CN115777105A - 通过多位编码增加存储密度的信息存储方法和信息存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于存储信息的方法以及通过多位编码提高存储密度的信息存储介质。

Description

通过多位编码增加存储密度的信息存储方法和信息存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于存储信息的方法和存储容量增加的信息存储介质。
背景技术
随着日复一日生成的数据量不断增加，改进存储技术变得至关重要。为了提供更有效的数据存储方式，增加单位区域或每个存储装置的数据存储容量尤其重要。几十年来，CD、DVD和蓝光光盘是随时间推移开发的存储容量增加的重要的数字信息存储介质，所述存储容量增加一方面是由于结构的大小，并且另一方面是由于波长用于进行解码。
发明内容
然而，需要提供一种关于存储容量改进的信息存储方法以及改进的信息存储介质。本发明提供了不同的方法，所述方法可单独或组合地实现此目的。
根据第一方面，本发明涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在基板的表面中产生多个凹陷以便对基板上的信息进行编码；其中多个凹陷具有不同形状和/或大小，并且其中每个形状和/或大小对应于预定义信息值。换句话讲，本发明不仅通过使用具体点(例如，x维度和y维度)以便对信息进行编码(由于存在或不存在凹陷)、而且另外使用每个凹陷的形状和/或大小以对附加信息进行编码来使用第三维度。例如，不同直径的各种圆形凹陷可用于对不同信息值进行编码。或者，具有不同取向的椭圆形凹陷(对应于不同形状的凹陷)可用于对信息值进行编码。这些概念甚至可通过使用例如具有不同取向和不同大小的椭圆体来组合，以进一步增加存储容量。
任选地，多个凹陷还可具有不同深度，每个深度也对应于预定义信息值。后一个概念已经在PCT/EP2020/068892中针对陶瓷基板进行了详细描述。此文件以引用的方式完全并入本文，特别是关于其中解释和详述如何借助于凹陷深度对信息进行编码的任何公开。如本领域的技术人员将了解的，此概念也可用于除陶瓷基板之外的基板。
本发明的此第一方面的概念也可用于材料层的堆叠。因此，本发明进一步涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；用不同于基板的材料的第二材料层涂覆基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对第二材料层中的信息进行编码；其中多个凹陷具有不同形状和/或大小，并且其中每个形状和/或大小对应于预定义信息值。同样，多个凹陷也可具有不同深度，其中每个深度对应于预定义信息值。可任选地在信息编码之前和/或之后对涂覆基板进行回火以提高涂覆基板的耐久性。此回火步骤对于某些陶瓷基板和具体第二材料特别有利。这已经在PCT/EP2019/071805中进行了详细描述，其全部内容以引用的方式并入本文，特别是关于与这些优选材料组合以及回火的优势和效果相关的任何公开。
基板和上面的涂层(以及任选的另外的附加层)提供了使用相当具体且潜在地更加昂贵的材料用于涂覆的优势，这可特别容易地通过激光或聚焦粒子束来操纵。在此情况下，基板仅为实际上对信息进行编码的涂层提供耐用的基底材料。使用基板和涂层还允许在存在的涂层的点与没有涂层的点之间提供光学对比度(或可通过合适的读取装置读出的其他对比度)，其中基板材料可被读出。此效果在PCT/EP2019/071805中针对陶瓷基板进行了详细描述，其内容就这一点而言也以引用的方式并入本文。
如果使用甚至更多材料层的堆叠并且如果多个凹陷具有不同深度，则可结合凹陷深度使用后续层之间的材料差异以便通过例如产生颜色效果来对另外的信息进行编码。这在PCT/EP2020/068892中进行了详细描述，其内容在此以引用的方式并入，特别是关于刚刚提及的这些事实。因此，本发明进一步涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；用不同于基板的材料的两个或更多个不同第二材料层涂覆基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在第二材料层中产生多个凹陷以便对第二材料层中的信息进行编码；其中多个凹陷具有不同形状和/或大小以及不同深度并且延伸到两个或更多个层中的不同层中，并且其中每个形状和/或大小以及每个深度对应于预定义信息值。且，可任选地在信息编码之前和/或之后对涂覆基板进行回火以提高涂覆基板的耐久性。如上所概述，这在使用某些陶瓷基板和某些第二材料的情况下特别有利。
如果两个或更多个层涂覆在基板上，则优选的是，两个或更多个层各自的厚度小于1μm、优选地小于100nm、并且更优选地小于10nm。还优选的是，两个或更多个层包括金属层和金属氧化物层，其中金属层的金属元素和金属氧化物层的金属元素优选地是相同的。
对于本发明的此第一方面的所有三个另选方案，优选的是，不同形状的凹陷在垂直于深度方向的横截面中具有不同形状。另选地或附加地，不同大小的凹陷在垂直于深度方向的横截面中具有不同大小、优选地不同横截面面积。因此，不同形状和/或大小可沿着垂直于基板或涂层表面的轴线最有效地成像或读出。
优选地，多个凹陷以规则的2D图案布置。特别优选的规则2D图案是矩形、优选地是正方形、矩阵或阵列，其中所述矩阵或阵列的每个矩形或正方形存在单个凹陷或不存在凹陷。与例如需要某一磁道间距的光盘相比，这种布置允许增加存储密度，因此消除了用于存储数据的整体表面的相当大部分。具有甚至进一步增强的存储密度的优选规则2D图案是六边形图案。
多个凹陷可具有至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少16个或至少32个不同形状和/或大小和/或深度，其中每个形状和/或大小和/或深度对应于预定义信息值。当然，不同大小的数量无需对应于不同形状和/或深度的数量。例如，如果针对每个凹陷选择椭圆形形状，则可存在四个不同取向的所述椭圆体、两个不同大小的椭圆体和八个不同深度，这允许每个凹陷对6个不同的信息位或64个不同的信息值进行编码。因此，与仅具有单个形状、大小和深度的凹陷图案相比，在此实例中，存储密度增加了六倍。
当然，不同形状无需由相同基本形状诸如椭圆体的不同取向的凹陷产生。相反，还设想使用例如正方形凹陷、圆形凹陷和例如具有不同取向的线形凹陷。此外，还可能使用大小和形状都不同的两个或更多个不同凹陷。例如，如果本发明的方法中使用的激光大体产生圆形凹陷，则可生成单个圆形凹陷或两个彼此相邻的圆形凹陷，从而生成稍微拉长的形状，所述凹陷的大小和形状与圆形凹陷不同。
优选地，每个凹陷由激光和/或聚焦粒子束的一个或多个脉冲形成。每个凹陷的形状可通过光学邻近控制、偏振消融、可变形状光束技术中的一者或组合来控制，或者通过在某些取向上彼此重叠的两个或更多个圆形凹陷来控制。例如，可通过使三个凹陷以三角形图案彼此相邻定位成具有充分重叠以基本上生成三角形凹陷来产生三角形形状。类似地，可生成四个凹陷以产生矩形或正方形凹陷。两个或更多个凹陷也可形成可具有不同取向的线形凹陷。
每个凹陷的大小可由脉冲、强度水平或焦点的大小中的一者或组合来控制。例如，如果使用具有含圆锥形状的焦点的激光束，则多个脉冲和/或更高强度水平的脉冲不仅会实现深度增加的凹陷，而且由于圆锥形状，同时导致在其上端(在表面处)的凹陷的更大横截面。如果每个凹陷的深度和大小需要彼此独立地控制，则可操纵焦点以便改变凹陷的大小。由于为每个单独的凹陷调整激光束的焦点将是麻烦且耗时的，因此优选的是，首先产生具有第一大小的所有凹陷，然后操纵焦点以便随后产生具有第二不同大小的所有凹陷。
每个凹陷的深度可通过以下参数中的一者或组合来控制：脉冲能量、脉冲持续时间、激光和/或聚焦粒子束的脉冲数。
如果采用不同深度，则多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm。多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
一般而言，任何材料都可用于本发明的基板，这可由激光和/或粒子束操纵或足够稳定和耐用以形成如上文所讨论的要涂覆的基底材料。然而，特别优选的是，基板是如PCT/EP2019/071805中所解释的陶瓷基板。
陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷基板。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3，或任何其他氧化陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。尤其允许实现小于200μm的基板厚度的特别优选的基板材料是氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。就这一点而言参考EP 21 15 6858.9。
陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷基板。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN，金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C，SiC，金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si，或任何其他非氧化陶瓷材料。优选地，陶瓷基板包含以下中的一者或组合：Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1400℃的其他金属。优选地，陶瓷材料和金属形成金属基质复合物。优选地，金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、更优选地占10％-20％。特别优选的是，陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
第二材料可以是可适合通过激光和/或粒子束操纵以生成本发明的凹陷的任何材料。然而，某些材料对于第二材料是特别优选的，特别是如果与基板的上文提及的陶瓷材料组合使用，如PCT/EP2019/071805中所详述。优选地，第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他陶瓷材料，优选地其中第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
如何产生凹陷的技术对于本发明不是决定性的，只要大小和形状以及任选的深度可通过所述技术很好地控制即可。
优选地，产生凹陷包括局部加热(基板或涂层的)表面达到至少第二材料的熔化温度和/或分解温度，优选地达到至少3,0000℃、更优选地至少3,200℃、甚至更优选地至少3,500℃、以及最优选地至少4,000℃的温度。还优选的是，通过用飞秒激光处理(所涂覆的)基板的表面以引起导致材料消融的所谓的库仑爆炸来产生凹陷。
第二材料层和/或两个或更多个不同第二材料层的厚度优选地不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
产生凹陷可包括局部加热、分解、氧化、消融和/或汽化基板或涂层的表面。
如上所概述，如PCT/EP2019/071805中再次详细描述的那样，在信息编码之前和/或之后对所涂覆的基板进行回火以提高所涂覆的基板的耐久性可能是有益的。这在使用陶瓷基板时是特别优选的。此回火优选地在陶瓷基板与第二材料层或者两个或更多个不同第二材料层之间生成烧结界面。优选地，所述烧结界面包含来自基板材料和第二材料的至少一种元素。回火可在氧气气氛中进行，这可引起第二材料层的至少最顶部子层的氧化。
本发明的方法可允许实现增加的存储容量。优选地，(所涂覆的)基板的区域包括每cm2至少1兆字节的信息、更优选地每cm2至少10兆字节的信息、甚至更优选地每cm2至少100兆字节的信息、甚至更优选地每cm2至少1GB的信息、并且最优选地每cm2至少10GB的信息。
根据此第一方面的本发明还涉及由以上所讨论的方法所得的对应信息存储介质。因此，本发明涉及一种包括基板的信息存储介质，其中基板的表面包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中多个凹陷具有不同形状和/或大小，并且其中每个形状和/或大小对应于预定义信息值。如上所讨论的，多个凹陷也可具有不同深度，其中每个深度对应于预定义信息值。
本发明进一步涉及一种信息存储介质，其包括涂覆有第二材料层的基板，其中第二材料不同于基板的材料，其中第二材料层包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中多个凹陷具有不同形状和/或大小，并且其中每个形状和/或大小对应于预定义信息值。信息存储介质还可包括在基板与第二材料层之间的任选的烧结界面，其中所述烧结界面包含来自基板材料和第二材料的元素的至少一种元素。此烧结界面在基板包含陶瓷材料时是特别优选的。如上所提及的，多个凹陷也可具有不同深度，其中每个深度对应于预定义信息值。
本发明进一步涉及一种信息存储介质，其包括涂覆有两个或更多个不同第二材料层的基板，其中第二材料不同于基板的材料，其中信息存储介质包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中多个凹陷具有不同形状和/或大小和不同深度，并且延伸到两个或更多个层中的不同层中，并且其中每个形状和/或大小和每个深度对应于预定义信息值。同样，任选的烧结界面可存在于基板与两个或更多个层中的最底层之间，其中烧结界面包含来自基板材料和最底层的材料的至少一种元素。
当然，以上在本发明的方法的上下文中讨论的任选和优选特征也可用于本发明的信息存储介质。
如果在信息存储介质上涂覆两个或更多个层，则优选的是，两个或更多个层各自的厚度小于1μm、优选地小于100nm、并且更优选地小于10nm。还优选的是，两个或更多个层包括金属层和金属氧化物层，其中金属层的金属元素和金属氧化物层的金属元素优选地是相同的。
还优选的是，不同形状的凹陷在垂直于深度方向的横截面中具有不同形状和/或其中不同大小的凹陷在垂直于深度方向的横截面中具有不同大小，优选地不同横截面面积。
还优选的是，多个凹陷具有至少两个、优选地至少三个、更优选地至少四个、甚至更优选地至少五个、甚至更优选地至少六个、甚至更优选地至少七个、甚至更优选地至少八个、甚至更优选地至少十六个、并且最优选地至少三十二个不同形状和/或大小和/或深度，并且其中每个形状和/或大小和/或深度对应于预定义信息值。
此外，优选的是，多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm。优选地，多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3，或任何其他氧化陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。尤其允许实现小于200μm的基板厚度的特别优选的基板材料是氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。
此外，陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、GAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他非氧化陶瓷材料。优选地，陶瓷基板包含以下中的一者或组合：Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1,400℃的其他金属中的一者或组合。优选地，陶瓷材料和金属形成金属基质复合物。优选地，金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、更优选地单位重量10％-20％。特别优选的是，陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
优选地，第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si，或任何其他陶瓷材料。特别优选的第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
优选地，信息存储介质包括位于第二材料顶部的氧化物层，其中氧化物层优选地包括第二材料或者两个或更多个不同第二材料层中的最顶层的材料的一种或多种氧化物。
优选地，第二材料层的厚度不大于10μm、优选地不大于3μm、甚至更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、甚至更优选地不大于10nm。
信息存储介质的区域优选地包括每cm2至少1兆字节的信息、优选地每cm2至少10兆字节的信息、更优选地每cm2至少100兆字节的信息、甚至更优选地每cm2至少1GB的信息、甚至更优选地每cm2至少10GB的信息。
优选地陶瓷基板、烧结层和第二材料层或者两个或更多个不同第二材料层的熔化温度优选地大于1,000℃、优选地大于1,200℃、更优选大于1,300℃。优选地陶瓷基板的熔化温度优选地等于或大于第二材料层或者两个或更多个不同第二材料层的熔化温度。
本发明的信息存储介质可用于长期信息存储，特别是如果针对基板采用陶瓷材料。因此，本发明进一步涉及使用上文所讨论的信息存储介质以用于长期信息存储，其中信息存储介质优选地存储至少10年、优选地至少100年、更优选至少1,000年、更优选至少10,000年、甚至更优选地至少100,000年。
本发明进一步涉及一种解码在如上文所讨论的信息存储介质上编码的信息的方法。解码方法包括以下步骤：提供上文所讨论的信息存储介质，测量多个凹陷的至少一个子集的形状和/或大小以及任选的深度，以及解码对应于所测量的形状和/或大小以及任选地所测量的深度的信息值。
优选地，测量形状和/或大小以及任选地深度使用激光束和/或聚焦粒子束诸如电子束来执行。
优选地，测量形状和/或大小以及任选地深度基于以下一者或组合：干涉、反射、吸收、椭圆光度法、频率梳技术、萤光显微术诸如STED或STORM、结构化照明、超分辨率显微术、光学相干断层扫描、叠层成像术、扫描电子显微术、数字(浸没)显微术(使用反射或透射光)。可通过利用众所周知的AI技术的模式识别来进一步增强通过光学技术实现的高分辨率。
根据上文讨论的本发明的第一方面，使用第三维度(除了凹陷的x和y坐标之外)以便增加存储容量，其中所述“第三维度”可以是凹陷的深度或凹陷的类型(形状和/或大小)。通过组合深度和类型，甚至更多的信息可存储在相同表面区域内。
