專利名稱：磁隧道結傳感器用的低磁矩/高矯頑力固定層的制作方法
一般地說，本發明涉及用于從磁介質讀出信息信號的磁隧道結磁阻傳感器，具體地說，涉及具有低磁矩/高矯頑力的磁隧道結傳感器，并且涉及包括這種傳感器的磁存儲系統。
計算機通常包括輔助存儲器存儲裝置，后者具有可以把數據寫入其中或者可以從其中讀出數據以便供以后使用的介質。通常，包括旋轉磁盤的直接存取存儲裝置(盤驅動器)用于把數據以磁的形式存儲在磁盤的表面。數據被記錄在磁盤表面上一些同心的徑向隔開的磁道上。然后，利用包括讀出傳感器的磁頭從磁盤表面的磁道讀出數據。
在高容量磁盤驅動器中，流行的讀出傳感器是通常稱為MR傳感器的磁阻(MR)讀出傳感器，因為，與薄膜感應式磁頭相比，它們能夠在較大的磁道和線性密度下從磁盤表面讀出數據。MR傳感器通過其MR檢測層(也稱為“MR元件”)的電阻隨該MR層所檢測的磁通的強度和方向的變化來檢測磁場。
傳統的MR傳感器的工作基礎是各向異性磁阻(AMR)效應，其中，MR元件電阻隨MR元件中的磁化和流過該MR元件的感測電流的方向之間角度余弦平方而變化。由于來自記錄磁介質的外磁場(信號磁場)導致MR元件中磁化方向的變化，后者又引起MR元件中電阻的變化以及檢測到的電流或電壓的相應的變化，所以，能夠從磁介質中讀出記錄的數據。
MR傳感器的另一種類型是顯現出巨磁阻(GMR)效應的巨磁阻傳感器。在GMR傳感器中，MR檢測層的電阻隨由非磁性層(隔離層)隔開的各磁性層之間傳導電子的自旋相關傳輸以及發生在磁性和非磁性層的界面和磁性層內的伴隨的自旋相關散射而變化。
通常，把僅僅利用由非磁性材料(例如，銅)層隔開的兩層鐵磁材料(例如，Ni-Fe)層的GMR傳感器稱為顯現自旋閥(SV)效應的自旋閥傳感器。
圖1顯示包括由中心區域102隔開的端部區域104和106的先有技術SV傳感器100。稱為固定層的第一鐵磁層120通常通過與逆鐵磁(AFM)層125的交換耦合而將其磁化固定(釘扎)。稱為自由層的第二鐵磁層110的磁化是不固定的，并且可以隨著來自記錄磁介質的磁場(信號磁場)而任意旋轉。自由層110通過非磁性的導電的隔離層115而與固定層120隔開。分別形成在端部區域104和106的硬偏置層130和135為自由層110提供縱向偏置。分別形成在硬偏置層130和135的引線140和145提供用于檢測SV傳感器100的電阻的電連接。授予Dieny等人的、被結合在本文中作為參考的IBM的美國專利第5,206,590號公開了一種以SV效應作為工作基礎的GMR傳感器。
當前正在研制的另一類磁性裝置是磁隧道結(MTJ)器件。MTJ器件具有作為存儲單元和作為磁場傳感器的潛在的用途。MTJ器件包括由薄的電絕緣隧道勢壘層隔開的兩個鐵磁層。隧道勢壘層薄到足以在所述鐵磁層之間發生電荷載流子的量子隧道效應。隧道效應過程是自旋相關的，這意味著穿過所述結的隧道效應電流取決于鐵磁材料的自旋相關電子特性，并且隨兩個鐵磁層的磁矩或者磁化方向的相對取向而變。在MTJ傳感器中，一個鐵磁層的磁矩是固定的或者釘扎固定的，而另一個鐵磁層的磁矩可以隨來自記錄介質的外磁場(信號磁場)而任意地旋轉。當在兩個鐵磁層之間加上電位時，傳感器電阻隨著穿過鐵磁層之間的絕緣層的隧道效應電流而變。由于在垂直方向上流過隧道勢壘層的隧道效應電流取決于兩個鐵磁層的相對的磁化取向，所以，磁介質讀出記錄的數據，因為，信號磁場引起自由層的磁化方向的改變，這又引起MTJ傳感器的電阻的改變以及檢測到的電流或電壓的相應的改變。授予Gallagher等人的、被全面地結合在本文中作為參考的IBM的美國專利第5,650,958號公開了一種以磁隧道結效應作為工作基礎的MTJ傳感器。
