FePt纳米颗粒单层膜与B₄C复合结构的磁存储材料及其制备方法

专利名称：FePt纳米颗粒单层膜与B₄C复合结构的磁存储材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单分散(颗粒尺寸的标准偏差0<10%) FePt纳米单层膜的 制备工艺，以及在高温退火相变过程中单层膜内FePt纳米的保护和稳定的方法。 属于纳米技术领域。
背景技术：
在科技日益发展的当今社会，人们对信息的存储能力提出了越来越高的要 求。特别是目前包括音乐，视频，高清晰电影等多媒体手段的广泛应用，往往 需要对海量信息进行存储。基于常规的磁存储技术制造的计算机硬盘其记录密 度只能达到每平方英寸40GB左右，己不能完全满足信息社会的发展需求。利用 目前IBM发明的AFC(AntiFerromagnetically Coupled,反铁磁性耦合)技术，现 有硬盘的存储密度又取得了一定程度的提高，达到每平方英寸100GB的级别。 在计算机硬盘中，利用磁颗粒作为数据的存储单元存在如下问题随着单位磁记 录单元体积的减小，环境温度将导致磁性的消失，即信息的丢失。要提高储存 单元的热稳定性需要磁性材料的具有大的磁晶各向异性。目前已知的磁晶各向 异性常数(Ku)最大的材料是铁铂合金，其Ku高达7Xl(^焦耳/立方米W，使得大 小在3.3纳米左右的FePt颗粒即能够在环境中保持大的矫顽力，和良好的热稳 定性。假设以单个FePt颗粒作为一个记录单元的话，那么磁存储的记录密度将 达到理论上的极限，即40-50Tbit/平方英寸(lTb一1024Gbit)，远远高于现有的 任何存储材料。鉴于在它的信息存储上的诱人前景，国际上有许多研究小组一 直在致力于开发基于长程有序的FePt纳米颗粒阵列的下一代磁记录材料。
自从2000年IBM公司孙守恒等研制出单分散的FePt纳米颗粒的高度有序 阵列以来[2]，基于磁性纳米颗粒有序阵列的存储材料成为了未来高记录密度计算 机硬盘的热门选择[3]。实现纳米FePt颗粒在超高密度存储方面的应用，在磁性 介质层方面目前需要克服两个障碍 一、首先需要得到单分散，成分均匀的纳 米颗粒(通常为软磁或超顺磁)，使之能在大范围的基底(如Si，Si02)上自组装 成单层膜。而目前实验上实现的FePt纳米颗粒在小范围(电子显微镜铜网)上 的自组装无法满足应用需要。二、自组装形成的FePt纳米颗粒阵列需要经过高温退火相变以后形成硬磁相。而高温退火过程往往导致颗粒间的团聚和有序结 构的破坏[4]，因此在相变的过程保证硬磁性的形成及有序结构的完整也是应用的 关键。为克服上述两大障碍，国际上许多研究小组提出了不同的解决方案，但 目前这些手段只能在一定程度上减少颗粒的聚积，且退火后的颗粒很难再自组 装成有序结构的磁性阵列。另外一个研究方向是先在大的基底表面制备自组装
的FePt单层颗粒膜，然后进行高温退火发生枏转变。但目前得到的单层颗粒膜 不具备长程有序结构，且退火后的磁性偏低，无法达到应用的要求。因此要最 终实现FePt纳米颗粒在超高密度记录硬盘中的应用，仍需要大量的实验研究。

发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提出一种铁铂纳米颗粒自组装 单层膜与B4C复合的磁性记录材料制备方法，保证该材料具有长程有序结构和 高矫顽力，极大地提高记录密度。
本发明是通过以下技术方案实现的将粒径可调的单分散纳米FePt颗粒铺 展在无机材料衬底上形成自组装单层膜结构，通过磁控溅射技术在单层膜上溅 射一层厚度为10 — 50纳米的B4C保护层，高温退火后，形成FePt纳米颗粒磁 性相变和自组装稳定的复合膜磁性记录材料。
本发明的原理是将FePt纳米颗粒形貌控制、表面修饰同基底表面处理相配 合，制备宏观尺度上长程有序的FePt颗粒单层膜结构；利用真空沉积技术，选 择高热稳定、化学稳定的无机薄膜B4C作为高温退火中的阻隔层，防止单层膜 中FePt聚积和有序结构的破坏，最终得到高矫顽力的FePt/B4C复合膜。
具体方法步骤如下
1、 单分散铁铂纳米颗粒的制备0. 5毫摩尔的乙酰丙酮铂、2毫摩尔的 Fe(CO)5、 1~4毫摩尔的油酸、1 4毫摩尔的油胺混合溶解在20毫升卞醇中，在 氮气条件下磁力搅拌。然后电热套加热，使溶液以5 'C每分钟的速度升温至200 度，并保持这一温度反应2个小时制备得到单分散铁铂纳米颗粒溶液。
