离子辐照制备超高密度图形化记录介质的研究

随着硬盘面密度的不断提高，连续薄膜介质将遇到超顺磁性的瓶颈。分立的比特图形化介质（BPM - Bit Patterned Media）可能继连续薄膜介质成为新一代硬盘磁介质。本项目拟采用离子辐照改变比特位之间磁性的方法制备适合硬盘磁头飞行的BPM介质。这种方法与自组装、离子束刻蚀等其他制备BPM的方法相比，可以基本在不改变表面粗糙度的前提下，结合光刻模板的应用，调整被辐照区域的磁性，可以实现大面积、高密度、高平整度和排列整齐的BPM的制备。本项目的研究目标有：1）在硬盘的多层薄膜介质制备的基础上，使用离子辐照的方法制备BPM；2）对BPM介质的多尺度微结构、静态和动态磁性进行测量；3）用微磁学、分子动力学等理论研究BPM介质的基础磁性以及记录特性。

随着硬盘面密度的不断提高，连续薄膜介质将遇到超顺磁性的瓶颈。分立的比特图形化介质（BPM - Bit Patterned Media）可能继连续薄膜介质成为新一代硬盘磁介质。采用离子辐照结合光刻模板应用制备BPM的方法与自组装、离子束刻蚀等方法相比，可在基本不改变表面粗糙度的前提下，调整被辐照区域的磁性，实现大面积、高密度、高平整度和排列整齐的BPM制备。针对离子辐照制备磁BMP介质及其磁性质和记录特性探索，本项目共完成了以下研究：（1）Co/Pd多层膜的制备及其离子辐照对其磁性影响的研究。探究了Co层厚度、Pd层厚度等性质对薄膜的垂直各向异性、矫顽力和翻转过程的影响。通过对薄膜结构的调控，可以获得具有强垂直各向异性、矫顽力在1-10kOe范围内可控的Co/Pd磁性薄膜。实验结果表明在一定条件下，薄膜由硬磁性转变为软磁性的临界辐照剂量为1 ×1016ion/cm2¬¬。（2）Co/Pd图纹介质的磁畴结构与磁化翻转过程研究。用电子束曝光和离子束刻蚀的方法制备了Co/Pd比特图纹结构，用磁力显微镜（MFM）和超细探针研究了其磁畴性质和磁化翻转过程的差异，超细探针观察出磁性岛磁化反转模式为畴壁移动；使用离子辐照制备的样品表面粗糙度较刻蚀制备降低了一个数量级，约为0.6nm，基本满足磁记录介质的要求。使用微磁学方法解释了MFM针尖上非晶FeB材料的磁性，验证高密度比特产生的磁场信号下，软磁针尖的涡旋磁畴的稳定性。（3）高密度介质的磁记录过程微磁学模拟。模拟了垂直记录介质和ECC介质的叠层瓦片式磁记录过程，优化了ECC介质的参数，并预测ECC介质叠层瓦片记录的密度极限为1.4Tb/in2。在BPM记录过程模拟及介质磁性参数相图研究方面，计算BPM介质分立比特的写入能力，并计算了BPM记录的磁性参数相图，得到了BPM的存储密度极限为3.0Tbit/in2。模拟了ECC介质的微波辅助磁记录过程，得到了不同外场和磁性参数下的临界翻转场相图。同时建立了基于Voronoi晶粒结构的存储介质微磁学模型，计算了Co/Pt薄膜的回线特性，研究了基于CoPt薄膜的MAMR过程，得到了适用于MAMR的介质各向异性范围。项目从实验和微磁学角度对离子辐照制备高存储密度介质的磁性质、回线性质和相应的磁记录过程的物理机制进行了详细探讨，对比特图形记录、微波辅助磁记录等未来磁记录方式具有较大的参考意义。