Mäta Substrate-Vilde den Young Modulusen av Hårda Överrockar för Magnetiskt Massmedia genom Att Använda en Nano Indenter

Vid Jennifer Hö och Bryan Crawford
Sponsrat av Keysight Teknologier

Bordlägga av Tillfredsställer

Överblick av Hårda Överrockar
Hö-Crawforden Modellerar
Experimentell Metod
Resultat och Diskussion
Avslutningar
Hänvisar till
Om Keysight Teknologier

Överblick av Hårda Överrockar

I hårddiskdrev lagras hämtas digital information och magnetiskt av ”ett läst huvud” att flugor över disken inom tio av nanometers av dess ytbehandlar. Figurera 1 är en fotografera av ett läst huvud och en hårddisk tillsammans.

Att skydda det magnetiska materiellt i vilken information lagras, appliceras en hård överrock (som kan vara så thin som precis några nanometers), till ytbehandla. Den hårda överrocken skyddar det bakomliggande materiellt, genom att agera båda som ett smörjmedel och en mekanisk barriär.

Figurera 1. Inre av ett hårddiskdrev, tar copyrightt på Matt Sätter In.

Hårddiskproducenter intresseras keenly, i att mäta den mekaniska rekvisitan av sådan överrockar för att nå kunskap för produktförbättring; den instrumenterade inryckningen har dykt upp som tekniken av primat för danande dessa mätningar. Därför Att täcka är så thin, emellertid inryckningsresultat för överrocken är oundvikligen lägre än, värderar det riktigt. Det är, någon av deformeringen från inryckningen testar hysas av det materiellt under täcka av intresserar, som gör täcka verka mer eftergiven, än den är faktiskt.

Utan någon korrigering för påverkan av det bakomliggande materiellt vänder mot en en kompromiss mellan osäkerhet och felet. På mycket lilla förskjutningar kan felet tack vare substratepåverkan vara litet, men osäkerheten är mer stor ytbehandlar tack vare roughness, spetsvariationer, vibration, temperaturvariationer, Etc. Som inryckningsdjupförhöjningar, osäkerhetminskningarna, men för substratepåverkan för fel tack vare förhöjningarna. Således var ämna av detta arbete att applicera ett analytic modellerar till analysen av hårda beläggningar som testades av den instrumenterade inryckningen för att erhålla den Young modulusen av filma bara.

En Sådan modellera för en tid sedan introducerades och verifierades via finite-beståndsdelen analys [1]. Framkallat av Keysight Teknologier, ses den till, som ”Hö-Crawforden” modellerar.

Hö-Crawforden Modellerar

Hö-Crawforden modellerar ger analytic hjälpmedel av att redogöra för substratepåverkan på mätt modulus [1]. Här resumerar vi enkelt dess specificerar, genom att framlägga, matar in och tillverkar av modellera.

Matar In till modellera:

  • Den påtagliga (substrate-påverkade) Young modulusen som mätt av den Oliver-Pharr metoden [2]
  • Filma tjocklek
  • Poissons förhållande av filma
  • Young modulus av substraten
  • Poissons förhållande av substraten

Som tillverkas av modellera, är substrate-vilden den Young modulusen av filma. Notera att, även om Poissons förhållanden av filma och substraten båda krävs matar in, som tillverkas av modellera, är ganska okänslig till dessa parametrar.

I detta arbete testade analyserade vi och två tar prov förutsatt att av Seagate Teknologi, en ha som huvudämneproducent av hårddisken kör. Tar prov producerades för ämna av utvärdering av Hö-Crawforden modellerar för substratepåverkan. Som sådan, var beläggningarna som testades i detta arbete, väsentligen mer tjock än överrockar för en faktisk hårddisk. Också sattes in beläggningarna på silikoner ganska än magnetiskt massmedia. Dessa simplifications som var tillåtna för en rigorös utvärdering av modellera, därför att (1) substratepåverkan var obetydlig på grunda djup, och (2) substraterekvisitan var välkända.

Experimentell Metod

Två som silikon-carbiden (SiC) filmar på silikoner, testades; tjockleken av första filmar var 150 nm, och tjockleken av understödja filmar var 300 nm. SiCen filmar sattes in på främsta silikonsubstrates genom att använda ett industriellt PVD-system som utrustas med en planar magnetronfräsandekälla, och en ren silikon-carbide 99,99% uppsätta som mål. För dessa tar prov, en värdera av 170 som GPa användes för den Young modulusen av substraten.

SiCen filmar testades i ett Keysight labb med Keysight en Nano Indenter G200 som använder det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet och ett head inpassat för DCM med en Berkovich indenter. Resultat uppnåddes genom att använda Keysighten NanoSuite testar metoden ”G-Serien DCM som den Fortlöpande StyvhetsMätningen för Tunt Filmar”. Detta testar metod genomför Hö-Crawforden modellerar för att uppnå substrate-vilde mätningar av den Young modulusen.

