一种用于超高密度垂直磁记录介质的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于超高密度垂直磁记录介质的制备方法。利用磁控溅射方法，在加热的ＭｇＯ（００１）单晶基片上沉积［ＦｅＰｔ（５～２０＊）／Ａｕ（２．５～７＊）］↓［５～１０］多层膜。基片温度为１００～４５０℃，溅射室本底真空为１×１０↑［－５］～７×１０↑［－５］Ｐａ，溅射时氩气压为０．９～１．６Ｐａ。沉积完毕后，将薄膜降至室温，再放入真空退火炉中进行热处理，退火温度为４７０～７００℃，退火时间为２０分钟～４小时，退火炉本底真空度为２×１０↑［－５］～７×１０↑［－５］Ｐａ。所制备出的Ｌ１↓［０］－ＦｅＰｔ薄膜具有垂直膜面取向、磁性能优良、颗粒尺寸小于１０ｎｍ等特点，适合应用于超高密度垂直磁记录介质。本方法还具有成本低，制备简单等优点，适合于工业应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超高密度垂直磁记录介质的制备方法，特别是提供了一种制备具有 垂直膜面取向、磁性能优良、颗粒尺寸小于10nm等特点的Llo-FePt薄膜的方法。技术背景在过去的几十年中，信息存储技术尤其是磁记录技术得到了飞速的发展，特别 是自旋阀巨磁电阻磁头的应用，使得硬盘的面记录密度大幅度提高。对于传统的纵 向磁记录硬盘，面密度升高会使薄膜产生较大的退磁场，所以无法适用于超高面密 度的信息存储。而垂直磁记录方式，其退磁场沿垂直膜面方向，并随着记录密度的 升高而减小，比较适合于超高密度的信息存储。此外，实现超高密度磁记录，必须 使记录颗粒的尺寸尽量的小(一般小于10nm)，同时颗粒之间无磁耦合作用。由于 磁性颗粒尺寸的减小，导致了薄膜磁性能尤其是矫顽力i/c、剩磁比i^/Ms以及矫 顽力矩形比^的下降，所以必须相应地提高薄膜的磁性能。换句话说，要实现超高 密度磁记录，必须实现具有垂直膜面取向、磁性能优良(Hc、 Mr/Ms、,等较高)、 颗粒尺寸小于10nm的薄膜。Llo-FePt有序合金具有非常高的磁晶各向异性(《u-7xl()Sj/m3)，可以在颗粒尺 寸为3nm时仍具有非常好的热稳定性，因此近年来成为倍受关注的磁记录介质材料 而被广泛研究。为了实现上述目标，研究者们进行了很多研究工作。Takahashi等人 在MgO(001)单晶基片上沉积较薄的FePt层，实现了具有垂直取向且/Zc较高的薄膜 (Y.K. Takahashi, K. Hono， T. Shima, et al. J. Magn. Magn. Mater. 267， 248 (2003))，但 基片温度必须高于600'C，不利于实现超高密度磁记录。Yang等人在MgO(001)单晶 基片上，利用激光脉冲沉积的方法制备了晶粒尺寸为10nm、 Hc为120kA/m、具有 良好垂直取向的FePt/Ag颗粒膜(T.Yang, E. Ahmad, T.Suzuki. J. Appl. Phys. 91, 6860 (2002))，但退火温度太高，薄膜的i/c太低，也不适合于磁记录。Shen等人利用RuAl 做底层，实现了晶粒尺寸约为6 nm、具有垂直取向的FePt薄膜(W.K. Shen， J.H. Judy， J.P. Wang. J. Appl. Phys. 97, 10H301 (2005))，但这种薄膜在低温退火后薄膜的磁性能 较低，难以适用于超高密度磁记录。Xu等人利用AlN作为FePt颗粒的母体，实现 了磁性能很高、晶粒尺寸较小的纳米颗粒膜(X.H.XU，Xl.Li，H.S.Wu.Vaccum80, 390 (2006))，但是这种薄膜不具有垂直膜面取向，不适合于垂直磁记录。所以，到目前为止，很难既实现垂直膜面取向，低温退火后具有优良的磁性能，同时颗粒尺 寸小于10nm的Llo-FePt薄膜，这也是实现超高密度垂直磁记录的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备超高密度垂直磁记录介质的方法，利用磁控溅 射方法制备FePt/Au多层膜，再经过后续热处理获得具有垂直膜面取向、磁性能优 良、颗粒尺寸小于10nm的Llo-FePt薄膜，以适用于超高密度垂直磁记录介质。本专利技术具体技术方案如下利用磁控溅射，在干净的MgO(001)单晶基片上交替沉积铁铂FePt(5 20A)和 金Au(2.5 7A)，制备出[铁铂FePt(5 20A)/金Au (2.5 7 A)]N多层膜，N为薄膜的周期数，取值范围为5 10。基片温度为100 450 。C，溅射室本底真空度为lxlO—5 7xlO—5Pa，溅射时氩气压为0.9 1.6Pa。