Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima
Properties of nanostructured nickel thin films obtained by glancing angle deposition
Аутори
Potočnik, JelenaОстала ауторства
Mentus, Slavko V.Popović, Maja
Cvjetićanin, Nikola
Stojković-Simatović, Ivana
Докторска теза (Објављена верзија)
Метаподаци
Приказ свих података о документуАпстракт
Istraživanja nanostrukturnih tankih slojeva nikla su od velikog značaja zbog veoma dobrih fizičkih i hemijskih svojstava ovog metala. Nikl je materijal koji ima veliku primjenu u različitim oblastima nauke i tehnologije, zahvaljujući svojstvima kao što su visoka Curie-va temperatura, niska električna otpornost, dobra toplotna provodljivost, otpornost na koroziju, itd. U okviru ovog rada, tanki slojevi nikla su dobijeni metodom deponovanja pri malim uglovima, na podlogu od stakla, primjenom elektronskog bombardovanja mete, u uslovima visokog vakuuma. Dobijeni tanki slojevi su se sastojali iz vertikalnih, kosih i cik-cak stubića. Mijenjanjem ugla pod kojim se podloga nalazi, u odnosu na fluks atoma nikla, deponovani su uzorci različite poroznosti. Deponovanje je vršeno pri dva različita ugla, u odnosu na normalu na površinu, i to 65o i 85o. Osnovni cilj ovih eksperimentalnih istraživanja je doprinos što boljem razumijevanju promjena svojstava tankih slojeva nikla koje nastaju pri različi...tim uslovima deponovanja. Proučavan je uticaj debljine, strukture i poroznosti slojeva nikla na hemijska, magnetna, optička, električna i elektrohemijska svojstva deponovanih uzoraka. Strukturna svojstva tankih slojeva nikla su analizirana skanirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM), mikroskopijom u polju atomskih sila (AFM), kao i difrakcijom X-zraka (XRD). Skanirajuća elektronska mikroskopija je potvrdila oblik dobijenih struktura, a pomoću ove metode je određena i debljina deponovanih slojeva, kao i prečnik stubića. Utvrđeno je da, kako debljina deponovanih slojeva raste, tako raste i prečnik stubića. AFM metodom je analizirana saturaciona srednja površinska hrapavost dobijenih uzoraka, dok je metoda difrakcije X-zraka služila za identifikaciju prisutnih faza u njima. Pokazano je da tanki slojevi nikla rastu preferentno duž (111) pravca. Takođe, XRD metodom su određene veličine kristalita, kao i konstanta rešetke. Određivanje sastava uzoraka i identifikacija hemijskih veza je vršena rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS). Analizom dobijenih rezultata je utvrđeno da je metalni nikl dominantna komponenta u deponovanim uzorcima. Pored nikla, nađeno je i prisustvo nečistoća, kao što su kiseonik i ugljenik, čak i u dubljim slojevima uzorka. Njihovo prisustvo se može povezati sa poroznom strukturom nanostrukturnih tankih slojeva nikla i činjenicom da su uzorci bili izloženi vazduhu prije analize. Magnetna svojstva uzoraka su posmatrana mikroskopom koji je zasnovan na magnetno–optičkom Kerr-ovom efektu (MOKE). Kod svih uzoraka je uočena magnetna anizotropija u ravni, u pravcu jedne ose. Analizirajući dobijene rezultate je nađeno da hrapavost utiče na koercitivnost deponovanih uzoraka i to za uzorke manjih debljina, ali kako se debljina povećava, magnetna svojstva su uglavnom određena mehanizmom rasta samih stubića. Uočava se da se javlja anizotropija koercitivnosti, kada je mjerenje
urađeno pri dva suprotna azimutalna ugla. Do pojave anizotropije dolazi zato što je pored komponente magnetizacije koja se nalazi u ravni, u uzorcima uočeno i prisustvo komponente koja je usmjerena van ravni uzorka, tj. prisustvo polarne komponente. Samim tim se tokom snimanja u longitudinalnom režimu rada (LMOKE) bilježi ukupan signal koji potiče i od longitudinalnog i od polarnog Kerr-ovog efekta. Izvršeno je razdvajanje signala (sabiranjem i oduzimanjem histerezisnih petlji) i analizirano je ponašanje LMOKE komponente magnetizacije u funkciji debljine deponovanih slojeva. Upoređujući vrijednosti za koercitivnost uzoraka sa istom strukturom, a koji su deponovani pri uglovima 65o i 85o, nađeno je da koercitivnost raste kako se povećava poroznost analiziranih uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom su analizirana