2、 分散液、旋涂液的制备溶液冷却至室温后，在溶液中倒入2(^40毫升 无水乙醇，超声振荡5分钟后倒入离心管，以3000-10000转/分的速度进行离心， 离心后的褐色上清液倒掉，将管内黑色沉淀融入15毫升己烷中。再加相同体积 无水乙醇后用相同条件离心，得到的黑色沉淀融入10毫升己烷中，再利用己烷、 酒精以相同的条件清洗一次，将铁铂颗粒分散在10ml己烷中，形成稳定的分散 液。再加入l: 1的体积比的辛烷混合作为旋涂液。3、 用旋涂法制备铁铂单层膜将大小为1X1厘米的洁净硅片放在匀胶机
上，将一滴铁铂旋涂液慢慢滴到硅片上，静置5 15秒，然后匀胶机在5秒内 加速到1500-2000转每分钟，再维持这一转速80秒，等到硅片上的溶液干燥后 取出保存。
4、 磁控溅射B4C膜及高温退火相变利用磁控溅射在FePt单层膜上溅射 一层10 50纳米的B4C薄膜。本底真空是2 x 10"4 Pa，溅射过程中气压维持在 0.5 Pa。溅射好的薄膜在真空条件下600 800 t退火一个小时。
5、 检测入库。
本发明具有稳定性好，矫顽力高，集成度高，可重复性高等优点，能极大 地提高记录密度。
附图及说明
图l:本发明FePt单层颗粒膜/B4C保护层的复合结构示意图， 从

图1中清楚地看出B4C保护层将FePt单层颗粒膜包容保护起来。 图2:本发明的FePt颗粒在硅片上典型的单层膜排列方式示意图， 其中(a)FePt旋涂液浓度为 2毫克/毫升；(b)FePt旋涂液浓度为 5毫克/
毫升；(c)FePt旋涂液浓度为 8毫克/毫升。
图3:本发明FePt单层颗粒膜/B4C保护层复合结构650 'C真空退火1小时
后透射电镜视图，
其中(a)低分辨透射电镜俯视图，从中看出FePt颗粒在高温退火后没有发生 聚积，表现出良好的热稳定性；(b)高分辨透射电镜截面图，从中看出FeP颗粒 间被一层10纳米左右的B4C隔开。
具体实施例方式
下面用实施例对本发明进一步说明。 实施例1
1、 0. 5毫摩尔的乙酰丙酮铂、2毫摩尔的Fe(C0)s、 1毫摩尔的油酸、l毫 摩尔的油胺混合溶解在20毫升卞醇中，在氮气条件下搅拌加热，使溶液以5 °C 每分钟的速度升温至200度，并保持这一温度反应2个小时制备得到单分散铁 铂纳米颗粒。
2、 溶液冷却至室温后，在溶液中倒入40毫升无水乙醇，超声振荡5分钟 后倒入离心管，以10000转/分钟的速度进行离心，离心后的褐色上清液倒掉，将管内黑色沉淀融入15毫升己烷中。再加相同体积无水乙醇后用相同条件离心， 得到的黑色沉淀融入10毫升己烷中，再利用己垸、酒精以相同的条件清洗一次， 将铁铂颗粒分散在10ml己烷中，形成稳定的分散液。再加入1: 1的体积比的 辛烷混合作为旋涂液。
3、 将大小为1X1厘米的洁净硅片放在匀胶机上，将一滴铁铂旋涂液慢慢 滴到硅片上，静置5 15秒，然后均胶机在5秒内加速到1500转每分钟，再维 持这一转速80秒，等到硅片上的溶液干燥后取出。
4、 利用磁控溅射在FePt单层膜上溅射一层10纳米的B4C薄膜。本底真空 是2x 1(^Pa，溅射过程中气压维持在0.5Pa。溅射好的薄膜在真空条件下650 6C 退火一个小时。
5、 检测入库。 实施例2
1、 0. 5毫摩尔的乙酰丙酮铂、2毫摩尔的Fe(CO)s、 2毫摩尔的油酸、2毫 摩尔的油胺混合溶解在20毫升卞醇中，在氮气条件下搅拌加热，使溶液以5 °C 每分钟的速度升温至200度，并保持这一温度反应2个小时制备得到单分散铁 铂纳米颗粒。
2、 溶液冷却至室温后，在溶液中倒入20毫升无水乙醇，超声振荡5分钟 后倒入离心管，以5000转/分的速度进行离心，离心后的褐色上清液倒掉，将管 内黑色沉淀融入15毫升己烷中。再加相同体积无水乙醇后用相同条件离心，得 到的黑色沉淀融入10毫升己烷中，再利用己烷、酒精以相同的条件清洗一次， 将铁铂颗粒分散在10ml己垸中，形成稳定的分散液。再加入1: 1的体积比的 辛垸混合作为旋涂液。
3、 将大小为1X1厘米的洁净二氧化硅片放在匀胶机上，将一滴铁铂旋涂 液慢慢滴到硅片上，静置15秒，然后均胶机在5秒内加速到2000转每分钟， 再维持这一转速80秒，等到硅片上的溶液干燥后取出。
