一種具有垂直取向的磁性納米反點(diǎn)陣列膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米磁性功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有垂直取向的磁性納米反點(diǎn)陣列膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性納米反點(diǎn)陣列膜是由具有一定密度規(guī)則排列的非磁性納米孔和垂直取向生長的磁性薄膜組成，這種非磁性的納米孔可以作為釘扎點(diǎn)來調(diào)控薄膜的磁性能，反點(diǎn)陣列的磁性能與釘扎點(diǎn)的尺寸和密度等密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)和理論證明，作為磁記錄介質(zhì)，非磁性納米孔的引入使過渡區(qū)變得平滑，從而可以減小過渡區(qū)噪聲，提高信噪比；同時(shí)，納米孔的存在會(huì)影響薄膜的磁化反轉(zhuǎn)過程，增大矯頑力，保持記錄信息有足夠高的熱穩(wěn)定性。因此磁性納米反點(diǎn)陣列有望提高介質(zhì)的記錄性能而成為新一代的超高密度垂直磁記錄介質(zhì)。
[0003]關(guān)于磁性納米反點(diǎn)陣列膜的制備方法，專利《磁性納米反點(diǎn)陣列薄膜及其制備方法》(授權(quán)公告號(hào)CN 102383102B)公開了一種使用聚苯乙烯微球組裝膠體晶體模板，并通過磁控濺射向模板的微球縫隙間沉積材料的方法，可以獲得孔徑在100?500納米的反點(diǎn)陣列，但是這種方法很難保證反點(diǎn)陣列膜的垂直取向，因此不合適作為垂直磁記錄介質(zhì)；刻蝕法制備反點(diǎn)陣列膜可以保持薄膜的垂直取向，但是受到掩膜板尺寸的限制很難制備孔徑小于500納米的反點(diǎn)陣列膜；然而，與疇壁寬度尺寸相當(dāng)(直徑小于50納米)的納米非磁性小孔才能對(duì)薄膜的磁學(xué)性能有很好的調(diào)控作用，氧化鋁模板法可以廉價(jià)地大面積獲得孔徑小于50納米的高密度多孔納米陣列結(jié)構(gòu)，通過改變模板的制備條件可以方便地調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸。而目前采用氧化鋁模板制備反點(diǎn)陣列膜，多是以模板作為襯底直接在其上濺射磁性薄膜，但是在濺射的過程中，物質(zhì)不僅會(huì)沉積在模板的表面，同時(shí)也會(huì)沉積在模板的孔壁上，孔壁上的物質(zhì)使得納米孔不再是非磁性的，而且氧化鋁模板的表面粗糙，在其上沉積薄膜很難保持原有的垂直取向。薄膜垂直磁各向異性的破壞會(huì)直接影響其記錄行為。Y.C.Huang 等人(J.Appl.Phys.，111，07B923, 2012.)直接將鋁濺射在 Ll0-FePt 薄膜上，在陽極氧化的過程中以FePt薄膜作為電極制備氧化鋁模板，然后再通過反應(yīng)離子束刻蝕得到反點(diǎn)陣列，由于濺射在FePt薄膜上的鋁比較薄，限制了陽極氧化的時(shí)間，導(dǎo)致反點(diǎn)陣列納米孔的有序度變差。
[0004]綜上所述，如何大面積地制備規(guī)則有序的，孔尺寸小、密度高且具有垂直取向的反點(diǎn)陣列磁性膜尚屬技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有垂直取向的磁性納米反點(diǎn)陣列膜及其制備方法。
[0006]本發(fā)明所提供的磁性納米反點(diǎn)陣列膜的制備方法，包括如下步驟:
[0007]I)采用磁控濺射的方法于襯底上依次沉積CoPt/Ag薄膜；
[0008]2)對(duì)步驟I)中所得襯底/CoPt/Ag薄膜進(jìn)行熱處理，得到具有高度垂直取向的Llc1-CoPVAg 薄膜；
[0009]3)將雙通多孔氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到步驟2)中得到的Llc1-CoPVAg薄膜上，得到襯底/Lltl-C0PVAg薄膜/氧化鋁模板，以雙通多孔氧化鋁作為掩膜板進(jìn)行離子束刻蝕，即可得到所述磁性納米反點(diǎn)陣列膜。
[0010]上述制備方法中，步驟I)中，所述磁控濺射的條件如下:所述磁控濺射在濺射室中進(jìn)行，本底真空值可為5 X 10_5?2 X 10 _4Pa，具體可為8 X 10_5Pa，工作氣體為Ar氣，工作氣壓為0.8?2.0Pa，磁控濺射方式為直流濺射。
[0011]上述制備方法中，步驟I)中，所述磁控濺射的濺射靶為CoPt復(fù)合靶、Ag靶，所述CoPt復(fù)合革El中Co和Pt的原子比為1:1，所述CoPt復(fù)合革El派射速率可為0.1?0.2nm/s，具體可為0.12nm/s ;所述Ag革巴的派射速率可為0.1?0.3nm/s，具體可為0.21nm/s。磁控派射的過程中，先濺射CoPt層，后在其上濺射Ag層，得到CoPt/Ag薄膜。
