專利名稱：制造氧化鋁納米孔陣列的方法、及制造磁記錄介質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造可用于構(gòu)造各種納米器件的鋁薄膜的方法，該納 米器件包括構(gòu)建成諸如計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)設(shè)備之類的各種磁性記錄設(shè)備的 磁記錄介質(zhì)。本發(fā)明附加地涉及一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法、以及 一種使用由此生產(chǎn)出的鋁薄膜制造磁記錄介質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
伴隨著磁盤中高密度存儲(chǔ)器的最近趨勢(shì)而來(lái)的是磁記錄方法從常規(guī)的 面內(nèi)記錄(縱向記錄)向垂直記錄的轉(zhuǎn)變。垂直記錄方法的開(kāi)發(fā)己顯著地
改進(jìn)了記錄密度。使用面內(nèi)記錄時(shí)，記錄密度的上限約為100千兆位/平方 英寸(GB/in2)，而當(dāng)今的記錄密度已超過(guò)400GB/in2。
然而，第一代簡(jiǎn)單垂直記錄方法中可達(dá)到的記錄密度的限值是400 GB/in2。其理由如下增大記錄密度需要位大小變得更小。然而，在位大小 被減小時(shí)，由于熱波動(dòng)、即磁化的隨機(jī)反轉(zhuǎn)引起的位劣化具有上升趨勢(shì)。 滿足以下公式(1)是用于防止由這種熱波動(dòng)引起的位劣化的必要條件。
M〉60 ①
在公式(l)中，Ku是單軸磁各向異性常數(shù)，V是磁記錄層每位的體積， k是玻耳茲曼常數(shù)，而T是絕對(duì)溫度。公式(1)的右側(cè)稱為熱穩(wěn)定性指數(shù)。
艮P，為克服隨著位大小變小的體積V的不可避免的減小而引起的熱波 動(dòng)的不穩(wěn)定性，有必要增大熱穩(wěn)定性指數(shù)。如果工作溫度固定，則必須增 大單軸磁各向異性常數(shù)Ku的值。
Ku是取決于磁性材料的常數(shù)，且適用于公式(2)中的關(guān)系。<formula>formula see original document page 4</formula>
在這里，He是磁矯頑力，Ms是飽和磁化強(qiáng)度，且Nz和Ny分別是Z方
向和y方向上的去磁系數(shù)。
從以上公式(2)顯然可見(jiàn)，磁矯頑力Hc與Ku具有正相關(guān)性。艮卩，如 果如上所述為克服熱波動(dòng)而選擇具有大Ku的磁性材料，則表示反轉(zhuǎn)磁化的 磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁矯頑力He也增大，這使得磁頭更難以反轉(zhuǎn)磁化，且依次使得 信息更難以寫(xiě)入磁記錄介質(zhì)。諸如"與更高密度相關(guān)聯(lián)的體積的減小"、 "記錄的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與熱波動(dòng)"、以及"由更高磁矯頑力Hc引起的記錄困 難"之類的挑戰(zhàn)都復(fù)雜地糾纏在一起，從而呈現(xiàn)出僅通過(guò)早期方法的延伸 不可能實(shí)現(xiàn)更高密度記錄的解決方案的"三難選擇"。
最近為解決這種三難選擇已提出多種方法。在這些方法中， 一種有前 景的方法是熱輔助磁記錄。
熱輔助磁記錄通過(guò)克服"由更高磁矯頑力Hc引起的記錄困難"而不解 決其他兩個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)解決上述三難選擇。具體地，在用磁頭將信息寫(xiě)入使用
高He材料的磁記錄介質(zhì)的每一刻，通過(guò)用光短期輻照加熱該磁記錄介質(zhì)以
短時(shí)間地降低該記錄介質(zhì)的Hc，從而使得即使以低磁場(chǎng)執(zhí)行寫(xiě)入也成為可
能?？赏ㄟ^(guò)再一次在由熱波動(dòng)引起的位劣化不會(huì)發(fā)生的足夠短的時(shí)間內(nèi)冷
卻到讀取溫度來(lái)確保針對(duì)熱波動(dòng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
這樣，已開(kāi)始對(duì)作為下一代垂直記錄系統(tǒng)的熱輔助磁記錄系統(tǒng)模型作
研究和開(kāi)發(fā)，且有跡象表明在理論上可能實(shí)現(xiàn)超過(guò)1兆兆位/平方英寸 (TB/in2)的記錄密度。熱輔助磁記錄在理論上具有大的潛力，因而是下一
代垂直記錄系統(tǒng)的有前景候選(參見(jiàn)例如，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.
