Fabrication of NdFeB thin film for application in superconductor and ferromagnetic hybrid systems and characterization by using low temperature scanning hall probe microscopy

Abstract

Bu çalışmada deneysel incelemeler gerçekleştirilmiştir. Çalışma, kalıcı mıknatıslanma için manyetik malzemelerin üretim tekniklerinin yanı sıra görüntü işleme tekniklerini de içerir. Bu deneysel çalışmada kullanılan örnekler, el yapımı NdFeB target kullanılarak RF püskürtme yöntemiyle hazırlandı ve başka bir Mg target yardımı ile oda sıcaklığında silikon altlık üzerinde oksijenin tutulması sağlandı. Film yüzeyini örnek almak amacıyla CuTEM 1500 kare şeklindeki bir gölge maske kullanılmıştır. Daha sonra filmler oksijen ve oksidasyona karşı bir nanometre kalınlığında Tantalum tabakası tarafından kapatılmıştır. Film kaplama işlemi sürerken sıvı azot kullanılarak sistemin içerisindeki empüriteler soğuk hazne bölümünde toplanarak engellenmiş ve püskürtme işlemi sırasında düzenli aralıklarla sıvı azot ilavesine devam edilmiştir. Bu filmler 30 dakika süre ile termal olarak 550 ℃ de tavlanmıştır. Tavlanmış ve tavlanmamış Nd_2 Fe_14 B filmlerin X-Işını kırınım grafikleri elde edilmiştir. Oda sıcaklığının değişken değerlerinde Hall Probe tarama mikroskobisi yardımıyla yüzey görüntüleri alınmıştır. Bu çalışmada aynı zamanda yüzey topografisi ve manyetik alan dağılım haritası da elde edilmiştir. SHPM görünüleme sonuçları bize film yüzeyinin ne kadar pürüzsüz ve kullanışlı olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak elde edilen filmin, süperiletken ve ferromanyetik hibrid sistemler için kullanılabilir olduğu anlaşılmıştır.

A review and experimental investigation were realized in this study. The review includes permanent magnets, the fabrication as well as the image processing techniques.In this experimental study, samples were prepared by RF sputtering from the home-made NdFeB target and a target of Mg was used to remove oxygen from silicon substrate at room temperature condition. CuTEM with 1500 square mesh was used as a shadow mask to pattern the film surface. Films were capped with few thick nanometer tantalum layers against diffusion and oxidation. The liquid nitrogen cold finger was added periodically during the sputtering process to ensure trapping of the impurities in the system. The films were thermally annealed at 550 ℃ for 30 minutes. X-ray diffraction pattern was performed for both non-annealed and annealed temperature as grown sample and formation of Nd_2 Fe_14 B phase was realized during an x-ray diffraction investigation with good lattice orientation.We have imaged the sample surface with the aid of the low temperature SHPM system to be used for determining the scanning image of the sample surface at various temperatures.This allows the experimental investigation to acquire a topographical image along with the field distribution which was achieved.The image results then show that the scanning images with SHPM give a better smooth image and are well complimented.The film which was studied can be used for applications in superconductor and ferromagnetic hybrid structures.