[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN101640098A - 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置 - Google Patents

磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101640098A
CN101640098A CN200910152089.2A CN200910152089A CN101640098A CN 101640098 A CN101640098 A CN 101640098A CN 200910152089 A CN200910152089 A CN 200910152089A CN 101640098 A CN101640098 A CN 101640098A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thin film
magnetic thin
alloy
film
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910152089.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101640098B (zh
Inventor
岛津武仁
佐藤英夫
北上修
冈本聪
青井基
片冈弘康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC, Fuji Electric Device Technology Co Ltd filed Critical Tohoku University NUC
Publication of CN101640098A publication Critical patent/CN101640098A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101640098B publication Critical patent/CN101640098B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/62Record carriers characterised by the selection of the material
    • G11B5/64Record carriers characterised by the selection of the material comprising only the magnetic material without bonding agent
    • G11B5/65Record carriers characterised by the selection of the material comprising only the magnetic material without bonding agent characterised by its composition
    • G11B5/656Record carriers characterised by the selection of the material comprising only the magnetic material without bonding agent characterised by its composition containing Co
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/16Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing cobalt
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/18Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates by cathode sputtering
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80Constructional details
    • H10N50/85Magnetic active materials
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/74Record carriers characterised by the form, e.g. sheet shaped to wrap around a drum
    • G11B5/82Disk carriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3286Spin-exchange coupled multilayers having at least one layer with perpendicular magnetic anisotropy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/11Magnetic recording head
    • Y10T428/115Magnetic layer composition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/32Composite [nonstructural laminate] of inorganic material having metal-compound-containing layer and having defined magnetic layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种可以较低地抑制饱和磁化Ms、又可以提供高Ku的磁性薄膜及其成膜方法、以及应用该磁性薄膜的各种装置。本发明的磁性薄膜含有具有L11型的原子的有序结构的Co-M-Pt合金(所述M表示单一或者多个除Co和Pt以外的金属元素),例如,所述Co-M-Pt合金为Co-Ni-Pt合金,组成如下,Co为10~35(at%),Ni为20~55(at%)、剩余部分为Pt。另外,所述磁性薄膜应用于在垂直磁记录介质、隧道磁电阻元件(TMR)、磁阻式随机存储器(MRAM)、微机电系统装置等中使用的磁性膜中。

