[发明专利]一种超高密度磁记录用FePt/X纳米复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁记录材料领域，具体涉及一种具有垂直取向、磁性能优良、颗粒尺寸小于10纳米且颗粒间交换耦合作用较小的FePt/X纳米复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，磁记录密度的飞速增长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反转热稳定因子（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。磁化反转热稳定因子越小，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反转，也就是所谓的超顺磁限制。为了获得较大的热稳定因子，颗粒尺寸的减小(V减小)可以通过增加材料的磁各向异性K_U来补偿。目前，可以提供足够大的K_U的磁性材料包括L10FePt、L10CoPt、NdFeB以及SmCo等。在这些候选材料中，L10有序结构的FePt合金由于其相对较大的Ku（~7×10⁷erg/cm³）和饱和磁化强度（~1200eum/cm³）以及相对于稀土基合金较易的制备工艺和较好的耐腐蚀性能而被认为是理想的下一代超高密度（大于1TB/in²）磁记录介质材料，可应用于比特图装记录（Bit Patterned Media）、热辅助磁记录（Heat-assisted Magnetic Recording）以及多层三维磁记录（Multilevel3D Magnetic Recording）等未来超高密度磁记录技术中。磁记录界几乎一致认为，（001）垂直取向的FePt薄膜是最有希望的下一代超高密度磁记录介质，不久就会成为超高密度磁记录介质的主流。

但是，室温条件下制备得到的FePt薄膜为无序的面心立方结构(fcc)，其表现为软磁状态，必须通过高温（约550℃）基片加热或退火才能形成有序四方结构(fct)的L10有序FePt合金薄膜，以实现薄膜大的磁各向异性能Ku。然而高温退火会造成FePt薄膜晶粒增大，使晶粒间距减小，导致晶粒间交换耦合作用增强，进而信号噪声增大；而且在磁记录介质工业生产上，高温加热几乎是不被允许的。所以，如何降低FePt薄膜的L10有序化相变温度是研究人员面临的一个重要问题。此外，如何控制薄膜微结构获得颗粒细小、分布均匀且颗粒间交换耦合作用较小的颗粒膜以满足超高密度磁记录的要求、如何使L10相FePt薄膜的（001）易磁化轴方向垂直于基底以满足垂直磁记录技术的要求以及如何解决高磁各向异性所带来的高矫顽力而使磁头难以写入数据问题，这都是研究过程中需要解决的关键。

L10相FePt薄膜的（001）易磁化轴垂直取向问题目前通过利用衬底层的外延生长，已经得到了较好的解决。而L10相FePt薄膜的高矫顽力问题也可以通过交换耦合复合膜（Exchange Coupled Composite或者Exchange Spring Meida）或热辅助记录等解决。申请人前期青年基金的研究结果表明，通过交换耦合FeRh/FePt双层薄膜结构，在160℃左右可以把薄膜系统的矫顽力降低95％。因此，目前存在的问题主要集中在如何降低FePt薄膜L10有序化的相变温度和如何控制薄膜微结构获得颗粒细小、分布均匀且颗粒间交换耦合作用较小的纳米颗粒复合薄膜上。

发明内容

本发明的目的主要在于针对现有技术中不易控制薄膜微结构，难以获得颗粒细小、分布均匀且颗粒间交换耦合作用较小的纳米颗粒复合薄膜这一问题，提供一种超高密度垂直磁记录用磁性薄膜及其制备方法。利用磁控溅射以及后续热处理制备FePt/X纳米颗粒复合薄膜，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、颗粒尺寸小于10纳米且颗粒间交换耦合作用较小等特点的FePt/X颗粒复合薄膜，以适用于未来超过密度垂直磁记录介质。

本发明第一方面公开了一种FePt/X纳米颗粒复合薄膜，由下至上依次设有基板、（200）取向的MgO诱导层，以及FePt/X复合膜；所述FePt/X复合膜按照先FePt薄膜后X薄膜的顺序，由FePt薄膜和X薄膜交替设置而成，其化学组成为[FePt/X]_n，所述X选自Ag、MgO、C、SiO₂或Al₂O₃，n为FePt/Ag复合膜的周期数，并且2≤n≤10。