Etude des propriétés structurales et magnétiques des couches minces de nickel élaborées par électrodéposition sur des substrats semiconducteurs

Abstract

Nous avons étudié l'effet du potentiel de dépôt [-2.6 à -1.6 V], de l'épaisseur [50 à 422 nm] et de l'orientation cristallographique du substrat [n-Si (100) et n-Si (111)] sur les propriétés structurales, microstructurales, électriques et magnétiques des couches minces de Ni élaborées par électrodéposition à partir d'une solution aqueuse de sulfate de Ni. Une variation linéaire entre l'épaisseur,t(nm), et le potentiel de dépôt a été obtenue. La direction cristallographique <111> est l'orientation préférentielle obtenue pour tous les échantillons. Pour Ni/n-Si (100), le paramètre de maille,a (?), augment (diminue) de façon monotone lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V (lorsque t augmente). Cependant, nos couches minces sont soumises à des contraintes de dilatation qui relaxent avec l'augmentation de t. Par contre, pour Ni/n-Si (111), nos couches minces sont soumises à des contraintes de compression qui relaxent avec l'augmentation de t lorsque le potentiel dépasse une valeur critique (V_Cr= -2.2 V). Lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V (t diminue), la taille moyenne des grains, D (nm), augmente pour Ni/n-Si (100) et diminue pour Ni/n-Si (111). La morphologie de la surface des échantillons présente une croissance granulaire en forme d'ilots pyramidaux formant des domaines linéaires avec une rugosité de surface,rms (nm), qui varie entre 4,323 et 21,429 nm. Lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V,? R?_? (?) augmente (diminue) avec D (t) pour Ni/n-Si (100) et diminue avec D pour Ni/n-Si (111). Pour les deux séries, la résistivité électrique, ?, est supérieure à ?_(Ni massif). Pour Ni/n-Si (100), une dominance du mécanisme de diffusion aux joints de grains plutôt que le mécanisme de diffusion par la surface a été trouvée. Alors que ? présente une variation aléatoire avec t et D pour Ni/n-Si (111). Pour les deux séries, H_C et? H?_Sat augmentent progressivement avec t , lorsque le potentiel de dépôt passe de -1.6 à V_Cr. Au delà de ce potentiel critique, H_(C//) diminue et? H?_(C?) augmente, alors que H_Sat suit la même évolution que la première. La variation de? H?_C avec D est suit le modèle de Néel pour Ni/n-Si (100) et le modèle de Hoffmann pour Ni/n-Si (111). Pour Ni/n-Si (111), nous avons trouvé que le facteur squareness,S=M_r/M_S, a la même variation que? H?_C, tandis que S pour Ni/n-Si (100) a une variation complexe avec t et D. Les valeurs de K_1eff sont négatives et diminuent avec l'augmentation de t indiquant que l'axe de facile aimantation est plus forte dans le plan pour cette gamme d'épaisseur