專(zhuān)利名稱(chēng)：用表面活化劑改善l1的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高密度磁記錄材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的十幾年中，信息存儲(chǔ)技術(shù)尤其是磁記錄技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，特別是應(yīng)用了巨磁電阻自旋閥磁頭，使得硬盤(pán)的面記錄密度大幅度提高。目前實(shí)驗(yàn)室縱向磁記錄面密度已經(jīng)達(dá)到150Gb/in2(S.Mao et al.IEEE Tran.Magn.40，307(2004))。記錄密度要進(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1Tb/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。L10-FePt有序合金具有非常高的磁晶各向異性(Ku＝7×106J/m3)，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。
在玻璃基片上直接濺射的FePt合金必須在高于500℃(C.M.Kuo，P.C.Kuoand H.C.Wu，J.App.Phys.85，2264(1999))的溫度下退火，才能實(shí)現(xiàn)無(wú)序-有序轉(zhuǎn)變，形成FePt-L10相。但熱處理帶來(lái)的負(fù)面影響是晶粒生長(zhǎng)，而晶粒生長(zhǎng)必然導(dǎo)致磁耦合作用的增加，磁激活體積增加，使讀出信息的信噪比降低，不利于高記錄密度的實(shí)現(xiàn)。所以降低有序化溫度成為FePt合金應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)的關(guān)鍵。部分研究者利用多層膜化(Y.Endo，N.Kikuchi，O.Kitakami，and Y.Shimada，J.Appl.Phys.89，7065(2001))或分子束外延(R.F.C.Farrow，D.Weller，R.F.Marks，and M.F.Toney，J.Appl.Phys.84，934(1998))的方法，可以使FePt薄膜在較低的溫度下(低于400℃)實(shí)現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變，但制備出的薄膜的平行膜面矯頑力都較低(1-6kOe)，不能達(dá)到未來(lái)應(yīng)用于高密度磁記錄材料的磁性能要求。部分研究者利用摻雜Cu、Zr等元素(Y.K.Takahashi，M.Ohuma and K.Hono，J.Magn.Magn.Mater.246，259(2002)；S.R.Lee，S.Yang and Y.Keunkim，Appl.Phys.Lett.78，4001(2001))或以Ag、Au等為底層(Y.N.Hsu，S.Jeong，and D.E.Laughlin，J.Appl.Phys.89，7068(2001)；T.Seki，T.Shima and K.Takanashi，J.Magn.Magn.Mater.272-276，2182(2004))作為降低有序化溫度的方法，但一般高于350℃，且在低溫退火后的薄膜矯頑力仍較低，一些元素在高溫退火時(shí)還易與FePt形成三元合金，破壞FePt-L10結(jié)構(gòu)，故未能對(duì)薄膜的平行膜面矯頑力有大幅度地提高。采用增加熱處理時(shí)間的方法可以提高其矯頑力，但造成生產(chǎn)成本的增加，也不利于未來(lái)的應(yīng)用。所以要實(shí)現(xiàn)FePt合金的實(shí)用化，不僅要降低有序化溫度和熱處理時(shí)間，同時(shí)還要保證在較低溫度下熱處理后的薄膜具有較高的平行膜面矯頑力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法，解決了FePt合金的工業(yè)化生產(chǎn)的問(wèn)題。
本發(fā)明利用表面活化元素Bi作為FePt薄膜的底層，利用Bi的表面自由能較低、易擴(kuò)散的特點(diǎn)，不僅可以降低FePt薄膜的有序化溫度，并且在經(jīng)過(guò)較低的熱處理溫度和較短的熱處理時(shí)間退火后，薄膜可以形成良好的FePt-L10結(jié)構(gòu)，并具有較高的平行膜面矯頑力。
