【摘 要】
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数据的倍增,对数字信息存储的需求不断增加。为了应对这种需求,需要更高磁存储密度的磁盘来存储信息。利用垂直磁记录技术,使用CoCrPt体系作为记录介质,可以获得高达100 Gbit/in2的面密度。为了超越面密度高达1Tbit/in2的极限,我们必须寻找新的材料以及改进工艺技术。L1_0-FePt材料具有优异的性能,包括高单轴磁晶各向异性(K_u=7.0×107erg/cm3)、高矫顽力、高饱和磁化
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数据的倍增,对数字信息存储的需求不断增加。为了应对这种需求,需要更高磁存储密度的磁盘来存储信息。利用垂直磁记录技术,使用CoCrPt体系作为记录介质,可以获得高达100 Gbit/in2的面密度。为了超越面密度高达1Tbit/in2的极限,我们必须寻找新的材料以及改进工艺技术。L10-FePt材料具有优异的性能,包括高单轴磁晶各向异性(Ku=7.0×107erg/cm3)、高矫顽力、高饱和磁化强度和良好的化学稳定性。因此,它是超高密度磁存储的最佳候选材料。要使得信息存储密度超过100 Gbit/in2,晶粒尺寸必须缩小到纳米尺寸。在临界尺寸以下,超顺磁性极限更显著,即由于热波动使颗粒的磁化变得不稳定,致使该体系不适用于永久磁存储。FePt体系的高各向异性增加了各向异性能量(KuV),L10-FePt合金颗粒尺寸低至3nm时,具有很好的热稳定性,因此,使用FePt作为磁存储介质可以提高面密度,是超高密度磁记录材料的首选。FePt薄膜的制备,在大多数研究中用单晶MgO基底合成外延FePt(001)薄膜。但是,MgO是易潮湿,并且使用单晶MgO基底会导致高成本。这使得MgO成为磁记录行业不具吸引力的候选者。本文的独特之处在于使用单晶Si(001)基底。硅很便宜且容易获得,但最重要的是,通过使用Si(001)基底,我们还能实现与当今微电子器件的集成。本文以Si(001)作为基底材料,用磁控溅射法沉积具有MgO缓冲层的FePt单层薄膜和FePt多层薄膜。分析加缓冲层对制备的FePt薄膜的结构和磁性的影响。本文结果如下:1.制备了FePt(50nm)和MgO(10nm)/FePt(50nm)薄膜,中间加MgO缓冲层,初期尝试不介入缓冲层,Fe和Pt原子向Si晶格结构中的扩散和FePt的优选(111)生长,直接在Si上生长FePt是不理想的。因此,插入MgO缓冲层来控制FePt的生长取向。插入MgO缓冲层作为模板缓冲介质导致FePt生长沿着硬磁性[001]取向。2.MgO缓冲层控制FePt沿着硬磁c轴方向的生长,并且它也作为有效的扩散阻挡层。热处理温度达600℃时,矫顽力较大,此时使用非磁性的MgO作为参杂共溅射的方式以及分层溅射的方式调节薄膜矫顽力。制备了MgO(10 nm)/(FePt+MgO)(51 nm)薄膜和MgO(10nm)/((MgO+FePt)(10.2 nm)共溅射-MgO(2nm))薄膜,利用非磁性物质的共溅射,使得非磁性MgO嵌入到两相之间,影响两相之间的交换耦合以调节矫顽力,后者的影响更明显。3.制备了以MgO(10 nm)为隔离层的交换耦合薄膜,分别为L10-FePt/FePt(a nm)、(FePt+MgO)共溅射/FePt(b nm)、L10-FePt/Fe(c nm)/MgO(10 nm)和(FePt+MgO)共溅射/Fe(d nm)/MgO(10 nm)。a=b=20-30 nm,面内磁滞回线双肩现象较为明显,说明软磁层厚度高于临界厚度。b=20-30 nm的薄膜,矫顽力较大,是因为掺杂非磁材料MgO将磁性颗粒间的耦合作用削弱。L10-FePt/FePt体系硬软磁交换耦合作用长度为20-30 nm。c=d=10 nm时,面内磁滞回线呈现出明显的双肩现象,原因是软磁层厚度已经超过了交换耦合作用长度。所以L10-FePt/Fe硬软磁交换耦合作用长度为6-10 nm,而(FePt+MgO)/Fe硬软磁交换耦合作用长度为4-6 nm,是由于掺入MgO颗粒使磁性颗粒间耦合作用弱。
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