圖2示出包括第一電極204、第二電極202和隧道勢壘215的先有技術MTJ傳感器200。第一電極204包括固定層(釘扎固定的鐵磁層)220、反鐵磁(AFM)層230和晶種層(seed layer)240。固定層220的磁化是通過與AFM層230的交換耦合而固定的。第二電極202包括自由層(自由的鐵磁層)210和蓋層205。自由層210通過非磁性電絕緣的隧道勢壘層215與固定層220隔開。在沒有外磁場的情況下，自由層210的磁化取箭頭212所示方向，就是說，通常垂直于由箭頭222(指向紙面內部的箭頭的尾部)所示的固定層220的磁化方向。所形成的分別與第一電極204和第二電極202接觸的第一引線260和第二引線265提供用于檢測電流Is從電流源270到MTJ傳感器200的流通的電連接。通常包含諸如部分響應最大似然(PRML)通道的記錄通道、連接到第一和第二引線260和265的信號檢測器280檢測由外磁場在自由層210中感應的變化所引起的電阻變化。
MTJ傳感器的固定層的磁化方向可以利用交換耦合到該固定層的反鐵磁(AFM)層來固定。利用AFM層來固定固定層磁化的優點是固定層和自由層的靜磁互作用是小的，使得自由層仍然是軟磁性的。利用交換耦合的AFM層的缺點是在AFM材料的較低的阻擋溫度下交換耦合變成零。具有所需要的高的耐蝕性能的AFM材料的阻擋溫度是大約200℃。在這樣低的阻擋溫度下，在許多MR傳感器的120℃范圍內的工作溫度下，這些AFM材料具有其幅度小于200奧斯特的釘扎固定場。這些低的釘扎固定場降低了工作在高溫下的MR傳感器的熱穩定性。
可以通過把高矯頑力(硬)磁性材料用于固定層來大大地改善熱穩定性。利用這種材料，在直到可以是大約700℃的居里溫度下保持高的釘扎固定場。但是，高矯頑力材料固定層以靜磁的方式耦合到自由層，導致磁性比較硬的自由層對外磁場的靈敏度的降低。
因此，需要一種利用高矯頑力固定層來改善熱穩定性而又不會由于固定層和自由層的靜磁互作用而降低傳感器靈敏度的MTJ傳感器。
本發明的目的是公開一種改進的磁阻隧道結(MTJ)傳感器，它利用高矯頑力磁性材料來固定逆平行(AP)釘扎固定的MTJ傳感器的磁化方向。
本發明的另一個目的是公開一種由于利用高矯頑力磁性材料來固定固定層的磁化方向而具有高的熱穩定性的MTJ傳感器結構。
本發明的再一個目的是公開一種降低了高矯頑力固定層和自由層之間的靜磁互作用的MTJ傳感器結構。
根據本發明的原理，公開一種具有層疊的逆平行(AP)固定層的MTJ傳感器，所述固定層包括第一鐵磁材料層，它由其飽和磁化大于坡莫合金的磁化(大約800電磁單位/立方厘米(emu/cc))的材料制成；第二鐵磁材料層，它由高矯頑力磁性材料制成(這里，高矯頑力定義為矯頑力大于150奧斯特)；以及設置在第一和第二鐵磁層之間的逆平行耦合(APC)層。包括由具有接近零的磁致伸縮系數的軟鐵磁材料制成的對接的第一子層和第二子層的鐵磁自由層通過由絕緣材料制成的、與該自由層的第一子層鄰接的隧道勢壘層與所述AP固定層的所述第一鐵磁層隔開。將所述AP固定層的第一和第二鐵磁層分開的所述APC層促進強的逆平行耦合，導致高矯頑力的第二鐵磁層的磁化將第一鐵磁層的磁化固定在逆平行方向。
在本發明的最佳實施例中，通過提供具有接近零的凈磁矩AP固定層結構而將AP固定層和自由層的靜磁互作用減至最小。這樣選擇構成AP固定層的各層的厚度，使得第一和第二鐵磁層的磁矩的大小接近相等。由于第一和第二鐵磁層的磁化因它們之間的APC的緣故而具有逆平行的取向，所以，AP固定層的凈磁矩接近于零。由于用這種方式將AP固定層與自由層的靜磁互作用減至最小，所以，所述自由層的磁化可以隨著所加的磁場自由旋轉，導致MTJ傳感器具有高的靈敏度。
在以下的詳細的描述中，本發明的上述和其它目的、特征和優點將是顯而易見的。
為了更全面地理解本發明的本質和優點以及利用本發明的最佳方式，應當聯系附圖閱讀以下的詳細描述。在以下各圖中，所有各圖的相同的標號表示相同的或者類似的部件。
