（凝聚态物理专业论文）反点阵阵列膜的结构和磁性.pdf

蒋长军兰州大学研究生学位论文摘要 摘要 高密度磁记录介质有着广泛的重要用途，目前记录密度已经达到1 8 0 g b i n 2 。近年来，为了继续提高记录密度，磁性纳米线、磁性纳米颗粒、磁性点 阵等成为研究热点。但是，它们有一个共同的缺陷就是降低记录单元尺寸以增加 记录密度时，磁记录介质会出现超顺磁现象。随着纳米技术发展的日新月异，最 近人们发现磁性反点阵阵列膜比以上几种介质优越在：没有超顺磁的限制，能保 持连续磁性薄膜的主要特点；独特的磁畴结构、形状诱导的磁各向异性、钉扎效 应；减少反点阵阵列膜中孔径，可以增加存储容量。因此，反点阵阵列膜有望将 记录密度提高一个新台阶。本文利用氧化铝模板具有高孔隙率的特点，通过大量 的实验制备了不同孔径，不同膜厚的反点阵阵列膜。通过扫描电镜、x 射线衍射、 振动样品磁强计、穴转换电子穆斯堡尔谱、磁性测量系统、微波测量系统地研究 了样品的结构、微观磁性、宏观磁性，得到的主要创新性结果如下： 1 、首次发现反点阵阵列膜的磁矩分布在一个锥形面上，这与连续膜相比有着 质的差别。这是由于孔洞的存在降低了垂直膜面方向的退磁能，从而使得 磁矩不再完全被压在面内，有一部分磁矩与膜面存在一定的夹角。 2 、 首次在f c 反点阵阵列膜随温度变化时发现不可逆磁行为。这主要来自于 孔洞的钉扎带来了很大的能量势垒，使得反点阵阵列膜在场冷和零场冷却 曲线过程中出现不可逆的磁行为。 3 、 首次在c 0 反点阵阵列膜发现矫顽力和剩磁比随温度的变化出现了一个峰 值。这是由于c o 的磁晶各向异性常数随温度交化，造成了磁晶各向异性 能和孔洞的钉扎能与热能之间的竞争。 4 、 首次在铁磁层覆盖反铁磁材料后发现单轴各向异性，且矫顽力有很大的降 低。通过高温的磁滞回线表明单轴各向异性来源于铁磁和反铁磁界面中交 换耦合作用引起的准单向各向异性。 5 、首次在铁磁反铁磁多层反点阵阵列膜中发现交换偏置随温度的降低出现 由正向负的变化趋势。我们认为这是微结构改变了铁磁和反铁磁间磁矩间 的夹角造成的。 蒋长军兰州大学研究生学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t ht h ep a s taf e w y e a r s t h ea r e a ld e n s i t yi nm a g n e t i cs t o r a g em e d i ai n c r e a s ea ta v e r yh i g hr a t e ，a n dt h eh i g h e s tr e c o r dd e n s i t yi s18 0 g b i n 2n o w r e c e n t l y , t h e c a n d i d a t e so fu l t r a - h i g h - d e n s i t ym a g n e t i cs t o r a g em e d i a , s u c ha sm a g n e t i cn a n o w i r e a r r a y s ，m a g n e t i cn a n o p a r t i c l e s ，m a g n e t i cd o t sa n da n t i d o ta r r a y s ，h a v ea t t r a c t e dm u c h a t t e n t i o n w h e nt h eb i ts i z e sa r er e d u c e dt oi n c r e a s et h ea r e a ld e n s i t y , t h ei n d i v i d u a l g r a i n sc o m p o s i n gt h em e d i aw i l le v e n t u a l l yb e c o m es os m a l lt h a tt h e yw i l ln ol o n g e r b et h e r m a l l ys t a b l e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a u o - t e c h n o l o g y , r e c e n t l yi ti sf o u n d t h a tt h em a g n e t i ca n t i d o ta r m ys y s t e mc a nb eu s e da sa h i g h - d e n s i t yr e c o r dm e d i a b e c a u s et h ec o n t i n u i t yt h a ti ss i m i l a rw i t ht h et h i nf i l mr e s u l t si na na b s e n c eo f s u p e r p a r a m a g n e t i ce f f e c t , a n i t d o ta r r a y sh