(57)【要約】【課題】増大された磁気異方性を有する装置および関連する方法の提供。【解決手段】装置は、断熱基板と、断熱基板上のエネルギー吸収層と、エネルギー吸収層上のフラッシュ・アニールされた磁気層とを含む。フラッシュ・アニールされる磁気層は、データ記憶のために構成できる。方法は、断熱基板を提供する段階と、断熱基板上にエネルギー吸収層を被着させる段階と、エネルギー吸収層上に磁気層を被着させる段階と、磁気層をフラッシュ・アニールする段階とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱基板と、
前記断熱基板上のエネルギー吸収層と、
前記エネルギー吸収層上のフラッシュ・アニールされた磁気層と
を備える装置。
【請求項２】
前記断熱基板は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記断熱基板は複数の層を含む、請求項１に記載された装置。
【請求項４】
前記エネルギー吸収層は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｎｂ、Ｎｉ−Ｃｒ、又は酸化物と組み合わされた任意のこれらの金属を含む、請求項１に記載された装置。
【請求項５】
前記エネルギー吸収層は、約２ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項４に記載された装置。
【請求項６】
前記エネルギー吸収層は、複数の層を含む、請求項１に記載された装置。
【請求項７】
前記フラッシュ・アニールされた磁気層は、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、Ｎ２ｄＦｅ１４Ｂ４、ＳｍＣｏ５、ＹＣｏ３、Ｓｍ２Ｃｏ１７、ＦｅＰｄ、ＭｎＡｌ、ＣｒＰｔ３、ＲＥ２Ｆｅ１４Ｂ４、ＲＥＣｏ５及びＲＥ２Ｃｏ１７を含み、ＲＥは、Ｓｍ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ又はＴｂを含むことのできる希土類元素を表す、請求項１に記載された装置。
【請求項８】
前記フラッシュ・アニールされる磁気層は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項７に記載された装置。
【請求項９】
前記フラッシュ・アニールされた磁気層は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有する、請求項１に記載された装置。
【請求項１０】
断熱基板と、
前記断熱基板上のエネルギー吸収層と、
前記エネルギー吸収層上のフラッシュ・アニールされた磁気記録層と
を備えるデータ記憶媒体。
【請求項１１】
前記フラッシュ・アニールされた磁気記録層は、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、Ｎ２ｄＦｅ１４Ｂ４、ＳｍＣｏ５、ＹＣｏ３、Ｓｍ２Ｃｏ１７、ＦｅＰｄ、ＭｎＡｌ、ＣｒＰｔ３、ＲＥ２Ｆｅ１４Ｂ４、ＲＥＣｏ５及びＲＥ２Ｃｏ１７を含み、ＲＥは、Ｓｍ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ又はＴｂを含むことのできる希土類元素を表す、請求項１０に記載されたデータ記憶媒体。
【請求項１２】
前記フラッシュ・アニールされた磁気記録層は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１０に記載されたデータ記憶媒体。
【請求項１３】
前記フラッシュ・アニールされた磁気記録層は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有する、請求項１０に記載されたデータ記憶媒体。
【請求項１４】
断熱基板を提供する段階と、
前記断熱基板上にエネルギー吸収層を被着させる段階と、
前記エネルギー吸収層上に磁気層を被着させる段階と、
前記磁気層をフラッシュ・アニールする段階と
を含む、方法。
【請求項１５】
前記フラッシュ・アニールする段階は、約０．０５ミリ秒〜約１０００ミリ秒の範囲の時間の間、光パルスに前記磁気層を露光させる段階を含む、請求項１４に記載された方法。
【請求項１６】
前記光パルスは、約２００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の波長を有する、請求項１５に記載された方法。
【請求項１７】
前記フラッシュ・アニールは、約３００℃〜約２２００℃の範囲の温度で実施される、請求項１４に記載された方法。
