1. Зависимость состава пленок от режима осаждения.

Пленки сплава NiFe осаждаются в гальваностатических условиях из растворов, (S04₂- или Cl-). Состав пленок и эффективность осаждения определяли в зависимости от плотности тока, рН, идентичности аниона (S04₂- или Cl-) и содержания борной кислоты в растворе. Содержание Fe ниже в отложениях из раствора хлорида, чем в растворе сульфата, и увеличивается за счет добавления H₃B0₃. Эффективность увеличивается с увеличением плотности тока и повышением рН, больше в осадках из раствора хлорида и меньше проявляется из H₃B0₃. Наблюдения интерпретируются в терминах подавления осаждения Ni поверхностным гидроокисью железа, осаждаемой при повышении рН локальной поверхности во время осаждения. [9]

В хлоридном электролите с отношением атомов 4,26, как в сплаве Ni₈₁Fe₁₉, при выбранном соотношении содержания солей никеля и железа увеличение их концентрации мало изменяет рН. Регулировка рН проводится добавлением соляной кислоты в состав электролита.

Таблица 3.1– Состав хлоридного электролита, применяемый для осаждения пермаллоя.

Вещество	Концентрация, г/л	Примечание
NiCl2	56	Основная соль, содержащая ионы никеля
FeCl2	11,6	Основная соль, содержащая ионы железа
HCl	2	Добавка, изменяющая pH электролита
H3BO3	25	Комплексообразователь, который облегчает разряд ионов металла
Сахарин*	3	Обеспечение равномерности слоев, снижение механических напряжений

*Сахари́н — бесцветные кристаллы сладкого вкуса, малорастворимые в воде. Продаваемый «сахарин» представляет собой кристаллогидрат натриевой соли, которая в 300—500 раз слаще сахара. Сахарин не усваивается организмом. Сахарин способствует формированию трехмерных неэпитаксиальных ядер на двумерной эпитаксиальной матрице уже на начальном этапе осаждения NiFe. Этот тип процесса нуклеации уменьшает размер зерна, уменьшает внутренние напряжения и изменяет магнитные свойства пленок. Количество сахарин необходимого для изменения структуры и магнитных свойств покрытия NiFe меньше чем 0,25 мМ (0,06 г/л).

Установлено, что изменение содержания сахарина в электролите оказывает заметное влияние на эффективность по току и на скорость осаждения осадков Ni-Fe. Средняя зернистость отложений колеблется от 13 нм до 10,8 нм при увеличении содержания сахарина от 0 г/л до 8 г/л. Добавление сахарин с определенным содержанием влияет на размер зерна.

Осаждение из хлоридного электролита с соляной кислотой показало, что электролит при рН=1,7±0,2 не содержит шлама и пленка не загрязняется осадками железа и серы, электролит стабильный и дает высокую скорость роста пленок.

Изменение скорости осаждения при высокой температуре электролита уменьшает зависимость состава пленок от плотности тока (рисунок 3.2), что позволяет регулировать состав в достаточно узком диапазоне изменения тока для получения пленок близких по составу к пермаллою N₈₁Fe₁₉, т.е. для конгруэнтного осаждения при плотности тока на катоде 26 мА/см² и при скорости осаждения 320 нм/мин.

Рисунок 3.2 – Зависимость скорости (V) электрохимического осаждения и содержания железа Fe в пленках пермаллоя от плотности тока (J) в хлоридном электролите c C_Ni/C_Fe=4,26 при температуре 70^оС, рН=1,9.

Осаждение из Cl-раствора происходит с большей эффективностью, чем осаждение из S0₄-раствора, причем разница между этими двумя величинами больше при рН 2,0. Осаждения могут быть получены из Cl-растворов в условиях (низкий ток, низкий pH), где осаждение не происходит из S0₄-растворов.

Внешний вид пленок также значительно варьируется в зависимости от условий осаждения. Внешний вид имеет тенденцию ухудшаться с увеличением плотности тока, хотя в некоторых электролитах пленки хорошего качества могут быть получены во всем изученном диапазоне. Внешний вид немного лучше в отложениях из Cl-растворах, чем в отложениях из S0₄-растворов.

Таблица 3.2 – Состав сульфатного электролита, применяемый для осаждения пермаллоя.

Вещество	Концентрация, г/л	Примечание
NiSO4	18	Основная соль, содержащая ионы никеля
Fe2(SO4)3	8	Основная соль, содержащая ионы железа
NiCl2	5	Добавка, содержащая ионы никеля
H3BO3	25	Комплексообразователь, который облегчает разряд ионов металла
Сахарин	3	Обеспечение равномерности слоев, снижение механических напряжений

С использованием указанного электролита было проведено комплексное исследование процесса электрохимического осаждения пермаллоя. На рисунке 3.3 представлена зависимость состава пленки пермаллоя от плотности тока электрохимической реакции, протекающей в вышеуказанном электролите.

Рисунок 3.3 – Зависимость состава пленки пермаллоя от плотности тока электрохимической реакции

Из графика можно наблюдать, что пермаллой необходимого состава из указанного электролита осаждается при плотности тока 14 мА/см². На рисунке 3.4 представлена зависимость скорости осаждения пленок от величины плотности тока.

Рисунок 3.4 – Зависимость скорости осаждения пленок пермаллоя от плотности тока электрохимической реакции

Основные проблема стабильности, связанная со сплавом гальванопокрытий, содержащих железо, это окисления Fe²⁺ до Fe³ + и последующим формированием сильных гидроксидных комплексов приводит к выпадению осадка из Fe(OH)₃. Комплексообразующий компонент 5-сульфосалициловой кислоты, является одним из очень немногих кандидатов для соединения, образующие комплексы с Fe³ +, которые сильнее, чем гидроксиды. Использование 5-сульфосалициловой кислоты и других похожих соединений в железосодержащих сплавах гальванопокрытий было запатентовано в 1978 году. Помимо использования в качестве комплексообразующего компонента, другие преимущества 5-сульфосалициловой кислоты это очень сильный красный цвет (поглощение на 480 нм) в соединении с Fe³⁺ и поэтому 5-сульфосалициловая кислота является молекулярно стабильной, которая не разрушается в электролите и, как представляется, не приводит к совместному осаждению серы или углерода. [10]

Рисунок 3.5 - Спектрофотометрические данные для компонентов пермаллоевого электролита.