低温磁轭型隧道阀传感器 【技术领域】
本发明涉及一种低温磁轭型隧道阀传感器(low temperature yoke typetunnel valve sensor)，并且特别涉及一种传感器，其中第一和第二铜结构将热量传导至两个磁轭层中的至少一个，其中磁轭层将隧穿电流(IT)传导至隧道阀传感器并将磁通(flux)从气浮面(air bearing surface)(ABS)传送至传感器。
背景技术
计算机的心脏是磁盘驱动器，其包括旋转磁盘、具有读写头的滑块、旋转盘片上方的悬臂和摆动悬臂从而将读写头置于旋转盘片上选定的圆形轨道上方的致动臂。当盘片不旋转时，悬臂迫使滑块与盘片的表面相接触，但是当盘片旋转时，在滑块的气浮面(ABS)附近，空气被旋转的盘片搅动起来，使得滑块乘在距旋转盘片的表面很小距离的气垫上。当滑块乘在气垫上时，利用读写头向旋转盘片中写入磁印痕或从旋转盘片上读取磁印痕(magnetic impression)。读写头连接在处理电路上，处理电路根据计算机程序工作，从而执行写入和读取功能。
典型的高性能读取头采用隧道阀传感器，用于感应来自旋转磁盘的磁信号场。传感器包括无磁性不导电的隧穿或阻挡层，其夹在铁磁被钉扎层与铁磁自由层之间。反铁磁钉扎层通过界面与被钉扎层连接，用于与气浮面(ABS)成90□地钉扎被钉扎层的磁矩，其中ABS为传感器面对旋转盘片的暴露表面。隧道阀传感器位于铁磁第一与第二屏蔽层之间。第一和第二引线(也即第一和第二屏蔽层)连接至隧道阀传感器，用于穿过其中传导隧穿电流。与其中感应电流平行于自旋阀传感器(spin valve sensor)的主膜平面(CIP)传导的自旋阀传感器相比，隧穿电流垂直于传感器的主膜平面(CPP)传导。自由层的磁矩相对于ABS从静止或零偏置点位置响应来自旋转磁盘的正或负磁信号场自由地向上和向下转动。自由层磁矩的平行于ABS的静止位置是当隧穿电流穿过传感器传导而没有来自旋转磁盘的磁场信号时。
当被钉扎和自由层地磁矩彼此平行时，隧道阀传感器对于隧穿电流(IT)的阻抗为最小，而当它们的磁矩反平行时，隧道阀传感器对于隧穿电流(IT)的阻抗为最大。隧道阀传感器的阻抗的变化是cosθ的函数，其中θ为被钉扎层与自由层的磁矩之间的夹角。当隧穿电流(IT)穿过隧道阀传感器传导时，由于来自旋转磁盘的场信号导致的阻抗变化产生了电势变化，电势变化被探测并被作为回放信号处理。隧道阀传感器的灵敏度以磁阻系数dr/R确定数值，其中dr为隧道阀传感器从最小阻抗(自由和被钉扎层的磁矩平行)至最大阻抗(自由和被钉扎层的磁矩反平行)的阻抗变化，而R为隧道阀传感器在最小阻抗处的阻抗。与自旋阀传感器的10％相比，隧道阀传感器的dr/R约为40％。
第一和第二屏蔽层可分别用作隧道阀传感器的顶部和底部，使得第一和第二屏蔽层起到穿过隧道阀传感器垂直于隧道阀传感器的层的主膜平面传导隧穿电流(Ir)的作用。隧道阀传感器具有第一和第二侧面，其与ABS相交。第一和第二硬偏置层分别邻接第一和第二侧面，用于纵向地偏置自由层。此纵向偏置保持自由层处于单磁畴状态，并且在读取头处于静止条件下时，有助于保持自由层的磁矩平行于ABS。
每个磁头组件包括读取头和写入头的组合的磁头组件在晶片上成行成列地构成。在完成了晶片层次后，将晶片切割成多行磁头组件，并且利用研磨工艺将每一行磨平，从而将该行磨出预定的气浮面(ABS)。在典型的隧道阀读取头中，所有的层都暴露在ABS处，即第一屏蔽层、种层、自由层、阻挡层、被钉扎层、钉扎层和第二屏蔽层中的每一个的第一边缘。这些层相对的边缘凹进磁头内。阻挡层是非常薄的层，约20，这使得在ABS处自由层和被钉扎层设置得彼此非常接近。在磨平一行磁头组件时，存在很高的磁性材料从自由层和被钉扎层跨过阻挡层涂抹而导致其间短接的风险。因此，强烈地需要以隧道阀磁头构成磁头组件，而没有由于磨平造成的ABS处自由层与被钉扎层之间短接的风险。