圖1是先有技術SV傳感器的空氣支承面的未按比例的視圖；圖2是先有技術磁隧道結傳感器的空氣支承面的未按比例的視圖；圖3是磁記錄磁盤驅動系統的簡化的示意圖；以及圖4是根據本發明的MTJ傳感器的實施例的空氣支承面的未按比例的視圖。
以下描述是目前設想的實現本發明的最佳實施例。這種描述用于舉例說明本發明的一般原理，而不是要把要求保護的本發明的基本原理限制在這里。
現在參考圖3，圖中示出實施本發明的磁盤驅動器300。如圖3中所示，至少一個可旋轉的磁盤被支撐在主軸314上并且被磁盤驅動電機318轉動。每一個磁盤上的磁記錄介質具有磁盤312上同心數據磁道(未示出)的環形圖案的形式。
至少一個滑座313被置于磁盤312上適當的位置，每一個滑座313支撐一個或多個磁性的讀/寫磁頭321，其中，磁頭321包括本發明的MTJ傳感器。當磁盤旋轉的時候，滑座313在磁盤表面322徑向上時進時出的移動，使得磁頭321可以訪問記錄著所需要的數據的磁盤的不同部分。每一個滑座313都借助懸架315安裝在傳動臂319上。懸架315提供使滑座313偏移而貼著磁盤表面322的輕微的彈力。每一個傳動臂319安裝在傳動裝置327上。圖3中所示的傳動裝置可以是音圈電機(VCM)。VCM包括可以在固定磁場中運動的線圈，線圈運動的方向和速度受控于由控制器329提供的電機電流信號。
在磁盤存儲系統工作期間，磁盤312的旋轉在滑座313(滑座313的、包含磁頭321并且面向磁盤312表面的表面稱為空氣支承面(ABS))和把向上的力或舉力加在滑座上的磁盤表面322之間產生空氣支承。因此，在正常工作期間，這種空氣支承抵銷了懸架315的輕微的彈力，并且以小的基本上不變的間隔將滑座313支承在磁盤表面上方稍微離開磁場表面的位置。
工作時，磁盤存儲系統的各種部件受控于由控制單元329產生的控制信號，例如存取控制信號和內部時鐘信號。通常，控制單元329包括邏輯控制電路，存儲芯片和微處理器。控制單元329產生用于控制各種系統操作的控制信號，例如，線路323上的驅動電機控制信號以及線路328上的磁頭位置和搜索控制信號。線路328上的控制信號提供以最佳方式運動所需要的電流分布，并且把滑座313置于磁盤312上所需要的數據磁道上。通過記錄通道325向讀/寫磁頭321傳達或者轉達來自讀/寫磁頭321的讀和寫信號。
典型的磁盤存儲系統的以上描述以及圖3的同時進行的說明僅僅是為了說明的目的。應當明白，磁盤存儲系統可以包含大量的磁盤和傳動裝置，而每一個傳動裝置可以支承若干滑座。
圖4示出根據本發明的最佳實施例的MTJ傳感器400的空氣支承面(ABS)視圖。MTJ傳感器400包括第一電極404，第二電極402和設置在第一電極404與第二電極402之間的隧道勢壘層415。第一電極404包括層疊的AP固定層420和晶種層440，這里，層疊的AP固定層420設置在晶種層440和隧道勢壘層415之間。第二電極402包括自由層410和蓋層405，這里，自由層410設置在蓋層405和隧道勢壘層415之間。
層疊的AP固定層420是一種AP耦合多層結構，它包括具有鄰接的第一界面層426的第一鐵磁層428；具有鄰接的第二界面層422的第二鐵磁層430；以及設置在第一界面層426和第二界面層422之間、在第一鐵磁層428和第二鐵磁層430之間提供逆平行耦合的APC層424。另一種方法是，可以不使用第一界面層426和第二界面層422。第一鐵磁層428由具有第一矯頑力的材料制成，而第二鐵磁層430由具有第二矯頑力的材料制成，其中，第二矯頑力大于第一矯頑力。第二鐵磁層430具有高矯頑力(大于150奧斯特)，它提供用來把AP固定層420的磁化方向固定(釘扎固定)在垂直于ABS的方向上的釘扎固定場。晶種層440是淀積層，用來改變隨后的各層的結晶織構或者晶粒大小，可以省去。
自由層410包括第一子層412和第二子層414，其中，第一子層412設置在第二子層414和隧道勢壘層415之間。自由層410的磁化取向平行于ABS，并且可以隨著信號磁場自由旋轉。
