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氮化锆(ZrN)薄膜具有高硬度，高化学稳定性等优异性能，在很多领域有着诱人的应用前景。致密性是影响薄膜性能的重要因素之一，传统的磁控溅射由于离化率低而难以沉积高致密度的薄膜。为了研究等离子体密度对薄膜致密性的影响，自建了感应耦合等离子体增强射频平衡磁控溅射(ICPBMS)系统，将ICP(13.56MHz)技术结合到磁控溅射装置上，获得高密度等离子体，研究了ICPBMS等离子体特性及其对沉积ZrN薄膜的结构和性能的影响。
研究结果显示：在相同功率和气压下，与ICP和磁控溅射各自单独放电相比较，ICPBMS等离子体密度Ne提高1～6倍，达到1016～1017/ms，而且电子温度Te不低于磁控溅射单独放电；ICPBMS等离子体密度Ne和基片的离子流密度随着ICP功率、基片偏压和沉积气压的增大而增大，从而引起薄膜结构和性能变化；SEM显示，在ICP功率400W、偏压-50V和基片温度100℃的沉积条件下，所获得薄膜中的柱状晶体消失，表明高密度和高能量的离子流轰击基片能够降低薄膜形成致密结构所需的温度；所沉积ZrN薄膜的硬度随着织构系数Tc(111)增大而增大，同时受到致密度的影响，硬度最高值达到35Gpa，与M2钢基底相比，硬度提高约6倍，并且高于传统磁控溅射沉积薄膜的硬度；薄膜的摩擦系数随着硬度的增大而降低。研究还表明：提高基片温度有利于ZrN(200)晶面的形成；适当的N2流量能够促进薄膜晶体结构的形成并且提高薄膜的性能；在基底与ZrN薄膜之间沉积一层金属Zr可以有效降低薄膜的应力。