DE1243939B - Bad und Verfahren zum galvanischen Abscheiden von magnetisierbaren Nickel-Eisen-Arsen-Legierungsueberzuegen - Google Patents

Description

!UNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 23 b

Deutsche KL: 48 a-5/32

Nummer: 1 243 939

Aktenzeichen: S 87871 VI b/48 a

Anmeldetag: 1.5. Oktober 1963

Auslegetag: 6. Juli 1967

C25Q 3-5

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von sich als Datenspeicherelemente eignenden magnetisierbaren Nickel-Eisen-Arsen-Filmen sowie einen verbesserten Elektrolyten zum Durchführen des Verfahrens.

Bei der Herstellung von magnetisierbaren Filmen, die für den Einsatz als Speicherelemente in Datenverarbeitungssystemen vorgesehen sind, ist allgemein wünschenswert, daß diese Filme Eigenschaften aufweisen, welche ein Umschalten bei möglichst geringem Energieaufwand ermöglichen, wobei der Energiepegel die Stabilität des Speicherfilms oder -kerns nicht beeinträchtigen darf. Außerdem sollte der Film aus einer Zusammensetzung bestehen, die nur eine geringe — wenn überhaupt — Magnetostriktion zuläßt, so daß das Speicherelement eine geeignete Stabilität und Festigkeit aufweist und sich gleichmäßig umschalten läßt.

In magnetisierbaren Filmen für Datenspeichereinrichtungen wird das zum Drehen bzw. Umschalten benötigte Quer- oder anisotrope Feld durch das Symbol Hk wiedergegeben. Für Speichereinrichtungen werden daher angemessen kleine Hk- Werte vorgezogen. Gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich verbesserteMagnetspeicherfilmeaus Nickel—Eisen—Arsen auf galvanischem Wege herstellen. Diese Filme haben niedrige Hk-Werte, die jedoch nicht so niedrig sind, daß die Speichereigenschaften der Filme beeinträchtigt werden. Bei den Filmen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden und eine brauchbare Dicke aufweisen, liegen die Hk-Werte normalerweise zwischen 1,8 und 2,5 Oe. Das Bad zum galvanischen Abscheiden magnetisierbarer Nickel-Eisen-Arsen-Legierungsüberzüge gemäß der Erfindung enthält neben üblichen Badzusätzen 218 g/l Nickelsulfat, 4,6 bis 7,4 g/l Ferrosulfat, 0,2 bis 1,0 g/l Natriummetaarsenit, als Badzusätze Borsäure, Saccharin, Natriumlaurylsulfat und Natriumchlorid. Das galvanische Verfahren wird bei 22 bis 30⁰C sowie bei einer Stromdichte von 2 bis 10 mA/cm² und einem pH-Wert zwischen 2 und 3 während 50 bis 150 Sekunden durchgeführt. Um die gewünschte Stromdichte zu erhalten, wird entsprechend der Größe des herzustellenden Überzuges eine Spannung von etwa 1,5 bis 4,8 V angelegt. Die unter diesen Bedingungen hergestellten Filme haben einen //jrWert zwischen 1,8 und 2,5 Oe und ein H_C/Hk-Verhältnis zwischen 0,65 und 0,85.

Die nach diesem Ausführungsbeispiel hergestellten Filme weisen folgende Zusammensetzung auf:

Element Gehalt

Nickel 75 bis 85 %

Eisen 12 bis 25 %

Arsen 1 bis 10°/₀

Bad und Verfahren zum galvanischen Abscheiden von magnetisierbaren Nickel-Eisen-Arsen-Legierungsüberzügen

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt, Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 134-146

Als Erfinder benannt:
Joseph Simon Mathias, Riverton, N. J.; Guy Vincent DiGuilio,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. Oktober 1962 (234 519)

In einem typischen Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Überzuges wurde eine Lösung folgender Zusammensetzung verwendet:

Komponente Menge

NiSO₄ · 6H₂O 218 gm/1

FeSO₄ · 7H₂O 6,0 gm/1

NaAsO₂ 0,4 gm/1

Saccharin 0,8 gm/1

Natriumlaurylsulfat 0,2 gm/1

H₃BO₃ 25,0 gm/1

NaCl 10,0 gm/1

pH-Wert des Bades 2,2

Temperatur 25°C

Die in Verbindung mit diesem Bad benutzte Stromdichte betrug 6 mA/cm², wobei sich zwei Filme mit folgenden Kennwerten ergaben, deren Dicke etwas abweicht, obwohl gleiche Niederschlagzeilen angewendet wurden:

