CN111179977A - 数据存储介质及其制备方法和应用方法 - Google Patents

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刘志忠
曹珊珊
胡海洋
苏海燕
江金金
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Abstract

本发明提供的一种数据存储介质，包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。本发明采用自身结构稳定性高的石英材料作为衬底，使得数据存储介质能够抗磨损，使用寿命极长，能够满足古代字画、历史文献等珍稀文物藏品的数据存储。尤其是高纯石英的应用下，结构更为稳定，其存储效果更好更长久。同时利用四氟化碳产生等离子体进行刻蚀，刻蚀速率快，制备效率高。借以位点的优化设计以及校验位设置，确保了数据存储和读取的正确性。

Description

数据存储介质及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明涉及数据存储技术领域，特别是指一种数据存储介质及该数据存储介质的制备方法和该数据存储介质的应用方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
目前市场上的存储介质均采用光盘、硬盘、磁带进行数据的存储。例如光盘，通常采用聚碳酸酯制作，通过无数的能反射光线的凹凸坑标记无数的0和1记录和存储数据，大量的0和1组合可以表现出各种各样的音像文件、图像文件等。但现有光盘，甚至硬盘、磁带等数据存储介质基于自身材料性能和结构的限制以及长时间使用或存储不当极易磨损乃至损坏，造成数据丢失，因此记载于现有存储介质上的文件普遍保存时间不长，难以用于存储珍稀文物资料，限制其应用。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的数据存储介质，具有结构稳定，不易损坏，使用寿命长的特点。本发明的另一目的提供一种数据存储介质的制备方法。本发明的又一目的在于提供一种数据存储介质的应用方法。
本发明提供的技术方案为：一种数据存储介质，包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。
进一步地，所述石英衬底的纯度为90％以上。
进一步地，所述石英衬底的纯度为99％以上。
进一步地，所述石英衬底的纯度为99.9％-99.99％
进一步地，所述石英衬底为扇形、圆形、多边形或它们的变形体。
进一步地，所述石英衬底为双面刻蚀。
进一步地，所述石英衬底的厚度大于所述凹槽深度的双倍。
进一步地，每一所述数据行中的所有位点呈环向阵列或线性阵列分布，且多个所述数据行等间距设置。
进一步地，所述凹槽横截面为圆形，其直径为220-245μm，所述凹槽的深度为15-25μm，每一所述数据行中所述凹槽邻近边缘的最小间距为90-110μm。
本发明还提供所述的数据存储介质的制备方法，包括以下步骤：
准备所述石英衬底；
采用四氟化碳气体被电离产生的F-等离子体对所述石英衬底进行刻蚀，得到若干数据行上预设的所述第一数据源位点，从而形成数据存储介质。
其中，所述数据存储介质包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。
进一步地，所述四氟化碳混合有氧气，两者的体积比为3:1-1:1，所述刻蚀速度为150-200nm/s。
进一步地，所述四氟化碳气体在20-100pa微正压环境下通过射频电源的正负极之间而被电离，所述正负极构成的电极嘴的直径小于所述凹槽横截面的直径。
进一步地，所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径为170-190μm。
进一步地，所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径为180μm。
本发明进一步提供所述的数据存储介质的应用方法，通过视觉传感器按照预设距离逐行读取所述第一数据源位点和/或所述第二数据源位点构成的数据段，其中所述第一数据源位点和所述第二数据源位点分别标记为1和0，所述数据段中每间隔预设数量位点设置校验位，通过对比所述校验位识别的数据与设定值的一致性来验证数据的正确性。
其中，所述数据存储介质包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。
进一步地，视觉传感器读取的预设距离为相邻位点的中心距离。
进一步地，所述数据段中每间隔16个位点设置校验位来验证数据的正确性。
与现有技术相比，本发明提供的一种数据存储介质，包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。本发明采用自身结构稳定性高的石英材料作为衬底，使得数据存储介质能够抗磨损，使用寿命极长，能够满足古代字画、历史文献等珍稀文物藏品的数据存储。尤其是高纯石英的应用下，结构更为稳定，其存储效果更好更长久。同时利用四氟化碳产生等离子体进行刻蚀，刻蚀速率快，制备效率高。借以位点的优化设计以及校验位设置，确保了数据存储和读取的正确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一实施方式中数据存储介质的结构示意图。