【发明内容】
本发明提供了一种读取头，其包括隧道阀传感器以及第一和第二磁轭层，其中隧道阀传感器从ABS凹进，而第一和第二磁轭层与隧道阀传感器磁导通并延伸至ABS用于将来自旋转磁盘的信号场传导至隧道阀传感器。由于隧道阀传感器的凹进的位置，因此磨平磁头时传导材料不会跨过隧道阀传感器的阻挡层涂抹，这种涂抹将使得跨过阻挡层的隧穿电流(IT)短路。在优选实施例中，隧道阀传感器下的第一磁轭层在ABS处很宽，并且在其从ABS延伸至磁头内时保持宽度。第一磁轭层为隧道阀传感器提供了散热器。相比之下，第二磁轭层在ABS处很窄，从而建立并限定了读取头的轨道宽度，第二磁轭层的宽度从ABS起增大，从而与隧道阀传感器磁耦合。利用这种布置，可以获得很窄的轨道宽度，同时隧道阀传感器的宽度很大，从而降低了隧道阀传感器对隧穿电流(IT)的阻抗。从隧道阀传感器起，第二磁轭层保持了比轨道宽度大的宽度，并且为隧道阀传感器提供了另一个散热器。ABS处第一与第二磁轭层之间的距离限定了读取头的读取间隙。此读取间隙明显小于当隧道阀传感器位于ABS处时由第一与第二屏蔽层之间的距离限定的读取间隙。很窄的读取间隙使得沿旋转磁盘的轨道每线性英寸上可以设置更多的磁位。很窄的轨道宽度使得沿旋转磁盘的径向每英寸上可以设置更多的轨道。这两个值(位每英寸(BPI)与轨道每英寸(TPI))的乘积为读取头的面密度。第一和第二磁轭层使得很高的面密度成为可能，这明显增大了磁盘驱动器的存储容量。
隧穿电流(IT)在隧道阀传感器的顶面与底面之间传导。本发明提供了第一和第二铜(Cu)结构，其中第一铜结构与隧道阀传感器底面界面接触，而第二铜结构与隧道阀传感器顶面界面接触。采用这两个铜结构是为了在隧道阀传感器工作期间传导来自隧道阀传感器的热量。此处有两个本发明的优选实施例。在两个实施例中，第二铜结构都将来自隧道阀传感器的热量传导至第二磁轭层。在第一实施例中，第一铜结构将来自隧道阀传感器的热量传导至第一磁轭层，而在第二实施例中，第一铜结构将来自隧道阀传感器的热量传导至衬底。
另外，在第一实施例中，隧道阀传感器的顶面可具有位于前与后顶面部分之间的中间部分。第二磁轭层具有第一和第二磁轭层部分，其中第一磁轭层部分具有形成ABS的一部分的前表面。第二磁轭层的第一磁轭层部分与隧道阀传感器的前顶面部分界面接触，而第二磁轭层的第二磁轭层部分与隧道阀传感器的后顶面部分的界面接触。第二铜结构与隧道阀传感器的中间顶面部分以及第二磁轭层的第一和第二磁轭层部分中的每一个界面接触。利用这种设置，来自隧道阀传感器的热量迅速地散发至第二铜结构中，由此进入起散热器作用的第二磁轭层的第一和第二磁轭层部分之中。另外，在第一实施例中，第一铜结构位于每个隧道阀传感器的底面与第一磁轭层的顶面之间，并与它们界面接触，使得热量可以迅速地散发至第一铜结构中，由此进入起散热器作用的第一磁轭层。在第一实施例中，隧穿电流(IT)源跨越连接第二磁轭层的第二磁轭层部分和第一磁轭层，使得隧穿电流在隧道阀传感器的顶面与底面之间传导。
在本发明的第二实施例中，第一磁轭层，而不是第二磁轭层，具有第一和第二磁轭层部分。第二磁轭层未被分为几部分，并从ABS跨过隧道阀传感器的顶面延伸磁头中。在隧道阀传感器的顶面与第二磁轭层之间是第二铜结构，其吸收来自隧道阀传感器顶部的热量，并将该热量传导至起散热器作用的第二磁轭层。隧道阀传感器位于第一磁轭层的第一与第二磁轭层部分之间，第一磁轭层部分位于ABS处，并具有限定了读取头的轨道宽度(TW)的宽度。第一磁轭层的第一磁轭层部分与第二磁轭层之间的距离限定了读取头的读取间隙，并且明显小于隧道阀传感器位于ABS处时的。因此，第二实施例可具有与第一实施例类似的很高的面密度。在第二实施例中，第一铜结构位于隧道阀传感器的底面与起散热器作用的衬底的顶面之间，并与它们中的每一个界面接触。因此，来自隧道阀传感器底部的热量散发至第一铜结构中，由此进入衬底。在第二实施例中，隧穿电流(IT)源连接在第一铜结构与第二磁轭层之间，使得隧穿电流(IT)在隧道阀传感器的顶面与底面之间传导
