等離子體增強(qiáng)沉積C-N-Si超薄保護(hù)膜.pdf

1、近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)硬盤技術(shù)的高速發(fā)展，磁存儲(chǔ)密度迅速提高，減小磁頭和磁盤間隙成為提高磁存儲(chǔ)密度的一種有效技術(shù)手段，減小間隙即減小磁頭、硬盤保護(hù)膜的厚度。未來(lái)磁頭、硬盤保護(hù)膜的厚度要求降到2nm以下，同時(shí)要保證其具有優(yōu)良的耐磨性能和足夠的抗腐蝕能力。本文采用微波ECR等離子體增強(qiáng)沉積技術(shù)，獲得了能夠滿足使用性能要求的SiCN超薄保護(hù)膜。 本文對(duì)目前正在使用的硬盤、磁頭保護(hù)膜：DLC和CN<,x>薄膜進(jìn)行了相關(guān)的研究。采用等離子體浸沒(méi)

2、離子注入和沉積技術(shù)制備超薄DLC薄膜。制備的DLC薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，薄膜厚度達(dá)到了納米量級(jí)，并具有表面光滑、致密、摩擦系數(shù)低等特點(diǎn)。隨著氫氣流量比的增加，薄膜的沉積速率逐漸減??；薄膜的表面粗糙度逐漸減小，表面粗糙度為0.159nm；薄膜的摩擦系數(shù)減小，摩擦系數(shù)最小值達(dá)到0.044。但在膜基結(jié)合處存在著較寬的過(guò)渡區(qū)，膜基界面寬展，而注入會(huì)對(duì)基體造成一定的損傷，這因此限制了該技術(shù)在硬盤、磁頭保護(hù)膜方面的應(yīng)用，但在MEMS領(lǐng)域卻有著廣闊的應(yīng)用前

3、景。 利用等離子體增強(qiáng)沉積技術(shù)制備CN<,x>薄膜，通過(guò)提高碳靶濺射功率的方法提高C含量，隨著濺射靶功率的增大，薄膜的沉積速率減小，表面粗糙度增大，薄膜結(jié)構(gòu)中sp<'3>/sp<'2>的比值降低，薄膜中的N含量降低。濺射靶功率的提高，使薄膜中類石墨結(jié)構(gòu)的增加，促進(jìn)了薄膜結(jié)構(gòu)中的sp<'3>鍵向sp<'2>鍵的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致薄膜性能變差。增加N2流量比以提高薄膜中的N含量，薄膜中的N含量和sp<'3>/sp<'2>的比值隨之升高；薄膜

4、的摩擦學(xué)性能得到提高；N的加入，破壞了sp<'2>雜化原有的鏈環(huán)結(jié)構(gòu)，使sp<'3>鍵增加。由于實(shí)驗(yàn)中選用的濺射靶材較小，而真空室又相對(duì)較大，造成等離子體密度有所降低；在濺射過(guò)程中等離子體密度的降低，使生成的CN基團(tuán)不能及時(shí)與N<,2>或N<,2><'+>相結(jié)合，而揮發(fā)掉，抑制了薄膜的生長(zhǎng)。因此，在沉積過(guò)程中基體上的負(fù)偏壓對(duì)薄膜生長(zhǎng)產(chǎn)生刻蝕作用，薄膜性能不佳，不能滿足實(shí)際需要。 采用微波ECR等離子體增強(qiáng)非平衡磁控濺射技術(shù)制備高

5、質(zhì)量的超薄Si-C-N薄膜，通過(guò)提高碳C含量、調(diào)整硅含量、提高N含量、提高離子轟擊能量等工藝調(diào)整，獲得了能滿足應(yīng)用需要的超薄SiCN薄膜。薄膜最佳工藝參數(shù)為：碳靶濺射偏壓-600V，硅靶濺射功率 250W，N<,2>/Ar=0.067，沉積負(fù)偏壓-150V。當(dāng)膜厚為1.8nm時(shí)，通過(guò)腐蝕和摩擦學(xué)等表征手段，結(jié)果顯示薄膜具有良好的抗腐蝕(0.1mol/1 的乙酸溶液，浸泡12h)和耐磨性能(GCr15，載荷400mN，2mm/s 往復(fù)式滑

6、動(dòng)20min)，能夠滿足實(shí)際性能要求。其中，薄膜中的碳含量隨著碳靶濺射偏壓的增加而增加，薄膜中的C-N含量也呈增大趨勢(shì)；N<,2>流量的提高使Ar<'+>對(duì)薄膜生長(zhǎng)表面的轟擊作用減弱，出現(xiàn)硅靶中毒現(xiàn)象，薄膜變得不夠致密；硅靶功率的增加使薄膜中的Si含量增加，過(guò)高的Si靶濺射功率使薄膜中的Si-Si鍵含量增加，薄膜機(jī)械性能降低；適當(dāng)?shù)碾x子轟擊能量可以改善薄膜的性能：薄膜的硬度和摩擦學(xué)性能與薄膜中的C-N鍵含量有關(guān)；而薄膜的光學(xué)性能與Si-