optička svojstva tankih slojeva nikla. Kod svih uzoraka je uočeno da se indeks prelamanja smanjuje, dok koeficijent ekstinkcije raste sa debljinom. Indeks prelamanja, na vrijednosti energije fotona od 1,96 eV (što odgovara talasnoj dužini od 633 nm), je iskorišćen za određivanje poroznosti deponovanih slojeva. Nađeno je da se, kod svih deponovanih struktura, poroznost povećava sa porastom debljine uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom se određivala i optička otpornost dobijenih uzoraka. Nađeno je da optička otpornost zavisi, kako od prisustva nikl oksida u deponovanim slojevima, tako i od strukture samih slojeva (širina stubića, granica zrna, poroznost, itd.). Metoda četiri tačke je služila za određivanje električne otpornosti uzoraka. Kod uzoraka koji se sastoje iz vertikalnih i kosih stubića, deponovanih pod uglovima od 65o i 85o, je nađeno da električna otpornost opada sa porastom debljine, što se može povezati sa boljom kristaličnošću sloja, manjom gustinom defekata, kao i smanjenjem udjela granice zrna. U slučaju uzoraka koji se sastoje iz cik-cak struktura uočen je porast u električnoj otpornosti sa debljinom, što je posljedica veće poroznosti ovih slojeva, odnosno izraženim uticajem adsorbovanog kiseonika na granicama zrna. Treba napomenuti da su optička mjerenja pokazala da optička otpornost prati promjenu električne otpornosti. Elektrohemijska svojstva tankih slojeva nikla su analizirana cikličnom voltametrijom. Proučavane su serije uzoraka, različitih struktura, koje su dobijene deponovanjem pod uglom od 65o. Pokazano je da je reakcija izdvajanja vodonika na tankim slojevima nikla koji se sastoje iz vertikalnih, kosih i cik-cak struktura više katalizovana u odnosu na polikristalni Ni. Razlog je veća elektrohemijski aktivna površina, odnosno formiranje više aktivnih centara za adsorpciju vodonika i zatim za njegovo izdvajanje.
Research of nanostructured nickel thin films is of great importance because ofvery good physical and chemical properties of this material. Nickel is a material used invarious fields of science and technology, due to its properties such as high Curietemperature, low electrical resistivity, good thermal conductivity, corrosion resistance,etc...
Кључне речи:
nanostrukturni tanki filmovi / nanostructured thin films / nikl / deponovanje pri malim uglovima / SEM / AFM / XRD / XPS / MOKE / spektroskopska elipsometrija / ciklična voltametrija / nickel / glancing angle deposition / SEM / AFM / XRD / XPS / MOKE / spectroscopic ellipsometry / cyclic voltammetryИзвор:
Универзитет у Београду, 2017Издавач:
- Универзитет у Београду, Факултет за физичку хемију
Финансирање / пројекти:
URI
http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=5433https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:16818/bdef:Content/download
http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=99999&RID=49631247
http://nardus.mpn.gov.rs/123456789/8964
https://vinar.vin.bg.ac.rs/handle/123456789/7988
Колекције
Институција/група
VinčaTY - THES AU - Potočnik, Jelena PY - 2017 UR - http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=5433 UR - https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:16818/bdef:Content/download UR - http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=99999&RID=49631247 UR - http://nardus.mpn.gov.rs/123456789/8964 UR - https://vinar.vin.bg.ac.rs/handle/123456789/7988 AB - Istraživanja nanostrukturnih tankih slojeva nikla su od velikog značaja zbog veoma dobrih fizičkih i hemijskih svojstava ovog metala. Nikl je materijal koji ima veliku primjenu u različitim oblastima nauke i tehnologije, zahvaljujući svojstvima kao što su visoka Curie-va temperatura, niska električna otpornost, dobra toplotna provodljivost, otpornost na koroziju, itd. U okviru ovog rada, tanki slojevi nikla su dobijeni metodom deponovanja pri malim uglovima, na podlogu od stakla, primjenom elektronskog bombardovanja mete, u uslovima visokog vakuuma. Dobijeni tanki slojevi su se sastojali iz vertikalnih, kosih i cik-cak stubića. Mijenjanjem ugla pod kojim se podloga nalazi, u odnosu na fluks atoma nikla, deponovani su uzorci