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Towards a New Reference Material—Analytical Challenges in Examining High-Entropy Alloy Thin Films

  • A new high-entropy alloy (HEA) consisting of titanium, chromium, manganese, iron, and nickel was deposited as a thin-film on silicon substrates using magnetron sputtering from a novel segmented target composed of metal stripes. This material was explored with the goal to create a new reference material for surface analysis and evaluation of complex composite materials. The film's morphology was initially characterized by scanning electron microscopy (SEM), followed by crystallographic analysis using X-ray diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED). The two-dimensional compositional homogeneity was assessed using a combination of scanning and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The in-depth chemical composition was further analysed using ToF-SIMS and Auger electron spectroscopy (AES). OurA new high-entropy alloy (HEA) consisting of titanium, chromium, manganese, iron, and nickel was deposited as a thin-film on silicon substrates using magnetron sputtering from a novel segmented target composed of metal stripes. This material was explored with the goal to create a new reference material for surface analysis and evaluation of complex composite materials. The film's morphology was initially characterized by scanning electron microscopy (SEM), followed by crystallographic analysis using X-ray diffraction (XRD) and selected area electron diffraction (SAED). The two-dimensional compositional homogeneity was assessed using a combination of scanning and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The in-depth chemical composition was further analysed using ToF-SIMS and Auger electron spectroscopy (AES). Our findings demonstrate that it is possible to produce thin HEA films with a homogeneous in-depth composition from a segmented target. Notably, despite the fixed composition of the target, we were able to vary the HEA's composition by exploiting inhomogeneities within the magnetrons sputter plasma. Additionally, we successfully created HEA films with significant compositional gradients.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Elisabeth John, Matthias Weise, Jörg RadnikORCiD, Jörg Manfred StockmannORCiD, Thorid Lange, Mario SahreORCiD, Vasile-Dan HodoroabaORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Surface and Interface Analysis
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley
Erste Seite:1
Letzte Seite:8
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:High-entropy alloy; Reference material; Thin-films
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Advanced Materials
Veranstaltung:ECASIA
Veranstaltungsort:Gothenburg, Sweden
Beginndatum der Veranstaltung:10.06.2024
Enddatum der Veranstaltung:14.06.2024
DOI:10.1002/sia.7387
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-625777
ISSN:1096-9918
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:20.02.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:03.03.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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