專利名稱：磁阻磁頭及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁阻磁頭及其制造方法，也涉及使用該磁阻磁頭的磁盤驅(qū)動器。
背景技術：
采用巨磁阻效應(GMR)的旋轉(zhuǎn)閥設備已被用作磁盤驅(qū)動器的讀入設備。被稱作基礎型的合成鐵型的旋轉(zhuǎn)閥膜一般包括如下的構造基底/底層/反鐵磁層/第一鐵磁層/反鐵磁耦合層/第二鐵磁層/Cu中間層/自由層/保護層。常用作上述各層的材料可包括MnPt或MnIr作反鐵磁層，CoFe作第一鐵磁層，Ru作反鐵磁耦合層，CoFe作第二鐵磁層，以及CoFe/NiFe作自由層。
專利文獻1公開了通過使用包括MnzPt100-z(53≤z≤57at％)的反鐵磁層和包括CoxFe100-x(42≤x≤83at％)的第一鐵磁層，使得反鐵磁層和第一鐵磁層之間的交換耦合磁場在基礎型的耦合膜中增加。該耦合膜包括底層/反鐵磁層/鐵磁層結(jié)構，其不構成合成鐵型的旋轉(zhuǎn)閥膜。
另一方面，專利文獻2公開了在選擇基礎型的合成鐵型的旋轉(zhuǎn)閥膜的第一鐵磁層以使fcc或hcp的密堆面(closed packed face)沿著該膜的平面方向取向的情況下，磁阻比例增加且自由層的軟磁性能改善。根據(jù)專利文獻2，有可能在第一鐵磁層含有CoFex的情況下，由于在Fe的組成x在范圍0≤x≤20at％內(nèi)時具有fcc結(jié)構，因此能獲得高的磁阻比例和改善了的自由層的軟磁性能。
JP-A No.2002-289947 JP-A No.2001-18950
發(fā)明內(nèi)容為了穩(wěn)定用于外磁場的旋轉(zhuǎn)閥設備的性能，有必要增加用于磁化附著層的反向磁場。增加用于磁化附著層的反向磁場，就有必要增加反鐵磁層和第一鐵磁層之間的磁交換耦合能，以及增加穿過反鐵磁耦合層生成的第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的反鐵磁耦合能。
此外，自由層的磁化方向根據(jù)信號磁場而改變。當自由層的磁化方向改變時，旋轉(zhuǎn)閥膜的電阻由于磁阻效應而改變，因此通過檢測該電阻的變化就能夠得到讀回信號。為了從磁阻磁頭獲得低噪音輸出，有必要提高自由層的軟磁性能。即，有必要降低自由層的矯頑磁力，以獲得穩(wěn)定的讀回信號。另外，為了防止自由層的軟磁性能由于施加到旋轉(zhuǎn)閥膜上的應力而改變，有必要減小自由層的磁致伸縮的絕對值。
為了使用磁阻設備作為磁阻磁頭，有必要不僅用專利文獻1中公開的技術來增加反鐵磁層和其附近的鐵磁層之間的交換耦合磁場，也有必要通過反鐵磁耦合層、磁阻比例和自由層的良好的軟磁性能來提供鐵磁層之間的優(yōu)異的反鐵磁耦合能。因此，本發(fā)明的目的是提供一種MnPt反鐵磁基礎型的合成鐵型的旋轉(zhuǎn)閥膜，該膜不僅具有在反鐵磁層和第一鐵磁層之間的強的交換耦合能，而且具有穿過Ru反鐵磁耦合層的在第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的優(yōu)異的反鐵磁耦合能，此外，還具有較高的磁阻比例和自由層的優(yōu)異的軟磁性能。
下面將簡單說明本申請中公開的典型發(fā)明的概要。
一種磁阻磁頭包括在基底上的含有MnPt的反鐵磁層、附著層、含有CoFe的自由層、在附著層和自由層之間形成的非磁性隔離層以及保護層，其中，在基底和自由層之間布置反鐵磁層，附著層具有通過反鐵磁耦合層來反鐵磁地彼此耦合的第一鐵磁層和第二鐵磁層，在反鐵磁耦合層和反鐵磁層之間布置的第一鐵磁層的組成范圍為Co100-XFeX(at％)，20＜X≤50，且磁阻比例為13.3％或以上。
另外，在另一個實施例中，在反鐵磁耦合層和反鐵磁層之間布置的第一鐵磁層由Co100-XFeX(at％)構成，且組分含量X在該層中變化。第一鐵磁層作為兩層結(jié)構而形成，位于鄰近MnPt反鐵磁層一側(cè)的Co100-XFeX層限定為20＜X≤50at％，而位于鄰近反鐵磁耦合層Ru一側(cè)的CoFey層限定為0≤y≤10at％。
本發(fā)明能夠提供一種具有高的磁阻比例、優(yōu)異的自由層軟磁性能和附著層的交換耦合磁場的磁阻磁頭。


