由纳米级粒子形成的磁存储介质制造技术

一种磁存储介质，该介质由布置在衬底表面上直径基本均匀的且间隔基本均匀的纳米级磁粒子的层形成，且涂敷有优选含有耐磨材料的涂层以将纳米级粒子粘附于衬底之上并保持它们间隔基本均匀。纳米级粒子由从包括元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ和Ｇｄ、这些元素的金属间化合物、二元合金和三元合金、及除Ｆｅ之外还包括前述元素中的至少一种元素的氧化物、以及钡铁酸盐和锶铁酸盐的组中选取的磁性材料形成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
(本专利申请涉及名为“生产过渡金属纳米级粒子的方法”的申请序列No.09/127005，该申请由Christopher B.Murray和ShouhengSun在与本专利申请相同的日期申请，此处引作参考。)本专利技术涉及一种信息位存储密度非常高的磁存储介质。更具体地，本专利技术涉及一种利用纳米级磁粒子在衬底上形成粒子层而得到的磁存储介质。就集成电路和数据存储介质的制作而言，对衬底制作布线图案是关键的。众所周知，常规光刻制作布线图案技术对尺寸的限制是不能小于0.1微米(100nm)，对该限制的描述见S.Okazaki的综述“用于超大规模集成电路的光刻技术”(SPIE会刊，卷2440，第18页)。期望把深紫外光(“DUV”)光源的光刻技术应用于特征尺寸小至约0.05微米(50nm)的电路和介质制作中，但对于更小的特征尺寸则不行。目前，还没有对固体衬底以1-50nm数量级横向制作布线图案/织构的廉价方法，该数量级远小于现有光刻技术特征尺寸。目前可期望将DUV光刻技术扩展至横向尺寸为约50nm，但这种扩展是不可靠和昂贵的。在尺寸小于约50nm时，可以考虑使用X射线光刻技术和远紫外光光刻技术，但两者都需要庞大的资金投入(都用于幅射源和配套光学系统)。基于光刻技术的包括电子束和扫描头的直接写入系统正在开发中，但制作布线图案工艺的阶段性使其制造缓慢。微接触印制和纳米级刻制光刻技术是新型制作布线图案技术，它承诺可用于小于或约50nm特征尺寸，但这些方法在目前没有得到很好的证明。最理想的是希望有一种廉价、大面积的，不需要光刻的横向制作布线图案的方法，并且该方法适用于特征尺寸小于50nm。就磁存储介质，例如在其上有磁粒子涂层的磁带和磁盘而言，获得高密度存在一些困难。例如，在柔性介质上使用常用的磁粒子涂层时，单个粒子直径的较大变化使最小信息位存储尺寸增大，因而降低所获得的面积信息位存储密度。就有时称之为“硬驱动”盘的常规刚性存储介质而言，经常通过溅射淀积施加磁膜。所得到的粒子尺寸和粒子间距的较大程度的分散导致有效面积位密度低和不希望有的低信噪比。即使在粒子直径的数量级和均匀性可接受时，由于相互磁吸引的粒子凝聚成粒子结块，强烈的粒子交互作用经常导致最小信息位存储尺寸的显著增加，由此降低所获得的面积信息存储位密度(例如，以每平方英寸位数测量)。事实上，尽管有些开发人员希望到2010年达到每平方英寸40千兆位，但目前所获得的面积信息存储位密度为大约每平方英寸10千兆位。制作直径在5-50nm范围内的单分散性磁粒子(例如钴)的方法在前述Murray等的美国专利申请No.09/127005中已有描述，它与本专利申请同时申请。具体地，Murray等专利申请描述了平均直径为D和尺寸分布标准偏差为5％的钴磁粒子的形成，此处D＝8-10nm。对由橡胶浆或其它聚合物制成的40-70nm粒子自组装方法的描述见《Langmuir》，1995，卷11，第333页，Micheletto等著，和《Langmuir》，1997，卷11，第2538页，Du等著。