DE10393007B4

DE10393007B4 - Auf einem lichtinduzierten Oberflächenrelief basierende Datenspeichermethode

Info

Publication number: DE10393007B4
Application number: DE10393007T
Authority: DE
Inventors: Takashi Tsukuba Fukuda; Hiroo Tsukuba Matsuda
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2023-08-02
Also published as: JP4139892B2; JP2004127484A; DE10393007T5; AU2003252329A1; US20050242324A1; WO2004013847A1

Abstract

Eine Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode, die ein Muster mit einer Anisotropie verwendet, das durch Lichtbestrahlung einer dünnen, ein Azobenzolgebiet aufweisenden Polymerschicht gebildet ist, wobei die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode die folgenden Schritte umfaßt:
– Bilden eines reliefartigen Oberflächenmusters mit einem vertieftem Gebiet und einem erhöhtem Gebiet, die alternierend in einer geraden Linie angeordnet sind;
– Steuern des Rotationswinkels der geraden Linie; und
– Speichern und Wiedergeben einer Vielzahl von vom Rotationswinkel abhängigen Daten, wobei zum Wiedergeben der Daten eine Leselichtlinie mit einer geometrischen Weite mindestens so klein wie das vertiefte Gebiet verwendet wird, um das reliefartige Oberflächenmuster zu bestrahlen, und wobei der Rotationswinkel der geraden Linie durch Rotieren der Leselichtlinie relativ zum Oberflächenmuster und Erfassen des vom Oberflächenmuster reflektierten und/oder transmittierten Lichts bestimmt wird.

Description

Technisches Feld
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Bestrahlung der Oberfläche einer dünnen Polymerverbindungsschicht mit Licht, wobei die dünne Polymerverbindungsschicht eine Azobenzolstruktur enthält, um ein anisotropes Muster von vertieften und erhöhten Gebieten zu formen, durch die Daten gespeichert oder wiedergegeben werden, sowie ein Medium für diese Methode.
Hintergrund der Erfindung
Das Phänomen der Reliefbildung (unebene Oberfläche) auf der Oberfläche einer dünnen Polymerschicht, der ein Azobenzolgebiet aufweist, durch Bestrahlung mit Licht (lichtinduziertes Oberflächenrelief) hat starkes Interesse ausgelöst, seit es 1995 berichtet wurde (siehe die folgenden Nicht-Patent Referenzen 1 und 2).
Dieses Phänomen wird einem Prozeß zugeordnet, bei dem, wenn eine dünne Polymerverbindungsschicht, der eine Azobenzolstruktur aufweist, mit Licht bestrahlt wird, die Oberfläche der dünnen Schicht auf die Intensität des Lichts reagiert, wodurch sich das Molekül von einer Stelle, die eine hohe Lichtintensität aufweist, zu einer Stelle, die eine niedrige Lichtintensität aufweist, hin bewegt, was in die Bildung einer unebenen Oberflächen resultiert. Da die Oberflächenunebenheit, die auf diese Weise gebildet worden ist, durch weitere Strahlung mit Licht, das eine andere Wellenlänge aufweist, oder durch Hitze, gelöscht werden kann, ist geplant, dieses Phänomen für eine Methode für hochdichte optische Datenspeichermethoden zu verwenden, etc., indem von der Möglichkeit Gebrauch gemacht wird, irreversibel wiederbeschreibbare Hologramme oder Beugungsmuster zu bilden, was keinen Entwicklungsprozeß oder kein genaues Speichern oder Wiedergabe der Form und des Polarisierungszustands des Lichtstrahls erfordert.

[Nicht-Patent-Referenz 1] Appl. Phys. Lett., Vol. 66 (1995), pp. 136–138
[Nicht-Patent-Referenz 2] Appl. Phys. Lett., Vol. 66 (1995), pp. 1166–1168
[Paten-Referenz 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-74665
[Patenreferenz 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-39400 .