根据下文进一步讨论的本发明的另一第二方面，通过改变(x-y表面内的)凹陷的图案来增加存储容量以便允许凹陷图案的更多排列。
根据此第二方面(其示范性实施方案在图5a和图5b中示意性地示出)的本发明尤其涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在基板的表面中产生多个凹陷以便对基板上的信息进行编码。多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
本质上，本发明的此方面是基于利用矩阵间位置以实现用于凹陷对附加数据位进行编码的附加潜在位置的想法。
例如，如果以正方形矩阵作为第一预先确定的位置的子集开始，则通常允许针对正方形矩阵的每个正方形单位单元存在一个圆形凹陷，其方式为使得相邻圆形凹陷刚好或几乎不彼此接触。这允许一定数量的排列，如果正方形矩阵的侧长度允许N个凹陷彼此相邻放置，则存在一个至N2个凹陷。然而，本发明另外利用第二预先确定的位置的子集，所述子集也定义了规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大截面尺寸的至少75％和至多150％。但第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％。换句话讲，第二预先确定的位置的子集相对于第一预先确定的位置的子集移位。例如，所述移位可对应于第一预先确定的位置的直接相邻位置之间的中心至中心距离的一半。因此，恰好在先前存在的凹陷的两个位置之间提供潜在凹陷的附加位置。由于在解码期间可能无法区分两个相邻第一预先确定的位置被占据的情形和那两个位置和中间的第三位置被占据的情形，因此本发明建议仅利用这两个场景中的一个场景。因此，对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一者被凹陷占据。就解码而言，这仅需要能够区分存在于某一第一位置的圆形凹陷和存在于移位例如所述圆形凹陷的一个半径的位置的所述相同凹陷。利用此技术，可基本上增加每个表面区域的存储容量。
由于中心至中心距离和/或凹陷的最大横截面尺寸可存在一定变化，因此上文所提及的标准可仅适用于平均值，即，第一预先确定的位置可限定规则图案，其中直接相邻位置之间的平均中心至中心距离对应于凹陷的平均最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，并且第二预先确定的位置可限定规则图案，其中直接相邻位置之间的平均中心至中心距离对应于凹陷的平均最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的平均最大横截面尺寸的75％。
为了安全起见，还可定义更严格的标准。因此，第一预先确定的位置可限定规则图案，其中直接相邻位置之间的最大中心至中心距离对应于凹陷的最小最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，并且第二预先确定的位置可限定规则图案，其中直接相邻位置之间的最大中心至中心距离对应于凹陷的最小最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最小最大横截面尺寸的75％。
为了允许第一位置与第二位置之间的可靠区分，优选的是，第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的(最小或平均)最大横截面尺寸的70％、优选地小于65％、更优选小于60％、并且甚至更优选地小于55％。
为了确保相邻凹陷恰当的彼此分离，因此进一步优选的是第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的(平均)中心至中心距离对应于凹陷的(平均或最大)最大横截面尺寸的至少105％、优选地至少110％、更优选地至少115％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的(平均或最大)最大横截面尺寸的至少105％、优选地至少110％、更优选地至少115％。
类似于上文讨论的本发明的第一方面，本发明的此第二方面也可用于基板中的凹陷或涂层中的凹陷。
因此，本发明进一步涉及一种用于存储信息的方法(其示范性实施方案在图6中示意性地示出)，其包括以下步骤：提供基板；和用不同于基板的材料的第二材料层涂覆基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对第二材料层中的信息进行编码。多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
当然，上文所讨论的有关限值和平均值的特征也适用于此方法。
如果上文所讨论的一方面具有两个直接相邻的凹陷和另一方面具有中间的第三凹陷的情况在解码期间是光学上(或通过任何其他技术)可区分的，则甚至另外的位置可用于附加凹陷。因此，本发明进一涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在基板的表面中产生多个凹陷以便对基板上的信息进行编码。多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％。
同样，此概念可用于基板中的凹陷或涂层中的凹陷。因此，本发明进一步涉及一种用于存储信息的方法，其包括以下步骤：提供基板；和用不同于基板的材料的第二材料层涂覆基板；以及通过使用激光和/或聚焦粒子束在第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对第二材料层中的信息进行编码。多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％。
同样，上文所讨论的距离的优选范围也适用于此另选方案。
在后两种情况下，优选的是，在所有第一预先确定的位置都被占据时第一预先确定的位置的规则图案限定空隙图案，其中在空隙被占据时第二预先确定的位置中的每一者完全覆盖所述空隙。进一步优选的是，每个第二预先确定的位置的每个中心对应于空隙中的一个空隙的中心。
如上文所讨论的，第一预先确定的位置的规则图案可以是例如正方形图案。然而，也可采用其他规则图案，例如，六边形图案。
优选地，凹陷的形状是圆柱形或圆锥状。圆柱形或基本上圆柱形凹陷是特别优选的，因为它们使得解码更不容易出错，特别是在相当密集的图案的情况下。因此优选的是，凹陷的底部的凹陷的横截面面积对应于凹陷的顶部或边缘的凹陷的横截面面积的至少50％、更优选地至少70％、更优选地至少80％、甚至更优选地至少90％。优选地，凹陷使用具有贝塞尔光束形状的激光束产生，原因是这允许产生圆柱形或基本上圆柱形凹陷。
上文关于本发明的第一方面讨论的优选和任选特征可类似地用于本发明的此第二方面。具体地，凹陷的矩阵间位置的概念也可与具有不同形状和/或大小和/或深度的凹陷结合。
陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3，或任何其他氧化陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。尤其允许实现小于200μm的基板厚度的特别优选的基板材料是氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。
此外，陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他非氧化陶瓷材料。优选地，陶瓷基板包含以下中的一者或组合：Ni、Cr5、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1400℃的其他金属。优选地，陶瓷材料和金属形成金属基质复合物。优选地，金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、更优选地单位重量10％-20％。特别优选的是，陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
第二材料优选地包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si，或任何其他陶瓷材料。优选地，第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
第二材料层和/或两个或更多个不同第二材料层的厚度优选地不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
多个凹陷优选地具有不同深度，其中每个深度对应于预定义信息值。
多个凹陷之间的最小深度差优选地为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm。多个凹陷之间的最小深度差优选地为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
根据此第二方面的本发明进一步涉及一种信息存储介质。信息存储介质包括基板，其中基板的表面包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
同样，此概念可扩展到具有涂层的基板和具有重叠的矩阵间代码，如上文关于所述方法所讨论的。
