The structural, magnetic,and electrical properties of co and fe ımplanted ZnO thin films
Co ve fe katkılı ZnO ince flimlerin yapısal, manyetik ve elektriksel özellikleri
- Tez No: 631269
- Danışmanlar: PROF. DR. SADIK GÜNER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Bu tez çalışmasında, RF manyetron püskürtme tekniği ile Si(100) ve SiO2 alttaşlar üzerine 135 nm kalınlığında 12 adet ZnO film büyütülmüştür. Büyütülen ZnO filmlerin arasından, en iyi kristal yapısı ve ideal elemental oranına sahip iki örnek seçildi. Öncelikle, bu iki örnek ayrı ayrı 1 cm×1 cm boyutlarında 8 parçaya kesilerek sonrasında her parça 40 keV Co+ ve Fe+ iyonları ile 0.25×1017 ions/cm2 den 2.0×1017 ions/cm2kadar farklı dozlarda ILU-3 model düşük enerjili hızlandırıcı ile aşılanmıştır. Aşılanan örneklerin elemental kompozisyonu, kristal yapısı, yüzey morfolojisi, manyetik özellikleri ve elektriksel iletkenlikleri sırasıyla EDS, XRD, SEM, VSM vedört nokta sonda (FPP) metodu ile saptanmıştır. Filmlerin ortalama kristalit büyüklüğü Debye-Scherrer denklemi kullanılarak bulunmuştur. Aşılanmamış ZnO filmlerden kaydedilen XRD spektrumlarında (100) ile (002) kristal düzlemlerden kaynaklanan pikler gözlenmektedir. Artan aşılanmış Co+ iyonu örneklerin uzun mertebeli kristal kalitesinin düşmesine ve Co3O4 kristalitlerinin ZnO örneklerin içinde oluşmasına sebep olmuştur. XRD dataların teoriksel analizleri için Debye- Scherrer metoduna başvurmuş ve ortalama parçacık büyüklüğünün 59 nm den 25 nm düştüğü hesaplanmıştır. M-H histerezis eğrileri oda sıcaklığında ve 10K de kayıt edilmiştir. Sıcaklığa bağlı mıknatıslanmanın kontrol edilmesi için alan soğutmalı (FC) ve sıfır alan soğutmalı (ZFC) M-T ölçümleri 10-400K aralığında gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümler aşılanmış örneklerin oda sıcaklığında ferromanyetik davranış sergilediğini ve Curie sıcaklığı (TC)değerinin 1000 K üzerinde olduğunu göstermiştir. Co dozunun artışı ile manyetizma da artmıştır. Bununla birlikte, antiferromanyetik Co3O4 yapılaşmasıyla da mıknatıslanma düşmüştür. Filmlerin elektriksel özdirençleri FPP metodu ile ölçülmüştür. Filmlerin elektrik özdirençleri artan Co dozuyla birlikte maksimum 6.44x10-2 Ωcm (saf ZnO) den minimum 4.44x10-5 Ωcm (doz oranı 2.0x1017ions/cm2 örnek) kadar düşmüştür. Elektriksel iletkenlik hem kristal yapıya hem de taşıyıcı yoğunluğuna bağlıdır. Fe+ aşılanmış ZnO örnekler arasından, 1.00x1017 ions/cm2 doz oranı ile aşılanmış örneğin manyetik özellikleri incelenmiştir. İcra edilen VSM ile manyeto-optik Kerr etkisi (MOKE) ölçümlerinden kaydedilen benzer histerezis çevrimleri oda sıcaklığında güçlü ferromanyetizmayı ortaya çıkarmıştır. Sıcaklığa bağlı ölçümler yüksek TC sıcaklığının 850K civarında olduğunu göstermiştir. Konversiyon elektron Mössbauer spektroskopi deneyleri paramanyetik Fe3+ and Fe2+ iyonlarına ilave olarak hekzagonal ZnO kristal yapıya katkılanan ve iç ferromanyetizmaya sebep olan Fe atomlarının varlığını ispatlamıştır. Aşılanmış filmlerin elektrik özdirençleri artan Fe dozuyla birlikte saf ZnO için 7.58x10-3 Ωcm den hafifçe arttığı Tablo 4.6 da görülmektedir. Bu durum elektriksel iletkenliğin Fe+ aşılanmış örnekler için esas olarak kristal yapıya bağlı olduğunu ortaya çıkarmıştır
Özet (Çeviri)
In this thesis, 135 nm thick twelve ZnO films were fabricated by RF magnetron sputtering technique on Si (100) and SiO2 substrates. Among fabricated ZnO films, two films that have best crystal structure and good elemental composition ratio were chosen.Firstly, these films were cut into 8 pieces with 1 cm×1 cm size and each piece was implanted by 40 keV Co+ ions and Fe+ ions at different doses varying from 0.25×1017 ions/cm2 to 2.0×1017 ions/cm2 by using ILU-3 model low energy accelerator.The elemental composition, crystal structure, surface morphology, magnetic properties, and electrical conductivity of implanted samples were investigated by EDS, XRD, SEM, VSM and Four Point Probe (FPP) method, respectively. Average crystallite size of the films was estimated using Debye-Scherrer's equation. XRD