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CN1405754A - 使用磁阻效应的磁传感器和磁头，其制造方法与磁再现装置 - Google Patents

使用磁阻效应的磁传感器和磁头，其制造方法与磁再现装置 Download PDF

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CN1405754A
CN1405754A CN02141416A CN02141416A CN1405754A CN 1405754 A CN1405754 A CN 1405754A CN 02141416 A CN02141416 A CN 02141416A CN 02141416 A CN02141416 A CN 02141416A CN 1405754 A CN1405754 A CN 1405754A
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CN
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magnetic
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magneto
resistance effect
magnetization
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CN02141416A
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菅原伸浩
吉川将寿
大森广之
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Toshiba Corp
Sony Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Sony Corp
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Abstract

具有磁通量感应薄片的“电流垂直于平面”类型的第一和第二个磁阻效应元件(1)和(2)，通过非磁性中间间隙层(3)以这样的方式层叠在一起：它们的磁通量感应薄片彼此靠近。然后，使磁阻变化特征彼此相反，以便第一和第二个磁阻效应元件的输出之间的微分输出可以作为磁传感器输出而产生或者第一和第二个磁阻效应元件的输出之间的微分输出可以作为外部电路配置中的微分输出而产生。如此，分辨率可以通过下列配置得到改进：在该配置中，决定分辨率的间隙长度可以不受磁阻效应元件的厚度限制。因此，施加于MR磁传感器中的分辨率上的限制可以得到改进。

Description

使用磁阻效应的磁传感器 和磁头，其制造方法与磁再现装置
技术领域
本发明涉及使用磁阻效应的磁传感器、使用磁阻效应的磁头、磁再现装置、制造使用磁阻效应的磁传感器的方法和制造使用磁阻效应的磁头的方法。
背景技术
最近几年，随着磁记录和再现装置(如HDD，硬盘驱动器)中的记录密度的迅速提高，对于能以高记录密度在记录介质上记录信息的磁头的需求也迅速扩大。
如上文所述，随着记录密度的提高，记录在记录介质上的记录位的大小也在缩小，信号磁场也随着记录位的大小的缩小而变小。传统的电磁感应型磁头(就是可以叫做环芯型的那种)能够根据通过环芯的电磁感应效应检测到磁记录介质产生的信号磁场。在这种情况下，由于此电磁感应型磁头可以经过改装以间接地检测到磁记录介质产生的通过环芯的信号磁场，因此这种电磁感应型磁头不能保持足够的检测灵敏度。
另一方面，使用磁阻效应的磁头能够有效利用磁阻效应，基于来自磁记录介质的记录信息直接侦测到信号磁场，因而迄今为止已经得到了广泛的关注。
这种使用磁阻效应的磁头包括信号磁场侦测部分(该部分能够在短距离内直接侦测到从磁记录介质的表面发出的信号磁场)，这样，它能以很高的灵敏度再现磁记录介质中的信息。
目前，使用自旋阀型巨型磁阻效应元件(在下文中简称为“SV型GMR元件”)的磁头是使用磁阻效应的磁头的主流产品。
作为这种SV型GMR元件的基本配置，SV型GMR元件包括叠合层薄片配置，该配置由叫做自旋层的磁化固定层、非磁性垫片层和叫做自由层的磁化自由层组成。
作为这种SV型GMR元件，有一种具有平面中的电流类型的SV型GMR元件，在这种元件中，感应电流在层平面方向流动，即，所谓的CIP(平面中的电流)型配置，以及具有垂直于平面的电流的SV型GMR元件，即，CPP(垂直于平面的电流)型配置。
例如，图1是显示使用磁阻效应的磁头(MR磁头)的概要剖面图，包括这种SV型GMR元件或隧道型磁阻效应型元件，即，所谓的TMR元件作为磁性感应部分。如图1所示，使用磁阻效应的磁头的配置是这样的：有一个MR元件100放在一对相对的磁屏蔽101和101之间，中间隔着磁性间隙层102。
此MR磁头103具有飞行型磁头配置，在该配置中，它与垂直磁化记录介质(例如，硬盘104)相对，在该配置中，由于在MR磁头103和此记录介质104彼此之间移动时MR磁头103和硬盘104之间产生的气流，它可以以距离记录介质表面预先确定的较窄间距飞行。
然后，这种使用磁阻效应的磁头的位置是这样的：MR元件100的前端可以面对一个表面(在该表面MR磁头103与记录介质104相对)，即，ABS(空气轴承表面)105。
图2A和2B是在讲述根据现有技术的使用磁阻效应的磁传感器或磁头的再现特征时将要参考的图表。即，图2A显示了这种MR磁头103再现数据的方式，图2B显示了这种MR磁头103的再现输出特征。在这种情况下，如在图2B中用箭头概要显示的磁化状态，当MR磁头103和磁化方向垂直于垂直磁化记录介质104的厚度方向的记录信号磁畴中至少有一个相对于另外一个移动时，那么从MR元件100获取的输出波形将会相对于记录介质104上的记录位信号的磁化单调地变化，如图2A所示。
相应地，当此MR磁头103经过磁化过渡区域时，为了使此MR磁头103获得具有与普通“平面中的电流”磁记录中的类似的峰形的再现波形，再现信号处理电路必须包括微分电路。
然而，此微分电路会遇到一个问题：即噪声会不可避免地增大。此外，已经被微分的峰形会变得容易移位。还会发生信号出错率彼此不同的问题以及信噪比(S/N)变差的问题。
此外，决定具有这种配置的磁头的再现分辨率的磁间隙长度g等于ABS105中的磁屏蔽101对之间的间距，以至于无法使此磁间隙长度g至少小于MR元件100的厚度。即，例如，当此MR元件100是SV型GMR元件时，由于此MR元件100的厚度介于30nm到40nm之间，因此磁间隙长度g的长度超过30nm到40nm。结果，无法获得不超过那些数字的再现分辨率。
然而，最近几年，对于在记录介质中实现更高记录密度的需求一直在增长，为适应这种对更高记录密度的需求，对于更高再现分辨率的需求也在增长。因此，需要缩小磁间隙长度g。
此外，还出现了一个问题，随着记录密度的提高，记录位的大小的缩小，再现输出的电平也将会降低。
发明内容
鉴于上述几个方面，本发明的目标是提供使用磁阻效应的磁传感器，在该传感器中，再现磁头的分辨率可以得到改进，再现输出也可以得到改进，还提供采用这种使用磁阻效应的磁传感器的磁头，以及磁再现装置。
此外，当磁传感器的分辨率提高时，根据本发明的磁传感器不仅可以应用到磁头，而且还可以应用到磁天平(例如)。所产生的磁天平的精度会有很大提高。
根据本发明的磁传感器包括磁阻效应元件的叠合层结构部分，在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起，其特征在于第一和第二个磁阻效应元件的相应的输出之间的微分输出作为磁传感器输出产生。
这种微分输出可以通过使第一和第二个磁阻效应元件的磁阻变化特征的极性彼此相反来获得。
第一和第二个磁阻效应元件中每一个元件都有这样的配置：由铁磁薄片组成的磁化自由层，至少其磁化方向分别会根据外部磁场而改变，由铁磁性层组成的非磁性垫片层和磁化固定层，其磁化方向本质上分别固定在预先确定的方向，它们按上述顺序层叠在一起。
根据本发明的磁头是这样的使用磁阻效应的磁头：包括使用磁阻效应的磁传感器，能够基于垂直磁记录介质中记录的信息检测到信号磁场。其使用磁阻效应的磁传感器具有根据本发明的如上所述的磁传感器配置。
根据本发明的磁再现装置是这样的磁再现装置：包括使用磁阻效应具有磁传感器的磁头，能够基于垂直磁记录介质中记录的信息检测到信号磁场。其使用磁阻效应的磁传感器具有根据本发明的如上所述的磁传感器配置。
此外，制造根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器的方法是制造这样的使用磁阻效应的磁传感器的方法：该磁传感器包括叠合层结构部分，其中第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起。这种制造方法包括堆积过程，在该过程中，先放置第一个磁阻效应元件，再放置非磁性中间间隙层，然后再放置第二个磁阻效应元件，按照该顺序进行下去，还包括另一个过程，在该过程中，通过在一个方向上应用磁场而进行退火，使第一和第二个磁阻效应元件的磁阻变化特征的极性彼此相反，从而制造出使用磁阻效应的磁传感器。
制造根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器的方法是制造这样的使用磁阻效应的磁传感器的方法：该磁传感器包括磁阻效应元件的叠合层结构部分，其中第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层类似地层叠在一起。这种制造方法包括一个堆积过程，在该过程中，先放置第一个磁阻效应元件，再放置非磁性中间间隙层，然后再放置第二个磁阻效应元件，按照该顺序进行下去，还包括另一个过程，在该过程中，当电流在一个方向上流过第一和第二个磁阻效应元件时产生感应磁场，通过应用该磁场而进行退火，使第一和第二个磁阻效应元件的磁阻变化特征的极性彼此相反，从而制造出使用磁阻效应的磁传感器。
此外，在制造根据本发明的使用磁阻效应的磁头的方法中，磁传感器是采用根据本发明的制造如上所述的相应的使用磁阻效应的磁传感器的方法制造的。
如上文所述，根据本发明的配置，由于磁传感器由第一和第二个磁阻效应元件组成，随着下文进行的描述，下面一点将变得很清楚，即，磁间隙长度可以缩小，因此分辨率也会得到改进。
由于磁传感器的输出是作为第一和第二个磁阻效应元件的输出之间的微分输出产生的，因此输出也会得到改进，可以响应记录位的磁化过渡获得类似于峰形的再现波形。因此，当从垂直磁记录介质读出记录信号时，就可以避免使用信号处理电路(如上述微分电路)。
附图说明
图1是显示本发明的使用了传统的使用磁阻效应的磁传感器的磁头的基本配置的图表，
图2A和2B对于讲述传统的使用磁阻效应的磁传感器或磁头的再现特征有用，其中
图2A是显示输出特征的图表；以及
图2B是显示从垂直磁化记录介质执行再现的方式的示意图。
图3是概要显示本发明的使用了根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器的磁头的基本配置的图表；
图4A和4B对于讲述根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器或磁头的再现特征有用，其中
图4A是显示输出特征的图表；以及
图4B是显示从垂直磁化记录介质执行再现的方式的示意图。
