Hard multilayer coatings containing TiN and/or ZrN: A review and recent progress in their nanoscale characterization

Journal of Vacuum Science and Technology A: Vacuum, Surfaces and Films

Volumn 24, Issue 3, 2006, Pages 554-583

  Ziebert, C ^a   Ulrich, S ^a  

^a KARLSRUHE INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CHARACTERIZATION; MULTILAYERS; PLASMAS; TITANIUM NITRIDE; ZIRCONIUM COMPOUNDS;

MULTILAYER COATINGS; NANOSCALE CHARACTERIZATION; NITROGEN PLASMA;

COATINGS;

EID: 33646701196     PISSN: 07342101     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1116/1.2194031     Document Type: Article

References (151)

1. H. Holleck, Patent No. DE 351 2986 C2 (4 February 1987).
2. U. Helmersson, S. Todorova, S. A. Barnett, J. E. Sundgren, L. C. Markert, and J. E. Greene, J. Appl. Phys. 62, 481 (1987).
3. H. Holleck and H. Schulz, Surf. Coat. Technol. 36, 707 (1988).
4. P. B. Mirkarimi, L. Hultman, and S. A. Barnett, Appl. Phys. Lett. 57, 2654 (1990).
5. K. K. Shih and D. B. Dove, Appl. Phys. Lett. 61, 654 (1992).
6. X. Chu, M. S. Wong, W. D. Sproul, S. L. Rohde, and S. A. Barnett, J. Vac. Sci. Technol. A 10, 1609 (1992).
7. X. Chu, S. A. Barnett, M. S. Wong, and W. D. Sproul, Surf. Coat. Technol. 57, 13 (1993).
8. X. Chu, M. S. Wong, W. D. Sproul, and S. A. Barnett, Surf. Coat. Technol. 61, 251 (1993).
9. P. B. Mirkarimi, S. A. Barnett, K. M. Hubbard, T. R. Jervis, and L. Hultman, J. Mater. Res. 9, 1456 (1994).
10. L. A. Donohue, J. Cawley, D. B. Lewis, J. S. Brooks, and W. D. Münz, Surf. Coat. Technol. 76/77, 149 (1995).
11. M. Larsson, M. Bromark, P. Hedenqvist, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 76/77, 202 (1995).
12. S. Lopez, M. S. Wong, and W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1644 (1995).
13. H. Holleck and V. Schier, Surf. Coat. Technol. 76, 328 (1995).
14. K. J. Ma, A. Bloyce, and T. Bell, Surf. Coat. Technol. 76/77, 297 (1995).
15. T. Hurkmans, T. Trinh, D. B. Lewis, J. S. Brooks, and W. D. Münz, Surf. Coat. Technol. 76/77, 159 (1995).
16. D. Li, X. Chu, S. C. Cheng, X. W. Lin, V. P. Dravid, Y. W. Chung, M. S. Wong, and W. D. Sproul, Appl. Phys. Lett. 67, 203 (1995).
17. J. Koskinen, H. Ronkainen, J. P. Hirvonen, R. Lappalainen, and K. A. Pischow, Diamond Relat. Mater. 4, 843 (1995).
18. A. Leonhardt, K. Bartsch, and I. Endler, Surf. Coat. Technol. 76, 225 (1995).
19. R. A. Andrievski, Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 14, 105 (1996).
20. M. Larsson, P. Hollman, P. Hedenqvist, S. Hogmark, U. Wahlstrom, and L. Hultman, Surf. Coat. Technol. 86/87, 351 (1996).
21. M. Setoyama, A. Nakayama, M. Tanaka, N. Kitagawa, and T. Nomura, Surf. Coat. Technol. 86/87, 225 (1996).
22. I. Wadsworth, D. B. Lewis, and G. Williams, J. Mater. Sci. 31, 5907 (1996).
23. S. J. Bull and A. M. Jones, Surf. Coat. Technol. 78, 173 (1996).
24. K. L. Rutherford, P. W. Hatto, C. Davies, and I. M. Hutchings, Surf. Coat. Technol. 86/87, 472 (1996).
25. S. Labdi, P. Houdy, P. Psyllaki, and M. Jeandin, Thin Solid Films 275, 213 (1996).
