DE2440486B2 - Optisches Speichermaterial mit einer Speicherschicht, deren Struktur durch äußere Strahlung veränderbar ist - Google Patents

Optisches Speichermaterial mit einer Speicherschicht, deren Struktur durch äußere Strahlung veränderbar ist

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Speichermaterial mit einer Speicherschicht, deren Struktur durch äußere Strahlung veränderbar ist, für permanente punktweise bzw. holographische Speicherung von Informationen, wobei das Speichermaterial drei Schichten aufweist, von denen eine Schicht, z. B. durch Materialverdampfung, optisch erkennbar geändert wird.
Unter einem optischen Speichermateria! versteht man ein Material, in dem unter Lichteinwirkung eine Änderung eines physikalischen Parameters (z. B. der Absorption oder des Brechungsindizes) erzeugt werden kann, die zumindest einige Minuten lang erhalten bleibt und die zum Auslesen durch erneute Belichtung erkannt werden kann.
Wenn es möglich ist die Zustandsänderung wieder rückgängig zu machen, ohne das Material zu zerstören, spricht man von löschbarer Speicherung. Die Speicherung heißt nichtlöschbar oder permanent, wenn die erzeugte Änderung ohne Zerstörung des Materials nicht is wieder verschwindet.
In einem solchen Schreib-Lese-Material kann die Information beliebig oft ausgelesen werden. Schreib-Lese-Speichermaterialien werden vor allem für Festkörper in Computern (programmable readonly memory) oder zu Archivierungszwecken verwendet. Sie können jedoch auch dann vorteilhaft zur zeitlich begrenzten Zwischenspeicherung eingesetzt werden, wenn sie in großen Mengen und preisgünstig zur Verfügung stehen und leicht ausgewechselt werden können.
Aus der DE-OS 15 74 687 sind die einleitend erwähnten optischen Speicherschichten bekannt Jedoch werden hier die Strukturänderungen durch den Laserstrahl selbst erzeugt, was auch für den aus der DE-OS 20 26 805 bekannten Aufzeichnungsträger gilt.
Lichtempfindlichere Photoplatten benötigen andererseits einen komplizierten Entwicklungs- und Fixierungsprozeß und scheiden daher für praktische Anwendungen in Datenspeichern aus.
Die Erfindung baut auf den bekannten optischen Speicherverfahren auf, nämlich auf der durch Lichteinwirkung erzeugten Abtragung bzw. Verdampfung von dünnen Metallschichten. Wie in »Appl. Phys.Lett. 15,45 (1969): J. J. Amodei, R. S. Mezrich, Holograms in thin bismuth films« erläutert, geht der Speichervorgang so vor sich, daß durch eine kurzzeitige aber sehr intensive Beleuchtung mit einem Laserstrahl eine dünne Metallschicht lokal so stark erhitzt wird, daß sie teilweise oder ganz verdampft. Dieses Verfahren eignet sich sowohl für die punktweise als auch für die holographische Speicherung.
Der Vorteil der bekannten Verfahren liegt darin, daß nach dem innerhalb von wenigen Mikrosekunden erfolgten Verdampfungsvorgang ohne jeden Entwicklungs- oder Fixierungsproezß die Information permanent gespeichert ist und sofort ausgelesen werden kann. Nachteilig ist jedoch, daß eine hohe Laserleistung zum Verdampfen benötigt wird. Laser hoher Leistung aber sind teuer und für praktische Anwendungen in Datenspeichern zu kompliziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, intensitätsschwache Lichtquellen bzw. Laser verwenden und sehr definierte kleine Punkte, d. h. Speicherzellen erzeugen zu können.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine photoleitende Schicht zwischen Deckschichten angeordnet ist, deren eine die Speicherschicht ist, deren Struktur bei örtlicher Belichtung der photoleitenden Schicht durch einen zwischen den Deckschichten an dieser Stelle möglichen und erzeugten exzessiven h5 Wärmestrom, z. B. durch Materialverdampfung geändert wird.
Die Lagerung des Speichermaterials sowohl vor als auch nach dem Schreibvorgang ist völlig unkritisch.
'Durch die Parameter-Steuerung ist auch eine Lagerung bei starker Beleuchtung möglich. Ferner ist das Speichermaterial homogen, und die Herstellung ist mit einfachen und bekannten Technologien möglich, wobei die Lichtempfindlichkeit Werte erreicht, die mit denen von Photoplatten vergleichbar ist
Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel eines Materialschichtaufbaues kann der Einschreibvorgang folgendermaßen verlaufen:
Zunächst wird an einer Stelle 1, wo Material einer absorbierfinden Schicht 2 verdampft werden soll, eine photoleitende Schicht 3 belichtet. In diesem Bereich 1' wird dann die photoleitende Schicht 3 elektrisch leitend, während die unbelichteten Bereiche einen hohen Widerstand aufweisen. In diesem Zustand wird über eine transparente Schicht 4 und die Speicherschicht 2 ein kurzer kräftiger Stromimpuls aus einer Stromquelle 5 zugeführt Dieser bewirkt eine Erhitzung der photoleitenden Schicht 3 und der Schicht 2 an der beleuchteten Stelle 1. Bei genügend großem Temperaturanstieg erreicht man, daß die angrenzende Speicherschicht 2 an dieser Stelle örtlich verdampft. Dabei liegt der Schmelzpunkt der photoleitenden Schicht 3 weit über dem Verdampfungspunkt der Speicherschicht 2.