Description

磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置
技术领域
本发明涉及磁性薄膜及其成膜方法以及应用磁性薄膜的装置,尤其是,涉及含有具有L11型原子有序结构的合金的磁性薄膜及其成膜方法、以及其应用装置。作为所述磁性薄膜的应用装置,主要为垂直磁记录介质等磁记录介质、隧道磁电阻元件(TMR:tunnel Magneto-Resistance)、磁阻式随机存储器(MRAM:Magnetoresistive Random Access Memory)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)装置,除此之外,对于公知的使用磁性薄膜的装置等,根据需要可以广泛应用。
背景技术
使用所述磁性薄膜的各种装置中,对于磁记录介质、隧道磁电阻元件(TMR)、磁阻式随机存储器(MRAM)、微机电系统装置等进行简要说明。首先,说明磁记录介质。
硬盘、磁光记录(MO)、磁带等磁记录装置中使用的磁记录方式有面内磁记录方式和垂直磁记录方式的两种方式。多年来,硬盘中使用的磁记录方式为,对于磁盘表面进行水平的磁记录的面内磁记录方式,然而,自2005年前后,开始使用了可更高密度进行记录的、对于磁盘表面进行垂直的磁记录的垂直磁记录方式,因此,开始使用垂直磁记录介质作为磁记录介质。例如,专利文献1中对于垂直磁记录介质进行了公开。专利文献1中公开了低噪声特性、热稳定性和写入特性优异、可高密度记录且低成本化的垂直磁记录介质的一个例子。
图1和图2为所述专利文献1中公开的垂直磁记录介质的结构的一个例子,图1中所示的垂直磁记录介质具有在非磁性基体1上依次形成有基底层3、磁性层4和保护层5的结构。图2中所示的垂直磁记录介质显示了在基底层3和非磁性基体1之间设有用于基底层3的结晶取向性和控制结晶粒径的晶种层2的结构。
另外,已知还有在基体和垂直磁性层之间设置有软磁性层的垂直双层介质,图1中,在非磁性基体1和基底层3之间,图2中,在非磁性基体1和晶种层2之间,可以设置软磁性层。
作为垂直磁记录介质的磁记录层(磁性层)用材料,现在主要使用CoPt系合金结晶膜,为了用于垂直磁记录,控制结晶取向,使具有六方最密堆积(hcp)结构的CoPt系合金的c轴垂直于膜表面(c面与膜表面平行)。
另外,作为控制磁性层结构的一个方式,在垂直磁记录介质中提出了通常被称为粒状磁性层的、具有用氧化物或氮化物之类的非磁性非金属物质包围铁磁性晶粒周围的结构的磁性层。可以认为,这种粒状磁性膜的非磁性非金属的晶界相可以物理性地分离铁磁性颗粒,因此,铁磁性颗粒间的磁性相互作用降低,可以抑制记录位(recording bit)的迁移区域中产生的锯齿形畴壁的形成,因此可以获得低噪声特性。
另外,以垂直磁记录介质的更高记录密度化为目标,为了减少相邻磁道的磁性影响,正在积极开发磁道间设置有槽的离散磁道媒介(DTM:discrete track media),以及,为了使每1个磁性颗粒可以记录1比特(bit),正在积极开发通过人工方法使磁性颗粒有序排列的位规则媒介(BPM:bit patternedmedia)。
此外,为了可以记录在具有高矫顽力的磁性膜上,也正在研究热辅助磁记录(HAMR:Heat-Assisted Magnetic Recording、TAMR:Thermal Assist Magnetic Recording)的记录方式,同时也在研究与这种记录方式对应的磁记录介质。
接着,对隧道磁电阻元件(TMR)、磁阻式随机存储器(MRAM)等进行说明。闪存、DRAM等现有的存储器是使用存储单元内的电子进行记录,与此相对,MRAM是将与硬盘等相同的磁性体用于记忆介质的存储器技术。图3示出了其模式结构(出处:“自旋注入磁化反转的现状与课题”、“Materia JapanVol.42No.9”、2003年9月20日、屋上公二郎等著、社团法人日本金属学会发行、第646页图10)。MRAM可以以地址存取时间10ns左右、周期时间20ns左右和DRAM的5倍左右与SRAM同样地进行高速读写。而且,具有只有闪存的十分之一左右的低耗电量和高集成性等优点。
如图3的(a)所示,MRAM中应用了“TMR效应”,通过用2层的磁性体薄膜夹住数个原子程度厚度的绝缘体薄膜,使一侧的磁性体薄膜的磁化方向对于另一侧发生变化,从而电阻值发生变化。即,如图3的(b)所示,使用了隧道磁电阻元件(TMR)。
另外,作为隧道磁电阻元件(TMR),存在在反铁磁性薄膜上设置有铁磁性薄膜的结构的元件。例如,专利文献9的图5中公开了具有这种结构的隧道磁电阻元件。此外,专利文献9的图4中,也公开了自旋阀型磁阻元件,这种情况也与上述隧道磁电阻元件相同,具有在反铁磁性薄膜上设置有铁磁性薄膜的结构。
接着,说明MEMS装置。MEMS是指,将机械零件部件、传感器、执行器、电路集成在一个硅基板、玻璃基板、有机材料等之上的装置。作为技术应用的例子,有投影仪的光学元件的一种DMD(Digital Micromirror Device,数字微镜装置)、和位于喷墨打印机的喷头部的微小喷嘴、压力传感器、加速度传感器、流量传感器等各种传感器等。今后,制造业当然更加期待在医疗领域等中的应用。上述MEMS装置中,一部分使用了磁性薄膜。