【請求項１８】
前記フラッシュ・アニールされた磁気層は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有する、請求項１４に記載された方法。
【請求項１９】
データ記憶用に前記磁気層を構成する段階をさらに含む、請求項１４に記載された方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法に従って構成された薄膜構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦支援を受けた研究又は開発に関する申告）
本発明は、アメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）により与えられた契約番号第７０ＮＡＮＢ１Ｈ３０５６号の下で、米国政府の支援と共になされた。米国政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００２】
広く言えば、本発明は、増大された磁気異方性を有する装置および関連する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
磁気異方性の増大された材料は、例えば記録密度を高めることが継続的に必要なデータ・ストレージ産業における用途などの、様々な用途にとって望ましい。１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２に近づきつつある密度を保持できるデータ記憶（データ・ストレージ）媒体には、従来の媒体材料に比べてより大きな磁気異方性を有する材料が必要となるであろう。１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２よりも大きな密度を保持することが理論的に可能な結晶磁気異方性を有する結晶相を有する、バルクの永久磁性材料は公知である。バルクの永久磁性材料に対しては、通常、材料特性を最適化するために、相形成及び微細構造を制御する特別な熱処理が施される。データ記憶媒体にこれらの材料を組み入れるために、正確な結晶相が、微細な、ナノ結晶の、交換減結合結晶粒又は部分的交換減結合結晶粒のミクロ組織内で得られなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノ結晶粒を形成できる薄膜製造技術は、それ自体で正確な相を形成しない。例えば、ＦｅＰｔ系は、面心立方（ｆｃｃ）相として析出され、その後の熱処理が、材料を高異方性Ｌ１０相に変態させる（すなわち化学的に秩序化する）ために必要とされる。例えばＮｂ２Ｆｅ１４Ｂ、ＳｍＣｏ５及びＳｍ２ＳｍＣｏ１７などを含む希土類系は、アモルファス相として析出され、その後の熱処理が、高異方性相に変態させるために必要とされる。熱処理工程が、高異方性相の形成のために必要とされるが、高速熱処理及び炉中熱処理などの技術は、結晶組織の結晶粒粗大化を引き起こし、それによって、必要とされるナノ結晶構造を除去してしまう。必要とされる相変態反応と、ミクロ組織の不利益な結晶粒粗大化反応との間の相反を調整して、磁気異方性の向上を実現することが望ましい。
【０００５】
このように、増大された磁気異方性を有する改良された材料が必要であることが、明らかである。また、公知のデータ記憶媒体の限界、欠点及び／又は短所を解消する、改良されたデータ記憶媒体が必要であることが、明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この要求及び他の要求に答えるものである。このことは、本明細書及び図面を精査すれば十分に理解されるであろう。
【０００７】
本発明の一観点によれば、断熱基板と、断熱基板上のエネルギー吸収層と、エネルギー吸収層上のフラッシュ・アニールされた磁気層とを含む装置が提供される。フラッシュ・アニールされた磁気層は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有することができる。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、断熱基板と、断熱基板上のエネルギー吸収層と、エネルギー吸収層上のフラッシュ・アニールされた磁気記録層とを含むデータ記憶（データ・ストレージ）媒体が提供される。フラッシュ・アニールされた磁気層は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有することができる。