分別鄰接第一電極404和第二電極402的引線層460和465為檢測電流Is從電流源470到MTJ傳感器400的流動提供電連接。電連接到引線460和465的信號檢測器480檢測由于信號磁場(例如存儲在磁盤上的數據位產生的場)在自由層410中感應的變化引起的隧道效應電流的變化。外部磁場起相對于固定層420的磁化方向轉動自由層410的磁化方向的作用，所述固定層的磁化方向最好釘扎固定在垂直于ABS的方向。信號檢測器480最好包括諸如本專業的技術人員已知的PRML通道的數字記錄通道。信號檢測器480還包括其它支持電路，例如，本專業的技術人員已知的前置放大器(電氣上位于傳感器和通道之間)，用于調節檢測到的電阻變化。
MTJ傳感器400是在磁控濺射或者離子束濺射系統中淀積圖4中所示的多層結構來制造的。濺射淀積過程是在存在使所有鐵磁層的易磁化軸取向的大約40奧斯特縱向或橫向磁場的情況下進行的。由金(Au)制成的具有大約100-500埃厚度的下引線層460淀積在最好是Al2O3的基片450上。在引線460上淀積由鉻(Cr)制成的具有大約50埃厚度的晶種層440。AP固定層包括順序地淀積在晶種層440上的第二鐵磁層430，第二界面層422，APC層424，第一界面層426，和第一鐵磁層428。
具有大約50埃厚度的第二鐵磁層430由Co80-Pt12-Cr8制成，后者是一種具有高矯頑力的鐵磁材料，它使第二鐵磁層430具有硬永久磁鐵的性能。具有大約5埃厚度的第二界面層422由鈷(Co)制成。具有大約6埃厚度的APC層424由釕(Ru)制成。具有大約5埃厚度的第一界面層426由Co制成，而具有大約25埃厚度的第一鐵磁層428由Co30-Fe70制成，后者是一種具有高磁化的鐵磁材料，因此，預計具有高的隧道磁阻系數。
隧道勢壘層415由Al2O3制成，其形成方法是在第一鐵磁層428上淀積8-20埃鋁(Al)層，然后對其進行等離子體氧化。
在隧道勢壘層415上淀積包括第一子層412和第二子層414的自由層410。第一子層412由淀積在隧道勢壘層415上具有大約10埃厚度的Co90-Fe10制成。Co90-Fe10是具有接近零的磁致伸縮系數的鐵磁材料。第二子層414由淀積在第一子層412上具有大約20埃厚度的Ni-Fe(坡莫合金)制成。在第二子層上淀積由Ta制成的具有大約50埃厚度的蓋層405，從而完成MTJ傳感器400的有源部分。
由金(Au)制成的具有大約100-500埃厚度的上引線層465淀積在蓋層405上。淀積在下引線460和上引線465之間的由Al2O3制成的絕緣層490在所述引線之間提供電絕緣，并且，避免檢測電流在MTJ傳感器400周圍的分流。
利用高矯頑力磁性材料作為第二鐵磁層430提供了釘扎場，用來把層疊的AP固定層420的磁化固定在垂直于ABS的方向上。為了促使固定層的磁化，把MTJ傳感器置于垂直于ABS取向的高磁場(5000-15000奧斯特范圍內)中。Co80-Pt12-Cr8的高矯頑力和在500℃范圍內的居里溫度產生超過500奧斯特的、在高達大約120-140℃范圍內的工作溫度下具有極好的熱穩定性的釘扎場。
為了避免高矯頑力第二鐵磁層430對自由層410的靜磁耦合妨礙該自由層的磁化隨著信號磁場自由旋轉，必須通過適當地選擇形成AP耦合結構的各層的厚度來把層疊的AP固定層420的凈磁矩降低到接近零。所述結構中每一個鐵磁層的磁矩等于該層材料的磁化與層厚度的乘積。因為由于APC層424的緣故，第一鐵磁層428和第一界面層426的磁化與第二鐵磁層430和第二界面層422的磁化是逆平行取向的，所以，通過使APC層424的每一側具有接近相等的總磁矩，就能夠使層疊的AP固定層420的凈磁矩接近于零。
雖然Co80-Pt12-Cr8是第二鐵磁層430的最佳成分，但是，也可以使用表示為Cox-Pty-Crz的成分范圍，其中，68％≤x≤88％，8％≤y≤16％，4％≤z≤16％，并且x+y+z＝100％。
