專利名稱：鐵鉑納米團(tuán)簇磁記錄媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從廣義的角度，本發(fā)明是關(guān)于超高密度磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的一項(xiàng)發(fā)明。更加具體的說，它是一個(gè)涉及超高密度垂直磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的納米點(diǎn)陣加工制備方法。
背景技術(shù)：
早在計(jì)算機(jī)被人類發(fā)明的時(shí)候，磁記錄就已經(jīng)在數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)中扮演著重要的角色。比如，在海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，硬盤驅(qū)動(dòng)技術(shù)就具有字節(jié)存儲(chǔ)密度高和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。磁材料中刻畫磁化方向的磁疇可以具有兩種相反的方向，它們分別表示“I”和“O”。而這個(gè)磁疇的尺寸很大程度上取決于材料自身的磁晶各項(xiàng)異性常數(shù)Ku。目前市場(chǎng)上密度為IOOGb (IO9) /in2的磁記錄媒體,它的磁疇(或者是最小磁記錄位元bit)特征尺寸大約是100納米；而對(duì)于將來發(fā)展密度為lTb(1012)/in2超高密度磁存儲(chǔ)媒體，那么相應(yīng)的磁疇的特征尺寸應(yīng)該是25納米的級(jí)別。隨著磁疇體積V減小，每一個(gè)磁疇相應(yīng)的磁各項(xiàng)異性能KuV也會(huì)減小。當(dāng)磁各項(xiàng)異性能KuV降到可以與熱激發(fā)能KbT (這里的T表示開爾文溫度，Kb表示玻爾茲曼常數(shù))相比時(shí)，磁疇的方向就會(huì)因?yàn)闊峒ぐl(fā)能的影響而變的不穩(wěn)定甚至可以翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)信息的丟失。這就是超順磁極限。這個(gè)極限的存在使得磁疇不得小于一個(gè)最小尺寸。隨著對(duì)磁存儲(chǔ)密度的不斷追求，人們只能通過不斷生產(chǎn)那些具有越來越大的磁各項(xiàng)異性常數(shù)Ku的磁性超薄膜媒體來對(duì)抗由于磁疇尺寸不斷減小而帶來的磁記錄熱不穩(wěn)定性。由于磁性鐵鉬合金膜具有很高的磁各項(xiàng)異性常數(shù)Ku (約有7*107ergS/cm3)，因而它是一種能實(shí)現(xiàn)超高記錄密度的較理想的磁性材料，而且它不含有與稀土元素，從而具有環(huán)境穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。然而，若要想讓鐵鉬作為垂直磁記錄媒體而達(dá)到ITb (1012)/in2的高密度，人們依然面臨著眾多挑戰(zhàn)。為了讓鐵鉬合金成為合格的高密度磁存儲(chǔ)媒體，位元與位元之間應(yīng)該是磁性非關(guān)聯(lián)。這樣，在寫信息的過程中，就可以把信息寫進(jìn)單個(gè)的位元中而沒有相互的影響。當(dāng)今磁存儲(chǔ)技術(shù)中，含有非關(guān)聯(lián)磁顆粒特性的粒狀薄膜被廣泛應(yīng)用。其中，每一個(gè)位元里含有數(shù)十個(gè)磁性顆粒。這些非關(guān)聯(lián)的顆粒在位元與位元之間的過渡區(qū)域(磁壁)中有助于減小干擾。另一方面，這種顆粒與顆粒之間的非關(guān)聯(lián)也使得超順磁效應(yīng)決定顆粒的尺寸而非位元本身的尺寸，從而減小了信息存儲(chǔ)密度。理想的磁媒體是利用位元之間的非關(guān)聯(lián)以及位元內(nèi)的關(guān)聯(lián)來增加熱穩(wěn)定性進(jìn)而達(dá)到超高密度的目的。因此鐵鉬合金薄膜應(yīng)該是被做成具有周期性的磁納米結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣列，而且每一個(gè)點(diǎn)陣列中的點(diǎn)或位元就是一個(gè)單磁疇，表示“I”和“0”的狀態(tài)。