CN1054450A - 溅射磁光记录用多层膜的改进工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造由交替的铂和钴层组成的铂/钴 (Pt/Co)多层膜的改进溅射工艺方法，所说的改进 包括用氪、氙或其混合物作为溅射气体。

Description

本发明涉及一种制造溅射铂/钴多层膜的改进工艺方法以及用此法制成的膜。
具有垂直磁性导向的薄膜是在高密度磁和磁光记录中潜在的选择物。用于制备这种薄膜的材料的例子包括：柘榴石氧化物和铁氧体、非晶态稀土过渡金属合金、金属合金，例如CoCr和Pt/Co与Pd/Co金属多层膜，如在P.F.Carcia的美国专利4，587，176中所公开的。
一种材料为用于磁光记录，除垂直磁性导向外还应具有其它一些特征。这些特性包括：矩形磁带回路、足够大的克耳（Kerr）效应、大的室温矫顽力HC和与可能存在的激光功率和磁场强度相容的转换特性。所有这些必要的性能由已出版物中所述的蒸发Pt/Co和Pd/Co多层膜呈现出来，见，如W.B.Zeper等人，J.Appl.phys.65，4971（1989）和F.J.A.M.Greidanus，Appl.phys.lett.54，2481（1989）。
在磁光记录方面Pt/Co多层膜优于Pd/Co多层膜，因为它显示出较好的克耳效应。溅射是制备这些多层膜的优选方法，因为它比其它的方法简单而且所得的结果更具重现性。然而，溅射的Pt/Co多层膜的矫顽力对于磁光记录是太小了。比如，报导过用氩作溅射气体而制备的Pt/Co多层膜的HC仅为100-350 Oe（8-28KA/m）（Ochiai等人，Jap.J.Appl.phys.28，L659（1989）和Ochiai等人，Digest of the Int'l.Mag.conf-1989.Wash.D.C.）。这些Hc值比用于记载磁场（一般约为40KA/m）的Hc值小或处于相同的数量级。结果，当记载新信息时，记载磁场能在预先已记载于已知的Pt/Co多层膜中的信息附近改变。
相反，蒸镀的Pt/Co多层膜的Hc为约1000  Oe（80KA/m），该值在记载过程期间保存附近的预先记载的信息是足够高了。
Y.Ochiai等人在EP  0304873中公开了对溅射Pt/Co多层膜的研究，其中包括使用提高Hc的底层。然而，通常只获得了对Hc的有限的改进，而一个最好的结果700  Oe（56KA/m）要求1000A（100nm）厚的Pt底层。对于大多数磁光记录用途这是不现实的，因为它阻碍从基片边读出和记载信息，而且这种厚Pt层的大热容量和热扩散系数将很可能妨碍使用功率有限的通用的固态激光器进行记载。
所有已知的关于溅射Pt/Co多层膜和溅射金属多层膜的参考文献都公开的是使用氩作为溅射气体。
本发明的目的在于提供一种直接溅射具有高矫顽力和适于磁光记录的Pt/Co多层膜的工艺方法。
本发明提供一种制造铂/钴（Pt/Co）多层膜的改进溅射工艺方法，所述的膜中交替的铂层和钴层构成，所述的改进包括使用氪、氙或其混合物作为溅射气体。优选的溅射气体压力为约2至约12毫乇（约0.27至约1.6Pa）。该工艺方法特别适用于制备具有大磁矫顽力和适于磁光记录的Pt/Co多层膜，其中所有钴层厚度dco基本相同，所有铂层厚度dpt基本相同，dco小于约12A（1.2nm），dpt小于约24A（2.4nm），而该多层膜的总厚度约小于750A（75nm）。
本发明还提供由该工艺方法制造的Pt/Co多层膜。优选的是在多层膜中所有所说的钴层厚度dco基本相同，所有所说的Pt层厚度dpt基本相同，dco约小于12A（1.2nm），dpt小于约24A（2.4nm），而多层膜的总厚度小于约750A（75nm）。特别优选的是在多层膜中dco为2至约5A（0.2至约0.5nm），而dpt/dco为约1至5。本发明多层膜的磁矫顽力比在氩气中溅射的dco、dpt及层数都相同的多层膜的磁矫顽力大得多。因此，与在氩气中溅射的多层膜相比，本发明的多层膜可用于磁光记录。
本发明提供一种用氪、氙或其混合物作溅射气体来制造铂/钴（Pt/Co）多层膜的改进溅射工艺方法。该膜是由溅射交替的铂和钴层而产生的。较好的是在该多层膜中所有的钴层厚度dco基本相同，所有的铂层厚度dpt基本相同。较好的是dco小于约12A（1.2nm），dpt小于约24A（2.4nm），x该多层膜的总厚度小于约750A（75nm）。最好dco为约2至约5A（0.2至约0.5nm），而dpt/dco为约1至约5。该优选范围表明这里确定的结构具有最适于磁光记录的特性。
