FePt薄膜的L10有序化转变动力学及其控制

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具有L10有序结构的FePt薄膜由于具有很高的磁晶各向异性常数而成为新一代超高密度磁记录介质材料。有序化温度高是制约该薄膜实际应用的一个瓶颈,如何加速其有序化过程,降低有序化温度对于促进FePt薄膜的实际应用具有非常重要的意义。本文采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微分析(TEM)和高分辨电子显微分析(HRTEM)等技术针对FePt薄膜的有序化转变动力学及转变控制等问题开展了如下几个方面的研究工作。选择合适的退火工艺,放慢FePt薄膜的L10有序化过程,研究其有序化转变过程中有序畴的形核和生长参数随退火温度和时间的变化关系,成功的把FePt薄膜有序化转变的形核和生长过程分离开研究,实验测定了FePt薄膜的有序化转变的形核激活能为En=0.5~0.6 eV,生长激活能为Eg=0.9 eV,En/Eg<1说明FePt薄膜有序化转变过程受其有序畴的生长所控制。在HF清洗过的Si基片上直接生长FePt薄膜,优化退火工艺,在FePt薄膜和Si基片之间发生界面反应生成PtSi反应层,界面反应加速了FePt薄膜在低温下的有序化过程。实验结果表明,生长在Si基片上的FePt薄膜经350 oC退火后获得的矫顽力Hc=5.4 kOe和有序度S=0.66,远高于该温度退火下Si/SiO2上FePt薄膜的矫顽力Hc=0.7 kOe和有序度S=0.28,接近于后者经600 oC退火后的矫顽力Hc=6.5 kOe和有序度S=0.74。界面反应对低温下FePt薄膜有序化的促进作用是由于该界面反应过程中产生了动态压应力。界面反应生成的PtSi层可以作为自身的阻挡层,阻挡FePt薄膜和Si基片之间的互扩散。提高溅射气压同时改变复合靶中Fe、Pt元素的相对比例,减小原始态FePt薄膜的晶粒尺寸。在成分不变的条件下,对比研究了原始态晶粒尺寸为das=3.4 nm和das=8.0 nm的FePt薄膜的有序化过程。实验结果表明,原始态晶粒尺寸的减小加速了FePt薄膜的有序化过程。600 oC退火后原始态晶粒尺寸为das=3.4 nm的FePt薄膜获得了接近于1的有序度和Hc=14.7 kOe的矫顽力,远高于das=8.0 nm的FePt薄膜的有序度S=0.7和矫顽力Hc=7.2 kOe。该有序化过程的加快是由于原始态晶粒尺寸的减小增加了FePt薄膜的晶界,从而增加了形核位置并提高了Fe、Pt原子的扩散能力,促进了L10有序畴的生长所致。
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