掺杂Nd对GdFeCo薄膜的磁光性能的影响

56，溅 射 气
图1
交换耦合薄膜中心孔探测磁超分辨 （,FG!’E#） 原理图
万方数据
图4
掺杂 .) 后的薄膜的克尔谱
/6.
中
国
稀
土
学
报
#. 卷
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 掺入量的 增 加，薄 膜 的 矫 顽 力 呈 现 出 单 调 下 降 的 求。但是 !" 的掺 杂 量 不 是 越 多 越 好，超 过 一 定 数 量后，克尔旋转角反而有所下降。 # $# 掺杂 !" 后薄膜磁滞回线的变化 利用 %&’ 测 量 了 不 同 数 量 !" 掺 杂 后 薄 膜 的 磁滞回线，如图 ( 所示。从图 ( 可以看出，随着 !" 掺杂数量 的 增 多，薄 膜 的 饱 和 磁 化 强 度 呈 现 上 升 的趋势，同时薄膜的矫顽力却呈现下 降 的 趋 势。如 果按照中心 孔 径 探 测 磁 超 分 辨 读 出 技 术 对 读 出 层 的要求来说，这个变化的趋势是正好符合要求的。 因为一般 说 来，磁 光 薄 膜 的 克 尔 旋 转 角 与 其 饱和磁化强度 基 本 上 是 成 正 比 的 关 系，这 表 示 !" 的掺入增 加 了 薄 膜 的 饱 和 磁 化 强 度，因 而 引 起 薄 膜克尔旋 转 角 的 增 加，有 利 于 得 到 较 高 的 读 出 信 号。但是如 同 上 述 的 克 尔 谱 的 测 量 中 得 到 的 结 果 一样，!" 的 掺 入 数 量 并 不 是 越 多 越 好。超 过 一 定 含量后 （本实验中为 !" 片 的 数 量 为 ( 片 时） ，薄 膜 的饱和磁 化 强 度 开 始 下 降，因 此 表 现 在 克 尔 旋 转 角上也是 降 低 的 结 果。这 样 从 磁 滞 回 线 测 量 的 结 果与克尔谱的测量结果是一致的。 考虑磁滞回线测量结果中的 矫 顽 力 与 !" 掺 入 量的变化关 系，得 到 如 图 ) 所 示 的 结 果。随 着 !" 趋势。 # $* 掺杂 !" 后薄膜的温度特性 利用 %&’ 测 量 不 同 !" 掺 入 后 薄 膜 的 饱 和 磁 化强度 ! + 与温度 关 系 曲 线，如 图 , 所 示，其 中 饱 和磁化强度 ! + 是在外磁场平行与薄膜表面的情况 下测得的。从图中可知，薄膜的补偿温度均大于室 温，属 于 富 稀 土 系。掺 入 !" 的 量 越 多，在 室 温 下 的饱和磁 化 强 度 越 高，这 与 上 面 测 量 磁 滞 回 线 得 到结 果 是 一 样 的。同 时，掺 入 !" 的 量 越 多，薄 膜 的补偿温 度 就 越 低，而 薄 膜 的 居 里 温 度 基 本 上 保 持不变。在掺杂 !" 片的数量为 - ，# ，. 片时，相应 的薄膜的补偿温度分别为约 /(- ，/*- 和 /-- 0 ，而 居里温度大约为 */- 0 左右。 # $. 讨 论 稀土金属 （ 12 ） 与 *" 过 渡 族 金 属 （ 3’ ） 组成的 合金中，不论是 .4 电子云还是 *"5.4 电子云之间都 不可能重叠，.4 电子间不可能有直接交换作用，而 是以传导电子为媒 介 产 生 间 接 交 换 作 用，使 *" 电 子与 .4 电子磁矩耦合。由于传导电子的媒介作用， 使得 *" 金属的自旋磁矩与 .4 金属的自旋磁矩总是
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掺杂 !" 对 #"$%&’ 薄膜的磁光性能的影响
图H 掺杂 .) 片与薄膜中 .) 含量的关系 图< 复合溅射靶示意图
34
<
< 71
结果与讨论
掺杂 .) 后薄膜克尔谱的变化 图 H 为溅 射 时 所 用 .) 片 数 量 与 .)()*+,- 薄
