RU2069913C1 - Multilayer amorphous magnetically soft coating - Google Patents

Multilayer amorphous magnetically soft coating Download PDF

Info

Publication number
RU2069913C1
RU2069913C1 SU4903682A RU2069913C1 RU 2069913 C1 RU2069913 C1 RU 2069913C1 SU 4903682 A SU4903682 A SU 4903682A RU 2069913 C1 RU2069913 C1 RU 2069913C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amorphous
layers
multilayer
copper
iron
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Устинович Шелег
Валерий Михайлович Федосюк
Оксана Ивановна Касютич
Original Assignee
Институт физики твердого тела и полупроводников АН БССР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики твердого тела и полупроводников АН БССР filed Critical Институт физики твердого тела и полупроводников АН БССР
Priority to SU4903682 priority Critical patent/RU2069913C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2069913C1 publication Critical patent/RU2069913C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: cobalt-iron-phosphorus coating is deposited in layers into multilayer structure in which layers of cobalt-iron-phosphorus are separated by interlayers of copper with thickness 5.0-15.0 A. EFFECT: facilitated coating process. 1 tbl

Description

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. The invention relates to soft magnetic materials based on cobalt used in a variety of magnetic microelectronic devices. In particular, the proposed invention is promising for use in magnetic integrated recording and reading heads, microtransformers, and other similar devices where low-coercive and at the same time thermostable materials are needed.

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. The main parameter of the working soft magnetic material in the above devices is the temperature of the onset of its crystallization (Tn.k). Exceeding this temperature leads to degradation of the performance of the device in which the soft magnetic material is used. Thus Tn.k. determines the temperature range of the stable operation of the device.

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 220-240oС.Currently, the most widely known amorphous magnetically soft metal-metalloid coatings based on elements of the iron group (Co, Fe and Ni) with phosphorus (1), obtained by chemical and electrolytic deposition. Depending on the composition Tn.k. these alloys is 220-240 o C.

Для более стабильной работы устройств, в которых используются аморфные низкокоэpцитивные покрытия, необходимы материалы с более высокими значениями температуры кристаллизации. For more stable operation of devices that use amorphous low-coercive coatings, materials with higher crystallization temperatures are needed.

Целью настоящего изобретения является разработка аморфного магнитомягкого покрытия с повышенным значением температуры кристаллизации. An object of the present invention is to provide an amorphous soft magnetic coating with an increased crystallization temperature.

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

Figure 00000002
и с разделяющими немагнитными прослойками меди толщиной 5-15
Figure 00000003

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 60-85oС.To achieve this goal, an amorphous soft magnetic coating is proposed, containing, by weight. iron 4-7.9, phosphorus 7.6-12.0, the rest, which, in order to increase the crystallization temperature, is multilayer with layer thicknesses 10-50
Figure 00000002
and with separating non-magnetic layers of copper with a thickness of 5-15
Figure 00000003

The multilayer structures Co-Fe-P / C and precipitate from the electrolyte composition, g / l:
CoSO 4 • 7H 2 O 150-170
CoCl 2 • 6H 2 O 5-15
FeSO 4 • 7H 2 O 25-70
H 3 BO 3 20-40
Na 3 C 6 H 5 O 7 • 5.5H 2 O 5-15
Saccharin 0.4-1.2
NaH 2 PO 2 • 2H 2 10-30
CuSO 4 • 7H 2 O 1-2
at a pH of 1.4-1.6, T 60-85 o C.

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.The current density of the deposition of amorphous Co-Fe-P layers Dc 1 25-35 mA / cm 2 when the pulse duration t 1 1-3 s. The current density of the deposition of copper layers DK 2 0.4-0.6 mA / cm 2 with a duration of t 2 2-7 s. The number of applied rectangular pulses and, accordingly, the number of layers in the resulting multilayer structure N 50.

Общими признаками известного технического решения и заявляемого является то, что в состав аморфного низкокоэрцитивного покрытия входят кобальт, железо и фосфор. Common features of the known technical solution and the claimed is that the composition of the amorphous low-coercive coating includes cobalt, iron and phosphorus.

Отличительными признаками является то, что аморфное магнитомягкое покрытие кобальт-железо-фосфор входит тонкими слоями толщиной 10-50

Figure 00000004
в многослойную структуру, в которой слои указанного аморфного сплава разделены слоями меди толщиной 5-15
Figure 00000005

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.Distinctive features is that the amorphous soft magnetic coating cobalt-iron-phosphorus is included in thin layers with a thickness of 10-50
Figure 00000004
in a multilayer structure in which the layers of the specified amorphous alloy are separated by layers of copper 5-15 thick
Figure 00000005

A positive effect is achieved by obtaining a multilayer magnetic amorphous structure of Co-Fe-P / Ci, in which ultrathin layers of copper interfere with diffusion crystallization processes in amorphous Co-Fe-P layers due to the fact that copper practically does not dissolve in cobalt-based alloys and iron.