a v e b e e nm u c hi n v e s t i g a t e d i th a st r i g g e r e d a l lk i n do f e x p e r i m e n t a ls t u d i e so nt h i ss y s t e m m a g n e t i ca n t i d o ta r r a y sf i l md e p o s i t e d i ns e l f - a s s e m b l e da l u m i n at e m p l a t e sh a sa h i g hp o r o s i t y , w h i c hc a l lb eu s e df o rah i g h a r e a ld e n s i t ym e d i a t h em i c r o s t r u c t u r e s ，m i c r oa n dn l a c r om a g n e t i cp r o p e r t i e sw e r e i n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l yb yf i e l ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ，x r a yd i f f r a c t i o n , c o n v e r s i o ne l e c t r o nm o s s b a u e rs p e c t r o s c o p y , m a g n e t i cp r o p e r t ym e a s u r e m e n t s y s t e m a n dh i g l lf r e q u e n c ym e a s u r e m e n t t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h cm a g n e t i cm o m e n td i s t r i b u t i o no ft h ef ea n t i d o ta r r a y sw a so b t a i n e db y c e m s ，a n dt h em a g n e t i cm o m e n tc o m p o n e n tp e r p e n d i c u l a rt ot h ef i l mp l a n e w a sf o u n d t h em a g n e t i cm o m e n td i s t r i b u t i o nc a nb ec h a r a c t e r i z e da sa c o n e s h a p e dm o d e l ，w h i c ha g l c e sw e l lw i t ht h ee x p e r i m e n tr e s u l t s 2 t h et e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo ft h ec o e r c i v i t ya n dr e m n a n tm a g n e t i z a t i o no f f ea n t l d o ta r r a yf i l ms h o w si n c r e a s ew i t hd e c r e a s i n go ft h et e m p e r a t u r e t h e f r e ee n e r g yb a r r i e rw i l lb em a i n l ya f f e c t e db yt h et h e r m a le x c i t a t i o n t h e m a g n e t i ci r r e v e r s i b i l i t yi so b t a i n e db yt h ez e r of i e l da n df i e l dc o o l i n g m a g n e t i z a t i o nc u r v e ( z f c f c ) ，w h i c hi sc a u s e df r o mt h ee n e r g yb a r r i e rb y t h ep i n n i n ge f f e c to f t h eh o l e s 3 t h et e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo ft h ec o e r c i v i t yo fc oa n t i d o ta r r a yf i l m 蒋长军兰州大学研究生学位论文 s h o w s 缸o b v i o u sm a x i m u ma r o u n d5 0k w h e nt h et e m p e r a t u r ei so v e