TW202411444A

TW202411444A - 鐵鉑基靶材及其製法

Info

Publication number: TW202411444A
Application number: TW111133336A
Authority: TW
Inventors: 陳又菱; 黃威智; 吳天傑; 鄭惠文
Original assignee: 光洋應用材料科技股份有限公司
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2024-03-16

Abstract

本創作提供一種鐵鉑基靶材，其包含鐵、鉑、第一成分以及氮化物；其中第一成分選自釕、錳、硼、銠、銥、鈮、鈧、釔、鈥、鉺、釩、鋯及其組合所組成之群組；以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，第一成分的含量大於或等於2 at%且小於或等於12 at%，氮化物的含量大於或等於8 at%且小於或等於30 at%；鐵鉑基靶材中的鈣含量小於20 ppm以及氧含量小於1000 ppm；鐵鉑基靶材的相對密度大於98%。藉由同時控制鐵鉑基靶材之第一成分、氮化物、鈣、氧之含量和相對密度，不僅可提升鐵鉑基靶材的抗氧化能力，亦可降低由鐵鉑基靶材形成的磁記錄層之表面粗糙度。

Description

鐵鉑基靶材及其製法

本創作關於一種鐵鉑基靶材，尤指一種適用於磁記錄媒體之鐵鉑基靶材；此外，本創作另關於一種鐵鉑基靶材的製造方法。

磁記錄是指利用磁性材料的磁滯特性將資訊儲存於記錄媒體。根據磁頭磁化的方向，隨著消費者對可攜式記錄媒體的需求，以及大數據崛起、巨量資訊的產生，使得人們對於磁記錄媒體之資訊儲存容量的需求越來越大，因此，如何提升磁記錄媒體之記錄密度一直是相關領域關注的研究重點。

一般而言，垂直式磁記錄媒體的層狀結構由下至上包含有基板、附著層、軟磁層(soft underlayer)、晶種層(seed layer)、中間層(intermediate layer)、磁記錄層(magnetic recording layer)、潤滑層以及覆蓋層。隨著垂直式磁記錄媒體的技術趨於成熟，鈷鉻鉑基合金系統之磁記錄層亦逐漸接近磁記錄密度極限，為了再進一步提高垂直式磁記錄媒體的記錄密度，業界遂發展出選用鐵鉑基合金系統製作熱輔助磁記錄媒體(heat-assisted magnetic recording medium，HAMR medium)之磁記錄層，其係在寫入磁場的同時以熱能的方式作用於記錄位的磁性顆粒上，藉由將該磁性顆粒的溫度提高至居里點(Curie temperature)之上，使得該磁性顆粒的磁力頑性暫時被降低，又由於鐵鉑基合金的磁性顆粒尺寸可較鈷鉻鉑基合金的磁性顆粒尺寸縮小，進而可提高磁記錄媒體的記錄密度。此外，因熱輔助磁記錄的技術會在相同的區域重複聚焦加熱，需要以穩定性高的磁性複合材料作為磁記錄層，現有技術之熱輔助磁記錄層多半選用鐵鉑基合金系統作為磁記錄層的主要成分，並可於鐵鉑基合金系統中額外添加如氮化硼(boron nitride，BN)、碳等非磁性成分，藉此在鐵鉑基合金的晶粒之間形成阻隔及減少磁耦合效應。

然而，現有技術的鐵鉑基靶材存在相對密度不足和抗氧化能力差等問題。若鐵鉑基靶材不具備足夠的抗氧化能力，當未於適當條件下保存靶材時，靶材表面則很容易因發生氧化而產生鏽蝕的現象，影響磁記錄層的品質，嚴重影響後續進行濺鍍所製得之磁記錄層的應用。

再者，隨著碟片記錄密度的提高及磁頭飛行高度的降低，亦須降低碟片上薄膜的表面粗糙度。

有鑒於現有技術所面臨的缺陷，本創作之目的在於提升鐵鉑基靶材的抗氧化能力，使得本創作所提供之鐵鉑基靶材易於保存且能夠提高濺鍍形成的磁記錄層之品質與良率。

本創作之另一目的在於提供一種鐵鉑基靶材，利用所述鐵鉑基靶材濺鍍形成的鐵鉑基薄膜具有較低的表面粗糙度。

為達成前述目的，本創作提供一種鐵鉑基靶材，其包含鐵(Iron，Fe)、鉑(Platinum，Pt)、第一成分以及氮化物(nitride)；其中該第一成分係選自釕(Ruthenium，Ru)、錳(Manganese，Mn)、硼(Boron，B)、銠(Rhodium，Rh)、銥(Iridium，Ir)、鈮(Niobium，Nb)、鈧(Scandium，Sc)、釔(Yttrium，Y)、鈥(Holmium，Ho)、鉺(Erbium，Er)、釩(Vanadium，V)、鋯(Zirconium，Zr)及其組合所組成之群組；其中，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該第一成分的含量係大於或等於2原子百分比(atomic percentage，at%)且小於或等於12 at%，該氮化物的含量係大於或等於8 at%且小於或等於30 at%；該鐵鉑基靶材中的鈣(Calcium，Ca)含量係小於百萬分之20 (即，20 parts per million，20 ppm)，以及該鐵鉑基靶材中的氧(Oxygen，O)含量係小於1000 ppm；其中，該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98%。

藉由控制本創作之鐵鉑基靶材同時兼具以下技術特徵：(I)所述第一成分含量大於或等於2 at%且小於或等於12 at%、(II)所述氮化物含量大於或等於8 at%且小於或等於30 at%、(III)鐵鉑基靶材中的鈣含量小於20 ppm、(IV)鐵鉑基靶材中的氧含量小於1000 ppm以及(Ⅴ)鐵鉑基靶材的相對密度大於98%，能有效提升鐵鉑基靶材的抗氧化能力；此外，由所述鐵鉑基靶材濺鍍形成的鐵鉑基薄膜還可具有足夠小的表面粗糙度。

