论文部分内容阅读
L10-FePt有序合金作为新一代磁记录介质材料,具有极高的磁晶各向异性(107erg/cm3),在超细晶粒尺寸(35nm)情况下仍具有很高的热稳定性。减小FePt的晶粒尺寸、弱化FePt颗粒间磁耦合作用以及获得垂直各向异性是FePt薄膜研究需要解决的主要问题。本文针对这些问题,系统地研究了FePt连续膜的成分和有序化退火对磁性能的影响。采用Si-N作为非磁性基体,制备了FePt-Si-N纳米复合颗粒膜,系统地研究了薄膜的制备工艺、微观结构和磁性能之间的关系。此外,还初步研究了磁记录底层材料的制备和结构及对FePt各向异性的影响。首先利用磁控溅射在Si基片上制备了一系列FePt连续薄膜,研究了薄膜厚度、热处理温度和时间、Fe/Pt原子比对薄膜结构和磁性能的影响。结果表明,薄膜的有序化与薄膜厚度有着密切的关系,厚度越厚,薄膜的有序化程度越高,磁性能越好。退火温度的升高和退火时间的延长均可以提高原子的扩散系数,使薄膜的矫顽力增加。富Fe的薄膜具有相对较高的有序化程度。Fe和Pt的原子比为55:45时,有序化程度最高,有序化过程最快,矫顽力最高,平行方向的矫顽力为14.2kOe。Fe和Pt的原子比为50:50的薄膜,在膜厚为20nm时获得(001)垂直取向。在Si基片上利用反应磁控溅射制备了FePtSiN薄膜,研究了退火温度、Fe/Pt原子比、以及Si、N成分对薄膜结构和磁性能的影响,并对其微观结构进行了表征。结果表明,(Fe55Pt45)90Si10-N薄膜的有序化转变温度在600°C左右,比FePt连续薄膜高约100°C。当Fe和Pt的原子比为55:45时,薄膜的矫顽力最大。添加Si、N可以抑制FePt晶粒的长大,当Si/N比例合适时,会形成非晶态的SiN相,SiN相的存在减小了FePt颗粒之间的交换作用,提高了薄膜的矫顽力。对于不同N分压制备的薄膜,在N分压为20%时,(Fe60Pt40)90Si10-N薄膜的矫顽力最大,开关特性最好。原子力显微镜(AFM)观察表明薄膜表面颗粒大小均匀,表面粗糙度Ra=0.8nm。利用高分辨电镜(HRTEM)和高分辨能谱(EDS)分析表征了(Fe55Pt45)90Si10-N薄膜的微观结构,证实我们通过Si-N添加成功获得了纳米复合颗粒膜结构,并观察到L10有序结构的FePt晶体和非晶态的Si-N相,薄膜是沿(111)取向生长的。此外,还初步研究了为获得垂直各向异性FePt薄膜的底层薄膜的制备和结构。采用基片加热的方法制备了系列Cr膜,研究了基片加热温度,偏压,膜厚和溅射功率等工艺参数对Cr底层取向的影响。前期结果表明,Cr膜的晶化温度在400°C左右,偏压不利于Cr(200)织构的形成。薄膜越厚,Cr(200)衍射峰越强。随着溅射功率的增大,Cr(200)峰略有增强。同时研究了Cr层对FePt薄膜结构的影响,发现添加Cr底层会降低FePt薄膜的有序化程度。论文尚未得到高性能的各向异性FePt薄膜,底层材料的制备工艺还有待进一步研究。本论文工作表明,FePt-Si-N纳米复合颗粒薄膜具有小的晶粒尺寸、弱化的晶间交换作用和高的矫顽力,在新一代高密度磁记录介质材料领域具有重要的应用前景。但是,如何在这类薄膜中获得垂直各向异性仍然是一个挑战性的课题。