Het Profiel van de Diepte van de Harde Schotel die van de Aandrijving de Gesputterde Neutrale Spectrometrie van de Massa gebruiken door Hiden Analytical

Besproken Onderwerpen

Achtergrond
Samenvatting
Inleiding
SIMS en SNMS
De Analyse van de Schotel
Getalsmatige Weergave
Resultaten
Conclusie

Achtergrond

Analytische Hiden werd opgericht in 1981 en is weldra gesitueerd in een 2,130m² productieinstallatie in Warrington, Engeland met een personeel van meer dan 50. Als privé- bedrijf wordt onze reputatie voortgebouwd bij het creëren van dichte en positieve verhoudingen met onze cliënten. Veel van deze klanten werken bij het front van nieuwe technologie - op het gebied van plasmaonderzoek, oppervlaktewetenschap, vacuümverwerking en gasanalyse. Deze reputatie Analytische Hiden handhaven, in de loop van de jaren, heeft uitzonderlijke niveaus van technische deskundigheid op deze gebieden binnen ons bedrijf duidelijk gemaakt.

Samenvatting

De Gesputterde Neutrale Spectrometrie van de Massa is ideaal gezien geschikt voor de analyse van dunne films waar de samenstelling, de dikte en de interfacevoorwaarde kunnen worden bepaald. In dit voorbeeld wordt een harde aandrijvingsschotel geanalyseerd, tonend zowel de dunne als dikke laagdeklagen.

Inleiding

Ondanks ontwikkeling van het geheugen van het flitssilicium en optische aandrijving, blijven de magnetische harde schijven de steunpilaar van de industrie van de gegevensopslag, die snelle toegang en hoge betrouwbaarheid verlenen.

De Moderne aandrijving bestaat uit een aantal cirkelschotels van of aluminium of glasbouw, waarop gedeponeerde magnetische en niet-magnetische lagen zijn.

De algemene bouw van een schijfschotel wordt getoond in figuur 1. In gebruik dat, wordt het lees-schrijfhoofd van de schijfoppervlakte door een kussen van lucht gescheiden door de het spinnen actie van de schotel wordt geproduceerd. Het Meest Bovenste op schotel is de oppervlakte een dunne polymeerlaag die een lage wrijvingsoppervlakte verstrekt voor het geval dat het schijfhoofd contact opneemt. Onder dit is de magnetische laag waarop de gegevens worden geschreven. De fijne magnetische domeinen van de gegevenslaag worden gescheiden van de dikkere magnetische basis door een niet-magnetische barrière. om de hoogste gegevensdichtheid aan te passen moeten de magnetische domeinen in de gegevenslaag zo klein mogelijk zijn, dus dient de basislaag om de kring (als wordt getoond arrowed lijn) te voltooien en het gebied te beperken die tot het gebied van het lees-schrijf slechts hoofd.

Figuur 1: Typische schoteldwarsdoorsnede

Figuur 2 toont de schijfschotel in een aandrijving met de hoofd en motorassemblage voorafgaand aan analyse wordt geïnstalleerd die.

Figuur 2: Geassembleerde harde aandrijving

SIMS en SNMS

Zowel gebruiken SIMS als SNMS geconcentreerd, mono-energetic, erodeert de chemisch zuivere ionenstraal van typisch te sputteren 1-10 keV de oppervlakte onder analyse. Een kleine fractie van het gesputterde materiaal wordt geïoniseerde toe te schrijven aan het het sputteren proces zelf en, in SIMS, is het deze ionen die de gevoelige informatie verstrekken waarvoor de techniek gekend is. Zijnd een techniek van de massaspectrometrie kunnen alle elementen en isotopen worden ontdekt, en in gunstige voorwaarden kan de opsporingsgrens in het lage ppbgebied zijn.

