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文檔簡介
1、硬盤磁記錄已經(jīng)有半個多世紀(jì)的發(fā)展歷史,其中薄膜感應(yīng)磁頭、磁阻磁頭、巨磁阻多層膜等幾項技術(shù)的革新使得磁記錄技術(shù)得到迅猛發(fā)展,磁記錄面密度也快速增長。但是,在經(jīng)歷了上個世紀(jì)九十年代的黃金發(fā)展期之后,目前的磁記錄技術(shù)已經(jīng)受到了超順磁極限的限制。為了保證信息能夠長期存儲,要求存儲介質(zhì)具有一定的熱穩(wěn)定性,這就對晶粒體積及各向異性大小有一定要求,二者乘積要大于45KbT;為了進(jìn)一步增加面密度我們必須減小每一個記錄單元的尺寸,而信噪比與記錄單元中晶粒
2、數(shù)目有關(guān),因此在保證足夠信噪比的情況下我們只能通過減小晶粒的尺寸來增加面密度;同時熱穩(wěn)定性又要求我們在減小晶粒體積的同時必須選用高各向異性材料,而各向異性太高又會導(dǎo)致信息寫入比較困難(有可能超出寫入場能力范圍),因為翻轉(zhuǎn)場與記錄介質(zhì)的各向異性常數(shù)呈正比。這樣,熱穩(wěn)定性、寫入場和信噪比三個因素相互制約形成了限制超高密度磁記錄發(fā)展的三難困境。
為了克服超順磁極限進(jìn)一步提高磁記錄面密度,許多新興的磁記錄技術(shù)被提出并投入研究,例如現(xiàn)在
3、已經(jīng)替代縱向磁記錄的垂直磁記錄,還有熱輔助磁記錄、微波輔助磁記錄、圖案化磁記錄、以及疊加磁記錄(ShingleWrite)。另外,在記錄介質(zhì)改進(jìn)方面,Suess等人提出了梯度各向異性介質(zhì)原理,利用疇壁位移方式代替一致轉(zhuǎn)動,也有望在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上來克服磁記錄技術(shù)的三難困境,實現(xiàn)更高的磁記錄密度。
為了在實驗中驗證梯度各向異性介質(zhì)這一原理并證明其優(yōu)異性,許多課題組對此展開了研究。他們在薄膜生長過程中通過改變成分、厚度、或者溫度,證
4、明了在實驗中生長梯度各向異性介質(zhì)的可行性。但是在磁性薄膜中較難驗證梯度各向異性介質(zhì)原理,因為很難保證疇壁是沿垂直膜面方向在一個記錄單元內(nèi)運(yùn)動,有可能疇壁在面內(nèi)橫向運(yùn)動,而梯度各向異性介質(zhì)原理則是以單一記錄單元為基礎(chǔ)并且疇壁沿垂直方向移動,因此不能進(jìn)行比較。為了從根本上驗證梯度各向異性介質(zhì)的優(yōu)異性,我們以高各向異性FePt材料為基礎(chǔ),通過改變襯底溫度生長了各向異性線性梯度發(fā)布的L10FePt薄膜,利用電子束曝光及離子束刻蝕等手段制備了其納
5、米柱陣列,并對其微結(jié)構(gòu)及磁性進(jìn)行了仔細(xì)研究。
本論文的工作主要分三部分,見正文第3、4、5章。第一部分的工作主要為10nmFePt均一各向異性薄膜的制備以及結(jié)構(gòu)和磁性的表征。我們利用外接熱耦的方式對樣品拖表面的實際溫度進(jìn)行了校溫,獲得了加熱爐絲與樣品拖溫度之間的關(guān)系曲線;然后我們使用磁控濺射儀在不同溫度下生長了一系列10nmFePt薄膜。薄膜以MgO(001)為襯底,XRD數(shù)據(jù)表明薄膜取向為(001)方向,超晶格(001)峰隨
6、著溫度的升高而增強(qiáng),通過對(001)峰和(002)峰的積分我們得到了有序化參數(shù)和生長溫度之間的關(guān)系。磁性表征結(jié)果表明樣品的磁性隨著溫度的升高而增強(qiáng),通過計算我們得出了磁晶各向異性常數(shù)與溫度之間的關(guān)系。這為下一步精確生長線性各向異性FePt薄膜提供了必要的條件。
第二部分工作主要是線性及均一各向異性FePt薄膜及納米柱的制備和性質(zhì)表征。我們在第一部分工作的基礎(chǔ)上生長了45nm線性及均一各向異性FePt薄膜,并用離子束曝光和離子減
7、薄儀將薄膜刻蝕成了直徑為80nm左右,周期為100nm的納米柱。我們對納米柱的磁性進(jìn)行了表征,磁滯回線表明相較于均一各向異性FePt納米柱,線性各向異性FePt納米柱的矯頑場要明顯減小;直流退磁(DCD)矯頑場的測量結(jié)果表明均一各向異性FePt納米柱的剩磁矯頑場比線性納米柱的要高,兩者的熱穩(wěn)定性因子均超過100,即表示兩種納米柱的磁性可以保存很長的時間;擬合計算表明線性各向異性FePt納米柱的優(yōu)值因子ζ=2△E/(MSHSWV)要比均一
8、各向異性納米柱的大61%,充分顯示了梯度各向異性介質(zhì)的優(yōu)異性;從翻轉(zhuǎn)場分布曲線可以看出線性各向異性FePt納米柱的成核場要小于均一各向異性納米柱的成核場,同時線性納米柱的翻轉(zhuǎn)場分布峰寬較窄,表明樣品中軟磁和硬磁相之間有很強(qiáng)的耦合作用。
第三部分工作主要是對線性及均一各向異性FePt薄膜的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。我們采用聚焦離子束(FIB)、三角拋光器(TripodPolisher)和精密離子減薄儀(PIPS)制成了較高質(zhì)量的截面TE
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