L10FePt薄膜有序化行為和磁性能研究.pdf

1、L10FePt具有很高的單軸磁晶各向異性能、很小的超順磁臨界尺寸，因而成為下一代超高密度垂直磁記錄介質(zhì)的首選材料。近年來(lái)研究人員對(duì) L10FePt進(jìn)行了大量研究，取得了一系列進(jìn)展，但還有以下因素制約 L10FePt在磁記錄行業(yè)的應(yīng)用：(1) L10FePt相的有序化溫度相對(duì)較高；(2) L10FePt易磁化軸的取向控制；(3)改善高矯頑力 L10FePt的寫(xiě)入能力。本論文針對(duì)以上三個(gè)問(wèn)題展開(kāi)，通過(guò)設(shè)計(jì)沉積態(tài)薄膜結(jié)構(gòu)降低 L10FePt相

2、的有序化溫度；利用快速熱處理獲得L10FePt相的(001)織構(gòu)；利用快速熱處理調(diào)控交換耦合磁記錄介質(zhì)的磁性能，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　利用磁控濺射在室溫下制備應(yīng)變[FePt(2 nm)/Au(tAu nm)]20超晶格薄膜，掠入射 X射線衍射的研究結(jié)果表明沉積態(tài)薄膜的FePt層中存儲(chǔ)了應(yīng)變能，并且應(yīng)變能隨著 Au層厚度增加而增加。Au層厚度較厚的薄膜經(jīng)過(guò)300 ℃熱處理時(shí)在應(yīng)變能和拉熱應(yīng)力的共同作用下 FePt層發(fā)生了有序化轉(zhuǎn)變

3、。薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和磁性能測(cè)量顯示，低溫?zé)崽幚頃r(shí)，Au層提供的應(yīng)變能和拉熱應(yīng)力有助于FePt發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變；高溫?zé)崽幚頃r(shí)，厚的Au層阻礙了Fe和Pt原子擴(kuò)散，F(xiàn)ePt的有序度參數(shù)降低，薄膜的矯頑力降低。
　　制備了原子尺度[Fe/Pt]n、[Fe/Pt/Ag]18和[Fe/Pt/Cu]18多層薄膜，研究了薄膜總厚度對(duì)薄膜取向、表面形貌和磁性能的影響，并研究了摻雜元素對(duì)薄膜有序化、織構(gòu)及磁性能的調(diào)控。對(duì)于不同厚度的原子尺度[Fe/Pt

4、]n多層薄膜，薄膜經(jīng)過(guò)500 ℃熱處理60 s后，薄膜均具有(001)織構(gòu)，但(001)織構(gòu)的彌散度隨著薄膜總厚度增加而變大；薄膜越厚，有序度越高；薄膜厚度增加，薄膜的表面形貌由顆粒結(jié)構(gòu)向連續(xù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，磁疇尺寸也相應(yīng)增加；垂直薄膜表面的矯頑力隨厚度增加先減小后增加，平行薄膜表面的矯頑力單調(diào)增加。研究了 Ag含量對(duì)原子尺度[Fe/Pt/Ag]18多層薄膜低溫有序化、織構(gòu)和磁性能的影響。摻入Ag后，經(jīng)350 ℃熱處理的薄膜形成了有序相，40

5、0 ℃熱處理的薄膜形成了(001)織構(gòu)，XRD的ω掃描表明 Ag層厚度增加導(dǎo)致薄膜(001)織構(gòu)變差；AFM測(cè)量表明Ag含量增加促進(jìn)薄膜晶粒長(zhǎng)大；經(jīng)350 ℃熱處理，Ag含量為20％的薄膜矯頑力取得最高值；熱處理溫度升至400 ℃，薄膜矯頑力隨 Ag含量增加而增加，而薄膜的矯頑力處的斜率參數(shù)隨 Ag含量增加而減小。對(duì)于原子尺度[Fe/Pt/Cu]18多層薄膜，薄膜摻入 Cu后300 ℃熱處理即可在總厚度低于10 nm的薄膜中形成有序相，

6、摻 Cu薄膜經(jīng)350 ℃熱處理就可以形成(001)織構(gòu)，但薄膜織構(gòu)隨含 Cu量增加而變差，摻 Cu量過(guò)多時(shí)，熱處理的薄膜將形成 L10FeCuPt2相；TEM測(cè)量結(jié)果表明，摻 Cu可以有效促進(jìn)薄膜在熱處理時(shí)晶粒的長(zhǎng)大；磁性能測(cè)試表明，Cu含量為5%的薄膜在熱處理時(shí)可以獲得最高的矯頑力，增加Cu含量導(dǎo)致薄膜形成L10FeCuPt2相，薄膜磁性能變差。
　　研究了室溫下制備的亞穩(wěn)態(tài) FexAg100-x和FexAg100-x/Pt薄膜

7、熱處理后的結(jié)構(gòu)和性能。經(jīng)過(guò)300 ℃熱處理，亞穩(wěn)態(tài) FexAg100-x薄膜發(fā)生了 Fe和Ag的相分離。FexAg100-x層中Fe的體積百分含量對(duì)于300 ℃熱處理FexAg100-x/Pt的磁性能有很重要的影響，當(dāng)Fe的體積百分含量為50%時(shí)，薄膜中形成了L10FePt相，薄膜垂直表面方向的矯頑力為3.2 kOe，薄膜顯示硬磁性能。研究了熱處理溫度和時(shí)間對(duì) FexAg100-x/Pt薄膜結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。高溫?zé)崽幚碛兄诟倪M(jìn)薄膜的

8、有序度和磁性能。延長(zhǎng)熱處理時(shí)間可以提高薄膜中FePt相的有序度參數(shù)，同時(shí)影響薄膜取向。
　　研究了Fe層厚度對(duì)Fe/L10FePt交換耦合薄膜磁性能的調(diào)控影響，F(xiàn)e層厚度為1 nm時(shí)，薄膜矯頑力反而增加，繼續(xù)增加 Fe層厚度薄膜矯頑力開(kāi)始下降，F(xiàn)e層厚度為8 nm時(shí)薄膜表現(xiàn)出雙相行為。研究了熱處理溫度對(duì) Fe(3 nm)/ L10FePt(10 nm)結(jié)構(gòu)和磁性能的影響，經(jīng)300℃熱處理后，薄膜中硬磁相與軟磁相的耦合變?nèi)酰C頑力增