Nochtans, omdat het ionisatiemechanisme voor SIMS aan de steekproefoppervlakte voorkomt, is het hoogst afhankelijk van de lokale chemie en de geïoniseerde fractie kan door vele grootteordes variëren. Dit maakt ideal SIMS voor spooranalyse in materialen van bekende matrijs maar de getalsmatige weergave in materialen van veranderende matrijs kan complex zijn.

SNMS overwint het „matrijseffect“ door de het sputteren en ionisatiegebeurtenissen te scheiden. Zelfs in hoog ion die situaties opbrengen overschrijdt de fractie ionen zelden 1% van het gesputterde materiaal, zodat is de neutrale stroom veel meer vertegenwoordiger van de steekproefsamenstelling. De Ionisatie voor SNMS komt in een cel van het elektronenbombardement voor bij de voorzijde van de analysator wat betekent dat de ionisatiewaarschijnlijkheid een constante is en niet van de steekproefchemie afhangt.

Om SIMS te kwantificeren is het belangrijk dat het verwijzingsmateriaal zo gelijkaardig aan onbekend als mogelijk is en zeker van het zelfde matrijsmateriaal zou moeten zijn.

Voor SNMS is deze matrijs aanpassing van verwijzingsmaterialen onnodig, aangezien de kaliberbepalingsfactoren niet met matrijs, daarom, de vereiste gevoeligheidsfactoren kunnen bepaald vorm gemakkelijk beschikbaar metaal en ceramische steekproeven van gepubliceerde samenstelling zijn veranderen.

Bovendien is SNMS ideaal voor de analyse van isolatie, aangezien de neutrale species door steekproef ladend, echter onaangetast zijn, lastencompensatie is nog raadzaam om verenigbare primaire straalvoorwaarden te handhaven.

De geïoniseerde secundaire deeltjes worden geanalyseerd en in de massaspectrometer ontdekt. Bij zeer lage ionenstraalstromen die is de analyse tot de bovenkant weinig monolayers wordt beperkt - uitstekend voor opsporing van oppervlakteverontreiniging. Aangezien de ionenstraaldosis wordt verhoogd en sputteren agressiever wordt, later worden de diepere lagen blootgesteld en concentratie aangezien de functie van diepte kan worden bepaald.

Gebruikend een geconcentreerde ionenstraal, zowel worden SIMS als SNMS ruimte oplossend en de elementaire beelden kunnen worden geregistreerd.

De hier voorgestelde analyse werd gemaakt gebruikend het werkstation van Hiden SIMS, een volledig en hoogst flexibel die quadrupole SIMS/SNMS instrument met de IG20 van de gas ionenkanon en STELREGEL SIMS/SNMS analysator wordt uitgerust.

De Analyse van de Schotel

De schijfschotel werd verwijderd uit de aandrijving en een steekproefgebied van het (ongeveer 1cm vierkant van het centrum van het gebied van de gegevensopslag) wordt gesneden gebruikend een workshopguillotine die. Geen verdere steekproefvoorbereiding werd vereist en het stuk werd opgezet in een standaardhouder van het Werkstation SIMS.

Aangezien niets over de samenstelling van deze bepaalde schijfoppervlakte werd gekend was de eerste stap een massaspectrum te verwerven die zich door de volledige stapel uitbreiden. Dit wordt gemakkelijk verwezenlijkt door toe te staan een stationaire die ionenstraal (in dit geval te sputteren 600nA5keV AR ionen aan 150ìm worden geconcentreerd) een kuil voor een paar notulen erodeert. Aangezien de kuilranden gelijktijdig verstrekken stel van alle lagen bloot, geeft het massaspectrum een goede aanwijzing van de aanwezige materialen.

In dit geval toonden Cr, Ni, en Co significante concentraties in het spectrum en deze elementen werden verkozen om in het verdere diepteprofiel samen met C (voor de oppervlaktelaag) en Al (voor het substraat) worden gevolgd. In principe, kunnen tot 75 individuele massakanalen in één enkele analyse worden verworven die zowel matrijs als onzuiverheids dat de analyses toelaten worden gemaakt.

