本文利用磁控濺射的方法生長不同Cr插層厚度的Pd/Cr/Co多層膜，并利用橢偏儀對(duì)多層膜的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行測量。得到了入射光波長在250nm-850nm范圍內(nèi)多層膜的折射率、反射率、吸收系數(shù)以及復(fù)介電常數(shù)的曲線，在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析了Cr插層厚度對(duì)多層膜光學(xué)參數(shù)的影響。

　　信息存儲(chǔ)技術(shù)是所有高科技領(lǐng)域的支柱。計(jì)算機(jī)的超高密度超大容量的快速存儲(chǔ)促進(jìn)了高科技的發(fā)展，而高科技的發(fā)展又對(duì)計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)提出了越來越高的要求。磁光存儲(chǔ)兼有磁存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：記錄的信息位磁矩垂直薄膜表面，直徑在微米數(shù)量級(jí)，存儲(chǔ)密度高達(dá)108bit/cm2以上;采用光學(xué)讀寫頭讀寫，無延遲效應(yīng)，數(shù)據(jù)傳輸率高;光讀寫頭與記錄介質(zhì)間無機(jī)械接觸，不產(chǎn)生磨損，信噪比高;與硬盤相比，單位存儲(chǔ)容量相對(duì)成本較低。因此磁光存儲(chǔ)將成為傳統(tǒng)記錄方式的替代方式之一，對(duì)其進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用方面的研究具有重大意義。

　　非晶材料因無晶粒邊界而噪聲較低，目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的磁光盤存儲(chǔ)介質(zhì)主要為非晶的TbFeCo和GdTbFeCo薄膜，它具有較高的垂直各

　　向異性、矯頑力和較低的磁化強(qiáng)度。但是由于材料中含有化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的稀土元素，容易在熱磁寫入中氧化，其克爾角在短波長處不理想(為了提高材料的記錄面密度，需要入射光束的波長從長波移到短波段)，從630nm處的0.35°下降到400nm處的0.15°，導(dǎo)致信噪比降低。解決此問題，可以在TbFeCo膜中摻入Nd元素，摻雜短波段的克爾轉(zhuǎn)角有明顯增加，但垂直磁化特性有明顯退化，矯頑力減小，影響了實(shí)用性。而對(duì)于Pd/Co和Pt/Co多層膜，由于具有很強(qiáng)的垂直各向異性、好的矩形回線和短波長區(qū)具有較大的克爾角等磁光特性，是作為第二代垂直磁記錄介質(zhì)的最佳選擇。它雖是多晶材料，但晶粒尺寸小于0.01μm，信噪比可高達(dá)64dB。基于以上這些優(yōu)點(diǎn)，它是目前較為合適的短波長磁光材料。對(duì)其磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)的研究是一個(gè)重要的課題。本文對(duì)Pd/Cr/Co多層膜的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行了測量，并研究了Cr插層的厚度對(duì)多層膜光學(xué)性質(zhì)的影響。

1、實(shí)驗(yàn)

　　Pd/Cr/Co多層膜樣品是利用磁控濺射法制備于水冷式玻璃襯底片上，濺射過程均由計(jì)算機(jī)控制。濺射系統(tǒng)的背景真空值小于5×10-5Pa，濺射氣氛為高純Ar氣，氣壓為0.5Pa。首先在玻璃襯底片上濺射沉積一層厚度為40nm的Pd膜作為緩沖層，然后再沉積Pd/Cr/Co多層膜。固定Pd層與Co層的厚度分別為0.8nm和0.24nm，而Cr插層的厚度在0nm~1.13nm之間，生長速率均控制在0.1nm/s，整個(gè)多層膜生長20個(gè)周期。樣品制備完成后，利用橢偏儀對(duì)薄膜的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行測試。