图2为本发明另一实施方式中数据存储介质的结构示意图。
图3为图1所示的第一数据源位点的制备原理图。
附图标记说明:
数据存储介质 100
数据行 10
石英衬底 1
第一数据源位点 3
第二数据源位点 5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
请参阅图1和图2，本发明提供一种数据存储介质100，用于图像、音频、文字等数据文件的记录，保存及读取等操作，主要包括石英衬底1及设置于所述石英衬底1上的若干数据行10，每一所述数据行10包括等间距排设的第一数据源位点3、第二数据源位点5或两者的结合，所述第一数据源位点3为开设于所述石英衬底1上的凹槽，所述第二数据源位点5相对于所述第一数据源位点3呈凸起。
所述石英衬底1为数据存储介质100的成型层，作为包括记录数据文件的信号分区的载体，该数据文件由基本数据0和1组成。现有衬底材料多为聚碳酸酯，耐湿耐热易成型，但使用较长时间后易磨损，会造成数据文件的丢失，因而使得使用寿命不长。现阶段，光盘的一般平均寿命约为20年～30年，磁带的平均使用寿命约为10万次，硬盘的理论寿命为3万小时以上，在长期使用磨损下，以上介质存储的数据文件均需要重新备份，无疑增加了成本，同时数据文件复制、转移过程容易失真或缺失，造成珍贵资料的遗失。本发明采用的衬底为石英材料，其质地坚硬，物理性质和化学性质均十分稳定，用作衬底基材能够有效弥补现有产品易磨损，使用寿命不长的问题，采用石英衬底1制成的数据存储介质100的理论使用寿命可达千年、1亿年甚至更长。具体地讲，存储介质的使用寿命与石英衬底1的纯度有关，纯度越高，其内部杂质越少，分子结构越稳定，使用寿命越长久。例如采用90％以上纯度的石英衬底1，应用其的数据存储介质100的理论使用寿命可达千年以上；再比如，采用99％以上纯度的石英衬底1，应用其的数据存储介质100的理论使用寿命基本可达1亿年以上；但在实际应用过程中，由于纯度越高，石英越昂贵，鉴于经济与性能的综合考虑，通常而言，采用99.9％-99.99％高纯石英最为适合。在一具体实施方式中，所述石英衬底1为圆盘形，中心设有同心圆孔，如图2所示。可以理解，所述石英衬底1的形状也可以是方形、长方形、圆形或它们的变形，不限定为上述实施方式。
数据信号区包括若干数据行10，所述数据行10成型于所述石英衬底1表面上，每一数据行10由多个第一数据源位点3和/或多个第二数据源位点5组成，其中，每一数据行10上的所有位点等间距排设。
如图1示出的第一实施方式中，所述石英衬底1为方形。所有位点设于其顶面上，且呈矩阵排设，每一横向数据行10的所有位点呈等间距设置，且每一纵向数据行10的所有位点也呈等间距设置，横向间距和纵向间距相等。
如图2示出的第二实施方式中，所述石英衬底1为圆盘形，其中心开设有同心或同轴的圆孔。所有位点设于其顶面和底面上，其中顶面上每一圈数据行10的所有位点呈环向阵列排设。相邻数据行10沿径向的错开间距相等。所述石英衬底的厚度大于所述凹槽深度的双倍。
可以理解，第一实施方式中横向间距和纵向间距可以不相等。在其他实施方式中，第一实施方式中示出的每一纵向数据行10的所有位点可以非等间距设置，按照实际需要设定即可；同理第一实施方式中示出的每一横向数据行10的所有位点可以非等间距设置，如此确保读写操作时，至少待采集的数据行10为等间距设置即可。在其他实施方式中，第二实施方式中示出的相邻数据行10沿径向的错开间距也可以不相等，不限定为所述实施方式。
所述第一数据源位点3，开设于所述石英衬底1上的凹槽，对应于基本数据1。如图1或图2所示，所述凹槽为柱体，在石英衬底1表面上的横截面为圆形，垂直于石英衬底1厚度方向开设。在具体实施方式中，所述凹槽的横截面直径为220-245μm，所述凹槽的深度H为15-25μm，每一所述数据行10中所述凹槽邻近边缘的最小间距D为90-110μm。例如，图1示出的所述凹槽为圆柱形，其横截面直径为220μm，深度H为20μm，一所述数据行10中所述凹槽紧邻设置，且之间无第二数据源位点5，其邻近边缘的最小间距H为100μm。图2示出的所述凹槽为类圆锥柱形，其顶端横截面直径为245μm，凹槽底端直径为230μm，深度H为20μm，一圈所述数据行10中所述凹槽紧邻设置，且之间无第二数据源位点5，其顶端邻近边缘的最小弧长间距为100μm。可以理解，所述凹槽的横截面直径不限定为上述实施方式，可以为220-245μm之间的任意值。在其他实施方式中，所述凹槽顶端和底端的横截面直径数值及差值不限定为上述实施方式。在其他实施方式中，所述凹槽的深度和邻近边缘的间距不限定为上述实施方式，例如深度H可以为15μm、18μm、22μm等，顶端邻近边缘的最小弧长间距可以为95μm、105μm等。
所述第二数据源位点5，相对于所述第一数据源位点3呈凸起，对应基本数据0。实际生产中，多为开设凹槽后余下的信息位点，由于与所述第一数据源位点3呈相对的凹凸，在光源照射下反射的角度和时间有所差异，反馈出不同的基本信号。可以理解，所述第二数据源位点5也可以是刻蚀而成的凹陷，仅需与所述第一数据源位点3能够明显地差异反馈数据信号即可，在其他实施方式中，所述第二数据源位点5也可以是复合层，该复合层在石英衬底1上沉积或涂覆有其他材料，如磁性材料等。
下面将结合图3对本发明的数据存储介质100的制备流程进行详细的阐述。
具体步骤包括：
步骤1：准备所述石英衬底1；
步骤2：采用四氟化碳气体被电离产生的F-等离子体对所述石英衬底1进行刻蚀，得到若干数据行10上预设的所述第一数据源位点3，从而形成数据存储介质100。
