CN103290441A - CoFe合金的电沉积方法 - Google Patents

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Abstract

CoFe合金的电沉积方法。在衬底上沉积磁性材料的方法，该方法包括：将衬底置于电镀液中，该电镀液包括：选自下组的添加剂：丙二酸衍生物；β-二酮和β-二酮的衍生物；以及C6C3化合物和C6C3化合物衍生物；以及通过使连接到衬底的电流脉冲导通和断开来在衬底上电化学沉积磁性材料。

Description

CoFe合金的电沉积方法
背景技术
可利用多种工艺制造磁性材料。一种这样的工艺包括电沉积。磁性合金（例如，2.4T CoFe合金）的电沉积通常在存在糖精的情况下实施。糖精已经被用于工业中磁性材料的电沉积，因为它可降低张应力和晶粒尺寸。然而，使用糖精可导致有害的硫引起的腐蚀。因此，仍然需要其它添加剂用于磁性材料的电沉积。
发明内容
本文公开的是在衬底上沉积磁性材料的方法，该方法包括：将衬底置于电镀液中，该电镀液包括：选自下组的添加剂：丙二酸衍生物；β-二酮和β-二酮的衍生物；以及C6C3化合物和C6C3化合物衍生物；以及通过使连接到衬底的电流脉冲导通和断开来在衬底上电化学沉积磁性材料。
还公开的是一种在衬底上沉积磁性材料的方法，该方法包括：将衬底置于电镀液中，其中该电镀液不包含糖精；通过脉冲调制连接到衬底的电流来在衬底上电化学沉积磁性材料，其中电流具有导通脉冲周期和断开脉冲周期，且其中断开脉冲周期至少约为400毫秒。
还公开的是一种在衬底上沉积磁性材料的方法，该方法包括：将衬底置于电镀液中，该电镀液包括：不高于约0.001M的添加剂，其中该添加剂选自下组：丙二酸衍生物；β-二酮和β-二酮的衍生物；以及C6C3化合物和C6C3化合物衍生物；通过脉冲调制连接到衬底的电流来在衬底上电化学沉积磁性材料，其中电流具有导通脉冲周期和断开脉冲周期，且其中断开脉冲周期至少约为400毫秒。
附图说明
图1是示出电沉积系统的示意图。
图2是脉冲电流密度的示意图。
图3A和3B示出在铜种子层上电沉积的CoFe膜的磁滞回线（图3A）和溅射的CoFe膜的磁滞回线（图3B）。
图4示出电沉积的CoFe的因变于厚度的饱和磁化（nW）。
图5示出CoFe膜的因变于电镀液中非糖精添加剂（NSA）的量的磁饱和（特斯拉）和张应力（MPa）。
图6示出从具有NSA的电解质溶液（顶部迹线）和具有糖精的电解质溶液（底部迹线）电沉积的CoFe膜的动电位曲线。
图7A和7B示出从具有NSA的电解质溶液（图7A）和具有糖精的电解质溶液（图7B）电沉积的CoFe写磁极的扫描电子显微镜（SEM）图像。
图8示出因变于toff时间的电沉积的CoFe膜的张应力。
图9A、9B、9C和9D示出在ton=toff=10msec(图9A)；ton=toff=100msec(图9B)；ton=toff=250msec(图9C)；以及ton=toff=499msec(图9D)沉积的CoFe膜的原子力显微镜（AFM）图像。
图10示出因变于脉冲时间（ton＝toff）的粗糙度（以nm为单位的RMS）和磁矩（特斯拉）。
这些附图不一定按比例示出。附图中所使用的相同数字表示相同组件。然而，应当理解，在给定附图中使用数字表示组件并不旨在限制在另一附图中用相同数字标记该组件。
具体实施方式
在以下描述中，参考形成本说明书一部分的一组附图，其中通过解说示出了若干具体实施例。应当理解，可构想并可作出其他实施例而不背离本公开的范围或精神。因此，以下详细描述不具有限制性含义。
除非另外指示，否则在说明书和权利要求书中使用的表示特征大小、量和物理性质的所有数字应当理解为在任何情况下均由术语“大约”修饰。因此，除非相反地指出，否则在上述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可利用本文中公开的教示根据本领域技术人员所寻求获得的期望性质而变化。