različite poroznosti. Deponovanje je vršeno pri dva različita ugla, u odnosu na normalu na površinu, i to 65o i 85o. Osnovni cilj ovih eksperimentalnih istraživanja je doprinos što boljem razumijevanju promjena svojstava tankih slojeva nikla koje nastaju pri različitim uslovima deponovanja. Proučavan je uticaj debljine, strukture i poroznosti slojeva nikla na hemijska, magnetna, optička, električna i elektrohemijska svojstva deponovanih uzoraka. Strukturna svojstva tankih slojeva nikla su analizirana skanirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM), mikroskopijom u polju atomskih sila (AFM), kao i difrakcijom X-zraka (XRD). Skanirajuća elektronska mikroskopija je potvrdila oblik dobijenih struktura, a pomoću ove metode je određena i debljina deponovanih slojeva, kao i prečnik stubića. Utvrđeno je da, kako debljina deponovanih slojeva raste, tako raste i prečnik stubića. AFM metodom je analizirana saturaciona srednja površinska hrapavost dobijenih uzoraka, dok je metoda difrakcije X-zraka služila za identifikaciju prisutnih faza u njima. Pokazano je da tanki slojevi nikla rastu preferentno duž (111) pravca. Takođe, XRD metodom su određene veličine kristalita, kao i konstanta rešetke. Određivanje sastava uzoraka i identifikacija hemijskih veza je vršena rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS). Analizom dobijenih rezultata je utvrđeno da je metalni nikl dominantna komponenta u deponovanim uzorcima. Pored nikla, nađeno je i prisustvo nečistoća, kao što su kiseonik i ugljenik, čak i u dubljim slojevima uzorka. Njihovo prisustvo se može povezati sa poroznom strukturom nanostrukturnih tankih slojeva nikla i činjenicom da su uzorci bili izloženi vazduhu prije analize. Magnetna svojstva uzoraka su posmatrana mikroskopom koji je zasnovan na magnetno–optičkom Kerr-ovom efektu (MOKE). Kod svih uzoraka je uočena magnetna anizotropija u ravni, u pravcu jedne ose. Analizirajući dobijene rezultate je nađeno da hrapavost utiče na koercitivnost deponovanih uzoraka i to za uzorke manjih debljina, ali kako se debljina povećava, magnetna svojstva su uglavnom određena mehanizmom rasta samih stubića. Uočava se da se javlja anizotropija koercitivnosti, kada je mjerenje urađeno pri dva suprotna azimutalna ugla. Do pojave anizotropije dolazi zato što je pored komponente magnetizacije koja se nalazi u ravni, u uzorcima uočeno i prisustvo komponente koja je usmjerena van ravni uzorka, tj. prisustvo polarne komponente. Samim tim se tokom snimanja u longitudinalnom režimu rada (LMOKE) bilježi ukupan signal koji potiče i od longitudinalnog i od polarnog Kerr-ovog efekta. Izvršeno je razdvajanje signala (sabiranjem i oduzimanjem histerezisnih petlji) i analizirano je ponašanje LMOKE komponente magnetizacije u funkciji debljine deponovanih slojeva. Upoređujući vrijednosti za koercitivnost uzoraka sa istom strukturom, a koji su deponovani pri uglovima 65o i 85o, nađeno je da koercitivnost raste kako se povećava poroznost analiziranih uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom su analizirana optička svojstva tankih slojeva nikla. Kod svih uzoraka je uočeno da se indeks prelamanja smanjuje, dok koeficijent ekstinkcije raste sa debljinom. Indeks prelamanja, na vrijednosti energije fotona od 1,96 eV (što odgovara talasnoj dužini od 633 nm), je iskorišćen za određivanje poroznosti deponovanih slojeva. Nađeno je da se, kod svih deponovanih struktura, poroznost povećava sa porastom debljine uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom se određivala i optička otpornost dobijenih uzoraka. Nađeno je da optička otpornost zavisi, kako od prisustva nikl oksida u deponovanim slojevima, tako i od strukture samih slojeva (širina stubića, granica zrna, poroznost, itd.). Metoda četiri tačke je služila za određivanje električne otpornosti uzoraka. Kod uzoraka koji se sastoje iz vertikalnih i kosih stubića, deponovanih pod uglovima od 65o i 85o, je nađeno da električna otpornost opada sa porastom debljine, što se može povezati sa boljom kristaličnošću sloja, manjom gustinom defekata, kao i smanjenjem udjela granice zrna. U slučaju uzoraka koji se sastoje iz