CoNiPd 자성중간층을 이용한 $CoPt-TiO_2$ 수직자기기록매체에 관한 연구

Abstract

씨앗층(또는 중간층)은 Co 기반의 기록 매체에서 배향성과 결정립의 크기 조절에 있어서 중요한 역할을 한다. CoCrPt-oxide granuar-type 수직자기기록매체에서는 Ru이 Ru (0002) 와 CoCrPt(0002) 간의 heteroepitaxial 관계가 좋아 기록층의 수직 이방성을 유도하기 위한 중간층으로 사용되었다. 최근에는 이중구조의 Ru 중간층이 널리 사용된다. 낮은 압력에서 증착되는 하부 Ru 중간층 (Ru1)은 c 축 배향성을 유도하고, 높은 Ar 압력에서 증착되는 상부 Ru 중간층 (Ru2)는 거친 표면형상을 가지고 있어서 $CoCrPt-SiO_2$ 기록층의 결정립간의 분리에 효과적이다. 그러나, 이 경우 Ru 의 총 두께는 16 nm 에서 20 nm 정도이며, 이 두께를 줄이는 것이 생산비용 측면에 있어서뿐만 아니라 쓰기능력 측면에서 볼 때 중요하다. 따라서, Ru 두께를 줄이기 위하여 fcc 구조를 가진 비자성 중간층 (NMIL)과 hcp 구조를 가진 자성중간층 (MIL) 이 제안되었다. 현재로서는 Ru을 완전히 다른 물질로 대체하지는 못하고 있다. 본 연구에서는 Ru1 층을 대체하기 위하여 CoNiPd ferromagnetic 층을 제안하였다. 이것은 Ru 의 비용을 줄이고 비자성 중간층인 Ru 층의 두께를 줄여서 쓰기능력을 향상시킬 수 있다. Ru (0002) 면과 Pd (111) 면의 격자간 불일치는 1.67% 이다. 본 연구에서는 격자간 불일치를 줄이기 위해 Pd에 Co와 Ni이 첨가되었다. 평형상태도에서 Ni-Pd 은 전 영역에서 완전 고용체이고, Co-Ni 과 Co-Pd은 Co 함량이 50 at % 까지 fcc 구조를 가지고 있는 완전고용체이며 이는 조성조절을 용이하게 한다. 더군다나, CoNiPd 박막은 semi-soft 한 자기적 특성을 보이며 포화자화($M_s$) 값은 구조의 변화없이 조성을 변화시켜서 쉽게 조절이 가능하다. $M_s$ 값과 $H_k$ 값은 박막의 두께에 따라 증가하는 경향을 보였다. 또한 박막은 강한 수평방향으로의 이방성을 보인다. 증착 압력과 증착 파워에 따른 CoNiPd 박막의 특성에 대해서 조사되었다. 증착 파워가 증가함에 따라 CoNiPd 의 (111) 면간거리는 약간 증가했다. 증착 압력이 감소함에 따라 CoNiPd 박막의 (111) 면간거리는 증가했다. CoNiPd 을 완전한 입방정으로 가정하고, CoNiPd (111) peak의 위치를 통해 계산한 CoNiPd (111) ($\frac{1}{2} [\overline{1} 10]$) 과 Ru(0002) ($[1\overline{2}10]$) 의 격자간 불일치는 약 0.5 % 이다. 이는 Ru [0002] 와 CoPt 입자의 [0002] 방향으로의 heteroepitaxy 성장에 매우 유리하다. 실제로 CoNiPd 자성중간층에 의해 Ru2 층의 c 축 배향성이 향상되었다. 대조군으로 사용된 이중구조의 Ru 중간층을 사용한 샘플과 비교해 볼 때, 보자력($H_c$) 값은 CoNiPd 층의 두께가 10 nm 에서 50 nm 로 증가함에 따라 증가했다. 음의 핵생성 자계값(Negative nucleation field, Hn)은 CoNiPd 자성 중간층의 도입으로 대조군보다 전반적으로 감소된 값을 보였다. 평면 TEM 이미지 분석을 통해 $CoPt-TiO_2$ 기록층과 Ru 중간층 그리고 CoNiPd 자성 중간층의 grain size distribution 에 대해서 조사되었다. Co 기반 기록층의 입자 크기와 입자간 분리는 Ru2 층의 입자 크기와 표면 형상에 영향을 받는다. 50 nm 의 CoNiPd 자성 중간층의 입자크기는 10 nm 두께의 CoNiPd 자성중간층의 입자크기에 비해 컸다. 50 nm 두께의 CoNiPd 위에 증착된 Ru2 입자가 크고 distribution 면에서 불균일하며 입자간 분리가 불완전한 부분이 관찰되었으나, 10 nm 두께의 CoNiPd 위에 증착된 Ru2 입자들은 입자 크기가 작고 distribution 측면에서 비교적 균일했으며