基于新型TiN-X底层和晶态氧化物掺杂的高垂直磁各向异性柱状FePt薄膜形成机理研究

The areal density of hard disk drives needs to be increased to meet the huge demand of storing exponentially increasing digital information. FePt based heat assisted magnetic recording (HAMR) media has drawn a lot of attention due to its ability to extend the areal density up to 5 Tb/in2. In order to solve to the issues met by using MgO or TiN intermediate layer, in this project we will systematically study the effect of surface energy and lattice mismatch of intermediate layer on the microstructure and magnetic properties, and explore a new intermediate layer which is suitable for growth of FePt with large perpendicular anisotropy, small grain size with a narrow size distribution and high aspect ratio, simultaneously understand the mechanism behind. Based on this new intermediate layer, we innovatively use crystalline oxide doping replace amorphous oxide doping, which will effectively control the diffusion of doping materials and maintain one layer structure of FePt films, and enhance the aspect ratio. It is expected the results of this project can provide a new way to fabricate FePt films with large magnetocrystalline anisotropy and columnar structure for industry application.

信息技术与信息产业的飞速发展要求硬盘具有更大的容积与更高的记录面密度，FePt基热辅助磁记录介质因有望把记录面密度提高到5 Tb/in2而备受关注。针对目前常用的MgO底层和TiN底层在制备FePt薄膜过程中面临的问题，本项目将系统地研究底层表面能，晶格失配率等对FePt薄膜微结构和磁性能的影响，探索出一种新型的适合于垂直磁各向异性能大、颗粒尺寸小且分布均匀、长径比h/D大的柱状结构的FePt薄膜生长的底层，同时探明其作用机理。在此基础上，本项目创新性地提出用晶态氧化物取代传统的非晶态氧化物对FePt掺杂，晶态氧化物掺杂将有效抑制掺杂物的扩散，保持FePt薄膜单层膜结构，同时提高颗粒h/D比值。本项目预期的研究成果将为工业提供一种新型的制备高磁晶各向异性的柱状FePt薄膜的方法，对于实现超高密度磁记录具有重要指导意义。

为了满足日益增长的数据存储的需求，需要找到提高硬盘磁记录密度新的方法，热辅助磁记录技术因有望把硬盘的存储密度提高到5Tb/in2而备受关注。针对目前热辅助磁记录技术研究中柱状FePt薄膜垂直各向异性能和颗粒均匀性差的问题，提出了掺杂物性能优化和底层结构调控的方法。主要开展了基于晶态氧化物掺杂的柱状FePt薄膜研究、基于不同底层的柱状FePt薄膜研究、基于不同晶格失配应力的FePt薄膜性能研究等三个方面的研究。研究结果表明：用晶态氧化物取代传统的非晶态氧化物对FePt掺杂，有效解决了非晶态氧化物掺杂易导致FePt薄膜形成多层膜结构的问题。同时，适当的增大底层的晶格失配率以及控制掺杂物质的结晶形态可以有效的改善FePt薄膜的垂直各向异性和颗粒的均匀性和隔离性能。更为重要的是系统分析了底层晶格失配率-1.6%到15.7%下的微观结构和磁性能，建立了不同晶格失配率下FePt薄膜生长模型, 为后续工作的开展以及工业生产提供了一个指导标准。本项目的研究成果对于实现超高密度磁记录具有重要指导意义，并对其他热辅助磁记录介质的制备及分析也具有重要的参考价值。