圖1為應用了本發(fā)明的讀磁頭的截面圖；圖2為實施例1中的磁阻設備的膜結(jié)構示意圖；圖3為表示第一鐵磁層的Fe組分和磁阻比例之間的關系的圖表；圖4為表示第一鐵磁層的Fe組分和自由層的矯頑磁力之間的關系的圖表；圖5為實施例2中的磁阻設備的膜結(jié)構示意圖；圖6為表示兩層結(jié)構的第一鐵磁層中CoFe30膜的厚度與MnPt和第一鐵磁層之間的交換耦合能之間的關系的圖表；圖7為表示兩層結(jié)構的第一鐵磁層中CoFe30膜的厚度與附著層的反向磁場之間的關系的圖表；圖8為表示第二鐵磁層的Fe組分和磁阻比例之間的關系的圖表；圖9為表示第二鐵磁層的Fe組分和自由層的矯頑磁力之間的關系的圖表；圖10為表示自由層的參數(shù)S與自由層的磁致伸縮之間的關系的圖表；圖11為表示自由層的參數(shù)T與自由層的矯頑磁力之間的關系的圖表；圖12為表示自由層的參數(shù)Y與自由層的矯頑磁力之間的關系的圖表；圖13為表示自由層的參數(shù)Y與磁阻比例之間的關系的圖表；圖14表示了實施例4中的自由層和保護層的結(jié)構；圖15表示了實施例4中的自由層和保護層的結(jié)構；圖16表示使用本發(fā)明的磁阻設備的磁盤驅(qū)動器。
具體實施例方式
圖1為從空氣承載表面看去的根據(jù)本發(fā)明的顯示磁阻磁頭的示圖。在基底209上，經(jīng)由下屏蔽215和包括例如由氧化鋁制成的絕緣膜的下間隙210，沉積了由多層構成的磁阻設備200?？刂聘街鴮拥拇女牭拇女牽刂颇?13、電極211及其下面的膜212、214，被布置在作為讀傳感器膜的磁阻設備200的兩側(cè)。磁阻磁頭是CIP型磁頭，且電極的放置使得電流的流向垂直于磁阻設備200的多層堆積方向。在電極211上布置上間隙217和上屏蔽216。在制造步驟中，首先提供包括玻璃的基底209，沉積屏蔽膜215和絕緣膜210，在其上沉積磁阻設備200，并且通過使用光掩模來蝕刻在磁阻設備中沉積的各層，以使磁阻設備具有錐形角。接著，形成磁疇控制膜213和電極211。隨后，形成包括絕緣膜的上間隙217和上屏蔽216。
實施例1圖2顯示了根據(jù)實施例1的磁阻設備200的層結(jié)構。磁阻設備200的層結(jié)構包括底層12、反鐵磁層13、第一鐵磁層14、反鐵磁耦合層15、第二鐵磁層16、非磁性隔離層17、自由層18和保護層19。底層12具有包括含有NiFeCr的第一底層12a和含有NiFe的第二底層12b的兩層結(jié)構。反鐵磁層13由MnPt構成。第一鐵磁層14和第二鐵磁層16均含CoFe。反鐵磁耦合層15含有Ru并用于反鐵磁耦合第一鐵磁層14和第二鐵磁層16之間的磁化方向。非磁性隔離層17含有Cu。自由層包括CoFe的第一自由層18a和NiFe的第二自由層18b的雙層結(jié)構。第二自由層18b中的NiFe具有減小自由層的矯頑磁力的作用。為了增加磁阻比例，在第二自由層18b的非磁性隔離層一側(cè)布置CoFe第一自由層18a。保護層19具有含有Cu或Ru的第一保護層19a和含有Ta的第二保護層19b的兩層結(jié)構。這些層從下面的底層12始依次沉積在下間隙210上。第一鐵磁層14的Co100-xFex的Fe組分的x構成范圍為20＜x≤50at％，優(yōu)選25≤x≤35at％，接近30at％。在上述構成中，有可能提供一種設備，與CoFex的Fe組分x為0＜x≤20at％的情況相比，其具有更高的磁阻比例和更低的自由層矯頑磁力。即，能夠得到優(yōu)選用于具有13.3％以上的磁阻比例和1.00e以下的自由層矯頑磁力的磁頭的磁阻設備。
用DC磁控管濺射裝置制造包括玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe 8/MnPt 140/CoFex/Ru 8/CoFe1020/Cu 17.8/CoFe 10/NiFe 15/Cu 6/Ta 20的MnPt反鐵磁基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥膜，并測量其特性。NiFeCr/NiFe為底層，Cu/Ta為保護層。用Co靶和Fe靶的共同濺射來制備第一鐵磁層的CoFe。通過在進行第一鐵磁層中的CoFe膜沉積時改變施加于Co靶和Fe靶的電功率比例來改變第一鐵磁層中的CoFe組成。另外，由于飽和磁通密度隨著第一鐵磁層中CoFe的Fe組分不同而改變，因此控制鐵磁層的厚度，使得第一鐵磁層的磁化強度對于每種Fe組分來說都是恒定的。圖3表示了旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻比例與x組分之間的關系。圖4表示了旋轉(zhuǎn)閥膜的自由層的矯頑磁力與組分x之間的關系。
