CN1074847C

CN1074847C - 使用极坐标扫描的特大容量电盘存贮器

Info

Publication number: CN1074847C
Application number: CN98110899A
Authority: CN
Inventors: 华中一
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2001-11-14
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: CN1204114A

Abstract

本发明属信息科学技术领域，是一种用近距电探针作为读写器的盘式超高密度存贮器，探针的扫描采用极坐标装置。本发明根据现有的技术和材料，即可制成可写入一次的特大容量存贮器。直径为5厘米中央有孔的盘其存贮量可达100吉位，即相当于21张市售的DVD光盘。可用于音像录放、图书存贮及高分辨率数字照相等。

Description

使用极坐标扫描的特大容量电盘存贮器

本发明属信息科学技术领域，涉及一种使用极坐标扫描的特大容量的电盘存贮器。

作为计算机外部设备和音像类电子产品，使用激光作为读出或写入/读出的光盘存贮器近年来发展极为迅速。在1994年出现存贮量为650兆位(Mb)的视频光盘(VCD)之后，在1996年就出现了存贮量为4,700兆位即4.7吉位(Gb)的数码视盘(DVD)。光盘存贮器的容量，最终取决于激光光斑的大小；而光斑的大小，又取决于所用激光的波长。例如为了提高存贮量，DVD就用波长为650纳米(nm)的红光激光器来代替原来VCD使用的波长为780纳米的红外激光器；目前则更向波长为450纳米的蓝光激光器方向发展。然而，即使使用可见光中波长最短的紫光，其光斑直径也只能在100纳米数量级。如果使用类似于扫描隧道显微镜(STM)的针尖作为读写探针(read-write probe)，则作用范围容易做到直径为5-10纳米，因此存贮密度可达每平方厘米64吉位(即6.4×10¹⁰b/cm²)。但是，由于STM用的是直角坐标扫描器，扫描范围过小(平方微米级)，总存贮量不大；有的存贮媒质则状态反转时间过长(毫秒级)，影响写入速度。因此至今未能有实用的样品问世。

本发明的目的在于提出一种具有特大容量、可快速写入/读出的、用电操作的盘式存贮器。

本发明提出的用电操作的盘式存贮器，由电盘和电盘驱动器构成。它兼有光盘存贮器和STM存贮器二者的优点，而克服了二者的缺点。本发明首先把直角坐标(X-Y)扫描的STM的传动机构改为用一种特殊方式实现的极坐标(ρ-θ)扫描装置，作为电盘驱动器的核心部件，配合以电双稳态材料作为存贮媒质、尺寸特小的超高密度贮盘(以下简称电盘)，从而构成可写入一次的特大容量存贮器。电盘驱动器(亦称电盘机)

通常的扫描探针显微镜(包括扫描隧道显微镜STM、原子力显微镜AFM等)的近距探针都采用电致伸缩材料控制的直角坐标(X-Y)扫描方式(称为直角坐标扫描装置)。本发明将其改为螺旋型极坐标(ρ-θ)扫描方式(称为极坐标扫描装置)，即本发明的电盘驱动器采用电探针作为读写器，探针的扫描采用极坐标扫描装置，其传动方式由下述部件实现：在角方向(θ)的运动采用高速电动机驱动电盘，与现有的光盘驱动器用的转动机构基本相同；径向位移(ρ)则采用精密步进马达与电致伸缩机构相匹配驱动电探针而获得，其径向扫描范围为0.1-10毫米。极坐标扫描装置的示意图参见图1。由扫描隧道显微镜(STM)的技术原理可知，当电探针与电盘表面的距离d很小时，即达到纳米级时，量子力学效应开始出现。此时，探针尖端发射隧道电流I，从而使探针与电盘表面之间形成电回路。电盘

电盘(ED)由基板上敷以一层存贮媒质而成。其基板可采用塑料(例如聚碳酸酯或有机玻璃等)圆盘，上面敷有一层均匀的金属膜作为电极；也可直接采用表面平整的金属圆盘。存贮媒质本发明采用电双稳态薄膜材料。该电双稳态材料，可以是金属有机络合物，如Cu_1-β(TCNQ)和Ag_1-β(TCNQ)，β≤0.5；也可以是全有机络合物，如MA+TCNQ，BBDN+TCNQ，TMB+TCNQ等；也可以是有机单体，如s-PAN和β-PAR等。其中TCNQ为四氰基对醌二甲烷(C₁₂H₄N₄)。采用上述存贮媒质，其写入速度可达到1纳秒(ns)左右，全程写完一张电盘的时间仅为2-3分钟，完全符合实用要求。

本发明的ED其直径一般为1.0-9.0厘米，例如1.0，2.0，3.0，5.0，7.5，9.0厘米等，也可以是其他特殊的尺寸。中央可以有孔或无孔。ED上的存贮媒质最好采用圆环形分布，距离盘片(基板)边缘为0.1-1.0毫米，环的宽度为0.3-10.0毫米。这样ED的存贮容量就可高达10-1000吉位。ED的结构如图2所示。

