專利名稱：磁阻磁頭和磁盤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁盤裝置，更具體地說，涉及用于再現(xiàn)磁性記錄信息的磁阻磁頭。
隨著更緊湊和高密度磁盤裝置的進(jìn)展，能夠產(chǎn)生高再現(xiàn)輸出電壓且與磁盤和磁頭之間相對速度無關(guān)的磁阻磁頭(MR磁頭)已投入實(shí)際使用。使用時(shí)安裝在磁盤裝置上的MR磁頭，利用各向異性磁阻效應(yīng)，其中其電阻變化取決于磁薄膜的磁化方向和信號探測電流流動方向之間構(gòu)成的相對角度。通過改進(jìn)磁頭結(jié)構(gòu)和薄膜材料正在進(jìn)行增強(qiáng)其性能的努力。當(dāng)需要幾個位/時(shí)2高的高表面記錄密度時(shí)，可以預(yù)料，對于利用各向異性磁阻效應(yīng)的任何MR礠頭，將發(fā)生靈敏度的降低，所以，利用微磁阻效應(yīng)的新磁頭的研究與發(fā)展正在進(jìn)行中，其中使它的電阻響應(yīng)于兩個磁薄膜中各個磁化方向間所形成的相對角度而改變，這兩個磁薄膜相互疊層，在它們之間插入非導(dǎo)磁薄膜。在上述任何形式的MR磁頭中，由于在磁阻薄膜中磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動，發(fā)生了電阻的改變，所以，為了得到無噪聲再現(xiàn)波形，必須盡可能多地抑制磁疇壁的運(yùn)動。
作為用于抑制由于磁疇壁的運(yùn)動引起的巴克豪森噪聲的裝置，在美國專利US5018037中公開了已有技術(shù)的疊層結(jié)構(gòu)，其中，在磁組薄膜上經(jīng)由非磁薄膜，疊層硬磁薄膜，而公開在美國專利US5018037和5079035中公開了另外的一些結(jié)構(gòu)，其中硬磁薄膜在其兩側(cè)上鄰近磁阻薄膜。
為了防止巴克豪森噪聲，對于用于磁阻磁頭的任何硬磁薄膜，需要兩個基本的磁性質(zhì)。一個是必須具有大的矯頑力。換句話說，由于MR磁頭加一個作為來自記錄介質(zhì)磁場的信號，同時(shí)處于來自記錄磁頭的記錄磁場之中，所以，即使在加了這樣的外磁場時(shí)，為了保持穩(wěn)定的再現(xiàn)特征，需要充分大的矯頑力值，以使由硬磁薄膜施加到磁阻薄膜上的縱向偏置磁場不易改變。另外一個要求是，平面中的磁分量應(yīng)該足夠大，也就是，通過沿著內(nèi)平面方向加一個磁場所測量的磁化回路的矩形比，應(yīng)該是大的。由于正是由硬磁薄膜產(chǎn)生的磁化分量中的平面中分量有效地作為縱向偏置磁場起了主要作用，所以，上述平面中的分量必須相當(dāng)大，并且它的磁化回路的矩形比也必須相當(dāng)大，從而，即使加了外磁場，縱向偏置磁場也將保持不變。


圖15表示公開在美國專利US5005096中的已有技術(shù)MR磁頭的結(jié)構(gòu)略圖。通過施加由硬磁薄膜26產(chǎn)生的磁場使上述已有技術(shù)MR磁頭在磁阻效應(yīng)層中可抑制巴克豪森噪聲，而該薄膜26是在由Cr或類似金屬制成的非磁底基層251上形成的。盡管通過提供非磁底基層251有可能得到具有大的矯頑力和大的矩形比的硬磁薄膜26，然而，由于使從硬磁薄膜26所得到的磁場部分通過包括軟磁薄膜13、非磁導(dǎo)電薄膜14、和磁阻效應(yīng)薄膜15的MR元件可以起重復(fù)循環(huán)，因此，在磁阻效應(yīng)薄膜15中的磁化方向在讀出區(qū)和其兩側(cè)之間變成相反，如圖15所示。所以，在磁阻效應(yīng)薄膜15中磁化狀態(tài)變成非常不穩(wěn)定，從而變成難于抑制巴克豪森噪聲。
圖16表示公開在美國專利US.5018037和5079035中的MR元件結(jié)構(gòu)，其中在MR元件的兩側(cè)，構(gòu)成硬磁薄膜，以便消除具有一個磁化分量方向的區(qū)域，在磁阻效應(yīng)薄膜該磁化分量的方向相反。結(jié)果，由硬磁薄膜產(chǎn)生的磁化上是有效作用在單向方向上。通過蝕刻除了讀出區(qū)之外的其它區(qū)，在讀出區(qū)的兩側(cè)構(gòu)成硬磁薄膜26，并在硬磁薄膜26上構(gòu)成電極的步驟，構(gòu)成了上述疊層薄膜的結(jié)構(gòu)，它包括軟磁薄膜13，非磁導(dǎo)電薄膜14，和磁阻效應(yīng)薄膜15(以下稱為軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜)。
然后，需要進(jìn)一步蝕刻來蝕刻軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜疊層的側(cè)部，以構(gòu)成平緩的傾斜，為的是在軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜，和硬磁薄膜26之間，還有和電極保持預(yù)定磁耦合和電接觸，從而，沿著軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜的平緩傾斜面構(gòu)成了硬磁薄膜26的一部分。然而，存在著和上述已有技術(shù)有關(guān)的一個問題，即，由于軟磁薄膜13或磁阻效應(yīng)薄膜15，通常具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)，因此，形成在這樣的晶體結(jié)構(gòu)上的一部分硬磁薄膜勢必很大程度上損害其性能，更具體地講，破壞了其矯頑力(與其它部分的矯頑力相比)。
再說，還有和已有技術(shù)有關(guān)的另外問題，已有技術(shù)一般使用Co-Cr-Pt硬磁薄膜，或Co-Cr硬磁薄膜，以此作為硬磁薄膜26，很難得到在除了軟磁薄膜13或磁阻效應(yīng)薄膜15區(qū)以外的其它區(qū)中都是足夠大的平面中磁化分量或矩形比。薄膜一般具有一種傾向，即，最大密度的晶體平面有平行于其薄膜表面生長的趨勢，因此，在已有技術(shù)軟磁薄膜情況下，平面<001>很可能平行于薄膜表面取向。另一方面，由于更容易磁化的方向是在<001>方向，所以，磁化的方向趨于垂直于薄膜平面，使最有效地響應(yīng)縱向偏置磁切的平面中分量減少。
通過提供一個適當(dāng)?shù)牡谆鶎硬⒃谄渖闲纬梢粋€硬磁薄膜，能夠解決和已有技術(shù)有關(guān)的這些問題。依據(jù)現(xiàn)代在磁記錄介質(zhì)方向的研究，由Cr或類似物制成的非磁襯層構(gòu)造，已知是有效的。然而，用于MR磁頭的在硬磁薄膜下邊提供的非磁底基層，將中斷在硬磁薄膜26和軟磁薄膜13以及磁阻效應(yīng)薄膜15之間的磁交換耦合，從而，不能獲得在軟磁薄膜13和磁阻效應(yīng)薄膜15的側(cè)邊區(qū)域中所希望的穩(wěn)定磁化效應(yīng)。因此，在這些鐵淦氧磁薄膜中的磁化變成不穩(wěn)定，從而很容易引起巴克豪森噪聲和再現(xiàn)特征的變化。
以上描述了使用各向異性磁阻效應(yīng)的已有技術(shù)的MR磁頭的問題。然而，使用微磁阻效應(yīng)的MR磁頭將發(fā)生同樣的問題，這是由于它的MR元件是由具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜組成的。
本發(fā)明的目的是提供一個磁阻磁頭和使用該磁頭的磁盤裝置，該磁頭對于它的硬磁薄膜，具有改進(jìn)的矯頑力和改進(jìn)的磁滯回路矩形比，從而，即使安置在有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜上，也能阻止硬磁薄膜矯頑力的降低，而且能消除巴克豪森噪聲，并具有穩(wěn)定再現(xiàn)性能，所有這些是通過構(gòu)成MR元件的硬磁薄膜和鐵淦氧磁薄膜之間保持磁交換耦合實(shí)現(xiàn)的。
通過提供磁阻效應(yīng)型磁頭能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的，而該磁阻效應(yīng)型磁頭具有一個磁阻薄膜，它用磁阻效應(yīng)將一個磁信號轉(zhuǎn)變成電信號；一對電極，用于把信號探測電流送到磁阻效應(yīng)薄膜；以及一個縱向偏置層，用于將一個縱向偏置磁場加到磁阻效應(yīng)薄膜上，其中所說縱向偏置層包括由鐵淦氧磁薄膜制成的底基層，和在其上形成的硬磁薄膜。
作為例子，具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的任何鐵淦氧磁薄膜、或非晶鐵淦氧磁薄膜能用作由鐵淦氧磁薄膜所組成的底基層。另外，為達(dá)到上述本發(fā)明的目的，也可使用包括反鐵淦氧磁薄膜的襯底，而不使用包括鐵淦氧磁薄膜的底基層。
在磁阻效應(yīng)薄膜使用了在其磁阻效應(yīng)中顯示各向異性的材料的情況中，需要提供用于將一個橫向偏置場加到磁阻效應(yīng)薄膜上的裝置。通過提供經(jīng)由非磁導(dǎo)電薄膜靠近磁阻效應(yīng)薄膜的軟磁薄膜、實(shí)現(xiàn)了施加這樣的偏置場的典型方法。
此外，本發(fā)明的磁阻效應(yīng)薄膜可以包括一種疊層結(jié)構(gòu)，其包括第一磁薄膜、第2磁薄膜、以及插在其間的一種非磁導(dǎo)電薄膜，其中通過鄰近第1磁薄膜的反鐵淦氧磁層將所說第1磁薄膜的磁化方向固定，并且在沒有外磁場存在的情況下，所說第2磁薄膜的磁化方向基本上垂直于所說第1磁薄膜的磁化方向，并且其中磁阻疊層薄膜的電阻依據(jù)在所說第1磁薄膜中磁化方向和在所說第2磁薄膜的磁化方向之間相對角度改變。用作本發(fā)明硬磁薄膜的材料包括含有Co和M1作為主要成分的合金(其中M1是選自Cr，Ta，Ni，Pt和Re組中的至少一種元素)，或一種添加氧化物的合金，它具有由Co和M1并添加M2制成的合金(其中M2是選自氧化硅，氧化鋯，氧化鋁，和氧化鉭組中的至少一種氧化物)。Co-Cr-Pt合金的其它典型例子包括Co-Re合金，Co-Cr合金，Co-Ta-Cr合金，Co-Ni-Pt合金和類似的合金。
用作硬磁薄膜底基層的材料(它是具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜)包括Fe-Cr合金，F(xiàn)e，F(xiàn)e-Ni合金，F(xiàn)e-Co合金，F(xiàn)e-Ni-Co合金，或具有上述合金之一的添加M3的任何合金(其中M3是選自Si，V，Cr，Nb，Mo，Ta和W組中的至少一種元素)。
在Fe-Ni合金的情況下，使用了Fe-0-25％Ni。在Fe-Co合金的情況下，使用了Fe-0-80％Co。在Fe-Ni-Co合金的情況下，使用了Fe100-a-b-Nia-Cob(其中0≤a≤25，0≤b≤80)。在使用Fe和添加任何上述非磁元素的Fe合合金的合金的情況下，用作鐵淦氧磁襯薄膜的成分比的范圍應(yīng)該保證穩(wěn)定的面中心立方柵格結(jié)構(gòu)，并能在溫度100℃左右顯示鐵淦氧磁性，在該溫度下使用磁盤單元通常是令人滿意的。在Fe和任何上述添加元素的組合的情況下，各個元素添加的各自上限，分別是32％(對于Si)，48％(對于V)，45％(對于Cr)，和6％(對于Nb，Mo，Ta和W)。其中，更具體地講，F(xiàn)e-Cr合金是優(yōu)選的，從高抗腐蝕性的觀點(diǎn)看，其中5-45％Cr最好。
利用了以Co和M5(其中M5是選自Ti，V，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，Y，Ru，Rb，Cu，Ag，Au和Pt組中的至少一種元素)作為主要成分的非晶合金作為由非晶鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的底基層的材料。
此外，作為具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的反鐵淦氧磁薄膜，利用了具有作為其主要成分的Cr，Mn和M4的一種合金(其中M4選自Cu，Au，Ag，Co，Ni和白金金屬組中至少一種元素)。
通過使用要么有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜，非晶鐵淦氧磁薄膜，要么有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的反鐵淦氧薄膜制成的底基層，按照本發(fā)明能夠有利地產(chǎn)生下列作用。
由于相應(yīng)于其容易磁化方向的硬磁薄膜<001>方向由垂直于薄膜平面的方向向平行于薄膜平面的方向傾斜，或者完全取向于薄膜平面的方向，所以可明顯改善矯頑力和磁帶回路矩形比。
此外，在有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜上，當(dāng)形成硬磁薄膜時(shí)，有面中心立方柵格并有小的晶體磁各向異性的任何晶體顆粒的生長被抑制在硬磁薄膜內(nèi)，從而阻止了矯頑力的減少。對于前述的硬磁薄膜材料，除了具有最密堆積的六邊形柵格的并具有大的晶體磁各向異性的晶體之外，已知還存在著這樣的晶體，它具有面中心立方柵格，并有小的晶體磁各向異性。當(dāng)在形成有硬磁薄膜的層上有面中心立方柵格時(shí)，由于對晶體結(jié)構(gòu)的影響，有面中心立方柵格的晶體顆粒，也有在硬磁薄膜中形成的趨勢。然而，使用上述的底基層，能夠阻止矯頑力的減少。