图5A到5C对于讲述根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器或磁头的输出特征有用，其中
图5A和5B分别是第一和第二个磁阻效应元件的特征曲线；以及
图5C是显示图5A和5B的如上所述的两个特征曲线的合成输出特征曲线的图表；
图6是根据本发明的另一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图7是显示包括根据本发明的磁传感器的第一和第二个磁阻效应元件的特征的图表；
图8是一个特征图表，显示了本发明的使用磁阻效应的磁屏蔽型磁头和具有现有技术结构的使用磁阻效应的磁屏蔽型磁头的磁通量效率和磁道宽度之间关系的测量结果；
图9是显示根据本发明另一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要正视图；
图10是显示根据本发明另一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要正视图；
图11是显示根据本发明另一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要正视图；
图12是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要正视图；
图13是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图14是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图15是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图16是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图17是显示应用了根据本发明的磁再现装置的磁记录和/或再现装置的示例的透视图；
图18是显示图17中显示的磁记录和/或再现装置的传动臂的示例的透视图；
图19是在讲述根据本发明的再一个实施例的磁传感器的磁化状态将要参考的图示；
图20是在讲述根据本发明的再一个实施例的磁传感器的磁化状态将要参考的图示；
图21是在讲述根据本发明的再一个实施例的磁传感器的磁化状态将要参考的图示；
图22A到22C分别是根据本发明的制造方法的过程图表；
图23是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图24是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图25是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图26是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图27是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图28是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图29是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图30是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图31是显示根据本发明的再一个实施例的磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的概要剖面图；
图32是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图33是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图34是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图35是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图36是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图37是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图38是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图39是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；
图40是在讲述根据本发明的制造磁传感器(使用磁阻效应的磁头)的方法的过程时将要参考的透视图；以及
图41是显示根据本发明的另一个实施例的磁头的透视图。
具体实施方式
下面将介绍根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器、使用磁阻效应的磁头、磁再现装置、制造使用磁阻效应的磁传感器的方法和制造使用磁阻效应的磁头的方法。
[使用磁阻效应的磁传感器和使用磁阻效应的磁头]
使用磁阻效应的磁传感器可以由CPP型(垂直于平面的电流型)的使用磁阻效应的磁传感器构成，在这种传感器中，感应电流沿着垂直于其磁阻效应元件的层平面的方向流动(例如)。
已知与CIP型(平面中的电流型)使用磁阻效应的磁传感器(在这种传感器中，感应电流沿着磁阻效应元件的层平面延长线的方向流动)相比，具有这种CPP型配置的使用磁阻效应的磁传感器可以产生高输出，并可以轻松地防止受热起伏的限制。
根据本发明的使用磁阻效应的磁头是这样的使用磁阻效应的磁头：包括使用磁阻效应的磁传感器，能够基于垂直磁记录介质中记录的信息检测到信号磁场。根据本发明的使用磁阻效应的磁头以这样的方式放置，上述磁传感器的层平面本质上垂直于磁记录介质的表面。
在本发明中，其使用磁阻效应的磁传感器都可以具有每一种根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器配置。
根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器包括磁阻效应元件的叠合层结构部分(在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起)，并从第一和第二个磁阻效应元件产生相应的输出的微分输出。
当从使用磁阻效应的磁传感器产生上述微分输出时，从电路的观点来看，从第一和第二个磁阻效应元件检测到的输出可以作为外面的微分输出产生。本发明不仅仅限于这一方面，第一和第二个磁阻效应元件的相应的磁阻变化特征可以作为相对于检测磁场的相反的极性的磁阻变化特征获得，即，当一个磁阻变化特征响应应用的磁场表现出增大的特征时，另外一个磁阻变化表现出响应应用的磁场减少的特征。
第一和第二个磁阻效应元件都有这样的配置：由铁磁性层组成的磁化自由层，其磁化方向分别会根据外部磁场而改变，由铁磁性层组成的非磁性垫片层和磁化固定层，其磁化方向本质上分别固定在预先确定的方向，它们按上述顺序层叠在一起。
铁磁性交换耦合到磁化固定层的反铁磁性层可以层叠在磁化固定层上，磁化固定层的磁化方向可以由如上所述的反铁磁性层进行固定。
在第一和第二个磁阻效应元件的叠合层结构部分，第一和第二个磁阻效应元件的相应的磁化自由层一侧彼此通过非磁性中间间隙层相对，例如，第一个磁阻效应元件可以采用所谓的底部型配置，第二个磁阻效应元件可以采用顶部型配置，第一和第二个磁阻效应元件可以通过非磁性中间间隙层层叠在一起。
在叠合层结构部分(如上文所述，在该部分，第一和第二个磁阻效应元件在磁化自由层的一侧层叠在一起)，第一和第二个磁阻效应元件中的一个元件的磁化固定层可以由单一铁磁性层构成，或者可以采用叠合层结构，由奇数层数组成的多层铁磁性层基于所谓的综合配置而构成，在该配置中，磁矩的方向彼此以一种几乎反并行的方式耦合。
然后，另外一个磁阻效应元件的磁化固定层可以采用由偶数层数组成的反铁磁性层的叠合层结构，采用综合配置，在该配置中，磁化方向以一种几乎反并行的方式彼此耦合。
如此，在第一和第二个磁阻效应元件中，铁磁性交换耦合到磁化固定层的反铁磁性层的磁化方向本质上是相同的方向，因此第一和第二个磁阻效应元件中的磁阻变化特征可以表现出彼此相反的极性。
或者，第一和第二个磁阻效应元件是包括反铁磁性层、磁化固定层和磁化自由层的磁阻效应元件。第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层包括基于两层都是铁磁性层的单层结构的叠合层结构，由奇数层数组成的多个铁磁性层结构，在该配置中，磁矩的方向彼此以一种几乎反并行的方式耦合，或者基于由偶数层数组成的铁磁性层结构，在该配置中，磁矩的方向彼此以一种几乎反并行的方式耦合。
如此，铁磁性交换耦合到第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层的反铁磁性层的磁化方向是反并行的。
可以使第一和第二个磁阻效应元件的反铁磁性层在厚度和成份任何一个方面或者两个方面彼此都不相同。
利用上述配置，第一和第二个磁阻效应元件中的反铁磁性层的厚度会改变，因此交换耦合磁化固定层和反铁磁性层的磁场所在的温度会丢失，即，所谓的阻止温度会彼此不同。当阻止温度彼此不同时，磁化固定层和反铁磁性层的磁化方向可以设置为反并行的，例如，通过每个磁化固定层的两步骤磁化固定退火进行。即，第一步磁化固定退火将在阻止温度增大的元件上以预先确定的温度执行，然后在低于这种磁化固定退火的温度的温度执行第二次磁化固定退火。
第一和第二个磁阻效应元件可以具有流量引导层，至少放于叠合层结构部分的前部或后部。
根据此磁通量引导层，通过将经过第一和第二个磁阻效应元件的信号检测磁场形成磁路，磁通量效率会得到改进，磁阻变化的灵敏度可以也会得到改进。
如上文所述，虽然可以通过第一和第二个磁阻效应元件的叠合层结构部分的配置使磁阻变化特征在特征方面彼此相反，但是第一和第二个磁阻效应元件可以有相对于应用的磁场的相同极性的磁阻变化特征，从电路的观点来看，第一和第二个磁阻效应元件的相应的输出之间的微分输出也可以作为磁传感器输出产生。
当第一和第二个磁阻效应元件在它们的磁化自由层侧通过非磁性中间间隙层层叠在一起时，这些磁化自由层的厚度可以比非磁性中间间隙层的厚度小。利用这种配置，可以满意地根据磁性信号检测到的材料(从中读出磁性信号)的记录位的大小捕获磁通量。
通过彼此选择第一和第二个磁阻效应元件的相应的磁化自由层的厚度，这些磁化自由层的所谓的磁化量(饱和磁化Msx厚度)可以彼此任意地选择，仍可以保持操作的对称。
在根据本发明的使用磁阻效应的磁头中，与其后部的的厚度相比，其非磁性中间间隙层的厚度(例如)可以在其表面(在该表面中，它与上文介绍的磁记录介质相对)可以缩小。
此外，如上文所述，当其磁传感器具有上述配置(在该配置中，第一和第二个磁化自由层通过非磁性中间间隙层层叠在一起)时，非磁性中间间隙层的末端和中间被非磁性中间间隙层隔开的相邻的第一和第二个磁阻效应元件的磁化自由层的末端可以从第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层和非磁性垫片层向前凸出。
[磁再现装置]
此磁再现装置是这样的磁再现装置：包括使用磁阻效应具有磁传感器的磁头，能够基于垂直磁记录介质中记录的信息检测到信号磁场。其使用磁阻效应的磁传感器具有根据本发明的使用磁阻效应的相应的磁传感器的上述配置。
