Messendes Substratfläche-Unabhängiges Elastizitätsmodul von Harten Oberen für Magnetträger Unter Verwendung einer Nano-Zahnwalze

Durch Jennifer-Heu und Bryan Crawford

Inhaltsverzeichnis

Überblick über Harte Obere
Das Heu-Crawford-Baumuster
Experimentelle Methode
Ergebnisse und Diskussion
Schlussfolgerungen
Bezüge
Über Agilent-Technologien

Überblick über Harte Obere

In den Festplattenlaufwerken wird numerische Information gespeichert und magnetisch durch einen „diesen Lesekopf“ Fliegen über der Platte innerhalb der zehn nm seiner Oberfläche zurückgeholt. Abbildung 1 ist eine Fotografie eines Lesekopfs und der Festplatte zusammen. Um das magnetische Material zu schützen in dem Informationen gespeichert werden, wird ein hartes Oberes (das möglicherweise so dünn wie gerade einige nm ist) an der Oberfläche angewendet. Das harte Obere schützt das zugrunde liegende auftretende Material durch beide als ein Schmiermittel und eine mechanische Sperre.

Abbildung 1. Innenraum eines Festplattenlaufwerks, Copyright Matt-Bereich.

Festplattenhersteller sind bei der Messung die mechanischen Eigenschaften solcher Oberen, um Kenntnisse für Produktverbesserung zu gewinnen überaus interessiert; instrumentierte Einrückung ist als die Technik der Wahl für die Herstellung dieser Maße aufgetaucht. Weil die Beschichtung so dünn jedoch ist sind Einrückungsergebnisse für das Obere unvermeidlich niedriger als die wahren Werte. Das heißt, wird etwas von der Deformation von der Einrückungsprüfung durch das Material unter der Beschichtung von Zinsen angepasst, die die Beschichtung konformer aussehen lässt, als sie wirklich ist.

Ohne irgendeine Korrektur für Einfluss des zugrunde liegenden Materials, stellt man einen Kompromiss zwischen Ungewissheit und Fehler gegenüber. An den sehr kleinen Distanzadressen ist der Fehler wegen des Substratflächeneinflusses klein, aber die Ungewissheit liegt an der Oberflächenrauigkeit, an den Spitzenvarianten, an der Schwingung, an den Temperaturschwankungen, an Usw. größeres. Während Einrückungstiefe erhöht, verringert sich die Ungewissheit, aber der Fehler wegen des Substratflächeneinflusses erhöht. So war der Zweck dieser Arbeit, ein analytisches Baumuster an der Analyse von den harten Beschichtungen anzuwenden, die durch instrumentierte Einrückung geprüft wurden, um das Elastizitätsmodul des Filmes allein zu erreichen.

Solch Ein Baumuster wurde vor kurzem über Finit-Element-Methode [1] eingeführt und überprüft. Sich Entwickelt durch Agilent-Technologien, gekennzeichnet es als das Baumuster „Heu-Crawfords“.

Das Heu-Crawford-Baumuster

Das Heu-Crawford-Baumuster liefert analytische Mittelwerte des Erklärens des Substratflächeneinflusses auf gemessenen Modul [1]. Hier fassen wir einfach seine Sonderkommandos zusammen, indem wir die Input und die Ausgabe des Baumusters darstellen.

Input zum Baumuster:

  • Das offensichtliche (Substratfläche-betroffene) Elastizitätsmodul, wie durch die Oliver--Pharrmethode [2] gemessen
  • Dicke
  • Poissons Verhältnis des Filmes
  • Elastizitätsmodul der Substratfläche
  • Poissons Verhältnis der Substratfläche

Die Ausgabe des Baumusters ist das Substratfläche-unabhängige Elastizitätsmodul des Filmes. Beachten Sie, dass, obgleich die Poissons Verhältnisse des Filmes und der Substratfläche beide erforderlichen Input sind, die Ausgabe des Baumusters zu diesen Parametern ziemlich unempfindlich ist.