2006-12249;日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2003-45004;以及Fujitsu, 58， No. 1，
第85-89頁(yè)(2007))。
然而，目標(biāo)在于實(shí)用開(kāi)發(fā)的仔細(xì)研究已揭示了多個(gè)問(wèn)題。
例如，如果磁記錄介質(zhì)是類似迄今已使用的磁膜之類的連續(xù)介質(zhì)，則
在這種加熱期間可能發(fā)生的問(wèn)題包括相鄰位的溫度也會(huì)升高、以及無(wú)法實(shí)
現(xiàn)充分的磁分離。
如果位可在熱絕緣的同時(shí)磁分離，則可解決以上各問(wèn)題。因而現(xiàn)在正
4在嘗試采用目標(biāo)在于磁分離所有位的稱為"位圖介質(zhì)"(BPM)的概念。
已對(duì)位圖介質(zhì)提出了數(shù)種方法，它們中的一種是采用氧化鋁納米孔(氧 化鋁=鋁氧化物)的位圖介質(zhì)。雖然與氧化鋁納米孔有關(guān)的專利申請(qǐng)已提
交了很多年(參見(jiàn)，例如日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. S61-261816; Fujitsu, 58， No. 1，第90-98頁(yè)(2007); Heisei 15 (2003) Kanagawa Academy of Science and Technology, The Masuda "Nanohole Array" Project Research Report;以及 Abstracts of the Spring 2004 Meeting of the Electrochemical Society of Japan, itemlA28)，但是最近特別由于常規(guī)面內(nèi)磁記錄向垂直磁記錄的轉(zhuǎn)變、以及 對(duì)具有超過(guò)1 TB/ii^的記錄密度的磁記錄介質(zhì)的強(qiáng)烈需求，現(xiàn)在正對(duì)采用 氧化鋁納米孔的BPM進(jìn)行重新技術(shù)評(píng)估。
氧化鋁納米孔與其他BPM形成方法的不同之處在于它們具有以下特 性(a)到(c):
(a) 將其中已通過(guò)微型制造構(gòu)建了無(wú)數(shù)凸起的規(guī)則陣列的金屬壓?；?類似物壓向鋁薄膜以形成微凹點(diǎn)，這些微凹點(diǎn)然后用作其中氧化鋁納米孔 以自組織方式形成的陽(yáng)極氧化的起始點(diǎn)。
(b) 氧化鋁納米孔是以受控陣列存在且通過(guò)氧化鋁分隔的納米孔組。 通過(guò)使用電鍍工藝或類似工藝用磁性材料填充這些納米孔，可形成其中一 個(gè)納米孔對(duì)應(yīng)于一位的磁記錄介質(zhì)。
(c) 因?yàn)槠渲幸研纬裳趸X納米孔的氧化鋁是非磁性的并具有非常低 的熱傳導(dǎo)率的材料，所以填充到相應(yīng)納米孔中的磁性材料的個(gè)體可被磁分 離和熱絕緣，從而產(chǎn)生用于熱輔助BPM工藝的理想結(jié)構(gòu)。
然而，即使在具有這種出色特性的氧化鋁納米孔中，通過(guò)進(jìn)一步研究 也己涌現(xiàn)出多個(gè)問(wèn)題。
一個(gè)這樣的問(wèn)題在為了形成具有最少缺陷的直徑約為20 nm的納米孔 而增加用于形成鋁膜的鋁原材料的純度并且減少雜質(zhì)的努力過(guò)程中已經(jīng)變 得顯而易見(jiàn)。即，也如在Abstracts of the Spring 2004 Meeting of the Electrochemical Society of Japan, item 1A28中所指出的，鋁原材料的純度越 高，則晶粒生長(zhǎng)在由此形成的鋁膜中繼續(xù)的趨勢(shì)就越大，從而導(dǎo)致膜的表 面平滑度的顯著損失，且因而使得均勻地形成作為氧化鋁納米孔的起始點(diǎn)的深度為數(shù)納米的凹點(diǎn)變得困難。
引用一個(gè)示例，在使用99.99%純度的鋁靶在室溫下在硅基板上形成厚 度為100nm的鋁薄膜時(shí)，其算術(shù)平均粗糙度(Ra)獲得2nm的值。在2nm 的Ra值下，表面具有通常為15nm的最大粗糙度(Rmax)。即使嘗試在具 有這種不規(guī)則表面的鋁薄膜上以20nm為間隔形成深度為數(shù)納米的凹點(diǎn)，過(guò) 分大的表面不規(guī)則性也使得獲得均勻的凹點(diǎn)變得不可能。
