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关 键 词：钴／幸自多层膜，铜，脉冲电沉积，相结构，磁性 作 者：吴琼，卫国英，余云丹，葛洪良 内 容： 1前言 近年来，C0／Pt多层膜由于具有强烈的垂直磁晶各向异性、高矫顽力和优异的化学稳定性而受到了人们的广泛关注，成为未来最有发展潜力的垂直磁记录材料之一[1-2]。大部分C0／Pt磁性薄膜都是通过分子束外延法、溅射法等物理方法制备，通常室温溅射态的C0／Pt薄膜为无序的fcc结构，表现为软磁特性，高温退火可以使fcc无序相向有序的Ll0相转变，进而表现出优良的硬磁性能[3-4]。电化学沉积法由于具有成本低廉，设备简单，对基底形状选择的任意性，对性能的可控制性等优点[5-6]，因此逐渐受到了材料界的青睐。 单槽电位脉冲沉积法制备多层膜是将两种不同电化学活性的金属以适当的比例加入同一电解槽中，控制电极电位在一定的范围内周期性变化，从而得到组分或结构周期性变化的金属膜。相对于双槽电沉积制备多层膜时需要不断地从两种电解液中来回放置基底而言，单槽电沉积具有不需要移动基底、基底不会受到污染的优点。尽管如此，单槽电沉积制备多层膜仅限于还原电位相差较大的两种金属，同时要求镀液中较难沉积的金属离子浓度要远低于容易沉积的金属离子浓度[7-8]。 最近的研究结果表明，电沉积C0／Pt多层膜的结构和磁性能与脉冲电位密切相关[9]。本文利用C02+和Pt2+在水溶液中沉积电位的不同，采用单槽电位脉冲沉积法获得了C0／Pt多层膜，并分析了脉冲电位的选择对薄膜结构及其磁性能的影响。 2实验部分 C0／Pt多层膜用脉冲电沉积模式生长在铜基底上，电解液的主要成分为：0．1 mol／L氨基磺酸钴，0．01 mol／L二硝基氨基铂，0．1 mol／L氨基乙酸。甩NaOH溶液调节电解液的pH为8。镀液配好后加热至30℃热处理3 h，再室温陈化10h。电镀前，基底经金相砂纸逐级打磨至光亮，然后放入丙酮与酒精的混合液中超声处理数分钟，以去油并除去表面氧化层。 电镀时采用三电极体系，恒温30℃。工作面积为5cm2的铜片为研究电极，铂网电极为辅助电极，Hg／Hg0电极为参比电极(文中所有电位均相对于此电极)。采用电位方波脉冲模式，Pt层先沉积，每层的沉积时间为120 s，2层为一个周期，共l0个周期。 用PARSTAT2273电化学综合测试系统对镀液进行循环伏安扫描，用Dl3000型x射线衍射仪(XRD)分析所制备薄膜的微结构，用LakeShore7407型振动样品磁强计(VSM)测量薄膜样品在室温下的磁滞回线和δM曲线。 3结果与讨论 3．1循环伏安法研究 在三电极体系中，采用单循环模式从一0．1 v扫描至一l．2 V，然后回扫至0．2 V，扫描速率5 mV／s，滤波参数为5 Hz。所得循环伏安曲线如图1所示。
图1镀液的循环伏安曲线 Figure l CycHc voltammogram of the plating bath 图1表明，从-0．6 V开始，沉积电位较正的Pt2+开始析出；在-0．9 V左右时曲线斜率发生显著变化，这说明C02+开始沉积。C02+和Pt2+沉积电位的不同为单槽电沉积多层膜提供了可能。 以下C0／Pt多层膜电沉积采用电位方波脉冲模式，φ上限选择-0．60 V，φ下限分别选择-0．90 V和一l．15 V。沉积过程中，外加电位为-0．6 V时Pt2+开始析出，一0．9 V时C02+开始析出，但此时不可避免地会有微量的Pt析出。但由于镀液中C02+的浓度是Pt2+浓度的10倍，一0．9 V时析出的物质是富C0的合金，所以可以近似地把这层当作是C0单质[10]。 3．2 x射线衍射分析 不同φ下限时所得C0／Pt多层膜的XRD图谱如图2所示。在φ上限=一0．6 V和φ下限=一1．15 V条件下制备的薄膜样品中未观察到有序结构，。而在φ上限=一0．6 V和φ下限=一0．95 V条件下沉积的多层膜中则呈现(221)取向的fcc结构。这表明：当沉积电位上、下限相差较大时，倾向于形成层间界面明显的非晶多层膜结构；而沉积电位上、下限相差较小，则有利于界面合金的形成[11]。界面合金的形成过程诱导强烈的内部应力，从而使C0／Pt多层膜产生较大的垂直各向异性和矫顽力(见3．3节讨论)。
图2不同脉冲下限电位时沉积的C0／Pt多层膜的XRD图谱 Figure 2 XRD patterns of C0／Pt multilayers electrodepositedat different lower limits of pulse potential 3．3磁性能研究 所获得的2个样品(未退火)在平行和垂直方向的磁滞回线如图3所示。其中，在φ下限=一0．95 V时沉积的C0／Pt多层膜垂直方向的矫顽力高达116．5 kA／m。
图3镀层平行和垂直膜面的磁滞回线 Figure 3 Hysteresis loops in parallel and perpendicular directions of the deposits 研究磁性材料晶粒间的相互作用时，一般用Kelly—Hankel(δM)曲线来表征[12]。利用振动样品磁强计测量直流退磁曲线(DCD)和等温剩磁曲线(IRM)，即可计算表征晶粒间交换作用的δM曲线。 图4为在φ上限=-0．6 V和φ下限=-0．95 V沉积电位下制备的C0／Pt多层膜平行膜面方向的DCD和IRM曲线。图5是根据DCD和IRM的数据，计算得出的δM曲线。样品的δM曲线上，低场时有正的峰值，表示晶粒间的相互交换作用支持磁化状态，说明磁性晶粒间存在着交换耦合作用(砌张Y)，这与平行方向磁滞回线的剩磁增强效应相一致(图3a中磁滞回线的方形度为0．59978)[13]。