因此，根据此第二方面的本发明进一步涉及一种信息存储介质，其包括涂覆有第二材料层的基板以及基板与第二材料层之间的任选烧结界面，其中第二材料不同于基板的材料，其中任选的烧结界面包含来自基板材料和第二材料的至少一种元素，并且其中第二材料层包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷。多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于凹陷的最大横截面尺寸的至少75％至至多150％。第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于凹陷的最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一者被凹陷占据。
当然，上文关于根据本发明的第二方面的方法以及关于根据本发明第一方面的方法和介质所讨论的优选和任选特征也可用于根据本发明的此第二方面的信息媒体。
优选的是，第一预先确定的位置的规则图案是正方形图案。然而，也可采用其他图案，例如，六边形图案。
凹陷的形状优选地为圆柱形或基本上圆柱形或圆锥状。如上文所提及的，特别优选的是，凹陷的底部的横截面面积对应于凹陷的顶部或边缘的横截面面积的至少50％、优选地至少60％、更优选地至少70％、甚至更优选地至少80％、并且特别优选地至少90％。
陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3，或任何其他氧化陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料。陶瓷基板优选地包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。尤其允许实现小于200μm的基板厚度的特别优选的基板材料是氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。
此外，陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷。陶瓷基板优选地包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他非氧化陶瓷材料。优选地，陶瓷基板包含以下中的一者或组合：Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1,400℃的其他金属中的一者或组合。优选地，陶瓷材料和金属形成金属基质复合物。优选地，金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、更优选地单位重量10％-20％。特别优选的是，陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
优选地，第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si，或任何其他陶瓷材料。优选地，第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
第二材料层和/或两个或更多个不同第二材料层的厚度优选地不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
多个凹陷优选地具有不同深度，其中每个深度对应于预定义信息值。
多个凹陷之间的最小深度差优选地为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm，和/或其中多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
附图说明
本发明的主题将在下文中参考附图中所示的优选示范性实施方案更详细地解释，其中：
图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施方案的穿过信息存储介质的横截面；
图2示意性地描绘了根据本发明的优选实施方案的穿过信息存储介质的横截面；
图3a示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大100倍的透射显微照片(底部)描绘了规则2x2正方形矩阵代码的16个代码元素；
图3b示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大100倍的透射显微照片(底部)描绘了图3a的16个代码元素和根据本发明的可能具有无重叠的矩阵间代码的附加19个代码元素；
图4示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大150倍的透射显微照片(底部)示出了根据本发明的优选实施方案在4x4正方形矩阵代码的情况下具有重叠的矩阵间代码的原理；
图5a示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大150倍的透射显微照片(底部)示出了用于针对没有重叠的矩阵代码定义参考深度的技术；
图5b示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大150倍的透射显微照片(底部)示出了针对具有重叠的矩阵代码定义参考深度的技术；
图6示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大50倍的透射显微照片(底部)描绘了根据本发明的优选实施方案的各种形状和大小的凹陷的实例；
图7示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大100倍的透射显微照片(底部)示出了根据本发明的优选实施方案的可如何使用多个圆形凹陷来实现各种形状的凹陷；
图8示意性地示出了和与位中的信息容量相关的点矩阵和矩阵间代码相比基于正方形分段的字母数字和汉字字符集；
图9例示了考虑空间频率、相移和凹陷幅度的潜在最大存储容量的估计。
图10a示意性地(顶部)并且作为从样品拍摄的放大100倍的透射显微照片(底部)描绘了根据本发明的可能具有含重叠的矩阵间代码的80个代码元素；并且
图10b作为从样品拍摄的放大100倍的透射显微照片描绘了可能具有含重叠的矩阵间代码的所有代码元素。
具体实施方式
原则上，相同零件在图中具有相同附图标记。
图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施方案的穿过信息存储介质的横截面。信息存储介质包括涂覆有第二材料层170的优选地陶瓷基板150，第二材料170不同于基板150的材料。如上文所提及的，由于任选的回火工艺，特别是在基板150包含陶瓷材料的情况下，烧结界面(未示出)可存在于基板150与第二材料层170之间。第二材料层170包括具有不同深度的多个凹陷10(示范性地示出了其中四个凹陷)，其中每个深度对应于预定义信息值。在图1所示的实施方案中，可对四位信息进行编码。例如，凹陷10的最小深度(或者，根本没有任何凹陷的表面)可对应于代码“0000”的信息值。例如，一直延伸通过第二层170到达基板150的凹陷10的最大深度可对应于信息值或代码“1111”。类似地，中间深度中的每一者也对应于具体预定义信息值或代码。虽然后续代码之间的深度差在图1中被示出为恒定的，但是情况未必如此。
当然，图1所示的4位编码仅是一个具体实例。根据第二层170的厚度和能够可靠地制造用于编码和可靠地测量用于解码的各种凹陷10的深度差，可对更多或更少位进行编码。
在PCT/EP2019/071805和PCT/EP2020/068892中非常详细地描述了用于制造具有涂层的这种基板以及用于在这种涂层(或仅基板)内产生各种深度的凹陷的技术，其全部内容以引用的方式、特别是关于所述技术并入本文。
凹陷10在图1中仅示意性地示出。然而，如上文详细阐明的，本申请的多个凹陷具有不同形状和/或大小以便对信息进行编码，其中每个形状和/或大小对应于预定义信息值。图6示意性地(顶部)并且如在样品中生成的(底部)描绘了根据本发明的优选实施方案的各种形状和大小的凹陷的实例。具体地，图6的顶行的前四个草图示出了三个不同大小的圆形凹陷(以及最左边没有凹陷)，它们可彼此清楚地区分。在此实例中，三个信息值可通过凹陷的大小进行编码。类似地，两个位(对应于四个信息值)可通过使用如图所示的不同形状的凹陷例如在图6的顶行中的最后四个草图或图6的底行中的前四个草图中进行编码。这些示范性不同形状也可通过不同取向的单个基底形状(诸如图6的实例中的椭圆体或三角形)来实现。当然，也可组合图6所示的各种形状。例如，可用如图6的顶行和底行所示的圆形凹陷和正方形形凹陷、四个不同取向的三角形和四个不同取向的椭圆中的一者对十个不同信息值进行编码。另外或或者，不同大小的凹陷可用于对信息进行编码。
从本发明的第一方面的上述总结中应当显而易见的是，各种凹陷无需具有如图1所示的不同深度，但也可仅在形状和/或大小上不同，例如，如图6所示。此外，凹陷可不存在于如图1所示的第二材料层170中，但也可存在于基板材料中(没有任何涂层)。
然而，如果采用不同深度的凹陷，则提供参考深度是有利的，所述参考深度允许在解码期间测量例如基板或涂层表面与例如每个凹陷的底部之间的高度差。为此，如图5a示意性所示，可在围绕整个图案的参考系1内提供例如以正方形图案布置的各种凹陷，其中16个圆形凹陷示意性地以正方形图案布置。或者，参考系可仅存在于图案的一侧、两侧或三侧。因此，光学解码系统一方面可测量例如光学解码系统的参考点与参考系之间的距离，并且另一方面可测量所述参考点与每个凹陷的底部之间的距离。因此，可评估每个凹陷的底部与参考系之间的距离。
