[發明專利]一種超高密度有序的磁性納米顆粒復合薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 201010137810.3
• 申請日: 2010-04-02
• 公開（公告）號: CN101787522A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 李愛東;孔繼周;龔佑品;張俊龍;吳迪
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/56
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種基于原子層沉積技術的超高密度有序FePt/CoPt磁性納米顆粒復合 薄膜的制備方法，利用創新的工藝技術-FePt/CoPt納米顆粒的自組裝與原子層沉積技 術相結合的途徑，制備有序的FePt/CoPt磁性納米顆粒復合薄膜。該技術屬于超高密度 磁記錄存儲領域。

背景技術

自從1956年，IBM公司將鐵磁材料用于數據存儲，發明了第一塊硬盤，鐵磁材料已 經在現代信息產業中得到了廣泛的應用和迅猛的發展。從1956年到1991年，硬盤的存 儲密度以每年23％的速率增長。1991年之后，硬盤的數據密度更是以每年60％的高速率 增加。然而隨著硬盤存儲密度的高速增長，隨著數據體積(bit?size)、磁性顆粒的不 斷減小，導致了超順磁現象(Superparamagnetism)的出現，使得數據在寫完之后，熱擾 動就會導致磁疇隨機化(randomize)，以至于數據丟失，存儲失效。

解決這個問題的關鍵，是需要增加材料的磁晶各向異性能K_u，來延長數據的保存時 間。已經發現具有L1₀結構的FePt或CoPt合金具有非常高的K_u值，該值為5～7×10⁶J/m³， 比現在工業界常用的CoPtCr合金(4.5×10⁴J/m³)要高二個數量級以上。而且，不同 于很多稀土元素合金，FePt或CoPt合金有非常好的化學穩定性和抗氧化性，是下一代 突破數據存儲技術上超順磁瓶頸的超高密度數據存儲材料(＞1Tbit/inch²)的理想選擇。

以FePt/CoPt納米顆粒的有序自組裝(Self-assemble)作為存儲媒體，利用每一個 顆粒作為一個數據存儲單元的想法一直以來都吸引這工業界和學術界的極大興趣。因 為，傳統的薄膜工藝所制備磁性合金薄膜在實際運用的過程中經常會導致過渡層變寬 (Transition?broadening)，帶來噪音(Noise)。這個問題需要通過材料的微結構的調整， 用物理或化學方法隔離相鄰晶粒，減少它們間的磁互作用(Magnetic?exchange coupling).現在，對相鄰晶粒的間隔控制主要是通過非常復雜的三相、四相甚至于五 相合金的制備。這些方法一方面對于薄膜的制備工藝過程有非常復雜的要求，另一方面 雜相對于此類磁性合金性能的影響還缺乏完整清晰的描述。而以FePt納米顆粒的有序 自組裝去實現存儲媒體，一方面可以通過改變顆粒的大小來改變數據存儲單元的體積， 另一方面可以通過改變顆粒上的表面活性劑的分子炭鏈的長短來控制相鄰顆粒間的距 離，從而控制磁疇間相互作用。如果一個晶粒代表1bit的二進制信號，那么自組裝磁 性顆粒陣列制作的硬盤，其存儲密度預期可突破每平方英寸50Tbit。

但是，這個想法的實現還存在著急需解決的障礙。其中之一就是，剛剛合成的 FePt/CoPt納米顆粒是無序的面心立方結構，磁晶各向異性能很低，顆粒都是超順磁的。 這些顆粒需要通過約600℃的退火，才能轉變為有序的四方結構(L1₀)，獲得高的K_u值。 這個退火過程一般直接導致了顆粒的團聚以及自組裝有序陣列的破壞。雖然有個別文章 報導FePt顆粒的自組裝序列可以一直保持到530℃，但是530℃退火后顆粒的室溫磁矯 頑力不足1kOe，無法滿足實用要求。