patterns of Co+ implanted ZnO samples show that the virgin samples have diffraction peaks that originate from the (100) and (002) crystal planes. The increasing Co+ implantation decreased the long range crystal quality and caused the formation of Co3O4 crystallites at remarkable magnitudes in the ZnO films. The theoretical analysis of the XRD data by applying Debye-Scherrer method showed that the average crystallite size dropped from 59 nm to 25 nm for ZnO samples after implantation. The M–H hysteresis curves of samples were recorded at room temperature and 10 K. In order to check the temperature dependence of the magnetization, we carried out field cooled (FC) and zero field cooled (ZFC) M–T measurements in a temperature range of 10–400 K. These measurements showed that the implanted samples exhibit ferromagnetic behavior at room temperature and have Curie temperature (TC) value above 1000 K. The magnetization increased with the increasing Co dose. However, the formation of antiferromagnetic Co3O4 decreased the magnitude of magnetization. The electric resistivity of films was measured by the FPP method. The electric resistivity of films decreased from maximum 6.44x10-2 Ωcm (virgin ZnO) to minimum 4.44x10-5 Ωcm (sample with 2.0x1017ions/cm2 dose) with increasing Co dose. Electric conductivity depends on both crystal structure and the number of carrier concentration Among the Fe+ implanted ZnO samples, we investigated magnetic properties of ZnO sample that was implanted with the dose of 1.00x1017 ions/cm2. The conducted VSM and magneto-optical Kerr effects (MOKE) measurements revealed strong room temperature ferromagnetism with similar hysteresis loops. Temperature dependent measurements showed a very high TCaround 850K. Conversion electron Mössbauer spectroscopy experiments proved the existence of paramagnetic Fe+3 and Fe+2 ions and also the presence of substitutional Fe atoms in the hexagonal ZnO crystal resulting in intrinsicf erromagnetic order.The electric resistivity of implanted samples slightly increased from 7.58x10-3 Ωcm for virgin ZnO film with increasing Fe dose, as seen in the Table 4.6. This case reveals that electric conductivity mainly depends on crystal structure for Fe+ implanted samples.
Benzer Tezler
- Manyetik sensör uygulamaları için kobalt-demir-rodyum tabanlı alaşım ince filmlerin ve çok katmanlı ortogonal olmayan manyetik düzene sahip ultra ince yapıların geliştirilmesi, manyetik, yapısal ve elektiriksel özelliklerinin incelenmesi
Fabrication and investigation of magnetic, structural and electrical properties of cobalt-iron-rhodium based alloy films and developing non-orthogonal magnetic ordered ulta thin multilayer structures for magnetic sensor aplications
ADEM PARABAŞ
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET YILDIZ
- Sol-jel yöntemi ile hazırlanan La1-xMgxMn1-yCoyO3 bileşiklerinin yapısal ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural and magnetic properties of La1-xMgxMn1-yCoyO3 compounds prepared by sol-gel method
AHMET ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiMuğla ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERGÜN TAŞARKUYU
- Fe ve AI ortak katkılı Zn0.95Mn0.05O ince filmlerin büyütülmesi ve karakterizasyonu
Growth and characterization of Fe and AI co-doped Zn0.95Mn0.05O thin films
MEHMET YILDİRİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiHarran ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS BABUR
- The growth and characterization of Fe/tTaOx/Co multilayers for spintronics applications
Spintronik uygulamaları için Fe/TaOx/Co çoklu katmanlarının büyütülmesi ve karakterizasyonu
HÜSEYİN TOKUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN TARI
- Structural and magneto-electrical characterization of cathodes based on rare-earth manganites for solid oxide fuel cells
Katı oksit yakıt pilleri için nadir toprak elementi bazlı katotların yapısal ve manyeto-elektriksel karakterizasyonu
SEVGİ KARADAVUT
Doktora
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVGİ POLAT ALTINTAŞ