Yüksek vakum ortamında üretilen BaxMg1-xF2 alaşımının morfolojik özelliklerine atomik konsantrasyonun etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of atomic concentration on morphological properties of BaxMg1-xF2 alloy produced in high vacuum environment
Yazar: EZGİ BARIŞ
Danışman: PROF. DR. FEYZA GÜZELÇİMEN ; DOÇ. DR. BÜKEM TANÖREN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope ; Magnetron = Magnetron ; Taramalı akustik mikroskop = Scanning acoustic microscope ; Taramalı elektron mikroskobu = Scanning electron microscope

Özet:
Bu tez çalışmasında; yenilikçi malzemelerden olan hem BaF2, MgF2 bileşikleri hem de BaxMg1-xF2 alaşım ince filmleri, radyo frekansı (rf) magnetron sıçratma yöntemi ile yüksek vakum ortamında cam ve silisyum (Si) alttaşlar üzerine nanometrik boyutta (100 ± 10 nm) biriktirilmiştir. Yüksek vakum ortamında BaF2 (%99 saflıkta) ve MgF2 (%99 saflıkta) hedef malzemeler kullanılması ve bu hedeflere uygulanan güç seviyelerinin değiştirilmesi ile farklı atomik konsantrasyonlarda BaxMg1-xF2 alaşım kaplamaları aynı ortam koşullarında ve aynı anda oluşturulmuştur. Malzeme örneklerinin mikro yapısı ve yüzey karakterizasyonu spektroskopik ve mikroskobik yöntemler yardımıyla analiz edilerek, morfolojik özellikleri incelenmesi amaçlamıştır. Malzemelerin yüzey karakterizasyonu kısmında; iyi bir 2- ve 3-boyutlu topografik görüntüleme tekniği olan atomik kuvvet mikroskopisi (AKM), ince filmlerin yüzey morfolojisini aydınlatmak için güçlü bir yüzey tekniği olan taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve 2-boyutlu ileri mikroskobik yüzey akustik görüntüleme tekniği olan taramalı akustik mikroskopi (TAM) tekniği kullanılmıştır. AKM tekniği ile BaxMg1-xF2 alaşım malzemelerin 3-boyutlu yüzey görüntüsü alınarak yüzey pürüzlülük değerleri ve tanecik boyutları elde edilmiştir. SEM tekniği ile her bir malzeme için nanometrik boyutta parçacık boyutları belirlenmiş ve yüzey homojenliği hakkında bilgi elde edilmiştir. TAM tekniği ile örneklerin 2-boyutlu yüzey akustik görüntüsü haritalanmış ve yüzey akustik empedans değerleri belirlenmiş ve malzemelerin mikro sertliği hakkında bilgi elde edilmiştir. Malzemelerin mikro yapısal karakterizasyonu kısmında; taramalı elektron mikroskopisi/enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM-EDS) tekniği kullanılarak kantitatif elementel analizi gerçekleştirilmiş ve atomik bileşimlerin stokiyometrik oranları belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında; hem BaF2 ve MgF2 bileşikleri hem de BaxMg1-xF2 alaşım kaplama örneklerinin AKM, SEM, SEM-EDS ve TAM ölçümleri sonucunda elde edilen verilerin değerlendirilmesi ile, atomik konsantrasyon parametresinin malzemenin morfolojik özellikleri üzerinde meydana getirdiği etki tespit edilmiştir. Üretilen ince filmlerin farklı optoelektronik uygulamaları, seramik endüstrisi ve yüzey akustik dalgalarını kullanan cihazlar için uygun bir malzeme olarak kullanılabilirliği ortaya konmuştur.

Abstract:
In this thesis study, both hem BaF2, MgF2 compounds and BaxMg1-xF2 alloy thin films, one of 
the innovative materials, were deposited on glass and silicon (Si) substrates in nanometric size (100±10 nm) in a high vacuum environment by radio frequency (rf) magnetron sputtering method. Using BaF2 (99% purity) and MgF2 (99% purity) target materials in a high vacuum environment and changing the power levels applied to these targets, BaxMg1-xF2 alloy coatings at different atomic concentrations were formed under the same ambient conditions and at the same time. The microstructure and surface characterization of the material samples were analyzed with the help of spectroscopic and microscopic methods, aiming to examine the morphological properties. In the surface characterization of materials, atomic force microscopy (AKM), a good 2- and 3-dimensional topographic imaging technique, scanning electron microscopy (SEM), a robust surface technique to elucidate the surface morphology of thin films, and scanning acoustic microscopy, a 2-dimensional advanced microscopic surface acoustic imaging technique (TAM) technique was used. With the TAM technique, the 2-dimensional surface acoustic image of the samples was mapped, the surface acoustic impedance values were determined, and information about the microhardness of the materials was obtained. Surface roughness values and grain sizes were obtained by taking 3-dimensional surface images of BaxMg1-xF2 alloy materials with the AKM technique. Nanometric particle sizes were determined for each material with the SEM technique, and information about surface homogeneity was obtained. In the microstructural characterization of materials, quantitative elemental analysis was 
performed using scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) technique, and stoichiometric ratios of atomic compositions were determined. In this thesis study, By evaluating the data obtained as a result of AKM, SEM, SEM-EDS and TAM measurements of both BaF2, MgF2 compounds and BaxMg1-xF2 alloy coating samples, the effect of the atomic concentration parameter on the morphological properties of the material was determined. The usability of the produced thin films as a suitable material for different optoelectronic applications, ceramic industry and devices using surface acoustic waves has been indicated.