In der EP 0 552 887 A1 ist ein Aufnahmemedium beschrieben, dass Speicherbereiche mit doppelbrechenden Beugungsgittern aufweist. Die Drehlage der Beugungsgitter kodiert Information.
Die DE 102 23 648 A1 beschreibt ein wiederbeschreibbares optisches Aufzeichnungsmaterial aus Azobenzolfarbstoffen.
In dem Fachartikel von Fukuda et al. im Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 145 (2001), Seiten 35–39 wird die Ursache von in Azobenzolfarbstoffen beobachtbaren photoninduzierten Oberflächenreliefen (photoinduced surface relief (PSR)) beschrieben.
Darstellung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund zielt die vorliegende Erfindung auf eine Verbesserung der Datendichte während der Datenspeicherung durch Lichtbestrahlung einer dünnen Polymerverbindungsschicht, der eine Azobenzolstruktur aufweist, was zu der Bildung eines unebenen Musters auf der Oberfläche der Schicht führt.
Wenn eine dünne Azobenzolpolymerschicht mit einem linear polarisierten zirkulärem Laserstrahl, der eine Gaussche räumliche Verteilung aufweist, bestrahlt wird, erhält man ein in 1 gezeigtes reliefartiges Oberflächenmuster, das durch eine zentrale Vertiefung (pit) und zwei Gebiete, die einen charakteristischen Anstieg in Richtung des elektrischen Feldvektors der linearen Polarisation haben, gekennzeichnet ist. Alternativ erhält man, wenn die dünne Azobenzolpolymerschicht mit einem ellipsoiden (oder rechtwinkligen) Laserstrahl bestrahlt wird, der wie in 2 gezeigt ein Band von Licht und Dunkelheit aufweist, ein reliefartiges Oberflächenmuster, das k vertiefte Gebiete und (k + 1) erhöhte Gebiete aufweist, die in geraden Linien alternierend angeordnet sind.
Unter Verwendung der Anisotropie von diesem Muster kann eine neue Datenspeicher- und Wiedergabemethode verwirklicht werden.
In den letzten Jahren ist die Wiedergabe von optischen Daten basierend auf diesem Phänomen, und die Anwendung dieses Phänomens auf aktive optische Elemente, etc. studiert worden (siehe z. B. die oben genannten Patentreferenzen 1 und 2), aber die Anzahl der Daten ist bis jetzt nicht ausreichend.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine typische Darstellung zur Vorbereitung einer Vertiefung (pit) durch Bestrahlung mit einem konvergierenden Laserstrahl.
2 ist eine typische Darstellung zur Vorbereitung einer Linie von Vertiefungen (pits) durch Bestrahlung mit einem Perioden optischen Muster.
3 ist eine Darstellung, die ein AFM-Bild des Oberflächenreliefs durch einen kondensierten polarisierten Strahl illustriert.
4 ist eine Darstellung, die das Leseprinzip der Speichermethode illustriert.
5 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Änderung von Reflexionsintensität (oder Transmissionsintensität) mit der Rotation des Laserlichts und der Orientierung der Unebenheiten zeigt.
6 ist eine Darstellung, das die Änderung von Reflexion (Transmission) mit der Tiefe der Vertiefung (pit) zeigt.
7 ist eine Darstellung, die ein AFM-Bild einer Reliefoberfläche, die durch Bestrahlung mit einem periodischen optischen Muster zeigt, und die Beziehung zwischen der Tiefe des Oberflächenreliefs und der Intensität des Signals zeigt.
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel (1) eines optischen Systems für die Bildung eines periodischen optischen Musters zeigt.
9 ist ein Darstellung, die ein Beispiel (2) eines optischen Systems für die Bildung eines periodisch optischen Musters zeigt.
Beste Ausführung der Erfindung
Die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel:
Wenn eine dünne Schicht aus einem Azobenzolpolymer mit linear polarisiertem Laserlicht durch einen Kondenser wie in 1 gezeigt bestrahlt wird, wird ein reliefartiges Oberflächenmuster auf der dünnen Schicht wie in 3 gezeigt geformt, die durch eine zentrale Vertiefung (pit) und zwei Gebiete, die einen charakteristischen Anstieg in Richtung des elektrischen Feldvektors mit linearer Polarisation haben, charakterisiert ist.
