Influence of pulsed bias on CrN coatings prepared by reactive magnetron sputtering

Die Herstellung dünner Schichten mittels Gasphasenabscheidung (PVD) basiert auf der Kondensation von Teilchen aus der Gasphase mit anschließendem Wachstum. Dabei sind die Anzahl und die Energie der auftreffenden Teilchen von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung der Mikrostruktur und beeinflussen dadurch maßgeblich die mechanischen Eigenschaften. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde versucht, den positiven Einfluss von plasma-basierten Elektronenbeschuss (PBEB) und Ionenbeschuss auf die Mikrostruktur von CrN-Hartstoffschichten zu kombinieren. Für diesen Zweck wurden CrN-Schichten unter Anwendung reaktiver unbalancierter Magnetronzerstäubung auf Siliziumsubstraten abgeschieden. Als Biasspannung, erzeugt mit einem ENI RPG50 Plasma Generator, wurde sowohl Gleich- als auch bipolar asymmetrisch gepulste Spannung verwendet. Dieser Aufbau ermöglicht das Anlegen einer negativen Biasspannung in Kombination mit positiven Pulsen im kHz-Bereich und generiert damit einerseits ein PBEB als auch einen Ionenbeschuss der Schichtoberfläche. Die Mikrostruktur wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops untersucht. Die chemische Analyse der CrN-Schichten erfolgte mit energie- und wellenlängendispersiver Röntgen-spektroskopie. Röntgenbeugungsanalyse mit anschließender Pseudo-Voigt Auswertung zeigte die Phasenzusammensetzung als auch Korngrößen. Mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel Härte und Eigenspannungen wurden mit der Nanoindentationstechnik und biaxialer Spannungsmessungen ermittelt.