СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО НОСИТЕЛЯ С ПАТТЕРНИРОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЗАПИСИ
METHOD OF MAKING MAGNETIC CARRIER WITH PATTERNED STRUCTURE DIGITAL RECORDING

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для производства магнитных носителей информации, используемых в различных устройствах - компьютерах, звукозаписывающей аппаратуре, видеомагнитофонах и т.п.
Известен способ изготовления магнитного носителя, представляющего собой немагнитную матрицу с распределенными в ней частицами магнитного материала так, что исключается контакт между ними (см. описание к патенту США N 5652054, НКИ 428-328, 1997 /1/). Носитель получают одновременным магнетронным распылением материала немагнитной матрицы и магнитного материала и их совместным осаждением в вакууме на подложку из стекла, керамики или металла. Может быть использовано также распыление в инертном газе или химическое осаждение из газовой фазы. Недостатком известного способа является отсутствие четкой регулярной структуры магнитных частиц в матрице, неодинаковость их геометрических размеров, формы и промежутков из немагнитного материала между ними.
Известен способ изготовления магнитного носителя, представляющего собой матрицу из немагнитного материала с размещенными в ней на равных расстояниях друг от друга магнитными частицами одинакового размера и одинаковой формы с анизотропией формы, обеспечивающей два устойчивых намагниченных состояния (см. описание к патенту США N 5820769, кл. 216-22, 1998 /2/). В основе производства лежит метод электронно-лучевой литографии, позволяющий фокусировать электронный луч до диаметра пятна 4 мм на резисте, в качестве которого используют слой РММА (оргстекло) толщиной 130-720 нм. После травления в резисте образуются окна, в которые наносится магнитный материал. В результате получают магнитные частицы с размером в длину 120 нм и диаметром 35-40 нм (т.е. анизотропия формы характеризуется соотношением длины к диаметру в пределах 3-3,4) с расстоянием между ними от 50 до 1000 нм. Недостатком известного способа является относительная сложность его реализации, обусловленная использованием литографических процессов. Кроме того, получаемые по известному способу отдельные магнитные частицы имеют относительно большие размеры, что снижает потенциально достижимую плотность записи информации, а также обладают относительно слабой анизотропией формы, что в совокупности может снизить надежность хранения записанной информации вследствие спонтанного размагничивания, вызванного несоблюдением определенных условий хранения (отсутствие магнитных и электромагнитных полей, воздействие тепла и т.п.).
Известен способ изготовления магнитного носителя, известный из описания к заявке Японии N 3-254421, G11В 5/84, 1991 /3/. Способ заключается в том, что на немагнитный диск наносится гальваническим способом или напылением слой магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью толщиной 1 мкм, поверх которого наносится слой двуокиси кремния. На слой пленки методом фотолитографии формируется маска для имплантации ионов. В те области, которые не защищены маской, внедряют ионы, которые обеспечивают трансформацию магнитных свойств облучаемого материала. В частности, в данном случае под воздействием потока ионов водорода или гелия формируются немагнитные области. Затем маска удаляется, и сформированный слой с чередующимися магнитными и немагнитными участками покрывается слоем сплава кобальт-хром. Недостатком известного способа является то, что с его помощью получают носители с относительно малой плотностью записи информации и слабо выраженной анизотропией формы, что может приводить к спонтанному изменению вектора намагниченности, вызванному внешними факторами.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ изготовления магнитного носителя, известный из описания к RU 2169398, кл. G11B 5/84, 2001 /4/. Способ изготовления магнитного носителя включает нанесение на подложку пленки из материала, изменяющего свои магнитные свойства под воздействием потока заряженных частиц, и формирование в ней регулярной структуры из единичных магнитных элементов облучением выбранных участков, при этом единичный магнитный элемент формируют с отношением его наибольшего размера к каждому из двух других 3,5:1-15:1, а пленку наносят толщиной, равной одному из трех размеров элемента.
Недостатком известного способа является то, что с его помощью получают носители с относительно невысокой энергией электромагнитного импульса, излучаемого магнитными элементами в процессе перемагничивания или нагрева при считывании хранимой на них информации.
Заявляемый способ изготовления магнитного носителя направлен на повышение амплитуды и уменьшение длительности электромагнитного импульса, излучаемого магнитным элементом в процессе его перемагничивания или размагничивания для считывания хранимой на нем информации.
Указанный результат достигается тем, что способ формирования магнитного носителя с паттернированной структурой для цифровой записи включает упругую деформацию подложки путем приложения к ней растягивающих усилий вдоль одной оси, напыление на нее слоя немагнитного вещества, придание участкам напыленного слоя магнитных свойств за счет изменения их химического состава путем облучения ускоренными частицами, обеспечивающими селективное удаление требуемых атомов и последующее снятие с подложки растягивающих усилий.
Формирование магнитных элементов записи и/или хранения информации на предварительно упругодеформированной путем приложения к ней растягивающих усилий вдоль одной оси подложки и последующее снятие с подложки растягивающих усилий, что позволяет получить элементы не только с анизотропией формы, но и с анизотропией упругой деформации. А это, как показали исследования, приводит к увеличению прямоугольности петли гистерезиса полученной таким образом тонкой магнитной пленки при ее перемагничивании внешним магнитным полем в направлении, перпендикулярном упругой деформации (по сравнению с такой же пленкой, полученной без предварительного упругого растяжения подложки), и в конечном итоге к увеличению амлитуды электромагнитного импульса (снижению длительности этого импульса), излучаемого при ее перемагничивании внешним магнитным полем.
Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и чертежом, на котором последовательно и схематично показаны стадии реализации способа изготовления магнитного носителя.
