磁控溅射法制备类三明治结构Cu/CoCrPt/Cu纳米薄膜的微结构与磁特性研究

摘要

纳米铁磁金属薄膜的研究，近年来成为纳米磁学领域的研究热点。镶嵌在非磁材料中具有六角密积结构的CoCrPt系薄膜由于其潜在的应用价值受到人们的广泛关注。本论文应用直流对靶和射频磁控溅射法，沉积了系列Cu/CoCrPt/Cu类三明治结构的纳米磁性薄膜，利用X射线衍射仪(XRD)、多功能扫描探针显微镜(SPM)等对材料的微结构和表面形貌进行了表征，利用振动样品磁强计(VSM)对材料的磁特性进行了分析。得到的主要结果如下： (1)固定衬底层和磁性层不变，用磁控溅射法制备了系列Cu(t=1，4，6，8，10 nm)/CoCrPt(30 nm)/Cu(2 nm)类三明治结构样品，发现覆盖层Cu的厚度对样品的微结构和磁特性有着很大的影响。适当的Cu覆盖层厚度对样品颗粒的细化、均匀以及表面粗糙度的改善是十分有利的。VSM测量表明，样品呈垂直磁各向异性，且在一定的范围内，垂直膜面方向的矫顽力随覆盖层厚度的增加而增加，分析认为该现象主要是由形状各向异性引起的。此外，颗粒状磁畴图样表明薄的衬底层的选择对于形成柱状磁畴结构是一个很好的手段。 (2)固定覆盖层和衬底层不变，用磁控溅射法制备了系列Cu(8 nm)/CoCrPt(t=15，20，25，30，35nm)/Cu(2 nm)类三明治结构样品，并原位进行了30分钟、350℃退火。VSM测量显示样品呈垂直磁各向异性，且随着样品磁性层厚度的增加，垂直膜面方向的矫顽力呈增大的趋势，认为这主要归因于纵横比随磁性层厚度的增大而增大所致；饱和磁化强度也随磁性层厚度的增加而增大，这是由于随着磁性层厚度的增加，非磁性元素所占比例下降引起的。 (3)研究了退火对Cu(8 nm)/CoCrPt(35nm)/Cu(2 nm)样品的影响，发现550℃退火30min后，垂直矫顽力达到最大。此时，Cu衬底在玻璃基片上呈岛状分布，没有形成连续膜。岛和岛之间的空隙好像模板一样，从而使得磁性的CoCrPt膜柱状生长，再加之退火之后，使得覆盖层进一步渗入磁性层中，提高了矫顽力。 (4)采用射频溅射模式和直流对靶溅射模式制备了Cu(8nm)/CoCrPt(12.5nm)/Cu(tnm)/CoCrPt(12.5 nm)/Cu(2 nm)样品，改变Cu插入层的厚度，t=1，2，3，4nm。Cu插入层能够对对柱状生长的CoCrPt做进一步的分隔。由实验看出，适当厚度的插入层对于有效分隔磁性颗粒，优化磁畴结构也是非常好的一种手段。

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英文文摘

声明

1 引言

1.1 磁记录薄膜介质材料概述及其性能表征

1.2磁记录介质的表征

1.2.1磁滞回线

1.2.2颗粒临界尺寸与热稳定性

1.3 δM曲线

1.4选题背景及研究内容

2样品的制备及测试方法

2.1 样品的测试

2.1.1 晶体结构的测量--X射线衍射

2.1.2表面形貌及磁结构的测量--扫描探针显微镜

2.1.3磁性测量--振动样品磁强计

2.2样品的制备过程和后处理

2.2.1基片清洗

2.2.2溅射镀膜

2.2.3薄膜样品的热处理

3 Cu/CoCrPt/Cu薄膜的制备、微结构与磁特性

3.1 Cu覆盖层对Cu/CoCrPt/Cu薄膜微结构和磁特性的影响

3.1.1样品的制备和测试

3.1.2实验结果和讨论

3.1.3 小结

3.2磁性层厚度对Cu/CoCrPt/Cu薄膜微结构与磁特性的影响

3.2.1样品的制备

3.2.2实验结果和讨论

3.2.3小结

3.3退火温度对Cu/CoCrPt/Cu薄膜微结构与磁特性的影响

3.3.1样品的制备

3.3.2实验结果和讨论

3.3.3小结

3.4 Cu插入层对Cu/CoCrPt/Cu/CoCrPt/Cu多层膜的微结构与磁特性的影响

3.4.1 样品的制备

3.4.2实验结果和讨论

3.4.3小结

4结论

参考文献

致谢