传感器堆与屏蔽之间具有 高阻抗软磁性层的磁阻传感器 【技术领域】
本发明涉及通常用于磁盘驱动器中的磁阻传感器，尤其涉及间隙中具有高阻抗软磁性层的磁阻传感器。
背景技术
在现代计算机系统中使用数字信息的磁记录形式的磁盘驱动器存储大部分的数据。一个磁盘驱动器有至少一个具有离散同心数据磁道的旋转磁盘。每个磁盘驱动器还有至少一个记录头，记录头通常有一个分离的写元件和读元件，用于读写磁道上的数据。记录头构造于滑块上，滑块附着在悬架上。记录头、滑块和悬架的组合称为头万向节组件。另外，有一个传动装置把记录头置于所关注的特定磁道上。传动装置首先旋转来寻找所关注的磁道。将记录头置于该磁道上之后，传动装置把记录头保持在接近该磁道的位置。磁盘驱动器中的磁盘有一个基底和形成于基底上的磁层，用于磁记录。带有记录头的滑块有一个面向磁盘的表面，其上构造有一个气浮轴承。气浮轴承允许滑块在空气减震器上浮动以定位于靠近磁盘表面的位置。换句话说，面对磁盘的滑块表面可以适合与磁盘部分或持续接触。
在大部分现代的磁盘驱动器中，磁阻传感器用作读元件。磁阻传感器，最通常为磁阻旋转阀传感器，是一些中间层，包括一个铁磁性固定层、一个无磁性电导层和一个铁磁性未固定层。这些中间层也称为传感器堆。传感器堆置于两个磁屏蔽之间。在传感器堆与各磁屏蔽之间有一个薄的绝缘层。磁屏蔽之间地距离为磁性读间隙。磁阻传感器的阻抗响应于所应用磁场的方向和大小，如磁盘上写磁转换的磁场。感应电流穿过传感器以检测阻抗中的变化。
典型地，每个新一代磁盘驱动器都需要更高的所记录信息表面密度。读传感器几何特征的尺寸必须减小，以与所需较小的比特大小相匹配。对获得较高记录密度很关键的一个几何特征就是磁读间隙的大小。不减弱磁性就难以减小传感器堆的厚度。因此，一般通过减小薄绝缘层的厚度来减小读间隙。但是，绝缘层所需的厚度现在已经很薄，使得读元件对于静电损坏和很小的故障如薄绝缘层中的针孔都很敏感。传感器堆与磁屏蔽间有故障或受损伤的绝缘层会让感应电流通过磁屏蔽从而导致传感器性能急剧下降。
这样，就需要具有很小的读间隙、而且对故障或静电损伤不敏感的磁阻传感器。
【发明内容】
本发明的一种优选实施方案提供了一个磁性读元件，它有一个置于至少一个绝缘层和一个磁屏蔽之间的高阻抗软磁材料层。高阻抗软磁性层的组成最好是A-B-C，其中A选自铁(Fe)、钴(Co)组，B选自铪(Hf)、钇(Y)、钽(Ta)和锆(Zr)组，C选自氧(O)、氮(N)组。高阻抗软磁性层也可以由CoFeHfO形成。根据本发明的磁性读元件提供一个窄的磁读间隙，使得对静电损伤和故障保持不敏感的同时能进行高密度磁记录。在本发明的另一种实施方案中提供了一种具有读元件的磁盘驱动器，该读元件包括一个置于至少一个绝缘层和一个磁屏蔽之间的高阻抗软磁性层。
从以下的详细描述中，通过本发明原理的示例，本发明的其他方面和优点将变得明显。
附图简要说明
图1说明了根据本发明包括一个读元件的磁盘驱动器；
图2说明了滑块和记录头的透视图；
图3说明了一个根据现有技术磁阻传感器的磁盘立面图；
图4a说明了置于各个绝缘层与磁屏蔽之间、具有高阻抗软磁性层的磁阻传感器的磁盘立面图；
图4b说明了置于底部绝缘层与底部磁屏蔽之间、具有高阻抗软磁性层的磁阻传感器的磁盘立面图；
图4c说明了置于顶部绝缘层与顶部磁屏蔽之间、具有高阻抗软磁性层的磁阻传感器的磁盘立面图。
【具体实施方式】