較佳的，以整體鐵鉑基靶材之原子總數為基準，鐵的含量係大於或等於8 at%且小於或等於77 at%，但不限於此。更佳的，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，鐵的含量係大於或等於34 at%且小於或等於75 at%。

較佳的，以整體鐵鉑基靶材之原子總數為基準，鉑的含量係大於或等於3 at%且小於或等於30 at%，但不限於此。

較佳的，該氮化物係選自氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、氮化釩(VN)、氮化鈧(ScN)、氮化錳(MnN)、氮化鈦(TiN)、氮化鐵(FeN)、氮化鎵(GaN)、氮化鎳(NiN)、氮化鋯(ZrN)、氮化鈮(NbN)、氮化矽(Si ₃N ₄)、氮化鉿(HfN)、氮化鉭(TaN)、氮化鉬(MoN)、氮化鈷(CoN)、氮化鉻(CrN)及其組合所組成之群組。依據本創作，當氮化物只有一種選擇時，則所述「氮化物的含量」即是該單一種氮化物的含量；當氮化物包含有二種以上選擇時，所述「氮化物的含量」即是該些氮化物之個別含量的總和；舉例而言，當氮化物為7 at%的氮化硼、10 at%的氮化錳和10 at%的氮化鈦之組合時，則氮化物的含量即為27 at%。

較佳的，該鐵鉑基靶材中的鈣含量係為1 ppm至11 ppm，但不限於此。

較佳的，當該鐵鉑基靶材中的氧含量係小於625 ppm，可更進一步提升其抗氧化能力。更佳的，該鐵鉑基靶材中的氧含量係小於510 ppm。

在一些實施態樣中，該鐵鉑基靶材更包含碳(C)或碳化物。具體而言，該碳化物係選自碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鈮(NbC)、碳化鉭(TaC _X，X=0.4至1)、碳化鉻(Cr ₃C ₂)、碳化矽(SiC)、碳化鋯(ZrC)、碳化硼(B ₄C)、碳化釩(VC)、碳化鉿(HfC)、氮碳化鈦(TiCN)及其組合所組成之群組。

具體而言，該鐵鉑基靶材中碳的型態可為具有三維四面體結構的鑽石碳、二維平面結構的石墨碳、一維結構的奈米碳管，或其組合，但不限於此。

較佳的，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該碳和碳化物的總含量係大於或等於10 at%且小於或等於20 at%，其中，碳之含量可為0 at%，或者碳化物之含量可為0 at%，但不限於此。類似地，依據本創作，當碳或碳化物只有一種選擇時，則所述「碳和碳化物的總含量」即是該單一種選擇的含量；當碳和碳化物包含有二種以上選擇時，所述「碳和碳化物的總含量」即是該些選擇之個別含量的總和；舉例而言，當碳或碳化物為6 at%的碳和10 at%的碳化鈮之組合時，則碳和碳化物的總含量即為16 at%。

依據本創作，該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98%。較佳的，該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98.2%，但不限於此。更佳的，該鐵鉑基靶材的相對密度係大於99%，但不限於此。其中，前述相對密度係採用阿基米德法(Archimedes principle)量測所得。

此外，本創作另提供一種鐵鉑基靶材的製造方法，其包含以下步驟：步驟(a)：將鐵原料、鉑原料、第一成分原料以及氮化物原料混合再研磨，得到一原料混合物；其中，該第一成分係選自釕、錳、硼、銠、銥、鈮、鈧、釔、鈥、鉺、釩、鋯及其組合所組成之群組；以該原料混合物整體之原子總數為基準，該第一成分原料的添加量係大於或等於2 at%且小於或等於12 at%，該氮化物原料的添加量係大於或等於8 at%且小於或等於30 at%；；步驟(b)：將該原料混合物置於一水中進行攪拌水洗工序，得到一水洗後的原料混合物；其中，該水的溫度係大於或等於55℃且小於或等於65℃；步驟(c)：將該水洗後的原料混合物進行乾燥處理工序，得到一乾燥後的原料混合物；步驟(d)：將該乾燥後的原料混合物進行氫氣還原工序，得到一還原材料；以及步驟(e)：燒結該還原材料，獲得該鐵鉑基靶材；其中，該鐵鉑基靶材中的鈣含量係小於20 ppm，以及該鐵鉑基靶材中的氧含量係小於1000 ppm；該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98%。

本創作藉由限定第一成分原料與氮化物原料的使用量範圍，以及透過水洗、乾燥工序降低原料混合物中所含的鈣含量，並將所有原料混合物再進行氫氣還原工序，有助於控制鐵鉑基靶材的氧含量，因此，後續形成鐵鉑基靶材時，還可具有大於98%的相對密度，進而提升該鐵鉑基靶材的抗氧化能力，並且，利用所述鐵鉑基靶材濺鍍形成的鐵鉑基薄膜具有較低的表面粗糙度。

依據本創作，該步驟(a)中，鐵原料可為純度為99%以上的鐵金屬、鐵含量為50重量百分比(wt%)以上的鐵合金、或其組合，但並非僅限於此。較佳的，該鐵原料的平均粒徑為5微米(μm)至80 μm。

依據本創作，該步驟(B)中，鉑原料可為純度為99%以上的鉑金屬、鉑含量為50 wt%以上的鉑合金、或其組合，但並非僅限於此。較佳的，該鉑原料的平均粒徑為1 μm至10 μm，但不限於此。藉由選擇平均粒徑為前述範圍的鉑原料，可使鉑較容易在鐵相中擴散。

