Nano Indenter를 사용하는 자기 매체를 위한 단단한 외투의 측정 기질 독립적인 Young 계수

Jennifer 건초와 Bryan Crawford의
Keysight 기술에 의해 후원하는

목차

단단한 외투의 개관
건초 Crawford 모형
실험 방법
결과와 면담
결론
참고
Keysight 기술에 관하여

단단한 외투의 개관

하드 디스크 드라이브에서는, 디지털 정보는 "읽힌 헤드"에 의해 그것의 표면의 나노미터의 10 내의 디스크에 비행거리 자석으로 저장되고 만회됩니다. 숫자 1은 읽힌 헤드 및 하드 디스크의 함께 사진입니다.

정보가 저장되는 자석 물자를 보호하기 위하여는, (다만 약간 나노미터 처럼 약하게 일 수 있는) 단단한 외투 표면에 적용됩니다. 단단한 외투는에 의하여 윤활유 및 기계적인 방벽으로 둘 다 작동하는 근본적인 물자를 보호합니다.

하드 디스크 드라이브의 숫자 1. 내부, 저작권 매트 필드.

저장판 제조자는 그 같은 외투의 제품 개선을 위한 지식을 얻기 위하여 기계적 성질 측정에 치열하게 흥미있습니다; 기기를 장치된 압흔은 이 측정을 만들기를 위한 선택의 기술로 나왔습니다. 코팅이, 그러나 이렇게 약하게 이기 때문에, 외투를 위한 압흔 결과는 참값 보다는 불가피하게 더 낮습니다. 다시 말하면 몇몇은의 압흔 시험에서 개악 코팅을 것처럼 보이 관심사의 코팅의 밑에 물자에 의해 실제로 이다 더 호환된 수용됩니다.

근본적인 물자의 영향을 위한 어떤 개정도 없이, 사람은 불확실과 과실 사이 타협을 직면합니다. 아주 작은 진지변환에, 기질 영향 때문에 과실은 작을 것이 지도 모르지만, 불확실은 표면 거칠기, 끝 변이, 진동, 온도 변이, 등등 더 중대한 때문이. 압흔 깊이가 증가하는 만큼, 불확실은 줄입니다, 그러나 기질 영향 때문에 과실은 증가합니다. 따라서, 이 일의 목적은 혼자 필름의 Young 계수를 장악하기 위하여 기기를 장치한 압흔에 의해 시험된 단단한 코팅의 분석에 분석 모형을 적용하기 위한 것이었습니다.

그런 모형은 유한 성분 분석 [1]를 통해 최근에 소개되고 검증되었습니다. Keysight 기술에 의해 발전해, 그것은 "건초 Crawford" 모형 참조됩니다.

건초 Crawford 모형

건초 Crawford 모형은 측정한 계수 [1]에 기질 영향을 회계의 분석적인 방법을 제공합니다. 여기에서, 우리는 모형의 입출력을 제출해서 단순히 그것의 세부사항을 요약할 것입니다.

모형에 입력:

  • Oliver Pharr 방법 [2]로 측정되는 명백한 (기질 영향 받은) Young 계수
  • 필름 간격
  • Poisson의 필름의 비율
  • 기질의 Young 계수
  • Poisson의 기질의 비율

모형의 산출은 필름의 기질 독립적인 Young 계수입니다. 필름 및 기질의 Poisson의 비율이 두 필수 입력다이더라도, 모형의 산출은 이 매개변수에게 오히려 무신경하다는 것을 유의하십시오.

이 일에서는, 우리는 Seagate 기술에 의해 제공된 2개 견본, 하드 디스크 드라이브의 중요한 제조자를 시험하고 분석했습니다. 견본은 기질 영향을 위한 건초 Crawford 모형 평가의 목적으로 생성했습니다. 따라서, 이 일에서 시험된 코팅은 실제적인 하드 디스크를 위한 외투 보다는 상당히 더 두꺼웠습니다. 더구나, 코팅은 자기 매체 보다는 오히려 실리콘에 예금되었습니다. (1) 기질 영향이 얕은 깊이에 경미했기 때문에 모형의 준엄한 평가를 허용된 이 단순화 및 (2) 기질 속성은 유명했습니다.

