元素碳材料的拉曼光谱对多形性很敏感。亚博网站下载对硬碳薄膜的非晶碳和类金刚石碳的谱带拟合是可能的，以减弱“石墨碳”(G带)和“无序碳”(D带)的贡献。硬碳薄膜的特征光谱如图1所示。由于碳膜的光谱行为可以与薄膜的物理性能如耐腐蚀性、导热性、电导率、光学透明度、耐久性和硬度等有经验关联，因此无需详细的替代测试，它就可以用于预测这些性能。
硬质碳涂层保护磁性介质免受磁头滑块引起的磨损。在涂层中加入一定量的氢可以提高底层磁性层的耐腐蚀性，增加涂层的硬度以增强耐磨性，并通过优化与润滑剂的相互作用消除摩擦问题。此外，氮掺杂降低了薄膜的表面电阻率，从而在不影响薄膜硬度的情况下实现静态充电。在氢气和氮气的存在下，磁数据存储介质与各种读写头的兼容性可以得到改善。
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图1所示。碳膜的拉曼光谱记录在磁盘ram上
DiskRam设计用于快速捕获硬碳涂层应用于磁盘介质的拉曼光谱。所关心的物理性质是通过随后的数据简化自动得到的。这些目标可以通过曲线拟合光谱的两个碳带(D和G带)，一个基线，并与额外的氮带，如果需要。本文综述了光谱还原技术。
拉曼光谱
非晶态纯碳薄膜的拉曼光谱由宽发光基线上的D和G波段组成。G波段通常出现在1480到1580厘米之间－1， D波段位于1320 - 1440cm之间－1．频带通常是重叠的，并且它们的实际位置在一定程度上依赖于激光激发波长。
使用像632.8nm氦氖激光器的红色激发导致两种光谱分量的分离较小，并且随后的曲线拟合结果更加模糊。通常用于增加D和G带的光谱分离，通过采用514.5nm的氩离子气体激光器或二极管泵浦，频率加倍的Ndyag激光器的532nm线。Ndyag激光器是更节能的，并且可以在洁净室兼容性至关重要时操作缺乏外部冷却风扇。
488nm的蓝色氩离子线产生了更好的光谱分辨率。由氮组成的薄膜在2180cm处有一个额外的弱带－1，对应腈CN三键伸缩振动。目前正在开发从拉曼信号中提取氮浓度的数学方法。
碳膜的氮掺杂显著降低了G带的位置，但D带的峰位随着氮浓度的升高保持相对稳定。这意味着两个拉曼光谱的重叠随氮浓度的增加而增加。由恒定数量或氮气或氢气组成的薄膜显示出G峰位置与沉积温度的几乎线性关系。
化学计量学方法
在最近的一项研究中，先进的数学方法被应用于分析响应拉曼光谱作为一个整体处理参数的差异的函数。这些化学计量学技术提供了非常确定的初步结果，支持使用这些方法进行更复杂的数据分析(图2)。测定氮含量的绝对误差为±0.1%，误差范围为7-24%。
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图2。多变量分析结果
多元数据分析由于考虑了更多的光谱数据，可以为其他参数提供定量结果，整体精度更好。这些测量精度的提高是至关重要的，因为这些结构的尺寸不断减小。
光致发光
在含氢或甲烷的大气中制作的碳膜表现出拉曼光谱以及光致发光背景。光致发光是由sp内的电子空穴对的重组引起的2sp中的键结簇3.保税无定形矩阵。随着氢含量的增加，薄膜的光致发光强度增加，这主要是由于非辐射复合位点的饱和。用蓝色488nm激发捕获的光谱表明，发光的峰值强度在600nm左右。在632.8nm处使用红色激发使拉曼光谱靠近宽发光峰的侧面，造成基本平坦的背景(图3)。
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图3。用荧光背景测定拉曼光谱与激发波长的关系
然而，利用绿色或蓝色的激光线可以避免薄膜厚度对氢含量测量的影响，该激光线将拉曼光谱置于发光峰的顶部。用激光波长对快速增加或减少的发光峰的斜率进行激发，允许发光背景的斜率来测量氢化量。不同于背景的总强度，坡度不受碳膜厚度的影响。
拉曼光谱的Bandfitting
分析的光谱区域通常限制在800-1950cm的范围内－1为拉曼分析硬碳膜的性能。上限为2250厘米－1nitrogenated电影。高斯或洛伦兹带轮廓，或高斯/洛伦兹和函数可以拟合到光谱。基线可以与允许使用一阶、二阶或三阶多项式的DiskSpec软件相匹配。
在软件中定义曲线拟合的配方后，此曲线拟合程序将收集随后收集的所有光谱。从曲线拟合得到的参数，如峰值强度、背景斜率、位置和宽度，可以以电子表格格式自动记录。否则，数据可以通过统计过程控制软件DiskSpec路由到外部终端。
氢含量推导
如上所述，发光背景的斜率可以用来测量碳膜中的氢含量。即使发光背景和光谱基线并不总是线性的，也可以通过选择D和G波段上的两个频率位置来估计斜率，并根据这些频率上的强度y1和y2定义斜率。可能的斜率定义如下:
Y2 /y1， (Y2 -y1)/(Y2 +y1)或者(Y2 -y1)/ Y2
绝对强度值受仪器和样品参数的影响，包括碳膜厚度、积分时间、光学对准和激光功率。这些因素可以用相对强度来抵消，因为上述参数对所有光谱强度值的影响是相同的。对于想要测量0 - 50%氢含量的制造商，建议使用斜率和比率的方法。
校准转移
对于使用不同diskram执行SPC的制造商，仪器之间的微小变化需要纠正，以获得来自所有diskram的相同样品的相同结果。DiskSpec软件允许推导标准化系数。为此，需要对所有DiskRam工具进行分析，以找到一系列三个或更多的磁盘，这些磁盘在测量的参数中显示出很大的差异。
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图4。在3个不同的DiskRAM工具上记录的斜率因子与氢的百分比。
实际与测量参数的图使每个仪器标准化，以产生相同的结果，对相同的样品。这通常可以通过简单的校正来完成，包括一个校正斜率的因子和一个校正偏移量的系数(图4)。
膜厚度
根据积分时间归一化的G带强度可以推导出薄膜厚度。G波段强度需要与参考样品强度成比例，以抵消仪器效应。对于参考样本，DiskSpec软件提供了光谱采集和曲线拟合参数的单独入口。
可以通过参考之间的超时时间或参考之间实际碳膜测量的计数来定义软件中参考测量的频率。只要满足这两个条件中的一个，就可以进行参考测量。相关系数的确定可以通过将特征良好的碳膜的实际厚度与测量的厚度进行比较来完成。这使得该系统可以对Å的未知生产样品进行薄膜厚度测量。
结论
磁盘ram的设计是为了自动获取拉曼光谱从应用于计算机硬盘介质上的硬碳涂层出发，推导出与膜的性质很一致的参数。提取的数据然后存储在电子表格格式的SPC在一个生产设施。
这些信息来源于HORIBA Scientific提供的资料。亚博网站下载
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