Chloride bath로부터 전기도금 된 나노 결정립 CoNi 박막 합금의 응력 변화에 관한 연구 (A) study on the stress changes of nanocrystalline CoNi thin film alloys electrodeposited from chloride baths원문보기
Chloride 도금용액에서 cobalt 이온 농도의 변화, 도금용액의 pH 변화, 전류밀도, Saccharin 첨가 유·무 등의 변수를 두어 나노 결정립 CoNi 합금 박막을 제조하였으며, 각 변수에 따라 제조된 합금 박막의 조성 변화, 응력(...
Chloride 도금용액에서 cobalt 이온 농도의 변화, 도금용액의 pH 변화, 전류밀도, Saccharin 첨가 유·무 등의 변수를 두어 나노 결정립 CoNi 합금 박막을 제조하였으며, 각 변수에 따라 제조된 합금 박막의 조성 변화, 응력(stress)의 변화, 표면특성, 미세결정 구조 및 결정립 크기 등을 조사하였다. 1) Saccharin이 첨가되지 않은 도금용액 중 Co^(2+) 함량이 높아질수록, 합금 박막의 Co 함량은 증가하고 Ni 함량은 감소하였으며 stress 증가하였다. XRD 분석 결과, saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 pure Ni 박막에서는 fcc[(111), (200), (220), (311)] 상들이 관찰되었다. Co^(2+) 이온 농도가 0.03M에서 0.1M까지 첨가된 도금 용액으로부터 전기도금된 CoNi 합금 박막에서 pure Ni과 흡사한 fcc[(111), (200), (220), (311)] 상들이 관찰되었으며, Co^(2+) 이온 농도를 0.206M로 증가시켰을 경우, CoNi 합금 박막은 오직 hcp[(110)] 상만 관찰되었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액으로부터 전기도금된 CoNi 박막 합금은 saccharin에 영향을 받지 않고 Co^(2+)가 증가할수록 Co의 함량은 증가하고 Ni 함량은 감소하였다. 도금용액 내의 Co^(2+)가 증가할수록 stress는 증가하였으며, 0∼0.05M Co^(2+)에서는 compressive stress mode를, 0.05∼0.206M Co^(2+)에서는 tensile stress mode를 나타내었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액으로부터 전기도금 된 pure Ni 박막은 fcc[(111), (200), (311)] 상으로 구성되어 있다. 또한 Co^(2+) 이온 농도를 0.206M로 증가시켰을 경우 CoNi 합금 박막은 hcp[(100), (101)] 상들과 fcc(111) 상들이 혼합되어 있다. Scherrer formular를 이용하여 평균 결정립 크기를 계산한 결과, saccharin을 0.01M 첨가한 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 약 49nm였고 saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서의 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 26nm였다. 2) 도금용액의 pH를 변화시켜 박막을 제조한 결과, saccharin을 첨가한 것과 첨가하지 않은 용액에서 제조된 박막은 비슷한 경향이 나타났다. pH에 상관없이 박막의 Ni과 Co 함량의 뚜렷한 변화는 없었고, 응력의 경우 pH2∼4 까지는 감소하다가 4∼6 까지는 다시 증가하는 경향을 나타냈다. XRD 분석 결과 saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서의 pH를 2.0에서 6.0으로 증가시킴에 따라 fcc(111), fcc(200), fcc(220)[혹은 hcp(110)], fcc(311)[혹은 hcp(112)], fcc(222) 상을 나타냈다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액에서의 경우 첨가하지 않은 조건에서의 결과와 매우 유사한 형태의 peak pattern이 나타났으며 fcc(111), fcc(200), hcp(112)[혹은 fcc(311)] 상들에서 XRD peak의 뚜렷한 line broadening 현상이 관찰되었다. Saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 40nm이고, saccharin을 0.01M 첨가한 것에서의 크기는 20nm를 나타내었다. 3) Saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서 전류밀도를 변수를 두어 제조한 박막의 경우, 전류밀도가 올라갈수록 Co 함량은 현저하게 감소하고 Ni 함량은 현저하게 증가하였다. 도금 시 생기는 stress의 경우 전류밀도가 1mA/㎠∼10mA/㎠까지는 일정하다가 10mA/㎠∼20mA/㎠까지는 매우 증가하였다. 