本发明的一种优选实施方案提供了一种磁性读元件，它有一个置于至少一个绝缘层和一个磁屏蔽之间的高阻抗软磁性层。在不增加读元件对静电损伤和故障的敏感度时，高阻抗软磁性层允许减小磁读间隙。在本发明的另一种实施方案中，磁盘驱动器有一个读元件，读元件包括一个置于至少一个绝缘层和一个磁屏蔽之间的高阻抗软磁性层。
参照图1，磁盘驱动器100有至少一个由心轴104支持、通过电动机(图中未显示)旋转的可旋转磁盘102。至少有一个滑块106，带有读写时定位于磁盘102表面上方的附着记录头108。记录头108包括一个写元件，用于将数据写到磁盘102上。记录头还包括一个根据本发明(后文详细说明)用作读元件的磁阻传感器，用于从磁盘读取数据。磁阻传感器对外部磁场如来自磁盘102上写转换的磁场作出响应。滑块106附着于悬架110，悬架110附着于传动装置112。传动装置112以绕轴114旋转方式附着于磁盘驱动器100的外壳116，并以音圈马达118为枢轴旋转。当磁盘旋转时，传动装置112沿着磁盘102表面上的弓形路径120定位与悬架110一起的滑块106，以对所关注的数据磁道进行存取。
再参照图1，在磁盘驱动器100的操作过程中，旋转磁盘102相对于滑块106的移动产生了滑块106与磁盘102之间的气浮轴承，向滑块106施加一个向上的力。这个向上的力通过悬架110令滑块106朝向磁盘102表面的弹力来平衡。换句话说，在操作过程中，滑块106可以与磁盘102表面部分或持续接触。
图2更详细地对滑块200进行了说明。记录头220通常构造于滑块200的从动面202。图2说明了记录头220的写元件210上线圈208的上部极点204和线圈206。读传感器212置于滑块200和写元件210之间。读传感器212最有效的部分露在滑块200的面向磁盘的表面215上。读传感器212还置于两个磁屏蔽214之间。磁屏蔽214通常由镍-铁合金加工形成。磁屏蔽214、读传感器212以及任何的中间层都包括读元件216。图中还说明了允许写元件210和读元件216相连接的电子连接垫218。
图3说明了根据现有技术的读元件300的放大图。传感器堆302的多个层通常与磁硬磁偏和引导结构304相邻接。传感器堆302置于两个磁屏蔽306之间。有两个绝缘层308，通常由氧化铝、硅氧化物、硅氮化物、钽氧化物或类似材料加工形成，它们使传感器堆302与各个磁屏蔽306绝缘。磁读间隙310是接近传感器堆302的两个磁屏蔽306之间的距离。正如前面所提到的，为了支持更高的记录密度，读间隙310必须减小。不降低传感器的性能，传感器堆302的厚度就不可能较大程度地减少。因此，绝缘层308的厚度已经在逐渐减小了。一个绝缘层典型的厚度为小于200埃，在不久的将来还需要它变得更薄。但是，绝缘层308现在如此之薄，以至于其均匀性、对小故障的敏感度以及经受静电损伤的能力都变成了重大问题。
图4a说明了根据本发明的读元件400的一种实施方案。读元件400包含一个带有邻接的硬磁偏和引导结构404的传感器堆402。传感器堆402置于两个磁屏蔽405和406之间，绝缘层407、408置于传感器堆402和磁屏蔽405、406之间。绝缘层407、408通常由氧化铝、硅氧化物、硅氮化物、钽氧化物或类似材料加工形成。磁屏蔽405、406通常由镍-铁合金如坡莫合金加工形成。读元件400包括两个高阻抗软磁材料层414、415，它们置于各绝缘层407、408和磁屏蔽405、406之间。
