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超高密度磁记录磁头材料Fe-Co薄膜的研究

付煜  
【摘要】:对于超高密度的纵向磁记录和垂直磁记录,使用高饱和磁化强度的材料作为写头磁极材料是其本质要求。对于成分为Fe_(65)Co_(35)的Fe-Co合金是一种很有竞争优势的材料,因为在铁磁材料中,它具有最高的饱和磁化强度24.5kG。但是Fe-Co合金薄膜由于本身具有大的磁晶各向异性和饱和磁致伸缩,因此一般具有大的矫顽力。本论文主要研究了选择合适的衬底材料来降低Fe-Co薄膜的矫顽力,从而获得良好的软磁性能。得到了以下结果: 1.通过两种方法成功制备了软磁性的高饱和磁化强度的FeCo薄膜:平面磁控溅射和对向靶溅射。 2.采取平面磁控溅射系统,研究了Ni_(79)Fe_(21),Co_(100-y)Fe_y(0≤y≤11),Cu和Fe衬底对Fe_(65)Co_(35)薄膜微结构和软磁性的影响。对于FeCo单层Co含量在30~40at.%的成分区域内,薄膜具有高的饱和磁化强度4πM_s~24kG,基片温度为360℃时,Fe_(65)Co_(35)(100nm)薄膜的矫顽力为20Oe。采用Ni_(79)Fe_(21)(1-10nm),Co_(93)Fe_7(1-10nm),Cu(1-3nm)的衬底,Fe_(65)Co_(35)(100nm)薄膜获得了优秀的软磁性和面内单轴各向异性,4πM_s~24kG,H_(ce)~11-14Oe,H_(ch)~1-3Oe,H_k~50~80Oe。薄膜的软磁性与微结构有密切的关系。XRD结果表明,Fe_(65)Co(35)单层薄膜具有(110)择优取向,而在衬底层Ni_(79)Fe_(21)(1-10nm),Co_(93)Fe_7(1-10nm),Cu(1-3nm)上生长的Fe_(65)Co_(35)薄膜的择优取向为(200);对于Cu衬底具有厚度依赖性,当Cu衬底厚度大于3nm,Fe_(65)Co_(35)薄膜的择优取向又变成(110),同时矫顽力增加;Fe(1~5nm)衬底没有改变Fe_(65)Co_(35)薄膜的择优取向,对薄膜的软磁性改善方面也不是很好。 3.采用对向靶溅射系统,研究了Co衬底对Fe_(65)Co_(35)薄膜的应力,织构,晶粒尺寸,形貌,以及起始生长的影响。Fe_(65)Co_(35)薄膜具有几乎各向同性的面内磁滞回线和大的矫顽力100Oe。Fe_(65)Co_(35)(200nm)/Co(5nm)薄膜展现出良好的面内单轴各向异性:4πM_s~24kG,H_(ce)~10Oe,H_(ch)~3Oe,H_k~60Oe。Fe_(65)Co_(35)(400nm)/Co(5nm)薄膜的有效磁导率为250,铁磁共振频率为1GHz。对于Fe_(65)Co_(35)单层薄膜饱和磁致伸缩为5.2×10~(-5),内应力为0.8GPa,采用衬底层后二者均有所降低。Fe_(65)Co_(35)单层薄膜的织构具有厚度依赖性,当膜厚小于200nm时,薄膜为(200)织构,随着膜厚的增加,转变为(110)织构。采取Co衬底层抑制了Fe_(65)Co_(35)薄膜的(200)织构,在不同的厚度范围,均表现出(110)织构。Co衬底的采用使Fe_(65)Co_(35)薄膜的晶粒尺寸D大大降低:Fe_(65)Co_(35)单层D~74nm,Fe_(65)Co_(35)/Co(5nm)薄膜D~8.2nm。 4.FeCo/Co薄膜矫顽力的大大降低可以通过晶粒尺寸效应来解释,这与Hoffmann的涟波理论是一致的。


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