另选地或另外，可利用图案的不存在凹陷的其他区域以便提供参考。例如，图5a所示的“空隙”2可用于定义参考高度。
图2示意性地描绘了根据本发明的另外的优选实施方案的穿过信息存储介质的横截面。信息存储介质包括、优选地为涂覆有具有不同于基板150的材料的不同第二材料的四个层171至174的基板150。同样，至少在基板150与四个层中的最底层171之间可存在烧结界面(未示出)。烧结界面可包含来自基板材料和最底层171的材料的至少一种元素。类似于图1所示的实施方案，图2所示的实施方案的信息存储介质包括对信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷10，其中多个凹陷10具有不同深度，并且其中每个深度对应于预定义信息值。同样，图2示出了对应于4位代码的16个不同深度。
然而，不同于图1所示的实施方案，在图2所示的实施方案的情况下，四个不同位在四个层171至174的每一者中进行编码(通过不同深度)。如果四个层171至174由不同材料制成，则每个层的光学响应可能不同。这允许在解码期间实现高精度，原因是所实现的深度信息可与例如光学响应相关。
当然，根据要编码的位数，可存在多于或少于四个不同第二材料层。
图2所示的多层涂层的一个特别优选的实例是双层涂层，其中金属层171涂覆在基板150上，并且(相同金属的)金属氧化物层172涂覆在金属层171上。如果用入射白光照射这种双层涂层，则入射光的一部分在氧化物层处反射，而入射光的另一部分折射到氧化物层并且在氧化物/金属界面处反射，如在PCT/EP2020/068892中解释的。在氧化物层处反射的光束和已经在金属层处反射的光束可以是同相的，这导致可见颜色，或者是异相的，这不会使所述颜色可见。因此，某种颜色(取决于氧化物层和金属层的折射率以及氧化物层的厚度)在存在氧化层的任何情况下都是可见的，但在某个凹陷的深度导致此特定斑点处的相消干涉时是可见的，如PCT/EP2020/068892中解释的。
如在本发明的第一方面的以上描述中详细阐明的，延伸到两个层或更多个层的不同层中的各种凹陷的概念可有利地与本发明的思想组合以提供具有不同形状和/或大小的多个凹陷，如图6示范性地示出。
图3示意性地示出了根据本发明的第二方面的凹陷的矩阵间位置的概念。图3a示意性地描绘了规则2x2正方形矩阵代码的16个代码元素，其中圆表示所述正方形矩阵上的凹陷的位置。这16个排列允许对四个信息位进行编码。图3b示意性地描绘了图3a的16个代码元素(上部部分)和根据本发明的可能具有无重叠的矩阵间代码的附加19个代码元素(下部部分)。
图3b的底部部分示出了与图3a相同的2x2正方形矩阵。然而，现在矩阵间位置被凹陷占据，所述矩阵间位置对应于根据图3a的规则正方形矩阵的两个位置之间精确地和对称地布置的位置。这允许对19个另外的代码元素进行编码，从而得到总共35个代码元素，这对应于5.13位。换句话讲，利用矩阵间位置基本上增强了所述2x2正方形矩阵的存储容量。
图3所示的方案是基于这样的要求，即没有相邻凹陷彼此重叠，以便允许准确无误地读出。然而，如果接受此类重叠(例如，由于解码期间分辨率提高)，则存储容量可进一步增加。这在图4中例示，在最左侧，图4示意性地描绘了规则4x4正方形矩阵代码的16位，其中16个圆表示所述正方形矩阵上的没有重叠的凹陷的16个可能位置。现在，如果接受两个相邻圆形凹陷与凹陷的一个半径重叠，则可将每个凹陷的每个位置向右移位一个半径。如图4的第二草图中所指示，这会产生12个附加凹陷位置(在原始正方形内)。这12个附加位置对应于12个另外的信息位。类似地，可将每个凹陷的每个位置向底部移位一个半径，如图4的第三草图中所指示，或者向右和底部移位，如图4的最右侧上所指示。因此，可获得附加的12位和9位。总的来说，与规则4x4正方形矩阵代码的16位相比，具有重叠的4x4矩阵间代码允许对总共49位进行编码。
如图4所示，此方案可推广到任何矩形MxN矩阵。由于上文所讨论的使所述图案移位的三种可能性，与规则MxN矩形矩阵码的MN位相比，这种矩阵允许编码对MxN位+Nx(M-1)位+Mx(N-1)位+(N-1)x(M-1)位＝[4MN-2(N+M)+1]位进行编码。
作为上文所讨论的两个极端之间的中间另选方案，也可选择仅一种特定形式的重叠。例如，可仅将图4的最左侧所示的位置与图4的最右侧所示的位置组合。在解码方面，这只需要图4的最左侧所示的图案可以确保四个凹陷的每个正方形图案之间的每个空隙的方式可重复地生成，其中未移除材料(即，“空隙”对应于信息存储介质的表面上的材料的突起)。如果可精确地控制每个凹陷的大小和位置，使得保证在四个凹陷的正方形排列之间始终存在空隙，则可通过在所述空隙上放置另外的凹陷来产生另外的代码元素。这些是图4的最右侧所示的位置。如果允许此类重叠，则MxN矩阵为另外的凹陷提供附加(M-1)x(N-1)个位置，从而导致总共2MN-M-N+1位(或就NxN正方形矩阵而言为N2+(N-1)2位)。
这种具有重叠的矩阵间代码的实例在图5b中示意性地示出，对于凹陷的4x4正方形矩阵，9个空隙中的7个被附加凹陷占据。如上文关于图5a所讨论的，参考系1或未被占据的空隙2中的一者可用作用于测量每个凹陷的深度的参考高度。
如上文关于图6所讨论的，本申请的多个凹陷可具有不同形状以便对信息进行编码，其中每个形状对应于预定义信息值。图6的底部示出了图6的顶部部分示意性描绘的各种形状的实验实现。例如，大小为10x10mm并且由100μm厚的蓝宝石基板(Al2O3)构成的陶瓷基板通过物理气相沉积(PVD)涂覆有厚度为100nm的CrN的涂层。使用波长为515nm的200飞秒激光从涂层消融直径为约1μm(即，尺寸远小于要实现的形状)的圆形凹陷，以便在没有任何涂层的情况下生成某些几何形状。
所得信息存储介质用奥林巴斯BX-51以50倍的放大率成像。如可通过比较图6的顶部部分和底部部分看出，可能够非常准确地重复生成各种形状，并且用肉眼也很容易辨别形状上的差异。除了通过多个圆形凹陷将所示形状拼接在一起之外，还可通过使用激光束整形、例如借助空间光调制器(SLM)来实现此类形状。
图7示意性地(顶部)并且作为如在样品中生成地(底部)更清楚地示出了根据本发明的一个优选实施方案的在图6的上下文中讨论的用于使用多个圆形凹陷实现各种形状的凹陷的技术。例如，图7的顶行的前四个草图所示的四个不同图案中的两个重叠圆形凹陷的布置可产生如图6的底行所示的不同取向的四个椭圆体。类似地，图7的底行中的最右侧的三个重叠圆形凹陷可产生图6的顶行的最右侧所示的三角形形状。如图7的底行中的其余布置所示，所述三角形形状也可不同地定向。图7的底部示出了图7的顶部部分示意性描绘的各种形状的实验实现。例如，大小为10x10mm并且由100μm厚的蓝宝石基板(Al2O3)构成的陶瓷基板通过PVD涂覆有厚度为100nm的CrN的涂层。使用波长为515nm的200飞秒激光从涂层消融直径为约1μm的圆形凹陷。
所得信息存储介质用奥林巴斯BX-51以100倍的放大率成像。每个单独的点的直径为1μm。可通过比较图7的顶部部分和底部部分看出，可能够非常准确地重复生成各种形状，并且用肉眼也很容易辨别形状上的差异。虽然在此特定实例的情况下，甚至可区分形成每个形状的各种圆形凹陷，但是这显然不是必需的，只要互连凹陷的所得形状仍可通过合适的成像和/或检测技术彼此区分。
在图8中，和与位中的信息容量相关的点矩阵和矩阵间代码比较基于正方形分段的字母数字和汉字字符集。
使用5x7正方形矩阵，可通过人眼显示和译解具有256个不同字符(8位)的字母数字字符集(UTF-8)。有经验的中文读者可使用8x8正方形矩阵显示和译解大约27,550个汉字字符(14.75位)。相比之下，具有圆形凹陷的5x7或8x8正方形矩阵可实现约4.4或4.3倍多的组合，所述组合可通过数字阅读系统显示和识别。通过使用根据本发明的矩阵间位置可实现存储容量的甚至进一步增加，这实现最多MxN+Mx(N-1)+Nx(M-1)+(M-1)x(N-1)种不同模式，如图4所举例说明。根据此公式，5x 7矩阵的信息容量可从35位增加到117位或再增加3.3倍。对于更大的8x8矩阵，此比率增加到3.5倍，从而实现225位用于矩阵间编码。对于更大矩阵，此比率近似于4，如32x32矩阵的实例所观察，这实现1,024位作为规则点阵，以及矩阵间机制中的3,969位。虽然由于重叠矩阵需要光学系统和检测器的非常高的特殊分辨率而可能难以使用这些图案中的每一者来进行可靠的区分，但是即使是更实用的使用方法，例如仅约3,000位也将提供优于现有技术的巨大优势。
估计每mm2潜在最大存储容量的更通用方法可从图9中得出，假设由x轴和y轴确定的2维表面，其中特殊频率(每mm线数)、沿着这些轴的相移位置的数量和凹陷的深度水平的数量的一半决定了每mm2的容量。需要因子1/2将深度水平的数量转换为位，原因是一个位实际上等于两个不同深度水平。
数据存储密度≤(|Fx·|Px|)·(Fy·|Py|)·(1/2|A|)·位/mm2
图10a示意性地(顶部)并且如在样品中生成地(底部)描绘了根据本发明的可能具有含重叠的规则2x2正方形矩阵的80个代码元素。如从所述图中显而易见的是，与没有重叠的35个可能的代码元素(参见图3b)相比，重叠的使用显著增加了潜在代码元素的数量。当然，只有当这些代码元素一方面可精确地和可重复地生成并且另一方面由对应读取系统以足够小的错误率正确地读出时，才可利用此大量的代码元素。