在两个实施例中，隧道阀传感器很宽，使得其截面对于传导较大的隧穿电流(IT)来讲很大。这使得限定了轨道宽度的磁轭层的宽度可以随着其朝向隧道阀传感器延伸至磁头内而增大成为可能。
本发明的目的在于提供一种低温磁轭型隧道阀传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种高面密度隧道阀传感器，其中顶和底铜结构散发来自隧道阀传感器的热量至散热器，并且从ABS凹进，从而保护其免受侵蚀。
本发明的又一个目的在于提供各种制造前述隧道阀传感器的方法。
本发明的其它的目的和优点将通过阅读下面参照附图的说明书而变得易于理解。
【附图说明】
图1为典型的现有技术磁盘驱动器的平面图；
图2为在图1的平面2-2中观察的盘片驱动器的具有磁头的滑块的端面图；
图3为其中采用了多个盘片和多个磁头的磁盘驱动器的正视图；
图4为用于支撑滑块和磁头的典型悬吊系统的立体图示；
图5为沿图2的平面5-5截取的磁头的ABS视图；
图6为在图2的平面6-6中观察的具有并入的磁头的滑块的局部视图；
图7为沿图6的平面7-7截取的滑块的局部ABS视图，用于示出并入的磁头的读取和写入元件；
图8为沿图6的平面8-8截取的视图，其中卷绕层上方的所有材料及引线已被去除；
图9为本磁轭型隧道阀传感器的纵截面图；
图10为沿图9的平面10-10截取的视图，顺时针旋转90°，并且去除了绝缘层；
图11为沿图9的平面11-11截取的视图；
图12为本磁轭型隧道阀传感器第二实施例的纵截面图；
图13为沿图12的平面13-13截取的视图，顺时针旋转90°，并且去除了金属部件上的绝缘层；以及
图14为沿图12的平面14-14截取的视图。
【具体实施方式】
磁盘驱动器
现在，参照附图，其中相同的附图标记在几幅视图中表示相同或相似的部分，图1至3说明了磁盘驱动器30。驱动器30包括支撑并使磁盘34旋转的轴32。轴32由轴马达36旋转，轴马达36由马达控制器38控制。滑块42具有组合的读写磁头40，并且由悬吊部分44和致动臂46支撑，致动臂46由致动器47可旋转地定位。在图3所示的大容量直接存取存储器(DASD)中可采用多个盘片、滑块和悬吊部分。悬吊部分44和致动臂46通过致动器47移动以定位滑块42，使得磁头40与磁盘34的表面成同步传动(transducing)的关系。当盘片34由轴马达36旋转时，滑块支撑在盘片34的表面与气浮面(ABS)48之间的薄(通常为0.05μm)气垫(空气轴承)上。然后，可采用磁头40向盘片34表面上的多个圆形轨道上写入信息，以及从其中读出信息。处理电路50与磁头40交换表达这些信息的信号，为转动磁盘34向轴马达提供驱动信号，并为将滑块移动至各个轨道而向致动器提供控制信号。图4中，滑块42示出为安装于悬吊部分44。以上描述的部件可安装在机架55中的框架54上，如图3所示。
图5为滑块42与磁头40的ABS视图。滑块具有中心杆56以及侧杆58和60，中心杆56支撑着磁头40。杆56、58和60从横杆62延伸。相对于磁盘34的旋转，横杆62处于滑块的引导边(leading edge)64，而磁头40处于滑块的跟从边(trailing edge)66。
图6为并入的磁头40的侧截面正视图，磁头40包括写入头部分70和读取头部分72，读取头部分采用本发明的隧道阀传感器74。图7为图6的ABS视图。隧道阀传感器74夹在铁磁第一与第二屏蔽层80与82之间。响应外磁场，隧道阀传感器74的电阻改变。穿过传感器传导的隧穿电流(IT)使这些电阻改变表现为电势变化。这些电势变化随后被作为读回信号由图3所示的处理电路50处理。隧穿电流(IT)可穿过隧道阀传感器74、通过起第一和第二引线作用的第一和第二屏蔽层80和82、垂直于其主膜面的平面地传导。在背磁头中(未示出)，第二屏蔽层和第一磁极层是通过非磁性隔离层分开的分离的层。
