专利名称：一种提高金属磁性多层膜矫顽力的方法
技术领域：
本发明涉及金属磁性多层膜的制备方法，特别是提供了一种用反铁磁材料 改善金属磁性多层膜磁性能的方法。
背景技术：
金属磁性多层膜结构广泛地应用于磁记录信息的读取和存储技术中。例如， Dieny等人利用单晶硅Si/钽Ta/镍铁NiFe /铜Cu/镍铁NiFe/铁锰FeMn/钽Ta 结构制备出自旋阀多层膜(B. Dieny, V. S. Speriosu, J S. Metin, et al. J. Appl. Phys. 69, 4774(1991)),这种自旋阀多层膜是近十几年迅速发展起来的一种实用化的巨
磁电阻材料，它在传感器、计算机硬盘读头和磁电阻随机存储器(MRAM)等 方面具有广阔的应用前景。金属磁性多层膜结构在磁记录硬盘的存储技术中也有
着很广泛的应用，2000年IBM和富士通公司在玻璃基片上利用镍铝NiAl/铬合 金CrX/钴铬CoCr/钴Co合金/碳C金属磁性多层膜结构制备出面密度可达到 15.5Gb/cm2的CoCr磁记录硬盘(D. Weller, A. Moser， L. Folks, et al. IEEE Tran. Magn.36, 10(2000))，使磁记录面密度有了大幅度的提高。
虽然多层膜结构大量应用于硬盘磁记录技术中，但为了实用化的需要，通常 将金属磁性多层膜中每一层的厚度做的很薄，这使得薄膜的磁性能尤其是矫顽力 较低，很容易受到外界磁场的干扰，不利于实现超高密度磁记录，所以提高金属 磁性多层膜的矫顽力是实现超高密度磁记录技术的关键。对于CoCr基合金磁记 录材料，在提高多层膜的矫顽力方面已有一些报道，如利用铂Pt做缓存层(E.B. Svedberg, J. Appl. Phys. 92,1024 (2002))、利用钴铬CoCr/铜Cu做中间层(I. Tamai et al. J. Magn. Magn. Mater. 235, 78 (2001))等。但利用这些方法后，薄膜的矫顽力 提高幅度并不大，有待进一步改善。还有研究者采用后续热处理方法提高薄膜的 矫顽力(Y. Hirayama et al. J. Appl. Phys. 87， 6890 (2000))，但这必然造成生产成本 的增加，也不利于未来的应用。
发明内容
本发明提出利用反铁磁层和金属磁性多层膜之间的交换耦合作用来提高 CoCr/Pt多层膜的矫顽力，为提高金属磁性多层膜的矫顽力提供一种新方法。
本发明为一种提高金属磁性多层膜矫顽力的方法，其是在清洗干净的玻璃基 片依次沉积铂Pt (50 500 A)/[钴铬CoCr(5 A)/钼Pt(7 25 A)]5 /铁锰FeMn(25 500 A)/铂Pt (20 50 A)，所述的玻璃基片表面外加垂直于膜面方向的磁场，
大小为100 3000 Oe，所述的基片温度为100 300 。C，所述的FeMn层的沉
积温度为10 50 。C，溅射室本底真空度为lxio-5 7xl(T5Pa，溅射时氩气压为 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的速率旋转。 本发明利用FeMn和CoCr/Pt多层膜之间存在交换耦合作用，提高了 CoCr/Pt 多层膜的垂直磁各向异性，同时增加了钉扎铁磁层畴壁的钉扎位和畴壁移动的势 垒高度，从而提高CoCr/Pt多层膜的垂直膜面方向的矫顽力H^。沉积铁锰层之 后，CoCr/Pt多层膜的仏i最大可以比无FeMn层的提高近50。/。。本发明的优点 在于由于薄膜的厚度较小，同时又具有良好的垂直磁各向异性和较高的矫顽力， 比较适合应用于CoCr合金薄膜的超高密度垂直與记录。此外，沉积后的薄膜无 需进行后退火处理，所以它还具有成本低，制备简单等优点，适用于未来的生产。
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图1是在玻璃基片上沉积的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矫顽 力仏i随FeMn层厚度d的变化关系。
具体实施例方式
如图l，其中曲线(a)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为lxl(T5 Pa， 溅射时氩气(99.99%)压为0.9Pa。溅射过程中，基片表面外加垂直于膜面方向
的磁场，大小为100 Oe，基片以18r/min的速率旋转；基片温度为100°C， FeMn
层的沉积温度为10 °C;
曲线(b)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为3xl0—5 Pa，溅射时氩气 (99.99%)压为L2Pa。溅射过程中，基片表面外加垂直于膜面方向的磁场，大
小为700 Oe，基片以18r/min的速率旋转；基片温度为200。C， FeMn层的沉积 温度为30 。C;
曲线(c)的溅射工艺条件为溅射室本底真空度为7x10—5 Pa，溅射时氩气 (99.99%)压为1.6 Pa。溅射过程中，基片表面外加垂直于膜面方向的磁场，大
小为3000 Oe，基片以18 r/min的速率旋转；基片温度为300°C， FeMn层的沉
积温度为50 °C 。
本发明的制备方法如下
首先将玻璃基片用有机化学溶剂、去离子水以及酒精超声清洗，然后装入溅 射室样品基座上。以图l中曲线(b)为例，在溅射前，先将基片表面外加垂直磁
场调整到700 Oe，基片温度调整到200。C。溅射室本底真空3 X l(r5Pa，在溅射
时氩气(纯度为99.99%)压为1.2 Pa的条件下依次沉积铂Pt (200 A)和[钴铬CoCr(5 A)/铂Pt(15 A)]5交替多层膜以制备Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5薄膜；依次沉 积铂Pt (200 A)和陶铬CoCr(5 A)/铀Pt(15 A)]s交替多层膜，而后基片温度降至
30。C时再沉积铁锰FeMn (25~200 A)/铂Pt(25 A)以制备Pt(200 A)/[CoCr(5
A)/Pt(15 A)]5/ FeMn (25 200 A)/ Pt(25 A)薄膜。
从图l中可以看出，三条曲线均反映出引入反铁磁FeMn层后，薄膜的矫顽 力有很明显的升高。例如，在溅射室本底真空度为3x10—5 Pa，溅射时氩气(99.99。/。) 压为1.2 Pa，基片表面外加垂直于膜面方向的磁场，大小为700 Oe，基片以18
r/min的速率旋转；基片温度为200。C， FeMn层的沉积温度为30 。C工艺条件
下(曲线b)， Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多层膜的矫顽力较低，只有750 Oe。 在Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多层膜上面沉积FeMn层后，随着FeMn层厚 度d的增力口，私i逐渐增力口。当FeMn层达到70 A时，薄膜的矫顽力达到1092 Oe， 比Pt (200 A)/[CoCr(5 A)/Pt(15 A)]5多层膜的矫顽力提高了近50%。这说明，反铁 磁层FeMn的引入可以有效地提高CoCr/Pt多层膜的矫顽力。
权利要求
1.一种提高金属磁性多层膜矫顽力的方法，其特征是在清洗干净的玻璃基片依次沉积铂Pt(50～500)/[钴铬CoCr(5)/铂Pt(7～25)]5/铁锰FeMn(25～500)/铂Pt(20～50)，所述的玻璃基片表面外加垂直于膜面方向的磁场，大小为100～3000 Oe，所述的基片温度为100～300℃，所述的FeMn层的沉积温度为10～50℃，溅射室本底真空度为1×10-5～7×10-5Pa，溅射时氩气压为0.9～1.6Pa。
2. —种提高金属磁性多层膜矫顽力的方法，其特征是所述的玻璃基片以 18r/min的速率旋转。
全文摘要
本发明提供了一种用反铁磁材料提高金属磁性多层膜矫顽力的方法，利用磁控溅射仪，在清洗干净的玻璃基片沉积铂Pt/[钴铬CoCr/铂Pt]<sub>5</sub>/铁锰FeMn/铂Pt多层膜。本发明的优点在于薄膜的厚度较小，同时又具有良好的垂直磁各向异性和较高的矫顽力，比较适合应用于CoCr合金薄膜的超高密度垂直磁记录。此外，沉积后的薄膜无需进行后退火处理，所以它还具有成本低，制备简单等优点，适用于未来的生产。
文档编号C23C14/34GK101148751SQ200710176699
公开日2008年3月26日 申请日期2007年11月1日 优先权日2007年11月1日
发明者于广华, 春 冯, 李宝河, 李明华, 蛟 滕 申请人:北京科技大学