氮化硅梯度薄膜为过渡层生长高密度硬盘磁头用非晶碳保护膜

磁过滤真空阴极电弧法制备的无氢四面体非晶碳膜，由于具有高密度、高硬度、高弹性模量和良好的化学稳定性等特点，目前广泛应用于磁盘磁头的保护，可有效地防止磁头极尖功能层的氧化、腐蚀和磨损。然而随着计算机硬盘向高存储密度趋势的发展，优质超薄类金刚石非晶碳膜的制备及其优化是高密度存储用磁头保护膜研究的关键问题。本项目首先在以硅片和硬盘磁头为衬底溅射一层硅过渡薄膜；然后采用电子回旋共振微波放电氮等离子体，对衬底表面进行低温氮化处理，进而生长氮化硅梯度薄膜。在此基础上，针对氮化后的衬底，采用真空过滤气相沉积法，制备优质超薄类金刚石薄膜。主要分析在微波等离子体氮化过程中氮气的流量和所施加的衬底偏压等参数对生长的氮化硅薄膜结构及其成分梯度分布的影响；研究氮化硅薄膜过渡层对超薄类金刚石薄膜乃至整个磁头保护膜的性能调控作用。此申请项目有较强的理论研究和实际应用价值。

当DLC薄膜的厚度低于2nm时，传统的DLC/Si磁头保护膜已经起不到保护作用，而降低磁头保护膜的厚度可以提高硬盘存储密度，所以探索开发新的、性能更加优异的磁头保护膜成为了该领域的热点。DLC/SixNy磁头保护膜是对传统DLC/Si磁头保护膜的拓展和创新。本文首次探讨将SixNy应用在硬盘磁头保护膜上，主要以制备的SixNy薄膜为研究对象，通过多项先进试验方法首先研究了N2流量和偏压对DLC/SixNy薄膜化学结构和表面形态的影响，接着着重研究了N2流量和偏压对薄膜抗腐蚀性能、电学性能等的影响，并与传统的DLC/Si磁头保护膜的抗腐蚀性能、电学性能作比较，寻找在什么条件下可以制备出性能更加优越的DLC/SixNy磁头保护膜。. 本次研究采用电子回旋共振化学气相沉积工艺，将磁头表面已经镀好的Si层氮化从而形成SixNy薄膜，随后采用FCVA 沉积工艺在SixNy薄膜上沉积DLC，最终得到厚度约5.5nm的DLC/SixNy磁头保护膜。. 采用X射线光电子能谱仪分析了N元素的含量，发现薄膜中N含量随着N2流量和偏压的增大都出现先上升后下降的趋势。在N2流量为120sccm时薄膜中N含量达到最大值为4.76%，N/Si比达到最大值0.4 ；在偏压为-150V时薄膜中N含量达到最大值为5.37%, N/Si比达到最大值0.46。同时采用俄歇电子能谱仪分析了N等元素深度分布状态，发现界面区N的原子浓度随着N2流量的增加呈现出先增加后减少的趋势。. 采用XPS分析了C、N和Si的主要化学键结构，结果表明，薄膜中大部分的C元素以sp3C、sp3C-N和sp2C形式存在，其余C原子与Si原子形成C-Si键；薄膜中N元素主要以N-sp3C和N-sp2C形式存在，其余N原子与Si形成N-Si键；薄膜中Si元素以Si-N、Si-C和Si-O键形式存在。. 采用Keithley 2400型超薄薄膜电阻测量仪测试了不同N2流量和偏压下DLC/SixNy薄膜的电阻值，发现薄膜电阻随着N2流量和偏压的增加都出现增加的趋势，分别从1.64 MΩ上升到11.74 MΩ和从0.69 MΩ升到8.11 MΩ，均比相同厚度的DLC/Si薄膜电阻（0.17MΩ）大。在薄膜电阻随偏压的变化趋势中出现了两个电阻变化缓慢区（A区和B区），与A区和B区相对应的偏压范围分别是0V—-50V和-100V—-1