Nano 圧子を使用して磁気メディアのための堅いオーバーコートの測定の基板独立したヤングの係数

ジェニファーの干し草および Bryan クローフォード著

目録

堅いオーバーコートの概要
干し草クローフォードモデル
実験方法
結果および議論
結論
参照
Agilent の技術について

堅いオーバーコートの概要

ハードディスク・ドライブでは、デジタル情報は 「読まれたヘッド」によってこと表面のナノメーターの 10 内のディスク上のはえ磁気的に保存され、検索されます。 図 1 は読まれたヘッドおよびハードディスクの一緒に写真です。 情報が保存される磁気材料を保護するためには、 (ちょうど少数のナノメーター薄くあるかもしれない) 堅いオーバーコート表面に加えられます。 堅いオーバーコートは潤滑油および機械障壁として両方機能する根本的な材料を保護します。

ハードディスク・ドライブの図 1. 内部、版権のマットフィールド。

ハードディスクの製造業者は製品の改善のための知識を得るためにそのようなオーバーコートの機械特性の測定に鋭く興味があります; 取り付けられた刻み目はこれらの測定ための選択の技術として現れました。 コーティングが、しかしそう薄くあるので、オーバーコートのための刻み目の結果は真値より当然低いです。 すなわち、刻み目テストからの変形の一部はコーティングをようである作る興味のコーティングの下の材料によって実際にあるより対応の取り扱われます。

根本的な材料の影響のための訂正なしで、 1 つは不確実性とエラー間の暗号漏洩に直面します。 非常に小さい変位で、基板の影響による小さい不確実性は表面荒さ、先端の変化、振動、温度の変化、等がより大きい原因です。 刻み目の深さが増加すると同時に、不確実性は減りますが、基板の影響によるエラーは増加します。 従って、この作業の目的は単独でフィルムのヤングの係数を得るために取り付けられた刻み目によってテストされた堅いコーティングの分析に解析モデルを加えることでした。

そのようなモデルは有限要素の分析 [1] によって最近もたらされ、確認されました。 Agilent の技術によって成長して、それはように 「干し草クローフォード」モデル参照されます。

干し草クローフォードモデル

干し草クローフォードモデルは測定された係数 [1] の基板の影響に会計の分析的な平均を提供します。 ここでは、私達はモデルの入出力を示すことによって細部を単に要約します。

モデルへの入力:

  • オリバーPharr 方法 [2] によって測定される明白な (基板影響を受けた) ヤングの係数
  • フィルム厚さ
  • ポアソンのフィルムの比率
  • 基板のヤングの係数
  • ポアソンの基板の比率

モデルの出力はフィルムの基板独立したヤングの係数です。 フィルムおよび基板のポアソンの比率が両方とも必須の入力であるが、モデルの出力はこれらのパラメータに幾分無感覚であることに注目して下さい。

この作業では、私達は Seagate の技術によって提供された 2 つのサンプルハードディスク・ドライブの主要な製造業者をテストし、分析しました。 サンプルは基板の影響のための干し草クローフォードモデルを評価するために作り出されました。 したがって、この作業でテストされたコーティングは実際のハードディスクのためのオーバーコートより大幅に厚かったです。 また、コーティングは磁気メディアよりもむしろケイ素で沈殿しました。 (1) 基板の影響が浅深度でわずかだったおよび (2) 基板の特性は有名でしたのでモデルの厳密な評価のために許可されたこれらの簡素化。

実験方法

ケイ素の (SiC) 2 つのケイ素炭化物のフィルムはテストされました; 最初のフィルムの厚さは 150 nm であり、第 2 フィルムの厚さは 300 nm でした。 SiC のフィルムは平面のマグネトロンが装備されている産業 PVD システムを使用して主なシリコン基板に放出させますソースおよび 99.99% 純粋なケイ素炭化物ターゲットを沈殿しました。 これらのサンプルのために、 170 GPa という値は基板のヤングの係数のために使用されました。

SiC のフィルムは連続的な剛さの測定オプションを利用する Agilent の Nano 圧子 G200 が付いている Agilent の実験室でテストされ、 DCM は Berkovich の圧子と合われて先頭に立ちます。 結果は薄膜のための Agilent NanoSuite テスト方法 「G シリーズ DCM 連続的な剛さの測定」を使用して達成されました。 このテスト方法はヤングの係数の基板独立した測定を達成するために干し草クローフォードモデルを実行します。