26. X. A. Zhao, C. W. Ong, Y. C. Tsang, C. L. Choy, and P. W. Chan, J. Vac. Sci. Technol. A 15, 99 (1997).
27. A. Madan, I. W. Kim, S. C. Cheng, P. Yashar, V. P. Dravid, and S. A. Barnett, Phys. Rev. Lett. 78, 1743 (1997).
28. M. C. Simmonds, H. Van Swygenhoven, E. Pfluger, A. Savan, R. Hauert, L. Knoblauch, and S. Mikhailov, Surf. Coat. Technol. 94/95, 490 (1997).
29. M. Larsson, M. Bromark, P. Hedenqvist, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 91, 43 (1997).
30. M. Bromark, M. Larsson, P. Hedenqvist, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 90, 217 (1997).
31. M. L. Wu, X. W. Lin, V. P. Dravid, Y. W. Chung, M. S. Wong, and W. D. Sproul, Thin Solid Films 308/309, 113 (1997).
32. M. L. Wu, W. D. Qian, Y. W. Chung, Y. Y. Wang, M. S. Wong, and W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 15, 946 (1997).
33. H. Jensen, J. Sobota, and G. Sorensen, J. Vac. Sci. Technol. A 15, 941 (1997).
34. M. Halvarsson and S. Vuorinen, Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 15, 169 (1997).
35. Z. N. Farhat, Y. Ding, A. T. Alpas, and D. O. Northwood, J. Mater. Process. Technol. 63, 859 (1997).
36. L. A. Donohue, W. D. Mänz, D. B. Lewis, J. Cawley, T. Hurkmans, T. Trinh, I. Petrov, and J. E. Greene, Surf. Coat. Technol. 93, 69 (1997).
37. J. L. He, W. Z. Li, and H. D. Li, J. Mater. Res. 12, 3140 (1997).
38. H. Jensen, J. Sobota, and G. Sorensen, Surf. Coat. Technol. 94/95, 174 (1997).
39. H. Jensen, J. Sobota, and G. Sorensen, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1880 (1998).
40. C. J. Tavares, L. Rebouta, B. Almeida, J. B. E. Sousa, M. F. da Silva, and J. C. Soares, Thin Solid Films 317, 124 (1998).
41. C. J. Tavares, L. Rebouta, B. Almeida, and J. B. E. Sousa, Surf. Coat. Technol. 101, 65 (1998).
42. C. J. Tavares, L. Rebouta, E. J. Alves, B. Almeida, J. B. E. Sousa, M. F. da Silva, and J. C. Soares, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 138, 278 (1998).
43. Y. L. Su and W. H. Kao, Wear 223, 119 (1998).
44. J. H. Hsieh, C. Liang, C. H. Yu, and W. Wu, Surf. Coat. Technol. 109, 132 (1998).
45. H. J. Bae, C. M. Lee, S. K. Hwang, and S. W. Choi, J. Korean Phys. Soc. 33, 689 (1998).
46. E. Kusano, M. Kitagawa, H. Nanto, and A. Kinbara, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1272 (1998).
47. P. Yashar, S. A. Barnett, J. Rechner, and W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 2913 (1998).
48. Y. Y. Wang, M. S. Wong, W. J. Chia, J. Rechner, and W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 3341 (1998).
49. T. I. Selinder, M. E. Sjostrand, M. Nordin, M. Larsson, A. Ostlund, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 105, 51 (1998).
50. M. Nordin, M. Larsson, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 106, 234 (1998).
51. H. Ljungcrantz, C. Engstrom, L. Hultman, M. Olsson, X. Chu, M. S. Wong, and W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 3104 (1998).