在一些實施例中，鉑原料和鐵原料可為鐵鉑合金。

較佳的，該第一成分原料的平均粒徑5 μm至50 μm，但不限於此。

較佳的，該氮化物原料的平均粒徑0.1 μm至30 μm，但不限於此。

具體而言，該氮化物原料可選自氮化硼原料、氮化鋁原料、氮化釩原料、氮化鈧原料、氮化錳原料、氮化鈦原料、氮化鐵原料、氮化鎵原料、氮化鎳原料、氮化鋯原料、氮化鈮原料、氮化矽原料、氮化鉿原料、氮化鉭原料、氮化鉬原料、氮化鈷原料、氮化鉻原料及其組合所組成之群組。

在一些實施例中，該步驟(a)中更包括碳原料或碳化物原料。較佳的，該碳原料或碳化物原料的平均粒徑0.1 μm至30 μm，但不限於此。

具體而言，該碳化物原料可選自碳化鎢原料、碳化鈦原料、碳化鈮原料、碳化鉭原料、碳化鉻原料、碳化矽原料、碳化鋯原料、碳化硼原料、碳化釩原料、碳化鉿原料、氮碳化鈦原料及其組合所組成之群組。

依據本創作，在該步驟(a)中，該混合方式可選用任何能夠均勻混合原料的方式。此外，該步驟(a)中，可使用一高速研磨機進行該研磨工序，但不限於此。較佳的，該步驟(a)中的研磨時間為1小時至4小時，但不限於此。

較佳的，於該步驟(b)中，該原料混合物的重量與該水的體積之比值為大於或等於90克/公升(g/L)且小於或等於110g/L，例如，95 g/L、98 g/L、100 g/L、105 g/L、108 g/L，但不限於此。

較佳的，於該步驟(c)中，該乾燥處理工序的持續時間係大於或等於6小時且小於或等於18小時，但不限於此。較佳的，於該步驟(c)中，該乾燥處理工序的溫度係大於或等於70℃且小於或等於90℃，例如，75℃、80℃、85℃，但不限於此。本創作藉由水洗工序降低該原料混合物中的鈣含量，因此，最後所得之鐵鉑基靶材的鈣含量即大致等同於乾燥後的原料混合物中的鈣含量。

較佳的，於該步驟(d)中，該氫氣還原工序的持續時間係大於或等於1小時且小於或等於3小時，但不限於此；還原溫度係大於或等於550℃且小於或等於900℃，但不限於此。具體而言，於該步驟(d)中，該乾燥後的原料混合物係置於氫氣氣氛環境、溫度為550℃至900℃之條件下進行熱處理1小時至3小時，以獲得所述還原材料，但不限於此。

在一些實施態樣中，該步驟(d)和該步驟(e)中可更包括一預壓步驟；即於該步驟(d)中獲得所述還原材料後，可接續進行一預壓步驟，該預壓步驟可為任何能夠將所述還原材料壓製成為具有固定形狀的手段。舉例而言，該預壓步驟可為將所述還原材料置入油壓機中並以約為15巴(bar)至110 bar之壓力進行預壓，但不限於此。

依據本創作，於該步驟(e)中，所述燒結的方式可單獨採用熱壓成型法(hot pressing，HP)、熱均壓成型法(hot isostatic pressing，HIP)或放電等離子體燒結法(spark plasma sintering，SPS)，亦可結合前述燒結方式之兩者以上進行燒結。較佳的，於該步驟(e)中，燒結溫度可以係大於或等於700℃且小於或等於1200℃，燒結壓力可以係大於或等於220 bar且小於或等於1850 bar。舉例而言，當採用HP進行燒結時，其燒結溫度可為800°C至1200°C，燒結壓力可為350 bar至400 bar，燒結時間可為1小時至4小時，但不限於此；當採用HIP進行燒結時，其燒結溫度可為800°C至1200°C，燒結壓力可為1200 bar至1850 bar，燒結時間可為1小時至4小時，但不限於此；當採用SPS進行燒結時，其燒結溫度可為700°C至1200°C，燒結壓力可為220 bar至1200 bar，燒結時間可為5分鐘至2小時，但不限於此。

於本說明書中，由「小數值至大數值」表示的範圍，如果沒有特別指明，則表示其範圍為大於或等於該小數值且小於或等於該大數值。例如：研磨時間為1小時至4小時，即表示研磨時間範圍為「大於或等於1小時且小於或等於4小時」。

為驗證鐵鉑基靶材中的材料組成、製備方法中的水洗、氫氣還原等工序對鐵鉑基靶材的影響，以下列舉數種鐵鉑基靶材作為例示，詳細說明本創作的實施方式，所屬技術領域具有通常知識者可經由本說明書之內容輕易地了解本創作所能達成之優點與功效，並且於不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本創作之內容。

實施例 1 至 14 (E1-E14) ：鐵鉑基靶材

首先，依據表1-1所列之鐵鉑基靶材的組成，秤取適量平均粒徑為10 μm之鐵粉末、平均粒徑為5 μm之鉑粉末、平均粒徑為15 μm之第一成分粉末以及平均粒徑為5 μm之氮化物粉末置於高速研磨機中進行混合，隨後再進行研磨1至4小時，得到一原料混合物。

其次，將前述原料混合物置於溫度為60℃的水中，進行攪拌水洗工序3小時，得到一水洗後的原料混合物；其中，前述原料混合物的重量與水的體積之比值為100 g/1L。接著，將水洗後的原料混合物置於一溫度設定於80℃的烘箱中持續乾燥12小時，得到一乾燥後的原料混合物，此時，所述乾燥後的原料混合物的鈣含量小於20 ppm。

然後，將前述乾燥後的原料混合物置於750℃的氫氣氣氛中進行還原1小時，得到一還原材料。

接著，將該還原材料置入油壓機中並以約為20 bar之壓力進行預壓，隨後依據表1-2所列之燒結製程以及燒結溫度進行燒結，以獲得實施例1至14之鐵鉑基靶材；其中，若採用HP進行燒結，其燒結壓力約為380 bar、燒結時間為3小時；若採用HIP進行燒結，其燒結壓力約為1750 bar、燒結時間為3小時；若採用SPS進行燒結，其燒結壓力約為252 bar、燒結時間為10分鐘。

