Способ получения магнитных покрытий

 

Изобретение относится к получению металлических магнитных пленок химическим осаждением из растворов и может быть использовано для записи информации, в вычислительной технике, а также в акустоэлектронике в качестве магнитострикционного преобразователя для возбуждения и приема акустических волн. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей применения двухслойной магнитной системы за счет снятия упругих напряжений между слоями. На диэлектрическую подложку осаждают вначале в однородном магнитном поле магнитомягкий слой сплава никель - кобальт - фосфор толщиной 0,1 - 1,5 мкм. Затем с помощью специального электромагнита пленку сканируют с интервалом 50 - 60 мкм, формируя периодическую полосовую доменную структуру (ППДС) с периодом структуры 100 - 120 мкм. Далее на магнитомягкий слой осаждают магнитожесткий слой того же сплава никель - кобальт - фосфор для стабилизации неустойчивой по отношению к внешним магнитным полям ППДС магнитомягкого слоя. При этом в целях предотвращения искажения ППДС упругими напряжениями, возникающими в системе при осаждении магнитожесткого слоя, создают между слоями связующий (когерентный) слой толщиной не менее 500 - 600 А°. 1 ил.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 23 С 18/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4676534/02 (22) 01.02.89 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 (72) С.Я.Кипарисов (53) 621.793,3(088,8) (56) Патент США N 3255033. кл, 360 — 134, опублик. 1966.

Патент США ¹ 3268353, кл. 428 — 612, опублик. 1966. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНЫХ

ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к получению металлических магнитных пленок химическим осаждением из растворов и может быть использовано для записи информации, в вычислительной технике, а также в акустоэлектронике в качестве магнитострикционного преобразователя для возбуждения и приема акустических волн. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей применения двухслойИзобретение относится к получению металлических магнитных пленок химическим осаждением из растворов и может быть использовано для записи информации, в вычислительной технике, а также в акустоэлектронике в качестве магнитострикционного преобразователя для возбуждения и приема акустических волн.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей применения двухслойной магнитной системы за счет снятия упругих напряжений между слоями.

В качестве магнитомягкого слоя осаждают аморфный, магнитострикционный сплав никель - кобальт - фосфор толщиной

0,5-1,5 мкм при наложении однородного магнитного поля величиной не менее 2,5 Э

„„. рЦ ÄÄ 1663047 А1 ной магнитной системы за счет снятия упругих напряжений между слоями. На диэлектрическую подложку осаждают вначале в однородном магнитном поле магнитомягкий слой сплава никель — кобальт - фосфор толщиной 0,1 — 1,5 мкм. Затем с помощью специального электромагнита пленку сканируют с интервалом 50 — 60 мкм, формируя периодическую полосовую доменную структуру (ППДС) с периодом структуры 100-200 мкм, Далее на магнитомягкий слой осаждают магнитожесткий слой того же сплава никель — кобальт — фосфор для стабилизации не устойчивой по отношению к внешним магнитным полям ППДС магнитомягкого слоя.

При этом в целях предотвращения искажения ППДС упругими напряжениями. возникающими в системе при осаждении магнитожесткого слоя, создают между слоями связующий (когерентный) слой толщиной не менее 500 — 600 А. 1 ил. с последующим магнитным сканированием слоя с напряженностью 0.55-5,50 Э; а магнитожесткий слой толщиной 0,30-0,45 мкм осаждают из раствора при соотношении солей никеля, кобальта и гипофосфита натрия (в пересчете на ионы металлов и металлойда фосфора), r-ион/л: 0,55: 6,0: (1,35 — 1,65) при

80 — 85 С и рН 80 — 83.

Во избежание разрушения периодической доменной структуры магнитомягкого слоя внешними магнитными полями процесс осаждения магнитожесткого слоя желательно вести с их устранением, в т.ч. и с устранением малых внешних магнитных полей. .В качестве подложек для осаждения магнитомягкого слоя используют дизлект1663047 рические материалы, такие, например, как стекло, кварц, керамика. Осаждают магнитомягкий, аморфный сплав никель - кобальт — фосфор из известных растворов известными способами, При этом предпочтение отдают растворам, из которых можно осаждать магнитомягкий сплав, не сильно отличающийся по составу от магнитожесткого сплава. Но это не обязательно. Например, для получения магнитомягкого слоя аморфного сплава никель - кобальт- фосфор в предлагаемом способе получения двухслойной магнитной системы используют раствор состава, г/л: никель сернокислый

5 — 10; кобальт сернокислый 25-30; гипофосфит натрия 10 — 15; лимоннокислый натрий

80 — 90. Процесс ведут при 80 — 90 С и рН 810, толщина слоя в пределах 01 — 1,5 мкм.

Это обусловлено тем, что при толщине слоя меньше тысячи ангстрем на магнитные свойства его в значительной степени оказывает влияние поверхность подложки (подслоя). Структура такой пленки изобилует большим числом дефектов, микрошероховатостью и пористостью. Поэтому получение однородного по структуре слоя с хорошо выраженной анизотропией, что определяет качество будущей регулярной доменной структуры, не представляется возможным.