硬磁薄膜即使在有不同晶體結(jié)構(gòu)的層上形成，也能產(chǎn)生具有均勻磁特征的硬磁薄膜，和通過提供上述底基層產(chǎn)生的不同的底層無關(guān)。
此外，通過由在硬磁薄膜和構(gòu)成MR元件的鐵淦氧磁薄膜之間的磁交換耦合引起的相互作用，在構(gòu)成MR元件的鐵淦氧磁薄膜內(nèi)，磁化方向能夠穩(wěn)定地固定在和縱向偏置磁場方向相同的方向上，該縱向偏置磁場是由硬磁薄膜產(chǎn)生的，并進(jìn)入MR元件的讀出部分。
用作本發(fā)明的底基層的具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜對于改變在其上要形成的硬磁薄膜中晶體的取向和增加平行于薄膜平面方向上內(nèi)平面磁化分量具有顯著的作用。把Fe和Cr作為其主要成分、并具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)、用作本發(fā)明鐵淦氧磁薄膜的一種合金適合于具有穩(wěn)定的面中心立方結(jié)構(gòu)，通過已知制造方法構(gòu)成具有面中心立方柵格的鐵淦氧磁薄膜。此外，具有Cr 5-45％原子比的Fe-Cr合金，提供了本發(fā)明一種最佳底基層，這是由于它具有抗腐蝕性。適合于實(shí)際應(yīng)用，以及在100℃左右溫度下它顯示了非常好的鐵淦氧磁性，而100℃是當(dāng)磁盤裝置工作期間所處的周圍溫度。
當(dāng)硬磁薄膜用作縱向偏置層以便將縱向偏置加到磁阻磁頭上時(shí)，硬磁薄膜固有的矯頑力必須具有與作用在其上的外磁場的矯頑力相比是充分大的值。然而，當(dāng)硬磁薄膜構(gòu)成在磁阻效應(yīng)薄膜上，或Ni-Fe合金薄膜上(用作軟磁薄膜，用于提供一個橫向偏置場)時(shí)，其因有的矯頑力與其構(gòu)成在玻璃基底上時(shí)相比顯著地減少，從而它不能用作縱向偏置層。為了阻止固有矯頑力的減少，采取一種方法，將硬磁薄膜經(jīng)由非磁層疊層在磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜上。然而在上述情況下，不能充分抑制巴克豪森噪聲。這是因?yàn)?，在磁阻效?yīng)薄膜或軟磁薄膜中存在著一部分，它的磁化方向與硬磁薄膜的磁化方向相反，從而引起磁化方向的不穩(wěn)定，或引起磁疇壁。因此，如果在磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜中的磁化方向穩(wěn)定在和硬磁薄膜磁化方向相同的方向上，那么能顯著地抑制巴克豪森噪聲。
為了抑制硬磁薄膜固有的矯頑力的減少，并把在磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜中磁化方向穩(wěn)定在和硬磁薄膜的磁化方向相同的方向上，最有效的作法是構(gòu)成具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜作為底基層，然后，在其上構(gòu)成硬磁薄膜。提供具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的底基層的上述步驟，導(dǎo)致抑制具有面中心立方柵格的晶體顆粒的生長，其晶體磁各向異性基本是小的，并導(dǎo)致促進(jìn)最密堆積的六邊形柵格的生長，其晶體磁各向異性基本是大的。況且，使用鐵淦氧磁材料的底基層的構(gòu)造，在磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜和硬磁薄膜之間產(chǎn)生交換耦合，從而，將磁化方向穩(wěn)定在相同方向上。通過按照本發(fā)明這樣安排的結(jié)構(gòu)，由于硬磁薄膜引起的縱向偏置磁場的效果和由于交換耦合引起的穩(wěn)定磁場的效果的聯(lián)合作用產(chǎn)生一種改進(jìn)的減少巴克豪森噪聲的抑制效果。相反地，由于通過促進(jìn)磁化穩(wěn)定的交換耦合附加作用，使用具有更小的固有矯頑力的硬磁薄膜，能獲得相同的噪聲抑制效果，從而展寬了選擇可用于硬磁薄膜材料的范圍，和用于薄膜制造的條件，因此便于其制造。此外，由于通過在磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜和硬磁薄膜之間的交換耦合可得到的磁場值隨著插在其間的鐵淦氧磁薄膜厚度的減少而增大，所以，鐵淦氧磁薄膜厚度最好應(yīng)該盡可能薄。當(dāng)使用盡可能薄的底基層時(shí)，在硬磁薄膜和磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄之間的距離變成小于離屏蔽薄膜的距離，因此能夠消除，通過屏蔽膜吸收來自硬磁薄膜的磁場的問題，從而，阻止將縱向偏置磁場充分地加到讀出部分，隨之減少了對巴克豪森噪聲的抑制效果。
對于底基層，通過使用反鐵淦氧磁薄膜或具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的非晶鐵淦氧磁薄膜，能夠得到抑制巴克豪森噪聲同樣的效果和優(yōu)點(diǎn)。
由于縱向偏置磁場的值取決于構(gòu)成縱向偏置層的鐵淦氧磁薄膜的磁通量，所以，一般通過改變剩余磁通量密度和鐵淦氧磁薄膜的厚度來調(diào)節(jié)它。至于具有底基層的硬磁薄膜，通過把硬磁薄膜的剩余磁通量和其厚度之間的乘積、和底基層的剩余磁通量密度和其厚度之間的乘積相加求和來確定實(shí)際的效果。關(guān)于縱向偏置磁場的可控性，當(dāng)使用了反鐵淦氧磁薄膜時(shí)，由于來自底基層的磁通量將被消除，所以，最容易控制縱向偏置磁場。當(dāng)使用的底基層是鐵淦氧磁薄膜時(shí)，不管其晶體結(jié)構(gòu)是面中心立方柵格還是非晶，可以認(rèn)為，剩余通量密度越小，通過考慮薄膜厚度的變化進(jìn)行控制就越容易。
本發(fā)明的特征在于提供一種磁阻磁頭，具有一個磁阻效應(yīng)元件層，包括由磁場改變電阻的磁阻效應(yīng)薄膜，一個橫向偏置薄膜用于把橫向偏置場加到磁阻效應(yīng)薄膜上，以及插在橫向偏置薄膜和磁阻效應(yīng)薄膜之間的分隔薄膜；一對縱向偏置層，安置在磁阻效應(yīng)元件層兩側(cè)并與其緊靠，用于將縱向偏置加到磁阻效應(yīng)薄膜上；以及一對電極，提供在永磁薄膜上，用于將一個探測信號傳導(dǎo)到磁阻效應(yīng)薄膜上，其中永磁薄膜厚度小于磁阻效應(yīng)元件層的厚度，且縱向偏置層包括前述安排。
最好，前述硬磁薄膜，要么是Co-Pt合金、Co-Cr-Pt合金，要么是該合金再添加選自氧化鈦，氧化礬、氧化鋯，氧化鈮，氧化鉬，氧化鉿，氧化鉭，氧化鎢，氧化鋁，氧化硅，以及氧化鉻組中至少一種成分。
本發(fā)明的上述硬磁薄膜最好包括下述結(jié)構(gòu)式1或2的成分。
CoaCrbPtc(1)或(CoaCrbPtc)1-x(Moy)x(2)其中X0.01至0.20，Y0.4到3，a0.7到0.9，b0到0.15，C0.03到0.15，MTi、V、Zr、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si、和Cr組中至少一個元素。
一種軟磁薄膜用于將橫向偏置場加到磁阻效應(yīng)薄膜上，該軟磁薄膜最好是由Ni-Fe合金，Co，Ni-Fe-Co合金中的一種，和選自氧化鋯、氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦、氧化鈹、氧化鎂、稀土氧化物，氮化鋯、氮化鉿、氮化鋁，氧化鈦、氮化鈹、氮化鎂、氮化硅、和稀土氮化物中至少一種或更多種成分制成的化合物。
最好，軟磁薄膜用于將橫向偏置場加到磁阻效應(yīng)薄膜上，軟磁薄膜具有電阻率70微歐姆厘米或更大些。
最好，前述橫向偏置薄膜是含有鎳78-84原子百分比的一種Ni-Fe合金。
本發(fā)明提供的磁阻磁頭具有一對放置在基底上的縱向偏置層，一對電極構(gòu)成在其上，和磁阻元件層提供在所說一對縱向偏置層之間與其鄰近，其中所說元件層包括一個由氧化鎳制成的反鐵淦氧磁薄膜，兩層鐵淦氧磁薄膜，一個非磁金屬薄膜，以及一個軟磁薄膜，將它們順序地淀積在基底上，而其中縱向偏置層包括前述安排。
最好，所說兩層鐵淦氧磁薄膜包括一個鐵淦氧合金層，含有Ni70-95原子百分比，和一個Co層，將它們順序地淀積在基底上。
所說兩層鐵淦氧磁薄膜最好包括第1軟磁薄膜，它鄰近反鐵淦氧磁薄膜；和第2軟磁薄膜，它有比第1軟磁薄膜更大的磁阻變化率。
本發(fā)明涉及磁阻磁頭，它具有一對提供在基底上的縱向偏置層，一對形成在所說一對縱向偏置層上的電極，和一個磁阻效應(yīng)元件層，它提供在所說一對永久磁鐵的縱向偏置層之間與之接觸，其中所說元件層包括一個反鐵淦氧磁薄膜，一個鐵淦氧磁薄膜，一個非磁薄膜，一個軟磁薄膜，一個非磁薄膜，一個鐵淦氧磁薄膜，以及一個反鐵淦氧磁薄膜，將每一個膜由所說基底側(cè)邊順序淀積。
至于包含在用于本發(fā)明的磁阻磁頭中的所說縱向偏置薄膜和側(cè)向偏置薄膜的每一種化合物的量，在每一個化合物中除了氧或氮之外的每個原子百分比相對于除了氧和氮之外的總原子百分比最好是3到20％。這是因?yàn)?，?dāng)化合物量小于3％時(shí)，其電阻太小，而當(dāng)大于20％時(shí)，它的飽和磁通量減少太多以至于不夠用于偏置薄膜。按照本發(fā)明的偏置薄膜的電阻率基本上和化合物的添加量成正比地增加，然而，磁阻磁頭最好具有電阻率70微歐姆厘米或更大。這是由于一個觀測結(jié)果，即，磁阻磁頭的輸出將減少，除非偏置薄膜的電阻率充分大于磁阻效應(yīng)薄膜的電阻率。由于磁阻效應(yīng)薄膜的電阻率通常在20到30微歐姆厘米，從而，最好是該值的兩倍作為確定偏置薄膜電阻率的準(zhǔn)則。
形成本發(fā)明偏置薄膜，可通過蒸發(fā)淀積、濺射、離子濺射、或類似方法。通過將由Ni、Fe、Co和類似金屬制成的合金粉末與化合物粉末混合，燒結(jié)、和模壓混合后的粉末的步驟，可提供濺射或離子濺射的靶。按另一種方式，通過將一片化合物安置在包括Ni、Fe、Co或類似金屬的金屬靶上，也可以得到靶，由此，通過使用這樣的靶，能夠同時(shí)淀積包括Ni、Fe、Co或類似金屬的合金和化合物。此外，如上所述通過在濺射裝置內(nèi)淀積包括Ni、Fe、Co或類似金屬的金屬靶和化合物靶，使得從靶射出的各粒子基本混合在基底上，能夠制造本發(fā)明偏置薄膜。
使用氧化鎳、Fe-Mn合金薄膜，Cr-Mn合金、Cr-Al合金薄膜、或類似薄膜，作為反鐵淦氧磁薄膜。
按照本發(fā)明的硬磁薄膜有一個抗外磁場的性質(zhì)，從而，其磁化方向幾乎不能改變，例如，假設(shè)它的矯頑力是100奧斯特或更大，它們磁化方向基本上不改變，即使加以50奧斯特的外磁場也不改變，因此，顯示了和反鐵氧磁薄膜同樣的效果。即，由于本發(fā)明的硬磁薄膜具有能將單向各向異性通過偏置交換耦合施加到形成在其鄰近的另一個磁薄膜上的性質(zhì)。從而，在鄰近其的磁阻效應(yīng)薄膜中，有效地產(chǎn)生一個縱向偏置磁場。
作為前述磁薄膜，最好使用包含Ni70-95原子百分比和Fe5-30原子百分比的一種合金，或者一種前述合金添加Co1-5原子百分比，或者具有面中心立方柵格結(jié)構(gòu)并含有Co30-85原子百分比，Ni2-30原子百分比，和鐵2-50原子百分比的一種合金。此外，可以同樣使用其它合金如坡莫合金、波民瓦爾鐵鎳鈷合金、或類似合金。即，最好使用鐵淦氧磁材料并具有改進(jìn)的軟磁特征，由于這樣的材料將很容易制造成希望的疊層結(jié)構(gòu)，提供一種改進(jìn)的軟磁特性，以及一種改進(jìn)的磁阻效應(yīng)。
作為前述非導(dǎo)磁薄膜，最好使用Au、Ag、Cu，另外還可使用Cr，Pt，Pd，Ru，Rh等，或者它們的合金。也就是，希望使用一種在室溫下不會自動磁化的材料，并具有良好的電子透射比的材料。
也有可能使用一種非常薄的非磁絕緣薄膜，代替非導(dǎo)磁薄膜。也就是說，由于任何種形式的薄膜都可以使用，只要它能夠允許電子在磁薄膜之間運(yùn)動，例如，也可使用隧道效應(yīng)薄膜。在上述情況下，對于非磁絕緣薄膜，需要作得薄到足以保證電子穿過隧道，一般最好小于100埃，而實(shí)際上小于50埃。作為提供前述非磁分隔薄膜的一種方法，最好使用在軟磁薄膜表面上一個氧化物薄膜，或者分別形成在軟磁薄膜上的一種金屬薄膜，該金屬薄膜可以是，如，鋁表面上的一種氧化物薄膜。此外，也可以使用氧化鋁薄膜或類似薄膜。也就是說，希望使用具有切斷磁薄膜之間磁耦合性質(zhì)的材料。
進(jìn)一步，作為在其上構(gòu)成這些薄膜底層的前述基底，可以具有作為滑座的功能，以便安裝磁盤裝置，因此，對于上述基底，最好是由含有TiC5％或更少、穩(wěn)定的鋯、或類似金屬的氧化鋁的燒結(jié)陶瓷組成。
