Effect of energetic particles on pulsed magnetron sputtering of hard nanocrystalline MBCN (M = Ti, Zr, Hf) films with high electrical conductivity

Abstract

Nanokrystalické vrstvy MBCN (M = Ti, Zr, Hf) byly deponovány na Si substráty pomocí pulzního magnetronového rozprašování terče B4C-M. Teplota substrátů na plovoucím potenciálu byla 450 °C. Tlak plynné směsi 95 % Ar + 5 % N2 byl 0,5 Pa pro TiBCN a ZrBCN, pro HfBCN musel být zvýšen na 1,7 Pa kvůli snížení kompresního pnutí. Hmotnostní spektroskopie s energiovým rozlišením umožnila propojit energii Ar+ iontů bombardujících rostoucí vrstvy s vysokými kladnými překmity napětí následujícími po negativních pulzech. Monte-Carlo simulace umožnily odhadnout energii a tok rozprášených atomů M a odražených atomů Ar na substrát. Ukázali jsme, že energie a tok odražených atomů Ar silně rostou s hmotností terčových atomů M. Vrstvy MBCN obsahující 41–46 at. % M, 25–31 at. % B, 7–10 at. % C a 14–22 at. % N mají vysokou tvrdost (18–37 GPa), vysokou elastickou vratnost (69–85 %), vysoký poměr H/E* (0,10–0,14) a nízkou elektrickou rezistivitu (1,7–2,7 µΩm) při nízkém kompresním pnutí (pod 0,8 GPa).