Farklı alttaşlar üzerinde geliştirilen ultra ince Pt-Co filmlerin yapısal olarak incelenmesi: Kapsamlı XPD, LEED ve STM çalışması

Abstract

Bu tez çalışmasında, manyetik kayıt ortamları, spintronik uygulamalar ve katalizör alanında geniş bir kullanım alanına sahip PtxCo1-x alaşım ve Pt/Co çok katlı filmlerin, ultra ince film formları hazırlanarak; manyetik özellikleri ile yapısal, elektronik ve morfolojik değişimleri arasındaki ilişki incelenmiştir.Ultra yüksek vakum şartları altında Magnetron Saçtırma Tekniği ile hazırlanan PtxCo1-x alaşım ve Pt/Co/Pt (Ti altkatmanlı-altkatmansız) üç katlı ultra ince filmler sırasıyla Pt (100) tek kristal ve doğal okside Si (111) alttaş üzerinde büyütülmüştür. Filmlerin elementel içerikleri, kimyasal stokiyometrileri ve elektronik özelliklerinde meydana gelen değişimler X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile incelenmiştir. Ultra ince PtxCo1-x alaşım film yüzeylerinin uzun erimli düzeni ve epitaksiyel büyüme kontrolü Düşük Enerjili Elektron Kırınımı tekniği (LEED) ile yapılırken, X-ışını Fotoelektron Difraksiyon (XPD) tekniği ve eşlik eden çoklu saçılma teorisi (MSCD) ile de her bir atom türünün komşuluğundaki kısa erimli düzen ve faz yapısı belirlenmeye çalışılmıştır. Pt/Co/Pt üç katlı ince filmlerin yapısal özelliklerinde meydana gelen değişimler ise Küçük Geliş Açılı X-ışını Difraksiyonu (GI-XRD) ve yatay düzlem XRD çalışmaları ile belirlenmiştir. Yüzeyde meydana gelen morfolojik değişimler Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM) ile belirlenirken, tüm bu değişimlerin mıknatıslanma yönelimi üzerinde etkisini gözlemlemek için ise Manyeto-Optik Kerr Etkisi (MOKE) çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışmalar mıknatıslanma yöneliminin ultra ince filmlerin yapısal ve morfolojik özelliklerine ciddi bir şekilde bağımlı olduğunu göstermiştir. PtxCo1-x alaşım filmlerde bir arada bulunan farklı tipteki L10 fazlarının, kolay eksen mıknatıslanmasının yatay düzlemde görülmesine neden olmuştur. Pt/Co/Pt üç katlı filmlerde ise 3 Å gibi bir Ti alt katmanın bile fcc (111) fiber yapıda görece pürüzsüz büyümeye neden olarak ultra ince filmin anizotropisini dikey doğrultuya taşıdığı görülmüştür.

In this thesis, ultra-thin film form of PtCo alloy and Pt/Co/Pt multilayer thin films which are extensively used in magnetic recording media, spintronic applications, and catalysts, were prepared to investigate correlations between magnetic properties and structural, electronical, and morphological changes.PtxCo1-x alloy, and Pt/Co/Pt trilayer (with/without Ti underlayer) thin films were respectively prepared on Pt (100) single crystal and naturally oxidized Si (111) substrate in an ultra-high vacuum condition by Magnetron Sputter Deposition Technique. Elemental compositions, chemical stoichiometries, and electronical changes of the films were determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Low Energy Electron Diffraction (LEED) was used to check long-range order and epitaxial growth of the PtCo alloy film surfaces while short range-order and phase structure in the neighborhood of each atom type was determined by X-ray Photoelectron Diffraction Technique (XPD) with the help of Multiple Scattering Calculation of Diffraction (MSCD) program. On the other hand, structural analysis of the Pt/Co/Pt trilayer films were carried out by Grazing Incidence X-Ray Diffraction (GI-XRD) and in-plane XRD studies. While the morphological changes on the surface were determined by Scanning Tunneling Microscope (STM), Magneto-Optic Kerr Effect (MOKE) studies were carried out to observe the effect of all these changes on the magnetization orientation. All the results showed that the magnetization orientation is strongly dependent on the structural and morphological properties of ultrathin films. In PtCo alloys films, coexisting of different types of L10 phases caused the easy axis magnetization in an in-plane direction. In Pt/Co/Pt trilayer films, it was observed that even 3 Å Ti underlayer lead to relatively smooth growth with fcc (111) fiber structure and promotes the anisotropy of the ultrathin film to the out of the plane direction.