[发明专利]一种交换耦合介质L10-FePt/[Co/Ni]N及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属信息存储技术领域，具体涉及交换耦合复合介质L1₀-FePt/[Co/Ni]_N及其制备方法。

技术背景

磁存储技术以其非易失性、化学稳定性和高擦写次数等优点在信息存储中占据主导地位。为了更多、更长久地保存信息，以及应对来自半导体闪存等技术的挑战，磁存储技术不断创新。除了新的记录方式（热辅助磁记录、模式记录，和新近提出的微波辅助磁记录），记录介质方面的创新――交换耦合复合磁记录介质（Exchange Coupled Composite Media）也受到更加深入的关注。耦合介质不仅能满足现有垂直磁记录技术的进一步发展需求，还能应用于前述三种新的记录方式中 [1-3]。

交换耦合复合薄膜由硬磁层和单个或多个软磁层构成。硬磁层具有很高的磁晶各向异性能，能够克服热扰动的影响而在很小的颗粒尺寸下保持稳定。小的晶粒尺寸能保证信息读出的信噪比，对提高记录密度是至关重要的。软磁层的磁矩能够在很小的反向磁场下转动，形成反磁化核，促进硬磁层的翻转，可获得远小于硬磁层矫顽力的翻转场以满足有限写入磁头场的限制[4-6]。一般认为，在一定反向外场(成核场)下，反磁化核在软磁层内形成。随之产生的畴壁随外加反向场的增加被钉扎在软、硬磁层间的界面，厚度逐渐压缩。到某一临界磁场，获得足够能量的畴壁将进入硬磁层，完成磁化翻转。该临界场通常被称为钉扎场，取决于软、硬层各向异性能之差。如果薄膜的成核场很大，而一旦反磁化核形成，耦合薄膜的磁化翻转立即完成[6,7]。此时，成核场就是薄膜的翻转场。

L1₀ FePt具有极高的磁晶各向异性能，且具有很好的化学稳定性，是未来超高密度磁记录介质的首选，也是研究者重点关注的材料[1,3,8-10]。由于Fe具有高饱和磁化强度和低的矫顽力，通常被选作软磁层[8-10]，并且也观察到由于Fe层厚度增加导致的矫顽力降低。然而，Fe具有高饱和磁化强度，导致很大的退磁能存在。当软磁层略厚（仍小于内禀畴壁厚度），远离软、硬界面的Fe磁矩将偏离竖直方向（也是硬磁层FePt的易轴方向）。同时，在FePt表面外延生长的Fe的磁化易轴也不沿薄膜法线方向[10]。因此，可以认为Fe层的易轴倾向于面内。不同取向的软、硬磁耦合会降低记录介质的热稳定性，不利于记录密度的提高[6]。

最近，国外的研究组开始了垂直交换耦合薄膜的地研究。欧洲的一个研究组开始尝试FePt/[Co/Pt]_N薄膜，尽管微磁学模拟显示了这种垂直型交换耦合薄膜的优越性，但样品制备和试验结果都不能令人信服[11]。首先，FePt薄膜被沉积后，即从真空腔体取出进行热处理。然后再送入真空腔里，在其上沉积Co/Pt多层膜。这一过程会在FePt表面引入至少1 nm的非晶氧化层，导致FePt薄膜和Co/Pt多层膜之间的非直接接触，影响磁性能的改善。其次，实验得到的矫顽力随Co/Pt多层膜厚度的变化并不明显，并且出现双台阶的回线，部分源自非晶氧化层的影响。最后，Co/Pt多层膜的饱和磁化强度不高，对FePt层的磁化翻转贡献较小，也会影响交换耦合结构的效果。

Co/Ni多层膜的各向异性常数约2~3×10⁶ erg/cc，饱和磁化强度约800 emu/cc，有效磁各向异性较小，是很好的垂直取向软磁层材料[12]。因此，本发明提出了采用溅射沉积的方法，制备垂直型L1₀ FePt/[Co/Ni]_N交换耦合复合介质，实验结果验证了我们的设想。

参考文献：

[1] J. U. Thiele, S. Maat, E. E. Fullerton, Appl. Phys. Lett., 82, 2859 (2003)

[2] T. Hauet, E. Dobisz, S. Florez, J. Park, B. Lengfield, B. D. Terris, and O. Hellwig, Appl. Phys. Lett., 95, 262504 (2009)

[3] S. J. Li, B. Livshitz, H. N. Bertram, M. Schabes, T. Schrefl, E. E. Fullerton, and V. Lomakin, Appl. Phys. Lett., 94, 202509 (2009)