도금용액 내에 saccharin을 0.01M 첨가했을 경우 CoNi 박막 합금의 Co과 Ni 함량은 saccharin에 큰 영향을 받지 않았으며, 전류밀도가 올라갈수록 Co 함량은 현저하게 감소하고 Ni 함량은 현저하게 증가하였다. Stress는 1mA/㎠∼10mA/㎠까지는 감소하다가 10mA/㎠∼20mA/㎠까지는 증가하였다. Saccharin 0.01M을 도금용액에 첨가하였을 경우, 전류밀 XRD 분석 결과 saccharin을 첨가하지 않은 경우, C.D.가 1mA/㎠에서는 fcc(220)[혹은 hcp(110)], fcc(111), hcp(110), hcp(112) 상들이 발견되었다. 5mA/㎠, 10mA/㎠에서는 fcc(111)과 fcc(200), hcp(110)[혹은 fcc(220)], hcp(112)[혹은 fcc(311)]로 구성되어 있고 20mA/㎠에서는 fcc(220)[혹은 hcp(110)] 상이 관찰되었다. 0.01M saccharin을 첨가한 도금용액으로부터 전기도금된 CoNi 합금박막은 fcc(111), fcc(200), hcp(112)[혹은 fcc(311)] 상들로 관찰되었다. Scherrer formular를 이용하여 평균 결정립 크기를 계산한 결과, C.D.의 증가와는 큰 관계가 없었으며 Saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 table 4.3에 나타난 것처럼 39nm였고, 0.01M Saccharin을 첨가한 것에서는 22nm였다. TEM & EDS 분석 결과, 순수 Ni 박막에서는 saccharin을 첨가하지 않았을 경우 nanocrystalline Ni층이 성장하였으며, 0.01M의 saccharin을 첨가했을 경우 amorphous Ni 층이 형성된 후 nanocrystalline Ni 층이 성장하였다. CoNi 박막의 TEM 분석 결과, saccharin을 첨가하지 않았을 경우 50 at.% Co와 50 at.% Ni을 가진 뚜렷한 interface phase 층이 형성된 후 30 at.% Co와 70 at.%의 nanocrystalline Ni 층이 관찰되었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 CoNi 박막에서는 좁고 불연속적인 50 at.% Co와 50 at.% Ni의 interface phase 층이 형성된 후 30 at.% Co와 70 at.%의 nanocrystalline Ni 층이 관찰되었다. Saccharin을 0.01 M 첨가한 용액에서 제조된 CoNi 모든 박막에서 상대적으로 우수한 표면 특성을 나타냈으며 응력과 평균 결정립 크기가 크게 감소하였다. 가장 최적의 도금 조건으로는, 도금용액 중 0.2M의 Ni^(2+), 0.05 M의 Co^(2+), 0.01M Saccharin 첨가, 10mA/㎠의 전류밀도, pH4.0이었다.
Chloride 도금용액에서 cobalt 이온 농도의 변화, 도금용액의 pH 변화, 전류밀도, Saccharin 첨가 유·무 등의 변수를 두어 나노 결정립 CoNi 합금 박막을 제조하였으며, 각 변수에 따라 제조된 합금 박막의 조성 변화, 응력(stress)의 변화, 표면특성, 미세결정 구조 및 결정립 크기 등을 조사하였다. 1) Saccharin이 첨가되지 않은 도금용액 중 Co^(2+) 함량이 높아질수록, 합금 박막의 Co 함량은 증가하고 Ni 함량은 감소하였으며 stress 증가하였다. XRD 분석 결과, saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 pure Ni 박막에서는 fcc[(111), (200), (220), (311)] 상들이 관찰되었다. Co^(2+) 이온 농도가 0.03M에서 0.1M까지 첨가된 도금 용액으로부터 전기도금된 CoNi 합금 박막에서 pure Ni과 흡사한 fcc[(111), (200), (220), (311)] 상들이 관찰되었으며, Co^(2+) 이온 농도를 0.206M로 증가시켰을 경우, CoNi 합금 박막은 오직 hcp[(110)] 상만 관찰되었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액으로부터 전기도금된 CoNi 박막 합금은 saccharin에 영향을 받지 않고 Co^(2+)가 증가할수록 Co의 함량은 증가하고 Ni 함량은 감소하였다. 도금용액 내의 Co^(2+)가 증가할수록 stress는 증가하였으며, 0∼0.05M Co^(2+)에서는 compressive stress mode를, 0.05∼0.206M Co^(2+)에서는 tensile stress mode를 나타내었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액으로부터 전기도금 된 pure Ni 박막은 fcc[(111), (200), (311)] 상으로 구성되어 있다. 또한 Co^(2+) 이온 농도를 0.206M로 증가시켰을 경우 CoNi 합금 박막은 hcp[(100), (101)] 상들과 fcc(111) 상들이 혼합되어 있다. Scherrer formular를 이용하여 평균 결정립 크기를 계산한 결과, saccharin을 0.01M 첨가한 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 약 49nm였고 saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서의 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 26nm였다. 2) 도금용액의 pH를 변화시켜 박막을 제조한 결과, saccharin을 첨가한 것과 첨가하지 않은 용액에서 제조된 박막은 비슷한 경향이 나타났다. pH에 상관없이 박막의 Ni과 Co 함량의 뚜렷한 변화는 없었고, 응력의 경우 pH2∼4 까지는 감소하다가 4∼6 까지는 다시 증가하는 경향을 나타냈다. XRD 분석 결과 saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서의 pH를 2.0에서 6.0으로 증가시킴에 따라 fcc(111), fcc(200), fcc(220)[혹은 hcp(110)], fcc(311)[혹은 hcp(112)], fcc(222) 상을 나타냈다. Saccharin을 0.01M 첨가한 도금용액에서의 경우 첨가하지 않은 조건에서의 결과와 매우 유사한 형태의 peak pattern이 나타났으며 fcc(111), fcc(200), hcp(112)[혹은 fcc(311)] 상들에서 XRD peak의 뚜렷한 line broadening 현상이 관찰되었다. Saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 40nm이고, saccharin을 0.01M 첨가한 것에서의 크기는 20nm를 나타내었다. 3) Saccharin을 첨가하지 않은 도금용액에서 전류밀도를 변수를 두어 제조한 박막의 경우, 전류밀도가 올라갈수록 Co 함량은 현저하게 감소하고 Ni 함량은 현저하게 증가하였다. 도금 시 생기는 stress의 경우 전류밀도가 1mA/㎠∼10mA/㎠까지는 일정하다가 10mA/㎠∼20mA/㎠까지는 매우 증가하였다. 도금용액 내에 saccharin을 0.01M 첨가했을 경우 CoNi 박막 합금의 Co과 Ni 함량은 saccharin에 큰 영향을 받지 않았으며, 전류밀도가 올라갈수록 Co 함량은 현저하게 감소하고 Ni 함량은 현저하게 증가하였다. Stress는 1mA/㎠∼10mA/㎠까지는 감소하다가 10mA/㎠∼20mA/㎠까지는 증가하였다. Saccharin 0.01M을 도금용액에 첨가하였을 경우, 전류밀 XRD 분석 결과 saccharin을 첨가하지 않은 경우, C.D.가 1mA/㎠에서는 fcc(220)[혹은 hcp(110)], fcc(111), hcp(110), hcp(112) 상들이 발견되었다. 5mA/㎠, 10mA/㎠에서는 fcc(111)과 fcc(200), hcp(110)[혹은 fcc(220)], hcp(112)[혹은 fcc(311)]로 구성되어 있고 20mA/㎠에서는 fcc(220)[혹은 hcp(110)] 상이 관찰되었다. 0.01M saccharin을 첨가한 도금용액으로부터 전기도금된 CoNi 합금박막은 fcc(111), fcc(200), hcp(112)[혹은 fcc(311)] 상들로 관찰되었다. Scherrer formular를 이용하여 평균 결정립 크기를 계산한 결과, C.D.의 증가와는 큰 관계가 없었으며 Saccharin을 첨가하지 않은 도금 용액에서 전기도금 된 CoNi 합금 박막의 평균 결정립 크기는 table 4.3에 나타난 것처럼 39nm였고, 0.01M Saccharin을 첨가한 것에서는 22nm였다. TEM & EDS 분석 결과, 순수 Ni 박막에서는 saccharin을 첨가하지 않았을 경우 nanocrystalline Ni층이 성장하였으며, 0.01M의 saccharin을 첨가했을 경우 amorphous Ni 층이 형성된 후 nanocrystalline Ni 층이 성장하였다. CoNi 박막의 TEM 분석 결과, saccharin을 첨가하지 않았을 경우 50 at.% Co와 50 at.% Ni을 가진 뚜렷한 interface phase 층이 형성된 후 30 at.% Co와 70 at.%의 nanocrystalline Ni 층이 관찰되었다. Saccharin을 0.01M 첨가한 CoNi 박막에서는 좁고 불연속적인 50 at.% Co와 50 at.% Ni의 interface phase 층이 형성된 후 30 at.% Co와 70 at.%의 nanocrystalline Ni 층이 관찰되었다. Saccharin을 0.01 M 첨가한 용액에서 제조된 CoNi 모든 박막에서 상대적으로 우수한 표면 특성을 나타냈으며 응력과 평균 결정립 크기가 크게 감소하였다. 가장 최적의 도금 조건으로는, 도금용액 중 0.2M의 Ni^(2+), 0.05 M의 Co^(2+), 0.01M Saccharin 첨가, 10mA/㎠의 전류밀도, pH4.0이었다.