通過提供這樣薄膜結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供的磁阻效應(yīng)元件具有一種性能，即允許其電阻在處于弱外磁場下在5-10％范圍內(nèi)顯著地改變。所以，按照本發(fā)明的磁盤裝置、可以具有一種功能在再現(xiàn)步驟期間可將直接記錄在模擬狀態(tài)的記錄信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，且每一個磁盤區(qū)具有改進(jìn)的記錄容量，即，增加了記錄密度。
至于薄膜結(jié)構(gòu)，可以通過在基底上形成平面型薄膜(如氧化鋁，氧化鎳，或類似氧化物)，或者形成在基底上的另一個底基層(如Fe、Ti、Ta、Zr、Hf、Nb、Co-Fe合金)來構(gòu)成。對于形成在其底上的薄膜，希望使多層薄膜能平坦地形成在其表面上，并且在基底表面上提供一種均勻和平面膜型結(jié)構(gòu)。由金屬制成的每一個薄膜最好具有20到200埃厚，而由除了金屬之外制成的每一個薄膜最好具有5到1000埃厚。
按照本發(fā)明的一種薄膜磁頭結(jié)合了感應(yīng)型記錄磁頭在記錄介質(zhì)中記錄信號的特征和磁阻效應(yīng)型再現(xiàn)磁頭再現(xiàn)這樣記錄的信號的特征，其中再現(xiàn)磁頭包括一種夾心結(jié)構(gòu)，即，兩個磁薄膜和插在兩個磁薄膜之間的非導(dǎo)磁薄膜，而所說記錄磁頭構(gòu)成在所說基底和所說再現(xiàn)磁頭之間。
按照本發(fā)明，由于增加其磁薄膜中形狀各向異性，有可能減少磁阻效應(yīng)元件中靈敏度下降。由于磁薄膜形狀各向異性值近似正比于其厚度，所以，通過構(gòu)成更薄的磁薄膜就能減少上述下降。另一方面，為了阻止由于表面散射造成的輸出下落，對于磁阻薄膜需要的總厚度為由100到300埃。然而，由非磁薄膜分開的每一個薄膜厚度，更具體地講，由于輸出沒有損失發(fā)生，所以在薄膜疊層中心的軟磁薄膜的厚度可以小于100埃，或甚至于由10到20埃。這是由于以下事實(shí)磁阻效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制在于它的磁薄膜/非磁薄膜/磁薄膜的交界面。
此外，在本發(fā)明磁阻效應(yīng)元件中磁薄膜厚度最好是5到1000埃，并且更具體地講為使磁薄膜在室溫下有充分的磁化，并為了最充分利用磁阻效應(yīng)的電流，其厚度由10到100埃。
對于分開每個磁薄膜的非磁導(dǎo)電薄膜，希望具有厚度2到1000埃。非磁導(dǎo)電薄膜的這個厚度必須要能保證電子傳導(dǎo)不受阻礙地通過，而且，在磁薄膜之間的反鐵淦氧磁或鐵淦氧磁耦合要保持充分小，因此，最好對于Cu的具體厚度例如是10到30埃。
本發(fā)明磁阻元件的合適結(jié)構(gòu)例子包括NiO，NiFe，Cu，NiFe，Cu，NiFe，NiO薄膜如上所述，依次疊層在基底上，并在其頂部上安置一對電極。另外，它是由NiO，Co/NiFe，Cu，CoNiFe，Cu，Co/NiFe薄膜，以所列舉的順序依次疊層在基底上，并在其頂部上安置一對電極。
此外，本發(fā)明磁阻效應(yīng)元件包括NiO，Co-Ni-Fe，Cu，Ni-Fe，Cu，Co/Ni-Fe，NiO的薄膜順序疊層在基底上，并在其頂上安置一對電極。本發(fā)明這些安排的優(yōu)點(diǎn)在于它能非常有效地阻止由于表面散射所造成的輸出減少，能改進(jìn)有效輸出，以及減少疊層中心薄膜的厚度，從而能阻止在磁薄膜中由于形狀的各向異性造成的元件靈敏度的下降，而不會降低輸出。
本發(fā)明的磁盤裝置包括在其再現(xiàn)單元中以上所述的磁阻效應(yīng)元件，因此優(yōu)點(diǎn)是由于能縮短信息記錄在記錄介質(zhì)上的記錄波長，所以，能夠明顯改進(jìn)記錄密度，并能實(shí)現(xiàn)具有足夠大的再現(xiàn)輸出和穩(wěn)定記錄質(zhì)量的極窄磁道寬度。
從以下結(jié)合附圖的說明中，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的，其中圖1是本發(fā)明磁阻磁頭部分透視略圖；圖2是用于比較在已有技術(shù)單層硬磁薄膜和本發(fā)明有面中心立方結(jié)構(gòu)作為底基層并具有鐵淦氧磁薄膜的硬磁薄膜之間的磁特性圖。
圖3是用于比較在已有技術(shù)單層硬磁薄膜和本發(fā)明有面中心立方結(jié)構(gòu)作為底基層并具有鐵淦氧磁薄膜的硬磁薄膜之間的X射線剖面圖。
圖4是利用按照本發(fā)明一個實(shí)施例各向異性磁阻層在其讀出區(qū)域中的磁阻磁頭的截面圖；圖5表示沿有鐵淦氧磁材料底基層并具有本發(fā)明面中心立方柵格的磁阻磁頭磁道方向的靈敏度分布圖；圖6表示按照本發(fā)明磁化模型略圖；圖7表示沿使用Cr襯底的已有技術(shù)的磁阻磁頭的磁道方向的靈敏度分布圖；圖8表示按照已有技術(shù)磁化模型的略圖；圖9是利用本發(fā)明另一個實(shí)施例各向異性磁阻效應(yīng)在其磁化讀出區(qū)域附近另一個磁阻磁頭部分截面視圖；圖10表示微觀磁阻疊層薄膜結(jié)構(gòu)略圖；圖11表示利用本發(fā)明各向異性磁阻效應(yīng)在其磁化讀出區(qū)附近另一個磁阻磁頭的截面圖；圖12表示利用本發(fā)明磁阻效應(yīng)薄膜在其磁化讀出區(qū)附近再一個磁阻磁頭的截面圖；圖13是用于比較在已有技術(shù)單層硬磁薄膜和利用按照本發(fā)明非晶鐵淦氧磁薄膜作為底基層的硬磁薄膜之間的X射線剖面圖；圖14是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例利用磁阻磁頭的磁盤系統(tǒng)的圖；圖15表示已有技術(shù)磁阻磁頭的薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖16表示另一個已有技術(shù)磁阻磁頭薄膜結(jié)構(gòu)圖；圖17是利用本發(fā)明的再一個實(shí)施例的磁阻薄膜層在其磁化讀出區(qū)附近的另一個磁阻磁頭的部分截面視圖；圖18是在本發(fā)明一個實(shí)施例的磁化讀出區(qū)附近磁阻磁頭的透視圖；圖19是本發(fā)明另一個實(shí)施例的磁化讀出區(qū)附近磁阻磁頭的透視圖；圖20是本發(fā)明再一個實(shí)施例的磁化讀出區(qū)附近磁阻磁頭的透視圖；圖21是按照本發(fā)明一個實(shí)施例的一種薄膜磁頭(包括再現(xiàn)磁阻磁頭和記錄感應(yīng)式磁頭)的透視圖；圖22是按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的一種薄膜磁頭(包括再現(xiàn)磁阻磁頭和記錄感應(yīng)式磁頭)的透視圖；[標(biāo)號說明]10…非磁基底，13…軟磁薄膜，14，33.56…非磁導(dǎo)體薄膜，15…磁阻薄膜，17…電極薄膜，18，20…絕緣薄膜，24…縱向偏置層，26…硬磁薄膜，31…反鐵淦氧磁層，32，34…磁薄膜，35…保護(hù)膜，36…磁道寬度方向，45…Co薄膜，51…軟磁薄膜中的磁化，52…磁阻效應(yīng)薄膜中的磁化，53…硬磁薄膜中的磁化，54…80％Ni-Fe合金薄膜，60…磁阻元件，83…上磁薄膜，84下磁薄膜，85線圈導(dǎo)體，90…磁頭滑動觸頭，91…記錄媒體，92…致動器，93…主軸馬達(dá)，94…信號處理電路，100…磁化讀出區(qū)，111…下屏蔽層，112…上屏蔽層，121…下間隙層，122…上間隙層，201…基底，202…主軸，203…馬達(dá)，204a、204b、204c、204d、204e…磁盤，205a，205b，205c，205d，205e…磁頭，206…托架，207…聲音線圈，208…磁鐵209…聲音線圖馬達(dá)控制電路，210寫/讀電路，211…接口，212…上級單元，213…聲音線圈馬達(dá)，251…非磁底基層，252…鐵淦氧磁底基層。
實(shí)施例1以下將說明在底基層上所構(gòu)成的硬磁薄膜、并使用具有按照本發(fā)明的面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的Fe-Cr合金薄膜的一個底基層、在磁特征方面的改善。圖2(a)和(b)，比較，在單層已有技術(shù)Co-Cr-Pt硬磁薄膜(圖2(a))和按照本發(fā)明在Fe-Cr合金薄膜上構(gòu)成的Co-Cr-Pt合金硬磁薄膜(以后稱為Fe-Cr/Co-Cr-Pt)(圖2(b))之間在內(nèi)薄膜方向的磁特征。通過進(jìn)行濺射形成薄膜。不管是否使用底基層，Co-Cr-Pt硬磁薄膜的厚度是40毫微米，而Fe-Cr合金薄膜厚度是10毫微米。作為實(shí)例，Co-Cr-Pt硬磁薄膜的成分被規(guī)定是49％，Co，14％Cr，17％Pt，而Fe-Cr合金薄膜成分是被規(guī)定是90％Fe，10％Cr。一個單層薄膜具有磁特征矯頑力610奧斯特；剩余磁通量密度和薄膜厚度之間的乘積值為200高斯·微米(以下稱為磁化量)；剩余磁通量密度和飽和磁通量密度的比值為0.73(以后稱為矩形比)。另一方面，F(xiàn)e-Cr/Co-Cr-Pt薄膜具有磁特征矯頑力1035奧斯特；磁化品質(zhì)430高斯·微米；以及矩形比0.90。在此，磁化量表示由磁薄膜產(chǎn)生的磁場值，而且相應(yīng)于加到磁阻效應(yīng)薄膜上的縱向偏置磁場。由于縱向偏置層為了保證MR磁頭穩(wěn)定和高靈敏度工作所需要的合適磁化量是一到兩倍磁阻效應(yīng)薄膜的磁化量，所以通過上述Fe-Cr/Co-Cr-Pt保證能得到足以施加一個所需要的縱向偏置磁場的足夠大的數(shù)量。
由于在這樣的情況下MR磁頭中磁化量的最佳值，取決于磁阻效應(yīng)薄膜和類似薄膜的厚度而變化，所以能夠適當(dāng)改變硬磁薄膜的厚度。進(jìn)一步，當(dāng)利用Fe-Cr合金薄膜作為底基層時(shí)，顯著地改善了矯頑力以及矩形比。為了穩(wěn)定縱向偏置磁場和類似磁場，一個更大的矯頑力值是有利的。類似地，由于能減少硬磁薄膜厚度，更大矯頑力值對于改善矩形比是有利的。
在單層薄膜情況下，為什么矯頑力和磁化量是小的理由在于，在其硬磁薄膜中的晶體結(jié)構(gòu)的<100>方向的取向垂直于其薄膜表面。圖3中，比較了Co-Cr-Pt單層薄膜和Fe-Cr/Co-Cr-Pt疊層薄膜的X射線衍射剖面圖。兩種薄膜的<100>晶體軸取向都垂直于它們的薄膜平面，且有從<002>平面觀測的所示的衍射曲線。然而，對于單層薄膜，衍射強(qiáng)度大于疊層薄膜近似六倍，表明其<100>取向大于疊層薄膜的取向。Co-Cr-Pt薄膜是六角形晶體，并且在<100>方向具有強(qiáng)磁各向異性。由此，像單層薄膜這樣的任何這樣強(qiáng)的<100>取向?qū)a(chǎn)生一個垂直的各向異性，從而減少平面中的磁化分量。在使用Fe-Cr合金薄膜的底基層的情況下，由于底基層的晶體結(jié)構(gòu)是面中心立方柵格結(jié)構(gòu)，且其<100>晶軸的取向垂直于薄膜平面，所以，認(rèn)為安置在上述底基層的Co-Cr-Pt薄膜的晶體取向已受到影響并改變其<100>取向。實(shí)施例2參照圖4，以下將說明底基層厚度小到5到20毫微米的情況。通過蝕刻除去軟磁薄膜13/非磁導(dǎo)電薄膜14/磁阻效應(yīng)薄膜15的疊層的兩側(cè)，從而只有信號探測區(qū)域保留未蝕刻，然后，形成縱向偏置層24和電極薄膜17，由此，由縱向偏置層24得到的縱向偏置層磁場不僅能施加在磁阻效應(yīng)薄膜15上，而且也能施加在軟磁薄膜13上，由此，能夠抑制由于軟磁薄膜13引起的巴克豪森噪聲。此外，由于將磁阻效應(yīng)薄膜15限制在只存在于信號探測區(qū)中，所以，能夠得到在其脫軌特征方向優(yōu)越的優(yōu)秀磁頭。當(dāng)蝕刻軟磁薄膜13/非磁導(dǎo)電薄膜14/磁阻效應(yīng)薄膜15的疊層的兩側(cè)時(shí)，安置在鄰近基底的軟磁薄膜13的寬度適合于大于其它薄膜的寬度。一般來說，將具有兩中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的Ni-Fe薄膜用途軟磁薄膜13。所以，在沒有利用底基層的情況下，在面中心立方柵格上構(gòu)成在硬磁薄膜上的再現(xiàn)磁道側(cè)，該處減小了矯頑力和相應(yīng)的巴克豪森噪聲。而且，當(dāng)非磁薄膜用作底基層時(shí)，在疊層亮度寬于由軟磁薄膜制成的磁阻效應(yīng)薄膜的寬度的疊層區(qū)中，磁化方向變成不穩(wěn)定，因此引起巴克豪森噪聲。如果使用由具有面中心立方柵格的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜或反鐵淦氧磁薄膜，或非晶鐵淦氧磁薄膜制成的底基層的話，那么將得到硬磁薄膜矯頑力不減小，并且由于在硬磁薄膜和軟磁薄膜之間引起的耦合交換使在軟磁薄膜中的磁化變成穩(wěn)定的優(yōu)越性，由此抑制巴克豪森噪聲出現(xiàn)。
此外，重要的是將縱向偏置磁場的值調(diào)節(jié)到適當(dāng)值，以便抑制巴克豪森噪聲而不減小其輸出。如果考慮由于其薄膜厚度的變化導(dǎo)致的縱向偏置磁場的變化，為了將這樣的變化減至最小，更具有優(yōu)越性的是使用添加Ni、Co、Si、V、Nb等成分的一種Fe合金薄膜、或一種非晶鐵淦氧磁材料薄膜，作為具有鐵淦氧磁性的薄膜的底基層252，以便和使用具有高飽和磁通量密度的Fe薄膜相比減少了其飽和磁通量度。況且，最可取的是使用具有薄膜厚度足以顯示其固有的反鐵淦氧磁性的反鐵淦氧磁薄膜，這是由于它屏蔽場，與薄膜厚度變化無關(guān)。