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 330-350oС.The above principle of increasing the crystallization temperature of an amorphous magnetically soft cobalt-iron-phosphorus coating by creating a Co-Fe-P / C multilayer magnetic structure with ultrathin alternating layers of the amorphous Co-Fe-P alloy and copper layers was previously unknown and is a significant difference. since on single-layer amorphous metal-metalloid coatings based on elements of the iron group with phosphorus it is impossible to achieve the stated goal of increasing the crystallization temperature of the amorphous magnetically soft Co-Fe-P alloy less than 330-350 o C.

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 80oС 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.The inventive multilayer magnetic amorphous coating is deposited from an electrolyte, which is prepared as follows: simultaneously dissolve CoSO 4 • 7H 2 O, CoCl 2 • 6H 2 O, FeSO 4 • 7H 2 O, NaH 2 PO 2 • 2H 2 O and CuSO 4 • 7H 2 O in distilled water at 80 o With vigorous stirring. H 3 BO 3 and Na 3 C 6 H 5 O 7 • 5.5H 2 O are dissolved in separate portions. Saccharin is also dissolved in a separate volume with the addition of a few drops of NaOH. After cooling, all prepared portions of the solutions are drained and the volume of electrolyte is adjusted to the volume corresponding to the required concentration of components by adding distilled water. Next, the pH of the electrolyte was adjusted to the desired value with a 10% solution of H 2 SO 4 and a 25% solution of NH 4 OH and filtered using blue ribbon filters. The anode is used cobalt. The deposition is carried out on copper or chemically precipitated nickel phosphide in a thermostatic bath using a pulsed programmable power source.

Пример. Example.

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 80oС 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 70oC, 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 350oC. При этом коэрцитивная сила Нс, определенная индукционным методом, составила 1, 2 Э.Weighed portions of CoSO 4 • 7H 2 O, CoCl 2 • 6H 2 O, FeSO 4 • 7H 2 O, NaH 2 PO 2 • 2H 2 O and CuSO 4 • 7H 2 O in quantities of 160, 10, 50, 20 and 1, respectively 5 g and dissolved in 500 ml of distilled water at 80 o With vigorous stirring. Samples of H 3 BO 3 and Na 3 C 6 H 5 O 7 • 5.5H 2 O in an amount of 30 and 10 g, respectively, are dissolved in ≈ 50 ml in separate portions of distilled water. Saccharin in an amount of 0.8 g is dissolved in ≈ 10 ml of H 2 O with the addition of small amounts of NaOH. After cooling, all prepared portions are poured together and the electrolysis volume is adjusted to 1 liter. Next, the pH of the electrolyte was adjusted to 1.5 with a 10% solution of H 2 SO 4 and 25% NH 4 OH and filtered. The deposition is carried out in a thermostatic bath at T 70 o C, DK 1 30 mA / cm 2 , DK 2 0.5 mA / cm 2 , t 1 2 s, t 2 5 s. The number of layers is N 50. The amorphous structure of the obtained precipitate is confirmed by the characteristic “halo” in the X-ray diffraction patterns recorded using the DRON-3M apparatus. The layer thickness in multilayer structures was determined using the method of Auger spectroscopy, as well as by calculation. The temperature at which crystallization begins Tn. K. determined from measurements of the dependence of the magnetization of the obtained structures on temperature using a vibration magnetometer "PARC-4500", amounted to 350 o C. Moreover, the coercive force Нс, determined by the induction method, was 1, 2 E.

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. The examples presented in the table indicate that the optimal, from the point of view of using them as an amorphous soft magnetic coating, are the multilayer structures shown in examples 1 to 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. To ensure sufficiently low coercive forces of amorphous films, we used the same coating compositions (respectively, the same electrolyte compositions and deposition modes) as in the prototype. The difference is that we obtained these amorphous alloys in the form of very thin layers, alternating with layers of copper.

При временах осаждения слоев меди t2 менее 2 с их толщина dCu 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

Figure 00000006
(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 dCo-Fe-P менее 10
Figure 00000007
(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.At times of deposition of copper layers t 2 less than 2 s, their thickness d Cu is very small (examples 4 and 8) and is most likely non-continuous. Therefore, in this case, the obtained structure is actually single-layer with the temperature of crystallization initiation T. typical for single layer formulations. The use of large thicknesses of copper layers with pulse durations of copper deposition t 2 ≥ 10 s (examples 5 and 3) is impractical due to the relatively long deposition time of the multilayer structure, as well as some increase in Hc. The use of Co-Fe-P layer thicknesses greater than 50
Figure 00000006
(examples 4, 5 and 7) is impractical due to the reduction of diffusion difficulties in the process of crystallization of amorphous layers and thus a decrease in the temperature of their crystallization. With thicknesses d Co-Fe-P less than 10
Figure 00000007
(examples 4 and 6), the layers are also apparently discontinuous, and their composition includes a large amount of copper, which leads to an increase in the coercive force of the coatings.

