СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТНОГО НОСИТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК G11B5/84 

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 возможно достижимую плотность записи информации, а также обладают относительно слабой анизотропией формы, что в совокупности может снизить надежность хранение записанной информации вследствии спонтанного размагничивания, вызванного несоблюдением определенных условий хранения (отсутствие магнитных и электромагнитных полей, воздействие тепла и т.п.).

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ изготовления магнитного носителя, известный из описания к заявке Японии N 3-254421, G 11 B 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.

Заявляемый способ изготовления магнитного носителя направлен на повышение плотности размещения элементов записи информации повышение надежности ее хранения.

Указанный результат достигается тем, что 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.

Указанный результат достигается тем, что пленку выполняют из материала с низкой или нулевой начальной намагниченностью насыщения.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:
- формирование единичного магнитного элемента с отношением его наибольшего размера к каждому из двух других 3,5 : 1-15 : 1;
- нанесение пленки из материала, изменяющего свои магнитные свойства под воздействием заряженных частиц толщиной, равной одному из трех размеров элемента;
- изготовление пленки, изменяющей свои магнитные свойства, из материала с низкой или нулевой начальной намагниченностью насыщения.

Формирование единичного магнитного элемента с отношением наибольшего размера к каждому из двух других 3,5 : 1-15 : 1 позволяет повысить надежность хранения записанной информации, т.к. указанное соотношение размеров, как показывают опыты и расчеты, соответствуют настолько высокой анизотропии формы, что исключает изменение направления вектора намагниченности вследствие воздействия температуры и магнитных полей соседних единичных элементов. В частности, флуктуации вектора намагниченности не повышают уровень шумов вплоть до температур 300 - 400^oC, в зависимости от используемого материала пленки. Кроме того, отношение сигнал/шум существенно увеличивается, что улучшает качество записи.

Нанесение пленки из материала, изменяющего свои магнитные свойства под воздействием заряженных частиц, толщиной равной одному из трех размеров формируемого единичного магнитного элемента позволяет существенно повысить плотность размещения единичных магнитных элементов на носителе. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Если взять пленку из материала с трансформируемыми магнитными свойствами (например, из немагнитного в магнитное состояние) толщиной много больше желаемого продольного (наибольшего) размера единичных магнитных элементов и сфокусировать на ее поверхности поток заряженных частиц, например, в круглое пятно с диаметром желаемого поперечного размера элементов, то по мере проникновения в толщу материала поток заряженных частиц будет рассеиваться, что, в свою очередь, приведет к расширению области трансформации материала из одного состояния в другое, что в конечном итоге может привести к смыканию отдельных единичных элементов и к снижению или полному уничтожению анизотропии формы. Аналогичная ситуация будет складываться и при использовании пленок с толщиной больше, чем два другие размера единичного элемента, характеризующие его поперечное сечение. Поэтому толщину пленки во всех случаях выбирают равной любому размеру создаваемому единичного элемента, - продольному или одному из поперечных, т.е., чтобы преобразование магнитных свойств в пленке осуществлялось на всю ее толщину. Соответственно поэтому и выбираются указанные выше соотношения наибольшего размера к двум другим. Если взять отношение меньше, чем 3,5 : 1, то не обеспечивается требуемая надежность сохранения информации, достигаемая за счет анизотропии формы. Отношение более, чем 15 : 1, с одной стороны, недостижимо технологически в данном способе при изготовлении носителя с перпендикулярной записью из-за рассеяния заряженных частиц в пленке с изменяемыми магнитными свойствами, а с другой стороны, как показали опыты, дальнейшее увеличение этого отношения не приводит к заметному результату по улучшению надежности хранения информации, но влечет неоправданные затраты.

В качестве материала пленки, изменяющего свои магнитные свойства под воздействием заряженных частиц, могут использоваться как переходящие из магнитного состояния в немагнитное (как это было описано в /3/), так и переходящие из немагнитного в магнитное. Наиболее предпочтительным вариантом является последний, т.е. лучше всего использовать материалы с низкой или нулевой начальной намагниченностью насыщения. В этом случае упрощается технология изготовления магнитного носителя. Если в первом варианте для образования единичных магнитных элементов, окруженных немагнитным материалом, можно использовать только процесс фотолитографии для изготовления соответствующих масок для облучения заряженными частицами, то в последнем варианте можно отказаться от фотолитографии и облучать исходную заготовку через шаблон с регулярным расположением отверстий требуемого размера и форм. При этом для осуществления всего технологического цикла достаточно иметь одну установку с вакуумируемым объемом, в котором можно напылять пленку превращаемого материала, облучать его заряженными частицами и, при необходимости, наносить защитное покрытие.