图4b说明了本发明的另一种实施方案。读元件400包含一个带有邻接的硬磁偏和引导结构404的传感器堆402。传感器堆402置于两个磁屏蔽405和406之间，绝缘层407、408置于传感器堆402和各磁屏蔽405、406之间。读元件400包括一个高阻抗软磁材料层414，置于底部绝缘层407和底部磁屏蔽405之间。
图4c说明了本发明的第三种实施方案。读元件400包含一个带有邻接的硬磁偏和引导结构404的传感器堆402。传感器堆402置于两个磁屏蔽405和406之间，绝缘层407、408置于传感器堆402和各磁屏蔽405、406之间。读元件400包括一个高阻抗软磁材料层415，置于顶部绝缘层408和顶部磁屏蔽406之间。
高阻抗软磁材料的电阻系数最好足够高从而较大程度地阻碍电流穿过该材料。电阻系数最好大于约2000微欧姆厘米(micro-ohm-cm)。另外，高阻抗软磁材料的磁力矩最好足够高，使得在没有磁性渗透时该材料用作磁屏蔽。高阻抗软磁材料的磁力矩最好大于约80电磁单位/立方厘米(emu/cc)。该磁性的磁导系数最好大于约200，以充分地用作磁屏蔽。最后，高阻抗磁材料最好是矫顽力小于约10奥斯特(Oe)的磁性软材料。
有几种材料满足这些标准。为方便起见，有效材料的成分用A-B-C来表示，A选自铁(Fe)和钴(Co)组，B选自铪(Hf)、钇(Y)、钽(Ta)和锆(Zr)组，C选自氧(O)和氮(N)组。钴-铁-铪-氧(COFeHfO)也是适合的。铁铪氮(FeHfN)部分适合，因为它的磁力矩高于传导性磁屏蔽(图4a、4b和4c中的405、406)的力矩。磁屏蔽通常由镍铁合金(NiFe)加工形成。铁铪氮(FeHfN)的电阻系数比磁屏蔽中的镍铁合金高出约8倍。
高阻抗软磁材料可以用任何众所周知的方法如反应溅射法来存放。高阻抗磁性材料的定量成分似乎并不严格，一般有大约相等的原子比率。高阻抗磁层的厚度最好为约0.07-2微米。该厚度范围的下限部分由形成相对无故障薄层的能力来确定。
参照图4a、4b、4c，高阻抗软磁材料的存在有效地在读元件400中产生两个间隙。第一个间隙是磁读间隙，它部分地决定了可由读元件支持的表面密度。磁读间隙是置于靠近传感器堆的屏蔽的磁性有效部分之间的距离。这样，图4a中磁读间隙420是两个高阻抗软磁性层414和415之间的距离。图4b中磁读间隙422是高阻抗软磁性层414和上部磁屏蔽406之间的距离。图4c中磁读间隙424是高阻抗软磁性层415和下部磁屏蔽405之间的距离。第二个间隙电间隙是传导性磁屏蔽之间的距离。图4a、4b、4c中，电间隙分别由元件430、432、434表示。电间隙是电学上的重要距离，它决定了读元件400经受静电损伤的能力。通常，由于电间隙增加，传感器经受静电损伤的能力也提高了。
高阻抗软磁材料与传感器堆和磁屏蔽之间的无磁薄绝缘层结合使用的另一个好处是，任何层中的单一小故障都不可能反过来影响传感器。由于传感器堆与屏蔽之间有两层绝缘层或是有高阻抗的层，绝缘层或高阻抗软磁性层中小故障如针孔的重要性大大减小。
根据本发明的读元件支持很高的记录密度，还显示出对故障和静电损伤大大提高了的阻抗。尽管已经描述说明了本发明特定的实施方案，但本发明并不限于所述的特定形式或安排。例如，当使用具有交换连接的偏屏蔽稳定接头而不是硬磁偏结构时，本发明也是非常有用的。那些熟练的技术人员将认识到其他的实施方案也属于本发明的范围。