Effect of the Magnetron Sputtering Parameters on the Structure and Substructural Characteristics of Tantalum Diboride Films

Abstract

The effect of the RF- and DC-magnetron sputtering parameters on the structure and substructural characteristics of protective coatings based on tantalum diboride thin films was studied in this work.The results of the studies showed that the sign and magnitude of the applied bias potential at the use of both types of magnetron sputtering (RF and DC) have a crucial effect on the structure and substructural properties of tantalum diboride films. It was established that nanocrystalline tantalum diboride films of the overstoichiometric composition (CВ/CТа ≈ 2.2-2.6) and having strong growth texture in plane (00.1) were obtained at the bias potential of + 50 V and – 50 V in the RF- and DC-magnetron sputtering respectively. Thus obtained films had the best physico-mechanical properties and general substructural characteristic quantities: nanocristallites size of ~ 30 nm, and increased value of «c» parameter compared with the tabulated.

У роботі проводились дослідження впливу параметрів магнетронного (ВЧ та ПС) розпилення на формування структури і субструктурних характеристик захисних покриттів на основі тонких плівок дибориду танталу. Результати проведених досліджень показали, що знак і величина прикладеного потенціалу зміщення при використанні обох типів магнетронного розпилення (ВЧ та ПС) має визначальний вплив на формування структури, складу і фізико-механічних властивостей плівок дибориду танталу. Встановлено, що нанокристалічні плівки дибориду танталу надстехіометричного складу (СВ/СТа ≈ 2,2-2,6), які мають сильну текстуру росту площиною (00.1) були отримані при потенціалах зміщення + 50 В та – 50 В при ВЧ- та ПС-магнетронному розпиленнях відповідно. При цьому отримані плівки мали найкращі фізико-механічні властивості і загальні характерні субструктурні величини: розмір нанокристалітів ~ 30 нм, і збільшене значення параметра «с» у порівнянні з табличним.

В работе проводились исследования влияния параметров магнетронного (ВЧ и ПТ) распыления на формирование структуры и субструктурных характеристик защитных покрытий на основе тонких пленок диборида тантала. Результаты проведенных исследований показали, что знак и величина приложенного потенциала смещения при использовании обоих типов магнетронного распыления (ВЧ и ПС) имеет определяющее влияние на формирование их структуры и субструктурных свойств. Установлено, что нанокристаллические пленки диборида тантала сверхстехиометрического состава (СВ/CTa ≈ 2,2-2,6), обладающие сильной текстурой роста плоскостью (00.1) были получены при потенциале смещения + 50 В и – 50 В при ВЧ- и ПТ-магнетронном распылениях соответственно. При этом полученные пленки имели наилучшие физико-механические свойства и общие характерные субструктурные величины: размер нанокристаллитов ~ 30 нм, и увеличенное значение параметра «с» по сравнению с табличным.