На чертеже позициями обозначены:
1 - подложка;
2 - слой немагнитного материала;
3 - поток ускоренных частиц;
4 - шаблон или маска;
5 - участки немагнитного материала, приобретшие магнитные свойства под воздействием потока ускоренных частиц.
Буквами на чертеже обозначены следующие стадии процесса:
а - подложка в исходном, не деформированном состоянии;
б - к подложке приложено растягивающее усилие в пределах упругой деформации;
в - на подложку нанесен слой немагнитного материала;
г - подложка подвергнута облучению потоком ускоренных частиц;
д - произошло преобразование свойств облученных участков слоя из немагнитного в магнитное;
е - растягивающее усилие снято, и размеры подложки вернулись в исходное состояние.
Пример 1. Способ реализуется следующим образом. К подложке 1, изготовленной из материала, способного упруго деформироваться в широких пределах, например, из лавсана, полиимида и т.п. прикладывают одноосное растягивающее усилие, обеспечивающее ее деформацию в пределах упругой области, а затем известным образом, например напылением, химическим осаждением и т.п. наносят слой 2 материала, который может изменять свои магнитные свойства под воздействием ускоренных частиц. Таким материалом может быть, например, оксид кобальта. Толщина слоя выбирается в зависимости от решаемой задачи и может составлять от нескольких нанометров до величин порядка 100 нм и несколько более. Обычно при создании паттернированных магнитных сред с продольными битами исходные толщины слоя составляют ~40-80 нм. Затем подготовленный таким образом образец облучают через маску или шаблон потоком ускоренных частиц, например, атомами или ионами водорода, или атомами или ионами гелия, или другими, выбранными из числа известных. Тип ускоренных частиц, их дозу, энергию выбирают в зависимости от материала слоя, в котором происходит трансформация магнитных свойств. Параметры потоков ускоренных частиц могут выбираться расчетным путем на основании известных правил или подбираться экспериментально. Под воздействием ускоренных частиц в участках 5 слоя немагнитного материала 2, не защищенных маской (шаблоном) 4, происходит преобразование свойств материала слоя из немагнитного материала в магнитный. После облучения маску (шаблон) 4 удаляют, а растягивающее усилие снимают. Снятие растягивающих напряжений с подложки (т.е. ее разгрузка) вызывает упругую анизотропную деформацию (сжатие) тонкого немагнитного слоя 2 и размещенных в его теле дискретных магнитных элементов 5, сформированных в результате воздействия ускоренных частиц, в направлении предварительного растяжения подложки. Последняя операция приводит к увеличению прямоугольности петли гистерезиса полученных таким образом дискретных магнитных элементов 5 при их перемагничивании внешним магнитным полем в направлении, перпендикулярном упругой деформации (по сравнению с таким же носителем, изготовленным без предварительного упругого растяжения подложки), и в конечном итоге к увеличению амлитуды электромагнитного импульса (снижению длительности этого импульса), излучаемого при их перемагничивании внешним магнитным полем.
-3
-5
Пример 2. Способ формирования магнитного носителя с паттернированной структурой для цифровой записи может осуществляться следующим образом. На подложку 1 (см. чертеж) из лавсана толщиной 100 мкм, обеспечивающей требуемые прочностные характеристики, с приложенным к ней одноосным растягивающим усилием, обеспечивающим ее упругую деформацию ~ 3% вакуумным напылением наносят слой 2 из оксида кобальта толщиной ~ 40 нм. Полученные заготовки помещают в рабочую камеру, содержащую источник ускоренных частиц, и создают в ней вакуум ~10-10 Па. В качестве ускоренных частиц могут быть использованы ионы или атомы водорода, или азота, или инертных газов, или их смеси. Заготовки облучают потоком 3 ускоренных частиц с необходимым (предварительно определенным) значением энергии через шаблон (маску) 4. Шаблон (маска) может быть размещен непосредственно на заготовке, т.е. находиться в контакте с верхним слоем облучаемого вещества или находиться на некотором удалении от него. Под воздействием потока 3 ускоренных частиц происходит изменение химического состава вещества и сопутствующее ему преобразование магнитных свойств материала слоя 2. В случае использования оксидов кобальта - из немагнитного в магнитное на облучаемых участках 5. Преобразование происходит за счет селективного удаления атомов кислорода, в результате чего оксид превращается в металл, т.е. в слое 2 создается рисунок магнитных битов с размерами 8×48 мкм в немагнитной матрице, которые обладают иными химическими и физическими свойствами, чем окружающая его матрица, не подвергавшаяся воздействию ускоренных частиц.
Требуемый диапазон значений энергий для осуществления технологического процесса и время экспозиции, как и в предыдущем примере, определяется экспериментальным путем. После завершения облучения заготовку извлекают из вакуумной камеры и растягивающее усилие снимают. В результате прямоугольность петли гистерезиса магнитного материала возрастает с 0,75 до 0,93.
Пример 3. Способ реализуется по общей схеме, описанной в примерах 1 и 2. На подложку, выполненную из полиимида толщиной 80 мкм размером 30×50 мм с приложенным к ней одноосным растягивающим усилием, обеспечивающим ее упругую деформацию ~10% посредством вакуумного распыления был нанесен слой оксида кобальта толщиной 110 нм. После этого, для того чтобы обеспечить изменение свойств материала рабочего слоя через шаблон с соответствующим рисунком, заготовка была облучена потоком протонов с энергией 4,5 кэВ в течение 800 мин. В результате в слое 2 в облученных участках произошло превращение материала из оксида кобальта в металлический кобальт и возникли магнитные биты с размерами 10×40 мкм. После облучения подложку разгружают. В результате прямоугольность петли гистерезиса магнитного материала возрастает с 0,75 до 0,96 по сравнению с облучением в аналогичных условиях, когда подложка не была подвергнута упругой деформации.