含钴铬铂硼铼溅镀靶材、含钴铬铂硼铼层及其制法的制作方法

本发明关于一种含钴铬铂硼铼溅镀靶材、含钴铬铂硼铼层及制备该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制法。

背景技术：

一般垂直式磁记录媒体的层状结构由下至上包含基板、附着层、软磁层(softunderlayer)、晶种层(seedlayer)、中间层(intermediatelayer)、磁记录层(magneticrecordinglayer)、覆盖层(cappinglayer)以及润滑层。

其中，覆盖层设置于磁记录层上而具有保护记录层的作用，现行的覆盖层主要是由钴铂合金所组成，且通常会添加硼和铬等元素，以试图利用硼化物相和铬元素偏析的方式，调整其磁性质的表现。

为了溅镀形成前述特定组成的覆盖层，现有技术试图开发一种含钴铂铬硼的溅镀靶材。然而，当钴铂合金靶材在掺杂了硼元素和铬元素之后，容易使含钴铂铬硼的溅镀靶材形成三相以上的微结构，致使含钴铂铬硼的溅镀靶材的微结构中相与相界面间的导热效果变差。因此，在溅镀的过程中，各相区域容易因为蓄热而发生热膨胀变形，而大幅增加溅镀过程中发生熄火的机率。

技术实现要素：

有鉴于上述问题，本发明提供一种含钴铬铂硼铼溅镀靶材含钴铬铂硼铼层及其制法，含钴铬铂硼铼溅镀靶材可保有两相的微结构并可减缓靶材因蓄热导致膨胀变形的程度，进而降低于溅镀过程中熄火的机率。

为达上述目的，本发明的含钴铬铂硼铼溅镀靶材(cocrptbre溅镀靶材)包括钴、铬、铂、硼和铼，以该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的原子总数为基准，钴的含量大于50原子百分比(at％)，铬的含量大于或等于2at％且小于或等于18at％，铂的含量大于或等于9at％且小于或等于30at％，硼的含量大于或等于2at％且小于或等于14at％，铼的含量大于或等于2at％且小于或等于8at％。

藉由上述技术手段，在控制含钴铬铂硼铼溅镀靶材中各成分的比例后，可维持含钴铬铂硼铼溅镀靶材保有原本两相的微结构，并具有较低的线热膨胀系数，藉此降低各相区域因蓄热而产生的变形程度，以改善含钴铬铂硼铼溅镀靶材在溅镀过程中的稳定性。

较佳的，在150℃至500℃的温度范围下，该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数小于或等于14×10^-6。

此外，该含钴铬铂硼铼溅镀靶材包括一添加元素，该添加元素为铪、钯、钇、钕、铽、钽或其组合，以该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的原子总数为基准，该添加元素的含量大于0at％且小于或等于5at％。

较佳的，在150℃至500℃的温度范围下，该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数小于或等于13×10^-6。

为达上述目的，本发明还提供了含钴铬铂硼铼层，含钴铬铂硼铼层是由前述该含钴铬铂硼铼溅镀靶材所溅镀形成，该含钴铬铂硼铼层具有与该含钴铬铂硼铼溅镀靶材相近的组分。

该含钴铬铂硼铼层包括钴、铬、铂、硼和铼，以该含钴铬铂硼铼层的原子总数为基准，钴的含量大于50at％，铬的含量大于或等于2at％且小于或等于18at％，铂的含量大于或等于9at％且小于或等于30at％，硼的含量大于或等于2at％且小于或等于14at％，铼的含量大于或等于2at％且小于或等于8at％。

较佳的，该含钴铬铂硼铼层包括一添加元素，该添加元素为铪、钯、钇、钕、铽、钽或其组合，以该含钴铬铂硼铼层的原子总数为基准，该添加元素的含量大于0at％且小于或等于5at％。

