Die anhaltende Forderung der Zerspanungsindustrie nach Werkzeugen mit immer besseren Schneideigenschaften erfordert eine ständige Weiterentwicklung der Schneidwerkzeuge. Durch das Aufbringen von Hartstoffschichten, durch z.B. physikalische Gasphasenabscheidung, kann die Lebensdauer und Performance von Schneidwerkzeugen enorm verbessert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die grundlegende Untersuchung von Übergangsmetallnitrid basierten Schichten mit modernen Charakterisierungsmethoden, um die Weiterentwicklung dieser etablierten Schichtsysteme zu ermöglichen. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedliche Designansätze zur Verbesserung der Schichteigenschaften untersucht. Der erste Ansatz ist das Legierungskonzept, bei dem Al oder sowohl Al als auch Ta zu TiN gegeben und dessen Einfluss auf die verschiedenen Schichteigenschaften eruiert wird. Mit Time-domain Thermoreflectance Messungen wurde die Wärmeleitfähigkeit von Ti1-x-yAlxTayN Schichten bestimmt, da eine niedrige Wärmeleitfähigkeit bei Schichten wichtig ist, um das darunterliegende Hartmetall hinreichend vor den im Zerspanungsprozess auftretenden hohen Temperaturen zu schützen. Ein steigender Ta Gehalt resultiert in einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit, was auf die kleinere Korngröße und eine größere Legierungsstreuung zurückzuführen ist. Zusätzlich wurden mikro-mechanische Biegeversuche durchgeführt, um das Bruchverhalten von Ti1-xAlxN mit ansteigendem Al Gehalt zu untersuchen. Dafür wurden Schichten mit einer einphasig kubisch flächenzentrierten (kfz), einer gemischten kfz und wurtzitischen (w), sowie einer einphasig w-Struktur abgeschieden und getestet. Mit steigendem Al Gehalt konnten verbesserte Brucheigenschaften festgestellt werden, so lange der w-Phasenanteil gering war. Ein dominierender w-Phasenanteil führte zur Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Der zweite Ansatz war eine Kombination aus dem Legierungskonzept und der Abscheidung einer Multilagenarchitektur. Dazu wurden die Brucheigenschaften von Ti1-x-yAlxTayN Einlagen- und Multilagenschichten im Detail untersucht. Es wurde gezeigt, dass bei den hier untersuchten Schichten das Legierungskonzept einen größeren Einfluss auf die Brucheigenschaften hat, als die Multilagenarchitektur. Da die Bestimmung der lokalen elementaren Zusammensetzung von multikomponentigen Schichten von höchstem Interesse ist, besonders im Hinblick auf die Untersuchung von Entmischungs- und Segregationsmechanismen, wo eine annähernd atomare Auflösung nötig ist, gewinnt die Atomsondentomographie (APT) zunehmend an Beliebtheit. Jedoch können die APT Ergebnisse stark von den verwendeten Messparametern beeinflusst werden. Daher sind detaillierte Studien bezüglich geeigneter Messparameter wichtig. In dieser Arbeit wurden CrN und Cr1-xAlxN Modellschichten gemessen, um den Einfluss von verschiedenen Laserparametern auf die bestimmte Zusammensetzung von metastabilen Systemen aufzuzeigen. Mit steigender Laserpulsenergie wurde für beide Schichten ein Verlust des N Gehalts detektiert. Für CrN wurde sogar eine Zersetzung der Schicht bei hohen Laserpulsenergien beobachtet. Daher sind niedrige Laserpulsenergien wichtig, um akkurate Messergebnisse für metastabile Systeme zu erhalten. Zusammenfassend ist die Anwendung von modernen Charakterisierungsmethoden wesentlich, um ein vollständiges Verständnis über den Einfluss unterschiedlicher Design-Konzepte auf die Schichteigenschaften zu erhalten und eine weitere systematische Verbesserung auch von etablierten Schichtsystemen zu ermöglichen.