然而,在上述这样的各种装置中,希望提高磁性薄膜的磁性特性,大的Ku、即具有单轴磁畴各向异性的垂直磁化膜的开发,对于今后的记录介质和存储器的大容量化和高密度化是必须的。尤其是,垂直磁记录介质中,ECC(exchange coupledcomposite,交换耦合复合介质)、硬件栈/软件栈、ExchangeSpring(交换弹簧)等具有硬层和软层重叠结构的颗粒或者点的磁记录层作为将来的高密度磁记录介质的磁记录层而被提出。但是,为了充分发挥这些介质的特性,并且实现高热稳定性和优异的饱和记录特性,需要使用107erg/cm3数量级的Ku、即具有单轴磁畴各向异性的垂直磁化膜作为硬膜。另一方面,对于作为将来的高密度存储器而被期待的自旋注入反磁化型MRAM也在进行以下研究,通过使用107erg/cm3数量级的大的Ku、即具有单轴磁畴各向异性的垂直磁化膜,从而实现大容量化。
另外,上述说明中,Ku值的单位用erg/cm3的单位表示,将该单位变换为SI单位时,通过erg/cm3=10-1J/m3换算即可。此外,将后述的饱和磁化单位emu/cm3变换为SI单位时,通过1emu/cm3=103A/m换算即可。
作为如前述那样的具有大的Ku的垂直磁化膜,非专利文献1中公开了Co-Pt的L11型有序合金膜。另外,非专利文献2和专利文献8中公开了Fe-Pt的L10型有序合金膜。此外,在专利文献2、3、4、5、6、7中,记载了Fe-Pt有序合金、Fe-Pd有序合金和Co-Pt有序合金等L10型有序合金以及以此作为磁性层使用的磁记录介质。
尤其是,所述非专利文献1中记载的Co-Pt的L11型有序合金膜,通过提高有序度可以期待更大的Ku。
然而,为了应用于垂直磁记录介质等,不仅需要大Ku、即具有单轴磁畴各向异性,还需要饱和磁化、即Ms也控制在适当的值。关于这些,例如在非专利文献3中进行了详细的记载。非专利文献3的第180页的左栏中,基于图3和图4,记载了“饱和磁化Ms的值在300~700emu/cm3的区域热稳定性良好,即使在不考虑由于热扰动引起的矫顽力降低的情况下,为了将磁化曲线的矩形比维持为1,饱和磁化Ms的值也需要为600emu/cm3以下”。
即,各种装置中使用的磁性薄膜,根据目的,需要较低地抑制饱和磁化Ms,同时,又能获得高Ku、即单轴磁畴各向异性。
专利文献1:日本特开2006-85825号公报
专利文献2:日本特开2002-208129号公报
专利文献3:日本特开2003-173511号公报
专利文献4:日本特开2002-216330号公报
专利文献5:日本特开2004-311607号公报
专利文献6:日本特开2001-101645号公报
专利文献7:日本国际公开WO2004/034385号再公表公报
专利文献8:日本特开2004-311925号公报
专利文献9:日本特开2005-333106号公报
非专利文献1:H.Sato,et al.,″Fabrication of L11 typeCo-Pt ordered alloy films by sputter deposition″,J.Appl.Phys.,103,07E114(2008)
非专利文献2:S.Okamoto et al.,″Chemical-order-dependent magnetic anisotropy and exchange stiffness constant ofFePt(001)epitaxial films″,Phys.Rev.B,66,024413(2002)
非专利文献3:Y.Inaba,et al.,″Magnetic Properties ofHard/Soft-Stacked Perpendicular Media Having Very Thin Soft Layers with a High Saturation Magnetization″.,J.Magn.Soc.Jpn.,31,178(2007)
发明内容
发明要解决的问题
本发明鉴于上述问题,本发明的课题在于提供一种可以较低地抑制饱和磁化Ms、又可以提供高Ku、即单轴磁畴各向异性的磁性薄膜及其成膜方法、以及应用该磁性薄膜的各种装置。
用于解决问题的方案
上述课题通过以下而实现。即,本发明的磁性薄膜,其特征在于,其含有具有L11型原子有序结构的Co-M-Pt合金,其中,所述M表示单一或者多个除Co和Pt以外的金属元素。(方案1)。
另外,本发明的磁性薄膜,其特征在于,其具备包括以具有L11型的原子的有序结构的Co-M-Pt合金(所述M表示单一或者多个除Co和Pt以外的金属元素。)为主要成分的铁磁性晶粒、和包围其的非磁性晶界的粒状结构(方案2)。
此外,上述方案1或2所述的磁性薄膜的特征在于,磁性薄膜的易磁化轴与膜表面垂直取向(方案3)。
另外,上述方案1~3的任意一项所述的磁性薄膜中,所述Co-M-Pt合金优选为Co-Ni-Pt合金或Co-Ni-M2-Pt(所述M2表示单一或者多个除Co、Ni和Pt以外的金属元素。)(方案4)。
此外,上述方案1~3的任意一项所述的磁性薄膜中,所述Co-M-Pt合金优选为Co-Ni-Pt合金,组成优选如下,Co为10~35at%,Ni为20~55at%,剩余部分为Pt(方案5)。
