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研究生: 童群智
Tong, Eason
論文名稱: 不同製程條件對Co-Cr-Pt-B磁性薄膜性質之研究
指導教授: 張炎輝
Chang, Yen-Hwei
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學及工程學系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 垂直記憶Co-Cr-Pt-B
外文關鍵詞: PMR, Co-Cr-Pt-B
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  • 本實驗以Co-Cr-Pt-B磁性合金為材料,研究不同製程條件對於磁性薄膜性質所造成的影響。實驗中利用射頻濺鍍的方式將Co-Cr-Pt-B合金薄膜濺鍍於矽基板上,其中Co-Cr採合金靶方式,而Pt與B採貼片方式。實驗中改變的製程條件如下:Ti 層的施加以及厚度所造成的影響、基板溫度的改變、退火溫度的改變以及退火時間的改變。
    當改變Ti 層的厚度時,會直接影響到濺鍍在其上之磁性薄膜的失序層厚度,而失序層厚度的不同也會直接影響到磁性質的表現。在濺鍍過程中使用不同基板溫度只會對薄膜本身晶粒產生改變,當溫度越高晶粒也就越大。對於磁性質則無明顯改善。
    退火條件的影響則較為明顯,當退火溫度上升時晶粒大小也會隨之成長。當退火溫度到達700℃時,則開始有第二相CoPt相的析出。在磁性質方面,隨著退火溫度的上升都會有一定的改善情形。至於在退火時間的改變方面,發現當退火時間越長晶粒也會有成長的情形,但在垂直膜面上的矯頑磁力卻產生下降的趨勢。

    In this experiment, the Co-Cr-Pt-B magnetic thin film was used as material to find out the effect of different manufacturing processes. The magnetic thin film is deposited on Si substrate by Radio-Frequency Sputtering using composite target.
    The different manufacturing processes used in this experiment are as follows: the addition and the thickness of Ti under-layer, different substrate temperature, and post annealing process including annealing temperature and annealing time.
    Changing the thickness of Ti under-layer will directly affect the thickness of disordered layer while the thickness of this disordered layer will also affect the magnetic properties of thin film.
    The higher the substrate temperature, the bigger grain size is after sputtering. However, the magnetic properties cannot be promoted significantly via rising substrate temperature.
    The effect of post-annealing process is more obvious. The grain size grows up as the annealing temperature increases and a second phase (CoPt) begins to precipitate when the annealing temperature reaches 700℃. The magnetic properties of thin film are also enhanced with the increase of annealing temperature. The grain size grows up with annealing time, but the perpendicular coercivity tends to decrease while the annealing time is extended.

    摘 要 I 目 錄 III 圖 目 錄 VI 第一章 前言 1 第二章 理論基礎 2 2-1 濺鍍理論 2 2-1-1 濺鍍法 2 2-1-2 輝光放電 2 2-1-3 二極直流濺鍍(DC-Sputtering) 3 2-1-4 射頻濺鍍(RF-Sputtering) 4 2-1-5 磁控濺鍍 5 2-1-6 濺鍍率及影響鍍膜組成因素 6 2-2 磁性理論 7 2-2-1 磁性起源及分類 7 2-2-2 Co-Cr合金 8 2-2-3 Co-Cr磁性記憶薄膜 10 第三章 實驗流程與方法 18 3-1 實驗流程 18 3-2 製程設定 19 3-3 靶材及基材準備 20 3-3-1 靶材準備 20 3-3-2 基材準備 20 3-4 薄膜濺鍍 22 3-4-1 射頻濺鍍 22 3-4-2 直流濺鍍 23 3-5 熱處理 25 3-6 試片分析 26 3-6-1 掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 26 3-6-2 感應耦合電漿質譜分析儀(ICP-MS) 26 3-6-3 穿透式電子顯微鏡(TEM) 27 3-6-4 X光繞射分析(XRD) 27 3-6-5 磁性質量測 27 第四章 