بخشی از مقاله
چکیده
الکتروانباشت یکی از روش هاي لایهنشانی است که امکان رشد لایه هاي آلیاژي، تک لایه و بس لایه اي را در شرایط طبیعی دما و فشار فراهم می کند. در این کار لایههاي نازك آلیاژي Fe-Co بر روي زیرلایه Cu به روش الکتروانباشت تکحمام انباشت شدند. از آنالیز پراش اشعه - XRD - X جهت بررسی ویژگی هاي ساختاري نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان دادند که با افزایش غلظت کبالت در الکترولیت، ساختار لایه هاي کبالت انیاشت شده از شش گوشی به مکعبی تغییر پیدا می کند.با استفاده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مورفولوژي لایه ها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. تصاویر SEM براي نمونه هاي با ضخامت هاي مختلف نشان می دهد که با افزایش غلظت کبالت در محلول الکترولیت، به تدریج تعداد دانه هاي روي سطح افزایش پیدا می کند. نتایج حاصل از مغناطومتر نیروي گرادیان متناوب - AGFM - نشان میدهد که هم درحالت میدان موازي با سطح نمونه و هم در حالت میدان عمود بر سطح، با افزایش غلظت کبالت در الکترولیت، مغناطش اشباع و مغناطش پسماند، افزایش، و وادارندگی ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. هم چنین محور موازي با سطح نمونه، محور آسان و محور عمود بر سطح نمونه محور سخت مغناطیسی می باشد.
مقدمه
ها الکتروانباشت است که در رده ي روش هاي شیمیایی قرار می روش هاي مختلف ساخت لایه هاي نازك به دودسته ي گیرد. در الکتروانباشت در اثر عبور جریان الکتریکی از یک محلول کلی فیزیکی و شیمیایی تقسیم بندي می شوند. یکی از این روش الکترولیت، یک ماده ي خالص یا آلیاژي روي یک زیرلایه ي فلزي یا نیمرسانا انباشت می شود. بسته به نوع الکترولیت و شرایط انباشت، لایه ي حاصل می تواند آمورف، بلوري، فلزي یا غیر فلزي باشد. الکتروانباشت به دلیل ویژگی هایش روش مناسبی جهت ایجاد لایه هاي ضخیم به ضخامت دهها میکرون به شمار می آید .[1] فیلم هاي مغناطیسی به دلیل کاربردهایی که در دستگاه هاي الکتریکی از جمله القاکننده ها و هدهاينوشتنخواندن/ کامپیوترها دارند، بسیار مورد توجه می باشند .[3,2]
فیلم هاي فرومغناطیسی عناصر واسطه مانند نیکل، آهن، کبالت و آلیاژهاي آنهاعمدتاً مواد مغناطیسی نرم یا نیمه سختی می باشند که داراي خاصیت مغناطومقاومتی - MR - هستند. آلیاژ آهن-کبالت، ماده ي مغناطیسی است که به طور گسترده اي در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. چرا که این آلیاژ داراي نیروي وادارندگی و تلفات مغناطیسی کم، تراوایی و مغناطش اشباع بالایی می باشد . [5,4] در این کار ما از روش الکتروانباشت جهت تولید لایه هاي آلیاژي آهن-کبالت استفاده می کنیم. سپس به بررسی اثر تغییر غلظت عناصر موجود در محلول الکترولیت، بر خواص ساختاري، مورفولوژي سطح و خواص مغناطیسی لایه هاي آلیاژي تولید شده می پردازیم.
روش انجام آزمایش
به منظور رشد لایه نازك آلیاژي Fe-Co، از روش الکتروانباشت تک حمامی درون یک سل الکتروشیمیایی تحت پتانسیل ثابت، در دماي اتاق، استفاده شده است. این سل و تجهیزات متعلق به آن، شامل الکترولیت، الکترود کار، الکترود مرجع، الکترود ثانویه و دستگاه پايپتانسیل است که به کامپیوتر شخصی متصل میباشد. الکترودها به ورودي یک دستگاه پايپتانسیل - ساخت شرکت بهپژوه مدل - BHP 2061 متصلاند. جهت لایهنشانیهايپوشش نانوکریستال Fe-Co، باید از الکترولیتی استفاده کرد که حاوي یونهاي Fe2+ و Co2+ باشد .[6] بدین منظور باید از نمک هاي این دو استفاده کرد. در این کار به منظور بررسی اثر میزان یون هاي Co2+ در محلول الکترولیت، بر خواص سطحی و مغناطیسی لایه نازك آلیاژي Fe-Co از 3 الکترولیت با غلظت هاي یکسانی از آهن و غلظت هاي متفاوتی از کبالت استفاده شده است.
