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）是一种普遍存在的技术，可广泛用于经济且稳定的长期数据存储。

HDD胶片堆栈的纳秒测试原位TEM视频。

因此，这些设备被精心设计以提高其性能。例如，头部的飞行高度仅比盘片高几纳米，可以存储高密度数据。由于这只允许有限的保护材料存储介质在盘片，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磁盘平面，即使轻微的塑性变形也足以使薄膜中的颗粒重新定位，从而有效地使存储的数据无法读取^［1]．对于厚度在1- 10nm的薄膜层，很难对其力学性能进行评价，因此需要精密的纳米力学测试工具。

本文描述了一个最近开发的2D mems传感器专门开发的操作Bruker的Hysitron Pi 95 Tem PicoIndenter．使用该设2020欧洲杯下注官网备在划痕加载条件下原位测试PMR HDD膜叠层。该技术促进了高精度μN级测试，以评估装载条件下的材料的性能比早期更接近头圆盘碰撞，同时可视化具有高分辨率的TEM成像的变形机制。

实验的程序

为了进行原位划痕测试，将硬盘驱动装置薄膜沉积在硅楔形基板上。通过硅的湿法蚀刻制造，这些基板用于原位TEM实验，因为它们在楔形处提供电子透明区域，除了用于机械实验的稳定基材。而且，基板在硅晶片的其余部分上方提升了多个微米，以防止通过被误导地遮蔽感兴趣的区域。通过用Hysitron Ti 950摩擦丁烯扫描探针显微镜测量，沉积的薄膜的曲率半径约为300nm。

薄膜叠层由三个初级层制成：5nm金属取向层，2-3nm保护DLC层和12nm记录层，其是取向层的化学计量等效氧化物。下面这是一种控制薄膜粒度和其他性能的种子层。这导致薄膜由直径5-15nm的柱状晶粒组成，然后用楔形金刚石探针配有Hysitron Pi 95划伤。

结果

施加恒定的正常力用于划痕测试。压电元件致动横向轴线，并记录所得到的横向力和正常位移。施加了一系列法的正常力，从而产生不同的变形行为和不同的划痕深度。在低施加的正常力下，压痕通过粘附运动。在该过程中，DLC从基板剥离（如尖端的膜的屈曲所证明），并且柱状晶粒的圆形顶部塑性变形并扁平。

图1以1µN法向力划伤为例说明了这种效果。在这种情况下，一旦在尖端形成一个完全弯曲的DLC丘，侧向力保持了一个相对恒定的平均值。然而，当针尖通过下面记录层颗粒中的每一个粗糙面时，会出现不同的载荷下降。

图1所示。-一个例子1µN划痕试验:a)法向和横向荷载及位移随时间的变化，以及(b-e)原位透射电镜视频中相应的帧，显示了DLC薄膜在尖端之前的屈曲和颗粒顶部的凸起物的扁平化。

在较高的正常力下，尖端穿过谷物粗糙度的深度和变化的变形。这里，将尖端塑性更深地犁成材料，并且晶粒被迫旋转和/或弯曲，因为尖端通过。该二次变形行为通过示例10μN正常力测试来说明。尽管横向力更可靠，但随着横向位移的增加，它继续增加，而尖端在沉积的膜的楔形结构中进一步渗透，并且接触面积的增长。

根据测量结果，在法向力约为10µN时，两种变形机制发生过渡。在第二种状态下，记录层中晶粒的弯曲可能会导致器件中数据的丢失。[2]中显示了更广泛的分析。

图2. -一个10µN划痕试验的例子:a)来自原位瞬变电磁视频的法向和横向荷载和位移随时间的变化，以及(b-i)对应的帧，在这里，尖端穿透了隆起物，并在下面记录层产生了塑性变形。

结论

二维MEMS换能器是研究多种力学现象的有力工具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可以研究不同的变形机制。其他有前景的应用还包括纳米结构或颗粒的原位剪切、粘附和摩擦的基础研究等。欧洲杯猜球平台

参考文献

1. 李世昌、洪世扬、金东生、费伯、车贤、B.D.斯特罗姆,j . Tribol。131、011904(2009)。
2. e。d。辛萨拉，d。d。斯托弗，y。欧，还有s。s。阿西夫，JOM69年,51-56(2017)。

这些信息来源于Bruker纳米表面公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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