Lalim Profile ng Hard Drive pinggan gamit Sputtered Neutral Mass Spectrometry ng Hiden Analytical

Paksa sakop

Likuran
Buod
Panimula
SIMS at SNMS
Pinggan Pagsusuri
Pagtiyak ng dami
Mga Resulta
Konklusyon

Likuran

Hiden Analytical ay itinatag noong 1981 at ay kasalukuyang nakatayo sa isang 2,130 m ² manufacturing halaman sa Warrington, England sa isang kawani ng higit sa 50. Bilang isang pribado owned kumpanya ay binuo ang aming reputasyon sa paglikha ng isara at positibong relasyon sa aming mga kliyente. Marami sa mga customer ay nagtatrabaho sa forefront ng mga bagong teknolohiya - sa larangan ng plasma pananaliksik, science sa ibabaw, vacuum processing at pagtatasa ng gas. Upang mapanatili ang reputasyon Hiden Analytical ay, sa mga nakaraang taon, itinatag natatanging mga antas ng teknikal na kadalubhasaan sa mga lugar na ito sa loob ng aming kumpanya.

Buod

Sputtered Neutral Mass Spectrometry ay kainaman ay angkop sa pagsusuri ng manipis na pelikula na kung saan ay maaaring matukoy ang komposisyon, kapal at kondisyon ng interface. Sa halimbawang ito, ang isang hard drive ng pinggan ay sinusuri, na ipinapakita ang mga parehong manipis at makapal na layer coatings.

Panimula

Kabila-unlad ng flash silikon memory at optical drive, magnetic na hard disk ay mananatiling tagapagtaguyod ng industriya ng imbakan ng data, na nagbibigay ng mataas na bilis access at mataas na kahusayan.

Modern drive ay binubuo ng isang bilang ng mga pabilog na mga platters ng alinman sa aluminyo o glass pagbuo, papunta na deposited magnetic at di-magnetic layer.

Ang pangkalahatang pagbuo ng isang pinggan ng disk ay ipinapakita sa tayahin 1. Paggamit, ang basahin / isulat ang ulo ay pinaghihiwalay mula sa ibabaw ng disk sa pamamagitan ng isang almuhadon ng hangin na nabuo sa pamamagitan ng umiikot na pagkilos ng pinggan. Nangunguna sa ibabaw ng pinggan ay isang manipis na layer ng polimer na kung saan ay nagbibigay ng isang mababang ibabaw alitan sa kaso ng ulo ng disk ginagawang contact. Sa ilalim ng ito ay ang magnetic layer na papunta sa kung saan ang data ay nakasulat. Ang pinong magnetic na mga domain ng ang data layer ay separated mula sa ang thicker magnetic base sa pamamagitan ng isang non-magnetic hadlang. Upang mapaunlakan ang pinakamataas na mga density data ang magnetic na mga domain sa layer ng data ay dapat na bilang maliit na bilang posible, kaya ang base layer nagsisilbi upang makumpleto ang circuit (ipinapakita bilang line arrowed) at makulong ang mga patlang sa rehiyon ng basahin / isulat ulo lamang.

Figure 1: karaniwang pinggan cross seksyon

Figure 2 ay nagpapakita ng mga disk pinggan na-install sa isang drive na may ang ulo at motor pagpupulong bago sa pagtatasa.

Figure 2: binuo hard drive

SIMS at SNMS

Parehong mga SIMS at SNMS gumagamit ng isang nakatutok, mono-masipag, chemically dalisay Ion sinag ng karaniwang 1-10 keV sa pisik kanin sa ibabaw sa ilalim ng pagtatasa. Ang isang maliit na bahagi ng ang sputtered materyal ay nagiging ionized dahil sa ang sputtering proseso mismo , at sa SIMS, ito ay mga ions na nagbibigay ng sensitibong impormasyon na kung saan ang pamamaraan ay kilala. Ang pagiging isang mass spectrometry pamamaraan sa lahat ng mga elemento at mga isotopes ay maaaring natukoy, at sa kanais-nais na kondisyon ang detection limitasyon ay maaaring sa mababang rehiyon ppb.

Gayunman, dahil ang ionization ng mekanismo para sa SIMS nangyayari sa sa ibabaw ng sample, ito ay lubos na umaasa sa mga lokal na kimika at ang ionized fraction maaaring mag-iba sa pamamagitan ng maraming mga order ng magnitude. Ito ay SIMS mainam para sa bakas pagtatasa sa mga materyales ng kilala matris ngunit pagtiyak ng dami na sa mga materyales ng sa pagbabago ng matris ay maaaring kumplikado.

