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Impact of Microstructure of Nanoscale Magnetron Sputtered Ru/Al Multilayers on Thermally Induced Phase Formation

Ott, Vincent ORCID iD icon 1; Schäfer, Christian; Suarez, Sebastian; Woll, Karsten 1,2; Mücklich, Frank; Seifert, Hans J. 3; Ulrich, Sven 1; Pauly, Christoph; Stueber, Michael 3
1 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien - Werkstoff- und Biomechanik (IAM-WBM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

In this study, we report on phase formation and microstructure evolution in multiscale magnetron sputtered Ru/Al multilayers upon thermal annealing in vacuum at slow heating rates of 10 K/min. By specifically adjusting the microstructure and design of the as-deposited multilayers, the formation of certain desired phases can be tuned. We demonstrate that the synthesis of single phase RuAl thin films is possible in a very controlled manner in a solid state only via thermal activation without initiating the self-propagating exothermic reactions of Ru/Al multilayers. To investigate phase formation sequences and the resulting microstructures, Ru/Al multilayers were designed via magnetron sputtering with systematic variation of bilayer modulation periods and subsequent vacuum annealing. Thin films samples were characterized by in situ high-temperature XRD, TEM imaging and diffraction. It is shown that different phase sequences appear in strong correlation with the modulation length. Depending on the multilayer design, the phase formation toward single-phase RuAl thin films happens as either a multi-step or single-step event. In particular, below a critical threshold of the modulation period, the multi-step phase formation can be suppressed, and only the desired RuAl target phase is obtained with a pronounced growth in a preferred orientation. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000154524
Veröffentlicht am 13.01.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.3390/coatings13010149
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Zitationen: 3
Dimensions
Zitationen: 4
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Angewandte Materialien - Werkstoff- und Biomechanik (IAM-WBM)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2079-6412
KITopen-ID: 1000154524
HGF-Programm 43.31.01 (POF IV, LK 01) Multifunctionality Molecular Design & Material Architecture
Erschienen in Coatings
Verlag MDPI
Band 13
Heft 1
Seiten Art.-Nr.: 149
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 11.01.2023
Schlagwörter magnetron sputtering; multilayer; phase formation; heat treatment; in situ HT-XRD; TEM; aluminides
Nachgewiesen in Dimensions
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