该多层膜可以交替的Pt和Co层沉积在各种基片上，例如玻璃、抛光的硅、抛光的兰宝石（Al2O3）、纸、铝、或象聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚（对苯二甲酸乙二醇酯）和其它的聚合材料上。
可以采用DC或RF磁控管溅射。一般把基片放在一个旋转台上，然后再以交替重复的方式暴露在Pt和Co溅射流中。在Pt和Co沉积的过程中，台的运动可以程序控制以允许该台在预选的时间内停止。以这种方式，Pt和Co相应的厚度可以控制。最好将Co和Pt靶物理上地隔开以排除其溅射流重叠的可能。
溅射气体是氪、氙或其混合物。最好溅射气体的压力为约2至约12毫乇（约0.27至约1.6Pa）。
据信本工艺所产生的Pt/Co界面比以氩作溅射气体时所得到的Pt/Co界面更明显、更清晰。这种更明显的界面据信对垂直磁性异向（K）产生很大的界面贡献（如见P.F.Carcia等人，Appl.phys.lett.47，148（1989）），因此磁矫顽力（Hc＝2K/M）也很大。通常认为在该工艺的溅射膜中Hc较低的原因是由于与蒸发膜相比其界面较不明显或化学混合更多。一般说来，溅射含有比蒸发更高能的粒子。这种最具能量从而最可能破坏多层界面的粒子是从质量较大的Pt靶上反弹回来并轰击生长着的膜的溅射气体离子（如Ar+）。I于它们立即被中和，所以通常这些离子被视为能量中性。其通量和能量二者都与靶原子和溅射气体原子间的质量成正比。这样，溅射气体原子的几率最大的反弹能可近似地由下式得出：
E＝[（Mt-Mg）2/（Mt+Mg）2]E。，Mt＞Mg
其中E。是气体离子的起始能量，而Mt和Mg分别是靶和溅射气体的原子量。在溅射中可使用的一些无反应性气体包括Ne、Ar、Kr及Xe，其原子量依次为20、40、83、及131。由于Pt的原子量是195，所以就有可能通过选择溅射气体来控制轰击气体原子的能量和通量。
实施例
所有的膜都是通过DC磁控管从隔开的直径6.5″（16.5cm）的Co和Pt靶上溅射而制备的。基片放在转台上并交替地被每种金属覆盖。基片到靶的距离约3″（7.6cm）。用玻璃基片和用抛光硅基片所获的结果区别不明显。这里所述的实施例和实验使用玻璃基片。在沉积时，通过计算机控制基片的运动来程序控制转台，以使在每个靶下固定一个给定的时间。在Co靶下的停留时间tco为1秒，产生的Co厚度为约3-4A（0.3-0.4nm）。在Pt靶下的停留时间tpt为3-6秒，产生的Pt厚度为10-20A（1.0-2.0nm）。在沉积之前将其空室的基底压力抽至约2×10-7乇（2.7×10-5Pa），然后通入溅射气体。
将相邻的一对Pt和Co层叫做一个双层。当然Pt层数和Co层数均与双层数N相等。
所有下面所述的多层膜均具有一个垂直于膜面的易磁化轴和等于1的磁垂直度，即在零外加场上的剩磁等于饱和值。
实施例1-4
每个含有10个Pt和Co双层的4个试样都是用氪作溅射气体，溅射气体压力分别为5、7、8和10毫乇下溅射的。在Co靶下的停留时间tco为1秒，而在Pt靶下的停留时间tpt为3秒。实际厚度dpt和dco示于表1。所得的Hc随溅射气体压力的增高而增大，结果也示于表1。全部所得到的Hc都超过600  Oe（48KA/m）。这4个膜的极性克耳旋转θ范围为约0.25至约0.30度。这些膜可用于磁光记录。
实施例5-8
分别含有5、10、15和20个Pt和Co双层的4个样品都是用氪作溅射气体，溅射气体压力为7毫乇下溅射的。在Co靶下的停留时间tco为1秒，在Pt靶下的停留时间tpt为4秒。实际厚度dco和dpt示于表1。所得到的Hc与多层膜的数目N无关（此处N为10或更大），结果也示于表1。全部所得到的Hc均超过过570  Oe（46KA/m），这些膜可用于磁光记录。
实施例9
用氙作溅射气体，溅射气体压力为10毫乇下溅射一个含25个Pt和Co双层的试样。在Co靶下的停留时间tco为1秒，而在Pt靶下的停留时间tpt为4秒。实际厚度dpt和dco示于表1。所得到的Hc为1495  Oe（120KA/m），此膜可用于磁光记录。
实施例10
用氙作为溅射气体。在溅射气体压力为5毫乇下溅射一个含有40个Pt和Co双层的试样。在Co靶下的停留时间tco为1秒，在Pt靶下的停留时间为3秒。实际厚度dpt和dco示于表1。所得到的Hc为785  Oe（62KA/m），该膜可用于磁光记录。
对比实验A-B
每个都含有10个Pt和Co双层的2个试样是用氩作为溅射气体，并分别以5和10毫乇的溅射气体压力溅射的。在钴靶下的停留时间tco为1秒，在Pt靶下的停留时间tpt为3秒。实际厚度dpt和dco示于表1。所得的Hc也示于表1。这些膜不可用于磁光记录。
实施例11
测量一个5.25″（13.3cm）直径的，覆有预制纹道层的玻璃盘的Pt/Co多层盘的热磁记录特性，所说的预制纹道层是由可光聚的丙烯酸酯基的漆料形成的，在其上沉积了大约80nm的AIN层。直接沉积在该AIN层上的Pt/Co多层膜记录元件由10个双层构成，其中dpt＝11.0A（1.1nm），dco＝3.5A（0.35nm）。纹道提供一个激光导轨，而AIN不导电层提高综合的磁光性能因数Rθ2，其中R是反射率，θ是克耳旋转角。该Pt/Co多层膜是用氪在7毫乇（0.93Pa）的压力下通过交替溅射Pt和Co层而形成的。磁矫顽力约为800 Oe（64KA/m）。
在盘速为5m/s，频带宽度为30KHz，频率为1MHz，激光脉冲宽度为400ns，记载功率为4.7mw，记载场为300  Oe（23KA/m）和读出功率为1.2mw下进行的一些热磁实验中，磁畴被记载并储存在这个记录元件中。磁畴的记载和读出用自波长约820nm的AlGaAs激光器的基片入射来完成。信号一噪声比为10.4dB，而记载噪声小到可以忽略。
表1
实施例/实验 溅射 压力 N tco dco tptdpt Hc
气体  （毫乇）  （秒）  （A）  （秒）  （A）  （Oe）
1  Kr  5  10  1  3.5  3  11.0  620
2  Kr  7  10  1  3.1  3  10.1  768
3  Kr  8  10  1  3.5  3  11.0  800
4  Kr  10  10  1  3.5  3  11.0  925
5  Kr  7  5  1  4  3.5  3.0  573
6  Kr  7  10  1  3.3  4  12.7  775
7  Kr  7  15  1  3.5  4  13.1  775
8  Kr  7  20  1  3.6  4  13.5  800
9  Xe  10  25  1  2.6  4  12.6  1495
10  Xe  5  40  1  3.6  3  11.1  785
A  Ar  5  10  1  3.8  3  11.3  265
B  Ar  10  10  1  3.0  3  12.6  360

Claims (19)

1、一种制造由交替的铂和钴层组成的铂/钴多层膜的改进溅射工艺方法，所说的改进包括用氪、氙或其混合物作为溅射气体。
2、权利要求1的工艺方法，其中溅射气体是氪。
3、权利要求1的工艺方法，其中溅射气体是氙。
4、权利要求1的工艺方法，其中溅射气体的压力为约2至约12毫乇（约0.27至约1.6Pa）。
5、权利要求1的工艺方法，其中所有的钴层厚度dco基本相同，所有的铂层厚度dpt基本相同，dco小于约12A（1.2nm），dpt小于约24A（2.4nm），而该多层膜的总厚度小于约750A（75nm）。
6、权利要求5的工艺方法，其中dco为约2至约5A（0.2至约0.5nm），而dpt/dco为约1至约5。
7、权利要求6的工艺方法，其中溅射气体是氪。
8、权利要求6的工艺方法，其中溅射气体是氙。
9、权利要求4的工艺方法，其中所有的钴层厚度dco基本相同，所有的铂层厚度dpt基本相同，dco约小于12A（1.2nm），dpt约小于24A（2.4nm），而多层膜的总厚度约小于750A（75nm）。
10、权利要求9的工艺方法，其中dco为约2至5A（0.2至约0.5nm），而dpt/dco为约1至约5。
11、权利要求10的工艺方法，其中溅射气体是氪。
12、权利要求10的工艺方法，其中溅射气体是氙。
13、按照权利要求1的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
14、按照权利要求5的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
15、按照权利要求6的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
16、按照权利要求9的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
17、按照权利要求10的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
18、按照权利要求11的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
19、按照权利要求12的工艺方法制成的铂/钴多层膜。
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