制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方法

专利名称：制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及磁性纳米技术领域，尤其涉及一种结合反胶束法和磁控溅 射法制备平行取向FePt纳米复合薄膜的方法。
背景技术：
FePt合金纳米颗粒具有很高的磁晶各向异性能(6.6 — 10xl07 erg7cm3)，可以在几个纳米的尺度范围内，克服超顺磁性，表现出优异的 稳定性。得益于这种优异的稳定性，其在超高密度数据存储、永磁纳米薄 膜和医药生物都可以有很重要的应用，是一种最有可能实现存储面密度在 1Tb/in2以上的磁性金属材料。
目前人们广泛采用真空蒸发和直流/射频溅射沉积等物理方法制备 FePt纳米颗粒薄膜，但物理方法中随机的成核和颗粒生长导致FePt纳米 颗粒尺寸较大、粒径分布较宽，粒子形状和间距难以控制。化学上则主要 采用高温液相合成法。相比物理方法，高温液相合成法具有颗粒大小均匀、 可控和分布有序的优点，但在化学合成FePt纳米颗粒过程中，为了避免 粒子在溶液中的团聚，需要加入合适的稳定剂，因此所制备的纳米颗粒表 面往往覆盖一层有机物。更重要的是，用化学方法很难得到良好的取向， 从而为后面的磁存储应用中的读写带来了极大的困难。
专利IB065558中涉及了一种利用反胶束方法制备六角有序FePt纳米 颗粒阵列的方法。然而，这种方法制得的FePt纳米颗粒没有很好的磁性 取向，而且在没有非磁性材料盖层的情况下容易被空气中的氧气氧化。本 发明在此方法基础上进一步结合了磁控溅射法，在由反胶束法获得的FePt 纳米颗粒阵列上原位覆盖一层非磁性的Si02保护层，并在高温下进行退 火，不仅能够避免FePt颗粒的团聚和氧化，更重要的是能够得到平行取向FePt纳米复合薄膜。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制备平行取向FePt磁性纳米复合薄 膜的方法，最终制备颗粒尺寸分散度小、分布均匀有序、具有平行取向性 的FePt纳米复合薄膜，以适合于超高密度磁存储应用的磁介质材料。
本发明提供一种制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方法，其特 征在于，包括如下步骤
步骤l:利用双亲嵌段共聚物PS-P4VP在甲苯中自组装成反胶束，然 后将金属盐FeCh和H2PtCl6加入所述反胶束溶液中，形成金属盐负载的反 胶束；
步骤2:利用旋涂法在硅衬底上获得反胶束阵列，并通过氧等离子体 和氢等离子体刻蚀而得到单分散性良好的FePt纳米颗粒阵列；
步骤3:用磁控溅射法在FePt纳米颗粒阵列上覆盖一层Si02保护层；
步骤4:保护气氛下对样品进行高温退火，完成平行取向FePt磁性纳 米复合薄膜的制作。
其中步骤1所述的反胶束的核为P4VP，壳为PS。
其中步骤3所述的射频磁控溅射，射频磁控溅射的工作功率为40 — 120 W，以高纯Si02为靶材，工作环境为Ar气氛下1 Pa，溅射的温度在 室温至5(TC之间。
其中所述的Si02保护层的厚度为10_50 mn。
其中步骤4所述的保护气氛，是在高真空室中通入95%Ar+5%H2。
其中所述的高温退火，退火温度在600 — 75(TC之间，退火时间30 — 60 min。
本发明的有益效果是.-
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果
1、本发明利用嵌段共聚物PS-P4VP反胶束的方法制备出双金属FePt 纳米复合薄膜，所制得的FePt纳米复合薄膜不仅具有化学制备方法所具 有的纳米颗粒尺寸分散度小、分布均匀，且颗粒大小和间距容易控制的优 点，而且由于FePt纳米颗粒分散在非磁性的Si02基质中，在退火过程中
4不会发生颗粒团聚的现象，具有良好的热稳定性。
2、本发明利用嵌段共聚物PS-P4V'P反胶束的方法制备出双金属FePt 纳米颗粒薄膜，并应用磁控溅射在表面覆盖Si02保护层，使得FePt纳米 颗粒的易磁化轴在退火过程中形成了沿平行膜面方向的取向。本发明的优 点在于用很低的成本就能实现FePt磁性纳米复合薄膜的平行取向生长， 使得其在磁记录过程中，很大程度上降低了磁存储能量，增强了磁头读写