r5 0 k ，t h ec o e r c i v i t yi sm a i n l yd e t e r m i n e db yt h em a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p y w h i l et h et c m p e m l u r ei si nt h er a n g eo f5 5 0k p i n n i n ge f f e c ta l s op l a ya l l i m p o r t a n te f f e c t o nt h e e o e r c i v i t y t h ec o m p e t i t i o n b e t w e e nt h e m a g n e t o e r y s t a u i n ea n i s o t r o p ya n dt h ep i n n i n ge f f e c tl e a d st oa na b n o r m a l t e m p e r a t u r ed e p e n d e n c e 4 t h ef o r m a t i o no fe f f e c t i v eu n i a x i a la n i s o t r o p ya n dd e c r e a s eo fc o e r c i v i t yo f t h ec o f e s o m n s 0b i l a y e rf i l m si n d u c e db yt h ea n t i f e r r o m a g n e t i cf e m n c o v e r i n gl a y e r i ti sf o u n d t h a tq u a s i - u n i d i r e c t i v ee x c h a n g ei n t e w a c t i o nc a nb e r e s p o n s i b l ef o rt h eu a l a x i a la n i s o t r o p ya f t e rm a g n e t i ch e a tt r e a t m e n t 5 t h ee x c h a n g eb i a s ( 蚴a n de o e r e i 嘶( 鳓o f t h ef e m n c o f e m nm u l t i l a y e r a n t i d o ta r r a yf i l mb ys p u t t e r i n go nt h ep o r o u sa l u m i n at e m p l a t e ss t r o n g l y d e p e n do nt h et e m p e 糟m 陀胁s h o w sat r a n s i t i o nf r o mn e g a t i v et op o s i t i v e f o rt h ea n t i d o ta r r a yf i l mw i t hh a c r e a s i n gt e m p e r a t u r e t h i sr e s u l tc 锄b e e x p l a i n e db yt h ed e c r e a s i n go ft h ee x c h a n g ec o u p l i n ge n e r g yd u et ot h e e x i s t e n c eo f t h eh o l ei nt h ea n t i d o ta r r a yf i l m m 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期：鞘 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名： 导师签名：j 西曲期： 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 第一章综述 我们正处于信息化社会之中，它的崛起和发展是建立在高性能、低成本和非 易失性的信息存储系统之上。信息存储系统有多种，它们具有不同的市场和技术 发展程度，主要包括磁信息存储( 如：磁带，软盘，硬盘) ，光信息存储( 如： 磁光盘，相交光盘，全息光存储) ，半导体闪存，磁随即存储( m r a m ) 等等。 到现在为止，磁信息存储系统仍旧是最主要的信息存储方式。特别是9 0 年代以 来，磁记录密度被不断地指数式刷颞着，其价格也是成倍下跌，为全球i t 产业 的迅速膨胀和发展，以及今天互联网在全世界的广泛普及作出了不可磨灭的贡 献，并使基于网络时代的电子商务及超大信息流通成为可能。而且随着技术的日 新月异及人们对高质量生活的追求，硬磁盘存储技术除了传统上应用于计算机之 外，已开始走入人们的家庭生活设施这一新的领域，如汽车、电话、照相机等等 1 - 2 1 。 随着人类信息需求量的不断增大，信息存储技术也在不断发展。作为信息存 储的主要载体，硬磁盘技术也正在经历由水平记录向垂直记录的变革。可以预计 在未来1 0 一2 0 年内，磁记录技术仍将保持其在计算机数据存储中的首席地位。磁 记录技术从1 8 9 8 年诞生，已经跨越了一个世纪。作为- - t 3 传统的存储记录技术， 磁记录设备在消费电子领域和专业应用领域均有着广泛的应用。尽管光记录技术 的崛起和固体存储技术的发展打破了磁记录技术一统天下的局面，但由于在记 录介质、读写磁头、数字信道等技术方面不断取得突破性进展，磁记录技术迄今 依然焕发着盎然生机。随着性能的不断提高，磁记录技术的应用领域越来越广。 在当今的各种信息存储技术中，磁记录技术仍然是最重要的存储记录技术。 1 1 磁记录的发展历史 磁记录技术在不断的发展。1 8 8 8 年，美国人o b e r l i ns m i t h 发表论文，认为 磁性录音是可行的。1 8 9 8 年丹麦人v a l d e 舱rp o u l s e n 将声音信号转变成电流，电 流使电磁铁产生磁场，将钢丝连续磁化，然后再通过电磁感应将信号读出来转换 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 为声音口】。后来他又发明了支流偏磁方式改进实验。由于p o u l s e n 对磁记录的特 殊贡献，人们将其称之为“磁记录之父”。随后由于高分子材料的进步以及交流 偏磁技术和环型磁头的发明，最终在2 0 世纪3 0 年代出现了磁带录音机。1 9 4 7 年， 磁记录方式被使用于存储计算机数字信号。 最早的硬盘是由i b m 公司于1 9 5 6 年生产的“i b m3 0 5r a m a c ”，其记录密度只 有几个k b i n 2 ，容量只有5 m b ，却由5 0 个2 4 英寸的磁盘组构成，体积同普通沙发 相差无几。但其后硬盘的面密度一直在不断地得到迅速提高。1 9 9 1 年随着磁阻磁 头( m r ) 的使用，加上部分相应最大似然通道( p r m l ) 技术的采用，硬盘记录密 度的年增长率从4 0 n 增大到6 0 m ，特别是在1 9 8 8 年，法国巴黎大学的研究小 组首先在f e c r 多层膜中发现了巨磁电阻( g m r ) 效应，并在1 9 9 7 年i b m 公司将其 应用于硬盘之上后，硬盘记录密度的年增长率更是增大至l j l 0 0 1 6 - 7 1 图l 反映了磁 记录密度不断提高的情况嘲。 图1 _ 1 硬盘记录密度变化 2 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 1 2 磁记录物理简介 1 2 1 磁记录的写读过程 非易失性的数字信息存储设备是构建在可以容许两个不同状态的物理系统 之上。这两个状态在变换器( 称为写头) 作用下可以来回交换，同时它们能在变 换器( 称为读头) 里产生不同的信号。在没有被读写时，这两个状态必须永远保 持稳定，即非易失性的。磁信息存储技术( 包括硬磁盘，软磁盘和磁带) 利用磁 性体( 高矫顽力) 的矢量方向来代表两个不同的状态，用感应软磁头( 低矫顽力， 高磁导率) 来变换它们的状态，用磁阻磁头( 限于硬磁盘) 去分辨它们的不同状 态，并转换为读出信号。磁记录可能有三种记录方式。一种是水平式记录，如图 1 2 。它的介质磁化方向位于盘面内，且沿着磁道。第二种是垂直式记录，介质 的磁化方向垂直于盘面。最后一种是横向式记录，介质的磁化方向在磁盘平面内 而与磁头的运动方向垂直。由于技术上的种种限制，横向式记录的研究很不广泛。 下面我们以现行使用的水平记录，来简要描述磁记录的技术过程。 图1 2 两种主要的记录模式 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 w r i t ec u r r e n t 乙广1 广1 广一m e d i u m r 鼢dv n i t “g 嚣l l 吖 厂一，、 e l o c i t y 每 c l o c kp u l s e s - l j l j _ _ j l ￥妙u4 0 - 6 5 d a t a 0 01l0ll1l0 m s e e 图1 3 磁记录信息的读写过程示意图 在写的过程中，脉冲电流通过写磁头线圈，在磁头缝隙附近的介质里产生写 磁场。写磁场的强度要大于介质的矫顽力，才能使介质沿其方向磁化。通过改变 写磁场或者脉冲电流的方向，可以在介质上产生磁化过渡区。过渡区的宽度是有 限的，为了简单图1 3 中表示成零。在读的过程中，带有过渡区的介质在读磁头 缝隙下通过时，过渡区产生的静态杂散场会导致磁阻磁头软磁自由层磁化方向的 来回改变，从而引起磁头磁电阻的变化，由此转化为电压脉冲信号。每个过渡区 对应于一个电压脉冲，这些脉冲都具有一定的幅值和半幅值高宽( 尸w 5 0 ) 。p o 决定着电压脉冲之间的间距以及分辨率。在一个简单的数字磁记录编码方案中， 称作非归零修正编码( n o n - r e t u r n i n g - t o - z e r om o d i f i e dc o d i n g ) ，如果在一个给定的 时钟窗口里有过渡区或电压脉冲的存在，则代表“l ”，反之代表“0 ”。