本发明中，信息的获得、提取、处理和重现所用的电子设备与常规的光盘存贮器相同，即本发明中电盘驱动器的其他部件可借用现有光盘驱动器的相应电子部件。

将上述ED放上电盘驱动器就组成可写入一次的电盘存贮器(WORM)，如图1所示。本发明可首先用于存贮大量的书籍文档(因为寻址时间无严格要求)，大约10张直径为5厘米的ED可存入图书600万册。进一步ED可作为电视录放机的“录像带”和照相馆用专业数字照相机的“底片”。由于ED的存贮量非常大，其分辨率可高于高清晰度电视(HDTV)，并与微粒(fine-grain)照片相当。因此，本发明的应用前景十分广阔。

本发明具有如下一些优点：

1.目前市售存贮量最大的器件为使用红光的DVD，进一步提高存贮量要等待新的材料和新的短波长(蓝光或紫蓝光)、长寿命的固体激光器问世。本发明的特点是不使用任何激光器，因而可以使用现成的元件和材料而无需等待新的发现。

2.ED盘片尺寸小，存贮容量特大。基板可按实际情况自由选择材料，且无需预刻。

3.可以快速录制为各种内容的盘式只读存贮器(ROM)。

图1为本发明电盘存贮器(包括极坐标扫描装置和电盘)结构示意图。

图2为本发明电盘的结构示意图。

其中1为电盘上的存贮媒质，2为电盘基板，3为盘片座，4为角方向(θ)转动装置，5为径向(ρ)移动装置，6为电探针。

实施例：例一ED的基板采用直径为5厘米、中心有孔(直径1.5厘米)的聚碳酸酯塑料圆板，经过清洗处理，用真空法敷上一层均匀的金属(如铝)膜作为电极，然后用共蒸法(co-evaporation)或离子团簇束镀膜法(ion-cluster beam depositon)敷上一层均匀的金属有机络合物Cu_1-β(TCNQ)膜作为存贮媒质，β＝0.1。该存贮媒质在基板上呈圆环形分布，距离基板边缘0.4毫米，环的径向宽度为1.0毫米，如图2所示。电盘驱动器为极坐标(p-θ)扫描方式。具体而言，实现角方向(θ)的运动采用高速电动机，实施径向位移(ρ)的运动采用精密步进马达与电致伸缩机构相匹配的形式。驱动器的其他部分可大量采用常规光盘驱动器的相应部件。使用时，把ED放上驱动器，探针的针尖垂直于盘面，不接触，但距离很小。在探针扫描过程中施以不同信息构成的电脉冲，存贮媒质上即已写入信息。读出时用同样方式扫描，但电学过程相反。电盘的存贮密度可达每平方厘米64吉位，因此直径为5厘米、存贮媒质的径向宽度为1毫米的ED，其总存贮量可达到100吉位或100,000兆位。即一张ED相当于21张DVD的容量(单面4.7吉位)，而盘片直径只有后者的40％。例二ED直径为4厘米，存贮媒质的径向宽度仍为1毫米，则总存贮量为80吉位，相当于16张DVD的容量。

Claims

1.一种特大容量电盘存贮器，由电盘和电盘驱动器组成，其特征在于电盘驱动器的读写器采用近距电探针，探针的扫描采用极坐标(ρ-θ)扫描装置，其传动方式为：角方向(θ)的运动采用高速电动机驱动电盘，径向位移(ρ)的运动采用精密步进马达与电致伸缩机构配合驱动电探针的结构，径向扫描最大值为10毫米。

2.根据权利要求1所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于电盘的存贮媒质采用电双稳态薄膜材料。

3.根据权利要求2所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于所说的电双稳材料为金属有机络合物、全有机络合物、有机单体之一种。

4.根据权利要求3所述的特大容量电盘存贮器，其次特征在于所说的金属有机络合物为Cu_1-β(TCNQ)、Ag_1-β(TCNQ)之一种，β≤0.5。

5.根据权利要求3所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于所说的全有机络合物为MA+TCNQ、BBDN+TCNQ、TMB+TCNQ之一种。

6.根据权利要求3所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于所说的电双稳有机单体为s-PAN、β-PAR之一种。

7.根据权利要求2所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于电盘的直径为1.0-9.0厘米，中央有孔或无孔。

8.根据权利要求2所述的特大容量电盘存贮器，其特征在于所说的存贮媒质为在电盘基片上的分布成圆环形，离基片边缘为0.1-1.0毫米，其宽度为0.3-10.0毫米，总存贮容量为10-1000吉位。

9.根据权利要求1所述的电盘存贮器，其特征在于其中电盘驱动器的极坐标近距探针扫描器可以用作其他微型机械加工装置的相应部件。