Módulo De Young de Medición de la Substrato-Independiente de los Abrigos Duros para los Soportes Magnéticos Usando un Penetrador Nano

Por el Heno y Bryan Crawford de Jennifer

Índice

Reseña de Abrigos Duros
El Modelo de Heno-Crawford
Método Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones
Referencias
Sobre las Tecnologías de Agilent

Reseña de Abrigos Duros

En unidades de disco duro, la información digital es salvada y extraída magnético por una “carga leída” que las moscas sobre el disco dentro de diez de nanómetros de su superficie. El Cuadro 1 es una fotografía de una carga leída y de un disco duro junto. Para proteger el material magnético en el cual se salva la información, un abrigo duro (que puede estar tan ligeramente como apenas algunos nanómetros) se aplica a la superficie. El abrigo duro protege el material subyacente por que actúa ambos como un lubricante y barrera mecánica.

Cuadro 1. Interior de una unidad de disco duro, Campo de Matt de los derechos de autor.

Los fabricantes del Disco Duro están afilado interesados en la medición de las propiedades mecánicas de tales abrigos para ganar el conocimiento para la mejoría del producto; el sangrado de márgenes equipado ha emergido como la técnica de la opción para hacer estas mediciones. Porque la capa está tan ligeramente, sin embargo, los resultados del sangrado de márgenes para el abrigo son inevitable más inferiores que los valores verdaderos. Es decir, algo de la deformación de la prueba del sangrado de márgenes es acomodada por el material bajo la capa de interés, que hace que la capa aparece más obediente que está real.

Sin ninguna corrección para la influencia del material subyacente, uno hace frente a un compromiso entre la incertidumbre y el desvío. En las dislocaciones muy pequeñas, el desvío debido a la influencia del substrato puede ser pequeño, pero la incertidumbre es mayor debido a la tosquedad superficial, a las variaciones de la punta, a la vibración, a las variaciones de la temperatura, al Etc. Mientras Que la profundidad del sangrado de márgenes aumenta, la incertidumbre disminuye, pero el desvío debido a la influencia del substrato aumenta. Así, el propósito de este trabajo era aplicar un modelo analítico al análisis de las capas duras probadas por el sangrado de márgenes equipado para obtener el módulo De Young de la película solamente.

Tal modelo fue introducido y verificado recientemente vía el análisis del finito-elemento [1]. Convertido por las Tecnologías de Agilent, se refiere como el modelo de “Heno-Crawford”.

El Modelo de Heno-Crawford

El modelo de Heno-Crawford proporciona a medios analíticos de explicar influencia del substrato en el módulo medido [1]. Aquí, resumiremos simple a sus detalles presentando las entradas de información y el rendimiento del modelo.

Entradas De Información al modelo:

  • El módulo De Young (substrato-afectado) evidente según lo medido por el método de Oliverio-Pharr [2]
  • Espesor del film
  • La relación de transformación de Poisson de la película
  • Módulo De Young del substrato
  • La relación de transformación de Poisson del substrato

El rendimiento del modelo es el módulo De Young de la substrato-independiente de la película. Observe que aunque las relaciones de transformación de Poisson de la película y del substrato sean ambas entradas de información requeridas, el rendimiento del modelo es bastante insensible a estos parámetros.

En este trabajo, probamos y analizábamos dos muestras proporcionadas por la Tecnología de Seagate, un fabricante importante de unidades de disco duro. Las muestras fueron producidas con el fin de evaluar el modelo de Heno-Crawford para la influencia del substrato. Como tal, las capas probadas en este trabajo eran substancialmente más gruesas que los abrigos para un disco duro real. También, las capas fueron depositadas en el silicio bastante que soportes magnéticos. Estas simplificaciones permitidas para una evaluación rigurosa del modelo porque (1) la influencia del substrato era ligera en las profundidades bajas y (2) las propiedades del substrato eran bien sabido.

Método Experimental

Dos películas (SiC) del silicio-carburo en el silicio fueron probadas; el espesor de la primera película era 150 nanómetro y el espesor de la segunda película era 300 nanómetro. Sic las películas fueron depositadas sobre los substratos de silicio primeros usando un sistema industrial de PVD equipado de un magnetrón planar chisporrotean fuente y una meta pura del silicio-carburo 99,99%. Para estas muestras, un valor de 170 GPa fue utilizado para el módulo De Young del substrato.

Sic las películas fueron probadas en un laboratorio de Agilent con un Penetrador Nano G200 de Agilent que utilizaba la opción Contínua de la Medición de la Rigidez y un DCM dirige ajustado con un penetrador de Berkovich. Los Resultados fueron logrados usando la Medición Contínua de la Rigidez de las G-Series DCM del método de la prueba de Agilent NanoSuite “para las Películas Finas”. Este método de la prueba ejecuta el modelo de Heno-Crawford para lograr mediciones de la substrato-independiente del módulo De Young.