실험 방법

실리콘에 (SiC) 2개의 실리콘 탄화물 필름은 시험되었습니다; 첫번째 필름의 간격은 150 nm이고 두번째 필름의 간격은 300 nm이었습니다. SiC 필름에 의하여 평면 자전관 장비된 산업 PVD 시스템을 사용하여 주요한 실리콘 기판에 침을 튀깁니다 근원과 99.99% 순수한 실리콘 탄화물 표적이 예금되었습니다. 이 견본을 위해, 170 GPa 값은 기질의 Young 계수를 위해 사용되었습니다.

SiC 필름은 지속적인 뻣뻣함 측정 선택권을 이용하는 Keysight Nano Indenter G200를 가진 Keysight 실험실에서 시험되고 DCM는 Berkovich indenter와 맞아 이끕니다. 결과는 박막을 위한 Keysight NanoSuite 시험 방법 "G 시리즈 DCM 지속적인 뻣뻣함 측정"를 사용하여 달성되었습니다. 이 시험 방법은 건초 Crawford Young 계수의 기질 독립적인 측정을 달성하기 위하여 모형을 실행합니다.

주목해야 한다 이 방법은 기질 영향을 위한 경도의 측정을 정정하지 않습니다. 그러나, 경도 측정은 플라스틱 필드의 넓이가 때문에 일반적으로 탄력 있는 필드의 넓이 보다는 매우 더 작기 기질 영향에 보다 적게 과민합니다. 필름 경도와 기질 경도의 상당한 차이가 있을 때라도, 필름 간격의 20%에 측정된 경도는 일반적으로 사소한 기질 영향을 명시합니다.

Keysight Nano Indenters는 Keysight의 탄력 있는 접촉 뻣뻣함 (S)를 역동적으로 측정하는 계속 지속적인 뻣뻣함 측정 선택권 때문에 정확하게 박막 시험을 위한 기업 선택입니다. 지속적인 뻣뻣함 측정 선택권으로, 각 압흔 시험은 Young 계수 및 경도의 완전한 깊이 단면도를 돌려보냅니다. 이 선택권을 사용하여, 10개의 각 견본에 수행되었습니다. 선적은 그 같은이라고 짐으로 분할된 선적 비율 통제되었습니다 (P' /P)는 0.05/sec에 일정하게 남아 있었습니다; 선적은 200 nm의 관통 거리에 또는 더 종결되었습니다. 흥분 주파수는 75 Hz이고 진지변환 진폭이 1 nm에 일정하게 남아 있었다 흥분 진폭은 그 같은이라고 통제되었습니다.

결과와 면담

결과는 도표 1. 숫자 2 쇼에서 2개 견본을 위한 탄력 있는 분석의 진행성 요약됩니다.

실리콘에 SiC 코팅을 위한 실험적인 결과의 도표 1. 개요. 필름 (e)의 확실한 Young 계수는f 압흔 깊이가 필름 간격의 20%의 때a 명백한 Young 계수 (e) 보다는 더 높은 대략 25%입니다.

필름 간격의 20%에 정상화하는 indenter 침투의 기능으로 indenter 침투의 기능으로 Si 전시 (a) 명백한 (영향을 받는 기질) 계수에 SiC의 2개 견본을 위한 숫자 2. 분석적인 순서, (b) 명백한 계수 및 필름 계수, 및 (c) 가치. (a)와 (b)에서, 각 견본을 위한 자취가 그 견본에 모든 시험의 평균을 나타낸다는 것을 유의하십시오. 명확성을 위해, 1개의 표준 편차를 뼘으로 재는 오차 막대는 막대 그림표 (c)에서만 보입니다.

