激光熱處理對(duì)類金剛石薄膜結(jié)構(gòu)的影響

　　用真空陰極過濾電弧法沉積了厚度為2 nm 的類金剛石( DLC) 薄膜, 研究了激光加熱退火時(shí)薄膜結(jié)構(gòu)和表面粗糙度的變化, 分析了激光加熱功率對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明, 當(dāng)激光功率小于200 mW 時(shí), DLC 薄膜的結(jié)構(gòu)基本保持不變;激光功率增大到300 mW, 薄膜中少量的sp³鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閟p²鍵, 但薄膜的表面形貌基本保持不變。隨著激光功率增大到400mW, 薄膜中sp³鍵向sp²鍵的轉(zhuǎn)變量增大; 當(dāng)激光功率達(dá)到500 mW 時(shí), 薄膜中大量的sp³ 鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閟p²鍵, sp²六原子環(huán)含量迅速增大, 薄膜表面粗糙度開始明顯增大, 出現(xiàn)凹凸不平的表面形貌。

　　類金剛石(DLC)薄膜用于計(jì)算機(jī)硬盤磁記錄頭和存儲(chǔ)介質(zhì)保護(hù)膜, 可減少摩擦磨損、防止機(jī)械損傷和潤滑劑對(duì)磁記錄頭極尖的腐蝕, 提高磁記錄介質(zhì)的使用壽命。為了保證硬盤的存儲(chǔ)密度達(dá)到1/1012字節(jié)/ 英寸², 目前大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)讀寫磁頭的DLC 保護(hù)膜的最小厚度已經(jīng)達(dá)到2 nm, 采用真空陰極過濾電弧( Filtered Cathode Vacuum Arc, FC/VA) 方法, 可在2 nm 厚度范圍內(nèi)形成連續(xù)致密并且在原子尺度表面光滑無針孔的四面體無定形碳膜,已在磁頭保護(hù)膜的生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用 。磁頭與硬盤的裝配是通過激光加熱固化粘結(jié)膠來完成, 激光在加熱固化過程中引起磁頭表面溫度升高, 最高溫升可達(dá)200 。DLC 膜主要由sp³ 鍵和sp²鍵構(gòu)成, sp³鍵的含量是影響DLC 薄膜性能的主要因素, DLC 膜的重要性能如致密性、硬度、耐蝕性、耐磨性、彈性模量、光學(xué)帶隙、電學(xué)性能等均主要取決于其所含的sp³/ sp²的比例。當(dāng)sp ³ 含量增加時(shí), 其性能偏向于金剛石, 具有很高的顯微硬度、低的摩擦系數(shù)和高的抗磨損指數(shù)。而當(dāng)sp² 含量增加時(shí), 其性能偏向于石墨。DLC 薄膜在受熱溫度升高時(shí), 結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化, sp³鍵含量逐漸減小, sp ²鍵含量增大, sp³鍵向sp ² 鍵轉(zhuǎn)變。

　　在常規(guī)加熱退火處理時(shí), DLC 薄膜在溫度低于400 時(shí)具有較高的熱穩(wěn)定性。而在激光加熱條件下DLC 薄膜受熱時(shí)的結(jié)構(gòu)變化, 以及磁記錄頭的性能和使用壽命可能受到的影響目前尚不清楚。因此, 研究DLC 薄膜在激光加熱時(shí)的結(jié)構(gòu)變化和激光功率的影響, 對(duì)于確定合適的激光功率, 保證磁頭的使用性能具有積極意義。本文用FCVA 法沉積了厚度為2 nm 的DLC 薄膜, 研究了激光熱處理所使用的激光加熱功率對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響。

3、結(jié)論

　　(1) 對(duì)FCVA 方法沉積的厚度為2 nm 的DLC 薄膜進(jìn)行激光熱處理, 當(dāng)激光功率增大到200 mW 時(shí),薄膜的可見光拉曼光譜高斯分解得到的D 峰與G峰強(qiáng)度之比I D/ I G 緩慢增大, G􀀂width 緩慢減小, 表明DLC 薄膜的結(jié)構(gòu)基本保持不變, 只發(fā)生sp ² 團(tuán)簇的聚集長大和由此導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力的部分釋放。

　　(2) 隨著激光功率增大到300~ 400 mW, I D/ I G迅速增大, G-width 迅速減小, 表明DLC 薄膜結(jié)構(gòu)開始發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變, sp ³ 鍵向sp 2 鍵轉(zhuǎn)變, 薄膜的內(nèi)應(yīng)力得到大量釋放, 但薄膜的表面形貌保持穩(wěn)定。

　　(3) 當(dāng)激光功率達(dá)到500 mW 時(shí), Raman 圖譜的D 峰強(qiáng)度迅速增大, 表明DLC 薄膜中大量的sp³ 鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閟p ² 鍵, 薄膜中的sp ² 六原子環(huán)含量迅速增大, 薄膜的內(nèi)應(yīng)力基本釋放完全。SEM 分析顯示薄膜表面粗糙度明顯增大, 出現(xiàn)凹凸不平的表面形貌。