CoW磁性薄膜的微观结构表征及其磁各向异性

论文摘要

信息时代的今天,磁记录是主要的存储手段。随着计算机及网络技术的发展,人们需要越来越高的数据存储密度,垂直磁记录介质是实现超高密度垂直磁存储的重要一环。Co-W合金由于具有较高的磁晶各向异性能,有望成为下一代高密度磁记录介质材料,因而得到广泛的关注。本文通过磁控溅射技术制备了系列不同成分与厚度的Co-W合金薄膜,并利用X-射线衍射技术和振动样品磁强计（VSM）对薄膜的微观结构、生长取向及磁性能进行了研究,探讨了晶体结构与磁晶各向异性能之间的关系,揭示了磁性层磁晶各向异性能的主要影响因素。获得了如下主要研究结果：（1）在具有hcp结构的Ru下底层上实现了hcp结构Co基薄膜的外延取向生长,MgO（111）//Ru（00·2）//Co-W（00·2）具有良好的取向附生关系。Omega扫描和Φ扫描结果表明Co-W薄膜成膜质量良好。（2）随着磁性层薄膜厚度的增加,Co（00-2）衍射峰强度逐渐增强,且衍射峰位向左稍有偏移。随着W含量的增加,Co（002）峰明显向衍射角减小的方向移动。（3）外延生长薄膜中产生的原子堆垛层错主要为生长层错,且生长层错α密度均低于10%,堆垛层错中没有变形层错存在。生长堆垛层错密度和fcc/hcp体积百分数基本保持恒定,不随Co-W磁性薄膜的成分和厚度而变化。（4）随着W含量的增加,饱和磁化强度Ms单调降低,由纯Co的1400emu/cc降低到14%W时的500emu/cc。（5）Co-W薄膜的晶格常数a和c随着膜厚和W含量的增加而增大,c/a逐渐增大。磁晶各向异性能Ku随着晶格常数比c/a的减小而增大。分析结果表明,堆垛层错和fcc/hcp比对Co-W的磁晶各向异性影响不大,晶格常数比c/a是影响磁晶各向异性Ku的最主要微观结构因素。（6）随着膜厚和成分的改变,体各向异性Kv和表面各向异性Ks发生变化,对磁晶各向异性常数均有一定的影响,导致Ku与1/t成非单调线性关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 磁记录的发展历史
• 1.2 磁记录原理
• 1.2.1 水平磁记录（纵向磁记录）
• 1.2.2 磁垂直记录
• 1.2.3 热辅助记录
• 1.2.4 图案记录
• 1.3 垂直记录介质概况
• 1.3.1 Co-Cr基合金介质
• 1.3.2 CoCr基含氧或氧化硅复合薄膜
• 1.3.3 Llo型FePt薄膜
• 1.4 磁垂直记录介质要求
• 1.4.1 微观组织的要求
• 1.4.2 垂直记录的取向控制
• 1.4.3 热稳定性的要求
• 1.5 本实验的研究目的及主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 真空溅射镀膜原理
• 2.1.1 磁控溅射原理
• 2.1.2 本文所用磁控溅射设备
• 2.2 薄膜样品的制备
• 2.3 薄膜分析与测试
• 2.3.1 薄膜厚度测量
• 2.3.2 薄膜成分分析
• 2.3.3 薄膜微观结构特征分析
• 2.3.4 薄膜磁性测量
• 2.4 部分薄膜微观结构分析方法介绍
• 2.4.1 晶格常数计算
• 2.4.2 原子堆垛层错密度计算
• 2.4.3 fcc相/hcp相体积比
• 第3章 Co-W基磁记录薄膜的微观结构表征
• 3.1 薄膜成分设计
• 3.2 薄膜制备
• 3.3 薄膜的晶体结构
• 3.4 薄膜的微观结构分析
• 3.4.1 晶体结构对称性确定（Φ扫描）
• 3.4.2 c轴（结晶主轴）分散角
• 3.4.3 晶格常数
• 3.4.4 fcc相和hcp相体积比
• 3.4.5 原子堆垛层错密度
• 3.5 讨论
• 3.6 本章小结
• 第4章 Co-W薄膜的磁晶各向异性研究
• 4.1 Co-W薄膜的磁性能研究方法
• 4.1.1 磁晶各向异性的来源
• 4.1.2 磁晶各向异性常数的计算方法
• 4.2 薄膜的磁晶各向异性分析
• 4.2.1 W含量对薄膜饱和磁化强度的影响
• 4.2.2 W含量对磁晶各向异性Ku的影响
• 4.2.3 磁性层膜厚对磁晶各向异性Ku的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