450的末端部分3450a與主磁極層340的末端部分340a之間的磁場坡度更陡峭。作為結果，所記錄比特之間的磁性轉換更陡峭，并且信號輸出的抖動下降，從而能夠減小讀取過程中的錯誤率。主磁極層340的末端部分340a和磁盤表面10a一側的尾部屏蔽部分3450的末端達到磁頭末端表面300，并且在磁頭末端表面300上涂上例如鉆石形碳(DLC)作為極薄的保護膜。
磁盤10構成配備垂直磁記錄層101和軟磁襯背層102的垂直磁記錄介質，在本實施例中考慮將感應寫入頭元件設計為用于垂直磁記錄。
在本實施例中，感應寫入頭元件34和磁盤10設計為用于垂直磁記錄，然而，感應寫入頭元件34和磁盤10也可以設計為用于傳統(tǒng)的縱向磁記錄。
圖5a-5c示出了沿圖3b中的線A-A截取的截面圖，其說明了圖4中的實施例中的磁頭元件32的制造步驟。
在下文中，將利用同一幅圖來說明本實施例中的薄膜磁頭的制造步驟。首先，如圖5a所示，例如采用濺射(sputtering)技術在例如由AlTic(Al2O3-TiC)形成的滑塊襯底210上堆疊由AL2O3組成的、厚度大約為0.05-10μm的絕緣層40。接著，例如采用電鍍技術在絕緣層40上形成例如由NiFe、NiFeCo、CoFe、FeN或FeZrN組成的、厚度大約為0.3-3μm的下電極層330。
接著，例如采用濺射技術、光刻方法和離子蝕刻技術形成TMR多層332和絕緣層333。稍后將詳細地說明形成TMR多層332和絕緣層333的方法。
接著，例如采用電鍍技術在TMR多層332和絕緣層333上形成例如由NiFe、NiFeCo、CoFe、FeN或FeZrN組成的、厚度大約為0.3-4μm的上電極層334，完成TMR效應元件33的制造。接著，例如采用濺射技術在上電極層334上形成例如由AL2O3組成的、厚度大約為0.1-2.0μm的下非磁層41。此外，例如采用濺射技術在下非磁層41上形成例如由NiFe、NiFeCo、CoFe、FeN或FeZrN組成的、厚度大約為0.3-4μm的元件間屏蔽層42。然后，例如采用濺射技術，例如用AL2O3形成絕緣膜，并采用化學機械拋光(CMP)等技術將該絕緣膜平面化。作為結果，在TMR效應元件的磁頭末端表面300的相反一側的位置形成平面層50。
接著，如圖5b所示，例如采用濺射技術在元件間屏蔽層42上形成例如由AL2O3組成的、厚度大約為0.3-1.0μm的第一中間非磁層3460。此外，例如采用框架電鍍技術在該第一中間非磁層3460上形成例如由Cu組成的、厚度大約為0.5-3μm的備用線圈層347。接著，形成硬化抗蝕層組成的、厚度大約為0.1-5μm的第一線圈感應層348，以便覆蓋備用線圈層347并填滿線圈層模型之間的縫隙。此外，例如采用濺射技術形成例如由AL2O3組成的、厚度大約為0.3-1.0μm的第二中間非磁層3461以便覆蓋該線圈絕緣層348(備用線圈層347)。然后，例如采用CMP技術將第二中間非磁層3461平面化。
接著，如圖5c所示，例如采用濺射技術或電鍍技術形成例如由包括Ni、Fe和Co中的任意兩種或三種元素的合金或以這些元素作為基本成分與預定的添加元素組成的合金組成的、厚度大約為0.01-0.5μm的主磁極主層3400，并且例如采用濺射技術或電鍍技術在已平面化的第二中間非磁層3461上形成例如由包括Ni、Fe和Co中的任意兩種或三種元素的合金或以這些元素作為基本成分與預定的添加元素組成的合金組成的、厚度大約為0.5-3μm的主磁極輔層3401。
接著，例如采用濺射技術在主磁極輔層3401上形成例如由AL2O3或DLC組成的、厚度大約為0.01-0.5μm的縫隙層341，并且在縫隙層341上形成例如由硬化抗蝕層組成的、厚度大約為0.1-5μm的第二線圈絕緣層3440，并且例如采用框架電鍍技術在該第二線圈絕緣層3440上形成例如由Cu組成的、厚度大約為0.5-3μm的主線圈層343。此外，形成例如由硬化抗蝕層組成的、厚度大約為0.1-5μm的第三線圈絕緣層3441以便覆蓋主線圈層343。
此外，形成例如由包括Ni、Fe和Co中的任意兩種或三種元素的合金或以這些元素作為基本成分與預定的添加元素組成的合金組成的、厚度大約為0.5-5μm的輔磁極層345以便覆蓋第三線圈絕緣層3441。通過上述步驟，完成感應寫入頭元件34的制造。最后，在形成例如由AL2O3組成的、用以覆蓋TMR效應元件33和感應寫入頭元件34的絕緣膜之后，例如采用CMP技術使該絕緣膜平面化。作為結果，由此形成保護層44并完成磁頭元件32的制造。
圖6示出了從圖4中的磁頭末端表面300觀察的截面，其示意性地說明了作為根據圖4中的實施例的TMR效應元件33的主要部分的TMR多層332的層結構。
在同一幅圖中，參考標號70表示下金屬層，參考標號71表示基層，參考標號73表示固定層，參考標號74表示低阻抗隧道阻擋層，參考標號75表示自由層，并且參考標號76表示上金屬層。在此，在下電極層330上形成下金屬層70以便將TMR多層332電連接到下電極層330。此外，其上形成上電極層334的上金屬層76將TMR多層332電連接到上電極層334。因此，當檢測磁場時感應電流從垂直于上電極層與下電極層之間的TMR多層中的每個層表面的方向上流過。此外，形成絕緣層333以便包圍MR多層332。
在圖6中絕緣層333的位置上還可以提供側面軟磁層，以吸收來自在固定層73、低阻抗隧道阻擋層74和自由層75的磁軌寬度方向上的兩側上的相鄰磁軌的噪聲磁場。在這種情況下，在低于該側面軟磁層的位置并且至少在該側面軟磁層與固定層73和低阻抗隧道阻擋層74的磁軌寬度方向上的兩個末端之間的一個位置提供側面絕緣膜。該側面絕緣膜使得至少能夠避免感應電流不經過低阻抗隧道阻擋層74而流走并有效地得到TMR輸出。