Dann wird ein reliefartiges Oberflächenmuster, dessen Symmetrieachse um einen Winkel θ wie in 4 gezeigt gedreht ist, mit Leselicht bestrahlt, das eine Linienweite so klein wie die Vertiefung (pit) aufweist, während das transmittierte Licht oder das reflektierte Licht beobachtet wird. Während das Leselicht rotiert, wachst oder sinkt die Intensität des transmittierten oder reflektierten Lichts, und da die Änderung der transmittierten oder reflektierten Lichtintensität nicht kleiner ist als die momentane Nachweisempfindlichkeit, kann die Position θ der Symmetrieachse des reliefartigen Oberflächenmusters wie in 5 nachgewiesen werden.
Auf diese Weise kann die Anzahl (m) der Datenkodierungen mit beliebig vielen Unterteilungen in Abhängigkeit von der Differenz der Position θ zur Symmetrieachse unterschieden werden (winkelgradientenvervielfachtes Speichern), während bei bekannten Systemen eine Vertiefung lediglich einen Zweiwertewert hat, z. B. eine 0 (keine Vertiefung) und eine 1 (Vertiefung). Wenn zum Beispiel die Orientierung einer Unebenheit wie in 4 gezeigt schrittweise um 30 Grad geändert wird, ist die durch eine Vertiefung unterstützte Zahl von Datenkodierungen sieben (einschließlich dann wenn keine Vertiefung da ist), wodurch die Speicherungdichte 7 mal so groß sein kann wie bei konventionellem Speichern. Durch weitere Reduzierung der Winkelschritte (ϕ), kann die Nummer m von Datenkodierungen weiter auf (180/ϕ + 1) erhöht werden.
Weiterhin kann, da sich der absolute Wert von Reflektion oder Transmission mit der Tiefe der Vertiefung ändert (siehe 6), können die Datenkodierung durch Reflektion (oder Transmission) unterschieden werden. Dementsprechend steigt die Anzahl der Datenkodierungen mit n^m an, wenn man eine Abstufung der Tiefe mit n Abstufungen annimmt.
Zweites Ausführungsbeispiel:
Wenn eine dünne Schicht eines Azobenzolpolymers mit einem ellipsoiden (oder rechtwinkligem) Lichtmuster bestrahlt wird, das wie in 2 gezeigt eine periodische Lichtintensitätsverteilung aufweist (d. h. ein Band von Licht und Dunkelheit), erhält man ein reliefartiges Oberflächenmuster, das k vertiefte Gebiete und (k + 1) erhöhte Gebiete, die wie in 7 gezeigt alternierend in einer geraden Linie auf der dünnen Schicht angeordnet sind.
Das ellipsoide (oder rechtwinklige) Lichtmuster, das wie in 2 gezeigt eine periodische Lichtintensitätsverteilung aufweist (d. h. ein Band von Licht und Dunkelheit), kann auf einfache Weise in einem optischen System mit einer Fotomaske (8) oder einem optischen System unter Verwendung von Lichtinterferenz (9) erzeugt werden. (Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Systeme beschränkt.) Wenn das auf diese Weise erhaltene reliefartige Oberflächenmuster einem wie im Beispiel 1 gezeigten Lesevorgang ausgesetzt ist, kann der Anstieg oder Abfall der transmittierten oder reflektierten Lichtintensität als eine Funktion der Rotation des Leselichts nachgewiesen werden. Während dieses Prozesses ist das Signal-zu-Rauschverhältnis aufgrund der Erhöhung der Anzahl von vertieften und erhöhten Gebieten auf der Oberfläche um ein Vielfaches von dem im Beispiel 1 gezeigtem Fall erhöht. Das vorliegende Beispiel erlaubt tiefengestuftvervielfachte Speicherung zusätzlich zu der in Beispiel 1 gezeigten winkelgestuftvervielfachten Speicherung. Auch in diesem Fall wird ein höheres Signal-zu-Rauschverhältnis erhalten.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Anmeldung ermöglicht eine höhere Speicherdichte als die herkömmlicher Datenspeicherung trotz der Verwendung desselben herkömmlichen Mediums.

