CN1153371A - 具有反平行钉扎层和改进的交换偏磁层的自旋阀磁致电阻传感器，使用此传感器的磁记录系统 - Google Patents

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Abstract

自旋阀磁致电阻(SVMR)传感器用与改进的反铁磁性(AF)交换偏磁层组合的叠层反平行(AP)钉扎层，其中包括由非磁性耦合膜隔开的两层铁磁膜，其磁化以反平行取向反铁磁地强耦合起来。在旋转SVMR传感器的自由层所需的弱场内此叠层AP钉扎层是磁刚性的，其中两铁磁层磁矩接近相同时，钉扎层净磁矩较小。交换场较大，因其反比于净磁矩。叠层AP钉扎层的磁化被AF材料固定或钉扎，后者耐蚀性强但交换各向异性过小而不能用于传统SVMR传感器。

Description

具有反平行钉扎层和改进的交 换偏磁层的自旋阀磁致电阻传 感器，使用此传感器的磁记录 系统
本发明一般涉及基于自旋阀效应用于探测磁场的磁致电阻(MR)传感器，尤其是涉及这种具有层叠的反平行钉扎层和用于对钉扎层钉扎的改进的反铁磁交换耦合层的传感器，并涉及装有这种传感器的磁记录系统。
传统的磁致电阻(MR)传感器，例如用于磁记录盘驱动器的、基于各向异性磁致电阻效应而工作，其中读出单元电阻分量随读出单元磁化方向与流过读出单元的传感器电流方向之间的夹角余弦平方而变化。由于来自记录的磁介质(单场)的外磁场引起读出单元中磁化方向改变，随后引起读出单元电阻改变以及引起探测到的电流或电压相应地改变，所以能从磁介质读出记录的数据。
在各种磁多层结构中观察到一种不同的显著磁致电阻，称之为巨磁电阻(GMR)，其基本特征是至少两层铁磁性金属层由非铁磁性金属层所分隔。GMR效应的物理基础是外磁场引起相邻铁磁性层相对取向变化。由此引起与自旋相关的传导电子散射改变以及结构电阻改变。随着铁磁性层磁化相对排列的变化，结构电阻也产生变化。
GMR特别有用的一种应用是包括两层由非磁性金属层隔开的非耦合铁磁性层的夹层结构，其中铁磁性层之一的磁化被钉扎。通过把该层淀积在反铁磁层，例如铁-锰(Fe-Me)层上，使两层交换耦合，可以实现钉扎。结果使得自旋阀磁致电阻(SVMR)传感器中，当存在任何小的外磁场时，只有未被钉扎的或自由铁磁性层能自由转动。属于IBM的美国专利5206590公开了一种基本的SVMR传感器。属于IBM的未审结的申请No.081139477，1993年10月15日申请的，描述了一种SVMR传感器，钉扎层是两层铁磁膜被非磁性耦合膜所隔开的层叠结构，以使两层铁磁性膜的磁化以反平行取向反铁磁性地强耦合在一起。
多数早期公开的SVMR传感器使用Fe-M、特别是Fe50Mn50作为淀积在钉扎层上的反铁磁性层，用来交换耦合以此固定或钉扎被钉扎层的磁化。通过与Fe-Mn反铁磁体的交换各向异性，该钉扎层的磁化被保持刚性以抵抗弱场激励，例如由待探测的信号场产生的。Fe-Mn以0.08erg/cm2的界面能量与镍-铁(Ni-Fe)、钴(Co)和铁(Fe)耦合，由此能提供超过200奥斯特(Oe)的交换偏磁场，用于典型的钉扎层磁矩。此交换能量对提供相当稳定的SVMR传感器是足够的。但是，由于Fe-Mn腐蚀特性较差，所以希望开发腐蚀特性较好的SVMR。有多种腐蚀特性优于Fe-Mn的反铁磁体选择物，可用于SVMR传感器。但是，这些耐蚀反铁磁性材料或是交换各向异性过小，或是在交换偏磁钉扎层中产生过高的矫顽力。在SVMR中使用氧化镍(NiO)替代Fe-Mn已公开于Journalof the Magnetism Society of Japan，H.Hoyashi等，Vol.18，p.355(1994)和IEEE Transactions on Magnetics，T.C.Anthony等，Vol.MAG-30，p.3819(1994)。但是，只有约100Oe的交换偏磁场，这对于SVMR传感器应用来说太低了。而且，NiO导致对于单层钉扎层相对高的50Oe左右的矫顽力。这种低的交换场和高矫顽力的组合是不能接受的，因为钉扎层对于中等场强的使用是不稳定的，包括由钉扎层自身产生的退磁场。
