[發(fā)明專利]一種超高密度磁記錄用FePt/X納米復(fù)合薄膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210251543.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN102800333A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸偉;何晨沖;陳哲;嚴(yán)彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G11B5/84
• 分類號(hào): G11B5/84;G11B5/851
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁記錄材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有垂直取向、磁性能優(yōu)良、顆粒尺寸小于10納米且顆粒間交換耦合作用較小的FePt/X納米復(fù)合薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，磁記錄密度的飛速增長(zhǎng)給傳統(tǒng)的磁記錄技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。通常，記錄密度的提高主要是通過不斷的減小記錄薄膜中磁顆粒的尺寸得以實(shí)現(xiàn)。然而，平均顆粒尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致磁化反轉(zhuǎn)熱穩(wěn)定因子（K_UV/k_BT:K_U是磁各項(xiàng)異性；V是磁性顆粒的體積；k_B波爾茲曼常數(shù)；T是溫度）的降低。磁化反轉(zhuǎn)熱穩(wěn)定因子越小，磁性顆粒的磁化就會(huì)由于熱擾動(dòng)而不穩(wěn)定，當(dāng)熱穩(wěn)定因子小于某一尺度時(shí)甚至室溫的熱能都可以使其磁化自動(dòng)反轉(zhuǎn)，也就是所謂的超順磁限制。為了獲得較大的熱穩(wěn)定因子，顆粒尺寸的減小(V減小)可以通過增加材料的磁各向異性K_U來(lái)補(bǔ)償。目前，可以提供足夠大的K_U的磁性材料包括L10FePt、L10CoPt、NdFeB以及SmCo等。在這些候選材料中，L10有序結(jié)構(gòu)的FePt合金由于其相對(duì)較大的Ku（~7×10⁷erg/cm³）和飽和磁化強(qiáng)度（~1200eum/cm³）以及相對(duì)于稀土基合金較易的制備工藝和較好的耐腐蝕性能而被認(rèn)為是理想的下一代超高密度（大于1TB/in²）磁記錄介質(zhì)材料，可應(yīng)用于比特圖裝記錄（Bit?Patterned?Media）、熱輔助磁記錄（Heat-assisted?Magnetic?Recording）以及多層三維磁記錄（Multilevel3D?Magnetic?Recording）等未來(lái)超高密度磁記錄技術(shù)中。磁記錄界幾乎一致認(rèn)為，（001）垂直取向的FePt薄膜是最有希望的下一代超高密度磁記錄介質(zhì)，不久就會(huì)成為超高密度磁記錄介質(zhì)的主流。

但是，室溫條件下制備得到的FePt薄膜為無(wú)序的面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)，其表現(xiàn)為軟磁狀態(tài)，必須通過高溫（約550℃）基片加熱或退火才能形成有序四方結(jié)構(gòu)(fct)的L10有序FePt合金薄膜，以實(shí)現(xiàn)薄膜大的磁各向異性能Ku。然而高溫退火會(huì)造成FePt薄膜晶粒增大，使晶粒間距減小，導(dǎo)致晶粒間交換耦合作用增強(qiáng)，進(jìn)而信號(hào)噪聲增大；而且在磁記錄介質(zhì)工業(yè)生產(chǎn)上，高溫加熱幾乎是不被允許的。所以，如何降低FePt薄膜的L10有序化相變溫度是研究人員面臨的一個(gè)重要問題。此外，如何控制薄膜微結(jié)構(gòu)獲得顆粒細(xì)小、分布均勻且顆粒間交換耦合作用較小的顆粒膜以滿足超高密度磁記錄的要求、如何使L10相FePt薄膜的（001）易磁化軸方向垂直于基底以滿足垂直磁記錄技術(shù)的要求以及如何解決高磁各向異性所帶來(lái)的高矯頑力而使磁頭難以寫入數(shù)據(jù)問題，這都是研究過程中需要解決的關(guān)鍵。

L10相FePt薄膜的（001）易磁化軸垂直取向問題目前通過利用襯底層的外延生長(zhǎng)，已經(jīng)得到了較好的解決。而L10相FePt薄膜的高矯頑力問題也可以通過交換耦合復(fù)合膜（Exchange?Coupled?Composite或者Exchange?Spring?Meida）或熱輔助記錄等解決。申請(qǐng)人前期青年基金的研究結(jié)果表明，通過交換耦合FeRh/FePt雙層薄膜結(jié)構(gòu)，在160℃左右可以把薄膜系統(tǒng)的矯頑力降低95％。因此，目前存在的問題主要集中在如何降低FePt薄膜L10有序化的相變溫度和如何控制薄膜微結(jié)構(gòu)獲得顆粒細(xì)小、分布均勻且顆粒間交換耦合作用較小的納米顆粒復(fù)合薄膜上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的主要在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中不易控制薄膜微結(jié)構(gòu)，難以獲得顆粒細(xì)小、分布均勻且顆粒間交換耦合作用較小的納米顆粒復(fù)合薄膜這一問題，提供一種超高密度垂直磁記錄用磁性薄膜及其制備方法。利用磁控濺射以及后續(xù)熱處理制備FePt/X納米顆粒復(fù)合薄膜，通過優(yōu)化薄膜結(jié)構(gòu)和制備工藝，獲得具有垂直取向、磁性能優(yōu)良、顆粒尺寸小于10納米且顆粒間交換耦合作用較小等特點(diǎn)的FePt/X顆粒復(fù)合薄膜，以適用于未來(lái)超過密度垂直磁記錄介質(zhì)。

本發(fā)明第一方面公開了一種FePt/X納米顆粒復(fù)合薄膜，由下至上依次設(shè)有基板、（200）取向的MgO誘導(dǎo)層，以及FePt/X復(fù)合膜；所述FePt/X復(fù)合膜按照先FePt薄膜后X薄膜的順序，由FePt薄膜和X薄膜交替設(shè)置而成，其化學(xué)組成為[FePt/X]_n，所述X選自Ag、MgO、C、SiO₂或Al₂O₃，n為FePt/Ag復(fù)合膜的周期數(shù)，并且2≤n≤10。