Effect of positive pulse voltage in bipolar reactive HiPIMS on crystal structure, microstructure and mechanical properties of CrN films

Abstract

Vrstvy CrN byly připraveny ve třech konfiguracích módu HiPIMS výboje a potenciálu držáku substrátů. Zkoumáme vliv napětí v kladném pulzu (30–400 V) v bipolárním HiPIMS na krystalovou strukturu, mikrostrukturu a související mechanické vlastnosti vrstev a porovnáváme s vlivem standardního DC předpětí na držáku substrátů v unipolárním HiPIMS. Zjistili jsme, že když je držák substrátů na plovoucím potenciálu, jeho nabíjení způsobuje ztrátu rozdílu potenciálů mezi plazmatem a substrátem, který je nutný pro urychlení iontů, a nepozorujeme tak žádný výrazný vývoj s rostoucím kladným napětím. Když je ale držák substrátů uzemněn, vliv kladného napětí je zřejmý a odlišný od vlivu DC předpětí. Důvodem je hlavně rozdíl v energiích vnesených do vrstvy bombardujícími ionty. Vrstvy připravené pomocí bipolárního HiPIMS s napětím v kladném pulzu 90 a 120 V vykazují nejzajímavější vlastnosti, a to vysokou tvrdost (23,5 a 23,1 GPa) při relativně nízkém tlakovém pnutí (1,7 a 1,5 GPa). Tyto výsledky naznačují, že pokud je rostoucí vrstva uzemněna, bipolární HiPIMS je vhodnou metodou pro vylepšení vlastností vrstev.