FeAl ince filminin üretimi, karakterizasyonu ve laser ile manyetik örgülenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, FeAl sisteminde gözlenen ve kristal düzensizliği sonucu ortaya çıkan ferromanyetizma fenomeninin kullanılması ile üretilen FeAl ince filmleri üzerinde değişik atma sürelerine sahip lazer ışını kullanılarak noktasal mikro boyutta periyodik manyetik bölgelerin oluşturulması amaçlanmıştır. FeAl ince filmleri VAKSİS-PVD model ısısal buharlaştırma sistemiyle üretilmiştir. Üretilen ince filmler 773K'de vakum altında ısıl işlem uygulanmıştır. Daha sonra ince filmlerin kalınlıklarını ve kimyasal kompozisyonlarını belirlemek için ZEİSS-EVO40 model taramalı elektron mikroskobu(SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi(EDX) kullanılmıştır. İnce filmlerin kristal yapısını tespit etmek için Rigaku MiniflexII marka X-ışını kırınımmetresi(XRD) kullanılarak analiz edilmiştir. Daha sonra farklı atma sürelerine(ns, ps ve fs) sahip lazer demetinin FeAL ince filmleri üzerinde manyetik bölgeler oluşturularak manyetik örgüleme çalışması yapılmıştır. Lazer demetinin şiddet ve akı parametreleri değiştirilerek uygun parametreler belirlenmiştir. Farklı lazer parametreleriyle örgülenen ince filmlerin üzerindeki manyetik bölgeler optik ve MOKE mikroskobu ile incelenmiştir. Bunun için ince film üzerinden yansıyan lazer ışınının polarizasyonunda, ince filmin manyetizasyonundan kaynaklanan değişimler manyetik alan altında belirlenmiştir. SEM-EDX analizlerine göre, ince filmlerin homojen olarak büyütüldüğü ve beklenilen komposizyonda üretildiği gözlemlenmiştir. XRD analizine göre, FeAl ince filmlerinin amorf yapıda kristallendiği bulunmuştur. MOKE mikroskobu sonuçlarına göre fs ve ps atma süreli lazer sistemi ile yapılan örgüleme işlemindeki ince filmlerin atma başına enerji değerlerinde lazer demetinin vurduğu bölgelerde manyetik kontrast farkı net bir şekilde gözlenmiştir. Fakat ns lazer sistemiyle örgülenen ince filmlerin yüzeylerinde herhangi bir manyetik kontrast farkı gözlemlenememiştir. Bunun nedeni ns lazer ışığının film yüzeyinde lokal olarak çok yüksek sıcaklıklara ulaşması nedeniyle film yüzeyini yakmıştır. Bu sistem ile yapılacak örgüleme işlemlerinde manyetik kontrast elde edebilmek için düşük enerjilerde çalışılmalıdır.

In this thesis, it is aimed to create periodic magnetic regions in point micro dimension by using laser beam which has different pulse duration on FeAl thin films produced by using ferromagnetism phenomenon which is as a result of crystal disorder and observed in FeAl system. Thin films of the FeAl system were produced by VAKSIS-PVD model thermal evaporation system. Thin films produced were subjected to heat treatment under vacuum at 773K. ZEISS-EVO model scanning electron microscope and energy distribution x-ray spectroscopy were used to determine the thickness and chemical composition of thin films produced by using different parameters. The Rigaku Miniflex model by using X-ray diffraction was analyzed to determine the crystal structure of the thin films produced. Magnetic patterning was then performed by forming magnetic regions on FeAl thin films of the laser beam with different pulse duration (ns, ps and fs). The intensity and flux parameters of the laser beam were changed and appropriate parameters were determined. Magnetic regions on thin films patterning with different laser parameters were examined by optical and MOKE microscopy. For this, the changes in the polarization of the laser beam reflected through the FeAl thin films and the changes due to the magnetization of the thin film were determined under magnetic fields. According to SEM-EDX analysis, it was observed that thin films were grown homogenously and produced in the expected composition. According to XRD analysis, FeAl thin films were found to crystallize at room temperature in amorphous form. According to the results of MOKE microscopy, the magnetic contrast difference was clearly observed in the regions where the laser beam was hit in the energy values per pulse of the thin films in the patterning process with the fs and ps laser system. However, magnetic contrast difference could not be observed on the surfaces of thin films patterning with the ns laser system. The reason for this is that the ns laser systems burned the surface of the film exactly as it reached very high temperatures locally on the film surface. In order to obtain magnetic contrast in the patterning processes to be performed with this system, it should be studied in low energies.