52. I. Manika, F. Muktepavela, H. Jensen, J. Sobota, and G. Sorensen, Surf. Coat. Technol. 101, 333 (1998).
53. M. Irie, H. Ohara, M. Tsujioka, and T. Nomura, Mater. Chem. Phys. 54, 317 (1998).
54. T. A. Rawdanowicz, V. Godbole, J. Narayan, J. Sankar, and A. Sharma, Composites, Part B 30, 657 (1999).
55. X. T. Zeng, S. Mridha, and U. Chai, J. Mater. Process. Technol. 90, 528 (1999).
56. H.-D. Bauer, B. Arnold, K. Bartsch, R. Rennekamp, and A. Leonhardt, Nanostruct. Mater. 11, 1101 (1999).
57. M. Z. Huq, J. P. Celis, J. Meneve, L. Stals, and D. Schryvers, Surf. Coat. Technol. 113, 242 (1999).
58. M. Z. Huq and J. P. Celis, Wear 229, 53 (1999).
59. M. Nordin, M. Larsson, and S. Hogmark, Surf. Coat. Technol. 121, 528 (1999).
60. M. Nordin and M. Larsson, Surf. Coat. Technol. 119, 108 (1999).
61. M. Nordin, M. Larsson, and S. Hogmark, Wear 232, 221 (1999).
62. M. S. Wong and Y. C. Lee, Surf. Coat. Technol. 121, 194 (1999).
63. U. Wiklund, O. Wanstrand, M. Larsson, and S. Hogmark, Wear 236, 88 (1999).
64. X. Chu, M. S. Wong, W. D. Sproul, and S. A. Barnett, J. Mater. Res. 14, 2500 (1999).
65. Y. M. Zhou, R. Asaki, W. H. Soe, R. Yamamoto, R. Chen, and A. Iwabuchi, Wear 236, 159 (1999).
66. M. M. Lacerda, Y. H. Chen, B. Zhou, M. U. Guruz, and Y. W. Chung, J. Vac. Sci. Technol. A 17, 2915 (1999).
67. V. N. Zhitomirsky, I. Grimberg, L. Rapoport, N. A. Travitzky, R. L. Boxman, S. Goldsmith, and B. Z. Weiss, Surf. Coat. Technol. 121, 219 (1999).
68. M. Okumiya and M. Griepentrog, Surf. Coat. Technol. 112, 123 (1999).
69. H. Leiste, U. Dambacher, S. Ulrich, and H. Holleck, Surf. Coat. Technol. 116-119, 313 (1999).
70. C. J. Tavares, L. Rebouta, M. Andritschky, and S. Ramos, J. Mater. Process. Technol. 93, 177 (1999).
71. M. Ben Daia, P. Aubert, S. Labdi, C. Sant, F. A. Sadi, P. Houdy, and J. L. Bozet, J. Appl. Phys. 87, 7753 (2000).
72. L. Hultman, C. Engström, and M. Od́n, Surf. Coat. Technol. 133, 227 (2000).
73. K. N. Andersen, E. J. Bienk, K. O. Schweitz, H. Reitz, J. Chevallier, P. Kringhoj, and J. Bottiger, Surf. Coat. Technol. 123, 219 (2000).
74. M. S. Wong, G. Y. Hsiao, and S. Y. Yang, Surf. Coat. Technol. 133, 160 (2000).
75. Y. M. Zhou, R. Asaki, K. Higashi, W. H. Soe, and R. Yamamoto, Surf. Coat. Technol. 130, 9 (2000).
76. C. S. Liu, D. W. Wu, D. J. Fu, M. S. Ye, P. Gao, Y. G. Peng, and X. J. Fan, Surf. Coat. Technol. 128, 144 (2000).
77. J. H. Xu, G. Y. Li, and M. Y. Gu, Thin Solid Films 370, 45 (2000).
78. I. Widlow and Y. W. Chung, Braz. J. Phys. 30, 490 (2000).
79. J. S. Yoon, H. S. Myung, J. G. Han, and J. Musil, Surf. Coat. Technol. 131, 372 (2000).
80. E. Bemporad, C. Peechio, S. De Rossi, and E. Carassiti, Surf. Coat. Technol. 146, 363 (2001).
81. A. Dück, N. Gamer, W. Gesatzke, M. Griepentrog, W. Österle, M. Sahre, and I. Urban, Surf. Coat. Technol. 142, 579 (2001).
82. V. Imbeni, C. Martini, E. Lanzoni, G. Poli, and I. M. Hutchings, Wear 250, 997 (2001).
83. M. Nordin and F. Ericson, Thin Solid Films 385, 174 (2001).
84. T. Mori, S. Fukuda, and Y. Takemura, Surf. Coat. Technol. 140, 122 (2001).