因而已找出一種在膜形成期間抑制晶粒生長(zhǎng)的方法，以便于改進(jìn)鋁薄 膜上的表面平滑度并降低表面不規(guī)則性，以使例如Rmax為3 nm或更小。 例如，Abstracts of the Spring 2004 Meeting of the Electrochemical Society of Japan, item 1A28描述了通過(guò)涉及將雜質(zhì)添加到鋁的合金工藝來(lái)抑制晶粒生 長(zhǎng)的嘗試。此參考文獻(xiàn)描述了添加2重量百分比(wt%)到10wt^的鎂以 形成鋁一鎂(Al-Mg)合金。此外，此時(shí)在大多數(shù)研究實(shí)驗(yàn)室作出的形成納 米孔的努力的目標(biāo)在于使用壓?；蚰＞咴谥睆綖榧s1英寸的小直徑基板上 形成凹點(diǎn)，或在2.5英寸基板上的局部區(qū)域內(nèi)形成凹點(diǎn)時(shí)，由使用Al-Mg 合金引起的有害效果并未特別引起注意。
然而，如之后在本說(shuō)明書(shū)中會(huì)更詳細(xì)說(shuō)明地，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在涉及 將雜質(zhì)添加到鋁的合金工藝的晶粒生長(zhǎng)抑制方法中，鋁薄膜的維氏硬度增 大，結(jié)果形成用作氧化鋁納米孔的起始點(diǎn)的凹點(diǎn)所需的壓力是純鋁所需壓 力的三倍到四倍。因而有發(fā)生金屬凸起的磨損或損壞的傾向，預(yù)示了會(huì)縮 短壓?；蚰＞叩膲勖?。另外的關(guān)注點(diǎn)是形成凹點(diǎn)操作所需的更大的模制設(shè) 備。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用鋁薄膜制造氧化鋁納米孔陣列 的方法，其中即使在使用高純度鋁材料時(shí)在膜形成期間的晶粒生長(zhǎng)也可被 抑制，因而給所形成的薄膜以改進(jìn)的表面平滑度。本發(fā)明的另一目的是提 供一種使用這種氧化鋁納米孔陣列制造磁記錄介質(zhì)的方法。
本發(fā)明的優(yōu)選目的是提供一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，該方法 能改進(jìn)所形成的鋁薄膜的表面平滑度、并且同時(shí)能進(jìn)一步減小形成用于形成氧化鋁納米孔所要用的凹點(diǎn)所需的壓力，由此能延長(zhǎng)由金屬或類似物制 成的壓模的壽命并能減小模制設(shè)備的大小。本發(fā)明的另一優(yōu)選目的是提供 一種使用這種氧化鋁納米孔陣列制造磁記錄介質(zhì)的方法。
在第一方面，本發(fā)明涉及一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，該方法 包括以下步驟
(1) 在-80。C或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜，以及
(2) 陽(yáng)極氧化鋁薄膜； 以及通過(guò)這種方法制造的氧化鋁納米孔陣列。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，該方法 包括以下步驟
(1) 在-80。C或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜，
(2) 通過(guò)將其上具有有序凸起陣列的壓模壓向鋁薄膜以在該鋁薄膜上 形成凹點(diǎn)來(lái)使鋁薄膜具有紋理，以及
(3) 陽(yáng)極氧化鋁薄膜； 以及通過(guò)這種方法制造的氧化鋁納米孔陣列。
在第三方面，本發(fā)明涉及一種制造磁記錄介質(zhì)的方法，該方法包括在 用上述方法制造的氧化鋁納米孔陣列內(nèi)的孔中形成磁性層的步驟，還涉及 通過(guò)這種方法制造的磁性記錄介質(zhì)。
通過(guò)采用本發(fā)明的制造方法，即使在將例如高純度鋁用作鋁材料時(shí)，
鋁薄膜的最大表面粗糙度(Rmax)可被保持在低值。
優(yōu)選地，通過(guò)將高純度鋁用作鋁材料，鋁薄膜的維氏硬度可被保持在 低值。
此外，發(fā)現(xiàn)在通過(guò)使用壓?；蚰＞邏合蛴眠@種方法生產(chǎn)出的高純度鋁 薄膜來(lái)形成微凹點(diǎn)時(shí)，僅為在室溫下定形相同高純度鋁薄膜所需壓力的50 %的150。C和200。C之間溫度下的壓力能夠滿足。結(jié)果，延長(zhǎng)壓模或模具 的壽命并減小模制設(shè)備的大小、制造可被穩(wěn)定供應(yīng)的低成本氧化鋁納米孔 BPM型數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)成為可能。
通過(guò)使用以這種方式獲得的鋁薄膜中的微凹點(diǎn)，可在2.5英寸基板的 整個(gè)表面上獲得以20nm間隔排列的氧化鋁納米孔陣列。通過(guò)用磁性材料填充此納米孔陣列，可制造出單個(gè)位大小為20nm的位圖介質(zhì)。


圖l是氧化鋁納米孔的示意圖2是示出對(duì)本發(fā)明非常重要的基板溫度和鋁薄膜的最大表面粗糙度
Rmax之間關(guān)系的曲線圖3是示出基板溫度和維氏硬度之間關(guān)系的曲線圖；以及
圖4是示出通過(guò)本發(fā)明方法形成的純鋁薄膜的維氏硬度隨溫度的變
