L10-FePt-B2-FeRh雙層復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)和磁性.pdf

1、信息化發(fā)展造成數(shù)據(jù)的爆炸式增長。為了提高信息存儲容量，必須提高存儲密度。硬盤作為一種重要的存儲介質(zhì)，使用磁性材料保存數(shù)據(jù)。在保證信噪比的前提下，提高存儲密度意味著每個記錄單元中的磁性晶粒體積要變小。為了克服“超順磁效應(yīng)”，需要使用L10-FePt等單軸磁晶各向異性能高的材料作為磁記錄介質(zhì)。而這類材料形成顆粒，開關(guān)場會相當(dāng)大。磁化反轉(zhuǎn)難度增大，又產(chǎn)生寫入困難問題。磁頭的寫入能力、信噪比與介質(zhì)的熱穩(wěn)定性三者交織在一起，形成了制約磁存儲技術(shù)發(fā)

2、展的“三難困境”。為了在保存數(shù)據(jù)時顆粒能穩(wěn)定地保持磁化狀態(tài)，而在改寫數(shù)據(jù)時又可以方便地改變顆粒的磁化狀態(tài)，可以將具有特殊熱致反鐵磁-鐵磁相變性質(zhì)的B2相FeRh合金與L10相FePt合金結(jié)合，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用熱輔助磁記錄技術(shù)，來實現(xiàn)交換彈性作用和交換偏置作用的相互轉(zhuǎn)換。改寫數(shù)據(jù)時，用極細(xì)的激光束對改寫部位加熱，使之升溫至FeRh的磁性相變溫度以上，形成硬磁-軟磁交換彈性作用，從而降低FePt的矯頑力;保存數(shù)據(jù)時，F(xiàn)eRh層呈反鐵磁性，

3、形成硬磁-反鐵磁交換偏置作用，可以釘扎FePt層的磁矩，從而使數(shù)據(jù)保存更穩(wěn)定。
　　本文用MgO(001)單晶基片作襯底，采用磁控共濺射法生長FePt/FeRh雙層復(fù)合薄膜。通過改變FePt層薄膜的有序度，調(diào)控FePt層的矯頑力，并適當(dāng)提高FePt/FeRh雙層復(fù)合薄膜中FeRh的磁性相變溫度，使其遠(yuǎn)離室溫。獲得的主要結(jié)果如下:
　　(1)在不同溫度生長FePt薄膜，研究基底溫度對FePt薄膜取向的影響。結(jié)果表明，基底溫度為

4、50℃，生長25 nm厚的FePt薄膜，即使再在700℃進行6h的真空熱處理，取向也不理想?；诇囟壬叩?00℃，薄膜中形成了良好的(001)織構(gòu)，且形貌連續(xù)，但處于無序的A1相，呈軟磁性，需要經(jīng)過熱處理才能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻腖10相?；诇囟壬?00℃，薄膜直接形成L10相，厚度降為15nm，形貌也連續(xù)。
　　(2)在加熱到400℃的MgO(001)基底上沉積25 nm厚的FePt薄膜，在Ta=[450，700]℃范圍進行6h的

5、真空熱處理，分析熱處理溫度對單層FePt薄膜性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，Ta=450℃時，薄膜內(nèi)A1相與L10相共存。沿著平行于膜面方向（L10-FePt的磁化難軸）施加磁場，矯頑力可達(dá)5.6 kOe;而沿著垂直于膜面方向（L10-FePt的磁化易軸）施加磁場，矯頑力卻只有1.9 kOe。面內(nèi)矯頑力比垂直矯頑力大，說明A1相和L10相之間存在不能忽略的交換耦合作用。Ta=600℃時，F(xiàn)ePt薄膜的有序化程度明顯變大，但仍然為A1相與L10相共

6、存的連續(xù)膜。沿著平行于膜面方向施加磁場得到的矯頑力升高至6.5 kOe;而沿著垂直于膜面方向施加磁場得到的矯頑力下降為1.8 kOe，這是由于顆粒尺寸變大和薄膜連續(xù)性變好，導(dǎo)致A1相和L10相之間存在的交換耦合作用變強。磁化反轉(zhuǎn)機制以交換彈性為主。Ta=700℃時，F(xiàn)ePt的有序化基本完成，薄膜分散成島狀顆粒，且顆粒之間存在少量的Pt，說明FePt在有序化過程中會伴隨Pt原子的析出。磁化反轉(zhuǎn)機制以硬磁相的形核為主。
　　(3)在有

7、序化程度不同的FePt薄膜上覆蓋50 nm厚的FeRh薄膜，基底溫度為450℃。對得到的FePt/FeRh雙層復(fù)合薄膜在450℃進行24 h的熱處理后，分析FePt層結(jié)構(gòu)對FePt/FeRh雙層薄膜性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，因FePt在有序化過程中會伴隨Pt原子的析出，進入FeRh層的Pt擴散量與FePt層的有序度有關(guān)。FePt層的有序化程度較低時，受A1相FePt的影響，Pt原子更容易擴散進入FeRh層。對FePt層進行熱處理的溫度不超過