Evaluation of the temperature stability of a Cu/Ni multilayer

• Autorzy: Kucharska B. , Kulej E. , Gwoździk M.

Warianty tytułu

PL

Ocena trwałości temperaturowej wielowarstwy Cu/Ni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents investigation results for a Cu/Ni multilayer as annealed in the temperature range of 40 ÷300 degree Celsjus The Cu/Ni multilayer with a Cu sublayer thickness of 2 nm and an Ni sublayer thickness of 6 nm was fabricated by the magnetron deposition technique. The X-ray structural analysis, XRD, was employed for examination. The characterization of the multilayer before and after the annealing process was done by the measurement of the texture for the Cu/Ni(111) plane, as well as by topography examination on an atomic force microscope (AFM). The state of the multilayer surface were observed using a scanning electron microscope. The thermal stability tests showed that the multilayer had undergone delamination at temperature of 300 degree Celsjus . Up to this temperature, the multilayer retained clear phase boundaries, as confirmed by the presence of satellite peaks in the diffraction patterns. The annealing operation caused structural changes in the multilayer, such as grain growth and an increase in roughness and texture.

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badan wielowarstwy Cu/Ni wygrzewanej w zakresie temperatur 40÷300 stopni Celsjusza. Wielowarstwę Cu/Ni, o grubości podwarstwy Cu równej 2 nm i grubości podwarstwy Ni wynoszącej 6 nm, wytworzono technika osadzania magnetronowego. Do badań zastosowano rentgenowską analizę strukturalna XRD. Charakterystyki wielowarstwy przed i po procesie wygrzewania dokonano poprzez pomiar tekstury dla płaszczyzny Cu/Ni(111) jak również badania topografii na mikroskopie sił atomowych Veeco. Stan powierzchni wielowarstwy badano przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego Jeol. Badania stabilności temperaturowej wykazały, że wielowarstwa uległa delaminacji w temperaturze 300 stopni Celsjusza. Do tej temperatury wielowarstwa zachowała wyraźne granice międzyfazowe, co potwierdzone zostało obecnością pików satelickich na obrazach dyfrakcyjnych. Wygrzewanie wywołało zmiany strukturalne w wielowarstwie, tj. rozrost ziaren, zwiększenie chropowatości i tekstury.

Słowa kluczowe

EN

Cu/Ni multilayers; X-ray diffraction; texture; atomic force microscopy (AFM)

PL

wielowarstwa Cu/Ni; trwałość; stabilność temperaturowa

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 3
• Strony: 671--677
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kucharska B.

autor

Kulej E.

autor

Gwoździk M.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Materials Engineering, Faculty of Process and Materials Engineering and Applied Physics, 42-200 Czestochowa, 19 Armii Krajowej av., Poland

Bibliografia

• [1] M. Ishikawa, H. Enomoto, N. Mikamoto, T. Nakamura, M. Matsuoka, C. Iwakura, Preparation of thin film resistors with low resistivity and low TCR by heat treatment of multilayerd Cu/Ni deposits, Surf Coat Tech 110, 121-127 (1998).
• [2] M. N. Babich, J. M. Broto, A. Fert, Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices, Phys Rev Lett 61, 2472-2475 (1988).
• [3] K. Mech, R. Kowalik, P. Zabinski, Cu thin films deposited by DC magnetron sputtering for contact surfaces on electronic components. Arch Metall Mater 56, 903-908 (2011).
• [4] A. Hutten, T. Hempel, W. Schepper, U. Kleineberg, G. Reiss, Giant magnetoresistance of hysteresis-free Cu/Co-based multilayers, J Magn Magn Mater 226-230, 1758-1760 (2001).
• [5] A. Tokarz, T. Fraczek, Z. Bałaga, Z. Nitkiewicz, Structure, hardness and thermal stability of electrodeposited Cu/Ni nanostructured multilayers, Rev Adv Mater Sci 15, 247-252 (2007).
• [6] S. K. Ghosh, H.G. Salunke, G.P. Das, A. K. Grover, M.K. Toklani, GMR in Ni/Cu multilayers: an electronic structure study, Bull Mater Sci 22, 761-763 (1999).
• [7] B. Gagorowska, M. Dus-Sitek, The comparison of the structural properties of multilayered systems Cu/Ni obtained by the electrochemical and face-to-face sputtering methods, Arch Metall Mater 53, 909-917 (2008).
• [8] F. Ebrahimi, A. J. Liscano, Microstructure/ mechanical properties relationship in electrodeposited Ni/Cu nanolaminates, Mater Sci Eng A301, 23-34 (2001).
• [9] B. Kucharska, E. Kulej, X-ray measurement of the Cu/Ni multilayer period, Arch Metall Mater 55, 45-51 (2010).
• [10] A. Raveh, I. Zukerman, R. Shneck, R. Avni, I. Fried, Thermal stability of nanostructured superhard coatings: A review, Surf Coat Tech 201, 6136-6142 (2007).
• [11] C. B. Ene, G. Schmitz, R. Kirchheim, A. Hutten, Stability and thermal reaction of GMR NiFe/Cu thin films, Acta Mater 53, 3383-3393 (2005).
• [12] B. Kucharska, Z. Nitkiewicz, A low-cost temperature attachment for in-situ measurements in the X-ray diffractometer, Inzynieria Materiałowa 6, 1072-1075 (2008).
• [13] B. D. Cullity, Elements of X-ray diffractions, 2nd ed., Addison – Wesley, Massachusetts (1978).
• [14] J. Zelechowski, A. Kłyszewski, Identification of nanostructure in aluminium alloys by X-ray diffraction, Arch Metall Mater 53, 301-305 (2008).
• [15] B. Gagorowska, B. Kucharska, M. Dus-Sitek, A. Tokarz, Comparative X-ray investigation of Ni/Cu systems heated in the 250-350C temperature range, Mater Sci-Poland 26, 149-155 (2008).
• [16] B. Kucharska, E. Kulej, A. Wróbel, Thermal stability of the Cu/Ni multilayer system in X-ray diffraction and scanning microscopy examinations, Opt Appl, 42 (2012).