Elektrodepozisyon tekniğiyle üretilen Co ve CoFe filmlerin, yapısal ve manyetodirenç özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada Co ve CoFe filmlerin elektrokimyasal, kimyasal, yapısal ve manyetorezistans özellikleri incelenmektedir. Co ve CoFe filmler farklı depozisyon potansiyeli, elektrolit pH'ı, elektrolit konsantrasyonu ve film kalınlığında çözeltiden polikristal Ti alttabaka üzerine depozit edildiler. Co filmlerin depozisyonu için elektrolit 0.5 M kobalt sülfat ve 0.3 M borik asit içermektedir ve CoFe filmlerin üretimi için benzer çözeltiye 0.1 M demir sülfat eklenmiştir. Depozisyon potansiyellerini bulmak için elektrolit dönüşümlü voltametri ile karakterize edildi. Depozisyon potansiyeli her iki çözelti içinde doymuş kalomel elektroda (SCE) göre -1.8 V ile -2.7 V arasında alındı. Co ve CoFe filmler SCE'ye göre -2.5 V da depozit edildi ve film kalınlığı 3 µm olarak belirlendi. Co filmlerde elektrolit pH'ı başlangıç değerinden (2.40) 1.91 değerine düşürüldü. CoFe filmlerinde ise elektrolit pH'ı yavaş yavaş başlangıç değerinden (3.70) 2.96 ya düşürülmüştür. Aynı zamanda CoFe filmler farklı konsantrasyonlarda da üretilmiştir. Yapısal analizde x-ışını kırınımı ile pH değişkenine bağlı olarak Co filmlerin karışık faz (hcp+fcc) ve fcc, CoFe filmlerin fcc ve fcc+bcc yapıya sahip oldukları bulundu. Filmlerin kompozisyon analizleri enerji ayırmalı x-ışını Spektroskobisi (EDX) kullanılarak tayin edildi. EDX ölçümleri CoFe filmlerin ~20% Fe ve ~80% Co içerdiğini göstermektedir. Filmlerin yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelendi. CoFe filmlerin SEM görüntülerinde depozisyon potansiyelinin (-1.8 V tan -2.7 V) ve pH değerinin (2.96 dan 3.70) artması tane büyüklüğünü arttırmaktadır. Manyetoresiztans ölçümleri Van der Pauw(VDP) metodu kullanılarak oda sıcaklığında ± 1T manyetik alan değerleri arasında yapılmıştır. Co ve CoFe filmler de ortalama 5,7% ve 8,8% değerinde anizotropik manyetorezistans gözlendi.

This study electrochemical, chemical, structural and magnetoresistance properties of Co and CoFe films have been investigated. Co and CoFe films were electrodeposited on polycrystalline Ti substrates from a solution at different deposition potentials, electrolyte pH, electrolyte concentration and film thickness. The electrolyte consists of 0.5 M cobalt sulphate and 0.3 M boric acid for the deposition of Co films and 0.1 M iron sulphate was added to the same electrolyte for the production of CoFe films. In order to find the deposition potentials, the electrolytes were characterized with cyclic voltammeter (CV) method. The deposition potentials for both of the electrolytes were -1.8V and -2.7V with respect to saturated calomel electrode (SCE). Co and CoFe films were deposited at - 2.5 V to SCE and the film thickness was fixed at 3µm. The electrolyte pH of Co Films was gradually lowered from its initial value (2.40) to 1.91. In the case of CoFe films, the electrolyte pH was gradually lowered from its initial value (3.70) to 2.96. CoFe films were also produced at different concentration. The structural analysis by X-ray diffraction (XRD) revealed that Co films have fcc phase and mix phase (hcp and fcc) and CoFe films consist of fcc phase and mix phase (fcc and bcc) depending on the electrolyte pH. The composition analysis of the films were carried out by energy dispersive X-ray (EDX). EDX measurements indicated that Co-Fe films have ~20% Fe and ~80% Co. Scanning electron microscope (SEM) was used to study the surface morphology of the films. SEM images of the CoFe films showed that the increase of deposition potentials (- 1.8 V to -2.7 V) and pH values (2.96 to 3.70) increase the particle sizes. The CoFe films have more uniform structure with the increase of Fe content. Magnetoresistance measurements were carried out using the Van der Pauw(VDP) method at room temperature and in magnetic fields up to ± 1T. Co and CoFe films exhibited anisotropic magnetic resistance (AMR) up to 5.5% and 8.8%, respectively.