Co-Pt-W（P）磁性薄膜的制备及其性能研究

摘要

信息社会的迅速发展要求各种电子元器件具备微型化与高性能化的双重特征。高性能钴基磁性薄膜的研究、制备和开发越来越受到人们的重视。它不仅在磁记录方面用途广泛，而且在传感器方面具有广阔的应用前景。其中Co-Pt薄膜更是由于矫顽力高、磁晶各向异性常数大、抗氧化和抗腐蚀性强等优点而倍受关注。近几年，人们开始用电化学方法制备Co-Pt合金薄膜，以期替代高成本的溅射法；此外，用电化学沉积法合成的Co富集钴铂合金薄膜不需要经过高温退火就具有高矫顽力，这也是溅射法所无法比拟的；在Co-Pt-W(P)磁性薄膜中钨的共沉积可以使合金薄膜在铂含量较低的情况下仍然保持较高矫顽力。目前，对采用电化学方法合成多元合金磁性薄膜，无论在理论上或是在实验上，有待进一步的认识和提高。 本文通过一系列的实验，研究了电沉积条件对Co-Pt-W(P)磁性薄膜微观结构、宏观性能的影响，以期揭示薄膜的生长过程及高矫顽力的形成机理。通过研究，可为Co基多元合金薄膜材料的电化学合成和性能表征提供可靠依据，并为定向控制磁性薄膜材料的生长提供理论及实验上的指导。 在第一章中，简要回顾了Co-Pt合金薄膜的研究与发展现状，对不同制膜方法进行了综合比较，重点介绍了电沉积Co-Pt合金薄膜的最新进展。 在第二章，通过实验结果分析，发现利用电化学沉积法制备的富钴的Co-Pt-W(P)合金薄膜具有hcp结构，生长优化取向不同的薄膜样品表现不同的磁特性。提高薄膜磁性能的关键是控制好镀液成份和沉积参数以调控薄膜成份及结构。基于此，拟定实验方案如下：采用正交法设计实验，制备出性能优异的Co-Pt-W(P)合金磁性薄膜；研究不同工艺条件对Co-Pt-W(P)合金电沉积和薄膜样品的成分、性能以及微结构的影响。在本章中我们主要介绍了研究合金电沉积的电化学常用测试方法，观察镀液性质的紫外分光光度计法以及表征薄膜样品的振动样品磁强计(VSM)、X荧光分析仪、X射线衍射(XRD)以及原子力显微镜(AFM)等测试仪器。 在第三章中我们选用Co(NH2SO3)2、(NH4)2PtCl4、Na2WO4·2H2O、(NH4)2C6H6O7等作为镀液的主要成分，利用电化学沉积法制备Co-Pt-W(P)磁性薄膜。采用正交实验L25(56)对沉积电流密度、温度、Na2WO4·2H2O和(NH4)2C6H6O7浓度四个因素进行优化组合，得到了电流密度为5mA/cm2，温度为60℃，Na2WO4·2H2O和(NH4)2C6H6O7浓度分别为0.08mol/L、0.198mol/L的制备条件是样品具有高矫顽力和方形度的最佳组合配方。通过XRD结构分析发现，[00.1]优化取向的hcp结构有利于Co-Pt-W(P)磁性薄膜的硬磁性能。 在第四章，我们对一定条件下制备的薄膜样品进行电化学、结构及性能方面的表征，研究了不同的电沉积参数对成膜过程与薄膜样品的微结构、组成、形貌以及磁性能的影响，并进一步对薄膜的生长机理和高矫顽力的形成机理进行了讨论和阐述。研究发现，Co-Pt-W(P)电沉积过程中扩散过程是限速过程；在络合剂浓度为0.26M时金属离子与络合剂形成的络合物最为稳定，此时矫顽力获得最大值；沉积温度的升高，薄膜样品中钨含量增加，有利于钨的氧化物在晶界析出，从而提高了样品的矫顽力，但温度过高，薄膜的晶粒尺寸变小，薄膜的硬磁性能受到破坏；随着电流密度的增大，合金薄膜中钨的含量增加，薄膜的磁性能有所改善；通过不同沉积时间的样品的AFM形貌图比较可以看出，在电沉积初期沉积原子受基底结构的影响很大，随着电沉积过程的进行，当基底被沉积层铺满时，沉积层就按照其稳定的结构生长。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章实验内容和测试方法

第三章Co-Pt-W(P)磁性薄膜的制备

第四章电解液组成及工艺条件对Co-Pt-W(P)合金薄膜的影响

第五章结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