CN101880858B - 高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材，是以熔炼铸造所制成，且由钴、铁以及添加金属所组成的磁性溅射靶材，其中该添加金属是一种以上选自于由钽(Ta)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铝(Al)以及铬(Cr)所组成的群组。借由钴铁比例以及添加金属含量的调配，搭配靶材熔炼铸造后适当的热处理加工达到提高靶材磁通量的目的。

Description

高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钴铁基合金磁性溅射靶材，尤其涉及一种以制造流程简单的熔炼铸造技术所制备的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
背景技术
随着科技的日新月异，人们对于高记录密度硬碟的需求越来越高，大量的资讯将需储存在超高记录密度的碟片里，传统的硬碟是以水平式记录碟片为主，然而这样的记录媒体在追求超高记录密度时遇到物理的极限，因此才发展出垂直式记录媒体的膜层结构。对于垂直式记录媒体而言，软磁层的引入可提升写入的效率、降低去磁场的强度、并提升记录层的热稳定性。
为了得到优良的软磁特性，一般采用非晶态软磁合金。常见的合金组成有铁钴硼(Fe-Co-B)合金、钴锆铌(Co-Zr-Nb)合金以及钴铁锆(Co-Fe-Zr)合金，其中钴铁(Co-Fe)基合金特别受到重视。
一般的直流溅镀、射频溅镀、三极溅镀等，因放电过程中气体分子的电离度太小导致溅镀率偏低，所以目前磁控溅射技术是沉积高性能磁性薄膜的主要方法。磁控溅射技术是利用磁场使电子以螺旋方式前进，增加电子与气体分子碰撞的机会，提高分子的电离度，因而使溅镀率升高；此外磁控溅镀可在比较低的气压下进行，因此薄膜品质较佳；且由于磁场会导致电子偏离基板，因此让基板处于较低的温度，可镀在不耐高温的基板上。但由于铁磁性靶材的磁遮罩效应，造成靶材难以正常溅射；更因为磁力线的聚焦造成靶材表面的侵蚀凹槽，而降低靶材的利用率。这些效应都受到靶材磁通量的影响，因此，提高靶材的磁通量是其中一种解决上述问题的方法。
磁通量(Pass Through Flux，PTF)定义为被传输磁场与施加磁场的比率，其测量的方式可参考ASTM Standard F 1761“圆形磁性溅射靶磁通量的标准试验方法”，100％的PTF是非磁性材料的指标，而在磁性材料中PTF和最大导磁率存在反比的关联性。
传统以真空感应熔炼(Vacuum inductive melting，VIM)制作厚度在3mm～7mm之间的软磁性靶材，通常磁通量小于15％。在美国第10/163,620号申请案(即第2003/0228238号公开案)中提到以粉末冶金的方式混合具备不同磁通量特性的粉末，混合后的材料在巨观上仍具备软磁的特性，而其中磁通量较高的材料所形成的相则提供较高的磁通路线令磁场通过靶材。另外，在美国第2008/0083616号公开案中提到当Co-Fe基的软磁靶材中含有HCP-Co构成的相以及以Fe为主体的合金相时，会有提升靶材磁通量的效果，然而其制造技术仍以粉末冶金为主。
但由于粉末冶金相较于熔炼铸造技术，其制造流程复杂、成本高、难以制造大尺寸的靶材，所以较难在生产中获得广泛应用。而熔炼铸造法的制造流程简单、成本低，对尺寸和形状较无限制，且可大批量连续生产，而具有广阔的发展及应用前景。
发明内容
本发明人有鉴于一般以真空感应熔炼法无法制作具有高磁通量的软磁性靶材，而能制作高磁通量的靶材的粉末冶金技术又有制造流程复杂、成本高且无法制造大尺寸靶材的缺点，因此经过长时间的研究以及不断的试验后，终于发明出此高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
本发明的目的在于提供一种以制造流程简单的熔炼铸造技术所制备的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
为达上述目的，本发明提供一种高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材，是以熔炼铸造所制成的，且由钴、铁以及添加金属所组成的磁性溅射靶材，该添加金属是一种以上选自于由钽(Ta)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铝(Al)以及铬(Cr)所组成的群组，其中钴具有令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例，且该添加金属占整体磁性溅射靶材的8～20at.％(原子百分比)。
其中，令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例是指钴占整体磁性溅射靶材的10～35at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的45～82at.％。
其中，令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例是指钴占整体磁性溅射靶材的60～70at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的10～32at.％。
当该磁性溅射靶材的厚度不超过15毫米(mm)，可具有大于15％的磁通量。
较佳的是，该添加金属为钽、锆、铝和铬所组成。
较佳的是，该添加金属为钽和锆所组成。
较佳的是，该添加金属为钽所组成。
本发明还提供一种高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材的制造方法，其包括：
提供一由熔炼铸造的钴铁基合金磁性溅射靶材，其是由钴、铁以及添加金属所组成的磁性溅射靶材，其中该添加金属是一种以上选自于由钽(Ta)、锆(Zr)、铌(Nb)、铪(Hf)、铝(Al)以及铬(Cr)所组成的群组，其中钴具有令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例，且该添加金属占整体磁性溅射靶材的8～20at.％；
