SixNy應用在硬盤磁頭保護膜上的研究.pdf

1、當DLC(類金剛石)薄膜的厚度低于2nm時，傳統(tǒng)的DLC/Si磁頭保護膜已經(jīng)起不到保護作用，而降低磁頭保護膜的厚度可以提高硬盤存儲密度，所以探索開發(fā)新的、性能更加優(yōu)異的磁頭保護膜成為了該領(lǐng)域的熱點。DLC/SixNy磁頭保護膜（以SixNy為基底的DLC磁頭保護膜）是對傳統(tǒng)DLC/Si磁頭保護膜的拓展和創(chuàng)新。本文首次探討將SixNy應用在硬盤磁頭保護膜上，主要以制備的SixNy薄膜為研究對象，通過多項先進試驗方法首先研究了N2流量和偏壓

2、對DLC/SixNy薄膜化學結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)的影響，接著著重研究了N2流量和偏壓對薄膜抗腐蝕性能、電學性能等的影響，并與傳統(tǒng)的DLC/Si磁頭保護膜的抗腐蝕性能、電學性能作比較，尋找在什么條件下可以制備出性能更加優(yōu)越的DLC/SixNy磁頭保護膜。
　　本次研究采用電子回旋共振化學氣相沉積工藝（Electron Cyclotron Resonance Chemical Vapor Deposition,ECR-CVD），將磁頭表面已

3、經(jīng)鍍好的Si層氮化從而形成SixNy薄膜，隨后采用FCVA沉積工藝在SixNy薄膜上沉積DLC，最終得到厚度約5.5nm的DLC/SixNy磁頭保護膜。
　　采用X射線光電子能譜儀（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）分析了N元素的含量，發(fā)現(xiàn)薄膜中N含量隨著N2流量和偏壓的增大都出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在N2流量為120sccm時薄膜中N含量達到最大值為4.76％，N/Si比達到最大值0.4；

4、在偏壓為-150V時薄膜中N含量達到最大值為5.37%,N/Si比達到最大值0.46。同時采用俄歇電子能譜儀（Auger Electron Spectroscopy,AES）分析了N等元素的深度分布狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)界面區(qū)N的原子濃度隨著N2流量的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，在N2流量為120sccm時薄膜中的N含量達到最大值，這與用XPS對薄膜N含量的分析結(jié)果非常吻合，進一步證實了薄膜中的N含量隨N2流量的這一變化規(guī)律；界面區(qū)N的原子濃度隨

5、著偏壓的增加而增加。采用原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy,AFM）分析了DLC/SixNy磁頭保護膜的粗糙度和表面形貌，發(fā)現(xiàn)了其表面狀態(tài)沒有隨著N2流量和偏壓的增加而出現(xiàn)明顯變化。
　　采用XPS分析了C、N和Si的主要化學鍵結(jié)構(gòu)，結(jié)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原子與Si原子形成C-Si鍵；薄膜中N元素主要以N-sp3C和N-sp2C形式存在，其余N原子

6、與Si形成N-Si鍵；薄膜中Si元素以Si-N、Si-C和Si-O鍵形式存在。
　　采用Keithley2400型超薄薄膜電阻測量儀測試了不同N2流量和偏壓下DLC/SixNy薄膜的電阻值，發(fā)現(xiàn)薄膜電阻隨著N2流量和偏壓的增加都出現(xiàn)增加的趨勢，分別從1.64M上升到11.74M和從0.69M升到8.11M，均比相同厚度的DLC/Si薄膜電阻（0.17M）大。在薄膜電阻隨偏壓的變化趨勢中出現(xiàn)了兩個電阻變化緩慢區(qū)（A區(qū)和B區(qū)），與A區(qū)

7、和B區(qū)相對應的偏壓范圍分別是0V--50V和-100V--150V。采用橢偏儀測試了DLC/SixNy薄膜的折射率，發(fā)現(xiàn)N2流量和偏壓的變化沒有對薄膜的折射率產(chǎn)生影響。
　　采用草酸腐蝕實驗測試了DLC/SixNy磁頭保護膜的抗腐蝕性能，在腐蝕時間為8分鐘時，發(fā)現(xiàn)磁頭的腐蝕率隨N2流量的增加從3.3%上升到15.9%，隨偏壓的增加先從18.0%先下降到3.8%，然后又上升到23.8%。而在傳統(tǒng)的DLC/Si薄膜保護下，磁頭的腐蝕率

8、為10.7%，與之比較，發(fā)現(xiàn)在N2流量小于90sccm時DLC/SixNy磁頭保護膜體現(xiàn)出了更好的抗腐蝕性能；當偏壓在-50V致-150V之間時DLC/SixNy磁頭體現(xiàn)出了更好的抗腐蝕性能，尤其是在-150V時磁頭的腐蝕率達到最低僅為3.8%。
　　本次研究探索開發(fā)了SixNy薄膜的新用途，即作為DLC膜的基底應用在磁頭保護膜上。研究了DLC/SixNy磁頭保護膜不同于傳統(tǒng)的DLC/Si磁頭保護膜的新特性，為開發(fā)下一代磁頭保護膜