In dieser Arbeit prüften wir und analysierten zwei Proben, die von Seagate-Technologie, einen bedeutenden Hersteller von Festplattenlaufwerken bereitgestellt wurden. Die Proben wurden mit dem Ziel die Bewertung des Heu-Crawford-Baumusters für Substratflächeneinfluß produziert. Als solches waren die Beschichtungen, die in dieser Arbeit geprüft wurden, im Wesentlichen stärker als Obere für eine tatsächliche Festplatte. Auch die Beschichtungen wurden auf Silikon eher als Magnetträger abgegeben. Diese Vereinfachungen, die eine rigorose Bewertung des Baumusters zugelassen wurden, weil (1) Substratflächeneinfluß an den flachen Tiefen geringfügig war und (2) die Substratflächeneigenschaften waren weithin bekannt.

Experimentelle Methode

Zwei Silikonkarbid (SiC) Filme auf Silikon wurden geprüft; die Stärke des ersten Filmes war 150 nm und die Stärke des zweiten Filmes war 300 nm. Die sic Filme wurden auf Hauptsilikonsubstratflächen unter Verwendung einer industriellen PVD-Anlage abgegeben, die mit einem planaren Magnetron ausgerüstet wurde, spritzen Quelle und ein reines Silikonkarbid 99,99% Ziel. Für diese Proben wurde ein Wert von 170 GPa für das Elastizitätsmodul der Substratfläche verwendet.

Die sic Filme wurden in einem Agilent-Labor mit einer Nano-Zahnwalze G200 geprüft Agilent, welche die Kontinuierliche Steifheits-Maßoption verwendet und ein DCM gehen befestigt mit einer Berkovich-Zahnwalze voran. Ergebnisse wurden unter Verwendung des Prüfmethode Agilent NanoSuite „G-Serien DCM Kontinuierlichen Steifheits-Maßes für Dünnfilme“ erzielt. Diese Prüfmethode führt das Heu-Crawford-Baumuster ein, um Substratfläche-unabhängige Maße des Elastizitätsmoduls zu erzielen.

Es sollte beachtet werden, dass diese Methode nicht Maße von Härte für Substratflächeneinfluß korrigiert. Jedoch sind Härtemessungen im Allgemeinen für Substratflächeneinfluß, weil der Umfang eines Plastikbereichs viel kleiner ist, als der Umfang eines elastischen Bereichs weniger empfindlich. Selbst wenn es einen erheblichen Unterschied zwischen Filmhärte und Substratflächenhärte gibt, verkündet die Härte, die bei 20% der Dicke gemessen wird normalerweise, geringfügigen Substratflächeneinfluß.

Nano-Zahnwalzen Agilent sind die Industriewahl für genau Dünnschichtprüfen wegen Agilents der Kontinuierlichen Steifheits-Maßoption gewesen, die elastische Kontaktsteifheit (S) dynamisch misst. Mit der Kontinuierlichen Steifheits-Maßoption bringt jede Einrückungsprüfung komplette Tiefenprofile des Elastizitätsmoduls und der Härte zurück. Unter Verwendung dieser Option wurden zehn Prüfungen an jeder Probe durchgeführt. Laden wurde sodass die Belastungsrate gesteuert, die durch die Belastung geteilt wurde (P' /P) blieb an 0.05/sec konstant; Laden wurde an einer Eindringtiefe von 200 nm oder größeres geendet. Die Erregungsfrequenz war 75 Hz und der Erregungsamplitude wurde so gesteuert, dass die Distanzadresseamplitude bei 1 nm konstant blieb.

Ergebnisse und Diskussion

Ergebnisse werden der Abbildung 2 Shows in der Tabelle-1. die Weiterentwicklung der elastischen Analyse für die zwei Proben zusammengefasst.

Tabelle 1. Zusammenfassung von Versuchsergebnissen für Sic Beschichtungen auf Silikon. Das wahre Elastizitätsmodul des Filmes (e)f ist ungefähr 25%, das (e) höher als das offensichtliche Elastizitätsmodul ist,a wenn die Einrückungstiefe 20% der Dicke ist.

Abbildung 2. Analytische Reihenfolge für die zwei Proben Sic ein des offensichtlichen (Substratfläche beeinflußt) Moduls der Sivertretung (a) als Funktion des Zahnwalzendurchdringens, (b) offensichtlicher Modul und Filmmodul als Funktion des normalisierten Zahnwalzendurchdringens und (c) Werte bei 20% von Dicke. Beachten Sie, dass in (a) und in (b), die Spur für jede Probe den Durchschnitt aller Prüfungen auf dieser Probe darstellt. Für Klarheit wird die Fehlergericht, die eine Standardabweichung überspannt, nur auf dem Balkendiagramm (c) gezeigt.

