[发明专利]相变温度和矫顽力都可调的磁存储介质薄膜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，具体公开了一种反铁磁-铁磁相变温度和矫顽力都可调的FePt/FeRh双层复合磁存储介质薄膜及其制作方法。

背景技术

近年来，交换偏置作用和交换弹性作用在磁头、磁存储介质、隧道结、自旋阀、高性能膜式微小永磁体等领域都受到重视。交换偏置作用可以稳定铁磁颗粒的磁矩，提高矫顽力。交换弹性作用则有助于推动硬磁颗粒的磁矩反转，降低矫顽力。

有序的B2相FeRh合金具有体心四方(body centered tetragonal, bct)结构，在100℃附近会发生反铁磁-铁磁一级相变。将这种材料与L1₀-FePt结合形成复合体，用于热辅助磁存储介质，可以在写入数据时，用很细的激光束照射改写区域，使被照射处的FeRh发热，转变为软磁性，对FePt产生交换弹性作用，降低写入磁场；而保存数据时，反铁磁性的FeRh对FePt起到交换偏置作用，FePt的磁矩受到钉扎，磁性更稳定，提高存储面密度。FeRh合金和FePt合金都需要高温环境，才能各自转变为有序的B2相和L1₀相。

FeRh的反铁磁-铁磁转变温度与室温太接近，不利于室温环境中的应用。有研究表明掺入少量的Pt，Co，Ir，Ni等元素，可以改变FeRh的反铁磁-铁磁转变温度。在Fe₅₀(Rh_1-xPt_x)₅₀薄膜中， Pt的掺入比例x控制在0 - 15％范围，其反铁磁-铁磁转变温度可由100℃升高到250℃。然而，受层间扩散条件制约，一直未见将其有效应用于FePt/FeRh复合薄膜并改变矫顽力的报导。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种反铁磁-铁磁相变温度和矫顽力都可调的FePt/FeRh双层复合薄膜及其制作方法，使本磁存储材料更容易写入数据，同时还可以提高其存储数据的安全和稳定性，使其满足更广泛的技术应用。

本发明第一方面公开了一种反铁磁-铁磁相变温度和矫顽力都可调的FePt/FeRh双层复合薄膜，包括MgO(001)基片及其上的FePt/FeRh双层复合薄膜。通过溅射靶控制Fe和Pt的生长速率，将FePt层的Fe原子Pt原子的比例严格控制在1:1；通过控制FePt层的无序→有序（A1→L1₀）转变程度，来调整FePt/FeRh双层薄膜的结构、反铁磁-铁磁转变性质及矫顽力。

较优的，所述的FePt/FeRh双层复合薄膜，FePt薄膜厚25 nm，FeRh薄膜厚50 nm。

本发明第二方面公开了前述反铁磁-铁磁相变温度和矫顽力都可调的FePt/FeRh双层复合薄膜的制备方法，步骤为：

1） 利用高真空磁控溅射镀膜法，通过溅射靶控制Fe和Pt的生长速率，将FePt层的Fe原子Pt原子的比例严格控制在1:1；在MgO(001)基片上生长25 nm厚的FePt。生长温度要能够保证FePt发生取向生长。

2）成膜后取出样品放入真空热处理炉，经过热处理以改变FePt的A1→L1₀转变程度。

3）将热处理后的样品放回磁控溅射室，采用高真空磁控溅射镀膜法，生长50 nm厚的FeRh，生长温度要能够保证FeRh发生取向生长。

4）对得到的FePt/FeRh双层薄膜继续保温24 h，促使FeRh层转变为有序的B2相。保温温度要保证不发生层间混合。

更优的，所述高真空磁控溅射镀膜法所用靶材为Fe、Pt和Rh，在氩气气氛中进行溅射。

最优的，所述高真空磁控溅射镀膜法的条件为：背景真空度优于2×10^-5 Pa，工作时Ar气气压为2.8 Pa。成膜温度为400℃。靶材纯度均不低于99.9%。

较优的，FePt薄膜热处理时间为6 h，温度控制在450℃ - 700℃范围，最好450℃ - 600℃范围。

较优的，生长FeRh薄膜的温度为450℃。

较优的，FePt/FeRh双层薄膜的保温温度为450℃。