Mit diesem Verfahren wird die Erhöhung der Lichtempfindlichkeit also dadurch erreicht, daß die zum Erhitzen benötigte Energie nicht aus dem Laserlicht, sondern aus einer Stromquelle 5 bezogen wird. Eine Stromquelle entsprechender Leistung ist natürlich einfacher und billiger zu realisieren als ein Laser hoher Leistung. In einer praktischen Realisierung kann z. B. die Speicherschicht 2 aus einer dünnen Schicht aus Wismut, Indium oder Zink, die photoleitende Schicht 3 aus Cadmiumsulfid oder Selen und die Transparente, einem Substrat 7 aufliegende Schicht 4 in bekannter Weise aus einem Gemisch von Zinndioxyd und Indium bestehen. Mit Cadmiumsulfid-Photoleitern lassen sich Lichtempfindlichkeiten erreichen, die mit der Lichtempfindlichkeit von Photoplatten vergleichbar sind. Zum Beispiel reicht für das Schalten von dünnen Cadmiumsulfid-Photoleiterschichten eine Energie von 10~2 Wsec/mm2 aus, was bedeutet, daß z. B. ein Punkt von 10 μπι Durchmesser durch einen fokussierten Laserstrahl mit nur einem Mikrowatt Leistung innerhalb einer
Belichtungszeit von 100 μsec in den leitfähigen Zustand geschaltet werden kann. Zum Verdampfen von dünnen Wismutschichten genügt, wie experimentell ermittelt wurde, etwa eine Energie von 1 mj/mm2. Diese muß du'ch den Stromimpuls innerhalb etwa einer Mikrosekunde zugeführt werden, um ein Auseinanderfließen der erzeugten Wärme zu verhindern. Für die Verdampfung eines Bereichs von 10 μπι hat damit die Stromquelle eine Leistung von etwa 10 mW zur Verfügung zu stellen. Diese Leistung kann ohne Schwierigkeiten durch eine Stromquelle geliefert werden, die ebenfalls Impulse abgibt, deren Frequenz der Schreibfrequenz des Laserstrahls entspricht.
Die Speicherschicht 2 kann prinzipiell auch aus anderen Materialien bestehen, in denen durch thermische Energie eine bleibende Zustandsänderung erzeugt werden kann, die optisch erkennbar ist Optisch erkennbar bedeutet aber, daß eine Änderung der Absorption, der Reflektion oder des Brechungsindex erzielt werden muß. Zum Beispiel können dünne Farbstoffschichten benutzt werden, die ihre Farbe durch kurzzeitige Erhitzung verändern (z. B. durch chemische Oxydation usw.). Farbstoffe, die derartige Umschlagpunkte besitzen, werden z. B. für Temperaturmeßzwekke benutzt. Auch kann z. B. an dünne kristalline oder amorphe Schichten gedacht werden, die unter Wärmeeinfluß ihre Struktur ändern, z. B. von kristallin in amorph oder umgekehrt Ein solches Material ist z. B. aufgedampftes Arsentrisulfid. Auch könnte ein »damage«-Effekt in Phosphoren ausgenutzt werden. Phosphore besitzen besonders niedrige Schmelz- und Verdampfungspunkte.
Bei der Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials kann es erforderlich sein, daß eine weitere elektrisch leitende und transparente Schicht zwischen der photoleitenden Schicht und der Speicherschicht angeordnet werden muß, um die elektrische Energie zuzuführen. Es ist jedoch auch eine kontaktlose Energiezuführung mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung höherer Frequenz denkbar. Zum Beispiel könnte auch das Licht schaltbare Verlustwärme im Photoleiter auch durch eine ihn jeweils durchstrahlende Mikrowelle im Sinne einer gebündelten HF-Erhitzung erzeugt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:
1. Optisches Speichermaterial mit einer Speicherschicht, deren Struktur durch äußere Strahlung veränderbar ist, für permanente punktweise bzw. holographische Speicherung von Informationen, wobei das Speichermaterial drei Schichten aufweist, von denen eine Schicht, ζ. Β. durch Materialverdampfung, optisch erkennbar geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine photoleitende Schicht (3) zwischen Deckschichten (2, 4) angeordnet ist, deren eine die Speicherschicht (2) ist, deren Struktur (1) bei örtlicher Belichtung der photoleitenden Schicht (3) durch einen zwischen den Deckschichten (2,4) an dieser Stelle möglichen und erzeugten exzessiven Wärmestrom, z. B. durch Materialverdampfung geändert wird.
2. Optisches Speichermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die elektrisch leitfähigen Deckschichten (2,4) eine Stromquelle (5) zur Erzeugung des exzessiven Wärmestromes angelegt ist und über die photoleitende Schicht (3) ein Laserstrahl (6) zur Einleitung des örtlichen Wärmestromflusses geführt ist.
3. Optisches Speichermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine impulsartige Stromquelle angelegt ist, deren Impulsfrequenz der Schreibfrequenz des Laserstrahls entspricht.
4. Optisches Speichermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht (3) für kontaktlose Mikrowellenerhitzung ausgebildet ist und die örtliche Erhitzung der Speicherschicht (2) durch einen Laserstrahl (6) einleitbar ist
5. Optisches Speichermaterial nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche elektrisch leitende transparente Schichten zwischen photoleitender Schicht (3) und Speicherschicht (2) angebracht sind.
6. Optisches Speichermaterial nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Speicherschicht (2) aus Wismut, Indium oder Zink, die photoleitende Schicht (3) aus Cadmiumsulfid oder Selen und die transparente Schicht (4) aus einem Gemisch von Zinndioxyd und Indium bestehen.
7. Optisches Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherschicht (2) eine Farbstoffschicht verwendet ist, deren Farbe temperaturabhängig umschlägt.
8. Optisches Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherschicht (2) eine kristalline oder amorphe Schicht verwendet ist, deren Struktur sich temperaturabhängig irreversibel ändert, z. B. Arsentrisulfid.
9. Optisches Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherschicht (2) eine Phosphorschicht verwendet ist
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