專利名稱：一種提高金屬磁性多層膜矯頑力的方法
技術領域：
本發明涉及金屬磁性多層膜的制備方法，特別是提供了一種用反鐵磁材料 改善金屬磁性多層膜磁性能的方法。
背景技術：
金屬磁性多層膜結構廣泛地應用于磁記錄信息的讀取和存儲技術中。例如， Dieny等人利用單晶硅Si/鉭Ta/鎳鐵NiFe /銅Cu/鎳鐵NiFe/鐵錳FeMn/鉭Ta 結構制備出自旋閥多層膜(B. Dieny, V. S. Speriosu, J S. Metin, et al. J. Appl. Phys. 69, 4774(1991)),這種自旋閥多層膜是近十幾年迅速發展起來的一種實用化的巨
磁電阻材料，它在傳感器、計算機硬盤讀頭和磁電阻隨機存儲器(MRAM)等 方面具有廣闊的應用前景。金屬磁性多層膜結構在磁記錄硬盤的存儲技術中也有
著很廣泛的應用，2000年IBM和富士通公司在玻璃基片上利用鎳鋁NiAl/鉻合 金CrX/鈷鉻CoCr/鈷Co合金/碳C金屬磁性多層膜結構制備出面密度可達到 15.5Gb/cm2的CoCr磁記錄硬盤(D. Weller, A. Moser， L. Folks, et al. IEEE Tran. Magn.36, 10(2000))，使磁記錄面密度有了大幅度的提高。
雖然多層膜結構大量應用于硬盤磁記錄技術中，但為了實用化的需要，通常 將金屬磁性多層膜中每一層的厚度做的很薄，這使得薄膜的磁性能尤其是矯頑力 較低，很容易受到外界磁場的干擾，不利于實現超高密度磁記錄，所以提高金屬 磁性多層膜的矯頑力是實現超高密度磁記錄技術的關鍵。對于CoCr基合金磁記 錄材料，在提高多層膜的矯頑力方面已有一些報道，如利用鉑Pt做緩存層(E.B. Svedberg, J. Appl. Phys. 92,1024 (2002))、利用鈷鉻CoCr/銅Cu做中間層(I. Tamai et al. J. Magn. Magn. Mater. 235, 78 (2001))等。但利用這些方法后，薄膜的矯頑力 提高幅度并不大，有待進一步改善。還有研究者采用后續熱處理方法提高薄膜的 矯頑力(Y. Hirayama et al. J. Appl. Phys. 87， 6890 (2000))，但這必然造成生產成本 的增加，也不利于未來的應用。
發明內容
本發明提出利用反鐵磁層和金屬磁性多層膜之間的交換耦合作用來提高 CoCr/Pt多層膜的矯頑力，為提高金屬磁性多層膜的矯頑力提供一種新方法。
本發明為一種提高金屬磁性多層膜矯頑力的方法，其是在清洗干凈的玻璃基 片依次沉積鉑Pt (50 500 A)/[鈷鉻CoCr(5 A)/鉬Pt(7 25 A)]5 /鐵錳FeMn(25 500 A)/鉑Pt (20 50 A)，所述的玻璃基片表面外加垂直于膜面方向的磁場，
大小為100 3000 Oe，所述的基片溫度為100 300 。C，所述的FeMn層的沉
積溫度為10 50 。C，濺射室本底真空度為lxio-5 7xl(T5Pa，濺射時氬氣壓為 0.9 1.6 Pa。
另外，在上面的方法中，所述的玻璃基片可以18r/min的速率旋轉。 本發明利用FeMn和CoCr/Pt多層膜之間存在交換耦合作用，提高了 CoCr/Pt 多層膜的垂直磁各向異性，同時增加了釘扎鐵磁層疇壁的釘扎位和疇壁移動的勢 壘高度，從而提高CoCr/Pt多層膜的垂直膜面方向的矯頑力H^。沉積鐵錳層之 后，CoCr/Pt多層膜的仏i最大可以比無FeMn層的提高近50。/。。本發明的優點 在于由于薄膜的厚度較小，同時又具有良好的垂直磁各向異性和較高的矯頑力， 比較適合應用于CoCr合金薄膜的超高密度垂直與記錄。此外，沉積后的薄膜無 需進行后退火處理，所以它還具有成本低，制備簡單等優點，適用于未來的生產。
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圖1是在玻璃基片上沉積的Pt(200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15人)]5/薄膜和Pt(200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5/ FeMn (25 200 A)/ Pt(25 A)薄膜的垂直膜面方向矯頑 力仏i隨FeMn層厚度d的變化關系。
具體實施例方式
如圖l，其中曲線(a)的濺射工藝條件為濺射室本底真空度為lxl(T5 Pa， 濺射時氬氣(99.99%)壓為0.9Pa。濺射過程中，基片表面外加垂直于膜面方向