Det bör noteras att denna metod inte korrigerar mätningar av hårdhet för substratepåverkan. Emellertid är hårdhetmätningar allmänt mindre känsliga till substratepåverkan, därför att graden av det plast- sätter in är mycket mindre, än graden av resåret sätter in. Filma hårdhet och substratehårdhet, hårdheten som vanligt mätas på 20% av påverkan för substraten för godsspecifikationer för filmatjocklek den försumbara, Även om det finns en verklig skillnad between.

Keysight har Nano Indenters varit branschen som är prima för, tunn-filmar att testa exakt på grund av Keysights Fortlöpande alternativ för StyvhetsMätningen, som mäter resårkontaktstyvhet (S) dynamiskt. Med det Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativet testar varje inryckning retur som färdigt djup profilerar av den Young modulusen och hårdhet. Genom Att Använda detta alternativ, testar tio utfördes på varje tar prov. att Ladda var kontrollerat sådan att ladda klassar delat av ladda (P' /P) återstod konstant på 0.05/sec; att ladda avslutades på ett genomträngningsdjup av 200 nm eller mer stor. Magnetiseringsfrekvensen var 75 Hertz, och magnetiseringsamplituden var kontrollerat sådan att förskjutningsamplituden återstod konstant på 1 nm.

Resultat och Diskussion

Resultat resumeras in Bordlägger 1. Figurera 2 shows som fortgången av resåranalys för tvåna tar prov.

Bordlägga 1. Summariskt av experimentella resultat för SiC-beläggningar på silikoner. Den riktiga Young modulusen av filma (Ef) är omkring 25% som är högre än den påtagliga Young modulusen (Ea) när inryckningsdjupet är 20% av filmatjockleken.

Figurera 2. Analytiskt ordna för tvåna tar prov av SiC på påtaglig (den påverkade substraten) modulus för Si-visning (a) som en fungera av indentergenomträngningen, (b) den påtagliga modulusen och filmar modulusen som en fungera av den normalized indentergenomträngningen, och (c) värderar på 20% av filmar tjocklek. Notera det in (a), och (b), tar prov tracen för varje föreställer genomsnittet testar allra på det tar prov. För klarhet bommar för felet att spänna över en standardavvikelse visas endast på bomma för kartlägger (c).

Figurera shows 2a som den påtagliga Young modulusen uppnådde vid standard analys som en fungera av inryckningsdjup. Som förväntat, tar prov den Young modulusen för thinneren förfaller snabbare som en fungera av djup. Figurera shows 2b både den påtagliga Young modulusen (fasta symboler) och den Young modulusen av filma bara (öppna symboler) som konspireras som en fungera av normalized inryckningsdjup.

Faktumet, som tvåna tar prov look exakt samma, när de hitåt konspireras, berättar oss att substratepåverkan beror starkt på normalized inryckningsdjup. Filmamodulusen som beräknas enligt Hö-Crawforden, modellerar är konstant ut till mer än 30% av filmatjockleken. Figurera shows 2c som moduli som mätas på 20% av filmatjockleken med fel, bommar för att spänna över en standardavvikelse, Slutligen. På detta normalized djup är filmamodulusen omkring 25% som är högre än den påtagliga modulusen.

Även Om dessa filmar är den tjocka släktingen till faktiska hårddisköverrockar, dem inte är så tjocka om nullify usefulnessen av Hö-Crawforden modellerar. Det är, där är inte ett tillräckligt grunt inryckningsdjup som resultatmatchen de som gås tillbaka av Hö-Crawforden, modellerar för på 20% av filmatjockleken. I faktum inom de bästa 5na nm, filmar dessa godsspecifikation markant lower en Young modulus. Som ett resultat uppnår den påtagliga modulusen aldrig värdera som gås tillbaka av Hö-Crawforden, modellerar på 20% av filmatjockleken. För det tunnast filma, maximat värderar av påtaglig Young modulus av 249 som GPa uppstår på ett genomträngningsdjup av endast 9,8 nm, eftersom Hö-Crawforden modellerar retur en Young modulus av 284 GPa på ett genomträngningsdjup av 30 nm.

Om Även dessa filmar var perfekt enhetliga till och med deras tjocklek, fel, och osäkerhetförhöjning med minskande kombinerad för inryckningsdjup verkställer tack vare av ytbehandlar roughness, spetsanomalier som är miljö- stojar, Etc.-Pålitlighet och repeatabilityförhöjning med inryckningsdjup. Satt enkelt, är den bättre att mäta rekvisita på 30 nm än på 10 nm. Hö-Crawforden modellerar förhöjningar djupen som substrate-vilde mätningar av den Young modulusen kan göras, det således minska, på felet och osäkerhet.

