專利名稱：用表面活化劑改善l1的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高密度磁記錄材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法。
背景技術(shù)：
在過去的十幾年中，信息存儲技術(shù)尤其是磁記錄技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，特別是應用了巨磁電阻自旋閥磁頭，使得硬盤的面記錄密度大幅度提高。目前實驗室縱向磁記錄面密度已經(jīng)達到150Gb/in2(S.Mao et al.IEEE Tran.Magn.40，307(2004))。記錄密度要進一步提高，必須減小磁記錄單疇顆粒的尺寸。當磁記錄面密度達到1Tb/in2時，晶粒尺寸應小于5nm，此時由于熱穩(wěn)定性的需要，磁記錄材料必須具有更高的磁晶各向異性才能克服由于超順磁效應引起的熱退磁現(xiàn)象。L10-FePt有序合金具有非常高的磁晶各向異性(Ku＝7×106J/m3)，可以在顆粒尺寸為3nm時仍具有非常好的熱穩(wěn)定性，因此近年來成為倍受關(guān)注的磁記錄介質(zhì)材料而被廣泛研究。
在玻璃基片上直接濺射的FePt合金必須在高于500℃(C.M.Kuo，P.C.Kuoand H.C.Wu，J.App.Phys.85，2264(1999))的溫度下退火，才能實現(xiàn)無序-有序轉(zhuǎn)變，形成FePt-L10相。但熱處理帶來的負面影響是晶粒生長，而晶粒生長必然導致磁耦合作用的增加，磁激活體積增加，使讀出信息的信噪比降低，不利于高記錄密度的實現(xiàn)。所以降低有序化溫度成為FePt合金應用于高密度存儲的關(guān)鍵。部分研究者利用多層膜化(Y.Endo，N.Kikuchi，O.Kitakami，and Y.Shimada，J.Appl.Phys.89，7065(2001))或分子束外延(R.F.C.Farrow，D.Weller，R.F.Marks，and M.F.Toney，J.Appl.Phys.84，934(1998))的方法，可以使FePt薄膜在較低的溫度下(低于400℃)實現(xiàn)有序化轉(zhuǎn)變，但制備出的薄膜的平行膜面矯頑力都較低(1-6kOe)，不能達到未來應用于高密度磁記錄材料的磁性能要求。部分研究者利用摻雜Cu、Zr等元素(Y.K.Takahashi，M.Ohuma and K.Hono，J.Magn.Magn.Mater.246，259(2002)；S.R.Lee，S.Yang and Y.Keunkim，Appl.Phys.Lett.78，4001(2001))或以Ag、Au等為底層(Y.N.Hsu，S.Jeong，and D.E.Laughlin，J.Appl.Phys.89，7068(2001)；T.Seki，T.Shima and K.Takanashi，J.Magn.Magn.Mater.272-276，2182(2004))作為降低有序化溫度的方法，但一般高于350℃，且在低溫退火后的薄膜矯頑力仍較低，一些元素在高溫退火時還易與FePt形成三元合金，破壞FePt-L10結(jié)構(gòu)，故未能對薄膜的平行膜面矯頑力有大幅度地提高。采用增加熱處理時間的方法可以提高其矯頑力，但造成生產(chǎn)成本的增加，也不利于未來的應用。所以要實現(xiàn)FePt合金的實用化，不僅要降低有序化溫度和熱處理時間，同時還要保證在較低溫度下熱處理后的薄膜具有較高的平行膜面矯頑力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法，解決了FePt合金的工業(yè)化生產(chǎn)的問題。
本發(fā)明利用表面活化元素Bi作為FePt薄膜的底層，利用Bi的表面自由能較低、易擴散的特點，不僅可以降低FePt薄膜的有序化溫度，并且在經(jīng)過較低的熱處理溫度和較短的熱處理時間退火后，薄膜可以形成良好的FePt-L10結(jié)構(gòu)，并具有較高的平行膜面矯頑力。
