高PTF溅镀靶和制造方法技术

本发明专利技术通过将至少两种不同类型的粉末混合在一起并用粉末冶金法固结粉末以形成坯料，从而形成用于沉积器械的靶。然后由坯料形成靶。靶包括具有第一ＰＴＦ的第一材料相和具有高于第一ＰＴＦ的第二ＰＴＦ的第二材料相。第二ＰＴＦ也高于具有和靶相同的化学组成的材料的ＰＴＦ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一般地，本专利技术涉及制造硬盘驱动器磁盘，更具体地涉及用于磁盘制造中的具有高PTF的溅镀靶。
技术介绍
硬盘驱动器(HDD)在HDD内的磁盘上存储和重新找回数据。每个磁盘表面是由几个不同的涂覆在铝或者玻璃复合物基片上的磁性和非磁性材料层组成的层状结构。所得的介质层为读/写/擦除循环提供了磁介质。一个或多个磁盘被固定在旋转的轴上，以充分的速度自旋以在磁盘表面上产生空气缓冲层。空气缓冲层为空气动力学设计的磁头提供了一个轴承面，磁头将在非常接近于磁盘介质表面处“飞”以进入不同的位置。HDD使用每个介质表面上的磁头在磁盘上执行写、擦除和读功能。磁头具有两个基本活动组件，这些组件是写元件和读传感器。写元件可以基本上描述为包括一个周围被磁极结构环绕的线圈的电磁铁。当电流流经线圈时，电流感应一个磁场到磁极结构中。磁极结构包括一个在物理上将自身呈现在磁盘介质表面的间隙。当磁场被感应到磁极结构中时，通量能跃过磁极结构中的间隙，产生从磁头设备射出到介质表面上的场。写区域导致磁畴在介质表面内的特殊排列，称为跃迁。通过精心制作的编码方案，HDD将在磁盘的介质表面上“写”数据模式。在磁头中的读传感器实现了数据检索或读取。读传感器是包括几层铁磁和反铁磁材料的磁阻(MR)设备。当读传感器经过写跃迁被安置在介质上面时，传感器的MR效应在介质表面上产生与跃迁的“被感应”场强度成比例的阻抗变化。这个阻抗变化在电学上解释为一个数据位，并且通过精心制作的编码方案，可以转化为数据。硬磁材料和软磁材料广泛地应用于HDD的介质和磁头组件的构造。磁材料表现出滞后行为，铁磁材料的磁化随施加磁场的增加而增加，直至达到饱和。在达到饱和后，即使施加场再增加，材料的磁化保持相对恒定。但是，在饱和后，施加场减少到零不会使材料磁化减少到零。相反，被磁化的材料维持低于饱和磁化值的剩余场。这样，铁磁材料可以制造成永久磁铁。因为这些原因，选择了用于长期数据存储应用(也就是HDD)的铁磁材料。铁磁材料可以描述为软磁的或硬磁的。典型地，对数据存储应用而言，剩磁的高和低值分别与软磁和硬磁材料有关。或者，铁磁材料被称为软磁或硬磁材料。典型地，对数据存储应用而言，磁矫顽力的低值和高值与软磁和硬磁材料有关。软磁材料趋向于具有几奥斯特到几百奥斯特之间的磁矫顽力值，而硬磁材料具有几千到几万奥斯特之间的磁矫顽力值。例如，软磁材料可具有5-2000范围内的矫顽力，硬磁材料可具有2000-100,000范围内的矫顽力。大部分介质和磁头组件用物理汽相沉积(PVD)或溅镀法、具体地为磁控管溅镀沉积法制造。PVD是一种在基片上沉积薄膜材料的方法。将基片紧密接近真空室里的材料源(靶)放置，材料源偏向负压(阴极)，而基片偏向正压(阳极)。大量中性(不带电的)氩气被引入溅镀室，一些附带的带电氩离子和电子分别向阴极和阳极的加速运动导致了与主要氩气云团的碰撞，导致氩离子化现象扩大(雪崩)。加速的氩离子与有足够能量的靶表面碰撞以喷射靶表面原子。被喷射的靶原子穿过靶和基片之间的空间并沉积在基片上。这种方法导致薄膜在基片上以原子接着原子的方式产生。