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、断熱基板を提供する段階と、断熱基板上にエネルギー吸収層を被着させる段階と、エネルギー吸収層上に磁気層を被着させる段階と、磁気層をフラッシュ・アニールする段階とを含む方法が提供される。フラッシュ・アニールする段階は、約０．０５ミリ秒〜約１０００ミリ秒の範囲の時間の間、光パルスに磁気層を露光させる段階を含むことができる。光パルスは、約２００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の波長を有することができる。さらに、フラッシュ・アニールする段階は、約３００℃〜約２２００℃の範囲の温度で実施できる。
【００１０】
本発明のこれらの及び他の観点が、以下の説明からより明らかになろう。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の態様を含むことができるデータ記憶装置１０の図である。データ記憶装置１０は、データ記憶装置１０の様々な構成要素を含むように寸法設定され及び構成されたハウジング１２（この図においては、上部部分が除去され、下方部分が見える）を含む。データ記憶装置１０はスピンドル・モータ１４を含み、スピンドル・モータ１４は、ハウジング１２内で、垂直の、及び／又は長手方向の、及び／又は傾斜された磁気記録媒体であり得る磁性記録媒体１６などの少なくとも１つの記憶媒体を回転させる。少なくとも１つのアーム１８がハウジング１２内に含まれ、各アーム１８は、記録ヘッド又はスライダ２２を有する第１の端部２０と、軸受２６によって軸上に枢動的に設置された第２の端部２４とを有する。アクチュエータ・モータ２８が、ディスク１６の所望のセクタ又はトラック２７上に記録ヘッド２２を配置するようにアーム１８を枢動するために、アームの第２の端部２４に配置される。アクチュエータ・モータ２８は、制御装置によって調整されるが、制御装置は、この図面には図示されず、当技術分野においてよく知られたものである。
【００１２】
図２を参照すると、本発明に従って構成された薄膜構造体３０が図示される。構造体３０は、例えばデータ記憶媒体であることができる。構造体３０は、底面３３を有する断熱基板３２と、基板３２上のエネルギー吸収層３４と、エネルギー吸収層３４上の磁気層３６とを含む。磁気層３６は、上面３７を含む。本発明によれば、磁気層３６は、実質的な面心立方相（ｆｃｃ）から実質的なＬ１０相へと磁気層３６の結晶構造を相変態させるように、フラッシュ・アニールされる。これにより、磁気異方性の増大された磁気層３６が得られる。例えば、フラッシュ・アニールされた磁気層３６は、約０．５×１０７ｅｒｇ／ｃｃ〜約３０×１０７ｅｒｇ／ｃｃの範囲の磁気異方性を有することができる。増大された磁気異方性を有し得る磁気層３６は、例えば記録情報用のデータ記憶層として有利に使用でき、高磁気異方性材料は、データ記憶媒体の記録密度を高めることができる。
【００１３】
断熱基板３２は、ガラス、セラミック又はそれらの組合せを含むことができる。基板３２は、約０．７Ｗ／ｍＫ〜約２Ｗ／ｍＫの範囲の熱伝導率ｋを有することができる。さらに、基板３２は、約０．１ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲の厚さを有することができる。
【００１４】
エネルギー吸収層３４は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｅ、Ｂｅ、Ｎｂ、Ｎｉ−Ｃｒ、又は酸化物と組み合わされた任意のこれらの金属を含むことができる。さらに、エネルギー吸収層３４は、約２ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。層３４は、約３００℃〜約２２００℃のフラッシュ・アニール温度範囲に耐えることができる必要があり、光源が放射する波長においてフラッシュ・アニールから光エネルギーを吸収することができる必要がある。そのような波長は、例えば約２００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲であることができる。エネルギー吸収層３４によるフラッシュ・アニールからの光エネルギーの吸収は、構造体３０における熱の保持を補助して、磁気層３６における所望の相変態を促進する。
【００１５】
