Dependence of characteristics of Hf(M)SiBCN (M = Y, Ho, Ta, Mo) thin films on the M choice: Ab-initio and experimental study

Abstract

Amorfní materiály HfMSiBCN (M = Y, Ho, Ta, Mo nebo zvýšený obsah Hf namísto jakéhokoli jiného M) jsou prozkoumány pomocí výpočtů ab initio a magnetronového naprašování. Zaměřujeme se na spojení vysokoteplotní stability a oxidační odolnosti těchto materiálů s optimalizovanými mechanickými, optickými a elektrickými vlastnostmi. Zaprvé předpovídáme odpovídající trendy pomocí výpočtu vlivu volby a podílu M na formovací energii (Eform) a mechanické vlastnosti krystalů MN a HfxM1–xN. Diskutujeme závislost Eform(HfxM1–xN) na krystalické struktuře a rozložení Hf a M v kovové podmřížce. Mechanické vlastnosti vypočítané pro MN korelují se změřenými pro HfMSiBCN. Hnací síla k zabudování N, klesající s číslem skupiny M v periodické tabulce podle vypočítané Eform(MN), koreluje s naměřenou rostoucí měrnou elektrickou vodivostí a extinkčním koeficientem HfMSiBCN. Zadruhé modelujeme samy amorfní materiály HfMSiBCN pomocí ab-initio molekulární dynamiky. Vypočítaný zakázaný pás, lokalizace elektronových stavů a vazebné preference M rovněž odpovídají rostoucí kovovosti s ohledem k číslu skupiny M v periodické tabulce a potvrzují možnost předpovídat trendy charakteristik HfMSiBCN s využitím charakteristik MN. Zatřetí zkoumáme měřené vlastnosti HfMSiBCN jako vzájemné funkce a určujeme složení rozprašovaného terče vedoucí k tvrdým vrstvám s vysokou měrnou elektrickou vodivostí při poměrně nízkém extinkčním koeficientu. Výsledky jsou důležité pro návrh vodivých nebo průhledných tvrdých vysokoteplotních povlaků.