高密度磁记录介质用Fe(Co)Pt纳米结构的制备与研究

摘要

针对垂直磁记录介质发展过程中遇到的“三难”问题，图形化磁记录介质由于在解决热稳定性方面具有独特的优势而引起人们广泛关注。但是如何获得大面积、高度有序的高密度图形化介质还是比较困难的。作为超高密度磁记录介质的材料，如FePt、CoPt，还要求其在具有高化学有序度的同时保持易磁化轴的垂直取向，因此对材料的工艺有着更苛刻的要求。
　　而热辅助磁记录技术是利用激光瞬间局部加热记录层到居里温度(Tc)附近来解决高磁晶各向异性常数(Ku)材料的写入场问题。但是作为记录层的金属薄膜材料通常具有较差的光吸收性质，导致很大一部分光被反射或者透射。因此要实现工业化生产其中一个关键的问题是如何将激光能量传递给记录层，并为之有效吸收。
　　本论文采用电化学阳极氧化法制备了多孔氧化铝(AAO)模板，并将超薄AAO模板成功地转移在各种所需基底上。结合该模板与磁控溅射制备了L10-Fe(Co)Pt纳米反点阵列，并研究了反点阵列纳米孔尺寸对其磁性的影响。通过AAO模板获得一种特殊形貌的FePt纳米条纹结构，并对样品的晶粒间相互作用以及磁化反转过程进行了探索。采用磁控溅射法制备了Ag/SiO2/FePt纳米共振腔超吸收结构，研究了中间层厚度对FePt光吸收性质的调节作用，并对其进行了激光加热实验。主要研究内容如下：
　　（1）采用两步氧化法对高纯Al片进行电化学阳极处理，在厘米尺寸获得了高度有序的多孔阵列结构。通过使用PMMA保护胶结合滤纸实现了对厚度只有几百纳米超薄模板在去铝基与阻挡层的过程中进行多次转移和清洗，并可以将其完整无损地转移在各种所需基底上。以此为模板制备纳米结构可以复制模板规则的多孔阵列结构获得纳米点阵列，其尺寸主要由所用模板决定。在AAO模板的制备过程中，电解液类型和氧化电压决定了模板的孔径与孔间距；通过延长在磷酸中的浸泡时间可以进一步增加模板的孔径；而二次氧化时间决定模板的孔深，通过改变这些实验条件模板的尺寸可以在大范围内连续调节。
　　（2）采用较厚的AAO模板直接溅射沉积制备FePt反点阵列，其孔径可以小至8 nm，孔密度高达7.8×1011 inch?2。分别研究了具有不同孔密度、孔径以及磁性层厚度反点阵列的磁性。结果表明：随着纳米孔密度和孔径的增大，反点阵列的钉扎效果增强，矫顽力(Hc)增大；然而当固定孔密度增加孔径到一定值时，反点阵列的Hc反而减小。这可能是由于对于孔径较大的纳米孔已经偏离其理想的反点阵列结构。同时随着沉积层厚度的增加反点阵列的平均孔径减小而且有一部分孔被封闭，导致纳米孔径与孔密度均减小，因此钉扎效果减弱，Hc变小。此外，通过减小Al片阳极氧化过程中的氧化电压获得了一种纳米条纹型模板，沉积在其上的FePt厚度为25 nm时仍然可以复制这种特殊的条纹型结构。与相同厚度的连续膜相比，由于受到模板对横向生长方向的限制作用，可以避免 FePt在高温相变的过程中颗粒长大与聚集，从而减弱颗粒间强的交换耦合作用；同时这种特殊的结构可以使FePt的磁化反转倾向于自旋旋转模式(spin rotation mode)。
　　（3）采用超薄AAO模板作为掩膜板对具有垂直取向的L10-CoPt薄膜进行干法刻蚀可以在厘米尺寸获得高度有序的CoPt反点阵列。采用这种方法，一方面可以避免FePt沉积在AAO模板的纳米孔壁上影响钉扎效果，同时也可避免FePt沉积在比较粗糙的模板表面对垂直取向造成破坏；另一方面这种方法可以在保持薄膜良好晶体结构和垂直取向的情况下引入一定密度分布的非磁性纳米孔阵列，通过使用不同尺寸的模板可以调节所制备反点阵列的尺寸。这种非磁性纳米孔可以作为钉扎点阻碍畴壁位移从而使畴壁的磁化反转变得更加困难、增大矫顽力、稳定磁畴。
　　（4）采用磁控溅射法制备用作热辅助磁记录介质的Ag/SiO2/FePt纳米共振腔超吸收结构。其中Ag可以作为非常好的反射层，SiO2是提供额外相位的光无损层，FePt层为吸收层，这种三层膜结构可以表现出强干涉效应。结果表明，通过改变中间SiO2层厚度可以有效地调节FePt层吸收的强度和峰位。当SiO2层厚度为120-140 nm时，Ag/SiO2/FePt结构对830 nm处激光表现出了强吸收，其中大于85％的光被FePt层吸收，用于激发其电子震荡而产生能量损耗。进行的激光加热实验表明此能量损耗将以热的形式被FePt吸收从而使自身温度升高。
　　综上所述，我们制备出了具有良好垂直取向的L10-Fe(Co)Pt纳米反点阵列，通过改变AAO模板的制备条件可以方便地调节所制备纳米结构的形貌和尺寸从而对其磁性能进行调控。通过将纳米共振腔超吸收结构引入到热辅助磁记录介质中，可以有效地增强记录层对激光的吸收效率。这些研究将为实现超高密度磁记录提供新的途径。

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目录

1 绪 论

1.1 磁记录技术概述

1.2 传统的记录方式及遇到的问题

1.3 下一代磁记录技术

1.4 本论文的思路和工作安排

1.5 参考文献

2 样品制备与表征方法

2.1 引言

2.2 薄膜的制备

2.3 图形化过程

2.4 性能表征

2.5 参考文献

3 超薄AAO模板以及FePt纳米点阵列的制备与研究

3.1 引言

3.2 AAO模板的制备与超薄模板的转移过程

3.3 FePt纳米点阵列的制备

3.4 本章小结

3.5 参考文献

4 FePt反点阵列以及条纹型纳米结构的制备与研究

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 结果和讨论

4.4 本章小结

4.5 参考文献

5 超薄AAO模板干法刻蚀制备CoPt反点阵列

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

5.5 参考文献

6 纳米共振腔超吸收结构在热辅助磁记录中的应用

6.1 引言

6.2 实验方法

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

6.5 参考文献

7 结 论

论文创新点

致谢

攻读学位期间发表的论文