[發(fā)明專利]一種新的制備(002)織構(gòu)Fe薄膜的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710173302.9
• 申請(qǐng)日: 2007-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN101215689A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬斌;何世海;金慶原
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/18;C23C14/58
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于織構(gòu)誘導(dǎo)FePt(001)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層的制備方法。

技術(shù)背景

為實(shí)現(xiàn)更高的記錄密度，磁存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)從縱向記錄方式轉(zhuǎn)變到垂直磁記錄方式。通常，這要求記錄介質(zhì)薄膜的易磁化軸沿膜面的法線方向。為克服減小記錄位而變得明顯的超順磁效應(yīng)，高磁晶各向異性能的L1₀相FePt有序合金材料成為下一代超高記錄密度介質(zhì)材料的研究重點(diǎn)。由于FePt有序合金薄膜的易磁化軸沿面心四方結(jié)構(gòu)的c軸方向，因此，L1₀相FePt薄膜的c軸垂直取向成了需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)增加具有織構(gòu)的緩沖層(Underlayer，或Buffer?layer)來(lái)影響磁性記錄層的晶粒生長(zhǎng)，控制薄膜的取向，進(jìn)而改善磁記錄性能，如利用Cr層來(lái)控制CoCrPt薄膜的取向[1]。??根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，c軸垂直取向的L1₀?FePt有序合金薄膜也可以通過(guò)這種方式來(lái)獲得，通常采用的材料為CrRu、NiTa/Cr等[2]。由于這些材料的晶格常數(shù)于FePt有較小的晶格失配，F(xiàn)ePt原子可以直接沿著它們晶格的格點(diǎn)生長(zhǎng)；同時(shí)，通過(guò)摻雜還可以調(diào)節(jié)緩沖層的晶格常數(shù)，促進(jìn)薄膜的有序化，如在(002)織構(gòu)的Cr薄膜中摻入少量Ru，當(dāng)Ru含量為9at％時(shí)，F(xiàn)ePt薄膜表現(xiàn)出好的垂直取向。但是Cr在FePt薄膜中的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致磁性能的變壞。因此尋找新的合適的緩沖層材料和結(jié)構(gòu)成為研究重點(diǎn)。

Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a為0.2866納米，對(duì)角原子的間距d為0.4053納米[3]。L1₀?FePt有序合金是面心四方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a、c分別是0.3852和0.3713納米，與Fe對(duì)角原子間距d的失配度分別為5.2％和9.2％。相比較于Cr₉₁Ru₉約6.4％的失配度，可以預(yù)期Fe膜也能誘導(dǎo)出好的c軸垂直取向的薄膜。一般情況下，F(xiàn)e薄膜表現(xiàn)出(110)的織構(gòu)，這是因?yàn)閷?duì)于體心立方結(jié)構(gòu)而言，(110)面的能量最低，最容易生長(zhǎng)。但是，數(shù)據(jù)比較表明，F(xiàn)e具有和Cr相同的晶體結(jié)構(gòu)，相近的晶格常數(shù)、原子半徑等物理性能。因此，我們預(yù)期通過(guò)仔細(xì)控制薄膜的生長(zhǎng)條件，可以獲得(002)織構(gòu)的薄膜。

接下來(lái)的問(wèn)題是，如何控制Fe在FePt薄膜中的擴(kuò)散？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)節(jié)FePt薄膜的成分來(lái)補(bǔ)償Fe的擴(kuò)散，在這里Fe不是摻雜原子，而且FePt中Fe的成分可以在較寬的范圍內(nèi)變化。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

相比較于Cr，F(xiàn)e是鐵磁性的薄膜，并且表現(xiàn)出軟磁特性，用(002)織構(gòu)的Fe作為緩沖層，既可以誘導(dǎo)FePt(001)取向晶粒的生長(zhǎng)，又可以利用Fe與FePt之間的耦合，制備交換耦合復(fù)合介質(zhì)(ECC)，通過(guò)Fe的磁化翻轉(zhuǎn)帶動(dòng)FePt磁矩的翻轉(zhuǎn)，從而降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的寫入場(chǎng)。

最近，在磁電子學(xué)材料研究方面，以氧化鎂單晶薄膜作為中間勢(shì)壘層的Fe(001)/MgO(001)/Fe(001)隧道結(jié)表現(xiàn)出很高的隧道磁電阻效應(yīng)(超過(guò)400％)，遠(yuǎn)高于使用非晶Al₂O₃薄膜作為勢(shì)壘層的隧道結(jié)[4]。其原因在于當(dāng)隧穿在晶體勢(shì)壘中發(fā)生時(shí)，只有全對(duì)稱的Δ₁能帶中的電子才有高的隧穿幾率，同時(shí)多數(shù)自旋的Δ₁能帶和費(fèi)米面有交疊，少數(shù)自旋的Δ₁能帶和費(fèi)米面無(wú)交疊，因此有很高的磁電阻效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)使得磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)的開發(fā)前景變得光明。在這種隧道結(jié)中，MgO晶體薄膜是關(guān)鍵，通常采用分子束外延和濺射的方法在單晶或者織構(gòu)Fe薄膜表面上生長(zhǎng)，因此，制備高質(zhì)量的Fe(002)薄膜是獲得高性能隧道結(jié)的關(guān)鍵。考慮到濺射的方法成本低，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用，所以研究用濺射的方法制備(002)織構(gòu)的Fe薄膜顯得非常重要。

基于以上兩方面的重要性，本發(fā)明提出了采用熱處理的制備工藝，包括濺射時(shí)基板加熱和濺射完后熱處理兩種方式，能夠方便快捷地制備(002)織構(gòu)的Fe磁性薄膜。本發(fā)明系統(tǒng)地研究了影響Fe薄膜織構(gòu)形成的因素，界定了該工藝所需要的條件。在此基礎(chǔ)上，制備了高取向和高有序度的L1₀相FePt薄膜。

參考文獻(xiàn)：

[1]M.L.Plumer，J.Van?Ek，D.Weller，The?Physics?of?Ultrahigh-density?Magnetic?Recording，Berlin；New?York：Springer，2001