论文部分内容阅读
近年来,随着电子产业爆炸式发展,人们对大容量,高密度的存储器的需求急剧增加.为了实现超高密度磁存储,要求存储介质的晶粒尺寸越小越好,然而尺寸过小就会引起超顺磁效应,造成信号的丢失.L10-FePt（Face Centered Tetragonal,FCT）硬磁合金,拥有高的单轴磁晶各向异性能,较小的超顺磁极限尺寸（3 nm）,是制作新一代热辅助垂直磁记录介质、交换耦合复合磁体以及高矫顽力磁性探针的重要材料.本文第一部分是将L10相与A1相的FePt合金在纳米维度进行复合,引入软磁层构成硬磁/软磁复合结构,插入非磁性的MgO隔离层,制得L10-FePt/MgO/A1-FePt三层膜,调整隔离层的厚度,改善两相之间的耦合作用强弱,探究非磁性隔离层对交换耦合体系磁性的影响.另一方面,由于MgO基片制备不易,价格较高,交换耦合多层薄膜工艺复杂,不利于工业化实际生产.所以,文章第二部分以较为廉价的Si（100）基片作为衬底,生长单层薄膜,分析非磁性氧化物隔离对L10-FePt磁性和结构的影响.为磁存储技术实际工业化生产和制备以Si为母材的高矫顽力MFM针尖提供有用的借鉴.分析如下:（1）在MgO（001）基片上沉积30 nm厚的FePt单层膜,可以诱导FePt取向生长.在Ta=500℃,出现超晶格衍射峰FePt（001）峰与FePt（003）峰,有序化开始进行,薄膜覆盖率保持100%,矫顽力接近5 kOe,磁化曲线方形度较好.Ta=600℃,更多的A1相转化为L10相,虽然覆盖率仍然保持100%,但因薄膜变得更连续,矫顽力反而下降.Ta=700℃,薄膜开始出现贯穿孔,覆盖率下降.找出制备硬磁层的适宜温度为500℃.（2）制备L10-FePt（30 nm,500℃）/A1-FePt（x nm）双层磁性交换弹簧,当软磁层厚度（x）为20 nm时,垂直于膜面方向的剩磁比接近于1,保持良好的方形,说明软磁层全部被硬磁层针扎,一起发生磁化翻转,表现出刚性的硬磁行为;软磁层厚度增加到30 nm,垂直磁化曲线出现双肩现象.因此,层间交换作用长度应该在20 nm与30 nm之间,软磁层内的畴壁是180°的布洛赫型.（3）L10-FePt（001）（30 nm,500℃）/MgO（t nm）/A1-FePt（y nm）三层膜,软磁层厚度（y）为20 nm,也出现类似双肩现象,但是软磁层还是要受到硬磁层很强的作用.MgO的厚度（t）为5 nm,软磁层厚度（y）即使达到30 nm,软磁层内的畴壁也仍然是180°的布洛赫型.而t=10 nm,y=30 nm,软磁层内出现90°畴壁.面内磁化曲线没有面积,都能够在软磁层内产生180°畴壁,即MgO隔离层让软磁层脱离硬磁层钉扎的作用在面内磁化曲线上表现得更明显.（4）在Si（100）单晶基底上沉积50 nm厚的FePt单层膜,在400℃沉积的FePt薄膜不经过热处理,出现较强的FePt（111）衍射峰和微弱的FePt（200）峰,此时处于A1-FePt相.Ta=600℃,FePt（110）峰不能忽略（在Ta=500℃就已经出现,只是峰强很弱）,垂直于膜面方向磁化的回线面积也有所增大,有序化开始进行.Ta=700℃,出现了明显杂峰,FePt和Si基片之间发生严重的扩散.（5）加入非磁性MgO、SiO2作为隔离层,制得Si（100）/MgO/FePt和Si（100）/SiO2/FePt磁性薄膜.插入MgO隔离层后,Ta=500℃,FePt（220）峰增强,面内Hc矫顽力突然增加到10.7 kOe,A1相转化为L10相.Ta=600℃,面内矫顽力为12.4 kOe,有提高但幅度不大,说明在500℃,相转变已经接近完成.Ta=700℃,MgO层碎裂,薄膜形态被破坏.用SiO2做隔离层,400℃沉积不进行热处理,出现了FePt（110）与FePt（330）超晶格衍射峰,有序化已经开始.在500℃热处理,面内矫顽力增大到10.5 kOe.Ta=600℃和700℃,磁化曲线形状没有发生明显变化,矫顽力分别提高到11.8 kOe和12.0 kOe,薄膜有序化还在继续.Ta=800℃,FePt薄膜形态保持完好,没有发生严重的扩散现象.说明用SiO2做隔离层,不仅降低FePt的有序化温度而且薄膜不易发生破坏或变质.（6）用SiO2做隔离层,制得Si（100）/SiO2/FePt（x nm,Ta=600℃）,对比薄膜磁性的厚度效应.总结得出用L10-FePt作为MFM针尖的磁性涂层,在使用SiO2隔离层的前提下,要想保持FePt层连续,厚度不宜低于20 nm.