2、結(jié)果與討論

　　Pd/Cr/Co多層膜的的折射率如圖1所示，隨著入射光的增強(qiáng)，折射率均隨著增加。在短波段(波長小于400nm)不同插層厚度的多層膜折射率無明顯的差異，但是隨著入射光的波長增加，不同Cr插層厚度多層膜的折射率曲線開始分離，在同樣的光入射條件下插層厚度越大其折射率越大，且折射率的差異隨著入射光的波長增加而增加。在波長為620nm~800nm時(shí)折射率的差異趨于穩(wěn)定。此外，從圖1中可以看出插層厚度為0.1nm與0.19nm的折射率曲線幾乎重合。

圖1 0nm~0.47nm厚度Cr插層的折射率曲線

　　與折射率相反，多層膜的反射率曲線與吸收系數(shù)曲線未出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，如圖2所示。對(duì)于反射率R，在長波度段反射率隨著Cr插層的厚度的增加而有所下降，而在短波段則相反。另外，從圖2(a)中可以看出入射光波長小于600nm時(shí)0.1nmCr插層厚度的多層膜反射率最小，入射光波長大于650nm時(shí)，0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.4nm插層的反射率曲線幾乎重合，小于沒有插層的，大于0.5nm插層的。對(duì)于吸收率κ如圖2(b)所示，隨著插層的厚度增加吸收率也相應(yīng)小幅增加，但是沒有插入Cr插層的多層膜吸收率在短波段小于有插層的，在長波段反而大于插入插層的多層膜。

圖2  0nm~0.47nm厚度Cr插層的(a)反射率與(b)吸收系數(shù)曲線

　　多層膜的復(fù)介電常數(shù)ε=ε1-iε2，ε1為實(shí)部為一般所說的介電常數(shù)，ε2為虛部為介電損耗系數(shù)，對(duì)ε1的測量結(jié)果如圖3所示，多層膜在長波段與短波段ε1呈現(xiàn)相反的特性，在短波段隨著Cr插層厚度的增加而下降，而在長波段隨著Cr插層厚度的增加而增加。并且在長波段0.1nm~0.37nm厚Cr插層的多層膜的ε1差異很小，但與0nm和0.47nm的差異很大。

圖3 0nm~0.47nm厚度Cr插層的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部ε1曲線

圖40nm~0.47nm厚度Cr插層的復(fù)介電常數(shù)虛部ε2曲線

　　ε2的測量結(jié)果如圖4所示，與多層膜的折射率曲線相似，隨著入射光波長的增加不同Cr插層厚度的ε2曲線分離越劇烈。并且0.1nm與0.19nm的ε2曲線幾乎重合與折射率曲線相同。這是因?yàn)檎凵渎蕁=(εμ)1/2，受多層膜的介電常數(shù)ε與磁導(dǎo)率μ所影響。Pd/Cr/Co多層膜折射率n的變化主要是其耗散系數(shù)ε2發(fā)生了改變。不同Cr插層Pd/Cr/Co多層膜的光學(xué)常數(shù)的變化，主要原因是引入的第三層Cr增加了Pd/Co界面的粗糙度，使Pd層與Co層隔開，削弱了Pd對(duì)Co層的極化作用，改變了多層膜內(nèi)部的電磁特性致使多層膜的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。但總的來說，Cr插層厚度的變化對(duì)Pd/Cr/Co多層膜在短波段的光學(xué)性質(zhì)影響較小，而對(duì)在長波段的光學(xué)質(zhì)有比較顯著的影響。

3、結(jié)論

　　引入Cr插層到Pd/Co多層膜中，主要的目的是為了改善多層膜的磁光特性。Pd/Cr/Co多層膜隨著Cr插層厚度的增加，在不同波段其光學(xué)常數(shù)n、R、κ、ε表現(xiàn)出不同的變化情況。通過調(diào)節(jié)Cr的厚度，選取Pd/Cr/Co多層膜合適的光學(xué)參數(shù)以及入射光，可以有效的優(yōu)化Pd/Cr/Co多層膜作為磁光存儲(chǔ)材料使用時(shí)的讀寫信噪比。