709 609/374

Dauer (Sekunden)	Hc (Oe)	Hk (Oe)	Filmdicke (Ä)
70 70	2,0 2,0	1,6 1,7	1200 1400

Die genaue Zusammensetzung der nach diesem Ausführungsbeispiel hergestellten Filme wurde nicht ermittelt, jedoch waren die nachstehenden Elemente in folgenden typischen Prozentsätzen vorhanden:

Element Gehalt

Nickel 80 bis82°/₀

Eisen 15 bis 17%

Arsen 1,2bis 4,8%

Der unter den oben angeführten Bedingungen gebildete Film hatte bei einer Herstellungsdauer von 50 Sekunden eine Dicke von etwa 800 Ä und bei einer Herstellungsdauer von 150 Sekunden eine Dicke von etwa 2500 Ä.

Das Kation des Metaarsenits ist an und für sich nicht wesentlich; es darf nur keine Überzugseigenschaften aufweisen. Zu diesem Zweck werden daher Alkalimetalle wie Natrium- oder Kaliummetaarsenit od. dgl. verwendet.

Das Bad ist nur leicht sauer und weist einen pH-Wert zwischen 2 und 3 auf, was für die Herstellung der Filme nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig ist. Der Temperaturbereich ist nicht kritisch. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn man das Bad im wesentlichen auf oder nahe Zimmertemperatur hält.

Ist die Stromdichte wesentlich kleiner als der angegebene Mindestwert, so können sich Filme mit geringem Eisengehalt und negativen Magnetostriktionseigenschaften bilden. Überschreitet die Stromdichte andererseits wesentlich den angegebenen Maximalwert, so können sich Filme mit hohem Eisengehalt und positiven Magnetostriktionseigenschaften ergeben.

Als Träger wird zweckmäßigerweise ein nichtleitender Werkstoff wie Glas oder Kunststoff, vorzugsweise gewöhnliches, feingeschliffenes Glas, benutzt. Die Glasoberfläche wird zunächst gesäubert und vorzugsweise poliert, um eine glatte zu überziehende Fläche zu erhalten. Der Träger wird dann mit einer Schicht aus Gold oder Chrom—Gold überzogen. Beim Chrom-Gold-Überzug wird zunächst eine Chromschicht und dann eine Goldschicht aufgebracht. Zum Beispiel kann die behandelte Oberfläche des Trägers eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten kreisrunden überzogenen Flächen aufweisen, die jeweils aus einer etwa 100 Ä dicken Chromschicht bestehen, auf die eine etwa 100 Ä dicke Goldschicht aufgebracht ist. Die Herstellung dieser Schichten erfolgt durch Aufdampfen nach bekannten Verfahren. Gegebenenfalls kann an Stelle des nichtleitenden Trägers aber auch eine polierte Metallfläche als Träger verwendet werden.

Sollen die Filme als Magnetspeicherkerne benutzt werden, so wird der Film in bestimmten Fällen zweckmäßigerweise in Gegenwart eines externen Magnetfeldes hergestellt, das während der Herstellung des Überzuges angelegt wird. Durch die Anlegung eines solchen Feldes werden die einachsigen anisotropischen Eigenschaften des Films verbessert. Das Magnetfeld weist zweckmäßigerweise eine Stärke von etwa 25 bis 35 Oe auf und wirkt auf den zu bildenden Film entlang dessen Ebene ein.

Dieser Wert ermöglicht eine Drehumschaltung des Kerns mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand, wobei zur vollständigen Ummagnetisierung der Gesamtaufwand an Energie kleiner ist als bei Filmen mit wesentlich höheren //«,-Werten. Andererseits sind die Hie-Werte aber so hoch bemessen, daß die Filme nicht leicht von schwachen magnetischen Streufeldern beeinflußt werden. Konstruktionelle Merkmale des Systems werden also nicht nachteilig beeinflußt. Die Filme sind genügend stabil, so daß sie sich zum Einsatz

ίο in verschiedenen konventionellen, aus Filmen bestehenden Speichereinrichtungen eignen.

