第三元素添加對L11 CoPt薄膜之磁性質及微結構研究

Effect of doping third element on magnetic properties and microstructure of L11 CoPt thin film

李龍傑(Long-Jie Li)

指導教授 ： 孫安正

元智大學/工程學院/化學工程與材料科學學系/碩士(2012年)

摘要

本論文研製之近期開發的L11 CoPt薄膜因具有與L10 FePt薄膜相似的垂直磁晶異向能(Ku ~ 107 erg/cm3)，且可在低溫製備(約250 ℃)，因此開始被重視。但目前為止，此結構的缺點除矯頑磁力(Hc)無法有效被提升外，還需成長在單晶的MgO基板上，造成應用上的困難。因此本實驗將利用磁控濺鍍的方式在玻璃基板上鍍製L11 CoPtM薄膜，其中M為第三元素Cu與Ru，探討不同成分的Cu或Ru添加、改變膜厚和退火溫度對L11 CoPtCu薄膜磁性質的影響。
結果發現銅添加到23 ~ 26 at.%有良好的磁性質，再搭配膜厚的改變後，在4 nm時有最高的Hc (~ 2.7 kOe)，但隨著膜厚的增加，其Hc會緩慢地下降，到40 nm時其Hc還維持在2 kOe以上。與過去L11 CoPt相關的研究比較，除了Hc被提升外，我們還發現在膜厚減少的同時Hc反而會上升，這跟先前以MgO(111)為基板的結果相反。因此添加Cu能有效地改善L11 CoPt薄膜的性質，增加的Hc，更可以用玻璃基板取代MgO基板，減少基板的成本，也因此增加L11 CoPt薄膜在磁記錄工業的應用性。
而添加Ru則會破壞L11 CoPt的結構，因此隨著Ru的添加量上升，飽和磁化量下降，角型比變差，Hc也跟著下降，造成磁性質不好。
本研究成功的以第三元素(Cu)添加，將L11 CoPt 薄膜鍍製於玻璃基板上，同時藉由插入Pt底層和改變底層與磁性層的參數大幅度提升L11 CoPt 薄膜的磁性質，本研究的結果可做為未來L11 CoPt 薄膜在磁記錄媒體上的應用參考。

關鍵字

L11 鈷鉑 ； 垂直磁晶異向能 ； 矯頑磁力 ； 磁控濺鍍

並列摘要

Rcently, L11 CoPt thin films have attracted much attention for their potential application in advanced magnetic recording media because of high magnetocrystalline anisotropy energy (Ku ~ 107 erg/cm3), similar to the L10 FePt. However, the small coercivity (Hc) and high cost single crystal substrates of L11 CoPt thin film are required to be further improved. Therefore, the Co50−xMxPt50 films were magnetron co-sputtered on glass substrates, as well as investigate the film properties with different copper and ruthenium content, and further discuss the film thickness and annealing temperature.
Our results shows that high magnetic properties were obtained for the films with Cu = 23~26 at.%. When futher study the CoPt film thickness, Hc has a maximum value of 2.7 kOe at t = 4 nm, and then slightly drops (~ 2 kOe) at t = 40 nm. This result is opposite of the properties in the issues of previous investigations on L11 CoCuPt sputtered on MgO(111) substrate. On the other hand, the magnetic properties of the film are decreased becauase the Ru destroys the L11 structure.
The results demonstrate that replacing Co with Cu effectively increases the perpendicular magnetic properties of L11 CoPt phase, and MgO(111) substrate can be replaced by the glass substrate to reduce the cost, which largely increase the potential of L11 films for application in perpendicular magnetic media and advance spintronic device.

並列關鍵字

L11 CoPt ； magnetocrystalline anisotropy energy ； coercivity ； magnetron co-sputtered

參考文獻

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