Многослойное аморфное магнитомягкое покрытие

 

Сущность: покрытие кобальт-железо-фосфор входит слоями толщиной 10-50 А в многослойную структуру, в которой слои системы кобальт-железо-фосфор разделены прослойками меди толщиной 5-15 . 1 табл.

Изобретение относится к магнитомягким материалам на основе кобальта, используемым в разнообразных устройствах магнитной микроэлектроники. В частности, предполагаемое изобретение перспективно для использования в магнитных интегральных головках записи и чтения информации, микротрансформаторах и других подобных устройствах, где необходимы низкокоэрцитивные и одновременно термостабильные материалы.

Основным параметром рабочего магнитомягкого материала в указанных выше устройствах является температура начала его кристаллизации (Тн.к). Превышение этой температуры приводит к деградации рабочих характеристик устройства, в котором используется магнитомягкий материал. Таким образом Тн.к. определяет температурный диапазон стабильной работы устройства.

В настоящее время наиболее широко известны аморфные магнитомягкие покрытия "металл-металлоид" на основе элементов группы железа (Co, Fe и Ni) с фосфором (1), полученные методами химического и электролитического осаждения. В зависимости от состава Тн.к. этих сплавов составляет 220-240^oС.

Для более стабильной работы устройств, в которых используются аморфные низкокоэpцитивные покрытия, необходимы материалы с более высокими значениями температуры кристаллизации.

Целью настоящего изобретения является разработка аморфного магнитомягкого покрытия с повышенным значением температуры кристаллизации.

Для достижения поставленной цели предлагается аморфное магнитомягкое покрытие, содержащее, мас. железо 4-7,9, фосфор 7,6-12,0, Со остальное, которое с целью повышения температуры кристаллизации выполнено многослойным с толщинами слоев 10-50 и с разделяющими немагнитными прослойками меди толщиной 5-15 Многослойные структуры Co-Fe-P/Cи осаждают из электролита состава, г/л: CoSO₄·7H₂O 150-170 CoCl₂·6H₂O 5-15 FeSO₄ ·7H₂O 25-70 H₃BO₃ 20-40 Na₃C₆H₅O₇·5,5H₂O 5-15 Cахарин 0,4-1,2 NaH₂PO₂·2H₂ 10-30 CuSO₄·7H₂O 1-2
при рН 1,4-1,6, Т 60-85^oС.

Плотность тока осаждения аморфных слоев Со-Fe-P Дк₁ 25-35 мА/см² при длительности импульса t₁ 1-3 с. Плотность тока осаждения слоев меди Дк₂ 0,4-0,6 мА/см² при длительности t₂ 2-7 с. Число прикладываемых прямоугольных импульсов и, соответственно, число слоев в полученной многослойной структуре N 50.

Общими признаками известного технического решения и заявляемого является то, что в состав аморфного низкокоэрцитивного покрытия входят кобальт, железо и фосфор.

Отличительными признаками является то, что аморфное магнитомягкое покрытие кобальт-железо-фосфор входит тонкими слоями толщиной 10-50 в многослойную структуру, в которой слои указанного аморфного сплава разделены слоями меди толщиной 5-15
Положительный эффект достигается за счет получения мультислойной магнитной аморфной структуры Co-Fe-P/Cи, в которой сверхтонкие прослойки меди препятствуют диффузионным процессам кристаллизации в аморфных слоях Co-Fe-P из-за того, что медь практически не растворяется в сплавах на основе кобальта и железа.

Приведенный принцип повышения температуры кристаллизации аморфного магнитомягкого покрытия кобальт-железо-фосфор посредством того, что создается мультислойная магнитная структура Co-Fe-P/Cи со сверхтонкими чередующимися слоями аморфного сплава Co-Fe-P и слоями меди был ранее неизвестен и является существенным отличием, поскольку на однослойных аморфных покрытиях "металл-металлоид" на основе элементов группы железа с фосфором невозможно достичь поставленную цель повысить температуру кристаллизации аморфного магнитомягкого сплава Co-Fe-P не менее чем до 330-350^oС.

Заявляемое многослойное магнитное аморфное покрытие осаждают из электролита, который готовят следующим образом: одновременно растворяют CoSO₄·7H₂O, CoCl₂·6H₂O, FeSO₄·7H₂O, NaH₂PO₂·2H₂O и CuSO₄·7H₂O в дистиллированной воде при 80^oС и интенсивном перемешивании. В отдельных порциях растворяют H₃BO₃ и Na₃C₆H₅O₇·5,5H₂O. Сахарин также растворяют в отдельном объеме с добавлением нескольких капель NaOH. После охлаждения все приготовленные порции растворов сливают и добавлением дистиллированной воды доводят объем электролита до объема, соответствующего необходимой концентрации компонентов. Далее доводят рН электролита до требуемого значения с помощью 10-процентного раствора H₂SO₄ и 25-процентного раствора NH₄OH и фильтруют с использованием фильтров типа "синяя лента". Анод используется кобальтовый. Осаждение ведется на медь или химически осажденный фосфид никеля в термостатированной ванне с использованием импульсного программируемого источника питания.