膜中 .) 的原子百分含量的关系。对掺杂轻稀土 .) 的 .)()*+,- 薄膜进行 了 克 尔 谱 的 测 量，结 果 如 图 4 所示。 图 4 中的 2.)，<.) ，4.) 和 9.) 表示溅射时所 贴 .) 片的 数 量。由 图 4 可 以 看 出，随 着 .) 的 掺 入，薄膜的克尔谱发生了改变。特别是在短波长范 围内，掺杂 .) 的薄膜 比 未 掺 杂 的 薄 膜 的 克 尔 角 都 要 大， 满足作为短波长高密度磁光记录介质的要
! 收稿日期：())4 0 )4 0 ** ；修订日期：())4 0 )2 0 )1
基金项目：国家自然科学基金重大项目资助（ 2)-3)(3)）
万方数据 " 通讯联系人（ 85PLA?：QLGMPAGM))2 R S’HPLA? . K’P）
作者简介：方
铭（ *3O- 0 ） ，男，布依族，贵州人，博士研究生；研究方向：高密度光存储材料
［- ， 4］ 很探测磁超
分辨交换 耦 合 双 层 膜 的 读 出 层，已 经 得 到 了 广 泛
［2 ，O］ 。但是在短波长下，#"$%&’ 薄膜 的研究及应用
光克尔角增大 * B 2 倍，但 同 时 它 也 使 其 反 射 率 下 降到原来的 * C ( B * C - ；采 用 双 层 交 换 耦 合 磁 光 薄 膜的方法
*
实
验
图 * 为交 换 耦 合 双 层 薄 膜 中 心 孔 探 测 磁 超 分 辨 （ &/<5:@7） 原理图，其原理如下：读出层在室温 下的磁化 方 向 平 行 于 膜 面，而 在 高 温 时 垂 直 于 膜 面，因为读出层的磁化强度在高温下较小，退磁场 能很小，记录层记 录 畴 的 磁 化 方 向 复 制 到 读 出 层， 低于中心温度的周围的磁畴仍处 于 平 面 磁 化 状 态，
［(］
的克尔角 不 够 大，为 了 使 其 能 够 应 用 于 短 波 长 下 中心孔径 探 测 磁 超 分 辨，希 望 通 过 在 掺 杂 轻 稀 土 !" 来提高 #"$%&’ 薄膜在短波长下的克尔角。本文 研究了 掺 入 轻 稀 土 元 素 !" 对 #"$%&’ 薄 膜 的 磁 光 性能的影响。
；在 67859: 三元系薄膜中掺入稀土元
［1］
素以增强 其 本 征 磁 光 克 尔 角
。在 最 后 一 种 方 法
中，掺入重 稀 土 元 素 对 增 强 磁 光 克 尔 角 已 没 有 多 大潜力，因为磁光 克 尔 角 的 大 小 受 到 材 料 的 限 制。 重稀土 5 过渡族 非 晶 薄 膜 具 有 优 良 的 记 录 特 性，但 是克尔角较 小；轻 稀 土 5 过 渡 族 非 晶 薄 膜 具 有 优 良 的读出特 性，却 由 于 饱 和 磁 化 强 度 较 大 而 难 以 形 成垂直磁化 膜。因 此 在 重 稀 土 5 过 渡 族 非 晶 薄 膜 中 掺入 轻 稀 土 元 素 制 备 出 重 稀 土 5 轻 稀 土 5 过 渡 族 （ 6785D7859:） 四元非 晶 垂 直 磁 化 膜，在 保 持 垂 直 各向异性的基础上，进一步提高磁光 E%FF 效应。这 种垂直磁化 膜 在 室 温 下 具 有 较 高 的 矫 顽 力 和 饱 和
［*］ ，它 可 使 磁 学干涉膜 />!，/?@A! 等 保 护 膜 方 法
磁化强度，因而磁畴尺寸较小，同时在短波长范围 内具有较 大 的 克 尔 角，很 可 能 成 为 下 一 代 短 波 长 高密度磁光记录介质。 中心孔 径 探 测 磁 超 分 辨 磁 光 读 出 技 术 （ &%GH%F /I%FHJF% <%H%KHA’G :LMG%HAKL??= >G"JK%" @JI%F 7%N’?J5 可以在不改变现有磁光驱动器读出 HA’G，&/<5:@7） 激光波长条 件 下 通 过 交 换 耦 合 两 层 薄 膜 来 实 现 小 尺寸记录畴的读出，增加存储密度，因此引起人们
