基于L10FePt的垂直磁记录薄膜的制备及性能研究

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随着社会的不断发展进步,人们对大容量信息存储器的需求急剧增加。磁记录技术在信息存储领域中占有独特地位,目前磁记录材料的记录密度处于逐年提高的发展态势。磁记录密度的不断提高导致磁盘中磁性记录单元的体积越来越小。当磁性记录单元的体积小到一定尺寸的时候,会受到超顺磁效应的影响而导致信息的丢失。采用高磁晶各向异性常数(Ku)的磁性材料可以有效的降低超顺磁效应的影响,进一步提高磁记录的面密度。但是过高的磁晶各向异性会使磁性材料的翻转场(矫顽力H。)过大,现有磁头无法完成信息的写入。这就是磁记录中的“三难困境”。L10相的FePt因其具有极高的磁晶各向异性常数(Ku≈7×107erg/cm3)而成为下一代超高密度磁记录介质的首选材料。   本论文主要研究基于L10 FePt的垂直磁记录介质的制备与性能。采用了磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了FePt薄膜,研究了薄膜组分比,快速热处理温度、热处理时间以及薄膜沉积温度对FePt薄膜样品的结构、形貌及磁性能的影响。实验表明提高快速热处理温度有助于FePt薄膜转变为硬磁L10相,在700℃条件下快速热处理1h的样品具有(001)择优取向,样品具有极高的各向异性。在700℃对FePt薄膜进行了热处理,随着热处理时间的增加,FePt薄膜垂直矫顽力增大。当沉积温度升高时样品具有更大的矫顽力和矩形比(M/Ms)。   采用单晶MgO(100)作为衬底,在不同沉积温度条件下制备了不同厚度的FePt薄膜,研究了不同沉积温度和薄膜厚度对L10 FePt薄膜结构、形貌和磁性的影响。用单晶MgO(100)作为衬底可以沉积高度(001)取向的L10 FePt薄膜。较高温度下沉积的L10 FePt薄膜具有极大的磁晶各向异性和较高的L10有序度。提高沉积温度可以有效提高FePt薄膜的L10相有序度和薄膜的结晶性。薄膜的厚度对L10 FePt薄膜的结构和磁性有较大影响。L10 FePt薄膜的有序度随薄膜厚度的增加而增大,增加厚度能够提高L10 FePt薄膜有序度和结晶性。不同厚度的FePt薄膜样品的垂直矫顽力表面粗糙度变化趋势一致。   在以上研究基础上,我们以L10 FePt薄膜作为硬磁层,以常温下溅射沉积的[FeNiPt]N多层膜作为软磁层,研究了软磁层厚度对复合膜结构和磁性的影响。发现硬磁层L10 FePt的结构没有受到软磁多层膜的影响。软磁层厚度为24 nm时,复合膜的矫顽力仅为单层硬磁L10 FePt的30%。说明软磁层的引入,不仅保持了L10 FePt的有序度,即较强的磁各向异性,使磁介质能够克服超顺磁效应的影响,而且能够有效的降低硬磁层薄膜的矫顽力。磁畴壁辅助翻转机制可以很好的解释L10 FePt/[FeNiPt]N复合膜的磁化翻转过程。另一方面我们改变了软磁层中Ni的含量,研究了不同Ni含量的软磁层对复合膜磁性的影响。实验结果表明,较高的饱和磁化强度有助于降低交换耦合复合介质的垂直矫顽力。
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