磁存储介质及其制造方法.pdf

本发明涉及一种磁存储介质及其制造方法，该磁存储介质由碳纳米管阵列及沉积于阵列排列的碳纳米管微孔中的磁性材料组成，该磁性材料受碳纳米管阵列形状之限成柱状体，故该柱状体具较高垂直异向磁性，在垂直方向具有较高的矫顽力，不会受温度变化的影响出现超顺磁现象，本发明的磁存储介质具较高的记录密度，可达6.45×1013bit/in2，极大提高信息对存储密度的需求。

1.  一种磁存储介质，包括：一基体，该基体具有均匀排列的微孔阵列；一磁性材料，该磁性材料沉积于基体的微孔阵列内，其特征在于，该基体为碳纳米管阵列，该磁性材料为CoCrXYZ，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)。

2.  如权力要求1所述的磁存储介质，其特征在于该磁性材料CoCrXYZ中Co的原子数百分比为60～90％，Cr的原子数百分比为5～20％，X的原子数百分比为2～5％，Y的原子数百分比为5～15％，Z的原子数百分比为1～15％。

3.  如权力要求1所述的磁存储介质，其特征在于该微孔的深度为2.5～7.5纳米。

4.  如权力要求1所述的磁存储介质，其特征在于该碳纳米管的直径为1～5纳米。

5.  如权力要求1所述的磁存储介质，其特征在于该碳纳米管之间距为2～10纳米。

6.  一种制备磁存储介质的方法，其包括以下步骤：
提供一碳纳米管基体，该基体具有均匀排列的碳纳米管微孔阵列；在碳纳米管微孔内沉积磁性材料CoCrXYZ，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)。

7.  如权力要求6所述的制备磁存储介质的方法，其特征在于该碳纳米管的直径为1～5纳米，相邻两碳纳米管的间距为2～10纳米，微孔的深度为2.5～7.5纳米。

8.  如权力要求6所述的制备磁存储介质的方法，其特征在于该磁性材料CoCrXYZ中Co的原子数百分比为60～90％，Cr的原子数百分比为5～20％，X的原子数百分比为2～5％，Y的原子数百分比为5～15％，Z的原子数百分比为1～15％。

9.  如权力要求6所述的制备磁存储介质的方法，其特征在于沉积磁性材料CoCrXYZ的方法包括：溅镀法、离子束沉积法、热喷射法、物理气相沉积法、纳米印刷法或离子植入法。

10.  如权力要求6所述的制备磁存储介质的方法，其特征在于碳纳米管阵列的制备方法包括：热化学气相沉积法，电浆增强化学气相沉积法。

磁存储介质及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种磁存储介质及其制造方法，更具体的，本发明涉及一种高密度磁存储介质及其制造方法。
【背景技术】
随着信息科技的发展，对信息存储密度的要求与日俱增，而在有限面积上提高其存储容量，关键在于提高介质材料的记录密度，传统方法为减小介质材料的尺寸，使每位元信息占有的颗粒数目达到数百，然而采用此方法，介质材料的颗粒尺寸越小，其性能则变得不稳定，产生超顺磁现象。而高密度磁介质材料，要求介质具有较高磁化强度及矫顽力。
为提高磁介质材料的信息存储密度，必须寻找同时增加介质内矫顽力且减小介质晶粒大小的方法。小尺寸磁粒子的制作通常运用光刻或自组装等方法实现。目前可期望将深紫外光(DUV)光刻技术横向尺寸扩展至约为50纳米，但此种扩展不可靠且昂贵。当尺寸小于50纳米时，可使用X射线光刻技术和远紫外光光刻技术，但两者均需庞大资金投入，目前实用难度较大。
由橡胶浆或其它聚合物制成的40～70纳米粒子自组装方法的描述见Micheletto等发表于Langmuir 11 3333-3336(1995)，A Simple Method for theProduction of a Two-Dimensional，Ordered Array of Small Latex Particles一文中。对5～10纳米尺寸半导体粒子有序排列形成的描述见Murray等发表于Science 270，1335-1338(1995)，Self-Organization of CdSe Nanocrystallites intoThree-Dimensional Quantum Dot Superlattices一文中。
IBM公司一份公告号为CN1110797C，公告日为2003年6月4日的中国专利揭露一种由纳米级粒子化学自组装方法形成的介质材料。该介质材料由布置于衬底表面的直径与间隔均基本均匀的纳米级磁粒子层构成，所述粒子具有不超过50纳米的直径并包含有磁性材料，该磁性材料从包括元素Co、Fe、Ni、Mn、Sm、Nd、Pr、Pt和Gd及这些元素之金属化合物、二元合金和三元合金、及除Fe之外还包括前述元素中至少一种元素的铁氧化物，以及钡铁酸盐或锶铁酸盐。该介质材料的面积位密度为100Gbit/in²，甚至接近1000Gbit/in²。
然而，该介质材料的磁粒子是运用自组装方法制备而成，磁粒子颗粒大小均匀具不确定性且如果进一步降低磁粒子尺寸会产生超顺磁现象，从而限制该介质材料的存储面密度的进一步提高。
为解决现有技术中磁性介质材料的磁粒子颗粒大小均匀不确定，且进一步降低磁粒子尺寸会产生超顺磁现象，从而限制该介质材料的存储密度的问题，本发明提供一种磁性材料形态排列高度有序、具有较高密度的磁性介质材料。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种磁性材料的形态排列高度有序，具有较高存储密度的磁性介质材料。
本发明的另一目的在于提供一种磁性材料的形态排列高度有序，具有较高存储密度的磁性介质材料的制备方法。
为实现本发明的目的，本发明提供一种磁存储介质，包括：一基体，该基体具有均匀排列的微孔阵列；一磁性材料，该磁性材料沉积于基体的微孔阵列内，其中，该基体为碳纳米管阵列，该碳纳米管的直径为1～5纳米，相邻两碳纳米管的间距为2～10纳米，微孔的深度为2.5～7.5纳米，该磁性材料为CoCrXYZ，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)，Co的原子数百分比为60～90％，Cr的原子数百分比为5～20％，X的原子数百分比为2～5％，Y的原子数百分比为5～15％，Z的原子数百分比为1～15％。
本发明还提供一种制备上述磁存储介质的方法，其包括以下步骤：
提供一碳纳米管阵列，该基体具有均匀排列的碳纳米管微孔阵列，该碳纳米管的直径为1～5纳米，相邻两碳纳米管的间距为2～10纳米，微孔的深度为2.5～7.5纳米；
在碳纳米管微孔内沉积磁性材料CoCrXYZ，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)，Co的原子数百分比为60～90％，Cr的原子数百分比为5～20％，X的原子数百分比为2～5％，Y的原子数百分比为5～15％，Z的原子数百分比为1～15％。
与现有技术相比较，本发明的磁存储介质的磁性材料CoCrXYZ由于碳纳米管阵列的限制，其排列高度有序，具有较高垂直异向磁性，在垂直方向具较高的矫顽力，因而不会受温度变化的影响出现超顺磁化现象，本发明的磁存储介质材料的记忆密度约为6.45×10¹³bit/in²，与用现有技术获得的磁性薄膜的记忆密度相比，极大提高磁性存储介质的记录密度。
【附图说明】
图1是本发明的磁存储介质的碳纳米管阵列中沉积有磁性材料的示意图。
图2是图1所示的磁存储介质的俯视图。
【具体实施方式】
请参阅图1与图2，本发明所选用的磁存储介质10包括：一基体，该基体具有均匀排列的微孔阵列；一磁性材料，该磁性材料沉积于基体地微孔阵列内，其中，该基体为碳纳米管阵列12，，该磁性材料为CoCrXYZ，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)。该碳纳米管阵列12的形成可通过通入甲烷等碳源气体于反应室中，在催化剂作用下，经一定时间的化学反应，形成碳纳米管阵列12。该碳纳米管的直径大小一致为1～5纳米，优选为1～3纳米  碳纳米管之间紧密分布，间距为2～10纳米，较佳间距为2～5纳米  该碳纳米管阵列12的每一碳纳米管的深度为2.5～7.5纳米。碳纳米管阵列12呈柱状、分布均匀且排列有序，碳纳米管之间相互独立，故不会因微孔的倾斜而发生相互交错的现象。该碳纳米管阵列的形成方法包括：热化学气相沉积法、电浆增强化学气相沉积法。
碳纳米管阵列12形成以后，将磁性材料CoCrXYZ沉积至阵列排列的碳纳米管的微孔内，其中X为钽(Ta)、铌(Nb)或锆(Zr)，Y为铂(Pt)、钯(Pd)或金(Au)，Z为硼(P)、磷(P)、氮(N)或氧(O)，Co的原子数百分比为60～90％，Cr的原子数百分比为5～20％，X的原子数百分比为2～5％，Y的原子数百分比为5～15％，Z的原子数百分比为1～15％，在本发明中，首先将磁性材料CoCrXYZ制成薄膜，然后将碳纳米管阵列12置于其正对面，再用氩气电浆轰击CoCrXYZ薄膜靶材，CoCrXYZ将沉积至碳纳米管微孔中。该磁性材料CoCrXYZ之沉积方法还可采用溅镀法、离子束沉积法(ion-beam deposition)、热喷射法、物理气相沉积法、纳米印刷法或离子植入法。
CoCrXYZ沉积完成之后，用氢氟酸清洗碳纳米管阵列12表面，除去使碳纳米管阵列12表面部分的CoCrXYZ。沈积于碳纳米管中的CoCrXYZ受碳纳米管之形状限制形成一柱状体14。柱状体14的直径因受碳纳米管直径大小的限制，仅为1～5纳米，故该柱状体14具有较高垂直异向磁性，在垂直方向具较高的矫顽力，在8000～20,000Qe之间，因而不会受温度变化的影响出现超顺磁化现象。
本发明的磁性存储介质材料，其柱状体14优选直径为1～3纳米，间距优选距离为2～5纳米，所记忆的信息密度若用1磁粒子/位表示，记忆密度约为6.45×10¹³bit/in²，与用现有技术获得的磁性薄膜的记忆密度10⁹～10¹⁰bit/in²相比，极大提高磁性存储介质的记录密度。