بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق لایه هاي نازك آلیاژي Co-Pb به روش الکتروانباشت با استفاده از پتانسیو استات و در یک الکترولیت تک حمام با سه الکترود بر روي زیرلایههاي مس تهیه شدند. براي به دست آوردن ولتاژ مناسب براي انباشت ازمطالعه ولتامتر چرخه اي استفاده شد. و تاثیر افزایش غلظت یون هاي Pb بر ولتاموگرام چرخه اي مطالعه شده است. سپس نانوساختار این لایه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوي پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص مغناطیسی لایه ها با استفاده از دستگاه مغناطوسنج نیروي گرادیان متناوب بررسی و مشاهده شده است که وادارندگی با کاهش غلظت یون هاي Pb کاهش می یابد.
مقدمه
در سال هاي اخیرمواد مغناطیسی به دلیل کاربرد وسیع در صنایع میکروالکترونیک مورد توجه قرار گرفته اند. بسیاري از مطالعات بر روي مواد فرومغناطیسی متمرکز شده اند - . - 4-1 در این میان انباشت لایه هاي آلیاژي فرو مغناطیسی- غیر مغناطیسی مانند Co- - 5 - Cu و - 6 - به روش هاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است ولی مطالعات بسیار کمی بر روي آلیاژانجامCo-Pb شده است. از میان روش هاي مختلف انباشت، الکتروانباشت یک روش آسان و کم هزینه براي انباشت لایه ها می باشد. در این مقاله لایه هاي آلیاژي Co-Pb به روش الکتروانباشت و با استفاده از سه محلول با غلظت هاي مختلف Pb و غلظت یکسان یون هاي Co انباشت شده است. سپس نانوساختار این لایه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه تاثیر غلظت یون هاي Pb بر خواص مغناطیسی لایه ها با استفاده از دستگاه مغناطو سنج نیروي گرادیان متناوب بررسی شده است.
روش انجام آزمایش
تمامی آزمایشات الکتروشیمیایی در یک سل سه الکترودي و با استفاده از دستگاه BHP مدل 2061C انجام شده است. الکترولیت شاملCo - Ac - 2.4H2O و Pb - Ac - 2.3H2O وBO3باشدH3 می .
تمامی اجزاء ترکیب در 250cm3 آب مقطر دوبار یون زدایی شده حل شده اند.محلول به دست آمده یک محلول ارغوانی رنگ است. در این تحقیق از سه الکترولیت استفاده شده است که در آن ها غلظت یون هاي Co یکسان بوده و غلظت یون هاي Pb به ترتیب 0.01M، 02Mاست.0، 0.03M بوده . در این تحقیق از زیرلایه Cu استفاده شده است. زیرلایه Cu دارايشبکه ساختار fcc با ثابت 3/61 A˚ می باشد. به منظور کنترل مساحت نمونهها ابتدا هر زیرلا یه توسط ماسکی با مساحت مشخص پو انده شد و براي جلوگیري از اکسید سیون زیرلایه بلافاصله درون الکترولیت غوط ه- ور گ ردید.
سلول الکتروشی میایی حاوي الکترولیت، ال کترودکار - کاتد یا زیرلا یه - ، الکترودثا ویه از جنس پلاتین و الکترود مرجع جیوه اشبا ع - SCE - می باشد که کنترل پتانسیل رو ي سطح زیر لایه پذیردتوسط این الکترود انجام می . در این آزمایش الکترودهاي کار و ثانویهدقیقاً در مقابل هم به فاصله حدود 10c m با صفحات موازي قرار داشتند و براي کاهش مقاومت اهم ی و جلوگیري از افت پتانسیل در الکترولیت، فاصله الکترودهاي مرجع و کار بسیار کمتر از این مقدار و حدود 0/5 cm در نظر گ رفته شد. پس از انجام عملیات لایه نشانی براي جلوگیري از اکسید شدن لایه ازها محفظه خلا استفاده شد.
نتای ج و بحث
آزمایشات در م د CHC تحت پتانسیل ثابت و با استفاده از محل ول هاي با غلظت متفاوت یون Pb انجام گ فته است و نتایج با یک دیگر مقایسه شدند. در مد CH C پارامترها ولتاژ، بار و تعداد تکرار چرخه است. براي تعیین رفتار الکتروشیمیایی یونهاي سرب و کبالت بر روي زیرلایه Cu از ولتامتري چرخهاي استفاده شده است . ولتاموگرام چ رخهاي در گس تره پتانسیل بی ن -0/2V و ص فر و با سرعت روبش 50mVS-1 براي الکترولی تهاي 0.02 M - نمونه - 2 و 0.0 3 M - نمونه - 3 ثبت شده اس . شکل 1 - ال ف - مربوط به الکترولیت 0.02 M و شکل 1 - ب - مربوط به الکتر ولیتاست 0.03 M . همانگ ونه که منحنی CV در شکلهاي 1 - الف - و 1 - ب - نشان میدهد براي هر دو الک ترولیت یک پیک کاهش ی در-0/13V وجود دارد که شروع انباشت را نشان مید د.
براي هر دو الکترولیت شدت پیک کاهشی 2/81×10-10mA اس ت.