此外，還可以在固定層73、低阻抗隧道阻擋層74和自由層75的磁軌寬度方向上的兩側上的絕緣層333的位置提供由硬磁材料制成的層，并在該硬磁材料層與TMR多層332之間插入薄絕緣層以便將硬偏磁場施加到自由層75?；蛘哌€可以提供疊層內(instack)的偏磁多層，其包括順序地堆疊在自由層75與上金屬層76之間的偏磁非磁層、偏磁鐵磁層和偏磁反鐵磁層或其他偏磁裝置。這些偏磁裝置給自由層75施加交換偏磁磁場，并進一步提升自由層75的磁域穩(wěn)定性。
通過基層71在下金屬層70上形成反鐵磁層72。堆疊在反鐵磁層72上的固定層73包括順序地堆疊在反鐵磁層72上構成所謂地合成鐵磁結構的第一鐵磁膜73a、非磁膜73b和第二鐵磁膜73c。通過與反磁層72的交換耦合給第一鐵磁膜73a施加交換偏磁磁場，并且這可以穩(wěn)定地固定整個固定層73的磁性。
形成于固定層73上的低阻抗隧道阻擋層74的結構是本發(fā)明的重要發(fā)明點，并且稍后將對此進行詳細說明。
低阻抗隧道阻擋層74上堆疊的自由層75包括按次序堆疊在低阻抗隧道阻擋層74上的高極性膜75a和軟磁膜75b。將低阻抗隧道阻擋層用作隧道效應的阻擋層，自由層75可以形成與固定層73耦合在一起的鐵磁隧道。并且響應于施加的信號場，自由層75的磁化方向發(fā)生改變。當自由層75的磁化方向響應于信號磁場而改變時，由于自由層75的向上和向下旋轉帶的狀態(tài)的密度發(fā)生改變，隧道電流增大/減小，并且因此，TMR多層332的電阻抗發(fā)生改變。通過測量這種阻抗變化可以可靠并以高靈敏度來檢測較弱的局部的信號場。在此，高極性膜75a并不總是必要的，并且因此可以省略。當省略高極性膜75a時，可以實現(xiàn)相當于在與低阻抗隧道阻擋層74的接口中存在軟磁膜75b時的阻抗變化速率。
以這種方式，由TMR多層構成的TMR效應元件的特性由鐵磁隧道的耦合狀態(tài)決定，并且特別地，很大程度上受到作為隧道阻擋層的絕緣層的性質的影響。通常，傳統(tǒng)的TMR效應元件具有比諸如GMR效應元件之類的其他MR效應元件更高的元件阻抗值。這是由于對于傳統(tǒng)的隧道絕緣(隧道阻擋)層，作為電介質材料的性質是決定性的，并且隧道電流接收到的阻抗將比較大。
相反，形成根據本實施例的低阻抗隧道阻擋層74，以便包括大量的電荷位置。在此，電荷位置是用于捕獲形成導電性的電子的位置，或者更具體地說，電荷位置是可以捕獲電子的臨近金屬陽離子或金屬原子的區(qū)域。
此外，構成這種電荷位置的中心的金屬陽離子或金屬原子處于氧缺陷狀態(tài)，并且在附近協(xié)同定位的氧原子(或離子)的數(shù)目小于初始的協(xié)同定位的數(shù)目。因此，這些金屬陽離子或金屬原子確實形成氧缺陷。作為結果，在缺陷位置產生電子以保持整體的電中性，并且在這些電子和由施加的電壓所形成的外部電子中，在缺陷位置捕獲的和從缺陷位置發(fā)送出去的電子將成為電荷載流子。如上所述，電荷位置包括氧缺陷，并且電荷位置中還包括兩種結構，一種結構中在某種程度上使氧缺陷集中并且因此形成很小的空穴，另一種結構中由于低阻抗隧道阻擋層是極薄的層因此形成針孔或準針孔。然而，當固定層和自由層在低阻抗隧道阻擋層的缺陷位置彼此接觸時，這種接觸部分的結構不是根據本發(fā)明的針孔，并且不包括于電荷位置中。
如上所示，由于電荷位置的存在，低阻抗隧道阻擋層74獲得了類似于適當?shù)碾娮杩乖男再|。作為結果，TMR多層332的元件阻抗與傳統(tǒng)元件的元件阻抗相比足夠小。應當注意，低阻抗隧道阻擋層74可以處于多晶態(tài)、單晶態(tài)和無定形態(tài)中的任一種形態(tài)。在所有的形態(tài)中都發(fā)生相似的現(xiàn)象和效應。
此外，低阻抗隧道阻擋層74是以這樣一種方式形成的，即假定n(cm-3)是層中這種電荷位置的密度，并且μ(V-1-1)是這種電荷位置捕獲的電子的遷移率，n和μ滿足條件關系式(1)0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2稍后將對此進行詳細說明。在此，nS1和nS2(cm-3)分別是對應于最小輸出和最大輸出的隧道電子的密度，并且μ0(V-1-1)是電子在未被捕獲時的遷移率。
以這種方式，配備TMR多層332的TMR效應元件33具有足夠小的元件阻抗，并且此外，元件中發(fā)生的爆音噪聲限于該爆音噪聲不會構成對再現(xiàn)輸出的妨礙的程度。作為結果，避免了截止頻率降低，可以比較容易地實現(xiàn)對較高記錄密度來說必要的較高頻率，另外，不僅減小了散粒噪聲而且減小了爆音噪聲，這確保了諸如磁盤驅動設備之類的設備可用的元件輸出的SN比。
下面將說明本發(fā)明的背景以及上述的電荷位置中的n和μ的條件表達式(1)。
本發(fā)明的發(fā)明人分析了在TMR效應元件的輸出中主要觀察到的散粒噪聲、1/f噪聲和爆音噪聲的細節(jié)，并且成功地將爆音噪聲分為由元件的磁化狀態(tài)所導致的輸出電壓和電爆音輸出電壓。
圖7示出了說明了本發(fā)明的發(fā)明人采取的用于分離爆音噪聲的方法的曲線圖。
根據圖7，分三個階段實現(xiàn)噪聲分離。在第一階段，在沒有外部磁場的情況下對配備TMR效應元件的薄膜磁頭的輸出電壓產生的爆音噪聲計數(shù)5秒。更具體地說，將一個1.2倍于沒有來自流過感應電流的記錄介質的信號場的情況下磁頭的輸出電壓的平方根值的電壓定義為用于計算爆音輸出電壓的閾值。在5秒的測量時間內對超過這一閾值的電壓計數(shù)。將這一操作重復三次，以提高計算數(shù)據的確定性。在此，當沒有觀察到爆音噪聲時，將受測薄膜磁頭評價為沒有爆音噪聲的穩(wěn)定元件。相反，如果觀察到爆音噪聲，則該受測薄膜磁頭進入下面的第二階段。