[制造使用磁阻效应的磁传感器和使用磁阻效应的磁头的方法]
根据本发明，制造使用磁阻效应的磁传感器的方法包括薄片堆积过程，在该过程中，先放置第一个磁阻效应元件，再放置非磁性中间间隙层，再放置第二个磁阻效应元件，按照该顺序进行下去，还包括另一个过程，在该过程中，当计划将第一和第二个磁阻效应元件的反铁磁性层的磁化方向设置为相同方向时，通过如上文所述的在一个方向上应用磁场而进行退火，将磁化方向同时设置为同一方向。
如上文所述，当第一和第二个磁阻效应元件的反铁磁性层在反并行方向上磁化时，在按顺序放置第一个磁阻效应元件、非磁性中间间隙层和第二个磁阻效应元件的过程之后，当电流在一个方向上流过磁传感器产生感应磁场，通过应用该磁场而进行退火，相应的反铁磁性层将会以反并行方式磁化。
此外，当两个磁阻效应元件的磁化固定层的阻止温度彼此不同时，为了固定这些磁化，通过固定两个阶段的退火来对第一和第二个磁阻效应元件进行处理，从而使第一和第二个磁阻效应元件双方的磁化方向都可以被设置为反并行的(例如)。
根据制造使用磁阻效应的磁头的方法，在相应的使用磁阻效应的磁头中制造使用磁阻效应的磁传感器的方法，可以通过应用制造上述相应的使用磁阻效应的磁传感器的方法来实现。
[操作说明]
接下来，将介绍根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器和根据本发明的使用磁阻效应的磁头的基本操作。
图3是显示根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器(MR磁传感器)10的基本配置的概要剖面图。如图3所示，此MR磁传感器10的配置是这样的：具有传导性多层结构的第一和第二个磁阻效应元件(MR元件)1和2通过非磁性中间间隙层3层叠在一起，而在此实施例中非磁性中间间隙层3由传导性材料制成。相应的元件1和2的前端与正面5相对(在正面5处它们与磁性信号检测材料4(例如，磁天平或磁记录介质，如硬盘接触或相对)，例如，ABS表面。
在此实施例中，使用磁阻效应的磁传感器10采用CPP配置，在这种配置中，感应电流在垂直于第一和第二个MR元件1和2的层平面的方向上流动。
图4B显示了具有上述配置的MR磁传感器10从磁性信号检测材料4再现信号的方式。图4A显示了此时获得的再现输出特征。具体来讲，在本例中，当MR磁传感器10跨记录信号磁畴(记录位)M1和M2(它们在检测材料4的厚度方向上被垂直磁化，图4B中的箭头概要说明了磁化状态)移动时，MR磁传感器10产生了图4A所示的再现输出，即，检波后的输出。
下面将参考图5A到5C对上述操作进行介绍。当第一和第二个MR元件1和2经过相邻的记录信号磁畴M1和M2(它们在检测材料4的相反方向上被磁化)之间的磁墙5时，第一和第二个MR元件1和2会产生输出特征曲线，在该曲线中，再现输出电压迅速地随着两个MR元件1和2所在的极点之间的差异而变化，具体来讲，中心表面相对于磁化自由层(充当相应的MR元件1和2的磁通量感应薄片)的相应的厚度方向之间的距离和两个MR元件1和2的传输速度确定的时间t1和t2之间的差异Δt。
在本发明中，第一和第二个MR元件1和2具有相反极性的磁阻变化特征，以使第一和第二个MR元件1和2的再现输出可以作为微分输出产生。例如，当第一个MR元件1经过磁墙5以使第一个MR元件1表现出电压V1提高到电压+V2的特征(如图5A所示)时，第二个MR元件2经过磁墙5以使第二个MR元件2表现出电压-V′变为电压-V2′的特征，如图5B所示。如此，作为磁传感器10的输出，获得一种孤立的波形输出，如图5C所示。
由于图5C所示的孤立波形输出的一半宽度PW50对应于第一和第二个MR元件1和2的磁通量感应薄片的两个中心表面之间的距离，因此决定分辨率的磁性间隙G的磁间隙长度LG由中心表面之间的距离确定。
相反，根据具有第一和第二个MR元件1和2的MR磁传感器10，由于差异Δt(＝t1-t2)可以转换成图5C所示的孤立波形输出的一半宽度PW50的距离和MR磁传感器10和检测材料4之间相对线性速度，根据本发明的MR磁传感器10可以应用到磁天平中。
如上文所述，MR磁传感器10的配置是这样的：第一和第二个MR元件1和2通过非磁性传导性中间间隙层3层叠在一起，第一和第二个MR元件1和2优选情况下应具有它们的磁阻变化特征，这些特征彼此在极性方面相反。
然后，第一和第二个MR元件1和2采用SV型GMR配置，这些配置分别包括反铁磁性层、磁化固定层和磁化自由层作为磁通量感应薄片或铁磁隧道磁阻效应元件(TMR元件)配置，并且第一和第二个MR元件1和2通过非磁性中间间隙层3层叠在一起。在本例中，MR磁传感器10采用CPP配置，在该配置中，感应电流在叠合层方向流动，即，在垂直于层平面的方向流动。
图6是显示此MR磁传感器10和包括此MR磁传感器10作为磁性感应部分(例如)的MR磁头20的示例的概要剖面图。如图6所示，在第一个磁屏蔽和电极31上，放置了底部型第一个MR元件1，中间有传导性第一个非磁性间隙层41和衬底6。在此第一个MR元件1上，有MR磁传感器10，该传感器具有顶部型第二个MR元件2，中间有非磁性中间间隙层3穿过。
在第二个MR元件2的表面上，有保护层7，在该保护层上面，有第二个磁屏蔽附带电极32，中间有传导性第二个非磁性间隙层42。
此MR磁传感器10的前端面对正面5，该正面5与磁性信号检测材料，例如，磁记录介质(未显示)接触或相对，绝缘层61嵌入到MR磁传感器10等等的后部。一个磁通量引导层(稍后将作介绍)放在MR磁传感器10的后部。
底部型的第一个MR元件1的构成方式是这样的：第一个反铁磁性层11、铁磁性交换耦合到第一个反铁磁性层11的第一个磁化固定层2、传导性第一个非磁性垫片层13和第一个磁化自由层14按照该顺序放置在衬底6(根据需要设立)上。
顶部型第二个MR元件2的构成方式是这样的：第二个磁化自由层24，传导性第二个非磁性垫片层23，第二个磁化固定层22和铁磁性交换耦合到此磁化固定层22的第二个反铁磁性层21，通过非磁性中间间隙层3以该顺序层叠在第一个MR元件1上。
第一和第二个MR元件1和2中任何一个的磁化固定层12或22由单层组成或基于所谓的叠合层亚铁磁性层结构由奇数层数铁磁性层组成，在这种结构中，磁矩的方向彼此以一种反并行方式耦合。另外一个MR元件2或1的磁化固定层22或12具有偶数层数的铁磁性层叠合层结构，基于叠合层亚铁磁性层结构，在这种结构中，磁矩的方向彼此以一种反并行方式耦合。
此时，两个MR元件1和2可以作为具有磁阻变化特征的MR元件构成，在这种元件中，反铁磁性层11和21和第一和第二个磁化固定层12和22(它们分别铁磁性交换耦合到反铁磁性层11和21)，在同一方向上被磁化并且在极性方面是相反的，如图7中的曲线51和52所示。
或者，第一和第二个MR元件1和2的两个磁化固定层12和22都可以采用叠合层结构，该结构基于铁磁性层的单层结构或奇数层数的许多铁磁性层结构(在这种结构中，磁矩的方向彼此以一种反并行方式耦合)，或者偶数层数的铁磁性层结构(在这种结构中，磁矩的方向以一种反并行方式彼此耦合，以使反铁磁性层11和21可以以一种反并行方式磁化)。
为了可以在检测磁场未从外部应用到磁化自由层14和24的情况下稳定地获得垂直于检测磁场的同一方向的磁化状态(此状态在下文中将被称为“非磁场状态”)，虽然未在图6中显示，磁耦合到第一和第二个磁阻效应元件1和2的磁化自由层的末端部分的稳定偏磁硬磁层放在这些部分的两侧，在这些部分，至少放置磁化自由层14和24。或者，此稳定偏磁硬磁层可以去除，或者可以基于包括稳定偏磁硬磁层和非磁性中间间隙层3的长距离交换耦合提供一个反铁磁性层。
如上文所述，由于根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器产生微分输出，在这种情况下，使用磁性信号检测材料的磁阻效应的磁头可以增大抵抗在使用磁阻效应的磁头和磁记录介质彼此接触的情况下产生的高温的耐久性。具体来讲，一般屏蔽型磁头会遇到由于高温其输出波形的基线发生移动并变得不规则的问题或者一般屏蔽型磁头会不可避免地从介质中检测到并非由信号磁场引起的异常高峰的问题。根据本发明，这些问题都可以避免。
此外，根据本发明，在记录位的磁化过渡的检测分辨率中，磁间隙长度可以基于两个磁阻效应元件之间放置的非磁性中间间隙层的厚度来决定。在这种情况下，可以有一个充分狭窄的磁性间隙，以使检测分辨率可以充分地增大。结果，可以使磁记录介质的密度非常高。
图8中的特征曲线a和b显示了根据本发明具有上述微分配置的使用磁阻效应的磁屏蔽型磁头和具有现有技术结构的使用磁阻效应的磁屏蔽型磁头的相应的磁通量效率(％)和相应的磁道宽度之间的关系的测量结果。
不论是在现有技术还是在本发明中的使用磁阻效应的屏蔽型磁头中，磁通量效率随着磁道宽度的缩小而降低。
然而，对图8的研究显示，根据本发明的磁头可以获得大约两倍于现有技术磁屏蔽型磁头的磁通量效率的磁通量效率，从而导致磁头输出大大地增大。
即，当保持磁通量时，与现有技术相比，记录磁道宽度可以显著地缩小，因此可以实现高于100Gbpsi的超高密度垂直记录。
在上述配置中，尽管第一和第二个MR元件1和2的配置的特征彼此在极性方面相反，但是本发明不仅仅限于此，第一和第二个MR元件1和2的配置也可以具有相同极性的磁阻变化特征，这样从电路观点来看第一和第二个MR元件1和2中的检波后的输出可以作为微分输出产生。
在上述配置中，磁屏蔽和电极31和32可以由AlTiC衬底上的镀NiFe层组成。
提供衬底6是为了降低诸如来自MR元件的放置表面的污染之类的影响，还为了改善衬底6上放置的薄片的晶格方向。此衬底6可以由Ta(例如)和其他合适的材料(如Zr、Ru、Cr和Cu)制成。此外，衬底6可以由叠合层结构构成，在该结构中，其他材料层层叠在这些材料层上。
反铁磁性层11和12可以由PtMn、NiMn、PdPtMn、Ir-Mn、Rh-Mn、Fe-Mn、镍氧化物、钴氧化物、铁氧化物等制成。
当这些铁磁性层11和21的阻止温度如前所述彼此不同时，可以改变铁磁性层11和21的成份，或者可以改变铁磁性层11和21的厚度。
包括磁化固定层12和22的铁磁性层可以由Co、Fe、Ni或者两个或更多这些材料或者不同的成份的组合构成的材料的合金的铁磁性层构成，例如，Fe和Cr的相应的铁磁性层。此外，包括磁化固定层12和22的铁磁性层可以由上述材料制成，在这些材料中，还可以添加B、C、N、O、Zr、Hf、Hf、Al、Ta等等添加剂。
由于非磁性插入层的材料插入在需要的相应的铁磁性层之间，当这些磁化固定层12和22具有基于许多铁磁性层的叠合层的叠合亚铁磁性层结构(在这种结构中，磁矩方向以一种反并行方式彼此耦合)时，可以使用厚度为0.9nm的诸如Ru、Cr、Rh和Ir之类的薄材料。
当磁化自由层14和24由CoFe薄片、NiFe薄片、CoFeB薄片或这些薄片的叠合层薄片(例如，CoFe/NiFe或CoFe/NiFe/CoFe)制成时，可以实现更大的MR比和软磁性特征。
传导性非磁性中间间隙层3，第一和第二个非磁性间隙层41、42、第一和第二个非磁性垫片层13和23等等都可以由Ta、Cu、Au、Ag、Pt、Al或Cu-Ni和Cu-Ag构成。
由于非磁性中间间隙层3的厚度规定了图3中所示的配置中的实质磁性间隙G的磁间隙长度LG，因此非磁性中间间隙层3的此厚度将基于记录密度(以该记录密度从磁记录介质中读出信号)确定。
此外，在第一和第二个磁化自由层14和24跨此非磁性中间间隙层3放置的配置中，相对于这些磁化自由层14和24的薄片厚度之间的关系，为了保持相对于记录位等等的检测磁场的检测分辨率，还为了平稳地捕获磁通量，两个磁化自由层14和24的薄片厚度优选情况下应比非磁性中间间隙层的薄片厚度薄。
