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《华中科技大学》 2007年
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高密度硬盘磁头用超薄类金刚石薄膜的研究

刘凡新  
【摘要】: 随着磁存储硬盘技术的不断发展,超薄类金刚石薄膜(DLC)的研究越来越成为材料领域的研究热点。本文分别采用Electron cyclotron resonance chemical vapor deposition (ECR-CVD电子回旋共振增强化学气相沉积)、Ion beam deposition optimization (IBO离子束辅助沉积技术)、Filtered cathodic vacuum arc (FCVA过滤阴极真空电弧技术)方法制备出Diamond-like carbon (DLC类金刚石)薄膜,主要以Vis(514nm) UV(244nm) Raman对薄膜的结构分析为主线,从而反映薄膜的性能,具体见下。 首先研究了不同工艺制备的不同厚度薄膜的结构的变化。研究表明,ECR-CVD、IBO制备的a-C:H薄膜的生长主要分为两个阶段,50?以前,采用岛状生长;50?以后,采用平面层状生长,结构趋于稳定。而对于FCVA所制的ta-C薄膜,主要分三个阶段,第一阶段15?:以岛状生长模式为主;第二阶段15~50?:以外延式的平面层状生长;第三阶段50?:总体上属于纯粹的平面式生长,在微区部分,由于薄膜趋向于形成更多的四面体结构,属于岛状生长。此外,对于薄膜的硬度和密度比较,FCVAIBOCVD。因此,当厚度大于15?时,ta-C薄膜就开始变得致密、连续,可以达到耐磨性的要求,成为高密度磁头保护膜的首要选择。 在ECR-CVD方法中,采用CH4和N2混合气体制备a-C:H:N薄膜。研究表明,N的掺入,将使得薄膜的sp~3含量降低,以至硬度和密度降低。这是由于在a-C:H:N薄膜中,并没有形成大量的比金刚石结构更硬的C_3N_4 (C≡N)相,主要形成了C-N键。因此,氮掺杂并不能使a-C:H薄膜满足硬盘要求。 在FCVA方法中,对70nm厚膜分析发现,当倾斜衬底角度增加时,ta-C薄膜中的sp~3含量降低,同时薄膜中的sp2团簇的振动更加有序,使得内应力将比硬度下降的更快。对2nm薄膜拉曼分析表明,当倾斜衬底增加时,其内应力和硬度也会下降。这是由于当衬底倾斜时,入射离子形成平行于衬底表面的动量,不仅降低薄膜的sp~3相的形成,而且促使sp2相更加有序。 在FCVA方法中,对衬底偏压的研究表明,与70nm厚膜偏压效应相反,首次发现对2nm薄膜来说,当衬底偏压增加时,sp~3含量几乎在线性降低,对应的硬度也降低。这是因为偏压可以诱导与衬底形成更多的混合键,这些混合键都比C-C键长,故降低了薄膜的硬度;而对于厚膜来讲,界面混合层的影响可以忽略不计,高能量入射离子导致较多的sp~3键的过程占主导作用。 对于磁头使用的多层材料,DLC薄膜在AlTiC上沉积时,sp~3含量最高,对应硬度最高;而在FeCo、FeNi上,薄膜中的sp~3含量较低;在Au上,sp~3含量最低。 最后,为有效评估DLC在纳米级Lead区域结合力建立了超声震荡加化学腐蚀的方法。发现薄膜在AuCu上的结合力强于Au。从而对于可能由于DLC/ Lead间弱的结合力而引起的磁阻材料氧化问题,本实验结果提供了一种方法,从Wafer设计层面上,通过AuCu取代Au作为lead材料加以研究解决。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O484.1

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