本發(fā)明屬磁存儲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交換耦合復(fù)合磁記錄介質(zhì)，可用作高密度硬盤等存儲設(shè)備上。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)據(jù)時代的來臨，人類所需要存儲的信息呈爆炸式增長。存儲設(shè)備的容量已經(jīng)跟不上信息的增長速度，急需提高存儲設(shè)備的容量來滿足日益增長的數(shù)據(jù)存儲要求。硬盤作為存儲設(shè)備的中堅力量，一直深受青睞。但是受制于磁記錄介質(zhì)的超順磁效應(yīng)，其存儲密度已經(jīng)越來越來接近其極限1tb/in²。研究發(fā)現(xiàn)，l10-fept具有很高的垂直磁晶各向異性和較小的熱穩(wěn)定臨界晶粒尺寸，被認為是下一代超高密度存儲介質(zhì)的不二之選。但是，對單純的垂直磁記錄介質(zhì)(如l10-fept)而言，在外場由膜面的垂直方向連續(xù)變化到水平方向的過程中，介質(zhì)的翻轉(zhuǎn)場先減小后增大，在45°時介質(zhì)的翻轉(zhuǎn)場最小，這對磁記錄技術(shù)十分不利，因為在磁頭對介質(zhì)進行信息寫入時，容易擦除周圍的記錄位信號。而且，l10-fept具有較高的寫入場，不利于信息的寫入。近年來，基于l10-fept的交換耦合復(fù)合介質(zhì)(ecc)有效地解決了“trilemma”問題，使得硬/軟磁層交換耦合復(fù)合介質(zhì)在磁記錄領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。ecc結(jié)構(gòu)中軟磁層的引入降低了介質(zhì)的整體矯頑力，而硬磁層的高磁晶各向異性較好地保持存儲介質(zhì)的熱穩(wěn)定性，達到一舉兩得的目的，該結(jié)構(gòu)有望能夠大幅度地提高硬盤的存儲密度。

在磁記錄技術(shù)相關(guān)文獻中提到，隨著磁頭與記錄介質(zhì)的硬磁記錄層距離越來越大，硬磁層所獲得的磁場會大大減小甚至無法使其翻轉(zhuǎn)，這對信息的存儲極為不利。在熱輔助磁記錄技術(shù)中，激光直接照射記錄位加熱是為了使介質(zhì)矯頑力降低，而在傳統(tǒng)ecc結(jié)構(gòu)中激光是無法直接照射硬磁層。如果熱輔助磁記錄技術(shù)應(yīng)用于ecc薄膜，激光直接照射在硬磁層上使其矯頑力降低，則會更加容易實現(xiàn)其磁矩的翻轉(zhuǎn)。因此作者發(fā)明了在襯底上先外延生長軟磁層，然后再沉積硬磁層的ecc薄膜，即軟磁層在下、硬磁層在上。

參考文獻：

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技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型的交換耦合復(fù)合磁記錄介質(zhì)，以解決磁記錄技術(shù)中磁頭與記錄介質(zhì)距離增大導(dǎo)致磁場減弱的問題，滿足高密度硬盤的需要。

本發(fā)明提供的交換耦合復(fù)合磁記錄介質(zhì)，是一種軟磁層在下、硬磁層在上的交換耦合復(fù)合膜，從下到上依次是：軟磁層、中間層、硬磁層和保護層；其中，襯底采用單晶mgo(001)，軟磁層為厚度t可變的feru層，其中，t=3.0,5.0,7.0,10.0,15.0nm，中間層為3.0±0.1nm厚的pt層，硬磁層為具有高垂直磁各向異性的5.0±0.1nml10-fept，保護層為3.0±0.1nm厚的pt層，記為feru/pt/l10-fept。

本發(fā)明首先解決的問題是如何在軟磁層feru上生長高有序度的硬磁層l10-fept。研究發(fā)現(xiàn)，在軟磁層feru與硬磁層fept之間加入3.0nm的非磁性中間層pt，不僅彌補了feru與fept界面的晶格失配度，而且還能抑制高溫下fe向fept層擴散，使得fept層實現(xiàn)外延有序生長。實驗測量發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)中硬磁層l10-fept的有序度最高接近1。其次，通過調(diào)控軟磁層feru的厚度，研究復(fù)合薄膜矯頑力與軟磁層厚度的變化關(guān)系，我們得出最佳的軟磁層厚度為10.0nm，此時復(fù)合薄膜的整體矯頑力降低至2.2koe，極大地降低了介質(zhì)的寫入場。最后，對feru(10.0nm)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜的矯頑力角度特性研究發(fā)現(xiàn)，在0°-60°內(nèi)薄膜擁有良好的角度包容性，使得磁頭對記錄介質(zhì)寫入時不會影響其他記錄位的狀態(tài)。

本發(fā)明提出的新型交換耦合復(fù)合磁性薄膜結(jié)構(gòu)，從下至上依次是：軟磁層、中間層、硬磁層和保護層，如圖1所示。襯底采用單晶mgo(001)基片，軟磁層為厚度t可變的feru層，其中t為3.0-15.0nm（例如t為3.0、5.0、7.0、10.0、15.0nm等等），中間層為3.0±0.1nm厚的pt層，硬磁層為厚度5.0±0.1nm的l10-fept，保護層為3.0±0.05nm的pt層。

研究表明，軟磁層feru厚度t對ecc薄膜矯頑力以及薄膜矯頑力的角度特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著軟磁層厚度的增加，ecc薄膜的矯頑力從9.0koe逐漸降低至2.2koe。ecc薄膜翻轉(zhuǎn)場的角度特性曲線顯示，外場與膜面法線夾角在0°-60°范圍內(nèi)擁有良好的角度包容性，這對信息寫入十分有利。

本發(fā)明提出的上述新型交換耦合復(fù)合薄膜的制備方法，是利用超高真空磁控濺射儀（例如設(shè)備型號leskercms-18），采用直流磁控濺射的方法，在高真空（真空度優(yōu)于3.0×10^-8torr）和高溫條件下濺射制備得到，具體步驟如下：

第一步，制備軟磁層：厚度為t的feru單層膜；濺射氣壓為6.0±0.2mtorr；濺射功率，fe：80±2w、ru：8±1w；沉積速率為0.051±0.002nm/s；首先在高真空腔體中將mgo加熱至300-350℃，等待設(shè)定溫度穩(wěn)定后，啟動濺射程序，使用fe靶和ru靶共同濺射；

第二步，制備非磁性中間層：厚度為3.0±0.1nm的pt單層膜；濺射氣壓為5.0±0.2mtorr；濺射功率為40±1w；沉積速率為0.049±0.002nm/s；pt層在300-350℃下進行濺射；

第三步，制備硬磁層：厚度為5.0±0.1nml10-fept單層膜；濺射完feru和pt層后迅速升溫至500-530℃，待溫度穩(wěn)定后，啟動濺射程序制備fept層。濺射氣壓5.0±0.2mtorr；濺射功率fe：80±2w、pt：40±1w；fept整體沉積速率為0.101±0.002nm/s。使用fe靶和pt靶共同濺射，開始沉積fept層，濺射完成后恒溫10-30min以保證fept晶相外延生長所需要的能量；

第四步：制備保護層：厚度為3.0±0.1nm的pt單層膜；在制備pt保護層之前，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，等待樣品冷卻到室溫，而后在室溫下濺射pt層，以防止樣品被氧化。濺射氣壓為5.0±0.2mtorr；濺射功率為pt40±1w；沉積速率為0.049±0.002nm/s。

以上各膜層的厚度由濺射時間所控制，沉積速率的測定方法是在玻璃基片上濺射時間一定、厚度達幾百納米的待測薄膜材料，再通過臺階儀確定薄膜厚度，計算出所用薄膜的沉積速率。

本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于，首先，選取了具有高垂直各向異性和較小的熱穩(wěn)定臨界晶粒尺寸的l10-fept作為硬磁層，不僅記錄介質(zhì)的晶粒尺寸變小，有利于提高存儲密度，而且能夠保持介質(zhì)的熱穩(wěn)定性。其次，我們提出的薄膜結(jié)構(gòu)是軟磁層在下，硬磁層在上的ecc結(jié)構(gòu)。正如背景技術(shù)所言，這種新型的交換耦合復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)能夠較好地解決磁記錄技術(shù)中磁頭與記錄介質(zhì)距離增大導(dǎo)致磁場減弱的問題。最后，在軟磁層上生長高有序度的硬磁層l10-fept較難實現(xiàn)，而我們在薄膜設(shè)計的過程中在軟磁層和硬磁層之間引入一層中間層pt層。pt的摻入，不僅降低了軟磁層feru與硬磁層fept界面之間的晶格失配度，而且阻止了高溫下fe向fept層的擴散，保證了fept的有序生長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明設(shè)計的薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。自下向上分別為襯底mgo、軟磁層feru、中間層pt、硬磁層fept和保護層pt，圖中t代表軟磁層feru的厚度。

圖2為feru(t)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)測量結(jié)果；(a)-(e)分別對應(yīng)t=3.0,5.0,7.0,10.0,15.0nm。

圖3為feru(t)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜的矯頑力隨軟磁層厚度t的變化關(guān)系。

圖4為feru(10.0nm)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜的翻轉(zhuǎn)場角度特性曲線，橫軸變量為外場與膜面法線方向的夾角。

具體實施方式

下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。

實施例說明：

本發(fā)明設(shè)計的薄膜結(jié)構(gòu)如圖1所示，正如前文所言，本發(fā)明為新型的交換耦合復(fù)合薄膜，首先創(chuàng)新性地提出設(shè)計軟磁層在下層、硬磁層在上層的ecc薄膜結(jié)構(gòu)。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)難度在于如何在軟磁層feru層上生長高有序度的l10-fept。我們提出在feru和fept之間插入一層3.0nm厚的pt中間層，很好地彌補了feru層與fept層界面之間的晶格失配度，并且抑制了fe在高溫下向fept層的擴散。圖2為feru(t)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)測量結(jié)果，所有薄膜樣品都出現(xiàn)fept的(001)和(002)特征峰，峰的強度十分明顯，甚至有fept的(003)峰，說明所有薄膜中硬磁層均為l10-fept，其有序度最高接近1，從而實現(xiàn)了在軟磁層feru上生長出高度有序的硬磁層l10-fept，這也是本發(fā)明的關(guān)鍵所在。

圖3為feru(t)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜隨軟磁層feru厚度的變化關(guān)系，隨著軟磁層厚度t的增加，復(fù)合薄膜的矯頑力逐漸降低至2.2koe。在實際的信息存儲過程中，磁頭能提供的寫入場大小畢竟有限，該系列ecc薄膜的矯頑力相比于硬磁層fept大大降低，即降低了磁頭的寫入場，對磁頭的設(shè)計及信息的寫入十分有利。

圖4給出了feru(10.0nm)/pt(3.0nm)/fept(5.0nm)薄膜矯頑力的角度特性曲線，從圖中可以看出，本發(fā)明提出的新型ecc薄膜矯頑力在0°-60°擁有良好的角度包容性，從而消除了45°翻轉(zhuǎn)場最小的弊端，減少磁頭信息寫入時的誤碼率。