Application of photoemission spectroscopy in surface characterization of chromium oxide to define oxide phases growing by reactive magnetron sputtering deposition

Abstract

Oksite geçiş metallerin teknolojik uygulamalarda çok büyük bir uygulama alanı vardır. Bundan dolayı bu çalışmada geçiş metali olan krom çalışıldı. Kromun bir kaç oksitlenmiş fazı vardır. Ayrıca bu çalışmada üzerinde durulan ikinci nokta ise ultra ince filmlerle bu çalışmayı gerçekleştirmektir. Çünkü ince filmlerin teknolojik uyglumalarda çok büyük avantajları vardır. Bu yüzden bu çalışmada angstrom seviyesinde ultra ince filmler hazırlanmıştır. Bu çalışmada, Cr2O3 ince filmlerin büyütülmesi magnetron saçtırma yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Doğal oksitlenmiş silisyum kristalin üzerinde büyütülmüş olan Cr2O3 ultra ince filmler UHV şartlarında büyütüldü. Turbo moleküler pump ve diğer pompalar ile yüksek vakum elde ediliyor. Argon gazı saçtırma gazı olarak kullanılmıştır. Argon gazı saf Cr target'tan (hedef malzeme) Cr atomlarını koparıp alt taşın üstünde büyümesi sağlanmış olur. Cr2O3 ince filmlerin büyümesi için ortama oksijen belli şartlar altında veriliyor. Bu çalışma da büyütme iki yöntem ile gerçekleşmiştir. İlk çalışmalar Pulsed DC ile ikinci çalışmalarda ise RF ile ultra ince filmler hazırlanmıştır. Bu hazırlanmış ince filmler yüzey analizi için çok etkili bir yöntem olan XPS ile analiz edilmiştir. XPS ultra ince filmin yüzeyindeki elementler hakkında bilgi verir. Büyütülen ince filmler büyütülme sırasında QCM ile kalınlıkları kontrol edilmiştir. Cr2O3 ultra ince filmler yukarda kısaca anlatıldğı gibi hazırlanmıştır. Pulsed DC ve RF magnetron saçtırma yöntemleri ile hazırlanmış numuneler farklı alttaş sıcaklığı ve bazı numuneler büyütme işlemi bittikten sonra tavlama işlemine tabi tutulmuştur. Bu farklı parametrelerin etkisi XPS ile incelenmiştir. Genel olarak hazırlanan örnekler çok katmanlı fılmler de antiferromagnetik malzeme olarak spintronik uygulamalarda kullanılabilir.

The transition half-metal oxides (TMOs) have a wide technological application. Chromium oxide which is a TMOs is performed. The ultra-thin film of these TMOs got a very big attention due to the ultra-thin films could be enhanced in material feature. The ultra-thin films are prepared in angstrom range by magnetron sputtering. Due to the requirement of the clean environment, the ultra-thin films were prepared under the UHV condition that is obtained by Turbo Mechanical and mechanical pumps. The growth has been employed on the naturally oxidized silicon crystal substrate. The Si crystal is mounted in the system after cleaning. Then the growth has been done by Argon gas which is sputtered the Cr atoms from the target. The scattered Cr atoms accumulate on the crystal. For oxide films, the oxygen was fed to the chamber. The growth has been done by two methods in order to understand the methods of growth effect on the thin film deposition. First, the growth has been initiated with Pulsed DC, then the RF magnetron sputtering has been employed for many ultra-thin films growth for different parameters. The planned variety samples were examined by XPS that is very effective method to analyze the ultra-thin film surface compounds. The thickness was controlled by QCM during growth. The objective of this work is to grow the Cr2O3 thin films on Si crystal by magnetron sputtering that are basis for future work of multi-layer specimens that is going to be used for spintronic application as an antiferromagnetic material.