Hf-Co tabanlı manyetik ince filmlerin B ve N katkılaması ile değişen yapısal, manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of variable structural, magnetic properties of 
Hf-Co based magnetic thin films with B and N doping
Yazar: GİZEM DURAK YÜZÜAK
Danışman: PROF. DR. HALİL YALÇIN ELERMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, manyetik alanda sıçratma tekniği ile Si (100) alttaş üzerine büyütülen, nadir toprak elementi içermeyen ve kalıcı mıknatıslık özellikleri gösteren Hf2Co11 sistemine B ve N elementi katkılaması yapılarak, ince film formunda üstün ferromanyetik özellikler gösteren kalıcı mıknatısların üretilmesi amaçlanmıştır. Üretilen manyetik ince filmlerin sahip oldukları yapısal, manyetik ve kalıcı mıknatıslık özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, uygun büyütme koşulu olan 7.5 mTorr 120 Watt' da büyütülen Hf2Co11 manyetik ince filmin üretim koşulları temel alınarak, alttaş sıcaklığına bağlı Hf2Co11 manyetik ince filmlerin, B katkılamasıyla Hf2Co11B, N katkılamasıyla Hf2Co11N ve alttaştan bağımsız Hf2Co11 ince filmlerin büyütülmesi yapılmıştır.


X-ışını kırınım deneylerine göre, ısıl işlem uygulanmamış bütün manyetik ince filmlerin, oda sıcaklığında amorf yapıda olduğu ve ısıl işlem uygulanmış manyetik ince filmlerin ise ortorombik (uzay grubu: P c n a ) yapıda kristallendiği tespit edilmiştir. Mıknatıslanma ölçümlerine göre, ısıl işlem uygulanmamış Hf2Co11 manyetik ince filmler yumuşak manyetik malzeme özellikleri sergilerken, ısıl işlem uygulanmış Hf2Co11 manyetik ince filmlerde sert manyetik malzeme yani üstün kalıcı mıknatıslık özellikleri gözlemlenmiştir. Manyetik ve kalıcı mıknatıslık özellikleri geliştirmek için B/N ara yer atomu katkılamaları yapılmıştır. Alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri sonucunda ısıl işlem uygulanmış Hf2Co11 manyetik ince filmde zorlayıcı alan değeri 1.5 kOe ve enerji çarpanı değeri 3.6 MGOe olarak bulunurken bu değerler Hf2Co11B manyetik ince filmde 1.7 kOe ile 4.9 MGOe, Hf2Co11N manyetik ince filmde 1.8 kOe ile 5.0 MGOe ve alttaştan bağımsız Hf2Co11 manyetik ince filmde 6.0 kOe ile 9.2 MGOe olarak bulunmuştur.

Abstract:
In this thesis, our aim is to produce rare earth free Hf2Co11 permanent magnet thin films which show superior ferromagnetic properties with B and N doping by using magnetron sputtering tecnique on Si (100) substrates. Structural, magnetic and permanent magnet properties of the produced Hf2Co11 magnetic thin films are investigated. According to the obtained results, appropriate deposition conditions of 7.5 mTorr and 120 watts are selected as the beginning deposition conditions of the magnetic thin film, growth and based on this the substrate temperature dependent Hf2Co11 magnetic thin films, B-doped Hf2Co11 magnetic thin films, N-doped Hf2Co11 magnetic thin films and free-standing Hf2Co11 magnetic thin films were grown.


According to X-ray powder diffraction experiments, all magnetic thin films have amorphous structure at room temperature. However, the annealed magnetic thin films have the hexagonal orthorhombic (space group: P c n a) structures at room temperature.  As-deposited Hf2Co11 magnetic thin films display soft magnetic properties while the post-annealed Hf2Co11 magnetic thin films display hard magnetic and permanent magnet properties according to the magnetization measurements. To improve the structural, magnetic and permanent magnet properties, B / N are doped as interstitial atom. As a result of field dependent magnetization measurements post-annealed, Hf2Co11 magnetic thin film, B-doped Hf2Co11 magnetic thin film, N-doped Hf2Co11 magnetic thin film and free-standing Hf2Co11 magnetic thin film have following coercive field and energy product values 1.5 kOe - 3.6 MGOe, 1.7 kOe - 4.9MGOe, 1.8 kOe - 5.0 MGOe and 6.0 kOe - 9.2 MGOe, respectively.