[发明专利]一种在电极表面不同区域同时电沉积不同成分比例薄膜的方法

说明书

本发明提供了一种在电极表面不同区域同时电沉积不同成分比例薄膜的方法，属于材料制备技术领域。本发明利用外加磁场阵列，调控沉积基底表面附近局部区域的液相传质行为，从而使梯度磁场阵列作用区域沉积薄膜组分与无梯度磁场区域不同，实现组分不同的材料在基底不同区域的同步电沉积。本发明提出工艺可应用与低维材料制备及电子器件制备。

技术领域

本发明属于电沉积技术领域，具体涉及一种在电极表面不同区域同时电沉积不同成分比例薄膜的方法。

背景技术

为满足功能材料各异的性能需求，电沉积技术除了可以制备均匀的二维薄膜材料，还可以制备多种复杂结构。通过电位调控等手段可以在垂直于基底方向有效构筑各种沉积薄膜的结构与组成，但很难在基底电极的不同区域(横向)对沉积薄膜组成及结构进行精准调控(见图1)，这种结构材料在各类电子器件中都有着重要的应用及前景，如横向巨磁阻、横向同/异质结、热电器件等。

发明内容

本发明的目的是解决现有电沉积领域无法实现电极表面不同区域不同成分比例薄膜的可控制备的技术空白，提供一种简单易行的在电极表面不同区域同时电沉积不同成分比例薄膜的方法，能精准控制镀层在基底表面成分分布。

为了实现本发明目的，所采用的技术方案如下：

一种在电极表面不同区域同时电沉积不同成分比例薄膜的方法，包括如下步骤：

(1)根据需要确定电极基底的梯度磁场施加区域和非梯度磁场施加区域，具体的，根据电极基底表面的薄膜成分分布，将电极基底表面划分为梯度磁场施加区域和非梯度磁场施加区域；

(2)制备梯度磁场模板，在梯度磁场模板上分布铁磁性金属或合金，且铁磁性金属或合金构建成所需图形；

进一步的，在树脂基板内间隔嵌装铁磁性金属或合金，所述铁磁性金属或合金与梯度磁场施加区域对应；

(3)磁场电沉积，将梯度磁场模板置于主磁体中，铁磁性金属或合金磁化，产生垂直于电极基底且平行于电流方向的梯度磁场，通过梯度磁场模板选择梯度磁场作用区域，梯度磁场在电沉积过程中持续或间歇发生。

进一步的，以电极基底作为阴极，并将梯度磁场模板贴装在电极基底上，然后整体放入电解槽内，控制梯度磁场模板与电解槽的内壁贴合，同时电极基底背离梯度磁场模板的一侧与阳极相对且相互平行，梯度磁场模板一侧的电解槽外壁上放置有铁钕硼永磁体，电解槽内装有电解液，电解液中含有至少一种具有顺磁性的元素，然后在阴极和阳极间施加恒电压，进行所述磁场电沉积过程，该过程中基于铁磁性金属或合金形成的梯度磁场对应垂直加载在目标梯度磁场施加区域，从而实现在电极基底表面不同区域同时电沉积不同组分薄膜。

进一步的，步骤(3)中具有顺磁性的元素可以为钴、铁、镍、锰离子等。

本发明适用于合金电沉积，合金成分中至少一种元素在溶液中具有顺磁性，该元素可以为薄膜的组成之一，也可不是，当用于电沉积形成薄膜组分的元素均为非顺磁性时，则需添加不参与形成薄膜的顺磁性元素，例如顺磁性锰离子，由于锰离子还原的平衡电位较负在水溶液中一般不会被还原，即不会参与形成薄膜。

研究发现梯度磁场会产生开尔文力，当溶液中存在铁磁性或顺磁性离子时，在B＝1T，的磁场作用下，开尔文力比自然对流的驱动力要大一个数量级，当梯度磁场垂直加载于基底局部区域时，开尔文力作用使该区域产生对流，提高区域内离子传输速率，从而使局部区域镀层成分比例与无梯度磁场区域不同。因此通过选择梯度磁场施加区域，就可以在基底制定区域构建特殊成分比例的合金。