化、還示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的Al-Mg合金薄膜的相應(yīng)變化以供參考的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
I.本發(fā)明的第一方面
本發(fā)明的第一方面提供一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，該方法包 括以下步驟
(1) 在-80。C或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜，以及
(2) 陽(yáng)極氧化該鋁薄膜； 并且還提供通過(guò)這種方法制造的氧化鋁納米孔陣列。
A.步驟(1):
(a) 在此步驟中，鋁薄膜在-80。C或更低的基板溫度下在基板上形成。
(b) 如上所簡(jiǎn)述地，當(dāng)嘗試在2.5英寸基板的整個(gè)表面上用壓模在鋁 薄膜中形成凹點(diǎn)時(shí)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在高純度鋁的整個(gè)表面上形成凹點(diǎn)所需 的壓力為200千克(kg)，而在已添加8 wt^的鎂的鋁薄膜的整個(gè)表面上 形成凹點(diǎn)所需的壓力如在Abstracts of the Spring 2004 Meeting of the Electrochemical Society of Japan, item 1A28中所述是800 kg，其為前者的四 倍之高。
在檢査其原因時(shí)變得清楚的是，即使將極小量的諸如鎂之類的雜質(zhì)添 加到鋁中也會(huì)突然升高維氏硬度，使得在形成凹點(diǎn)時(shí)有必要施加較高的力。 較高的鋁合金薄膜硬度具有許多有害效果，諸如導(dǎo)致對(duì)壓模中的形成凹點(diǎn) (pit-forming)用凸起的磨損和損壞、以及需要使用更大的模制設(shè)備。因此，本步驟的目的是使得使用例如高純度鋁作為鋁材料來(lái)代替采取 涉及添加雜質(zhì)的方法而在基板上產(chǎn)生的鋁薄膜上獲得表面平滑性成為可 能。
(c) 本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在-80。C或更低的鋁膜形成期間的基板溫度下即 使在使用高純度鋁材料時(shí)也可實(shí)現(xiàn)3nm或更低的Rmax (參見(jiàn)以下示例1 和圖2)。同時(shí)，本發(fā)明人已確認(rèn)在這種溫度下形成的鋁薄膜的維氏硬度約 為0.78吉帕(GPa)，這與室溫下形成的鋁膜的維氏硬度基本無(wú)改變(參 見(jiàn)以下示例2和圖3)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，不必使用在Abstracts of the Spring 2004 Meeting of the Electrochemical Society of Japan, item 1A28中描述的添加雜 質(zhì)的方法就能在鋁薄膜中獲得優(yōu)良的表面平滑度是可能的，該添加雜質(zhì)的 方法具有突然增大維氏硬度的不合需要的效果。
術(shù)語(yǔ)"基板溫度"在這里指的是受諸如安裝到其上附連有基板的載物 臺(tái)表面的溫度測(cè)量電阻之類的傳感器控制、并通過(guò)校正實(shí)際基板溫度和載 物臺(tái)表面溫度之間的差異所獲得的基板溫度。
(d) 在本步驟中可優(yōu)選使用單晶硅基板作為其上形成有鋁薄膜的基 板。然而，通過(guò)在鋁薄膜形成之前在表面上沉積金或之類的導(dǎo)電薄膜、從 而避免在用于制造氧化鋁納米孔的陽(yáng)極氧化處理的后續(xù)步驟中產(chǎn)生的特殊 問(wèn)題，甚至可有利地使用諸如玻璃基板之類的絕緣材料。
(e) 在本步驟中可用來(lái)在基板上形成鋁薄膜的常用方法包括各種已知 的金屬薄膜形成方法，諸如電阻加熱沉積、電子束汽相沉積和原子層沉積。 然而，從如能夠獲得具有高粘附性的膜、好的再現(xiàn)性之類的因素的觀點(diǎn)來(lái) 看，優(yōu)選使用濺射工藝。
在濺射工藝中，要形成薄膜的金屬被作為靶放置在真空腔內(nèi)，并受到 通過(guò)施加高壓被電離的稀有氣體(例如氬)的轟擊。靶表面的原子通過(guò)這 種碰撞被擊落靶，并行進(jìn)到基板，使得成膜發(fā)生。
(f) 優(yōu)選以這種方式選擇用作鋁薄膜的原材料的鋁材料的純度使得
包括在后續(xù)的形成紋理步驟期間發(fā)生壓模磨損或損壞更大的傾向以及不能 使氧化鋁納米孔均勻的有害效果不會(huì)因所形成的鋁薄膜的維氏硬度的增大而發(fā)生。從后續(xù)的形成紋理步驟中壓模的壽命以及氧化鋁納米孔的均勻形
