專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁記錄介質(zhì)薄膜的原子有序的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高密度磁記錄介質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁 記錄介質(zhì)Llci-FePt薄膜的原子有序的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)信息時(shí)代，大量的信息交流對(duì)信息的存儲(chǔ)密度和穩(wěn)定性提出了更 高的要求。硬盤(pán)磁記錄存儲(chǔ)以大容量、高讀寫(xiě)速度及可擦寫(xiě)等特點(diǎn)，在以計(jì)算機(jī)為代表的信 息處理設(shè)備中占據(jù)了主流地位。在過(guò)去的十幾年中，硬盤(pán)磁記錄技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 2008年8月，Hitachi公司通過(guò)應(yīng)用已有的垂直磁記錄技術(shù)和隧道磁電阻磁頭技術(shù)，使硬盤(pán) 的面密度達(dá)至IJ了 610Gb/in2。 (http://www. physorg. com/newsl36815757. html)。i己錄密度 要進(jìn)一步提高，必須減小磁記錄單疇顆粒的尺寸。當(dāng)磁記錄面密度達(dá)到lTb/in2時(shí)，晶粒尺 寸應(yīng)小于5nm，此時(shí)由于熱穩(wěn)定性的需要，磁記錄材料必須具有更高的磁晶各向異性才能克 服由于超順磁效應(yīng)引起的熱退磁現(xiàn)象。Llci-FePt有序合金具有非常高的磁晶各向異性(Ku =7XlO6JAi3)，可以在顆粒尺寸為3nm時(shí)仍具有非常好的熱穩(wěn)定性，因此近年來(lái)成為倍受 關(guān)注的磁記錄介質(zhì)材料而被廣泛研究。然而，直接沉積的FePt薄膜只具有面心立方結(jié)構(gòu)(fcc-FePt相)，這種結(jié)構(gòu)中 的Fe和Pt原子為無(wú)序占位，因此其Ku值較小(表現(xiàn)為軟磁性能)，不能適用于磁記錄介 質(zhì)中。真正能夠應(yīng)用于磁記錄介質(zhì)的FePt薄膜必須具有面心四方結(jié)構(gòu)(fct-FePt相，即 Ll0-FePt相)，這種結(jié)構(gòu)中的Fe原子占據(jù)四方結(jié)構(gòu)的頂角和上下底心位置，Pt原子占據(jù)四 方結(jié)構(gòu)的側(cè)面面心位置，從而形成Fe原子層和Pt原子層交替排列的有序Lltl結(jié)構(gòu)，其Ku 值較大(表現(xiàn)為良好的硬磁性能)。所以必須實(shí)現(xiàn)由fcc-FePt相向fct-FePt相的轉(zhuǎn)變 過(guò)程(即Fe、Pt原子的有序化過(guò)程)，目前實(shí)現(xiàn)這一相轉(zhuǎn)變過(guò)程的最廣泛使用的方法是 對(duì)直接沉積的FePt薄膜進(jìn)行原位退火或后續(xù)退火處理，一般退火溫度300 550°C (Y. Endo, N. Kikuchi, 0. Kitakami, and Y. Shimada, J. Appl. Phys. 89, 7065 (2001) ；Τ. Seki, Τ. Shima and K. Takanashi, J. Magn. Magn. Mater. 272-276,2182(2004) ；S. R. Lee, S. Yang and Y. Keunkim，Appl. Phys. Lett. 78，4001 (2001))。這種方法是利用在亥姆霍斯線(xiàn)圈中通 過(guò)電流以產(chǎn)生熱量，通過(guò)熱傳遞方式將熱量傳遞給需要加熱的樣品(處于真空或氣氛保護(hù) 下)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的加熱退火過(guò)程。當(dāng)薄膜樣品達(dá)到一定溫度時(shí)，熱動(dòng)力可以驅(qū)動(dòng)薄膜中 Fe、Pt原子的有序運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)fcc-FePt相向fct_FePt相轉(zhuǎn)變。但是，由于線(xiàn)圈的電阻產(chǎn)生的 熱量大部分損失在空氣中，傳遞給真空中的樣品的熱量就更少了，所以必然導(dǎo)致線(xiàn)圈熱量 的有效利用率很低。換句話(huà)說(shuō)，采用傳統(tǒng)的退火方式驅(qū)動(dòng)Fe、Pt原子有序的方法需要的能 耗較多，這不利于磁記錄介質(zhì)的實(shí)用化生產(chǎn)，更重要的是不符合目前國(guó)際上提倡的“低碳環(huán) 保”以及胡錦濤主席提出的“節(jié)能減排”的理念。