发明名称 多层磁阻感测器
摘要 一种磁阻式读取感测器,由一或数个磁阻元素在一平面阵列中形成之多层感测元素结合而成,每一磁阻元素具有至少被一无磁性层隔开的两铁磁层之多层结构。此铁磁层藉其对边静磁性耦合而反铁磁性耦合。一藉间隔层与磁阻感测元素隔开之偏向层则提供一磁场将磁阻感测元素于要求之无信号点偏压以为线性响应。此磁阻感测元素系藉基质上的铁磁性物质层与无磁性物质层交错沈积加以形成,然后使用光制版技术将最终结构制型作成图案以提供磁阻元素表面阵列。将导电层在此阵列上加以沈积填满分开之磁阻元素间距中,以提供此结构平面中元素间之导电度。
申请公布号 TW277132 申请公布日期 1996.06.01
申请号 TW083108817 申请日期 1994.09.23
申请人 万国商业机器公司 发明人 托德.拉尼尔.希顿;麦可.安德鲁.派克;凯文.罗伯.考菲;景华苍;詹姆士.肯特.霍华德;罗伯.爱德华.方坦纳
分类号 G11B5/127 主分类号 G11B5/127
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种多层磁阻感测器,包括被一层形成多层磁性结构之无磁性物质隔开之第一与第二层的铁磁性物质,该第一与第二铁磁层藉其对边静磁性耦合而反铁磁性耦合,该第一铁磁层中磁化将实质上指向与第二铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中之磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角改变而成函数变化;该多层磁性结构制型形成多元素阵列,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构,导电物质之导电层则填满该元素间之间距,在该阵列上形成,以提供该多层磁性结构平面中该元素间之导电度。2.根据申请专利范围第1项之多层磁阻感测器,其中该阵列之每一元素具有要求在该多层磁性结构平面中最大尺寸为10.0微米或更小之形状。3.根据申请专利范围第2项之多层磁阻感测器,其中该每一元素具有一般圆形形状。4.根据申请专利范围第2项之多层磁阻感测器,其中该每一元素具有一般长方形之形状。5.一种多层磁阻感测器,包括被一层形成多层磁性结构之无磁性物质隔开之第一与第二层的铁磁性物质,该第一与第二铁磁层藉其对边静磁性耦合而反铁磁性耦合,该第一铁磁层中磁化将实质上指向与第二铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中之磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角改变而成函数变化;该多层磁性结构制型形成一非连续阵列垂直于该铁磁层,并且截取该每一铁磁层中磁异向性方向。6.一种多层磁阻感测器,包括被一层形成多层磁性结构之无磁性物质隔开之第一与第二层的铁磁性物质,该第一与第二铁磁层藉其对边静磁性耦合而反铁磁性耦合,该第一铁磁层中磁化将实质上指向与第二铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中之磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角改变而成函数变化;该多层磁性结构制型形成一非连续阵列垂直于该铁磁层,并且截取该每一铁磁层中磁异向性方向;将该多层磁性结构制型形成一阵列通过该多层磁性结构之孔径;该阵列之孔径形成一阵列通过该多层磁性结构之一般圆形孔。7.根据申请专利范围第5或第6项之多层磁阻感测器,其中将该多层磁性结构制型形成具有至少一具调整宽度之条状物。8.根据申请专利范围第7项之多层磁阻感测器,其中该具有调整宽度之条状物包含一连接一般圆形元素之阵列。9.根据申请专利范围第1,5,6项之多层磁阻感测器,其中每一该多层磁性结构包含一最大直径10.0微米的一般圆形元素。10.根据申请专利范围第1,5,6项之多层磁阻感测器,其中该多层磁性结构具有最大尺寸10微米或更小的一般长方形形状。11.根据申请专利范围第1,5,6项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质包含一物质,选自铁,钴,镍,镍-铁,以及铁,钴,镍或镍-铁为基础之铁磁性合金。12.根据申请专利范围第11项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质含镍-铁。13.根据申请专利范围第1,5,6项之多层磁阻感测器,其中该无磁性间隔层含一导电物质。14.根据申请专利范围第13项之多层磁阻感测器,其中该导电物质选自银,金,铜与钌,以及银,金,铜或钌之导电合金。15.根据申请专利范围第14项之多层磁阻感测器,其中该导电物质为银。16.根据申请专利范围第14项之多层磁阻感测器,其中该导电物质为铜。17.根据申请专利范围第1项之多层磁阻感测器,其中该导电层包含一无磁性导电物质,选自铬,钽,银,金,铜,铝与钌。18.根据申请专利范围第17项之多层磁阻感测器,其中该无磁性导电物质含铬。19.一种含N双层之多层磁阻感测器,其中每一双层包含一层在无磁性层上形成的铁磁性物质,将该N双层在该铁磁性物质之底层上形成,因此形成一铁磁性物质层与无磁性物质层交错之多层磁性结构,顶层与底层为铁磁性物质,每一铁磁层藉其对边静磁性耦合与相邻铁磁层反铁磁性耦合,铁磁层中磁化指向与相邻铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角改变而成函数变化;该多层磁性结构制型形成一多元素阵列,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构,将导电物质之导电层在该阵列上填满该元素间之间距而形成,以提供该多层磁性结构平面中该元素间之导电度。20.根据申请专利范围第19项之多层磁阻感测器,其中更包含一在该多层磁性结构顶层上形成之覆盖层。21.根据申请专利范围第20项之多层磁阻感测器,其中该覆盖层包含一无磁性高电阻系数物质,选自钽,二氧化矽以及氧化铝。22.根据申请专利范围第19项之多层磁阻感测器,其中该阵列之元素具有要求在该多层磁性结构平面中最大尺寸为10.0微米或更小之形状。23.根据申请专利范围第22项之多层磁阻感测器,其中该每一元素包含具有最大直径10.0微米之一般圆形元素。24.根据申请专利范围第22项之多层磁阻感测器,其中该每一元素具有一般长方形之形状。25.一种含N双层之多层磁阻感测器,其中每一双层包含一层在无磁性层上形成的铁磁性物质,将该N双层在该铁磁性物质之底层上形成,因此形成一铁磁性物质层与无磁性物质层交错之多层磁性结构,顶层与底层为铁磁性物质,每一铁磁层藉其对边静磁性耦合与相邻铁磁层反铁磁性耦合,铁磁层中磁化指向与相邻铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角改变而成函数变化;该多层磁性结构制型形成一非连续阵列垂直于该铁磁层,并且截切该每一铁磁层中磁异向性方向。26.根据申请专利范围第25项之多层磁阻感测器,其中将该多层磁性结构制型形成一阵列通过该多层磁性结构之孔径。27.根据申请专利范围第26项之多层磁阻感测器,其中将该阵列之孔径形成一阵列通过该多层磁性结构之一般圆形孔。28.根据申请专利范围第25项之多层磁阻感测器,其中将该多层磁性结构制型形成至少一具有调整宽度之条状物。29.根据申请专利范围第28项之多层磁阻感测器,其中该具有调整宽度之条状包含一连接一般圆形元素之阵列。30.根据申请专利范围第20项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质包含一物质,选自铁,钴,镍,镍-铁,以及铁,钴,镍或镍-铁为基础之铁磁性合金。31.根据申请专利范围第30项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质含镍-铁。32.根据申请专利范围第20项之多层磁阻感测器,其中该无磁性层含一导电物质。33.根据申请专利范围第32项之多层磁阻感测器,其中该导电物质选自银,金,铜,钌,以及银,金,铜或钌之导电合金。34.根据申请专利范围第33项之多层磁阻感测器,其中该导电物质为银。35.根据申请专利范围第33项之多层磁阻感测器,其中该导电物质为铜。36.根据申请专利范围第19项之多层磁阻感测器,其中该导电层包含一无磁性导电物质,选自铬,钽,银,金,铜,铝与钌,以及铬,钽,银,金,铜,铝或钌之合金。37.根据申请专利范围第36项之多层磁阻感测器,其中该无磁性导电物质含铬。38.根据申请专利范围第36项之多层磁阻感测器,其中该无磁性导电物质含钽。39.根据申请专利范围第20项之多层磁阻感测器,其中该N选自范围2至10。40.根据申请专利范围第20项之多层磁阻感测器,其中奇数铁磁层厚度总和实质上等于偶数铁磁层厚度总和。41.根据申请专利范围第40项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质顶层与底层厚度实质上是该多层磁性结构中铁磁层厚度的二分之一。42.一种多层磁阻感测器,包括一基质;一在该基质主要表面上沈积之隔离层;一在该隔离层上沈积之磁性物质偏向层;一在该偏向层上沈积之磁阻感测元素并且包括N个双层,其中每一双层包含一层在无磁性物质层上形成之铁磁性物质,在低层之铁磁物质上形成之N双层因而形成一铁磁性物质层与无磁性物质层交错之多层磁性结构,顶层与底层为铁磁性物质,每一铁磁层藉其对边静磁性耦合与相邻铁磁层反铁磁性耦合,铁磁层磁化指向则实质上与相邻铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间之夹角改变而成函数变化,将该多层磁性结构制型形成多元阵列,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构,导电物质之导电层则在该阵列上填满该元素间之间距而形成,以提供该多层磁性结构平面中该元素间之导电度;在该多层磁性结构顶层上形成一覆盖层;以及在该偏向层上沈积并且在该偏向层与该磁阻感测元素间配置一无磁性物质间隔层供该偏向层从该磁阻感测元素中磁性去耦合。43.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中双层之数目N选自范围1至10。44.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该每一元素包含具有最大直径10.0微米之一般圆形元素。45.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该每一元素包含具有10.0微米最大尺寸或更小的之一般长方形元素。46.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质含一物质,选自铁,钴,镍,镍-铁,以及铁,钴,镍或镍-铁为基础之铁磁性合金。47.根据申请专利范围第46项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质含镍-铁。48.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该无磁性层含一导电物质,选自银,金,铜,钌,以及银,金,铜或钌之导电合金。49.根据申请专利范围第48项之多层磁阻感测器,其中该导电物质为银。50.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该隔离层含一物质,选自钽,锆,钛,钇以及铪。51.根据申请专利范围第50项之多层磁阻感测器,其中该隔离层含钽。52.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该偏向层含一层软磁性物质用于提供该磁偏向压场。53.根据申请专利范围第52项之多层磁阻感测器,其中该软磁性物质选自镍-铁及镍-铁-铑。54.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该偏向层含一层硬磁性物质用于提供该磁偏向压场。55.根据申请专利范围第54项之多层磁阻感测器,其中该硬磁性物质选自钴-铂及钴-铂-铬。56.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该铁磁层厚度约10埃至约100埃。57.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该无磁性层厚度约10埃至约400埃。58.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中该导电层含一无磁性导电物质,选自铬,钽,银,金,铜,铝,钌,以及铬,钽,银,金,铜,铝或钌之导电合金。59.根据申请专利范围第58项之多层磁阻感测器,其中该无磁性导电物质含钽。60.根据申请专利范围第42项之多层磁阻感测器,其中奇数铁磁层厚度总和实质上等于该多层磁阻感测器中偶数铁磁层厚度总和。61.一种磁性储存系统,包括:一磁性储存媒体,具有多个限定于供纪录资料之表面上的轨;一磁性转换器,该磁性转换器在该磁性储存媒体间相对运动时维持于与该磁性储存媒体有关之紧密间隔位置,该磁性转换器包括一含数个N双层磁阻感测元素的多层磁阻感测器,其中每一双层包含一层在无磁性物质上形成之铁磁性物质,在低层之铁磁性物质上形成之该N双层因而形成一铁磁性物质层与无磁性物质层交错之多层磁性结构,顶层与底层为铁磁性物质,每一铁磁层藉其对边静磁性耦合与相邻铁磁层反铁磁性耦合,铁磁层中磁化则将实质上指向与相邻铁磁层磁化反平行,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间之夹角改变而成函数变化,将该多层磁性结构制型形成多元素阵列,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构,一导电物质之导电层则在该阵列上填满该元素间之间距而形成,以提供该多层磁性结构平面中该元素间之导电度,一磁性物质偏向层则提供该磁阻感测元素磁偏向压场,一无磁性物质间隔层则配置在该偏向层与该磁阻感测元素之该底层间,将该偏向层从该磁阻感测元素磁性去耦合,而导电引线则分别与该磁阻感测元素对面端相连,供该多层磁阻感测器连接外部线路并耦合一感测电流到该磁阻感测元素;与该磁性转换器耦合致动器装置以供移动该磁性转换器至该磁性储存媒体上选定之资料轨;以及与该多层磁阻感测器耦合之侦测装置,用以因应该多层磁阻感测器截听记录于该磁性储存媒体中代表资料位元所施加之磁场而侦测该磁阻感测元素中之电阻变化。62.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中双层数目N选自范围1至10。63.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该每一元素包含具有最大直径10.0微米之一般圆形元素。98.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该每一元素包含具有最大尺寸10.0微米或更小之一般长方形元素。99.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该多层磁阻感测器含单一元素,该单一元素最大尺寸实质上等于资料轨宽度。100.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该铁磁性物质含一物质,选自铁,钴,镍,镍-铁,以及铁,钴,镍或镍-铁为基础之铁磁性合金。101.根据申请专利范围第66项之磁性储存系统,其中该铁磁性物质含镍-铁。102.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该无磁性层含一导电物质,选自银,金,铜,钌,以及银,金,铜或钌之导电合金。103.根据申请专利范围第68项之磁性储存系统,其中该导电物质为银。104.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该间隔层含一物质,选自钽,锆,钛,钇以及铪。105.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该偏向层含一层软磁性物质提供该磁偏向压场,该软磁性物质选自镍-铁-铬,镍-铁-铌,镍-铁以及镍-铁-铑。106.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该偏向层含一层硬磁性物质提供该磁偏向压场,该硬磁性物质选自钴-铂及钴-铂-铬。107.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该铁磁层厚度约10埃至约100埃。108.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该无磁性层厚度约10埃至约400埃。109.根据申请专利范围第61项之磁性储存系统,其中该导电层含一无磁性导电物质,选自铬,钽,银,金,铜,铝,与钌以及铬,钽,银,金,铜,铝或钌之导电合金。110.一种制造多层磁阻装置之方法,包括步骤:在适当基质上形成一铁磁性物质底层;形成数个双层,该每一双层包含第一层的无磁性物质与在该第一层上形成的第二层该铁磁性物质,将该复数个双层在该铁磁性物质之底层上形成;将最终多层磁性结构制型形成一多元素阵列,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构;以及在该阵列上形成一导电物质之导电层,填满该元素间之间距,以提供此多层磁性结构平面中该元素间之导电度。111.根据申请专利范围第76项之方法,其中该铁磁层厚度在范围约10埃至约100埃。112.根据申请专利范围第76项之方法,其中该无磁性层厚度在范围约10埃至约400埃。113.一种多层磁阻感测器,包括:一基质;一在该基质主要表面上沈积之隔离层;一在该隔离层上沈积之磁性物质偏向层;一在该偏向层上沈积并且包含数个N双层的磁阻感测元素,其中每一双层含有一层在无磁性层上形成的铁磁性物质层,将该N双层在该铁磁性物质之底层上形成,因此形成一铁磁性物质层与无磁性物质层交错之多层磁性结构,顶层与底层为铁磁性物质,每一铁磁层藉其对边静磁性耦合与相邻铁磁层反铁磁性耦合,铁磁层磁化则将实质上指向与相邻铁磁层磁化反平行,每一铁磁层中磁化方向将转向因应于施加之磁场,该磁阻感测器之电阻则随相邻铁磁层中磁化方向间夹角变化而改变,将该多层磁性结构制型形成具多元素阵列之单一磁阻元素,该磁阻元素最大尺寸实际上等于要求之资料轨宽度,将该阵列每一元素与相邻元素隔开,该阵列每一元素具有与该多层磁性结构相同之层状结构;一在该多层磁性结构顶层上形成之覆盖层;以及一在该偏向层上沈积并且配至于该偏向层与该磁阻感测元素间之无磁性物质间隔层,供该偏向层从磁阻感测元素磁性去耦合。114.根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中双层之数目N选自范围1至10。(8)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该铁磁性物质含一物质,选自铁,铪,镍,镍-铁,以及铁,钴,镍或镍-铁为基础之铁磁性合金。(9)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该无磁性物质包含一导电物质,选自银,金,铜,钌,以及银,金,铜或钌之导电合金。(:)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该间隔层包含一物质选自钽,锆,钛,钇以及铪。(;)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该偏向层包含一层软磁性物质以提供该磁偏向压场,该软磁性物质选自镍-铁-铬,镍-铁-铌,镍-铁以及镍-铁-铑。(<)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该偏向层包含一层硬磁性物质以提供该磁偏向压场,该硬磁性物质选自钴-铂及钴-铂-铬。(=)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该铁磁层厚度约10埃至约100埃。(>)根据申请专利范围第79项之多层磁阻感测器,其中该无磁性层厚度约10埃至约400埃。图示简单说明图1为具体实施本发明之磁碟储存系统简化方块图;图2a与2b是说明根据本发明原理之多层磁阻结构图;图3则说明反铁磁性相互作用场强度为图2中所示磁阻感测元素较佳具体实施例之电脑模型的磁阻式点状结构主轴长度之函数;图4为一剖面视图说明根据本发明原理之多层磁阻结构较佳具体实施例;图5为根据本发明原理之多阻磁阻感测元素较佳具体实施例剖面视图;图6为一平面视图说明图5中所示多层磁阻感测元素之较佳具体实施例;图7a与7b则分别说图4中所示制型与未制型作成图案之磁阻感测元素具体实施例磁阻对施加磁场图;图8a-8d说明图4中所示制型与未制型作成图案之磁阻感测元素具体实施例之磁化对在易轴与硬轴方向施加磁场图;图9a与9b为平面视图说明图5中所示多层磁阻感测元素另外的具体实施例;图10与11为剖面视图说明图4与5中所示磁阻感测元素另外的较佳具体实施例层状结构;图12为根据本发明原理之磁阻式磁性感测器系统之较佳具
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