当此非磁性中间间隙层3规定磁间隙长度LG时，非磁性中间间隙层3的厚度可以在1nm到50nm之间的范围内选择，优选情况下，应在1nm到20nm之间的范围内选择。当非磁性中间间隙层3的厚度少于1nm时，在第一和第二个磁化自由层14和24之间发生交换耦合或静磁耦合，这样，灵敏度会不可避免地降低。此外，当非磁性中间间隙层3的厚度超过50nm时，在两个磁化自由层14和24之间形成磁路就变得困难。
稳定偏磁硬磁层可以由CoCrPt或Coγ-Fe2O3等等制成。
保护层24可以由Ta、W、Zr等等制成。
在上述配置中，可以通过图案蚀刻为第一和第二个MR元件1和2的叠合层结构部分提供预先确定的磁道宽度。图9是从正面显示叠合层结构部分的概要正面图。如图9所示，一般来说，上述叠合层结构部分倾向于像梯形。因此，从放置在叠合层结构部分的两侧的稳定偏磁硬磁层60应用到两个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层14和24的偏磁场变得不对称，以致于在如图5C所示的从第一和第二个MR元件1和2的输出之间的微分输出产生的输出波形中发生所谓的基本位移，从而导致输出波形混乱。
为了避免这样的缺点，如图10的概要正面图所示，第一和第二个稳定偏磁硬磁层16和26(其稳定偏磁场基于诸如成份和厚度之类的因素进行控制)可以通过非磁性中间层62层叠在第一和第二个磁化自由层14和24上。
此非磁性中间层62可以由绝缘层构成，该绝缘层可以阻止经过稳定偏磁硬磁层16和26流动的感应电流的分流。
在图9和10中，与图6的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
尽管在图6、9和10中所示的示例中第一和第二个MR元件1和2的叠合结构部分是通过图案蚀刻构成的，但是本发明不仅限于此，这样的变体也是可以的。即，如图14和24的概要正面图所示，第一和第二个MR元件的任何一个都可以由图案蚀刻构成，其他元件也可以在整个表面上构成。
在这种情况下，稳定偏磁场可以分别应用到第一和第二个MR元件1和2的磁化自由层14和24。具体来讲，稳定偏磁场可以从第一或第二个稳定偏磁硬磁层16或26应用到由图案蚀刻构成的MR元件，通过将反铁磁性层构成的偏磁层63交换耦合到磁化自由层，稳定偏磁场可以应用到其他不是由图案蚀刻构成的MR元件。
如此，应用到带有不同图案的第一和第二个磁化自由层14和24的稳定偏磁场可以不同，因此，上述基本位移问题可以得到解决。
在图11和12中，与图6、9和10的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
如上文所述，由于使用磁阻效应的磁传感器包括硬磁性层或反铁磁性层(它们分别将稳定偏磁场应用到第一和第二个磁化自由层14和24)，稳定偏磁场可以在控制之下正确地应用到相应的MR元件。因此，可以使第一和第二个MR元件的操作保持对称，因此，输出波形的基本位移也可以消除。
当第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层14和24的宽度彼此不同(如图9所示)时，通过选择这些磁化自由层14和24的成份，可以使饱和磁化彼此不同，例如，CoFe和NiFe的叠合层结构以及CoFe的单层结构和/或磁化量(由饱和磁化和薄片厚度的乘积给定)，可以通过选择磁化自由层14和24的薄片厚度来进行调整。具体来讲，可以使图9所示的狭窄的第二个磁化自由层24的厚度或饱和磁化比第一个磁化自由层14的厚度或饱和磁化更大。如此，可以使两个MR元件1和2的操作保持对称。
当一般HDD装置中的磁头组件和磁头从磁记录介质飞转以执行再现操作时，磁记录介质中的第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层14和24的飞行量可能彼此不同。还是在这种情况下，操作的对称可以通过正确地选择第一和第二个磁化自由层14和24的厚度来进行补偿。
图13是本发明的另一个实施例的概要剖面图。在此实施例中，磁通量引导层70R放置在第一和第二个MR元件1和2的后部，封闭的磁路(磁电路)由第一和第二个磁化自由层14和24组成，因此可以降低检测信号磁场的泄漏，即，可以集中检测信号磁场，因此磁通量效率可以得到显著改善。
此后面磁通量引导层70R可以由具有软磁性特征的铁磁材料(如NiFe和无定形CoZrNb)制成。优选情况下，从改善磁通量效率的观点来看，此磁通量引导层70R应具有高于50的导磁率。此外，为了避免感应电流分流，优选情况下，磁通量引导层70R应由高电阻材料制成。为此，此磁通量引导层70R可以由带有绝缘材料的颗粒结构的薄片或带有绝缘层的叠合层薄片制成。
在图13中，与图6、9和10的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
图14是显示使用磁阻效应的磁传感器的另一个示例的概要剖面图。如图14所示，只有第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层14和24的叠合层部分和插入在第一和第二个磁化自由层14和24之间的非磁性中间间隙层3可以接触磁性信号检测材料或将反面面对磁性信号检测材料(例如，磁记录介质)，即，正面5，其他前端从正面5凹陷。此缩回的表面可以用非磁性绝缘层构成的遮盖层71覆盖。
利用上述配置，大多数第一和第二个MR元件都可以避免直接与磁记录介质接触。结果，可以避免所谓的  “酷暑”，由于第一和第二个MR元件与磁记录介质接触产生的摩擦热会影响相应的MR元件的特征。如此，可以制成一个具有绝好的抗热属性的稳定的MR磁传感器或MR磁头。
在图14中，与图13的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
图15是显示根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器的另一个示例的概要剖面图。在这种情况下，非磁性中间间隙层3的厚度在正面5缩小，在后部增大。
根据上述配置，正面5中的非磁性中间间隙层3的厚度规定的磁性间隙G的磁间隙长度LG在宽度上缩小越多，因此记录密度也会增大越多。
然后，在这种情况下，由于非磁性中间间隙层3的厚度在正面缩小，在后部充分增大，第一和第二个磁化自由层14和24之间的磁耦合可以避免，因此可以避免操作的对称性被这种磁耦合所阻碍。
在图15中，与图13和14的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号标记的，因此不需要作详细介绍。
此外，图16是显示根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器的另一个示例的概要剖面图。在这种情况下，该配置使第一和第二个磁化自由层14和24和在第一和第二个磁化自由层14和24之间插入的非磁性中间间隙层3面对正面，其他部分背离正面，可以构成由绝缘层构成的遮盖层71，在遮盖层71的表面上可以放置磁屏蔽72。
如上文所述，磁屏蔽层72放置在正面，因此可以缩小一半宽度PW50，如图5C所示。
可以使用NiFe(透磁合金)作为这种磁屏蔽层72的材料。此外，遮盖层71的绝缘层可以由Al2O3、SiO2等等制成。
然后，在这种配置中，虽然未显示，还需要通过在磁屏蔽层72和电极31和32之间插入绝缘层(如Al2O3)以避免电击穿。
在图16中，与图13、14和15的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
接下来，我们将参考图17和18对应用了根据本发明的磁再现装置的磁记录和再现装置示例进行介绍。
这种磁记录和再现装置，在图17中一般由参考编号150表示，是使用旋转式激励器类型的装置。如图所示，在此示例中，一种垂直磁记录介质，垂直记录磁盘200放在轴152上，并由马达(未显示)旋转，该马达响应驱动装置(未显示)的控制单元提供的控制信号被驱动。
此磁记录和再现装置150的配置可以容纳许多磁盘200。
用于记录和再现存储在磁盘200中的信息的磁头滑块153被附加到类似于薄膜支架154的末端。
磁头滑块153在其末端安装了根据本发明的使用磁阻效应的磁头。
当介质磁盘200旋转时，磁头滑块153的介质反面(即，ABS平面)可以距离磁盘200的表面向上托起预先确定的间距量。或者，根据本发明的使用磁阻效应的磁头可以作为所谓的接触传输类型构成，在这种类型中，滑块153可以与磁盘200接触。
[0086]
如图17所示，支架154连接到包括线轴部分的传动臂155的一端，线轴部分具有激励线圈(未显示)等等。传动臂155的另外一端提供了语音线圈马达156，该马达是一种线性马达。语音线圈马达156由缠绕在传动臂155的线轴部分的激励线圈(未显示)和磁路组成，磁路由永磁铁和反轭相对而组成，以便夹入此激励线圈。
传动臂155由轴157的上面部分和下面部分两个位置上的球轴承(未显示)所支撑，可以由语音线圈马达156旋转，以便可以自由地滑动。
图18是显示从磁盘侧面看到的位于传动臂155的正面的磁头组件的透视图，尺寸已经经过放大。具体来讲，如图18所示，磁头组件160包括传动臂155，该臂有线轴部分，用于支撑激励线圈。支架154连接到传动臂155的一端。
包括根据本发明的使用磁阻效应的磁头的磁头滑块153连接到支架154的末端。
支架154包括引线164，用于写入和读取信号，此引线164的电源连接到磁头滑块153中组装的磁头的相应的电极。然后，放置了一个用于磁头组件160的电极板165。
由于包括根据本发明的使用磁阻效应的磁头的磁再现装置具有微分配置，因此此磁再现装置能够可靠地从磁盘200中读出记录位，它们是以比现有技术的密度高得多的记录密度记录的。
接下来，将详细介绍根据本发明的MR磁传感器10或充当MR磁头的磁感应部分的MR磁传感器的实施例。然而，不用说，本发明不仅限于下面的这些实施例。
[第一个实施例]
在此实施例中，如图19的概要分解透视图所示，由于MR磁传感器采用这样的配置：所谓的底部型(反铁磁性层放置在底部)的第一个MR元件1以及所谓的顶部型(反铁磁性层放置在顶部)的第二个MR元件2通过非磁性中间间隙层3层叠在一起，第一和第二个磁化自由层14和24层叠在一起以使它们彼此靠近。然后，根据本实施例的MR磁传感器采用“电流垂直于平面”的配置，在该配置中，感应电流经过叠合层方向流动。
然后，在此配置中，第一个MR元件1将采用底部型SV型GMR配置(在下文中称为“BSV”)，在该配置中，第一个磁化固定层12由单层(即，奇数层数的铁磁性层)组成。第二个MR元件2将采用基于叠合层亚铁磁性层结构的顶部型SV型GMR配置，即，所谓的综合配置(在下文中称为“SSV”)，在该配置中，磁化固定层22由偶数层数的铁磁性层组成，在此实施例中，第一和第二个铁磁性层221和222采用两层配置，具有铁磁性，它们通过非磁性插入层8以这样的方式层叠在一起：磁矩的方向以一种反并行方式彼此耦合。
两个磁化自由层14和24的磁化方向被设置为相同的方向，如图19中的单向箭头A14和A24所示。同时，在非磁场条件下，即，在外部检测磁场Hd(如检测信号磁场)未应用到MR磁传感器的情况下，两个磁化自由层14和24的磁化方向被设置为垂直于检测磁场Hd方向的方向。磁化自由层14和24的磁化方向将基于稳定偏磁硬磁层或长距离交换耦合薄片的布局进行设置，关于这一点，虽然未显示，但稍后将进行介绍。
