磁頭飛行高度調(diào)節(jié)器的壽命及其失效機(jī)理研究.pdf

1、電遷移（Electromigration）是指電流驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)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(chǎn)品不斷向小型化和復(fù)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(dá)到發(fā)生電遷移的門檻值。事實(shí)上，電遷移失效并非是一個(gè)孤立的現(xiàn)象，在電遷移過程中往往同時(shí)伴隨著熱遷移（Thermomigration）失效。
　　磁頭飛行高度調(diào)節(jié)器（Dynamic Flying Height, D

2、FH）是硬盤磁頭重要的組成部分，對(duì)其可靠性的評(píng)估尤其是壽命的預(yù)測(cè)顯得十分重要。工程上通常采用加大應(yīng)力（電流和溫度）的方法促使DFH在短期內(nèi)失效，用以預(yù)測(cè)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(yīng)力測(cè)試”。對(duì)DFH在加速應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中失效機(jī)理的研究有助于對(duì)其進(jìn)行科學(xué)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(yīng)力實(shí)驗(yàn)，探討在加速應(yīng)力實(shí)驗(yàn)過程中電流和溫度的作用，從而對(duì)

3、其失效機(jī)理進(jìn)行歸納和總結(jié)，并根據(jù)Black方程預(yù)測(cè)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(yīng)力實(shí)驗(yàn)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(yīng)力實(shí)驗(yàn)中，在電遷移力的作用下，DFH導(dǎo)線中Au原子由陰極向陽極的發(fā)生定向的遷移，這導(dǎo)致在DFH線圈表面形成黃色的Au層小丘失效，在DFH左下角導(dǎo)線連接處形成黑色的空洞失效。交流加速應(yīng)力實(shí)驗(yàn)中，交流電信號(hào)能夠完全抑制電遷移現(xiàn)象的發(fā)

4、生，即沒有發(fā)現(xiàn) Au層小丘和空洞失效，進(jìn)一步驗(yàn)證了Ta/W/Ta DFH失效是典型的電遷移失效。
　　通過加速應(yīng)力實(shí)驗(yàn)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(yīng)力實(shí)驗(yàn)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(shí)發(fā)生遷移，這導(dǎo)致在DFH內(nèi)部形成中空結(jié)構(gòu)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(fù)極區(qū)域產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷數(shù)量明顯多于靠近正極區(qū)域