الکترولیت ها شامل 0/01 مولاراسیدسولفات آهن، 0/4 مولار بوریک و 0/01، 0/05و 0/1 مولار سولفات کبالت بودند. یک ورقه ي پلاتینی به عنوان الکترود شمارنده، الکترود کالومل اشباع به عنوان الکترود مرجع و یک ورقه ي مسی به عنوان الکترود کار یا همان زیرلایه مورد استفاده قرار گرفت. براي آماده سازي زیرلایه ابتدا ورقه ي مسی در محلولالکتروپولیشاسیدفسفریک 50% داده شد. سپس در محلول اسید فسفریک 25% و بعد از آن در آب مقطر شست و شو داده شد .[8,7] پتانسیل بهینه ي انباشت براي نمونه هاي انباشت شده از الکترولیت هاي با غلظت هاي 0/01، 0/05و 0/1 مولار سولفات کبالت به ترتیب -1 ، -1/15 و -1/45 ولت بدست آمدند. در ضمن تمامی نمونه ها داراي ضخامت یکسان 2μm بودند. براي مطالعه خواص ساختاري و مورفولوژي سطح نمونه ها از پراش اشعه X و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. طیف هاي XRD توسط دستگاه XRD مدل XL30 Philips و تصاویر SEM با استفاده از دستگاه Philips مدل XL30 تصویربرداري شدند. هم چنین جهت مطالعه خواص مغناطیسی نمونه ها از آنالیز AGFM استفاده شد.
نتایج
طیف XRD لایه هاي انباشت شده ي کبالت-آهن براي غلظت 0/10 مولار آهن و 0/01، 0/05 و 0/10 مولار کبالت در شکل 1 نشان داده شده است. نتایج حاصل از آنالیز XRD، انباشت عناصر Fe و Co را نشان میدهد. همچنین مشاهده میشود که با افزایش غلظت کبالت در الکترولیت، شدت پیک - 002 - که مربوط به ساختار شش گوشی کبالت می باشد کاهش می یابد. در غلظت 0/05 مولار پیک - 200 - که مربوط به ساختار مکعبی کبالت است، ظاهر شده و با افزایش کبالت در الکترولیت شدت این پیک افزایش می یابد. به عبارت دیگر با افزایش غلظت کبالت در الکترولیت ساختار لایه هاي کبالت انباشت شده از شش گوشی به مکعبی تغییر پیدا می کند. تصاویر SEM مربوط به لایه هاي نازك آلیاژيانباشتFe-Co شده بر روي زیرلایه Cu، از الکترولیت هایی بایکسانغلظت هاي
از عنصر آهن و غلظت هاي متفاوت از عنصر کبالت، تحت بزرگنماییشکل 30000 در 2 نشان داده شده اند.
سمت زیرلایه، یون ها فرصت کمتري براي جابجایی بر روي زیرلایه دارند. در نتیجه تعداد هسته هاي اولیه بیشتر شده و تعداد دانه هاي روي سطح افزایش می یابد. جهت بررسی خواص مغناطیسی لایهي آلیاژي Fe-Coاز دستگاه AGFM استفاده شده است. منحنی پسماند مربوط به نمونهها براي حالت میدان مغناطیسی موازي با سطح نمونه و عمود بر سطح نمونه توسط نرمافزار نصب شده بر روي کامپیوتر مرتبط با دستگاه رسم شده است. نمونه هاي مورد آنالیز از الکترولیت هاي با غلظت هاي 0/01، 0/05و 0/1 مولار سولفات کبالت انباشت شده اند. شکل3 اختلاف در سطح سه منحنی را براي حالت میدان موازي و شکل4 براي حالت میدان عمود بر سطح نمونه نشان می دهد. همان گونه که این تصاویر نشان می دهند با افزایش غلظت کبالت در محلول الکترولیت، تعداد دانه هاي روي سطح افزایش می یابد. در واقع زمانی که غلظت افزایش می یابد، تراکم یون هاي درون الکترولیت بیشتر شده و با توجه به حرکت یون هاي بیشتربه
