способ получения многослойного магнитного носителя для цифровой записи

Формула изобретения

1. Способ получения многослойного носителя для цифровой магнитной записи, включающий нанесение на немагнитную подложку нескольких слоев из немагнитного материала с формированием в них регулярно распределенных магнитных частиц с немагнитными промежутками между ними, отличающийся тем, что слои, в которых формируют магнитные частицы, выполняют из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц, при этом нижележащий слой выполняют тоньше вышележащего и между этими слоями размещают слои, обеспечивающие возникновение антиферромагнитной связи между сформированными магнитными частицами, и после нанесения всех слоев, облучают полученную структуру через шаблон потоком ускоренных частиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слои, обеспечивающие возникновение антиферромагнитной связи между сформированными магнитными частицами, выполняют из химических элементов, выбираемых из ряда: Ir, Rh, Re, Ru, Cu, Мо.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитные частицы формируют для продольной записи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют протоны.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют ионы гелия.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ускоренных частиц используют атомы водорода или гелия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии изготовления магнитных носителей для цифровой записи, которые могут быть использованы в различных устройствах для записи, хранения и воспроизведения информации.

Известен способ получения магнитного носителя для цифровой записи, который предусматривает изготовление в немагнитной подложке регулярно расположенных углублений воздействием высокоэнергетического лазерного излучения с последующим заполнением этих углублений магнитным материалом (см. описание к патенту США №6214434, 2001 г. /1/). Недостатком известной технологии является то, что дискретные магнитные элементы расположены в одном слое и не обладают высокой анизотропией формы, что не обеспечивает достижения высоких значений коэрцитивной силы, что, в свою очередь, снижает надежность хранения записанной информации.

Известен способ изготовления многослойного носителя для цифровой магнитной записи, который предусматривает формирование на немагнитной подложке дискретных участков из магнитного материала, нанесение на сформированную структуру промежуточного немагнитного слоя и формирование поверх него второго слоя из магнитных дискретных участков с последующим нанесением поверх него одного слоя из немагнитного материала (см. описание к патенту США №6171676, 2001 г. /2/). Недостатками известной технологии являются неравномерное распределение магнитных участков по подложке; неодинаковые размер и форма; отсутствие ярко выраженной анизотропии формы; отсутствие пространственного совмещения магнитных участков различных слоев (поскольку магнитные участки формируются достаточно хаотично, то невозможно обеспечить точное размещение магнитного участка в вышележащем слое над магнитным участком нижележащего слоя).

Указанные недостатки приводят к уменьшению надежности хранения записанной информации.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ получения многослойного носителя для цифровой магнитной записи, известный из описания к патенту США №6162532, 2000 г. /3/.

Известный способ предусматривает нанесение на немагнитную подложку несколько слоев из немагнитного материала с формированием в них регулярно распределенных магнитных частиц с немагнитными промежутками между ними. В качестве подложки используют пластину кремния или стекла, на которую наносится суспензия, содержащая частицы магнитного материала. Затем растворитель удаляют известным образом, на сформированную регулярную структуру из магнитных частиц наносят слой немагнитного вещества, после чего на него как на подложку снова наносят слой суспензии и процедуру повторяют (см. фиг.5).

Недостатками известного способа являются отсутствие ярко выраженной анизотропии формы; отсутствие пространственного совмещения магнитных участков различных слоев (поскольку магнитные участки формируются достаточно хаотично, то невозможно обеспечить точное размещение магнитного участка в вышележащем слое над магнитным участком нижележащего слоя).

Указанные недостатки приводят к уменьшению надежности хранения записанной информации. Кроме того, учитывая то, что слои формируются в жидкой фазе, возможны нарушения в регулярности размещения магнитных частиц как в одном слое, так и между слоями.

Заявляемый в качестве изобретения способ направлен на упрощение технологии и повышение надежности хранения информации.

Указанный результат достигается тем, что способ получения многослойного носителя для цифровой магнитной записи включает нанесение на немагнитную подложку нескольких слоев из немагнитного материала с формированием в них регулярно распределенных магнитных частиц с немагнитными промежутками между ними, при этом слои, в которых формируют магнитные частицы, выполняют из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц, нижележащий слой выполняют тоньше вышележащего и между этими слоями размещают слои, обеспечивающие антиферромагнитную связь между сформированными магнитными частицами, и после нанесения всех слоев облучают полученную структуру через шаблон потоком ускоренных частиц.

Указанный результат достигается также тем, что слои, обеспечивающие антиферромагнитную связь между сформированными магнитными частицами, выполняют из химических элементов, выбираемых из ряда: Ir, Rh, Re, Ru, Cu, Мо.

Указанный результат достигается также тем, что магнитные частицы формируют для продольной записи.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют протоны.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют ионы гелия.

Указанный результат достигается также тем, что в качестве ускоренных частиц используют атомы водорода или гелия.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

- выполнение слоев, в которых формируют магнитные частицы, из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц;

- выполнение нижележащего слоя, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц тоньше вышележащего;

- размещение между этими слоями слоев, обеспечивающих антиферромагнитную связь между сформированными магнитными частицами;

- облучение полученной структуры через шаблон потоком ускоренных частиц после нанесения всех слоев;

- выполнение слоев, обеспечивающих антиферромагнитную связь между сформированными магнитными частицами, из химических элементов, выбираемых из ряда: Ir, Rh, Re, Ru, Сu, Мо;

- формирование магнитных частиц для продольной записи;

- использование в качестве ускоренных частиц протонов;

- использование в качестве ускоренных частиц ионов гелия;

- использование в качестве ускоренных частиц атомов водорода или гелия.

Облучение через шаблон потоком ускоренных частиц сразу всей сформированной многослойной структуры, часть слоев которой выполнена из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием этого потока, решает сразу несколько задач.

Во-первых, поскольку облучение происходит через заранее изготовленный шаблон, то формируемые в немагнитном слое магнитные участки будут все одинакового заданного размера и находиться на заданных расстояниях друг от друга, чего невозможно добиться с помощью известных технологий.

Во-вторых, поскольку через шаблон облучается сразу вся многослойная структура, то магнитные участки будут находиться в разных слоях строго друг под другом, т.е. будет обеспечено идеальное самосовмещение.

В-третьих, обеспечивается одинаковая заданность размеров магнитных участков в направлении, перпендикулярном плоскости носителя. В известных технологиях (см./2/ и /3/) размер варьировался в силу объективных причин. В предложенном способе этот размер равен толщине слоя материала, в котором происходит трансформация свойств немагнитных в магнитные. А технология получения тонких пленок заданной толщины хорошо отработана.

Как показали эксперименты, заявляемый результат - повышение надежности хранения информации, обеспечиваемый за счет повышения коэрцитивной силы элемента записи, выполненного в виде нескольких магнитных частиц, размещенных строго друг над другом с прослойкой между ними из вещества, обеспечивающего антиферромагнитную связь, достигается только в том случае, если нижележащий слой из числа слоев, преобразующих свои свойства из немагнитных в магнитные, выполнен тоньше, чем вышележащий.

Для облучения заготовки могут использоваться частицы с энергиями, которые определяются расчетным или экспериментальным путем. Величина этой энергии должна обеспечить преобразование свойств обрабатываемого материала путем селективного удаления из него атомов определенного сорта и как показывает практика, зависит от вида используемых частиц, свойств обрабатываемого материала и толщины пленок из этого материала, подвергаемых обработке.

При этом, как было установлено экспериментально, достигаемое увеличение коэрцитивной силы сформированного элемента записи зависит от толщины промежуточного слоя, наносимого между слоями, в которых происходит трансформация магнитных свойств. Возникновение антиферромагнитной связи между магнитными частицами соседних слоев, в которых происходит трансформация магнитных свойств, происходит не при любой толщине промежуточного слоя. Поэтому при выборе материала и толщины такого слоя сначала исследуют зависимость коэрцитивной силы элемента записи от толщины промежуточного слоя, выявляют область максимума и в дальнейшем наносят указанный слой с толщиной, лежащей в этой области. Как правило, для большинства использованных материалов этот максимум находится в интервале от нескольких ангстрем до нескольких нанометров. Другими словами, только в области максимума зависимости коэрцитивной силы от толщины промежуточного слоя обеспечивается возникновение антиферромагнитной связи между магнитными частицами.

Поскольку облучение многослойной структуры потоком частиц определенных энергий происходит через заранее подготовленный шаблон, то, используя различные шаблоны, можно задавать размеры и плотность размещения магнитных частиц в немагнитной матрице.

При этом при изготовлении по предлагаемому способу магнитного носителя наиболее целесообразно промежуточные слои изготавливать из химических элементов, выбираемых из ряда: Ir, Rh, Re, Ru, Cu, Мо, так как они наиболее эффективно обеспечивают возникновение за счет обменного взаимодействия возникновение антиферромагнитной связи между сформированными магнитными частицами, в результате чего векторы намагниченности в магнитных частицах, находящихся друг над другом, оказываются коллинеарными и направленными навстречу друг другу.

Использование для облучения пучков ускоренных частиц определенных энергий позволяет обеспечить преобразование немагнитных свойств материала заготовки в магнитные, что является следствием взаимодействия ускоренных частиц определенных энергий с веществом заготовки, а именно селективного удаления атомов определенного сорта из обрабатываемого материала.

Как было установлено экспериментально, в качестве ускоренных частиц определенных энергий, обеспечивающих преобразование немагнитных свойств материала заготовки в магнитные, могут быть использованы пучки протонов, ионов гелия, а также атомов водорода и гелия.

Материал заготовки может быть выбран из числа известных оксидов, гидридов, нитридов, фторидов металлов, а также других сложных соединений. В перечисленных материалах под воздействием ускоренных частиц происходит изменение химического состава материала, а именно в облученных участках этих материалов остаются только атомы металлов за счет селективного удаления атомов кислорода, водорода, азота, фтора и др.

Сущность заявляемого способа получения многослойного носителя для цифровой магнитной записи поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг.1 показаны поперечные сечения носителя на различных стадиях осуществления способа, а на фиг.2 - поперечные сечения изготовленного носителя для продольной записи.

Пример 1. В общем случае способ реализуется следующим образом. На немагнитную подложку 1, выполненную из стекла или кремния, меди или алюминия или полимерного материала, последовательно любым из известных методов (плазменным напылением, магнетронным распылением, химическим осаждением и т.д.) наносят все необходимые слои, входящие в состав многослойного носителя. Это слой 2 - из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц. Например, это может быть оксид кобальта (Сo₃O₄) или оксид никеля (NiO). Это слой из материала, обеспечивающего антиферромагнитную связь между сформированными магнитными частицами, 3, который может быть в общем случае выполнен из любого материала, обеспечивающего такой эффект, а в частном случае - из химических элементов, выбираемых из ряда: Rh, Re, Ru, Cu, Мо. Это слой 4 - из материала, преобразующего свои немагнитные свойства в магнитные под воздействием потока ускоренных частиц, но большей толщины, чем слой 2. Например, это может быть оксид кобальта (Со₃O₄) или оксид никеля (NiO). И, наконец, защитный слой 5, который может быть выполнен из алмазоподобной углеродной пленки или окиси кремния.

Затем полученная таким образом многослойная структура (заготовка магнитного носителя) облучается пучком ускоренных частиц (на чертеже условно показано стрелками). Вид частиц - заряженные, нейтральные - и их параметры подбираются в зависимости от материала слоев 2 и 4 таким образом, чтобы обеспечить в этих слоях переход свойств вещества в облученных участках из немагнитного в магнитное. А поскольку пучок частиц направляется на заготовку через шаблон 6, то в слоях 2 и 4 образуются участки 7 с измененными свойствами в требуемых местах. Источники ускоренных частиц выбираются из числа известных, а в качестве частиц могут использоваться протоны, ионы гелия или атомы водорода.

Пример 2. Способ реализуется по общей схеме, описанной в примере 1. На подложку, выполненную из монокристаллического кремния размером 550,4 мм методом магнетронного распыления нанесен слой Со₃O₄ толщиной 10 нм, а поверх него разделительный слой Rh толщиной 1 нм. После этого был нанесен слой Со₃O₄ толщиной 20 нм и защитный слой SiO₂ толщиной 10 нм. Сформированную структуру облучали через один шаблон с заданным рисунком пучком протонов с энергией 1,4 кэВ в течение 7 часов. В результате облученные участки первого слоя Со₃O₄ за счет селективного удаления атомов кислорода трансформировались в Со, т.е. в них произошло изменение свойств из немагнитных в магнитные. Одновременно и во втором слое Со₃O₄ в облученных участках вследствие удаления атомов кислорода произошел переход из немагнитного состояния в магнитное из-за превращения Со₃O₄ в металлический кобальт. В этом случае, за счет использования одного шаблона для всей структуры в обоих слоях были сформированы одинаковые рисунки, но с разной толщиной магнитных битов и с идеальным их совмещением одного над другим.

В результате был получен стойкий к термическим флуктуациям магнитный носитель для продольной магнитной записи.

Пример 3. Способ реализуется по общей схеме, описанной в примере 1. На подложку, выполненную из монокристаллического кремния размером 550,4 мм методом магнетронного распыления нанесен слой NiO толщиной 10 нм, а поверх него разделительный слой Ir толщиной 1,5 нм. После этого был нанесен слой NiO толщиной 40 нм и защитный слой SiO₂ толщиной 10 нм. Сформированную структуру облучали через один шаблон с заданным рисунком пучком протонов с энергией 1,6 кэВ в течение 6 часов. В результате облученные участки первого слоя NiO за счет селективного удаления атомов кислорода трансформировались в NiО, т.е. в них произошло изменение свойств из немагнитных в магнитные. Одновременно и во втором слое NiO в облученных участках вследствие удаления атомов кислорода произошел переход из немагнитного состояния в магнитное из-за превращения NiO в металлический кобальт. В этом случае за счет использования одного шаблона для всей структуры в обоих слоях были сформированы один над другим одинаковые рисунки с элементами различной толщины за счет самосовмещения.

Пример 4. Способ осуществлялся по общей схеме, изложенной в примере 1. На подложку, выполненную из монокристаллического кремния размером 550,4 мм методом магнетронного распыления, нанесен слой Со₃O₄ толщиной 5 нм, а поверх него - разделительный слой Rh толщиной 1 нм. После этого был нанесен слой Со₃O₄ толщиной 10 нм и защитный слой SiO₂ толщиной 5 нм. Сформированную структуру облучали через один шаблон с заданным рисунком пучком атомов гелия с энергией 400 эВ в течение 6 часов. В результате облученные участки первого слоя Со₃O₄ за счет селективного удаления атомов кислорода трансформировались в Со, т.е. в них произошло изменение свойств из немагнитных в магнитные. Одновременно и во втором слое Со₃O₄ в облученных участках вследствие удаления атомов кислорода произошел переход из немагнитного состояния в магнитное из-за превращения Со₃O₄ в металлический кобальт. В этом случае за счет использования одного шаблона для всей структуры в обоих слоях были сформированы одинаковые рисунки, но с разной толщиной магнтных битов и с идеальным их совмещением одного над другим.

В результате был получен магнитный носитель для продольной магнитной записи с повышенной коэрцитивной силой.