另外,上述方案1~3的任意一项所述的磁性薄膜中,所述Co-M-Pt合金可以为Co-Fe-Pt合金或Co-Fe-M3-Pt(所述M3表示单一或者多个除Co、Fe和Pt以外的金属元素。)(方案6)。
接下来,作为磁性薄膜的成膜方法的发明,优选为下述发明。即,其特征在于,其为在基体上成膜方案1~6的任意一项所述的磁性薄膜的方法,其中,使所述基体温度在150℃~500℃的范围,并通过成膜前的真空度为1×10-4Pa以下的高真空磁控溅射法来形成磁性薄膜(方案7)。
另外,上述方案7所述的磁性薄膜的成膜方法中,所述基体温度优选为270℃~400℃的范围(方案8)。
此外,上述方案7或8所述的磁性薄膜的成膜方法中,所述真空度优选为7×10-7Pa以下(方案9)。
接下来,作为各种装置的发明,优选为下述发明。即,一种垂直磁记录介质,其特征在于,其为在基体上至少形成磁性层而成的垂直磁记录介质,所述磁性层为方案1~6的任意一项所述的磁性薄膜。(方案10)。
另外,一种隧道磁电阻元件,其特征在于,其具备上述方案1~6的任意一项所述的磁性薄膜(方案11)。此外,一种磁阻式随机存储器,其特征在于,其具备上述方案1~6的任意一项所述的磁性薄膜(方案12)。此外,一种微机电系统装置,其特征在于,其具备上述方案1~6的任意一项所述的磁性薄膜(方案13)。
接下来,以Co-Ni-Pt合金为例,对L11型原子有序结构、和具有该结构的合金的磁性薄膜的概要和优点、该磁性薄膜的制造方法的概要等进行说明。Co-Fe-Pt合金,虽然其特性倾向具有部分差异,但从本发明的技术思想的观点出发,可叙述相同的说明。
L11型结构是指,以fcc结构为基本的结晶结构,其原子位置具有周期性。具体而言,作为原子密排面的(111)面的结构为,由以(Co-Ni)为主要成分的原子面和以Pt为主要成分的原子面1原子层1原子层交替层积而成。例如,以(Co-Ni)50Pt50组成完全有序化的、即原子容纳于理想的位置的L11型结构是指,仅由Co-Ni构成的原子面和仅由Pt构成的原子面1原子层1原子层交替层积而成的结构。实际上是无法得到这种理想的结构的,但是,希望尽可能增大将有序度S用Smax进行归一化的S/Smax,其中Smax为考虑化学计量学的原子丰度比而理论上能实现的有序度的最大值。
接下来,对L11型Co-Ni-Pt薄膜的概要和优点进行说明。
1)该L11型Co-Ni-Pt膜具有较大的单轴磁畴各向异性Ku,与由于具有高Ku而通常受到广泛注目的L10型Fe-Pt有序化合金膜相比,具有以下方面的优势。
(1)如果提高原子排列的有序度,与L10型Fe-Pt有序化合金膜相比,可以得到更大的Ku。
(2)可以在150~500℃、更优选在270~400℃的比较的低的基体温度下形成。公知的L10型Fe-Pt需要600℃左右。
(3)结晶取向性、即作为易磁化轴的<111>轴的垂直取向的控制性优异。
2)另外,L11型Co-Ni-Pt膜的Ku以及饱和磁化Ms,均依赖组成而发生变化,因此,通过调整组成,可以控制Ku和Ms。尤其是,详细内容如后所述,通过用Ni替换Co,与Co-Pt二元相比,可以在较低地抑制Ms的同时,实现高Ku化。即,与二元合金的具有相同的Ms的组成比较,存在可以获得高Ku的区域。而且,与Co-Pt二元相比,可以在低Pt浓度下实现相同的特性。
接下来,对磁性薄膜的制作方法进行说明。
前述本发明的磁性薄膜可以通过超高真空磁控溅射法来形成,超高真空对于获得有序度高的L11型结构很重要。至少不能利用真空性能差的装置进行制作。例如,通过使用MgO(111)单结晶基板作为基板,可以获得易磁化轴<111>轴与膜表面垂直取向的单结晶膜。另外,通过使用玻璃盘、附有热氧化膜的Si基板等平滑性良好的基板,可以获得易磁化轴<111>轴与膜表面垂直取向的多结晶膜。此外,单结晶膜和多结晶膜的情况下,均优选使用Ru或者Pt的基底层。而且,基体温度为360℃左右时,可以获得有序度最高的磁性薄膜。所形成的L11型结构,尤其至接近400℃的温度为止是稳定的,除了特殊的情况,实用上的热稳定性优异。
发明的效果
根据本发明,可以提供可较低地抑制饱和磁化Ms、同时可以提供高Ku、即单轴磁畴各向异性的磁性薄膜及其成膜方法、以及应用该磁性薄膜的满足需要的合适的各种装置。
附图说明
图1为本发明的实施方式所涉及的垂直磁记录介质的示意截面图。
图2为与图1不同的本发明的实施方式所涉及的垂直磁记录介质的示意截面图。
图3为本发明的实施方式所涉及的具备隧道磁电阻元件(TMR)的磁阻式随机存储器(MRAM)的结构示意图。
图4为本发明的实施例所涉及的L11-Co-Ni-Pt垂直磁化膜的Ku和Ms的组成依赖性的示意图。
图5与图4的实施例相关,为将Ms的组成依赖性(a)与Ku的组成依赖性(b)分开表示的示意图。
图6涉及本发明的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄膜的实施例,与多种组成相关,表示Ku与Ni(或者Fe量)量x的关系。
图7涉及本发明的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄膜的实施例,与多种组成相关,表Ms与Ni(或者Fe量)量x的关系。
图8与本发明相关,为在MgO(111)基板上形成的(Co100-XNiX)50Pt50组成对于X射线衍射图的Ni量X的依赖性的示意图。