借由端点对数值范围的陈述包括归入该范围内的所有数字（例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）以及该范围内的任何范围。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”涵盖具有复数引用物的实施例，除非该内容另外明确地指出。如本说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的含义来使用，除非该内容另外明确地指出。
“包括”、“包含”或类似术语表示涵盖但不受限于，即表示包括但不排他。应该注意到，“顶部”和“底部”（或像“上”和“下”这样的其它术语）被严格地用于相对的描述，并不暗示所描述的元件所处的物件的任何总的取向。
在本文中公开的是在衬底上沉积磁性材料的方法。一般而言，这些方法可包括将衬底置于电镀液中并且在该衬底上电化学沉积磁性材料的步骤。该方法可利用任何电沉积系统来实施。在图1中示出示例性电沉积系统。电沉积系统100包括电沉积或电镀液108。如以下进一步描述的，电镀液可包括各种成分，包括添加剂和用于形成磁性材料的材料（例如，金属）。阴极106一般浸没在电镀液108中。阳极104也可浸没在电镀液中（在实施例中，阳极的材料也可被包含在电镀液中）。电源102连接到阳极104和阴极106。在使用期间，电源102可生成波形，该波形在阳极104和阴极106之间产生电压差。电压差导致电镀液108中的金属离子核素的减少，它们以涂层的形式沉积在阴极106上。阴极106可以是待涂覆的衬底或者可固定待涂覆的衬底107（如图1所示）。
本文中所使用的电镀液可包括各种成分。一般而言，本文中所使用的电镀液是水溶液，然而，它们不必须是含水的。在实施例中，电镀液可包括在本文中称为非糖精添加剂（也称为“NSA”）的一种或多种添加剂。认为（但不依靠）NSA可在电镀液中充当金属核素（例如，Co+2、Ni+2、Fe+2和Fe+3）的络合剂。非糖精添加剂可包括三种不同类型的化合物。在实施例中，本文中所使用的电镀溶液不包含糖精。
第一种类型的NSA包括丙二酸衍生物。在实施例中，第一种类型的化合物包括丙二酸衍生物。在实施例中，丙二酸衍生物包括CX2(COOH)2，其中至少一个X不是氢（H）。在实施例中，X可包括1至8个碳原子。在实施例中，X可包括1至6个碳原子。在实施例中，X可包括例如烷基、烯基、炔基和环基。在实施例中，X可包括具有1至3个碳原子的烷基；具有2至4个碳原子的烯基；以及具有至少4个碳原子且在实施例中具有6个碳原子的环基。在实施例中，两个X取代基可以是烷基，且在实施例中，仅一个X取代基是烷基，而另一个X取代基是氢（H）原子。示例性的特定的丙二酸衍生物可包括例如2-烯丙基丙二酸、2-甲基丙二酸、2-苯基丙二酸以及2,2-二甲基丙二酸。
第二种类型的NSA包括β-二酮和β-二酮的衍生物。β-二酮是包括两个酮基的化合物，在该化合物中这两个酮基由碳原子分离（即，彼此紧邻的两个酮基是α-酮；而由一个碳原子分离的两个酮基是β-二酮）。β-二酮的示例性分子式可给出为RCOC(R’)(R”)COR”’，其中R’和R”可以是-H或含碳的取代基，且R和R”’可以是含碳的取代基（但不是-H）并且可联结在一起，形成化合物环。β-二酮可以是直链或环。示例性β-二酮可包括例如1,3-茚二酮和戊二酮。
β-二酮的衍生物可在除含有双键氧原子的碳原子外的任意碳原子处具有一个或多个取代基。取代基可位于两个羰（C=O）基之间的碳上，在分子中的任意其它碳原子上或其某些组合。在实施例中，取代基可位于分子中的不止一个的碳原子上。示例性的取代基可以是直链或环。β-二酮的示例性的特定衍生物可包括例如1,3-茚二酮、2-苯基1,3-茚二酮和2-亚芳基-1,3-茚二酮衍生物，其中芳基可选自苯基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基和2-呋喃基（例如，2-吡啶亚基-1,3-茚二酮、3-吡啶亚基-1,3-茚二酮、4-吡啶亚基-1,3-茚二酮和2-亚呋喃基-1,3-茚二酮）。