Кроме того, в обоих случаях в результате реализации способа формируется регулярная структура из магнитных элементов, разделенных между собой слоями немагнитного материала, что снижает влияние соседних элементов друг на друга и повышает качество записи информации и надежность ее хранения.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и чертежами. На фиг. 1 последовательно показаны стадии реализации способа изготовления магнитного носителя с использованием фотолитографии; на фиг. 2 - процесс изготовления с использованием облучения через шаблон. На фиг. 3 представлены в аксонометрии фрагменты носителя с перпендикулярной записью (а) и продольной (б) записью в случае преобразования материала пленки под воздействием заряженных частиц из немагнитного состояния в магнитное.

Пример 1. Способ реализуется следующим образом. На немагнитную подложку 1, изготовленную, например, из алюминия, кремния, керамики или стекла известным образом, например, напылением, химическим осаждением и т.п. наносится пленка 2 материала, который может изменять свои магнитные свойства под воздействием заряженных частиц. Таким материалом может быть, например, Ni-Fe как это предусмотрено в /3/, или Fe₂O₃ или Co₂O₅. Толщина пленки выбирается в зависимости от типа изготавливаемого носителя. Для носителя с перпендикулярной записью толщина пленки составляет от 20 до 500 нм (наибольший размер единичного магнитного элемента), а для продольной записи от 5 до 50 нм (любой из меньших размеров элемента). Затем, в соответствии со стандартной процедурой фотолитографии на пленку 2 наносится слой фоторезиста 3, например, SiO₂ или Si₃N₄, из которого изготавливается маска с рядами отверстий 4 требуемого размера и форм (фиг. 2б). Затем подготовленный таким образом образец облучают потоком заряженных частиц, например, ионами водорода, или ионами гелия, или другими, выбранными из числа известных /3/. Тип ионов, их дозу, энергию выбирают в зависимости от материала пленки, в которой происходит трансформация магнитных свойств. Параметры ионных потоков могут выбираться расчетным путем на основании известных правил или подбираться экспериментально. Под воздействием ионов в участках пленки 5, не защищенных маской, происходит преобразование магнитных свойств материала пленки. В случае использования Ni-Fe происходит преобразование из магнитного в немагнитное, а в случае использования оксидов железа, кобальта и других магнитных материалов - из немагнитного в магнитное. После облучения маску 3 удаляют известным способом.

Вместо фотолитографии можно использовать метод электронно-лучевой литографии, как это описано в /2/. В этом случае поверх пленки 2 наносится соответствующий слой резиста из полиметилметакрилата 3 (РММА) и маска изготавливается в нем с использованием электронного луча, а далее выполняют все операции, как они описаны выше.

Пример 2. Способ осуществляется следующим образом. На подложку 1 наносится слой материала, магнитные свойства которого изменяются под воздействием потока заряженных частиц. В данном процессе следует использовать материалы, в которых происходит превращение из немагнитного состояния в магнитное. В частности, в данной ситуации могут быть использованы материалы, которые до облучения были абсолютно немагнитны, т.е. с нулевой начальной намагниченностью насыщения и становятся магнитными, либо материалы, которые обладают слабыми магнитными свойствами, т.е. с низкой начальной намагниченностью состояния, но магнитные свойства которых многократно возрастают после обработки заряженными частицами. Таким материалом может быть Fe₂O₃, Co₂O₃, пермендюр, пермалой, SmCo₅ и т.д. Размер пленки выбирается из условия, указанного в примере 1. Пленка облучается через шаблон (трафарет) 6 потоком заряженных частиц. В результате, в тех участках пленки 5, на которые попадут ионы, прошедшие через трафарет (шаблон), произойдет превращение материала пленки из немагнитного в магнитное.

Разновидности способа, описанные в примерах 1 и 2, могут быть использованы как для изготовления носителя с перпендикулярной записью, так и с продольной. В обоих случаях толщина пленки 2 преобразовываемого материала и размер отверстий в маске или шаблоне выбираются таким образом, чтобы сохранялось отношение меньших размеров к наибольшему 1 : 3,5-1 : 15. При этом форма поперечного сечения единичного магнитного элемента может быть любой - круглой, квадратной и т.п. Во всех случаях единичные элементы должны быть однодоменными и суперпарамагнитными. Последнее обстоятельство является важным дополнительным фактором для обеспечения устойчивости магнитной записи.

На фиг. 3 представлены идеальные формы единичных магнитных элементов для различных вариантов носителей. В реальности, размер элементов может несколько увеличиваться по мере удаления от поверхности пленки 2 и поверхности подложки 1, что обусловлено, как указывалось ранее, рассеянием заряженных частиц на атомах материала пленки. При этом, размещение самих магнитных элементов в немагнитной матрице может быть любым, в зависимости от типа и назначения магнитного носителя. Например, для дисков это может быть радиально-кольцевое размещение, для пленок - ортогональное и т.д.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при производстве магнитных носителей информации. 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. Особенность способа состоит в том, что 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. Пленка может быть выполнена из материала с низкой или нулевой начальной намагниченностью насыщения. Это позволяет повысить плотность размещения элементов записи информации и повысить надежность ее хранения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления магнитного носителя, включающий 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, отличающийся тем, что 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. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пленку выполняют из материала с низкой или нулевой начальной намагниченностью насыщения.