숫자 2a는 압흔 깊이의 기능으로 표준 분석에 의해 달성된 명백한 Young 계수를 보여줍니다. 예상했던대로, 더 얇은 견본을 위한 Young 계수는 깊이의 기능으로 더 단단 부패합니다. 숫자 2b 쇼 명백한 Young 계수 (단단한 기호) 및 정상화하는 압흔 깊이의 기능으로 음모를 꾸미는 혼자 필름의 Young 계수 모두 (열려있는 기호).

이 쪽이라고 음모를 꾸밀 때 2개 견본이 동일을 정확하게 보다 는 사실은 기질 영향이 정상화하는 압흔 깊이에 강하게 달려 있다는 것을 저희에게 말합니다. 건초 Crawford 모형에 따라 산출된 필름 계수는 밖으로 일정합니다에 필름 간격의 30%. 마지막으로, 숫자 2c는 1개의 표준 편차를 뼘으로 재는 오차 막대를 가진 필름 간격의 20%에 측정된 계수를 보여줍니다. 이 정상화하는 깊이에, 필름 계수는 명백한 계수 보다는 더 높은 대략 25%입니다.

이 필름이 두꺼운 상대적인 실제적인 하드 디스크 외투이더라도, 이렇게 두껍지 않습니다에 관해서는 무효로 합니다 건초 Crawford 모형의 유용성을. 다시 말하면 필름 간격의 20%에 건초 Crawford 모형에 의해 돌려보내진 그들이 결과에 의하여 일치하는 충분히 얕은 압흔 깊이가 없습니다. 실제로, 최고 5 nm 안에, 이 필름은 현저하게 더 낮은 Young 계수를 명시합니다. 그 결과로, 명백한 계수는 필름 간격의 20%에 건초 Crawford 모형에 의해 돌려보내진 가치를 결코 달성하지 않습니다. 박막을 위해, 249 GPa의 명백한 Young 계수의 최대값은 단지 9.8 nm의 관통 거리에 건초 Crawford 모형이 30 nm의 관통 거리에 284 GPa의 Young 계수를 돌려보내더라도 반면, 생깁니다.

비록 이 필름이 완벽하게 획일한 직행 표면 거칠기의 결합한 효력, 압흔 깊이를 가진 끝 변칙 때문에, 감소하는 압흔 깊이를 가진 그들의 간격, 과실과 불확실 증가 환경 소음, 등등 신뢰도 및 반복성 증가이었더라도. 단순히 둬, 10 nm에 보다는 30 nm에 속성을 측정하는 것이 낫습니다. 건초 Crawford 모형은 Young 계수의 기질 독립적인 측정이 할 수 있는 깊이를, 따라서 감소하는 과실 및 불확실 증가시킵니다.

경도를 위한 숫자 3 쇼 결과. 이 결과는 기질 영향 에따라 조정되지 않았습니다, 그러나 예상했던대로, 아무 조정도 필요하지 않습니다. 경도는 필름 간격의 대략 20%에 그것의 고원을 도달합니다.

필름 간격의 20%에 정상화하는 indenter 침투의 기능으로 indenter 침투의 기능으로 Si 전시 (a) 경도에 SiC의 2개 견본을 위한 숫자 3. 분석적인 순서, (b) 경도, 그리고 (c) 가치. 이 결과에서는, 기질 영향은에 대하여 설명되지 않았습니다, 그러나 경도가 필름 간격의 대략 20%에 그것의 고원을 도달하기 때문에 그 같은 회계는 불필요하게 보입니다. (a)와 (b)에서, 각 견본을 위한 자취가 그 견본에 모든 시험의 평균을 나타낸다는 것을 유의하십시오. 명확성을 위해, 1개의 표준 편차를 뼘으로 재는 오차 막대는 막대 그림표 (c)에서만 보입니다.