为了证明这实际上是可能的，已经执行了以下实验：针对可能具有含重叠的矩阵间代码的规则2x2方矩阵生成每一个可能的代码元素。例如，大小为10x 10mm并且由100μm厚的蓝宝石基板(A12O3)构成的陶瓷基板通过PVD涂覆有厚度为100nm的CrN的涂层。使用波长为515nm的200飞秒激光从涂层消融直径为约1μm的圆形凹陷。。
所得信息存储介质用奥林巴斯BX-51以100倍的放大率成像。每个单独的点的直径为1μm。图10b中示出所述实验的结果。可看出(同样通过比较图10a的顶部部分和底部部分)，可能够非常准确地重复生成各种代码元素，并且即使用肉眼也很容易辨别形状上的差异。

Claims (83)

1.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；和
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述基板的表面中产生多个凹陷以便对所述基板上的信息进行编码；
其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及任选地不同深度，并且其中每个形状和/或大小以及任选地每个深度对应于预定义信息值。
2.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；
用不同于所述基板的材料的第二材料层涂覆所述基板；以及
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对所述第二材料层中的信息进行编码；
其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及任选地不同深度，并且其中每个形状和/或大小以及任选地每个深度对应于预定义信息值；并且
其中任选地在信息编码之前和/或之后对所涂覆的基板进行回火以提高所涂覆的基板的耐久性。
3.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；
用不同于所述基板的所述材料的两个或更多个不同第二材料层涂覆所述基板；以及
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述第二材料层中产生多个凹陷以便对所述第二材料层中的信息进行编码；
其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及不同深度，并且延伸到所述两个或更多个层中的不同层中，并且其中每个形状和/或大小以及每个深度对应于预定义信息值；并且
其中任选地在信息编码之前和/或之后对所涂覆的基板进行回火以提高所涂覆的基板的耐久性。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述两个或更多个层各自的厚度小于1μm、优选地小于100nm、更优选地小于10nm。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述两个或更多个层包括金属层和金属氧化物层，其中所述金属层的金属元素和所述金属氧化物层的金属元素优选地是相同的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中不同形状的凹陷在垂直于所述深度方向的横截面中具有不同形状和/或其中不同大小的凹陷在垂直于所述深度方向的横截面中具有不同大小、优选地不同横截面面积。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个凹陷具有至少两个、更优选地至少三个、更优选地至少四个、甚至更优选地至少五个、更优选地至少六个、更优选地至少七个、甚至更优选地至少八个、甚至更优选地至少十六个、并且最优选地至少三十二个不同形状和/或大小和/或深度，并且其中每个形状和/或大小和/或深度对应于预定义信息值。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个凹陷由所述激光和/或聚焦粒子束的一个或多个脉冲形成，并且其中每个凹陷的形状通过光学接近控制、偏振消融、可变形状光束技术中的一者或组合或通过产生两个或更多个彼此重叠的圆形凹陷以便实现特定形状进行控制。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个凹陷由所述激光和/或聚焦粒子束的一个或多个脉冲形成，并且其中每个凹陷的所述大小由脉冲数、脉冲的强度水平或焦点的大小中的一者或组合进行控制。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个凹陷由所述激光和/或聚焦粒子束的一个或多个脉冲形成，并且其中每个凹陷的所述深度由以下参数中的一者或组合控制：所述脉冲的能量、所述脉冲的持续时间、所述激光和/或聚焦粒子束的脉冲数。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm和/或
其中所述多个凹陷之间的所述最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷，优选地其中所述陶瓷基板包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁；和/或其中所述基板包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料，和/或其中所述基板包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷，优选地其中所述陶瓷基板包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他非氧化陶瓷材料。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包含Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1,400℃的其他金属中的一者或组合。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述陶瓷材料和所述金属形成金属基质复合物。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、优选地10％-20％。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中所述陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他陶瓷材料；优选地其中所述第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中产生所述凹陷包括将所述表面局部加热到至少所述第二材料的熔化温度和/或分解温度，优选地加热到至少3,000℃、优选地至少3,200℃、更优选地至少3,500℃、最优选地至少4,000℃的温度。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中产生所述凹陷包括用飞秒激光处理所涂覆的基板的所述表面以引起导致材料消融的库仑爆炸。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二材料层和/或所述两个或更多个不同第二材料层的厚度不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中产生所述凹陷包括局部加热、分解、氧化、消融和/或汽化所述表面。
23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对所涂覆的、优选地陶瓷基板进行回火在所述基板与所述第二材料层或者两个或更多个不同第二材料层之间生成烧结界面。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述烧结界面包含来自所述基板材料和所述第二材料的至少一种元素。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在氧气气氛中回火所涂覆的、优选地陶瓷基板引起所述第二材料层的至少最顶子层的氧化。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所涂覆的基板的区域包括每cm2至少1兆字节的信息、优选地每cm2至少10兆字节的信息、更优选地每cm2至少100兆字节的信息、甚至更优选地每cm2至少1GB的信息、甚至更优选地每cm2至少10GB的信息。
27.一种信息存储介质，其包括基板，其中所述基板的表面包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及任选地不同深度，并且其中每个形状和/或大小以及任选地每个深度对应于预定义信息值。
28.一种信息存储介质，其包括涂覆有第二材料层的基板和所述基板与所述第二材料层之间的烧结界面，其中所述第二材料不同于所述基板的材料，其中所述烧结界面包含来自所述基板材料和所述第二材料两者的至少一种元素，其中所述第二材料层包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及任选地不同深度，其中每个形状和/或大小以及任选地每个深度对应于预定义信息值。
