CoCu alaşım filmlerin elektrodepozisyonu, yapısal ve manyetik özellikleri üzerine depozisyon paremetrelerin etkisinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, elektrodepozisyon tekniğiyle polikristal bakır (Cu) alttabaka üzerine büyütülen Co ve CoCu filmlerin kimyasal bileşimi, yapısal ve manyetik özellikleri araştırılmıştır. Filmlerin özellikleri depozisyon potansiyeline, çözelti pH’ına, film kalınlığına ve çözelti konsantrasyonuna bağlı olarak incelenmiştir. Elektrolitlerin elektrokimyasal karakterizasyonu döngüsel voltammetri (DV) tekniğiyle yapılmıştır. Filmlerin büyüme mekanizmalarını incelemek için akım-zaman geçişleri kaydedilmiştir. Filmlerin kimyasal bileşimi, Enerji Ayırmalı X-Işınları Spektroskopisi (EDX) kullanılarak belirlenmiştir. EDX analizi sonuçları filmlerin, depozisyon parametrelerine göre farklı miktarda Co ve Cu içerdiğini göstermektedir. Filmlerin yapısal özellikleri X-Işınları Difraksiyonu (XRD) kullanılarak analiz edilmiştir. Düşük depozisyon potansiyelinde (-1.0 V) büyütülen Co filmler yüzey merkezli kübik (fcc) ve kısmen hekzagonal sıkı paket (hcp)’ten olşan karışık yapı gösterirken yüksek depozisyon potansiyelinde (-1.6 V) büyütülen filmler sadece fcc yapıya sahiptir. Diğer taraftan yüksek pH’da (3.15) büyütülen filmin kristal yapısı hcp, düşük pH’da (2.55) büyütülen filmin kristal yapısı fcc+hcp karışık fazdan oluşmaktadır. Yüksek ve düşük depozisyon potansiyellerinde büyütülen CoCu alaşım filmler fcc+hcp karışık yapı göstermektedir. Yüksek ve düşük pH’da büyütülen filmlerin kristal yapısı yalnızca fcc fazdan oluşmaktadır. Çözeltideki Co konsantrasyonunun da filmlerin kristal yapısını etkilediği görülmüştür. 0.1 M Co içeren çözeltiden büyütülen CoCu film fcc yapı gösterirken, 0.7 M Co içeren çözeltiden büyütülen CoCu film hcp+fcc karışık yapı göstermektedir. Çözeltideki Co konsantrasyonu arttıkça kristal yapı fcc’den hcp+fcc karışık yapıya dönüşmektedir. Filmlerin yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. CoCu filmlerin yüzey morfolojilerinin Co filmlerin yüzey morfolojisinden farklı olduğu görülmüştür. CoCu filmlerin çoğu dallı yapıya sahiptir. Hem Co hem de CoCu filmlerde yüzey morfolojisi depozisyon parametrelerine göre farklılık göstermektedir. Filmlerin manyetik özelliklerinin araştırılması için Titreşimli Örnek Magnetometresi (VSM) kullanılmıştır. Manyetik özellikler, CoCu filmlerin kimyasal bileşimi ile etkilenmektedir. Filmdeki Co miktarı arttıkça, doyum manyetizasyonu artmakta koersivite ise azalmaktadır. İncelenen tüm filmler için kolay eksenin film yüzeyine paralel olduğu görülmüştür.

In this study, chemical composition, structural and magnetic properties of Co and CoCu films electrodeposited on polycrystalline copper (Cu) substrate were investigated. The properties of the films were studied in terms of the deposition potential, the electrolyte pH, the film thickness and the electrolyte concentration. The electrochemical characterization of the electrolytes, was studied by using cyclic voltammetry (CV) method. In order to investigate the growth mechanisms of the films, the current-time transients were recorded. The compositional analysis of the films was studied using Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX). The EDX results showed that the content of Co and Cu of the films varied with the deposition parameters. The structural characterizations of the films were studied using X-ray diffraction. While the Co films grown at low deposition potential (-1.0 V) show a mixed crystal structure of face centered cubic (fcc) and partly hexagonal closed packed (hcp), the films grown at high deposition potential (-1.6 V) show only the fcc phase. On the other hand, the crystal structure at high pH (3.15) is hcp while at low pH (2.55) it is fcc+hcp mixed. CoCu alloy films produced at high and low deposition potentials show fcc+hcp mixed crystal structure. The crystal structures of the films grown at high and low pHs are single fcc phase. The Co concentration in the electrolyte also affects the crystal structure of the films. It is observed that the CoCu film grown from the electrolyte containing 0.1 M Co shows fcc phase while the film grown from the electrolyte containing 0.7 M Co shows hcp+fcc mixed phase. As the Co concentration increases, the phase turns from single fcc to hcp+fcc mixed phase. The surface morphology of the films was investigated using a Scanning Electron Microscope (SEM). It is found that the surface morphology of the CoCu films were different from the Co films. Most of the CoCu films have dentritic structure. The surface morphology of Co and CoCu films is affected by the deposition parameters. The Vibrating Sample Magnetometer (VSM) was used to study the magnetic properties. Magnetic properties are strongly affected by the chemical compositions of the films. As the Co content in the film increases, the saturation magnetization increases while its coercivity decreases. It is found that the easy axis for all films is in the film plane.