Neben den speziellen Werten des anisotropen Feldes Hu sind die Werte der Größe H_c, die das Koerzitivfeld des Films betrifft, genauso wichtig. Im Idealfall sollte der Wert von H₀ für die meisten Umschaltungen etwas kleiner als H^ sein, wobei das Verhältnis von Hc zu Hje vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 1 liegen sollte. Wie festgestellt wurde, weist ein Film bei diesem Verhältnisbereich unter Verwendung der derzeitigen Ummagnetisierungseinrichtungen und -verfahren Ummagnetisierungseigenschaften auf, die sehr wünschenswert sind. Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Filme herstellen, deren Hd Ht-Verhältnis übereinstimmend im Bereich zwischen 0,65 und 0,85 liegt. Wie sich herausgestellt hat, lassen sich Filme mit umgekehrtem Verhältnis, d. h. bei denen H_e größer ist als H^, im allgemeinen schlecht umschalten. Außerdem weisen solche Filme schlechte Dispersionseigenschaften auf. Der Begriff »Dispersion«, wie er in der Magnetfilmtechnik benutzt wird, ist ein Maß für die Ausrichtung der Felder der einzelnen Domänen, die die magnetischen Filmelemente bilden. Eine schlechte Dispersion bedeutet also, daß die Magnetfelder der einzelnen Domänen schlecht ausgerichtet sind. Eine Abhandlung über das Wesen der Dispersion ist in der Sonderausgabe der Zeitschrift »Proceedings of the I. R. Ε.« über Elektronenrechner, Januar 1961,

S. 155 bis 164, erschienen.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Molverhältnisse der Badkomponenten innerhalb eines kritischen Bereichs vorliegen, um verbesserte Nickel-Eisen-Arsen-Filme mit niedrigen und gesteuerten //^-Werten und gleichzeitig optimalen Werten für das Hc/Hic-Verhältnis herzustellen. Es muß daher in der Badflüssigkeit Fe⁺+ in einer Menge von etwa 0,016 bis etwa 0,027 Mol/l enthalten sein, und das Molverhältnis von Fe⁺+ zu Ni⁺+ liegt im Bereich von etwa 0,020 bis etwa 0,032 und das Molverhältnis von AsO₂~ zu Ni⁺+ im Bereich von etwa 0,0009 bis etwa 0,004. Bei bestimmten bekanntgewordenen Nickel-Eisen-Lösungen, wie sie zur galvanischen Herstellung von Filmen verwendet werden, ergeben sich Filme mit einem ungewöhnlich hohen //fc-Wert, der bis zu 5 Oe und mehr beträgt und damit im allgemeinen wesentlich größer ist als der H^-Wert der nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Filme.

Die Zusätze, zu denen Borsäure, Saccharin, Natriumlaurylsulfat und Natriumchlorid gehören, stellen an sich bekannte Zusätze dar, die dazu dienen, das Abscheidungsvermögen zu steigern und das eigentliche Abscheiden des Films zu steuern. Diese Zusätze werden sonst üblicherweise dazu benutzt, verschiedene GaI-vanisierungseigenschaften zu steuern oder zu korrigieren. Diese Zusätze sind in der Galvanisiertechnik bekannt und gehören an sich im wesentlichen nicht zur vorliegenden Erfindung. Zur Erzielung der erfindungsgemäßen Ergebnisse können also auch andere bestimmte Badzusätze benutzt werden.

Claims (3)

5 6 Erfindungsgemäß läßt sich das galvanische Bad mit züge, dadurch gekennzeichnet, daß es folgender Zusammensetzung ansetzen: neben üblichen Badzusätzen 218 g/l Nickelsulfat, NiSO4 · 6H2O 218 gm/1 4,6 bis 7,4 g/l Ferrosulfat und 0,2 bis 1,0 g/l Na- FeSO4 · 7H2O 4,6 bis 7,4 gm/1 triummetaarsenit enthält. NaAsO2 0,2 bis 1,0 gm/1 5 2· Bad nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Saccharin 0,8 gm/1 zeichnet, daß es als Badzusätze Borsäure, Saccharin, Natriumlaurylsulfat 0^2 gm/1 Natriumlaurylsulfat und Natriumchlorid ent- H3BO3 25 gm/1 hält. NaCl 9;7 gm/i 3. Verfahren zum galvanischen Abscheiden ma- Dieobenangefü'hrteKonzentrationVOnFeSO4·7H2O 10 gnetisierbarer Nickel-Eisen-Arsen-Legierungsüber- liegt - in Mol je Liter ausgedrückt - zwischen 0,016 f §e unter Verwendung eines Bades nach Anspruch und 0 027 u ' dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ' pH-Wert von 2 bis 3, einer Badtemperatur von 22 Patentansprüche: bis 3Qa^ während 50 bis 150 Sekunden mit einer

1. Bad zum galvanischen Abscheiden magne- 15 Stromdichte von 2 bis 10 mA/cm², besonders

tisierbarer Nickel-Eisen-Arsen-Legierungsüber- 6 mA/cm², gearbeitet wird.

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