专利名称：溅射氧化铁薄膜的制备的制作方法
氧化铁薄膜是计算机硬件外部设备中硬磁盘存贮器的主要介质，而反应溅射法是此薄膜制备的主要方法。
目前主要的技术如下
现有技术所制备的氧化铁薄膜存在两个主要缺点，一个是磁性较差，另一个是工艺稳定性较差，为此该发明在溅射过程中加入水蒸汽的方法，而使得上述问题迎刃而解了。
在本发明中应用纯铁靶(99.0%-99.9%纯度)或纯铁加钴的混合靶经一步溅射时加入水蒸汽而直接生成四氧化三铁薄膜，再经热处理就可生成最终产物γ-Fe2O3，且具有极优良的性能，其过程如下
装水蒸汽的容器首先抽低真空，要求其中的水蒸汽的饱和蒸汽压从10℃到100℃之间的变化范围是10mm到760mm水银柱高，在此压力范围内，只要维持一定的温度，水蒸汽压将保持某一确定值，它总大于本发明中向一步法溅射系统中加入的水蒸汽分压值0-30mτ，因此在溅射工艺中始终可以维持稳定的水蒸汽分压。
和现有技术的主要不同点是在溅射过程中直接加入水蒸汽做为氧化剂和催化剂，从而直接生成四氧化三铁薄膜。从目前主要技术上看，方法Ⅱ也是直接生成四氧化三铁，但对比Ⅰ法可知生成非磁性的α相氧化铁是最容易的，也就表明方法Ⅱ工艺宽容度较差。
由于本发明在溅射时直接加入了分压值为0-30mτ的水蒸汽，从而消除了αFe2O3这种非磁性极出现的可能性，这就使工艺条件放宽了许多，也使磁性提高，这对氧化铁这类硬磁盘的主要介质的大批生产是一件十分重要的事。特别是用这种制法得到的Fe3O4薄膜的饱和磁化强度Ms＞450emu/cc。
本发明的另一个明显特征是用x射线衍射分析表明，样品在易磁化轴(111)方向结晶择优取向。这一择优取向表明此薄膜具有垂直各向异性，也有可能做为垂直记录用介质。
由于加入了水蒸汽，本发明和Y.Hoshi〔1〕等人发明的一步法溅射中生成单相Fe3O4所允许的溅射功率偏移10W来看，用该发明方法生成单相Fe3O4的窗口宽达200W以上，这对大量生产来说是一项十分重要的工艺进步。由于硬盘材料对结晶形貌有特殊要求，这样宽的工艺范围对于选择适当的工艺条件来取得最佳结晶形貌和磁性的组合有利。
和目前所有的薄膜技术相比较，国外Fe3O4的饱和磁矩Ms的报导值都在400emu/cc左右，我们可稳定达到450emu/cc以上。经后期热处理后生成的γFe2O3文献〔2〕报导值为280emu/cc。而本发明可达360emu/cc。
本发明所制备的膜与玻璃基片有极好的结合，用通常的胶带粘贴再剥离的方法试验薄膜与基片结合力，多种薄膜都经受不住，本发明不但经住，而且即使用光刻方法去腐蚀也不能完全洗掉薄膜，从而有可能省略硬盘制造工艺中的中间层，而降低成本，因此有可能成为下一代用玻璃做基片的磁盘的首选介质。
由于引进了水蒸汽，既保护溅射过程中不出现非磁性的α相三氧化二铁，又比不加水蒸汽时溅射速率提高了一个数量级，达400
/min〔2〕，由于溅射速率提高，成膜时间较短，而不致使溅射过程中基片温度过份升高而造成在采用铝基片时由于溅射温度过高而引起中间镀层的破坏。
采用在溅射过程中直接引入水蒸汽这一方法，对靶材纯度要求不高，由于能直接生成四氧化三铁薄膜，而减化了工艺，膜的饱和磁化强度Ms可高达470emu/cc，比文献值400emu/cc提高很多，其矫顽力Hc可达300-13000e，由于水蒸汽的引入使工艺简化的同时，工艺宽容度从10W扩展至200W，溅射速率高达400
/min，由于结晶晶粒均匀，缺欠很少，这对降低漏码、误码是必要的。经热处理后生成的γFe2O3薄膜的Ms达350emu/cc，矩形比为0.8，这一性能也处于领先地位。
实施例采用反应溅射，用纯铁靶(99.9%纯度)，把系统予先抽至5×10-5乇(Torr)的背景真空度，然后通以氩气(Ar)、水蒸汽(H2O)和氧气(O2)的混合物，如下实验条件可以直接生成单相的四氧化三铁薄膜(Fe3O4)。
总压力16-32mτ分压比Ar∶O2∶H2O＝10∶0至1∶0至30混合气流量40-60cc/min溅射速率30-50nm/min基片温度160-280℃靶材Fe-Co(0-4.0wt%)基片玻璃片溅射功率150W-400W溅射生成的Fe3O4经进一步氧化可生成γFe2O3
氧化温度200℃-350℃氧化时间1min-60min在以上基本条件下分别给出二个实施例1.总压力20mτ分压Ar∶O2∶H2O＝10∶0.1∶8流量60cc/min溅射功率200W靶材99.9%纯铁生成的Fe3O4，Ms＝450emu/cc，氧化温度300℃时生成γFe3O4的Ms＝350emu/cc，矩形比SQ＝0.83Hc＝250Oe2.当加入适量的(0-4%)Co后，在其它性能不影响的情况下，Hc可从500-1300Oe内变化。以含钴量在2.0%时，其Hc＝500Oe，当采用250℃/hr氧化工艺后可以发现其矫顽力温度系数为TKHC= (Hc100-Hc20)/(Hc20) = (540-510)/510 =5.55%文献〔1〕Y.Hoshi，et，al，IEEETrans，Mag，Mag-21，1459(1985)〔2〕T.Takagaki，et，al，IEEETrans.Mag，Mag-233420(1987)〔3〕Y.Ishill，et，al，IEEETrans，Mag，Mag-232674(1987)
权利要求
1.一种溅射氧化铁薄膜的制备方法，其特征是用纯铁靶或纯铁加钴的混合靶，经一步法加水蒸汽而直接生成氧化铁薄膜。
2.按照权利要求1所述的溅射氧化铁薄膜的制备方法，其特征是(1)纯铁靶的纯度为99.0%-99.9%;(2)盛水蒸汽容器在低真空状态下其水蒸汽在10℃-100℃的温度范围内，其饱和蒸汽压是10mmHg-760mmHg;(3)向系统中加入的水蒸汽分压值0-30mτ。
全文摘要
氧化铁薄膜Fe
文档编号C23C14/34GK1045997SQ8910180
公开日1990年10月10日 申请日期1989年4月1日 优先权日1989年4月1日
发明者周增均 申请人:北京大学