研究硬盘盘片从表面到基板的元素组成的变化

硬盘盘片是硬盘驱动器的一部分，用来存储数据。硬盘驱动器可以有一个或多个硬盘盘片。盘片具有复杂的层状结构，可分为三个独立的层次。该结构的基础是由铝或玻璃制成的基材，构成了盘的主要部分，并为其提供了结构和刚性。在基片的顶部有一层磁性介质涂层，代表数据的磁脉冲被写在那里。

磁层是由一系列金属合金气相沉积形成的。一层薄薄的碳保护层和超薄的润滑层覆盖在盘片的表面。光盘的质量及其介质涂层是至关重要的。磁盘中任何一层的组成问题都可能导致硬盘故障，导致数据丢失。因此，为了测试镀层的完整性和一致性，对从表面到基板的化学和元素数据进行表征是很重要的。XPS深度剖面可以以一种简单的方式表征多层样品。

的Thermo Scientific K-Alpha X射线光电子光谱仪(图1)提供了出色的光谱性能，并提供了快速的分析时间和出色的化学检测能力。它被用来测试硬盘盘片从表面到基片元素组成的变化。主成分分析用于区分存在于各层深度剖面的元素。

图1所示。Thermo Scientific K-Alpha XPS系统

实验

深度剖面分析可以使用两种不同的技术。第一种是快速快照捕获技术，用于捕获每个元素的区域数据。当样品中的元素已知时，使用此方法。在硬盘盘片中的元素是未知的，所以采用第二种方法。在每个深度剖面记录宽扫描或测量谱。在整个光谱范围内使用宽扫描，除了氦和氢，所有元素都能被探测到。

深度剖面是在一块硬盘盘片上进行的，通过在2x4毫米的区域上光栅化500 eV氩离子束。每个蚀刻周期所花费的时间为10秒，在每个蚀刻级别之后收集一个调查频谱，以确定每个样品深度的所有可能元素。为了获得高质量的深度剖面，样品在每个蚀刻周期中进行了方位角旋转，形成了直径为2毫米的蚀刻坑。图2显示了在得出深度剖面后立即记录的蚀刻坑的光学图像。

图2。在深度突破样本分析期间通过方位角旋转获得的圆形蚀刻火山口的光学图像。

具有出色的XPS灵敏度K-Alpha系统在非常短的时间范围内收集具有卓越频谱质量的数据。在这种情况下，只需要九秒钟来获得每个调查谱。提供具有所有Thermo Scientific Systems分析系统的Thermo Scientific Avantage数据系统，具有主成分分析（PCA）功能，可查看大型多级数据集，如图像和深度配置文件。这用于从深度剖面数据集中选择全套230调查扫描的关键组件。该软件的其他工具用于检测所识别的PCA组件中存在的元素，并产生最终的原子浓度分布。

结果

图3至5描绘了分析的结果。图3显示了深度轮廓的每个级别的测量光谱的蒙太奇。测量光谱通常用于提供来自表面的元素数据，并且可用于检测污染物或未识别的样品组合物。

图3。深度剖面测量谱的蒙太奇。

Avantage数据系统的集成PCA工具能够从230次调查扫描的总组中选择七个主要组件，表示为从数据重建的七个离散调查扫描。在七个PCA组件的相对强度方面，深度轮廓在图4中示出。

图4。硬盘盘的深度剖面图，以主成分表示

为了检测存在于七个成分PCA调查谱中的元素，应用了一个自动化的“调查ID”程序。在7个PCA成分中共检测到14种不同的元素。然后，从230次扫描的原始数据集的调查光谱在每个蚀刻水平的峰值拟合，以提供一个完整的原子百分比量化的样品深度。最后，利用在30 nm Ta上测量的刻蚀速率，得到了刻蚀时间(秒)的刻蚀深度(nm)₂O₅/ Ta标准。

原子百分比深度分布在图5中描绘，其揭示了存在的层。发现拼盘是玻璃。由钽和镍制成的缓冲层被放置在其上方，以防止玻璃的取向，以及将晶体结构的取向影响影响其他薄膜层的取向。立即发现薄的钽层间。铬和钛的种子层置于钽层上方，以增强以下沉积层的生长和取向。存在两对非磁性和磁性层，首先由钌制成，另一种是由铂，钴和铬制成的。

图5。用元素原子百分比表示的硬盘盘的深度剖面

数据存储在磁性层中，并且薄的非磁性层允许磁层以相反的方向磁化。这加强了磁状态，并消除了由于热效应而丢失的磁状态的风险。最后，添加了薄的碳层以提供耐腐蚀性并提高其机械可靠性。

结论

的Thermo Scientific K-Alpha光电子系统提供卓越的XPS灵敏度，这有助于快速深入剖析已知和未知的样品，而不泄露数据的质量。在avante数据系统中使用的工具，如PCA，可以方便快捷地处理大数据集的数据。在这种情况下，通过用其主要成分来表示数据，只需测试7个光谱，就可以发现所有230次扫描中存在的所有不同元素。这使得硬盘盘片样品的高质量元素深度剖面得以快速生产。

这些信息来源于赛默费雪科学公司提供的x射线光电子能谱(XPS)。欧洲杯足球竞彩

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