附图标记说明
1非磁性基体
2晶种层
3基底层
4磁性层
5保护层
具体实施方式
接下来,对本发明的实施方式进行说明。首先,基于图4~图8,对于具有L11型原子有序结构的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄膜的实施例进行说明。
图4为本发明的实施例所涉及的L11-Co-Ni-Pt垂直磁化膜的Ku和Ms的组成依赖性的示意图,Co-Ni-Pt的各组成(at%)用三相网格表示,垂直磁化膜显示的是在基板温度360℃下,在MgO(111)基板上形成的情况。在图4右下方,在标记有Phase boundary(相界)的比较细的虚线的左侧的宽阔区域中,可以实现L11型的结构。所述虚线的右侧的狭窄区域,被称作m-DO19型,被制成了与L11型不同的结构。
另外,图4中,用○标记表示的各点上附注有Ku值,其等值线用粗实线表示。此外,Ms的等值线用粗长的虚线表示。另外,图中用粗虚线描绘的椭圆状的区域表示的是,与Co-Pt二元相比,适合较低地抑制Ms、同时可以实现高Ku化的区域。而且,如果通过改善成膜条件等而提高有序度的话,该区域会进一步扩大。另外,该区域与Co-Pt二元比较,具有可以通过少量Pt而实现相同的磁特性的优点。
上述适合的区域如上述方案5所述,组成大致如下,Co为10~35(at%),Ni为20~55(at%),剩余部分为Pt。并且,该组成下,Ku的值大致为1~2.2×107erg/cm3,略微宽范围来看,为1~2.5×107erg/cm3,Ms的值大致为400~800emu/cm3
图5与上述图4的实施例相关,为了便于理解,将Ms的组成依赖性与Ku的组成依赖性分开表示,(a)图中用粗实线表示Ms的等值线,(b)图中用粗实线表示Ku的等值线。
接下来,说明图6和图7。图6涉及本发明的Co-Ni-Pt合金和Co-Fe-Pt合金的磁性薄膜的实施例,与多种组成相关,表示Ku与Ni(或者Fe量)量x的关系,图7表示Ms与Ni(或者Fe量)量x的关系。
图6和图7中所示的L11型有序合金通过超高真空(UHV:Ultra High Vacuum)用的DC磁控溅射装置(ANELVA,E8001)制作。开始成膜前的到达真空度为7×10-7Pa以下。溅射中使用杂质浓度为2~3ppb的超高纯度气体。基板使用MgO(111)单结晶基板。在Co-M-Pt合金(Co-Ni-Pt合金或Co-Fe-Pt合金)和基板之间设置Pt基底层,在Co-M-Pt合金上设置Pt覆盖层。所述Pt基底层、Co-M-Pt合金层、Pt覆盖层的膜厚分别制成20nm、10nm和2nm。
Co-M-Pt合金层的成膜时的基板温度设为360℃或390℃,在图6和图7的上方所示的Co-M-Pt合金的各组成的末尾分别标记为360或390。Co-M-Pt合金层通过共溅射法形成,Co、Ni(或者Fe)和Pt的各成膜速度依赖于组成和成膜条件,设为1.4~4.7nm/min。
L11型有序结构的确认是通过对后述的X射线衍射图进行超晶格衍射线观测而进行的。另外,Ms、即饱和磁化,通过振动样品磁强计(VSM:Vibrating Sample Magnetometer)求得。Ku、即单轴磁畴各向异性,通过GST(GeneralizedSucksmith-Thompson,广义Sucksmith-Thompson)法求得。此外,Ku还可以通过转矩磁强计求得。
由图6可知,在图6所示的范围内,即便将Co用Ni(或者Fe)替换,Ku也可以维持在约107erg/cm3以上的较大值。另外,由图7可知,即便将Co用Ni(或者Fe)替换,也可以使Ms在约400~1200emu/cm3的较广范围内变动。
此外,在图6和图7所示的实施例中,用Ni(或者Fe)替换Co的比例越大,Ku和Ms的值越表现出大致下降的倾向,Co-Fe-Pt合金的Ms的值表现出,即使Fe的比例增大Ms的值也几乎不发生变化的倾向。然而,根据图4或图5的三相网格的实施例的结果,未必为上述那样的倾向,根据组成不同而表现出不同的倾向。无论哪种情况,由所述图4~7的实施例可知,通过调整组成可以控制Ku和Ms。
接下来,对图8进行说明。图8为在MgO(111)基板上形成的(Co100-XNiX)50Pt50组成对于X射线衍射图的Ni量X的依赖性的示意图,该例将基板温度设定为360℃,薄膜的基底层使用Pt。
均只观察来自密排面的衍射线,可知密排面的取向与膜表面平行。另外,观察了起因于每2原子层的原子的周期性的L11-(111)面和L11-(333)面的衍射线,L11型的有序化结构得到实现。所有薄膜均具有在膜表面垂直方向(<111>方向)存在易磁化轴的高Ku,证明了向L11型的有序化。未形成L11型的情况下,该组成域中的结晶结构形成fcc,因此,其磁畴各向异性不是单轴性,可以容易地推测出其绝对值为1×106erg/cm3以下。另外,严格地讲,由于L11型的原子排列的有序化,膜表面垂直方向的面间隔略有缩小,基本单位变为菱形结构,这里,为了避免混乱,而用以立方晶为基准的指数进行标记。
接下来,对磁性薄膜的应用装置的实施方式进行说明。所述磁性薄膜通过用于上述背景技术中所述的垂直磁记录介质、隧道磁电阻元件(TMR)、磁阻式随机存储器(MRAM)、MEMS装置等中使用的磁性薄膜,可以实现满足装置需要的合适的装置。