因此，线 性数据记录密度理论上是由| p o 决定的。以上是对磁记录过程只是一个非常简 单地叙述，更加深入的理解可以从相关资料中找到【9 - 1 0 1 。 1 2 2 磁记录介质 磁记录的最主要的指标是记录密度，即单位面积记录的信息量。记录材料的 4 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 发展历史可以说是记录密度不断提高的历史【1 ”。磁记录介质分为4 类：颗粒，薄 膜，具有软磁层的介质，图文介质。目前正在研究或已经使用的磁记录介质材料 主要有铁氧体和金属磁性材料或者从形态上分有颗粒型和薄膜型两大类。 磁记录存储介质实际上是一种矫顽力较高、饱和磁化强度高、磁滞回线陡直、 温度系数小的特殊的硬磁材料【协1 4 1 。它能够长期保存记录的信息，主要是依靠材 料的剩磁感应强度。当然也要求磁记录介质必须有足够高的矫顽力，以防止磁化 后自退磁和外磁场的干扰，避免记录信息的消失，但矫顽力大小应与磁头所能产 生的磁场大小相匹配。 传统的记录介质是在玻璃或者覆盖一层n i p 的铝衬底上溅射h c p 结构的c o 基的颗粒膜，薄膜中加入p t ，c r ，b 和t a 等材料。颗粒尺寸在1 0 砌左右，为 了提高信嗓比( s i g n a lt on o i s er a t i o ) ，一般用几百个颗粒来记录一个字节。 1 3 提高磁记录密度面临的问题 以减小颗粒尺寸来提高磁记录密度是最直接的方法，但是这带来一个很大的 问题，就是超顺磁限制。超顺磁限制就是在没有其它条件的干预时，磁化强度矢 量在热扰动的影响下会发生运动，偏离甚至背向原来的稳定方向，在磁记录中表 现为记录信息的消失。这一过程可用驰豫时间t 来表示。理论研究表明，t 由下 面的公式决定【1 5 1 ： f = e x p ( k y r ) ( 1 1 ) 其中，z o = 1 0 母s ，凰为介质的磁晶各项异性能，v 为晶粒体积，b 为玻尔兹 曼常数，r 为绝对温度。若以r = 1 0 年为信息稳定性的基本要求，以c o p t c r 合 金为例，凰约2 0 x 1 0 6e 1 g c m 3 ，丁为室温，再假设立方形晶粒矿= ，带入上式 计算得d = 1 0 4n m ，即由热不稳定性控制的磁性层晶粒不能小于1 0 4n n l 。而高 密记录的信嗓比( s n r ) 正比于记录单元中晶粒数目的二分之一次方，它要求磁 性晶粒尺寸要尽可能小。这两个对立的晶粒需求，迫使研究者们去寻找具有更高 磁晶各向异性能的硬磁材料或者通过其他的方法避免超顺磁限制。 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 1 4 反点阵阵列膜的研究现状和意义 随着科技的发展，通过改变记录介质的结构来提高磁纪录密度成为研究的 热点，这其中包括了磁性纳米颗粒【旧、磁性量子点【m 、一维磁性纳米线阵列【1 8 _ 1 9 】 以及反点阵阵列膜f 2 0 - 2 1 1 等纳米结构。反点阵阵列膜相对于其他结构有着很多优越 的地方，例如： 1 、没有超顺磁的限制，而且能保持连续的磁性薄膜的主要特点 2 2 之3 】。 2 、反点阵阵列膜有独特的磁性：如磁畴结构、形状诱导的磁各向异性、钉 扎。 3 、通过减少反点阵阵列膜的尺寸，可以增加形状各向异性，增加存储容量。 根据理论估计，如果调整合适的交换长度和磁晶各向异性常数，磁记录密 度可以达到? 5 0g b i t s i n 2 2 4 1 。 由于反点阵阵列膜有以上的优点，近年来引起了大家广泛的关注。常用的制 备方法是通过电子束刻蚀( e l e c t r o n - b e a ml i t h o g r a p h y ) 【2 5 1 或者聚焦离子束刻蚀 ( f o c u s e d i o n b e a m m i l l i n g ) 嘲，尽管刻蚀容易得到均匀结构，并且孔洞的距离 可以得到精确的控制，但是刻蚀的造价比较高，并且现有的技术不能得到大面积 的反点阵阵列膜。z l x i a o 等吲利用氧化铝的多孔性，在以氧化铝为衬底溅射 n i 薄膜，得到了n i 的反点阵阵列膜。在反点阵阵列膜中由于孔洞的引入，孔洞 的形状各向异性和材料本身的磁晶各囱异性之间的竞争，导致了反点阵阵列膜的 矫顽力相对于连续膜有很大的提高。l t o r t e s 等人【2 7 】利用微磁学模拟对坡莫合 金的反点阵阵列膜进行模拟表明通过调整孔洞的大小矿和孔洞间的距离d 可以改 变反点阵阵列膜中磁矩的分布状态。图1 4 是孔洞大小矿等于孔洞间距d 时磁矩 分布的示意图，区域l 的磁矩被孔洞钉扎住可以用来记录字节。可以看出反点阵 阵列膜是通过特殊的畴结构来记录字节的，通过控制孔洞的大小我们可以提高磁 纪录的密度。这说明反点阵阵列膜为提高磁记录介质的密度提供了另一种有效的 捷径 6 蒋长军兰州大学研究生学位论文 第一章综述 图i 4 反点阵阵列膜中磁矩的示意图( 黑色区域代表孔洞) 孔洞的引入增加了反点阵阵列膜在磁化反转的复杂性。