图4在φ上限=一0．6V、φ下限=一0．95V条件下制备的 C0／Pt多层膜平行膜面方向的直流退磁曲线和等温剩磁曲线 Figure 4 DC demagnetization and isothermal remanentmaRnetization curves in paraHel direction ofthe C0／Pt multilayered film electrodeposited at an upper limit potential of-0．6 V and a Iower limit potentiaI of-0．95 V
图5在φ上限=-0．6 V、φ下限=-0．95 V条件下所得C0／Pt多层膜的6M曲线 Figure 5 Delta-M plot of the C0／Pt multilayered filmeIectrodeposited at an upper limit potential of—0．6 Vand a lower limit potential of—0．95 V 4结论 通过对镀液进行循环伏安研究，得到了C02+和Pt2+的沉积电位。在此基础上，利用单槽电位脉冲沉积法制备了C0／Pt多层膜。脉冲电位上、下限相差较小，有利于界面合金的形成，所得多层膜具有取向生长的fcc结构和较大的垂直各向异性和矫顽力。在φ上限=-0．6 V和φ下限=-0．95 V的条件下制备的C0／Pt多层膜中存在交换耦合作用，产生了剩磁增强效应。 参考文献： [1] JYOKO Y，KASHIWABARA S，HAYASHI Y．Preparation andcharacterization of electrodeposited P“Co multilayers[J]J Magn MagnMater，1996，156(1／3)：35—37． [2] ROZATIAN A S H，FULTHORPE B D，HASE T P A，et al．Anisotropyand interface structure in spuRered C0／Pt multilayers on Si[J]J MagnMagn Mater，2003，256(1)：365-372． [3] SAITO K，IGETA M，EJIMA T，et al．Magnetic rotation spectra of C0／Ptand C0／Cu multilayers in 50～90 eV region[J]．J Electron Spectrosc RelatPhenom，2005，144／147：753—756． [4]LEE C—H，Yu K-L，HUANG J C A，et al．X-ray study of the relationbetween the coercivity and atomic structural properties of the epitaxialC0／Pt multilayers on Al203(11-20)substrates[J]J Magn Magn Mater，2004．272／276：e933一e935． [5] GEORGESCU V，GEORGESCU M．Correlation between microstructureand magnetic properties of electrodeposited C0／Pt multilayers[J]．Surf Sci，2002，507／510：507—511． [6] 鲜晓红，辜敏，李强．C0／Cu纳米多层膜的电化学制备及其微观结构的表征[J]电镀与涂饰，2007，26(5)：5-9． [7] 姚素薇，桂枫，张卫国，等．电沉积纳米金属多层膜研究[J]．天津大学学报(自然科学与工程技术版)，2001，34(2)：261．264． [8] 石雷，刘维民．电化学沉积法制备纳，匿拿属多层膜的研究进展[J]润滑与密封，2003(51：78．80． [9] JYOKO Y，SCHWARZACHER W．Characterization of electrodepositedmagnetic C0／Pt multilayered nanostruqtures[J]Electrochim Acta，2001，47(1／2)：371·378． [10]印仁和，曾绍海，曹为民，等．电结晶制c0/Pt多层膜的结构及磁性研究[J]_化学学报，2005，63(20)：1871—1874． [11]VALIZADEH S，SVEDBERG E B，LEISNER P．Electrodeposition ofcompositionally modulated Au／Co alloy layers[J]．J Appl Electrochem，2002，32(1)：97—104． [12]WOHLFARTH E P．Relations between different modes of acquisition ofremanent magnetization offerromagnetic particles[J]．J Appl Phys，1958，29(3)：595-596． [13]STONER E C，WOHLFARTH E P．A mechanism of magnetic hysteresisin heterogeneous alloys[J]Philos Trans·Roy Soc，1948，240A(826)：599．642． 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
