Magnetron saçtırma tekniği ile alümina seramik üzeri metalizasyon amaçlı ince film üretimi ve incelenmesi
Production and investigation of thin film on alumina ceramic for metalization using magnetron sputtering technique
Yazar: SERCAN SADIK ERDEM
Danışman: PROF. DR. ABİDİN KILIÇ
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Metal türü elementler, tarihte her zaman ilgi çekici malzemeler arasında yer almıştır. Bu elementler, sergiledikleri üstün fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal özellikler nedeniyle çeşitli uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Bu nedenle, bu tez çalışmasında titanyum (Ti), gümüş (Ag) ve bakır (Cu) gibi metal malzemeler, ince film olarak alümina (Al2O3) üzerine magnetron püskürtme tekniği kullanılarak üretilmiştir.
Yüzeysel ölçümler sonucunda, katmanlı yapının pürüzlülük değerlerinin yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu durum, seramik alt tabakaların yüzeyindeki pürüzlülükten kaynaklanmaktadır. Üretilen ince filmlerin pürüzlülük değeri (Rq) ise nanometre mertebesindedir. Bu sonuç, kullanılan kaplama yöntemi ile metal filmlerde nano mertebesinde yüzeyler elde edilebildiğini ispatlamaktadır.
FESEM görüntülerinde, metal yüzeylerde herhangi bir çatlak görülmemektedir. Bu sonuç, kullanılan katman ve kaplama tekniğinin uygun ve başarılı olduğunu göstermektedir. Ancak, FESEM görüntülerinde yüzeyin gözenekli olduğu ve çok sayıda pik ve çukur bulunduğu gözlemlenmiştir. Üretilen katmanlı ince filmlerin Raman ölçümü sonrasında elde edilen pikler, bakır malzemesine aittir. Üretilen filmlerin inceliğinden dolayı, Raman desenlerindeki bazı pikler gümüşten kaynaklanmıştır. Raman spektrumu sonucunda piklerin şiddeti azalmıştır. Bu araştırmada kaplanan yapılardan elde edilen Raman desenlerinde pik merkezlerinde kayma gözlemlenmiştir. Bu kaymanın nedeni, kaplama sırasında ve alt katmanlardan kaynaklanan stres veya kusurlardır. Literatüre göre bu kayma, üretilen filmlerin ortalama tane boyut farkından kaynaklanabilir. Bakır filmin ortalama tane boyutunun azalması, x-ekseninde dalga sayısının daha yüksek değerlere doğru kaymasına
veya kırmızı kayma (red shift) olarak adlandırılan olaya yol açmıştır. Red shift olayı, yüzeyin gözenekli olması ve kaplama sırasında oluşan çeşitli kusurların yoğunluğu ile ilişkilendirilebilir. Bu olay, nano boyutta çeşitli araştırmacılar tarafından raporlanmıştır.
Anahtar Sözcükler: Magnetron saçtırma, İnce film, Alümina seramik, Fiziksel özellikler, Fiziksel buhar biriktirme.

Abstract:
Metallic elements have always been intriguing materials throughout history. Due to their superior physical, chemical, and electrochemical properties, these elements are used in various application areas. Therefore, in this thesis, metal materials such as titanium
(Ti), silver (Ag), and copper (Cu) were produced as thin films on alümina (Al2O3) using the magnetron sputtering technique.
Surface measurements revealed that the layered structure's roughness values were high. This situation is attributed to the roughness of the ceramic substrates. The roughness value (Rq) of the produced thin films is in the nanometer range. This result demonstrates
that the coating method can achieve nanometer-scale surfaces in metal films. No cracks were observed on the metal surfaces in FESEM images, which indicates that the layer and coating technique used is appropriate and successful. However, the images also showed that the surface is porous and contains numerous peaks and valleys. The peaks obtained from the Raman measurements of the produced layered thin
films belong to the copper material. Due to the thinness of the produced films, some peaks in the Raman patterns originated from silver. The intensity of the peaks decreased as a result of the Raman spectrum. In this study, shifts were observed in the peak centers of the Raman patterns obtained from the coated structures. This shift is due to stress or defects arising during coating and from the underlying layers. According to the literature, this shift can be attributed to differences in the average grain size of the produced films. The decrease in the average grain size of the copper film caused a shift in the wave number on the x-axis towards higher values, known as the redshift. The red shift phenomenon can be explained by the porosity of the surface and the density of various defects formed during coating. This phenomenon has been reported by multiple researchers at the nano-scale.
Keywords: Magnetron sputtering, Thin film, Alümina ceramic, Physical properties, Physical vapor deposition.