Debe ser observado que este método no corrige mediciones del endurecimiento para la influencia del substrato. Sin Embargo, las mediciones del endurecimiento son generalmente menos sensibles a la influencia del substrato porque el fragmento del campo plástico es mucho más pequeño que el fragmento del campo elástico. Incluso cuando hay una diferencia sustancial entre el endurecimiento de la película y el endurecimiento del substrato, el endurecimiento medido en el 20% del espesor del film manifiesta generalmente influencia insignificante del substrato.

Los Penetradores Nanos de Agilent tienen sido la opción de la industria para la fino-película que prueba exacto debido a la opción Contínua de la Medición de la Rigidez de Agilent, que mide la rigidez elástico del contacto (s) dinámicamente. Con la opción Contínua de la Medición de la Rigidez, cada prueba del sangrado de márgenes vuelve perfiles de profundidad completos del módulo De Young y del endurecimiento. Usando esta opción, diez pruebas fueron realizadas en cada muestra. El Cargamento fue controlado tales que la velocidad de carga dividida por la carga (P' /P) seguía siendo constante en 0.05/sec; el cargamento fue terminado en una profundidad de penetración de 200 nanómetro o mayor. La frecuencia de la excitación era 75 Hertz y la amplitud de la excitación fue controlada tales que la amplitud de la dislocación seguía siendo constante en 1 nanómetro.

Resultados y Discusión

Los Resultados se resumen en el Cuadro 2 demostraciones del Cuadro 1. la progresión del análisis elástico para las dos muestras.

Resumen del Cuadro 1. de los resultados experimentales para Sic las capas en el silicio. El módulo De Young verdadero de la película (e)f es el cerca de 25% más alto que el módulo De Young evidente (e)a cuando la profundidad del sangrado de márgenes es el 20% del espesor del film.

Cuadro 2. serie Analítica para las dos muestras Sic conectado del módulo evidente de la demostración del Si (a) (substrato afectado) en función de la penetración del penetrador, (b) módulo evidente y módulo de la película en función de la penetración normalizada del penetrador, y (c) valores en el 20% de espesor del film. Observe que en (a) y (b), el trazo para cada muestra representa el promedio de todas las pruebas en esa muestra. Para mayor clareza, las barras de desvío que atraviesan una desviación estándar se muestran solamente en la carta de barra (c).

La Figura 2a muestra el módulo De Young evidente logrado por análisis estándar en función de profundidad del sangrado de márgenes. Como se esperaba, el módulo De Young para la muestra más fina decae más rápidamente en función de profundidad. Figura demostraciones de 2b el módulo De Young evidente (símbolos sólidos) y el módulo De Young de la película solamente (símbolos abiertos) trazada en función de profundidad normalizada del sangrado de márgenes.

El hecho de que las dos muestras observen exactamente lo mismo cuando estén trazadas esta manera nos informa que la influencia del substrato depende en gran medida de profundidad normalizada del sangrado de márgenes. El módulo de la película calculado según el modelo de Heno-Crawford es constante fuera a más el de 30% del espesor del film. Finalmente, la Figura 2c muestra los módulos medidos en el 20% del espesor del film con las barras de desvío que atraviesan una desviación estándar. En esta profundidad normalizada, el módulo de la película es el cerca de 25% más alto que el módulo evidente.

Aunque estas películas sean abrigos reales en relación con gruesos del disco duro, no son tan gruesas en cuanto a anulan la utilidad del modelo de Heno-Crawford. Es decir, no hay una profundidad suficientemente baja del sangrado de márgenes para la cual los resultados corresponden con ésos vueltos por el modelo de Heno-Crawford en el 20% del espesor del film. De hecho, dentro de los 5 superiores nanómetro, estas películas manifiestan un módulo De Young importante más inferior. Como consecuencia, el módulo evidente nunca logra el valor vuelto por el modelo de Heno-Crawford en el 20% del espesor del film. Para la película más fina, el valor máximo del módulo De Young evidente de 249 GPa ocurre en una profundidad de penetración de solamente 9,8 nanómetro, mientras que el modelo de Heno-Crawford vuelve un módulo De Young de 284 GPa en una profundidad de penetración de 30 nanómetro.