磁头40的写入头部分70包括夹在第一与第二绝缘层86与88之间的盘绕层84。可采用第三绝缘层90平整化磁头，从而消除由盘绕层84产生的第二绝缘层中的褶皱。第一、第二和第三绝缘层在本领域中称作“绝缘叠层”。盘绕层84以及第一、第二和第三绝缘层86、88和90夹在第一与第二磁极层92与94之间。第一和第二磁极层92和94在后间隙96处磁耦合在一起，并在ABS处具有由写间隙层102隔开的第一和第二极端98和100。如图2和4所示，第一和第二焊料连接104和106将来自隧道阀传感器74的引线连接至悬吊部分44上的引线112和114，而第三和第四焊料连接116和118将来自盘绕层84的引线120和122(见图8)连接至悬吊部分上的引线124和126。
发明
图9为具有隧道阀传感器201的本读取头200的纵截面图，隧道阀传感器201具有前表面202和后表面204，并且从ABS凹进磁头内。隧道阀传感器具有不导电的阻挡层212，阻挡层212位于被钉扎层(P)214与自由层(F)216之间。被钉扎层214具有由反铁磁(AFM)钉扎层220垂直于ABS沿从左至右或从右至左的方向钉扎的磁矩218，如图9所示。自由层216具有平行于ABS并平行于该些层的主表面取向的磁矩224。当来自旋转磁盘的场信号HAP被隧道阀传感器200感应到时，自由层的磁矩224转动。当自由层224被来自旋转磁盘的场信号旋转入磁头内时，磁矩224和218变得更加平行，这降低了传感器对隧穿电流IT的阻抗，而当来自旋转磁盘的信号场将磁矩224从磁头向外旋转时，磁矩224和218变得更加反平行，这增大了隧穿结传感器对隧穿电流IT的阻抗。这些阻抗变化被作为回放信号由图3中的处理电路50处理。
图9、10和11示出了本发明的第一实施例。隧道阀传感器201从ABS凹进磁头内，并且位于第一与第二磁轭层(Y1)226与(Y2)228之间。第二磁轭层具有第一和第二磁轭层部分230和232，其中第一磁轭层部分230在ABS处具有窄轨道宽度(TW)并且由此至其与传感器的顶面234的顶前部分界面接触(interface)的位置宽度增大。第一磁轭层226在ABS处比第一磁轭层部分230宽，并且与第一磁轭层部分230隔开，用于限定读取头的读取间隙。如上所述，轨道宽度与读取间隙的乘积为表示磁盘驱动器的存储容量的面密度，其中轨道宽度以沿旋转磁盘径向的每英寸轨道数(TPI)确定，而读取间隙以沿旋转磁盘的轨道的每英寸位数(BPI)确定。
第一磁轭层部分230随着其凹进磁头而变宽，使得隧道阀传感器变宽，从而增大其截面并降低它对隧穿电流(IT)的阻抗。第二磁轭层部分232与隧道阀传感器顶面234的后表面部分界面接触，并且于第一磁轭层226组合连接至隧穿电流(IT)源236，用于将隧穿电流(IT)施加在传感器的顶面234与底面238之间。第一磁轭层部分230具有可以由来自旋转磁盘的场信号(HAP)旋转的磁矩240。当磁矩240旋转时，自由层的磁矩224沿相同的方向旋转，使得传感器感应到场信号。磁矩224的旋转方向确定了隧道阀传感器的阻抗是增大还是减小，阻抗变化被作为回放信号由图3中的处理电路50处理，如上所述。当第一磁轭层部分230如图所示地与自由层216的顶面部分界面接触时，应理解的是，可替换地，第一磁轭层部分230可与传感器的前面202相邻。第一和第二绝缘层242和244设置在传感器201之前或之后，用于使第一和第二磁轭层226和228彼此绝缘。第一磁轭层226可位于衬底(滑块)245上。部件230、232与248之间，图6中的第一磁极层82，可以存在绝缘层(未示出)。