第三种类型的NSA包括C6C3化合物，其中C6指的是芳环（诸如苯基）中的6个碳原子而C3指的是附连到芳环的3个碳原子。化合物的苯基部分可被取代，但不需要被取代（例如，被诸如烷基、烯基等的含碳的基团取代；或被诸如醇基或醚基之类的含氧的基团取代）。三个碳部分可连接到单个碳或多个碳处的苯基（即，三个碳部分可以是直链基或环基）。三个碳基可包括除骨架中的碳以外的原子（例如，包括一个碳原子和两个碳原子之间的醚的取代基）。三个碳基可被取代，但不需要被取代（例如，被诸如醇基、醚基或羰基之类的含氧的基团取代）。
特定的示例性C6C3化合物可包括例如7-羟基香豆素及其衍生物（例如，4-羟基香豆素、4,7-二羟基香豆素）；和松柏醇（也称为“coniferol（松柏醇）”或4-(3-羟基-1-丙烯基)-2-甲氧基苯酚）。
所公开的电镀液中的NSA的量可改变。在实施例中，电镀液可具有不多于0.002摩尔/升（摩尔也称为“M”）的NSA。在实施例中，电镀液可具有不多于0.001M的NSA。在实施例中，所公开的电镀液可具有的NSA的量从0.0001至0.002M。在实施例中，所公开的电镀液可具有的NSA的量从0.0001至0.001M。在实施例中，利用多于约0.002M NSA的电镀液可形成具有较低磁饱和的沉积材料。在实施例中，使NSA的浓度从0.001M增加到0.01M可导致CoFe的磁饱和从2.4特斯拉（T）逐渐减小到1.95T。
所公开的电镀液还可包含将要电沉积的材料的源。当沉积金属合金时，电镀液可包含合金中的所有金属成分。金属源一般是溶解在电镀液（例如，水溶液）中的离子核素。一般而言，可使用任何适当的离子核素。例如，可从金属盐提供离子核素。在将要沉积钴/铁（CoFe）合金的实施例中，电镀液可包含钴和铁两者的盐。示例性的钴源可包括例如硫酸钴（CoSO4·7H2O）和氯化钴（CoCl2·6H2O）。示例性的铁源可包括例如硫酸铁（FeSO4·7H2O）、氯化铁和硫酸亚铁铵。在将要沉积钴/铁/镍（CoNiFe）合金的实施例中，电镀液可包含钴、镍和铁的盐。
电镀液可包含各种浓度的待沉积的金属核素。电镀液中的金属核素的相对量可至少部分地取决于期望的待沉积合金中两种金属的相对量。在实施例中，电镀液中的金属核素可具有的浓度介于0.0001M至0.5M之间、0.001M至0.25M之间、0.01M至0.25之间或0.01M至0.1M之间。
电镀液还可包含可用于调节电镀液的pH的各种核素。一般而言，电镀液的pH可从1至6。电镀液还可包含除以上讨论成分之外的成分。例如，电镀液可包含润湿剂（例如，诸如月桂基硫酸钠（在本文中也称为“NaSL”）之类的表面活性剂）、除以上讨论的NSA外的络合剂（例如，氯化铵可起作用以影响pH并且充当络合剂）、硼酸（H3BO3），可添加硼酸以改进铁磁膜的形态学和机械性质、或其组合。
所公开的方法还包括在衬底上电化学沉积磁性材料的步骤。所公开的电镀液可与任何电沉积系统和工艺一起使用。电沉积一般指的是通过使衬底与电镀液接触并且使电流在两个电极之间穿过电镀液流动（由于两电极之间的电势差）来在衬底上沉积涂层的工艺。本文中公开的方法还包括提供阳极、阴极、与阳极和阴极相关联（或者更具体地是与阳极和阴极接触）的电镀液以及连接到阳极和阴极的电源。在一些实施例中，至少一个电极可用作待涂覆的衬底，或者可与待涂覆的衬底接触。在电沉积工艺期间，在待涂覆的衬底上存在电势，并且所施加的电压、电流或电流密度的变化可导致衬底电势的变化。
