一种具有垂直磁各向异性纳米点阵列的制备方法

摘要

本发明涉及一种可应用于高密度磁存储的纳米结构材料的制备方法，具体的说是一种具有垂直磁各向异性纳米点阵列的制备方法。该制备方法包括以下步骤：①衬底的制备，采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底；②双层膜沉积，采用溅射技术向①中制得的胶体阵列球面衬底上沉积Co/Pt多层膜，使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，从而获得具有垂直磁各向异性纳米点。本方法制备的纳米点阵列边缘结构完整、存储性能好、垂直各向异性强的。

说明书

技术领域

   本发明涉及一种可应用于高密度磁存储的纳米结构材料的制备方法，具体的说是一种具有垂直磁各向异性纳米点阵列的制备方法。

背景技术

随着信息产业的飞速发展，高密度、大容量、高速度及低成本的信息存储受到人们极大的关注。与其它信息存储方式相比，磁存储具有记录性能优异、应用灵活、价格便宜、技术发展潜力大等优点，是当代信息存储的一项主要技术。自近年来磁记录密度的飞速提高对记录方式和记录介质提出了更高的要求，使传统的纵向记录方式和记录介质面临着严重的挑战。

垂直磁记录现在被认为是高密度磁存储最有前景一种记录方式，理论预测的存储密度可高达1Tb/in²。与传统的纵向记录相比，垂直记录的特点是磁化方向与膜面垂直，退磁场随记录密度的增加而减小，因此退磁场的负面作用降低。并且，垂直记录介质中相邻位之间相互吸引，磁化稳定性非常高。因此，在垂直记录的情况下，可以采用比较厚的介质、适中的介质矫顽力H_C 和饱和磁化强度M_s、高的垂直各向异性材料，获得较高的记录密度。

近年来，随着信息产业的飞速发展，磁记录密度不断提高，多层膜各种周期排布的图纹结构如点状、柱状、环状和盘状等纳米点结构阵列等开始引起人们的重视。在纳米点结构阵列中，尺寸、结构、形状等参数对各向异性有着显著影响，尤其当图纹结构的尺寸可以和畴壁尺寸以及临界单畴尺寸相比拟时，可以实现具有单畴结构的磁性纳米点，对于实现高密度存储具有重要意义。

目前大部分的纳米结构都是通过刻蚀连续膜的方法得到的，上述方法不可避免对薄膜造成不同程度的破坏，其缺点和不足具体表现在：①纳米点边缘受损严重；②垂直磁各向异性变差；③降低介质的信噪比。制备出完整的、具有垂直各向异性纳米点阵列是目前重要研究课题之一。

发明内容

本发明的目的是旨在利用自组装的纳米胶体球阵列来制备尺寸可控、结构完整的Co/Pt多层膜的纳米结构阵列，提供一种边缘结构完整、存储性能好、垂直各向异性强的纳米点阵列的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，该制备方法包括以下步骤：

①、衬底的制备，采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底。

②、双层膜沉积，采用溅射技术向步骤①中制得的胶体阵列球面衬底上沉积Co/Pt多层膜。在小球顶部形成曲面纳米点，在小球间隙处形成三角形状的纳米点，这样得到的小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，从而在胶体球顶部获得具有垂直磁各向异性纳米点阵列。

所述胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，薄膜的厚度沿球面逐渐减小，其厚度关系式为t=t₀sinθ。当θ小于特定值θ_c时，所述Co/Pt多层膜子层界限消失，形成合金。Co层和Pt层厚度，使该合金不具有垂直磁各向异性；只有θ大于θ_c的部分薄膜具有磁各向异性。

所述向密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积薄膜时，阴影效应使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，穿过小球间隙沉积到衬底上的薄膜，由于厚度被削减了1/3而形成合金，不具有磁各向异性。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、薄膜生长为制备过程最后一步，无需后续刻蚀过程，可以得到边界无损伤的具有垂直磁各向异性的纳米结构阵列；

2、改变胶体球尺寸或薄膜的沉积厚度便可以控制纳米点的尺寸；

3、胶体球之间的磁性纳米结构对阵列磁性无影响；

4、此方法可以应用到具有厚度依赖关系的各种性能材料。改变胶体球尺寸，可以控制具有一定物理性能纳米点的密度。

附图说明

图1是本发明利用自组装技术制备单层胶体球过程示意图。

图2是本发明胶体阵列球面衬底结构示意图。

图3是本发明密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积的薄膜，在胶体球顶部及小球间隙的衬底上形成纳米结构示意图。

图4是本发明采用溅射技术向胶体阵列球面衬底上沉积Co/Pt多层膜具有垂直磁各向异性的纳米结构示意图。

具体实施方式

首先采用自组装技术制备单层呈六角密堆的胶体阵列球面衬底，在附图1中 a、将胶体小球铺展在水面；b、使小球单层密排在一起形成有序的单层膜；c、将有序的单层膜转移到衬底上。形成的单层胶体阵列为六角密堆结构（如附图2所示）。

具体步骤是：将硅衬底在10%的十二烷基硫酸钠溶液中浸泡24小时，得到亲水的衬底表面。取5毫升为10wt.%的聚苯乙烯胶体溶液，用5毫升的乙醇进行稀释，然后取出约5微升滴在浸泡过的衬底表面，溶剂连同小球在衬底表面铺展开来。将衬底片缓慢地浸入盛有去离子水的容器里，容器的横截面积为19.5×19.5平方厘米。由于水表面张力作用，在水表面形成一层PS胶体小球的单层膜。再向容器中滴入4微升浓度为2%的十二烷基硫酸钠溶液。在室温条件下静置约10分钟，再用浸泡过的衬底片将PS小球膜捞起来，在空气中自然挥发干燥后即可在硅衬底表面形成单层PS二维有序阵列。具体操作过程示意图见附图1。

由附图3所示: 采用溅射技术向制得的胶体阵列球面衬底上沉积Co/Pt多层膜。在小球顶部形成曲面纳米点，在小球间隙处形成三角形状的纳米点，如图2中箭头所示。这样得到的小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，从而在胶体球顶部获得具有垂直磁各向异性纳米点阵列。

所述向密堆排列单层胶体球阵列衬底上沉积薄膜时，阴影效应使得小球间隙的薄膜厚度仅为小球顶部薄膜厚度的2/3，穿过小球间隙沉积到衬底上的薄膜，由于厚度被削减了1/3而形成合金，不具有垂直磁各向异性。

由附图4所示：所述胶体阵列球面衬底上沉积薄膜时，薄膜的厚度沿球面逐渐减小，其厚度关系式为t=t₀sinθ。当θ小于某一临界角度θ_c时，多层膜界面消失，形成合金，该部分多层膜不表现垂直磁各向异性；对于角度大于θ_c时，该部分多层膜具有垂直磁各向异性。

所述沉积Co/Pt多层膜薄膜子层厚度Co为0.5-2.0nm，Pt0.8-3nm时，产生垂直磁各向异性的纳米结构对应的角度θ_c为30-15o。