[发明专利]使用自旋霍尔效应的磁传感器

说明书

本发明提供了使用自旋霍尔效应的磁传感器及其制造方法。一种此类磁传感器包括：自旋霍尔层，该自旋霍尔层包含导电的非磁性材料；磁性自由层，该磁性自由层与自旋霍尔层相邻；一对推动端子，该一对推动端子被配置成使电流能够在垂直于自由层和自旋霍尔层的平面的方向上穿过磁性自由层和自旋霍尔层；和一对感测端子，该一对感测端子被配置成感测当电流穿过磁性自由层和自旋霍尔层时的电压，其中推动端子和感测端子中的每一者与其他端子电隔离。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年11月29日提交的名称为“使用自旋霍尔效应的磁传感器(MAGNETIC SENSOR USING SPIN HALL EFFECT)”的美国专利申请15/826,578以及于2017年6月12日提交的名称为“使用自旋霍尔效应的磁传感器(MAGNETIC SENSOR USING SPINHALL EFFECT)”的美国临时专利申请62/518,540的优先权和权益，这两个专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及磁数据记录，并且更特别地涉及利用自旋霍尔效应检测磁场的存在的磁读取传感器。

背景技术

计算机系统通常包括被称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、由与旋转磁盘的表面相邻的悬架臂悬挂的读取头和写入头、以及摆动悬架臂以将读取头和写入头放置在旋转磁盘上的所选择的轨道上的致动器。读取头和写入头直接定位在具有空气轴承表面(ABS)的滑块上。当磁盘不旋转时，悬架臂偏置滑块与磁盘的表面接触，但是当磁盘旋转时，空气被旋转的磁盘旋动。当滑块漂浮在空气轴承上时，读取头和写入头用于向旋转磁盘写入磁印痕和从旋转磁盘读取磁印痕。读取头和写入头连接到处理电路，该处理电路根据计算机程序操作，以实现读取功能和写入功能。

写入头包括至少一个线圈、写入极和一个或多个返回极。当电流流过线圈时，所得磁场致使磁通量流过写入极，这导致从写入极的尖端发出的磁写入场。该磁场足够强，使得它局部磁化相邻磁介质的一部分，从而记录数据位。然后，写入场行进穿过磁介质的软磁下层，以返回到写入头的返回极。

磁阻传感器诸如巨磁阻(GMR)传感器、隧道结磁阻(TMR)传感器或剪刀型磁阻传感器已经被用来从磁介质读取磁信号。此类磁阻传感器具有响应于外部磁场而改变的电阻。电阻的这种改变可以由处理电路检测，以便从磁介质读取磁数据。传感器位于第一磁屏蔽部和第二磁屏蔽部之间，在屏蔽部之间的间距影响数据密度。在屏蔽部之间的较小间距通过增加在给定长度的数据轨道上可记录和检测的位而导致数据密度的增加。然而，实现较小的间距或读取器间隙可能具有挑战性。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种磁传感器，该磁传感器包括：自旋霍尔层，该自旋霍尔层包含导电的非磁性材料；磁性自由层，该磁性自由层与自旋霍尔层相邻；一对推动端子，该一对推动端子被配置成使电流能够在垂直于自由层和自旋霍尔层的平面的方向上穿过磁性自由层和自旋霍尔层；和一对感测端子，该一对感测端子被配置成感测当电流穿过磁性自由层和自旋霍尔层时的电压，其中推动端子和感测端子中的每一者与其他端子电隔离。

在另一个方面，本公开涉及一种制造磁传感器的方法，该方法包括：提供自旋霍尔层，该自旋霍尔层包含导电的非磁性材料；在自旋霍尔层上提供磁性自由层；提供一对推动端子，该一对推动端子被配置成使电流能够在垂直于自由层和自旋霍尔层的平面的方向上穿过磁性自由层和自旋霍尔层；提供一对感测端子，该一对感测端子被配置成感测当电流穿过磁性自由层和自旋霍尔层时的电压；以及将推动端子和感测端子中的每一者与其他端子电隔离。

在另一个方面，本公开涉及一种磁传感器，该磁传感器包括：自旋霍尔层，该自旋霍尔层包含导电的非磁性材料；磁性自由层，该磁性自由层位于自旋霍尔层上；用于使电流在垂直于自由层和自旋霍尔层的平面的方向上穿过磁性自由层和自旋霍尔层的装置，其中用于使电流穿过的装置包括一对推动端子；用于感测当电流穿过磁性自由层和自旋霍尔层时的电压的装置，其中用于感测电压的装置包括一对感测端子；和用于将推动端子和感测端子中的每一者与其他端子电隔离的装置。