垂直取向L1-,0--FePt薄膜的生長與物性.pdf

1、L10-FePt合金具有高的單軸磁晶各向異性能Ku(～7×107 erg/cm3)，常溫下保持磁化狀態(tài)穩(wěn)定的微粒尺寸可以小到3 nm，被認為是最有希望的超高密度垂直磁記錄介質(zhì)材料。
　　 本論文采用磁控濺射技術(shù)在MgO基片上沉積了FePt薄膜，通過直接加熱或者后續(xù)熱處理，對FePt薄膜的有序化、取向以及形貌的連續(xù)性進行了探討；用微磁學(xué)方法對單疇粒子的自發(fā)磁化和磁化反轉(zhuǎn)過程進行了模擬，并對高溫環(huán)境中薄膜連續(xù)性的變化原因進行了分析。

2、用磁控共濺射法在加熱到700℃的MgO(001)基板上沉積的FePt薄膜，依靠基板與薄膜間的晶格失配，形成了磁化易軸垂直于基板平面的L10相(001)織構(gòu)，實現(xiàn)了FePt薄膜的有序化以及取向生長。膜厚為5 nm時得到了直徑約70 nm的納米粒子群(經(jīng)模擬證實小于單磁疇臨界尺寸)，4.2 K溫度下其矯頑力達105 kOe。 改變膜厚雖然可以明顯改變薄膜形貌，但膜厚小于和等于45 nm時，垂直磁化矯頑力的變化并不是很大(在這一膜厚范圍內(nèi)，薄

3、膜由不規(guī)則的島狀粒子構(gòu)成)；只有當(dāng)膜厚增加到50nm后，薄膜由不連續(xù)的島狀結(jié)構(gòu)變化為連續(xù)的迷宮狀網(wǎng)絡(luò)，矯頑力才突然下降了一個數(shù)量級。這表明影響矯頑力的主要因素在于薄膜本身是否連續(xù)，而不在于粒子尺寸是否小于單磁疇臨界尺寸。薄膜形貌隨膜厚的變化也說明，有序化過程中，高溫會引起FePt薄膜發(fā)生島狀化收縮而產(chǎn)生不連續(xù)。用微磁學(xué)方法對尺寸為70×70×5 nm3的粒子的自發(fā)磁化和磁化反轉(zhuǎn)過程進行了模擬，結(jié)果表明，磁化反轉(zhuǎn)機制是渦旋式的成核，模擬矯

4、頑力為121 kOe，這意味著實驗獲得的矯頑力已經(jīng)接近理想單晶粒子矯頑力的理論極限。
　　 為了抑制FePt薄膜因發(fā)生島狀化而產(chǎn)生的不連續(xù)，用磁控濺射法在加熱到400℃的MgO(001)基板上沉積了總厚度為25 nm的[Fe(0.6nm)/Fe30.5Pt69.5(1.9 nm)]10]多層膜(總體成分為Fe50Pt50)，然后在[500，900]℃溫度范圍對其進行了真空熱處理。在400℃溫度下沉積的薄膜，XRD譜圖上只有FeP

5、t的(200)峰，表明雖然已經(jīng)發(fā)生了層間擴散，但并沒有形成有序相；熱處理溫度達到700℃，出現(xiàn)了明顯的(001)和(003)峰，(200)峰也轉(zhuǎn)變?yōu)?002)峰，并且其磁晶各向異性能超過2.5×107erg/cc，表明形成了有序的超晶格。用掃描電子顯微鏡對其表面形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)在熱處理溫度低于800℃時，薄膜總是連續(xù)的。從熱力學(xué)角度對這種現(xiàn)象的物理機制進行了嘗試性的解釋：即熱處理過程中，F(xiàn)ePt薄膜內(nèi)沿垂直方向的微弱組分梯度可以有效抑