其中：
所述刻蚀速度为150-200nm/s。为获得如此刻蚀速率，通常将少量的氧气加入四氟化碳气体中。这是因为，纯四氟化碳等离子气体刻蚀二氧化硅的刻蚀速率相对很慢，而加入少量氧气后，氧与四氟化碳反应而放出氟原子，消耗掉部分的碳，使得等离子体中的氟碳比增加，如此伴随着等离子体中氟原子密度的增加，刻蚀速率大幅增加。本申请中优选两者的体积比为(3-1)：1，尤其是1:1时效果较好。
所述四氟化碳气体在20-100pa微正压环境下通过射频电源的正负极之间而被电离，所述正负极构成的电极嘴的直径小于所述凹槽横截面的直径。在一具体实施方式中，当所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径可以为170-190μm。更为具体地，当所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径为180μm，电极嘴和石英衬底1表面的工作距离为2μm，刻蚀30s左右可以刻蚀出横截面直径约为220μm、深度为20μm的凹槽，当然实际操作过程中，刻蚀时间与电极嘴和石英衬底1表面的工作距离有关，距离越近，相同结构所需的刻蚀时间越短，则成型较快；反之，距离越远，相同结构所需的刻蚀时间越长，则成型得较慢。
本发明进一步提供了上述数据存储介质100的应用方法：
通过视觉传感器按照预设距离逐行读取所述第一数据源位点3和/或所述第二数据源位点5构成的数据段，其中所述第一数据源位点3和所述第二数据源位点5分别标记为1和0，所述数据段中每间隔预设数量位点设置校验位，通过对比所述校验位识别的数据与设定值的一致性来验证数据的正确性。
其中，
在一具体实施方式中，视觉传感器读取的预设距离为320μm。
在一具体实施方式中，所述数据段中每间隔16个位点设置校验位来验证数据的正确性。
综上，本发明的数据存储介质100采用石英材料为衬底，具有较好抗磨损特性，使用寿命长，理论上达千年甚至亿年以上。采用四氟化碳气体产生的氟等离子体对石英衬体进行刻蚀，其刻蚀速率高，成型速率快；并通过校验位的设置确保数据的正确性。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种数据存储介质，其特征在于：包括石英衬底及设置于所述石英衬底上的若干数据行，每一所述数据行包括等间距排设的第一数据源位点、第二数据源位点或两者的结合，所述第一数据源位点为开设于所述石英衬底上的凹槽，所述第二数据源位点相对于所述第一数据源位点呈凸起。
2.根据权利要求1所述的数据存储介质，其特征在于：所述石英衬底的纯度为90％以上。
3.根据权利要求2所述的数据存储介质，其特征在于：所述石英衬底的纯度为99％以上。
4.根据权利要求3所述的数据存储介质，其特征在于：所述石英衬底的纯度为99.9％-99.99％。
5.根据权利要求1所述的数据存储介质，其特征在于：每一所述数据行中的所有位点呈环向阵列或线性阵列分布，且多个所述数据行等间距设置。
6.根据权利要求1所述的数据存储介质，其特征在于：所述凹槽横截面为圆形，其直径为220-245μm，所述凹槽的深度为15-25μm，每一所述数据行中所述凹槽邻近边缘的最小间距为90-110μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的数据存储介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备所述石英衬底；
采用四氟化碳气体被电离产生的F-等离子体对所述石英衬底进行刻蚀，得到若干数据行上预设的所述第一数据源位点，从而形成数据存储介质。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述四氟化碳混合有氧气，两者的体积比为3:1-1:1，所述刻蚀速度为150-200nm/s。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述四氟化碳气体在20-100pa微正压环境下通过射频电源的正负极之间而被电离，所述正负极构成的电极嘴的直径小于所述凹槽横截面的直径。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径为170-190μm。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述凹槽横截面的直径为220μm，所述电极嘴的直径为180μm。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的数据存储介质的应用方法，其特征在于：通过视觉传感器按照预设距离逐行读取所述第一数据源位点和/或所述第二数据源位点构成的数据段，其中所述第一数据源位点和所述第二数据源位点分别标记为1和0，所述数据段中每间隔预设数量位点设置校验位，通过对比所述校验位识别的数据与设定值的一致性来验证数据的正确性。
13.根据权利要求12所述的数据存储介质的应用方法，其特征在于：视觉传感器读取的预设距离为相邻位点的中心距离。
14.根据权利要求12所述的数据存储介质的应用方法，其特征在于：所述数据段中每间隔16个位点设置校验位来验证数据的正确性。
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