专利名称：一种超高密度有序垂直记录磁盘及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超高密度有序垂直记录磁盘及其制法。
现在应用的磁记录技术为无序磁记录，它有四个方面的缺点，使得其记录密度受到限制磁性颗粒的超顺磁性，相邻记录单元之间畴壁的影响，写入磁场的非完善性，信号读写过程中的寻迹效应。这种磁盘难以得到很高的记录密度，如常用的3.5英寸软盘，记录容量为1.44Mb。
文献报道的量子磁盘(Proceedings of the IEEE Vol.85，No.4，1997P652~671)利用光刻或压膜技术可以解决无序磁记录的难题，但是它的技术要求高、成本高，并且难以制备垂直磁记录用的直径均匀的长纳米线。
本发明的目的是提供一种超高密度有序垂直记录磁盘及其制法，通过制备有序磁性纳米线，尤其是利用长的纳米孔洞制备直径均匀的长纳米线，其易磁化轴垂直于模板平面，制作有序垂直记录磁盘。
本发明的目的是这样实现的一种超高密度有序垂直记录磁盘，其特征是以大面积超高密度有序排列的纳米孔洞作为模板，制备均匀分布磁性材料纳米线，其易磁化轴垂直于模板平面。
一种超高密度有序垂直记录磁盘的制法，其特征是利用大面积超高密度有序排列的纳米孔洞作为模板、制备有序磁性纳米线。利用长的纳米孔洞制备直径均匀的纳米线，其易磁化轴垂直于模板平面，可用于制作有序垂直记录磁盘。其制法是利用制备有序孔洞技术得到六角排列的有序图案，通过电化学方法，在铝(或铝合金)基底上制备有序孔洞的模板作为磁性材料的载体；或在单晶铝基底上直接阳极氧化制备有序孔洞的模板作为磁性材料的载体；并通过电镀或化学镀方法在有序排列的孔洞中生长磁性材料，由于孔洞较长(相对于其直径)，磁性材料的易磁化轴沿着纳米线的方向(或者说垂直于盘面)。
可以使用的磁性材料包括Fe，Co，Ni磁性金属单质；Fe，Co，Ni的二元或三元合金；Fe，Co，Ni与Mn，Cr，Cu，V，Mo，W等其它金属元素的二元、三元或多元合金；及Fe，Co，Ni与P，B，S等非金属元素形成的二元、三元或多元合金。
本发明的方法是利用超高密度有序排列的纳米孔洞作为模板、制备有序磁性纳米线。利用长的纳米孔洞制备直径均匀的纳米线，纳米线采用电镀或化学镀的方法用上述材料在纳米孔洞内制备。
本发明的技术效果使用有序排列的磁性单元，有效地克服了无序磁记录不良因素；通过减小磁性单元的大小和中心间的距离，大大提高了存储密度；通过采用直径均匀的较长的孔洞制备长纳米线，增强了磁信号，克服了磁性单元的非线性带来的不良影响。记录密度可以达到每平方英寸170Gb。
以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明
图1为超高密度有序排列的纳米孔洞模板的显微照片示意2为镀铁有序磁记录介质的磁滞回线图3镀钴有序磁记录介质的磁滞回线图4镀Ni79Fe21有序磁记录介质的磁滞回线图5镀Co63Ni37有序磁记录介质的磁滞回线图6镀NiP有序磁记录介质的磁滞回线本发明方法的具体化本发明所述的大面积是指平方毫米以上的可以实用的尺寸，在金属铝或铝合金上制备大尺寸纳米有序孔洞模板的实施例分三个步骤，第一步产生六角对称大面积纳米有序图形；第二步进行电化学阳极氧化，第三步通过扩孔液的作用调节孔洞的直径。
第一步有三种方案，1.用碳化硅、单晶硅或者其它材料制作一个母板，板上呈六角对称地分布着直径均匀的纳米圆柱。在平整的铝(或铝合金)基底上覆盖一层高分子材料膜(如PMMA)，还能使用聚酯薄膜等，将母板利用一定的压力压在高分子材料上，升高温度使高分子软化，再降低温度使高分子固化。去掉母板，在平整的铝(或铝合金)表面形成有序的孔洞图形的高分子材料的图案。
2.制作具有六角对称的有序分布的直径均匀图案的掩模。在平整的铝(或铝合金)基底表面上覆盖一层抗蚀剂(同上述，如PMMA)。利用光刻技术(如紫外光刻，X射线光刻等)和掩模在抗蚀剂上形成有序孔洞图案。或利用电子束刻技术在抗蚀剂上刻出六角有序孔洞。
3.在平整的铝(或铝合金)基底上覆盖一层抗蚀剂，采用相干光作光源，利用光学干涉曝光技术在抗蚀剂层上形成大面积六角对称的纳米有序图形。通过显影处理，得到六角对称的孔洞有序图形，上述3种方法均是已有技术，应用于本发明的工艺没有特殊的要求，例如，可以参见Appl.Phys.Lett，1995，67(21)P3114-3116 Stephen Y.Chou et.al.Imprint of sub-25 nm vias and trenches in polymers第二步阳极氧化在上述图形的基础上，利用电化学阳极氧化选择合适的电解液和氧化电压，可以在铝(或铝合金)上生成大面积有序的纳米孔洞序模板，且孔的长度较长。
根据所产生的图形的孔心间距，选择合适的电解液和直流电压进行阳极氧化。电解液如0.1M-2.0M硫酸，草酸，磷酸等，电解电压从5V-2000V，电源的正极接阳极氧化的铝(或铝合金)，负极接任何导电电极。阳极氧化的时间在1min-1800min。实施例中，用0.4M硫酸，电压为25V，电源的正极接阳极氧化的铝(或铝合金)，负极接任何导电电极。阳极氧化的时间为1200min。电解电压100V时，阳极氧化的时间在10min。阳极氧化处理是现有技术。
第三步扩孔当阳极氧化的孔径未达到大小时，第三步是必须的。利用0.1M-5.0M磷酸、盐酸等，实施例为0.3M浓度的磷酸。在合适的温度下增大孔的直径，控制温度和扩孔时间可以得到所需要的孔径。实施例中湿度控制在30℃，扩孔时间为20分钟，实施例中孔径为30nm。实际上孔的直径在10nm-500nm均可，而用于磁记录材料的的孔径一般在30nm左右即可。利用酸液扩孔，酸的浓度与温度、作用时间与孔直径有一定的关系，一般而言，酸的PH值愈小、温度愈高、作用时间愈长，孔的直径就愈大。
利用单晶铝制备大面积纳米有序模板，不需要上面的第一步骤，后面两个步骤相同。上述方法可以将模板制备成上百平方厘米。实施例用电化学方法制备的模板的电镜照片，以及使用铁做磁记录材料得到的记录介质的磁滞回线如图所示。模板的孔的直径为5-500纳米，孔心间的距离为10-2000纳米。实施例孔的直径为30纳米，孔心间的距离为64纳米。图1为纳米有序模板的电镜照片(孔径30纳米，孔心间距64纳米)。
电镀或化学镀方法在有序排列的孔洞中生长不同磁性材料的实施例及磁滞回线1.镀铁每升120克FeSO47H2O和每升40克H2SO4。电镀时间120分钟，温度条件0℃，测量曲线见图2。
2.镀钴每升120克CoSO47H2O，每升45克H3BO3，电镀时间50分钟，温度条件30℃，测量曲线见图3。
3.镀铁镍每升13克FeSO47H2O，每升140克NiSO47H2O，每升30克H3BO3电镀时间100分钟，温度条件20℃，测量曲线见图4。
4.镀钴镍每升40克CoSO47H2O，每升150克NiSO47H2O，每升40克H3BO3.电镀时间300分钟，温度条件20℃，测量曲线见图5。
5.化学镀镍磷合金每升25克NiSO47H2O，每升25克NaH2PO2每升30克NH4Cl，每升20克柠檬酸三钠Na3C6H5O7温度条件40℃，PH值为9，测量曲线见图6。
权利要求
1.一种超高密度有序垂直记录磁盘，其特征是以大面积超高密度有序排列的氧化铝纳米孔洞作为模板、模板的纳米孔洞均匀分布磁性材料纳米线，其易磁化轴垂直于模板平面。
2.由权利要求1所述的超高密度有序垂直记录磁盘，其特征是模板的孔的直径为5-500纳米，孔心间的距离为10-2000纳米。
3.一种超高密度有序垂直记录磁盘的制法，其特征是制备大面积超高密度有序排列的纳米孔洞作为模板、再制备有序磁性纳米线，在金属铝或铝合金或单晶铝的表面首先生成一个大面积有序模板，再用阳极氧化方法，在铝或铝合金上生成大面积的有序纳米孔洞模板；通过电镀或化学镀方法在有序排列的孔洞中生长磁性材料，其孔洞较长(相对于其直径)，磁性材料的易磁化轴沿着纳米线的方向(或者说垂直于盘面)。
4.由权利要求3所述的超高密度有序垂直记录磁盘的制法，其特征是所述磁性材料为Fe，Co，Ni磁性金属单质；Fe，Co，Ni的二元或三元合金；Fe，Co，Ni与Mn，Cr，Cu，V，Mo，W等其它金属元素的二元、三元或多元合金；及Fe，Co，Ni与P，B，S等非金属元素形成的二元、三元或多元合金。
全文摘要
一种超高密度有序垂直记录磁盘,以大面积超高密度有序排列的氧化铝纳米孔洞作为模板、模板的纳米孔洞均匀分布磁性材料纳米线,其易磁化轴垂直于模板平面。其制法是制备大面积超高密度有序排列的纳米孔洞作为模板、再制备有序磁性纳米线,通过电镀或化学镀方法在有序排列的孔洞中生长磁性材料,其孔洞较长(相对于其直径),磁性材料的易磁化轴沿着纳米线的方向(或者说垂直于盘面)。记录密度可以达到每平方英寸170Gb。
文档编号G11B5/84GK1274910SQ0011237
公开日2000年11月29日 申请日期2000年7月4日 优先权日2000年7月4日
发明者杨绍光, 朱浩, 都有为 申请人:南京大学