成的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選使用高純度鋁、尤其是具有至少99.9%純度的鋁。從 經(jīng)濟(jì)因素的觀點(diǎn)來(lái)看，可認(rèn)為99.999%的純度是必要和充分的。
(g)在此步驟中，可獲得具有從10nm到3000nm厚度的鋁薄膜。 B.步驟(2):
在步驟(2)中，通過(guò)陽(yáng)極氧化已在以上步驟(1)中形成的鋁薄膜來(lái) 制造氧化鋁納米孔陣列。
(a) 在硫酸、草酸、磷酸或類似物的溶液中陽(yáng)極氧化鋁薄膜導(dǎo)致如圖 1所示的由具有無(wú)數(shù)垂直于鋁膜的孔的多孔層，和存在于孔的底部并與鋁薄 膜接觸的圓形阻擋層構(gòu)成的多孔陽(yáng)極氧化膜的形成。
該多孔陽(yáng)極氧化膜具有六角單元結(jié)構(gòu)。各六角單元的直徑可受所施加 的電壓控制；增大所施加的電壓就增大直徑。膜厚度受陽(yáng)極氧化時(shí)間和電 流密度控制。增大陽(yáng)極氧化時(shí)間和/或電流密度能使膜厚度增大。結(jié)果，多 孔層內(nèi)形成的納米孔的深度也增大。氧化鋁六角單元中所形成的納米孔的 直徑可不相關(guān)于陽(yáng)極氧化條件通過(guò)陽(yáng)極氧化之后的孔加寬處理調(diào)整。孔加 寬處理通常通過(guò)浸入0.5%氫氧化鈉的水溶液中約5到IO分鐘來(lái)執(zhí)行。
在以這種方式生產(chǎn)的氧化鋁納米孔陣列中，因?yàn)槿缟纤?，六角單?結(jié)構(gòu)的直徑與所施加電壓成比例，所以在約1微米見(jiàn)方的區(qū)域中，氧化鋁 納米孔以圖1所示方式通過(guò)自組織排列成有序陣列。
(b) 陽(yáng)極氧化的一般條件包括使用例如草酸、硫酸或磷酸的酸性水溶 液作為電解溶液、0。C到30。C的溶液溫度、以及5V到IOOV的施加電壓。
II.本發(fā)明的第二方面 (a)本發(fā)明的第二方面提供一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，該方 法包括以下步驟-
(1) 在-80。C或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜，
(2) 通過(guò)將其上具有有序凸起陣列的壓模壓向鋁薄膜以在該薄膜上形 成凹點(diǎn)來(lái)使鋁薄膜具有紋理，以及
(3) 陽(yáng)極氧化鋁薄膜；
并且還提供通過(guò)這種方法制造的氧化鋁納米孔陣列。艮P，本發(fā)明的本方面另外包括在上述本發(fā)明第一方面的鋁薄膜陽(yáng)極 氧化步驟之前的其中通過(guò)其上具有有序凸起陣列的壓模在鋁薄膜上形成凹 點(diǎn)的形成紋理步驟。
(b) 如早先在本發(fā)明第一方面的描述中說(shuō)明地，在所形成的氧化鋁納 米孔陣列中，氧化鋁納米孔如圖1所示地通過(guò)自組織在約1微米見(jiàn)方區(qū)域 內(nèi)規(guī)則排列。然而，當(dāng)努力在大小大于1微米見(jiàn)方的鋁薄膜上形成氧化鋁 納米孔時(shí)，氧化鋁納米孔不呈現(xiàn)完美有序排列。
因此，在氧化鋁納米孔要以非常有序的陣列在具有這種大尺寸的鋁薄 膜上形成的情況下，如S. Shingubara, J. Nanoparticle Research 5，第17-30 頁(yè)(2003)中所示，執(zhí)行其中將具有所需排列小凸起的壓模壓向鋁薄膜以便 于形成凹點(diǎn)的形成紋理步驟，隨后執(zhí)行陽(yáng)極氧化處理是合乎需要的。
在開(kāi)始陽(yáng)極氧化時(shí)，電壓選擇性地集中在形成于鋁薄膜表面內(nèi)的微凹 點(diǎn)中，且通過(guò)這些用作起始點(diǎn)的凹點(diǎn)，氧化鋁納米孔形成，從而導(dǎo)致對(duì)應(yīng) 于壓模的小凸起的氧化鋁納米孔陣列的形成。
在這里，組成具有規(guī)則凸起陣列的壓模的材料的例示性示例包括電鑄 成形的鎳、硅、碳化硅和石英。
(c) 在本發(fā)明的本方面中，將高純度鋁、優(yōu)選具有至少99.9%純度 的鋁用作鋁薄膜的鋁材料，且通過(guò)壓模在-80。C或更低基板溫度下形成的鋁 薄膜上形成凹點(diǎn)在150°C和200°C之間的溫度下執(zhí)行也是有益的。
艮P，如以上所提及地，使用具有至少99.9%純度的鋁材料形成的鋁薄 膜具有0.78 GPa的維氏硬度，但是本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出這種低維氏硬度 的鋁薄膜的維氏硬度在125°C的溫度下經(jīng)歷突然且進(jìn)一步的降低，且在 150。C變成室溫下維氏硬度的一半(參見(jiàn)示例3和圖4)。另一方面，已添 加了諸如鎂之類的雜質(zhì)且具有更高維氏硬度的已知鋁膜不隨溫度經(jīng)歷維氏 硬度的大變化(參見(jiàn)示例3和圖4)，因而確認(rèn)維氏硬度的上述額外下降是 本發(fā)明的獨(dú)特效果。
因?yàn)殇X薄膜表面的氧化可通過(guò)在氧濃度控制環(huán)境中形成凹點(diǎn)來(lái)抑制， 所以超過(guò)200°C的凹點(diǎn)形成溫度也是可能的。然而，從消除額外設(shè)備的需 要的經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，優(yōu)選選擇200°C或更低的凹點(diǎn)形成溫度。這樣，通過(guò)在至少150°C、更優(yōu)選在150°C和200°C之間的凹點(diǎn)形成 溫度下在鋁薄膜上形成微凹點(diǎn)，在形成紋理步驟中壓模的磨損和損壞可進(jìn) 一步地被抑制，使得壓模的壽命進(jìn)一步被延長(zhǎng)。實(shí)際上，如示例4所示， 即使在1000次形成紋理操作之后，也沒(méi)有觀察到壓模變形或損壞，使得獲 得與初始形成的凹點(diǎn)形狀基本類似的凹點(diǎn)形狀成為可能。相反，在現(xiàn)有技 術(shù)的A1-Mg (8wt%Mg)薄膜中，在220次形成紋理操作之后，壓模上約 5%的小凸起中出現(xiàn)了變形或缺陷，標(biāo)志著有用壓模壽命的結(jié)束。
III.本發(fā)明的第三方面
(a)本發(fā)明的第三方面提供一種制造磁記錄介質(zhì)的方法，該方法包括在 可根據(jù)本發(fā)明的上述第一方面、優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明第二方面制造的氧化鋁納 米孔陣列內(nèi)的孔中形成磁性層的步驟。本發(fā)明的第三方面還提供通過(guò)這種 方法制造的磁記錄介質(zhì)。
(b) 通常通過(guò)諸如濺射之類的干法工藝來(lái)執(zhí)行硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)的 磁記錄介質(zhì)上的磁膜的形成。然而，在諸如直徑為約20nm直徑和深度為約 60nm到約100nm的氧化鋁納米孔之類的形狀的情況下，磁性材料在干法工 藝中不能進(jìn)入納米孔。因此，優(yōu)選通過(guò)電鍍工藝將諸如鈷一鉑(Co-Pt)之 類的磁性材料填充到納米孔內(nèi)。電鍍可通過(guò)其中硫酸鈷和六氯合鉑酸的混 合水溶液用作電鍍?nèi)芤旱慕涣麟姽に噲?zhí)行。
(c) 如上所提及地，在氧化鋁納米孔陣列中的孔內(nèi)形成磁性層之后， 執(zhí)行表面平面化和依次的類金剛石碳(DLC)膜和潤(rùn)滑膜的形成。可對(duì)由 此獲得的磁記錄材料(在示例7中，磁記錄材料具有Co-Pt填充的氧化鋁 納米孔)執(zhí)行磁特性、磁頭滑動(dòng)特性、以及讀/寫(xiě)特性的評(píng)估。
如也在示例7中所示，具有適于熱輔助磁記錄的性能的磁記錄介質(zhì)也 可通過(guò)本發(fā)明制造。
示例
本發(fā)明通過(guò)以下示例進(jìn)一步例示?？梢岳斫?，本發(fā)明不限于這些示例， 且可在本發(fā)明中作各種變化和修改而不背離本發(fā)明的精神和范圍。 示例1鋁薄膜的生產(chǎn)
如下生產(chǎn)用于以下各示例的鋁薄膜。
在具有配備有由液氮給料機(jī)和加熱機(jī)構(gòu)成的溫度控制系統(tǒng)的基板安裝
載物臺(tái)的濺射設(shè)備中，將2.5英寸單晶硅基板安裝到基板載物臺(tái)上，并在各 種基板溫度下執(zhí)行成膜。用于成膜的鋁靶具有6英寸的直徑和99.99%的純 度。成膜條件被設(shè)置成60秒成膜時(shí)間和100nm鋁膜厚度。
圖2示出在從-196° C(液氮溫度)到40。 C的基板溫度下生產(chǎn)的鋁薄 膜的最大表面粗糙度(Rmax)的測(cè)量結(jié)果。在-80。C或更低的基板溫度下， Rmax為約3nm，從這可發(fā)現(xiàn)用其上具有凹點(diǎn)形成凸起的壓模在基板的整個(gè) 表面上均勻地形成數(shù)納米的凹點(diǎn)是可能的。
在這里，"Rmax"指的是如用原子力顯微鏡法(AFM)測(cè)量的針對(duì)鋁 薄膜上的表面不規(guī)則性的距離中線的最大高度。
示例2
鋁薄膜維氏硬度與基板溫度的相關(guān)性
在示例1中所示的條件下，對(duì)在-196。C基板溫度下生產(chǎn)的具有100nm 膜厚度的純鋁薄膜(根據(jù)本發(fā)明的示例)以及以除使用由Al-Mg(8wt%Mg) 構(gòu)成的鋁靶代替具有99.99%純度的鋁靶之外與示例1相同的方法在30°C 基板溫度下生產(chǎn)的具有100nm膜厚度的Al-Mg (8wt%Mg)薄膜(根據(jù)對(duì) 比示例)的維氏硬度與溫度的相關(guān)性進(jìn)行了研究。結(jié)果在圖3中示出。
發(fā)現(xiàn)維氏硬度基本為常數(shù)，與基板溫度無(wú)關(guān)。在使用純鋁的本發(fā)明示 例中獲得的薄膜中，維氏硬度為約0.78 GPa。相反，在使用Al-Mg合金(8wt %Mg)的比較示例中獲得的薄膜中，維氏硬度為3.1 GPa，為由純鋁制成 的薄膜的維氏硬度的四倍。同樣，在后一情況下，維氏硬度基本不隨基板 溫度而改變。
這些結(jié)果證明在本發(fā)明中，可在保持純鋁的低維氏硬度特性的同時(shí)實(shí) 現(xiàn)表面平滑性。
在這里，用標(biāo)準(zhǔn)的顯微維氏硬度檢測(cè)器測(cè)量維氏硬度。 示例3
鋁薄膜的維氏硬度與凹點(diǎn)形成(形成紋理)溫度的相關(guān)性對(duì)根據(jù)本發(fā)明使用示例2中純鋁生產(chǎn)的薄膜的維氏硬度、以及根據(jù)對(duì)
比示例使用Al-Mg (8 wt^鎂)合金生產(chǎn)的薄膜的維氏硬度與凹點(diǎn)形成(形 成紋理)溫度的相關(guān)性進(jìn)行研究。結(jié)果在圖4中示出。
在Al-Mg薄膜中，即使溫度升高到200°C時(shí)維氏硬度也不降低。相反， 在根據(jù)本發(fā)明-196。C的基板溫度下從純鋁生產(chǎn)鋁薄膜時(shí)，維氏硬度在100。C 或更高溫度下突然降低，且在150°C到200°C的溫度下變成室溫維氏硬度 值的約50%。
基于此數(shù)據(jù)，在將凹點(diǎn)形成壓模和在-196。C基板溫度下生產(chǎn)的具有 100nm厚度的純鋁薄膜保持在150。C的同時(shí)執(zhí)行模制時(shí)，與維氏硬度一樣、 即使在低的凹點(diǎn)形成壓力下也可形成凹點(diǎn)。在這里，凹點(diǎn)形成壓力是100kg， 這是室溫所需的200kg壓力的一半。
本發(fā)明中，不僅在-196。C的基板溫度下確認(rèn)類似效果，而且在-80。C 下也確認(rèn)類似效果。
示例4
在鋁薄膜形成紋理步驟中的壓模耐久性試驗(yàn)
使用由電鑄鎳制成的同一壓模反復(fù)制造如示例3所述(基板溫度， -80°C;凹點(diǎn)形成溫度，150°C)形成的有凹點(diǎn)的鋁薄膜，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)確 定在壓模不變形的情況下可執(zhí)行的形成凹點(diǎn)的次數(shù)。
結(jié)果，在-80。C執(zhí)行成膜并在150。C執(zhí)行凹點(diǎn)形成(形成紋理)時(shí)，壓 模能夠保持初始形狀而基本沒(méi)有壓模變形或損壞，直到IOOO次的形成紋理 操作。相反，在使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的Al-Mg (8wt免鎂)薄膜時(shí)，在220次 的形成紋理操作之后，壓模中約5免的小凸起中有出現(xiàn)變形或其他缺陷，標(biāo) 志著有用壓模壽命的結(jié)束。
這些結(jié)果清楚地證明本發(fā)明的有效性和實(shí)用性。
示例5
氧化鋁納米孔陣列的制造
通過(guò)在示例1和2中形成的根據(jù)本發(fā)明的所有有凹點(diǎn)的鋁薄膜上的陽(yáng) 極氧化來(lái)執(zhí)行氧化鋁納米孔的形成。
陽(yáng)極氧化中所使用的溶液是含3.5%草酸的水溶液，并且執(zhí)行85秒的處理的同時(shí)控制該處理?xiàng)l件如下溶液溫度，5±1°<:;所施加的電壓，18.8±0.1 V;電流密度，10mA/cii^。此處理在2.5英寸基板的整個(gè)表面上間距為20nm 地產(chǎn)生直徑為20nm的六角單元結(jié)構(gòu)陣列。
陽(yáng)極氧化處理之后的氧化鋁納米孔具有約6nm的直徑。為便于磁性材 料通過(guò)電鍍進(jìn)入這些納米孔，執(zhí)行其中氧化鋁納米孔直徑被加寬成14nm的 預(yù)加寬處理?？准訉捥幚硗ㄟ^(guò)將經(jīng)陽(yáng)極氧化的基板浸入溫度被控制成 50±2。C的0.5%氫氧化鈉的水溶液中5分鐘來(lái)執(zhí)行。
示例6
磁記錄介質(zhì)的制造(1)
接著，執(zhí)行其中用Co-Pt磁性材料通過(guò)交流電鍍工藝對(duì)直到示例3所 生產(chǎn)的氧化鋁納米孔進(jìn)行填充的填充處理。
通過(guò)將含5%硫酸鈷和15%六氯合鉑酸的混合水溶液用作電鍍液、同時(shí) 施加10V的交流電來(lái)執(zhí)行電鍍60秒，由此用Co-Pt磁性材料填充氧化鋁納 米孔。
因?yàn)殡婂兒筲捄豌K是隨機(jī)排列的，所以為引發(fā)從此狀態(tài)到能夠?qū)崿F(xiàn)高 Ku的Ll。結(jié)構(gòu)的相變，在真空中執(zhí)行30分鐘的500°C熱處理。然后測(cè)量 經(jīng)熱處理的材料的磁光克爾效應(yīng)。從此材料的磁矯頑力Hc來(lái)看，Ku被確認(rèn) 為2xl06 J/m3，這是接近具有Llo結(jié)構(gòu)的體Co-Pt的Ku值的值(體Co-Pt 的Ku=5xl06 J/m3)。
示例7