在实施例中，直流（DC）可用于在衬底上电沉积磁性材料。电流可以是恒定的稳定电流，或者它可以是随时间改变的电流。在实施例中，可利用脉冲电流完成电沉积，该脉冲电流包括电流处于第一值的时间和电流处于第二值的部分。在这些实施例中，电流脉冲可由电流密度和该电流密度下的时间长度来描述。在实施例中，电沉积可被描述为具有对于时间段（ton）的给定密度（Ion）和对于时间段（toff）的0安培密度的电流。这在图2中示出。图2中描述的脉冲图案也可重复x次。在实施例中，脉冲图案可实施30至60分钟，以便涂覆具有250-500纳米厚度的膜。
在利用第一电流密度和0电流密度（断开）的脉冲电沉积的实施例中，toff可相对较长，例如至少400毫秒（msec）、至少500msec或至少600msec；而ton可以是至少200msec、至少300msec或至少400msec。在实施例中，toff和ton可基本上相等，或者toff可大于ton。
所公开的方法可利用各种电流密度。在实施例中，所公开的方法可利用20至100mA/cm2或10至50mA/cm2或10mA/cm2至20mA/cm2的峰值电流密度ip，（在本文中也称为“第一电流密度”或Ion，而第二电流密度为0mA/cm2或断开）。在实施例中，可利用15mA/cm2的电流密度。
所公开的方法和电镀液可电沉积具有有利性质的材料。利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有的示例性性质可包括例如，磁性、抗腐蚀性、有利的杂质水平、低应力、低粗糙度或其组合。
利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可表现出有利的磁性。可考虑的一种磁性是磁饱和。例如，可按特斯拉（T）测量磁饱和。利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有有利的磁饱和。例如，利用本文公开的方法和电镀液沉积的CoFe合金（应注意，本文中使用的术语“CoFe合金”也可指具有不超过3wt%镍的CoFeNi合金）可具有至少2.3T或至少2.4T或更高的磁饱和。在实施例中，利用本文公开的方法和电镀液沉积的CoFe合金可具有与利用溅射沉积的CoFe相似或基本相似的磁饱和。
利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可表现出有利的抗腐蚀性。抗腐蚀性是有利的，因为材料和器件经受的各种工艺可导致腐蚀，因此在这些工艺中可有利地利用抵抗这种腐蚀的材料。可导致腐蚀的工艺的示例包括用于磁性记录头的滑块的处理。磁性材料的腐蚀可由各种工艺导致，包括例如硫引发的腐蚀。可通过测量材料或结构的抗腐蚀性来评价抗腐蚀性。在实施例中，可在酸环境下测量抗腐蚀性。例如，可在pH约为6或者更具体地约为5.9下测量抗腐蚀性。可在各种溶液中测量抗腐蚀性，例如，在pH=5.9的氯化钠（NaCl）溶液中。可相对于基准电极，例如相对于饱和甘汞电极（称为“SCE”），提供抗腐蚀性值。
在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有相对于在pH=5.9的0.1M NaCl溶液中的SCE电极至少约为-400mV（即大于-400mV）的抗腐蚀性（腐蚀电势）、或相对于在pH=5.9的0.1M NaCl溶液中的SCE电极至少约为-300mV（即大于-300mV）的抗腐蚀性（腐蚀电势）。
利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有比利用其它方法和电镀液沉积的材料更少的杂质。具有较少杂质的材料会是有利的，因为杂质可有害地影响材料的磁性，可降低抗腐蚀性或其组合。在实施例中，轻元素杂质会是有害的。轻元素杂质可包括例如氧（O）、硫（S）、碳（C）、氮（N）、氯（Cl）和氢（H）之类的杂质。在实施例中，硫（S）可导致抗腐蚀性降低，因为主要的腐蚀过程是由硫引起的。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料所具有的至少一种轻元素的量低于利用糖精添加剂沉积的材料。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料所具有的杂质硫的量可低于利用糖精添加剂沉积的材料，例如硫至少少10倍，硫至少少100倍或者硫至少少400倍。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料所具有的杂质氧的量低于利用糖精添加剂沉积的材料，例如氧至少少2倍。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料所具有的轻元素的总量（O、S、C、N、Cl和H）比利用糖精添加剂沉积的材料低至少2倍，或低至少3倍。
利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有有利的应力水平，诸如张应力。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液以及具有长toff时间的特定脉冲沉积来沉积的材料可具有有利的应力水平。具有过多应力的材料可导致（i）磁致弹性各向异性增加，这可使得CoFe膜在磁性上更硬；（ii）较厚膜的分层；以及（iii）由于在后面处理期间引发的热应力引起的沉积材料中的“毫微裂纹”或孔的形成。认为在材料的电沉积期间氢（H）的吸附/解吸是应力形成的一种机制。
利用相对较长的toff时间的所公开的方法可导致沉积具有相对较低应力的材料。认为（但不依靠）即使在释放应力方面NSA不如糖精好，但所公开的利用相对较长的toff时间的方法可降低所沉积材料的应力。以下讨论长toff提供较低应力的可能解释，并且可能一般是因为氢的吸附/解吸应力演变机制，该机制涉及：
1)当电流是导通（ton）时氢的吸附：
M+H++e→M-H(在晶粒边界处)  [1]
2)氢的解吸（toff）：
M-H+H++e→M+H2(M=CoFe)   [2]
例如，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有有利的张应力水平。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有不大于500MPa的张应力，或具有例如不大于400Mpa的张应力。
利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有有利的形态。材料的形态可包括例如表面形貌和表面粗糙度。表面形貌、表面粗糙度或两者可以是材料多孔性的指示。较高的多孔性可由放大形貌或相对高的表面粗糙度来指示，且可导致较低的磁矩（emu/cc）尤其是CoFe膜中。表面形貌和/或表面粗糙度可利用原子力显微镜（AFM）来表征，该原子力显微镜可提供诸如粗糙度的均方根（RMS）之类的测量。在实施例中，利用所公开的方法和电镀液沉积的材料可具有在300nm膜厚下不大于40nm的RMS、不大于20nm的RMS或不大于10nm的RMS。
在实施例中，长脉冲周期（脉冲周期=ton+toff），尤其是长toff在降低表面粗糙度方面是有效的。在实施例中，当保持ton恒定时，增加toff有效地降低所沉积的材料的表面粗糙度。当占空比保持相同（占空比=ton/(ton+toff）时，较长的脉冲周期可降低粗糙度并增加所沉积的材料的磁矩。
在实施例中，所公开的方法和电镀液可用于沉积具有以上讨论的各种性质（以及本文中未讨论的其它性质）的组合的材料。在实施例中，所沉积的材料可具有有利的磁性质、有利的抗腐蚀性、有利的轻元素杂质水平、有利的应力水平、有利的形态（粗糙度）或其组合。在实施例中，所沉积的材料可具有有利的磁性质、有利的抗腐蚀性和有利的应力水平。在实施例中，所沉积的材料可具有有利的磁性质、有利的抗腐蚀性、有利的应力水平和有利的轻元素杂质水平。在实施例中，所沉积的材料可具有有利的磁性质、有利的抗腐蚀性、有利的应力水平、有利的轻元素杂质水平和有利的形态（粗糙度）。