按照本發(fā)明實(shí)施例2的磁阻磁頭具有由基底側(cè)面按順序安置的軟磁薄膜13，磁阻效應(yīng)薄膜15、和電極薄膜17，然而，本發(fā)明不限于此順序，任何在此順序上的變化將認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍。
作為該實(shí)施例的一個特征，顯示各向異性磁阻效應(yīng)的材料用作磁阻效應(yīng)薄膜。此外，利用濺射制造這些薄膜，下面將詳細(xì)說明。
在陶瓷制成的非磁基底10上形成厚度約10微米的鋁薄膜作為絕緣薄膜20，并將鋁薄膜表面剖光。形成約2微米厚度的一個Co-Hf-Ta合金非晶薄膜，以此作為下屏蔽層111，然后，使用離子研磨將其機(jī)加工成預(yù)定形狀鋁薄膜形成0.3微米厚度，以作為下間隙層121，在其上順序構(gòu)成疊層，一個Ni-Fe-Cr合金薄膜厚度為40毫微米作為軟磁薄膜13以便加一個橫向偏置場，一個Ta薄膜厚度為20毫微米作為非磁導(dǎo)電薄膜14，以及一個Ni-Fe合金薄膜厚度為30毫微米作為磁阻效應(yīng)薄膜15，由此提供一層軟磁薄膜、一層非磁導(dǎo)電薄膜、和一層磁阻效應(yīng)薄膜的薄膜疊層(以下稱為軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜)，將其機(jī)加工成預(yù)定的形狀。在上述疊層薄膜上的相應(yīng)于信號探測區(qū)的位置形成一層可除去的掩膜，通過離子研磨、對上述疊層薄膜進(jìn)行蝕刻、使沿著其兩側(cè)延長到軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻薄膜的底部形成一個平緩坡度，而且只有相應(yīng)于讀出區(qū)的疊層薄膜的一部分未被蝕刻。然后，形成厚度為10毫微米的Fe-Cr合金薄膜作為底基層252，用于分開具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)并顯示鐵淦氧磁性的縱向偏置層24，并且一個Co-Pt-Cr硬磁薄膜形成在襯層和為厚度40毫微米的硬磁薄膜26，然后，厚度為0.2微米Au薄膜形成在其上，作為電極薄膜17，用于讀出在磁阻效應(yīng)薄膜15中電阻的變化。去除可除去的掩膜即完成了信號探測區(qū)的形成。然后，順序地構(gòu)成厚度為0.3微米的氧化鋁制的上間隙層122，和厚度約為2微米左右的Ni-Fe合金制的上屏蔽層112。接著，在其上構(gòu)成頂部絕緣薄膜18，然后，把由這些疊層結(jié)構(gòu)制成的元件制造成一種記錄感光型磁頭，在此省略了其制造的詳情。
在完成元件的薄膜構(gòu)成之后，將5千奧斯特的直流磁場沿磁阻效應(yīng)薄膜縱向方向(附圖的水平方向)加到縱向偏置層24上，為的是極化縱向偏置層24。然后，把基底機(jī)加工成一個滑觸頭，完成了磁阻磁頭的制造。
按照本發(fā)明上述實(shí)施例的一個方面，通過鄰近磁阻效應(yīng)薄膜的非磁導(dǎo)電薄膜14安置軟磁薄膜13實(shí)現(xiàn)用于施加橫向偏置磁場的方向，然而，不限于此，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以使用任何其它應(yīng)用方法。
此外，作為縱向偏置層24，使用了厚度為10毫微米的Fe-Cr/厚度為40毫微米的Co-Cr-Pt的疊層，然而，這只是上述最佳實(shí)施例的一個方面，并沒有限定上述指定厚度或上述指定的材料組合，只要對上述縱向偏置層提供的磁化量在一到兩倍磁阻效應(yīng)薄膜的磁化量范圍內(nèi)就可以了。通過改變襯底252的每一個薄膜的厚度能夠調(diào)節(jié)磁化量，而襯層252顯示鐵淦氧磁化和硬磁薄膜26，這是由于它們是鐵淦氧磁耦合。況且，如果縱向偏置層的磁化量足夠大的話，那么通過使極化方向由磁阻效應(yīng)薄膜的縱向其高度方向(也就是垂直于圖面的方向)傾斜，也使調(diào)節(jié)變成可能。
參照圖5到8，為了確定硬磁薄膜和磁阻效應(yīng)薄膜之間的磁交換耦合效應(yīng)，在本發(fā)明的磁阻磁頭(圖5和6)和使用非磁Cr作為為底基層的磁阻磁頭(圖7和8)之間比較了在磁道方向上的靈敏度分布。對上述磁道分布曲線測量方法將，予以說明。通過以下步驟得到上述磁道分布曲線在磁盤上在窄到0.4微米左右的極窄的磁道中寫一個信號；在磁盤徑向方向上通過移動磁阻磁頭讀上述記錄的信號；以及在磁盤的每一個部分上檢測再現(xiàn)的磁阻磁頭的輸出。所以，附圖的橫軸表示穿行的距離，而其縱軸表示在每一個穿行距離的再現(xiàn)輸出。通過沿磁阻磁頭的磁道方向上對靈敏度分布進(jìn)行的這種測量，用一個在其中心有一個峰值而在其兩側(cè)都有低值的分布曲線來表示磁阻磁頭的再現(xiàn)靈敏度，即具有山狀分布。認(rèn)為實(shí)際的再現(xiàn)電壓相應(yīng)于沿磁道方向積分這些信號得到的值。在具有再現(xiàn)輸出如圖7所示的有非磁底基層的磁阻磁頭中，其幾何磁道寬度(一對電極之間的間隙)是2.8微米，它的磁道寬度為2.4微米，比該幾何寬度減少0.4微米。在此，將磁道寬度定義R為相應(yīng)于積分曲線的寬度，該積分曲線覆蓋對在附圖中沿磁道方向在每一點(diǎn)的每一輸出，進(jìn)行積分的總值的5％到95％的范圍。所以，磁道寬度相應(yīng)于磁組磁頭的有效磁道寬度。上述磁道寬度減小的理由是由于磁阻有效薄膜的側(cè)邊部分中的磁化方向的部分取向在磁盤的垂直線方向，如圖8磁化模型所示。當(dāng)側(cè)邊部分中任何磁化的取向垂直線方向時(shí)，它就阻止了響應(yīng)來自記錄介質(zhì)磁動信號的磁阻效應(yīng)膜的磁化轉(zhuǎn)動，從而，降低了側(cè)邊部分附近的靈敏度。在上述磁頭中，由于在信號探測區(qū)中的側(cè)邊部分中，存在死區(qū)，減少了其輸出電壓。另一方面，按照使用鐵淦氧薄膜和為底基層(圖5)的本發(fā)明在磁阻磁頭中的，其磁道寬度TWM是2.25微米，相對于其幾何磁道寬度是2.25微米，從而對于幾何磁道寬度和有效磁道寬度基本上提供相同的磁道寬度。這是因?yàn)?，按照本發(fā)明的磁阻磁頭的磁阻效應(yīng)薄膜的側(cè)邊部分中的磁化沒有在磁盤垂直方向上取向，由此不存在在使用非磁底基層的磁阻磁頭中要出現(xiàn)的死區(qū)，結(jié)果，產(chǎn)生顯著改進(jìn)的輸出。作為例子，在附圖6和8中的磁化模型，在其信號探測區(qū)有傾斜的磁化分量，這是由于橫向偏置場加到磁組效應(yīng)薄膜上的緣故。
前述結(jié)果證實(shí)，在使用非磁底基層的磁阻磁頭和按照本發(fā)明的磁阻磁頭之間的信號探測區(qū)的側(cè)邊部分中，存在著磁化條件的明顯差別。上述差別起因于，在硬磁薄膜和磁阻效應(yīng)薄膜或軟磁薄膜之間是否存在著磁交換耦合。在本發(fā)明的磁阻磁頭中，由于在硬磁薄膜和磁阻薄膜兩種薄膜中的磁化是經(jīng)由磁底基層按磁交換耦合方式進(jìn)行耦合，所以，在磁阻效應(yīng)薄膜和軟磁薄膜的側(cè)邊部分中的磁化方向是沿著和在硬磁薄膜中磁化方向同樣的方向取向的。在上述情況中，由于在硬磁薄膜中的磁化在磁阻磁頭的磁道方向上極化，所以磁阻效應(yīng)薄膜和軟磁薄膜的磁化沿和磁道方向同樣的方向?qū)R。另一方面，使用非磁底基層的磁阻磁頭中，在其硬磁薄膜和其磁阻效應(yīng)薄膜以及軟磁薄膜之間不存在磁交換耦合。對于任何具有復(fù)雜的經(jīng)緣薄膜(包括陶瓷)和金屬薄膜的疊層結(jié)構(gòu)公知的是，由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，發(fā)生了過剩的應(yīng)力集中。所以，具體地說，在經(jīng)受蝕刻的信號探測區(qū)的側(cè)邊部分這樣的區(qū)域中，很可能產(chǎn)生過剩的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力加到磁阻效應(yīng)薄膜上時(shí)，其中的磁化趨向于指向按照其磁致伸縮的應(yīng)力方向(或阻止定向，這取決于其磁致伸縮的形式)。通過這樣的應(yīng)力集中，認(rèn)為在使用非磁底基底的磁阻磁頭的信號探測區(qū)側(cè)邊部分中發(fā)生了磁化轉(zhuǎn)動。在存在本發(fā)明硬磁薄膜進(jìn)行的磁交換耦合的情況下，能夠防止發(fā)生很可能發(fā)生在信號探測區(qū)側(cè)邊部分中的磁化不穩(wěn)定性。實(shí)施例3圖1表示本發(fā)明實(shí)施例3的磁阻磁頭的結(jié)構(gòu)的透視圖，而圖9是在磁化讀出區(qū)附近實(shí)施例的一部分的截面圖。在由陶瓷制成的非磁基底10的表面上構(gòu)成厚度為10微米左右的作為絕緣薄膜20的一片鋁薄膜，并對其表面進(jìn)行精密拋光。然后通過濺射形成一個近似2微米厚的Co-Hf-Ta合金的非晶薄膜，作為下屏蔽層111，并用離子研磨將其機(jī)加工成預(yù)定形狀。在形成一個厚度為0.3微米的氧化鋁薄膜作為下間隙層(2)后，在其表面上，順序地構(gòu)成厚度為40微米的Ni-Fe-Cr合金薄膜，作為軟磁薄膜13，用于加橫向偏置場；厚度為20微米的Ta薄膜，作為非磁導(dǎo)電薄膜14；和厚度為30微米的Ni-Fe合金薄膜，作為磁阻效應(yīng)薄膜15；從而構(gòu)成軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜的疊層結(jié)構(gòu)，然后將其機(jī)加工成預(yù)定形狀。然后，將一個可除去的掩膜構(gòu)成在相應(yīng)于信號探測區(qū)的一個區(qū)域。在通過濺射蝕刻清潔磁阻薄膜表面之后，通過順序地構(gòu)成厚度為10毫微米的Fe薄膜作為底基層252，它具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)，并顯示鐵淦氧磁性；厚度為32毫微米的Co-Pt-Cr硬磁薄膜作為硬磁薄膜26；以及厚度為0.2微米的Au薄膜作為電極薄膜17用于讀出在磁阻效應(yīng)薄膜15中電阻的變化。在上述薄膜構(gòu)成中，使用濺射，在5毫乇壓力下用Ar氣體，且其基底溫度處于室溫下。此外，由制備在玻璃基底上的10毫微米的Fe薄膜，和32毫微米的Co-Pt-Cr硬磁薄膜所制成的疊層薄膜具有矯頑力1200奧斯特，剩余磁通量密度Br與飽和磁通量密度Bs的比值(以后稱為矩形比)Br/Bs為0.80，以及剩余磁通量密度為0.93T。在上述實(shí)施例3中，F(xiàn)e/Co-Cr-Pt疊層用作縱向偏置層24，這是這種疊層的典型范例，然而，并不限于此，應(yīng)該認(rèn)為任何其它的改進(jìn)都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。作為下一步，除去淀積有縱向偏置層24的Fe/Co-Cr-Pt疊層薄膜的可除去的掩膜，并除去極薄膜17的Au薄膜，以提供信號探測區(qū)，然后，構(gòu)成由氧化鋁制成的厚度為0.3微米的上間隙層122，接著構(gòu)成由Ni-Fe合金組成的厚度約為2微米的上屏蔽層112。進(jìn)一步，在其頂部構(gòu)成絕緣薄膜18，然后將上述疊層結(jié)構(gòu)機(jī)加工成記錄感應(yīng)式磁頭，在此省略了其制造方法的進(jìn)一步說明。然后，切割基底并將其機(jī)加工成滑觸頭部件。然而，完成了本發(fā)明磁組磁頭的制造。
