Modulo Di Young di Misurazione dell'Substrato-Indipendente delle Mani Protettive Dure per i Supporti Magnetici Facendo Uso di un Penetratore Nano

Dal Fieno di Jennifer e da Bryan Crawford

Indice

Generalità delle Mani Protettive Dure
Il Modello diFieno-Crawford
Metodo Sperimentale
Risultati e Discussione
Conclusioni
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Agilent

Generalità delle Mani Protettive Dure

Nei drive del hard disk, le informazioni digitali sono memorizzate magneticamente e recuperate “da una testina di lettura„ che sorvola il disco all'interno dei dieci dei nanometri della sua superficie. Figura 1 è insieme una fotografia di una testina di lettura e di un disco rigido. Per proteggere il materiale magnetico in cui le informazioni sono memorizzate, una mano protettiva dura (che può essere leggermente quanto appena alcuni nanometri) si applica alla superficie. La mano protettiva dura protegge il materiale di fondo che agisce da entrambi come un lubrificante e barriera meccanica.

Figura 1. Interno di un drive del hard disk, Campo di Matt del copyright.

I produttori del Disco Rigido sono acutamente interessati nella misurazione dei beni meccanici di tali mani protettive per acquisire la conoscenza per miglioramento del prodotto; la dentellatura fornita è emerso come la tecnica di scelta per effettuare queste misure. Poiché il rivestimento è così leggermente, tuttavia, i risultati della dentellatura per la mano protettiva sono inevitabilmente più bassi dei valori veri. Cioè alcuna della deformazione dalla prova della dentellatura è accomodata dal materiale sotto il rivestimento dell'interesse, che fa il rivestimento sembrare più compiacente di realmente è.

Senza alcuna correzione per influenza del materiale di fondo, uno affronta un compromesso fra incertezza e l'errore. Agli spostamenti molto piccoli, l'errore dovuto l'influenza del substrato può essere piccolo, ma l'incertezza è maggior dovuto la rugosità di superficie, le variazioni del suggerimento, la vibrazione, le variazioni della temperatura, Ecc. Mentre la profondità della dentellatura aumenta, l'incertezza diminuisce, ma l'errore dovuto influenza del substrato aumenta. Quindi, lo scopo di questo lavoro era di applicare un modello analitico all'analisi dei rivestimenti duri provati dalla dentellatura fornita per ottenere il modulo Di Young della pellicola da solo.

Un Tal modello recentemente è stato introdotto e verificato stato via analisi agli'elementi finiti [1]. Sviluppato dalle Tecnologie di Agilent, si riferisce a come il modello “diFieno-Crawford„.

Il Modello diFieno-Crawford

Il modello diFieno-Crawford fornisce i mezzi analitici di rappresentare l'influenza del substrato sul modulo misurato [1]. Qui, riassumeremo semplicemente i sui dettagli presentando gli input e l'output del modello.

Input al modello:

  • Il modulo Di Young (substrato-commovente) evidente come misurato con il metodo di Oliver-Pharr [2]
  • Spessore di Pellicola
  • Il rapporto di Poisson della pellicola
  • Modulo Di Young del substrato
  • Il rapporto di Poisson del substrato

L'output del modello è il modulo Di Young dell'substrato-indipendente della pellicola. Si Noti che sebbene i rapporti di Poisson della pellicola e del substrato siano entrambi gli input richiesti, l'output del modello è piuttosto insensibile a questi parametri.

In questo lavoro, abbiamo provato ed analizzato due campioni forniti dalla Tecnologia di Seagate, un produttore importante dei drive del hard disk. I campioni sono stati prodotti allo scopo di valutare il modello diFieno-Crawford per influenza del substrato. Come tale, i rivestimenti provati in questo lavoro erano sostanzialmente più spessi delle mani protettive per un disco rigido reale. Inoltre, i rivestimenti sono stati depositati su silicio piuttosto che i supporti magnetici. Queste semplificazioni permesse una valutazione rigorosa del modello perché (1) l'influenza del substrato era leggera alle profondità basse e (2) i beni del substrato erano ben noti.

Metodo Sperimentale

Due pellicole (SiC) del silicio-carburo su silicio sono state provate; lo spessore della prima pellicola era 150 nanometro e lo spessore della seconda pellicola era 300 nanometro. Sic le pellicole sono state depositate sui substrati di silicio principali facendo uso di un sistema di industriale PVD fornito di magnetron planare polverizzano partenza ed arrivo puro del silicio-carburo 99,99%. Per questi campioni, un valore di 170 GPa è stato usato per il modulo Di Young del substrato.

