Ramanspectroscopic Characterization of ultra‐thin nano‐protective Carbon Films for the Magnetic Storage Industry

Raman‐Spektroskopie ist eine Standard‐Methode zur strukturellen Charakterisierung ultra‐dünner (<10 nm) amorpher Kohlenstoffschichten, die als Korrosions‐ und tribologische Schutzschichten in der Magnetspeichertechnologie eingesetzt werden. Sie basiert auf der inelastischen Streuung von monochromatischem Licht an Molekülen und liefert wertvolle Informationen über die Bindungsstruktur der Schichten. Das Raman‐Spektrum amorpher Kohlenstoffe ist im wesentlichen durch zwei Schwingungsmoden (D‐ und G‐Peak) im Bereich von 1350 cm ‐1 – 1600 cm ‐1 gekennzeichnet, deren Position und Intensität zur Analyse der Kohlenstoffbindung verwendet werden. Bei den hier vorgestellten Untersuchungen an ultra‐dünnen Kohlenstoffschichten, die bei grünem (λ grün = 514.5 nm) und ultraviolettem (λ UV = 244 nm) Laserlicht stattfanden, wurde die Abhängigkeit des G‐Peaks von der einfallenden Wellenlänge (G‐Dispersion) zur Bindungscharakterisierung ausgenutzt. Dabei bedeutet eine hohe G‐Dispersion eine starke dreidimensionale Vernetzung der Kohlenstoffschicht und einen entsprechend hohen sp 3 ‐Gehalt. Aufgrund des Hysterese‐Effektes, der zur Folge hat, dass sich zwei Raman‐Spektren ähneln können, obgleich die jeweiligen Kohlenstoffschichten ganz verschiedene Strukturen besitzen, sind diese Informationen bei reinen Einwellenlängen‐Untersuchungen nicht zugänglich. Die hier vorgestellte Duale‐Methode umgeht den Hysterese‐Effekt und ermöglicht durch Korrelationen mit den Ergebnissen verschiedener Analyseverfahren eine qualitative Abschätzung des sp 3 ‐Gehaltes und der Massendichte beliebiger Kohlenstoffsysteme. Darüberhinaus bietet eine ramanspektroskopische Untersuchung im UV‐Bereich die Möglichkeit einer Stickstoffquantifizierung der Schutzschichten. Hierzu dient die relative Intensität einer Bande bei 2200 cm ‐1 als Maß für den Stickstoffgehalt. Der große Vorteil der Raman‐Spektroskopie ist die Schnelligkeit der Methode. Die reine Messzeit beträgt maximal 1.5 min, weshalb sie sich hervorragend als Methode zur Prozeßkontrolle und Prozessoptimierung eignet. Außerdem ist sie eine zerstörungsfreie Technik, so dass die untersuchten Magnetspeicherplatten und ‐köpfe nach einer raman‐spektroskopischen Analyse unbeschadet weiter verwendet werden können.