所公开的方法和电镀液可用于沉积用于任何原因或应用的磁性材料。在实施例中，所公开的方法和电镀液可用于沉积用于磁读/写头的磁性材料，或者更具体地用于磁读/写头的写磁极。所公开的方法和电镀液可用于沉积可利用低杂质水平和降低的、最小化的或无硫引起的腐蚀的任何应用的磁性材料。
示例
尽管本公开不限于此，但通过讨论以下所提供的示例将获得对本公开的各个方面的理解。
示例1-示例性电镀液
可形成包含以下在表1中看到的成分的示例性电镀液。
表1
化合物 浓度（摩尔/升）
氯化铵（NH4Cl） 0.3
硼酸（H3BO3） 0.4
硫酸钴（CoSO4·7H2O） 0.039-0.042
硫酸镍（NiSO4·6H2O） <0.0266
硫酸铁（FeSO4·7H2O） 0.1-0.11
NSA 0.0001-0.002
月桂基硫酸钠（NaLS） ~0.1（克/升）
这种示例性电镀液一般可与镍（Ni）阳极一起使用以沉积具有62±3wt%Fe、<2.5wt%Ni和余量Co的CoFe材料。这种材料可具有2.4±0.05T的磁矩。
示例2-示例性电镀液
形成包含以下表2中看到的成分的示例性电镀液。电镀液具有2.0±0.02的pH。
表2
化合物 浓度（摩尔/升）
氯化铵（NH4Cl） 0.3
硼酸（H3BO3） 0.4
硫酸钴（CoSO4·7H2O） 0.03
硫酸镍（NiSO4·6H2O） 0.02
硫酸铁（FeSO4·7H2O） 0.1
2-甲基丙二酸 0.0002
月桂基硫酸钠（NaLS） 0.05（克/升）
示例3-磁性
示例2的电镀液与镍（Ni）阳极、6mA/cm2的平均电流密度、300ms的ton和500ms的toff一起使用，以在具有预先沉积的铜（Cu）种子层的衬底上沉积500nm厚的Co37Fe61Ni2。利用Mesa环跟踪器（Shb仪器公司）在-100Oe至100Oe的场下在10Hz下捕捉材料的磁滞回线。还如上地捕捉在铜（Cu）种子层上500nm溅射Co38Fe62膜的磁滞回线。所溅射的Co38Fe62膜用于比较和校准电沉积的Co37Fe61Ni2膜的磁矩。
图3A示出电沉积的Co37Fe61Ni2膜的磁滞回线而图3B示出溅射的Co38Fe62膜的磁滞回线。从两个回线的比较可看出电沉积的Co37Fe61Ni2膜具有可与溅射的Co38Fe62膜相比拟的磁性。
示例4-磁性
类似于示例3沉积具有不同厚度的Co37Fe61Ni2，但利用不同的总沉积时间。通过检查在铜种子层上不同厚度的电沉积的Co37Fe61Ni2的饱和磁化（nW）并将它们与具有不同厚度的溅射CoFe进行比较来评价电沉积的Co37Fe61Ni2的磁矩。在图4中示出比较。磁化与厚度关系的曲线的斜率可以是矩的指示。结论是电沉积的Co37Fe61Ni2膜表现出与溅射的CoFe相似的矩，为2.4T。
示例5-因变于NSA浓度的磁性
通过使NSA（在该示例中为2-甲基丙二酸）的浓度从0.001M改变至0.01M来评价NSA的浓度的影响。除不同浓度的NSA（2-甲基丙二酸）外，在示例2中给出其它电镀液成分。
如图5可见，2-甲基丙二酸的浓度从0.001M逐渐增加到0.01M（0.75g/L=0.0064M2-甲基丙二酸；1.5g/L=0.013M2-甲基丙二酸；2.4g/L=0.02M2-甲基丙二酸；并且3.6g/L=0.03M2-甲基丙二酸；）导致磁饱和从2.4TCoFe逐步减小到1.94T CoFe。从图5还可以看到所得到的电沉积材料的张应力随着NSA添加剂浓度的降低而增加。
示例6-抗腐蚀性
将利用3甲基丙二酸电沉积的Co37Fe61Ni2的层的抗腐蚀性与利用糖精电沉积的Co37Fe61Ni2的层的抗腐蚀性进行比较。如示例3所讨论地，沉积NSACo37Fe61Ni2。利用包含以下表3中给出的成分的电镀液沉积糖精Co37Fe61Ni2。
表3
化合物 浓度（摩尔/升）
NH4Cl 0.3
H3BO3 0.4
CoSO4.7H2O 0.053