29.一种信息存储介质，其包括涂覆有两个或更多个不同第二材料层的基板和至少在所述基板与两个或更多个层中的最底层之间的烧结界面，其中所述第二材料不同于所述基板的材料，其中所述烧结界面包含来自所述基板材料和所述最底层的材料的至少一种元素，其中所述信息存储介质包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷具有不同形状和/或大小以及不同深度，并且延伸到所述两个或更多个层中的不同层中，并且其中每个形状和/或大小以及每个深度对应于预定义信息值。
30.根据权利要求29所述的信息存储介质，其中所述两个或更多个层各自的厚度小于1μm、优选地小于100nm、更优选地小于10nm。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的信息存储介质，其中所述两个或更多个层包括金属层和金属氧化物层，其中所述金属层的金属元素和所述金属氧化物层的金属元素优选地是相同的。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的信息存储介质，其中不同形状的凹陷在垂直于所述深度方向的横截面中具有不同形状和/或其中不同大小的凹陷在垂直于所述深度方向的横截面中具有不同大小、优选地不同横截面面积。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的信息存储介质，其中所述多个凹陷具有至少两个、优选地至少三个、更优选地至少四个、甚至更优选地至少五个、甚至更优选地至少六个、甚至更优选地至少七个、甚至更优选地至少八个、甚至更优选地至少十六个、并且最优选地至少三十二个不同形状和/或大小和/或深度，并且其中每个形状和/或大小和/或深度对应于预定义信息值。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的信息存储介质，其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm，和/或其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
35.根据权利要求27至34中任一项所述的信息存储介质，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包括氧化陶瓷，优选地其中所述陶瓷基板包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁；和/或其中所述基板包含玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料，和/或其中所述基板包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2。
36.根据权利要求27至35中任一项所述的信息存储介质，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包括非氧化陶瓷，优选地其中所述陶瓷基板包含按重量计以下中的一者或组合的至少90％、优选地至少95％：金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB、HfB2、WB2、WB4；以及金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他非氧化陶瓷材料。
37.根据权利要求27-36中任一项所述的信息存储介质，其中所述基板是陶瓷基板，其中所述陶瓷基板优选地包含Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo或熔点高于1,400℃的其他金属中的一者或组合。
38.根据权利要求37所述的信息存储介质，其中所述陶瓷材料和所述金属形成金属基质复合物。
39.根据权利要求37或38所述的信息存储介质，其中所述金属占陶瓷基板按重量计5％-30％、优选地10％-20％。
40.根据权利要求37-39中任一项所述的信息存储介质，其中所述陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
41.根据权利要求27-40中任一项所述的信息存储介质，其中所述第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；优选地其中所述第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
42.根据权利要求27-41中任一项所述的信息存储介质，其还包括位于所述第二材料层顶部或所述两个或更多个不同第二材料层中的最顶层顶部的氧化物层，其中所述氧化物层优选地包括所述第二材料或者所述两个或更多个不同第二材料层中的最顶层的材料的一种或多种氧化物。
43.根据权利要求27-42中任一项所述的信息存储介质，其中所述第二材料层的厚度不大于10μm、优选地不大于3μm、甚至更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、甚至更优选地不大于10nm。
44.根据权利要求27-43中任一项所述的信息存储介质，其中所述信息存储介质的区域包括每cm2至少1兆字节的信息、优选地每cm2至少10兆字节的信息、更优选地每cm2至少100兆字节的信息、甚至更优选地每cm2至少1GB的信息、甚至更优选地每cm2至少10GB的信息。
45.根据权利要求27-44中任一项所述的信息存储介质，其中所述优选地陶瓷基板、所述烧结层和所述第二材料层或者两个或更多个不同第二材料层的熔化温度大于1,000℃、优选地大于1200℃、更优选地大于1300℃。
46.根据权利要求27-45中任一项所述的信息存储介质，其中所述优选地陶瓷基板的所述熔化温度等于或大于所述第二材料层或者所述两个或更多个不同第二材料层的所述熔化温度。
47.使用根据权利要求27-46中任一项所述的信息存储介质以用于长期信息存储，优选地其中所述信息存储介质的存储周期为至少10年、优选地至少100年、更优选地至少1,000年、更优选地至少10,000年、甚至更优选地至少100,000年。
48.一种对根据权利要求27-46中任一项所述的信息存储介质上编码的信息进行解码的方法，其包括以下步骤：
提供根据权利要求27-46中任一项所述的信息存储介质；
测量所述多个凹陷的至少一个子集的形状和/或大小以及任选地深度；以及
解码对应于所测量的形状和/或大小以及任选地所测量的深度的信息值。
49.根据权利要求48所述的方法，其中使用激光束和/或聚焦粒子束诸如电子束来测量形状和/或大小以及任选地深度。
50.根据权利要求48或49所述的方法，其中测量形状和/或大小以及任选地所述深度基于以下中的一者或组合：干涉、反射、吸收、椭圆光度法、频率梳技术、荧光显微术诸如STED或STORM、结构化照明、超分辨率显微术、光学相干断层扫描、扫描电子显微镜、叠层印刷术、使用反射光或透射光的数字(浸没)显微镜。
51.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；和
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述基板的表面中产生多个凹陷以便对所述基板上的信息进行编码；
其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
52.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；
用不同于所述基板的材料的第二材料层涂覆所述基板；以及
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对所述第二材料层中的信息进行编码；
其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
53.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；和
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述基板的表面中产生多个凹陷以便对所述基板上的信息进行编码；
其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％。
54.一种用于存储信息的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板；
用不同于所述基板的材料的第二材料层涂覆所述基板；以及
通过使用激光和/或聚焦粒子束在所述第二材料层的表面中产生多个凹陷以便对所述第二材料层中的信息进行编码；
其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和/或第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％。
55.根据权利要求53或54所述的方法，其中在所有所述第一预先确定的位置都被占据时所述第一预先确定的位置的所述规则图案限定空隙图案，并且其中在空隙被占据时所述第二预先确定的位置中的每一者完全覆盖所述空隙。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述第二预先确定的位置中的每一者的每个中心对应于空隙中的一者的中心。