この方法が基板の影響のための硬度の測定を訂正しないことが注意されるべきです。 ただし、硬度の測定はプラスチックフィールドの範囲がので一般に伸縮性があるフィールドの範囲より大いに小さい基板の影響により少なく敏感です。 フィルムの硬度と基板の硬度の相当な違いがある時でさえ、フィルム厚さの 20% で測定される硬度は通常僅かな基板の影響を明示します。

Agilent の Nano 圧子は Agilent の伸縮性がある接触の剛さ (S) を動的に測定するずっと連続的な剛さの測定オプションのために正確に薄膜のテストのための企業の選択そうなったものです。 連続的な剛さの測定オプションによって、あらゆる刻み目テストはヤングの係数および硬度の完全な深さプロフィールを戻します。 このオプションを使用して、 10 のテストは各サンプルで行われました。 ローディングはそのような物ことロードで分けられたローディングレート制御されました (P」 /P) は 0.05/sec で一定している残りました; ローディングは 200 nm の浸透深さでかより大きい終わりました。 刺激頻度は 75 の Hz であり、変位の振幅が 1 nm で一定している残ったこと刺激振幅はそのような物制御されました。

結果および議論

結果は表 1. 図 2 ショーで 2 つのサンプルのための伸縮性がある分析の進行要約されます。

ケイ素の SiC のコーティングのための実験結果の表 1. の概要。 フィルム (e) の本当のヤングの係数はf刻み目の深さがフィルム厚さの 20% のときa明白なヤングの係数 (e) より高い約 25% です。

フィルム厚さの 20% の正規化圧子の浸透の機能として圧子の浸透の機能として Si の提示 (a) 明白な (影響される基板) 係数の SiC の 2 つのサンプルのための図 2. 分析的なシーケンス、 (b) 明白な係数およびフィルムの係数、および (c) 値。 (a) および (b) で、各サンプルのためのトレースがそのサンプルのすべてのテストの平均を表すことに注目して下さい。 明確にするために、 1 つの標準偏差に及ぶエラー棒は棒グラフ (c) でだけ示されています。

図 2a は刻み目の深さの機能として標準分析によって達成される明白なヤングの係数を示します。 期待どおりに、より薄いサンプルのためのヤングの係数は深さの機能としてより速く腐ります。 図 2b ショー明白なヤングの係数 (固体記号) および正規化刻み目の深さの機能として計画される単独でフィルムのヤングの係数両方 (開いた記号)。

この方法計画されたとき 2 つのサンプルが同じを丁度見るという事実は基板の影響が正規化刻み目の深さによって強く決まることを私達に告げます。 干し草クローフォードモデルに従って計算されるフィルムの係数は一定していますにフィルム厚さの 30% 以上。 最後に、図 2c は 1 つの標準偏差に及ぶエラー棒とのフィルム厚さの 20% で測定される係数を示します。 この正規化深さで、フィルムの係数は明白な係数より高い約 25% です。

これらのフィルムが厚く相関的な実際のハードディスクのオーバーコートであるが、あまり厚くないですに関して無効にします干し草クローフォードモデルの実用性を。 すなわち、結果がフィルム厚さの 20% で干し草クローフォードモデルによって戻るそれらに一致させる十分に浅い刻み目の深さがありません。 実際は、最初の 5 nm の中では、これらのフィルムはかなりより低いヤングの係数を明示します。 その結果、明白な係数は決してフィルム厚さの 20% で干し草クローフォードモデルによって戻る値を達成しません。 薄膜のために、 249 GPa の明白なヤングの係数の最大値は 9.8 だけ nm の浸透深さに干し草クローフォードモデルが 30 nm の浸透深さで 284 GPa のヤングの係数を戻す一方、発生します。

これらのフィルムが完全に均一直通表面荒さの複合効果に、刻み目の深さの先端の異常よる、減少した刻み目の深さの厚さ、エラーおよび不確実性の増加環境騒音、等の信頼性および反復性の増加でも。 単に置かれて、 10 nm でより 30 nm で特性を測定することはよいです。 従って干し草クローフォードモデルはヤングの係数の基板独立した測定が作ることができる深さを減少したエラーおよび不確実性増加します。

硬度のための図 3 ショーの結果。 これらの結果は基板の影響ができるように調節されませんでしたが、期待どおりに、調節は必要ではないです。 硬度はフィルム厚さの約 20% でプラトーに達します。

