一种CoCrPt-氧化物磁记录靶材、薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种CoCrPt-氧化物磁记录靶材、薄膜及其制备方法，该CoCrPt-氧化物靶材包括SiO2，TiO2，CrO，Cr2O3，Ta2O3，W2O3，Al2O3，Y2O3等氧化物中的一种或几种，其中氧化物相的平均晶粒尺寸在3～20μm。合金靶材中Co、Cr、Pt形成α-Co及ε-Co两相Co基固溶体，其中以低温相六方ε-Co固溶体为主，靶材的厚度在2～6mm之间，靶材的透磁率(PTF)值40％～60％之间。由该合金靶材制得的磁记录介质的磁记录层呈(002)晶面的择优取向生长，在X衍射分析中，用式(1)表示的(002)晶面的X射线衍射峰强度比：………………………式(1)为70％～90％。本发明的溅射靶，有害杂质元素含量低，晶粒尺寸细小均匀，化学成份均匀且偏离名义成分较小。使用上述溅射靶材制备的磁记录介质，该磁记录介质晶粒细小均匀、非磁性晶界明显，磁学性能优良。
【专利说明】一种CoCrPt-氧化物磁记录靶材、薄膜及其制备方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种CoCrPt-氧化物磁记录靶材，薄膜及其制备方法，属于信息存储 领域。 【背景技术】
[0002] 随着信息及计算机技术的飞速发展，垂直磁记录介质的研究引起了人们广泛关 注。现在使用的垂直磁记录介质主要由具有不同作用的三层组成，即用于提供读/写磁场 的返回路径软磁性衬底层（soft magnetic underlayer, SUL)，减小下底层与磁性层间的相 互扩散并调控磁性层中的晶粒形貌的中间层（non-magnetic intermediate layer, NMIL)， 以及用于记录信息的磁性记录层（magnetic recording layer, MRL)。其中，磁性记录层是 磁记录介质的核心部分，一般由铁磁性合金基体相和非金属化合物相组成，通常由相应的 靶材沉积而成，磁记录靶材就主要用于制备磁性记录层，因此研究磁记录介质材料就显得 尤为重要。
[0003] CoCr薄膜是主要的磁记录层材料，从使用CoCr薄膜作为最基本的磁记录层材料 开始，人们通过添加新的元素，研究了具有高垂直磁各向异性、低噪声和高稳定性的CoCr 基磁记录层材料，如 CoCrTa、CoCrPt、CoCrNi、CoCrW、CoNiPt、CoCrNb、CoCrTaPt、CoCrPtB、 CoNiCrPt等。直到最近，CoCrPt-氧化物记录层材料得到了研究者的广泛关注。利用非磁 材料包覆或隔开铁磁颗粒的复合颗粒薄膜，是磁性材料改性的重点之一。垂直记录介质方 式在高密度存储方面虽有很大优势，但研究表明，在很高密度下，它仍然存在热稳定问题， 采用复合颗粒薄膜的办法能有效解决这个问题。物理隔断铁磁颗粒之间的交换作用能减小 晶粒间的静磁耦合作用，同时也会加大单个纳米铁磁颗粒的磁晶各向异性场，极大地改善 颗粒的热稳定性，克服小颗粒的超顺磁限制，提高磁记录密度。然而，目前磁记录靶材与的 磁记录介质薄膜研发方向几乎完全脱节，导致磁记录介质薄膜的最新理论研究成果难以应 用于磁记录靶材的实际生产，无法为靶材生产提供指导和有力的基础数据支撑。因此，将靶 材制备及薄膜制备研究相结合，磁记录祀材研究和薄膜研究结合起来，弄清祀材结构、性能 与溅射薄膜性能间的关系，制备能满足磁记录介质性能要求的靶材，对磁记录介质材料的 发展具有重要的现实意义。
[0004] 文献 1 (Brandt, R. ；Tibus, S. ；Springer, F. ；Fassbender, J. ；Rohrmann, H.； Albrecht,M. ；Schmidt, H. , nfluence of intergranular exchange coupling on the magnetization dynamics of CoCrPt:Si02granular media. Journal of Applied PhySics2012, 112 (3)，033918)研究了晶粒间交换耦合作用对C〇Crft-Si02薄膜磁学 动力学的影响?文献2(Tham，K.K. ;Saito，S. ;Hasegawa，D. ;Itagaki，N. ;Hinata，S.; Ishibashi,S. ;Takahashi，M.，Effect of inhomogeneous microstructure of granular layer on inter granular/inter layer exchange coupling in stacked perpendicular recording media. Journal of Applied Physics2012，112(9)，093917)通过改变 CoCrPt-Si02层中Si0 2的含量，研究了磁记录层中结构分布不均勻性对晶粒间交换 奉禹合作用的影响。文献 3(Varva;ro，G· ;Testa，A.M. ;Agostinelli，E. ;Fiorani，D.; Laureti, S. ；Springer, F. ；Brombacher, C. ；Albrecht, M. ；DelBianco, L. ；Barucca, G.