的信噪比。


为进一步说明本发明的具体技术内容以下结合实施例及附图，详细说 明如后，其中
图1为本发明提供的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜总体技术 方案的实现流程图2为依照本发明实施例制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的工 艺流程示意图3为依照本发明实施例在不同退火温度下FePt纳米颗粒薄膜的磁 滞回线具体实施例方式
图1为本发明提供制备平行取向的FePt磁性纳米复合薄膜总体技术 方案的实现流程图，该方法包括以下步骤
步骤101:将双亲嵌段共聚物PS-P4VP加入甲苯中，充分搅拌，该共 聚物将在甲苯中自组装成大小均匀、单分散的反胶束。所述双亲嵌段共聚 物PS (306) -P4VP (125)在甲苯中的浓度约为0. 5 wt % ;所述充分搅拌的时 间至少为24小时；所述反胶束的核为P4VP，壳为PS。
步骤102:将金属盐FeCl3和H2PtCl6加入所述反胶束溶液中，充分搅 拌后与反胶束的P4VP内核结合，4一5天后形成金属盐负载的反胶束；将 金属盐FeCh和H2PtCl6加入反胶束溶液时，通过控制加入的金属盐的量来 调控所制得的FePt纳米颗粒的大小在3 — 20nm之间。
步骤103:将清洗干燥的(100)硅衬底放在旋涂机水平的载物台上，启动引擎并以恒定可控的速率使之沿着垂直膜面旋转，该过程称为旋涂过 程；通过旋涂，在平滑单晶硅衬底表面上得到一层单分散、分布均匀的金 属盐负载反胶束阵列。衬底旋转速率在20 r/min至2000 r/min之间可调； 在确定聚合物的情况下，通过控制衬底旋转的速率来控制FePt纳米颗粒 薄膜的厚度。旋涂后的样品置于空气之中，随着溶剂的挥发，最终在衬底 表面上将得到一层单分散、分布均匀的金属盐负载反胶束阵列。
步骤104:将已沉积在硅衬底上的金属盐负载反胶束阵列先后采用氧 和氢等离子体进行刻蚀，去除共聚物母体，并使金属盐还原为单质，在衬 底上获得裸露的FePt纳米颗粒薄膜。所述等离子体刻蚀时微波的功率P 在50 — 100W之间，氧气的压强p在50 — 300Pa之间(通过调整氧气的流 量来实现)，刻蚀的时间t在10 — 60min，刻蚀的温度T在室温至8CTC之 间。
步骤105:在压强低于10—5Pa的真空室中，通入34sccm的Ar，压强 为1Pa;然后加上射频源，以70W的功率对Si02耙材进行溅射，时间在6 一30min，从而在FePt薄膜上覆盖一Si02保护层，厚度在10 — 50nm之间。
步骤106:在保护气95。/。Ar+5。/。H2状态下，将覆盖了 Si02薄膜的FePt 样品放在石墨炉中加热到一定温度60(TC—75(TC，然后迅速降温至室温， 对样品进行30 — 60min的退火。
基于图1所述的制备平行取向的FePt磁性纳米复合薄膜总体技术方 案的实现流程图，以下结合具体的实施例对本发明制备平行取向的FePt 磁性纳米复合薄膜的方法进一步详细说明。
实施例
图2为依照本发明实施例制备平行取向的FePt磁性纳米复合薄膜的 工艺流程示意图，具体包括以下步骤
1) 将5mg双亲嵌段共聚物PS(306)-P4VP(125)，加入5mL甲苯中。充 分搅拌后(24小时以上)，该共聚物将在甲苯中自组装成大小均匀、单分 散的反胶束。
2) 往上述反胶束溶液加入金属盐2. 58mg FeCh和9. 70mg H2PtCl6， 充分搅拌后，金属盐将占据反胶束的内核，形成金属盐负载的反胶束。3) 将清洗干燥的(100)硅衬底放在旋涂机水平的载物台上，启动引擎
并以恒定可控的速率使之沿着垂直膜面以速度100r/min旋转；通过旋涂， 在平滑单晶硅衬底表面上得到一层单分散、分布均匀的金属盐负载反胶束阵列。
4) 将己沉积在硅衬底上的金属盐负载反胶束阵列先后采用氧和氢等 离子体进行刻蚀，去除共聚物母体，并使金属盐还原为单质，在衬底上获 得裸露的FePt纳米颗粒薄膜。所述等离子体刻蚀时微波的功率P为50 W， 氧气的压强P为100 Pa (通过调整氧气的流量来实现)，刻蚀的时间t为 30min，刻蚀的温度T为3(TC。氢等离子体刻蚀提条件与氧等离子体刻蚀 条件相同。