磁気層３６は、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、Ｎ２ｄＦｅ１４Ｂ４、ＳｍＣｏ５、ＹＣｏ３、Ｓｍ２Ｃｏ１７、ＦｅＰｄ、ＭｎＡｌ、ＣｒＰｔ３、ＲＥ２Ｆｅ１４Ｂ４、ＲＥＣｏ５及びＲＥ２Ｃｏ１７を含むことができる。ここで、ＲＥは、例えばＳｍ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ又はＴｂを含むことのできる希土類元素を表す。磁気層３６は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の厚さを有することができる。
【００１６】
図２に図示される薄膜構造体３０は、相変態が生じる磁気層３６の高速加熱及び高速冷却を可能にするように設計される。断熱基板３２の使用が、磁気層３６の高速加熱及び高速冷却の達成を補助する。断熱基板３２が使用されると、磁気層３６は、急速に冷え、基板３２の底面３３は、極くわずかだけ熱くなる（例えば図３ａ〜図３ｃを参照）。高速冷却は、所望の相変態を実現することを助ける。しかし、比較として、例えばＳｉ基板などの断熱基板とは見なされない基板が使用される場合には、膜構造体及び基板は、非常に高い温度にて互いに急速に熱平衡状態になる。この場合、基板及び膜構造体は、外部環境を用いた従来の冷却方法（例えば、放射、対流及び／又は伝導など）によって共に冷却され、所望の相変態を起こさない。
【００１７】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、種々の熱伝導率ｋを有する基板に関して、ＦｅＰｔから形成された磁気層３６の上面３７（図３ａ〜図３ｃにおいて「上（ＴＯＰ）」として示される）での、及び基板３２の底面３３（図３ａ〜図３ｃにおいて「底（ＢＯＴＴＯＭ）」として示される）での温度対時間のシミュレーションをグラフ化することによって、断熱基板３２を使用することの利点をグラフにて示す。詳細には、図３ａ、図３ｂ及び図３ｃによれば、最高温度Ｔｍａｘは、熱伝導率ｋが低下すると明らかに上昇することが示される。また、図３ａ〜図３ｃにおけるデータの取得のために使用されたフラッシュ・アニール・ランプの「電力（ＰＯＷＥＲ）」が、図３ａ、図３ｂ及び図３ｃに示されている。
【００１８】
図４を参照すると、エネルギー吸収層１３４が複数の層を含む、本発明に従って構成された薄膜構造体１３０が図示されている。構造体１３０は、断熱基板１３２と、基板１３２上のエネルギー吸収層１３４と、エネルギー吸収層１３４上の磁気層１３６とを含む。エネルギー吸収層１３４は、例えばＲｕの層１３４ａ、Ｐｔの層１３４ｂ、及びＴａの層１３４ｃを含むことができる。他の材料が、本発明による層１３４を形成するために使用できることが理解されよう。例えば、層１３４ａは、ＲｕＣｕ、ＯｓＣｕ、ＲｕＣ、ＲｕＢ又はＲｕＣｏＣｒから形成でき、層１３４ｂは、ＲｕＣｕから形成でき、層１３４ｃは、Ｃｕから形成できる。したがって、例えば層１３４ａ、層１３４ｂ又は層１３４ｃについて本明細書において列挙された例示の材料から形成された２つ又はそれ以上の層が、本発明による複数の層を有するエネルギー吸収層１３４を形成するために提供できることが、理解されよう。
【００１９】
磁気層１３６は、実質的な面心立方相（ｆｃｃ）から実質的なＬ１０相へと磁気層１３６の結晶構造を変態させるように、フラッシュ・アニールされる。これは、磁気層１３６の磁気異方性の増大をもたらす。
【００２０】
図５、図６ａ及び図６ｂは、構造体１３０を使用する本発明のエネルギー吸収層の利点を示すために提供される。詳細には、図５は、図６ａ及び図６ｂに示されるシミュレーション結果をもたらすために使用された構造体１３０に関する層厚さ及び温度特性を示す。これらのシミュレーションにおいて、フラッシュ・アニール・ランプ１５０と、構造体１３０の磁気層１３６の上面１３７との間に約４．４４ｍｍの空間があり、ランプ１５０は、層１３６に、矢印１５２により示される光パルスを照射する。シミュレーションのためのこの空間は、ランプ１５０と構造体１３０との間にＡｒガスを流すことを前提とする。シミュレーションでは、熱エネルギーが、相変態の間、基板中への拡散の間、並びに例えばフラッシュ・アニールにおいて使用されるＡｒガスと石英棒とを介してなどの環境中への放射を介して、フラッシュ・アニール工程において消耗されることが考慮される。
【００２１】