Nanocrystalline CoNi thin film alloys were electrodeposited from chloride baths to investigate the influence of Co ion concentration, solution pH, current density, residual stress, current efficiency, microstructure, surface morphology and Saccharin effect. 1) In case of adding saccharin 0.01M, with...
Nanocrystalline CoNi thin film alloys were electrodeposited from chloride baths to investigate the influence of Co ion concentration, solution pH, current density, residual stress, current efficiency, microstructure, surface morphology and Saccharin effect. 1) In case of adding saccharin 0.01M, with increasing metal Co ion in the plating bath Co content increased and Ni content decreased in CoNi thin film, and residual stress increased. XRD analysis indicated that the pure Ni thin film from chloride baths without saccharin consisted of fcc[(111), (200), (220), (311)] phases. Increasing Co^(2+) concentrations from 0.3M to 0.1M resulted in fcc[(111), (200), (220), (311)] phases. Increasing Co^(2+) concentrations up to 0.206M resulted in the formation of only hcp(110) phase in the CoNi thin films. In the presence of 0.01M saccharin in the plating baths, Co content increased and Ni content decreased in CoNi thin films, and residual stress increased. From 0M to 0.05M Co ion in the plating baths residual stresses were compressive stress mode, but from 0.05M to 0.206M Co ion in the plating bahts residual stress were tensile stress mode. XRD analysis indicated that pure Ni thin films indicated fcc[(111), (200), (311)] phases, and increasing Co^(2+) concentrations up to 0.206M resulted in the formation of hcp[(100), (101)], fcc(111) phases. The addition of 0.01M saccharin in the plating baths, the grain sizes were decreased from 49.14nm to 27.57nm. 2) As result that change pH in the plating baths without saccharin or with 0.01M Saccharin, CoNi thin films were observed similar tendency. There were especially no changes Co and Ni content in the CoNi thin film regardless of pH changes in the plating baths, and from pH2 to pH4 the residual stress decreased, but it increased from pH4 to pH6. XRD patterns of CoNi thin films electrodeposited without saccharin consisted of fcc(111), fcc(200), fcc(220)[or hcp(110)], fcc(311)[or hcp(112)], fcc(222) phases. CoNi thin films deposited from the baths containing 0.01M saccharin exhibited a similar microstructure with from 0 M saccharin electrolyte. There were also especially no changes Co and Ni content in the CoNi thin film regardless of pH changes in the plating baths with 0.01 M saccharin. And from pH2.0 to pH4.0 residual stresses decreased, but it increased from pH4.0 to pH6.0. The average grain size in the plating bath without saccharin was 40.61nm and with 0.01M saccharin it indicated 19.6nm. 3) With increasing current density Co content in the CoNi thin film clearly decreased but Ni content also obviously increased both with 0.01M Saccharin and without it. In case of no adding saccharin, residual stress was regular from 1mA/㎠ to 10 mA/㎠ but it remarkably increased from 10mA/㎠ to 20mA/㎠. CoNi thin films electrodeposited from saccharin free electrolyte exhibited mixed hcp and fcc phases at 1mA/㎠; fcc(220) or hcp(110) is a dominant phase. The dominant phases in CoNi thin film electrodeposited at 5 and 10mA/㎠ are fcc(111) and fcc(200). The dominant phases are changed to be fcc (220) or hcp(110) at 20mA/㎠. In case of adding 0.01M saccharin, residual stress decreased from 1mA/㎠ to 10mA/㎠ and it increased from 10mA/㎠ to 20mA/㎠. The dominant phases are fcc(111) and fcc(200) in CoNi thin films deposited from the baths containing 0.01M saccharin. There was not found any trend in microstructure with increasing current density. The average grain sizes from the baths without saccharin measured 38.97nm, and with 0.01M saccharin it indicated 19.6nm. In all conditions, CoNi thin film with 0.01M Saccharin has good surface morphology, and Saccharin makes it down residual stress and the average grain size. The optimum electrodeposition conditions for CoNi thin film are Co ion concentration of 0.05M, Ni ion concentration of 0.2M, with 0.01M Saccharin, current density of 10mA/㎠, and solution pH4.0.