從圖3和4可以看出，當?shù)谝昏F磁層中的CoFe組分為30at％時，磁阻比例最大，自由層的矯頑磁力最小。具體地，在20＜x≤50at％時能獲得高的磁阻比例和小的自由層矯頑磁力。接近30at％Fe處的磁阻比例與0≤x≤20at％Fe處的相比高達13.3％以上。這是因為接近x＝30處每單位體積的磁矩最大，第一鐵磁層的厚度可減小，且電流的分路損耗可減小。另外，隨著Fe添加量的增加，磁阻比例減小。這是因為第一鐵磁層的晶體結(jié)構變成bcc，且從第二鐵磁層到自由層的晶體結(jié)構從完全fcc結(jié)構進行了變化。與0≤x≤20at％Fe的范圍中的相比，在30at％Fe處的自由層的矯頑磁力下降了1.0或以下。這是因為第一鐵磁層的晶粒在接近x＝30處為細晶體，且自由層的晶粒尺寸合適。隨著Fe添加量進一步增加，第一鐵磁層的晶體結(jié)構變成bcc，且自由層的晶體結(jié)構不再形成完全fcc結(jié)構。
這些結(jié)果表明第一鐵磁層的晶體結(jié)構不必總是fcc。這些結(jié)果與現(xiàn)有的觀念不同?，F(xiàn)有的觀念認為，為了得到高的磁阻比例和優(yōu)異的自由層軟磁性能，第一鐵磁層必須為fcc結(jié)構。即，人們迄今為止已作了如專利文獻2中描述的那樣的如下考慮在選擇基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥膜的第一鐵磁層以使fcc或hcp的密堆面沿著平面方向取向的情況下，磁阻比例增加且自由層的軟磁性能改善。在CoFe具有fcc結(jié)構處，CoFe第一鐵磁層的Fe組分因此小于20at％。然而，本發(fā)明人的研究結(jié)果表明，F(xiàn)e組分區(qū)域超過20at％，即在范圍20＜x≤50at％內(nèi)，對于通過Ru反鐵磁耦合層來提高第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的反鐵磁耦合能、增加旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻比例、減小自由層的磁致伸縮絕對值并減小自由層的矯頑磁力來說是優(yōu)異的，且能獲得13.3％或以上的磁阻比例和1.0Oe或以下的自由層矯頑磁力。
下面將說明即使當?shù)谝昏F磁層的晶體結(jié)構不為fcc時仍能得到磁阻比例的可能原因。當?shù)谝昏F磁層中CoFe的Fe組分值高于20at％時，由于飽和磁通密度增加，所以與Fe組分為20at％或以下的情況相比，第一鐵磁層的厚度可減小，并且分路損耗可減小，增加了磁阻比例。另一方面，當CoFe的Fe組分增加且晶體結(jié)構變成bcc時減小磁阻比例的影響較小，通過減少分路損耗來增加磁阻比例是主導。因此可能造成在Fe組分為30at％處磁阻比例達到最大。另外，下面將說明即使當?shù)谝昏F磁層的晶體結(jié)構不是fcc時自由層的軟磁性能提高的可能原因。當使第一鐵磁層中的Fe組分大于20at％時，fcc結(jié)構變得不穩(wěn)定，bcc結(jié)構變得穩(wěn)定；因此，鄰近邊界區(qū)域的第一鐵磁層的晶粒尺寸較小。在基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥膜中，由于第一鐵磁層起著自由層底層的作用，因此自由層的晶粒尺寸也減小以提高自由層的軟磁性能。另一方面，當?shù)谝昏F磁層的晶體結(jié)構變成bcc時對自由層的軟磁性能惡化的影響較小，而細化晶粒尺寸所造成的影響要大于前述的影響。因此，結(jié)果是自由層的軟磁性能變得令人滿意。通過使第一鐵磁層變成fcc結(jié)構而能獲得高的磁阻比例和優(yōu)異的自由層軟磁性能的現(xiàn)有觀念是不能預見到這樣的結(jié)果的。