SNMS overcomes ang "epekto matris" sa pamamagitan ng separating sputtering at ionization kaganapan. Kahit na sa mataas Ion malambot sitwasyon na ang fraction ng mga ions ay bihira lumampas sa 1% ng ang sputtered materyal, kaya ang neutral na pagkilos ng bagay ay mas kinatawan ng sample ang komposisyon. Ang Ionization para sa SNMS nangyayari sa isang elektron panganganyon cell sa harap ng analisador na nangangahulugan na ang posibilidad ng ionization ay isang pare-pareho at hindi depende sa sample ng kimika.

Upang tumyak ng dami SIMS ito ay mahalaga na ang reference na materyal na maging katulad sa hindi kilalang hangga't maaari at dapat na tiyak ng parehong materyal matris .

Para sa mga SNMS ang matris na ito ang pagtutugma ng mga materyales sanggunian ay hindi kinakailangan, bilang mga kadahilanan pagkakalibrate ay hindi nagbabago sa matris, samakatuwid, ang mga kadahilanan ng pagiging sensitibo na kinakailangan ay maaaring tinutukoy form ng madaling magagamit metal at karamik mga halimbawa ng publish komposisyon.

Sa karagdagan, SNMS ay mainam para sa pagtatasa ng mga insulators, bilang neutral na mga species ay hindi maaapektuhan ng sample singilin, gayunpaman, ang kabayaran ng singil pa rin ang ipinapayong upang mapanatili ang pare-pareho mga pangunahing sinag kundisyon.

Ang ionized pangalawang particle ay nasuri at na napansin sa spektrometer mass. Sa napakababang sinag ng pagtatasa ng Ion alon ay nakakulong sa tuktok ilang monolayers - mahusay para sa detection ng mga ibabaw karumihan. Bilang Ion sinag dosis ay nadagdagan at sputtering nagiging mas agresibo, pagkatapos mas malalim layer ay nakalantad at konsentrasyon ng pag-andar ng malalim na maaaring tinutukoy.

Paggamit ng isang nakatutok na sinag ng Ion , ang parehong mga SIMS at SNMS maging spatially paglutas at simple imahe ay maaaring maitatala.

Pagtatasa Ang ipinakita dito ay ginawa gamit ang Hiden SIMS workstation , isang kumpletong at mataas na kakayahang umangkop na quadrupole SIMS / SNMS instrumento equipped sa IG20 gas Ion baril at Maxim SIMS / SNMS analisador .

Pinggan Pagsusuri

Ang disk pinggan ay tinanggal mula sa drive at ng isang sample lugar na hiwa mula dito (humigit-kumulang sa 1cm parisukat mula sa gitna ng mga data ng lugar ng imbakan) gamit ang isang gawaan gilotina. Walang karagdagang sample ng paghahanda ay kinakailangan at piraso ay inimuntar sa isang karaniwang na may- ari ng SIMS Workstation.

Bilang wala ay kilala tungkol sa komposisyon ng mga ito partikular na ibabaw ng disk ang unang hakbang ay upang makakuha ng isang mass spectrum na pagpapalawak sa pamamagitan ng buong stack. Na ito ay madaling nagagawa sa pamamagitan ng pagpayag sa isang nakapirme sinag Ion (sa kasong ito 600nA 5keV Ar ions na nakatutok sa 150ìm) sa pisik kanin isang hukay para sa isang ilang mga minuto. Bilang mga gilid ng hukay na magbigay ng sabay-sabay ilantad ng lahat ng mga layer, ang mass spectrum ay nagbibigay ng isang magandang indikasyon ng mga materyales kasalukuyan.

Sa kasong ito CR, Ni, at Co nagpakita makabuluhang concentrations sa spectrum at ang mga elemento na ito ay pinili na sumunod sa kasunod na malalimang profile kasama C (para sa layer sa ibabaw) at Al (para sa substrate). Sa prinsipyo, ang hanggang sa 75 mga indibidwal na mga channels ng masa ay maaaring nakuha sa isang solong pagtatasa na nagpapahintulot sa parehong matris at mga pinag-aaralan ng kalaswaan na gawin.

