[发明专利]巨磁阻磁头、其制造方法及使用该磁头的磁盘驱动器

说明书

本发明一般地涉及一种GMR磁头、一种制造这种GMR磁头的方法及使用该GMR磁头的磁盘驱动器。

在20世纪90年代，磁盘上信息的位密度得到极大提高：每十年提高了100倍。如果今后保持这个速度发展下去，到2000或2001年位密度将达到10G位/平方英寸。从近来巨磁阻(GMR)磁头技术的发展来看会实现这个目标。

图1显示了在磁盘驱动器中使用GMR磁头的复合磁头112的整体布置，磁介质114如磁盘正对着复合磁头112放置。此处显示的复合磁头112是具有背负式(piggy backed)结构的归并型磁头，它包括一个写头118和一个读头116，其中写头118位于读头116的背面，读头116的上部屏蔽层120同时作为写头118的底部写入磁体120(底层磁芯)。

图1中GMR磁头100包含在读头116中。该GMR磁头包括GMR薄膜122、一对电极124a和124b、分别放置在电极对对立面的底部读屏蔽层98和上部读屏蔽层120。

写头118包括写线圈128、围绕写线圈128的有机绝缘层130、磁间隔膜132、置于有机绝缘层130和磁间隔膜132上面的上部写磁极134以及置于有机绝缘层130和磁间隔膜132下面的底部写入磁极120。

图2显示了GMR100磁头的整体布置。如图2所示，该GMR磁头100包括一个旋转阀膜(spin valve film)122，旋转阀膜122包括形成于衬底101上的自由磁层102、中间层103、被锁定磁层104和反铁磁层或抑制层105，衬底101包含形成于底部读屏蔽层(没有画出)上的底部间隔膜(没有画出)。GMR磁头100包括旋转阀膜122和最好至少与旋转阀膜122的自由磁层102相应端部相连的一对电极124a和124b(图1中所示)。

图3A-D说明旋转阀膜122的电阻如何随着其中磁场强度改变而变化。如图3A所示，旋转阀膜122有4层。磁层(自由和被锁定)102和104由中间的非磁性层103分开。被锁定磁层104上面是反铁磁层105，因此在退火后，与反铁磁层105邻接的层104中的磁场强度Mp方向被锁定为与反铁磁层105的边界或交界区域处磁场强度方向一致。

另一方面，由中间层103隔开的自由磁层102磁场强度方向不固定。换句话说，被锁定磁层104具有高的矫顽力或抗磁力，而自由磁层102具有低的矫顽力或抗磁力，如图3C所示。

在外部磁场影响下，自由磁层102被磁化为与外部磁场方向一致，在一个方向获得某一磁场强度Mf。众所周知，当自由磁层102和被锁定磁层104的磁场强度方向成180°角(即它们指向相反的方向如图3A所示)时，旋转阀膜的电阻达到最大值。

图4A和4B说明了GMR磁头所依据的原理。如图4A所示，如果自由磁层102和被锁定磁层104磁场强度方向相反，那么当电子由一层运动到另一层中时，相对较多数目的电子可能被中间层(无磁层)和磁层的交界层散射，从而表现出高的电阻率。

如果如图4B所示，自由磁层102的磁场强度方向和被锁定磁层104的方向一致时，通过中间层(无磁性)和磁层的交界层时只有相对较少数目的电子被散射。进一步解释为，每个运动电子或者旋转加速或旋转减慢，但是其中的一个受到给定磁场作用散射较为严重。图4A和4B中，电子已经发生了散射，但是图4B所示的散射情形比图4A所示的散射情形发生的可能性要小一些，因而可以控制电子从被锁定磁层104流入自由磁层103。

如图3D所示，具有旋转阀结构的GMR元件的自由磁层中磁场强度Mf随外加磁场而变化，在此例中所示的代表性信号是磁场Hsig。磁场强度的变化反过来会导致GMR元件的旋转阀膜122电阻变化，这与自由磁层102磁场强度Mf和被锁定磁层104磁场强度Mp的夹角θ的余弦成比例，θ为0°-180°。

相应地，使用这种GMR膜122的磁头中，在没有外加磁场作用时，自由磁层102中磁场强度Mf与被锁定磁层104中磁场强度Mp相垂直(90°)，在外加磁场(如信号磁场Hsig)作用下时，在0°到180°范围内电阻将基本上呈线性对称地变化，并且在θ＝90°时具有平均值。电阻的对称响应使得容易处理来自磁盘驱动器的读信号。