단단한 물자를 위해, 접촉의 비열한 압력, 또는 짐의 밑에 접촉 지역으로 분할되는 짐 경도가 정의된다는 것을 기억하는 것이 중요합니다: H = pm = P/A. 접촉이 상당히 탄력 있을 때, 헤르츠 접촉 모형은 비열한 압력 (p)가 진지변환의m 제곱근으로 간다는 것을 저희에게 말합니다. 그러므로, 우리는 진지변환이 0에 가는 때 p)가 0에 가는 때 (우리가 정의한지m 어느 것을 측정한 경도 기습되면 안됩니다. 이것은 이 작은 진지변환에, 접촉이 상당히 탄력 있다는 것을 의미하고 그래서 보고한 "경도"에는 필름의 플라스틱 속성으로 할 것이다 약간이 있습니다.

결론

DCM 헤드를 가진 Keysight Nano Indenter G200는 그것의 높은 정밀도, 속도 및 사용 용이 때문에, 뿐 아니라 관통 거리의 연속 함수로 속성을 전달하는 그것의 지속적인 뻣뻣함 측정 선택권 때문에 이 측정을 위한 기업 선택입니다. 이 일에서는, Keysight NanoSuite 탐험가 소프트웨어는 Young 계수의 측정에 기질 영향에 대하여 설명하는 분석 모형을 실행하기 위하여 이용되었습니다. 이 분석을 가진 시험 방법은 지금 Keysight NanoSuite 전문가 소프트웨어를 가진 고객에게 유효합니다.

Young 계수에 기질 영향에 대하여 설명하는 모형이 몇몇 실제적인 이점을 줍니다 있는 것은:

  • 보고한 계수는 혼자 필름을 위해 입니다
  • 계산 계수를 위한 깊이 범위가 "눈"에 의해 선정될기 필요없기 때문에 더 적은 사용자 영향
  • 결과가 더 깊은 관통 거리에 장악되기 때문에 더 적은 불확실

경도의 측정은 기질 영향 에따라 조정되지 않았습니다, 그러나 그 같은 조정은 필요하지 않았습니다; 이 견본을 위해, 경도는 필름 간격의 대략 20%에 그것의 고원을 도달합니다. 이것은 플라스틱 필드의 넓이가 탄력 있는 필드의 넓이 보다는 더 작기 때문에 예상했던대로 입니다. 따라서, 건초 Crawford 모형을, Young 계수 및 경도 둘 다 실행하는 시험 방법을 가진 시험 유사한 물자가 필름 간격의 20%인 압흔 깊이에 장악되어야 할 때.

참고

[1] J.L. 건초, "기기를 장치된 압흔에 의하여 박막의 기질 독립적인 Young 계수 측정을 위한 새 모델," Keysight 기술 응용 주 (2010년).

[2] W.C. Oliver와 G.M. Pharr, "짐을 사용하여 경도와 탄성 계수 결정을 위한 향상된 기술 그리고 압흔 실험을 느끼는 진지변환," J. Mater. Res. 7(6): 1564-1583년 (1992년).

[3] J.L. 건초, "기기를 장치된 압흔 테스트에 소개," 실험적인 기술 33(6): 66-72 (2009년).

[4] J.L. 건초, P. Agee, 및 예를들면 허버트, "기기를 장치된 압흔 테스트 도중 지속적인 뻣뻣함 측정," 실험적인 기술 34(3): 86-94 (2010년).

[5] H. Gao, C. - H. Chiu, 및 J. 이, "탄력 있는 접촉 대 다층 물자의 압흔 만들기," Int. J. 고체는 29:2471-2492를 구축합니다 (1992년).

Keysight 기술에 관하여

Keysight는 무선, 모듈의, 및 소프트웨어 해결책에 있는 혁신을 통해서 그것의 고객의 측정 경험을 변형시키는 것을 도와 글로벌 전자 측정 기술 및 시장 선두 주자 입니다. Keysight는 전자 장비의 디자인, 발달, 제조, 임명, 배치 및 작동에서 사용된 전자 측정 계기 및 시스템 및 관련 소프트웨어, 소프트웨어 디자인 공구 및 서비스 제공합니다. Keysight에 관하여 정보는 www.keysight.com에 유효합니다.

근원: Keysight 기술

이 근원에 추가 정보를 위해 Keysight 기술을 방문하십시오

Date Added: Apr 28, 2011 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 07:34

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