磁頭飛行高度調節(jié)器的壽命及其失效機理研究.pdf

1、電遷移（Electromigration）是指電流驅動的物質傳輸過程，它是造成電子元器件失效的主要原因之一。如今隨著電子產品不斷向小型化和復雜化方向發(fā)展，器件的特征尺寸急劇降低，電流密度顯著上升，通過器件中的平均電流密度已達到發(fā)生電遷移的門檻值。事實上，電遷移失效并非是一個孤立的現象，在電遷移過程中往往同時伴隨著熱遷移（Thermomigration）失效。
　　磁頭飛行高度調節(jié)器（Dynamic Flying Height, D

2、FH）是硬盤磁頭重要的組成部分，對其可靠性的評估尤其是壽命的預測顯得十分重要。工程上通常采用加大應力（電流和溫度）的方法促使DFH在短期內失效，用以預測其在正常硬盤工作條件下的使用壽命，這一方法稱為“加速應力測試”。對DFH在加速應力實驗中失效機理的研究有助于對其進行科學的壽命分析。
　　本文選取材料為Ta/W/Ta和Ta/NiCu/Ta的兩款DFH，通過直流加速和交流加速應力實驗，探討在加速應力實驗過程中電流和溫度的作用，從而對

3、其失效機理進行歸納和總結，并根據Black方程預測了Ta/NiCu/Ta DFH在正常硬盤工作條件下的使用壽命。
　　通過加速應力實驗的研究，本文提出Ta/W/Ta DFH失效是典型的電遷移失效。直流加速應力實驗中，在電遷移力的作用下，DFH導線中Au原子由陰極向陽極的發(fā)生定向的遷移，這導致在DFH線圈表面形成黃色的Au層小丘失效，在DFH左下角導線連接處形成黑色的空洞失效。交流加速應力實驗中，交流電信號能夠完全抑制電遷移現象的發(fā)

4、生，即沒有發(fā)現 Au層小丘和空洞失效，進一步驗證了Ta/W/Ta DFH失效是典型的電遷移失效。
　　通過加速應力實驗研究，本文提出Ta/NiCu/Ta DFH失效是典型的電遷移、熱遷移耦合失效。直流加速應力實驗中，在電遷移力和熱遷移力共同作用下，DFH中Ni、Cu原子在水平和垂直方向上同時發(fā)生遷移，這導致在DFH內部形成中空結構的空洞缺陷且這些缺陷的分布具有明顯的方向性，即靠近DFH負極區(qū)域產生的內部缺陷數量明顯多于靠近正極區(qū)域