的磁場，大小為100 Oe，基片以18r/min的速率旋轉；基片溫度為100°C， FeMn
層的沉積溫度為10 °C;
曲線(b)的濺射工藝條件為濺射室本底真空度為3xl0—5 Pa，濺射時氬氣 (99.99%)壓為L2Pa。濺射過程中，基片表面外加垂直于膜面方向的磁場，大
小為700 Oe，基片以18r/min的速率旋轉；基片溫度為200。C， FeMn層的沉積 溫度為30 。C;
曲線(c)的濺射工藝條件為濺射室本底真空度為7x10—5 Pa，濺射時氬氣 (99.99%)壓為1.6 Pa。濺射過程中，基片表面外加垂直于膜面方向的磁場，大
小為3000 Oe，基片以18 r/min的速率旋轉；基片溫度為300°C， FeMn層的沉
積溫度為50 °C 。
本發明的制備方法如下
首先將玻璃基片用有機化學溶劑、去離子水以及酒精超聲清洗，然后裝入濺 射室樣品基座上。以圖l中曲線(b)為例，在濺射前，先將基片表面外加垂直磁
場調整到700 Oe，基片溫度調整到200。C。濺射室本底真空3 X l(r5Pa，在濺射
時氬氣(純度為99.99%)壓為1.2 Pa的條件下依次沉積鉑Pt (200 A)和[鈷鉻CoCr(5 A)/鉑Pt(15 A)]5交替多層膜以制備Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5薄膜；依次沉 積鉑Pt (200 A)和陶鉻CoCr(5 A)/鈾Pt(15 A)]s交替多層膜，而后基片溫度降至
30。C時再沉積鐵錳FeMn (25~200 A)/鉑Pt(25 A)以制備Pt(200 A)/[CoCr(5
A)/Pt(15 A)]5/ FeMn (25 200 A)/ Pt(25 A)薄膜。
從圖l中可以看出，三條曲線均反映出引入反鐵磁FeMn層后，薄膜的矯頑 力有很明顯的升高。例如，在濺射室本底真空度為3x10—5 Pa，濺射時氬氣(99.99。/。) 壓為1.2 Pa，基片表面外加垂直于膜面方向的磁場，大小為700 Oe，基片以18
r/min的速率旋轉；基片溫度為200。C， FeMn層的沉積溫度為30 。C工藝條件
下(曲線b)， Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多層膜的矯頑力較低，只有750 Oe。 在Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多層膜上面沉積FeMn層后，隨著FeMn層厚 度d的增力口，私i逐漸增力口。當FeMn層達到70 A時，薄膜的矯頑力達到1092 Oe， 比Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多層膜的矯頑力提高了近50%。這說明，反鐵 磁層FeMn的引入可以有效地提高CoCr/Pt多層膜的矯頑力。
權利要求
1.一種提高金屬磁性多層膜矯頑力的方法，其特征是在清洗干凈的玻璃基片依次沉積鉑Pt(50～500)/[鈷鉻CoCr(5)/鉑Pt(7～25)]5/鐵錳FeMn(25～500)/鉑Pt(20～50)，所述的玻璃基片表面外加垂直于膜面方向的磁場，大小為100～3000 Oe，所述的基片溫度為100～300℃，所述的FeMn層的沉積溫度為10～50℃，濺射室本底真空度為1×10-5～7×10-5Pa，濺射時氬氣壓為0.9～1.6Pa。
2. —種提高金屬磁性多層膜矯頑力的方法，其特征是所述的玻璃基片以 18r/min的速率旋轉。
全文摘要
本發明提供了一種用反鐵磁材料提高金屬磁性多層膜矯頑力的方法，利用磁控濺射儀，在清洗干凈的玻璃基片沉積鉑Pt/[鈷鉻CoCr/鉑Pt]<sub>5</sub>/鐵錳FeMn/鉑Pt多層膜。本發明的優點在于薄膜的厚度較小，同時又具有良好的垂直磁各向異性和較高的矯頑力，比較適合應用于CoCr合金薄膜的超高密度垂直磁記錄。此外，沉積后的薄膜無需進行后退火處理，所以它還具有成本低，制備簡單等優點，適用于未來的生產。
文檔編號C23C14/34GK101148751SQ200710176699
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月1日 優先權日2007年11月1日
發明者于廣華, 春 馮, 李寶河, 李明華, 蛟 滕 申請人:北京科技大學