Elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile üretilmiş niti ince-şekilli filmlerin faz yapılarının ve optik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of phase structures and optical properties of niti thin-sculptured thin films produced by e-beam evaporation
Yazar: ÖZGEN AYDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. KÜRŞAT KAZMANLI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Şekil bellekli alaşımlar = Shape memory alloys

Özet:
Bu çalışmada elektron demeti buharlaştırma sisteminde, eş atomluya yakın bileşimlerde NiTi hafızalı alaşımların ince ve şekilli ince filmler olarak üretilmesi; bu filmlerin faz yapılarının ve optik özelliklerinin saptanması amaçlanmıştır. Bütün kaplamalar Si tek kristal plakalar üzerine gerçekleştirilmiştir. Öncelikle istenilen bileşimde filmler elde etmek ve film bileşimi ile kaplama hızı arasındaki bağıntının saptanması için farklı kaplama hızlarında NiTi ince film kaplamalar üretilmiştir. Kaplama hızı düştükçe filmdeki Ti miktarının arttığı gözlemlenmiştir. Daha sonra eğik açılı biriktirme yöntemi ile istenilen bileşime uygun kaplama hızlarında ve sabit buhar geliş açılarında, spiral, zikzak, eğik ve bunların hibridi morfolojilerde şekilli ince filmler biriktirilmiştir. Düz filmler ısıl işlemle kristalize edilerek martenzik NiTi fazı ve ikincil fazlar gözlemlenmiştir. Şekilli filmlerde ise ısıl işlem sırasında altlık ile film arasında difüzyon gerçekleştiği ve Ni3Si fazı oluştuğu saptanmıştır. Bu sonuçlar doğrultusunda NiTi şekilli filmler uygun sıcaklıkta tavlanarak kristalize edilebilmeleri için altlık üzerine kaplanan NiTi düz ince katmanlar üzerine biriktirilmiştir. NiTi düz katmanlara iyon bombardımanı uygulanması ile yüzey pürüzlülüğü artırılarak 20 nm çaplarında kolonlar üretilmiştir. NiTi düz katman üzerine kaplanan şekilli filmlerde, kristalizasyonun sıcaklıkla arttığı ve Si ile difüzyonun engellendiği görülmüştür. Kristalin numunelerde NiTi, Ni2Ti, Ni4Ti3, Ti2Ni fazları gözlemlenmiştir. Optik reflektansın tavlama ile bir miktar değiştiği, şekilli filmlerin ise düz filmlere göre çok düşük optik reflektans değerleri sergiledikleri saptanmıştır.

Abstract:
In this dissertation the aim is determination of phase structures and optical properties of NiTi thin and sculptured thin films at near equiatomic composition produced by E-beam evaporation system. All films are deposited on single crystal Si wafers. First, to obtain equiatomic composition and determine the relation between the deposition rate and film composition NiTi thin films are deposited at various deposition rates. It was determined that amount of Ti in thin films increases with decreasing deposition rates. Then STFs deposited by GLAD at constant vapour flux and deposition rates. Thin films crystallized by proper annealing have a phase distribution of martensitic NiTi and secondary phases. Ni3Si phase were observed due to diffusion between the substrate and the film at annealed STFs. To overcome this problem, Si substrates were first coated with NiTi thin films, then STFs with varying column structures were deposited on this layer. Surfaces of the NiTi thin film layers were subjected to ion bombardment prior to STF deposition, increasing it?s roughness enabling STF columns of 20 nm diameter to be deposited. Multi layered STFs crystallized by proper annealing. Crystallization ratio increased with increasing annealing temperatures. NiTi, Ni2Ti, Ni4Ti3, Ti2Ni phases was observed at crystallized samples. Optical reflectance changed by annealing and STFs displayed much lower reflectance than thin films.