Claims (13)

1.一种磁性薄膜,其含有具有L11型原子有序结构的Co-M-Pt合金,其中所述M表示单一或者多个除Co和Pt以外的金属元素。
2.一种磁性薄膜,其具备包括以具有L11型原子有序结构的Co-M-Pt合金为主要成分的铁磁性晶粒、和包围该铁磁性晶粒的非磁性晶界的粒状结构,其中所述M表示单一或者多个除Co和Pt以外的金属元素。
3.根据权利要求1或2所述的磁性薄膜,其特征在于,所述磁性薄膜的易磁化轴与膜表面垂直取向。
4.根据权利要求1~3的任意一项所述的磁性薄膜,其特征在于,所述Co-M-Pt合金为Co-Ni-Pt合金或Co-Ni-M2-Pt,其中所述M2表示单一或者多个除Co、Ni和Pt以外的金属元素。
5.根据权利要求1~3的任意一项所述的磁性薄膜,其特征在于,所述Co-M-Pt合金为Co-Ni-Pt合金,组成如下,Co为10~35at%,Ni为20~55at%,剩余部分为Pt。
6.根据权利要求1~3的任意一项所述的磁性薄膜,其特征在于,所述Co-M-Pt合金为Co-Fe-Pt合金或Co-Fe-M3-Pt,其中所述M3表示单一或者多个除Co、Fe和Pt以外的金属元素。
7.一种磁性薄膜的成膜方法,其特征在于,其为在基体上成膜权利要求1~6的任意一项所述的磁性薄膜的方法,其中,使所述基体温度在150℃~500℃的范围,并通过成膜前的真空度为1×10-4Pa以下的高真空磁控溅射法来形成磁性薄膜。
8.根据权利要求7所述的磁性薄膜的成膜方法,其特征在于,所述基体温度为270℃~400℃的范围。
9.根据权利要求7或8所述的磁性薄膜的成膜方法,其特征在于,所述真空度为7×10-7Pa以下。
10.一种垂直磁记录介质,其特征在于,其为在基体上至少形成磁性层而成的垂直磁记录介质,所述磁性层为权利要求1~6的任意一项所述的磁性薄膜。
11.一种隧道磁电阻元件,其特征在于,其具备权利要求1~6的任意一项所述的磁性薄膜。
12.一种磁阻式随机存储器,其特征在于,其具备权利要求1~6的任意一项所述的磁性薄膜。
13.一种微机电系统装置,其特征在于,其具备权利要求1~6的任意一项所述的磁性薄膜。
CN200910152089.2A 2008-07-28 2009-07-28 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置 Active CN101640098B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008193156 2008-07-28
JP2008-193156 2008-07-28
JP2008193156A JP5067739B2 (ja) 2008-07-28 2008-07-28 磁性薄膜とその成膜方法並びに磁性薄膜の応用デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101640098A true CN101640098A (zh) 2010-02-03
CN101640098B CN101640098B (zh) 2013-05-29