此外，國(guó)際上也有研究者利用離子輻照或激 光輻照的方法來(lái)驅(qū)動(dòng)FePt薄膜中的Fe、Pt原子的有序化運(yùn)動(dòng)(D. Ravelosona, C. Chappert, V. Mathet. Appl. Phys. Lett. 76, 236 (2000) ；Μ. ffeisheit, L. Schultz, S. Fahler. J. Magn. Magn. Mater. 290-291，570 (2005))，但是這些方法需要昂貴、復(fù)雜的配套設(shè)備，也是不利于工業(yè)生產(chǎn)的。綜上所述，目前驅(qū)動(dòng)磁性薄膜的相關(guān)原子運(yùn)動(dòng)的方法存在能耗大、熱量利用率 低或設(shè)備復(fù)雜、昂貴等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁記錄介質(zhì)Llci-FePt薄膜的Fe、Pt原 子有序的方法，解決傳統(tǒng)退火工藝中存在的熱量能耗大、有效利用率低的工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題， 同時(shí)成本低廉，設(shè)備簡(jiǎn)單。一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁記錄介質(zhì)薄膜的原子有序的方法，具體技術(shù)方案如下利 用磁控濺射方法，在清洗干凈的玻璃基片上依次沉積鐵鉬FePt (50 500A)原子和鉭 Ta(50 500A)原子以制備出鐵鉬FePt(50 500A)/鉭Ta(50 500A)薄膜。濺射室 本底真空度為1 X 10_5 7X 10_5Pa，濺射時(shí)氬氣(99. 99% )壓為0. 4 1. 2Pa ；基片溫度為 20 800°C。沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接。 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X 10_5 7X 10_5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流(由 恒流源提供)，電流大小為50mA 1000mA，通電時(shí)間為5秒 300秒。本發(fā)明的原理為通過(guò)在FePt薄膜的兩端引出電極并直接通入恒定電流，利用薄 膜自身的電阻產(chǎn)生熱量，將熱量直接傳遞給薄膜中的Fe、Pt原子，以驅(qū)動(dòng)Fe、Pt原子的有序 化運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)由fcc-FePt結(jié)構(gòu)向Llci-FePt結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于此方法直接將電流施加在磁性薄膜的兩端，通過(guò)薄膜自身的 電阻產(chǎn)生熱量，并驅(qū)動(dòng)其中的原子相關(guān)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其相變的控制，因此大大減小傳統(tǒng)原位 退火或后續(xù)退火過(guò)程中的不必要的熱量在真空或空氣中的損失，即減小了能耗，提高了熱 量的有效利用率，有利于達(dá)到“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的目的。此外，此方法只需要在薄膜兩 端接入一個(gè)固定的衡量源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了傳統(tǒng)退火或離子輻照等方法中設(shè)備的復(fù)雜性， 所以它還具有成本低，制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于未來(lái)的生產(chǎn)。


圖1是在玻璃基片上的FePt (50 A)/Ta (50 A)樣品(樣品1)，采用本發(fā)明中的 電流直接驅(qū)動(dòng)方法后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。電流大小為 300mA，通電時(shí)間5秒。圖2是在玻璃基片上的FePt (50 A) /Ta (50 A)樣品(樣品1)，采用傳統(tǒng)退火方法 后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)(用于與圖1做對(duì)比)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。退火溫度 為550°C，退火時(shí)間為20分鐘。圖3是在玻璃基片上的FePt (200 A)/Ta (200 A)樣品(樣品2)，采用本發(fā)明中的 電流直接驅(qū)動(dòng)方法后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。電流大小為 100mA，通電時(shí)間15秒。