一种软/硬磁交换耦合结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及磁性材料与元器件领域，具体涉及一种软/硬磁交换耦合结构。本发明通过将现有嵌入型软/硬磁交换耦合结构中的硬磁材料分为两部分且由软磁材料层隔离形成新的软/硬磁交换耦合结构，通过微磁学模拟可见该结构能够有效降低高磁晶各向异性常数材料的矫顽力，且矩形度较好。本发明结构通过规则间隔排列应用于磁存储中，且对于磁晶各向异性常数Ku值高达7×106J/m3的材料，能够有效降低矫顽力，且矩形度较好，能够满足垂直磁记录的要求并能解决写入困难的问题。
【专利说明】
一种软/硬磁交换耦合结构
技术领域
[0001]本发明涉及磁性材料与元器件领域，具体涉及一种软/硬磁交换耦合结构。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的快速发展，当前所需要的是能够实现超高密度磁存储。然而当存储单元小到一定尺寸时，由于超顺磁现象的影响使得存储的信息不稳定。为了能够解决超顺磁现象所带来的问题并且保证高的信噪比，需要选用高磁晶各向异性常数(Ku)的材料作为存储材料。其中LlO-FePt是一种理想的超高密度垂直磁记录材料，其磁晶各向异性常数高达7X106J/m3。但是高磁晶各向异性常数的材料矫顽力较高，这就造成了写入问题。为了能够解决写入问题，人们从材料以及磁头技术方面做了很多努力。
[0003]在材料方面，人们提出用交换耦合复合介质，即软磁和硬磁双层结构，硬磁层能够保证高的热稳定性，软磁层能够帮助硬磁层翻转从而降低矫顽力。在交换耦合复合介质的基础上，有人提出使用梯度复合磁记录介质，即介质的磁晶各向异性常数值随着膜厚呈梯度式变化，即低磁晶各向异性区域替代软磁层，从而带动高磁晶各向异性区域翻转。
[0004]目前软/硬磁双层结构和梯度型复合介质适用于相对较低的磁晶各向异性常数Ku(量级达到105J/m3)，对于Ku值高达7 X 106J/m3的材料并不是有效的。另外嵌入型软/硬磁交换耦合结构虽然能够有效降低高Ku材料的矫顽力，但是矩形度较差而且可选用的软磁材料很受局限，这不利于磁存储的应用。
[0005]因此，如能找到一种结构能够有效降低高磁晶各向异性常数材料的矫顽力，使其满足超高密度垂直磁记录要求并且解决写入场的问题，将有助于磁存储领域的发展。
【发明内容】
[0006]针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种软/硬磁交换耦合结构，通过规则间隔排列应用于磁存储中，该结构能够有效降低具有高磁晶各向异性常数材料的矫顽力，并且其磁滞回线具有很好的矩形度，能够满足垂直磁记录的要求并能解决写入困难的问题。
[0007]该软/硬磁交换耦合结构，由硬磁材料和软磁材料层构成。
[0008]所述硬磁材料等分为上下两部分，总厚度为10-20nm，其之间由一层2-8nm厚软磁材料层隔断;硬磁材料的四周包裹一层2_6nm厚的软磁材料层，其上下面择一面包裹一层2-8nm厚的软磁材料层，并且上述3种情况的软磁材料层连成一个整体。
[0009]所述硬磁材料选用高磁晶各向异性常数的LlO-FePt，软磁材料选用Co或Fe。
[0010]所述硬磁材料上下面的平面形状为圆或正多边形。
[0011]该结构通过规则间隔，将其上下面择一排列应用于磁存储中。且适用于磁晶各向异性常数Ku值高达7 X 106J/m3的材料。
[0012]本发明通过将现有嵌入型软/硬磁交换耦合结构中的硬磁材料分为两部分且由软磁材料层隔离形成新的软/硬磁交换耦合结构，通过微磁学模拟可见该结构能够有效降低高磁晶各向异性常数材料的矫顽力，且矩形度较好，能够满足垂直磁记录的要求并能解决写入困难的问题。
[0013]综上所述，本发明对于磁晶各向异性常数Ku值高达7X 106J/m3的材料，能够有效降低矫顽力，且矩形度较好，能够满足垂直磁记录的要求并能解决写入困难的问题。
【附图说明】
[0014]图1(a)是基于圆柱形的本发明软/硬磁交换耦合结构的纵截面图，图1(b)是基于圆柱形的嵌入型软/硬磁交换耦合结构的纵截面图。
