Co-W磁性层/Ru-X下底层晶格错配对Co-W磁晶各向异性能的影响及新型Ru基下底层的设计

本项目拟针对新型垂直磁记录介质Co-W基合金，设计不同Ru基下底层与Co-W层的晶格错配，探讨晶格错配对Co-W层磁晶各向异性能的影响。利用DC磁控溅射系统制备Co-W基磁性薄膜，通过控制Co-W磁性薄膜层和下底层的成分及膜厚，实现不同错配度(正和负)的Co-W/Ru-X取向附生薄膜。利用VSM测量Co-W的磁晶各向异性能，并利用高分辨TEM和XRD等手段详细研究磁性薄膜层的微观结构特征变化，揭示不同错配度对Co-W层磁晶各向异性能的影响，并由此获得提高Co-W基磁性薄膜磁晶各向异性能的新型下底层合金，为新一代超高密度磁记录材料的实际生产和应用提供理论基础。

本项目研究了磁性诱发两相分离型CoW基合金薄膜的微观结构特征及其磁学性能。利用直流磁控溅射方法在MgO(111)单晶基板上制备了不同厚度的CoW/Ru薄膜，通过改变磁性层和下底层的成分，研究了薄膜层的取向附生关系、晶体微观结构特性和磁学性能，分析了磁性薄膜层CoW磁晶各向异性常数的微观结构影响因素，获得了具有高磁晶各向异性的新型高密度垂直磁记录材料。主要研究结果如下：.（1）在具有hcp结构的Ru下底层上实现了CoW薄膜的外延取向生长。基板、下底层和磁性层具有良好的取向附生关系：.Co-W(00•1)[11(―)•0] // Ru(00•1)[11(―)•0] // MgO(111)[11(―)0]..（2）CoW薄膜的c轴分散角值∆θ50均小于3°，易磁化轴垂直于薄膜表面，具有良好的沿c轴择优取向。Φ扫描结果表明Co-W薄膜具有六重对称性，进一步确认了Co-W薄膜的良好hcp结构特征。外延生长薄膜中产生的原子堆垛层错主要为生长层错α，且密度均低于10%，薄膜中没有变形层错存在。.（3）CoW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c/a的减小而增大。分析结果表明，堆垛层错和fcc/hcp比对CoW磁晶各向异性的影响不大，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。.（4）添加Cr/V改变Ru下底层成分不改变CoW磁性层的取向附生关系和晶体结构特征。随着Cr/V的添加，下底层和磁性层的晶格错配度发生变化，对CoW磁性层的晶格常数比有较明显的影响。下底层成分的改变，进一步证实了晶格常数比c/a是影响磁晶各向异性Ku的最主要微观结构因素。本研究中新型下底层成分的设计，可一定程度上促进CoW磁性薄膜磁晶各向异性的提高。.（5）随着磁性层中Pt的添加，Co85W15薄膜的饱和磁化强度Ms略有增加，由400 ~500emu/cc增加到500~600emu/cc。Co-W基薄膜表现出很高的磁晶各向异性，最高可达6.1×106erg/cc，已经达到Tbit/in2级的记录密度要求。磁晶各向异性常数Ku随着膜厚的减小而增大，随着Pt含量的增加而升高。.（6）薄膜膜厚和成分的改变，促使体各向异性Kv和表面各向异性Ks发生变化，对磁晶各向异性常数均产生一定的影响，导致Ku与膜厚倒数1/t成非单调线性关系。