此外，雖然Co30-Fe70是第一鐵磁層428的最佳成分，但是，也可以使用表示為Coa-Feb的成分范圍，其中，20％≤a≤50％，50％≤b≤80％，并且a+b＝100％。
隧道磁阻系數正比于自由層和固定層的磁通密度的乘積，因此，對于用作MTJ傳感器中的自由層和固定層，比較高磁通密度(比較高磁化)的材料是所希望的。在最佳實施例中用作第一鐵磁層428的Co30-Fe70材料具有24000高斯的非常高的飽和磁通密度，這應當產生用于MTJ傳感器400的高的隧道磁阻系數。
根據本發明，也可以使用其它第一鐵磁層430材料，諸如Co-Ni，Co-Pt，和Co-Sm來制造MTJ傳感器。
雖然已經參考最佳實施例詳細地顯示和描述了本發明，但是，本專業的技術人員應當理解，可以在不脫離本發明的精神、范圍和啟示的情況下，在形式和細節上作出各種變化。因此，所公開的發明將被看作僅僅是說明性的，并且被限制在所附的權利要求書所規定的范圍內。
權利要求
1.一種磁隧道結(MTJ)傳感器，它包括逆平行(AP)固定層，所述固定層包括第一鐵磁層，它由具有第一矯頑力的磁性材料制成；第二鐵磁層，它由具有第二矯頑力的磁性材料制成，所述第二矯頑力的大小大于所述第一矯頑力的大小，所述第二鐵磁層固定所述AP固定層的磁化方向；以及設置在所述第一和第二鐵磁層之間的逆平行耦合(APC)層；鐵磁材料的自由層；以及設置在所述第一鐵磁層和所述自由層之間的隧道勢壘層。
2.權利要求1的MTJ傳感器，其特征在于所述第一鐵磁層由Co30-Fe70制成，以及所述第二鐵磁層由Co80-Pt12-Cr8制成。
3.權利要求2的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層的厚度是所述第一鐵磁層厚度的兩倍。
4.權利要求1的MTJ傳感器，其特征在于所述第一鐵磁層由Coa-Feb制成，其中，20％≤a≤50％，50％≤b≤80％，并且a+b＝100％。
5.權利要求1的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層由Cox-Pty-Crz制成，其中，68％≤x≤88％，8％≤y≤16％，4％≤z≤16％，并且x+y+z＝100％。
6.權利要求1的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁材料是從包括Co-Ni，Co-Pt，和Co-Sm的一組材料中選擇的。
7.權利要求1的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層的所述第二矯頑力大于150奧斯特。
8.一種磁隧道結(MTJ)傳感器，它包括逆平行(AP)固定層，所述固定層包括第一鐵磁層，它由具有第一矯頑力的磁性材料制成；與所述第一鐵磁層接觸的鐵磁材料的第一界面層；第二鐵磁層，它由具有第二矯頑力的磁性材料制成，所述第二矯頑力的大小大于所述第一矯頑力的大小，所述第二鐵磁層固定所述AP固定層的磁化方向；與所述第二鐵磁層接觸的鐵磁材料的第二界面層；以及設置在所述第一和第二界面層之間的逆平行耦合(APC)層；自由層，它包括鐵磁材料的第一子層；以及與所述第一子層接觸的鐵磁材料的第二子層；以及設置在所述第一鐵磁層和所述自由層的所述第一子層之間的隧道勢壘層。
9.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第一鐵磁層由Co30-Fe70制成，以及所述第二鐵磁層由Co80-Pt12-Cr8制成。
10.權利要求9的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層的厚度是所述第一鐵磁層厚度的兩倍。
11.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第一鐵磁層由Coa-Feb制成，其中，20％≤a≤50％，50％≤b≤80％，并且a+b＝100％。
12.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層由Cox-Pty-Crz制成，其中，68％≤x≤88％，8％≤y≤16％，4％≤z≤16％，并且x+y+z＝100％。
13.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層是從包括Co-Ni，Co-Pt，和Co-Sm的一組材料中選擇的。
14.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第一和第二界面層是由鈷制成的。
15.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第一子層是由Co90-Fe10制成的。
16.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第二子層是由Ni-Fe(坡莫合金)制成的。
17.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述APC層是從包括釕，銦和銠的一組材料中選擇的。
18.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述隧道勢壘層是由Al2O3制成的。
19.權利要求8的MTJ傳感器，其特征在于所述第二鐵磁層的所述第二矯頑力大于150奧斯特。
20.一種磁盤驅動系統，它包括磁性記錄盤；磁隧道結(MTJ)磁阻傳感器，用于讀出用磁的方式記錄在所述磁記錄盤上的數據，所述MTJ傳感器包括逆平行(AP)固定層，所述固定層包括第一鐵磁層，它由具有第一矯頑力的磁性材料制成；第二鐵磁層，它由具有第二矯頑力的磁性材料制成，所述第二矯頑力的大小大于所述第一矯頑力的大小，所述第二鐵磁層固定所述AP固定層的磁化方向；以及設置在所述第一和第二鐵磁層之間的逆平行耦合(APC)層；鐵磁材料的自由層；以及設置在所述第一鐵磁層和所述自由層之間的隧道勢壘層；傳動裝置，用于移動所述MTJ傳感器橫過所述磁性記錄盤，使得所述MTJ傳感器可以訪問以磁的方式記錄在磁性記錄盤上的數據的不同區域；以及電耦合到所述MTJ傳感器的記錄通道，用來檢測由所述自由鐵磁層的磁化軸隨著來自磁記錄數據的磁場而相對于所述固定層的磁化旋轉引起的MTJ傳感器電阻的變化。
21.權利要求20的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一鐵磁層由Co30-Fe70制成，以及所述第二鐵磁層由Co80-Pt12-Cr8制成。
22.權利要求21的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層的厚度是所述第一鐵磁層厚度的兩倍。
23.權利要求20的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一鐵磁層由Coa-Feb制成，其中，20％≤a≤50％，50％≤b≤80％，并且a+b＝100％。
24.權利要求20的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層由Cox-Pty-Crz制成，其中，68％≤x≤88％，8％≤y≤16％，4％≤z≤16％，并且x+y+z＝100％。
25.權利要求20的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁材料是從包括Co-Ni，Co-Pt，和Co-Sm的一組材料中選擇的。
26.權利要求20的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層的所述第二矯頑力大于150奧斯特。
27.一種磁盤驅動系統，它包括磁性記錄盤；磁隧道結(MTJ)磁阻傳感器，用于讀出用磁的方式記錄在所述磁記錄盤上的數據，所述MTJ傳感器包括逆平行(AP)固定層，所述固定層包括第一鐵磁層，它由具有第一矯頑力的磁性材料制成；與所述第一鐵磁層接觸的鐵磁材料的第一界面層；第二鐵磁層，它由具有第二矯頑力的磁性材料制成，所述第二矯頑力的大小大于所述第一矯頑力的大小，所述第二鐵磁層固定所述AP固定層的磁化方向；與所述第二鐵磁層接觸的鐵磁材料的第二界面層；以及設置在所述第一和第二鐵磁層之間的逆平行耦合(APC)層；自由層，它包括鐵磁材料的第一子層；以及與所述第一子層接觸的鐵磁材料的第二子層；以及設置在所述第一鐵磁層和所述自由層的所述第一子層之間的隧道勢壘層；傳動裝置，用于移動所述MTJ傳感器橫過所述磁性記錄盤，使得所述MTJ傳感器可以訪問以磁的方式記錄在所述磁性記錄盤上的數據的不同區域；以及電耦合到所述MTJ傳感器的記錄通道，用來檢測由所述自由鐵磁層的磁化軸隨來自磁記錄數據的磁場而相對于所述固定層的磁化旋轉引起的MTJ傳感器電阻的變化。
28.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一鐵磁層由Co30-Fe70制成，以及所述第二鐵磁層由Co80-Pt12-Cr8制成。
29.權利要求28的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層的厚度是所述第一鐵磁層厚度的兩倍。
30.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一鐵磁層由Coa-Feb制成，其中，20％≤a≤50％，50％≤b≤80％，并且a+b＝100％。
31.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層由Cox-Pty-Crz制成，其中，68％≤x≤88％，8％≤y≤16％，4％≤z≤16％，并且x+y+z＝100％。
32.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁材料是從包括Co-Ni，Co-Pt，和Co-Sm的一組材料中選擇的。
33.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一和第二界面層是由鈷制成的。
34.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第一子層是由Co90-Fe10制成的。
35.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二子層是由Ni-Fe(坡莫合金)制成的。
36.權利要求27的磁盤驅動系統，其特征在于所述第二鐵磁層的所述第二矯頑力大于150奧斯特。
全文摘要
磁隧道結(MTR)器件可用作磁盤驅動器的磁場傳感器或磁隨機存取(MRAM)陣列的存儲單元。MTJ器件具有:鐵磁逆平行(AP)固定層,后者包括:第一鐵磁層,第二鐵磁層和設置在第一和第二鐵磁層之間的逆平行耦合(APC)層;自由鐵磁層和設置在AP固定層的第一鐵磁層和自由層之間的隧道勢壘層。AP固定層的磁化在層平面內取向并被固定,以便能夠在存在感興趣范圍內的外加磁場時旋轉。自由鐵磁層的磁化可以相對于鐵磁AP固定層的固定的磁化在該層平面內旋轉。
文檔編號G01R33/06GK1245952SQ9911065
公開日2000年3月1日 申請日期1999年7月20日 優先權日1998年8月21日
發明者H·S·吉爾 申請人:國際商業機器公司