FeSO4.7H2O 0.088
糖精钠 0.8（克/升）
月桂基硫酸钠（NaLS） 0.1（克/升）
pH 2.0
图6示出相对于标准甘汞电极（SCE）在0.1M NaCl溶液中在pH=5.9下NSA层和糖精层的阳极动电势曲线。两个曲线的比较示出与糖精沉积的膜相比，NSA电沉积膜的较好的抗腐蚀性。
以下的表4示出在存在非糖精添加剂、2-甲基丙二酸和糖精的情况下从pH=2.0的示例2的电镀液电沉积获得的Co40Fe60的腐蚀特性.
表4
Figure BDA00002768141700121
从表4可以看出，在pH5.9和3.0下，在存在NSA的情况下电沉积的CoFe具有较好的抗腐蚀性。
示例7-孔和毫微裂纹
图7A和7B示出利用2-甲基丙二酸（图7A）和糖精（图7B）电沉积的相同成分的Co36Fe62Ni2的写磁极。图7B的写磁极示出“孔”或“毫微裂纹”（在图7B中心中的黑点），而图7A的写磁极紧致没有孔或腐蚀。
示例8-杂质
使用二次离子质谱法（SIMS）分析利用NSA添加剂和糖精添加剂沉积的CoFe膜中的轻原子的浓度。类似于以上的示例6沉积膜。结果在以下的表5中示出。
表5
Figure BDA00002768141700122
利用NSA添加剂沉积的CoFe膜的纯度大大高于利用糖精沉积的膜的纯度。糖精沉积的CoFe膜的进一步的x射线光电子能谱法（XPS）研究指示主要的含硫化合物是FeS和CoS，它们是硫引起的腐蚀的已知原因，如以上示例6所看到的导致与NSA CoFe膜相比糖精形成的CoFe膜中较差的抗腐蚀性。
示例9-Toff对应力的影响
通过改变toff研究toff的长度的影响。如图8所示，通过施加较长的toff时间，同时保持ton恒定来降低膜应力。
示例10-形态
研究ton、toff和各种其它相关参数对粗糙度的影响。表面形貌和粗糙度是膜多孔性的指示，因此较低的磁矩（emu/cc）将是大粗糙度的结果。此外，较小的粗糙度和晶粒尺寸一般是CoFe薄膜的较好磁性的原因。图9A、9B、9C和9D示出如示例2所讨论的电沉积的CoFe膜的AFM图像，但除所指示的ton和toff外。图9A利用ton=toff=10毫秒（msec）；图9B利用ton=toff=100msec；图9C利用ton=toff=250msec；且图9D利用ton=toff=499msec。发现长的脉冲周期（ton+toff）尤其是长断开时间在降低表面粗糙度方面最有效。当保持占空比相同时（ton/(ton+toff），较长的脉冲周期（ton+toff）可降低粗糙度并增加磁矩（图10）。图10示出较长的脉冲周期有效地降低表面粗糙度并增加磁矩。
由此，公开了CoFe合金的电沉积方法的实施例。上述实现及其他实现落在以下权利要求书的范围内。本领域技术人员应当理解，本公开可用除所披露的实施例以外的实施例来实施。所揭示的实施例被呈现，是为了示出而非为了限制。

Claims (20)

1.一种在衬底上沉积磁性材料的方法，所述方法包括：
将衬底置于电镀液中，所述电镀液包括：
选自下组的添加剂：
丙二酸衍生物；
β-二酮和β-二酮的衍生物；以及
C6C3化合物和C6C3化合物衍生物；以及
通过使连接到衬底的电流脉冲导通和断开来在衬底上电化学沉积磁性材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的丙二酸衍生物：2-烯丙基丙二酸、2-甲基丙二酸、2-苯基丙二酸、2,2-二甲基丙二酸、及其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的β-二酮或β-二酮的衍生物：1,3-茚二酮、戊二酮、2-苯基1,3-茚二酮、2-吡啶亚基-1,3-茚二酮、3-吡啶亚基-1,3-茚二酮、4-吡啶亚基-1,3-茚二酮、2-亚呋喃基-1,3-茚二酮、3-甲基戊二酮、及其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的C6C3化合物或C6C3化合物衍生物：7-羟基香豆素、4-羟基香豆素、4,7-二羟基香豆素、松柏醇、及其组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂具有在电解质溶液中不高于约0.001M的浓度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质溶液不包含糖精。