Nitrogen effect on the surface and optical properties of cubic and hexagonal BN nano layered thin films deposited by RF sputtering method

Abstract

In this study, the influence of N2 gas concentration on the surface and optical properties of BN thin films was investigated. A cubic BN phase, from the hexagonal structure, was produced by nitrogen changing during the deposition process. All BN thin films were deposited on glass substrates by the reactive radio frequency magnetron sputtering method with argon / nitrogen (ratios of 3:7, 1:1 and 4:1) gas mixtures. For the determination of the surface and optical properties of these two phases, field emission scanning electron microscopy, wavelength dispersive x-ray spectroscopy, atomic force microscopy, UV-Vis spectrophotometry, tensiometry, and interferometry tools were used. According to the results, the deposited films are homogeneous, compact nano-structured, and hydrophobic. Perfect stoichiometric ratios were obtained for the deposited samples. Phase transitions to cubic phase from hexagonal BN crystal system were only obtained by N2 gas concentration.Keywords: Nano-thick BN layer; Cubic BN; Hexagonal BN; Surface properties; Optical properties RF SIÇRATMA METODU İLE DEPOLANMIŞ KÜBİK VE HEGZAGONAL BN NANO TABAKALANDIRILMIŞ İNCE FİLMLERİN YÜZEY VE OPTİKSEL ÖZELLİKLERINE AZOT ETKİSİ ÖZETBu çalışmada, BN ince filmlerin yüzey ve optiksel özelliklerine N2 gaz konsantrasyonunun etkisi araştırılmıştır. Hegzagonal yapıdan kubik BN fazı, depolama esnasında azot gazı konsantrasyonu değişimi ile üretilmiştir. Tüm BN ince filmler reaktif radyo frekans manyetik sıçratma metodu kullanarak argon/azot (3:7, 1:1 ve 4:1 oranlarında) gaz karışımlarıyla cam alt taşlar üzerine üretilmişlerdir. Bu iki fazın yüzey ve optiksel özelliklerinin belirlenmesi için, dalgaboyu dağılım X-ışın spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu, UV-Vis spektrofotometre, tensiyometre ve interferometre ölçüm cihazları kullanılmıştır. Sonuçlara göre, depolanmış ince filmler homojen, sıkı yapılı, nano yapılı ve hidrofobiktir. Mükemmel sitokiyometrik oranlar depolanmış örneklerde elde edilmiştir. Hegzagonal BN kristal sistemden kubik faza geçiş N2 gaz konsantrasyonunun değişimi ile elde edilmiştir.