Biriktirme oranı ve döner alt tabaka hızının, püskürtme metoduyla üretilen FeCrNiCd alaşım ince filmlerinin yapısal ve manyetik özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of structural and magnetic properties of FeCrNiCd alloy thin films produced by sputtering technique: Deposition rate and rotation speed of substrate
Yazar: ÖZGÜR ŞENTÜRK
Danışman: PROF. DR. HAKAN KÖÇKAR ; DOÇ. DR. ALİ KARPUZ
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, , FeNiCrCd ince filmler DC magnetron püskürtme tekniği ile esnek polimer asetat alt tabaka üzerine biriktirildi. İnce filmler farklı biriktirme oranlarında (0.02, 0.04, 0.06 ve 0.08 nm/s) ve alt tabakanın farklı dönüş hızlarında (0, 15, 30 ve 45 rpm) ayrı ayrı üretildiler. Biriktirme oranının ve alt tabaka dönüş hızının ince filmlerin yapısal ve manyetik özellikleri üzerinde etkileri incelendi.
Biriktirme oranının arttırılması (0.02, 0.04, 0.06 ve 0.08 nm/s) ile ince filmlerin atomik içeriklerinde Fe %2.1 kadar azaldı ve Cd %4.6 kadar arttı. Ni ve Cr içerikleri de ~%2 kadar değişti. İnce filmlerin yapısal analizlerinde hcp ve bcc tespit edildi. Biriktirme oranının artışı ile bcc yapıdaki (110) ve (200) piklerinin şiddetleri azalırken hcp (101) pikinin şiddeti arttı. İnce filmlerin tanecik boyutları biriktirme oranının artıması ile birlikte 40.1 nm'den 23.4 nm'e kadar azalış gösterdi. Depozisyon oranının artması ve tanecik boyutunun azalması ile daha parlak filmler elde edildi. Film düzlemine paralel yapılan manyetik ölçümlere göre, depozisyon oranının artmasıyla ince filmlerin doyum manyetizasyonları, Ms 1030 emu/cm3'den 217 emu/cm3'e kadar ve koersivite, Hc değerleri 11 Oe'den 2 Oe'e kadar azaldı.
Elementel analizlere göre alt tabaka dönüş hızlarının arttırılmasıyla (0, 15, 30 ve 45 rpm) ince filmlerin atomik içeriklerinde Fe miktarı %26.8'den %22.9 değerine kadar azalırken Cd içeriği %50.0'den %57.5'ye kadar arttı. Ni ve Cr içeriklerinin de ~%2 kadar değiştikleri bulundu. İnce filmlerin kristal yapılarının bcc olduğu gözlendi ve dönüş hızının artışıyla (110) ve (200) piklerinin şiddetleri azaldı. Film yüzeyine paralel yapılan manyetik ölçümler ince filmlerin Ms değerlerinin alt tabaka dönüş hızının artması ile 780 emu/cm3'den 332 emu/cm3'e azaldığını ve Hc değerlerinin 6 Oe'den 10 Oe'e arttığını gösterdi. Tüm ince filmlerin manyetik kolay eksen yönelimlerinin şekil anizotropisinden dolayı film yüzeyine paralel olduğu ve ince filmlerin yumuşak manyetik malzeme özellikleri gösterdiği belirlendi.

Abstract:
In this study, the FeNiCrCd thin films were deposited on a flexible polymer acetate substrate using a DC magnetron sputtering technique. Thin films were produced at different deposition rates (0.02, 0.04, 0.06 and 0.08 nm/s) and the different rotation speeds of the substrate (0, 15, 30 and 45 rpm), respectively. The effects of deposition rate and substrate rotation speed on the structural and magnetic properties of thin films were investigated.
It was found that Fe content decreased by 2.1% and Cd content increased by 4.6% with increasing deposition rate (0.02, 0.04, 0.06 ve 0.08 nm/s). Ni and Cr contents were also changed by ~2%. A combination of hcp and bcc were observed in crystal structural analysis. The intensity of the bcc (110) and (200) peaks decreased while the intensity of hcp (101) peak increased with the increase of deposition rate. Also, the brighter films were obtained when the grain size decreased and the deposition rate increased. To the magnetic measurements parallel to the film plane, the saturation magnetization, Ms decreased from 1030 emu/cm3 to 217 emu/cm3 and coercivity, Hc decreased from 11 Oe to 2 Oe with increasing deposition rate.
According to compositional analysis, Fe atomic contents decreased from 26.8% to 22.9% while Cd atomic content increased from 50.0% to 57.5% with the increase of rotation speed (0, 15, 30 ve 45 rpm). Ni and Cr atomic contents in the thin films changed almost by ~2%. The crystal structure of all thin films was observed to be bcc and the intensity of (110) and (200) peaks decreased with the increase of rotation speed. And, the grain size of thin films increased from 25 nm to 51 nm as the substrate rotation speed increased. The surface roughness of the thin films decreased when the substrate rotation speed increased. Magnetic analysis performed parallel to the film plane displayed that the MS values decreased from 780 emu/cm3 to 322 emu/cm3 by the substrate rotation speed increased and the HC values increased from 6 Oe to 10 Oe. For all thin films, it is also seen that the magnetic easy axes were in the film plane due to the shape anisotropy and all thin films show the characteristics of soft magnetic material.