實施例2圖5表示了根據(jù)實施例2的磁阻設備200的層結(jié)構。該磁阻設備具有包括底層12、反鐵磁層13、第一鐵磁層14、反鐵磁耦合層15、第二鐵磁層16、非磁性隔離層17、自由層18和保護層19的膜結(jié)構。底層12具有包括含有NiFeCr的第一底層12a和含有NiFe的第二底層12b的兩層結(jié)構。反鐵磁層13包括MnPt。第一鐵磁層14和第二鐵磁層16均含CoFe。反鐵磁耦合層15含有Ru并具有反鐵磁耦合第一鐵磁層14和第二鐵磁層16的作用。非磁性隔離層17含有Cu。自由層具有包括CoFe第一自由層18a和NiFe第二自由層18b的兩層結(jié)構。由于NiFe降低矯頑磁力，因此在關于第一自由層的保護層19的一側(cè)設置第二自由層。保護層19具有含有Cu或Ru的第一保護層19a和含有Ta的第二保護層19b的兩層結(jié)構。該實施例中，改變了第一鐵磁層14中的Fe組分比例。為了改變Fe組分比例，當沉積第一鐵磁層14時，分開沉積Fe組分比例不同的各層，即，首先沉積具有相對較高Fe組分比例的層，然后依次沉積具有相對較低Fe組分比例的層。反鐵磁層一側(cè)上的較大的Fe組分比例比反鐵磁耦合層一側(cè)上的Fe組分比例高。這樣就可能通過包括Ru的反鐵磁耦合層15來增加第一鐵磁層14和第二鐵磁層16之間的反鐵磁耦合能，并增加反鐵磁層13和第一鐵磁層14之間的交換耦合能。以下的層結(jié)構尤其優(yōu)異其中第一鐵磁層具有雙層結(jié)構，鄰近MnPt反鐵磁層一側(cè)上的CoFex層，20＜x≤50at％，和鄰近反鐵磁耦合層Ru一側(cè)上的CoFey，0＜y≤10at％。構成磁阻設備的多層從下面的底層12始依次沉積在下間隙210上。
制造具有玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe 8/MnPt 140/CoFe30/CoFe10/Ru 5.5/CoFe1020/Cu 17.8/CoFe 10/NiFe 15/Cu 6/Ta 20膜結(jié)構的旋轉(zhuǎn)閥膜并測量其特性。作為比較的例子1，旋轉(zhuǎn)閥膜具有玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe8/MnPt140/CoFe10/CoFe30/Ru 5.5/CoFe1020/Cu 17.8/CoFe 10/NiFe 15/Cu 6/Ta 20的結(jié)構。制造實施例2和比較的例子1的旋轉(zhuǎn)閥膜。在實施例1和比較的例子1的旋轉(zhuǎn)閥膜的情況下，CoFe30/CoFe10和CoFe10/CoFe30分別用作第一鐵磁層?？刂艭oFe30和CoFe10的膜厚，使得CoFe30/CoFe10和CoFe10/CoFe30的磁化量能夠恒定。
圖6表示了旋轉(zhuǎn)閥膜的第一鐵磁層和MnPt反鐵磁層之間的交換耦合能與CoFe30膜厚之間的關系。為了測量MnPt反鐵磁層和第一鐵磁層之間的交換耦合能，制造了包括玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe 8/MnPt 140/第一鐵磁層/Cu 23.8/Ta 20的結(jié)構的試樣。然后，基于第一鐵磁層的磁化回線距初始點的位移來計算交換耦合能。當實施例2中的第一鐵磁層為CoFe30/CoFe10結(jié)構時，在CoFe30膜厚為6～16處，MnPt反鐵磁層和第一鐵磁層之間的交換耦合能增加。另一方面，當比較的例子中的第一鐵磁層為CoFe10/CoFe30結(jié)構時，在CoFe30膜厚為12～16處交換耦合能增加。
另外，圖7表示實施例2和比較的例子1中旋轉(zhuǎn)閥膜的合成鐵型附著層中的附著層的反向磁場與CoFe30膜厚之間的關系。該合成鐵型附著層中的附著層的反向磁場是這樣一種磁場，其電阻變化量是固定層的磁化在電阻變化曲線上旋轉(zhuǎn)的磁場區(qū)域中電阻最大變化量的一半，這是一種通過Ru對第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的反鐵磁耦合能的指標。
合成鐵型附著層中的附著層的反向磁場在實施例2的第一鐵磁層的CoFe30/CoFe10結(jié)構中CoFe30膜厚為0～8處增加。即，第一鐵磁層和第二鐵磁層之間通過Ru的鐵磁耦合能在第一鐵磁層的CoFe30/CoFe10結(jié)構中CoFe30膜厚為0～8處增加。