於表1-1中，實施例1至14之鐵鉑基靶材的組成可由aFe-bPt-cX-dY之通式所示，且各鐵鉑基靶材中的氧含量係小於1000 ppm；其中，a代表鐵原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例；b代表鉑原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例；c代表第一成分的原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例，X代表第一成分，其可選自釕、錳、硼、銠、銥、鈮、鈧、釔、鈥、鉺、釩、鋯及其組合所組成之群組；d代表氮化物的原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例，Y代表氮化物，其係選自氮化硼、氮化鋁、氮化釩、氮化鈧、氮化錳、氮化鈦、氮化鐵、氮化鎵、氮化鎳、氮化鋯、氮化鈮、氮化矽、氮化鉿、氮化鉭、氮化鉬、氮化鈷、氮化鉻及其組合所組成之群組。以氮化物為氮化硼時為例，d代表氮原子數及硼原子數的總和相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例。

其中，以實施例1之鐵鉑基靶材為例，相對於鐵鉑基靶材之原子總數，Fe佔46 at%；Pt佔25 at%；第一成分為Ru和B，且Ru佔4 at%、B佔1 at%，因此，第一成分共佔5 at%；以及氮化物為AlN，其佔24 at%。另外，以實施例2之鐵鉑基靶材為例，相對於鐵鉑基靶材之原子總數，Fe佔62 at%；Pt佔13 at%；第一成分為V和Zr，且V佔4 at%、Zr佔4 at%，因此，第一成分共佔8 at%；以及氮化物為ScN和VN，且ScN佔7 at%、VN佔10 at%，因此，氮化物共佔17 at%。

實施例 15 至 20 (E15-E20) ： 鐵鉑基靶材 ( 含有碳 )

實施例15至20與實施例1至14的製作流程相似，即秤取適量的不同成分粉末經過混合、研磨、水洗、乾燥、氫氣還原、預壓以及燒結等步驟後，獲得實施例15至20之鐵鉑基靶材。

實施例15至20與實施例1至14主要差異在於，增加了碳和/或碳化物之成分。即依據表1-1所列之鐵鉑基靶材的組成，秤取適量平均粒徑為10 μm之鐵粉末、平均粒徑為5 μm之鉑粉末、平均粒徑為15 μm之第一成分粉末、平均粒徑5μm之氮化物粉末以及平均粒徑為3 μm之碳粉末或碳化物粉末置於高速研磨機中進行混合。

於表1-1中，實施例15至20之鐵鉑基靶材的組成可由aFe-bPt-cX-dY-eZ之通式所示；其中，a、b、c、X、d、Y如前述分別代表鐵原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例、鉑原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例、第一成分的選擇及其的原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例，氮化物的選擇及其的原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例，以及Z代表碳和/或碳化物的選擇，碳化物可選自碳化鎢、碳化鈦、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化矽、碳化鋯、碳化硼、碳化釩、碳化鉿、氮碳化鈦及其組合所組成之群組，e則代表碳和/或碳化物的原子數相對於鐵鉑基靶材之原子總數的含量比例。

比較例 1 (C1) ：鐵鉑基靶材

比較例1之鐵鉑基靶材所採用的方法與實施例1之鐵鉑基靶材的製備方法大致相同，其主要差異在於：比較例1未經過水洗、乾燥、和氫氣還原之步驟，且燒結溫度略有差異。即依據表1-1所列之鐵鉑基靶材的組成秤取各原料之粉末，經過混合、研磨、預壓以及燒結等步驟後，製得比較例1之鐵鉑基靶材。比較例1的燒結製程以及燒結溫度列於表1-2中。

比較例 2 至 5 (C2-C5) ：鐵鉑基靶材

比較例2至5之鐵鉑基靶材所採用的方法與實施例1至14之鐵鉑基靶材的製備方法大致相同，其主要差異在於：比較例2未同時控制原料混合物中第一成分原料和氮化物原料之含量，以及未控制鐵鉑基靶材中的鈣含量；比較例3未控制原料混合物中第一成分原料之含量，以及未控制鐵鉑基靶材中的氧含量；比較例4、5皆未控制原料混合物中氮化物原料含量，未經過水洗、乾燥、和氫氣還原之步驟，以及未控制鐵鉑基靶材中的氧含量和鈣含量。比較例2至5之鐵鉑基靶材的組成、鈣含量和氧含量皆列於表1-1中，而燒結製程以及燒結溫度則列於表1-2中。

比較例 6 至 11 (C6-C11) ： 鐵鉑基靶材 ( 含有碳 )

比較例6至11之鐵鉑基靶材所採用的方法與實施例15至20之鐵鉑基靶材的製備方法大致相同，其主要差異在於：比較例6、7未經過水洗、乾燥、和氫氣還原之步驟，以及未控制鐵鉑基靶材中的氧含量和鈣含量；比較例8未經過氫氣還原之步驟，以及未控制鐵鉑基靶材中的氧含量；比較例9未經過水洗、乾燥之步驟，以及未控制鐵鉑基靶材中的鈣含量；比較例10、11皆未控制原料混合物中第一成分原料含量、未經過水洗、乾燥、和氫氣還原之步驟，以及未控制鐵鉑基靶材中的氧含量和鈣含量。比較例6至11之鐵鉑基靶材的組成、鈣含量和氧含量皆列於表1-1中，而燒結製程以及燒結溫度則列於表1-2中。表1-1 實施例1至20及比較例1至11之鐵鉑基靶材之組成、其鈣含量和氧含量

組別	鐵鉑基靶材之組成	Ca含量 (ppm)	O含量 (ppm)
E1	46Fe-25Pt-4Ru-1B-24AlN	10.9	86
E2	62Fe-13Pt-4V-4Zr-7ScN-10VN	8.1	617
E3	38Fe-25Pt-10Mn-7BN-10MnN-10TiN	17.9	248
E4	50Fe-8Pt-1Er-11Ho-10FeN-20GaN	18.3	793
E5	59Fe-18Pt-1Sc-3Nb-9BN-10NiN	6.6	422
E6	47Fe-23Pt-3Er-5Ir-5ZrN-7NbN-10Si ₃N ₄	12.5	495
E7	69Fe-17Pt-2Ir-12VN	0.7	854
E8	60Fe-20Pt-5Mn-15BN	1.3	371
E9	38Fe-30Pt-1Ru-6Rh-10AlN-15ZrN	4.2	513
E10	63Fe-10Pt-9Zr-10BN-8AlN	10.4	620
E11	47Fe-29Pt-4Er-10HfN-10GaN	5.8	589
E12	64Fe-5Pt-3Ho-5Sc-5BN-5Si ₃N ₄-13TiN	11.0	481
E13	73Fe-10Pt-1Y-1Ho-2V-5NbN-8FeN	2.6	297
E14	57Fe-15Pt-2Er-5Sc-5TaN-5MnN-5MoN-6NiN	9.8	743
E15	43Fe-22Pt-4Y-7Nb-10AlN-14C	4.3	366
E16	38Fe-30Pt-6Rh-8BN-18WC	1.2	72
E17	34Fe-21Pt-2V-5Rh-10MoN-18Si ₃N ₄-10TiC	16.4	201
E18	39Fe-3Pt-12Sc-10AlN-20ScN-6C-10NbC	3.7	926
E19	36Fe-19Pt-5Zr-10ZrN-11TiN-4C-5TaC-10Cr ₃C ₂	10.6	586
E20	39Fe-27Pt-1V-2Mn-11HfN-20SiC	1.6	187
C1	46Fe-25Pt-4Ru-1B-24AlN	211.7	2001
C2	49Fe-15Pt-1Zr-5AlN-10TiN-20ZrN	26.1	861
C3	45Fe-10Pt-10Er-10Y-25GaN	15.2	1147
C4	79Fe-8Pt-6V-7BN	105.9	3540
C5	54Fe-11Pt-3Sc-12ZrN-20MnN	304.1	3686
C6	71Fe-2Pt-1Ir-4Ho-14AlN-8C	192.8	3934
C7	29Fe-22Pt-3Nb-10BN-11AlN-10C-15TaC	203.4	1865
C8	27Fe-38Pt-5B-6Mn-9BN-15WC	11.7	1779
C9	19Fe-27Pt-3Zr-6Ir-10FeN-15ScN-20SiC	269.6	878
C10	59Fe-15Pt-1Er-15ZrN-10TiC	127.5	3262
C11	15Fe-23Pt-6Y-8Ho-10TaN-13GaN-5C-20ZrC	394.3	2794

表1-2 製備實施例1至20及比較例1至11中有無經過水洗、氫氣還原步驟、所使用之燒結製程及燒結溫度

組別	有無水洗	有無氫氣還原	燒結製程	燒結溫度
E1	有	有	HP	1000°C
E2	有	有	HP	1000°C
E3	有	有	HP	1050°C
E4	有	有	HP	1100°C
E5	有	有	HP	1000°C
E6	有	有	HP	1100°C
E7	有	有	HP	1000°C
E8	有	有	HIP	950°C
E9	有	有	HIP	1000°C
E10	有	有	HIP	1050°C
E11	有	有	HIP	1000°C
E12	有	有	HIP	1100°C
E13	有	有	HIP	900°C
E14	有	有	HIP	1050°C
E15	有	有	SPS	900°C
E16	有	有	SPS	950°C
E17	有	有	SPS	1000°C
E18	有	有	SPS	850°C
E19	有	有	SPS	900°C
E20	有	有	SPS	850°C
C1	無	無	HP	900°C
C2	有	有	SPS	1000°C
C3	有	有	SPS	1050°C
C4	無	無	HIP	700°C
C5	無	無	HIP	850°C
C6	無	無	HIP	1000°C
C7	無	無	SPS	850°C
C8	有	無	SPS	1000°C
C9	無	有	SPS	950°C
C10	無	無	HP	1000°C
C11	無	無	HP	1100°C

分析 1 ：鐵鉑基靶材之鈣含量

將實施例1至20與比較例1至11燒結後先得到的鐵鉑基合金粗胚，以線切割取得2公分(cm) × 2 cm的試片，再進行表面黑皮磨除及清洗處理。

隨後，將實施例1至20與比較例1至11之鐵鉑基靶材的試片置入輝光放電質譜儀(GD-MS)中並進行鈣含量的測定，並將測定結果記錄於表2中。

分析 2 ：鐵鉑基靶材之氧含量

將實施例1至20與比較例1至11燒結後先得到的鐵鉑基合金粗胚以線割加工，接著進行表面黑皮磨除及清洗處理後，各取50毫克(mg)至100 mg做為待測樣品。接著，將各組的待測樣品分別放置於石墨坩堝中，於持續通氦氣的氣氛下進行加熱燃燒，使前述待測樣品中的氧含量轉化為一氧化碳，最後利用氧氮分析儀(型號為HORIBA公司製造的EMGA-620W)以非分散紅外吸收法進行檢測，得到各待測樣品的氧含量，並將測定結果列於表2中。

分析 3 ：靶材相對密度

將實施例1至20與比較例1至11燒結後先得到的鐵鉑基合金粗胚，以線切割取得1cm × 1 cm的試片，再進行表面黑皮磨除及清洗處理，接著透過阿基米德法，得到實施例1至20與比較例1至11之鐵鉑基靶材的相對密度，並將結果記錄於表2中。