57.根据权利要求51-56中任一项所述的方法，其中所述第一预先确定的位置和/或所述第二预先确定的位置的所述规则图案限定直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少85％、优选地至少95％、更优选地至少100％、并且甚至更优选地至少105％。
58.根据权利要求51-57中任一项所述的方法，其中所述第一预先确定的位置和/或所述第二预先确定的位置的所述规则图案限定直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至多140％、优选地至多130％、更优选地至多120％、并且甚至更优选地至多110％。
59.根据权利要求51-58中任一项所述的方法，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的所述中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的70％、优选地小于65％、更优选地小于60％、甚至更优选地小于55％。
60.根据权利要求51-59中任一项所述的方法，其中所述第一预先确定的位置的所述规则图案是正方形图案。
61.根据权利要求51-60中任一项所述的方法，其中所述凹陷的形状是圆柱形或圆锥状。
62.根据权利要求51-61中任一项所述的方法，其中使用具有高斯或贝塞尔光束形状的激光束来产生所述凹陷。
63.根据权利要求51-62中任一项所述的方法，其中所述基板是陶瓷基板；和/或其中所述基板包括玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料和/或其中所述基板包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
65.根据权利要求51-64中任一项所述的方法，其中所述第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他陶瓷材料；优选地其中所述第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
66.根据权利要求51-65中任一项所述的方法，其中所述第二材料层和/或所述两个或更多个不同第二材料层的厚度不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
67.根据权利要求51-66中任一项所述的方法，其中所述多个凹陷具有不同深度，并且其中每个深度对应于预定义信息值。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm，和/或其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
69.一种信息存储介质，其包括基板，其中所述基板的表面包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的所述中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
70.一种信息存储介质，其包括涂覆有第二材料层的基板和所述基板与所述第二材料层之间的烧结界面，其中所述第二材料不同于所述基板的材料，其中所述烧结界面包含来自所述基板材料和所述第二材料两者的至少一种元素，其中所述第二材料层包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％，并且其中对于每对直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置，这些直接相邻的第一预先确定的位置和第二预先确定的位置中的仅一个位置被凹陷占据。
71.一种信息存储介质，其包括基板，其中所述基板的表面包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％。
72.一种信息存储介质，其包括涂覆有第二材料层的基板和所述基板与所述第二材料层之间的烧结界面，其中所述第二材料不同于所述基板的材料，其中所述烧结界面包含来自所述基板材料和所述第二材料两者的至少一种元素，其中所述第二材料层包括对所述信息存储介质上的信息进行编码的多个凹陷，其中所述多个凹陷位于第一预先确定的位置的子集和第二预先确定的位置的子集处，其中所述第一预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第二预先确定的位置限定规则图案，其中直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少75％和至多150％，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的所述中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的75％。
73.根据权利要求69-72中任一项所述的信息存储介质，其中所述第一预先确定的位置和/或所述第二预先确定的位置的所述规则图案限定直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至少85％、优选地至少95％、更优选地至少100％、并且甚至更优选地至少105％。
74.根据权利要求69-73中任一项所述的信息存储介质，其中所述第一预先确定的位置和/或所述第二预先确定的位置的所述规则图案限定直接相邻位置之间的中心至中心距离对应于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的至多140％、优选地至多130％、更优选地至多120％、并且甚至更优选地至多110％。
75.根据权利要求69-74中任一项所述的信息存储介质，其中所述第一预先确定的位置和直接相邻的第二预先确定的位置中的任一者之间的所述中心至中心距离小于所述凹陷的所述最大横截面尺寸的70％、优选地小于65％、更优选地小于60％、甚至更优选地小于55％。
76.根据权利要求69-75中任一项所述的信息存储介质，其中所述第一预先确定的位置的所述规则图案是正方形图案。
77.根据权利要求69-76中任一项所述的信息存储介质，其中所述凹陷的形状是圆柱形或圆锥状。
78.根据权利要求69-77中任一项所述的信息存储介质，其中所述基板是陶瓷基板；和/或其中所述基板包括玻璃态透明陶瓷材料或结晶陶瓷材料和/或其中所述基板包含以下中的一者或组合：蓝宝石(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、锆(Zr(SiO4))、ZrO2、氧化硼、氧化钠、氧化钾、氧化锂、氧化锌和氧化镁。
79.根据权利要求78所述的信息存储介质，其中所述陶瓷基板包含WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo和/或SiC/Co-Ni-Mo。
80.根据权利要求69-79中任一项所述的信息存储介质，其中所述第二材料包括以下中的至少一种：金属诸如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta,Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，诸如金属氮化物诸如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si3N4、ThN、HfN、BN；金属碳化物诸如TiC、CrC、Al4C3、VC、ZrC、HfC、ThC、B4C、SiC；金属氧化物诸如Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2、ThO2、MgO、Cr2O3、Zr2O3、V2O3；金属硼化物诸如TiB2、ZrB2、CrB2、VB2、SiB6、ThB2、HfB2、WB2、WB4；或金属硅化物诸如TiSi2、ZrSi2、MoSi2、MoSi、WSi2、PtSi、Mg2Si；或任何其他陶瓷材料；优选地其中所述第二材料包括CrN、Cr2O3和/或CrAlN。
81.根据权利要求69-80中任一项所述的信息存储介质，其中所述第二材料层和/或所述两个或更多个不同第二材料层的厚度不大于5μm、优选地不大于2μm、更优选地不大于1μm、甚至更优选地不大于100nm、并且最优选地不大于10nm。
82.根据权利要求69-85中任一项所述的信息存储介质，其中所述多个凹陷具有不同深度，并且其中每个深度对应于预定义信息值。
83.根据权利要求82所述的信息存储介质，其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至少1nm、优选地至少10nm、更优选地至少30nm、更优选地至少50nm、甚至更优选地至少70nm、并且最优选地至少100nm和/或其中所述多个凹陷之间的最小深度差为至多5μm、优选地至多1μm、更优选地至多500nm、更优选地至多300nm、甚至更多优选地至多200nm、并且最优选地至多100nm。
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