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所沉积的磁性材料是CoFe。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CoFe具有至少约为2.3T的磁饱和。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CoFe具有在pH5.9的0.1MNaCl溶液中通过动电势曲线获得的相对于SCE的至少约-400mV的腐蚀电势。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CoFe具有不大于约500Mpa的膜应力。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CoFe的O、S、C、N、H和Cl的总浓度比存在糖精的情况下电沉积的CoFe低约3倍。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个导通脉冲之间所述电流断开至少约400毫秒。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个断开脉冲之间所述电流导通至少约200毫秒。
14.一种在衬底上沉积磁性材料的方法，所述方法包括：
将衬底置于电镀液中，其中所述电镀液不包含糖精；
通过脉冲调制连接到衬底的电流来在衬底上电化学沉积磁性材料，其中电流具有导通脉冲周期和断开脉冲周期，且其中断开脉冲周期至少约为400毫秒。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的丙二酸衍生物：2-烯丙基丙二酸、2-甲基丙二酸、2-苯基丙二酸、2,2-二甲基丙二酸、及其组合。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的β-二酮或β-二酮的衍生物：1,3-茚二酮、戊二酮、2-苯基1,3-茚二酮、2-吡啶亚基-1,3-茚二酮、3-吡啶亚基-1,3-茚二酮、4-吡啶亚基-1,3-茚二酮、2-亚呋喃基-1,3-茚二酮、3-甲基戊二酮、及其组合。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述添加剂是选自下组的C6C3化合物或C6C3化合物衍生物：7-羟基香豆素、4-羟基香豆素、4,7-羟基香豆素、松柏醇、及其组合。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述添加剂具有在电解质溶液中不高于约0.001M的浓度。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所沉积的磁性材料是CoFe。
20.一种在衬底上沉积磁性材料的方法，所述方法包括：
将衬底置于电镀液中，所述电镀液包括：
不高于约0.001M的添加剂，其中所述添加剂选自下组：
丙二酸衍生物；
β-二酮和β-二酮的衍生物；以及
C6C3化合物和C6C3化合物衍生物；
通过脉冲调制连接到衬底的电流来在衬底上电解地沉积磁性材料，其中电流具有导通脉冲周期和断开脉冲周期，且其中断开脉冲周期至少约为400毫秒。
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