Sic le pellicole sono state provate in un laboratorio di Agilent con un Penetratore Nano G200 di Agilent che utilizza l'opzione Continua di Misura di Rigidezza e un DCM si dirige adattato con un penetratore di Berkovich. I Risultati sono stati raggiunti facendo uso della Misura Continua di Rigidezza di G-Serie DCM di metodo di prova di Agilent NanoSuite “per le Pellicole Sottili„. Questo metodo di prova applica il modello diFieno-Crawford per raggiungere le misure dell'substrato-indipendente del modulo Di Young.

Dovrebbe essere notato che questo metodo non corregge le misure di durezza per influenza del substrato. Tuttavia, le misure di durezza sono generalmente meno sensibili ad influenza del substrato perché le dimensioni del campo di plastica sono molto più piccole delle dimensioni del campo elastico. Anche quando c'è una differenza sostanziale fra durezza della pellicola e durezza del substrato, la durezza misurata a 20% dello spessore di pellicola manifesta solitamente l'influenza trascurabile del substrato.

I Penetratori Nani di Agilent sono stati la scelta dell'industria per le prove di sottili pellicole precisamente a causa di opzione Continua di Misura della Rigidezza di Agilent, che misura dinamicamente la rigidezza elastica del contatto (s). Con l'opzione Continua di Misura di Rigidezza, ogni prova della dentellatura restituisce i profili di profondità completi del modulo Di Young e della durezza. Facendo Uso di questa opzione, dieci prove sono state eseguite su ogni campione. Il Caricamento è stato gestito tali che il tasso di carico diviso dal caricamento (P' /P) è rimanere costante a 0.05/sec; il caricamento è stato terminato ad una profondità di infiltrazione di 200 nanometro o maggior. La frequenza di eccitazione era di 75 Hertz e l'ampiezza di eccitazione è stata gestita tali che l'ampiezza di spostamento è rimanere costante a 1 nanometro.

Risultati e Discussione

I Risultati sono riassunti nella la Figura 2 manifestazioni della Tabella 1. la progressione dell'analisi elastica per i due campioni.

Compendio della Tabella 1. dei risultati sperimentali per Sic i rivestimenti su silicio. Il vero modulo Di Young della pellicola (E)f è circa 25% superiore al modulo Di Young evidente (E)a quando la profondità della dentellatura è 20% dello spessore di pellicola.

Figura 2. sequenza Analitica per i due campioni Sic sopra del Si che mostra (a) (substrato influenzato) modulo evidente in funzione dell'infiltrazione del penetratore, (b) modulo evidente e modulo della pellicola in funzione dell'infiltrazione normalizzata del penetratore e (c) valori a 20% di spessore di pellicola. Si Noti che dentro (a) e (b), la traccia per ogni campione rappresenta la media di tutte le prove su quel campione. Per chiarezza, le barre di errore che misurano una deviazione standard sono indicate soltanto sull'istogramma (c).

La Figura 2a mostra il modulo Di Young evidente raggiunto dall'analisi standard in funzione di profondità della dentellatura. Come previsto, il modulo Di Young per il campione più sottile si decompone più velocemente in funzione di profondità. Figura manifestazioni di 2b sia il modulo Di Young evidente (simboli solidi) che il modulo Di Young della pellicola da solo (simboli aperti) tracciata in funzione di profondità normalizzata della dentellatura.

Il fatto che i due campioni guardano esattamente lo stessi una volta tracciati questo modo ci dice che l'influenza del substrato dipende forte da profondità normalizzata della dentellatura. Il modulo della pellicola calcolato secondo il modello diFieno-Crawford è costante fuori a più di 30% dello spessore di pellicola. Per Concludere, la Figura 2c mostra i moduli misurati a 20% dello spessore di pellicola con le barre di errore che misurano una deviazione standard. A questa profondità normalizzata, il modulo della pellicola è circa 25% superiore al modulo evidente.

Sebbene queste pellicole siano a mani protettive reali relative spesse del disco rigido, non sono così spesse quanto a annullano l'utilizzabilità del modello diFieno-Crawford. Cioè non c' è una profondità sufficiente bassa della dentellatura per cui i risultati abbinino quelli restituiti dal modello diFieno-Crawford a 20% dello spessore di pellicola. Infatti, all'interno dei 5 principali nanometro, queste pellicole manifestano un modulo Di Young significativamente più basso. Di conseguenza, il modulo evidente non raggiunge mai il valore restituito dal modello diFieno-Crawford a 20% dello spessore di pellicola. Per la pellicola più sottile, il valore massimo di un modulo Di Young evidente di 249 GPa si presenta ad una profondità di infiltrazione di soltanto 9,8 nanometro, mentre il modello diFieno-Crawford restituisce un modulo Di Young di 284 GPa ad una profondità di infiltrazione di 30 nanometro.

