Přejít k obsahu


Dependence of characteristics of MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) on the choice of metal element: experimental and ab-initio study

Citace:
HOUŠKA, J., MAREŠ, P., ŠÍMOVÁ, V., ZUZJAKOVÁ, Š., ČERSTVÝ, R., VLČEK, J. Dependence of characteristics of MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) on the choice of metal element: experimental and ab-initio study. Thin Solid Films, 2016, roč. 616, č. 1 October 2016, s. 359-365. ISSN: 0040-6090
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Dependence of characteristics of MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) on the choice of metal element: experimental and ab-initio study
Rok vydání: 2016
Autoři: Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , Ing. Pavel Mareš , Ing. Veronika Šímová , Ing. Šárka Zuzjaková Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Prof. RNDr. Jaroslav Vlček CSc.
Abstrakt CZ: Článek se zabývá materiály MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) připravenými pulzním dc reaktivním magnetronovým naprašováním z terčů M15Si20(B4C)65. Soustředíme se na vliv volby kovového prvku a složení výbojové směsi N2+Ar. Experimentální výsledky jsou porovnány s a vysvětleny pomocí ab-initio výpočtů. Ukazujeme, že přechod od Ti přes Zr k Hf vede k (i) rostoucí preferenci segregace, (ii) slabší roli M kolem Fermiho meze a otevření širšího zakázaného pásu při vysokém obsahu N, (iii) vyšší elektrické rezistivitě a nižšímu extinkčnímu koeficientu při vysokém obsahu N, (iv) vyšší energii vzešlé z oxidace jednodušších fází obsahujících M a následně ke klesající oxidační odolnosti při nízkém obsahu N a (v) rostoucí oxidační odolnosti při vysokém obsahu N. Výsledky jsou důležité pro design povlaků s řízenou kombinací mechanických, elektrických a optických vlastností a oxidační odolnosti.
Abstrakt EN: The paper deals with MSiBCN (M = Ti, Zr, Hf) thin films prepared by pulsed dc reactive magnetron sputtering of M15Si20(B4C)65 targets. We focus on the effect of M choice and N2+Ar discharge gas mixture composition. The experimental results are complemented and explained by ab-initio calculations. We find that the transition from Ti through Zr to Hf leads to (i) increasing driving force towards segregation, (ii) weaker role of M around the Fermi level and opening of a wider band gap in N-rich compositions, (iii) higher electrical resistivity and lower extinction coefficient in N-rich compositions, (iv) increasing energy resulting from the oxidation of constituent M-containing phases, and consequently decreasing oxidation resistance of N-poor compositions and (v) increasing oxidation resistance of N-rich compositions. The results are important for the design of future coatings with tailored combinations of mechanical, electrical and optical properties and oxidation resistance.
Klíčová slova

Zpět

Patička