； Mengucci,P. ；Rinaldi, D., Study of microstructure and magnetization reversal mechanism in granular CoCrPt: Si02films of variable thickness. Materials Chemistry and Physics2013, 141 (2-3)，790-796)制备 了不同厚度的 CoCrPt-Si02 层，并研究了不 同厚度及微观结构与晶粒磁性反转行为的关系。文献4(Ghese，B. ;Piramanayagam，S. N. ；Tan, Η. K. , Noise characterization of perpendicular recording media by cluster size measurements.IEEE Transactions on Magnetics2〇l3, 1-1)用磁力显微镜得 到C〇CrPt-Si02薄膜磁性颗粒之间相互关系，及其对热稳定性及SNR的影响。以上四 篇文献均是研究溅射工艺条件对C 〇CrPt-Si02磁记录薄膜的结构和性能的影响。文 献 5,6,7,8,9 (文献 5:Takashima. CoPt-base sputtering target, method of making same, magnetic recording film and C〇-Pt-base magnetic recording medium. United States Patent6,406,600 ；文献 6:Nakamura, etal. Co-based alloy sputter targe tand process of manufacturing the same United States Patent4, 832, 810.;文献 7:Heraeus Inc. Enhanced formulation of cobalt alloy matrix compositions. United States Patent7, 494, 617 ;文献 8:Heraeus, Inc. Mechanically alloyed precious metal magnetic sputtering targets fabricated using rapidly solidfied alloy powders and elementa lPt metal. United States Patent6, 797,137;文献：Sony Corporation (Tokyo，JP). Modification and selection of the magnetic properties of magnetic recording media through selective control of the crystal texture of the recording layer. United States Patent5, 616, 218)均是研究CoCrPt-氧化物磁记录祀材的制备及结构。而实际上， CoCrPt-氧化物磁记录薄膜的结构和性能还与溅射靶材的结构和性能有关，目前查阅到的 文献没有将靶材和薄膜相结合的研究。
[0005] 基于以上存在的问题，本发明人提出了一种化学成份均匀且偏离名义成份较小、 晶粒尺寸细小均匀、杂质含量低的CoCrPt-氧化物合金溅射靶材及其制备方法，该方法不 仅保证上述产品的化学成份均匀，杂质含量低，而且还可以提高产品成品率，同时还提供了 一种由此祀材制备的磁记录介质，该磁记录介质的磁记录层表面颗粒细小均勻，矫顽力高， 方形度好。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种CoCrPt-氧化物合金靶材及其制备方法，所述溅射 靶，有害杂质元素含量低，晶粒尺寸细小均匀，化学成份均匀且偏离名义成分较小。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种使用上述溅射靶材制备的磁记录介质，该磁记录 介质晶粒细小均匀、非磁性晶界明显，磁学性能优良。
[0008] 本发明的第一目的是这样实现的，所述CoCrPt-氧化物靶材包括Si02, Ti02, CrO， Cr203, Ta203, W203, A1203, Y203等氧化物中的一种或几种，其中氧化物相的平均晶粒尺寸在 3 ?20 μ m〇
[0009] 所述合金靶材为Co68CrlOPtl4-氧化物或Co60Crl0Ptl8-氧化物。
[〇〇1〇] 所述合金靶材中Co、Cr、Pt形成a -Co及ε -Co两相Co基固溶体，其中以低温相 六方ε -Co固溶体为主，靶材的厚度在2?6mm之间，靶材的透磁率（PTF)值40%?60% 之间。
[〇〇11] 所述合金靶材各元素的实际含量与名义含量的偏差〈〇. 5at%。
[0012] -种使用权利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金祀材制备的磁记录介质， 所述磁记录介质包括基底层，软磁层，中间层和磁记录层，其特征在于：所述磁记录层由权 利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金靶材溅射而成，该磁记录层呈（002)晶面的择 优取向生长，在X衍射分析中，用式（1)表示的（002)晶面的X射线衍射峰强度比
