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1、磁记录技术中的薄膜磁性材料一?j第17卷增刊1996年5月金属热处理OFMETALHEATTREATMENTVoI.17SoppIMay1996'2磁记录技术中的薄膜磁性材料①蔡炳初(上海交通大学)殳7AJ冉要随着计算机工业,信息,多媒体技术的高速发展,对计算机外存储设备提出了大容量,高数据传输速率及小型化的要求,而实现该要求的唯一途径是提高记录密度.近几年来,由于高矫顽力低噪声介质,薄膜磁阻头,读写及定位技术等方面的重大突破,使记录密度以每年60的速率递增.本文就这种数字式磁记录技术中使用的薄膜磁记录介质及新型薄膜磁头材料的发展作一简
2、萎磁量子磁盘介质确捌翻袭关键词磁阻睦里堕量子磁盘介质—_L奇{抖;利,,1薄膜记录介质标志记录介质特性的主要性能指标为记录介质的矫顽力,剩余磁化强度及介质噪声,其次为介质材料的耐磨性及化学稳定性.其中矫顽力决定了记录介质可能达到的最高记录密度,因为记录或读出波形的翻转宽度(d)越窄,记录密度越高,而该翻转宽度反比于介质矫顽力He/2日c),剩余磁化强度决定着输出幅值,介质噪声决定丁实际能达到的记录密度.后两种性能指标与盘片的使用寿命密切相关.所,磁盘驱动器记录密度和容量不断提高的过程,实际上是薄膜磁记录介质矫顽力不断提高的过程.1.1高
3、矫顽力和低噪声薄膜记录介质的获得要使记录介质具有高矫顽力,该磁性薄膜必须具有高的磁晶各向异性.应力,形状,诱生各向异性在薄膜记录介质中很难实现,所以只有依赖于记录介质具有较高的磁品各向异性.由于钴具有较强的磁晶各向异性,所以目前所有实用及正在开发中的薄膜记录介质都是钴基合金.提高钴基薄膜记录介质矫顽力的手段有:(a)用外延生长法溅射沉积薄膜,使薄膜介质由各晶粒的[0001]位向接近平行于膜面,即具有E10T0]和[1011]织构,以发挥钴基合金磁晶体各向异性的作用.如果将合金薄膜直接沉积在菲晶态NiP盘基上,热力学有利的自然生长方向为E
4、ooo1],由于该方向垂直于膜面,因此薄膜在膜面内具有极低的矫顽力.在我们实验室内曾将38nm厚的CoCrNi介质薄膜直接沉积在NiP基片上,其矫顽力仅为11.9kA/m;而当它沉积在0.2g.m的铬衬底层上时,其膜内矫顽力达到103.5kA/m.这是由于铬层具有[110]织构,起子晶作用,使CoCrNi在其上作外延生长,具有[1ofo]及[1oTI]织构之故①本丈鞋果人:蔡炳韧.胃,ssfi,教授.上海市(200030";上海交通大学信息存储研究中心8O金属热处理第17卷目前实用磁盘均以铬层作衬底层,以控制各类钴基合金薄膜的晶体位向(
5、b)合金化,钴基合金薄膜成分由电镀膜成分演变过来,最早的溅射合金薄膜成份为c08O,Ni2O,然后发展出Co70Ni30,CoCrNi,CoCrTaC~CrPt.CoCrTaPt及CoCrPtB等.单层薄膜的矫顽力从7】.695.5,119.4,143.3,95.5提高到238.7,294.4kA/m.钴中加入铬,钽,铂及硼等元素的目的是使这些非磁性元素在溅射沉积过程中向晶界偏聚,从而改变磁化反转机构,提高薄膜介质矫顽力.除此之外,硼加到CoCrPt中,能形成FCT相,这也有利于矫顽力的提高.(c)正确选择及控制薄膜溅射沉积工艺,对介质
6、矫顽力也有一定程度的提高.其中包括基片加热温度,溅射氩气压力,基片施以负偏压等.为了达到高矫顽力介质的最高记录密度,必须同时设法降低介质噪声.记录介质中每位之间磁化方向改变时所引出的翻转噪声是记录介质噪声的最主要组成部分这种噪声的出现阻止了记录位密度的提高.它主要来自磁性晶粒之间的偶合作用.因此为实现低噪声,可能的途径是从磁性上或本体上隔离这些磁性晶粒.目前国际上研究得最活跃的是采用多层膜,以隔离厚度方向的磁性颗粒之间的交互作用.同时,相同厚度的介质多层化后,其晶粒尺寸(上半部分)也减小,这也能导致介质噪声的降低.多层膜的主要结构是在铬
7、衬底层上沉积三明治型多层介质膜如c0crTa/cr/c0crTa,CoCrPt/Cr/CoCrPt及CoCrTa/CoCrPt等.其次是利用非磁性元素的晶界偏聚(在适当合金化条件下,提高溅射沉积基片温度可使介质薄膜中的非磁性元素Cr,Ta,Si,Pt等向晶界偏聚),其结果,晶界区成为非磁性区域,从而可隔离相邻磁性晶粒之间的偶合作用,降低介质翻转噪声.日立公司的CoCrPtSi/CoCrPt复合介质中si的作用主要是产生晶界偏析,但是由于CoCrPtSi中大量非磁性元素的存在,使介质剩余磁化强度降低,从而会使输出幅值降低,以致降低信噪比.
8、复合介质中的CoCrPt层具有较高的剩余磁化强度,以保证一定的信噪比.上述提高介质膜矫顽力及降低介质噪声的方法都已在商用产品中得到实际应用.为了进一步提高记录密度,降低介质噪声,尤其是要使介质噪声不随记录密