図６ａ及び図６ｂは、約２ミリ秒、１４ミリ秒及び５０ミリ秒の別個の期間の間に印加される光パルスに対する温度変化をグラフに示す。図６ａ及び図６ｂにおいて、温度変化は、距離「ｚ」に対してグラフ化される。距離「ｚ」は、破線「ｚ」によって表されるフラッシュ・アニール・ランプ１５０からの距離である。例えば、「ｚ」は、上面１３７では約４．４４ｍｍである。図６ａは、エネルギー吸収層１３４がない状態の、すなわち層１３４が除去された状態の結果を示し、他方、図６ｂは、エネルギー吸収層１３４がある状態の結果を示す。図６ｂに図示されるように、磁気層１３６において明らかにより高い温度が実現されることが可能であり、相変態は、エネルギー吸収層１３４を使用する場合に生じる。
【００２２】
図７を参照すると、基板２３２が複数の層を含む、本発明に従って構成された薄膜構造体２３０が図示される。構造体２３０は、基板２３２と、基板２３２上のエネルギー吸収層２３４と、エネルギー吸収層２３４上の磁気層２３６とを含む。基板２３２は、（ｉ）例えばＳｉ、又は断熱性であると見なされない（すなわち、本明細書において説明される断熱基板を形成するための所望の範囲を上回る熱伝導率を有する）他の適当な材料から形成される層２３２ａと、（ｉｉ）例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、又は本明細書において説明される適当な熱伝導率を有する任意の他の断熱性材料から形成される、断熱層２３２ｂとを含むことができる。層２３２ａ及び層２３２ｂは、本発明のために十分な断熱性を有する基板２３２を提供するように組み合わされる。層２３２ｂは、基板２３２が十分な断熱性を実現するように、約１μｍ〜約１ｍｍの範囲の厚さを有することができる。基板２３２が全体として、本発明に従った十分な断熱性を提供することが可能である限り、他の材料及び／又は層が、基板２３２を形成するために使用されることが可能であることが理解されよう。
【００２３】
本発明は、本明細書において説明される薄膜構造体を形成するための方法を含む。詳細には、同方法は、断熱基板（例えば基板３２）を提供する段落と、断熱基板上にエネルギー吸収層（例えば層３４）を被着させる段落と、エネルギー吸収層上に磁気層（例えば磁気層３６）を被着させる段落と、磁気層をフラッシュ・アニールする段落とを含む。フラッシュ・アニールする段階は、約０．０５ミリ秒〜約１０００ミリ秒の範囲の時間の間、光パルスに対して磁気層を露光させる段落を含むことができる。フラッシュ・アニールする段落は、例えば真空、又はＮ、Ａｒ、Ｎｅ若しくはＫｒからなる環境などの、非酸化性環境において実施できる。
【００２４】
例えばＮａｎｏｐａｒｋ／ＦＨＲにより製造されるＦＬＡ−１００などのフラッシュ・アニール・ツールが、本発明のための所望のフラッシュ・アニールを実現するために使用できる。
【００２５】
いくつかの具体例が、本発明を図示するために、本明細書において説明されてきたが、これらは本発明を限定するためではない。細部、材料、及び部品の配置の多数の変形が、添付の特許請求項の範囲において説明される本発明から逸脱することなく、本発明の原理及び範囲内においてなされ得ることが、当業者には理解されよう。例えば、本発明が、説明の目的のためだけに、データ記憶の適用例のために使用されるものとして本明細書において説明されたが、本発明は、フラッシュ・アニールを利用してより短い時間で増大された磁気異方性と相変態とを得ることが望ましいデータ記憶以外の適用例における実用性を有してもよいことが、理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従って構成された薄膜構造体を使用できるデータ記憶装置の図。
【図２】本発明に従って構成された薄膜構造体の概略図。
【図３ａ】様々な熱伝導率を有する基板についての、温度対時間のグラフ。
【図３ｂ】様々な熱伝導率を有する基板についての、温度対時間のグラフ。
【図３ｃ】様々な熱伝導率を有する基板についての、温度対時間のグラフ。
【図４】本発明に従って構成された薄膜構造体の概略図。
【図５】図４に示される構造体についての、層厚さ及び温度特性を示す表。
【図６ａ】図４に示される構造体についての温度変化を示すグラフ。
【図６ｂ】図４に示される構造体についての温度変化を示すグラフ。
【図７】本発明に従って構成された薄膜構造体の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2008269768.tif 000011
【図７】
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【外国語明細書】
2008269768000001.pdf