一種具有多重複合功能的磁記錄介質及其製備方法
2023-06-14 03:25:26
專利名稱：一種具有多重複合功能的磁記錄介質及其製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種具有多重複合功能的磁記錄介質及其製備方法，屬於電子信息技術領域、磁性材料科學領域和納米科學技術領域。
背景技術：
如圖1所示，當前應用於計算機硬碟的磁記錄介質通常是多層結構，硬碟碟片目前一般採用Al的基體，然後是Cr的底層，Cr的底層和磁性層間是一層非晶NiP層。磁性層上是保護層，然後是潤滑層。後兩層增加了磁頭和記錄介質間的距離，從而降低了存儲密度。為得到新穎的保護層和超薄的潤滑層，以降低磁頭和記錄介質間的距離，國際上開展了大量的研究。然而，還沒有一篇文獻報導研究目標是同時具有好的機械、潤滑和磁性能的單一記錄介質薄膜。
發明內容
本發明的目的是提出一種同時具有好的機械、潤滑和磁性能的多重複合功能磁記錄介質及其製備方法。
本發明是這樣實現的。它以矽片為基片，用磁控濺射技術在其上沉積一層B4C薄膜底層，再生成FePt磁性層和B4C保護層薄膜，經過退火處理形成新的磁記錄介質。FePt磁性層可以由Fe--Pt-Fe三層薄膜組成，或者由Pt-Fe-Pt三層薄膜構成，也可由Fe、Pt兩層薄膜構成。為了進一步提高性能，可以將上述各層製備得很薄，同時以FePt磁性層、B4C保護層為單位多次疊加在一起。
本發明的製備方法是1、選用純度為99.90％--99.99％的Fe靶、Pt靶和B4C靶為濺射靶材，將其放置在濺射室內的旋轉靶臺上，分別調節三者的靶基距為4--8cm，將清洗乾淨的普通Si片放在濺射室內的基片臺上，基片溫度為25-500℃。
2、將濺射室本底真空抽至2.0-2.5×10-4Pa，通過質量流量計控制氬氣的流量為30--70sccm，正式濺射前先用氬氣起輝濺射靶材，待輝光穩定後調節濺射室主閥使濺射室工作氣壓穩定在0.5-1Pa。
3、採用磁控濺射技術在Si基片上沉積一層B4C薄膜底層，調節濺射電壓與濺射電流，濺射功率約為70-100W，濺射時間為500-700s。
4、採用磁控濺射技術在Si基片及B4C薄膜底層上按照Fe-Pt-Fe--B4C的順序分別沉積Fe、Pt、Fe、B4C薄膜，調節濺射電壓與濺射電流，使濺射功率分別約為30-40W、40--60W、30-40W和70-100W，濺射時間分別為20-30s、5-10s、20-30s、50-200S。
5、重複第4步2-20次，直到要求的總厚度為止。
6、最後在其上再沉積B4C薄膜，濺射功率為70-100W，濺射時間為150-2000S。此步驟可以與第5步的最後一次沉積B4C層合併在一起。
7、沉積薄膜時Si基片溫度如果低於200℃，薄膜沉積全部完成後需進行真空退火，退火溫度為300--600℃，退火時間30分鐘。
本發明的原理是這樣的。首先利用射頻磁控濺射技術沉積一層B4C的底層，以防止Fe、Pt與Si片發生化學反應。接著利用直流磁控濺射技術分別沉積一層Fe、一層Pt和一層Fe，兩個Fe層將Pt層夾在中間，以使兩者反應充分，得到FePt磁性層，或者是兩個Pt層將Fe層夾在中間。當Fe層和Pt層很薄時，FePt磁性層也可由Fe、Pt兩層薄膜構成。由於Fe原子與Pt原子形成的FePt顆粒具有高各向異性(Ku)，而高各向異性預示著在小的晶粒尺寸(納米級)時的高矯頑力。此外非磁性B4C材料將金屬相顆粒隔離開，使顆粒間的交換被削弱，而降低了介質噪音。而高矯頑力和低介質噪音對於磁記錄介質高的存儲密度是至關重要的。同時，B4C的高硬度使該記錄介質的硬度大幅提高。而介質表面的B4C很容易被氧化成氧化硼，氧化硼吸收空氣中的水蒸氣後形成硼酸，硼酸是一種良好的固體潤滑劑。不需另加潤滑層。將Fe-Pt-Fe--B4C層多次疊加是為了讓薄膜做薄，FePt顆粒更小，多層次疊加後，使磁性層的性能更好。
本發明與現有技術相比，具有明顯的優點，FePt磁性層與B4C層複合在一起的磁記錄介質同時具有好的機械、潤滑和磁性能。一層磁記錄介質同時具有磁性層、保護層和潤滑層三層所具有的多重功能。因此，將這種磁記錄介質應用於信息存儲時不需要添加保護層和潤滑層，這不僅意味著沉積過程的簡化，而且由於磁頭和介質間距減小，磁記錄存儲密度得到增強。本發明具有高硬度和良好的潤滑性能。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明進一步說明。
圖1為本發明現有技術的結構示意圖，
圖2為本發明的結構示意圖，圖3為本發明實施例1的結構示意圖，圖4為本發明實施例2的結構示意圖，其中1--Al基∽0.8mm，2-Cr底層100-200nm，3--NiP層∽10nm，4--磁性層20-50nm，5--保護層10-20nm，6--潤滑層∽3nm，7-Si基片，8-B4C底層，9--Fe層，10--Pt層，11--B4C中間層，12--多次循環層，13--B4C頂層，14--600s B4C，15--25s Fe，16--24s Fe，17--7s Pt，18--150sB4C，19--13次循環層，20--150s B4C頂層，21--21s Fe，22--6s Pt，23--2000sB4C，24--4次循環層，25--0s B4C。
實施例1選用純度為99.99％的Fe靶、Pt靶和B4C靶為濺射靶材，調節三者的靶基距分別為6.5cm，6.1cm和6.0cm。將濺射室本底真空抽至2.0×10-4Pa，以清洗乾淨的普通Si片為基片沉積薄膜。通過質量流量計控制氬氣的流量為50sccm，在正式濺射前先用氬氣起輝濺射靶材，待輝光穩定後調節濺射室主閥使濺射室工作氣壓穩定在0.5Pa。調節濺射電壓與濺射電流，使Fe靶、Pt靶和B4C靶濺射功率分別約為36W、50W和75W。
1、旋轉樣品臺，使樣品臺上的備用Si片正對其下方的B4C靶，沉積一個600秒(s)的B4C底層。
2、旋轉靶臺，使沉積了B4C底層的Si片正對其下方的Fe靶，沉積一層25s的Fe。
3、繼續旋轉靶臺，使Si片正對其下方的Pt靶，沉積一層7s的Pt。
4、往迴旋轉靶臺，將Si片迴旋到Fe靶的上方，沉積一層24s的Fe。
5.往迴旋轉靶臺，將Si片迴旋到B4C靶的上方，沉積一層150s的B4C。
重複步驟2-5，重複次數為14次，得到如圖3所示的膜繫結構。由於B4C中間層的沉積時間僅為150s，為防止膜厚不足，最後添加150s的B4C保護層。沉積過程中，Si片不加熱，製備得到的薄膜在500℃真空退火30分鐘。測試表明退火後它的矯頑力達到4.1KOe，滿足磁記錄介質磁性能方面的要求，而硬度為16GPa，滿足磁記錄介質的硬度方面要求。
實施例2靶材、靶基距、濺射室本底真空、氬氣流量、工作氣壓、三個靶的濺射功率同實施例1。
1、旋轉靶臺，使樣品臺上的備用Si片正對其下方的B4C靶，沉積一個600秒(s)的B4C底層。
2、旋轉靶臺，使沉積了B4C底層的Si片正對其下方的Fe靶，沉積一層21s的Fe。
3、繼續旋轉靶臺，使Si片正對其下方的Pt靶，沉積一層6s的Pt。
4、往迴旋轉靶臺，將Si片迴旋到Fe靶的上方，沉積一層21s的Fe。
5.往迴旋轉靶臺，將Si片迴旋到B4C靶的上方，沉積一層2000s的B4C。
沉積過程中Si片加熱到500℃，重複步驟2-5，重複次數為5次，得到如圖4所示的膜繫結構。由於B4C中間層的沉積時間足夠長(為2000s)，最後沒有添加B4C的保護層。製備得到的樣品不經過退火，測試表明它的矯頑力達到6.9KOe，滿足磁記錄介質磁性能方面的要求，而硬度為19GPa，滿足磁記錄介質的硬度方面要求。
權利要求
1.一種具有多重複合功能的磁記錄介質，它以矽片為基片，其特徵在於用磁控濺射技術在其上沉積一層B4C薄膜底層，再生成Fe-Pt-Fe三層薄膜組成的FePt磁性層和B4C保護層薄膜，經過退火處理形成新的磁記錄介質，FePt磁性層也可由Pt-Fe-Pt三層薄膜構成，或者由Fe、Pt兩層薄膜構成。
2.根據權利要求1所述的具有多重複合功能的磁記錄介質，其特徵在於在矽片和B4C底層上，以FePt磁性層、B4C層為基本單位經2-20次疊加在一起。
3.根據權利要求1或2所述的具有多重複合功能的磁記錄介質的製備方法，其特徵在於方法為a、選用純度為99.90％-99.99％的Fe靶、Pt靶和B4C靶為濺射靶材，將其放置在濺射室內的旋轉靶臺上，分別調節三者的靶基距為4-8cm，將清洗乾淨的普通Si片為基片放在濺射室內的基片臺上，基片溫度為25-500℃；b、將濺射室本底真空抽至2.0-2.5×10-4Pa，通過質量流量計控制氬氣的流量為30-70sccm，正式濺射前先用氬氣起輝濺射靶材，待輝光穩定後調節濺射室主閥使濺射室工作氣壓穩定在0.5-1Pa；c、採用磁控濺射技術在Si基片上沉積一層B4C薄膜底層，調節濺射電壓與濺射電流，濺射功率分別約為70-100W，濺射時間為500-700s；d、採用磁控濺射技術在Si基片B4C薄膜底層上按照Fe-Pt-Fe-B4C的順序分別沉積Fe、Pt、Fe、B4C薄膜，調節濺射電壓與濺射電流，濺射功率分別約為30-40W、40-60W、30-40W和70-100W，濺射時間分別為20-30s、5-10s、20-30s、150-2000S；e、重複第4步2-20次，直到要求的總厚度為止；f、最後在其上再沉積B4C薄膜，濺射功率為70-100W，濺射時間為150-2000S。
4.根據權利要求3所述的具有多重複合功能的磁記錄介質的製備方法，其特徵在於沉積薄膜時Si基片溫度低於200-250℃時，薄膜沉積全部完成後需進行真空退火，退火溫度為300-600℃，退火時間30分鐘。
全文摘要
本發明提出了一種同時具有好的機械、潤滑和磁性能的多重複合功能磁記錄介質及其製備方法。它是在矽片上用磁控濺射技術在其上沉積一層B
文檔編號G11B5/72GK1866359SQ20061001940
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者王浩, 楊輔軍, 曹歆, 汪漢斌 申請人:湖北大學