Incluso si estas películas eran directas perfectamente uniforme su espesor, aumento del desvío y de la incertidumbre con la profundidad de disminución del sangrado de márgenes debido a los efectos combinados de la tosquedad superficial, las anomalías de la punta, ruido ambiental, Confiabilidad del Etc. y aumento de la repetibilidad con profundidad del sangrado de márgenes. Puesto simple, es mejor medir propiedades en 30 nanómetro que en 10 nanómetro. El modelo de Heno-Crawford aumenta las profundidades en las cuales las mediciones de la substrato-independiente del módulo De Young pueden ser hechas, así disminuir desvío e incertidumbre.

Cuadro 3 resultados de las demostraciones para el endurecimiento. Estos resultados no se han ajustado según influencia del substrato, pero como se esperaba, no hay ajuste necesario. El endurecimiento alcanza su platillo aproximadamente el 20% del espesor del film.

Cuadro 3. serie Analítica para las dos muestras Sic conectado del endurecimiento de la demostración del Si (a) en función de la penetración del penetrador, (b) endurecimiento en función de la penetración normalizada del penetrador, y (c) valores en el 20% de espesor del film. En estos resultados, la influencia del substrato no se ha explicado, pero tales estadísticas parecen innecesarias porque el endurecimiento alcanza su platillo aproximadamente el 20% del espesor del film. Observe que en (a) y (b), el trazo para cada muestra representa el promedio de todas las pruebas en esa muestra. Para mayor clareza, las barras de desvío que atraviesan una desviación estándar se muestran solamente en la carta de barra (c).

Para los materiales duros, es importante recordar que el endurecimiento está definido como la presión media del contacto, o carga dividida por área de contacto bajo carga: H = pm = P/A. Cuando el contacto es substancialmente elástico, el modelo Hertziano del contacto nos informa que la presión media (p)m va como la raíz cuadrada de la dislocación. Por Lo Tanto, no debemos ser sorprendidos que el endurecimiento medido (cuál hemos definido mientras que p)m va a cero mientras que la dislocación va a cero. Esto significa simple que en estas pequeñas dislocaciones, el contacto es substancialmente elástico y así que el “endurecimiento señalado” tiene poco a hacer con las propiedades plásticas de la película.

Conclusiones

El Penetrador Nano G200 de Agilent con una carga de DCM es la opción de la industria para estas mediciones debido a su alta precisión, velocidad, y facilidad de empleo, así como debido a su opción Contínua de la Medición de la Rigidez, que entrega propiedades como función contínua de la profundidad de penetración. En este trabajo, el software del Explorador de Agilent NanoSuite fue utilizado para ejecutar un modelo analítico que explica influencia del substrato en la medición del módulo De Young. Los métodos de la Prueba con este análisis están disponibles ahora para los clientes con software del Profesional de Agilent NanoSuite.

Tener un modelo que explique influencia del substrato en el módulo De Young permite varias ventajas prácticas:

  • Los módulos Señalados están para la película solamente
  • Menos influencia del utilizador porque el rango de la profundidad para los módulos calculadores no tiene que ser seleccionado “por el aro”
  • Menos incertidumbre porque los resultados se obtienen en profundidades de penetración más profundas

Las Mediciones del endurecimiento no fueron ajustadas según influencia del substrato, pero no hay tal ajuste necesario; para estas muestras, el endurecimiento alcanza su platillo aproximadamente el 20% del espesor del film. Esto está como se esperaba porque el fragmento del campo plástico es más pequeño que el fragmento del campo elástico. Así, cuando los materiales similares de prueba con un método de la prueba que ejecute el modelo de Heno-Crawford, el módulo De Young y endurecimiento se deben obtener en una profundidad del sangrado de márgenes que sea los 20% del espesor del film.

Referencias

[1] J.L. Heno, “Un modelo nuevo para el módulo De Young de medición de la substrato-independiente de películas finas del sangrado de márgenes equipado,” nota de aplicación de las Tecnologías de Agilent (2010).

[2] W.C. Oliverio y G.M. Pharr, “Una técnica mejorada para determinar el módulo del endurecimiento y de elástico usando carga y dislocación que detecta experimentos del sangrado de márgenes,” J. Mater. Res. 7(6): 1564-1583 (1992).

[3] J.L. Heno, “Introducción a la prueba equipada del sangrado de márgenes,” Técnicas Experimentales 33(6): 66-72 (2009).

[4] J.L. Heno, P. Agee, y E.G. Herberto, “medición Contínua de la rigidez durante la prueba equipada del sangrado de márgenes,” Técnicas Experimentales 34(3): 86-94 (2010).

[5] H. Gao, C. - H. Chiu, y J. Lee, “contacto Elástico comparado con el modelado del sangrado de márgenes de materiales de varias capas,” Internacional. J. Los Macizo Estructuran 29:2471-2492 (1992).

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Fuente: Tecnologías de Agilent

Para más información sobre esta fuente visite por favor las Tecnologías de Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 07:20

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