超高密度磁记录介质用FePt基薄膜的制备与性能研究

admin · 发表于 2022-5-24 15:03:50

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当今时代，信息量的剧增推动着硬磁盘数字存储技术的飞速发展特别是记录面密度的不断提升，磁记录模式正由传统的纵向磁记录到目前的垂直磁记录并向未来的图形化磁记录演变。伴随着密度的提高，bit位物理体积不断压缩，磁晶尺寸相应不断减小，热扰动导致的磁化不稳定性愈加显著，选用较高磁晶各向异性的存储材料、获取尽可能小的超顺磁临界尺寸成为技术发展的必然选择。本论文选择具有较高磁晶各向异性（约1.0E+8 erg/cc）的L10相FePt基薄膜作为研究对象，结合国内外的已有研究，以冷基片磁控溅射多层膜加后续真空热处理为制备工艺基础，研究了非金属/金属掺杂、底层、薄膜结构、制备参数等因素对FePt层相变、织构、晶粒结构及耦合、反磁化过程的影响，并对其物理机制展开了讨论，以优化基于超高密度磁记录介质用FePt薄膜的制备加工过程和读写性能，提高其实用性，为硬磁盘系统存储密度的进一步提升提供可供参考的理论与实验依据。获得的主要结果包括：在优化薄膜晶粒结构方面，高于10 vol.%的非磁性B掺杂会同时进入FePt合金晶格间隙及在晶界处富集，降低了体系的交换耦合；而较低浓度的Ti则以抑制相变为代价使晶粒尺寸得到一定的控制；另外，450 ℃热处理后Pt底层会使样品的磁晶耦合有所降低，但温度过高时界面扩散加剧导致了薄膜矫顽力随底层增厚而线性下降。在控制多晶取向方面，总膜厚较薄或成分富Pt的非外延多层膜经退火更易形成良好的（001）织构，有利于磁头的垂直写入，实验发现，退火温度和退火时间都分别会对薄膜的相变与取向产生显著影响；适当厚度的B底层、W掺杂、H2气氛退火等可提高（001）取向的比例，（111）与（001）混合织构会改变材料等效易轴的方向，这将有利于后期应用中其磁写入性能的改善。在降低材料相变温度方面，低于1.0 Pa范围内Ar工作气压的降低可使薄膜的再结晶和有序化更易进行，这可能与沉积原子能量提高造成的晶格结构原位调整有关；非外延多层膜中50-60 at.% Pt会带来晶格间隙的膨胀并感生一定内应力，可促进原子的扩散和晶格变形；较薄的周期厚度或总厚度更有利于FePt的相变，而随机取向的Ag底层虽可显著提高材料的矫顽力，但对磁性层微观有序度的提升并无明显促进作用。

超高密度磁记录介质用FePt基薄膜的制备与性能研究

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