[发明专利]多层磁电阻检测器及其制造方法和磁存储系统

说明书

本发明一般地涉及用于读出记录在磁介质上的信息信号的磁传感器，且具体地涉及一种由多层铁磁结构呈现大磁电阻的磁电阻读取检测器，在该多层铁磁结构中铁磁层以反铁磁的方式耦合。

现有技术中已知，利用被称为磁电阻(MR)检测器或头的磁读取传感器来从磁介质上读取高密度记录数据。MR检测器借助用磁性材料制成的读取元件的电阻变化，来检测作为被该读取元件所感测的磁通量的强度和方向的函数的磁场信号。这些先有技术MR检测器，是根据各向异性磁电阻(AMR)效应工作的，在该效应中读取元件的电阻与磁化和通过读取元件的检测电流之间的角度的余弦的平方(cos²)成正比。对该AMR效应更详细的描述见于D.A.Thompson等人在IEEE Trans.Mag.MAG-11,p.1039(1975)上的“Memory，Storage,and Related Applications”一文。

于1990年1月23日授予Takino等人的名称为“利用磁电阻效应的磁传感器头”的美国专利第4,896,235号，公开了一种多层磁检测器，它采用了AMR并包括被一个非磁层分开的第一和第二磁层，其中至少一个磁层是由呈现AMR效应的材料制成的。在各个磁层中的易磁化轴被设定得与所加的磁信号相垂直，从而使该MR检测元件的检测电流在磁层中提供了一个与该易磁化轴相平行的磁场，以消除或减小在该检测器中的巴克豪森噪声。H.Suya-ma等人在IEEE Trans.Mag.,Vol.24,No.6,1988(2612-2614页)上题目为“用于高密度硬盘驱动器的薄膜MR头”的论文中，公布了一种与Takino等人公布的相似的多层MR检测器。

采用AMR效应的磁电阻读检测器一般比感应检测器优越，其理由有几个，其中最重要的一个是与检测器和磁介质之间的相对运动无关的更大的信号和信/噪比。然而，在大于5千兆/平方英寸的数据记录密度下，AMR检测器可能不能提供充分的灵敏度。在这些密度下的信号强度的损失，主要是由于在更高的记录密度所要求的MR检测器带的变薄引起的。另外，该AMR效应对于小于10nm的检测器带厚度会迅速地消失；例如在3nm的厚度下，ΔR/R为大约0.5％。

还已经描述了第二种不同且更显著的磁电阻效应，其中层状磁检测器的电阻的改变是由于在铁磁层之间经过分隔铁磁层的非磁层的传导电子的与自旋有关的传送和所伴随的在层界面上的与自旋有关的散射引起的。该磁电阻效应称为“大磁电阻”或“自旋阀”效应。用适当材料制成的这种MR检测器与采用AMR效应的检测器相比，提供了改善的灵敏度和更大的电阻变化。在这种类型的MR检测器中，在一对被非磁层分隔的铁磁层之间的平面内电阻，与两层中的磁化之间的角度的余弦(cos)成正比。

在G.Binasch等人在美国物理学会1989年3月1目的Physi-cal Review B,Vol.39,No.7上的题目为“Enhanced Magnetore-sistance in Layered Magnetic Structures with Antiferromagnetic In-terlayer Exchange”的论文中，描述了由于在被铬制成的薄非磁中间层分开的相邻铁层之间的反铁磁交换耦合造成的磁电阻效应的大幅度增加。授予Grunberg的美国专利第4,949,039号，公布了一个层状磁结构，它产生了由在磁层中的磁化的反平行排列而引起增大的磁电阻效应。作为可能用于这种层状结构中的材料，Grun-berg列出了铁磁过渡金属和合金，但是没有从该清单中指出对于优越的MR信号幅度来说最佳的材料。

转让给本受让人的美国专利第5,206,590号，公开了一种MR检测器，其中观测到由一个非磁材料薄层分开的两个相邻铁磁层之间的电阻与两层的磁化之间的角度的余弦成正比，且与通过检测器的电流的方向无关。该机制产生了一种磁电阻，它取决于自旋阀效应，且对于选定的材料组合来说在幅度上大于AMR。