Het diepteprofiel werd gemeten gebruikend 5 keVAR⁺ ionen terwijl het ontdekken van gesputterde neutrals. De Secundaire ionen werden verworpen door een hoog doelpotentieel te gebruiken om hen energie meer dan dat te geven vereist om de parallelle plaatanalysator van de Hiden sonde van de Stelregel over te gaan SIMS/SNMS.

Getalsmatige Weergave

Er zijn een aantal stadia aan de getalsmatige weergave van een SNMS diepteprofiel. Aanvankelijk wordt het instrument gekalibreerd door een gevoeligheidsfactor voor elk element dat, met betrekking tot een gekozen standaardelement zal worden gemeten, voor metallurgische steekproeven te bepalen dit vaak Fe is. Het is niet van belang of Fe in het materiaal onder analyse aanwezig is aangezien de relatieve gevoeligheidsfactoren (RSFs) nog van toepassing zullen zijn. Nochtans, aangezien SNMS een techniek is van de massaspectrometrie kan de specifieke isotoop worden verkozen die de analyse en RSF te optimaliseren isotopische overvloed wordt aangepast. De opsporingsgrens van SNMS is vaak beter dan één deel per duizend.

Belangrijke RSF voor deze bepaalde analyse (Ni, Cr, Co) werden verkregen uit steekproef van legering de op hoge temperatuur van Hastelloy C (NIST SRM C2402 - Hastelloy7C). Voor eenvoud, veronderstelde men dat het substraat uit aluminium volledig samengesteld is. Nochtans, indien nodig kon de legeringssamenstelling van het substraat ook bepaald te zijn.

Het SNMS diepteprofiel wordt gekwantificeerd op een zeer gelijkaardige manier aan die verkregen uit de elektronenspectroscopie. Men veronderstelt dat alle elementen in het materiaal worden gecontroleerd en toen, na het toepassen van RSFs, telt dit aan 100% atoomconcentratie op. Bovendien, wijzen de veranderingen in het totale signaal op variatie in erosietarief, zodat aan een eerste benadering, kan het SNMS diepteprofiel in zowel concentratie als diepte worden gekalibreerd gebruikend bibliotheekwaarden. Dit is een belangrijk voordeel over SIMS voor de analyse van gesorteerde materialen en interfaces.

Voor nauwkeurigere dieptekaliberbepaling wordt de eindkraterdiepte gemeten gebruikend of de interferentiemicroscopie of een naaldprofilometer. In deze bepaalde gevalinterferentie was de microscopie aangewend.

Resultaten

De diepteprofielen tonen een structuur gelijkend op verwacht dat. Aan de eigenlijke oppervlakte is een koolstof rijke laag die handelt om de magnetische gegevenslaag tegen zowel de atmosfeer als toevallig contact door het lees-schrijfhoofd eronder te beschermen.

De magnetische laag is samengesteld uit een dikke legering) van Cr van Ni van Co (65%) (7% 27%) (ongeveer 40 NM. Dit wordt gescheiden van de magnetische basislaag door een 100nm dikke tussenlaag van 93% Cr. Onder de tussenlaag is een 8ìm de basislaag) van Cr van Ni van Co (25%) (35% 40%) dikke (die dient om de magnetische kring van het hoofd te voltooien. De bovengenoemde die cijfers worden gegeven in atoompercenten, echter, deze kunnen gemakkelijk zijn worden omgezet in de cijfers van gewichtspercenten het vaakst in legerings samenstellingsgegevens worden gegeven.

Conclusie

Het effect SNMS van het Elektron op het Werkstation van Hiden SIMS kan gekwantificeerde elementaire diepteprofielen verstrekken van legeringsmaterialen gemakkelijk verkregen gebruiken, aangepaste niet-matrijs, verwijzingsmaterialen.