分析 4 ：靶材抗氧化能力

將實施例1至20與比較例1至11燒結後先得到的鐵鉑基合金粗胚以線切割取得5 cm × 5 cm的試片，再進行表面黑皮磨除及清洗處理。

接著，將實施例1至20與比較例1至11之鐵鉑基靶材試片置於溫度為60℃、相對濕度為85%的高溫高濕環境中，並且每小時以放大倍率為100倍之光學顯微鏡(Optical Microscope，OM)檢驗各試片的表面是否出現氧化鏽斑的情況，直到試片表面出現目視明顯可見由於氧化所致的鏽蝕現象，記錄經過的總時間作為鏽斑出現時間。其中，以光學顯微鏡拍攝的影像圖如圖1、圖2所示，圖1是實施例1之鐵鉑基靶材試片經過172小時的抗氧化試驗後，以光學顯微鏡放大100倍的影像圖，而圖2是比較例4之鐵鉑基靶材試片經過2小時的抗氧化試驗後，以光學顯微鏡放大100倍的影像圖。明顯的，實施例1因氧化而出現鏽蝕現象的時間遠多於比較例4所需的時間。

「鏽斑出現時間」愈長，代表鐵鉑基靶材具有愈佳的抗氧化能力，「鏽斑出現時間」愈短，則表示鐵鉑基靶材的抗氧化能力愈差。實施例1至20與比較例1至11之鐵鉑基靶材在高溫高濕環境下之鏽斑出現時間列於表2中。在本創作中，鏽斑出現時間大於75小時被判定為通過抗氧化能力測試。

分析 5 ：表面粗糙度

將實施例1至20與比較例1至11之鐵鉑基靶材以線割與磨床加工後，製得直徑為3英吋、厚度為5 mm的圓形靶材，接著，將各靶材置於持續通有50 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute)之氬氣流量、0.001托耳(torr)至0.01 torr之真空度的磁控濺鍍機台(廠商：高敦)中，先以預濺鍍(pre-sputter)清除靶材表面的髒汙 (功率：100瓦(W)；時間：600秒)，獲得可進行後續濺鍍之待濺鍍靶材。接著，使該待濺鍍靶材置於通有50 sccm之氬氣流量、10 ^-2torr至10 ^-3torr之真空度的濺鍍環境下，以80 W之功率對直徑為2英吋、厚度為0.5 cm的玻璃試片進行600秒之濺鍍製程，進而各組分別獲得一濺鍍薄膜。

隨後，藉由形狀分析雷射共軛焦兼白光干涉顯微鏡 (型號：VK-X3000，製造商：KEYENCE)之三維(3D)影像功能，對各濺鍍薄膜表面根據ISO 25178標準方法進行表面粗糙度分析，以獲得各濺鍍薄膜之算術平均粗糙度(arithmetic mean deviation，Ra)以及最大高度(maximum height of profile，Rz)，各組之測量結果記錄於表2中。所述最大高度表示的是在基準長度上的粗糙度曲線中，最高波峰的高度與最深波谷的深度之和。

由於各濺鍍薄膜係以相同的濺鍍方法分別製得，故各濺鍍薄膜的表面粗糙度之差異主要係源自於濺鍍靶材之特性。在本創作中，單層的濺鍍薄膜之Ra小於20奈米(nm)且Rz小於50 nm被判定為通過表面粗糙度測試。表2

組別	鐵鉑基靶材之組成	相對密度	鏽斑出現時間 (hr)	濺鍍薄膜之粗糙度
Ra (nm)	Rz (nm)
E1	46Fe-25Pt-4Ru-1B-24AlN	99.24%	172	6	24
E2	62Fe-13Pt-4V-4Zr-7ScN-10VN	98.91%	109	10	39
E3	38Fe-25Pt-10Mn-7BN-10MnN-10TiN	98.26%	138	9	33
E4	50Fe-8Pt-1Er-11Ho-10FeN-20GaN	98.57%	106	11	41
E5	59Fe-18Pt-1Sc-3Nb-9BN-10NiN	99.45%	128	8	31
E6	47Fe-23Pt-3Er-5Ir-5ZrN-7NbN-10Si ₃N ₄	98.73%	126	10	36
E7	69Fe-17Pt-2Ir-12VN	99.80%	85	13	40
E8	60Fe-20Pt-5Mn-15BN	98.85%	149	8	29
E9	38Fe-30Pt-1Ru-6Rh-10AlN-15ZrN	99.07%	119	7	32
E10	63Fe-10Pt-9Zr-10BN-8AlN	99.31%	111	9	35
E11	47Fe-29Pt-4Er-10HfN-10GaN	99.68%	134	8	31
E12	64Fe-5Pt-3Ho-5Sc-5BN-5Si ₃N ₄-13TiN	99.82%	126	14	47
E13	73Fe-10Pt-1Y-1Ho-2V-5NbN-8FeN	99.13%	140	3	23
E14	57Fe-15Pt-2Er-5Sc-5TaN-5MnN-5MoN-6NiN	99.69%	92	10	41
E15	43Fe-22Pt-4Y-7Nb-10AlN-14C	98.72%	138	9	33
E16	38Fe-30Pt-6Rh-8BN-18WC	99.01%	176	5	17
E17	34Fe-21Pt-2V-5Rh-10MoN-18Si ₃N ₄-10TiC	98.96%	155	7	27
E18	39Fe-3Pt-12Sc-10AlN-20ScN-6C-10NbC	99.19%	79	10	46
E19	36Fe-19Pt-5Zr-10ZrN-11TiN-4C-5TaC-10Cr ₃C ₂	99.43%	111	9	38
E20	39Fe-27Pt-1V-2Mn-11HfN-20SiC	98.64%	167	6	26
C1	46Fe-25Pt-4Ru-1B-24AlN	87.65%	5	23	87
C2	49Fe-15Pt-1Zr-5AlN-10TiN-20ZrN	98.23%	75	20	63
C3	45Fe-10Pt-10Er-10Y-25GaN	98.75%	70	19	58
C4	79Fe-8Pt-6V-7BN	75.98%	2	28	106
C5	54Fe-11Pt-3Sc-12ZrN-20MnN	86.71%	4	29	112
C6	71Fe-2Pt-1Ir-4Ho-14AlN-8C	96.85%	5	32	123
C7	29Fe-22Pt-3Nb-10BN-11AlN-10C-15TaC	95.67%	61	20	64
C8	27Fe-38Pt-5B-6Mn-9BN-15WC	97.83%	70	21	56
C9	19Fe-27Pt-3Zr-6Ir-10FeN-15ScN-20SiC	97.24%	67	22	59
C10	59Fe-15Pt-1Er-15ZrN-10TiC	96.94%	32	25	93
C11	15Fe-23Pt-6Y-8Ho-10TaN-13GaN-5C-20ZrC	97.02%	43	22	86