cik-cak struktura uočen je porast u električnoj otpornosti sa debljinom, što je posljedica veće poroznosti ovih slojeva, odnosno izraženim uticajem adsorbovanog kiseonika na granicama zrna. Treba napomenuti da su optička mjerenja pokazala da optička otpornost prati promjenu električne otpornosti. Elektrohemijska svojstva tankih slojeva nikla su analizirana cikličnom voltametrijom. Proučavane su serije uzoraka, različitih struktura, koje su dobijene deponovanjem pod uglom od 65o. Pokazano je da je reakcija izdvajanja vodonika na tankim slojevima nikla koji se sastoje iz vertikalnih, kosih i cik-cak struktura više katalizovana u odnosu na polikristalni Ni. Razlog je veća elektrohemijski aktivna površina, odnosno formiranje više aktivnih centara za adsorpciju vodonika i zatim za njegovo izdvajanje. AB - Research of nanostructured nickel thin films is of great importance because ofvery good physical and chemical properties of this material. Nickel is a material used invarious fields of science and technology, due to its properties such as high Curietemperature, low electrical resistivity, good thermal conductivity, corrosion resistance,etc... PB - Универзитет у Београду, Факултет за физичку хемију T2 - Универзитет у Београду T1 - Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima UR - https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_8964 ER -
@phdthesis{ author = "Potočnik, Jelena", year = "2017", abstract = "Istraživanja nanostrukturnih tankih slojeva nikla su od velikog značaja zbog veoma dobrih fizičkih i hemijskih svojstava ovog metala. Nikl je materijal koji ima veliku primjenu u različitim oblastima nauke i tehnologije, zahvaljujući svojstvima kao što su visoka Curie-va temperatura, niska električna otpornost, dobra toplotna provodljivost, otpornost na koroziju, itd. U okviru ovog rada, tanki slojevi nikla su dobijeni metodom deponovanja pri malim uglovima, na podlogu od stakla, primjenom elektronskog bombardovanja mete, u uslovima visokog vakuuma. Dobijeni tanki slojevi su se sastojali iz vertikalnih, kosih i cik-cak stubića. Mijenjanjem ugla pod kojim se podloga nalazi, u odnosu na fluks atoma nikla, deponovani su uzorci različite poroznosti. Deponovanje je vršeno pri dva različita ugla, u odnosu na normalu na površinu, i to 65o i 85o. Osnovni cilj ovih eksperimentalnih istraživanja je doprinos što boljem razumijevanju promjena svojstava tankih slojeva nikla koje nastaju pri različitim uslovima deponovanja. Proučavan je uticaj debljine, strukture i poroznosti slojeva nikla na hemijska, magnetna, optička, električna i elektrohemijska svojstva deponovanih uzoraka. Strukturna svojstva tankih slojeva nikla su analizirana skanirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM), mikroskopijom u polju atomskih sila (AFM), kao i difrakcijom X-zraka (XRD). Skanirajuća elektronska mikroskopija je potvrdila oblik dobijenih struktura, a pomoću ove metode je određena i debljina deponovanih slojeva, kao i prečnik stubića. Utvrđeno je da, kako debljina deponovanih slojeva raste, tako raste i prečnik stubića. AFM metodom je analizirana saturaciona srednja površinska hrapavost dobijenih uzoraka, dok je metoda difrakcije X-zraka služila za identifikaciju prisutnih faza u njima. Pokazano je da tanki slojevi nikla rastu preferentno duž (111) pravca. Takođe, XRD metodom su određene veličine kristalita, kao i konstanta rešetke. Određivanje sastava uzoraka i identifikacija hemijskih veza je vršena rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS). Analizom dobijenih rezultata je utvrđeno da je metalni nikl dominantna komponenta u deponovanim uzorcima. Pored nikla, nađeno je i prisustvo nečistoća, kao što su kiseonik i ugljenik, čak i u dubljim slojevima uzorka. Njihovo prisustvo se može povezati sa poroznom strukturom nanostrukturnih tankih slojeva nikla i činjenicom da su uzorci bili izloženi vazduhu prije analize. Magnetna svojstva uzoraka su posmatrana mikroskopom koji je zasnovan na magnetno–optičkom Kerr-ovom efektu (MOKE). Kod svih uzoraka je uočena magnetna anizotropija u ravni, u pravcu jedne ose. Analizirajući dobijene rezultate je nađeno da hrapavost utiče na koercitivnost deponovanih uzoraka i to za uzorke manjih debljina, ali kako se debljina povećava, magnetna svojstva su uglavnom određena mehanizmom rasta samih stubića. Uočava se da se javlja anizotropija koercitivnosti, kada je mjerenje urađeno pri dva suprotna azimutalna ugla. Do pojave anizotropije dolazi zato što je pored komponente magnetizacije koja se nalazi u ravni, u uzorcima uočeno i prisustvo komponente koja je usmjerena van ravni uzorka, tj. prisustvo polarne komponente. Samim tim se tokom snimanja u longitudinalnom režimu rada (LMOKE) bilježi ukupan signal koji potiče i od longitudinalnog i od polarnog Kerr-ovog efekta. Izvršeno je razdvajanje signala (sabiranjem i oduzimanjem histerezisnih petlji) i analizirano je ponašanje LMOKE komponente magnetizacije u funkciji debljine deponovanih slojeva. Upoređujući vrijednosti za koercitivnost uzoraka sa istom strukturom, a koji su deponovani pri uglovima 65o i 85o, nađeno je da koercitivnost raste kako se povećava poroznost analiziranih uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom su analizirana optička svojstva tankih slojeva nikla. Kod svih uzoraka je uočeno da se indeks prelamanja smanjuje, dok koeficijent ekstinkcije raste sa debljinom. Indeks prelamanja, na vrijednosti energije fotona od 1,96 eV (što odgovara talasnoj dužini od 633 nm), je iskorišćen za određivanje poroznosti deponovanih slojeva. Nađeno je da se, kod svih deponovanih struktura, poroznost povećava sa porastom debljine uzoraka. Spektroskopskom elipsometrijom se određivala i optička otpornost dobijenih uzoraka. Nađeno je da optička otpornost zavisi, kako od prisustva nikl oksida u deponovanim slojevima, tako i od strukture samih slojeva (širina stubića, granica zrna, poroznost, itd.). Metoda četiri tačke je služila za određivanje električne otpornosti uzoraka. Kod uzoraka koji se sastoje iz vertikalnih i kosih stubića, deponovanih pod uglovima od 65o i 85o, je nađeno da električna otpornost opada sa porastom debljine, što se može povezati sa boljom kristaličnošću sloja, manjom gustinom defekata, kao i smanjenjem udjela granice zrna. U slučaju uzoraka koji se sastoje iz cik-cak struktura uočen je porast u električnoj otpornosti sa debljinom, što je posljedica veće poroznosti ovih slojeva, odnosno izraženim uticajem adsorbovanog kiseonika na granicama zrna. Treba napomenuti da su optička mjerenja pokazala da optička otpornost prati promjenu električne otpornosti. Elektrohemijska svojstva tankih slojeva nikla su analizirana cikličnom voltametrijom. Proučavane su serije uzoraka, različitih struktura, koje su dobijene deponovanjem pod uglom od 65o. Pokazano je da je reakcija izdvajanja vodonika na tankim slojevima nikla koji se sastoje iz vertikalnih, kosih i cik-cak struktura više katalizovana u odnosu na polikristalni Ni. Razlog je veća elektrohemijski aktivna površina, odnosno formiranje više aktivnih centara za adsorpciju vodonika i zatim za njegovo izdvajanje., Research of nanostructured nickel thin films is of great importance because ofvery good physical and chemical properties of this material. Nickel is a material used invarious fields of science and technology, due to its properties such as high Curietemperature, low electrical resistivity, good thermal conductivity, corrosion resistance,etc...", publisher = "Универзитет у Београду, Факултет за физичку хемију", journal = "Универзитет у Београду", title = "Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima", url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_8964" }
Potočnik, J.. (2017). Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima. in Универзитет у Београду Универзитет у Београду, Факултет за физичку хемију.. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_8964
Potočnik J. Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima. in Универзитет у Београду. 2017;. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_8964 .
Potočnik, Jelena, "Svojstva nanostrukturnih tankih slojeva nikla dobijenih metodom deponovanja pri malim uglovima" in Универзитет у Београду (2017), https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_8964 .