У процесі становлення технології отримання нітриду титану використовувалися різні методи: конденсація плівок Ті в атмосфері азоту, хімічні методи, метод імплантації іонів N+ у масивний матеріал чи тонку плівку (див. також таблицю 1.9). На сьогодні широко застосувуються декілька варіантів іонно-плазмового осадження: АРР, іонне розпилення, плазмове осадження та осадження із іонних пучків. Із цих чотирьох методів ефективним є метод плазмового осадження, в основу якого покладено принцип генерації за допомогою вакуумно-дугового розряду плазмового потоку. Оскільки з назвою цього методу відбулася термінологічна плутанина (варіанти назви – конденсація з іонним бомбардуванням (КІБ); іонно-плазмове осадження; іонне осадження в плазмі електродугового розряду; „плазмовий котел”; дугові осадження або випарування; вакуумне осадження катодною дугою тощо.), то В.В. Даниленко та ін. запропонували термін – метод плазми вакуумного дугового розряду (ПВДР). Дані таблиці 1.9 дають уявлення про фазовий склад покриттів Ті залежно від параметрів осадження методом ПВДР.
Таблиця 1.9 – Фазовий склад покриттів Ті залежно від умов осадження
pN, Па
I, A
U, B
Фазовий склад
0
60
50
a-Ti
0
60
200-250
a-Ti
0,08
60
200
d-TiN +a-Ti
0,56
60
190
d-TiN
0,08
140
100
d-TiN +a-Ti
0,30
75
250
d-TiN +e- Ti2N +a-Ti
0,56
60
210
a-Ti
На основі електронографічних та рентгенографічних даних були встановлені типи і параметри решіток деяких нітридів титану:e- Ti2N має тетрагональну решітку з а = 0,4943-0,4946 нм; TiNx; TiNy, TiCyNx мають ГЦК-решітку із параметрами а = 0,444; 0,431 та 0,425 нм.
У більшості випадків синтез плівок супроводжується утворенням надстехіометричних сполук (тобто x і y – не цілі числа). Необхідно відмітити, що різні методи іноді дають різні результати щодо складу плівок. Домішка кисню – одна із найпоширеніших домішок, наявність якої залежить від „вакуумної гігієни”. Наприклад, на рисунку 1.27 показана концентраційна залежність домішкових елементів від парціального тиску кисню. Залежність визначена за результатами досліджень методом оже-електронної спектроскопії.
Рисунок 1.27 – Залежність концентрації кисню (1), азоту (2), вуглецю (3) і титану (4) на поверхні плівок TiN від парціального тиску кисню
Аналіз показує, що при парціальному тиску кисню вище~10-4 Па (загальний тиск~10-1 Па) спостерігається зниження концентрації азоту і підвищення вмісту кисню.
Структура нітриду титану досліджена досить детально. Відмічено зменшення періоду решітки при відхиленні від стехіометрії як для звичайних, так і плівкових зразків нітриду титану. Абсолютні значення періодів решіток у плівок звичайно більші, ніж у масивних зразках. Характерно, що період решітки залежить від товщини плівки.
Морфологія структурних особливостей плівок TiN може бути охарактеризована як стовпчаста і як хаотична з широкою гамою проміжних варіантів.
Укажемо на деякі властивості плівок TiN. Зміна електроопору (r) в області гомогенності не є монотонною. Збільшуєтьсяrпри відхиленні від стехіометрії в менший бік (n<1), що пов’язано з розсіюванням носіїв на структурних вакансіях у неметалічній підрешітці. Значний рістrпри n>1 обумовлений переходом до сполук з неметалевою провідністю. У таблиці 1.10 наведена інформація про електропровідність нітридів титану.
Нітриди титану в області гомогенності мають різний колір: TiN~0,5 – металево-сірий; TiN~0,8 – яскраво-жовтий; TiN0,95-0,97 – золотаво-жовтий; TiN~>1,0 – коричневий.
Твердість плівок TiN залежить від багатьох факторів, у першу чергу від методу отримання плівки, стехіометричного відношення Ti/N, товщини плівки тощо. Так, твердість TiN може мати значення (17-35) ГПа.
Дослідження структури і властивостей TiN - плівок і покриттів показали, що їх службові характеристики визначаються хімічним і фазовим складом, мікроструктурою, кристалографічною орієнтацією, дефектами кристалічної решітки тощо.
