硬盘驱动器的原位TEM纳米划痕

垂直磁记录（PMR）硬盘驱动器（HDD）是已广泛被用于经济且稳定的长期数据存储的无处不在的技术。

纳米划痕试验的在HDD膜叠层原位TEM视频。

因此，这些设备经过高度设计以提高其性能。例如，头部的飞行高度仅比盘片高几纳米，以实现高密度数据存储。由于这只允许有限的保护材料存储介质在盘，薄(2-4纳米)类金刚石(DLC)薄膜被利用。

由于存储层的磁矩垂直于光盘的平面，即使轻微的塑性变形也足以使薄膜中的颗粒重新定向，从而有效地使存储的数据无法读取^[1]．对于厚度在1-10纳米量级的薄膜堆栈，很难评估其力学性能，因此需要复杂的纳米力学测试工具。

本文介绍了一种最新开发的基于mems的二维传感器布鲁克美国Hysitron PI 95 TEM PicoIndenter．这些设备app亚博体育是用于测试PMR HDD膜堆叠在原位刮加载条件下。该技术有利于高精密微牛级的测试，以更接近负载条件下评价材料的性能提升到一个头盘碰撞比以前可能的，所有的同时可视化具有高分辨率成像TEM变形机制。

实验的程序

为了进行原位划痕试验，硬盘驱动器装置膜沉积在硅衬底楔。通过硅的湿蚀刻制成，这些基底被用于原位TEM实验，因为它们在楔形的顶点提供了一个电子透明区域，除了用于机械试验了稳定的基片。另外，将基板升高若干硅晶片，以防止由mistilt感兴趣区域的阴影的其余部分上面微米。通过扫描探针显微镜用美国Hysitron TI 950 TriboIndenter测量，所沉积的膜具有300nm左右的曲率半径。

膜叠层是由三个主要层：5nm的金属取向层，一个2-3纳米保护DLC层和12nm的记录层，它是取向层的化学计量等价物的氧化物。下面这是籽晶层控制膜晶粒尺寸和其他特性的范围内。这导致由柱状晶粒为5-15nm的直径，然后将其与美国Hysitron PI 95配有一个楔形金刚石探针划痕的膜。

结果

恒定法向力是在应用了划痕试验。一种压电元件致动横轴，将所得的横向力和法向位移被记录。从1-20μN法向力的范围施加，从而产生不同的变形行为和不同的划痕深度。压头通过粘滑运动就在低施加法向力。在此过程中，将DLC从基材脱粘（如预先尖端的证明薄膜的压曲）和柱状晶粒的圆顶部被塑性变形和变平。

在图1中，这一效应由一个例子1µN法向力划痕显示。在这种情况下，一旦在尖端前形成完全屈曲的DLC丘，侧向力保持一个相对恒定的平均值。然而，当尖端经过记录层晶粒下的每个单独的微凸体时，会有不同的载荷下降。

图1所示。-例1µN划痕试验:a)原位TEM视频的法向和横向载荷和位移随时间的变化以及(b-e)对应的框架，显示了DLC薄膜在尖端之前的屈曲和晶粒顶部的凸起变平坦。

穿透过去晶粒凹凸和变化的深度尖物在更高的法向力出现在变形机制。这里，尖端塑性犁深入材料和颗粒被迫旋转和/或弯曲作为通过了尖端。此二次变形行为是由示例10μN正常力试验示出。虽然横向力是更可靠的，它会继续增加，因为横向位移增大，而尖端在沉积膜的楔形结构进一步犁并且接触面积增大。

根据测量结果，两种变形机制之间的转变发生在大约10µN法向力。在第二种情况下，记录层中晶粒的弯曲可能导致器件中的数据丢失。[2]中显示了更广泛的分析。

图2 -例如10µN划痕测试:a)来自原位TEM视频的法向和横向载荷和位移随时间和(b-i)对应框架，这里尖端穿透了突起，并在下面记录层中产生塑性变形。

结论

二维MEMS传感器是一种强大的工具，用于研究广泛的力学现象现场瞬变电磁法，当耦合-Hysitron^®PI 95 TEM PicoIndenter^®．在这种情况下，不同的法向力允许不同的深度，同样，在复杂的工业多层膜中研究不同的变形机制。其他有前景的应用包括纳米结构或粒子的原位剪切、黏附和摩擦的基础研究等等。yabo214

参考文献

1. Kim, J. Ferber, X. Che, B.D.斯特罗姆,j . Tribol。131、011904(2009)。
2. e。d。辛特萨拉，d。d。斯托弗，y。还有s。s。阿西夫，JOM69年,51-56(2017)。

这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。亚博网站下载

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