[0015]图2(a)为嵌入型LlO-FePt/Co交换耦合结构的磁滞回线，图2(b)为嵌入型LlO-FePt/Fe交换親合结构的磁滞回线。
[0016]图3(a)为LlO-FePt/Co交换耦合结构的磁滞回线，图3(b)为LlO-FePt/Fe交换耦合结构的磁滞回线。
[0017]附图标记:D为实施例硬磁材料上下表面的直径，L为包裹在硬磁材料四周的软磁材料厚度，h为硬磁材料上下两部分的高度，t为两硬磁材料间软磁材料层的厚度，η为上面包裹硬磁材料的软磁材料层厚度，H为嵌入型硬磁材料的厚度，m为嵌入型结构的上面软磁材料层厚度。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述:
[0019]采用美国国家标准局(NIST)发布的微磁学模拟软件00MMF(0bject OrientedMicromagnetic Framework)，可以看到本发明所提出的软/硬磁交换親合结构的磁化状态以及磁滞回线。
[0020]实施例中，图1(a)是基于圆柱形的本发明软/硬磁交换耦合结构，图1(b)是基于圆柱形的现有嵌入型软/硬磁交换親合结构。模拟中选取硬磁材料的直径D为40nm，软磁材料的宽度L为4nm。图1 (a)中硬磁材料厚度h为1nm，上面软磁层厚度η为2nm，两硬磁层间软磁层厚度t为2nm;图1(b)中硬磁材料厚度H为20nm，上面软磁层厚度m为4nm。
[0021 ]硬磁材料选择LlO-FePt，软磁材料则选择Fe或Co。对于LlO-FePt，其饱和磁化强度Ms = 1.14 X 106A/m，交换常数A= 10—nJ/m，单轴各向异性常数Ku为I?7 X 106J/m3，易轴为轴向方向(z方向)；对于Co，饱和磁化强度Ms = 1.4 X 106A/m，交换常数A = 3 X 10—nJ/m，单轴各向异性常数Ku = 5.2 X 105J/m3，易轴为轴向方向；对于Fe，饱和磁化强度Ms = 1.67 X 106A/m,交换常数A = 2.8 X I O—11 J/m，磁晶各向异性常数Ku为O。模拟时，外磁场沿轴向方向。
[0022]图2(a)为嵌入型LlO-FePt/Co交换耦合结构的磁滞回线，图2(b)为嵌入型LlO-FePt/Fe交换耦合结构的磁滞回线。其中不同标记的曲线对应于LlO-FePt取不同磁晶各向异性常数时所得的磁滞回线。
[0023]从模拟结果(图3)可以看出这种软/硬磁交换耦合结构能有效降低矫顽力，且都低于目前所能达到的最大写入场2T。对于磁晶各向异性常数较高的软磁材料Co，剩磁比为I，说明这种结构能够满足垂直磁记录的要求。由图2(b)和图3(b)可得，即使对于软磁材料是Ku很低的Fe，相比于嵌入型软/硬磁交换耦合结构，本发明的软/硬磁交换耦合结构能够有效提高矩形度，满足垂直磁记录的要求，所以这种结构降低了对软磁材料的要求。因此，本发明的软/硬磁交换耦合结构能够有效降低高Ku硬磁材料的矫顽力，并且矩形度高，满足垂直磁记录的要求，有效解决了写入困难的问题。
【主权项】
1.一种软/硬磁交换親合结构，由硬磁材料和软磁材料层构成，其特征在于: 所述硬磁材料等分为上下两部分，总厚度为10-20nm，其之间由一层2-8nm厚软磁材料层隔断；硬磁材料的四周包裹一层2-6nm厚的软磁材料层，其上下面择一面包裹一层2-8nm厚的软磁材料层，并且上述3种情况的软磁材料层连成一个整体。2.如权利要求1所述软/硬磁交换耦合结构，其特征在于:所述硬磁材料上下面的平面形状为圆或正多边形。3.如权利要求1所述软/硬磁交换耦合结构，其特征在于:所述硬磁材料选用高磁晶各向异性常数的LlO-FePt，软磁材料选用Co或Fe。4.如权利要求1所述软/硬磁交换耦合结构，其特征在于:该结构通过规则间隔，将其上下面择一排列应用于磁存储中。5.如权利要求4所述软/硬磁交换耦合结构的应用，其特征在于:该结构适用于磁晶各向异性常数Ku值高达7 X 106J/m3的材料。
【文档编号】G11B5/667GK106024030SQ201610308998
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】陆海鹏, 侯志华, 毕美, 王昕 , 谢建良, 邓龙江
【申请人】电子科技大学