Ang malalim na profile ay sinusukat gamit ang 5 ^keV Ar + ions habang detecting sputtered neutrals. Pangalawang ions ay tinanggihan sa pamamagitan ng paggamit ng isang mataas na potensyal na target upang upang bigyan ang mga ito ng enerhiya sa labis na ang kinakailangan upang pumasa sa pagpaparis analisador plate ng Hiden probe Maxim SIMS / SNMS.

Pagtiyak ng dami

Mayroong isang bilang ng mga yugto sa pagtiyak ng dami ng isang profile ng depth ng SNMS. Una instrumento ay calibrated sa pamamagitan ng pagtukoy ng isang factor ng pagiging sensitibo para sa bawat sangkap na sinusukat, kamag-anak sa isang pinili na sangkap ng karaniwang, para sa metalurhiko mga halimbawa na ito ay madalas na Fe. Hindi mahalaga kung Fe ay kasalukuyan sa materyal na sa ilalim ng pagtatasa bilang ang mga kamag-anak na mga kadahilanan na pagkamapagdamdam (RSFs) ay pa rin mag-aplay. Gayunpaman, bilang SNMS ay isang mass spectrometry ng pamamaraan ang tiyak na isotope ay maaaring mapili upang ma-optimize ang pagtatasa at ang RSF na nababagay para sa isotopic kasaganaan. Ang pagtuklas ng limitasyon ng mga SNMS ay madalas na mas mahusay kaysa sa isang bahagi per thousand.

Ang mahalaga RSF para sa partikular na pagtatasa na ito (Ni, CR, Co) ay nakuha mula sa mga sample ng Hastelloy C mataas na temperatura haluang metal (NIST SRM C2402 - Hastelloy7C). Simple, ito ay ipinapalagay na substrate ay ganap na binubuo ng mga aluminyo. Gayunpaman, kung kinakailangan ang haluang metal komposisyon ng ang substrate ay maaaring din ay tinutukoy.

Ang SNMS depth profile ay quantified sa isang katulad na paraan sa mga nakuha mula sa mga elektron spectroscopies. Ito ay ipinapalagay na ang lahat ng mga elemento sa ang materyal ay sinusubaybayan at pagkatapos, pagkatapos ng nag-aaplay ang mga RSFs, ito sums sa 100% atomic concentration. Bilang karagdagan, ang mga pagbabago sa ang kabuuang signal sumasalamin sa pagkakaiba-iba sa pagguho rate, kaya, sa unang aproksimasyon, ang SNMS depth profile ay maaaring calibrated sa parehong kampo at malalim na gamit ang halaga ng library. Ito ay isang malaking kalamangan sa mga SIMS para sa pagsusuri ng mga gradong mga materyales at mga interface.

Para sa mas tumpak na pagkakalibrate ng malalim ang depth bunganga ng terminal sinusukat gamit ang alinman sa mikroskopya ng pagkagambala o isang pluma profilometer. Sa ganitong partikular na kaso pagkagambala mikroskopya ay trabaho.

Mga Resulta

Ang mga malalim na mga profile ay nagpapakita ng isang istraktura na katulad na inaasahan. Sa pinaka ibabaw ng isang carbon rich layer na kilos upang protektahan ang magnetic data ng layer sa ilalim mula sa parehong kapaligiran at aksidenteng makipag-ugnay sa pamamagitan ng ang basahin / isulat ng ulo.

Ang magnetic layer ay binubuo ng isang Co (65%) Ni (7%) CR (27%) haluang metal tungkol sa 40 nm makapal. Ito ay pinaghihiwalay mula sa magnetic base layer sa pamamagitan ng isang 100nm makapal interlayer ng 93% CR. Sa ilalim ng interlayer ay isang 8ìm Co (25%) Ni (35%) CR (40%) makapal na base layer na nagsisilbing upang makumpleto ang magnetic circuit mula sa ulo. Sa itaas na mga numero ay ibinigay sa porsyento ng atom, gayunpaman, ang mga ito ay maaaring madaling-convert sa timbang porsiyento numero madalas na ibinigay sa haluang metal compositional data.

Konklusyon

Elektron mga epekto SNMS sa Hiden SIMS Workstation ay maaaring magbigay ng quantified simple profile ng depth ng mga materyales sa haluang metal na gamit ang mga madaling makuha, non-matris tumugma sa, ang mga materyales ng reference.