從圖6和7可見，MnPt反鐵磁層和第一鐵磁層之間的交換耦合能，和第一鐵磁層和第二鐵磁層之間通過Ru的反鐵磁耦合能可在第一鐵磁層的CoFe30/CoFe10兩層結(jié)構中CoFe30膜厚為6～8范圍內(nèi)處增加。膜的磁阻比例和自由層的矯頑磁力令人滿意，基本上等同于第一鐵磁層為CoFe30單層情況下的值。另外，已發(fā)現(xiàn)在實施例2中第一鐵磁層中鄰近Ru反鐵磁耦合層一側(cè)上CoFey層的組分被限定為0≤y≤10at％，從而可能獲得MnPt和第一鐵磁層之間的高交換耦合磁場、第一鐵磁層/Ru反鐵磁耦合層/第二鐵磁層的高耦合能、高磁阻比例和優(yōu)異的自由層軟磁性能。
通過第一鐵磁層采用雙層結(jié)構、將鄰近MnPt反鐵磁層一側(cè)的CoFex的組分限定為20＜x≤50at％、將鄰近反鐵磁耦合層Ru側(cè)的CoFey的組分限定為0＜y≤10at％，可以獲得MnPt和第一鐵磁層之間的高交換耦合磁場、第一鐵磁層/Ru反鐵磁耦合層/第二鐵磁層的高耦合能、高磁阻比例和優(yōu)異的自由層軟磁性能。
實施例3在實施例3中，改變了第一和第二實施例中第二鐵磁層16的組成中CoFez的Fe組分z。制造包括玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe 8/MnPt140/CoFe5015/Ru 8/CoFez/Cu 17.8/CoFe 10/NiFe 15/Cu 6/Ta 20膜的旋轉(zhuǎn)閥膜并測量其特性。由于飽和磁通密度隨著第二鐵磁層中CoFe的Fe組分不同而改變，因此控制第二鐵磁層中Co100-zFez的膜厚，使得第二鐵磁層的磁化量對于每種Fe組分來說都是恒定的。
圖8表示了旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻比例與第二鐵磁層的Co100-zFez中Fe組分之間的關系。從圖8可見，通過將第二鐵磁層的Co100-zFez中Fe組分z限制為0＜z≤5at％，就可獲得高的磁阻比例。
圖9表示了旋轉(zhuǎn)閥膜的自由層的矯頑磁力與第二鐵磁層的CoFe中Fe組分之間的關系。從圖9可見，通過將第二鐵磁層的Co100-zFez中Fe組分z限制為0＜z≤7at％，就可獲得小的自由層矯頑磁力。從圖8和9可見，通過將第二鐵磁層中的Co100-zFez中的組分限制到0＜z≤5at％就可獲得高的磁阻比例和小的自由層矯頑磁力。另外，已發(fā)現(xiàn)當?shù)诙F磁層中Co100-zFez組成被限制為0＜z≤10at％時，第一鐵磁層和第二鐵磁層之間通過Ru膜的反鐵磁耦合能也能增加。結(jié)論是，已發(fā)現(xiàn)當?shù)诙F磁層中Co100-zFez中的Fe組分z被限制為0＜z≤5at％時，可獲得高的磁阻比例、優(yōu)異的自由層軟磁性能、以及第一鐵磁層和第二鐵磁層之間通過Ru的反鐵磁耦合能。
通過將第二鐵磁層中Co100-zFez的組成限制為0＜z≤5at％就能獲得第一鐵磁層/Ru/第二鐵磁層的高耦合能、高的磁阻比例和優(yōu)異的自由層軟磁性能。
實施例4在實施例4中研究了實施例1和2中的磁阻設備的自由層參數(shù)。制造包括玻璃基底/NiFeCr 32/NiFe 8/MnPt 140/CoFe5015/Ru 4.55/CoFe1020/Cu 18/CoFextCF/NiFeztNF/保護層的結(jié)構的旋轉(zhuǎn)閥膜并測量其特性。CoFe/NiFe為自由層。圖14和15表示了制得的旋轉(zhuǎn)閥膜的自由層CoFe、自由層NiFe和保護層。在該情況下，使用自由層的CoFe膜厚tCF()、自由層中CoFe的Fe組分X(at％)、自由層的NiFe膜厚tNF()、以及自由層NiFe的Fe組分Z(wt％)來如下定義自由層的參數(shù)Y、S和T。
Y＝tNF/(tNF+tCF)，Mf＝tNF+2.0×tCF-3.0()，S＝a+b×Y×Z+c×Z+d×(1-Y)×X+e×X+f×Mf，系數(shù)a＝28.7，系數(shù)b＝-4.9，系數(shù)c＝4.9，系數(shù)d＝-5.2，
系數(shù)e＝0.89，系數(shù)f＝-1.1，T＝g+h×Y×Z+i×Z+j×(1-Y)×X+k×X+1×Mf，系數(shù)g＝0.953，系數(shù)h＝0.661，系數(shù)i＝-0.79，系數(shù)j＝0.605，系數(shù)k＝-0.11，系數(shù)l＝0.143。