使用以上完成的磁阻磁頭來檢查巴克豪森噪聲的發(fā)生的情況。對各種形式的磁阻磁頭作了比較和評估，其它包括具有由Co-Pt-Cr硬磁薄膜制成的厚度為80毫微米但沒有底基層的縱向偏置層的磁阻磁頭，和具有由Co-Pt-Cr硬磁薄膜，厚度為52毫微米，并設(shè)有由厚度為10毫微米的Cr薄膜制成的非磁底基層制成的縱向偏置層的磁阻磁頭。作為實(shí)例，發(fā)現(xiàn)形成長玻璃基底上的厚度為80毫微米的Co-Pt-Cr硬磁薄膜的磁特征是具有450奧斯特的矯頑力，矩形比為0.55，和剩余磁通量密度為0.49T，而在玻璃基底上經(jīng)由厚度內(nèi)10毫微米的Cr薄膜形成的厚度為52毫微米的Co-Pt-Cr硬磁薄膜的磁特征是具有1500奧斯特的矯頑力。矩形比為0.85，和剩余磁通量為0.75，這不同于厚度為10毫微米的Fe薄膜/厚度為32毫微米的Co-Pt-Cr硬磁薄膜的疊層的磁特征，但由于剩余磁通量度和它們的薄膜最度的乘積是相同的，所以，磁通量乘以它們的縱向偏置層的量被認(rèn)為是近似相同。以每英寸54磁交變數(shù)記錄在薄膜介質(zhì)中的記錄模式進(jìn)行巴克豪森噪聲的估算，其中再現(xiàn)剩余磁通量，和其磁薄膜厚度的乘積150克·微米，再現(xiàn)期間浮動距離為0.12微米，并使用10毫安讀出電流來觀察最終的波形，并記數(shù)不發(fā)生巴克豪森噪聲的磁頭數(shù)目相對于全部觀測磁頭數(shù)目，以得到克豪森噪聲的抑制率。雖然對于利用厚度為32毫微米的Fe薄膜/Co-Ft-Cr合金硬磁薄膜作為縱向偏置層的磁頭的巴克豪森噪聲抑制率是100％，但對于利用厚度為80毫微米的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的磁頭的抑制率是10％，并且對于利用厚度為10毫微米Cr薄膜/厚度為52毫微米Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的磁頭的抑制率是65％。在利用厚度為80毫微米的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜且設(shè)有底基層的磁頭中，巴克豪森噪聲抑制率如此小的理由是由于構(gòu)成其Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜是直接接觸在具有兩中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)薄膜上，所以，減少了其矯頑力，從而，當(dāng)曝露于外部磁場上時(shí)，轉(zhuǎn)動了縱向偏置磁場的磁化，由此減少了縱向偏置磁場的有效作用。此外，在使用有52毫微米Cr薄層作為底基層并且厚度為52毫微米的Co-Pt-Cr合金硬磁疊層薄膜的磁頭中，在其信號讀出區(qū)的磁化方向與通過來自縱向偏置層的磁場在縱向偏置層中的磁化方向相同，如圖15所示。然而，在低于縱向偏置層的磁阻效應(yīng)薄膜中，磁化方向與通過在該元件側(cè)邊部分中的靜磁作用在縱向偏置層中的磁化方向相反。所以認(rèn)為，磁疇壁的形成是把在磁化方向相反的磁阻效應(yīng)薄膜中的某個區(qū)域抬高了，從而產(chǎn)生了巴克豪森噪聲。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例中，使用了由10毫微米厚Fe薄膜的底基層和32毫微米厚Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的疊層所組成的縱向偏置層24，然而，并不限于此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用除了Fe薄膜以外的任何其它底基層，包括具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜，非晶鐵淦氧磁薄膜，以及具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的反鐵淦氧磁薄膜。
具有本發(fā)明面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧薄膜包括Fe-Ni合金，F(xiàn)e-Co合金，F(xiàn)e-Ni-Co合金，以及一種Fe合金或者任何一個前述合金并添加選自Si、V、Cr、Nb、Mo、Ta和W組中的至少一種元素。當(dāng)使用如上所述的這樣的底基層時(shí)，最好其薄膜厚度大到促進(jìn)硬磁薄膜的晶體生長，并將顆粒間磁相互作用減至最小，從而得到更大的矯頑力。另一方面，磁阻效應(yīng)薄膜和硬磁薄膜之間的磁交換耦合將隨著底基層的厚度的增加而減少。所以，對于底基層最好具有厚度范圍5到20毫微米，在此范圍內(nèi)硬磁薄膜的生長將不受具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)薄膜的影響。
能用作非鐵淦氧磁薄膜的材料包括一種非晶合金，它以Co作為它主要成分，并具有選自Ti，V，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，Y，Ru，Rb，Pd，Ag和Pt組中的至少一種元素，其典型的例子包括Co-Zr-Nb合金薄膜，Co-Zr-Ta合金薄膜，Co-Hf-Nb合金薄膜，Co-Hf-Ta合金薄膜，以及類似薄膜。由比較非晶鐵淦氧磁薄膜/硬磁薄膜疊層和具有面中心立方柵格的鐵淦氧磁薄膜/硬磁薄膜疊層發(fā)現(xiàn)，在底基層厚度大于30毫微米的情況下，當(dāng)使用具有面中心立方柵格結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜時(shí)，得到了較大的矯頑力，然而，對于厚度在5到20毫微米范圍內(nèi)的情況下，使用非晶鐵淦氧磁薄膜得到的最終矯頑力近似等于或略微小于使用具有面中心立方柵格晶使結(jié)構(gòu)的，鐵淦氧磁薄膜所得到的矯頑力?？紤]上述情況是由于在5到20毫微米范圍內(nèi)(與更大薄膜厚度相反)具有面中心立方柵格結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜的晶化不充分且晶粒生長不足，由此表明與使用非晶鐵淦氧磁薄膜沒有顯著的差別。此外，發(fā)現(xiàn)，使用有16毫微米厚的Co-Hf-Ta合金非晶鐵淦氧磁薄膜/有32毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的磁阻磁頭，并且該磁頭由其縱向偏置層輸出的磁場量與使用有10毫微米厚的Fe薄膜/有32毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的輸出磁場量相同，對于抑制巴克豪森噪聲具有100％的抑制率，這和具有10毫微米厚Fe薄膜/有32毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的巴克豪森的抑制率相同。
具有本發(fā)明面中心立方柵格結(jié)晶結(jié)構(gòu)的反鐵淦氧磁薄膜包含Cr，Mn和選自Cu、Au、Ag、Co、Ni和白金組中的至少一種元素作為其主要成分。由于在它們的厚度小于20毫微米左右時(shí)，這些反鐵淦氧磁薄膜沒有顯示反鐵淦氧磁性，所以它們的厚度需要大于20毫微米。
本發(fā)明的硬磁薄膜可以是任何合金，它具有Co作為主要成分和選自Cr，Ta，Ni，Pt和Re組中的至少一種元素，其典型例子是Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜，也包括Co-Re合金硬磁薄膜，Co-Cr合金硬磁薄膜，Co-Ta-Cr合金硬磁薄膜，Co-Ni-Pt合金硬磁薄膜，和類似薄膜。同時(shí)，這些硬磁合金薄膜的任何改進(jìn)，添加選自氧化硅、氧化鋯氧化鋁，和氧化鉭組中的至少一種元素，應(yīng)該被認(rèn)作屬于本發(fā)明的范圍。
利用本發(fā)明上述實(shí)施例各向異性磁阻效應(yīng)制造磁阻磁頭的步驟和以前實(shí)施例直到構(gòu)成軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜的疊層的制造步驟是相同的。然后，將上述軟磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁阻效應(yīng)薄膜機(jī)加工成預(yù)定的形狀模式。在相應(yīng)于信號探測區(qū)的一個區(qū)域上形成可除去的掩膜后，通過淀積具有面中心立方結(jié)構(gòu)的并有鐵淦氧磁性的Fe-Cr合金薄膜作為其底基層252，和Co-Cr-Pt硬磁薄膜作為其硬磁薄膜26，隨后構(gòu)成Au薄膜作為其上的電極膜17，從而構(gòu)成了施加縱向偏置的疊層24。然后，移去可除去的掩膜，從而提供了信號探測區(qū)。以后的其它步驟和以前的實(shí)施例是相同的。
當(dāng)使用非磁薄膜Cr作為底基層時(shí)，如圖15所示，由硬磁薄膜得到的磁場通過在硬磁薄下邊構(gòu)成磁阻磁頭元件的鐵淦氧磁薄膜再循環(huán)，由此，在磁致伸縮效應(yīng)薄膜的磁化讀出區(qū)中的磁化方向和在除了讀出區(qū)以外的區(qū)中的磁化方向彼此相反。另一方面，當(dāng)使用鐵淦氧底基層時(shí)，在磁讀出區(qū)中的磁化方法的取向與由縱向偏置層得到的磁場產(chǎn)生的縱向偏置層的極化方向相同，同時(shí)，在除了讀出區(qū)之外的區(qū)中的磁化方向的取向與通過在縱向偏置層和磁阻效應(yīng)薄膜之間磁交換耦合在縱向偏置層中產(chǎn)生極化方向相同。因此，由于在磁阻效應(yīng)薄膜中沒有形成磁疇壁，所以能提供一種沒有巴克豪森噪聲的改進(jìn)的磁阻磁頭。實(shí)施例4本發(fā)明也能夠應(yīng)用于利用磁阻效應(yīng)的磁阻磁頭上。在圖10中表示了一種顯示微觀磁阻效應(yīng)的最簡單和基本的疊層結(jié)構(gòu)，它包括反鐵淦氧磁層31/磁薄膜32/非磁導(dǎo)電薄膜33/磁薄膜34。通過與反鐵淦氧層31的交換耦合相互作用，將在磁薄膜32中的磁化方向固定到垂直于磁道方向，也就是垂直于附圖平面的方向。在磁薄膜34中引起在磁道方向上的各向異性，由此，在沒有加外磁場條件下，在磁薄膜32和磁薄膜34中的磁化方向彼此垂直。當(dāng)加一個外磁場時(shí)，引起磁薄膜34中的磁化方向轉(zhuǎn)動，改變相對于磁薄膜32中的磁化方向的角度，從而引起電阻改變。一般來說，被用作反鐵淦氧磁層31的是一種Fe-Mn合金反鐵淦氧磁薄膜，Ni-Mn合金反鐵淦氧磁薄膜，NiO反鐵淦氧磁薄膜，被用作磁薄膜32和34的是Ni-Fe合金薄膜，以及被用作非磁導(dǎo)電薄膜33的是Cu薄膜。此外，將縱向偏置磁場加到產(chǎn)生磁化轉(zhuǎn)動的磁薄膜34上。實(shí)施例5圖11是在磁阻磁頭磁化讀出區(qū)附近使用包括按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的上述疊層結(jié)構(gòu)的，磁阻效應(yīng)疊層薄膜的部分截面圖。制造上述磁阻磁頭的步驟直到制造下間隙層121的步驟都與利用以上所述各向異性磁阻效應(yīng)的磁阻磁頭的制造步驟相同。在下間隙層121的表面上構(gòu)成厚度為100毫微米的反鐵淦氧磁薄膜作為反鐵淦氧磁層31，厚度為5毫微米的Ni-Fe合金薄膜作為磁薄膜32，厚度為3毫微米的Cu薄膜作為磁導(dǎo)電薄膜33、厚度為12毫微米的Ni-Fe合金薄膜作為磁薄膜34，然后厚度為3毫微米的Ta薄膜作為保護(hù)涂層35。將上述疊層機(jī)加工成預(yù)定形狀，而將一個可去除的掩膜構(gòu)成在相應(yīng)于信號探測區(qū)的一個區(qū)域的表面上。通過離子研磨蝕刻，去除了可除去的掩膜沒有覆蓋的Ta薄膜其它區(qū)，而只留下磁化讀出區(qū)，結(jié)果在延展向磁阻效應(yīng)疊層薄膜的底部的兩側(cè)構(gòu)成了平緩坡度。然后，構(gòu)成本發(fā)明的縱向偏置層24，例如，通過順序形成厚度為5毫微米的具有面中心立方結(jié)構(gòu)的顯示鐵淦氧磁性的Fe-1％Cr合金薄膜作為底基層252、和厚度為14毫微米的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜作為硬磁薄膜26、隨后構(gòu)成厚度為0.2微米的Au薄膜作為電極薄膜17。作為例子，在玻璃基底上制備的5毫微米厚Fe-100％Cr合金薄膜/14毫微米厚Co-P厚Cr合金硬磁薄膜的疊層表明具有矯頑力1500奧斯特，矩形比為0-85，和剩余磁通量密度0.87T。接著，將可除去的掩膜去除，完成了信號探測區(qū)的構(gòu)成。忽略了隨后的步驟，因?yàn)樗鼈兒鸵郧皩?shí)施例是相同的。
為了比較巴克豪森噪聲抑制能力，利用厚度為5毫微米Cr薄膜/27毫微米厚Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜作為它的縱向偏置層，制造出類似的磁阻磁頭。雖然，對于利用5毫微米厚的Fe10％Cr合金薄膜/14毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的磁頭抑制率是100％，但對于利用5毫微米的Cr薄膜/27毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜的磁頭抑制率是70％。作為例子，在玻璃基底上制備有5毫微米厚的Cr薄膜/27毫微米厚的Co-Pt-Cr合金硬磁薄膜，表明一種磁性，如，矯頑力為1700奧斯特，矩形比為0.90，和剩余磁通量密度0.59T。
在完成以上形成這些薄膜的所有步驟之后，需要一個熱處理過程，在加一個直流磁場的條件下將溫度從反鐵淦氧層的奈爾溫度之上開始冷卻，以便在反鐵淦氧層31和磁薄膜32之間提供磁交換耦合，從而將在磁薄膜32中的磁化方向固定在垂直于磁道的方向，也就是在垂直于附圖平面的方向。然后，將縱向偏置層在磁阻效應(yīng)疊層薄膜的橫向方向，也就是水平方向極化，然后，將基底切割，機(jī)加工成滑觸頭，完成了磁阻磁頭的制造。
在本發(fā)明的上述實(shí)施例5中，所說明的磁阻磁頭具有由其基底的側(cè)邊開始的順序配置的疊層薄膜，依照順序是反鐵淦氧層31/磁薄膜32/非磁導(dǎo)電薄膜33/磁薄膜34，以及電極薄膜17，然而，并不只限于此，而在這些薄膜構(gòu)成順序上的任何改進(jìn)都應(yīng)該認(rèn)作在本發(fā)是有的范圍之內(nèi)。然而，當(dāng)它們的順序是磁薄膜34/非磁導(dǎo)電薄膜33/磁薄膜32/反鐵淦氧磁層31時(shí)，最好反鐵淦氧磁層31是導(dǎo)電反鐵淦氧磁薄膜，如Fe-Mu合金反鐵淦氧磁薄膜，Ni-Mu合金反鐵淦氧磁薄膜，以及類似薄膜。實(shí)施例6具有由反鐵淦氧磁層/磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁薄膜組成的磁阻效應(yīng)疊層的磁阻磁頭也能提供如圖12所示的結(jié)構(gòu)，在磁阻效應(yīng)疊層薄膜的兩側(cè)配置縱向偏置層24和電極17。
還是在利用微觀磁阻效應(yīng)的磁阻磁頭中，在縱向偏置層中的磁化量對磁頭的穩(wěn)定性和磁頭再現(xiàn)輸出具有顯著影響。在縱向偏置層中的最佳磁化量是磁薄膜34中的磁化量的一至三倍。
以上，借助于具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜的實(shí)例，說明了按照本發(fā)明的縱向偏置層，然而，并不只限于此，當(dāng)使用具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的非晶鐵淦氧磁薄膜、或反鐵淦氧磁薄膜時(shí)，也能得到基本相同的效果。
適合用作本發(fā)明非晶鐵淦氧磁薄膜的材料，包括一個非晶合金，它含有作為其主要成分的Co和選自Ti，V，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，T，Ru，Rb，Pd，Cu，Ag，Au和Pt組中至少一種元素。這樣材料的典型例子包括Co-Zr-Nb合金薄膜，Co-Zr-Ta合金薄膜，Co-Hf-Nb合金薄膜，Co-Hf-Ta合金薄膜。通過濺射構(gòu)成這些材料，然而，當(dāng)Co的含量超過90％時(shí)，導(dǎo)致的不定非晶態(tài)，而當(dāng)Co的含量小于70％時(shí)，有可能失去磁化作用，從而，最好是Co的含量上限是90％而其下限是70％。
圖13比較X射濺衍射分布圖，它是用Co-Cr-Pt單層和用Co-Zr-Nb/Co-Cr-Pt疊層薄膜得到的，而Co-Zr-Nb/Co-Cr-Pt疊層薄膜使用厚度為20毫微米的，Co-Zr-Nb合金薄膜作為底基層，它是非晶鐵淦氧磁薄膜的例子，且在其表面上疊層一個Co-Cr-Pt硬磁薄膜。值得注意，由Co-Zr-Nb/Co-Cr-Pt疊層分布圖可看出，由于Co-Zr-Nb合金薄膜的原因有一個寬廣的衍射曲線分量，并且由于Co-Cr-Pt的<002>平面的原因有一個峰衍射分量；并且還可看出，Co-Cr-Pt薄膜的<001>晶軸的取向垂直于其薄膜平面。當(dāng)Co-Zr-Nb/Co-Cr-Pt的Co-Cr-Pt<002>的衍射強(qiáng)度和圖3所示Co-Cr-Pt單層以及Fe-Cr/Co-Cr-Pt疊層的衍射強(qiáng)度比較時(shí)，該Co-Cr-Pt<002>的衍射強(qiáng)度近似是Co-Cr-Pt單層的衍射強(qiáng)度的三分之一，并且是Fe-Cr/Co-Cr-Pt的衍射強(qiáng)度兩倍左右，由此得出結(jié)論，在Co-Zr-Nb/Co-Cr-Pt中<001>平面的取向程度小于單層中的取向程度，但高于Fe-Cr/Co-Cr-Pt中的取向程度。由于Co-Cr-Pt在<001>方向上有強(qiáng)的磁各向異性-所以在Co-Cr-Pt<002>中較小的衍射強(qiáng)度表明在其由平面范圍內(nèi)存在著較大的磁化分量。由此，使用Co-Zr-Nb合金非晶鐵淦氧薄膜作為底基層也能改進(jìn)硬磁薄膜的磁性，當(dāng)然其效果不象Fe-Cr合金鐵淦氧磁薄膜那么大。
適合于用作反鐵淦氧磁薄膜的材料，可以使用一種合金，含有Cr，Mn作為其主要成分和選自Cu，Au，Ag，Ni和白金金屬組中至少一種元素。這些元素組成的最佳范圍當(dāng)用(Cr100-cMnc)100-dXd給出時(shí)(其中X表示一種添加元素)被規(guī)定如下30≤C≤70，0≤d≤30。上述組成范圍保證最大磁交換耦合作用。至于薄膜厚度，要求薄膜厚度為20毫微米或更多，這是因?yàn)楫?dāng)薄于20毫微米時(shí)，顯示不出任何反鐵淦氧磁性。在硬磁薄膜磁性能上改善的程度基本上與使用具有面中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜時(shí)磁性能相同。
當(dāng)使用上述反鐵淦氧磁薄膜作為底基層時(shí)，為了將反鐵淦氧磁薄膜中磁化方向取向在側(cè)方向，期望在直流磁場中對該薄膜進(jìn)行熱處理。在使用磁阻效應(yīng)薄膜利用微磁阻效應(yīng)的磁阻磁頭的情況下，提供了反鐵淦氧磁層31，以便將磁化方向固定在磁薄膜32上，如圖10所示。由于在反鐵淦氧磁層31中以及在加有縱向偏置疊層中用作底基層的反鐵淦氧薄膜中，磁化的方向是不同的，所以，對它們需要使用具有不同阻塞溫度的不同材料，或者選擇某些其它成分作為反鐵淦氧薄膜，用于加有縱向偏置疊層的襯層，這些其它成分能顯示交換耦合，無須進(jìn)行熱處理。實(shí)施例7參照圖14，表示了使用本發(fā)明一個實(shí)施例的磁阻磁頭的磁盤裝置示意圖。在該圖中，可以看見本發(fā)明的磁阻磁頭，應(yīng)用于磁盤裝置中的磁記錄和再現(xiàn)器件上，但是并不只限于此，它在本發(fā)明范圍內(nèi)可以應(yīng)用于任何磁記錄和再現(xiàn)器件，例如磁帶裝置和類似裝置上。
參照圖14詳細(xì)說明上述磁盤裝置。上述磁盤裝置由主軸202；多個磁盤204a，204b，204c，204d，204e，每一個磁盤沿著主軸202被此等距離地疊置；以及一個驅(qū)動主軸202的電機(jī)組成。進(jìn)一步，該裝置裝有可動托架206；托架206上攜帶有多個磁頭205a，205b，205c，205d和205e；包括磁鐵208和用于起動托架206的音圖207的音圈電機(jī)213；以及基底201，用于支承以上說明的這些構(gòu)件。該裝置還裝有音圈電機(jī)控制電路209，它響應(yīng)來自上控制裝置212的信號來控制音圈電機(jī)213，和寫/讀電路210，該寫/讀電路210的功能是將自上控制裝置212傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電流，按照和磁盤204a或類似的磁盤相關(guān)的寫的方法將該電流提供給相應(yīng)的磁頭，另一功能是放大從磁盤204a和類似磁盤送出的數(shù)據(jù)，并將放大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該寫/讀電路210經(jīng)接口211連接到上控制裝置212上。
以下將說明從磁盤裝置中的磁盤204d讀取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀出操作。由上控制器212發(fā)出經(jīng)接口211向音圈電機(jī)控制電路209讀磁盤數(shù)據(jù)命令。響應(yīng)來自音圈電機(jī)控制電路209的控制電流，音圈電機(jī)213起動托架206以高速移動磁頭組205a，205b，205c，205d，205e，并且使磁頭205d精確定位在磁盤204d的磁道的一個位置上，而在磁盤204d上儲存待讀取的數(shù)據(jù)。通過磁頭205d實(shí)現(xiàn)了上述精確定位，而該磁頭205d讀出與數(shù)據(jù)一起儲存在磁盤204d中的伺服信息，并且將其位置信息供給音圈電機(jī)控制電路209。安裝在基度201上的馬達(dá)203轉(zhuǎn)動耦合到主軸202上的多個磁盤204a，204b，204c，204d，204e。響應(yīng)來自寫/讀電路210的讀出信號，選擇一個指定磁盤204d，在探測指定區(qū)的前沿位置時(shí)，磁頭205d從此讀出數(shù)據(jù)信號。通過耦合到寫/讀電路210上的磁頭205d和磁盤204d之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了上述數(shù)據(jù)讀出。將讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成預(yù)定信號，然后，將該信號傳送到上控制裝置212上。
盡管以磁盤204d作為例子解釋了數(shù)據(jù)讀出操作，然而，對于任何其它磁盤，情況是同樣的，此外，規(guī)定在圖14中的磁盤裝置有五個磁盤，但是并不限于此，而在本發(fā)明范圍內(nèi)可以使用任何數(shù)目的磁盤。實(shí)施例8本發(fā)明又一個實(shí)施例8的磁阻效應(yīng)型磁頭被表示在圖17中，它具有由反鐵淦氧磁層/磁薄膜/非磁導(dǎo)電薄膜/磁薄膜組成的磁阻效應(yīng)疊層。將該磁阻效應(yīng)疊層的兩個側(cè)邊切開以構(gòu)成縱向偏置層24和鄰近其切割側(cè)邊的電極薄膜17，如圖17所示。在上述安排中，對于縱向偏置層使用磁底基層252使在基底附近磁薄膜32中磁化穩(wěn)定，并能抑制巴克豪森噪聲。
在上述實(shí)施例8中，所述的磁阻效應(yīng)型疊層磁頭由基底側(cè)邊開始按照以下順序進(jìn)行制備反鐵淦氧層31/磁薄膜32/非磁導(dǎo)電薄膜33/磁薄膜34，以及電極薄膜17，然而，制備的順序并不限于此，對它的任何改進(jìn)都應(yīng)該被認(rèn)為是在本發(fā)明范圍內(nèi)。然而，選擇疊層的順序是磁薄膜34/非磁導(dǎo)電薄膜33/磁薄膜32/反鐵淦氧層31的情況下，最好其反鐵淦氧磁層31是導(dǎo)電鐵淦氧磁薄膜。實(shí)施例9按照本發(fā)明另一個實(shí)施例9的磁阻效應(yīng)型磁頭結(jié)構(gòu)的部分透視圖被表示在圖18上。構(gòu)成軟磁薄膜13，在其表面上構(gòu)成非磁導(dǎo)電薄膜14，然后，將磁阻效應(yīng)薄膜15構(gòu)成在膜14上。80％NiFe用作磁阻效應(yīng)薄膜15。然后，在其有效中心區(qū)表面上構(gòu)成光刻膠掩膜膜板。隨后，通過離子研磨部分除去設(shè)有由上述軟磁薄膜13的光刻膠覆蓋的區(qū)域，也就是，上述非磁導(dǎo)電薄膜14和上述磁阻效應(yīng)薄膜15。此時(shí)，轉(zhuǎn)動基底，相對離子束軸保持適當(dāng)角度，從而構(gòu)成坡度45延伸向底部。然后，構(gòu)成縱向偏置層24，它包括構(gòu)成側(cè)部分無效區(qū)的硬磁薄膜26和顯示鐵淦氧磁性并具有面中心立方柵格結(jié)構(gòu)的底基層252，隨后在其上安置電極薄膜17。用作硬磁薄膜26的材料包括Co0.82Cr0.09Pt0.09薄膜，或Co0.80Cr0.08Pt0.09(ZrO2)0.03薄膜。用作底基層顯示鐵淦氧磁性的材料包括本發(fā)明實(shí)施例2的Fe-Cr合金。使用射頻濺射來淀積硬磁薄膜26和鐵淦氧磁底基層252，ZrO2片淀積在靶上以使調(diào)節(jié)在CoCrPt薄膜中的ZrO2的濃度。分別選擇硬磁薄膜厚度為50毫微米和52毫微米，結(jié)果，分別通過Co0.82Cr0.09Pt0.09薄膜和Co0.80，Cr0.08Pt0.09(ZrO2)0.03薄膜將相同的偏置磁場加到有效的中心區(qū)。通過以上情況得到的每一個矯頑力分別是600奧斯特和1200奧斯特。通過剝離去除剩下的硬磁薄膜，具有面中心立方柵格結(jié)構(gòu)的底基層，和電極薄膜。軟磁薄膜13將橫向偏置場44加到磁阻效應(yīng)薄膜15上，而縱向偏置層24將縱向偏置場46加到磁阻效應(yīng)薄膜15上。將磁阻效應(yīng)薄膜15制成在其兩個側(cè)邊有坡度45的預(yù)定形狀之后，淀積縱向偏置層使疊層的厚度小于軟磁薄膜13、非磁導(dǎo)電薄膜14、以及磁阻效應(yīng)薄膜15的疊層的總厚度，并除去保留在磁阻效應(yīng)薄膜15表面上的剩余淀積物，從而，在鄰近磁阻效應(yīng)薄膜15的邊緣部分并沿著該坡度的一些區(qū)域中提供了縱向偏置層。然后，構(gòu)成電極薄膜17，在它與磁阻效應(yīng)薄膜15接觸部分具有一個坡度。標(biāo)號121表示由厚度0.4微米氧化鋁制成的下間隙層，標(biāo)號111表示由厚度為2微米左右的NiFe合金制成的下屏蔽層，以及標(biāo)號20表示在非磁基底10表面上經(jīng)拋光提供的基底上的一個光滑表面上構(gòu)成的厚度為10微米的一個絕緣薄膜。用作非磁基底10的是含有氧化鋁燒結(jié)體的TiC。用作非磁導(dǎo)電薄膜14的是具有厚度200的Ta薄膜。80％Ni-Fe合金的厚度為400用作磁阻效應(yīng)薄膜15。
作為使用這些磁頭測量電磁轉(zhuǎn)換特征的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然使用Co0.82Cr0.09Pt0.09薄膜的磁頭顯示輸出變化為20％和波形變化為10％，但，使用Co0.80Cr0.08Pt0.09(ZrO2)0.03薄膜的磁頭有利地顯示輸出變化5％或更小，和波形在5％以內(nèi)。因此證實(shí)，使用Co0.080Cr0.08Pt0.09(ZrO2)0.03作為硬磁薄膜26將有利地改進(jìn)其BHN抑制能力和波形變化抑制效果。
由MR薄膜，軟磁薄膜13，和非磁導(dǎo)電薄膜14構(gòu)成了有效中心區(qū)，而薄膜B是軟偏置薄膜，用于加側(cè)向偏置，薄膜14插在這兩個磁薄膜之間，將兩個薄膜彼此分開。通過將縱向偏置加到有效中心區(qū)的縱向偏置層24構(gòu)成無效邊緣區(qū)。在有效中心區(qū)的兩個側(cè)邊，側(cè)面結(jié)合區(qū)有兩個坡度。
通過由硬磁薄膜得到的漏磁場和在硬磁薄膜和有效中心區(qū)之間的結(jié)合區(qū)中的磁耦合，硬磁薄膜26將縱向偏置加到有效中心區(qū)。硬要求磁薄膜響應(yīng)來自磁介質(zhì)的磁場的磁場穩(wěn)定地加到有效中心區(qū)，以便抑制BHN，從而，對于硬磁薄膜，最好具有矯頑力1000奧斯特或更大。實(shí)施例10圖19是按照本發(fā)明再一個實(shí)施例10的磁阻效應(yīng)磁頭的透視圖。
除了其磁阻效應(yīng)磁頭疊層結(jié)構(gòu)之外，上述實(shí)施例10基本上具有和實(shí)施例5同樣的結(jié)構(gòu)。在由氧化鋁制成的下間隙層121的表面上構(gòu)成由厚度50毫微米NiO制成的反鐵淦氧磁層31，然后，順序地構(gòu)成磁阻效應(yīng)薄膜15疊層(它包括厚度為1毫微米的80％Ni-Fe合金薄膜54和厚度為1毫微米Co薄膜45)，然后，厚度為2毫微米Cu構(gòu)成的非磁導(dǎo)電薄膜56，以及施加橫向偏置的厚度為5毫微米的NiFe合金制成的軟磁薄膜13。
按照上述實(shí)施例10的磁阻薄膜15包括插在兩個磁薄膜(NiFe)之間的非磁薄膜(Cu)，和并列于兩個磁薄膜之一的反鐵淦氧磁薄膜(NiO)。認(rèn)為上述結(jié)構(gòu)可消除生產(chǎn)步驟中的不穩(wěn)定性，并可防止磁頭靈敏度由于電流旁路而降低。此外，在制造期間，使用NiO氧化薄膜作為反鐵淦氧薄膜，它具有比常規(guī)材料FeMn高的抗腐蝕性，在大量生產(chǎn)中改進(jìn)了可靠性。此外，通過流經(jīng)磁頭的電流和在旋轉(zhuǎn)閥薄膜中電阻變化的乘積來確定磁頭的輸出，其中，反鐵淦氧薄膜本身，對旋轉(zhuǎn)閥薄膜中電阻的改變完全沒有影響。因此，通過使用絕緣材料NiO作為反鐵淦氧薄膜，使輸入電流有效地影響電阻的變化成為可能，從而改進(jìn)了磁場的靈敏度。因此，通過本發(fā)明上述實(shí)施例10，能達(dá)到記錄密度高達(dá)5×109位/時(shí)2左右。
此外，通過使用帶有氧化物NiFe合金(其中的氧化物的擴(kuò)散情況類似于實(shí)施例9)作為軟磁薄膜13能夠得到改進(jìn)的再現(xiàn)輸出。實(shí)施例11圖20是本發(fā)明再一個實(shí)施例11的磁阻效應(yīng)型磁頭的透視圖。
偏置薄膜27和28是由反鐵淦氧磁材料構(gòu)成，它們適合于通過交換耦合施加各向異性。縱向向偏置層具有和實(shí)施例2同樣的結(jié)構(gòu)。通過非磁導(dǎo)電薄膜14和磁薄膜21分開的磁薄膜22具有一個由感應(yīng)的單軸各向異性產(chǎn)生的容易磁化的方向。為此，在淀積期間對上述磁薄膜在預(yù)定方向加一個磁場。本發(fā)明上述實(shí)施例11通過偏置薄膜并通過感應(yīng)的磁化各向異性施加各向異性的一個實(shí)例，磁化各向異性的方向在薄膜平面內(nèi)彼此垂直。通過在磁薄膜21中使各向異性變大，而在磁薄膜22使各向異性變小(和要檢測的磁場值相比)，使在磁薄膜21中相對外磁場基本固定磁化變成可能，并且允許只在磁薄膜22中磁化，以便以高靈敏度響應(yīng)外磁場。此外，就加在箭頭60方向上的要檢測的磁場而論，由各向異性61引起的在磁薄膜21中的磁化被設(shè)定在易于軸向磁化的狀態(tài)，其中它的磁化和外磁場是平行的；與此相反，在磁薄22各向異性引起的磁化被設(shè)定在難以軸向磁化的狀態(tài)，其中它的磁化和外磁場互相垂直。通過此效應(yīng)，能進(jìn)一步加強(qiáng)上述高靈敏度響應(yīng)，并且由于在外磁場下磁薄膜22中存在著這種狀態(tài)，即，由于轉(zhuǎn)動，通過難以磁化軸的磁化來驅(qū)動該元件，所以能夠阻止和涉及磁疇壁的運(yùn)動的磁化有關(guān)的巴克豪森噪聲，而且能實(shí)現(xiàn)在高頻下操作。
使用高頻磁控管濺射裝置來制造構(gòu)成本發(fā)明磁阻效應(yīng)元件的薄膜，以下將予以說明。通過在3毫乇氬氣氛下，在陶瓷基底和單晶硅基底上淀積到厚度為1毫米的直徑為3毫米、順序疊層下列材料。氧化鎳，鈷、Ni20％Fe合金，Cu用作濺射靶。為了添加Co到Ni-Fe合金上，一個Co片安置在Ni20％Fe合金之上。同時(shí)，為了添加Ni和Fe到Co上，一個Ni片和Fe片安置在Co靶上。在一個室中形成每一個疊層的薄膜，在該室內(nèi)對安置在其上具有每一個靶的每一個陰極施加高頻電源以產(chǎn)生等離子體，一個接一個地打開為每一個陰極提供的每一個閘門，以形成每一個薄膜。在薄膜形成期間，使用在基底平面中相互垂直的兩對電磁鐵，在平行于基底方向上加約50奧斯特的磁場，結(jié)果提供了單軸各向異性，并對每一個方向?qū)С鲅趸嚤∧さ慕粨Q耦合偏置的方向。
使用在基底附近的兩對電磁鐵在每一個磁薄形成時(shí)間，通過在感應(yīng)方向上加磁場，就能實(shí)現(xiàn)各向異性的感應(yīng)。另外一方面，在構(gòu)成多層薄膜之后，在施加磁場的條件下，在鐵淦氧磁薄膜的奈爾溫度下進(jìn)行熱處理，可把反鐵淦氧磁偏置的方向感應(yīng)到磁場方向。
通過將其薄膜模制成直角條帶并在其上構(gòu)成電極，可評價(jià)磁阻效應(yīng)元件的性能。此時(shí)，磁薄膜的單軸各向異性的方向適于變成平行于流經(jīng)元件的電流牟方向。一個預(yù)定的電流在電極端部之間流動，沿垂直于電流方向的方向?qū)⒋艌黾釉谠矫鎯?nèi)。然后，測量該元件的電阻，以此作為跨接在電極端的電壓；并檢測該元件的電阻，以此作為磁阻變化率。
在表1中1號樣品，描述在有上、下NiO薄膜的元件并在磁場作用下的電阻變化率。上述情況相應(yīng)于將NiO薄膜用作偏置薄膜27和28、Ni80Fe20合金薄膜用作磁薄膜21和22、以及Cu薄膜用作非磁導(dǎo)電薄膜的情況。探測了在磁場方向上強(qiáng)烈地感應(yīng)磁化的磁薄膜效應(yīng)以此作為在磁帶回路的左側(cè)上的一半。沒有如以上所述強(qiáng)烈感應(yīng)磁化的磁薄膜的其它效應(yīng)，作為電阻的急劇變化出現(xiàn)在其中心部分。由于本發(fā)明磁阻效應(yīng)元件的再現(xiàn)輸出相應(yīng)于大的上述電組變化率，而其靈敏度相應(yīng)于小的飽和磁場，顯而易見，本發(fā)明元件具有大的輸出和改進(jìn)的靈敏度。
用添加Ag，Au的Cu非磁導(dǎo)電薄膜樣品，或用有Ag、Au多層薄膜的樣品可得到基本相同的效果。
在NiO/NiFe/Cu/NiFe薄膜中(其中Cu的厚度在變化)的磁耦合強(qiáng)度，在Cu厚度的變化為10右的循環(huán)中，在反鐵淦氧磁化和鐵淦氧磁化之間振蕩。因此，為了得到對磁場有高靈敏度的特征的磁阻效應(yīng)元件，應(yīng)使上述磁耦合基本等于零。當(dāng)使用銅作為非磁導(dǎo)電薄膜時(shí)，其厚度在11到22范圍內(nèi)將有效地使磁薄膜之間的磁耦合等于零。僅僅通過本發(fā)明上述的安排，能夠提供非常好的磁阻效應(yīng)元件，該元件可根據(jù)幾個奧斯特的弱的外磁場，極大地改變它的電阻，由此，具有高靈敏度。
當(dāng)將Co添加到NiFe磁薄膜中時(shí)，其電阻改變率相對于只有NiFe磁薄膜改進(jìn)約4到5.5％。上述事實(shí)顯示，將Co添加到NiFe中，對在疊層薄膜中的磁阻效應(yīng)有改進(jìn)。
表1表示通過改變它們的磁阻效應(yīng)薄膜結(jié)構(gòu)制造的磁阻效應(yīng)元件的磁性質(zhì)的例子。每一個疊層結(jié)構(gòu)左邊的成分是鄰近其基底的成分，而朝向右側(cè)的其它成分是一個接一個地順序疊層的。表1
在表1中，電阻改變率和飽和磁場表示了每個元件的特征。每個元件的再現(xiàn)輸出相應(yīng)于大的電阻改變率，而每個元件的靈敏度相應(yīng)于小的飽和磁場。由表1顯而易見，本發(fā)明1號到5號磁阻元件具有電阻改變率大于4％，并改進(jìn)了磁性質(zhì)，在磁阻改變率上優(yōu)于6號和7號常規(guī)疊層。更具體講，1號、2號和4號樣品表明飽和磁場改進(jìn)的磁靈敏度，近似為10奧斯特，和電阻改變率的改進(jìn)輸出為6-7％。實(shí)施例12圖21是使用上述元件的分開型記錄和再現(xiàn)磁頭的透視略圖。上述記錄和再現(xiàn)分開型磁頭包括由利用本發(fā)明元件的一個再現(xiàn)磁頭，一個感應(yīng)型記錄磁頭，和一個用于阻止由于漏磁通量引起干擾再現(xiàn)磁頭的屏蔽部件構(gòu)成。在圖21中，將記錄和再現(xiàn)分開型磁頭表示成與水平磁記錄磁頭的組合，但是并不限于此，并與用于垂直記錄的垂直磁記錄磁頭的改進(jìn)的組合應(yīng)該認(rèn)為是在本發(fā)明范圍之內(nèi)。上述磁頭包括一個有裝在基底50上的下屏蔽層111、磁阻效應(yīng)元件60、電極40、和上屏蔽層112的再現(xiàn)磁頭，和一個具有下磁薄膜84、線圈41、以及上磁薄膜83的記錄磁頭。因此，上述組合磁頭在記錄介質(zhì)中寫入數(shù)據(jù)信號，并從記錄介質(zhì)中讀出數(shù)據(jù)信號。通過提供再現(xiàn)磁頭的讀出區(qū)和在相同滑觸頭上彼此平行和可滑動地重疊的記錄磁頭的磁間隙，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個磁頭在相同磁道上同時(shí)定位。小心謹(jǐn)慎地機(jī)加工上述組合磁頭，并將它們安裝在本發(fā)明的磁盤裝置上。
用作磁頭滑觸頭的并構(gòu)成在基底上的磁阻效應(yīng)元件60和電極40可滑動地定位在記錄介質(zhì)上，以再現(xiàn)其中的數(shù)據(jù)。記錄介質(zhì)轉(zhuǎn)動的同時(shí)，處在記錄介質(zhì)上方的距離小于0.2微米或基本上與其接觸的并立的磁頭滑觸頭相對于記錄介質(zhì)進(jìn)行相對運(yùn)動。在上述安排中，將磁阻效應(yīng)元件60移動到一個指定位置，在此通過其中的漏磁場讀出儲存在記錄昌質(zhì)中的磁信號。磁阻效應(yīng)元件60包括具有許多磁薄膜和至少一個插在其間的非磁導(dǎo)電薄膜的多個疊層薄膜，和一個偏置薄膜、具體地講，一個反鐵淦氧磁薄膜。本發(fā)明的特征在于將所說在由非磁薄膜分開的疊層中的許多磁薄膜中的至少一個磁薄膜磁化，在如圖20所示的箭頭61方向上引起強(qiáng)烈的各向異性，從而把其磁化基本5固定在上述各向異性方向上。將其它磁薄膜在其薄膜平面內(nèi)的垂直于箭頭61方向上加一個相對弱的各向異性，從而在該方向上引起磁化。通過上述安排，使磁儲存在記錄介質(zhì)中的儲存信號作為漏磁場抵達(dá)磁阻效應(yīng)元件，這使磁阻薄膜內(nèi)的磁化按照每一個各向異性轉(zhuǎn)動，從而，在經(jīng)非磁導(dǎo)電薄膜彼此靠近的兩個磁薄膜之間構(gòu)成的內(nèi)平面磁化方向角發(fā)生改變，以產(chǎn)生磁阻效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上得到再現(xiàn)輸出。確定用于檢測信號的磁阻效應(yīng)元件的一個檢測區(qū)，以此作為在電極40之間的磁阻效應(yīng)元件60中有電流流過的部分，它在平行于記錄介質(zhì)的表面的方向上的寬度比是記錄磁道的寬度窄，具體講，兩者之間的比率小于0.8，因此能防止由于對準(zhǔn)錯誤對鄰近磁道產(chǎn)生的干擾。實(shí)施例13圖22表示出按照本發(fā)明另一個實(shí)施例13的薄膜茲頭的不同安排的另一個磁盤裝置。上述裝置包括記錄磁頭，它具有構(gòu)成在一個基底上的上、下磁薄膜83、84、用于把磁動勢加在其上的線圈41、和下屏蔽層111；和再現(xiàn)磁頭，它具有形成記錄磁頭以后在下屏蔽層111和上屏蔽層112之間構(gòu)成的磁阻效應(yīng)元件60，和電極40。換句話說，把對結(jié)構(gòu)安排的任何改變敏感的磁阻薄膜在形成以后構(gòu)成在記錄磁頭上，從而消除和記錄磁頭的制造有關(guān)的應(yīng)力集中和熱處理產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)一步便于與記錄磁頭進(jìn)行位置對準(zhǔn)，從而改進(jìn)沿磁道寬度方向上的精確度以及磁盤裝置的生產(chǎn)率。
按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下總結(jié)的優(yōu)點(diǎn)和結(jié)果。利用各向異性磁阻效應(yīng)和微磁阻效應(yīng)，通過所提供的用于抑制磁阻磁頭中巴克豪森噪聲的縱向偏置層，并且該縱向偏置層具有由反鐵淦氧磁薄膜非晶鐵淦氧磁薄膜、或反鐵淦氧磁薄膜制成的底基層，以及形成在底基層上的硬磁薄膜，即使將縱向偏置層構(gòu)成在磁薄膜上，如磁阻薄膜、偏置薄膜以及類似具有面中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的薄膜，也能有利地抑制矯頑力的減少。此外，由于在磁阻薄膜或偏置薄膜和硬磁薄膜之間存在著磁交換耦合，穩(wěn)定了所以在這些薄膜中的磁化，從而，提供了非常優(yōu)秀的、消除了巴克豪森噪聲的磁阻型式磁頭。
此外，通過在按照本發(fā)明鄰近磁阻效應(yīng)元件的側(cè)邊部分上提供與其鄰近的磁薄膜，能夠穩(wěn)定其電磁轉(zhuǎn)換特征，從而將巴克豪森噪聲以及振蕩變化減至最小。況且，能提供具有改進(jìn)的再現(xiàn)輸出和高記錄密度的改進(jìn)的再現(xiàn)磁盤裝置。
權(quán)利要求
1.一種磁阻磁頭，具有一個磁阻薄膜，它利用磁阻效應(yīng)可將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號，一對電極將信號探測電流提供給所說的磁阻薄膜，以及一個縱向偏置層將縱向偏置場加到所說磁阻薄膜上，所說縱向偏置層包括一個底基層，由一個鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成，和一個硬磁薄膜，形成在由鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的所說底基層上。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種磁阻磁頭，其特征在于由所說鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的所說底基層是具有體中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的一個鐵淦氧磁薄膜。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種磁阻磁頭，其特征在于由所說鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的所說底基層是一個非晶鐵淦氧磁薄膜。
4.一種磁阻磁頭，具有一個磁阻薄膜，它利用磁阻效應(yīng)可將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號，一對電極將信號探測電流提供給所說的磁阻薄膜，以及一個縱向偏置層，將縱向偏置場加到所說磁阻薄膜上，所說縱向偏置層包括一個底基層，由一個反鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成，和一個硬磁薄膜，形成在由反鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的所說底基層上。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種磁阻磁頭，其特征在于由所說反鐵淦氧磁薄膜構(gòu)成的所說底基層包括具有體中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的一個反鐵磁淦氧薄膜。
6.按照權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所說的一種磁阻磁頭，其特征在于所說磁阻薄膜包括一個鐵淦氧磁層，它顯示各向異性磁阻效應(yīng)，和一種橫向偏置層，它將橫向偏置場加到所說磁薄膜上。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種磁阻磁頭，其特征在于通過經(jīng)由一個襯層薄膜鄰近所說磁阻薄膜形成的一個軟磁薄膜施加所說的橫向偏置場。
8.按照權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所說的一種磁阻磁頭，其特征在于所說磁阻薄膜包括一種多層薄膜，它包含第1磁薄膜，一個非導(dǎo)磁薄膜中間層，和第2磁薄膜，其中通過在所說第1磁薄膜，和鄰近所說第1磁薄膜構(gòu)成的反鐵淦氧磁層之間交換相互作用來固定在所說第1磁薄膜中的磁化方向，并且在沒有外磁場存在情況下，在所說第2磁薄膜中的磁化方向基本上垂直于在所說第1磁薄膜中的磁化方向，而所說磁阻薄膜的電阻按照在所說第1磁薄膜和所說第2磁薄膜中的磁化方向之間的相對角度的改變而改變。
9.按照權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說硬磁薄膜包括一種合金，合金中含有作為其主要成分的Co和M1，此處M1是選自Cr，Ta，Ni，Pt和Re組中的至少一種元素，或一種合金并添加含有Co，M1和M2的氧化物，此處M2是選自氧化硅、氧化鋯，氧化鋁，和氧化鉭組中的至少一種氧化物。
10.按照權(quán)利要求2，6，7，8，9中的任一項(xiàng)所述的一種磁阻磁頭，其特征在于具有所說體中心立方柵格的晶體結(jié)構(gòu)的所說鐵淦氧磁薄膜是Fe，F(xiàn)e-Ni合金，F(xiàn)e-Co合金、或Fe-Ni-Co合金。
11.按照權(quán)利要求2，6，7，8，9中的任一項(xiàng)所述的磁阻磁頭，其特征在于具有所說體中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的所說鐵淦氧磁薄膜包括Fe，F(xiàn)e-Ni合金，F(xiàn)e-Co合金、或Fe-Ni-Co合金中的至少一種，并且添加M3，此處M3是選自Si、V、Cr、Nb、Mo、Ta和W組中的至少一種元素。
12.按照權(quán)利要求11所述的一種磁阻磁頭，其特征在于具有所說體中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的所說鐵淦氧磁薄膜是含有Fe和Cr作為主要成分的一種合金。
13.按照權(quán)利要求12所述的一種磁阻磁頭，其特征在于含有Fe和Cr作為主要成分的所說合金具有5-45原子百分比的Cr。
14.按照權(quán)利要求3，6，7，8或9的任一項(xiàng)所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說非晶鐵淦氧磁薄膜是含有Co和M4的一種非晶合金，此處M4是選自Ti，V，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta，Y，Ru，Rh，Pd，Cu，Ag，Au和Pt組中的至少一種元素。
15.按照權(quán)利要求4到9中任一項(xiàng)所述的一種磁阻磁頭，其特征在于具有所說反鐵淦氧磁薄膜的所說底基層是含有作為主要成分的Cr、Mn和M5的合金，此處M5是選自Cu、Au、Ag、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir和Pt組中的至少一種元素。
16.一種磁阻磁頭，具有一個磁阻薄膜，其電阻響應(yīng)于磁場變化，一個橫向偏置層顯示軟磁性質(zhì)，它將一個橫向偏置場加到所說磁阻薄膜上，一個襯層膜由非磁材料制成，它按磁性分開所說橫向偏置層和所說磁阻薄膜，一個縱向偏置層安置在鄰近由所說磁阻薄膜、所說橫向偏置層、和所說襯層薄膜組成的疊層的兩側(cè)，并且該縱向偏置層將縱向偏置場加到所說磁阻薄膜上，以及一對電極將電流提供到所說磁阻薄膜上，其中所說縱向偏置層包括一個底基層，由鐵淦氧磁薄膜，反鐵淦氧磁薄膜，以及非晶鐵淦氧磁薄的任一種薄膜制成，和一個硬磁薄膜，形成在所說底基層上，并且其中所說橫向偏置層將一個橫向偏置場加到所說磁阻薄膜上，所述橫向偏置層包括Ni-Fe合金、Co、Ni-Fe-Co合金中的至少一種，以及選自氧化鋯、氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦、氧化鈹、氧化鎂、氧化鉭、稀土氧化物、氮化鋯、氮化鉿、氮化鋁、和稀土氮化物組中的至少一種化合物。
17.按照權(quán)利要求16所述的一種磁阻磁頭，其特征在于將所說橫向偏置場加到所說磁阻薄膜上的所說橫向偏置層具有70微歐姆厘米或更大的電阻率。
18.按照權(quán)利要求17所述的一種磁阻磁頭，其特征在于橫向偏置層是一種含有78到84原子百分比鎳的Ni-Fe合金。
19.一種磁阻磁頭，具有一個基底，一對縱向偏置層，一對在其上形成的電極，以及一個形成在鄰近所說縱向偏置層的磁阻元件，其中所說磁阻元件包括一個反鐵淦氧磁薄膜，由形成在所說基底上的氧化鎳制成，一個鐵淦氧磁薄膜，包括兩層一個非磁金屬薄膜，和一個軟磁薄膜，每一個薄膜都由基底側(cè)面順序形成，并且其中所說縱向偏置層包括一個底基層，由鐵淦氧磁薄膜、反鐵淦氧磁薄膜、和非晶鐵淦氧磁薄膜之一制成，和一個硬磁薄膜，在所說底基層上形成。
20.按照權(quán)利要求19所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說鐵淦氧磁薄膜包括兩層，一個Fe合金層含有70到95原子百分比的Ni，和一個Co合金層，形成在Fe合金層上，并且其中所說軟磁薄膜是所說Fe合金薄膜或一個從所說基底側(cè)面順序形成的并由Co合金層和Fe合金層組成的雙層薄膜。
21.按照權(quán)利要求19和20所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說鐵淦氧磁薄膜包括兩層，一個軟磁薄膜鄰近所說反鐵淦氧磁薄膜，和一個磁薄膜具有自旋相關(guān)散射，該散射大于所說軟磁薄膜的自旋相關(guān)散射。
22.一種磁阻磁頭，具有一個基底，一對縱向偏置層，一對分別形成在所說縱向偏置層上的電極，和一個形成在鄰近所說一對縱向偏置層并在兩層之間的磁阻元件疊層，其中所說元件包括一個鄰近所說基底的反鐵淦氧磁薄膜，一個第1鐵淦氧磁薄膜，一個第1非磁薄膜，一個軟磁薄膜，一個第2非磁薄膜，一個第2鐵淦氧磁薄膜，和一個反鐵淦氧磁薄膜，每一個薄膜是從所說基底側(cè)面順序疊層，和其中所說縱向偏置層包括一個底基層，由鐵淦氧磁薄膜，反鐵淦氧磁薄膜，或非晶鐵淦氧磁薄膜中的任一個制成，一個形成在所說底基層上的硬磁薄膜。
23.按照權(quán)利要求22所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說反鐵淦氧磁薄膜是由氧化鎳制成，在所說基底側(cè)面上的所說鐵淦氧磁薄膜是由含有70-95原子百分比的Ni的Fe合金層、和Co合金層制成，所說軟磁薄膜是由所說Fe合金層制成，第2鐵淦氧磁薄膜是由Co合金層構(gòu)成，而所說Fe合金層形成在其上。
24.按照權(quán)利要求22所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說第1和第2鐵淦氧磁薄膜中至少有一個是含有70到75原子百分比的Ni、5到30原子百分比的Fe和1到5原子百分比的Co的一種合金，或含有30到85原子百分比的Co、2到30原子百分比的Ni，和2到50原子百分比的Fe的一種合金。
25.按照權(quán)利要求24所述的一種磁阻磁頭，其特征在于所說非磁薄膜是Au，Ag和Cu中的至少一個。
26.一種磁盤裝置，具有一個磁記錄介質(zhì)用于記錄信息，一個磁頭用于讀和寫所說信息，所說磁頭具有磁阻元件，該磁阻元件具有由一個硬磁薄膜形成在一個底基層上所提供的一個縱向偏置層，而該底基層是由鐵淦氧磁材料制成，一個起動器用于將所說磁頭移動到所說磁記錄介質(zhì)上所指定的位置上，和一個控制器，在使用所說磁頭讀和寫期間用于控制所說信息的傳送和接收，并且用于控制所說起動器的移動。
27.一種磁盤裝置，具有一個磁記錄介質(zhì)用于記錄信息，一個磁頭用于讀和寫所說信息，所說磁頭具有磁阻元件，該元件具有由一個硬磁薄膜形成在一個底基層上所提供的一個縱向偏置層，而該底基層是由反鐵淦氧磁材料制成，一個起動器用于將所說磁頭移動到所說磁記錄介質(zhì)上所指定的位置，和一個控制器，在使用所說磁頭讀和寫期間，用于控制所說信息的傳送和接收，并且用于控制所說起動器的移動。
全文摘要
提供了一種磁阻磁頭，其中基本上抑制了巴克豪森噪聲并將再現(xiàn)時(shí)的變化減至最小，并且提供用該磁頭的一種磁盤裝置。本發(fā)明的磁頭和磁盤裝置的特征在于提供縱向偏置層，它包括形成在一個底基層上的一個硬磁薄膜，該底基層是由一個具有體中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的鐵淦氧磁薄膜，非晶鐵淦氧磁薄膜，或具有使中心立方柵格晶體結(jié)構(gòu)的反鐵淦氧磁薄膜中的任一種薄膜制成。
文檔編號G11B5/596GK1150292SQ96112169
公開日1997年5月21日 申請日期1996年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月25日
發(fā)明者渡邊克朗, 川邊隆, 田所茂, 神尾浩, 今川尊雄 申請人:株式會社日立制作所