在传感器201工作期间，可产生大量的热，其必须被散发，从而防止钉扎层的磁矩218钉扎得不稳定。为此，第一实施例采用底和顶铜结构246和248。底铜结构位于传感器的底面238与第一磁轭层226的顶面之间，并与其中的每一个界面接触。顶铜结构248与传感器顶面234的顶中间表面部分以及第一和第二磁轭层部分230和232中的每一个界面接触。因此，底铜结构246有效地吸收了来自传感器200的底部的热量，并将此热量传导至起散热器作用的第一磁轭层226。顶铜结构248吸收来自传感器200的顶部的热量，并将此热量传导至起散热器作用的第一和第二磁轭层部分230和232。应注意到，底和项铜结构246和248从ABS处凹进，使得它们不暴露于外部环境和对于铜通常是无法避免的侵蚀中。
本磁轭型隧道阀传感器72的第二实施例在图12、13和14中示出。在此实施例中，设置了第一和第二磁轭层(Y1)和(Y2)250和252，其中第一磁轭层250具有第一和第二磁轭层部分254和256。传感器200凹进磁头中，并且位于第一与第二磁轭层部分254与256之间，而第一磁轭层部分254在ABS处具有窄宽度，其限定了读取头的轨道宽度(TW)，并且随着其延伸入与传感器的前表面202相对的磁头中而展宽。不导电的绝缘层258位于传感器的前表面202与第一磁轭层部分254之间，而第二不导电绝缘层260位于传感器的后表面204与第二磁轭层部分256之间，使得隧穿电流(IT)限制在传感器的顶面与底面之间。第二磁轭层252未分成几个部分，并且在ABS处与第一磁轭层部分254隔开，用于限定读取头的读取间隙。结合轨道宽度，此读取间隙确定了读取头的面密度，如上所述。第二实施例也具有底和顶铜结构262和264，用于散发来自传感器底面和顶面的热量。设置可以为磷化镍(NiP)的衬底245。底铜结构262位于传感器的底面与衬底245的顶面之间，并与其界面接触，用于将来自传感器底部的热量散至起散热器作用的衬底。顶铜结构264与传感器的顶面234和每个第一磁轭层部分254和第二磁轭层部分256的顶面部分界面接触。顶铜结构264还与第二磁轭层252的底面部分界面接触。第二磁轭层252起主散热器的作用，而第一和第二磁轭层部分254和256起副散热器的作用。然而应注意到，第一和第二磁轭层部分254和256以及第二磁轭层252由顶铜结构264电连接。在此实施例中，隧穿电流(IT)源236跨越连接底铜结构262和第二磁轭层252，使得隧穿电流(IT)在传感器的底与顶面之间传导。不导电的绝缘层268和270使底铜结构262与第一磁轭层部分254绝缘，而不导电的绝缘层272使底铜结构262与第二磁轭层部分256绝缘。另外，不导电的绝缘层274和276使第一和第二磁轭层部分254和256与第二磁轭层部分252绝缘。绝缘层274的厚度限定了前述的读取间隙。一层绝缘层(未示出)可位于第二磁轭层252与图6的第一磁极层82之间。
结论
磁轭层的材料优选为镍铁(NiFe)，而绝缘层的材料优选为氧化铝(Al2O3)。应理解，传感器200可以为顶传感器，其中传感器中各层的顺序与底传感器的相反，如图所示。应注意，对于本发明的任何一个实施例，第一和第二屏蔽层(S1)和(S2)(见图6)都没有去除。图9中部件的典型厚度为传感器201为200，层246为0.1μm，层248为4μm，层226和228为2μm，层230为0.2μm。相同的厚度可应用于图12，除了层274、264和276为0.05μm，而层252为2μm。
很显然，依据这些技术，本发明的其它实施例和改动对于本利于技术人员而言是显而易见的。因此，本发明将仅通过所附权利要求限定，在结合了上面的说明书和附图的情况下，其包括了所有的那些实施例和改动。