• 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.

Технологии и фундаментальные знания

Технология - совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или полуфабрикатов...

читать далее

Начало развития твердотельной электроники

Толчком для развития твердотельной электроники послужили долгое время необъяснимые физические загадки, называемые...

читать далее

В последнее время широко используется силицидная технология, включающая операцию осаждения тонкого слоя титана...

читать далее