[发明专利]一种超高密度热辅助磁记录用FeRh/FePt双层薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高密度热辅助磁记录用FeRh/FePt双层薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着磁记录密度的飞速增长（平均每年增长60%）以及每比特成本（cost per bit）的降低，硬盘磁记录技术被应用到包括电子计算机在内的越来越多的领域，如视频音乐播放器、手机、家用电子设备等等。然而，磁记录密度的飞速增长也给传统的磁记录技术带来了新的挑战。通常，记录密度的提高主要是通过不断的减小记录薄膜中磁颗粒的尺寸得以实现。然而，平均颗粒尺寸的减小会导致磁化翻转热稳定因子（K_UV/k_BT:K_U是磁各项异性；V是磁性颗粒的体积； k_B波尔兹曼常数；T是温度）的降低。磁化翻转热稳定因子（K_UV/k_BT）越小，磁性颗粒的磁化就会由于热扰动而不稳定，当热稳定因子小于某一尺度时甚至室温的热能都可以使其磁化自动翻转，也就是所谓的超顺磁限制。通常,为使硬盘中存储的数据在10年之内不会因为热驱动退磁化而丢失，热稳定因子必须要大于60。为了获得较大的热稳定因子，颗粒尺寸的减小(V减小)可以通过增加磁各项异性K_U，也就是提高磁记录介质的矫顽力（Hc）来补偿。然而，虽然有好几种潜在的磁记录介质材料(FePt、NdFeB、SmCo等)可以提供足够大的K_U，但是现有的写入磁头所提供的磁场不能有效的翻转这些材料中磁性颗粒的磁化方向，而且自然界已知的磁头材料都不能提供这种超高磁场。这一系列因素使利用目前的垂直磁记录技术达到记录密度1TB/in²以上变得十分困难。

一种可能的解决方案是利用热辅助磁记录(HAMR=Heat Assisted Magnetic Recording)技术来实现高磁各项异性记录介质的数据写入。其原理就是采用激光作为辅助，在写入介质时，使用激光照射写入点，这样磁头就可以利用热能，从而在磁场强度小的情况下也能顺利进行写入操作，而随后的快速冷却又可以使已写入的数据变得稳定。这项技术理论上可以将存储密度提高到10TB/in²，即传统垂直记录技术的存储密度极限的10倍。

发明内容

本发明的目的主要在于针对热辅助超高密度磁记录，提供一种超高密度热辅助磁记录用FeRh/FePt双层薄膜的制备方法，并通过优化薄膜结构和制备工艺，获得具有垂直取向、磁性能优良的FePt/FeRh双层超晶格薄膜，以适用于未来超过密度垂直磁记录介质。

本发明提出的超高密度热辅助磁记录用FeRh/FePt双层薄膜，所述薄膜第一层为铁磁性高各项异性L1₀有序结构的FePt合金薄膜，第二层为具有B2有序结构的FeRh合金薄膜；两层薄膜之间通过交换耦合相互作用在一起，FeRh合金薄膜中Fe、Rh原子比为1：1，FeRh薄膜厚度为10nm~50nm；FePt合金薄膜中Fe、Pt原子比为1：1，FePt薄膜厚度为10nm~50nm。

本发明提出的超高密度热辅助磁记录用FeRh/FePt双层薄膜的制备方法，具体步骤如下：

(1)利用磁控溅射技术在单晶MgO（001）基板上沉积FeRh合金薄膜，控制Fe、Rh原子比为1：1，FeRh薄膜厚度为10nm~50nm；溅射采用Fe₅₀Rh₅₀合金靶材，溅射时控制单晶MgO（001）基板温度为300~500℃，溅射腔的背底真空度为0.7×10^-5~5×10^-5Pa，溅射时氩气气压为1~20Pa；溅射过程中，单晶MgO（001）基板以5转/分钟~30转/分钟的速率旋转；

(2)溅射结束后，将单晶MgO（001）基板原位退火，退火温度为400~700℃，退火时间为0.5~2小时；

(3)退火结束后，利用磁控溅射技术继续在沉积有FeRh薄膜的单晶MgO（001）基板上沉积FePt合金薄膜，控制Fe、Pt原子比为1：1，FePt薄膜厚度为10nm~50nm；溅射采用Fe₅₀Pt₅₀合金靶材，其在溅射时基板温度为450~500℃；溅射腔的背底真空度为0.7×10^-5~5×10^-5Pa，溅射时氩气气压为1~20Pa。在溅射过程中，基板以5转/分钟~30转/分钟的速率旋转。