在第二階段中，當給該薄膜磁頭施加6kOe(大約480kA/m)的外部磁場時，如第一階段那樣對在薄膜磁頭的輸出電壓中產生的爆音輸出進行計數(shù)。在此，如果沒有觀察到爆音噪聲，則認為在前面的第一階段中觀察到的爆音噪聲是元件的磁化狀態(tài)所引起的噪聲。這種劃分基于這樣的事實，即當通過施加外部磁場而使元件中的磁性飽和時磁域壁運動所引起的巴克豪森(Barkhausen)噪聲等將會消失。相反，如果觀察到爆音噪聲，則認為這種爆音噪聲不是由元件的磁化狀態(tài)所引起的，而是電噪聲。
接著，在第三階段，為了確認爆音噪聲的重現(xiàn)，如第一階段那樣在沒有外部磁場的情況下對爆音噪聲進行計數(shù)。當如同第一階段的情況那樣觀察到爆音噪聲，則確認這種爆音噪聲是電爆音噪聲。如果觀察到在第二階段沒有觀察到的爆音噪聲，則認為這種爆音噪聲是由元件的磁化狀態(tài)所引起的。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人已經假定上述的電爆音噪聲是需要控制的電爆音輸出電壓，并且已經發(fā)現(xiàn)TMR效應元件中的電爆音輸出電壓與存在于隧道絕緣層中的電荷位置有關。
圖8示出了說明對多個配備TMR效應元件的薄膜磁頭進行耐受電壓測試的結果的曲線圖。在此，在層厚度方向上的每個TMR效應元件的阻抗值與該層的面積的乘積為4.0Ωμm2，并且隧道結面積為0.11×0.11μm2。此外，圖9示出了說明薄膜磁頭的輸出電壓模式的曲線圖。在此，在輸出電壓測量期間，在施加6kOe(大約480kA/m)的外部磁場的情況下，施加150mV的偏壓。此外，圖10示出了說明了電爆音輸出電壓與電介質擊穿電壓之間關系的曲線圖。
根據圖8，很清楚地將電介質擊穿電壓的值劃分為兩組。已知組A對應于隧道絕緣層中沒有電荷位置的情況，組B對應于有電荷位置的情況。
根據圖9，當在輸出電壓模式圖Vb1和Vb2中觀察到電爆音輸出電壓時，在輸出電壓模式圖Va中沒有爆音輸出電壓。只有在屬于組B的如圖10所示電介質擊穿電壓較小的薄膜磁頭中才能觀察到這種電爆音輸出電壓。因此，可以理解，電爆音輸出電壓是由隧道絕緣層中的電荷位置所引起的。在此，隨著電荷位置數(shù)目的增加，薄膜磁頭的阻抗值而減小，而電爆音輸出電壓的發(fā)生頻率增大。
基于上述實驗的結果，本發(fā)明的發(fā)明人假定將可能獲得具有充分減小的阻抗值并具有受限的爆音噪聲發(fā)生的TMR效應元件。作為結果，本發(fā)明的發(fā)明人提出本發(fā)明，其可以確實地形成隧道阻擋層中的電荷位置，但是要限制電荷位置，以便將電爆音輸出電壓減小到不會引起對元件輸出的不利效應的程度。此外，本發(fā)明的發(fā)明人提出本發(fā)明，其特征在于采用圖7所示的爆音噪聲分離方法來測量和制造TMR效應元件。
在此，將說明電荷位置密度n和捕獲電子的遷移率μ的條件表達式(1)。
通常將阻抗ρ表示為(2)ρ＝(neeμ)-1其中e是形成導電性的電子的電荷，ne是密度，μ是遷移率。在電爆音輸出電壓由電荷位置捕獲電子形成的情況下，形成一個脈沖噪聲的最大數(shù)目電子的密度ne為電荷位置的密度n。在此，電荷位置的數(shù)目由隧道阻擋層的尺寸、形狀以及在形成隧道阻擋層時的各種條件所確定，并且因此，在形成該層之后，電荷位置的密度n就是一個恒定的值。此外，由于電荷位置的存在而產生的電爆音輸出電壓會受到所捕獲電子的遷移率的瞬時變化的影響。也就是說，當電子經過隧道阻擋層時，當電子在電荷位置被捕獲時和當電子未被捕獲時的遷移率之間的差會影響電爆音輸出電壓。
在此，為了方便下面的說明，將清楚地定義在TMR效應元件讀盤期間的電爆音輸出電壓ΔVP和元件輸出電壓ΔVS。圖11a示出了說明了用作電爆音輸出電壓的測量例子的元件電壓的特性曲線圖，用于定義電爆音輸出電壓ΔVP。此外，圖11b示出了說明了元件阻抗MRR與施加的磁場之間的關系的特性曲線圖，用于定義元件輸出電壓ΔVS。
在圖11a中，電爆音輸出電壓ΔVP定義為在測量時間TM期間觀察到的電爆音輸出電壓的輸出峰值位置的電壓值與參考電壓值之間的差的最大絕對值。也就是說，ΔVP對應于電爆音輸出的峰值高度和波谷深度中的最大值。在另一方面，在圖11b中，當元件阻抗值為MRRP時電爆音輸出的最大值大于所述ΔVP(在假定電流為I時可轉換為阻抗值ΔVP/I)。在此，MRRP是當給每個磁頭施加外部磁場時的元件阻抗值，該外部磁場使得自由層的磁化方向匹配固定層的磁化方向。
應當注意，測量時間TM必須至少為5微秒，以確保爆音輸出電壓的確定性。當然，測量時間也可以長于5微秒，例如，在200微秒的量級上。
在另一方面，在TMR效應元件讀盤期間當元件輸出電壓ΔVS(在假定電流為I時可轉換為阻抗值ΔVP/I)為元件阻抗最大值MRRMAX與元件阻抗最小值MRRMIN之間的差時，以圖11b中的元件阻抗值MRRS為中心。在此，MRRS是非磁場的元件阻抗值。
基于上述的定義，以下將討論ΔVP和ΔVS的實際內容。假定當電子在隧道阻擋層中被捕獲時的特定阻抗和遷移率分別為ρP1和μ，并且當電子在隧道阻擋層中未被捕獲時的特定阻抗和遷移率分別為ρP2和μ0，則可以用表達式(2)來表示電爆音輸出電壓ΔVP(3)ΔVP＝(ρP1-ρP2)·l/S·I＝((neμ0)-1-(neμ)-1)·l/S·I其中S是隧道阻擋層的層面積，并且l是層的厚度，I是電流值。
另一方面，當固定層和自由層的極化產生的的上旋電子和下旋電子在費米級別上的狀態(tài)密度之間的差產生阻抗變化時，在TMR效應元件讀盤期間將產生元件輸出電壓ΔVS。也就是說，元件輸出電壓ΔVS可以表示為形成導電性的電子的密度的變化。在此，隧道電子的遷移率由隧道阻擋層的層厚度l等確定，并且其在電子未被捕獲時等于上述的遷移率μ0。