磁記錄介質(zhì)的制造(2)
在示例6中制造的磁記錄介質(zhì)中，氧化鋁納米孔已通過(guò)電鍍操作使用 也存在于基板表面上的Co-Pt磁性材料來(lái)填充。
為了實(shí)現(xiàn)平滑的表面，使用離子束蝕刻系統(tǒng)執(zhí)行通過(guò)氬研磨的平面化， 在這之后類金剛石碳(DLC)膜、然后是潤(rùn)滑層被沉積到該表面上。
用這種方式制造的介質(zhì)的滑動(dòng)特性是通過(guò)在10nm的滑動(dòng)高度執(zhí)行滑 動(dòng)高度試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)的。結(jié)果指示在示例6從用磁性材料填充的氧化鋁納米 孔中制造的位圖介質(zhì)(BPM)的滑動(dòng)特性沒(méi)有引起任何問(wèn)題。
然后，使用讀/寫(xiě)磁頭檢查磁特性，從中確認(rèn)可執(zhí)行磁性寫(xiě)入和讀取操作。
因?yàn)樵谶@里使用的讀/寫(xiě)磁頭相比氧化鋁納米孔的大小(20nm直徑) 非常大，所以不可能確定單個(gè)氧化鋁納米孔是否對(duì)應(yīng)于一位。因而使用磁 力顯微鏡(MFM)來(lái)確認(rèn)單個(gè)氧化鋁納米孔是否對(duì)應(yīng)于一位，于是如所期 待地，發(fā)現(xiàn)單個(gè)氧化鋁納米孔確實(shí)對(duì)應(yīng)于一位。
因?yàn)樯鲜鼋Y(jié)果確認(rèn)通過(guò)以上示例中所述的過(guò)程制造的位圖介質(zhì)(BPM)
具有20nm大小的氧化鋁納米孔，且各個(gè)納米孔對(duì)應(yīng)于一位并具有與體 Co-Pt磁性材料相當(dāng)?shù)腒u值，所以這些介質(zhì)可被認(rèn)為具有適于熱輔助磁記 錄的性能。
通過(guò)本發(fā)明的方法制造的氧化鋁納米孔陣列可用于構(gòu)造各種納米器 件，并且尤其適于制造高密度磁記錄介質(zhì)。
權(quán)利要求
1. 一種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，包括以下步驟(1)在-80℃或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜；以及(2)陽(yáng)極氧化所述鋁薄膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的氧化鋁納米孔陣列的制造方法，其特征在于，所 述鋁薄膜由具有至少99.9%鋁純度的鋁材料構(gòu)成。
3. —種制造氧化鋁納米孔陣列的方法，依次包括以下步驟(1) 在-80° C或更低的基板溫度下在基板上形成鋁薄膜；(2) 通過(guò)將其上具有有序凸起陣列的壓模壓向所述鋁薄膜以在所述鋁 薄膜上形成凹點(diǎn)，由此使所述鋁薄膜具有紋理；以及(3) 陽(yáng)極氧化所述鋁薄膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的制造氧化鋁納米孔陣列的方法，其特征在于，所 述鋁薄膜由具有至少99.9%純度的鋁材料構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求4所述的制造氧化鋁納米孔陣列的方法，其特征在于，在 執(zhí)行所述形成紋理步驟(2)的同時(shí)將所述壓模和所述鋁薄膜保持在150° C至 200° C的溫度。
6. —種可通過(guò)如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制造方法制造的氧化鋁 納米孔陣列。
7. —種制造磁記錄介質(zhì)的方法，包括在如權(quán)利要求6所述的氧化鋁納米 孔陣列的孔內(nèi)形成磁性層的步驟。
8. —種通過(guò)如權(quán)利要求7所述的方法制造的磁記錄介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種由其表面平滑度被改進(jìn)的鋁薄膜構(gòu)成的氧化鋁納米孔的制造方法、優(yōu)選能減小用于為形成氧化鋁納米孔所用的凹點(diǎn)形成的壓力的氧化鋁納米孔陣列制造方法，以及一種使用這種氧化鋁納米孔的磁記錄介質(zhì)制造方法。通過(guò)其中陽(yáng)極氧化在-80℃或者更低基板溫度下在基板上形成的鋁薄膜、或者執(zhí)行其中在陽(yáng)極氧化之前使用模子來(lái)使鋁薄膜具有結(jié)構(gòu)同時(shí)將模子和鋁薄膜保持在150℃至200℃溫度的工藝的制造方法來(lái)制造氧化鋁納米孔陣列。
文檔編號(hào)C25D11/04GK101451259SQ20081018431
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者津田孝一 申請(qǐng)人:富士電機(jī)電子技術(shù)株式會(huì)社