Figurera 3 showsresultat för hårdhet. Dessa resultat har inte justerats för substratepåverkan, men, som förväntat, ingen justering är nödvändig. Hårdheten ner dess platå på omkring 20% av filmatjockleken.

Figurera 3. Analytiskt ordna för tvåna tar prov av SiC på hårdhet för Si-visning (a) som en fungera av indentergenomträngningen, hårdhet (b) som en fungera av den normalized indentergenomträngningen, och (c) värderar på 20% av filmar tjocklek. I dessa resultat har substratepåverkan inte redogjorts för, men sådan redogöra verkar onödigt, därför att hårdhet ner dess platå på omkring 20% av filmatjockleken. Notera det in (a), och (b), tar prov tracen för varje föreställer genomsnittet testar allra på det tar prov. För klarhet bommar för felet att spänna över en standardavvikelse visas endast på bomma för kartlägger (c).

För hårda material är det viktigt att minnas att hårdhet definieras, som medlet pressar av kontakten, eller laddar delat av kontaktområde laddar under: H = pm = P/A. När kontakten är väsentligen resåret, modellerar den Hertzian kontakten berättar oss att att medlet pressar (pm) går, som kvadrera rotar av förskjutning. Därför bör vi inte förvånas som den mätte hårdheten (som vi har definierat som pm), går till nolla, som förskjutningen går till nolla. Detta enkelt har hjälpmedlet, som på dessa små förskjutningar, kontakten är väsentligen resåret och, så den anmälde ”hårdheten” lite att göra med den plast- rekvisitan av filma.

Avslutningar

Keysight den Nano Indenteren G200 med ett DCM-huvud är branschen som är prima för dessa mätningar på grund av dess kickprecision, rusar och lindrar - av - bruk, såväl som på grund av dess Fortlöpande StyvhetsMätningsalternativ, som levererar, fungerar rekvisitan som ett fortlöpande av genomträngningsdjup. I detta arbete var Keysight NanoSuite Utforskareprogramvara van vid genomför ett analytic modellerar att konton för substratepåverkan på mätningen av den Young modulusen. Testa metoder med denna analys är nu tillgängligt till kunder med Keysight NanoSuite Yrkesmässig programvara.

Att Ha en modellera, som redogör för substratepåverkan på den Young modulusen, har råd med flera praktiska fördelar:

  • Anmälde moduli är för filma bara
  • Mindre användarepåverkan, därför att djup spänner för beräknas moduli, måste inte att vara utvald ”synar by”,
  • Mindre osäkerhet, därför att resultat erhålls på djupare genomträngningsdjup

Mätningar av hårdhet justerades inte för substratepåverkan, men ingen sådan justering var nödvändig; för dessa tar prov, hårdheträckvidder dess platå på omkring 20% av filmatjockleken. Detta är, som förväntat, därför att graden av det plast- sätter in är mindre, än graden av resåret sätter in. Således när du testar liknande material med en testametod, som genomför Hö-Crawforden, modellera, både den Young modulusen och hårdhet bör erhållas på ett inryckningsdjup som är 20% av filmatjockleken.

Hänvisar till

[1] J.L. Hö ”Ett nytt modellerar för att mäta substrate-vilde som den Young modulusen av tunt filmar vid den instrumenterade inryckningen,” Keysight Teknologier applikationen noterar (2010).

[2] W.C. Oliver och G.M. Pharr, ”En förbättrad teknik för att bestämma att använda för hårdhet- och resårmodulus laddar, och förskjutning som avkänner inryckningen, experimenterar,” J. Mater. Res. 7(6): 1564-1583 (1992).

[3] J.L. Hö ”Inledning till den instrumenterade inryckningen som testar,” Experimentella Tekniker 33(6): 66-72 (2009).

[4] J.L. Hö, P. Agee och E.G. Herbert, ”Fortlöpande styvhetsmätning under instrumenterad inryckning som testar,” Experimentella Tekniker 34(3): 86-94 (2010).

[5] H. Gao, C-. - H. Chiu och J. Lee, ”modellera för inryckning för Resårkontakt kontra av mång--varvade material,” Int. J. Heltäckande Strukturerar 29:2471-2492 (1992).

Om Keysight Teknologier

Keysight är en global elektronisk mätningsteknologi och marknadsför ledareportion för att omforma dess kunders mätning erfar till och med innovation i radio-, modul- och programvarulösningar. Keysight ger elektronisk mätning instrumenterar och system och släkt programvara, programvarudesign bearbetar och servar använt i designen, utvecklingen, tillverkningen, installationen, utplaceringen och funktionen av elektronisk utrustning. Information om Keysight är tillgänglig på www.keysight.com.

Källa: Keysight Teknologier

För mer information på denna källa behaga besökKeysight Teknologier

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

Last Update: 16. December 2014 07:36

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit