• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Эксперименты с магнитным накопителем

Эксперименты с магнитным накопителем
Благодаря применению магнетронной технологии осаждения при сверхвысоком вакууме и внедрению имплантирующего слоя толщиной 2 нм, содержащего индий, удалось повысить коэрцитивную силу от 404 до 500 кА/м для тонкопленочных материалов с многослойной структурой Co/Pd, что весьма важно при создании высококоэрцитивного носителя информации, необходимого для записи с высокой плотностью. Многослойная структура Co/Pd формировалась в атмосфере аргона при давлении 1 Па на алюминиевую подложку, покрытую слоем пермаллоя толщиной 6 мкм. Начальное давление в камере составляло 10,6*10-6 Па. Имплантирующий слой, содержащий индий, напылялся в атмосфере аргона при давлении 0,58 Па.

Еще большая коэрцитивная сила - около 550 кА/м - получена для осажденных многослойных образцов Co/Pt с применением той же технологии, что и для многослойных пленок Co/Pd. Благодаря высокой коэрцитивной силе многослойные материалы Co/Pd и Co/Pt могут найти применение для создания высокоплотных носителей .перпендикулярной магнитной записи.

Внедрение имплантирующего слоя NiAl позволило получить неплохие магнитные и микроструктурные характеристики для тонкопленочных материалов CoCrPt/Ti с перпендикулярной анизотропией. Многослойная структура CoCrPt/Ti/NiAl формировалась на стеклянной подложке, на которую вначале осаждался слой NiAl толщиной 0-80 нм, затем слой Ti(18 нм) и основной слой Со(70%), Сг(20%), Pt(10%). Начальное давление и давление аргона при осаждении составляли соответственно 6,6*10-5 Па и 79,8 Па. Температура подложки варьировалась в пределах от 200 до 340 °С. Измерения показали, что при увеличении температуры подложки от 200 до 280 °С коэрцитивная сила тонкопленочных образцов монотонно возрастает примерно от 285 до 316 кА/м, а при дальнейшем увеличении температуры подложки от 280 до 340 °С падает до 160 кА/м. Для тонкопленочных образцов CoCrPt/Ti коэрцитивная сила возрастает почти по линейному закону от 160 до 360 кА/м при увеличении температуры подложки от 220 до 340 °С.

В тонкопленочных отрезках CoCrPt/Ti/NiAl наблюдалась микроструктура с кристаллическими зернами размером около 8,2 нм, что существенно меньше, чем для образцов без слоя NiAl и весьма важно при создании носителя перпендикулярной записи с высокой плотностью.

Результаты экспериментальных исследований показали, что введение подслоя из аморфного углерода улучшает магнитные свойства и характеристики записи и воспроизведения носителя с однослойным CoCrPtTa и многослойным Co/Pd рабочими слоями. Оба вида рабочих слоев формировались магнетронным осаждением при начальном давлении не более 2,7*10-5Па и температуре подложки 270- 290 °С. Основной слой Со(73%), Cr(18%), Pt(6%), Ра(3%) толщиной 50 нм осаждался на предварительно нанесенный слой Со(60%), Сг(40%), напыленный в свою очередь на подслой аморфного углерода, расположенный непосредственно на стеклянной подложке. В другом виде рабочего слоя многослойная структура содержала 20 пар чередующихся слоев Co/Pd и формировалась также на аморфном углеродном подслое.

С увеличением толщины аморфного углеродного слоя от 0 до 30 нм коэрцитивная сила Нс рабочего слоя с многослойной структурой Co/Pd увеличилась от 119 до 396 кА/м. Дальнейшее увеличение его толщины заметно не изменило величину Нс. Улучшение магнитных свойств Co/Pd позволило получить вполне приемлемое отношение сигнал-шум при воспроизведении сигнала с плотностью вплоть до 16 000 бит/мм.

С введением аморфного углеродного слоя толщиной 60 нм коэрцитивная сила рабочего слоя CoCrPtTa увеличилась от 119 до 237 кА/м, и отношение сигнал-шум при этом осталось в допустимых пределах при воспроизведении информации, записанной с продольной плотностью вплоть до 10 000 бит/мм.

Сравнительно высокая коэрцитивная сила - около 562 кА/м - получена для тонкопленочных многослойных образцов CoCrPt(40 нм)/ СоСгРtTа(20нм)/Ti(25нм). Данные образцы осаждались магнетронным высокочастотным способом на стеклянные подложки. После осаждения многослойные образцы подвергались термообработке в вакууме 1,3*10-3Па при температуре 400-600 °С в течение 30 мин.