各种各样的测试手段 被用来研究反点阵阵列膜的反转机制。人们利用磁力显微镜( m a g n e d cf o r c e m i c r o s c o p y ) 口8 1 、洛仑兹显微镜( l o r e n t zm i c r o s c o p y ) 跚、扫描克尔显微镜 ( s c a n n i n gk e r rm i c r o s c o p y ) 吲及微磁学模拟( m i c r o m a g n e t i cs i m u l a t i o n ) 【2 9 1 等 来观测反点阵阵列膜在磁化反转时的磁畴变化。结果显示磁畴与孔洞的大小和间 距有很大的关系，不同区域的畴结构也不一样。l j h e y d e r m a n 等人在c o 的反 点阵阵列膜中发现不同形状的畴壁结构【3 0 】 由于反点阵阵列膜的自旋是非线性排列，它的共振模式不同于连续膜【引i 。 0 n m a n y a n o v 等人对c o 反点阵阵列膜进行铁磁共振( f m r ) 的研究。结果发 现f m r 谱随着外场方向的不同有很大的变化，这说明在反点阵阵列膜中存在不 同的自旋波激发模式吲。 从目前的研究结果看，反点阵阵列膜中的孔洞带来磁性的复杂。如果我们 能了解孔洞对磁性带来的影响，进而控制薄膜中的磁矩分布，那么反点阵阵列膜 在磁记录上应用的日子就不远了。 l ，5 本论文主要研究的内容 通过上面的综述可以知道，如果要实现反点阵阵列膜在磁记录介质上的应 7 蒋长军兰州大学研究生学位论文第一章综述 用，我们应该了解它的磁矩分布、不同孔洞大小对磁性的影响等。因此本论文做 了以下工作，制备了不同孔径的氧化铝模板作为衬底，然后溅射f c 、c o 、c 0 6 5 f e 3 5 、 f e l 9 n i 8 l 等不同材料的单层薄膜，对这些系统进行结构、宏观和微观磁性的测量。 通过宏观和微观磁性测量的相互印证，对反点阵阵列膜的磁性有了更深的了解， 找到其中的一些规律，进行了较为全面的归纳和总结。 第一，对反点阵阵列膜的磁矩分布研究很多，一般都是通过磁力显微镜 3 3 - 3 4 、洛仑兹显微镜、磁光克尔显微镜p 5 删及微磁学模拟【3 7 - 3 9 等去分析，但 是这些手段都只能给出一个很好的二维的磁化时的图象，但是它们不能描述原子 尺度的磁矩分布。我们通过内转换电子穆斯堡尔谱对反点阵阵列膜和连续膜进行 趣4 量，构造了一个可能的磁矩分布模型。 第二，文献中宏观磁性的研究主要集中在常温磁滞回线的测量，对反点阵 阵列膜的磁性随温度变化的研究少有报道。f e 、c o 是常见的磁性金属材料，其 结构和磁晶各向异性也有很大的区别，尤其是磁晶各向异性常数随湿度的变化都 有各自的特点 3 9 1 。f e 的磁晶各向异性常数随温度的变化不是很大，而c o 具有这 三种磁性金属中最大的磁晶各向异性常数。各个系统的本征磁参数和磁晶各向异 性随温度有不同的变化关系，因此其宏观磁性的变化应该有所不同，因此，我们 通过测量不同温度下磁性的变化来研究磁晶各向异性对反点阵阵列膜的磁性的 贡献。 第三，文献报道研究反点阵阵列膜多为单层膜，多层膜体系很少涉及。结构 的变化对铁磁反铁磁乔面交换耦合作用有很大的影响，我们制备了具有铁磁 反铁磁界面的反点阵阵列膜，研究了多层反点阵阵列膜的磁性随温度的变化。 本论文的内容安排如下： 第一章：综述。 第二章：薄膜的制备及其性能表征方法。 第三章：f e 反点阵阵列膜的结构与磁性。 第四章：c o 、c 0 6 5 f e 3 5 、f e l 9 n i s l 反点阵阵列膜的结构与磁性。 第五章：多层反点阵阵列膜的结构和磁性。 8 蒋长军兰卅大学研究生学位论文第一章综述 第六章：结论和展望。 参考文献 【l 】y m i u r a , f u j i t s u ，s c i t e 也j ，3 7 , 1 1l ( 2 0 0 1 ) 【2 】大内一弘，中国讲演报告，兰州大学，2 0 0 4 。 【3 】金养智，魏杰，信息记录材料，化学工业出版社，2 0 0 3 【4 】& m w h i t e ，j m a g n m a 乒m a t e r 2 2 6 - 2 3 0 ，2 0 4 2 ( 2 0 0 1 ) 【5 】d e s p e l i o t i s j m a g nm a g n m a t e r 1 9 3 ，2 9 ( 1 9 9 9 ) 【6 】d n l a m b e 旭v a c u u m , 5 9 ，8 1 4 ( 2 0 0 0 ) 7 】ko 。