将该钴铁基合金磁性溅射靶材经过800℃～1200℃的热处理，以获得高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
较佳的是，该钴铁基合金磁性溅射靶材在热处理后进一步包括将该钴铁基合金磁性溅射靶材冷却，其中控制热处理后的钴铁基合金磁性溅射靶材冷却速率小于150℃/min。
本发明还提供一种利用以上所述的方法所制成的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
由于本发明的磁性溅射靶材是以熔炼铸造所制成的，避免了现有技术中以粉末冶金制造流程所产生的缺点，借由钴铁比例以及添加金属含量的调配，搭配靶材熔炼铸造后适当的热处理加工达到提高靶材磁通量的目的。在靶材厚度不超过15毫米的情况下，可获得大于15％的磁通量。
附图说明
图1为现有技术以熔炼铸造制造流程制作再经过一般高温高压过程所制作的靶材的原位准动态背散射电子显微影像(BSE)；
图2为本发明以熔炼铸造制造流程制作再经过适当热处理及冷却过程所制作的靶材的原位准动态背散射电子显微影像(BSE)；
图3为磁性溅射靶材中的钴含量与导磁率的关系图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
经研究发现，在制作钴铁基靶材时，添加一定比例的Ta或Zr或Nb或Hf或Al或Cr或其组合可提高材料的软磁特性，但图1以及图2，以熔炼铸造制作流程制作的靶材经过一般高温高压过程后，如图1所示添加物会在初晶相析出，同时靶材的磁通量随之下降；但若经过本发明所提供的热处理及冷却过程后，添加物重新固溶回基地相(如图2所示)，而靶材的磁通量亦随之提升。
而且本发明还指出钴的比例在10～35at.％或60～70at.％时有较低的最大导磁率，相对而言会有提升的磁通量。
实施例：
表一所示，是将Co、Fe与Ta或Zr或Nb或Hf或Al或Cr依特定比例进行熔炼铸造，完成的铸锭以热等均压(HIP)制作流程消除铸锭内部的缩孔，再将铸锭进行约900℃的热处理后以空冷的方式冷却至室温。再以ASTM StandardF1761标准试验方法进行磁通量的量测。
表一
由于磁通量与最大导磁率成反比关系，由图3可以看出当钴的比例在10～35at.％或60～70at.％时有较低的最大导磁率，相对而言亦会有较高的磁通量。由实施例一至实施例五，靶材在进行热处理后较热处理前有较高的磁通量。而由比较例一以及比较例二可以分别看出，当钴的比例和添加金属的比例超出设定的范围时，即使经过热处理也无法令厚度15mm靶材的磁通量提升至15％以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材，其特征在于是以熔炼铸造所制成，且由钴、铁以及添加金属所组成的磁性溅射靶材，其中该添加金属是一种以上选自于由钽、锆、铌、铪、铝以及铬所组成的群组，其中钴具有令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例，且该添加金属占整体磁性溅射靶材的8～20at.％；
该磁性溅射靶材的厚度不超过15毫米，且具有大于15％的磁通量；
所述令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例是指钴占整体磁性溅射靶材的10～35at.％或60～70at.％。
2.如权利要求1所述的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材，其特征在于，钴占整体磁性溅射靶材的10～35at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的45～82at.％。
3.如权利要求1所述的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材，其特征在于，钴占整体磁性溅射靶材的60～70at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的10～32at.％。
4.一种高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材的制造方法，其特征在于所述方法包括：
提供一由熔炼铸造的钴铁基合金磁性溅射靶材，其是由钴、铁以及添加金属所组成的磁性溅射靶材，其中该添加金属是一种以上选自于由钽、锆、铌、铪、铝以及铬所组成的群组，其中钴具有令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例，且该添加金属占整体磁性溅射靶材的8～20at.％；
将该钴铁基合金磁性溅射靶材经过800℃～1200℃的热处理；
该磁性溅射靶材的厚度不超过15毫米，且具有大于15％的磁通量；
所述令磁性溅射靶材的磁通量提升的比例是指钴占整体磁性溅射靶材的10～35at.％或60～70at.％。
5.如权利要求4所述的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材的制造方法，其特征在于该钴铁基合金磁性溅射靶材在热处理后还包括将该钴铁基合金磁性溅射靶材冷却，其中控制热处理后的钴铁基合金磁性溅射靶材冷却速率小于150℃/min。
6.如权利要求5所述的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材的制造方法，其特征在于，钴占整体磁性溅射靶材的10～35at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的45～82at.％。
7.如权利要求6所述的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材的制造方法，其特征在于，钴占整体磁性溅射靶材的60～70at.％，而铁占整体磁性溅射靶材的10～32at.％。
8.一种利用如权利要求4至7中任一项所述的方法所制成的高磁通量的钴铁基合金磁性溅射靶材。
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