沉积完毕后，将薄膜降至室温，再放入真空退火炉中进行热处理，退火温度为470 700°C，退火时间为20分钟 4小时，退火炉本底真空度为2xlO—s 7xl(rSpa。上述方法中所述的在MgO(001)单晶基片沉积时，首先沉积FePt层，并可以9 r/min 36 r/min的速率旋转。本专利技术由于交替沉积FePt和Au，由此FePt/Au多层膜中存在FePt/Au界面， 利用FePt/Au界面以及由FePt和Au的晶格失配造成的应力能为FePt薄膜的有序化 提供了驱动力；沉积完毕的薄膜退火时，扩散到FePt晶界处的Au原子抑制了FePt 晶粒的长大，并阻碍了FePt反磁化过程中磁畴壁移动，从而使FePt/Au薄膜在相对 较低的温度退火后具有很高的//c和较小的FePt晶粒尺寸。此外，利用MgO(200)〃 FePt(00iy/Au(200)面的沿晶外延生长，使得薄膜的易磁化轴垂直于膜面，实现了具 有垂直膜面取向、磁性能优良、颗粒尺寸小于10nm的Llo-FePt薄膜。本专利技术的优 点在于由于薄膜的厚度较小，同时又具有很好的垂直膜面取向和非常高的矫顽力， 适合应用于超高密度垂直磁记录介质。同时，沉积薄膜时的基片温度和热处理的退 火温度相对较低，所以它还具有成本低，制备简单等优点，适合于生产应用。 附图说明图1是[FePt(5 A)/Au(2.5 A)]u)多层膜的磁滞回线。 图2是[FePt (10 A) / Au (15 A)]1()多层膜的磁滞回线。 图3是[FePt (20 A) / Au (70 A)]1()多层膜的磁滞回线。 图中横轴为外加磁场//,纵轴为归一化的磁化强度M/Ms。具体实施方式图1的制备工艺条件为溅射室本底真空度为lxlO_5Pa，溅射时氩气(99.99%) 压为0.9Pa，基片以9r/min的速率旋转，基片温度保持在100 。C 。沉积完毕后，对[FePt (5 A) / Au (2.5 A)]1()多层膜进行退火处理，退火条件为470°C/1小时，退火炉的本底真空度为2xl0—spa;图2的制备工艺条件为溅射室本底真空度为3xl0—spa，溅射时氩气(99.99%)压为1.2Pa，基片以18r/min的速率旋转，基片温度保持在200 。C 。沉积完毕后，对[FePt(10A)/Au(15 A)hc多层膜进行退火处理，退火条件为550。C/30分钟，退火 炉的本底真空度为4xl0'spa;图3的制备工艺条件为溅射室本底真空度为7xl(T5Pa，溅射时氩气(99.99%)压为1.6Pa，基片以36r/min的速率旋转，基片温度保持在200 。C。沉积完毕后，对[FePt (20 A) / Au (70 A)]1G多层膜进行退火处理，退火条件为700°C/2小时，退火炉的本底真空度为7xlO'5Pa。结合图2进一步说明本方法首先将MgO(001)单晶基片装入溅射室样品基座上，待溅射室本底真空达到 4xl(T5Pa时,将基片温度调整到200°C ，稳定10分钟。溅射时在氩气(纯度为99.99%)压为1.2Pa的条件下，先沉积FePt层，再沉积Au，依次交替沉积铁铂FePt (10 A) 和金Au(15A)，制备出[铁铂FePt(10A)/金Au(15A)ho多层膜。沉积完毕后，等 到温度降至室温时，取出样品并送入真空退火炉中。在本底真空达到4xl0—spa时进行退火处理，退火条件为550。C/30分钟。经检测，制备出的薄膜其垂直磁各向异性常数&达到2.3x106 J/m3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超高密度垂直磁记录介质的制备方法，利用磁控溅射，其特征是在干净的ＭｇＯ（００１）单晶基片上交替沉积［铁铂ＦｅＰｔ（５～２０＊）／金Ａｕ（２．５～７＊）］↓［５～１０］多层膜，基片温度为１００～４５０℃，溅射室本底真空度为１×１０↑［－５］～７×１０↑［－５］Ｐａ，溅射时氩气压为０．９～１．６Ｐａ；沉积完毕后，将薄膜降至室温，再放入真空退火炉中进行热处理，退火温度为４７０～７００℃，退火时间为２０分钟～４小时，退火炉本底真空度为２×１０↑［－５］～７×１０↑［－５］Ｐａ。

【技术特征摘要】
1、一种用于超高密度垂直磁记录介质的制备方法，利用磁控溅射，其特征是在干净的MgO(001)单晶基片上交替沉积[铁铂FePt(5～20)/金Au(2.5～7)]5～10多层膜，基片温度为100～450℃，溅射室本底真空度为1×10-5～7×10-5Pa，溅射时氩气压为0.9～1.6Pa；沉积完毕后，将薄膜降至室温，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于广华，冯春，滕蛟，李宝河，李明华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]