Multikomponentní vrstvy s vysokou teplotní stabilitou připravené pulzním reaktivním magnetronovým naprašováním

Abstract

Překládaná dizertační práce se zabývá problematikou nových multifunkčních tenkovrstvých materiálů připravených pulzním reaktivním magnetronovým naprašováním. První a druhá kapitola se věnují úvodu a zhodnocení současného stavu problematiky vysokoteplotních materiálů. Ve třetí kapitole jsou stanoveny tři dílčí cíle dizertační práce. Čtvrtá kapitola popisuje metodologii přípravy vrstev a provedených analýz. Pátá kapitola obsahuje dosažené výsledky a je rozdělena do čtyř částí. V první studii je provedeno zkoumání závislosti vlastností materiálů MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) na volbě kovového prvku M. Jsou zde vysvětleny zjištěné rozdíly ve struktuře, vlastnostech a oxidační odolnosti vrstev MSiBCN. S přechodem Ti - Zr - Hf narůstá tendence k segregaci nanokrystalů v materiálu. V případě materiálů s vysokým obsahem N dochází k rozšíření zakázaného pásu (tj. k nárůstu elektrické rezistivity a optické transparence) a ke zvýšení oxidační odolnosti vrstev MSiBCN. U materiálů s nízkým obsahem N naopak oxidační odolnost klesá. Druhá část se zabývá vlivem podílu N2 ve výbojové směsi a délky napěťových pulzů na složení, vlastnosti a oxidační odolnost za vysokých teplot vrstev HfBSiCN. Složením výbojové směsi lze řídit elektrické a optické vlastnosti připravených vrstev a jejich oxidační odolnost. Při optimalizované délce napěťových pulzů byly připraveny dvě amorfní a dostatečně tvrdé (20-22 GPa) vrstvy: elektricky vodivá netransparentní vrstva Hf7B23Si22C6N40 a opticky transparentní nevodivá vrstva Hf6B21Si19C4N47, které vykazují velmi vysokou oxidační odolnost až do 1500 °C, a to díky vytvoření nanokompozitní povrchové oxidové vrstvy (o tloušťce 360 nm). Ta je tvořena nanokrystaly HfO2 v amorfní matrici na bázi SiO2 a tvoří účinnou bariéru vůči průniku tepla a kyslíku do materiálu. Třetí a čtvrtá část páté kapitoly se věnuje vyšetřování vlivu příměsí ve vrstvách HfBSiCN na jejich vysokoteplotní stabilitu a elektrické a optické vlastnosti. Nejprve jsou uvedeny výsledky získané pro vrstvy HfBSiXCN (X = Y, Ho). Při 50% podílu Si byly připraveny amorfní nevodivé vrstvy HfBSiXCN s vysokou tvrdostí (23 GPa), optickou transparencí a oxidační odolností. Přidání příměsi X = Y nebo Ho vede ke snížení tloušťky oxidové vrstvy po ohřevu ve vzduchu do 1500 °C na 194 nm u vrstvy Hf6B12Si29Y2C2N45 a 202 nm u vrstvy Hf5B13Si25Ho3C2N48 oproti vrstvě HfBSiCN (243 nm). Navíc bylo pozorováno, že oxidace vrstvy Hf5B13Si25Ho3C2N48 začíná až při teplotách nad 1200 °C. V poslední části jsou vyšetřovány vrstvy HfBSiXCN (X = Mo, Zr, Ta). Všechny vrstvy vykazují relativně vysokou tvrdost (20-24 GPa). Přidáním Mo nebo Ta do vrstev lze dosáhnout zvýšení jejich elektrické vodivosti. Vrstva Hf7B23Si21Mo6C3N35 vykazuje mnohem nižší oxidační odolnost do 1300 °C v porovnání s vrstvami Hf7B25Si20Zr2C3N38, Hf7B23Si21Ta2C4N38 a Hf8B21Si22C4N41. Šestá kapitola obsahuje stručný souhrn dosažených výsledků. V sedmé kapitole je uveden seznam citované literatury a přehled prací dizertanta.