关键词：磁光存储材料；!"#"$%&’ 薄膜；克尔转角；稀土 中图分类号：,-+- . 文献标识码：/ 文章编号：*))) 0 -1-1 （())2） )( 0 )*3( 0 )4
重 稀 土5过 渡 族 金 属 （ 67859: ） 三元非晶垂直 磁化膜 作 为 第 一 代 磁 光 盘 记 录 介 质 己 经 市 场 化， 其中 具 有 代 表 性 的 67859: 实 用 化 磁 光 记 录 薄 膜 是 9;$%&’ 和 <=$%&’ 薄膜。它们具有较 强 的 磁 垂 直 各向异性，矫 顽 力 较 大，矩 形 比 接 近 于 * ，但 它 的 磁光克尔 角 较 小，由 于 大 的 磁 光 克 尔 角 有 利 于 减 少误码，提高读出分辨率和信噪比，因 此 增 强 材 料 的磁光克 尔 效 应 是 一 项 重 要 研 究 内 容。为 了 增 强 其磁光克尔效应，可 以 采 用 三 种 措 施： 采用覆盖光
<期
方
铭等
掺杂 .) 对 ()*+,- 薄膜的磁光性能的影响
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 起到一个掩膜的作用，而中间是开孔 区。如 果 制 备 出磁 化 方 向 在 膜 面 内 的 重 稀 土 ! 轻 稀 土 ! 过 渡 族 （ "#$!%#$!&’） 四元非 晶 合 金 薄 膜，也 可 以 作 为 中 心孔径 探 测 磁 超 分 辨 交 换 耦 合 双 层 膜 的 读 出 层， 有利于中心 孔 径 探 测 磁 超 分 辨 读 出 与 短 波 长 记 录 相结合时获得大的读出信号。 采用自建 的 一 套 直 流 磁 控 溅 射 系 统 在 玻 璃 衬 底上制 备 ()*+,- 三 元 合 金 薄 膜 和 轻 稀 土 .) 掺 杂 的 .)()*+,- 四元合金 薄 膜。溅 射 时 采 用 氩 气 为 溅 射气体，溅射的本底真空 度 为 / 0 12 压为 2 7 8 56，溅射功率 92 :。 制备 ()*+,- 和 .)()*+,- 薄 膜 使 用 .)、() 片 与 *+/9 ,-19 复 合 靶 溅 射，*+,- 合 金 靶 的 直 径 为 !92 ;;。纯 () 片对 称 地 粘 贴 在 *+,- 合 金 靶 刻 蚀 最 大 的圆环区内（如图 < 所示） ，通过调整 () 在靶面 的 径向位置和 放 置 的 片 数 及 调 节 溅 射 功 率 和 氩 气 压 的大小来 改 变 稀 土 ! 过 渡 族 合 金 （ =6=+ +6=>?!>=6@AB>B-@ 薄膜中 #$ 与 &’ 的 成 分 比。四 元 磁 ;+>6C，#$!&’） 光记录膜的制备工艺 与 ()*+,- 薄 膜 的 制 备 工 艺 相 似，只需在制备 ()*+,- 薄膜的靶上，用 .) 金属片 替换部分 () 片 （如 图 < ） ，或 者 是 直 接 再 贴 一 定 数 量的 .) 片，根据 .) 片和 () 片的面 积 可 以 控 制 并 粗略地估算 出 制 备 的 .)()*+,- 磁 光 膜 中 .) 元 素 及 () 元 素 的 成 分 比。 为 了 便 于 比 较， 制 备 .)()*+,- 薄膜和制备其对比样品 ()*+,- 薄膜的工 艺参数基本相同。 用振动样 品 磁 强 计 （ DE’ ） 测试薄膜的饱和磁 化强度、矫 顽 力、补 偿 温 度 等 磁 性 常 数 和 磁 滞 回 线。薄膜克 尔 谱 的 测 量 采 用 复 旦 大 学 物 理 系 的 极 向克尔谱 仪 进 行 测 量。薄 膜 成 分 在 电 子 能 谱 仪 上 进行分析。