[发明专利]电流偏置磁性自旋阀式传感元件

说明书

本发明一般涉及用于读取记录于磁性介质中的信息信号的磁性传感器，更特定言之，系涉及一种改进的磁电阻读取传感器，它利用多层、自旋阀结构及传感器传感电流来设定该传感器的无信号操作点。

先有技术揭示过称为磁电阻(下文简称为MR)传感器或磁头的磁性读取传感器，其己经显示能够自高线性密度的磁性表面读取数据。MR传感器通过由磁性材料制作的读取元件的电阻变化而检测为该读取元件所感测到的磁通量强度及方向的函数的磁场信号。这些先有技术的MR传感器以各向异性磁电阻(anisotro-pic MR，下文简称AMR)效应为基础而操作，其中该读取元件电阻的一个分量随磁化和传感电流流经该元件的方向之间的角度的余弦(cos)平方(cos²)之平方而改变。这种AMR效应的更详细说明可在D.A.汤普森(D.A.Thompson)等人发表于国际电机及电子工程会报杂志，HAG-11，第1039页(1975)(IEEE Trans.Mag.MAG-11，p.1039(1975))的“存储器、存储装置、及相关应用”(Memory，Storage，and Related Applications)一文中找到。

美国专利第4,896,235号，标题为“使用磁电阻效应的磁性传感器磁头”，于1990年1月23日授与泷野等人，揭示了一种多层磁性传感器，其使用了这种AMR并且包含以非磁性层分隔开的第一及第二磁性层，其中至少一层磁性层是由呈现出AMR效应的材料组成。将每一层磁性层中的  易磁化轴设定为垂直于所施加的磁信号，使得该MR传感器元件传感器电流在平行于该易磁化轴的磁性层中提供一磁场，因而消除或减小传感器中的巴克好森(Barkhausen)噪音。H.须山，(H.Suyama)等人发表于1988年国际电机及电子工程会报杂志第24卷第6期第2612-2614页(IEEE Trans.Mag.，Vol.24，No.6，1988(Pages 2612-2614)之“用于高密度刚性磁盘驱动器的薄膜MR磁头”揭示了一种与泷野等人所披露的相类似的多层MR传感器。

最近，一种不同、更为显著的磁电阻效应已获说明，其中认为层化磁性传感器的电阻变化是归因于在磁性层之间的通过一层磁电阻性层的导通电子的旋转依存传导和在层间界面处及在铁磁性层之内的伴随旋转依存散射。这种磁电阻效应不同地称之为“巨磁电阻”(giantmagnetoresistire)或“自旋阀”(spin valve)效应。由适当材料制造的这种磁电阻传感器提供了改进的敏感度及比在利用AMR效应的传感器中所观察到之更大的电阻变化。在此类型MR传感器中，在一对由非磁性层隔开的铁磁性层之间的平面内电阻随在该两层的磁化之间的角度余弦(cos)而变化。

格朗柏格(Grunberg)的美国专利第4,949,039号说明一种层化磁性结构，其给出由磁性层中磁化的反平行排列所引起的增强的MR效应。对使用于该层化结构的可能材料，格朗柏格列出铁磁性过渡金属及合金，但未为较佳的MR信号振幅从表列中指出较佳的材料。格朗柏格进一步说明反铁磁性型交换耦合的使用以获得反平行排列，其中相邻的铁磁性材料层由薄Cr或Y中间层所隔开。

于1990年12月11日提出、转让给本受让人的同在审理中的美国专利申请案序号07/625.343揭示了一种MR传感器，其中可观察到在两个未耦合铁磁性层之间的电阻随该二层的磁化之间的角度的余弦而变化，并且其与流过传感器的电流方向无关。这个机构产生一种磁电阻其以该自旋阀效应为基础，并且对选定的材料组合而言，在大小上大于AMR。

于1991年2月8日提出、转让给本受让人的同在审理中的美国专利申请案序号07/652,852揭示了一种以上述效应为基础的MR传感器，其包括两层以非磁性金属材料薄膜层隔开的铁磁性材料薄膜层，其中至少一层铁磁性层是由钴或钴合金组成。这一层铁磁性层的磁化在零外部施加磁场下借助于与反铁磁性层的交换耦合而保持在垂直于另一层铁磁性层的磁化的方向。