Пример.

Берут навески CoSO₄·7H₂O, CoCl₂·6H₂O, FeSO₄·7H₂O, NaH₂PO₂·2H₂O и CuSO₄· 7H₂O в количестве соответственно 160, 10, 50, 20 и 1,5 г и растворяют в 500 мл дистиллированной воды при 80^oС и интенсивном перемешивании. Навески H₃BO₃ и Na₃C₆H₅O₇·5,5H₂O в количестве соответственно 30 и 10 г растворяют в отдельных порциях дистиллированной воды по ≈ 50 мл. Сахарин в количестве 0,8 г растворяют в ≈ 10 мл H₂O с добавлением небольших количеств NaOH. После охлаждения все приготовленные порции сливают вместе и объем электролиза доводят до 1 л. Далее доводят рН электролита до 1,5 с помощью 10-процентного раствора H₂SO₄ и 25-процентного NH₄OH и фильтруют. Осаждение ведут в термостатированной ванне при Т 70^oC, Дк₁ 30 мА/см², Дк₂ 0,5 мА/см², t₁ 2 с, t₂ 5 с. Число слоев N 50. Аморфность структуры полученного осадка подтверждается характерным "гало" на рентгенограммах, снятых с помощью аппарата "ДРОН-3М". Толщина слоев в многослойных структурах определялась с помощью метода ОЖЕ-спектроскопии, а также расчетным путем. Температура начала кристаллизации Тн. к. определенная из измерений зависимости намагниченности полученных структур от температуры с помощью вибрационного магнетометра "РARC-4500", составила 350^oC. При этом коэрцитивная сила Нс, определенная индукционным методом, составила 1, 2 Э.

Примеры, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что оптимальным, с точки зрения использования их в качестве аморфного магнитомягкого покрытия, являются многослойные структуры, приведенные в примерах 1 3.

Для обеспечения достаточно низких значений коэрцитивной силы аморфных пленок мы использовали те же составы покрытий (соответственно те же составы электролитов и режимы осаждения), что и в прототипе. Разница состоит в том, что эти аморфные сплавы мы получали в виде очень тонких слоев, чередующихся со слоями меди.

При временах осаждения слоев меди t₂ менее 2 с их толщина d_Cu очень мала (примеры 4 и 8) и является скорее всего несплошной. Поэтому в этом случае полученная структура является фактически однослойной с температурой начала кристаллизации Тн.к. типичной для однослойных составов. Использование больших толщин слоев меди с длительностями импульсов осаждения меди t₂ ≥ 10 с (примеры 5 и 3) нецелесообразно из-за относительно большого времени осаждения многослойной структуры, а также некоторого повышения Нс. Использование толщин слоев Co-Fe-P более 50 (примеры 4, 5 и 7) нецелесообразно из-за уменьшения при этом диффузионных затруднений процесса кристаллизации аморфных слоев и таким образом уменьшения температуры их кристаллизации. При толщинах d_Co-Fe-P менее 10 (примеры 4 и 6) слои, по-видимому, также являются несплошными, а в их состав входит большое количество меди, что приводит к увеличению коэрцитивной силы покрытий.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получать многослойные аморфные магнитные покрытия состава, мас. Fe 4-7,9, P 7,6-12,0, Co остальное с температурой начала кристаллизации существенно, более чем на 100^oС, превышающей температуру кристаллизации известных аналогов. Другие характеристики коэрцитивная сила H_c и намагниченность насыщения M_s соответствуют требованиям, предъявляемым к устройствам, в которых используются аморфные магнитомягкие покрытия.

Изобретение имеет следующий технико-экономический эффект. За счет повышения температуры начала кристаллизации на 100^oС, на столько же расширяется температурный диапазон сохранения работоспособности устройства, в котором используется это многослойное аморфное магнитное покрытие. Например, магнитная головка (МГ) с аморфной многослойной структурой Co-Fe-P/Cи будет сохранять работоспособность вплоть до 330-350^oС. В этом случае экономический эффект на одну МГ равен примерно ее стоимости (300 руб.).

Формула изобретения

Аморфное магнитомягкое покрытие на основе системы кобальт железо - фосфор, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет повышения температуры кристаллизации, оно выполнено многослойным с толщиной слоя системы кобальт железо фосфор 10 50 и с разделяющими немагнитными прослойками меди толщиной 5 15 .

РИСУНКИ

Рисунок 1