g r a d ya n dh l a i d e r , j m a 舭m a g n m a t e r 2 0 0 ，6 1 6 ( 1 9 9 9 ) 8 】w w w h i t a c h i g s t c 0 1 【9 】杨正，磁记录物理，兰州大学出版社，1 9 8 6 【1 0 】马云贵博士学位论文，兰州大学，2 0 0 5 1 l 】贡长生，张克立，新型功能材料，化学工业出版社，2 0 0 1 【1 2 】e n a b a r r a , a i n o m a t a , h s a t o ，i o k a m o t o ，a n dym i z o s h i t a , a p p l p h y s l c t t 7 7 ，2 5 8 1 ( 2 0 0 0 ) 【1 3 】p _ j g r u n d y , j p h y s d ：a p p l p h y s ，3 1 ，2 9 7 5 ( 1 9 9 8 ) 【1 4 】h j r i c h t e r , j p h y s d ：a p p l p l a y s ，3 2 ，r 1 4 7 ( 1 9 9 9 ) 【1 5 】d w e l l e ra n d a m o s e r , i e e et r a n s m a g n 3 5 ，4 4 2 3 ( 1 9 9 9 ) 1 6 1s h s u n , c b m u r r a y , d w e l l e r ，l f o l k s ，a n da m o s e r a l ，s c i e n c e2 8 7 ，1 9 8 9 ( 2 0 0 0 ) 1 7 】l k o n g ，l 7 h u a n g ，a n ds y ：c h o u , i e e et r a m m a g n 3 3 ，3 0 1 9 ( 1 9 9 7 ) 1 8 】j b w a n g ，x z z h 咀q e l 沁d s x u e ，es l i ，b l i ，h e k u n k e l a n d q w i l l i a m s , n a n o t e e h n o l o g y1 5 ，4 8 5 ( 2 0 0 4 ) 【1 9 】q el i l i j b w a n g , j z y a h , d s x u e ，j m a g n m a g n m a t e r 2 7 8 ，3 2 3 ( 2 0 0 4 ) 2 0 a o a d e y e y e ，j a c b l a n d ，a n dc d a b o o ，a p p l p l a y s l e t t7 0 ，31 6 4 ( 1 9 9 7 ) 【2 1 】m b a j a m ，s l a p h o a ，s l t a n , a n da 0 a d e y e y e , i e e et r a m m a g n 9 蒋长军兰州大学研究生学位论文第一章综述 3 8 ，2 5 5 6 ( 2 0 0 2 ) z 2 rp c o w b u m , a 0 a d e y e y e ，a n dj a c b l a n d ，a p p l p h y s l e t t7 0 ，2 3 0 9 ( 1 9 9 7 ) 2 3 】z lx i a o ，c a t h e r i n eyh a r t , u w e l p ，h h w a n g ，v k v l a s k o v l a s o v , w k k w o k , d j m i l l e r , j ，m h i l l e r , 1 le c o o k , ga 。w i l l i n g , a n dgw c r a b t r e e a p p l 1 h y s l e t t8 1 ，2 8 6 9 ( 2 0 0 2 ) 2 4 1l t o r r e s ，l l o p e z - d i a z , a n d0 a l e j o s ，j a p p l p h y s 8 7 ，5 6 4 5 ( 2 0 0 0 ) 2 5 】i g u e d e s ，n j z a l u z e e ，m c , r i m s d i t e l a , vm e t l u s h k o ，p v a v a s s o r i ，b i l i e ，p n e u z i l ，a n dr k u m a r , 1 , h y s r e v b6 2 ，1 1 7 1 9 ( 2 0 0 0 ) z 6 】a y u t o o p r o v , 1 lm l a n g f o r d a n da kp e t f o r d l o n g ，a p p l p h y s l e t t7 7 ， 3 0 6 3 ( 2 0 0 0 ) ， 2 7 】l t o r t e s ，l l o p e z - d i a z , a n dj i s a i g u e z , a p p l p h y s l e t t 7 3 ，3 7 6 6 ( 1 9 9 8 ) 2 8 】u w e l p ，v k v l a s k o v l a s o v ，g w c r a b t r e e ，c t h o m p s o n ，v e t l u s h k o ，b i l i e ，a p p l p l a y s l e t t 7 9 ，1 3 1 5 ( 2 0 0 1 ) 【2 9 j