在此，假定在讀取信號期間當元件阻抗最小時特定阻抗和隧道電子密度分別為ρS1和nS2，并且當元件阻抗最大時特定阻抗和隧道電子密度分別為ρS2和nS2。于是，元件輸出電壓ΔVS可以表示為(4)ΔVP＝(ρS2-ρS1)·l/S·I＝((nS2eμ0)-1-(nS1eμ0)-1)·l/S·I接著，將說明元件輸出電壓ΔVS的允許范圍。
表1示出了當實施例為四個薄膜磁頭時，在數(shù)據讀取期間電爆音噪聲的輸出電壓ΔVP和元件輸出電壓ΔVS的測量結果，以及BER(比特誤碼率)。此外，圖12是表1中示出的測量結果中的ΔVP/ΔVS與BER之間的曲線圖。

表1表1由左開始，逐一示出了MRRP、MRRS、ΔVP和ΔVS的測量結果。此外，表1還一并示出了根據表達式(2)由這些測量值計算出的nμ、nμ0、nS1μ0和nS2μ0的值。此外，表1還在最右方示出了每個磁頭讀盤期間的BER的測量結果。根據表1，四個磁頭H1、H2、H3和H4的元件阻抗值MRRP和MRRS分別在223.6Ω到239.5Ω和248.2Ω到264.4Ω的范圍內并且元件輸出電壓ΔVS在3.11mV到3.66mV的范圍內。也就是說，可以看到這四個磁頭是在元件阻抗和元件輸出上沒有明顯差別的同一級別的磁頭。
圖12示出了表1中的ΔVP/ΔVS的結果與BER的測量結果之間的關系。根據圖12，盡管如上所述這四個磁頭具有同一級別上的元件阻抗和元件輸出，但是只有ΔVP/VS為0.2或0.2以上的磁頭H4的BER超過了10-4.5。
在此，在實際制造現(xiàn)場，根據經驗可以認為在相同測量條件下所測量的BER為10-4.5或10-4.5以下的磁頭是沒有缺陷的產品。因此，很明顯，作為電爆音輸出電壓ΔVP的允許范圍的上限的ΔVP/ΔVS的值必須小于0.2。
另一方面，由于還存在屬于較低電介質擊穿電壓組并且盡管具有電荷位置但幾乎不產生電爆音輸出電壓的TMR效應元件，電爆音輸出電壓ΔVP的下限是一個有限值，即該值大于信號輸出的0％。因此，(5)0＜ΔVP/ΔVS＜0.2成為條件表達式。
利用式(3)和式(4)，ΔVP/ΔVS變?yōu)?6)ΔVP/ΔVS＝((neμ0)-1-(neμ)-1)·((nS2eμ0)-1-(nS1eμ0)-1)-1＝(nS1nS2μ0(μ-μ0))·(n(nS1-nS2)μμ0)-1并且因此，根據式(5)和式(6)，得出上述條件表達式(1)0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2因此，當電荷位置的密度n和所捕獲電子的遷移率μ滿足條件表達式(1)時，元件阻抗足夠小，并且可以被限制在爆音噪聲的產生不會構成對再現(xiàn)的任何影響的程度。
圖13a和圖13b示出了說明了形成圖4中的實施例中的TMR多層332的一部分步驟的截面圖，并如同圖6的情況一樣示出了從圖4中磁頭末端表面300一側觀察的截面圖。
如圖13a所示，采用電鍍技術等在形成于滑塊襯底(未示出)上的絕緣層(未示出)上形成例如用NiFe組成的厚度大約為2μm的下電極層330。接著，例如采用濺射技術在絕緣層上依次形成例如由Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、或W組成的厚度大約為5nm的下金屬層70，例如由NiFe或NiCr組成的厚度大約為5nm的基層71，例如由PtMn、NiMn、IrMn、RuRhMn組成的厚度大約為5-15nm的反鐵磁層72，例如由CoFe組成的厚度大約為2nm的第一鐵磁膜73a，例如由Ru、Rh、Ir、Cr、Re和Cu中的一種、兩種或多種組成的合金制成的厚度大約為0.8nm的非磁膜73b，以及例如由CoFe組成的厚度大約為3nm的第二鐵磁膜73c。
接著，例如采用濺射技術在所形成的第二鐵磁膜73c上形成例如由Al組成的厚度大約為0.5-0.6nm的金屬膜。接著，在引入到真空設備中的包含氧分子、氧原子、氧離子、臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)中的一種、兩種或多種成分的氣體中對該金屬層進行氧化，并且該金屬層成為低阻抗隧道阻擋層74。在這些用于氧化的氣體中，O3和N2O特別地具有比氧氣更大的分子量，會產生比使用普通氧氣時更多的氧缺陷，并且相應地可以形成包括更多電荷位置的層。當實際使用N2O時，通過將N2O的局部氣壓設定為0.1-1kPa，將N2O的流動率設定為200-1000sccm，并且根據RA(層厚度方向上的阻抗值與層面積的乘積)對氧化時間進行調整，氧缺陷的數(shù)量可以比在使用普通氧氣的情況下增大50％-100％。另外，在包含氧分子、氧原子和氧離子的氣體中，還可以通過控制這些成分的局部氣壓、金屬層的溫度等來形成足夠的氧缺陷。
在此，金屬膜還可以由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或其中的兩種或多種元素組成的合金形成，或者由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金形成。這些所添加的具有較低的氧化自由能的元素有可能成為導致隧道阻擋層中電荷位置形成的金屬陽離子或金屬原子。也就是說，添加這些元素使得能夠切實地形成層中的電荷位置。
接著，如圖13b所示，例如采用濺射技術在所形成的低阻抗隧道阻擋層74上依次形成例如由CoFe組成的厚度大約為1nm的高極性膜75a，例如由NiFe組成的厚度大約為3nm的軟磁膜75b，例如由Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo和W組成的厚度大約為16nm的上金屬層76。
盡管未示出，但當如上所述在自由層75與上金屬層76之間形成疊層內偏磁多層時，例如采用濺射技術在軟磁膜75b上依次堆疊例如由Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cu、Pt、Au、Ag、Al和Si中的一種、兩種或多種組成的合金制成的厚度大約為1nm的偏磁非磁層，例如由CoFe組成的厚度大約為5nm的偏磁鐵磁層和例如由IrMn組成的厚度大約為7nm的偏磁反鐵磁層。
接著，如圖13c所示，將用于剝離(lift-off)等的光阻材料層暴于光中并使其顯影，并由此在上金屬層76(或偏磁反鐵磁層)上形成光阻材料構圖80。采用離子銑刻技術等以該光阻材料構圖81作為掩模將圖13c中以陰影示出的區(qū)域81去掉。接著，如圖13d所示，例如采用濺射技術在上面形成例如由Al2O3組成的絕緣膜，并利用用于去除光阻材料構圖80的剝離技術形成厚度大約為30nm的絕緣層333。此外，采用諸如電鍍之類的技術在上面形成例如由NiFe組成的厚度大約為2μm的上電極層334。
盡管未示出，當在絕緣層333的位置提供硬偏磁裝置時，在如上所示的離子銑刻處理之后，首先例如采用濺射技術形成例如由Al2O3組成的厚度大約為5-15nm的絕緣膜，并且然后堆疊例如由CoPt或CoCrPt組成的硬磁層。接著，采用用于去除光阻材料構圖80的剝離技術在絕緣層333的位置形成硬偏磁裝置。
當在絕緣層333的位置提供側軟磁層而非如上所述的硬磁層時，以同樣的方式形成側軟磁層。然而，側軟磁層由例如由NiFe制成的軟磁材料構成。此外，側軟磁膜包括諸如Al2O3之類的絕緣材料。
本例中反鐵磁層72、固定層73和自由層75的材料和厚度并不限于以上所描述的這些，而是可以利用各種材料和厚度。此外，對于固定層73，不僅可以采用由三層膜組成的三層結構，也可以是由鐵磁膜組成的單層結構，或具有不同數(shù)目層的多層結構。此外，對于自由層75，可以采用不具有任何高極性膜444a的單層結構，或除雙層結構以外的具有三層或更多層的包括磁失真校正膜的多層結構。
圖14a示出了示例性地說明了根據本發(fā)明的薄膜磁頭的制造方法的實施例的流程圖，并且圖14b示出了示例性地說明了該制造方法的另一個實施例的流程圖。
根據圖14a，首先，在滑塊晶片襯底的形成元件的表面上形成下電極層(步驟S1)，然后，形成TMR多層的固定層(步驟S2)，然后形成TMR多層的低阻抗隧道阻擋層(步驟S3)，然后形成TMR多層的自由層(步驟S4)，并且此外，形成上電極層(步驟S5)，并且至此完成TMR效應元件。接著，在形成元件間屏蔽層(步驟S6)之后，形成感應寫入頭元件(步驟S7)，形成保護層和信號電極(步驟S8)，并且然后完成晶片襯底步驟。
接著，將已經完成上述步驟的晶片襯底切削成柵列，在柵列上排列多個磁頭元件(步驟S9)。接著，為了獲得理想的MR高度，對這個柵列進行拋光以調整MR高度(步驟S10)。
在此，根據本發(fā)明的薄膜磁頭配備了低阻抗隧道阻擋層，并且通過在低阻抗隧道阻擋層形成步驟(步驟S3)中形成和控制層中的電荷位置來實現(xiàn)較低的元件阻抗。為了確定薄膜磁頭具有較低的元件阻抗并且電爆音輸出電壓是有限的，并且為了選擇符合條件的薄膜磁頭，在完成調整MR高度的輕擊修光(rapping)步驟(步驟S10)之后執(zhí)行選擇步驟(步驟SS)。這一選擇步驟的目的是只選擇那些經過測試已知電爆音輸出電壓在預定范圍內的薄膜磁頭，并且稍后將對此進行詳細說明(圖16)。然后，對經過了用于調整MR高度的輕擊修光之后的柵列切削并分隔成單個的滑塊磁頭(薄膜磁頭)(步驟S11)，并且至此完成薄膜磁頭的制造步驟。
如圖14b所示，這一選擇步驟(步驟SS)也可以在將柵列切削并分隔成滑塊磁頭之后執(zhí)行(步驟S11’)。此外，這一選擇步驟(步驟SS)還可以在完成形成圖14a中的上電極層(步驟S5)到形成柵列(步驟S9)的各步驟之后執(zhí)行。在任一種情況下，都已經形成了上電極層和下電極層，并且因此可以施加用于測試的偏壓。此外，還可以將利用步驟S1-S11所形成的滑塊磁頭安裝到吊架上，形成HGA，并執(zhí)行選擇步驟。
圖15示出了示例性地說明了根據本發(fā)明的用于檢測(選擇)薄膜磁頭(TMR效應元件)的測試設備的結構的一部分的透視圖。
根據圖15a，參考標號90表示柵列，在該柵列上多個薄膜磁頭彼此連接并排列，并且參考標號91表示測試設備。
通過將由多個磁頭元件組成的滑塊晶片襯底切削并分隔成單個的柵列并且然后執(zhí)行用于調整MR高度的輕擊修光，獲得柵列90。柵列90的每個磁頭元件32配備TMR效應元件33和電連接到該TMR效應元件33的信號電極對35。
測試設備91配備可以電接觸到TMR效應元件的信號電極對35的探針對91a、電連接到探針對91a以便提供偏壓或感應電流的偏壓和恒定電流源91b，電連接到探針對91a以測量來自TMR效應元件33的電壓輸出值的電壓測量電路91c，電連接到該電壓測量電路91c以將所測量輸出電壓的模擬信號轉換為數(shù)字信號的A/D轉換器91d，可以將足夠使TMR效應元件33磁飽和的直流磁場施加到柵列90的亥姆霍茲線圈91e，驅動亥姆霍茲線圈91e的直流磁場電源91f，以及電連接到A/D轉換器91d的數(shù)字計算機91g，該數(shù)字計算機91g連續(xù)地輸入數(shù)字信號、提取TMR效應元件的元件輸出電壓中產生的爆音噪聲、計算爆音輸出電壓并確定TMR效應元件的質量，并控制偏壓和恒定電流源91b、A/D轉換器91d和直流磁場電源91f的操作。
根據圖15b，作為關于受測對象的替代方案，將柵列90切削并分隔成單個滑塊磁頭21，并且通過電連接到TMR效應元件32的信號電極對35的探針對91a來執(zhí)行測試。測試設備的其他配置、操作和效果都與圖15a中所示的那些相同。
圖16示出了示例性地說明了根據本發(fā)明的薄膜磁頭的選擇步驟(測試方法)的流程圖。
首先，開始利用亥姆霍茲線圈91e對柵列90(圖15)施加飽和直流磁場(步驟SS1)。這一飽和直流磁場的特點是通過這種磁場，每個TMR效應元件33中的固定層的磁化方向與自由層的磁化方向之間的關系保持不變。
接著，將探針對91a電接觸到柵列90中待測的TMR效應元件的信號電極對35，并且在這種條件下，通過偏壓和恒定電流源91b給TMR效應元件施加5微秒的例如50-300mV，優(yōu)選的為150-200mV的偏壓(步驟SS2)。在此，施加偏壓的持續(xù)時間可以長于5微秒，例如，可以在200微秒的量級上。
接著，利用電壓測量電路91c測量來自TMR效應元件的輸出電壓，將輸出電壓輸入到計算機91g中，并且測量TMR效應元件的輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓ΔVP(步驟SS3)。
接著，停止給柵列90施加飽和直流磁場(步驟SS4)。然后給柵列90施加相當于信號場的磁場(步驟SS5)。
接著，利用偏壓和恒定電流源91b，給TMR效應元件施加預定的感應電流(步驟SS6)。接著，利用電壓測量電路91c測量TMR效應元件的輸出電壓，并且將該元件輸出電壓ΔVS載入計算機91g中(步驟SS7)。
接著，停止給柵列90施加相當于信號場的磁場(步驟SS8)。
計算電爆音輸出電壓ΔVP與元件輸出電壓ΔVS之間的比，并判斷計算結果ΔVP/ΔVS是否大于0并小于0.2(步驟SS9)。
當ΔVP/ΔVS大于0并小于0.2時，TMR效應元件具有較低的阻抗并且判斷其為具有有限電爆音輸出電壓的無缺陷產品(步驟SS10)，并且當ΔVP/ΔVS不在該范圍內時，判斷該TMR效應元件為缺陷產品(步驟SS11)。接著，逐一地對柵列90上的其他TMR效應元件執(zhí)行類似的判斷。
圖17示出了說明了根據本發(fā)明的薄膜磁頭的讀盤輸出增益的頻率特性的仿真結果的特性曲線圖。在圖17中，特性曲線C是具有傳統(tǒng)的隧道絕緣層的薄膜磁頭的特性曲線。在此，假設隧道絕緣層的阻抗為400Ω并且寄生電容為1.5pF。此外，特性曲線D是根據本發(fā)明的具有低阻抗隧道阻擋層的薄膜磁頭的特性曲線。在此，假設低阻抗隧道阻擋層的阻抗對應于將隧道阻擋層的阻抗400Ω和電荷位置的電導率的阻抗1500Ω并聯(lián)。在此，兩個阻抗的組合阻抗值為316Ω。因此，對應于特性曲線D的本發(fā)明的薄膜磁頭具有與傳統(tǒng)的薄膜磁頭(對應于特性曲線C)相比減小的元件阻抗。同樣將寄生電容假定為1.5pF。此外，假定兩個磁頭的有線連接部分的阻抗和連接長度都分別為76Ω和35mm，并且兩個磁頭的前置放大器的輸入阻抗和寄生電容都分別為7Ω和5pF。
根據圖17，在圖中的整個頻率范圍內，除了極低的頻率區(qū)域，根據本發(fā)明的薄膜磁頭D具有大于傳統(tǒng)磁頭C的增益。也就是說，可以理解，由于應用了適當?shù)牡妥杩筎MR效應元件，根據本發(fā)明的薄膜磁頭具有改善的高頻特性。
此外，在不偏離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行許多不同的替換和修改。因此，只能如所附的權利要求及其等價所定義的那樣對本發(fā)明進行限定。
權利要求
1.一種隧道磁阻效應元件，包括一隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及一兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；并且所述隧道阻擋層中的所述大量電荷位置的密度n和由所述大量電荷位置所捕獲的電子的遷移率μ滿足關系0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2，其中nS1和nS2分別是在讀取信號期間當元件阻抗為最小時的隧道電子的密度和當元件阻抗為最大時的隧道電子的密度，并且μ0是電子在未被捕獲時的遷移率。
2.一種隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置，以及當在垂直于具有磁飽和的所述隧道磁阻效應元件的所述隧道阻擋層的表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，由于所述大量電荷位置的存在產生電爆音輸出電壓。
3.根據權利要求2所述的隧道磁阻效應元件，其中ΔVP滿足關系0＜ΔVP/ΔVS＜0.2其中ΔVP是所述電爆音輸出電壓的強度，ΔVS是元件輸出電壓。
4.根據權利要求1-3任意之一所述的隧道磁阻效應元件，其中所述隧道阻擋層主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或其中的兩種或多種元素組成的合金與氧的化合物形成，或者由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金與氧的化合物形成。
5.根據權利要求1-3任意之一所述的隧道磁阻效應元件，其中所述隧道阻擋層通過在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧和一氧化二氮中的一種、兩種或多種成分的氣體中對金屬層進行氧化而形成。
6.根據權利要求5所述的隧道磁阻效應元件，其中所述金屬層主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或兩種或多種元素組成的合金形成，或由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金形成。
7.一種薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；并且所述隧道阻擋層中的所述大量電荷位置的密度n和由所述大量電荷位置所捕獲的電子的遷移率μ滿足關系0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2其中nS1和nS2分別是在讀取信號期間當元件阻抗為最小時的隧道電子的密度和當元件阻抗為最大時的隧道電子的密度，并且μ0是電子在未被捕獲時的遷移率；以及-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件。
8.一種薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括一隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置，以及當在垂直于具有磁飽和的所述隧道磁阻效應元件的所述隧道阻擋層的表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，由于所述大量電荷位置的存在產生電爆音輸出電壓；以及-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件。
9.一種頭萬向架裝置，包括-薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；并且所述隧道阻擋層中的所述大量電荷位置的密度n和由所述大量電荷位置所捕獲的電子的遷移率μ滿足關系0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2其中nS1和nS2分別是在讀取信號期間當元件阻抗為最小時的隧道電子的密度和當元件阻抗為最大時的隧道電子的密度，并且μ0是電子在未被捕獲時的遷移率；以及-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件；-跟蹤導體，用于為所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件供應電流；以及-支持機構，其支持所述薄膜磁頭。
10.一種頭萬向架裝置，包括-薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；以及當在垂直于具有磁飽和的所述隧道磁阻效應元件的所述隧道阻擋層的表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，由于所述大量電荷位置的存在產生電爆音輸出電壓；以及-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件；-跟蹤導體，用于為所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件供應電流；以及-支持機構，其支持所述薄膜磁頭。
11.一種磁盤驅動設備，包括-至少一個頭萬向架裝置，包括-薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；并且所述隧道阻擋層中的所述大量電荷位置的密度n和由所述大量電荷位置所捕獲的電子的遷移率μ滿足關系0＜(nS1-1-nS2-1)-1·(μ0-μ)·(nμ)-1＜0.2其中nS1和nS2分別是在讀取信號期間當元件阻抗為最小時的隧道電子的密度和當元件阻抗為最大時的隧道電子的密度，并且μ0是電子在未被捕獲時的遷移率；-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件；-跟蹤導體，用于為所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件供應電流；以及-支持機構，其支持所述薄膜磁頭；-至少一個磁盤；以及-記錄/再現(xiàn)電路，用于控制所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件的讀取和寫入操作。
12.一種磁盤驅動設備，包括-至少一個頭萬向架裝置，包括-薄膜磁頭，包括-至少一個作為數(shù)據讀取裝置的隧道磁阻效應元件，包括-隧道阻擋層，其主要由金屬氧化物構成；以及-兩個鐵磁體層，其堆疊在一起以便將所述隧道阻擋層夾在中間；所述隧道阻擋層包括大量電荷位置；以及當在垂直于具有磁飽和的所述隧道磁阻效應元件的所述隧道阻擋層的表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，由于所述大量電荷位置的存在產生電爆音輸出電壓；-至少一個作為數(shù)據寫入裝置的感應寫入頭元件；-跟蹤導體，用于為所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件供應電流；以及-支持機構，其支持所述薄膜磁頭；-至少一個磁盤；以及-記錄/再現(xiàn)電路，用于控制所述至少一個隧道磁阻效應元件和所述至少一個感應寫入頭元件的讀取和寫入操作。
13.一種隧道磁阻效應元件的測試方法，包括給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；當在垂直于所述隧道磁阻效應元件的層表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，測量在元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；并且根據所述測量結果評價所述隧道磁阻效應元件。
14.根據權利要求13所述的測試方法，其中所述評價所述隧道磁阻效應元件的步驟包括判斷所述電爆音輸出電壓ΔVP是否滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2，其中ΔVS是所述元件的輸出電壓。
15.一種隧道磁阻效應元件的制造方法，包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧和一氧化二氮中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；以及采用一種測試方法來選擇所述隧道磁阻效應元件，所述測試方法包括步驟給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；當在垂直于所述隧道磁阻效應元件的層表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，測量在元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；并且根據所述測量結果評價所述隧道磁阻效應元件。
16.根據權利要求15所述的制造方法，其中所述評價所述隧道磁阻效應元件的步驟包括判斷所述電爆音輸出電壓ΔVP是否滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2，其中ΔVS是所述元件的輸出電壓。
17.根據權利要求15所述的制造方法，其中所述金屬層主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或兩種或多種元素組成的合金形成，或由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金形成。
18.一種薄膜磁頭的制造方法，包括步驟采用一種制造方法在滑塊晶片襯底上形成隧道磁阻效應元件，所述制造方法包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧和一氧化二氮中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；以及利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；將所述滑塊晶片襯底切削成柵列，在該柵列上排列所述形成的隧道磁阻效應元件；對所述柵列進行拋光以便調整MR高度；以及采用一種測試方法選擇所述柵列上的所述隧道磁阻效應元件，所述測試方法包括步驟給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；當在垂直于所述隧道磁阻效應元件的層表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，測量在元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；并且根據所述測量結果評價所述隧道磁阻效應元件。
19.一種薄膜磁頭的制造方法，包括步驟采用一種制造方法在滑塊晶片襯底上形成隧道磁阻效應元件，所述制造方法包括步驟形成第一鐵磁體層，并在所述第一鐵磁體層上形成金屬層；在包括氧分子、氧原子、氧離子、臭氧和一氧化二氮中的一種、兩種或多種成分的氣體中對所述金屬層進行氧化，以形成隧道阻擋層；在所述隧道阻擋層上形成第二鐵磁體層，以形成隧道磁阻效應多層；以及利用所述隧道磁阻效應多層作為主要部分形成隧道磁阻效應元件；將所述滑塊晶片襯底切削成柵列，在該柵列上排列所述形成的隧道磁阻效應元件；對所述柵列進行拋光以便調整MR高度；將所述柵列切削并分隔成單獨的薄膜磁頭；以及采用一種測試方法來選擇所述單獨的薄膜磁頭上的所述隧道磁阻效應元件，所述測試方法包括步給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；當在垂直于所述隧道磁阻效應元件的層表面的方向上施加5微秒或更久的偏壓時，測量在元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；并且根據所述測量結果評價所述隧道磁阻效應元件。
20.根據權利要求18或權利要求19所述的制造方法，其中所述金屬層主要由Al、Ti、Mg、Hf、Zr、Si、Ta、Mo和W中的一種元素組成的金屬或兩種或多種元素組成的合金形成，或由在所述金屬或合金中添加了具有比所述金屬或合金更低的氧化自由能的Fe、Ni、Cr、Mn、Co、Rh、Pd、Cd、Ir、Zn、Ba、Ca、Li、Na、K和P中的一種、兩種或多種元素而獲得的合金形成。
21.一種隧道磁阻效應元件的測試設備，包括磁場施加裝置，用于給所述隧道磁阻效應元件施加外部磁場，以使所述隧道磁阻效應元件磁飽和；電壓施加裝置，用于給所述隧道磁阻效應元件施加5微秒或更久的偏壓；測量裝置，用于測量所述隧道磁阻效應元件的元件輸出電壓中產生的電爆音輸出電壓；以及評價裝置，用于根據所述電爆音輸出電壓ΔVP和所述元件輸出電壓ΔVS的測量值來對所述隧道磁阻效應元件進行評價。
22.根據權利要求21所述的測量設備，其中所述評價裝置包括用于判斷所述電爆音輸出電壓ΔVP是否滿足關系式0＜ΔVP/ΔVS＜0.2的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有充分減小元件阻抗和充分限制爆音噪聲的TMR(隧道磁阻)效應元件，其包括主要由包含大量電荷位置的金屬氧化物構成的隧道阻擋層。該電荷位置的密度n和該電荷位置所捕獲的電子的遷移率μ滿足關系0＜(n
文檔編號G11B5/39GK1848245SQ20061007205
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權日2005年4月5日
發(fā)明者猿木俊司, 稻毛健治, 桑島哲哉, 清野浩, 田上勝通, 福田一正, 河野雅秀 申請人:Tdk株式會社