本發(fā)明是在玻璃基片和FePt(100～500)單層膜之間插入一定厚度(150～500)的Bi層，以制備有序化溫度較低以及矯頑力較高的FePt薄膜。制備過(guò)程是在磁控濺射儀中進(jìn)行，在清洗干凈的玻璃基片依次沉積鉍Bi(150～500)和鐵鉑FePt(100～500)。濺射室本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時(shí)氬氣(99.99％)壓為0.4～0.6Pa；基片保持室溫。制備后的薄膜立即在真空退火爐中進(jìn)行熱處理，退火爐本底真空度為2×10-5～7×10-5Pa。
本發(fā)明利用Bi元素與FePt相比具有較小的表面自由能以及較快的表面擴(kuò)散能力的特點(diǎn)，在熱處理過(guò)程中Bi會(huì)擴(kuò)散到插入FePt薄膜的表面，給薄膜中帶來(lái)大量的空位等缺陷，促進(jìn)了Fe、Pt原子的相對(duì)重新有序排列，即提高了熱處理后的FePt薄膜的有序化程度。同時(shí)由于Bi的擴(kuò)散過(guò)程可以在較短的時(shí)間內(nèi)充分進(jìn)行，使得FePt薄膜經(jīng)過(guò)較低溫度和較短的時(shí)間的退火后，具有有序度較高的FePt-L10結(jié)構(gòu)，即降低了FePt薄膜的有序化溫度，并且對(duì)熱處理后的薄膜的平行膜面矯頑力有大幅度地提高。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用表面自由能較低的活化劑Bi在擴(kuò)散到FePt薄膜表面的同時(shí)，促進(jìn)了薄膜有序化的進(jìn)程，使FePt薄膜的有序化溫度降低到350℃。350℃退火時(shí)，Bi(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)薄膜的矯頑力值比FePt(200)單層膜的矯頑力分別提高了9倍和4倍。
此外由于薄膜只采用雙層結(jié)構(gòu)，且厚度均較小，同時(shí)在制備過(guò)程中沒(méi)有采用基片加熱等復(fù)雜性工藝，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是在玻璃基片上沉積的FePt(200)單層膜、Bi(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)雙層膜的平行膜面矯頑力隨退火溫度的變化圖，其中退火時(shí)間均為30分鐘。曲線(a)FePt(200)、曲線(b)Bi(400)/FePt(300)、曲線(c)Bi(200)/FePt(200)具體實(shí)施方式
在磁控濺射儀中制備薄膜。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。基片保持室溫。濺射室本底真空3×10-5Pa，在濺射時(shí)氬氣(純度為99.99％)壓為0.45Pa的條件下依次沉積鉍Bi(200)和鐵鉑FePt(200)制備Bi(200)/FePt(200)薄膜，沉積鉍Bi(400)和鐵鉑FePt(300)制備Bi(400)/FePt(300)薄膜。濺射后的樣品迅速在真空度為2×10-5Pa的真空退火爐中進(jìn)行熱處理。從圖1中可以看出，沒(méi)有Bi層的FePt薄膜在400℃退火后才具有較高的矯頑力(6.8kOe)，而B(niǎo)i(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)薄膜，在350℃退火后矯頑力值分別達(dá)到10.4kOe和5.3kOe，比350℃退火后的FePt(200)單層膜的矯頑力分別提高了9倍和4倍。所以Bi底層可以使FePt薄膜的有序化溫度降低到350℃，并且大幅度提高了低溫退火后的平行膜面矯頑力值，適合于L10-FePt應(yīng)用于未來(lái)高密度磁記錄中。
權(quán)利要求
1.一種用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法，在磁控濺射儀中，在清洗干凈的玻璃基片沉積Bi和FePt，其特征在于，沉積的順序依次為150～500鉍Bi和100～500鐵鉑FePt；濺射室本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時(shí)氬氣壓為0.4～0.6Pa，基片保持室溫；退火時(shí)本底真空度為2×10-5～7×10-5Pa。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用氬氣純度為99.99％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用表面活化劑改善L文檔編號(hào)H01F41/14GK1741142SQ20051001209
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者于廣華, 馮春, 騰蛟, 李寶河 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)