本發(fā)明是在玻璃基片和FePt(100～500)單層膜之間插入一定厚度(150～500)的Bi層，以制備有序化溫度較低以及矯頑力較高的FePt薄膜。制備過程是在磁控濺射儀中進行，在清洗干凈的玻璃基片依次沉積鉍Bi(150～500)和鐵鉑FePt(100～500)。濺射室本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時氬氣(99.99％)壓為0.4～0.6Pa；基片保持室溫。制備后的薄膜立即在真空退火爐中進行熱處理，退火爐本底真空度為2×10-5～7×10-5Pa。
本發(fā)明利用Bi元素與FePt相比具有較小的表面自由能以及較快的表面擴散能力的特點，在熱處理過程中Bi會擴散到插入FePt薄膜的表面，給薄膜中帶來大量的空位等缺陷，促進了Fe、Pt原子的相對重新有序排列，即提高了熱處理后的FePt薄膜的有序化程度。同時由于Bi的擴散過程可以在較短的時間內(nèi)充分進行，使得FePt薄膜經(jīng)過較低溫度和較短的時間的退火后，具有有序度較高的FePt-L10結(jié)構(gòu)，即降低了FePt薄膜的有序化溫度，并且對熱處理后的薄膜的平行膜面矯頑力有大幅度地提高。
本發(fā)明的優(yōu)點在于利用表面自由能較低的活化劑Bi在擴散到FePt薄膜表面的同時，促進了薄膜有序化的進程，使FePt薄膜的有序化溫度降低到350℃。350℃退火時，Bi(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)薄膜的矯頑力值比FePt(200)單層膜的矯頑力分別提高了9倍和4倍。
此外由于薄膜只采用雙層結(jié)構(gòu)，且厚度均較小，同時在制備過程中沒有采用基片加熱等復雜性工藝，所以它還具有成本低，制備簡單等優(yōu)點，適用于未來的生產(chǎn)。
圖1是在玻璃基片上沉積的FePt(200)單層膜、Bi(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)雙層膜的平行膜面矯頑力隨退火溫度的變化圖，其中退火時間均為30分鐘。曲線(a)FePt(200)、曲線(b)Bi(400)/FePt(300)、曲線(c)Bi(200)/FePt(200)具體實施方式
在磁控濺射儀中制備薄膜。首先將玻璃基片用有機化學溶劑、去離子水以及酒精超聲清洗，然后裝入濺射室樣品基座上?；３质覝亍R射室本底真空3×10-5Pa，在濺射時氬氣(純度為99.99％)壓為0.45Pa的條件下依次沉積鉍Bi(200)和鐵鉑FePt(200)制備Bi(200)/FePt(200)薄膜，沉積鉍Bi(400)和鐵鉑FePt(300)制備Bi(400)/FePt(300)薄膜。濺射后的樣品迅速在真空度為2×10-5Pa的真空退火爐中進行熱處理。從圖1中可以看出，沒有Bi層的FePt薄膜在400℃退火后才具有較高的矯頑力(6.8kOe)，而Bi(200)/FePt(200)和Bi(400)/FePt(300)薄膜，在350℃退火后矯頑力值分別達到10.4kOe和5.3kOe，比350℃退火后的FePt(200)單層膜的矯頑力分別提高了9倍和4倍。所以Bi底層可以使FePt薄膜的有序化溫度降低到350℃，并且大幅度提高了低溫退火后的平行膜面矯頑力值，適合于L10-FePt應用于未來高密度磁記錄中。
權(quán)利要求
1.一種用表面活化劑改善L10-FePt薄膜性能的方法，在磁控濺射儀中，在清洗干凈的玻璃基片沉積Bi和FePt，其特征在于，沉積的順序依次為150～500鉍Bi和100～500鐵鉑FePt；濺射室本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時氬氣壓為0.4～0.6Pa，基片保持室溫；退火時本底真空度為2×10-5～7×10-5Pa。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用氬氣純度為99.99％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用表面活化劑改善L文檔編號H01F41/14GK1741142SQ20051001209
公開日2006年3月1日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者于廣華, 馮春, 騰蛟, 李寶河 申請人:北京科技大學