多数早期公开的SVMR传感器也有位于底部的自由层或者与在顶部带有钉扎层的传感器基片相邻。由于用于磁记录盘驱动器的SVMR读取传感器需要以窄的磁轨宽度用于磁性介质上，为了抑制磁畴噪声，需要其有掺杂的自由层纵向偏磁的SVMR传感器结构。一种提出的方案要求自由层位于结构顶部，并在底部有钉扎层或者与传感器基片相邻。但是，由于各层相互如何生长的差别，不能仅改变自旋阀层的淀积次序而获取相同的膜特性。所有的SVMR传感器均在自由层和钉扎层之间存在由例如静磁相互作用、膜中的钉扎孔和电子效应引起的中间层交换耦合场(Hi)。期望具有通常低Hi的SVMR传感器。然而，具有位于底部的钉扎层的SVMR传感器要求较薄的Fe-Mn层(如由90替换150)以此获取低于25Oe左右的Hi。但是这些较薄的Fe-Mn层是不希望的，这是因为它们具有低的闭塞温度(例如130℃，与160℃相比)。闭塞温度是这样的一个温度，若高于它，则Fe-Mn反铁磁层与铁扎层之间的交换场就为零。
SVMR传感器呈现出在非常小的厚度情况下具有期望的磁致电阻水平(在钉扎层与自由层的磁化平行和反平行排列之间的△R/R)。因此，为了实现非常高的记录密度，在两个MR屏蔽之间的MR读取间隙必须非常细，典型地小于2000A。这种部位抑制了间隙材料的电连续性，必须使SVMR传感器与一个或两个MR屏蔽电绝缘。
对于SVMR传感器所需的是要具有耐蚀的反铁磁体，还要能提供对于钉扎层来说有良好的交换各向异性，具有高于约130℃的闭塞温度。此反铁磁体还应能用作MR读取间隙的绝缘材料。
根据本发明的SVMR传感器使用与改进的反铁磁(AF)层叠层组合的反平行(AP)钉扎层。此结构中，钉扎层包括由非磁性耦合膜隔开的两层铁磁膜，以使两层铁磁膜的磁化以反平行取向反铁磁性地强耦合在一起。在自由层翻转所需的弱场激励下，此叠层的AP钉扎层是磁刚性的。当两铁磁层在此AP钉扎层中的磁矩接近相同时，钉扎层的净磁矩较小。结果，由于与净磁矩成反比，所以交换场相应地较大。叠层的AP钉扎层所具有的磁化被AF材料所固定或钉扎，后者的耐蚀性较强，但交换各向异性过弱，以致不能用于传统的SVMR传感器。在优选实施例中，AF层是NiO并形成于作为基片的MR屏蔽之一上。由此，AF材料也用作MR间隙绝缘材料。当制造SVMR传感器时，AF层的定位和在SVMR传感器底部交换耦合的叠层的AP钉孔层可使自由层的纵向偏磁得以改进。
为了进一步了解本发明的性质和优点，以下将结合附图做进一步说明。
图1是使用本发明的SVMR传感器的磁记录盘驱动器的简化框图。
图2是移去上盖的图1盘驱动器的顶视图。
图3是已有的SVMR传感器的分解透视图。
图4是图3的SVMR传感器旋转90度后的剖面图。
图5是根据本发明的SVMR传感器的剖面图。
图6是使用NiO基叠层的AP钉扎结构(NiO/Co/Ru/Co)的SVMR传感器的M-H回线图，在400Oe的磁场幅度范围叠层AP钉扎层呈现小的翻转。
图7是使用NiO基叠层的AP钉扎结构(NiO/Co/Ru/Co)的SVMR传感器的磁致电阻与外磁场的曲线图，在400Oe的磁场变化范围内，在最高场强处磁致电阻仅有微小的下降。
图8是使用NiO基叠层的AP钉扎结构(NiO/Co/Ru/Co)的SVMR传感器的磁致电阻与外磁场的曲线图，在1000Oe的磁场变化范围内，呈现出600Oe的交换场，大于传统的SVMR传感器。
图9是使用NiO基单层钉扎的结构(NiO/Co)的SVMR传感器的磁致电阻与外加磁场的曲线图，在1200Oe的磁场变化范围内，呈现约100Oe的弱交换场。
图10是本发明实施例的SVMR传感器，其中NiO基叠层的AP钉扎层位于顶部。
图11是下列传感器的磁致电阻与外加磁场的曲线图，(A)具有传统的由Fe50Mn50层钉扎的单一Co层的SVMR传感器，(B)具有由(Fe50Mn50)97Cr3层钉扎的传统的Co/Ni-Fe钉扎层的SVMR传感器，(C)具有由(Fe50Mn50)97Cr3层钉扎的叠层的AP钉扎层的SVMR传感器。
现以磁盘存储系统为例来说明本发明的SVMR传感器，如图1所示，尽管如此，本发明也可用于其它磁记录系统，例如磁带记录系统，并用于磁随机存取存储系统，其中磁致电阻元件用作比特单元。
参看图1，这里展示了已有技术中采用MR传感器式的盘驱动器的剖面示意图。该盘驱动器包括基座10，其上固定有盘驱动电机12和执行机构14，以及上盖11。基座10和上盖11为盘驱动器提供了基本密封的壳体。一般，在基座10与上盖11之间设有一个密封垫13和一个小通气孔(未示出)，用于平衡盘驱动器内部与外部环境之间的气压。磁记录盘16通过安放在轴毂18上来与驱动电机12相连，以便由电机12来旋转。在盘16表面上有一层连续的润滑薄膜50。读/写头或传感器25形成于承载体例如空气支承滑块20的拖尾端。传感器25可以是感应式读写传感器，或者感应式写入传感器并带有将说明的类型的磁致电阻(MR)读取传感器。滑块20通过刚性臂22和悬架24与执行机构14相连。悬架24提供偏置力把滑块20驱策于记录盘16表面上。在盘驱动操作过程中，驱动电机12以恒速旋转盘16，执行机构14通常是线性或旋转音圈电机(VCM)，使滑块20径向横跨盘16表面运动，以致读/写头25可以在盘16的不同数据轨迹上存取。
图2是移走上盖11的盘驱动器内部的顶视图，更详细地展示了向滑块20施力把它推向盘16的悬架24。此悬架可以是传统类型的悬架，例如公知的Watrous悬架，如受让人的美国专利4167765所述。此类悬架还提供滑块的常平机构，当滑体在空气支承上悬浮时能仰俯和转动。被磁头25从盘16检测到的数据通过位于臂22的集成电路芯片15中的信号放大处理电路被处理成数据读回信号。来自磁头25的信号通过软电缆17送至芯片15，芯片通过电缆19送出其输出信号。
以上结合图1和2对典型的磁盘存储系统的说明仅仅出于概述目的。盘存储系统可以包含大量的磁盘和操作机构，每个操作机构可以支承多个滑块。此外，为了代替空气支承滑块，磁头承载体可以是保持磁头与盘接触或接近接触盘的一种，例如在液体支承和其它接触的记录盘驱动器中的。
参看图3，已有的SVMR传感器30包括合适的基片31，例如玻璃、陶瓷或半导体，例如其上淀积有籽晶或缓冲层33；第一软磁材料薄层35；非磁性金属分隔薄层37；第二磁性材料薄层39。MR传感器30可以构成图1和2的盘驱动系统中的部分传感器25，基片31可以是磁头承载体或滑块20的拖层端。在设有来自记录的磁性介质的外加磁场的情况下，铁磁材料的两层35、39的磁化按相互夹角最好约为90度的方式取向，分别如箭头32和38所示。铁磁性层35被称为＂自由＂铁磁层，在于其磁化方向可以对应于外加磁场(例如来自磁性介质的磁场h而自由地旋转，如层35上的虚线箭头所示。铁磁性层39被称为＂钉扎＂铁磁层，因为其磁化方向被固定或钉扎在优选的取向，如箭头38所示。由具有相对高的电阻的交换偏磁反铁磁性材料制成的薄膜层41与铁磁层39直接接触地被淀积，通过交换耦合提供偏磁场。层41由此把铁磁层的磁化钉扎在优选方向，以致在具有其强度在信号场范围内的外加磁场的情况下，不能旋转其方向。交换偏磁层41一般是铁-锰(Fe-Mn)。此材料的耐蚀性相当差。但是，由于钉扎层一般具有与约30-100A的Ni-Fe相当的净磁矩，所以此材料提供了固定钉扎层磁化方向所需程度的交换耦合。
图4是图3所示结构旋转了90度后的剖面图，以致钉扎层39的磁化方向位于纸面，如箭头38所示。钉扎的铁磁层39具有净宏观磁矩，如箭头38所示。与此磁矩相关的磁场(如磁通量线36所示)对自由铁磁层35具有作用，其磁化方向与钉扎层形成约90度角(进入纸的箭头35)。来自钉扎层39的此场引起自由层35中的磁化变均匀。由于SVMR传感器中自由层35相对较短，所以在存在来自磁性介质的外加信号场时，磁化的非均匀性会引起传感器部分过早饱和。该SVMR是典型的自旋阀结构，其中自由层35位于传感器基片底部或与其相邻。
在本发明的SVMR传感器中，传统的单层钉扎的铁磁层被叠层结构所代替，该叠层结构包括至少两层被非磁性薄膜分隔的铁磁膜，该非磁性薄膜为两铁磁膜提供反平行耦合(APC)。此叠层的反平行(AP)钉扎层如未审结的美国专利申请No.08/139477所述。反平行耦合(APC)膜具有适合的类型和厚度，可使两铁磁膜相互反铁磁性地耦合，在优选实施例是约2-8的钌(Ru)。此叠层钉扎层靠近基片位于SVMR的底部，用于钉扎叠层钉扎层的反铁磁性层(AF)选自具有相对高的耐蚀性的反铁磁性材料的集合。AF层可以是具有相对弱的交换各向异性的材料，这将使其不适合用于传统的SVMR传感器。
如图5所示，SVMR具有按下列顺序的通常结构：基片/籽晶/AF/PF1/APC/PF2/SP/FR/CP。基片45可以是任何一种合适的物质，包括玻璃、半导体材料或陶瓷材料如三氧化二铝(Al2O3)。籽晶层55是任何一种改善后续层的晶体结构或晶粒尺寸的淀积层，而且根据基片状况也可不用。若使用，则籽晶层可由钽(Ta)、锆(Zr)、镍-铁(Ni-Fe)或AL2O3形成。反铁磁性(AF)层57最好是氧化镍(NiO)。通过任何一种传统的方法，例如在含氧气体中对NiO靶溅射或对Ni靶溅射，达到期望的交换特性所需的厚度，一般为200＝500，在籽晶层55上淀NiO AF层57。PF1/APC/PF2叠层钉扎层70形成在AF层57上。两铁磁性层72、74(PF1和PF2)最好由Co形成，具有相同或近似相同的磁矩，并被非磁性材料的反平行耦合(APC)膜73隔开，以使PF1和PF2反铁磁性地强烈耦合在一起。叠层AP钉扎层70中的两Co膜72、74具有反平行的磁化方向取向，如箭头75、76所示。两膜72、74的磁化的反平行排列是因为通过APC膜73的反铁磁性交换耦合。由于这种反铁磁性耦合，而且两Co膜72、74具有基本相同厚度，所以各膜磁矩几乎相互抵消，以致在叠层的AP钉扎层70中只有极小的或者基本为零的磁矩。如果仅有层72被用做单一的被AF层57钉扎的钉扎层，则将会存在交换场的放大。
为了制成SVMR，在第二铁磁膜74上形成金属隔离层65(SP)，在隔离层65上形成自由铁磁层63(FR)，在自由铁磁层63上形成覆盖层62(CP)。当无外加磁场时，自由铁磁层63的磁化轴取向于箭头77所示方向上，亦即通常垂直于钉扎膜72、74的磁化轴75、76。
AF层57可以是任何一种耐蚀性较强的反铁磁性材料。但是，它必须为叠层的钉扎层70提供足够的交换能，对于以零点为中心的范围至少约为+/-200Oe的外加磁场，使AF/PF1/APC/PF2结构的上升或下降的磁化回线(M-H回线)一般为平坦的。满足此条件时，PF1或PF2的磁化仅有小的旋转或者无旋转，因此在弱场情况下对SVMR传感器的磁致电阻无不利影响。当使用交换能小于Fe-Mn的AF层57时，采用图5所示的叠层AP钉扎层可以达到此条件。
按下列方式制造具有NiO基AP钉扎层的SVMR传感器。采用RF磁控溅射由NiO靶在干净的玻璃基片上淀积420的NiOAF层。(在包含氧的反应气体存在的情况下使用Ni靶也能产生溅射淀积的NiO层)。在玻璃基片上不使用籽晶层。在有几百Oe的磁场的条件下淀积NiO层，但淀积过程不一定要外加磁场。NiO层淀积之后，从NiO淀积系统中取出样品，并在空气中传送于第二个淀积系统。把样品送入第二淀积系统，采用传统的离子来源用500eV的氢(Ar)离子剥蚀100秒。由此清洁了NiO表面，并导致去除了约10的表面材料。对叠层的Co/Ru/Co AP钉扎层剥蚀之后，把样品置于外磁场中，同时通过DC磁控溅射淀积其余膜。淀积后，NiO AF层将不可能是单一的反铁磁性畴态，结果Co/Ru/Co钉扎层不会是单一的反铁磁性畴态，使磁致电阻幅度降低。因此，在膜淀积之后，在15KOe的磁场中把样品加热至高于NiO反铁磁性闭塞温度(约180℃)。此强场是以抵抗Ru的影响使Co/Ru/Co钉扎层的两Co层的磁化旋转，以致它们的磁化平行于外加磁场，两Co层处于单畴态。在外场仍存在的情况下冷却样品，以使钉扎层的NiO/Co部分(NiO AF层和相邻的第一铁磁膜)的单畴态保留下来。在冷却至室温后，除去外加场，在Ru的影响下，钉扎层的第二Co膜的磁化旋转成为反平行于与NiOAF层接触的Co膜。这对准交换各向异性的方向，使钉扎层基本上处于单畴态，产生最大的磁致电阻。
图6展示了具有叠层的AP钉扎层的SVMR传感器的M-H回线，以4的Ru作为APC膜，以NiO作为AF层。其数据如图6所示的SVMR传感器具有图5所示结构，包括玻璃基片45，直接淀积在玻璃基片45而无籽晶层的420NiO层57(AF)，30A钴(Co)的第一钉扎的磁膜72(PF1)，4ARu膜73(APC)，35CO的第二钉扎铁磁膜74(PF2)，22.5铜(Cu)的隔离层65(SP)，由2A Co和56A Ni-Fe制成的自由铁磁层63(FR)，和50钽(Ta)覆盖层62(CP)。由于NiO层57是在与形成其余膜分开的室淀积的，所以在PF1膜淀积之前，用离子来对NiO层57剥蚀100秒，清洁基表面。图6中，在外加磁场为零时，磁化的大变化是自由层63的磁化方向反向。在外加磁场程度远离零时，在约为+/-400Oe的整个场幅范围，磁化方向基本上是平坦的，这表明叠层的AP钉扎层70只有小的旋转。
图7展示了具有NiO基的叠层的AP钉扎层的SVMR传感器的MR响应特性。此SVMR传感器与其MR响应如图7所示的传感器相同，只有自由层63由10Co/56Ni-Fe制成，用以代替2Co/56Ni-Fe。图7展示出当外加磁场达到+400Oe时，钉扎层的仅有小量的旋转，这表示为△R/R上的微小跌落。在其数据如图6和7所示的实施例中，PF1/APC/PF2叠层的钉扎层的净磁矩等同于仅有约10的Ni80Fe20。
图8展示了具有与图6所示相同结构的NiO基叠层AP钉扎SVMR传感器在+/-1000Oe的整个场幅范围内的磁致电阻。以420的NiO层作为AF层，交换各向异性能大约是0.02erg/cm2，以致获得约600Oe的交换场HeX，如图8所示。图8展示出，即使在这样的强场下，以SVMR传感器的响应由叠层AP钉扎层的可逆旋转所支配，以致膜经受这样的强场时磁致电阻也不改变。因此，具有NiO基叠层的AP钉扎层的SVMR传感器大大地超过了所期望的抵抗强场的稳定性水平。与此响应相反，图9示出如果用传统的单一层钉扎层作为NiOAF层，则明显地违反了此规则。其MR响应如图9所示的SVMR传感器具有单一的35A的Co层作为被420NiOAF层所钉扎的钉扎层。图9示出交换场仅有约120Oe，在仅约200Oe的外加场范围内，钉扎层开始旋转。
再次参看图5，示意地展示了把SVMR传感器连接于磁记录系统中的传感电路的装置。设置电引线80以便在SVMR传感器、电流源82和传感装置84之间形成电路通道。正如已有技术所周知的，为了提供最佳的SVMR传感器响应电路，可以要求附加的传感元件，例如横向和纵向的偏磁层(未示出)。在优选实施例中，随着自由铁磁层63的磁化响应于来自记录介质的外加磁信号而旋转时，通过传感装置84探测电阻的改变△R，来检测介质中的磁信号。
在图5所示的实施例中，尽管叠层的AP钉扎层70包括两层单一APC膜73隔开的铁磁膜72、74，但叠层的AP钉扎层70也可包括多层由APC膜隔开的铁磁膜。根据为叠层的AP钉扎层70中的铁磁膜72、74和APC膜73所选用的材料，APC膜有一个优选的厚度，此时铁磁膜72、74成为强烈的反铁磁性耦合。对于优选的Co/Ru组合，Ru AF耦合膜的厚度可以在2-8之间选择。对于所选材料组合的振荡耦合关系由Parkin等在Phys.Rev.Lett.Vol.64，p.2034(1990)中给出了详细说明。尽管SVMR传感器中的叠层的AP钉扎层已经按以Co和Ru分别作为铁磁性和APC膜的优选材料给予了展示，但也可采用其它铁磁材料(例如Co、Fe、Ni及其合金，例如Ni-Fe、Ni-Co和Fe-Co)和其它APC膜(例如铬(Cr)、铑(Rh)、铱(Ir)、铜(Cu)及其合金)。对于这些材料的各种组合，如果并未预先知道，则必须确定振荡交换耦合关系，以便选择APC膜的厚度，确保两铁磁膜之间的反铁磁性耦合。
如果形成叠层的AP钉扎层70的两铁磁膜72、74的厚度相同，由于各磁矩将精确地抵消，则在理论上钉扎层70的净磁矩将为零。由于不可能把每层膜精确地形成为准确的相同厚度，所以作为通常的淀积工艺的自然结果，叠层的AP钉扎层70的净磁矩将很可能是小的但不为零的值。但是，可以期望把钉扎的铁磁膜72、74之一仔细地淀积成厚度稍大于另一膜，以使在钉扎层中存在不为零的小净磁矩。这将保证存在磁场时叠层的AP钉扎层70的磁化稳定，以使其磁化方向可予测。
自由铁磁层63也可包括与隔离层65相邻的Co薄膜。尽管未在图5中示出，但这是与图6-8所示数据对应的所述的优选实施例的一部分。这些Co膜提高了SVMR传感器的磁致电阻，但保持较薄，在2-20的范围，使相对＂硬＂的Co磁性材料对传感器的导磁率的影响降至最小，保持适当的自由层磁矩。
使用高耐蚀性、低交换各向异性AF材料使叠层的AP钉扎层自旋，在SVMR传感器中提供了附加的优点，亦即也可用作MR读取间隙的间隙材料。参看图5，在完整的SVMR结构的制造中，例如包括SVMR读取元件和感应式写入元件的集成读/写头中，图5所示的SVMR传感层将位于一对MR屏蔽之间，一般由Ni80Fe20或者铁硅铝(Fe、Si和Al的磁性合金)构成。电绝缘间隙材料位于屏蔽之间。但是，本发明中NiO AF层57提供一种附加优点，即由于它是优异的绝缘体，所以也可用作间隙材料。此时，第一MR蔽起基片45的作用。
图10是与图5类似的另一实施例，但是其中自由层63(FR)位于SVMR底部(靠近基片61)，AP钉扎层70位于SVMR传感器顶部。AF层66淀积在第二钉扎铁磁层74(PF2)上。此结构也能使用低交换各向异性反铁磁体。
图11展示了图10所示的SVMR传感器实施例的磁改电阻与外加磁场的曲线关系，与其它SVMR传感器相比，但其中耐蚀AF层是Fe-Mn和铬的合金，如(Fe50Mn50)97Cr3，用以代替NiO。图11中曲线A是具有以Fe50Mn50作为反铁磁体的传统单层钉扎层的SVMR传感器，交换场约为220Oe。曲线B是具有以(Fe50Mn50)97Cr3作为反铁磁体的传统钉扎层的SVMR传感器，交换场约为160Oe。尽管已熟知(Fe50Mn50)97Cr3可提供比Fe-Mn更强的耐蚀性，但曲线B清楚地表明在传统的SVMR传感器中是不期望使用它，因为交换场明显降低。曲线C是根据本发明的采用具有(Fe50Mn50)97Cr3的Co/Ru/Co叠层AP钉扎层的SVMR传感器，交换场约900Oe。(Fe50Mn50)97Cr3为SVMR传感器提供了明显改善的耐蚀性。为提供期望的耐蚀程度，选择Cr量一般在约2-5％。
除了在SVMR传感器中的叠层AP钉扎层采用NiO和(Fe50Mn50)97Cr3作为AF层之外，另一种材料除非提供必需的耐蚀性和足够的交换各向异性，否则将不能用作SVMR传感器中的AF材料，这就是(Ni1-xCox)O，其中X约在0和0.5之间。
尽管本发明是结合优选实施例具体展示和说明的，但是本领域的技术人员可以明了在不脱离本发明的精髓、范围和指教的条件下，可以做出各种形式和细节上的变化。因此，所公开的发明仅被认为是解释性的，范围的限制仅取决于权利要求书的限定。

Claims (31)

1.一种磁致电阻传感器，包括：
第一铁磁性材料层和第二铁磁性材料层，由非磁性材料的隔离层隔开，外加磁场为零时，所述第一铁磁材料层的磁化方向与所述第二铁磁材料层磁化方向成一角度，第二铁磁性材料层包括第一和第二铁磁膜和位于其间的非磁性反平行耦合膜，该耦合膜与第一和第二铁磁膜接触以使第一和第二铁磁膜反铁磁性也耦合在一起，以致它们的磁化相互反平行地排列，并在有外加磁场时保持反平行；
反铁磁性材料的交换偏磁层，选自氧化镍(Ni1-xCox)O和(Fe-Mn)合金和Cr的集合，其中X是0.0-0.5，所述交换偏磁层与第二铁磁层中的一个铁磁膜相邻并接触，当存在外加磁场时使第二铁磁层中的一个铁磁膜的磁化保持在一个固定方向，从而当外加磁场存在时第一层的磁化可自由旋转的同时，第二层中的第一和第二铁磁膜的磁化方向保持固定及相互反平行。
2.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于包括基片，而反铁磁性材料的交换偏磁层形成在该基片上。
3.根据权利要求2的磁致电阻传感器，其特征在于包括位于基片与交换偏磁层之间的籽晶层。
4.根据权利要求2的磁致电阻传感器，其特征在于基片是磁致电阻屏蔽。
5.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于交换偏磁层基本上由氧化镍构成。
6.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于第二铁磁层中的非磁性反平行耦合膜基本上由Ru构成。
7.根据权利要求2的磁致电阻传感器，其特征在于Ru膜厚度在约2-8A的范围。
8.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于第二铁磁层中的第一和第二铁磁膜由选自Co、Fe、Ni及其合金的集合中的材料制成，第二铁磁层中的非磁性反平行耦合膜由选自Ru、Cr、Rh、Ir及其合金的集合中的材料制成。
9.根据权利要求8的磁致电阻传感器，其特征在于第二铁磁层中的第一和第二铁磁膜基本上由钴构成。
10.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于第二铁磁层的净磁矩基本为零。
11.根据权利要求1的磁致电阻传感器，其特征在于第二铁磁层中的第一和第二铁磁膜的厚度基本上相同。
12.一种自旋阀磁致电阻传感器，包括：
基片；
反铁磁性材料的交换偏磁层，选自氧化镍(Ni1-xCox)O和(Fe-Mn)合金和Cr的集合，其中X是0.0-0.5，交换偏磁层形成在基片上；
叠层的反平行钉扎层，与交换偏磁层相邻，叠层的反平行钉扎层包括与交换偏磁层相邻并反铁磁性地耦合的第一铁磁膜、第二铁磁膜和位于第一和第二铁磁膜之间并与其接触的反平行耦合膜，该耦合膜使第一和第二铁磁膜反铁磁性地耦合在一起，以致它们的磁化相互反平行地排列，当外加磁场存在时第一和第二铁磁膜的磁化保持反平行并被交换偏磁层所钉扎；
非磁性隔离层，与叠层的反平行层的第二铁磁膜相邻；
自由的铁磁性层，与隔离层相邻接触，当不存在外加磁场时其易磁化轴通常垂直于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜的磁化轴。
13.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于包括位于基片和交换偏磁层之间的籽晶层。
14.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于基片是磁致电阻屏蔽。
15.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于交换偏磁层基本由氧化镍构成。
16.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于非磁性反平行耦合膜基本由Ru构成。
17.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于Ru膜厚度在约2-8的范围。
18.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜由选自Co、Fe、Ni及其合金的集合中的材料制成，叠层的反平行钉扎层中的非磁性反平行耦合膜由选自Ru、Cr、Rh、Ir及其合金的集合中的材料制成。
19.根据权利要求18的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜基本由钴构成。
20.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于叠层的反平行钉扎层的净磁矩基本为零。
21.根据权利要求12的自旋阀磁致电阻传感器，其特征在于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜具有基本相同的厚度。
22.一种磁记录盘驱动器，包括：
磁记录盘；
与盘连接的电动机，用于旋转盘；
自旋阀磁致电阻传感器，用于检测对盘上的磁性记录的数据，该传感器包括：
反铁磁性材料的交换偏磁层，选自氧化镍(Ni1-xCox)O和(Fe-Mn)合金和Cr的集合；其中X是0.0-0.5；
叠层的反平行钉扎层，与交换偏磁层相邻，叠层的反平行钉扎层包括与交换偏磁层相邻并反铁磁性地耦合的第一铁磁膜、第二铁磁膜和位于第一和第二铁磁膜之间并与其接触的反平行耦合膜，该耦合膜使第一和第二铁磁膜反铁磁性地耦合在一起，以致它们的磁化相互反平行地排列，当外加磁场存在时第一和第二铁磁膜的磁化保持反平行并被交换偏磁层所钉扎；
非磁性隔离层，与叠层的反平行层的第二铁磁膜相邻；
自由的铁磁性层，与隔离层相邻接触；
支承自旋阀磁致电阻传感器的承载体，该承载体具有传感器固定于其上的基片；
执行机构，按通常为径向横跨盘的方式移动承载体，以使传感器能存取盘上磁性记录的数据的不同区域；
把承载体连接于执行机构的装置，保持承载体靠近盘；
与传感器电耦合的装置，用于探测传感器电阻的变化，此变化是自由铁磁性层的磁化轴响应于来自磁性记录的盘的磁场相对于叠层的反平行钉扎层中的反平行耦合的第一和第二铁磁膜的固定磁化方向的旋转引起的。
支承电动机和执行机构的装置。
23.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于包括位于承载体基片和交换偏磁层之间的籽晶层。
24.根据权利要求22 的磁盘驱动器，其特征在于基片是磁致电阻屏蔽，其中交换偏磁层形成在屏蔽上。
25.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于交换偏磁层基本由氧化镍构成。
26.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于非磁性反平行耦合膜基本由Ru构成。
27.根据权利要求26的磁盘驱动器，其特征在于Ru膜厚度在约2-8的范围。
28.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜由选自Co、Fe、Ni及其合金的集合中的材料制成，叠层的反平行钉扎层中的非磁性反平行耦合膜由选自Ru、Cr、Rh、Ir及其合金的集合中的材料制成。
29.根据权利要求28的磁盘驱动器，其特征在于叠层的反平行钉扎层中的第一和第二铁磁膜基本由钴构成。
30.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于叠层的反平行钉扎层的净磁矩基本为零。
31.根据权利要求22的磁盘驱动器，其特征在于叠层的反平行钉扎层的第一和第二铁磁膜具有基本相同的厚度。
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