Nitridikerrokset

Nitridikerrokset ovat ohuita pinnoitteita, joiden pääasiallinen koostumus on nitridiyhdisteitä. Niitä asetetaan alustan pinnalle parantamaan kovuutta, kulutuskestävyyttä, lämpötilakestävyyttä ja kemiallista stabillisuutta. Nämä pinnoitteet ovat tärkeitä monilla teollisuudenaloilla, erityisesti työkalujen ja kestävien rakenteiden suojaamisessa.

Yleisimmät nitridit ovat siirtymämetallien nitridejä, kuten TiN, CrN, ZrN ja VN, sekä epämetallisten nitridien kategoriaan kuuluvat AlN ja muut alumiini-nitridit. Rakenteellisesti nitridit voivat esiintyä NaCl-tyyppisessä kivilujuudessa (esim. TiN, CrN) tai wurtzitallisessa rakenteessa (esim. AlN). Kasvutapa riippuu aluspinnasta ja prosessointialasta; kasvu voi olla epitaksiaalinen tietyissä olosuhteissa.

Pinnoitteet valmistetaan useilla hajautetuilla tekniikoilla, kuten fysikaalisella PVD-menetelmällä (magnetron-sputtering, arc- tai ion-plating), kemiallisella CVD- tai ALD-teknologialla. Prosessissa käytetään typpipitoisia kaasuja, kuten N2 tai NH3, sekä muita reaktiivisia kaasuja, ja lämpötilat vaihtelevat noin 200–1000 °C. Pinnoitekerroksen paksuus voi olla muutamasta nanometristä useampaan mikrometriin.

Ominaisuuksiltaan nitridikerrokset tarjoavat suurta kovuutta, hyvän kulutuskeston ja kemiallisen vakauden monissa ympäristöissä. Joistakin nitrideistä, kuten TiN ja CrN, löytyy sähköistä konduktiivisuutta, kun taas toiset nitridit (esim. AlN) ovat eristäviä. Terminen vakaus on hyvä monissa käyttökohteissa, mutta jännitystason hallinta sekä kasvun kolmiulotteisuus voivat vaikuttaa adhesioon ja pinnoitteen elinikään.

Sovelluksia ovat työkalupinnoitteet, kulutuspinnoitteet sekä diffuosion- ja oksidatiokerroksien hallinta elektroniikassa ja kemianteollisuudessa. Nitridikerrokset tarjoavat usein kustannustehokkaan vaihtoehdon vertaileville pinnoitteille, mutta valmistus- ja laatukontrolliin liittyvät haasteet kuten pinnoitteiden kolmiulotteinen kasvutapa ja jännitykset on otettava huomioon.