Abbildung 2a zeigt das offensichtliche Elastizitätsmodul, das durch Standardanalyse als Funktion der Einrückungstiefe erzielt wird. Wie erwartet verfällt das Elastizitätsmodul für die dünnere Probe schneller als Funktion der Tiefe. Abbildung 2b-Shows das offensichtliche Elastizitätsmodul (feste Symbole) und das Elastizitätsmodul des Filmes allein (offene Symbole) grafisch dargestellt als Funktion der normalisierten Einrückungstiefe.

Die Tatsache, dass die zwei Proben genau die selben schauen, wenn sie dieser Methode grafisch dargestellt werden, teilt uns mit, dass Substratflächeneinfluß stark von normalisierter Einrückungstiefe abhängt. Der Filmmodul, der entsprechend dem Heu-Crawford-Baumuster berechnet wird, ist heraus zu mehr als 30% der Dicke konstant. Schließlich zeigt Abbildung 2c die Moduln, die bei 20% der Dicke mit der Fehlergericht gemessen werden, die eine Standardabweichung überspannt. An dieser normalisierten Tiefe ist der Filmmodul ungefähr 25%, das höher als der offensichtliche Modul ist.

Obgleich diese Filme im Verhältnis zu tatsächlichen Festplattenoberen stark sind, sind sie nicht hinsichtlich annullieren die Nützlichkeit des Heu-Crawford-Baumusters so stark. Das heißt, gibt es keine genug flache Einrückungstiefe, für die Ergebnisse die übereinstimmen, die durch das Heu-Crawford-Baumuster bei 20% der Dicke zurückgebracht werden. Tatsächlich innerhalb des Top 5 nm, verkünden diese Filme ein beträchtlich unteres Elastizitätsmodul. Infolgedessen erzielt der offensichtliche Modul nie den Wert, der durch das Heu-Crawford-Baumuster bei 20% der Dicke zurückgebracht wird. Für den Dünnfilm tritt der Grenzwert des offensichtlichen Elastizitätsmoduls von 249 GPa an einer Eindringtiefe von nur 9,8 nm auf, während das Heu-Crawford-Baumuster ein Elastizitätsmodul von 284 GPa an einer Eindringtiefe von 30 nm zurückbringt.

Selbst wenn diese Filme ihre Stärke tadellos einheitliches durchgehendes waren, Fehler- und Ungewissheitszunahme mit der abnehmenden Einrückungstiefe wegen der Interaktionen der Oberflächenrauigkeit, Spitzenanomalien, Umgebungslärm, Usw.-Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeitszunahme mit Einrückungstiefe. Einfach Gesetzt, ist es besser, Eigenschaften bei 30 nm als bei 10 nm zu messen. Das Heu-Crawford-Baumuster erhöht die Tiefen, an denen Substratfläche-unabhängige Maße des Elastizitätsmoduls gemacht werden können, so abnehmender Fehler und Ungewissheit.

Abbildung 3 Showergebnisse für Härte. Diese Ergebnisse sind nicht auf Substratflächeneinfluß eingestellt worden, aber wie erwartet, ist keine Einstellung notwendig. Die Härte erreicht seine Hochebene an ungefähr 20% der Dicke.

Abbildung 3. Analytische Reihenfolge für die zwei Proben von Sic ein Härte der Sivertretung (a) als Funktion des Zahnwalzendurchdringens, (b) Härte als Funktion des normalisierten Zahnwalzendurchdringens und (c) Werte bei 20% von Dicke. In diesen Ergebnissen ist Substratflächeneinfluß nicht erklärt worden, aber solche Buchhaltung scheint unnötig, weil Härte seine Hochebene an ungefähr 20% der Dicke erreicht. Beachten Sie, dass in (a) und in (b), die Spur für jede Probe den Durchschnitt aller Prüfungen auf dieser Probe darstellt. Für Klarheit wird die Fehlergericht, die eine Standardabweichung überspannt, nur auf dem Balkendiagramm (c) gezeigt.