圖4是在玻璃基片上的FePt (200 A) /Ta (200 A)樣品(樣品2)，采用傳統(tǒng)退火方 法后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)(用于與圖3做對(duì)比)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。退火溫 度為450°C，退火時(shí)間為20分鐘。圖5是在玻璃基片上的FePt ( 500 A ) /Ta ( 500 A )樣品(樣品3)，采用本發(fā)明中的 電流直接驅(qū)動(dòng)方法后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。電流大小為50mA，通電時(shí)間300秒。圖6是在玻璃基片上的FePt (500 A) /Ta (500 A)樣品(樣品3)，采用傳統(tǒng)退火方 法后測(cè)量的磁滯回線(xiàn)(用于與圖5做對(duì)比)，橫軸為外加磁場(chǎng)H，縱軸為磁化強(qiáng)度M。退火溫 度為350°C，退火時(shí)間為20分鐘。表1是上述三組樣品利用傳統(tǒng)退火處理方法以及本發(fā)明中的電流直接驅(qū)動(dòng)方法 所需要的能耗值、矯頑力值(通過(guò)矯頑力值可以判斷樣品的有序化程度，因此為保證兩種 方法下的樣品的有序化程度相當(dāng)，需保證它們的矯頑力值相當(dāng))。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一、圖1代表的薄膜樣品為本發(fā)明電流驅(qū)動(dòng)原子有序的實(shí)施案例一，其制 備工藝條件為濺射室本底真空度為IX 10_5，濺射時(shí)氬氣(99. 99% )壓為0. 4Pa ；基片溫度 為20°C。沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接。將樣 品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X ICT5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流(由恒流源提供)， 電流大小為300mA，通電時(shí)間為5秒。圖2代表的薄膜樣品為傳統(tǒng)真空退火的對(duì)比案例一，其制備工藝條件為濺射室 本底真空度為IX 10_5，濺射時(shí)氬氣(99. 99% )壓為0. 4Pa ；基片溫度為20°C。沉積完畢后， 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X10_5Pa時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)的真空退火處理，退火溫度 為550°C，退火時(shí)間為20分鐘。實(shí)施例二、圖3代表的薄膜樣品為本發(fā)明電流驅(qū)動(dòng)原子有序的實(shí)施案例二，其制 備工藝條件為濺射室本底真空度為4X10_5，濺射時(shí)氬氣(99.99%)壓為0. 7Pa ；基片溫 度為400°C。沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接。 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X ICT5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流(由恒流源提 供)，電流大小為100mA，通電時(shí)間為15秒。圖4代表的薄膜樣品為傳統(tǒng)真空退火的對(duì)比案例二，其制備工藝條件為濺射室 本底真空度為4X 10_5，濺射時(shí)氬氣(99. 99% )壓為0. 7Pa ；基片溫度為400°C。沉積完畢后， 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X10_5Pa時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)的真空退火處理，退火溫度 為450°C，退火時(shí)間為20分鐘。實(shí)施例三、圖5代表的薄膜樣品為本發(fā)明電流驅(qū)動(dòng)原子有序的實(shí)施案例三，其制 備工藝條件為濺射室本底真空度為7 X 10_5，濺射時(shí)氬氣(99.99% )壓為1.2Pa;基片溫 度為800°C。沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接。 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X ICT5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流(由恒流源提 供)，電流大小為50mA，通電時(shí)間為300秒。圖6代表的薄膜樣品為傳統(tǒng)真空退火的對(duì)比案例三，其制備工藝條件為濺射室 本底真空度為7 X 10_5，濺射時(shí)氬氣(99. 99% )壓為1. 2Pa ；基片溫度為800°C。