Elektrodepozisyonla büyütülen Ni-Co filmlerinin karakterizasyonu ve manyetorezistans davranışının incelenmesi
Characterization of Ni-Co films grown with electrodeposition and investigation of their magnetoresistance behaviour
Yazar: ALİ KARPUZ
Danışman: PROF. DR. HAKAN KÖÇKAR
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektrodepozisyon = Electrodeposition ; Manyetik malzemeler = Magnetic materials ; Manyetorezistans = Magnetoresistance

Özet:
Bu çalışmada, Ni-Co filmleri titanyum alttabaka üzerine elektrodepozisyon tekniği ilebüyütülmüş ve yapısal, manyetik ve manyetorezistans (MR) davranışları araştırılmıştır. Çalışma,elektrodepozisyon tekniğinde oldukça önemli parametreler olan depozisyon potansiyeli, elektrolitpH'ı, film kalınlığı ve elektrolit konsantrasyonunun dikkate alınması ile gerçekleştirilmiştir. Elektrolitiçerisindeki metallerin indirgenme potansiyelleri döngüsel voltammetri tekniği ile belirlenmiştir.Filmlerin büyüme mekanizmaları film depozisyonu esnasında kaydedilen akım-zaman geçişleri ileincelenmiştir.Enerji ayırmalı x-ışını spektroskopisi ile yapılan elementel analiz sonuçları, filmlerdeki Ni:Cooranlarının depozisyon potansiyeli, elektrolit pH 'ı ve elektrolit konsantrasyonunun değişmesindenetkilendiğini göstermiştir. Bunun yanı sıra tüm filmler için, Ni ve Co iyonlarının depozisyonundaanormal birlikte depozisyon tespit edilmiştir. Yapısal analiz x-ışını difraksiyonu tekniği ve taramalıelektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. Filmler genel olarak yüzey merkezli kübik (fcc)kristal yapıya sahip olmalarına rağmen, Co miktarı % 63 veya üzeri olanlar fcc ve hekzagonal sıkıpaket yapının karışımı olan bir faza sahiptirler. SEM görüntüleri, filmlerin yüzey morfolojilerinin,farklı üretim parametrelerinden etkilendiğini göstermiştir. Titreşimli numune manyetometresindenelde edilen manyetik sonuçlar, doyum manyetizasyonunun, Ms Co içeriğinin artmasıyla artığını ortayaçıkarmıştır. En yüksek Ms değeri, -1.1 V 'da üretilen ve % 87 Co içeren filmin olup, 1160 emu/cm3olarak bulunmuştur. Film bileşimindeki Co oranı azaldıkça Ms değeri 358 emu/cm3' e kadar düşmüştür.Ayrıca, incelenen tüm filmler için manyetizasyonun kolay eksen yönünün film düzlemine paralelolduğu bulunmuştur.MR ölçümleri van der Pauw tekniği ile ±10 kOe arasında gerçekleştirilmiştir. Anizotropikmanyetorezistans (AMR) ve Düzlemsel Hall Etkisini (DHE) içeren filmlerin MR davranışı kapsamlıbir şekilde araştırılmıştır. Boyuna ve Enine manyetorezistans değerlerinin yaklaşık olarak % 3 ile %11 arasında değiştiği ve tüm filmlerin AMR özelliğe sahip olduğu bulunmuştur. Çapraz bağlantıdizilimi ile yapılan DHE incelemesinde, DHE değişimlerinin AMR değişimlerinden daha büyükolduğu gösterilmiştir. Yine MR yöneliminin, filmlerin uygulanan manyetik alana göre paralel ve dikkollarında oluşan elektriksel direnç değerlerine bağlı olduğu gösterilmiştir. Buna göre filmlerin toplamparalel elektriksel direnç değerleri, toplam dik elektriksel direnç değerlerinden büyükse, MR yönelimiartan manyetik alan ile artar, eğer küçükse artan manyetik alan ile azalır. Bu sonuçlar, MR yönelimininkontrol edilebilir olduğuna işaret eder.

Abstract:
In this study, Ni-Co films were grown with electrodeposition technique on titanium substrateand their structural, magnetic and magnetoresistance (MR) properties were investigated. The studywas realized by considering deposition potential, electrolyte pH, film thickness and electrolyteconcentration which were very important parameters in electrodeposition technique. The reductionpotentials of the metals in the electrolyte were determined by a cyclic voltammetry technique. Thegrowth mechanisms of the films were examined with the current-time transients recorded during filmdeposition.The results of elemental analysis executed by an energy dispersive x-ray spectroscopy showedthat the Ni:Co ratios in the films were influenced by the change of deposition potential, electrolyte pHand electrolyte concentration. Besides, the anomalous codeposition was detected in the deposition ofNi and Co ions for all films. The structural measurements were carried out by an x-ray diffractiontechnique and a scanning electron microscope (SEM). Although the films generally have the facecentered cubic (fcc) crystal structure, the films contain 63 % Co content or above that have a mixturephase of fcc and hexagonal close packed structure. The SEM images showed that surface morphologyof the films was affected from different deposition parameters. The magnetic results obtained from avibrating sample magnetometer disclosed that the saturation magnetization, Ms increased with theincrease of Co content. The highest Ms of the films was found to be 1160 emu/cm3 for the filmdeposited at -1.1V and contained 87 % Co. As the Co ratios of the films decreased the Ms valuesreduced up to 358 emu/cm3. Furthermore, the easy axis direction of magnetization is in the film planefor all films investigated.MR measurements were carried out at ±10 kOe with a van der Pauw technique. MR behaviourof the films that consisted of anisotropic magnetoresistance (AMR) and Planar Hall Effect (PHE) wascomprehensively studied. Longitudinal and transversal magnetoresistance values varied betweenapproximately 3 % and 11 %, and all films were found to have the AMR. In the PHE investigationperformed with cross contact arrangement, the change of PHE was shown to be larger than the changeof AMR. And the MR orientation depended on the electrical resistance values occurred in the paralleland perpendicular branches of the films according to applied magnetic field. Thus, if the total parallelelectrical resistances of the films are bigger than the total perpendicular electrical resistances, the MRorientation increases with increasing magnetic field but decreases with increasing magnetic field if theparallel ones are smaller than the perpendicular ones. The results refer to a controllable MRorientation.