对形成小粒子薄膜的一般方法的描述见Nagayama的美国专利No.5505996。而且，对5-10nm尺寸半导体粒子有序排列的形成的描述见《科学》，1995，卷270，第1335页，Murray等著和《材料化学》，1994，卷6，第216页，Dabbousi等著。现有技术参考文献中没有一个讲述磁存储介质并且也没有讲述由粒子制作有序阵列的方法，这种粒子具有强烈的磁相互作用而导致凝聚和其它问题。本专利技术的一般目的在于，制作的呈直径不超过50nm的磁粒子层(单粒子层或多粒子层)形态高度有序且有周期性的排列，并将所述排列稳定在衬底表面上，尽管由于磁吸引作用使得这种磁粒子有凝聚在一起的强烈趋势而阻止这种有序粒子层的形成。本专利技术的另一个一般目的在于，控制组成所述排列的纳米数量级磁粒子之间的间隔(分隔距离)，该间隔约为1-10nm。本专利技术的具体目的在于，在所述排列内使用选定磁性材料的磁粒子；用坚固的保护性膜涂敷在磁粒子排列上；并且由此制作具有面积位密度超过每平方英寸100千兆位甚至接近高达每平方英寸1012位(1万亿位)的磁存储介质。本专利技术进一步的目的在于，使用简单的化学自组装程序(非光刻法或接触印制法)以在衬底表面上制作上述纳米级粒子有序排列。因此，本专利技术提供一种磁存储介质，其中包含a)具有表面的衬底，b)以间隔基本均匀的相互关系布置在上述表面的粒子层，所述粒子具有基本均匀的不超过50纳米的直径并包含有磁性材料，该磁性材料从包括元素Co、Fe、Ni、Mn、Sm、Nd、Pr、Pt和Gd、这些元素的金属间化合物、二元合金和三元合金、及除Fe之外还包括前述元素中的至少一种元素的铁氧化物、以及钡铁酸盐和锶铁酸盐的组中选取，以及c)包围粒子并粘附于表面以保持上述间隔基本相同的的涂层。优选地，磁存储介质包含布置于粒子之上以保护它们免受磨损的耐磨涂层，耐磨涂层优选地包含有从包括金刚石结构碳、无定形碳、无定形硅、铝氧化物及硅氧化物的组中选取的材料。可选地，磁粒子具有基本均匀的不超过20纳米的直径且可用选自于包括金、银、铂和钯的组中的贵金属材料涂敷。进一步地，粒子层可包含由间隔基本相同的粒子形成的多粒子层，这些粒子距衬底表面的距离不同。在一具体示例形式中，这种多粒子层可包括有第一单粒子层，其上有保持粒子相互间隔关系的上述涂层和布置于上述涂层之上的第二单粒子层。根据另一实施例，亲和层可布置在磁粒子之间并以选定的图案布置在衬底的至少一部分表面上，亲和层由亲和材料组成，该亲和材料最好能使前述粒子以所述选定的图案被吸引和保留在衬底表面上。这种亲和材料可包含以通式X-R-Y表示的二官能分子，其中X和Y为活性端基，R为优选地含有3-22个碳原子的碳氟化合物或烃链。官能团X和Y可从以下选取磺酸类 R-SO2OH亚硫酸类R-SOOH次磷酸类R2POOH膦酸类 R-OPO(OH)2羧酸类 R-COOH硫醇类 R-SH三甲氧基硅烷R-Si(OCH3)3三乙氧基硅烷R-Si(OCH2CH3)3三氯硅烷R-SiCl3在给定的亲和分子中，化学官能团X和Y可以是相同的，尽管由于衬底表面和纳米级粒子表面一般由不同材料组成，它们一般并不相同。亲和层的一个实例为三甲氧基甲硅烷基丙烷硫醇，可表示为(CH3O)3Si-CH2-CH2-CH2-SH，并可选择性地将用贵金属涂敷过的纳米级晶粒粘固在硅氧化物表面。对于本专利申请来说，“基本均匀的直径”应理解为磁粒子直径的特征为标准偏差小于平均直径的10％。