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01.04.2015 | Ausgabe 4/2015

Journal of Materials Engineering and Performance 4/2015

Influence of Nitrogen Flow Rates on the Structure, Hardness, and Electrical Resistivity of HfN Coatings by DC Sputtering

Zeitschrift:
Journal of Materials Engineering and Performance > Ausgabe 4/2015
Autoren:
Leandro García-González, Luis Zamora-Peredo, Nelly Flores-Ramírez, María Guadalupe Garnica-Romo, Julián Hernández-Torres

Abstract

HfN hard coatings on Corning glass substrates were obtained using DC sputtering. A power of 200 W was used keeping the flow rate of argon at 10 sccm and varying the nitrogen flow rates at 2.5, 3.5, 5.0, and 7.5 sccm to analyze differences in the hardness and electrical resistivity values, explaining variations in relation to structural changes. To achieve this, the Vickers microhardness test, x-ray diffraction, Raman, atomic force microscopy, and high resistivity measurements were used. At 2.5 sccm, the hardness value was shown to reach a maximum value of 20 GPa, and a minimum electrical resistivity of 6.5 × 108 µΩcm. Furthermore, as the flow is increased, the hardness values gradually decrease (until a value of 8 GPa is reached), the fracture toughness increase (until a value of 0.3 MPa√m is reached), and the electrical resistivity reaches its maximum at 1.52 × 1012 μΩcm. These variations are attributed to the evolution that the HfN phase progressively undergoes from a crystal orientation at (111) to an amorphous phase. In addition, the presence of tensile stresses, which tend to favor electrical resistivity, was identified. The average RMS roughness increased from 3.76 to 10.69 nm as the nitrogen flow was increased. Finally, the Raman spectroscopy confirmed the presence of the HfN phase.

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