Измерения показали, что при увеличении толщины титанового слоя от 5 до 25 нм коэрцитивная сила рассматриваемых многослойных образцов возрастает от 436 до 562 кА/м после термообработки при температуре 500 °С. При этом достигается относительно большое значение скважности кривой перемагничивания, составляющее 0,98. Полученные результаты представляют интерес для разработчиков носителей перпендикулярной магнитной записи информации с высокой плотностью.

Сравнительно большая величина коэрцитивной силы получена для композитных двухслойных пленок FePt-MgO с перпендикулярной магнитной анизотропией. Их коэрцитивная сила в перпендикулярном к плоскости пленок направлении достигает 800 кА/м, что примерно на 160 кА/м больше, чем для пленок FePt, RePt-Al203 и FePt-SiO2 Наблюдения показали, что размеры магнитных доменов тонкопленочных образцов FePt-MgO находятся в пределах 60-95 нм. При этом для данных образцов с возрастание размеров доменов от 60 до 95 нм, их коэрцитивная сила монотонно возрастает от 40 до 800 кА/м.
При использовании тонкопленочного материала FePt-MgO для магнитного носителя информации получены картины распределения переходов намагниченности при различной плотности записи. На таких картинах вполне различимы переходы намагниченности при плотности записи информации 24 000 бит/мм. Это означает, что данный материал представляет интерес для разработчиков высокоплотных накопителей информации, основанных на перпендикулярной магнитной записи.

Проведенный анализ показывает, что для записи с поверхностной плотностью информации, равной 1 Тбит/дюйм2, рабочий слой магнитного носителя должен обладать высокой коэрцитивной силой - не менее 950 кА/м - при среднем размере кристаллических зерен около 8 нм. К таким магнитным и структурным характеристикам приближается тонкопленочный материал, в котором магнитные частицы FePt распределены в одной из немагнитных матриц С, Si02 и В2,03. В частности, коэрцитивная сила для тонкопленочных образцов FePt(10HM)/SiO2(l,5HM) достигает 950 кА/м после термической обработки при температуре 650°С. Однако в данных образцах размер кристаллических зерен превосходит 40 нм. Размер зерен уменьшается примерно до 10нм при уменьшении температуры отжига до 600 °С и незначительно изменяется при дальнейшем падении температуры отжига до 450 °С. К сожалению, с уменьшением температуры отжига от 650 до 450 °С коэрцитивная сила уменьшается примерно от 950 до 80 кА/м. Для сравнения: при том же изменении температуры отжига пленок FePt толщиной 50 нм без диэлектрической матрицы SiP2 коэрцитивная сила уменьшается от 1190 до 634 кА/м, а размер зерен - от 58 до 28 нм, т.е. в структуре данных пленок преобладают кристаллические зерна крупных размеров.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что тонкопленочные слои CoPt и FePt обладают высокой коэрцитивной силой. Данные слои осаждались высокочастотным способом на оксидированной кристаллической подложке с предварительно напыленным слоем MgO. Для полученных таким образом тонкопленочных образцов CoPt максимальная коэрцитивная сила равна примерно 800 кА/м. Такая величина коэрцитивной силы достигнута после термической обработки в атмосфере аргона при температуре отжига 700 °С в течение 30 мин. Более высокой, коэрцитивной силой - около 1270 кА/м - обладают тонкопленочные образцы FePt, отожженные при температуре 700 °С в атмосфере аргона в течение 20 мин.

При термической обработке тонкопленочных образцов CoPt и FePt скорость нагрева и скорость охлаждения после отжига одинаковы и составляют 100 °С/с.
С помощью электронного микроскопа в обоих видах тонкопленочных образцов наблюдалась магнитная доменная структура в виде кластеров с размерами в сотни нанометров.

В заключение отметим, что благодаря модернизации технических средств перпендикулярной магнитной записи можно приблизиться к сверхвысокой информационной плотности, составляющей 1 Тбит/дюйм2. Для достижения такой плотности всесторонне исследуются различные тонкопленочные материалы для высококоэрцитивного магнитного носителя и высокоэффективного преобразования записи и воспроизведения информации. При этом особое внимание уделяется магнитомягким материалам для тонкопленочного элемента записи и магниторезистивным материалам для воспроизводящего элемента. В перспективных средствах перпендикулярной магнитной записи необходимо использовать новые технологические приемы, позволяющие изготавливать сложнейшие по конструкции комбинированные преобразователи записи-воспроизведения, состоящие из тонкопленочных элементов, размеры которых составляют сотни и даже десятки нанометров.

Будущее магнитных носителей

В развитии современного общества важнейшую роль играют накопление и рациональное потребление информации. Суммарное...

читать далее

Микро- и наноэлектроника

Характерная особенность современного естествознания - рождение новых, быстро развивающихся наук на базе фундаментальных...

читать далее

Предполагается, что КМОП-схемы могут стать основой для элементной базы даже высокоскоростных микропроцессоров...

читать далее