АМОРФНОЕ МАГНИТОМЯГКОЕ ПОКРЫТИЕ КОБАЛЬТ-ФОСФОР-МАРГАНЕЦ Российский патент 1996 года по МПК H01F10/16 

Изобретение относится к магнитомягким материалам на основе кобальта, используемым в разнообразных устройствах магнитной микроэлектроники. В частности, предлагаемое 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 (Т_н.к.). При превышении Т_н.к. начинаются процессы кристаллизации аморфного магнитомягкого покрытия, что приводит к деградации рабочих характеристик устройства. Таким образом Т_н.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 Т_н.к. этих сплавов составляет 220 240^oС. Наиболее близким к заявляемому изобретению по области применения и существенным признакам является аморфное магнитомягкое покрытие Co-P [1] которое выбрано нами как прототип и базовый объект для сравнения. Покрытия сплавов Со-Р (x 1 14 ат. ), толщиной от 1 до 10 мкм осаждались из электролита состава, г/л: кобальт сернокислый CoSO₄•7H₂O - 280, гипофосфит натрия NaH₂PO₂•H₂ 1 20, борная кислота H₃BO₃ 30 при кислотности электролита pH 1,8, температуре электролита Т 20^oС и плотности тока D_к 10 20 мА/см². В зависимости от содержания в пленках фосфора температура кристаллизации Т_н.к. составляла 220 240^oС. Деградация магнитомягких характеристик (увеличение коэрцитивной силы Н_c11) начиналась при превышении указанного температурного диапазона.

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

Целью настоящего изобретения является разработка аморфного магнитомягкого покрытия с более высокой температурой начала кристаллизации.

Для достижения поставленной цели предлагается аморфное магнитомягкое покрытие кобальт фосфор марганец состава, вес. фосфор 8 10; марганец 3 7; кобальт остальное, которое получают методом ионно-плазменного напыления из составной мишени; матрицу Сo-Р получают методом химического или электролитического осаждения по способу, например, [1] на матрице Со-Р располагают пластинки марганца, занимающие по площади 3 7% от площади всей мишени.

Температура начала кристаллизации из измерений намагниченности покрытий от температуры, а также электронографических (ЭМР-100), рентгенографических структурных (ДРОН-3М), электронно-микроскопических (ЭМВ-100ЛМ) исследований составляет 460 470^oС, что более чем на 200^oС превышает соответствующие характеристики известных в настоящее время аналогов.

Общими признаками известного технического решения и заявляемого является то, что в состав аморфного высококоэрцитивного покрытия входит кобальт и фосфор.

Отличительными признаками является то, что аморфное магнитомягкое покрытие дополнительно содержит 3 7 вес. марганца.

Положительный эффект достигается, по-видимому, за счет получения аморфной структуры Со-Р-Mn с более стабильным по сравнению с Со-Р ближним порядком, что, в свою очередь, вероятно, является следствием меньшей диффузионной подвижности элементов в сплаве Со-Р-Mn по сравнению со сплавом Со-Р.

Приведенный качественный и количественный состав входящих в покрытие элементов является существенным отличием, так как отклонение концентрации компонентов от указанных пределов, а также несоблюдение их взаимного соотношения не позволяет достичь поставленную цель, то есть получить аморфное магнитомягкое покрытие с температурой начала кристаллизации не менее 460 470 ^oС.

Заявляемое магнитное покрытие получают методом ионно-плазменного напыления из составной мишени: матрицу Со-Р получают методом химического или электролитического осаждения по способу, например, [1] на матрице Со-Р располагают пластины марганца, занимающие по площади 3 7% от площади всей мишени.

Пример конкретного осуществления.

Берут навески CoSO₄•7H₂O, NaH₂PO₂•H₂O, H₃BO₃ в количестве соответственно 280, 15 и 30 г, растворяют в 500 мл дистиллированной воды при 80^oС и интенсивном перемешивании. После охлаждения доводят pH электролита до 1,8 с помощью 10-процентного раствора H₂SO₄ и 25-процентного NH₄OH и фильтруют. После чего объем электролита доводят до 1 л. Осаждение ведут в термостатированной ванне при Т 20^oС и D_к 15 мА/см². Далее на приготовленной таким образом матрице Со-Р диаметром 200 мм располагают пластинки марганца площадью 15 см² (5% по площади) и проводят напыление в ионно-плазменной установке ИПУ-6-5. В результате получают магнитное покрытие состава, вес. Р 9, Mn 5, Со остальное. Аморфность его структуры подтверждается характерным "гало" на рентгенограммах, снятых с помощью аппарата "ДРОН-3М", а также электронограммами "на просвет", полученными с помощью электронографа ЭМР-100, и электронно-микроскопическими снимками, выполненными на электронном микроскопе ЭМВ-100ЛМ методом "реплик". Температура начала кристаллизации T_н.кр., определенная из зависимости намагниченности покрытий от температуры, составляла 470^oС. При этом коэрцитивная сила Н_с, определенная индукционным методом, составила 1,4 Э.

Примеры, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что оптимальными с точки зрения использования их в качестве аморфного магнитомягкого покрытия являются составы, приведенные в примерах 1 7. При отклонении состава магнитного покрытия от заявляемого (примеры 8 13) их магнитные свойства ухудшаются.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить магнитные покрытия состава, вес. Р 8 10, Mn 3 7, Со остальное с температурой начала кристаллизации, существенно (≈200^oС) превышающей температуру кристаллизации известных аналогов. Другие характеристики - коэрцитивная сила Н_c11 и намагниченность насыщения M_s соответствует требованиям, предъявляемым к устройствам, в которых используются аморфные магнитомягкие покрытия.

Использование: изобретение относится к магнитной микроэлектронике, а именно к магнитомягким аморфным покрытиям. Сущность изобретения: с целью повышения температуры кристаллизации аморфного магнитомягкого покрытия оно содержит, вес. %: фосфор - 8 - 10, марганец - 3 - 7, кобальт - остальное. 1 табл.

Аморфное магнитомягкое покрытие, содержащее кобальт и фосфор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит марганец при следующем содержании компонентов, мас.

Фосфор 8 10
Марганец 3 7
Кобальт Остальное