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

Abstract

Bu çalısmada, elektrodepozisyon teknigiyle polikristal bakır (Cu) alttabaka üzerinebüyütülen Co ve CoCu filmlerin kimyasal bilesimi, yapısal ve manyetik özellikleriarastırılmıstır. Filmlerin özellikleri depozisyon potansiyeline, çözelti pH'ına, filmkalınlıgına ve çözelti konsantrasyonuna baglı olarak incelenmistir. Elektrolitlerinelektrokimyasal karakterizasyonu döngüsel voltammetri (DV) teknigiyle yapılmıstır.Filmlerin büyüme mekanizmalarını incelemek için akım-zaman geçisleri kaydedilmistir.Filmlerin kimyasal bilesimi, Enerji Ayırmalı X-Isınları Spektroskopisi (EDX) kullanılarakbelirlenmistir. EDX analizi sonuçları filmlerin, depozisyon parametrelerine göre farklımiktarda Co ve Cu içerdigini göstermektedir.Filmlerin yapısal özellikleri X-Isınları Difraksiyonu (XRD) kullanılarak analizedilmistir. Düsük depozisyon potansiyelinde (-1.0 V) büyütülen Co filmler yüzey merkezlikübik (fcc) ve kısmen hekzagonal sıkı paket (hcp)'ten olsan karısık yapı gösterirken yüksekdepozisyon potansiyelinde (-1.6 V) büyütülen filmler sadece fcc yapıya sahiptir. Digertaraftan yüksek pH'da (3.15) büyütülen filmin kristal yapısı hcp, düsük pH'da (2.55)büyütülen filmin kristal yapısı fcc+hcp karısık fazdan olusmaktadır.Yüksek ve düsük depozisyon potansiyellerinde büyütülen CoCu alasım filmlerfcc+hcp karısık yapı göstermektedir. Yüksek ve düsük pH'da büyütülen filmlerin kristalyapısı yalnızca fcc fazdan olusmaktadır. Çözeltideki Co konsantrasyonunun da filmlerinkristal yapısını etkiledigi görülmüstür. 0.1 M Co içeren çözeltiden büyütülen CoCu film fccyapı gösterirken, 0.7 M Co içeren çözeltiden büyütülen CoCu film hcp+fcc karısık yapıgöstermektedir. Çözeltideki Co konsantrasyonu arttıkça kristal yapı fcc'den hcp+fcc karısıkyapıya dönüsmektedir.Filmlerin yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ileincelenmistir. CoCu filmlerin yüzey morfolojilerinin Co filmlerin yüzey morfolojisindenfarklı oldugu görülmüstür. CoCu filmlerin çogu dallı yapıya sahiptir. Hem Co hem deCoCu filmlerde yüzey morfolojisi depozisyon parametrelerine göre farklılık göstermektedir.Filmlerin manyetik özelliklerinin arastırılması için Titresimli Örnek Magnetometresi(VSM) kullanılmıstır. Manyetik özellikler, CoCu filmlerin kimyasal bilesimi ileetkilenmektedir. Filmdeki Co miktarı arttıkça, doyum manyetizasyonu artmakta koersiviteise azalmaktadır. ncelenen tüm filmler için kolay eksenin film yüzeyine paralel oldugugörülmüstür.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Elektrodepozisyon / Co ve CoCu filmler / kimyasalbilesim / yapısal özellikler / manyetik özellikler

In this study, chemical composition, structural and magnetic properties of Co andCoCu films electrodeposited on polycrystalline copper (Cu) substrate were investigated. Theproperties of the films were studied in terms of the deposition potential, the electrolyte pH,the film thickness and the electrolyte concentration. The electrochemical characterization ofthe electrolytes, was studied by using cyclic voltammetry (CV) method. In order toinvestigate the growth mechanisms of the films, the current-time transients were recorded.The compositional analysis of the films was studied using Energy Dispersive X-raySpectroscopy (EDX). The EDX results showed that the content of Co and Cu of the filmsvaried 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 structureof face centered cubic (fcc) and partly hexagonal closed packed (hcp), the films grown athigh deposition potential (-1.6 V) show only the fcc phase. On the other hand, the crystalstructure 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+hcpmixed crystal structure. The crystal structures of the films grown at high and low pHs aresingle fcc phase. The Co concentration in the electrolyte also affects the crystal structure ofthe films. It is observed that the CoCu film grown from the electrolyte containing 0.1 M Coshows fcc phase while the film grown from the electrolyte containing 0.7 M Co showshcp+fcc mixed phase. As the Co concentration increases, the phase turns from single fcc tohcp+fcc mixed phase.The surface morphology of the films was investigated using a Scanning ElectronMicroscope (SEM). It is found that the surface morphology of the CoCu films weredifferent from the Co films. Most of the CoCu films have dentritic structure. The surfacemorphology of Co and CoCu films is affected by the deposition parameters.The Vibrating Sample Magnetometer (VSM) was used to study the magneticproperties. Magnetic properties are strongly affected by the chemical compositions of thefilms. As the Co content in the film increases, the saturation magnetization increases whileits coercivity decreases. It is found that the easy axis for all films is in the film plane.KEYWORDS: Electrodeposition / Co and CoCu films / chemical composition /structural properties / magnetic properties