Стехіометрична еволюція багатофазних нітридів вольфраму за змінного потоку газу та впливу додаткової плазми під час магнетронного розпилення
DOI:
https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-3-64Ключові слова:
магнетронне розпилення, нітриди, вольфрам, рентгенівська дифракція, фаза, структура, потік газуАнотація
У роботі систематично досліджено вплив складу газової суміші Ar/N₂ та допоміжної плазмової активації на структурно-фазову еволюцію покриттів нітриду вольфраму (WN), осаджених методом планарного магнетронного розпилення. Покриття синтезували з використанням вольфрамової мішені діаметром 100 мм за різних режимів подачі реактивного газу (від 50 % до 10 % N₂) та за двох електричних конфігурацій: з додатковим зміщеним анодом (+200 В) і зі стандартним заземленим анодом.
Результати рентгеноструктурного аналізу в поєднанні з якісною та кількісною оптимізацією показали, що покриття мають складну гетерофазну структуру, утворену гексагональною фазою hcp-WN та кубічною фазою fcc-W2N. Встановлено, що стійке домінування фази hcp-WN з високо стабільною текстурою (111) відіграє роль жорсткого енергетично вигідного каркаса в усьому діапазоні співвідношень газових потоків. Зменшення вмісту азоту насамперед впливає на вторинний, більш структурно податливий компонент кубічної фази. За критичного дефіциту азоту (10 %) зростання пріоритетно орієнтованих кубічних площин (200) істотно пригнічується, що призводить до подрібнення зерен матриці (нанокристалізації) та стимулює структурну інтеграцію змішаної фазової конфігурації (220)fcc + (102)hcp. Крім того, застосування конфігурації з заземленим анодом призводить до зникнення зони допоміжного тліючого розряду та зниження густини плазми поблизу підкладки з 7,5×1010 см-3 до 4×1010 см-3. Внаслідок цього скорочується довжина поверхневої дифузії адатомів, що спричиняє швидке термічне загартування структури, повну втрату текстурованості, різке чотириразове зростання інтенсивності ізотропного рефлексу (111)fcc + (100)hcp та накопичення структурно недосконалих міжфазних границь. Застосування допоміжного зміщеного анода є ефективним інструментом для розділення руйнівного впливу високоенергетичного іонного бомбардування та позитивного ефекту структурного впорядкування, індукованого високоінтенсивною низькоенергетичною плазмовою активацією.
Посилання
O. Wenzel, V. Rein, M. Hugenschmidt, F. Schilling, C. Feldmann, and D. Gerthsen, RSC Adv. 11, 28198-28210 (2021). https://doi.org/10.1039/D1RA04448F
H. Liu, Z.-S. Wu, L. Huang, B.-W. Zhang, L.-C. Yin, C.-Y. Xu, and L. Zhen, J. Mater. Chem. A, 9, 11323-11330 (2021). https://doi.org/10.1039/D1TA01560E
X. Wu, Y. Jiang, T. Wu, B. Zuo, S. Bian, K. Lu, et al., Nanomaterials, 13, 2205 (2023). https://doi.org/10.3390/nano13152205
Liang, I. Osmond, G. Krach, L.-T. Shi, L. Brüning, U. Ranieri et al., Adv. Funct. Mater. 2313819 (2024). https://doi.org/10.1002/adfm.202313819
S. Anwar, S. Anwar, and B. Priyadarshini, J. Mater. Res. (2024). https://doi.org/10.1557/S43578-024-01353-1
H. Wang, J. Li, K. Li, Y. Lin, J. Chen, L. Gao et al., Chem. Soc. Rev. 50, 1354-1390 (2021). https://doi.org/10.1039/D0CS00415D
Z. Meng, S. Zheng, R. Luo, H. Tang, R. Wang, R. Zhang, et al., Nanomaterials, 12, 2660 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12152660
Z.-G. Yang, H.-M. Xu, T.-Y. Shuai, Q.-N. Zhan, Z.-J. Zhang, K. Huang, et al., Nanoscale, 15, 11777-11800 (2023). https://doi.org/10.1039/D3NR01607B
S.K. Mohanty, K.P.K. Reddy, C.-H. Wu, P.-T. Lee, K.-M. Chang, P. Busa, et al., Electronics, 11, 3432 (2022). https://doi.org/10.3390/electronics11213432
S. Han, S. Yang, X. Zeng, Y. Wu, T. Liu, H. Wang, and S. Ding, Crystals, 14, 951 (2024). https://doi.org/10.3390/cryst14110951
J. Li, G.-K. Ren, J. Chen, X. Chen, W. Wu, Y. Liu, X. Chen, et al., JOM, 74, 2717-2738 (2022). https://doi.org/10.1007/s11837-022-05294-0
M. Sasani Ghamsari, Metals, 13, 963 (2023). https://doi.org/10.3390/met13050963
S. Sério, Coatings, 14, 1041 (2024). https://doi.org/10.3390/coatings14081041
Liang, I. Osmond, G. Krach, L.-T. Shi, L. Brüning, U. Ranieri, et al., Adv. Funct. Mater. 34, 2313819 (2024). https://doi.org/10.1002/adfm.202313819
S. Anwar, S. Anwar, and B. Priyadarshini, J. Mater. Res. (2024). https://doi.org/10.1557/S43578-024-01353-1
L.-C. Chang, M.-C. Sung, L.-H. Chu, and Y.-I. Chen, Coatings, 10, 1252 (2020). https://doi.org/10.3390/coatings10121252
L. Bana, D. Vavassori, G. Marra, D. Dellasega, and M. Passoni, Surf. Coat. Technol. 514, 132544 (2025). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132544
Z. Wang, Y. Li, T. Hu, X. Tian, C. Gong, and H. Zhang, China Surf. Eng. 38, 99-106 (2025). https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240109001
Kosari Mehr, A. Kosari Mehr, Appl. Phys. A, 129, 693 (2023). https://doi.org/10.1007/s00339-023-06945-y
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