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 100oС, превышающей температуру кристаллизации известных аналогов. Другие характеристики коэрцитивная сила Hc и намагниченность насыщения Ms соответствуют требованиям, предъявляемым к устройствам, в которых используются аморфные магнитомягкие покрытия.Thus, the claimed invention allows to obtain multilayer amorphous magnetic coating composition, wt. Fe 4-7.9, P 7.6-12.0, Co the rest with a temperature of crystallization onset is significant, more than 100 o With, exceeding the crystallization temperature of known analogues. Other characteristics of the coercive force H c and saturation magnetization M s correspond to the requirements for devices that use amorphous soft magnetic coatings.

Изобретение имеет следующий технико-экономический эффект. За счет повышения температуры начала кристаллизации на 100oС, 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 330-350oС. В этом случае экономический эффект на одну МГ равен примерно ее стоимости (300 руб.).The invention has the following technical and economic effect. By increasing the crystallization onset temperature by 100 ° C. , the temperature range for maintaining the operability of the device in which this multilayer amorphous magnetic coating is expanded is also expanded. For example, a magnetic head (MG) with an amorphous multilayer Co-Fe-P / Ci structure will remain operational up to 330-350 o C. In this case, the economic effect per MG is approximately equal to its cost (300 rubles).

Claims (1)

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
Figure 00000008
и с разделяющими немагнитными прослойками меди толщиной 5 15
Figure 00000009
.
Amorphous soft magnetic coating based on the cobalt-iron-phosphorus system, characterized in that, in order to improve performance by increasing the crystallization temperature, it is multilayer with a thickness of the cobalt-iron-phosphorus system 10 50
Figure 00000008
and with separating non-magnetic layers of copper with a thickness of 5 15
Figure 00000009
.
SU4903682 1991-01-18 1991-01-18 Multilayer amorphous magnetically soft coating RU2069913C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4903682 RU2069913C1 (en) 1991-01-18 1991-01-18 Multilayer amorphous magnetically soft coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4903682 RU2069913C1 (en) 1991-01-18 1991-01-18 Multilayer amorphous magnetically soft coating

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2069913C1 true RU2069913C1 (en) 1996-11-27

Family

ID=21556271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4903682 RU2069913C1 (en) 1991-01-18 1991-01-18 Multilayer amorphous magnetically soft coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2069913C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465670C1 (en) * 2011-08-03 2012-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" Method to form epitaxial films of cobalt on surface of semiconductor substrates

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ильюшенко Л.Ф. и др. Влияние ультразвука и термомагнитной обработки на структуру и магнитные свойства аморфных электролитических пленок Co-P, Вести АН БССР, сер. физ-мат. наук, N 5, 1985, с. 47 - 51. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465670C1 (en) * 2011-08-03 2012-10-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" Method to form epitaxial films of cobalt on surface of semiconductor substrates

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wolf Electrodeposition of magnetic materials
JP4732668B2 (en) Method for producing cobalt iron molybdenum alloy and cobalt iron molybdenum alloy plated magnetic thin film
JP2544845B2 (en) Magnetic thin film, laminate, magnetic recording head, magnetic shield, and method for producing laminate
CA2576752A1 (en) Amorpheous fe100-a-bpamb foil, method for its preparation and use
US5932082A (en) Electroplating bath for nickel-iron alloys and method
US4756816A (en) Electrodeposition of high moment cobalt iron
RU2069913C1 (en) Multilayer amorphous magnetically soft coating
KR101556722B1 (en) ELECTRODEPOSITION METHODS OF CoFe ALLOYS
JPH073489A (en) Soft magnetic thin film
Kamei et al. Magnetic properties and microstructure of electrodeposited Fe− P amorphous alloy
US6337007B1 (en) Method of making a Co-Fe-Ni soft magnetic thin film
US3239437A (en) Methods of depositing magnetic alloy films
US20050082171A1 (en) Preparation of soft magnetic thin film
JPS6310235B2 (en)
JPH02500069A (en) magnetic recording material
JP3233963B2 (en) Magnetic thin film and method of manufacturing the same
JP3201763B2 (en) Soft magnetic thin film
JP4423377B2 (en) Method for producing soft magnetic thin film and soft magnetic thin film
JP3826323B2 (en) Manufacturing method of plated magnetic thin film
Fujita et al. Electrochemical deposition of amorphous FeB films with soft magnetic properties
GB1433850A (en) Packaging material
US5182009A (en) Plating process
JPH07109596A (en) Production of soft magnetic multilayered film
RU2116388C1 (en) Protective nickel-ferrum-tungsten coating and method for its production
JPH04297004A (en) Magnetic thin-film for magnetic head and manufacture thereof