フィルム厚さの 20% の正規化圧子の浸透の機能として圧子の浸透の機能として Si の提示 (a) 硬度の SiC の 2 つのサンプルのための図 3. 分析的なシーケンス、 (b) 硬度、および (c) 値。 これらの結果では、基板の影響はを説明されませんでしたが、硬度がフィルム厚さの約 20% でプラトーに達するのでそのような会計は不必要なようです。 (a) および (b) で、各サンプルのためのトレースがそのサンプルのすべてのテストの平均を表すことに注目して下さい。 明確にするために、 1 つの標準偏差に及ぶエラー棒は棒グラフ (c) でだけ示されています。

堅い材料のために、接触の中間ロードの下の接触域分けられる圧力、かロードように硬度が定義されることを覚えていることは重要です: H = pm = P/A。 接触が大幅に伸縮性があるとき、ヘルツ接触モデルは中間圧力 (p) が変位のm二乗根として行くことを私達に告げます。 従って、私達は変位がゼロに行くと同時に p) がゼロに行くと同時に (私達が定義したかmどれをこと測定された硬度驚くべきではないです。 これはこれらの小さい変位で、接触が大幅に伸縮性がある単に意味し、従って報告された 「硬度」にフィルムのプラスチック特性とするべき少しがありますことを。

結論

DCM ヘッドが付いている Agilent の Nano 圧子 G200 は高精度、速度および使い易さのために、また浸透深さの連続関数として特性を提供する連続的な剛さの測定オプションのためにこれらの測定のための企業の選択です。 この作業ではヤングの係数の測定の基板の影響を説明する解析モデルを実行するのに、 Agilent NanoSuite の探検家のソフトウェアが使用されました。 この分析のテスト方法は Agilent NanoSuite の専門家のソフトウェアを持つ顧客に今使用できます。

ヤングの係数の基板の影響を説明するモデルを複数の実用的な利点をできます持っていることは:

  • 報告された係数は単独でフィルムのためです
  • 計算高い係数のための深さの範囲が 「目」によって選ばれる必要がないのでより少ないユーザーの影響
  • 結果がより深い浸透深さで得られるのでより少ない不確実性

硬度の測定は基板の影響ができるように調節されませんでしたが、そのような調節は必要ではなかったです; これらのサンプルのために、硬度はフィルム厚さの約 20% でプラトーに達します。 これはプラスチックフィールドの範囲が伸縮性があるフィールドの範囲より小さいので期待どおりにあります。 従って、干し草クローフォードモデルを、ヤングの係数および硬度両方実行するテスト方法のテストの同じような材料がフィルム厚さの 20% である刻み目の深さで得られるべきである時。

参照

[1] J.L. 干し草、 「取り付けられた刻み目による薄膜の基板独立したヤングの係数を測定するための新型車」、 Agilent の技術のアプリケーションノート (2010 年)。

[2] W.C. オリバーおよび G.M. Pharr、 「ロードを使用して硬度および弾性率を定めるための改善された刻み目の実験を感じる技術そして変位」 J. Mater。 Res. 7(6): 1564-1583 (1992 年)。

[3] J.L. 干し草、 「取り付けられた刻み目のテストへの紹介」、実験技術 33(6): 66-72 (2009 年)。

[4] J.L. 干し草、 P. Agee、および例えばハーバート、 「取り付けられた刻み目のテストの間の連続的な剛さの測定」、実験技術 34(3): 86-94 (2010 年)。

[5] H. 高、 C。 - H。 Chiu、および J. リー、 「伸縮性がある接触対多層材料の刻み目の模倣」、 Int。 J. 固体は 29:2471-2492 を構成します (1992 年)。

Agilent の技術について

Agilent の技術のナノテクノロジーの器械は画像可能にし、処理し、そして動作電気、化学、生物的、分子、および原子いろいろ nanoscale を特徴付けます。 ナノテクノロジーの器械、アクセサリ、ソフトウェア、サービスおよび消耗品の私達の成長するコレクションはあなたが nanoscale の世界を理解する必要がある糸口を明らかにすることができます。

Agilent の技術は一義的な研究の必要性を満たすために高精度の原子力の顕微鏡 (AFM)の広い範囲を提供します。 Agilent の非常に設定可能な器械は必要性が発生すると同時にシステム・ケイパビリティを拡大することを可能にします。 Agilent の工業一流の環境の温度システムおよび流動処理は優秀な液体および柔らかい材料イメージ投射を可能にします。 アプリケーションは物質科学、電気化学、ポリマーおよび人生の科学アプリケーションを含んでいます。

ソース: Agilent の技術

このソースのより多くの情報のために Agilent の技術を訪問して下さい

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

Last Update: 14. June 2013 07:02

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit