[发明专利]利用自旋转矩二极管效应的磁场检测系统

说明书

技术领域

本发明总地涉及使用电流垂直平面(CPP)型传感器(如用于巨磁致电 阻(GMR)和隧穿磁致电阻(TMR)自旋阀(SV)传感器的CPP传感器) 的磁场检测系统，更特别地，涉及以与常规GMR-SV和TMR-SV系统不同 的模式操作CPP传感器的磁场检测系统。

背景技术

用于检测磁场的系统是公知的，包括磁记录盘驱动器中用于从盘读取磁 记录数据的系统。一类盘驱动器数据读取系统使用常规磁致电阻(MR)自 旋阀(SV)传感器或读头。SV MR传感器具有层的堆叠，包括非磁导电间 隔层(通常为铜(Cu))分隔开的两个铁磁层。一个铁磁层使其磁化方向被 固定，例如通过与相邻的反铁磁层交换耦合而被钉扎，另一铁磁层使其磁化 方向在存在外磁场时“自由”旋转。检测或偏置直流电流施加到传感器时， 自由层磁化相对于固定层磁化的旋转可检测为电阻的变化。

在磁记录盘驱动器SV读传感器或读头中，层的堆叠位于磁屏蔽件之间 的读“间隙”中。固定层或被钉扎层的磁化基本垂直于盘的平面，自由层的 磁化在没有外磁场时基本平行于盘平面。当暴露到来自于盘上记录的数据的 外磁场时，自由层磁化将旋转，导致电阻的改变。电流垂直平面(CPP)SV 传感器以与传感器堆叠中的层平面垂直地引导的检测或偏置直流电流操作。 CPP巨磁致电阻SV读头由A.Tanaka等人在“Spin-valve heads in the current-perpendicular-to-plane mode for ultrahigh-density recording”，IEEE TRANSACTIONS ONMAGNETICS，38(1)：84-88Part 1 JAN 2002中描述。

另一类CPP传感器是磁隧道结(MTJ)传感器，也称为隧穿MR或TMR 传感器，其中非磁间隔层是非常薄的非磁隧道势垒层。在CPP-TMR传感器 中，垂直穿过所述层的隧穿电流依赖于两个铁磁层的磁化的相对取向。虽然 在CPP-SV读头中间隔层由导电材料例如Cu形成，但是在CPP-TMR读头 中间隔层由电绝缘材料例如TiO₂、MgO或Al₂O₃形成。

在具有CPP传感器的磁场检测系统中，期望以高的偏置电流密度来操 作传感器从而使信号和信噪比SNR最大化。然而，已知CPP传感器易受电 流引起的噪声和不稳定性的影响。自旋极化的偏置电流垂直流经铁磁层且产 生对局域磁化的自旋转矩效应。这能产生磁化的连续回旋(gyration)或激 励(excitation)，导致显著的低频磁噪声，如果偏置电流大于“临界电流”(I_C) 的话。该效应由J.-G.Zhu等人在“Spin transfer induced noise in CPP read heads”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.40，Jan 2004，pp.182-188中描 述。因此自旋转矩的负面影响限制了CPP传感器能工作的偏置电流。

需要一种磁场检测系统，例如磁记录盘驱动器中的数据读取系统，其使 用CPP传感器但是在存在电流引起的自旋转矩的情况下操作而没有负面影 响。

发明内容