g u o ，m b a j a l i l ，j m a g n m a g n m a t e r 2 7 2 ，7 2 2 ( 2 0 0 4 ) 3 0 l j h e y d e t m a n , f n o l t i n g ，d b a c k e s , a n ds c z e k a j ，p h y s r e v b7 3 ，2 1 4 4 2 9 ( 2 0 0 6 ) 【3 l 】m j p e c h 跹，c t ，i 乙l c o m p t o n , j p p a r k , a n dp a c r o w e uj a p p l p h y s 9 7 ，1 0 j 9 0 3 ( 2 0 0 5 ) 【3 2 】o n m a r t y a n o v , vey u d a n o v , rn l e e ，s a n e p i j k o ，h j e l m e r s ，r i - i e r t e l ，c m s e h n e r d e r , a n dgs c h o n h e n s e ，p h y s r e v b7 5 ，1 7 4 4 2 9 ( 2 0 0 7 ) 【3 3 】q1 lr o d r i g u e z , a p j u n q u e r a , m v 6 l e z , j v a n g u i t a , j lm a r t i n , h r u b i o a n dj m a l a m e d a , j 1 h y s d ：a p p l 1 h y s ，4 0 ，3 0 5 1 ( 2 0 0 7 ) 【3 4 】c t y u , t t j i a n g ，l - $ h e n , p tj f l _ a n d c r s , a n dqj m a n k e y , j a p p l p h y s 8 7 ， 6 3 2 2 ( 2 0 0 0 ) 3 5 】m g r i m s d i t e he t a , j a p p l 1 h y s 8 9 ，7 0 9 6 ( 2 0 0 1 ) 【3 6 】p v a v a s s o r ie t a lj a p p l p h y s 9 1 ，7 9 9 2 ( 2 0 0 2 ) l o 蒋长军兰州大学研究生学位论文第一章综述 3 7 】c t y um j p e e h a n , g j m a n k e y , a p p l p h y s l e t t 8 3 ，3 9 4 8 ( 2 0 0 3 ) 【3 8 】a v o v k , e t a l ，j a p p l p h y s 9 7 ，1 0 j 5 0 6 ( 2 0 0 5 ) 【3 9 】近角聪信等，磁性体手册( 下册) ( 1 9 8 4 ) 蒋长军兰州大学研究生学位论文第二章薄膜的制备及其性能袁证方法 第二章薄膜的制备及其性能表征方法 2 1 薄膜的制备 薄膜制各技术有很多种，其中气相沉积应用最广，它包括物理气相沉积 ( p v d ) 和化学气相沉积( c v d ) 【。物理气相沉积中只发生物理过程，而化学 气相沉积中包含了化学反应过程。常用的物理气相沉积方法是真空蒸发，分子柬 外延( m b e ) 是一种在超高真空中进行的缓慢的真空蒸发过程，它可以被用来 生长外延的单晶薄膜。另一种常用的物理气相沉积方法是溅射，反应溅射是在溅 射一种原子的同时和另一种原子发生化学反应，它可以被用来生长化合物薄膜。 化学气相沉积方法包括常规的化学气相沉积和金属有机化学气相沉积 ( m o c v d ) ，后者是个专门的金属有机化合物气相分子输运金属到衬底上经过化 学反应形成薄膜。近年来发展起来的激光熔蒸方法利用激光脉冲熔蒸靶材中的原 子或分子到衬底上形成薄膜，它也是一种p v d 方法，其特点是有助于生长外延 的氧化物单晶薄膜，非气相沉积方法有：液相外延和固相外延方法，朗缪尔布 洛杰特( l a n g m u i r - b l o d g e t t ) 法，化学溶液涂层法等。 由于溅射沉积的膜层均匀、致密、针孔少、纯度高，应用的靶材广，可进行 反应溅射以及制备成份稳定的合金膜f 2 】。根据溅射的特征，溅射又有直流溅射、 射频溅射、离子束溅射、磁控溅射和反应溅射之分。和其它溅射技术相比，磁控 溅射因具有高速、低温、低损伤、操作电压低等优点而被广泛应用。 2 1 i 磁控溅射 磁控溅射技术作为一种十分有效的薄膜沉积方法，被普遍和成功地应用于许 多方面，特别是在磁性薄膜和材料表面处理领域中，用于薄膜沉积和表面覆盖层 制备。1 8 5 2 年c - r o v e 首次描述溅射这种物理现象，2 0 世纪4 0 年代溅射技术作为 一种沉积镀膜方法开始得到应用和发展，6 0 年代后随着半导体工业的迅速崛起， 这种技术在集成电路生产工艺中，得以普及和广泛的应用，随后出现和发展的平 蒋长军兰州大学研究生学位论文第二章薄膜的制各及其性能表证方法 面磁控溅射技术 3 - 9 ，在商用领域包括磁介质的制作中大