另一方面，第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化方向，铁磁性交换耦合到第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化固定层22的磁化方向，铁磁性层222的磁化方向被设置为相同的方向，如单向箭头A11、A12、A21、A222所示，也被设置为垂直于上述磁化自由层14和24的磁化方向的相同方向，如单向箭头A14和A24所示。
此时，由于一个MR元件2的磁化固定层22采用综合配置，在与磁化自由层24相对的一边的铁磁性层221中，其磁化方向(由单向箭头A221显示)可以被设置为与磁化固定层12(该层与其他磁化自由层14相对)的磁化方向(由单向箭头A12显示)相反的方向。
具体来讲，可以使第一和第二个MR元件1和2的磁阻特征彼此相反。
在图19中，与图6的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
[第二个实施例]
在上述第一个实施例中第一个MR元件1采用BSV配置，第二个MR元件2采用TSSV配置，在该配置中，磁化固定层具有叠合层亚铁磁性层结构，与之不同的是，根据本实施例，第一个MR元件1作为底部型的SV型GMR(在下文中称为“BSSV”)构成，在该配置中，磁化固定层采用叠合层亚铁磁性层结构，具有两层亚铁磁性层，即，所谓的综合配置，第二个MR元件2采用顶部型的SV型GMR(在下文中称为“TSV”)，在该配置中，磁化固定层采用单层结构。
在此实施例中，类似于上述第一个实施例，第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化方向、铁磁性交换耦合到第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化固定层的铁磁性层的磁化方向，可以被设置为垂直于磁化自由层14和24的磁化方向的相同方向。在与磁化固定层12的磁化自由层14相对的一边的铁磁性层中，其磁化方向可以被设置为与反铁磁性层磁化方向的相反的方向。
即，可以使第一和第二个MR元件1和2的磁阻特征彼此相反。
[第三个实施例]
根据本实施例，如图20的概要分解透视图所示，在第二个MR元件2的配置中，磁化固定层22采用TSSV配置，该配置由偶数层数或双层成分铁磁性层组成，类似于图19所示的第一个实施例。第一个MR元件1的磁化固定层12采用所谓的双综合配置的多层结构底部型SV型GMR(在下文中称为“BDSSV”)，在该配置中，第一个到第三个成分铁磁性层121到123，或者三层奇数层数通过非磁性插入层8层叠在一起，以使磁矩的方向以一种反并行方式彼此耦合。在本例中，第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化方向，铁磁性交换耦合到第一和第二个反铁磁性层11和21的磁化固定层12和22的相应的成分铁磁性层121和222的磁化方向可以被设置为相同的方向，如单向箭头A11、A121、A222和A21所示，以便第一和第二个MR元件1和2可以具有彼此极性相反的磁阻变化特征。
在图20中，与图6和19的元件和部分完全相同的元件和部分是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
[第四个实施例]
在此实施例中，第一个MR元件1采用BSSV型配置，第二个MR元件2的磁化固定层采用基于奇数层数的或者三层叠合层亚铁磁性层结构的双综合配置，以便可以作为顶部型SV型GMR(在下文中称为“TDSSV”)形成MR磁传感器。在本例中，反铁磁性层11和12的磁化方向，铁磁性交换耦合到磁化固定层的部分的磁化方向被设置为相同的方向，以便第一和第二个MR元件1和2可以作为具有极性彼此相反的磁阻变化特征的MR元件形成。
[第五个实施例]
在此实施例中，如图21的概要分解透视图所示，第一和第二个MR元件1和2具有基于偶数层数的叠合亚铁磁性层结构的BSSV配置和TSSV配置，在这些配置中，第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化固定层12和22包括双层铁磁性层121、122和221、222。这些相应的层的磁化方向由单向箭头A121、和A122、A221和A222显示。在本例中，第一个反铁磁性层11的磁化方向和铁磁性交换耦合到第一个反铁磁性层11的第一个磁化固定层的成分铁磁性层121的磁化方向、第二个反铁磁性层21的磁化方向和铁磁性交换耦合到第二个反铁磁性层21的第二个磁化固定层22的成分铁磁性层222的磁化方向被设置为彼此相反的方向，第一和第二个MR元件1和2可以具有彼此极性相反的磁阻变化特征。
在图21中，与图6、19和20的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
[第六个实施例]
在此实施例中，第一个MR元件1采用BSV配置，第二个MR元件2采用TSV配置，磁化固定层由单层磁层组成。在本例中，第一个反铁磁性层11的磁化方向，铁磁性交换耦合到第一个反铁磁性层的第一个磁化固定层的磁化方向，第二个反铁磁性层21的磁化方向，铁磁性交换耦合到第二个反铁磁性层21的第二个磁化固定层22的磁化方向被设置为彼此相反的方向，第一和第二个MR元件1和2可以具有极性彼此相反的磁阻变化特征。
下表1列举了在上述第一个到第六个实施例中的第一和第二个MR元件1和2的配置。
表1
第一个实施例 第二个实施例 第三个实施例 第四个实施例 第五个实施例 第六个实施例
第二个MR元件     TSSV     TSV     RSSV     TDSSV     TSSV     TSV
第一个MR元件     BSV     BSSV     BDSSV     BSSV     BSSV     BSV
第一和第二个MR元件的极性   相反极性   相反极性   相反特征   相反特征   相反特征   相反特征
第一和第二个MR元件的反铁磁性层的交换耦合部分的磁化方向   相同方向   相同方向   相同方向   相同方向   相反方向   相反方向
反铁磁性层的标准化退火磁化   应用相同方向的磁场   应用相同方向的磁场   应用相同方向的磁场   应用相同方向的磁场   流动磁场   流动磁场
TSSV：顶部型综合SV型GMRTSV：顶部型SV型GMRTDSSV：顶部型双综合SV型GMRBSV：底部型SV型GMRBSSV：底部型综合SV型GMR
BDSSV：底部型双综合SV型GMR
[第七个实施例]
在此实施例中，第一和第二个MR元件1和2可以具有极性相同的磁阻变化特征。具体来讲，在第一和第二个磁化固定层12和22中，它们的与第一和第二个磁化自由层14和24相对的铁磁性层在相同的方向上被磁化。
然后，在本例中，两个MR元件1和2中的输出可以由微分放大器产生作为到外面的微分输出。
由于从稳定性观点来看相应的MR元件1和2的磁化固定层应具有叠合层亚铁磁性层结构，类似于第三个到第五个实施例，第一和第二个MR元件1和2两者的磁化固定层12和22优选情况下应具有叠合层亚铁磁性层结构，在该结构中，不少于两层的铁磁性层层叠在一起以使磁矩方向以一种反并行方式彼此耦合。
接下来，将介绍根据本发明的制造方法的实施例。
[制造方法的第一个实施例]
此实施例是这样的一种制造MR磁传感器的方法：在该方法中，两个MR元件1和2的反铁磁性层11和21的磁化方向和磁化固定层12和22的交换耦合部分的磁化方向被设置为相同的方向，类似于上述第一个到第四个实施例。
根据本实施例，在包括上述MR元件1的层、非磁性中间间隙层3和包括第二个MR元件2的层按顺序放置并层叠在一起之后，如图19和20所示(例如)，通过退火过程，对此叠合层堆积薄片应用外部磁场Hex，该磁场的方向与反铁磁性层11和21和磁化固定层12和22交换耦合的那一部分形成的磁化方向相同。
此应用的外部磁场Hex大约在100[Oe]到10,000[Oe]范围内，退火条件是260℃，大约4小时。
利用上述配置，两个反铁磁性层11和21和磁化固定层12和22彼此交换耦合的那些部分同时在相同的方向上被磁化。
因此，根据本制造方法，不管MR磁传感器是否包括第一和第二个MR元件1和2，其制造过程都可以得到简化。
[制造方法的第二个实施例]
根据本实施例，提供了一种制造MR传感器的方法，在该方法中，两个MR元件1和2的反铁磁性层11和21和磁化固定层12和22彼此交换耦合的部分在相反的方向上磁化，类似于上述第五个和第六个实施例。
在此实施例中，在包括MR元件1的层、非磁性间隙层3和包括第二个MR元件2的层按顺序层叠并堆积在一起之后，在大约260℃的退火条件下，如图21所示，例如，通过使直流电Iex流过两个MR元件1和2之间非磁性中间间隙层3，方向是引入外部检测磁场的方向，从而产生感应磁场Hex。利用此配置，以相反的方向将此感应磁场Hex应用到第一和第二个反铁磁性层11和21，以使第一和第二个反铁磁性层11和21在相反的方向上被磁化。
还是在本例中，两个反铁磁性层11和21和磁化固定层12和22交换耦合的那些部分同时在相同的方向上被磁化。
因此，根据本制造方法，不管此MR磁传感器是否包括第一和第二个MR元件1和2，其制造过程都可以得到简化。
接下来，我们将参考图22A到22C，介绍制造MR磁头(该磁头使用根据本发明的实施例的MR磁传感器10作为磁感应部分)的方法。
在实际工业制造方法中，在大面积的公共磁屏蔽附带电极31上同时形成大量的MR磁头，然后将它们切成方块。在图22A到22C中，只显示了对应于一个MR磁头的部分。
首先，如图22A所示，通过电镀，在由AlTiC制成的衬底上准备由NiFe制成的厚度大约为2μm的磁屏蔽附带电极3l。在此磁屏蔽和电极31上，通过连续喷溅，按顺序堆积了第一个非磁性间隙层41、衬底6、包括第一个MR元件1的层51、非磁性传导性中间层3、包括第二个MR元件2的层52和保护薄片(未显示)。
在此状态下，当通过应用电流执行磁场应用和退火过程或者磁场生成和退火过程时，在包含第一和第二个MR元件的层51和52中，反铁磁性层和铁磁性交换耦合到此反铁磁性层的磁化固定层被磁化。
此后，如图22B所示，通过将第一和第二个MR元件1和2蚀刻成所需要的图案(在显示的示例中是条纹图案)，形成MR磁传感器10，根据图案蚀刻处理方法，在被此图案蚀刻去除的部分形成稳定偏磁硬磁层60。
如图22C所示，在整个表面上形成第二个非磁性间隙层42和第二个磁屏蔽附带电极32，通过研磨形成充当与合适的介质(如从中读出检测磁场的记录介质)接触或者相对的表面的正面33，例如，ABS。
如此，配置了使用此MR磁传感器10作为磁感应部分的磁头20。
作为MR磁传感器10的示例，显示了根据图20所示的第三个实施例的MR磁传感器，即，其中第一和第二个MR元件1和2具有BDSSV和TSSV配置的MR磁传感器。
在本例中，衬底6由厚度为5nm的Ta层和厚度为3nm的NiFeCr层组成。
然后，在此衬底6上，堆积厚度为15nm的PtMn层作为第一个反铁磁性层11。随后，在此第一个反铁磁性层11上，堆积第一个成分铁磁性层121(该层由CoFe层构成，厚度为2nm)、磁插入层8(该层由Ru层构成，厚度为0.9nm)，第二个成分铁磁性层122(该层由CoFe构成，厚度为2nm)作为第一个磁化固定层12。此外，在此第一个磁化固定层12上，堆积磁插入层8(该层由Ru层构成，厚度为0.9nm)和第三个成分铁磁性层123(该层由CoFe层构成，厚度为2nm)。
然后，堆积第一个非磁性垫片层(该层由Cu层构成，厚度为2.5nm)，在该层上面，堆积第一个磁化自由层14，该层是具有CoFe层(厚度为2nm)和NiFe层(厚度为3nm)的叠合层结构。
随后，当构成非磁性中间间隙层3(在该层上有15nm长间隙长度G)时，在此第一个磁化自由层14上堆积厚度为1.5nm的Cu层、厚度为7nm的Ta层、厚度为5nm的Ta层、厚度为5nm的Ta层、厚度为1.5nm的Cu层组成的叠合层结构，作为第二个MR元件的衬底。
随后，在此非磁性中间间隙层3上，堆积第二个磁化自由层24(该层具有厚度为3nm的NiFe层、厚度为2nm的CoFe层的叠合层结构)，以及第二个非磁性垫片层23(该层由厚度为2.5nm的Cu层构成)。此外，在第二个非磁性垫片层23上，堆积第一和第二个成分铁磁性层221和222，每一层的厚度都为2nm，包括第二个磁化固定层22，中间被非磁性插入层8(该层由Ru层构成，厚度为0.9nm)隔开。
然后，在此第二个磁化固定层22上，堆积PtMn层(该层厚度为15nm)作为第二个反铁磁性层21。然后，在第二个反铁磁性层21上堆积厚度为10nm的Ta层作为保护层7。
尽管在图22A到22C所示的示例中MR磁传感器具有稳定硬磁层60以便稳定第一和第二个磁化自由层14和24的磁化状态，但是本发明不仅限于此，利用稳定偏磁硬磁层60或者无需稳定偏磁硬磁层60都可以实现影响长距离交换耦合的基于反铁磁性层的稳定结构。
在本例中，可以基于长距离交换耦合构成非磁性中间间隙层3作为稳定结构以稳定在上述非磁场状态下的磁化自由层14和24的磁化状态。
即，在本例中，当第一和第二个MR元件结构可以作为上述类似的薄片配置构成，非磁性中间间隙层3具有15nm的间隙长度时，由IrMn层构成的厚度为11nm的反铁磁性层可以插入在Cu层之间，每一层的厚度都为2.0nm。
在上述相应的实施例中，用以稳定磁化自由层在上述非磁场下的磁化自由层的磁化的磁化自由层的磁化方向，以及长距离交换耦合的反铁磁性层的磁化方向，可以在温度为180℃时并应用直流磁场进行设置，而在上述磁化固定层在260℃的温度时并应用该磁场进行设置之后磁场的方向旋转90。
此外，在图22A到22C所示的配置中，稳定偏磁硬磁层可以通过在最后应用直流磁场进行磁化。
下面将参考图23到31中的相应的概要剖面图，介绍具有CPP型配置的MR磁传感器或者MR磁头以不同的方式工作并如前所述放置了磁通量引导层的配置中的相应示例。然而，不用说，本发明不仅限于这些示例。
在图23和24所示的相应的示例中，在第一个磁屏蔽附带电极31和第二个磁屏蔽附带电极32之间，放置叠合层结构部分，在该部分，具有上述配置的第一和第二个MR元件1和2通过非磁性中间间隙层3层叠在相应的第一和第二个磁化自由层14和24的两侧。
具体来讲，在本例中，实质上的磁间隙长度LG等于通过非磁性中间间隙层3彼此相对的第一和第二个磁化自由层14和24的中心之间距离。因此，可以通过选择非磁性中间间隙层3的厚度来选择充分小的磁间隙长度LG，无需通过第一和第二个MR元件1和2的总厚度进行限制。
然后，在第一和第二个MR元件1和2的后部，放置第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2，它们分别以所谓的毗邻连接磁耦合到相应的第一和第二个磁化自由层14和24。
由于高导磁性的第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2放置在相应的磁化自由层14和24的后部，因此基于引进到相应的磁化自由层14和24的信号磁场的磁通量可以有效地在后部引出。结果，由于此信号磁通量被引进到相应的磁化自由层14和24的整个深度，因此磁通量效率可以提高，因此MR磁传感器或者MR磁头的灵敏度可以得到改进。
然后，图23显示的示例表现了这样的情况：第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2分别磁耦合到第一个磁屏蔽附带电极31和第二个磁屏蔽附带电极32，每一个电极都由软磁材料制成，磁通量返回路径由第一个磁屏蔽附带电极31和第二个磁屏蔽附带电极32构成，这样，磁通量效率便可以得到显著改进。
在图23和24所示的配置中，当后部磁通量引导层70R1和70R2由电阻系数低的材料制成时，用于阻止感应电流(流经第一个磁屏蔽附带电极31和第二个磁屏蔽附带电极32)分流到这些后部磁通量引导层70R1和70R2的绝缘层61层叠在后部磁通量引导层70R1和70R2中的一层或两层上。
然而，本发明不仅限于此，上述绝缘层61的叠合可以通过后部磁通量引导层70R1和70R2省略，引导层70R1和70R2分别由电阻系数高的材料制成，如基于CoZr的无定形材料(电阻系数ρ：大约120μΩcm)，CoXo或FeXo(每个X都表示Al、Mg等)。
图25中显示的示例表现了这样的情况：两个MR元件1和2的磁化自由层14和24具有公用的后部磁通量引导层70R，放置在它们的后部。图26中显示的示例表现了这样的情况：两个MR元件的磁化自由层14和24在它们的后部放置了第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2。
在本例中，第一个磁屏蔽附带电极31和第二个磁屏蔽附带电极32可以作为磁通量返回路径工作。
然后，在图25和26所示的这些示例中，高导磁性材料4T排列在与正面5或磁盘接触或相对的磁信号检测材料的磁记录介质的后表面，或者高导磁性材料4T与磁盘接触。通过此高导磁性材料4T，构成了返回路径，该路径经过两个磁化自由层14和24，因此基于信号磁场的磁通量可以传递到两个磁化自由层14和24的整个区域。如此，MR磁传感器或MR磁头的灵敏度可以得到显著改进。
在图25和26中，与图23和24的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
尽管在上述示例中后部磁通量引导层放置在磁化自由层的后部，但是本发明不仅限于此，磁通量引导层可以放置在磁化自由层的前部，如图27到31所示。
图27所示的示例表现了这样的情况：第一和第二个前部磁通量引导层70F1和70F2(每一层都具有软磁属性和高导磁性)在两个第一和第二个MR元件1和2的相应的第一和第二个磁化自由层14和24的前部以这样的方式构成：它们的前端面对正面5。这些前部磁通量引导层70F1和70F2可以在后部磁通量引导层70R1和70R2构成的同时构成。
图28所示的示例表现了这样的情况：传导性第一和第二个磁通量引导层701和702放置在非磁性中间层3的两个表面，以便它们可以与第一和第二个磁化自由层14和24在第一和第二个MR元件1和2的完全深度进行接触。图29中所示的示例表现了这样的情况：只在第一个磁化自由层14一侧放置磁通量引导层701。
图30和31所示的示例显示了这样的情况：第一和第二个MR元件1和2两者都采用底部型配置。
然后，图31所示的示例表现了这样的情况：第二个磁通量引导层702与非磁性中间间隙层3的前后部分都接触从而缩小磁间隙长度LG，还与位于第二个MR元件2中的上层位置的第二个磁化自由层24进行接触。
如上文所述，当放置前部磁通量引导层70F1和70F2并且磁通量引导层701和702放置遍及整个深度时，就可以解决当第一和第二个MR元件1和2直接面对正面5时所出现的问题。例如，当此正面5通过研磨产生时，可以防止第一和第二个MR元件1和2的深度设置产生波动，并可以防止MR磁传感器或MR磁头的特征在研磨时变差。此外，由于可以避免第一和第二个MR元件1和2直接暴露在外面，结果，MR磁传感器或MR磁头的寿命可以得到延长，MR磁传感器或MR磁头的工作稳定性也会提高。
然后，根据这些配置，前部磁通量引导层70F1和70F2之间的间距或磁通量引导层701和702的薄片厚度的中心之间的间距规定了磁间隙长度。相应地，在本例中，第一和第二个MR元件1和2的布局不仅限于上述布局：它们在磁化自由层14和24的两边彼此相对，第一和第二个MR元件1和2也不仅限于底部型和顶部型的组合。
在图27到31中，与图23到26的元件和部件完全相同的元件和部件是由完全相同的参考编号表示的，因此不需要作详细介绍。
下面将参考图32到41的过程图表(透视图)介绍制造具有下列结构的MR磁传感器或MR磁头的方法的示例：提供了第一和第二个后部磁通量层，具有CPP配置，在该配置中，提供了磁通量返回路径。
尽管图32到41只显示了一个MR磁传感器或MR磁头，但是，在实际制造过程中，在公共衬底上将构成大量的MR磁传感器或MR磁头，然后将它们切成方块，因此可以同时制造许多MR磁传感器或MR磁头。
如图32所示，例如，在返回路径层311构成第一个电极层312，在返回路径层中可以构成第一个磁屏蔽，该层由具有相对较高导磁性的软磁材料制成，以构成返回路径。在第一个电极层312上，堆积底部型自旋阀薄片SV1(包含第一个MR元件1)，即，在其表面上构成第一个磁化自由层14。然后，在自旋阀薄片SV1上，构成叠合层部分，在该部分，构成传导性非磁性垫片层3，该层包含非磁性中间间隙层的一部分的厚度，根据需要，最后构成非磁性中间间隙层。
如图33所示，此叠合层部分的后部从表面到返回路径311的深度采用合适的方法(如使用光刻的离子蚀刻)进行图案蚀刻。
如图34所示，构成第一个后部磁通量引导层70R1，使其与第一个磁化自由层14(该层面对凹槽313的侧表面)的后面接触，以便填充凹槽313。
如图35所示，在整个表面上构成上层的非磁性中间间隙层3。
然后，如图36所示，通过合适的方法(如基于光刻的离子蚀刻)除去非磁性中间间隙层3以便在深度方向上留下类似条纹的部分，并在非磁性中间间隙层3的两边形成台式凹槽314。
如图37所示，构成稳定偏磁硬磁层16或反铁磁性层63，用于将稳定偏磁应用到非磁性中间间隙层3的两侧的台式凹槽314内第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层。
如图38所示，顶部型自旋阀薄片(未显示)，堆积在整个表面，例如，此顶部型自旋阀薄片通过图案蚀刻被蚀刻掉，以便在前端留下所需要的深度。如此，在非磁性中间间隙层3和位于非磁性中间间隙层3或反铁磁性层63的两侧的稳定偏磁硬磁层16形成与第一个MR元件1相对的第二个MR元件2。
然后，如图39所示，在第二个MR元件2的后部形成第二个后部磁通量引导层70R2。
此后，如图40所示，形成第二个返回路径321，该路径由具有高导磁性的软磁材料制成。此返回路径321还可以充当第二个电极。
尽管在上述相应的示例中MR磁传感器或MR磁头主要采用CPP配置，但是本发明不仅限于此，MR磁传感器或MR磁头可以在第一和第二个MR元件1和2的差异操作配置中采用CIP配置。
这种情况的示例如图41所示。
在此示例中，在绝缘非磁性中间间隙层3的下面和上面形成底部型和顶部型的第一和第二个MR元件1和2，间隙层3的宽度以这样的方式规定预先确定磁道宽度：第一和第二个磁化自由层14和24可以分别彼此相对。
在第一和第二个MR元件1和2之间和在第一和第二个磁化自由层14和24之间放置稳定硬磁层63或反铁磁性层16，用于向这些磁化自由层14和24应用偏磁场。
第一和第二个MR元件1和2上面放置了第一和第二个非磁性绝缘层331和332。然后，在第一和第二个非磁性绝缘层331和332的后部形成第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2，第一和第二个返回路径311和321与第一和第二个后部磁通量引导层70R1和70R2接触。
然后，第一和第二个电极91和92穿过第一和第二个MR元件1和2的第一和第二个磁化自由层14和24引出，就会有感应电流经过这些第一和第二个电极91和92流动，如图41中的箭头显示。