結果與討論 29 4-1 Co-Cr-Pt-B材料基本性質 29 4-2 底層的影響 34 4-2-1 底層之討論 34 4-2-2 不同厚度底層所造成之影響 35 4-3 薄膜成長溫度的影響 44 4-4 退火對於磁性薄膜的影響 52 4-4-1 退火時間的影響 52 4-4-2 退火溫度的影響 61 第五章 結論 76 參考文獻 78 圖 目 錄 第二章 圖2-1 濺鍍法之基本示意圖 13 圖2-2 直流輝光與電位分佈圖 13 圖2-3 輝光放電在陰極附近的氣體分子狀態 14 圖2-4 平面磁控濺鍍法簡圖 14 圖2-5 各種磁性質之磁矩排列情形 15 圖2-6 各種不同元素在不同偏壓下之濺鍍率 16 圖2-7 Co-Cr合金晶粒相分離示意圖 17 圖2-8 Co-Cr合金之二元相圖 17 第三章 圖3-1 靶材車置圖 21 圖3-2 Pt以及B薄片放置方式 21 第四章 圖4-1 初鍍膜之XRD分析圖像 31 圖4-2 初鍍膜之表面圖像 50000x 31 圖4-3 初鍍膜之表面圖像 80000x 32 圖4-4 初鍍膜之TEM明視野圖像 200000x 32 圖4-5 初鍍膜之TEM暗視野圖像 200000x 33 圖4-6 初鍍膜之電子繞射圖 33 圖4-7 30sec Ti under-layer 80000x 37 圖4-8 磁性薄膜+30sec Ti 層 50000x 37 圖4-9 60sec Ti under-layer 80000x 38 圖4-10 磁性薄膜+60sec Ti 層 50000x 38 圖4-11 90sec Ti under-layer 80000x 39 圖4-12 磁性薄膜+90sec Ti 層 50000x 39 圖4-13 不同Ti-層厚度對矯頑磁力之影響 42 圖4-14 不同Ti-層厚度對角型比之影響 42 圖4-15 不同Ti-層厚度下之XRD分析結果 43 圖4-16 不同基板溫度下之XRD分析 47 圖4-17 基板溫度200℃之表面狀態 80000x 47 圖4-18 基板溫度300℃之表面狀態 80000x 48 圖4-19 基板溫度400℃之表面狀態 80000x 48 圖4-20 基板溫度200℃之橫截面 40000x 49 圖4-21 基板溫度300℃之橫截面 50000x 49 圖4-22 基板溫度400℃之橫截面 40000x 50 圖4-23 不同基板溫度對矯頑磁力之影響 50 圖4-24 不同基板溫度對角型比之影響 51 圖4-25 在600℃下不同退火時間之XRD結果 55 圖4-26 600℃下退火時間30 min後之表面狀態 50000x 55 圖4-27 600℃下退火時間1 hr後之表面狀態 50000x 56 圖4-28 600℃下退火時間1 hr後之表面狀態 80000x 56 圖4-29 600℃下退火時間2 hr後之表面狀態 50000x 57 圖4-30 600℃下退火時間2 hr後之表面狀態 80000x 57 圖4-31 尚未退火前之橫截面 20000x 58 圖4-32 600℃下退火30 min後之橫截面 20000x 58 圖4-33 600℃下退火1 hr後之橫截面 20000x 59 圖4-34 600℃下退火2 hr後之橫截面 20000x 59 圖4-35 600℃下不同退火時間對矯頑磁力的影響 60 圖4-36 600℃下不同退火時間對角型比的影響 60 圖4-37 不同退火溫度下退火1 hr後之XRD分析 66 圖4-38 500℃退火1 hr後之表面狀態 80000x 66 圖4-39 600℃退火1 hr後之表面狀態 80000x 67 圖4-40 700℃退火1 hr後之表面狀態 80000x 67 圖4-41 500℃退火1 hr後之橫截面 40000x 68 圖4-42 600℃退火1 hr後之橫截面 50000x 68 圖4-43 700℃退火1 hr後之橫截面 50000x 69 圖4-44 600℃退火1 hr後之TEM明視野 X100000 70 圖4-45 600℃退火1 hr後之TEM明視野 X200000 70 圖4-46 700℃退火1 hr後之TEM明視野 X50000 71 圖4-47 700℃退火1 hr後之TEM明視野 X100000 71 圖4-48 700℃退火1 hr後之TEM明視野 X200000 72 圖4-49 600℃退火1 hr後之電子繞射圖 73 圖4-50 600℃退火1 hr後(左) vs. 未經退火試片(右) 73 圖4-51 700℃退火1 hr後之電子繞射圖 74 圖4-52 600℃退火1 hr後(左) vs. 700℃退火1 hr後(右) 74 圖4-53 不同退火溫度下退火1 hr後對矯頑磁力的影響 75 圖4-54 不同退火溫度下退火1 hr後對角型比的影響 75

    1. Toshiaki Keitoku, Jun Ariake, Naoki Honda, Kazuhiro Ouchi, J. Magn. Magn. Mater. 235(2001)34.
    2. 賴耿陽編譯,”薄膜製作工藝學”,復漢出版社,1987,第四章。
    3. 楊錦章譯,”基礎濺鍍電漿”,電子發展月刊,第68期,1983,13。
    4. 林瑞陽編譯,真空濺鍍及其工業應用,台大慶齡工業中心演講,(1995),第八章。
    5. 張煦、李學養譯,”磁性物理學”,聯經出版社,(1982)
    6. S. Iwasaki and H. Yamazaki, Proc. 7 the Ann. Conf. on Magnetism, 4PA-7, (1995)
    7. P.-L. Lu and S. H. Charap, IEEE Trans. Magn. MAG-30, (1994) 4230
    8. Y. Maeda and M. Takahashi, “Segregated Microstructure Growth in Sputtered Co-Cr Films”, IEEE Trans. Magn., vol. 24, no.6, (1988) 3012-3014.
    9. Y. Uchiyama, K. Ishibashi, H.Sato, U. Hwuang, and T. Suzuki, “Magnetic Properties and Microstructure of sputtered Co-Cr films”, IEEE Trans. Magn., vol. 23, no.5, Sept. (1987) 2058-2060.
    10. U. Hwang, Y. Uchiyama, K. Ishibashi, and T. Suzuki, “Magnetic Properties and Microstructure of sputtered Co-Cr films”, Thin Solid Films, vol. 147, (1987) 231-241.
    11. Y. Maeda and M. Asahi, J. Appl. Phys. 61(1987)1972.
    12. M. Takahashi and Y. Maeda, Jpn. J. Appl. Phys. 29(1990) 1705.
    13. Y. Maeda, M. Asahi and M. Seki, Jpn. Appl. Phys. 25(1986) L668.
    14. M. Sagoi and T. Inoue, “Effect of third-element additions of Co-Cr- based films ”, J. Appl. Phys. vol. 67, no.10, (1990) 6394-6398.
    15. K. Oikawa, G. W. Qin, O. Kitakami, Y. Shimada, K. Fukamichi, and K. Ishida, “Prediction of effectively elements for magnetically induced phase separation in Co-Cr-based magnetic recording media”, J. Appl. Phys., vol.79, no.5, (2001) 644-646.
    16. K. M. Kemner, V. G. Harris, V. Chakarian, Y. U. Idzerda, W. T. Elam, C. C. Kao, Y. C. Feng, D. E. Laughlin, and J. C. Woicik, “The role of Ta and Pt in segregation within Co-Cr-Ta and Co-Cr-Pt thin film magnetic recording media”, J. Appl. Phys., vol. 79, no.8, (1996) 5345-5347.
    17. Y. Sonobe, Y. Ikeda, H. Uchida, and T. Toyooka, ”Ti underlayer effect on the recording characteristics of Co-Cr perpendicular media with weak and strong interparticle interactions”, J. Appl. Phys., vol.81, no.8, (1997) 4667-4669.
    18. O. Kitakami, Y. Ogawa, H. Fujiwara, F. Kugiya, and M. Suzuki, “Influence os Initial Growth Layer and Ti Underlayer on Magnetic Properties and Recording Characteristics of Very Thin Films of Evaporated Co-Cr Media”, IEEE Trans. Magn., vol 25, no.3, (1999) 2607-2611.
    19. T. Onoue, T. Asahi, K. Kuramochi, J. Kawaji, T. Homma, and T. Osaka, “CoCrPtTa and Co/Pd Perpendicular Magnetic Recording Media with Amorphous Underlayers”, IEEE Trans. Magn., vol.37, no.4, (2001) 1592-1594.
    20. A. Sato, S. Nakagawa, and M. Naoe, “Co-Cr-Ta Perpendicular Magnetic Recording Media Using Pt Seed Layer”, IEEE Trans. Magn., vol. 36, no. 5, (2000) 2387-2389.
    21. D. J. Rogers, J. N. Chapman, J. P. C. Bernards, and S. B. Luitjens, “Determination of local composition in Co-Cr films deposited at different substrate temperatures”, IEEE Trans. Magn., (1989) 4180-4182.
    22. Y. Uchiyama, H. Sato, and Y. Kitamoto, “Effect of substrate temperature on magnetic and microstructural properties of sputtered Co-Cr films with perpendicular magnetic anisotropy”, IEEE Tran. Magn., vol. 28, no.5, (1992) 2010-2017.
    23. P. W. Jang, T. D. Lee, Y. H. Kim, and T. Kang, “Heat treatment effects of CoCr sputtered films”, IEEE Tran. Magn., vol. 26, no.5, (1990) 1623-1625.
    24. N. Inaba, Y. Uesaka, and M. Futamoto, “Compositional and temperature dependence of basic magnetic properties of CoCr-alloy thin films”, IEEE Tans. Magn., vol. 36, no. 1, (2000) 54-59.
    25. A. Fartash, and H. Oesterreicher, “Magnetic properties of Co-Cr films and the effects of heat treatment”, J. Appl. Phys., vol. 66, no.7, (1989) 3275-3281.
    26. M. Sato, Y. Onishi, and A. Nakaue, “Co-based alloy media with a high coercivity prepared by heat treatment after sputtering”, IEEE Tran. Magn., vol.29, no.6, (1993) 3685-3687.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2003-07-10公開
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