實驗結果討論

根據各實施例的製備方法並配合表2的實驗結果可知，藉由至少同時採用(1)控制第一成分原料與氮化物原料的使用量範圍、(2)進行水洗、乾燥工序以及(3)經過氫氣還原再燒結等技術手段，使所製得之鐵鉑基靶材能同時兼具以下技術特徵：(I)所述第一成分含量大於或等於2 at%且小於或等於12 at%、(II)所述氮化物含量大於或等於8 at%且小於或等於30 at%、(III)鐵鉑基靶材中的鈣含量小於20 ppm、(IV)鐵鉑基靶材中的氧含量小於1000 ppm以及(Ⅴ)鐵鉑基靶材的相對密度大於98%。反觀各比較例並未同時採用前述技術手段(1)至(3)，因此比較例1至11之鐵鉑基靶材也未能同時兼具前述技術特徵(I)至(V)。據此，相較於比較例1至11，實施例1至20之鐵鉑基靶材在相同的高溫高濕環境下，實施例1至20之鐵鉑基靶材之鏽斑出現時間可延長至大於75小時；由此可見，本創作所提供之技術手段能有效提升抗氧化能力。

此外，從表2的實驗結果可以看出，以實施例1至20之鐵鉑基靶材進行濺鍍所製得之濺鍍薄膜的Ra皆小於20 nm且Rz皆小於50 nm，顯示所得之濺鍍薄膜具有表面粗糙度小的表面。

再進一步參看實施例1以及比較例1的組別，雖然實施例1與比較例1之鐵鉑基靶材具有相同主要組成成分，即皆表示為46Fe-25Pt-4Ru-1B-24AlN，然而，因比較例1未依序進行水洗、乾燥之工序，導致所製得的鐵鉑基靶材的鈣含量高達211.7 ppm，由此可證，經過水洗工序確實可降低原料混合物的鈣含量，使所述乾燥後的原料混合物的鈣含量可控制在小於20 ppm的範圍；此外，因比較例1未進行氫氣還原工序，導致所製得的鐵鉑基靶材的氧含量高達2001 ppm，由此可證，經過氫氣還原工序確實可降低還原材料的氧含量，使所製得的鐵鉑基靶材的氧含量可控制在小於1000 ppm的範圍。因此，實施例1之鐵鉑基靶材不論在相對密度(99.24%)、延緩氧化現象(172小時)的結果皆遠優於比較例1之鐵鉑基靶材(相對密度為87.65%；鏽斑出現時間為5小時)。再者，由實施例1之鐵鉑基靶材濺鍍形成的濺鍍薄膜所具有的表面粗糙度(Ra為6 nm；Rz為24 nm)亦皆明顯小於由比較例1之鐵鉑基靶材濺鍍形成的濺鍍薄膜(Ra為23 nm；Rz為87 nm)。由此可知，藉由控制鐵鉑基靶材的鈣含量、氧含量和相對密度於特定範圍之技術特徵，確實有助於提升鐵鉑基靶材的抗氧化能力，且由其濺鍍形成的濺鍍薄膜可具有更低的表面粗糙度。

另參看比較例6、比較例7的組別，雖比較例6和比較例7的鐵鉑基靶材皆具有符合本創作界定的第一成分和氮化物之含量範圍，但因為比較例6和比較例7的製備過程中並未依序進行水洗、乾燥、氫氣還原等工序，因此無法控制其鈣含量(小於20 ppm)和氧含量(小於1000 ppm)以及相對密度(小於98%)，致使比較例6和比較例7的鐵鉑基靶材的鏽斑出現時間明顯較短，表示其抗氧化力不夠好。再者，由比較例6和比較例7之鐵鉑基靶材濺鍍形成的濺鍍薄膜所具有的表面粗糙度較大，表示其表面的平整性不佳。

再進一步參看比較例8和比較例9的組別，比較例8之鐵鉑基靶材中的第一成分之含量、氮化物之含量以及鈣含量皆符合本創作所限定之範圍，然而，比較例8之鐵鉑基靶材因製備過程未經過氫氣還原工序，故其氧含量略高於本創作所限定之小於1000 ppm的特定範圍且所述鐵鉑基靶材具有的相對密度小於98%(97.83%)，導致比較例8之鐵鉑基靶材之鏽斑出現時間較短(70小時)，由此可知，比較例8之鐵鉑基靶材同樣無法具有較佳的抗氧化能力。此外，比較例9之鐵鉑基靶材中的第一成分之含量、氮化物之含量以及氧含量皆符合本創作所限定之範圍，然而，比較例9之鐵鉑基靶材因製備過程未經過水洗工序控制鈣含量，故其鈣含量略高於本創作所限定的小於20 ppm之特定範圍，且比較例9之鐵鉑基靶材未控制其相對密度，導致且其鏽斑出現時間為67小時，由此可知，比較例9之鐵鉑基靶材同樣無法具有較佳的抗氧化能力。

再進一步參看比較例2和比較例3的組別，比較例2之鐵鉑基靶材因第一成分之含量過低且氮化物之含量過高，因此，即便比較例2的製備過程有經過水洗、乾燥工序，仍無法將鐵鉑基靶材的鈣含量降低至小於20 ppm，導致由比較例2之鐵鉑基靶材濺鍍形成的濺鍍薄膜仍具有較大的表面粗糙度(Ra為20 nm；Rz為63 nm)。比較例3之鐵鉑基靶材因第一成分之含量過高，因此，即便比較例3的製備過程有經過氫氣還原工序，仍無法將鐵鉑基靶材的氧含量降低至小於1000 ppm，，導致比較例3之鐵鉑基靶材的抗氧化能力較低，且由比較例3之鐵鉑基靶材濺鍍形成的濺鍍薄膜仍具有較大的表面粗糙度(Rz為58 nm)。

此外，再觀表2的分析結果，實施例1至3、5、6、8至13、15至17、19、20之鐵鉑基靶材因其氧含量少於625 ppm，因此出現鏽斑的時間較長(109小時以上)；甚至，實施例1、3、5、6、8、12、13、15至17、20之鐵鉑基靶材因其氧含量少於510 ppm，因此出現鏽斑的時間更長(大於120小時)。

綜上所述，本創作藉由適當控制鐵鉑基靶材之第一成分、氮化物、鈣與氧的含量以及相對密度，進而可達成提升鐵鉑基靶材的抗氧化能力，並且，由其濺鍍形成的濺鍍薄膜具有表面粗糙度低之優點。據此，本創作提供之鐵鉑基靶材不僅能提升濺鍍形成的磁記錄層之膜層品質與良率，還可避免保存不當極易氧化產生鏽蝕的問題，進一步提升其於商業上的價值。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，惟該實施方式並非用以限定本創作之申請專利範圍；舉凡其他未悖離本創作揭示內容下所完成的變化、修飾等變更，均應包含於本創作涵蓋的專利範圍中。

無

圖1係實施例1之鐵鉑基靶材經過172小時的抗氧化試驗後，以光學顯微鏡放大100倍的影像圖。圖2係比較例4之鐵鉑基靶材經過2小時的抗氧化試驗後，以光學顯微鏡放大100倍的影像圖

無

Claims

一種鐵鉑基靶材，其包含鐵、鉑、第一成分以及氮化物；其中該第一成分係選自釕、錳、硼、銠、銥、鈮、鈧、釔、鈥、鉺、釩、鋯及其組合所組成之群組；其中，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該第一成分的含量係大於或等於2原子百分比且小於或等於12原子百分比，該氮化物的含量係大於或等於8原子百分比且小於或等於30原子百分比；該鐵鉑基靶材中的鈣含量係小於百萬分之20，以及該鐵鉑基靶材中的氧含量係小於百萬分之1000；其中，該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98%。
如請求項1所述之鐵鉑基靶材，其中，該氮化物係選自氮化硼、氮化鋁、氮化釩、氮化鈧、氮化錳、氮化鈦、氮化鐵、氮化鎵、氮化鎳、氮化鋯、氮化鈮、氮化矽、氮化鉿、氮化鉭、氮化鉬、氮化鈷、氮化鉻及其組合所組成之群組。
如請求項1所述之鐵鉑基靶材，其中，該鐵鉑基靶材更包含碳或碳化物。
如請求項3所述之鐵鉑基靶材，其中，該碳化物係選自碳化鎢、碳化鈦、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化矽、碳化鋯、碳化硼、碳化釩、碳化鉿、氮碳化鈦及其組合所組成之群組。
如請求項3所述之鐵鉑基靶材，其中，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該碳和該碳化物的總含量係大於或等於10原子百分比且小於或等於20原子百分比。
如請求項1至5中任一項所述之鐵鉑基靶材，其中，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該鉑的含量係大於或等於3原子百分比且小於或等於30原子百分比。
如請求項1至5中任一項所述之鐵鉑基靶材，其中，以該鐵鉑基靶材整體之原子總數為基準，該鐵的含量係大於或等於8原子百分比且小於或等於77原子百分比。
一種鐵鉑基靶材之製法，其包含以下步驟：步驟(a)：將鐵原料、鉑原料、第一成分原料以及氮化物原料混合再研磨，得到一原料混合物；其中，該第一成分係選自釕、錳、硼、銠、銥、鈮、鈧、釔、鈥、鉺、釩、鋯及其組合所組成之群組；以該原料混合物整體之原子總數為基準，該第一成分原料的添加量係大於或等於2原子百分比且小於或等於12原子百分比，該氮化物原料的添加量係大於或等於8原子百分比且小於或等於30原子百分比；步驟(b)：將該原料混合物置於一水中進行攪拌水洗工序，得到一水洗後的原料混合物；其中，該水的溫度係大於或等於55℃且小於或等於65℃；步驟(c)：將該水洗後的原料混合物進行乾燥處理工序，得到一乾燥後的原料混合物；步驟(d)：將該乾燥後的原料混合物進行氫氣還原工序，得到一還原材料；以及步驟(e)：燒結該還原材料，獲得該鐵鉑基靶材；其中，該鐵鉑基靶材中的鈣含量係小於百萬分之20，以及該鐵鉑基靶材中的氧含量係小於百萬分之1000；該鐵鉑基靶材的相對密度係大於98%。
如請求項8所述之鐵鉑基靶材之製法，其中，於該步驟(b)中，該原料混合物的重量與該水的體積之比值為大於或等於90克/公升且小於或等於110克/公升。
如請求項8所述之鐵鉑基靶材之製法，其中，於該步驟(d)中，該氫氣還原工序的持續時間係大於或等於1小時且小於或等於3小時；還原溫度係大於或等於550℃且小於或等於900℃。
如請求項8所述之鐵鉑基靶材之製法，其中，於該步驟(e)中，燒結溫度係大於或等於700℃且小於或等於1200℃，燒結壓力係大於或等於220巴且小於或等於1850巴。
如請求項8至11中任一項所述之鐵鉑基靶材之製法，其中，該步驟(a)中更包括碳原料或碳化物原料。