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超高密度磁记录磁头用薄膜材料的研究

作　者: 刘曦
导　师: 魏福林
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 矫顽力 流量比 基片架 软磁薄膜 各向异性能 反铁磁 磁性层 博士学位论文 读磁头 多层膜
分类号: O484.43
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


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N2流量比fN的值的变化而变化。当N2流量比fN的值为10％时，薄膜的磁性最好为：4πMs～-20 kG，Hce～4．5 Oe，Hch～1 Oe，Hk～90 Oe。N2流量比fN的值为11％是，薄膜矫顽力最小为：Hce～3Oe，Hch～0．45 Oe。N2流量比fN的值在9％-18％之间时，FeCoN薄膜都保持良好的软磁性，Hch的值为1 Oe左右。5．FeCoN薄膜有非常优异的高频响应特性，当N2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。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-27
  1.1 磁学和磁性材料简述  10-18
    1.1.1 磁性材料宏观行为的能量表述  10-12
    1.1.2 磁畴、矫顽力及磁滞现象  12-13
    1.1.3 晶粒尺寸效应和有效各向异性  13-15
    1.1.4 应力,磁致伸缩与磁弹性各向异性  15-16
    1.1.5 软磁材料的复数磁导率及其频率响应  16-18
  1.2 磁记录知识简介  18-26
    1.2.1 磁记录的发展历史及现状  18-20
    1.2.2 磁记录的写读过程  20-21
    1.2.3 磁记录磁头  21-23
    1.2.4 磁记录介质  23-24
    1.2.5 超高磁记录密度的要求  24-26
  参考文献  26-27
第2章 薄膜的制备及性能表征  27-49
  2.1 薄膜的制备  27-32
    2.1.1 制备方法  27-28
    2.1.2 薄膜沉积系统  28-31
    2.1.3 薄膜生长过程  31-32
    2.1.4 基片的选择与清洗  32
    2.1.5 溅射用靶  32
  2.2 薄膜性能的表征  32-47
    2.2.1 薄膜膜厚的测量  32-35
    2.2.2 薄膜磁性能的测量  35-37
    2.2.3 高频特性测量  37
    2.2.4 薄膜晶体结构的分析  37-40
    2.2.5 薄膜成分的分析  40-41
    2.2.6 薄膜表面形貌的观察  41-42
    2.2.7 表面畴结构观察  42-43
    2.2.8 透射电镜(TEM)  43-44
    2.2.9 薄膜电阻率的测定  44-46
    2.2.10 薄膜磁致伸缩测量  46
    2.2.11 薄膜应力测量  46-47
  参考文献  47-49
第3章 室温制备GMR读磁头用水平取向的COCRPT薄膜及其矫顽力机理分析  49-71
  3.1 室温制备GMR读磁头用水平取向的CoCrPt薄膜  49-62
    3.1.1 GMR读磁头的结构  49-50
    3.1.2 水平取向CoCrPt薄膜的研究现状  50-52
    3.1.3 (200)取向的Cr及CrW衬底的制备  52-56
    3.1.4 水平取向CoCrPt薄膜的制备  56-62
  3.2 水平取向CoCrPt薄膜矫顽力机理分析  62-69
    3.2.1 CoCrPt薄膜的结构与磁性  63-65
    3.2.2 微磁学模拟分析CoCrPt薄膜矫顽力增大机理  65-69
  参考文献  69-71
第4章 FECON软磁博膜的研究  71-102
  4.1 块状FeCo合金的性质  71-74
  4.2 Fe-Co-N薄膜的结构与磁性  74-99
    4.2.1 平面基片架制备FeCoN薄膜  75-78
    4.2.2 斜基片架制备FeCoN薄膜  78-99
  参考文献  99-102
第5章 FECO反铁磁耦合多层膜研究  102-115
  5.1 FeCo反铁磁耦合多层膜的结构与磁性  102-106
  5.2 磁力显微镜研究FeCo反铁磁耦合薄膜的反磁化过程  106-113
  参考文献  113-115
第6章 结论  115-117
博士期间发表文章  117-118
致谢  118

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的性质 > 磁性质
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