Závislost charakteristik tenkých vrstev Hf(M)SiBCN (M = Y, Ho, Ta, Mo) na výběru M: ab initio a experimentální studie

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.Self-formation of a unique dual glassy-crystalline structure in binary W–Zr system was observed for a film with 28 at.% Zr prepared by magnetron co-sputtering. The film is composed of conical columnar domains of α-W(Zr) solid solution structure surrounded by featureless areas corresponding to a W–Zr metallic glass. The conical domains have their axes perpendicular to the film surface. Most of the domains have the apex at or close to the substrate surface, which corresponds to the point of primary nucleation. The surface ratio of glassy and crystalline phase (bases of the cones) is dependent on the film thickness. The dual structure is prepared in a very narrow window of the elemental composition. We suppose that the specific elemental composition and the diffusivity or mobility of sputtered adatoms are crucial for the self-formation of the dual structure