Nanocrystalline CoNi thin film alloys were electrodeposited from chloride baths to investigate the influence of Co ion concentration, solution pH, current density, residual stress, current efficiency, microstructure, surface morphology and Saccharin effect. 1) In case of adding saccharin 0.01M, with increasing metal Co ion in the plating bath Co content increased and Ni content decreased in CoNi thin film, and residual stress increased. XRD analysis indicated that the pure Ni thin film from chloride baths without saccharin consisted of fcc[(111), (200), (220), (311)] phases. Increasing Co^(2+) concentrations from 0.3M to 0.1M resulted in fcc[(111), (200), (220), (311)] phases. Increasing Co^(2+) concentrations up to 0.206M resulted in the formation of only hcp(110) phase in the CoNi thin films. In the presence of 0.01M saccharin in the plating baths, Co content increased and Ni content decreased in CoNi thin films, and residual stress increased. From 0M to 0.05M Co ion in the plating baths residual stresses were compressive stress mode, but from 0.05M to 0.206M Co ion in the plating bahts residual stress were tensile stress mode. XRD analysis indicated that pure Ni thin films indicated fcc[(111), (200), (311)] phases, and increasing Co^(2+) concentrations up to 0.206M resulted in the formation of hcp[(100), (101)], fcc(111) phases. The addition of 0.01M saccharin in the plating baths, the grain sizes were decreased from 49.14nm to 27.57nm. 2) As result that change pH in the plating baths without saccharin or with 0.01M Saccharin, CoNi thin films were observed similar tendency. There were especially no changes Co and Ni content in the CoNi thin film regardless of pH changes in the plating baths, and from pH2 to pH4 the residual stress decreased, but it increased from pH4 to pH6. XRD patterns of CoNi thin films electrodeposited without saccharin consisted of fcc(111), fcc(200), fcc(220)[or hcp(110)], fcc(311)[or hcp(112)], fcc(222) phases. CoNi thin films deposited from the baths containing 0.01M saccharin exhibited a similar microstructure with from 0 M saccharin electrolyte. There were also especially no changes Co and Ni content in the CoNi thin film regardless of pH changes in the plating baths with 0.01 M saccharin. And from pH2.0 to pH4.0 residual stresses decreased, but it increased from pH4.0 to pH6.0. The average grain size in the plating bath without saccharin was 40.61nm and with 0.01M saccharin it indicated 19.6nm. 3) With increasing current density Co content in the CoNi thin film clearly decreased but Ni content also obviously increased both with 0.01M Saccharin and without it. In case of no adding saccharin, residual stress was regular from 1mA/㎠ to 10 mA/㎠ but it remarkably increased from 10mA/㎠ to 20mA/㎠. CoNi thin films electrodeposited from saccharin free electrolyte exhibited mixed hcp and fcc phases at 1mA/㎠; fcc(220) or hcp(110) is a dominant phase. The dominant phases in CoNi thin film electrodeposited at 5 and 10mA/㎠ are fcc(111) and fcc(200). The dominant phases are changed to be fcc (220) or hcp(110) at 20mA/㎠. In case of adding 0.01M saccharin, residual stress decreased from 1mA/㎠ to 10mA/㎠ and it increased from 10mA/㎠ to 20mA/㎠. The dominant phases are fcc(111) and fcc(200) in CoNi thin films deposited from the baths containing 0.01M saccharin. There was not found any trend in microstructure with increasing current density. The average grain sizes from the baths without saccharin measured 38.97nm, and with 0.01M saccharin it indicated 19.6nm. In all conditions, CoNi thin film with 0.01M Saccharin has good surface morphology, and Saccharin makes it down residual stress and the average grain size. The optimum electrodeposition conditions for CoNi thin film are Co ion concentration of 0.05M, Ni ion concentration of 0.2M, with 0.01M Saccharin, current density of 10mA/㎠, and solution pH4.0.
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