根据本发明，含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制法，其包括：

准备一原料粉末，该原料粉末中包含钴、铬、铂、硼和铼，以整体原料粉末的原子总数为基准，钴的含量大于50at％，铬的含量大于或等于2at％且小于或等于18at％，铂的含量大于或等于9at％且小于或等于30at％，硼的含量大于或等于2at％且小于或等于14at％，铼的含量大于或等于2at％且小于或等于8at％；

令该原料粉末于800℃至1300℃的温度下烧结获得该含钴铬铂硼铼溅镀靶材。

较佳的，该原料粉末包括一添加元素，该添加元素为铪、钯、钇、钕、铽、钽或其组合，以该原料粉末的原子总数为基准，该添加元素的含量大于0原子百分比且小于或等于5原子百分比。

较佳的，该原料粉末为单一预合金粉末，即该原料粉末可以是钴铬铂硼铼铪预合金粉末、钴铬铂硼铼钯预合金粉末、钴铬铂硼铼钇预合金粉末、钴铬铂硼铼钕预合金粉末、钴铬铂硼铼铽预合金粉末、钴铬铂硼铼钽预合金粉末、钴铬铂硼铼铪钯预合金粉末、钴铬铂硼铼铪钇预合金粉末、钴铬铂硼铼铪钕预合金粉末、钴铬铂硼铼铪铽预合金粉末、钴铬铂硼铼铪钽预合金粉末、钴铬铂硼铼钯钇预合金粉末、钴铬铂硼铼钯钕预合金粉末、钴铬铂硼铼钯铽预合金粉末、钴铬铂硼铼钯钽预合金粉末、钴铬铂硼铼钇钕预合金粉末、钴铬铂硼铼钇铽预合金粉末、钴铬铂硼铼钇钽预合金粉末、钴铬铂硼铼钕铽预合金粉末、钴铬铂硼铼钕钽预合金粉末或钴铬铂硼铼铽钽预合金粉末，但并非仅限于此。

更佳的，将元素粉末、预合金粉末或其混合物熔炼并雾化形成该原料粉末；即，混合元素粉末和/或预合金粉末后以熔炼及雾化的方式制备出为单一预合金粉末的该原料粉末。

较佳的，烧结获得该含钴铬铂硼铼溅镀靶材的方式可以是以热压成型法(hotpressing，hp)、热均压成型法(hotisostaticpressing，hip)、等离子体烧结成型法(sparkplasmasintering，sps)或前述成型法的组合。

具体来说，前述烧结步骤可以采用：热压成型法、热压成型法和热均压成型法的组合、等离子体烧结成型法、等离子体烧结成型法和热均压成型法的组合以及封罐法和热均压成型法的组合等实施态样进行。

较佳的，当烧结步骤系采用热压成型法和热均压成型法的组合进行时，该原料粉末先以热压成型法进行烧结后，再经热均压成型法烧结。

较佳的，当烧结步骤系采用等离子体烧结成型法和热均压成型法的组合进行时，该原料粉末先以等离子体烧结成型法进行烧结后，再经热均压成型法烧结。

较佳的，当烧结步骤系采用封罐法和热均压成型法的组合进行时，以封罐法压实该原料粉末，再以热均压成型法烧结该原料粉末，以制得该含钴铬铂硼铼溅镀靶材。

较佳的，上述热压成型法是于900℃至1300℃的温度、250bar至400bar的压力下进行60分钟至150分钟。

较佳的，上述等离子体烧结成型法是于800℃至1200℃的温度、施以300kn至400kn的力(相当于250bar至700bar的压力条件)下进行5分钟至20分钟。

较佳的，上述热均压成型法是于900℃至1300℃的温度、20000psi至30000psi的压力下进行60分钟至180分钟。

较佳的，封罐法是使该原料粉末紧密堆积于一铁罐中，封罐后于压力小于5×10-5托耳的真空环境、400℃至750℃的温度下抽气2小时至4小时。

本发明的有益效果：

通过控制含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成，本发明的含钴铬铂硼铼溅镀靶材可于添加硼元素和铼元素后仍然保有原本两相的微结构，并可具有较低的线热膨胀系数，由此增加含钴铬铂硼铼溅镀靶材于溅镀稳定性，避免于溅镀形成含钴铬铂硼铼层时发生熄火的现象，影响含钴铬铂硼铼层的质量及生产效率。