در منحنی CV مرب وط به هر دو اللکترولیت یک پیک اکسایشی نیز در -0/12V دیده یشود که شد ت آن با افزایش غلظت یونهاي P b2+ کاهش مییاب د - از 5/95×10-10mA به . - 5/83×10-10m A که این نشان میدهد با افزایش غلظ ت یونهاي P b2+ میزان اکسایش شودکمتر می . آن الیز پراش پرتوي X مربوط به سه لایه آلیاژي PbCo انباشت شده بر روي زیرلایه Cu در مد CHC و با ض خامتهاي یکس ان مور د مطالعه قرار گرفته است. در این لایهها درصد عنصرهاي سر ب و کبالت متغیر است. مح ور مربوط به شدت به صور ت لگاریتمی انتخاب شده است تا پیکهایی که شدت بسیار کمی دارن د نمایان شوند. شکل - 2 - نتایج حاصل از م قایسه این سه لایه را ن شان می دهد. نحنی آبی و قرمز و بنفش به ترتیب مربوط به پیک هاي Pb لایه هاي تهیه شده با الکترولیت 0.01 M و 0.02 M و 0.03 Mمی باشد. مشاهده میشود که با کاهش درصد عنصر Pb انباشت شده، شدت پیک مربوط به آن کاهش یافته و پیک مرب وط به ب عضی از راستاها حذف میشود.
براي بررس ی آنالیز کمی از میزا ن سرب و کبال ت در لایه هاي انباشت شده بر روي زیرلایههاي مس از آنالیز تفکی ک انرژي پرتو X استفاده شده است. براي ان جام این آنالیز از دستگاه SEM مدل XL30 ساخت شرکت فیلیپس هلند موجود در دان شگاه تربیت مدرس استفاده گردید. نتایج حا صل از ED X در جدول - 1 - گردآوري شده است. نتایج حاصل نش ان میدهد که الکتر وانباشت لایه آلیاژي PbCo در مد CH C همانباشتی نابهنجار داشته است یعنی با افزایش غلظت یونهاي P b2+ در الکترولی ت، درصد Pb در لایه انبا شت شده کاهش مییابد. به منظور بررسی اثر تغییر غلظت یون هاي Pbبر نانو ساختار لایه هاي نازك Pb نمونههاي تولید شده توسط دستگاه FE- SEM مورد مطالعه قرار گرفتند. براي این آنالیز از دستگاه FE-SEM مدل S-4160 ساخت شرکت هیتاچی موجود در دانشکده برق دانش گاه تهران استفاده گردید. تصاویر نشان می دهد که با کاهش درصد Pb انباشت شده
در لایه هاي آلیاژي PbCo اندازه دانه ها کاهش می یابد. در هر سه نمونه ترك هایی در ابعاد نانو متري دیده می شود که به دلیل اختلا ف در ضریب انبساط گرمایی لایه و زیر لایه می باشد. اینعامل باعث ایجاد ا سترس در لایه می شود. به منظور بررسی خواص مغناطیسی لایهي آلیاژي PbCo از دست گاه AGFM استفاده شده ا ست. منحنی پسماند مربوط به نمونهها براي حالت میدان مغناطیس ی موازي با سطح نمونه و عمود بر سطح نمونه توسط نرمافزار نصب شده بر روي کامپیوتر مرتبط با د ستگاه رسم شده است. شکل - 7 - منحنی ها ي مربوط به آنالیز
AGFM لایه هاي انباشت شده با استفاده از محلول 0.0 1 M - نمونه - 1 و 0 03 M - نمونه - 3 تحت مبدان موازي با صفحه نم ونه را ن شان می دهد. این نمونهها ضخامت اسمی یکسان دارند و
درصد Pb و Co انباشت شده در آنها متفاوت است. شکل - - 7
نشان می دهد که با کاهش درصد Pb انباشت ش ده در لایه، مق دار وادار ندگی - Hc - کاهش مییابد. دلیل این امر آ ن است که عیوب ساختاري نظیر ذرات فاز غیرمغناطیسی یا تخ خلها در يماد ه مغنا طیسی، حرکت دیوارههاي ح وزه را محدود نموده و بنابراین وادار ندگی را افزای ش میدهند. Pb یک مادهي دیامغناطیس است و کاه ش آن در لایه باعث کاهش وادارندگی نمونه میشود .[7] شکل - 8 - منحنی ه سترزیس هر دو نمونهي 1 و 3 در حالت مید ان عمود بر صفحهي نمونه را نشان می دهد. همانگو نه که مشاهده می شود در حالت میدان عمود برصفحه نیز با کاهش درصد Pb وادار ندگی نمونه کاهشیابد می . از مقایسه داده هاي دو جدول
- 2 - و - 3 - با هم نتیجه می شود که در حالت میدان عمود نسبت به حال ت میدان موازي با سطح نمونه، منحنی پسما د دیرتر به حالت اشبا ع می رسد و این بیانگر این مطلب است که جهت گی ري مغنا طیسی در جهت میدان هاي موازي با سطح آسان تر صورت می گیرد. به همین دلیل محور مواازي با سطح فیلم، محور آسان و محور عمود به سط ح فیلم محور سخت نامیده می شود.