沉積完畢后， 將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X10_5Pa時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)的真空退火處理，退火溫度 為350°C，退火時(shí)間為20分鐘。結(jié)合圖3所代表的薄膜樣品進(jìn)一步說(shuō)明本方法首先將玻璃基片用有機(jī)化學(xué)溶劑、去離子水以及酒精超聲清洗，然后裝入濺射室 樣品基座上，基片保持400°C。濺射室本底真空4X IO-5Pa,在濺射時(shí)氬氣(純度為99. 99% )壓為0. 7Pa的條件下依次沉積鐵鉬FePt (200A)原子和鉭Ta (200 A)原子以制備出鐵鉬 FePt(200A)/鉭Ta(200A)薄膜。將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流 源連接。將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2X10_5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流(由 恒流源提供)，電流大小為100mA，通電時(shí)間為15秒。經(jīng)檢測(cè)，采用傳統(tǒng)的真空退火方法(450°C退火20分鐘)和采用本發(fā)明中的電流直 接驅(qū)動(dòng)原子有序方法(電流大小為100mA，通電時(shí)間為15秒)的磁滯回線(xiàn)相差不大，其重要 指標(biāo)矯頑力值也幾乎相同，說(shuō)明采用這兩種方法后的薄膜的有序化程度相當(dāng)。在這一前提 下，比較兩種方法需要的能耗才有意義。經(jīng)計(jì)算，采用傳統(tǒng)的真空退火方法和采用本發(fā)明中 的電流直接驅(qū)動(dòng)原子有序方法需要的能耗分別為9200J和45J，可以明顯看出采用電流直 接驅(qū)動(dòng)原子有序方法可以大大減小能耗(只有傳統(tǒng)退火的1 %左右)，有利于提高熱量的有 效利用率，達(dá)到“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的目的。此外，此方法還具有成本低，制備簡(jiǎn)單等優(yōu) 點(diǎn)，適用于未來(lái)的生產(chǎn)。表1傳統(tǒng)退火處理方法以及電流直接驅(qū)動(dòng)方法的能耗值和矯頑力值
權(quán)利要求
一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁記錄介質(zhì)薄膜的原子有序的方法，其特征在于利用磁控濺射方法，在玻璃基片上依次沉積鐵鉑FePt原子和鉭Ta原子，其厚度范圍為50～本底真空度為1×10 5～7×10 5Pa，濺射時(shí)純度99.99％的氬氣壓為0.4～1.2Pa；基片溫度為20～800℃；沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接；將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2×10 5～7×10 5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流，電流大小為50mA～1000mA，通電時(shí)間為5秒～300秒。FSA00000169308400011.tif
全文摘要
一種電流直接驅(qū)動(dòng)磁記錄介質(zhì)薄膜的原子有序的方法，屬于高密度磁記錄介質(zhì)材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用磁控濺射方法，在玻璃基片上依次沉積鐵鉑FePt原子和鉭Ta原子，其厚度范圍為50～，本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時(shí)氬氣(99.99％)壓為0.4～1.2Pa；基片溫度為20～800℃。沉積完畢后，將薄膜降至室溫，在薄膜的兩端引出Cu電極，并與恒流源連接。將樣品放入真空爐中，等到爐內(nèi)真空度為2×10-5～7×10-5Pa時(shí)，在薄膜兩端通入電流，電流大小為50mA～1000mA，通電時(shí)間為5秒～300秒。本發(fā)明通過(guò)薄膜自身的電阻產(chǎn)生熱量并驅(qū)動(dòng)Fe、Pt原子的有序化運(yùn)動(dòng)，大大減小傳統(tǒng)退火過(guò)程中的熱量損耗，提高了熱量的有效利用率；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適用于未來(lái)的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G11B5/84GK101923865SQ20101021696
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者于廣華, 馮春, 楊美音 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)