[0013]
[0014] 刃 yu% ?yu%。
【权利要求】
1. 一种CoCrPt-氧化物磁记录合金材，其特征在于：所述CoCrPt-氧化物材包括 Si0 2, Ti02, CrO, Cr203, Ta203, W203, A1203, Y203氧化物中的一种或几种，其中氧化物相的平均 晶粒尺寸在3?20 μ m。
2. 根据权利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金祀材，其特征在于：所述合金革巴 材是Co68CrlOPtl4-氧化物或Co60Crl0Ptl8-氧化物，各成分为原子百分比。
3. 根据权利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金祀材，其特征在于：所述合金革巴 材中Co、Cr、Pt形成a -Co及ε -Co两相Co基固溶体，其中以低温相六方ε -Co固溶体为 主，靶材的厚度在2?6mm之间，靶材的透磁率即PTF值为40%?60%之间。
4. 根据权利要求1所述的CoCrPt-氧化物合金靶材，其特征在于：所述合金靶材各元 素的实际含量与名义含量的偏差〈〇. 5at %。
5. 根据权利要求1所述的CoCrPt-氧化物合金靶材，其特征在于：所述合金靶材的C含 量 <50ppm，S 含量〈lOppm，N 含量〈lOppm。
6. -种使用权利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金祀材制备的磁记录介质，所 述磁记录介质包括基底层，软磁层，中间层和磁记录层，其特征在于：所述磁记录层由权利 要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金靶材溅射而成，该磁记录层呈（002)晶面的择优 取向生长，在X衍射分析中，用式（1)表示的（002)晶面的X射线衍射峰强度比：
为 70%?90%。
7. 根据权利要求6所述的CoCrPt-氧化物磁记录介质，其特征在于：所述CoCrPt-氧 化物磁记录层表面颗粒尺寸为4?10nm，薄膜表面粗糙度Ra值为2?5nm，磁记录介质的 矫顽力为3000?4500oe，方形度为0. 6-0. 9,所述合金靶材为Co68CrlOPtl4-氧化物或 Co60Crl0Ptl8-氧化物，各成分为原子百分比。
8. -种制备权利要求1所述的CoCrPt-氧化物磁记录合金祀材的方法，其特征在于包 括以下工艺步骤： (1) 粉末预处理：将原始粉末经球磨，分级处理，Co、Cr、Pt原料粉末的粒度小于5 μ m， 氧化物的粒度小于1 μ m ; (2) 粉末混合：将细化分级后的粉末采用机械混合的方式混合均匀； (3) 粉末装填：混合均匀粉末经装粉装置装填到石墨模具中； (4) 粉末烧结：将装有高纯粉末的模具送入真空热压烧结炉中进行双向真空热压烧 结，真空度为ΚΓ2?l(T 4Pa，烧结温度为1000?1500°C，烧结压力为30?60MPa，保温时间 为1?5h ; (5) 热等静压：所述铸锭需经过热等静压处理，温度800?110(TC，4N高纯Ar气氛，压 力为150?200Mpa，保温时间为1?3h ; (6) 热机械加工：经过上述热等静压处理的锭坯进行热轧开坯，乳制温度为700? 1200°C，进行横纵交替轧制，乳制的道次变形量不大于10% ; (7)冷机械加工：经上述热机械加工的坯料需进行冷轧制和最终的机械加工成型，所 述的冷轧制为纵向轧制，乳制的道次变形量不大于5%。
9. 一种制备权利要求6所述的CoCrPt-氧化物磁记录介质的方法，其特征在于含有以 下步骤： (1) 粉末预处理：将原始粉末经球磨，分级处理，Co、Cr、Pt原料粉末的粒度小于5 μ m， 氧化物的粒度小于1μ m ; (2) 粉末混合：将细化分级后的粉末采用机械混合的方式混合均匀； (3) 粉末装填：混合均匀粉末经装粉装置装填到石墨模具中； (4) 粉末烧结：将装有高纯粉末的模具送入真空热压烧结炉中进行双向真空热压烧 结，真空度为ΚΓ2?l(T 4Pa，烧结温度为1000?1500°C，烧结压力为30?60MPa，保温时间 为1?5h ; (5) 热等静压：所述铸锭需经过热等静压处理，温度800?110(TC，4N高纯Ar气氛，压 力为150?200Mpa，保温时间为1?3h ; (6) 热机械加工：经过上述热等静压处理的锭坯进行热轧开坯，乳制温度为700? 1200°C，进行横纵交替轧制，乳制的道次变形量不大于10% ; (7) 冷机械加工：经上述热机械加工的坯料需进行冷轧制和最终的机械加工成型，所 述的冷轧制为纵向轧制，乳制的道次变形量不大于5% ; (8) 射频磁控溅射在室温下进行，本底真空为10_3?10_4Pa，Ar气工作气压为0. 5? 3Pa，溅射功率为50?300W，自偏压为100?600V。
10. 根据权利要求6所述的CoCrPt-氧化物磁记录介质，其特征在于：所述CoCrPt-氧 化物磁记录介质的成分是Co68CrlOPtl4-氧化物或Co60Crl0Ptl8-氧化物，各成分为原子 百分比。
【文档编号】C23C14/34GK104060229SQ201410280254
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】张俊敏, 谭志龙, 王传军, 闻明, 毕珺, 沈月, 宋修庆, 管伟明 申请人:贵研铂业股份有限公司