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超高密度磁记录磁头用薄膜材料的研究

刘曦  
【摘要】: 磁记录存储系统中通常使用复合磁头,它包含两部分:一是写入信息的软磁薄膜写磁头,另一个是读取信息的GMR读磁头。这两部分性能的优劣直接影响磁记录系统的记录性能。本论文主要以下对三部分进行了研究:一是GMR读磁头用水平取向CoCrPt硬磁偏置层的研究;二是FeCo反铁磁耦合薄膜的研究;三是FeCoN软磁薄膜的研究。主要的到了一下结果: 1.直接沉积在(200)取向的CrW衬底上的CoCrPt薄膜并没有出现期望的(11(?)0)水平取向,而是(0002)垂直取向。引入一层3 nm的CoCr中间层后,我们得到了不同Pt原子百分比(8.5-25 at%)的(11(?)0)水平取向的CoCrPt薄膜。CoCr中间层层对于调整衬底层与磁性层之间的错配度,促进外延生长起到了关键作用。 2.我们利用3维微磁学模型对于CoCrPt水平矫顽力的机理进行了研究,发现CoCrPt水平矫顽力是由磁晶各向异性能和磁弹性各向异性能两项决定的,当Pt的原子百分比大于15%时,CoCrPt薄膜的面内矫顽力主要由磁弹性各向异性能决定。 3.我们在MgO籽层和Cr衬底上成功制备了水平取向的CoCrPt薄膜。 4.在FeCo薄膜中添加了N元素后,薄膜的软磁性大为改善。薄膜的磁性随着N_2流量比fN的值的变化而变化。当N_2流量比fN的值为10%时,薄膜的磁性最好为:4πMs~-20 kG,H_(ce)~4.5 Oe,H_(ch)~1 Oe,H_k~90 Oe。N_2流量比fN的值为11%是,薄膜矫顽力最小为:H_(ce)~3Oe,H_(ch)~0.45 Oe。N_2流量比fN的值在9%-18%之间时,FeCoN薄膜都保持良好的软磁性,H_(ch)的值为1 Oe左右。 5.FeCoN薄膜有非常优异的高频响应特性,当N_2流量比,fN的值为10%时,我们得到最高的铁磁共振频率为3.45 GHz。6.FeCo单层膜和FeCoN薄膜的磁性相比较是由两种不同的磁化过程决定的,FeCo单层薄膜是团簇的磁化过程;而FeCoN薄膜是均匀的颗粒,它的矫顽力的显著降低可以归因于晶粒尺寸效应。 7.我们利用Ru做非磁性金属中间层制备了FeCo反铁磁耦合薄膜。在Ru层厚度为0.88 nm,反铁磁耦合薄膜的耦合最强。但薄膜的磁性并不是很好,难轴矫顽力为20 Oe。 8.我们利用磁力显微镜观测薄膜表面的磁畴变化,研究了薄膜的反磁化过程。多层薄膜沉积态是上下两层对应分畴的,磁化到饱和后所有磁矩都沿外场反向排列。随着外场的降低薄膜上层磁性层先开始出现反向畴,开始翻转。当磁场降至反向40 Oe时,薄膜上层的磁畴几乎完全翻转,只有少部分由于缺陷的存在而被钉扎。反向磁场继续增大,下层磁性层磁矩开始分畴翻转。当磁畴增加至反向650 Oe时,上下两层磁性层磁矩都已翻转沿外场方向排列。即多层膜上层磁矩先随外场的降低开始分畴翻转,上层翻转后下层再开始翻转。


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