巨磁阻磁头结构及静电损伤机理的研究

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1、巨磁阻磁头结构及静电损伤机理的研究杨华江苏省盐城汇津水务有限公司，江苏盐城224001要巨磁阻磁头已经成为电子工业产品中不可缺少的一个器件。本文在剖析巨磁阻磁头结构特性的基础上，重点研摘究了巨磁阻磁头静电的损伤机理，涉及到：静电损伤的分析以及防护对策。关键词巨磁阻磁头；静电损伤机理；防护对策中图分类号TN6文章编号1674-6708（2011）38-0224-02文献标识码0引言随着科学技术的快速发展，各行各业的高新技术产业都在不断发展中，尤其是电子电工仪器方面也逐渐向小型化以及智能化发展，巨磁阻磁头也已经

2、成为电子工业产品中不可缺少的一个重要器件。研究人员于1988年左右发现了金属多层膜，主要涉及到的成份是：铁磁、非磁性以两者结合的金属，比如：Fe/Cr。通常情况下，针对磁场的电阻率，在低温下可以达到100%，在室温下却只能达到25%。这样的电阻率远远大于一般金属的电阻变化范围，可以人们称该金属多层膜为巨磁电阻效应。本文将以磁记录的相关磁心为基础，借助于巨磁阻磁头（GiantMageneticResistance,GMR），研究其结构及静电损伤方面的机里。1巨磁阻磁头的结构特性剖析随着磁头记录密度的提升，磁头

3、由原来的薄膜状态过滤为磁阻状态，继而转变为隧道式磁阻，也就是通常所说的TF状态、MR状态以及TMR状态。巨磁阻磁头记录密度的增强，表明磁头区域轨道的狭窄化，从而引起写传感器的宽度缩小，这直接影响到读回信号幅值的降低。针对于巨磁阻磁头GMR的读传感器，为了适应密度的高需求，必须改善其灵敏度。GMR的灵敏度主要是通过自旋阀效应，其基本结构主要涉及到四大层次，分别是：钉扎层、被钉扎层、铜层以及自由层。其中，第一层钉扎层主要是由铂/锰、铁/锰所组成，主要是实现钉扎相关的磁化方向；第二层被钉扎层则主要是由钴以及铁所组

4、成，主要是实现磁化方向的参考提示；第三层铜层显然是由铜所组成，主要实现第一层与第二层之间的良好匹配；第四层自由层主要是由钴、铁或者镍等组成。此外，针对巨磁阻磁头GMR而言，电阻之所以会发生变化，主要是因为外界磁场对于自由层的影响，并进一步引起被钉扎层与自由层之间的磁化夹角变化。可见，通过固定层次中的相关磁化方向是至关重要的，否则就会引起磁化方向的同时偏转，但并不引起电阻变化的问题。2巨磁阻磁头静电损伤机理的分析2.1静电损伤的分析巨磁阻磁头GMR的静电损伤主要是由于电流方面的失效机制所引起的。特别是针对小型

5、的电流脉冲，比如小于10ns的，将直接会导致电阻达到相关的融化温度，从而促使损伤的发生。这其中所涉及到熔化电流公式如（公式3-1）所示：我们必须减小巨磁阻磁头GMR的应头截面，只有这样，电流以及能量还会随着相应地减少。2.2静电损伤的防护对策巨磁阻磁头GMR为了更好地防护静电造成的损伤，主要是通过低阻旁路的方式。但在实际操作过程中，我们发现采用低阻旁路的方式却也会引起一些局限性，有时甚至对于静电防护作用很小，除非静电损伤的发生范围局限在10mm的范围之内。针对金属接触所引起的静电损伤，其本质是属于高频电流的

6、一个暂态。而当处于高频GHz的状态时，系统和相关直流电阻之间有时不存在一定的相关性，每英寸的导线将会产生大概20nH的电感，而阻抗则可以由式：2πfL进行计算所得。比如：针对于1GHz的频率，一英寸的导线可以产生的电阻有20Ω，所以当45ohm大小的巨磁阻感应头经过1.7英寸的导线时，可以与旁路电阻的相关电路进行连接。如果是直流的状态，那么导线上的电阻则只能达到1ohm，导线的电感达到35nH左右；如果是在1Ghz的频率状态下，那么电感所具有阻抗会达到210ohm。针对高频率的状态，巨磁阻磁头GMR的相关导

7、线阻抗对于采用旁路方式的影响是比较大的。比如，当GMR的磁头进行电容充电时，巨磁阻磁头GMR的静电损伤防护的连接具体如图1所示：图1巨磁阻磁头GMR的静电损伤防护的连接示意图从图1中可见，其中的点4实现了接地的操作，而Q2的相关电荷就将完成流地处理，这些对于电路基本上是没有任何影响的。但在1GHz的频率状态下，Q1的电荷流向就会出现两个主要的途径，分别是：1到2到3再到4；1直接到4。其中，“1到2到3再到4”的途径下，电阻可以达到422ohm的数值，所以很多的电流只是经过巨磁阻磁头GMR的感应头，并不经过

8、那些小电阻的途径，这就会造成巨磁阻磁头GMR的损伤。本文认为如果要实现巨磁阻磁头GMR不受损失，就必须保证巨磁阻磁头GMR感应头与旁路之间的阻抗是越小越好。3结论本文从磁记录磁头GMR出发，介绍了巨磁阻效应以及GMR磁阻感应头的结构，失效机理以及静电损伤防护机理，随着磁记录记录密度的提高，多层膜结构尺寸越来越小，对静电也越来越敏感，由于其自身较低的电阻变化率，GMR磁阻感应头已经不适应生产应用，因此研究巨磁阻磁头