4、 利用磁控溅射在FePt单层膜上溅射一层50纳米的B4C薄膜。本底真空 是2 x 10"4 Pa，溅射过程中气压维持在0.5 Pa。溅射好的薄膜在真空条件下
(10-3Pa) 600 "C退火一个小时。
5、 检测入库。 实施例3
1、 0. 5毫摩尔的乙酰丙酮铂、2毫摩尔的Fe(CO)5、 4毫摩尔的油酸、4毫 摩尔的油胺混合溶解在20毫升卞醇中，在氮气条件下搅拌加热，使溶液以5 °C每分钟的速度升温至200 °C，并保持这一温度反应2个小时制备得到单分散铁 铂纳米颗粒。
2、 溶液冷却至室温后，在溶液中倒入30毫升无水乙醇，超声振荡5分钟 后倒入离心管，以3000转/分速度离心，离心后的褐色上清液倒掉，将管内黑色 沉淀融入15毫升己烷中。再加相同体积无水乙醇后用相同条件，得到的黑色沉 淀融入10毫升己垸中，再利用己垸、酒精以相同的条件清洗一次，最后将铁铂 颗粒分散在10ml己烷中，形成稳定的分散液。再加入1: 1的体积比的辛烷混 合作为旋涂液。
3、 将大小为1X1厘米的洁净硅片放在匀胶机上，将一滴铁铂旋涂液慢慢 滴到硅片上，静置10秒，然后均胶机在5秒内加速到1500转每分钟，再维持 这一转速80秒，等到硅片上的溶液干燥后取出。
4、 利用磁控溅射在FePt单层膜上溅射一层20纳米的B4C薄膜。本底真空 是2^ 10^Pa，溅射过程中气压维持在0.5Pa。溅射好的薄膜在真空条件下800 °C 退火一个小时。
5、 检测入库。
权利要求
1、一种铁铂纳米颗粒自组装单层膜与B4C复合的磁性记录材料，其特征在于将粒径可调的单分散纳米FePt颗粒铺展在无机材料衬底上形成自组装单层膜结构，通过磁控溅射技术在单层膜上溅射一层厚度为10-50纳米的B4C保护层，高温退火后，形成FePt纳米颗粒磁性相变和自组装稳定的复合膜磁性记录材料。
2、 一种铁铂纳米颗粒自组装单层膜与B4C复合的磁性记录材料的制备方法， 其特征在于具体方法步骤如下1) 、单分散铁铂纳米颗粒的制备0. 5毫摩尔的乙酰丙酮铂、2毫摩尔的 Fe(CO)5、 1 4毫摩尔的油酸、"4毫摩尔的油胺混合溶解在20毫升卞醇中，在氮气条件下磁力搅拌，然后用电热套加热，使溶液以5 x:每分钟的速度升温至200度，并保持这一温度反应2个小时制备得到单分散铁铂纳米颗粒溶液；2) 、分散液、旋涂液的制备溶液冷却至室温后，在溶液中倒入20 40毫 升无水乙醇，超声振荡5分钟后倒入离心管，以3000-10000转/分的速度进行离 心，离心后的褐色上清液倒掉，将管内黑色沉淀溶入15毫升己烷中，再加相同 体积无水乙醇后用相同条件离心，得到的黑色沉淀融入10毫升己烷中，再利用 己烷、酒精以相同的条件清洗一次，将铁铂颗粒分散在10ml己烷中，形成稳定 的分散液，再加入l: 1的体积比的辛烷混合作为旋涂液； 3) 、用旋涂法制备铁铂单层膜将大小为1X1厘米的洁净硅片放在匀胶机 上，将一滴铁铂旋涂液慢慢滴到硅片上，静置5 15秒，然后匀胶机在5秒内 加速到1500 2000转每分钟，再维持这一转速80秒，等到硅片上的溶液干燥后 取出保存； 4) 、磁控溅射B4C膜及高温退火相变利用磁控溅射在FePt单层膜上溅射 一层10 50纳米的B4C薄膜，本底真空是2 x 104 Pa，溅射过程中气压维持在 0.5 Pa。溅射好的薄膜在真空条件下600 800 。C退火一个小时； 5) 、检测入库。
全文摘要
本发明提出一种铁铂纳米颗粒自组装单层膜与B₄C复合的磁性记录材料及其制备方法，它是将粒径可调的单分散纳米FePt颗粒铺展在无机材料衬底上形成自组装单层膜结构，通过磁控溅射技术在单层膜上溅射一层厚度为10-50纳米的B₄C保护层，B₄C保护层将铁铂颗粒单层膜包容和保护起来，高温退火后，形成FePt纳米颗粒磁性相变和自组装稳定的复合膜磁性记录材料。本发明具有稳定性好，矫顽力高，集成度高，可重复性高等优点，能极大地提高记录密度。
文档编号C23C14/58GK101403098SQ20081019753
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者杨辅军, 汪汉斌, 浩 王 申请人:湖北大学