论文摘要
当DLC（类金刚石）薄膜的厚度低于2nm时,传统的DLC/Si磁头保护膜已经起不到保护作用,而降低磁头保护膜的厚度可以提高硬盘存储密度,所以探索开发新的、性能更加优异的磁头保护膜成为了该领域的热点。DLC/SixNy磁头保护膜（以SixNy为基底的DLC磁头保护膜）是对传统DLC/Si磁头保护膜的拓展和创新。本文首次探讨将SixNy应用在硬盘磁头保护膜上,主要以制备的SixNy薄膜为研究对象,通过多项先进试验方法首先研究了N2流量和偏压对DLC/SixNy薄膜化学结构和表面形态的影响,接着着重研究了N2流量和偏压对薄膜抗腐蚀性能、电学性能等的影响,并与传统的DLC/Si磁头保护膜的抗腐蚀性能、电学性能作比较,寻找在什么条件下可以制备出性能更加优越的DLC/SixNy磁头保护膜。本次研究采用电子回旋共振化学气相沉积工艺（Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition, ECR-CVD）,将磁头表面已经镀好的Si层氮化从而形成SixNy薄膜,随后采用FCVA沉积工艺在SixNy薄膜上沉积DLC,最终得到厚度约5.5nm的DLC/SixNy磁头保护膜。采用X射线光电子能谱仪（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）分析了N元素的含量,发现薄膜中N含量随着N2流量和偏压的增大都出现先上升后下降的趋势。在N2流量为120sccm时薄膜中N含量达到最大值为4.76%,N/Si比达到最大值0.4 ;在偏压为-150V时薄膜中N含量达到最大值为5.37%, N/Si比达到最大值0.46。同时采用俄歇电子能谱仪（ Auger Electron Spectroscopy, AES）分析了N等元素的深度分布状态,发现界面区N的原子浓度随着N2流量的增加呈现出先增加后减少的趋势,在N2流量为120sccm时薄膜中的N含量达到最大值,这与用XPS对薄膜N含量的分析结果非常吻合,进一步证实了薄膜中的N含量随N2流量的这一变化规律;界面区N的原子浓度随着偏压的增加而增加。采用原子力显微镜（ Atomic Force Microscopy, AFM）分析了DLC/SixNy磁头保护膜的粗糙度和表面形貌,发现了其表面状态没有随着N2流量和偏压的增加而出现明显变化。采用XPS分析了C、N和Si的主要化学键结构,结果表明,薄膜中大部分的C元素以sp3C、sp3C-N和sp2C形式存在,其余C原子与Si原子形成C-Si键;薄膜中N元素主要以N-sp3C和N-sp2C形式存在,其余N原子与Si形成N-Si键;薄膜中Si元素以Si-N、Si-C和Si-O键形式存在。采用Keithley 2400型超薄薄膜电阻测量仪测试了不同N2流量和偏压下DLC/SixNy薄膜的电阻值,发现薄膜电阻随着N2流量和偏压的增加都出现增加的趋势,分别从1.64 MΩ上升到11.74 M?和从0.69 M?升到8.11 M?,均比相同厚度的DLC/Si薄膜电阻（0.17M?）大。在薄膜电阻随偏压的变化趋势中出现了两个电阻变化缓慢区（A区和B区）,与A区和B区相对应的偏压范围分别是0V--50V和-100V--150V。采用椭偏仪测试了DLC/SixNy薄膜的折射率,发现N2流量和偏压的变化没有对薄膜的折射率产生影响。采用草酸腐蚀实验测试了DLC/SixNy磁头保护膜的抗腐蚀性能,在腐蚀时间为8分钟时,发现磁头的腐蚀率随N2流量的增加从3.3%上升到15.9%,随偏压的增加先从18.0%先下降到3.8%,然后又上升到23.8%。而在传统的DLC/Si薄膜保护下,磁头的腐蚀率为10.7%,与之比较,发现在N2流量小于90sccm时DLC/SixNy磁头保护膜体现出了更好的抗腐蚀性能;当偏压在-50V致-150V之间时DLC/SixNy磁头体现出了更好的抗腐蚀性能,尤其是在-150V时磁头的腐蚀率达到最低仅为3.8%。本次研究探索开发了SixNy薄膜的新用途,即作为DLC膜的基底应用在磁头保护膜上。研究了DLC/SixNy磁头保护膜不同于传统的DLC/Si磁头保护膜的新特性,为开发下一代磁头保护膜,改善其性能提供了新思路;为新工艺、新产品的研发,提供了试验参考数据和理论依据,尤其是使进一步降低磁头保护膜的厚度成为可能,从而达到进一步提升硬盘存储密度的目的;为拓展DLC和SixNy薄膜制品的应用领域、巩固和扩大市场打下了基础。
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标签：薄膜论文; 磁头保护膜论文; 射线光电子能谱论文; 俄歇电子能谱论文; 抗腐蚀性能论文; 电阻论文; 折射率论文;