磁控管溅镀是用于数据存储介质工业的主要方法，在磁控管溅镀中，氩气的离子化可以通过在靶后面放置一个磁性阵列来进一步增强。具有必须足以穿过靶传输的强度的磁场与主要电场共同作用，以将电子聚焦在靠近靶表面的区域内。这通过氩原子的电子导致了多样的和更有效的离子化，并提高了靶原子在基片上的沉积速度。但是，由于磁性靶合金的磁性质，在靶主体中存在相当可观的施加磁场分路。这导致了如下效应靶利用的降低，这是由于通过分路形成的侵蚀凹槽中被传输磁场的聚焦；和在可操作磁靶厚度上的上限，这是由于需要足够的磁通量通道通过靶主体以引发溅镀过程。这两个效应都随着穿过通量(PTF)能力的降低而加剧。严重靶侵蚀剖面的存在也促进了点源溅镀现象，这可以导致小于最适宜沉积膜厚度的均匀性。磁靶的PTF定义为被传输磁场与施加磁场的比率。100％的PTF值是非磁性材料的指示，其中没有一个施加场通过靶主体被分流。磁靶材料的PTF典型地指定在0到100％的范围内，大多数商业上制造的材料显示1到80％之间的值。有几种不同的测定产品PTF的技术。一种技术包括将4.4(±0.4)千高斯的条形磁铁与靶材料的一个侧面接触放置，用与靶材料另一个侧面接触的轴向霍尔探头监测被传输场。在磁体和探头之间不存在靶的情况下(维持和当靶在它们中间时一样的分离距离)，通过靶主体被传输的磁场的最大值除以施加场强度定义为PTF。PTF可以表示为一个分数或百分数。另一种测量PTF的技术包括使用马蹄形磁铁和横向霍尔探头。除非另作说明，这种技术已用于获取在本申请中描述的PTF值。测量技术本身的更详细描述可以在ASTM Standard F1761中找到。PTF测量技术被创立以实际地接近出现在真实的磁控管溅镀机器中的施加磁通量。因此，PTF测量与磁控管溅镀过程中的靶材料性能相互关联。磁材料PTF和磁导率不相互排斥。相反，在磁材料的PTF和最大导磁率之间典型地存在逆相关。材料磁导率值可以通过使用按照ASTM Standard A894-89的振动样品磁强计(VSM)技术很精确地测定。对于磁导率测定而言，样品几何形状的描述和适当的退磁因数的计算在本领域中也是熟知的，如Bozarth，Ferromagnetism，p.846中所述。真空感应熔炼(VIM)法已经用于现有技术中以形成用于靶中的硬和软的铁磁材料。尽管现有技术文献描写了提高硬磁材料中的PTF的技术，该硬磁材料典型地用于数据存储工业，但是在现有技术文献中明显缺乏用于软磁材料的高PTF处理技术，特别是当软磁材料被应用于磁控管溅镀薄膜电子应用中时。在数据存储和电子工业中用于磁控管溅镀应用的软磁材料可以广泛地描述为包括三个合金族钴基的、镍基的和铁基的。CoA-(Fe，Ta，Nb，Zr，B)BNiA-(Fe，Nb，Cu，V，Cr，Mo)BFeA-(Al，Si，Ta，B，C，Co，Cr，Ni，Ir，Rh，V)B对于这些族的每一种，一种或多种合金添加剂(圆括号中所示)可以合计达不超过60原子百分数的总浓度。这样，下标B在所述一种或多种合金添加剂的0到60原子百分数范围内，下标A组成了剩余部分，所以A和B合计达100原子百分数的总数。通过常规VIM技术的使用，形成了具有相同的微观和宏观化学组成(或成分)的软磁材料。VIM处理包括在真空室里面浇铸材料。被配制以获得所需合金化学组成的原材料被放置于由难熔材料组成的坩埚中。原材料典型地组成各种组成元素的薄片、粉末和合金再熔体。一个线圈围绕在坩埚周围，交流电流在可控制频率下流过线圈以产生伏特电压。坩埚中的材料短路了这个电压并通过电流被电阻加热。