85. J. Sobota, G. Sorensen, H. Jensen, Z. Bochnicek, and V. Holy, Surf. Coat. Technol. 142, 590 (2001).
86. X. C. Lu, B. Shi, M. Li, J. B. Luo, L. K. Y. Li, X. R. Chang, and Z. Z. Tian, Surf. Interface Anal. 32, 66 (2001).
87. X. C. Lu, B. Shi, L. K. Y. Li, J. B. Luo, X. R. Chang, Z. Z. Tian, and J. I. Mou, Wear 250, 1144 (2001).
88. Y. H. Chen, K. W. Lee, W. A. Chiou, Y. W. Chung, and L. M. Keer, Surf. Coat. Technol. 146, 209 (2001).
89. Y. H. Chen, I. A. Polonsky, Y. W. Chung, and L. M. Keer, Surf. Coat. Technol. 154, 152 (2002).
90. J. H. Xu, L. H. Yu, Y. Azuma, T. Fujimoto, H. Umehara, and I. Kojima, Appl. Phys. Lett. 81, 4139 (2002).
91. G. Y. Li, Z. H. Han, J. W. Tian, J. H. Xu, and M. Y. Gu, J. Vac. Sci. Technol. A 20, 674 (2002).
92. H. Wrzesinska, P. Grabiec, Z. Rymuza, and M. Misiak, Microelectron. Eng. 61/62, 1009 (2002).
93. J. M. Molina-Aldareguia, S. J. Lloyd, M. Od́n, T. Joelsson, L. Hultman, and W. J. Clegg, Philos. Mag. A 82, 1983 (2002).
94. V. Pankov, M. Evstigneev, and R. H. Prince, J. Appl. Phys. 92, 4255 (2002).
95. D. G. Kim, T. Y. Seong, and Y. J. Baik, Surf. Coat. Technol. 153, 79 (2002).
96. L. Cunha, M. Andritschky, K. Pischow, Z. Wang, A. Zarychta, A. S. Miranda, and A. M. Cunha, Surf. Coat. Technol. 153, 160 (2002).
97. Q. Yang, C. He, L. R. Zhao, and J. P. Immarigeon, Scr. Mater. 46, 293 (2002).
98. C. Ducros, V. Benevent, and E. Sanchette, Surf. Coat. Technol. 163, 681 (2003).
99. H. C. Barshilia and K. S. Rajam, Bull. Mater. Sci. 26, 233 (2003).
100. Q. Yang and L. R. Zhao, J. Vac. Sci. Technol. A 21, 534 (2003).
101. N. J. M. Carvalho, E. Zoestbergen, B. J. Kooi, and J. Th. M. De Hosson, Thin Solid Films 429, 179 (2003).
102. D.-K. Lee, S.-H. Lee, and J.-J. Lee, Surf. Coat. Technol. 169/170, 433 (2003).
103. J.-W. Lim, S.-H. Lee, and J.-J. Lee, Surf. Coat. Technol. 169/170, 460 (2003).
104. J.-W. Lim, J.-J. Lee, H. Ahn, and K.-T. Rie, Surf. Coat. Technol. 169/170, 720 (2003).
105. S. H. Lee, K. H. Nam, J.-W. Lim, and J.-J. Lee, Surf. Coat. Technol. 169/170, 758 (2003).
106. X. Zhang, X. Wu, Z. Yi, T. Zhang, and H. Zhang, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 206, 382 (2003).
107. J. Sobota, Z. Bochnicek, and V. Holy, Thin Solid Films 433, 155 (2003).
108. G. Abadias, Y. Y. Tse, A. Michel, C. Jaouen, and M. Jaouen, Thin Solid Films 433, 166 (2003).
109. H. C. Barshilia, A. Jain, and K. S. Rajam, Vacuum 72, 241 (2003).
110. H. C. Barshilia, M. S. Prakash, A. Poojari, and K. S. Rajam, Thin Solid Films 460, 133 (2004).
111. H. C. Barshilia and K. S. Rajam, J. Mater. Res. 19, 3196 (2004).
112. Q. Yang, D. Y. Seo, and L. R. Zhao, Surf. Coat. Technol. 177/178, 204 (2004).
113. F.-R. Weber, F. Fontaine, M. Scheib, and W. Bock, Surf. Coat. Technol. 177/178, 227 (2004).
114. M. Stoiber, S. Perlot, C. Mitterer, M. Beschliesser, C. Lugmair, and R. Kullmer, Surf. Coat. Technol. 177/178, 348 (2004).
115. Y. Y. Tse, D. Babonneau, A. Michel, and G. Abadias, Surf. Coat. Technol. 180/181, 470 (2004).
116. C. Morant, P. Prieto, A. Forn, J. A. Picas, E. Elizalde, and J. M. Sanz, Surf. Coat. Technol. 180/181, 512 (2004).
117. D. B. Lewis, Q. Luo, P. E. Hovsepian, and W.-D. Münz, Surf. Coat. Technol. 184, 225 (2004).
118. S. H. Kim, Y. J. Baik, and D. Kwon, Surf. Coat. Technol. 187, 47 (2004).
119. S. Ulrich, C. Ziebert, M. Stüber, P. Schloßmacher, H. Holleck, E. Schweitzer, and M. Göken, Surf. Coat. Technol. 188/189, 331 (2004).
120. H. Holzschuh, Thin Solid Films 469/470, 92 (2004).
121. S. H. Yao, W. H. Kao, Y. L. Su, and T. H. Liu, Mater. Sci. Eng., A 392, 340 (2005).
122. J. Lao, N. Shao, F. Mei, G. Li, and M. Gu, Appl. Phys. Lett. 86, 011902 (2005).
123. L. Wei, F. Mei, N. Shao, M. Kong, G. Li, and J. Li, Appl. Phys. Lett. 86, 021919 (2005).
124. H. Söderberg, M. Od́n, J. M. Molina-Aldareguia, and L. Hultman, J. Appl. Phys. 97, 114327 (2005).
125. K. J. Martin, A. Madan, D. Hoffman, J. Ji, and S. A. Barnett, J. Vac. Sci. Technol. A 23, 90 (2005).
126. S. PalDey and S. C. Deevi, Mater. Sci. Eng., A 342, 58 (2003).
127. P. C. Yashar and W. D. Sproul, Vacuum 55, 179 (1999).
128. E. O. Hall, Proc. Phys. Soc. London, Sect. B 64, 747 (1951).
129. M. Kato, T. Mori, and L. H. Schwartz, Acta Metall. 28, 285 (1980).
130. J. W. Cahn, Acta Metall. 11, 1275 (1963).
131. R. C. Cammarata, Scr. Metall. 20, 479 (1986).
132. S. L. Lehoczky, J. Appl. Phys. 49, 5479 (1978).
133. M. Shinn, P. B. Mirkarimi, and S. A. Barnett, Surf. Sci. 281, 1 (1993).
134. J. S. Koehler, Phys. Rev. B 2, 547 (1970).
135. X. Chu and S. A. Barnett, J. Appl. Phys. 77, 4403 (1995).
136. W. D. Sproul, J. Vac. Sci. Technol. A 12, 1595 (1994).
137. A. Y. Liu, R. M. Wentzcovitch, and M. L. Cohen, Phys. Rev. B 39, 1760 (1989).
138. S. Veprek, S. Reiprich, and S. H. Li, Appl. Phys. Lett. 66, 2640 (1995).
139. ISO/FDIS 14577-1:2002, Metallic Materials-Instrumented Indentation Test for Hardness and Materials Parameters.
140. H. Holleck, in Surface Engineering: Science and Technology I, edited by, A. Kumar, Y.-W. Chung, J. J. Moore, and, J. E. Smugeresky, (The Minerals, Metals and Materials Society, Warrendale, PA, 1999), p. 207.
141. G. K. Williamson and W. H. Hall, Acta Metall. 1, 22 (1953).
142. M. Kunert, B. Baretzky, S. P. Baker, and E. J. Mittemeijer, Metall. Mater. Trans. A 32, 1201 (2001).
143. W. C. Oliver and G. M. Pharr, J. Mater. Res. 7, 1564 (1992).
144. H. H. Gatzen and J. C. Maetzig, Precis. Eng. 21, 134 (1997).
145. C. Ziebert, C. Bauer, M. Stüber, S. Ulrich, and H. Holleck, Thin Solid Films 482, 63 (2005).
146. M. Čekada and P. Panjan, Vacuum 61, 235 (2001).
147. A. Bolshakov and G. M. Pharr, J. Mater. Res. 13, 1049 (1998).
148. C. Ziebert, M. Rinke, M. Stüber, S. Ulrich, and H. Holleck, Surf. Coat. Technol. 200, 1127 (2005).
149. S. Grafström, J. Ackermann, T. Hagen, R. Neumann, and O. Probst, J. Vac. Sci. Technol. B 12, 1559 (1994).
150. B. V. Derjaguin, V. M. Muller, and Y. P. Toporov, J. Colloid Interface Sci. 53, 314 (1975).
151. C. Ziebert and K.-H. Zum Gahr, Tribol. Lett. 17, 901 (2004).