При толщине слоя свыше 1,5 мкм сильно возрастает отрицательная роль размагничивающего фактора, что приводит к уменьшению прямоугольности петли гистерезиса; к самопроизвольному разбиению целого исходного макродомена на отдельные доменные полосы шириной 0,10-0,15 мм. На концах доменов хорошо видны иглообразные домены противоположной намагниченности.

Самопроизвольное разбиение макродомена на отдельные крупные домены препятствует получению периодической структуры с относительно малым периодом, меньшим чем 200 — 300 мкм. Поэтому толщину магнитомягкого слоя необходимо ограничить величиной 1,5 мкм.

Для улучшения магнитных свойств магнитомягкого слоя его необходимо осаждать при наложении магнитного поля величиной не менее 2,5 Э. При этом дополнительно увеличивается прямоугольность петли гистерезиса (отношение Вг/Bs), уменьшается коэрцитивная сила Нс и растет поле анизотропии Н». Все это положительно отражается на процессе сканирования слоя: домены не изгибаются и не рвутся, поэтому структура формируется четко с заданным периодом, С целью формирования в магнитомягком слое ППДС его сканируют вдоль оси

55 легкого намагничивания (ОЛН) постоянным локальным магнитным полем, создаваемым специальным электромагнитом, конструкция которого приведена на чертеже.

Электромагнит состоит из сердечника

1, выполненного из листовой электротехнической стали толщиной 0.5 мм, медной проволочной обмотки, полюсов 3. С целью сосредоточения магнитного потока в узком пространстве концы полюсов 3 электромагнита плавно и тонко заостряют до 30 — 40 мкм в диаметре и сводят под углом a 50 — 60 до соприкосновения. Концы полюсов 3 предварительно покрывают тонким слоем изолирующего лака. Для придания устойчивости выбранной формы электромагнит помещают в оправку 4.

Сканирование осуществляют следующим образом.

Образец с известным направлением

ОЛН кладут на координатный столик, при этом легкую ось образца совмещают с одним из двух взаимно перпендикулярных направлений движения столика в горизонтальной плоскости, а электромагнит закрепляют вертикально неподвижно над образцом с минимально возможным зазором между пленкой и концами полюсов 3.

При закреплении электромагнит ориентируют вокруг оси 00 так, чтобы локальный маг1, нитный поток был направлен строго навстречу вектору намагниченности 1э. После установления оптимальной величины локального магнитного поля приступают к сканированию. При этом в результате равномерного движения столика под полюсами происходит непрерывный локальный поворот вектора is на 180, и в макродомене образуется узкая полоса домена шириной

50 — 60 мкм противоположной намагниченности. Это за одну проходку столика. Затем столик сдвигают на ширину домена 50-60 мкм и вновь повторяют туже операцию движения столика в противоположном направлении, и т.д. до нужного количества раз.

Для нахождения направления ОЛН, а также визуального контроля качества сканирования используют магнитооптическую установку Керра.

Для обеспечения хорошего качества сканирования величина поля должна превышать коэрцитивную силу Нс образца на 1012, не более. В свою очередь,, коэрцитивная сила образца может изменяться в зависимости от толщины слоя в пределах 5 (минимальная толщина слоя)—

0,5 (максимальная толщина слоя) Э. Такой минимум слоя обеспечивается благодаря тому, что слои в этом диапазоне толщин (0,1 — 1,5 мкм) обладают в направлении ОЛН

1663047 формой петли гистерезиса с высокой прямоугольностью и квадратностью, Сканирование полем, превышающим более чем на

10-12 коэрцитивную силу слоя, не желательно, так как при этом усиливаются поля рассеяния, которые могут исказить периодичность структуры.

Таким образом, оптимальное поле сканирования должно находиться в пределах

0,55 — 5,50 Э.

При осаждении магнитожесткого слоя необходимо предварительное корректирование растворов с целью осаждения магнитожесткого сплава, находящегося по составу вблизи состава равновесного состояния кристаллической и аморфной фаз. При этом возникает необычно большой эффект промежуточного когерентного слоя, благодаря которому упругие напряжения между слоями оказываются сильно релаксированными. В обычном понимании переходная, так называемая когерентная граница между двумя твердыми фазами, составляет порядка нескольких межатомных расстояний, здесь она может простираться не несколько тысяч ангстрем, т.е. ее можно считать как самостоятельный слой. Чем ближе состав осаждаемого магнитожесткого слоя к сосгаву, соответствующему составу фазового перехода "кристаллическое аморфное", тем резче выражается этот эффект (больше толщина когерентного слоя) и тем меньше соответственно упругие напряжения между основными слоями. Необычно большой эффект когерентного слоя проявленного в довольно узком интервале изменения состава сплава, а значит соответственно и узком интервале изменений концентраций компонента раствора.

Поэтому с целью использования известных растворов для стабилизации различных регулярных доменных структур магнитомягкого аморфного слоя возникает необходимость их предварительного целенаправленного корректирования.

