摘要 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
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（Giant Magenetic Resistance, 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。
磁性刀架针对于巨磁阻磁头GMR的读传感器，为了适应密度的高需求，必须改善其灵敏度。美蛙养殖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
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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 抛光磨头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：
其中，多层薄膜的高度由参数h加以表示；多层薄膜的厚度由参数d加以表示；比热容由参数Cp加以表示；质量密度由参数ρm加以表示；融化的温度由参数ΔTm加以表示；电阻率由参数ρe加以表示；电流脉冲的宽度则是由参数加以表示的。
经过对（公式3-1）进行分析，本文认为巨磁阻磁头GMR的失效电流是与磁阻对应的是成正比的。为了达到更强的信号强度，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：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；如果是在服装道具制作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：
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磁性衬板。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GMR具有很现实的意义。
参考文献
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