[0012]所述襯底具體可為玻璃襯底、硅襯底和二氧化硅襯底中任一種。
[0013]上述制備方法中，步驟I)中，所述襯底/CoPt/Ag薄膜中，CoPt層的厚度可為10?20nm，具體可為15nm ;Ag層的厚度均可為3?5nm，具體可為5nm。
[0014]上述制備方法中，步驟2)中，所述熱處理具體可在真空退火爐中進(jìn)行退火；所述退火的真空值為5 X 1(Γ5?2 X 10 4Pa，具體可為2Χ l(T4Pa。
[0015]所述熱處理的溫度為500?700°C，具體可為600°C，時(shí)間為5?60min，具體可為30mino
[0016]上述制備方法中，步驟3)中，所述離子束刻蝕的條件如下:所述離子束刻蝕是在真空室內(nèi)進(jìn)行，本底真空值可為5X 10_5?5X 10 _4Pa，具體可為8X 10_5Pa ;工作氣體為Ar氣；工作氣壓為1.9Χ1(Γ2?2.0Xl(T2Pa，具體可為2.0XKT2Pa ;離子能量為300?500eV，具體可為300eV ;離子束流為50?IlOmA ;刻蝕時(shí)間為2?8min，具體可為4min。
[0017]上述制備方法中，步驟3)中，所述離子束刻蝕之前，還包括去除襯底/Lltl-C0PVAg薄膜/氧化鋁模板中氧化鋁模板表面的保護(hù)膠的步驟，具體可將其放置于60°C的丙酮中浸泡lOmin，即可去除。
[0018]上述制備方法中，步驟3)中，還包括去除離子束刻蝕后的襯底/Llc1-CoPVAg薄膜/氧化鋁模板中氧化鋁模板的步驟，具體方法如下:將其置于丙酮或者0.5?1.0mol/L，具體可為0.5mol/L氫氧化鈉水溶液中超聲，即可去除。
[0019]上述制備方法中，步驟3)中，所述雙通多孔氧化鋁模板是采用兩步陽極氧化法而制備得到，具體制備方法如下:鋁片為陽極，石墨板為陰極，在電解液中進(jìn)行第一次陽極氧化，之后去除鋁片上的多孔氧化鋁層，于電解液中進(jìn)行第二次陽極氧化，在上述得到的多孔氧化鋁模板的正面旋涂保護(hù)膠，分別去除模板底部的鋁基和阻擋層，即可得到雙通多孔氧化鋁模板。該雙通多孔氧化鋁模板為規(guī)則有序的納米多孔陣列結(jié)構(gòu)。
[0020]當(dāng)所述電解液為草酸水溶液、且其摩爾濃度為0.3mol/L時(shí)，兩步陽極氧化法的條件如下:
[0021]所述第一次陽極氧化的電壓為30?40V，具體可為40V，時(shí)間為2?4h，具體可為2h，溫度為O?10°C，具體可為0°C。
[0022]所述第二次陽極氧化的電壓為30?40V，具體可為40V，時(shí)間為I?5min，具體可為3min，溫度為O?10°C，具體可為0°C。
[0023]當(dāng)所述電解液為硫酸水溶液，且其摩爾濃度為0.3mol/L時(shí)，兩步陽極氧化法的條件如下:
[0024]所述第一次陽極氧化的電壓為20?25V，具體可為20V，時(shí)間為3?6h，具體可為3h，溫度為O?10°C，具體可為0°C。
[0025]所述第二次陽極氧化的電壓為20?25V，具體可為20V，時(shí)間為2?6min，具體可為4min，溫度為O?10°C，具體可為0°C。
[0026]所述去除鋁片上的多孔氧化鋁層可具體按如下方法進(jìn)行:在磷酸、鉻酸和水的混合液中浸泡4?10h，即可去除多孔氧化鋁層，浸泡的時(shí)間具體可為4h，其中，混合液中磷酸的質(zhì)量百分含量為6.0%，絡(luò)酸的質(zhì)量百分含量為1.8%。
[0027]所述在多孔氧化鋁模板的正面旋涂保護(hù)膠，具體可采用勻膠機(jī)將PMMA膠均勻的甩到所述多孔氧化鋁模板的正面。
[0028]所述去除模板底部的鋁基和阻擋層可具體按如下方法進(jìn)行:將表面旋涂保護(hù)膠的多孔氧化鋁模板先置于體積比為4:1的飽和氯化銅和鹽酸的混合水溶液中，去除鋁基；再置于30?50°C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的磷酸水溶液中浸泡20-50min，去除阻擋層。
[0029]所述鋁片的純度大于99.9 %。
[0030]所述雙通多孔氧化銷模板的厚度為150?300nm，孔徑為20?50nm，孔間距為50-100nm。所述雙通多孔氧化鋁模板為超薄結(jié)構(gòu)的膜。
[0031]當(dāng)然，本發(fā)明所述的制備方法不但適用于Llc1-CoPt磁性納米反點(diǎn)陣列膜，同樣適用于其它與其性質(zhì)類似的磁性納米反點(diǎn)陣列膜的制備，如=Llc1-FePt, Ll0-FePd磁性納米反點(diǎn)陣列膜等。
[0032]本發(fā)明所制備得到的磁性納米反點(diǎn)陣列膜也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。