圖10表示了自由層的磁致伸縮和自由層的參數(shù)S之間的關系。從圖10可見，通過將自由層的參數(shù)S限制到-42≤S≤+7，自由層的磁致伸縮可為-10-7或以上且+5-7或以下。
接著，圖11表示了實施例4中自由層的矯頑磁力和自由層的參數(shù)T之間的關系。從圖11可見，通過將自由層的參數(shù)T控制到T≤3.6可使自由層的矯頑磁力下降到2.5Oe以下。
另外，圖12表示了實施例4中自由層的矯頑磁力和自由層的參數(shù)Y之間的關系。從圖12可見，通過將自由層的參數(shù)Y控制到0≤Y≤0.7可使自由層的矯頑磁力下降到2.5Oe以下。
在根據(jù)本發(fā)明的MnPt反鐵磁基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥膜中，通過將自由層的參數(shù)Y、S和T限制到范圍-42≤S≤+7、T≤3.6以及0≤Y≤0.7，可以獲得令人滿意的自由層軟磁性能，即自由層的磁致伸縮為-10-7或以上且+5-7或以下，并且自由層的矯頑磁力為2.5Oe以下。
當自由層的磁化強度Mf下降時，由于自由層的磁化的旋轉(zhuǎn)趨于與相同信號磁場更為相關，所以磁阻設備的敏感度增加。然而，當自由層的磁化強度Mf下降時，旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻比例也下降。因此，自由層的磁化強度Mf是一種綜合設定以使讀回輸出相對于同樣的信號磁場變得最大的設計參數(shù)。作為參考，圖13表示了相應于實施例4中自由層的不同磁化強度Mf的試樣的自由層參數(shù)Y與磁阻比例關系的圖表。在自由層參數(shù)Y為0.2≤Y≤0.7的范圍內(nèi)能夠獲得高的磁阻比例。特別地，在自由層的磁化強度Mf為37以上時能夠得到13％以上的高的磁阻比例。在MnPt反鐵磁基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥中，假定自由層的CoFe的Fe組分為X(at％)，自由層的CoFe膜厚為tCF()，自由層的NiFe的Fe組分為Z(wt％)且自由層的NiFe膜厚為tNF()，通過將Y、S和T作如下限定可以得到高達-10-7或以上+5-7或以下的自由層磁致伸縮、2.5Oe或以下的自由層矯頑磁力和令人滿意的自由層軟磁性能Y＝tNF/(tNF+tCF)，Mf＝tNF+2.0×tCF-3.0()，S＝a+b×Y×Z+c×Z+d×(1-Y)×X+e×X+f×Mf，系數(shù)a＝28.7，系數(shù)b＝-4.9，系數(shù)c＝4.9，系數(shù)d＝-5.2，系數(shù)e＝0.89，系數(shù)f＝-1.1，T＝g+h×Y×Z+i×Z+j×(1-Y)×X+k×X+1×Mf，系數(shù)g＝0.953，系數(shù)h＝0.661，系數(shù)i＝-0.79，系數(shù)j＝0.605，系數(shù)k＝-0.11，系數(shù)l＝0.143，并將它們設定在如下范圍之內(nèi)-42≤S≤+7，T≤3.6，且0≤Y≤0.7。
圖16表示具有實施例1～4中描述的具有旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻磁頭的磁盤驅(qū)動器130的一個例子。磁盤驅(qū)動器130包括磁介質(zhì)(磁盤)110、磁盤固定機構120、滑道機構(ramp mechanism)140、音圈馬達(VCM)160、磁頭堆組件(HSA)和磁頭100。實施例1～4中分別描述的讀磁頭與寫磁頭結(jié)合構成磁頭100。
權利要求
1.一種磁阻磁頭，包括在基底之上的反鐵磁層；附著層，其中的磁化方向通過與所述反鐵磁層的交換耦合來固定；自由層；非磁性隔離層，其在所述附著層和所述自由層之間形成；以及保護層，其中，在所述基底和所述自由層之間布置所述反鐵磁層，所述反鐵磁層包括MnPt，所述自由層包括CoFe，所述附著層具有通過反鐵磁耦合層來彼此反鐵磁耦合的第一鐵磁層和第二鐵磁層，在所述反鐵磁耦合層和所述反鐵磁層之間布置的所述第一鐵磁層的組成在如下范圍之內(nèi)Co100-xFex(at％)，20＜x≤50，且磁阻比例為13.3％或以上。
2.根據(jù)權利要求1的磁阻磁頭，其中，所述反鐵磁耦合層和所述非磁性隔離層之間布置的所述第二鐵磁層的組成在如下范圍之內(nèi)Co100-ZFeZ(at％)，0＜Z≤5。