Für harte Materialien ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass Härte definiert wird, wie der Mitteldruck des Kontaktes oder die Belastung geteilt durch Kontaktgebiet unter Belastung: H = Pm = P/A. Wenn der Kontakt im Wesentlichen elastisch ist, teilt das Hertzsche Kontaktbaumuster uns mit, dass der Mitteldruck (P)m als die Quadratwurzel der Distanzadresse geht. Deshalb sollten wir nicht überrascht sein dass die gemessene Härte (welches wir definiert haben, während P)m bis null geht, während die Distanzadresse bis null geht. Dieses bedeutet einfach, dass an diesen kleinen Distanzadressen, der Kontakt im Wesentlichen elastisch ist und also hat die berichtete „Härte“ wenig, zum mit den Plastikeigenschaften des Filmes zu tun.

Schlussfolgerungen

Die Nano-Zahnwalze G200 Agilent mit einem DCM-Kopf ist die Industriewahl für diese Maße wegen seiner hohen Präzision, Drehzahl und Benutzerfreundlichkeit sowie wegen seiner Kontinuierlichen Steifheits-Maßoption, die Eigenschaften als stetige Funktion der Eindringtiefe entbindet. In dieser Arbeit wurde Sondensoftware Agilent NanoSuite verwendet, um ein analytisches Baumuster einzuführen, das Substratflächeneinfluß auf das Maß des Elastizitätsmoduls erklärt. Prüfmethoden mit dieser Analyse sind jetzt für Abnehmer mit Fachmannsoftware Agilent NanoSuite erhältlich.

Haben eines Baumusters, das Substratflächeneinfluß auf Elastizitätsmodul erklärt, leistet sich einige praktische Vorteile:

  • Berichtete Moduln sind für den Film allein
  • Weniger Benutzereinfluß, weil Tiefenbereich für Rechenmoduln muss nicht „durch Auge“ ausgewählt werden
  • Weniger Ungewissheit, weil Ergebnisse an den tieferen Eindringtiefen erzielt werden

Maße von Härte wurden nicht auf Substratflächeneinfluß eingestellt, aber keine solche Einstellung war notwendig; für diese Proben erreicht Härte seine Hochebene an ungefähr 20% der Dicke. Dieses ist wie erwartet, weil der Umfang eines Plastikbereichs kleiner als der Umfang eines elastischen Bereichs ist. So wenn prüfende ähnliche Materialien mit einer Prüfmethode, die das Heu-Crawford-Baumuster, das Elastizitätsmodul und Härte einführt, an einer Einrückungstiefe erhalten werden sollten, die 20% der Dicke ist.

Bezüge

[1] J.L. Heu, „ein neues Baumuster für das Messen des Substratfläche-unabhängigen Elastizitätsmoduls der Dünnfilme durch instrumentierte Einrückung,“ Agilent-Technologie-Anwendungsanmerkung (2010).

[2] W.C. Oliver und G.M. Pharr, „eine verbesserte Technik für die Bestimmung von Härte und von Elastizitätsmodul unter Verwendung der Belastung und Distanzadresse, die Einrückungsexperimente,“ J. Mater ermittlt. Res. 7(6): 1564-1583 (1992).

[3] J.L. Heu, „Einleitung zu instrumentierter Einrückungsprüfung,“ Experimentelle Techniken 33(6): 66-72 (2009).

[4] J.L. Heu, P. Agee und Z.B. Herbert, „Kontinuierliches Steifheitsmaß während der instrumentierten Einrückungsprüfung,“ Experimentelle Techniken 34(3): 86-94 (2010).

[5] H. Gao, C. - H. Chiu und J. Lee, „Elastischer Kontakt gegen die Einrückungsformung von mehrschichtigen Materialien,“ Int. J. Körper Strukturiert 29:2471-2492 (1992).

Über Agilent-Technologien

Agilent-Technologie-Nanotechnologieinstrumente lassen Sie Bild, manipulieren, und kennzeichnen eine große Vielfalt von nanoscale Verhalten-elektrisch, chemisch, biologisch, molekular, und atomar. Unsere wachsende Sammlung Nanotechnologieinstrumente, -zubehör, -software, -dienstleistungen und -verbrauchsmaterialien kann Anhaltspunkte aufdecken, die Sie die nanoscale Welt verstehen müssen.

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Quelle: Agilent-Technologien

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Agilent-Technologien

Date Added: Apr 28, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:56

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