Для корректирования используют растворы, позволяющие осаждать как аморфные, так и кристаллические осадки с относительно большой коэрцитивностью, больше 100 Э. Например, можно использовать раствор такого состава, г/л: никель сернокислый 2,5; кобальт сернокислый 30; лимоннокислый натрий 80—

90; уксуснокислый натрий 100 — 120; сернокислый аммоний 40 — 50.

Корректировка раствора.

При концентрации восстановителя 3,0 г/л, обеспечивающей заведомо при температуре раствора 80-85 С и pW 8,3 — 8,5 получение кристаллической структуры магнитожесткого сплава осаждают один

55 контрольный образец. Затем малыми дозами (дискретно) увеличивают концентрацию гипофосфита натрия, с целью подгонки состава сплава к границе концетрационного перехода его из кристаллической области в аморфную. Для этого приемлемы и другие возможные варианты тонкого изменения состава сплава в сторону его аморфизации, но этот вариант наиболее эффективен.

Пример 1. На подготовленную поверхность плавленного кварца осаждают амОр фный, магнитомягкий сплав никелькобальт - фосфор из раствора состава, г/л: ни к ел ь серн о кислый 5; ко бал ьт сернокислый 30; гипофосфит натрия 10; лимоннокислый натрий 80, Процесс ведут при 80 С и рН

9,0 в течение 5 мин с наложением магнитного поля величиной 10 Э. В результате чего получают анизотропную пленку толщиной

0,5 мкм. Далее пленку сканируют по описанной выше методике. При этом формируют

ППДС с периодом 100 мкм, Сканирование производят со скоростью 3 см/с. После окончания сканирования и контроля качества ППДС на магнитомягкую пленку осаждают магнитожесткий слой сплава никель — кобальт — фосфор из раствора, содержащего, г/л: никель сернокислый 2,5; кобальт сернокислый 30; гипофосфит натрия

5,0; лимоннокислый натрий 80; уксуснокислый натрий 100, сернокислый аммоний 40.

Процесс ведут при 80 С и рН8,0 в течение

10 мин с устранением малых внешних магнитных полей. За это время осаждения толщина магнитожесткого слоя составляет 0,4 мкм, а промежуточного когерентного слоя—

1100 А, что обеспечивает качественную и надежную стабилизацию ППДС магнитомягкого слоя без видимых признаков изменения или искажения периода структуры, Испытания показывают, что стабилизированная таким образом ППДС магнитомягкого слоя вполне надежно противостоит разрушительному воздействию внешних магнитных полей вплоть до значения коэрцитивной силы Н магнитожесткого слоя, т.е. она после прекращения воздействия поля, заключенного между полем Нсд и Нс магнитожесткого слоя, моментально возвращается в исходное "размагниченное"

СОСтоя нив.

Пример 2. Первый и второй этапы получения двухслойной магнитной системы (осаждение магнитомягкого слоя сплава никель — кобальт — фосфор и формирования на нем ППДС) дублируют пример 1. На третьем этапе на магнитный слой осаждают магнитожесткий слой сплава никель-кобальтфосфор из раствора. содержащего, г/л: никель сернокислый 2,5; кобальт сернокис1663047

Составитель P.Óõëèíoâà

Редактор Н.Киштулинец Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M,Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 2238 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лый 30; гипофосфит натрия 4,0; лимоннокислый натрий 80; уксуснокислый натрий 100; сернокислый аммоний 40. Процесс ведут в тех же режимах, что и в примере 1. В этом случае между слоями практически нет коге- 5 рентного слоя как такового, ППДС претерпевает сложную перестройку и, как следствие, петля гистерезиса в направлении ОЛН имеет искаженную форму, Таким образом, ведение процесса 10 осаждения магнитожесткого слоя при соот. ношении концентраций солей никеля, кобальта и гипофосфита натрия в растворе, в пересчеты на ионы металлов и фосфора, 0,55:6,0:1 (1,35-1,65) соответственно позво- 15 ляет качественно стабилизировать ППДС магнитомягкого слоя.

Формула изобретения

Способ получения магнитных покрытий, включающий последовательное хими- 20 ческое осаждение магнитомягкого и магнитожесткого слоев сплава никель- кобальтфосфор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей применения двухслойной магнитной системы путем снятия упругих напряжений между слоями магнитомягкий слой осаждают в виде аморфного сплава никель-кобальт — фосфор толщиной 0,1 — 1,5 мкм при наложении однородного магнитного поля величиной не менее 2 5 Э, после чего слой сканируют постоянным магнитным полем с напряженностью 0,55 — 5,50 Э, а магнитожесткий слой толщиной 0,30-0,45 мкм осаждают из раствора, содержащего соли никеля и кобальта и гипофосфит натрия (в пересчете на ионы металлов и металлоида фосфора), в соотношении, равном

0,55:6,0:(1.35-1,65) соответственно, при 8085 С и рН 8,0 — 8,3,