在連續(xù)鐵鉬薄膜上做這種具有周期結(jié)構(gòu)的納米點(diǎn)陣列可以使陣列中的每一個(gè)單元點(diǎn)具有單磁疇性能。然而要做出這種既要高密度同時(shí)低花費(fèi)的磁納米點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)就是一種挑戰(zhàn)。眾多技術(shù)如電子束光刻，聚焦離子束光刻，干涉光刻以及X射線光刻都一直被用來制造作為磁記錄媒體的磁點(diǎn)陣列。但是，當(dāng)要求磁點(diǎn)陣列的特征尺寸低于100納米時(shí)，多數(shù)這樣的技術(shù)會(huì)面臨降低成本的挑戰(zhàn)。而納米壓印光刻作為一種非傳統(tǒng)的刻蝕技術(shù)，具有高精度和低成本傳印納米結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。不像那種傳統(tǒng)的需要用光子或者電子去改變膠的物理和化學(xué)性質(zhì)而達(dá)到刻蝕效果的技術(shù)，納米壓印是通過讓膠材料在壓印下發(fā)生物理形狀的變化而獲得模版納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。它的分辨率也超過那些由于粒子束衍射和散射帶來限制的傳統(tǒng)刻蝕技術(shù)的分辨率。在磁媒體領(lǐng)域里，作為下一代磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種最具潛力候選技術(shù)，納米壓印技術(shù)已經(jīng)可以把納米結(jié)構(gòu)的特征尺寸降到10納米以下。但是由于采用電子束光刻技術(shù)做出來的納米壓印模版造價(jià)昂貴，所以在經(jīng)濟(jì)上不適合批量生產(chǎn)。因此就需要人們發(fā)展出一套不昂貴的加工工藝去把容易做出的模版上的納米結(jié)構(gòu)傳印到磁媒體上。納米孔陽極氧化鋁模版(AAO)不僅成本低廉，工藝上難度低，而且它可以讓納米孔的尺寸從I納米到200納米變化，同時(shí)還可以在750cm2 (大約120in2)大面積上使用?？锥闯叽绲目煽匦钥梢杂脕碚{(diào)整點(diǎn)陣中磁點(diǎn)的尺寸以及他們之間的距離。本發(fā)明就是使用納米孔陽極氧化鋁模版來傳印加工鐵鉬納米點(diǎn)陣，從而實(shí)現(xiàn)高密度的磁存儲(chǔ)媒體的技術(shù)。這一技術(shù)將大幅度提高存儲(chǔ)密度，同時(shí)大大降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超高密度磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，進(jìn)一步提高磁記錄的性能。尤其是提供一種通過把納米孔陽極氧化鋁模版(簡(jiǎn)稱模版)的納米結(jié)構(gòu)傳印到鐵鉬薄膜進(jìn)而加工出高密度的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁記錄媒體的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的通過磁控濺射后經(jīng)高溫退火形成具備高磁晶各項(xiàng)異性Lltl相的鐵鉬薄膜，再利用納米壓印光刻技術(shù)，將納米孔陽極氧化鋁模版的納米結(jié)構(gòu)傳印到鐵鉬薄膜，進(jìn)而加工出高密度的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁記錄媒體。


圖1納米孔陽極氧化鋁模版(I標(biāo)明)，其中2標(biāo)明孔洞，3標(biāo)明孔洞之間的間隔。圖2 (截面圖)在襯底(4標(biāo)明)上長(zhǎng)一層鐵鉬薄膜(6標(biāo)明)，用5標(biāo)明這個(gè)過程，緊接著高溫退火(7標(biāo)明)得到晶化的鐵鉬薄膜(8標(biāo)明)。圖3 (截面圖)再甩上一層光刻膠(9標(biāo)明)，然后用已經(jīng)做好的納米孔陽極氧化鋁模版(I)去壓印光刻膠來把模版上的納米結(jié)構(gòu)傳給底下的光刻膠(11標(biāo)明)。整個(gè)過程用分別用10、12標(biāo)明。圖4 (截面圖)在后來的光刻膠的基礎(chǔ)上通過離子束刻蝕(13標(biāo)明)把光刻膠留下的納米結(jié)構(gòu)傳給晶化的鐵鉬薄膜(14標(biāo)明)，然后去掉最上面剩余光刻膠，保留剩下的已經(jīng)被傳印的晶化的鐵鉬薄膜，也就是鐵鉬納米點(diǎn)陣。這一步驟用15標(biāo)明。圖5最終在襯底⑷上形成的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁記錄媒體(15表明)。
具體實(shí)施例方式以下通過

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1中所示的是納米孔陽極氧化鋁模版(I標(biāo)明，后面簡(jiǎn)稱模版)。它的孔(2標(biāo)明)徑尺寸可以從I納米到200納米不等，且可以用到750cm2 (大約120in2)大面積上。孔與孔的間隔(3標(biāo)明)可以在5納米的范圍。這種模版可以很容易做出且價(jià)格低廉，商業(yè)市場(chǎng)上也可得到。高度有序的納米孔陣列提供了可以通過納米壓印光刻而得到磁點(diǎn)陣的途徑?？锥闯叽绲目煽匦杂挚梢杂脕碚{(diào)整點(diǎn)陣中磁點(diǎn)的尺寸以及他們之間的距離。因而這種具有很小納米孔和間隔的模版可以很好地為提供更高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。值得注意的是，如果孔的尺寸太小，成功傳印的概率就會(huì)降低。那么對(duì)于加工密度為ITb (1012)/in2鐵鉬納米點(diǎn)陣磁記錄來講，本發(fā)明使用25納米的孔尺寸。圖2描述的是在已選擇好的襯底(4標(biāo)明)上長(zhǎng)上一層鐵鉬薄膜(6標(biāo)明)，然后通過高溫退火形成Lltl相的鐵鉬薄膜(8標(biāo)明)。襯底可以是玻璃、不銹鋼或者半導(dǎo)體。對(duì)于硬盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，我們用當(dāng)前被市場(chǎng)上廣泛使用的玻璃或者有磷化鎳(NiP)涂層的鋁。通過磁控濺射或者高真空蒸發(fā)，鐵鉬薄膜可以沉積在襯底上。從硬盤應(yīng)用的角度，可以用濺射技術(shù)沉積鐵鉬薄膜，且這樣的薄膜可以大量的生產(chǎn)。薄膜的厚度可以從I納米到100納米。但是，對(duì)于很薄的膜，它們的磁化度和磁晶各項(xiàng)異性將會(huì)減小。如果膜過厚，又會(huì)增加后面離子束刻蝕的時(shí)間同時(shí)也浪費(fèi)了材料。對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的薄膜，其適合厚度是10納米，此時(shí)的薄膜具有完整的磁化強(qiáng)度和垂直磁記錄所必要的磁晶各向異性。為了精確控制鐵鉬薄膜的組分，我們使用兩個(gè)靶，一個(gè)是鐵靶，一個(gè)是鉬靶。以事先設(shè)計(jì)好的生長(zhǎng)速率同時(shí)生長(zhǎng)鐵和鉬。不過這種方法長(zhǎng)出的鐵鉬薄膜通常是多晶或非晶的形態(tài)，并不是我們需要的具有高度磁晶各向異性Lltl相的鐵鉬薄膜。為了解決這個(gè)問題，我們需要在真空(10_3mbr)，大約700攝氏度下進(jìn)行高溫退火處理。退火進(jìn)行5到I 0分鐘之后，時(shí)間長(zhǎng)短依賴于薄膜的厚度，多晶或非晶形態(tài)的鐵鉬薄膜開始向具有Lltl相的鐵鉬薄膜轉(zhuǎn)變。而Lltl相是高密度垂直磁記錄所必需具備的形態(tài)。圖3中，在襯底上甩一層光刻膠材料(9標(biāo)明)，比如用于電子束光刻的PMMA或感光的光刻膠。步驟10和12具體地描述如何把模版的結(jié)構(gòu)傳印到光刻膠上。首先把模版倒置在光刻膠上，然后對(duì)襯底、鐵鉬薄膜、光刻膠以及模版同時(shí)加熱。溫度控制在高于光刻膠的玻璃相變溫度。舉例來說，A4型PMMA膠的玻璃相變溫度大約是105攝氏度，因此就把加熱溫度設(shè)置在180攝氏度。加熱的時(shí)間由光刻膠的黏度以及玻璃相變溫度決定。光刻膠(11標(biāo)明)加熱后，會(huì)變成粘稠狀的液體。此時(shí)，模版是通過外力壓向光刻膠的，外力持續(xù)特定一段時(shí)間。當(dāng)然力的大小和時(shí)間有多種因素決定的，它包括模版孔洞的尺寸、光刻膠的粘滯度、光刻膠的厚度以及膠柱陣列所期望的高度，等等。隨后模版、薄膜以及被傳印的光刻膠整體被冷卻到玻璃相變溫度以下。接著，模版從光刻膠中拿出(由步驟12標(biāo)明)。這樣，模版上的納米結(jié)構(gòu)就成功的傳印到光刻膠上了。圖4所示的最后一個(gè)階段，需要把光刻膠上的結(jié)構(gòu)再傳印到鐵鉬薄膜上。一般有三種刻蝕技術(shù)可以達(dá)到傳印的效果。那就是化學(xué)刻蝕、離子束銑削以及反應(yīng)離子束刻蝕?；瘜W(xué)刻蝕成本低廉，但它由于會(huì)和金屬發(fā)生酸反應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量下降。離子束銑削是一種傳統(tǒng)的刻蝕技術(shù)，但當(dāng)它工作時(shí)會(huì)去掉所有的材料，且這種高能離子束的撞擊同樣會(huì)影響薄膜的質(zhì)量。所以在磁記錄媒體工藝中推薦使用反應(yīng)離子束刻蝕。它工作時(shí)，是把不需要的材料利用干化學(xué)反應(yīng)和溫和的銑削去除掉。被傳印的光刻膠現(xiàn)在相當(dāng)于一個(gè)新的掩膜版。鐵鉬薄膜不需要的部分就可以用反應(yīng)離子束刻蝕去掉(13標(biāo)明)，這樣的話，光刻膠的納米結(jié)構(gòu)就被進(jìn)一步的傳印到鐵鉬薄膜上(14標(biāo)明)了。剩下的光刻膠可以用化學(xué)試劑比如丙酮洗掉(15標(biāo)明)。最后襯底上被傳印的鐵鉬薄膜就變成與模版一樣結(jié)構(gòu)的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁記錄媒體。根據(jù)氧化鋁模版孔徑大小，其存儲(chǔ)密度在500Gb/in2到5Tb (1012)/in2之間.具體講，使用25納米的孔尺寸的模版，這種高密度鐵鉬磁記錄媒體的位元的尺寸約為25納米，也就是說整體上數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)密度達(dá)到ITbdO12)/in2。
權(quán)利要求
1.一種鐵鉬納米點(diǎn)陣磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體，其特征在于通過把納米孔陽極氧化鋁模版(以下簡(jiǎn)稱模版)的納米結(jié)構(gòu)傳印到鐵鉬薄膜，進(jìn)而加工出高密度的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁存儲(chǔ)媒體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的傳印，其特征在于結(jié)合模版的納米壓印光刻來完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鐵鉬薄膜，其特征在于通過磁控濺射后經(jīng)高溫退火形成具備高磁晶各項(xiàng)異性LlO相的鐵鉬薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁存儲(chǔ)媒體，其特征在于結(jié)合模板的納米壓印刻蝕加工而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的鐵鉬納米點(diǎn)陣磁存儲(chǔ)媒體，根據(jù)氧化鋁模版孔徑大小，其存儲(chǔ)密度在500Gb/in2到5Tb (1012)/in2之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種通過結(jié)合納米孔陽極氧化鋁模版的納米壓印刻蝕，把氧化鋁模版的結(jié)構(gòu)傳印到鐵鉑薄膜而形成具有超高密度的鐵鉑納米點(diǎn)陣磁數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)媒體的技術(shù)。此鐵鉑納米點(diǎn)陣磁存儲(chǔ)媒體的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)密度(在500Gb/in2到5Tb/in2之間)，取決于納米孔陽極氧化鋁模版的孔徑尺寸(從100納米到10納米)。具體講，使用25納米的孔尺寸的模版，鐵鉑納米點(diǎn)陣磁記錄媒體數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)為1Tb(1012)/in2。
文檔編號(hào)G11B5/851GK103065646SQ20111032443
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者徐永兵, 楊陽 申請(qǐng)人:南通海納電子納米科技有限公司