本专利技术还提供一种在衬底表面上形成磁存储介质的方法，其中包括以下步骤a)制备涂敷有机稳定剂材料的磁粒子在溶剂中的悬浊液，所述磁粒子具有基本均匀的不超过50纳米的直径，所述粒子从包括元素Co、Fe、Ni、Mn、Sm、Nd、Pr、Pt和Gd、这些元素的金属间化合物、二元合金和三元合金、及除Fe之外还进一步包括前述元素中的至少一种元素的铁氧化物、以及钡铁酸盐和锶铁酸盐的组中选取，b)将所述悬浊液涂敷在所述衬底的所述表面上，以及c)蒸发所述溶剂由此在所述衬底的所述表面上形成所述磁粒子的层，这些粒子涂敷有所述有机稳定剂材料，所述磁粒子通过所述有机稳定剂材料在所述表面上保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储介质，其中包含： ａ）具有表面的衬底， ｂ）以相互间隔基本均匀的关系布置在所述表面的粒子层，所述粒子具有基本均匀的不超过５０纳米的直径，所述粒子包含有从包括元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｐｔ和Ｇｄ、这些元素的金属间化合物、二元合金和三元合金、及除Ｆｅ之外还包括前述元素中的至少一种元素的铁氧化物、以及钡铁酸盐和锶铁酸盐的组中选取的磁性材料，以及 ｃ）包围所述粒子并粘附于所述表面以保持所述间隔基本相同的相互关系的涂层。

【技术特征摘要】
US 1998-7-31 09/1274531.一种磁存储介质，其中包含a)具有表面的衬底，b)以相互间隔基本均匀的关系布置在所述表面的粒子层，所述粒子具有基本均匀的不超过50纳米的直径，所述粒子包含有从包括元素Co、Fe、Ni、Mn、Sm、Nd、Pr、Pt和Gd、这些元素的金属间化合物、二元合金和三元合金、及除Fe之外还包括前述元素中的至少一种元素的铁氧化物、以及钡铁酸盐和锶铁酸盐的组中选取的磁性材料，以及c)包围所述粒子并粘附于所述表面以保持所述间隔基本相同的相互关系的涂层。2.如权利要求1所述的磁存储介质，所述磁存储介质包含有布置于所述粒子之上的耐磨涂层以保护它们免受磨损。3.如权利要求1所述的磁存储介质，所述粒子涂敷有选自金、银、铂和钯的组中的贵金属材料。4.如权利要求2所述的磁存储介质，所述耐磨涂层包含有选自金刚石结构碳、无定形碳、无定形硅、铝氧化物、硅氧化物的组中的材料。5.如权利要求4所述的磁存储介质，所述粒子的直径不超过20纳米。6.如权利要求1所述的磁存储介质，所述粒子层包含有由距所述衬底的所述表面的距离不同的、且间隔基本相同的粒子形成的多粒子层。7.如权利要求1或6所述的磁存储介质，该介质包含亲和层，所述亲和层布置在所述粒子层之间并以选定的图案布置在所述衬底的至少一部分所述表面上，所述亲和层包含有最好能使所述粒子以所述选定的图案被吸引和保留在所述表面上的亲和材料。8.如权利要求1或6所述的磁存储介质，该介质进一步包括亲和层，该亲和层布置在所述粒子层之间并以选定的图案布置在所述衬底的至少一部分所述表面上，所述亲和层包括X-R-Y形式的二官能分子，其中R选自有3-22个碳原子的碳氟化合物和烃链，而X和Y从以下选取磺酸类 R-SO2OH亚硫酸类R-SOOH次磷酸类R2OOH膦酸类 R-OPO(OH)2羧酸类 R-COOH硫醇类 R-SH三甲氧基硅烷R-Si(OCH3)3三乙氧基硅烷R-Si(OCH2CH3)3三氯硅烷R-SiCl39.如权利要求8所述的磁存储介质，其中所述衬底的所述表面是二氧化硅，所述粒子涂敷有从包括金、银、铂和钯的组中选取的贵金属，并且其中所述亲和材料包括三甲氧基甲硅烷基丙烷硫醇，其分子式为(CH3O)3Si-CH2-CH2-CH2-SH。10.如权利要求1所述的磁存储介质，所述层包含有所述粒子的单粒子层。11.如权利要求1所述的磁存储介质，所述粒子直径的特征在于其...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯T布莱克，斯蒂芬M盖特，克里斯托弗B默里，孙守恒，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]