3.根據(jù)權利要求1的磁阻磁頭，其中，所述自由層包括含有CoFe并位于所述非磁性隔離層一側(cè)上的第一自由層和含有NiFe并位于所述保護層一側(cè)上的第二自由層，其中，如下定義的Y、S和T在如下范圍之內(nèi)-42≤S≤+7，T≤3.6，且0≤Y≤0.7，假定所述第一自由層的CoFe的Fe組分為X(at％)、膜厚為tCF()，所述第二自由層的NiFe的Fe組分為Z(wt％)且膜厚為tNF()，并如下定義Y＝tNF/(tNF+tCF)，Mf＝tNF+2.0×tCF-3.0()，S＝a+b×Y×Z+c×Z+d×(1-Y)×X+e×X+f×Mf，系數(shù)a＝28.7，系數(shù)b＝-4.9，系數(shù)c＝4.9，系數(shù)d＝-5.2，系數(shù)e＝0.89，系數(shù)f＝-1.1，T＝g+h×Y×Z+i×Z+j×(1-Y)×X+k×X+1×Mf，系數(shù)g＝0.953，系數(shù)h＝0.661，系數(shù)i＝-0.79，系數(shù)j＝0.605，系數(shù)k＝-0.11，系數(shù)1＝0.143。
4.根據(jù)權利要求1的磁阻磁頭，還包括底層，其具有在所述基底和所述反鐵磁層之間布置的多個層，其中，所述自由層還含有NiFe，且NiFe布置在與所述保護膜交界的一側(cè)，所述反鐵磁耦合層含有Ru，所述非磁性隔離膜含有Cu，且所述第二鐵磁膜含有CoFe。
5.根據(jù)權利要求4的磁阻磁頭，其中，所述底層具有NiFeCr層和NiFe層，且在所述NiFe層和所述基底之間布置所述NiFeCr層。
6.根據(jù)權利要求5的磁阻磁頭，其中，所述保護層包括Ta層和Cu層，且在所述Ta層與所述自由層之間布置所述Cu層。
7.根據(jù)權利要求5的磁阻磁頭，還包括電極和磁疇控制膜，其中布置所述電極使得電流的流向垂直于多層堆積的方向。
8.一種磁阻磁頭，包括在基底之上的反鐵磁層；附著層，其中的磁化方向通過與所述反鐵磁層交換耦合來固定；自由層；保護層；非磁性隔離層，其在所述附著層和所述自由層之間形成，其中，在所述基底和所述自由層之間布置所述附著層和所述反鐵磁層，所述反鐵磁層包括MnPt，所述附著層具有通過反鐵磁耦合層來彼此反鐵磁耦合的第一鐵磁層和第二鐵磁層，在所述反鐵磁耦合層和所述反鐵磁層之間布置的所述第一鐵磁層由Co100-xFex(at％)構成，且組成X在該層內(nèi)變化。
9.根據(jù)權利要求8的磁阻磁頭，其中，所述第一鐵磁層中的所述反鐵磁層一側(cè)上的Fe組分比大于所述反鐵磁耦合層一側(cè)上的Fe組分比。
10.根據(jù)權利要求9的磁阻磁頭，其中，所述第一鐵磁層包括兩層結(jié)構，布置在所述反鐵磁層一側(cè)上的兩層結(jié)構的層具有在如下范圍之內(nèi)的組分Co100-xFex(at％)，20＜x≤50，且布置在所述反鐵磁耦合層一側(cè)上的兩層結(jié)構的層具有在如下范圍之內(nèi)的組分Co100-YFeY(at％)，0≤Y≤10。
11.根據(jù)權利要求9的磁阻磁頭，其中，布置在所述反鐵磁耦合層和所述非磁性隔離層之間的所述第二鐵磁層具有在如下范圍之內(nèi)的組分Co100-ZFeZ(at％)，0＜Z≤5。
12.根據(jù)權利要求9的磁阻磁頭，其中，所述自由層包括含有CoFe并布置在所述非磁性隔離層一側(cè)上的第一自由層和含有NiFe并布置在所述保護層一側(cè)上的第二自由層，如下定義的Y、S和T在如下范圍之內(nèi)-42≤S≤+7，T≤3.6，且0≤Y≤0.7，假定所述第一自由層的CoFe的Fe組分為X(at％)、膜厚為tCF()，所述第二自由層的NiFe的Fe組分為Z(wt％)且膜厚為tNF()，并如下定義Y＝tNF/(tNF+tCF)，Mf＝tNF+2.0×tCF-3.0()，S＝a+b×Y×Z+c×Z+d×(1-Y)×X+e×X+f×Mf，系數(shù)a＝28.7，系數(shù)b＝-4.9，系數(shù)c＝4.9，系數(shù)d＝-5.2，系數(shù)e＝0.89，系數(shù)f＝-1.1，T＝g+h×Y×Z+i×Z+j×(1-Y)×X+k×X+1×Mf，系數(shù)g＝0.953，系數(shù)h＝0.661，系數(shù)i＝-0.79，系數(shù)j＝0.605，系數(shù)k＝-0.11，系數(shù)1＝0.143。