Family

ID=41615030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910152089.2A Active CN101640098B (zh) 2008-07-28 2009-07-28 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8076012B2 (zh)
JP (1) JP5067739B2 (zh)
CN (1) CN101640098B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208192A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 昭和电工株式会社 热辅助磁记录介质和磁存储装置
TWI514373B (zh) * 2012-02-15 2015-12-21 Ind Tech Res Inst 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5550007B2 (ja) * 2008-12-05 2014-07-16 国立大学法人東北大学 磁性薄膜及びその製造方法、並びにこのような磁性薄膜を用いた各種応用デバイス
CN102163433B (zh) * 2010-02-23 2013-12-25 昭和电工株式会社 热辅助磁记录介质和磁存储装置
JP5346348B2 (ja) * 2011-02-23 2013-11-20 株式会社日立製作所 磁気記録媒体、磁気記録装置
US8742518B2 (en) 2011-03-31 2014-06-03 Seagate Technology Llc Magnetic tunnel junction with free layer having exchange coupled magnetic elements
US8481181B2 (en) 2011-03-31 2013-07-09 Seagate Technology Llc Exchange coupled magnetic elements
JP5901975B2 (ja) * 2012-01-13 2016-04-13 株式会社東芝 情報記録装置、及び情報記録方法
KR102017623B1 (ko) * 2012-08-30 2019-09-03 삼성전자주식회사 자기 메모리 소자
JP6083163B2 (ja) 2012-09-11 2017-02-22 富士電機株式会社 垂直磁気記録媒体およびその製造方法
MY171751A (en) 2012-12-06 2019-10-27 Fuji Electric Co Ltd Perpendicular magnetic recording medium
US11810700B2 (en) * 2018-10-30 2023-11-07 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. In-plane magnetized film, in-plane magnetized film multilayer structure, hard bias layer, magnetoresistive element, and sputtering target

