магнитный материал для рабочего слоя носителя магнитной записи и способ изготовления рабочего слоя носителя магнитной записи на основе такого материала

Формула изобретения

1. Магнитный материал для рабочего слоя носителя магнитной записи, содержащий железоникелевый сплав с химическим составом, близким к эквиатомному, отличающийся тем, что в его состав введен марганец в количестве 8 10 ат. к общему составу компонентов.

2. Способ изготовления рабочего слоя носителя магнитной записи, заключающийся в ионно-плазменном распылении мишени из материала на основе железоникелевого сплава при осаждении материала на плоской основе и в термообработке в вакууме с последующим охлаждением при формировании рабочего слоя, отличающийся тем, что в состав материала мишени дополнительно вводят марганец в количестве 8 10 ат. к общему количеству компонентов полученного сплава, распыление проводят со скоростью 0,1 0,15 нм/с при давлении рабочего газа 2 10^-1 Па и плотности рассеиваемой энергии (3 8) 10⁵ Вт/м², а термообработку осуществляют за один этап при нагревании осажденного материала до температуры 500 К, предшествующей его кристаллизации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к накоплению информации, а именно к способам изготовления рабочего слоя носителя магнитной записи.

Известны способы изготовления рабочего слоя носителя магнитной записи с перпендикулярным намагничиванием, заключающиеся в ионноплазменном распылении CoCr сплава с содержанием 18-25% Cr на подложку, нагретую до Т > 400 К [1] а также FeCr сплава с 40-60% Cr, толщиной не менее 1 мкм на подложку, также нагретую до 400 К с последующим отжигом до 650 K [2]

Недостаток данных способов заключается в том, что без высокотемпературного отжига они не обеспечивают перпендикулярную анизотропию, достаточную для записи с перпендикулярным намагничиванием. Кроме этого, для появления столбчатой структуры необходимо осаждать конденсаты толщиной не менее 1 мкм, для чего требуется значительное время.

Известен способ изготовления рабочего слоя, использующий распыление мишени из материала на основе Fe-Ni и термообработку в вакууме с последующим охлаждение [3]

Недостаток данного способа заключается в необходимости точного соблюдения режима термообработки при проведении двухступенчатого отжига: высокой температуры отжига, приводящей к разрушению нетермостойких основ, значительной продолжительности технологического процесса термообработки, что приводит к нерациональному расходу энергии.

Использование бинарного Fe-Ni сплава для рабочего слоя носителя магнитной записи в указанном способе не устраняет эти недостатки.

Цель изобретения повышение эффективности перпендикулярной анизотропии рабочего слоя носителя магнитной записи и упрощение технологического процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитный материал для рабочего слоя носителя магнитной записи, содержащий Fe-Ni сплав с химическим составом близким к эквиатомному, дополнительно вводят Mn в количестве (8-10) ат. к общему числу компонентов.

Использование трехкомпонентного Fe-Ni-Mn сплава, содержащего (8-10) ат. Mn к общему количеству компонентов для изготовления рабочего слоя носителя магнитной записи, позволяет заменить две технологические операции (термообработку кратковременным нагреванием при температуре 470-490 К и отжигом при Т 590 К в течение не менее 30 мин.) одной (термообработкой при T 500 K В данном способе полностью отсутствует изотермическая выдержка при температуре 500 К. Положительный эффект достигается уже при нагреве до указанной температуры. Состояние с коэффициентом перпендикулярной анизотропии > 10⁵ эрг/см³ фиксировали независимо от скорости охлаждения.

Сущность физической природы возникновения и роста перпендикулярной анизотропии заключается в следующем.

Известно, что имеющееся в эквиатомных Fe-Ni сплавах антиферромагнитное взаимодействие является причиной низкой критической температуры атомного упорядочения. Возникающая при этом тетрагональность решетки сопровождается появлением перпендикулярной анизотропии. Добавка (8-10) атомных процентов антиферромагнитного марганца увеличивает антиферромагнитное взаимодействие в сплаве и способствует установлению атомного порядка при более низкой температуре, чем в бинарном сплаве FeNi. (По нашим оценкам, на 90-100 К).

Совокупность двух факторов: добавка антиферромагнитного марганца и получение аморфного состояния, в котором фиксируется значительное число дефектов (пор, вакансий и т.д.), усиливает положительный эффект изобретения. Первый приводит к понижению температуры упорядочения, второй к полноте атомного упорядочения, которое закладывается уже в процессе ионно-плазменного осаждения и завершается при низких температурах отжига.

Используемые в предлагаемом способе конденсаты имеют своеобразные шистерезистные свойства. В отличие от аморфных пленок однокомпонентных и бинарных конденсатов с низким, как правило коэрцитивным полем, аморфные образцы Fe-Ni-Mn обладают H_c 10² э при практически полной изотропности оси намагниченности в плоскости образца. Предкристаллизационный отжиг при температуре 500 К приводит к росту H_c до 380-400 Э. Энергия перпендикулярной анизотропии возрастает более чем на порядок и достигает величины (2^oC3)10⁵ эрг/см³.

Сущность изобретения сводится к следующему.

На немагнитную подложку магнетронным плазменным распылением Fe-Ni- Mn сплава, содержащего (8-10) атомных процентов марганца, производят осаждение материала и формирование рабочего слоя носителя магнитной записи. Меньшее содержание Mn слабо влияет на температуру упорядочения Fe-Ni, сопровождаемого возникновением перпендикулярной анизотропии, большее приводит к росту антиферромагнитно взаимодействующих пар атомов Mn-Mn и Fe-Mn и ухудшению магнитных свойств носителя магнитной записи.

Давление рабочего газа-аргона 210^-1 Па выбиралось исходя из того, что при большем давлении увеличивается количество внедренных примесей, при меньшем образуется аморфно-кристаллическая структура, в которой процесс упорядочения реализуется недостатком полно. Плотность рассеиваемой энергии равна (3-8)10⁵ Вт/м².

Скорость осаждения составляла 0,1-0,15 нм/с. Осаждение с большими скоростями приводит к увеличению количества приносимого на подложку тепла и кристаллизации материала в процессе конденсации. Толщина рабочего слоя носителя магнитной записи была в пределах 10-120 нм. При меньшей толщине ослабевая сигнал отдачи, при большей непроизводительно возрастало время осаждения.

При перечисленных технологических и композиционных параметрах конденсаты имели некристаллическую структуру и H_c 10² э Для увеличения H_c и энергии анизотропии K приводили термообработку до температур, предшествующих кристаллизации полученного сплава, имеющего состав, близкий к 45 Fe 45Ni 10Mn (500К). Для данного сплава температура упорядочения ниже, чем температура кристаллизации. Поэтому отжиг на кристаллизацию приводит к необратимому разрушению ближнего порядка и перпендикулярной анизотропии.

Длительность выдержки при 500 К для достижения максимального положительного эффекта, а также скорость охлаждения не имели существенного значения. K (2 3) 10⁵ эрг/см³ фиксировали даже после кратковременного, менее 30 с прогрева.

Пример. Предлагаемый способ реализован на установке магнетронного распыления сплавкой Fe-Ni-Mn реализован на установке магнетронного распыления сплавкой Fe-Ni-Mn мишени, содержащей наряду с эквиатомным количеством Fe, Ni и (8-10)% Mn. В процессе распыления количество Mn несколько уменьшалось и в конденсате его присутствовало (5-6) ат.

На чертеже приведена оже-спектрограмма пленки Fe-Ni-Mn.

Распределение Fe, Ni и Mn практически однородно, за исключением области толщины 1-10 нм, где присутствует некоторое количество углерода и кислорода, которое в дальнейшем становится близким к нулю. Оптимальным являлось именно такое содержание Mn, т.к. при большем содержании резко увеличивается число пар Fe-Mn и Mn-Mn полностью снимает положительное влияние марганца на процесс упорядочения.

Очень важным оказалось реализовать аморфную структуру конденсата, т.к. появление даже сильно дисперсного кристаллического состояния (полуширина гало 2,4 2,8)^o приводило к уменьшению H_с до значений 1 Э и дальнейший отжиг практически не изменял значения H_с.

В таблице приведены некоторые данные, подтверждающие вышесказанное.

Полученный в результате изготовления предлагаемым способом рабочий слой носителя магнитной записи имеет ось легкого намагничивания, направленную перпендикулярно к поверхности плоской основы, что контролируется магнитными и магнитооптическими методами.

Технико-экономическое преимущество способа заключается в том, что он технологически более прост устраняется операция высокотемпературного отжига, сокращается время достижения состояния материала рабочего слоя носителя магнитной записи с максимальными положительными характеристиками. В конечном счете это приводит к экономии энергии.