13.根據(jù)權利要求9的磁阻磁頭，還包括底層，其具有在所述基底和所述反鐵磁層之間布置的多個層，所述反鐵磁耦合層含有Ru，所述非磁性隔離層含有Cu，和所述第二鐵磁層含有CoFe。
14.根據(jù)權利要求13的磁阻磁頭，其中，所述底層包括NiFeCr層和NiFe層，且在所述NiFe層和所述基底之間布置所述NiFeCr層。
15.根據(jù)權利要求14的磁阻磁頭，其中，所述保護層包括Ta層和Cu層，且在所述Ta層與所述自由層之間布置所述Cu層。
16.根據(jù)權利要求14的磁阻磁頭，其中所述磁頭為CIP型磁頭。
17.一種磁阻磁頭，包括在基底之上的反鐵磁層；附著層，其中的磁化方向通過與所述反鐵磁層交換耦合來固定；自由層；非磁性隔離層，其在所述附著層和所述自由層之間形成；以及保護層；其中，在所述基底和所述自由層之間布置所述反鐵磁層，所述反鐵磁層包括MnPt，所述附著層具有通過反鐵磁耦合層來彼此反鐵磁耦合的第一鐵磁層和第二鐵磁層，在所述反鐵磁耦合層和所述反鐵磁層之間布置的所述第一鐵磁層的組成在如下范圍之內(nèi)Co100-xFex(at％)，20＜x≤50，所述自由層包括含有CoFe并布置在所述非磁性隔離層一側(cè)上的第一自由層和含有NiFe并布置在所述保護層一側(cè)上的第二自由層，如下定義的Y、S和T在如下范圍之內(nèi)-42≤S≤+7，T≤3.6，且0≤Y≤0.7，假定所述第一自由層的CoFe的Fe組分為X(at％)且膜厚為tCF()，所述第二自由層的NiFe的Fe組分為Z(wt％)且膜厚為tNF()，并如下定義Y＝tNF/(tNF+tCF)，Mf＝tNF+2.0×tCF-3.0()，S＝a+b×Y×Z+c×Z+d×(1-Y)×X+e×X+f×Mf，系數(shù)a＝28.7，系數(shù)b＝-4.9，系數(shù)c＝4.9，系數(shù)d＝-5.2，系數(shù)e＝0.89，系數(shù)f＝-1.1，T＝g+h×Y×Z+i×Z+j×(1-Y)×X+k×X+1×Mf，系數(shù)g＝0.953，系數(shù)h＝0.661，系數(shù)i＝-0.79，系數(shù)j＝0.605，系數(shù)k＝-0.11，系數(shù)1＝0.143。
18.根據(jù)權利要求17的磁阻磁頭，其中，布置在所述反鐵磁耦合層和所述非磁性隔離層之間的所述第二鐵磁層具有如下范圍之內(nèi)的組分Co100-ZFeZ(at％)，0＜Z≤5。
19.一種制造磁阻磁頭的方法，包括在基底上沉積底層的第一步驟；在所述底層上沉積反鐵磁層的第二步驟；在所述反鐵磁層上沉積第一鐵磁層的第三步驟；在所述第一鐵磁層上沉積反鐵磁耦合層的第四步驟；在所述反鐵磁耦合層上沉積第二鐵磁層的第五步驟；在所述第二鐵磁層上沉積非磁性層的第六步驟；在所述非磁性層上沉積自由層的第七步驟；和在所述自由層上沉積保護層的第八步驟；其中所述第一鐵磁層含有CoFe，且在所述第三步驟中在各自不同的步驟中沉積Fe組分比例各不相同的層。
20.根據(jù)權利要求19的制造磁阻磁頭的方法，還包括在所述第八步驟之后通過使用光掩模來蝕刻所述沉積的層的第九步驟；和在所述第九步驟之后形成磁疇控制膜和電極的步驟；其中在先前的所述第三步驟中沉積具有相對較大的Fe組分比的層。
全文摘要
使得旋轉(zhuǎn)閥設備的反鐵磁層和第一鐵磁層之間的交換耦合能以及經(jīng)由Ru反鐵磁耦合層耦合的第一鐵磁層和第二鐵磁層之間的反鐵磁耦合能增加，從而增加磁阻比例并減小旋轉(zhuǎn)閥膜的自由層矯頑磁力。在MnPt反鐵磁基礎型合成鐵型旋轉(zhuǎn)閥膜中，底層、包括MnPt的反鐵磁層、包括CoFe的第一鐵磁層、包括Ru的反鐵磁耦合層、包括CoFe的第二鐵磁層、包括Cu的中間非磁性層、包括CoFe和NiFe合成膜的自由層以及保護層被堆疊在基底上，并且第一鐵磁層的CoFe
文檔編號G01R33/09GK1725301SQ20051008233
公開日2006年1月25日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權日2004年6月30日
發(fā)明者重松惠嗣, 西岡浩一, 田島康成 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司