Tunable composition and properties of Al–O–N films prepared by reactive deep oscillation magnetron sputtering

Abstract

We report a low-temperature deposition of Al–O–N films in a wide range of compositions. We use and explain the advantages of reactive deep oscillation magnetron sputtering (leading to suppressed arcing on the Al target) with a pulsed reactive gas flow control and optimized reactive gas inlet position (leading to a very smooth composition control, despite the different reactivities of O2 and N2). Next, we focus on the relationships between film composition, structure and functional properties. We demonstrate a smoothly controlled refractive index at a very low extinction coefficient, and identify the Al–O–N composition leading to the highest hardness, elastic recovery and elastic strain to failure. We discuss some of the technological applications which these properties are useful for.

Popisujeme nízkoteplotní depozici tenkých vrstev Al–O–N v širokém rozsahu složení. Používáme a vysvětlujeme výhody magnetronového naprašování s hlubokými oscilacemi napětí (vedoucího na potlačení obloukování na Al terči) s pulzní kontrolou napouštění reaktivního plynu a optimalizovanou pozicí vstupu reaktivního plynu (vedoucího na velmi plynulou kontrolu složení, i přes odlišné reaktivity O2 a N2). Poté se zaměřujeme na vztahy mezi složením, strukturou a funkčními vlastnostmi vytvořených vrstev. Demonstrujeme plynule měnitelný index lomu při velmi nízkém extinkčním koeficientu a identifikujeme složení Al–O–N vedoucí na nejvyšší hodnoty tvrdosti, elastického zotavení a maximální elastické deformace. Diskutujeme některé technologické aplikace, pro které jsou tyto vlastnosti zajímavé.