Claims

Eine Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode, die ein Muster mit einer Anisotropie verwendet, das durch Lichtbestrahlung einer dünnen, ein Azobenzolgebiet aufweisenden Polymerschicht gebildet ist, wobei die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode die folgenden Schritte umfaßt: – Bilden eines reliefartigen Oberflächenmusters mit einem vertieftem Gebiet und einem erhöhtem Gebiet, die alternierend in einer geraden Linie angeordnet sind; – Steuern des Rotationswinkels der geraden Linie; und – Speichern und Wiedergeben einer Vielzahl von vom Rotationswinkel abhängigen Daten, wobei zum Wiedergeben der Daten eine Leselichtlinie mit einer geometrischen Weite mindestens so klein wie das vertiefte Gebiet verwendet wird, um das reliefartige Oberflächenmuster zu bestrahlen, und wobei der Rotationswinkel der geraden Linie durch Rotieren der Leselichtlinie relativ zum Oberflächenmuster und Erfassen des vom Oberflächenmuster reflektierten und/oder transmittierten Lichts bestimmt wird.
Die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode gemäß Anspruch 1, wobei durch Tiefenunterschiede im Muster gekennzeichnete tiefenbezogene Daten hinzugefügt werden.
Die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode gemäß Anspruch 1, wobei das Muster k vertiefte und (k + 1) erhöhte Gebiete aufweist, wobei k eine positive ganze Zahl ist, die größer oder gleich 0 ist.
Die Datenspeicher- und Datenwiedergabemethode gemäß Anspruch 1, wobei die (k + 1) erhöhten Gebiete alternierend in einer geraden Linie mit den entsprechenden zwischendrin liegenden k vertieften Gebieten angeordnet sind.
Ein Datenspeichermedium, das ein Muster mit einer Anisotropie verwendet, die durch Lichtbestrahlung einer dünnen Polymerschicht, die ein Azobenzolgebiet aufweist, gebildet wird, wobei: – ein reliefartiges Oberflächenmuster mit einem vertieftem Gebiet und einem erhöhten Gebiet, die alternierend in einer geraden Linie angeordnet sind, gebildet ist; und – der Rotationswinkel der geraden Linie orientiert ist; und – eine Vielzahl von auf dem Rotationswinkel gestützten Daten gespeichert und wiedergebbar sind, wobei die Daten durch Bestrahlen des reliefartigen Oberflächenmusters mit einer Leselichtlinie, die eine geometrische Weite mindestens so klein wie das vertiefte Gebiet aufweist, wiedergebbar sind, und wobei der Rotationswinkel der geraden Linie durch Rotieren der Leselichtlinie relativ zum Oberflächenmuster und Erfassen des vom Oberflächenmuster reflektierten und/oder transmittierten Lichts bestimmbar ist.
Das Datenspeichermedium gemäß Anspruch 5, wobei durch Tiefenunterschiede im Muster gekennzeichnete tiefenbezogenen Daten hinzugefügt sind.
Das Datenspeichermedium gemäß Anspruch 5, wobei eine Vielzahl von den Muster geformt ist.
Das Datenspeichermedium gemäß Anspruch 5, wobei das Muster k vertiefte und (k + 1) erhöhte Gebiete hat.
Das Datenspeichermedium gemäß Anspruch 5, wobei die (k + 1) erhöhten Gebiete alternierend in einer geraden Linie mit den entsprechenden zwischendrin liegenden k vertieften Gebieten angeordnet sind.