附图说明

图1为实施例13的含钴铬铂硼铼溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。

图2为实施例10的含钴铬铂硼铼溅镀靶材的热分析结果。

具体实施方式

为验证含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成对其微结构以及线热膨胀系数的影响，以下列举数种具有不同组成的含钴铬铂硼铼溅镀靶材作为实施例，说明本发明的实施方式，另结合其他含钴铬铂硼铼溅镀靶材作为比较例，说明各实施例与比较例的特性差异；本领域技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本创作所能达成之优点与功效，并且于不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的内容。

实施例1至17：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制备

实施例1至17以类似的方式制备含钴铬铂硼铼溅镀靶材，各实施例间的差异在于原料组分、烧结方式和烧结参数的不同。

首先，依据表1所示的成分比例秤取钴、铬、铂、硼和铼等原料，再经过预合金熔炼及雾化步骤制成原料粉末。具体来说，该原料粉末是含有钴、铬、铂、硼和铼的单一预合金粉末。

接着，以热压成型法、热均压成型法、等离子体烧结成型法或其组合的方式烧结该原料粉末，以制得各含钴铬铂硼铼溅镀靶材。实施例1至17于烧结工艺中使用的方式以及调控的参数条件分别列于下表1中。

其中，实施例1至3、6至10、13、15和16合并使用热压成型法和热均压成型法制作含钴铬铂硼铼溅镀靶材。于制作过程中，于900℃至1300℃的温度、250bar至400bar的压力下，以热压成型法持温烧结该原料粉末60分钟至150分钟；接着，再于900℃至1300℃的温度、20000psi至30000psi的压力下，以热均压成型法持温烧结该原料粉末60分钟至180分钟，制得实施例1至3、6至10、13、15和16的含钴铬铂硼铼溅镀靶材。

实施例4、11和17则合并使用等离子体烧结成型法和热均压成型法制作含钴铬铂硼铼溅镀靶材。于制作过程中，于800℃至1200℃的温度、并施以300kn至400kn的力持温烧结5分钟至20分钟该原料粉末；接着，再于900℃至1300℃的温度、20000psi至30000psi的压力下持温烧结该原料粉末60分钟至180分钟，制得实施例4、11和17的含钴铬铂硼铼溅镀靶材。

实施例5、12和14则是合并使用封罐法及热均压成型法制作含钴铬铂硼铼溅镀靶材。于制作过程中，使用外径为210毫米至230毫米、高度为25毫米至110毫米焊接或冲压成型的铁罐，将该原料粉末均匀填入该铁罐中并使该原料粉末紧密堆积，于压力小于5×10-5托耳的真空环境、400℃至750℃的温度加热2小时至4小时，完成封罐；接着，于900℃至1300℃的温度、20000psi至30000psi的压力下，以热均压成型法持温烧结该原料粉末60分钟至180分钟，制得实施例5、12和14的含钴铬铂硼铼溅镀靶材。

比较例1至4：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制备

比较例1至4以类似于实施例1至3、6至10、13、15和16的方式制备含钴铬铂硼铼溅镀靶材，比较例1至4和前述实施例的差异在于，比较例1至4的原料组分并未如前述实施例一般控制于特定范围，比较例1至4所使用的原料粉末的组分、烧结方式和烧结参数列于表1中。