在上述相应的示例中，尽管使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头由MR元件对组成，但是，根据本发明，可以采取各种修改，如许多磁头排列在一起的多磁头配置。
尽管在上述相应的示例中使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头主要采用SV型GMR配置，但是本发明不仅限于此，使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头也可以采用隧道型MR配置。在这种情况下，在上述相应的实施例中，非磁性垫片层13和23可以作为隧道栅栏层。
由于根据本发明的使用磁阻效应的磁头是再现磁头，因此当根据本发明的使用磁阻效应的磁头包含记录和再现磁头时，例如，可以在由根据本发明的使用磁阻效应的磁头构成的再现磁头上(例如，经过绝缘层在第二个磁屏蔽附带电极32)形成已知薄片型电磁感应型记录磁头。
如上文所述，由于根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头由第一和第二个磁阻效应元件组成并在第一和第二个磁阻效应元件中的两个输出之间产生微分输出，因此可以获得分辨率高并可以产生大量输出的使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头。
具体来说，当第一和第二个磁阻效应元件1和2的第一和第二个磁自由层14和24侧彼此相对时，由于磁间隙长度LG由两个磁化自由层14和24的中心之间在厚度方向的距离来确定，因此，可以获得十分高的分辨率，而不受磁阻效应元件的厚度限制。
根据现有技术的结构，例如，磁间隙长度仅限于长于磁阻效应元件的厚度的情形，例如大约大于30到40nm。然而，根据本发明的配置，可以使用大约为15nm的磁间隙长度，此外，也可以使用大约几个纳米的窄磁间隙长度。
因此，与现有技术相比，可以显著地改进分辨率，例如，也可以改进磁记录介质中的记录密度。
在根据本发明的制造使用磁阻效应的磁传感器和使用磁阻效应的磁头的方法中，由于通过在一个方向上应用磁场或基于应用由电流的流动而产生的感应磁场而在第一和第二个磁阻效应元件中形成需要的磁化，即，由于通过应用公共磁场进行退火在第一和第二个磁阻效应元件中形成所需要的磁化，因此其制造方法可以得到简化。
如上文所述，由于根据本发明的使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头是由第一和第二个磁阻效应元件组成的，以便使用磁阻效应的磁传感器或使用磁阻效应的磁头的输出作为第一和第二个磁阻效应元件中的输出之间的微分输出产生，因此可以响应记录位的磁化过渡获得类似波峰的再现波形。结果，当从垂直磁性记录介质读出记录信号时，就可以避免使用信号处理电路(如上述微分电路)。如此，S/N可以得到改进，微分配置也可以得到简化。
此外，当第一和第二个磁阻效应元件的叠合层结构部分以这样的方式构成：第一和第二个磁化自由层通过非磁性中间间隙层彼此相对，它们的前端面对使用磁阻效应的磁传感器或使用的磁阻效应的磁头的正面，由于磁间隙长度是由第一和第二个磁化自由层的薄片厚度中心之间的距离确定的，此磁间隙长度可以充分地缩小，而不会受磁阻效应元件的薄片厚度限制，因此分辨率可以得到很大的改进。
因此，可以制造精度很高的磁天平，磁记录介质的记录密度可以得到提高，再现输出也可以得到提高。
此外，在根据本发明的制造使用磁阻效应的磁传感器和使用磁阻效应的磁头的方法中，由于通过在一个方向上应用磁场或基于应用由电流的流动而产生的感应磁场而在第一和第二个磁阻效应元件中形成需要的磁化，即，由于通过应用公共磁场进行退火在第一和第二个磁阻效应元件中形成所需要的磁化，因此其制造方法可以得到简化，可以提高批量生产效率。
在参考附图介绍了本发明的首选实施例之后，可以理解，本发明不仅限于这些实施例，在不偏离如所附的权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下，一个本领域技术人员可以进行各种修改。

Claims (45)

1.一种使用磁阻效应的磁传感器，包括：
磁阻效应元件的叠合层结构部分，在该部分，第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起，其特征在于
所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的输出之间的微分输出是作为磁传感器输出产生的。
2.根据权利要求1的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于为所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件提供了磁阻变化特征，这些特征在极性方面是彼此相反的。
3.根据权利要求1或2的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁薄片组成的磁化自由层，其磁化方向分别会根据外部磁场而改变；由铁磁性层组成的非磁性垫片层和磁化固定层，其磁化方向分别固定在预先确定的方向，它们按上述顺序层叠在一起。
4.根据权利要求1、2或3的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁性层组成的磁化自由层，其磁化方向分别会根据外部磁场而改变；非磁性垫片层、磁化自由层和反铁磁性层，它们分别铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，它们按上述顺序层叠在一起，并且所述的磁化固定层的磁化方向由所述的铁磁性层进行固定。
5.根据权利要求3或4的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件以这样的方式层叠在一起：所述的磁化自由层彼此相对，被所述的非磁性中间间隙层隔开。
6.根据权利要求4或5的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件中某一个的所述的磁化固定层包括单一铁磁性层或叠合层结构，该结构由奇数层数组成的许多铁磁性层构成，它们的磁矩方向彼此以一种几乎反并行的方式耦合，另外一个磁阻效应元件的所述的磁化固定层包括叠合层结构，该结构由偶数层数组成的铁磁性层构成，它们的磁矩方向彼此以一种几乎反并行的方式耦合，所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的相应的反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，所述相应的反铁磁性层的磁化方向几乎被设置为相同的方向。
7.根据权利要求4或5的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件分别是这样的磁阻效应元件：它们包括反铁磁性层、磁化固定层和磁化固定层，所述的第一和第二个磁阻效应元件的两个磁化固定层包括叠合层结构，这些结构基于铁磁性层的单层结构，其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由奇数层数组成的多层铁磁性层结构，或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由偶数层数组成的铁磁性层结构，所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，所述相应的反铁磁性层的磁化方向被设置为反并行方向。
8.根据权利要求4、6或7的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的成份不同。
9.根据权利要求4、6、7或8的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的厚度不同。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的使用磁阻效应的磁传感器采用“电流垂直于平面”类型的配置，在该配置中，第一和第二个电极层中间隔着所述的叠合层结构部分，电流沿着从所述的叠合层结构部分的叠合层方向延伸的方向经过所述的第一和第二个电极层流动。
11.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的叠合层结构部分具有磁通量引导层，至少放置在其前部或后部。
12.根据权利要求11的使用磁阻效应的磁传感器，进一步包括封闭的磁路，该磁路经过所述的第一和第二个磁化自由层，其构成方式使所述的磁通量引导层用作磁路的一部分。
13.根据权利要求1的使用磁阻效应的磁传感器，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件具有磁阻变化特征，它们的极性相同，所述的第一和第二个磁阻效应元件中的输出之间的微分输出从电路来看是作为磁传感器输出产生的。
14.使用磁阻效应并包括使用磁阻效应的磁传感器的磁头，用于基于垂直磁记录介质中的记录信息检测信号磁场，其特征在于，
所述的使用磁阻效应的磁传感器包括
磁阻效应元件叠合层结构部分，在该部分，第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起以及
所述的第一和第二个磁阻效应元件的输出之间的微分输出是作为磁传感器输出产生的。
15.根据权利要求14的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件具有磁阻变化特征，这些特征彼此在极性方面是相反的。
16.根据权利要求14或15的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁薄片组成的磁化自由层，其磁化方向分别会根据外部磁场而改变；由铁磁性层组成的非磁性垫片层和磁化固定层，其磁化方向分别固定在预先确定的方向，它们按上述顺序层叠在一起。
17.根据权利要求14、15或16的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁薄片组成的磁化自由层，其磁化方向分别会根据外部磁场改变；非磁性垫片层、磁化固定层和反铁磁性层，反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，它们按上述顺序层叠在一起，并且所述的磁化固定层的磁化方向由所述的反铁磁性层进行固定。
18.根据权利要求16或17的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件以这样的方式层叠在一起：它们的磁化自由层彼此相对，分别被所述的非磁性中间间隙层隔开。
19.根据权利要求17或18的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件中的任何一个元件的所述的磁化固定层包括：单一铁磁性层的叠合层结构或由奇数层数组成的多个铁磁性层，它们的磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合，
其他磁阻效应元件的所述的磁化固定层包括由偶数层数组成的铁磁性层的叠合层结构，它们的磁化方向以一种几乎反并行方式彼此耦合，所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，所述相应的反铁磁性层的磁化方向被设置为基本相同的方向。
20.根据权利要求17或18的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件分别是这样的磁阻效应元件：它们包括反铁磁性层、磁化固定层和磁化自由层，
所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层都包括叠合层结构，这些结构包括铁磁性层的单层结构或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合由奇数层数组成的多个铁磁性层结构，或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由偶数层数组成的铁磁性层结构，所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，所述相应反铁磁性层磁化方向被设置为几乎反并行方向。
21.根据权利要求17、19或20的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的成份不同。
22.根据权利要求17、19、20或21的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的厚度不同。
23.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21或22的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的使用磁阻效应的磁头采用“电流垂直于平面”类型的配置，在该配置中，第一和第二个电极层中间隔着所述的叠合层结构部分，电流沿着从所述的叠合层结构部分的叠合层方向延伸的方向经过所述的第一和第二个电极层流动。
24.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21、22或23的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的叠合层结构部分具有磁通量引导层，至少放置在它的前部或后部。
25.根据权利要求24的使用磁阻效应的磁头，进一步包括封闭的磁路，该磁路经过所述的第一和第二个磁化自由层，同时使用所述的磁通量引导层作为磁路的一部分。
26.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21、22、24或25使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的磁传感器的薄片平面是这样放置的：几乎垂直于磁记录介质的表面，所述的非磁性中间间隙层与它与所述的磁记录介质相对的表面上的后部相比相对来说较薄。
27.根据权利要求18的使用磁阻效应的磁头，其特征在于所述的磁传感器的薄片平面是这样放置的：几乎垂直于磁记录介质的表面以及
所述的非磁性中间间隙层和跨所述的非磁性中间间隙层的相邻的第一和第二个磁阻效应元件的磁化自由层的末端从所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层和非磁性垫片层向前凸出。
28.一种磁再现装置，包括使用具有磁传感器的磁阻效应的磁头，用于从垂直磁记录介质检测记录信息的信号磁场，其特征在于
所述的使用磁阻效应的磁传感器包括
磁阻效应元件的叠合层结构部分，在该部分，第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起以及
所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的输出之间的微分输出是作为磁传感器输出产生的。
29.根据权利要求28的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件具有磁阻变化特征，这些特征彼此在极性方面是相反的。
30.根据权利要求28或29的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁薄片组成的磁化自由层，其磁化方向分别根据外部磁场改变；由铁磁性层组成的非磁性垫片层和磁化固定层，其磁化方向分别固定在预先确定的方向，它们按上述顺序层叠在一起。
31.根据权利要求28、29或30的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件的构成分别是这样的：铁磁薄片组成的磁化自由层；其磁化方向分别根据外部磁场改变；非磁性垫片层、磁化固定层和反铁磁性层，反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，它们按上述顺序层叠在一起，并且所述的磁化固定层的磁化方向由所述的反铁磁性层进行固定。
32.根据权利要求30或31的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件以这样的方式层叠在一起：它们的磁化自由层彼此相对，分别被所述的非磁性中间间隙层隔开。
33.根据权利要求31或32的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分的所述的第一和第二个磁阻效应元件中的一个元件的所述的磁化固定层包括：单一铁磁性层的叠合层结构或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由奇数层数组成的多个铁磁性层结构，
其他磁阻效应元件的所述的磁化固定层包括其磁化方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由偶数层数组成的铁磁性层的叠合层结构，
所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的反铁磁性层铁磁性交换耦合到所述的磁化固定层，所述相应的反铁磁性层的磁化方向被设置为基本上相同的方向。
34.根据权利要求31或32的磁再现装置，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件分别是这样的磁阻效应元件：它们包括反铁磁性层、磁化固定层和磁化自由层，
所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁化固定层都包括叠合层结构，这些结构包括铁磁性层的单层结构或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由奇数层数组成的多个铁磁性层结构，或其磁矩方向以一种几乎反并行方式彼此耦合的由偶数层数组成的铁磁性层结构，所述的第一和第二个磁阻效应元件的相应的反铁磁性层以一种几乎反并行方式铁磁性交换耦合到每一个磁化固定层。
35.根据权利要求31、33或34的磁再现装置，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的成份不同。
36.根据权利要求31、33、34或35的磁再现装置，其特征在于所述的第一和第二个磁阻效应元件的所述的反铁磁性层彼此的厚度不同。
37.根据权利要求28、29、30、31、32、33、34、35或36的磁再现装置，其特征在于所述的磁再现装置采用“电流垂直于平面”类型的配置，在该配置中，第一和第二个电极层中间隔着所述的叠合层结构部分，电流沿着从所述的叠合层结构部分的叠合层方向延伸的经过所述的第一和第二个电极层方向流动。
38.根据权利要求28、29、30、31、32、33、34、35、36或37的磁再现装置，其特征在于所述的叠合层结构部分具有磁通量引导层，至少位于其前部或后部。
39.根据权利要求38的磁再现装置，进一步包括封闭磁路，其构成方式是，通过使用所述的磁通量引导层作为磁路的一部分，使该磁路经过所述的第一和第二个磁化自由层。
40.根据权利要求28、29、30、31、32、33、34、35、36、37或38的磁再现装置，其特征在于所述的磁传感器的薄片平面是这样放置的：几乎垂直于磁记录介质的表面，所述的非磁性中间间隙层与它与所述的磁记录介质相对的表面上的后部相比相对来说较薄。
41.根据权利要求32的磁再现装置，其特征在于所述的磁传感器的薄片平面是这样放置的：几乎垂直于磁记录介质的表面，所述的非磁性中间间隙层和跨所述的非磁性中间间隙层的相邻的第一和第二个磁化自由层的末端从第一和第二个磁化固定层和所述的第一和第二个非磁性垫片层向前凸出。
42.制造使用磁阻效应的磁传感器的方法，该磁传感器包括叠合层结构部分，在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层层叠在一起，该方法包括下列步骤：
薄片堆积过程，在该过程中，按顺序放置所述的第一个磁阻效应元件、所述的非磁性中间间隙层和所述的第二个磁阻效应元件；以及
一个过程，在该过程中，
通过在一个方向上应用磁场而进行退火，使所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁阻效应变化特征的极性彼此相反。
43.制造使用磁阻效应的磁传感器的方法，该磁传感器包括叠合层结构部分，在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层彼此层叠在一起，该方法包括下列步骤：
薄片堆积过程，在该过程中，按顺序放置所述的第一个磁阻效应元件、所述的非磁性中间间隙层和所述的第二个磁阻效应元件；以及
一个过程，在该过程中，当电流在一个方向上流过所述的第一和第二个磁阻效应元件时产生感应磁场，通过在一个方向上应用该磁场而进行退火，使所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁阻效应变化特征的极性彼此相反。
44.一种制造使用磁阻效应的磁头的方法，该磁头包括使用磁阻效应的磁传感器，用于基于来自垂直磁记录介质的记录信息检测信号磁场，所述的使用磁阻效应的磁传感器包括磁阻效应元件叠合层结构部分，在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层彼此层叠在一起，该方法包括下列步骤：
薄片堆积过程，在该过程中，按顺序放置所述的第一个磁阻效应元件、所述的非磁性中间间隙层和所述的第二个磁阻效应元件；以及
一个过程，在该过程中，通过在一个方向上应用磁场而进行退火，使所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁阻效应变化特征的极性彼此相反。
45.一种制造使用磁阻效应的磁头的方法，该磁头包括使用磁阻效应的磁传感器，用于基于来自垂直磁记录介质的记录信息检测信号磁场，其中所述的使用磁阻效应的磁传感器包括磁阻效应元件叠合层结构部分，在该部分第一和第二个磁阻效应元件通过非磁性中间间隙层彼此层叠在一起，该方法包括下列步骤：
薄片堆积过程，在该过程中，按顺序放置所述的第一个磁阻效应元件、所述的非磁性中间间隙层和所述的第二个磁阻效应元件；以及
一个过程，在该过程中，当在一个方向上对所述的第一和第二个磁阻效应元件应用感应磁场时产生磁场，通过应用该磁场而进行退火，使所述的第一和第二个磁阻效应元件的磁阻效应变化特征的极性彼此相反。
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