一旦变成液体，材料被灌注(浇铸)到一个金属的或陶瓷的模型中，使其固化并冷却。固态浇铸材料是指锭，如果需要，可以进行进一步的热机械处理以获得材料致密化或特定的微结构性质。热机械处理典型地组成了热轧、温轧、锻造和退火的各种组合。如前面讨论的，软磁材料的VIM处理的一个问题就是产生了很低PTF的材料。这个PTF值典型地在1％-10％之间的范围内。对厚度值在3mm到7mm之间的靶材料而言，大于10％的PTF值是达不到的。这对镍基和铁基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于沉积器械的靶，包括：具有第一ＰＴＦ的第一材料相；和具有第二ＰＴＦ的第二材料相，该第二ＰＴＦ高于该第一ＰＴＦ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-6-7 10/163,6201.一种用于沉积器械的靶，包括具有第一PTF的第一材料相；和具有第二PTF的第二材料相，该第二PTF高于该第一PTF。2.根据权利要求1所述的靶，其中靶具有不同于第一和第二材料相的化学组成的化学组成。3.根据权利要求2所述的靶，其中第二PTF高于具有与靶相同的化学组成的材料的PTF。4.根据权利要求1所述的靶，其中靶的化学组成是适于制造软磁材料的化学组成。5.根据权利要求4所述的靶，其中靶具有大于3mm的厚度、大于50mm的直径，且靶的PTF高于5％。6.根据权利要求5所述的靶，其中靶的PTF高于20％。7.根据权利要求6所述的靶，其中靶的化学组成包括至少40原子百分数的Fe或Ni。8.根据权利要求7所述的靶，其中靶的化学组成不包括Co。9.根据权利要求5所述的靶，其中靶的PTF高于50％。10.根据权利要求9所述的靶，其中靶的化学组成包括至少40原子百分数的Co且不包括Fe和Ni。11.根据权利要求1所述的靶，其中靶的平均粒度小于500微米。12.根据权利要求11所述的靶，其中靶的平均粒度小于200微米。13.根据权利要求1所述的靶，其中第一相和第二相基本上由元素相组成。14.根据权利要求1所述的靶，其中第一相和第二相基本上由合金相组成。15.根据权利要求1所述的靶，其中第一相和第二相中的一个相是元素相，而该第一相和第二相中的另一个相是合金相。16.根据权利要求1所述的靶，其中靶具有高于80％理论值的密度。17.根据权利要求16所述的靶，其中靶具有高于95％理论值的密度。18.根据权利要求1所述的靶，其中靶通过粉末冶金法形成。19.一种形成用于沉积器械的靶的方法，包括以下步骤将至少两种不同类型的元素或合金粉末混合在一起；用粉末冶金法固结粉末以形成坯料；和由坯料形成靶。20.根据权利要求19所述的方法，其中该至少两种粉末基本上由元素粉末组成。21.根据权利要求19所述的方法，其中该至少两种粉末基本上由合金粉末组成。22.根据权利要求19所述的方法，其中该至少两种粉末中的一种为元素粉末，而该至少两种粉末中的另一种为合金粉末。23.根据权利要求19所述的方法，其中粉末的固结通过等静压制进行。24.根据权利要求19所述的方法，其中粉末的固结通过单轴压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文军，贝恩德孔克尔，阿南德德奥杜特，迈克尔巴托洛梅乌斯，
申请(专利权)人：黑罗伊斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]