Филиппов Владимир Владимирович, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры математики и физики
ул. Ленина 42, г. Липецк 398020
ул. Земляной вал 73, г. Москва 109004
Vladimir V. Filippov, Dr. of Sci. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Professor of the Department of Mathematics and Physics
st. Lenina 42, Lipetsk 398020
73 st. Zemlyanoy Val, Moscow 109004
Лузянин Сергей Евгеньевич, старший преподаватель кафедры информатики, информационных технологий и защиты информации
ул. Ленина 42, г. Липецк 398020
Sergey E. Luzyanin, Senior Lecturer of the Department of Informatics, Information Technologies and Information Security
st. Lenina 42, Lipetsk 398020
Нефедова Елена Сергеевна, студент кафедры математики и физики
ул. Ленина 42, г. Липецк 398020
Elena S. Nefedova, Student of the Department of Mathematics and Physics
st. Lenina 42, Lipetsk 398020
Токарева Дарья Васильевна, студент кафедры математики и физики
ул. Ленина 42, г. Липецк 398020
Daria V. Tokareva, Student of the Department of Mathematics and Physics
st. Lenina 42, Lipetsk 398020
Целью данной работы является разработка методики получения однородных никелевых пленок нанометровой толщины на поверхности металла. Объектом исследования выбраны электрохимические пленки никеля на меди. В статье описана методика определения топографии электрохимических пленок никеля нанометровой толщины (40–60 нм), наносимых на проводниковую подложку с малой шероховатостью. Методы. Выполнено исследование шероховатости подложки Cu пленки Ni с использованием металлографического и зондового микроскопов. Для получения электрохимических пленок никеля использовался раствор Уоттса и установка по получению электрохимических пленок капельным методом; для минимизации шероховатости поверхности никеля использовался режим малых токов с временем электролиза 2– 10 мин на подложке из медной и алюминиевой фольги. Для теоретического обоснования методики построена электродинамическая краевая задача, решенная методом Фурье.
Результаты. Построены математическая и компьютерная модели распределения нормальной составляющей плотности тока на границе электролит-металл. С помощью метода силовой туннельной микроскопии определена шероховатость полученных нанопленок никеля на меди. Для получения однородных магнитных пленок толщиной около 50 нм показана необходимость качественной предварительной полировки поверхности подложки. Рассмотрены условия формирования цельной пленки нанометровой толщины и получены свойства никелевых магнитных пленок на меди. Проведен расчет энергий связей димеров по методам квантовой химии NDDO PM3 и ab initio (HF) для оценки реакционной способности и возможности взаимодействия атомов никеля с поверхностными атомами алюминия и меди.
Заключение. Определены параметры шероховатости поверхности никеля, влияющие на эксплуатационные свойства устройств. Показано, что формирование никелевой пленки на поверхности меди возможно для толщин Ni, превосходящих среднюю шероховатость подложки.
The purpose. The aim of this work is to develop a technique for obtaining uniform nickel films of nanometer thickness on a metal surface. Electrochemical films of nickel on copper were chosen as the object of research. The article describes a technique for determining the topography of electrochemical nickel films of nanometer thickness (40-60 nm) applied to a conductive substrate with low roughness.
Methods. A study of the roughness of the Cu substrate of the Ni film was carried out using metallographic and probe microscopes. To obtain electrochemical nickel films, a Watts solution and an installation for the production of electrochemical films by the drop method were used; To minimize the roughness of the nickel surface, we used a low current mode with an electrolysis time of 2–10 min on a copper and aluminum foil substrate. For the theoretical substantiation of the technique, an electrodynamic boundary value problem is constructed, solved by the Fourier method.
Results. Mathematical and computer models of the distribution of the normal component of the current density at the electrolyte-metal interface have been constructed. Using the method of force tunneling microscopy, the roughness of the obtained nickel nanofilms on copper was determined. To obtain homogeneous magnetic films with a thickness of about 50 nm, the necessity of high-quality preliminary polishing of the substrate surface is shown. The conditions for the formation of a solid film of nanometer thickness are considered, and the properties of nickel magnetic films on copper are obtained. The binding energies of dimers were calculated by the methods of quantum chemistry NDDO PM3 and ab initio (HF) to assess the reactivity and the possibility of interaction of nickel atoms with surface aluminum and copper atoms.
Conclusion. The parameters of the nickel surface roughness, which affect the operational properties of the devices, have been determined. It is shown that the formation of a nickel film on the copper surface is possible for Ni thicknesses exceeding the average substrate roughness.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.