首先，依据表1所示的成分比例秤取钴、铬、铂、硼和铼等原料，再经过预合金熔炼及雾化步骤制成原料粉末。同样的，该原料粉末是含有钴、铬、铂、硼和铼的单一预合金粉末。

接着，以热压成型法和热均压成型法的组合烧结该原料粉末，以制得各含钴铬铂硼铼溅镀靶材。比较例1至4于烧结工艺中使用的方式以及调控的参数条件分别列于下表1中。

比较例5至7：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制备

比较例5至7以类似于实施例4、11和17的方式制备含钴铬铂硼铼溅镀靶材，比较例5至7和前述实施例的差异在于，比较例5至7的原料组分并未如前述实施例一般控制于特定范围，比较例5至7所使用的原料粉末的组分、烧结方式和烧结参数列于表1中。

实施例18至20：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的制备

实施例18至20以类似于实施例1至3、6至10、13、15和16的方式制备含钴铬铂硼铼溅镀靶材，其差异在于：实施例18至20的原料粉末中另包括一添加元素，该添加元素为铪、钯、钇、钕、铽、钽或其组合，以该原料粉末的原子总数为基准，该添加元素的含量大于0at％且小于或等于5at％。实施例18至20所使用的原料粉末的组分、烧结方式和烧结参数列于表2中。

试验例1：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的微结构分析

将实施例1至20与比较例1至7制得的含钴铬铂硼铼溅镀靶材各取10×10×10毫米的试片进行研磨抛光，再以扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscopy，sem)(厂牌：hitachi，型号：s-3400n)观察，并将观察到的相数目列于表1和表2中。

以实施例13为例，请参阅图1所示，由扫描式电子显微镜影像图可明显观察到实施例13制得的含钴铬铂硼铼溅镀靶材具有两个相。

试验例2：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数的测量

将实施例1至20与比较例1至7制得的含钴铬铂硼铼溅镀靶材各取三个3×3×3毫米的试片进行研磨，再以热机械分析仪(thermalmechanicalanalysis，tma)(厂牌：setaram，型号：setsysevo)，将试片由室温以10℃/min的升温速率加热至800℃，并于150℃至500℃的温度范围分段取350个数据点(即1℃记录一个数据)，将各试片取得的350个数据点的斜率平均后，即可获得各试片于此温度范围的线热膨胀系数(coefficientoflinerthermalexpansion，clte)。各试片测量平均后而得的线热膨胀系数列于表1和表2中。

以实施例10为例，请参阅图2所示，在150℃至500℃的温度范围内，实施例10中含钴铬铂硼铼溅镀靶材的平均线热膨胀系数为13.62×10^-6。

试验例3：含钴铬铂硼铼溅镀靶材的稳定测试

将实施例1至20与比较例1至7制得的含钴铬铂硼铼溅镀靶材裁切为3时的靶材，将该靶材置于持续通有50sccm(standardcubiccentimeterperminute)的氩气流量、20毫托耳的真空度的磁控溅镀机台(富临科技所组装)中，再以300w的功率预溅镀该靶材600秒，以清除靶材表面的脏污，获得可供评估熄火(misfire)稳定性的待测靶材。

接着，使该待测靶材置于通有50sccm的氩气流量、20毫托耳的真空度的溅镀环境下，以150w的功率持续进行溅镀工艺，监测各待测靶材在溅镀工艺中是否有发生熄火的现象。

观察各待测靶材于溅镀工艺中是否发生熄火的单一循环时间为15秒，于本试验例中，各待测靶材的总循环次数以待测靶材的使用率达10％时计算。

一般而言，单一循环时间内溅镀工艺中的稳定电压为400v至500v。当单一循环的电压超过800v且持续时间大于150毫秒时，将该单一循环记录为发生过冲(overshoot)；而各待测靶材被记录有发生过冲的单一循环次数占总循环次数的比例超过5％时，则判定该待测靶材易发生熄火具有较差的溅镀稳定性，在表1和表2中以“o”表示；若发生过冲的单一循环次数占总循环次数的比例小于或等于5％时，则判定待测靶材发生熄火的机率在可接受的范围内，具有良好的溅镀稳定性，在表1和表2中以“x”表示。

含钴铬铂硼铼层的制备

将实施例1至20的含钴铬铂硼铼溅镀靶材置于通有50sccm的氩气流量、20毫托耳的真空度的磁控溅镀机台中，以300w的功率预溅镀该含钴铬铂硼铼溅镀靶材600秒，藉以清除实施例1至20的含钴铬铂硼铼溅镀靶材表面上的脏污，并获得经预溅镀处理的靶材。

接着，使该经预溅镀处理的靶材置于通以50sccm的氩气流量、20毫托耳的真空度的溅镀环境下，再以230w的功率持续进行溅镀工艺15秒，可依序制得实施例21至40的含钴铬铂硼铼层，实施例21至40的含钴铬铂硼铼层的组分大致上分别与实施例1至20的含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组分相对应。所溅镀而成的含钴铬铂硼铼层可作为垂直式磁记录媒体的覆盖层，达到保护记录层的功效。

实验结果讨论

根据上表1的结果可知，本发明通过调控含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成，不仅能确保实施例1至17的含钴铬铂硼铼溅镀靶材皆仅保有两个相的微结构，且其线热膨胀系数皆小于14×10^-6。另根据上表2中相数量的结果可知，即便在含钴铬铂硼铼溅镀靶材中掺混添加元素，通过适当控制添加元素的种类及含量，仍可确保实施例18至20的含钴铬铂硼铼溅镀靶材保有原本两个相的微结构，而不会生成其他不想要的第三相，且其线热膨胀系数不仅皆小于14×10^-6，更可进一步调降至小于13×10^-6。

反观比较例1至7的相数量和线热膨胀系数的结果可知，实施例1至4的含钴铬铂硼铼溅镀靶材虽能保有两个相的微结构，但其线热膨胀系数皆大于14×10^-6；反之，比较例4至7的含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数虽能控制在14×10^-6，但其微结构中却同时具有三个相结构。

由此可知，本发明通过控制含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成，不仅能确保实施例1至20的含钴铬铂硼铼溅镀靶材皆能保有两个相的微结构，避免第三相的生成，更能确保该等含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数皆小于14×10^-6；据此，本发明能解决第三相的生成劣化界面导热性的问题，更可有效避免因结构不均匀、导热效果不佳、蓄热而发生热膨胀变形等问题，从而确保含钴铬铂硼铼溅镀靶材的溅镀稳定性，降低溅镀过程中发生熄火的机率。

更进一步分析含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成可见，当硼元素的含量超出14at％时，会使导热效果不佳的硼化物增加，导致含钴铬铂硼铼溅镀靶材容易因蓄热而变形，致使比较例4的含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数高达14.66×10^-6。

由比较例2至4的结果可得知，当铼元素的含量小于2at％，则无法有效降低含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数，使得比较例2至4含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数皆大于14.4×10^-6。

由比较例5至7的结果可得知，由于铼元素和其他元素间的互溶度有限，当铼元素的含量大于8at％时，容易使含钴铬铂硼铼溅镀靶材的微结构生成第三相，由表1的结果也可得知，比较例5至7的含钴铬铂硼铼溅镀靶材中皆具有三个相，故会因结构不均匀而导致传热不易，提高溅镀过程中发生熄火的机率。

此外，由比较例1的结果可得知，即便控制硼元素和铼元素的含量，但若未适当控制铬元素的含量，则无法有效降低含钴铬铂硼铼溅镀靶材的线热膨胀系数，致使比较例1的含钴铬铂硼铼溅镀靶材仍容易发生熄火的问题。

综合上述，通过控制含钴铬铂硼铼溅镀靶材的组成，本发明的含钴铬铂硼铼溅镀靶材可于添加硼元素和铼元素后仍然保有原本两相的微结构，并可具有较低的线热膨胀系数，由此增加含钴铬铂硼铼溅镀靶材于溅镀稳定性，避免于溅镀形成含钴铬铂硼铼层时发生熄火的现象，影响含钴铬铂硼铼层的质量及生产效率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。