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3434476B2 (ja) 1999-09-29 2003-08-11 秋田県 高密度情報記録媒体及びその媒体の製造方法
JP3762277B2 (ja) * 2000-09-29 2006-04-05 キヤノン株式会社 磁気記録媒体及びその製造方法
JP2002208129A (ja) 2000-11-09 2002-07-26 Hitachi Maxell Ltd 磁気記録媒体及びその製造方法並びに磁気記録装置
JP3730518B2 (ja) 2001-01-19 2006-01-05 株式会社東芝 磁気記録媒体
JP3730906B2 (ja) 2001-12-03 2006-01-05 日立マクセル株式会社 磁気記録媒体及びその製造方法並びに磁気記録装置
JP4035457B2 (ja) * 2002-03-15 2008-01-23 キヤノン株式会社 機能デバイスの製造方法
CN1279514C (zh) 2002-10-10 2006-10-11 富士通株式会社 多晶结构膜及其制造方法
JP4207769B2 (ja) * 2002-12-20 2009-01-14 富士電機デバイステクノロジー株式会社 垂直磁気記録媒体およびその製造方法
JP3981732B2 (ja) 2003-03-27 2007-09-26 独立行政法人物質・材料研究機構 垂直磁気異方性を有するFePt磁性薄膜とその製造方法
JP2004311607A (ja) 2003-04-04 2004-11-04 Canon Inc 磁性体、磁気記録媒体、磁気記録再生装置、情報処理装置及びその製造方法
JP2005036294A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Hitachi Metals Ltd 反強磁性合金および反強磁性合金を用いた磁気デバイス
JP2005333106A (ja) 2004-04-20 2005-12-02 Ken Takahashi 交換結合素子とその製造方法並びに交換結合素子を具備したデバイス
JP2006085825A (ja) 2004-09-16 2006-03-30 Tohoku Univ 垂直磁気記録媒体
US8153189B2 (en) * 2005-03-31 2012-04-10 Canon Kabushiki Kaisha Structure and process for production thereof
JP4810279B2 (ja) * 2005-03-31 2011-11-09 キヤノン株式会社 磁気記録媒体の製造方法
JP2008109118A (ja) * 2006-09-29 2008-05-08 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ
CN100510190C (zh) * 2006-11-30 2009-07-08 复旦大学 c轴垂直取向的L10相FePt磁记录薄膜的制备方法
JP2008197089A (ja) * 2007-01-17 2008-08-28 Fujikura Ltd 磁気センサ素子及びその製造方法
JP5550007B2 (ja) * 2008-12-05 2014-07-16 国立大学法人東北大学 磁性薄膜及びその製造方法、並びにこのような磁性薄膜を用いた各種応用デバイス
JP2011028809A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Hitachi Ltd 磁気記録媒体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208192A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 昭和电工株式会社 热辅助磁记录介质和磁存储装置
CN102208192B (zh) * 2010-03-29 2014-11-12 昭和电工株式会社 热辅助磁记录介质和磁存储装置
TWI514373B (zh) * 2012-02-15 2015-12-21 Ind Tech Res Inst 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件

Also Published As

Publication number Publication date
CN101640098B (zh) 2013-05-29
JP5067739B2 (ja) 2012-11-07
US20100055503A1 (en) 2010-03-04
JP2010034182A (ja) 2010-02-12
US8076012B2 (en) 2011-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101640098B (zh) 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置
JP5550007B2 (ja) 磁性薄膜及びその製造方法、並びにこのような磁性薄膜を用いた各種応用デバイス
Piramanayagam Perpendicular recording media for hard disk drives
US20060147758A1 (en) Perpendicular magnetic recording medium with magnetically resetable single domain soft magnetic underlayer
JP4923896B2 (ja) 交換結合膜及び磁気デバイス
US20070231609A1 (en) Perpendicular magnetic recording medium and magnetic memory apparatus
CN100527228C (zh) 垂直磁记录介质和磁存储装置
US10115890B2 (en) Magnetic thin film and application device including magnetic thin film
CN100533555C (zh) 磁记录介质和磁存储单元
JP2010034182A5 (zh)
JP2007250094A (ja) 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置
JP2008176858A (ja) 垂直磁気記録媒体、及びそれを用いたハードディスクドライブ
JP2014056624A (ja) 規則化合金を含む薄膜およびその製造方法
CN101393750A (zh) 磁记录介质
JP2008084413A (ja) 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法及び磁気記録装置
US10783915B2 (en) Magnetic media having improved magnetic grain size distribution and intergranular segregation
US20080080093A1 (en) Magnetic recording medium and magnetic recording device
JP2007257804A (ja) 磁気記録媒体及び磁気記録装置
JP2008226416A (ja) 垂直磁気記録媒体とその製造方法
CN101796580B (zh) 垂直磁记录介质以及磁记录和再现装置
CN105321536A (zh) 磁记录介质及磁记录再现装置
KR20010112091A (ko) 자기기록매체 및 이것을 이용한 자기기록장치
CN106205644B (zh) 垂直磁记录介质及磁记录再生装置
JP2003288713A (ja) 垂直磁気記録媒体とそれを備えた磁気記録装置及び垂直磁気記録媒体の製造方法並びに製造装置
JP2007102833A (ja) 垂直磁気記録媒体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: Miyagi Prefecture in Japan

Applicant after: Tokoku University of National University Corp.

Co-applicant after: Fuji Electric Co., Ltd.

Address before: Miyagi Prefecture in Japan

Applicant before: Tokoku University of National University Corp.

Co-applicant before: Fuji Electronic Device Technol

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant