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。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。