Anche se queste pellicole erano diretto perfettamente costante il loro spessore, aumento di incertezza e degli errori con profondità diminuente della dentellatura dovuto gli effetti combinati della rugosità di superficie, anomalie del suggerimento, disturbo ambientale, l'Affidabilità Ecc. ed aumento di ripetibilità con profondità della dentellatura. Messo semplicemente, è migliore misurare i beni a 30 nanometro che a 10 nanometro. Il modello diFieno-Crawford aumenta le profondità a cui le misure dell'substrato-indipendente del modulo Di Young possono essere fatte, così diminuire errore ed incertezza.

Figura 3 risultati di manifestazioni per durezza. Questi risultati non sono stati regolato per influenza del substrato, ma come previsto, non c'è nessun adeguamento. La durezza raggiunge il suo plateau a circa 20% dello spessore di pellicola.

Figura 3. sequenza Analitica per i due campioni Sic sopra del Si che mostra durezza (a) in funzione dell'infiltrazione del penetratore, (b) durezza in funzione dell'infiltrazione normalizzata del penetratore e (c) valori a 20% di spessore di pellicola. In questi risultati, l'influenza del substrato non è stata rappresentata, ma tale contabilità sembra inutile perché la durezza raggiunge il suo plateau a circa 20% dello spessore di pellicola. Si Noti che dentro (a) e (b), la traccia per ogni campione rappresenta la media di tutte le prove su quel campione. Per chiarezza, le barre di errore che misurano una deviazione standard sono indicate soltanto sull'istogramma (c).

Per i materiali duri, è importante ricordarsi che la durezza è definita come la pressione media del contatto, o caricamento diviso da area di contatto nell'ambito del caricamento: H = Pm = P/A. Quando il contatto è sostanzialmente elastico, il modello Hertziano del contatto ci dice che la pressione media (p)m va come la root quadrata di spostamento. Di Conseguenza, non dovremmo essere sorpresi che la durezza misurata (quale abbiamo definito mentre p)m va a zero mentre lo spostamento va a zero. Ciò significa semplicemente che a questi piccoli spostamenti, il contatto è sostanzialmente elastico ed in modo da “la durezza„ riferita ha piccolo da fare con i beni di plastica della pellicola.

Conclusioni

Il Penetratore Nano G200 di Agilent con una testa di DCM è la scelta dell'industria per queste misure a causa della sue alta precisione, velocità e facilità d'uso come pure a causa della sua opzione Continua di Misura di Rigidezza, che consegna i beni come funzione continua di profondità di infiltrazione. In questo lavoro, il software dell'Esploratore di Agilent NanoSuite è stato usato per applicare un modello analitico che rappresenta l'influenza del substrato sulla misura del modulo Di Young. I Metodi di prova con questa analisi ora sono a disposizione dei clienti con il software del Professionista di Agilent NanoSuite.

Avere un modello che rappresenta l'influenza del substrato sul modulo Di Young procura parecchi vantaggi pratici:

  • I moduli Riferiti sono per la pellicola da solo
  • Meno influenza dell'utente perché l'intervallo di profondità per i moduli calcolatori non deve essere selezionato “dall'occhio„
  • Meno incertezza perché i risultati sono ottenuti alle profondità di infiltrazione più profonde

Le Misure di durezza non erano regolato per influenza del substrato, ma non c'era nessun tale adeguamento; per questi campioni, la durezza raggiunge il suo plateau a circa 20% dello spessore di pellicola. Ciò è come previsto perché le dimensioni del campo di plastica sono più piccole delle dimensioni del campo elastico. Quindi quando i simili materiali difficili con un metodo di prova che applica il modello diFieno-Crawford, sia il modulo Di Young che durezza dovrebbero essere ottenuti ad una profondità della dentellatura che è 20% dello spessore di pellicola.

Riferimenti

[1] J.L. Fieno, “Un nuovo modello per il modulo Di Young di misurazione dell'substrato-indipendente delle pellicole sottili dalla dentellatura fornita,„ nota di applicazione di Tecnologie di Agilent (2010).

[2] W.C. Oliver e G.M. Pharr, “Una tecnica migliore per la determinazione del modulo elastico e di durezza facendo uso del caricamento e spostamento che percepisce gli esperimenti della dentellatura,„ J. Mater. Ricerca. 7(6): 1564-1583 (1992).

[3] J.L. Fieno, “Introduzione alla prova fornita della dentellatura,„ Tecniche Sperimentali 33(6): 66-72 (2009).

[4] J.L. Fieno, P. Agee e PER ESEMPIO Herbert, “misura Continua di rigidezza durante la prova fornita della dentellatura,„ Tecniche Sperimentali 34(3): 86-94 (2010).

[5] H. Gao, C. - H. Chiu e J. Lee, “contatto Elastico contro la modellistica della dentellatura dei materiali a più strati,„ Int. J.I Solidi Struttura 29:2471-2492 (1992).

Circa le Tecnologie di Agilent

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Sorgente: Tecnologie di Agilent

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

Last Update: 14. June 2013 06:59

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