5) 在压强低于10—5pa的真空室中，通入34sccm的Ar，压强为1Pa; 然后加上射频源，以70 W的功率对Si02靶材进行溅射12min，从而在FePt 纳米颗粒阵列上覆盖20nm左右的Si02保护层。
6) 覆盖了 Si(V薄膜的FePt样品在95。/。Ar+5。/oH2的气氛中750。C退火 60min。
制作结果
按照上述工艺成功地在硅(100)衬底上制得了平行取向的FePt磁性纳 米复合薄膜，测量了 FePt纳米复合薄膜的磁滞回线，如图3所示。可以 看出，FePt纳米复合薄膜的平行矫顽力约为15kOe，而垂直矫顽力只有约 800 Oe，显然垂直矫顽力比平行矫顽力小得多，显示出利用上述工艺制得 了平行取向的FePt磁性纳米复合薄膜。此外，所制得的FePt纳米复合薄 膜还具有纳米颗粒尺寸分散度小、分布均匀，且颗粒大小和间距容易控制 的优点，而且由于FePt纳米颗粒分散在非磁性的Si02基质中，在退火过 程中不会发生颗粒团聚的现象，具有良好的热稳定性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1、一种制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1利用双亲嵌段共聚物PS-P4VP在甲苯中自组装成反胶束，然后将金属盐FeCl3和H2PtCl6加入所述反胶束溶液中，形成金属盐负载的反胶束；步骤2利用旋涂法在硅衬底上获得反胶束阵列，并通过氧等离子体和氢等离子体刻蚀而得到单分散性良好的FePt纳米颗粒阵列；步骤3用磁控溅射法在FePt纳米颗粒阵列上覆盖一层SiO2保护层；步骤4保护气氛下对样品进行高温退火，完成平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的制作。
2、 根据权利要求1所述的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方 法，其特征在于，其中步骤1所述的反胶束的核为P4VP，壳为PS。
3、 根据权利要求1所述的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方 法，其特征在于，其中步骤3所述的射频磁控溅射，射频磁控溅射的工作 功率为40 — 120 W，以高纯Si02为靶材，工作环境为Ar气氛下1 Pa，溅 射的温度在室温至5(TC之间。
4、 根据权利要求1所述的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方 法，其特征在于，其中所述的Si02保护层的厚度为10 —50 nm。
5、 根据权利要求1所述的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方 法，其特征在于，其中步骤4所述的保护气氛，是在高真空室中通入 95%Ar+5%H2。
6、 根据权利要求1所述的制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方 法，其特征在于，其中所述的高温退火，退火温度在600 — 75CTC之间，退 火时间30 — 60 min。
全文摘要
本发明一种制备平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1利用双亲嵌段共聚物PS-P4VP在甲苯中自组装成反胶束，然后将金属盐FeCl₃和H₂PtCl₆加入所述反胶束溶液中，形成金属盐负载的反胶束；步骤2利用旋涂法在硅衬底上获得反胶束阵列，并通过氧等离子体和氢等离子体刻蚀而得到单分散性良好的FePt纳米颗粒阵列；步骤3用磁控溅射法在FePt纳米颗粒阵列上覆盖一层SiO₂保护层；步骤4保护气氛下对样品进行高温退火，完成平行取向FePt磁性纳米复合薄膜的制作。
文档编号H01F41/14GK101609743SQ20081011518
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者盛 屈, 张兴旺, 陈诺夫, 云 高 申请人:中国科学院半导体研究所