DE2441488A1 - Optisches informationsspeichermaterial und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Optisches informationsspeichermaterial und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Matsushita Electric Industrial Company," Limited, 1006 Kadoma,- Osaka, Japan
Optisches Informationsepeichermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
Zusammenfassung der Offenbarung .·
Optisches Inforrnationsspeichermaterial mit einer transparenten unterlage und einem auf dieser befindlichen Film, der sich durch Aufbringung elektrischer, optischer oder thermischer Energie aua einem Zustand niedriger optischer Dichte in ©inen Zustand hoher optischer Diohte und
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umgekehrt bringen läßt. Bei dem Film handelt es sich um ein Telluroxid der Zusammensetzung ^sO.* mit 0 < xt < 2,0 oder um eine Mischung eines solchen Telluroxids mit Vanadiumoxid, um eine Zustandsänderung des Filmmaterials zu erleichtern, oder eine Mischung von Telluroxid und Bleioxid, um die Empfindlichkeit des Films zu steigern. Das Material wird durch Aufdampfen des Telluroxids oder der Mischung von Tellur- mit Vanadium- oder Bleioxid aus TeOp oder eine festen Lösung von TeO2 und Blei- oder Vanadiumoxid hergestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Informationsspeichermaterial und insbesondere ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz einer amorphen Substanz.
Amorphe Substanzen, die zwei oder mehr physikalische Zustände annehmen können, in denen sie verschiedene optische Eigenschaften aufweisen, sind bekannt. Der Zustand dieser amorphen Substanzen läßt sich durch Aufbringen elektrischer, optischer oder Wärmeenergie ändern. In einem Zustand hat die Substanz eine sogenannte ni&ntkristalline Massenstruktur mit teilweiser Ordnung der Atome und Moleküle; unter dem Mikroskop erkennt man eine nichtkristalline Struktur mit geringer optischer Dichte. In dem anderen Zustand hat das Material eine Kristallstruktur mit verhältnismäßig hoher optischer Dichte. Durch Ausnutzung dieser optischen Eigenschaften$ d. h. des Wechsels von einem optischen zum anderen, war man in der Lage, diese amorphen Substanzen in Form eines dünaen Films als optische Informationsspeichermedien zu benutzen.
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Amorphe Materialien 9 die als optische Informationsspeicher eingesetzt wurden, sind bspw« Mehrkompönenten —-" materialien wie ( Te, Ge ), ( Te5 Sb ) oder ( Te, Se, As, Ga5 Fe ) gewesen.
Die oben beschriebenen bekannten Materialien sind Chalkogenidverbundmaterialienj die leicht eine zweidimensional atomgebundene Konfiguration im glasigen Zustand bilden, oder Verbundmaterialien, die man durch Zusammenbringen von Elementen erhält, die leicht eine kovalente Tetraederstruktur einnehmen. -■.--..-
Diese Verbundsubstanzen sind dahingehend überlegen, daß sie sowohl im kristallinen als auch im nichtkristallinen Zustand bei Raumtemperatur stabil sind. Was die optische Empfindlichkeit anbetrifft, sind die Verbund materialien jedoch für den Einsatz bei der optischen Informationsspeicherung nicht ausreichend empfindlich.
Weiterhin haben Dünnfilme aus derartigen Verbundmaterialien im' niohtkristallinen Zustand eine verhältnismäßig hohe optische Dichte. Stellt man folglich auf einem Film mit einer Dicke, die ein hohes Kontrastverhältnis ( bspw. > 10 : 1 ) erlaubt, eine Aufzeichnung her, ist der Auslesewirkungsgrad verhältnismäßig gering, d.h. <10 $ .
Demgegenüber ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz eines amorphen Films anzugeben, das eine verbesserte optische Empfindlichkeit aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung,. ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz eines amorphen Films anzugeben, das ein hohes Kontrastverhältnis aufweist.
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Is ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz eines amorphen Films anzugeben, das bei fehlender Aufzeichnung eine niedrige optische Dichte aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz eines amorphen Films anzugeben, das eine einfache Zusammensetzung aufweist und leicht herzustellen ist.
■Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Informationsspeichermaterial unter Einsatz eines amorphen Films anzugeben, das sich leicht von einem optischen Zustand in den anderen bringen läßt, so daß eine Aufzeichnung sich leicht löschen läßt.
Diese Ziele lassen sich durch ein optisches Informationsspeichermaterial nach der vorliegenden Erfindung erreichen, das eine transparente Unterlage mit einem auf dieser befindlichen Film aufweist, der sich durch Aufbringen elektrischer, optischer oder thermischer Energie aus einem Zustand niedriger optischer Dichte in einem Zustand hoher optischer Dichte und umgekehrt, bringen läßt. Bei dem Film handelt es sich um Telluroxid der Zusammensetzung TeO * mit 0< xi < 2,0. Bei dem Film kann es sich auch um eine Mischung aus einem solchen Telluroxid mit einem Vanadiumoxid der Zusammensetzung VO „ handeln, in der x2 bis zu 2,5 ist, um die Zustandsänderung des Filmmaterials zu erleichtern. Diese Oxide liegen mit dem Zusammenhang ( TeO * ).. ( νθχ2 ) vor,in dem y bis zu 0,6 betragen kann. Der Film kann eine Mischung aus Telluroxid und Bleioxid mit der Zusammensetzung PbO- mit xj bis zu 1 sein, um die Empfindlichkeit des Films zu steigern. Die Oxide liegen in dem Zusammenhang ( ΐβθχ^ ) ä_z ( PbO ., ) z vor,wobei ζ bis zu 0,6 beträgt. Bei dem Film kann es sich um eine Mischung aus
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Telluroxid und Übergangsmetalloxiden handeln, um die Empfindlichkeit des Films zu steigern.
Das Material wird durch Aufdampfen des Telluroxids oder der Mischung aus Telluroxid mit Vanadium- oder Bleioxid aus einer TeOp - Schmelze oder einer geschmolzenen festen Lösung von TeOp und Blei- bzw. Vanadiumoxid hergestellt«
Weiterhin kann das Material mit einem transparenten Schutzüberzug versehen sein.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig» 1, 3 und 5 sind Diagramme des Zusammenhangs zwischen dem Lichttransmissionsgrsd und der Wellenlänge in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung!
Figc 2 ist ein-Diagramm des Zusammenhangs zwisohem dem Kontrastverhältnis und dem Vanadiumoxidanteil, der als. Zusatz in dem amorphen Material nach der Erfindung eingesetzt wird; ■
Fig. 4 ist ein Diagramm des Zusammenhanges zwischen dem Kontrastverhältnis und dem Bleioxidanteil, der als Zusatz in dem amorphen Material nach der Erfindung eingesetzt wird ι
Fig. β ist eine Schnittansicht eines optischen Informationsspeiohermaterials naeh der vorliegenden Erfindung?
Figo 7 ist eine Schnittansioht, die ein Verfahren zum Kopieren der auf einem optischen Informationsspeiohermaterial nach der vorliegenden Erfindung gespeicherten ! Aufzeichnung zeigt % und .
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum ; Einspeichern von informationen unter Verwendung des optischen \ Informationsspeichermat®rials naeh der vorliegenden Erfindung4
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Wie in der Mg.. 6 dargestellt, besteht das optische Informationsspeichermaterial naoh der vorliegenden Erfindung aus einem dünnen film 2 aus Telluriumoxid, der auf eine Unterlage 2 aufgebracht ist und vorzugsweise von einer Schutzschicht 3 aus Lack oder dergl. geschützt wird. Das Telluroxid hat die Zusammensetzung TeO„.. mit 0 < xt < 2,0. Diese Zusammensetzung erhält man durch Verdampfen gewöhnlichen Telluroxids IeOp unter entoxidierenden Bedingungen.
SeO2 ist bei Raumtemperatur ein weißes Pulver mit einer tetragonalen Kristallstruktur..Erhitzt man es an der Luft in einem Quarz- oder Platinschälchen, fängt es bei der Schmelztemperatur des Oxids von 7330O oder höher unter Bildung eines TeOp-Dampfes zu verdampfen an. Durch Kondensieren des verdampften Oxids läßt sich folglich ein TeO2-ffilm erhalten. Dieser TeO2-MIm ist für die optische Informationsaufzeichnung jedoch nicht geeignet, da seine optische Diohte sich nicht ändert.
Dm entoxidierende Bedingungen zu erreichen, führt man die Verdampfung im Vakuum aus, wobei man das Ausgangsmaterial in einem Mo- oder W-Schälchen erhitzt. Man verwendet dabei ein Vakuum von etwa 5 x 10~*^mm Hg; bei einem anderen Vakuum zeigen sich in den Eigenschaften der aufgedampften Schicht keine wesentlichen Unterschiede.
AIa Unterlage für die TeOp-Ablagerung verwendet man einen -transparenten Polyesterfilm, Polytetrafluorathylen, Glas oder Papier. Abhängig von der beabsichtigten Verwendung kann die Unterlage jede beliebige iOrm haben - bspw. ein Blatt, eine Trommel, eine Scheibe, usw.
Die. Zusammensetzung des so erhaltenen aufgedampften Films ist ^eO .. mit 0 * x1 < 2,0. Diese Zusammensetzung unterscheidet sich von der des Ausgangsmaterials TeO2, da bei der Vakuumverdampfung Sauerstoff entzogen wurde.
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Der Film dieser Zusammensetzung ist blaßbraunj sein Liohttransmissionsgrad nimmt im Bereich von 3500 6 500 2 mit der Wellenlänge zu.
Eine Filmdicke von 300 ... 3000 2 ist-geeignet. Die optische Informationseingate erfolgt mit einer Xe-Blitzlampe, einer Infratorlampe, einem Laser, durch Erhitzen mit einer Heizvorrichtung oder dergl.
Die Empfindlichkeit für die optische Informationsaufzeichnung wird von" den thermischen Eigenschaften des Unterlagenmaterials beeinflußt. Je dünner die Unterlage, desto höher die Empfindlichkeit. Dies scheint durch die Tatsache bewirkt zu werden, daß die Temperatur infolge der geringeren Wärmekapazität dann schneller steigt. Was weiterhin eine Belichtung anbetrifft, läßt sich beim Einsatz eines Xe-Blitzes der Aufzeichnungswirkungsgrad verbessern, wenn man die Blitzdauer senkt, da dann der Wärmediffusionsverluat in der Unterlage geringer wird.
Die folgenden Beispiele erläutern vorzugsweise ausgeführte Formen der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1 .
Als Ausgangsmaterial wurde TeOg-Pulver verwendet und auf durchsichtigen'Polyesterfilm der Dicke 75/u, 50/u oder 25 Ai als Unterlage aufgedampft. Es wurde ein W-Schälchen und ein Vakuum von 5 χ 10""^mm Hg verwendet.
Nach dem Aufdampfen wurde auf die aufgedampfte Schicht eine durchsichtige Schutzschicht 3 aus Lack oder dergl. aufgebracht. Das so erhaltene Material'wurde als optisches Informationsspeichermaterial eingesetzt.
Die Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Lichttransmissionsgrad und der Wellenlänge für den Speicher nach
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diesem Beispiel. In dieser Figur gilt die linie A1 für eine Probe ohne Aufzeichnung, die linie IL für eine Probe mit Aufzeichnung.
Diese Ausführungsform hatte gegenüber den bekannten amorphen Materialien in einem nichtoxidierten System folgende Vorteile:
(1) Die Empfindlichkeit ist etwa dreimal so groß.
(2) Im nichtkristallinen Zustand ist der Wirkungsgrad der Lichtübertragung etwa doppelt so hoch, da die optische Dichte niedriger ist. Das bedeutet, daß dieses Material ein höheres Kontrastverhältnis von etwa dem Doppelten des bekannten Materials aufweist, da die optische Dichte im kristallinen Zustand sich von der des bekannten Materials nicht sehr unterscheidet.
(5) Die mechanische Festigkeit ist ausgezeichnet, da die Haftung zwischen dem amorphen Film und der Unterlage besser ist.
(4) Die optischen Eigenschaften werden vom Umgebungsliclrt eines Baumes nur geringfügig beeinflußt.
(5) Es ist leicht herzustellen, da das amorphe Material eine einfache Zusammensetzung hat.
Bei einem amorphen Film aus nur gewöhnlichem Telluroxid, i.e. TeO?, ist es schwierig, vom Zustand hoher optischer Dichte in den Zustand niedriger optischer Dichte überzugehen, so daß "die aufgezeichnete Information sich nur schwer löschen läßt.
Um die Löscheigenschaften zu verbessern, kann man Vanadiumoxide wie VpO, oder VgO1- zufügen.
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V2O1- hat einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt (69O 0C). Ein Dünnfilm läßt sich folglich leicht durch Aufdampfen einer festen Lösung oder Mischung mit Telluroxid erhalten.
Verwendet man Yanadiumoxid als Zusatz, ist die Zusammensetzung des amorphen Films (TeO -J)1-(VO J) · mit 0 < x2 «2,5 und 0 C y « 0,5.
Beispiel II
Die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials war 2)^ (V2O5) mit 0 < y < 0,6. Das Ausgangsmaterial
wird hergestellt, indem man das TeO0-? und· V^O^-Pulver in
d do
den angegebenen Anteilen abwiegt, vermischt, an der Luft bis zum Schmelzen erhitzt, drei bis vier Stunden im geschmolzenen Zustand in einem Pt-Sehälohen vorhalt und dann zu einer festen Lösung abschreckt. ,
Diese feste Lösung wird als Ausgangsmaterial für das Aufdampfen verwendet.
Das Verdampfen und Niederschlagen geschieht mit einem W-Schälchen und mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 S/sec.
Die Fig. 2 zeigt den Zusammenhang-zwischen dem Kontrastverhältnis und dem y-Wert der Zusammensetzung. Wie die Fig. 2 zeigt, steigt das Kontrastverhältnis bei von 0 bis etwa 0,2 zunehmendem y. Der höchste Wert tritt mit 10 s 1 bei y * 0,2 auf; bei y> 0,5 wird das Verhältnis' sehr niedrig«
Die Figo 3 zeigt den Zusammenhang zwischen' dem Liöhttransmissionsgrad und der Wellenlänge für eine Zusammensetzung innerhalb des Bereiches dieser-Ausführungsform. In dieser Figur zeigt die Linie Ag den Zusammenhang
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für eine Probe ohne Aufzeichnung, die Linie B? für eine Probe mit gespeicherter Information.
In dieser Ausführungsform läßt der Zustand des amorphen Eilms mit der gespeicherten Information sich zum Löschen derselben ändern, indem man den Speicher mit Licht höherer Energie belichtet als die, mit der die Aufzeichnung durchgeführt wurde.
TJm die Empfindlichkeit und das Kontrastverhältnis zu verbessern, läßt sich Bleioxid als Zusatz verwenden.
Verwendet man Bleioxid als Zusatz, ist die Zusammensetzung des amorphen Films (TeO -j)* (PbO ~) mit 0 < x3 < 1,0 und 0 C ζ < 0,6.
Ein solcher lilm ist gegenüber einem Film aus nur Telluroxid dahingehend verbessert, daß er eine höhere Empfindlichkeit aufweist und wegen der höheren optischen Dichte im kristallinen Zustand ein höheres Kontrastverhältnis haben kann.
Beispiel III
Die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials war (TeO2J1-2(PbO)2 mit 0 < ζ < 0,6.
Das Ausgangsmaterial wurde wie folgt hergestellt: TeO«- und PbO-Pulver wurde in den genannten Anteilen abgewogen, vermischt, an der Luft in einem Pt-Schälchen bis zum Schmelzen erhitzt, drei bis vier Stunden im geschmolzenen Zustand vorgehalten und dann zu einer festen Lösung abgeschreckt..
Diese feste Lösung wurde dann als Ausgangsmaterial für das Verdampfen und Kondensieren verwendet. Das Verdampfen und Kondensieren erfolgte mit einem W-Schälchen und mit einer Aufdampfungsgeschwindigkeit von etwa 20 ii/see. Als Unterlage diente ein Polyesterfilm mit 75 ··· 25/u Dicke.
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Die Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Kontrastverhältnis und dem z-Wert für diese Zusammensetzung. Wie die Pig. 4 zeigt, nimmt das Kontrastverhältnis "bei von 0 bis etwa o,1 steigendem z-Wert ebenfalls zu, erreicht sein Maximum mit 15 · 1 bei ζ'« 0,-1 und wird für y > 0,5 sehr niedrig.
Die Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Lichttransmissionsgrad und der Wellenlänge für eine Zusammensetzung innerhalb des Bereiches der vorliegenden Ausführungsform. In dieser Figur zeigt die linie A- den.Zusammenhang für eine Probe ohne Aufzeichnung, die Linie Β~ den Zusammenhang für eine Probe mit gespeicherter Information.
Übergangsmetalloxide sind wirksame Zusätze für eine Erhöhung der Empfindlichkeit - bspw. VO „> CrO ., MnO ',
FeOx6' Co0x7> Ni°x8' 10X9' Ti°*10 Oder ZrOx11 mit 0< X2 * 2,5, 0 <c x4 c 1,5, 0 < x5 ^ 2,0K1 x65" 1,5, 0 * x7 C 1,5, 0 < x8 < 1,5, 0 ^ x9 ς: 3, OC x10 < 2 und 0^r x11 < 2.
Von den oben erwähnten Übergangsmetalloxiden sind gegenüber den anderen v^xa> Cr^x5» ^^χβ "11^- Go^x8 besonders wirkungsvoll.
Das oben erläuterte Informationsspeichermaterial kann in nieder- oder videofrequenten Aufzeichnungsgeräten, Datenspeichern oder dergl. Vorrichtungen eingesetzt werden.
Beispiele hierfür sind in den Fig. 7 und 8 dargestellt.
In Fig. 7 stellt da3 Bezugszeichen 4 ein optisches Informationsspeichermaterial aus einer Unterlage 5 w&<i einer amorphen Schicht 6 dar. Die Vorlage 7 wird in inniger Berührung mit demselben auf das Informationsspeichermaterial 4 aufgebracht. Die Vorlage 7 befindet sich dabei
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auf einem transparenten PiIm wie bspw. einem photographischen PiIm. Über der Vorlage 7 befindet sich eine Blitzlampe 8, mit der belichtet wird. Auf diese Weise wird das Bild der Vorlage auf den optischen Informationsspeicher 4 übertragen.
In der Pig. 8 stellt das Bezugszeichen 9 ein optisches Informationsspeichermaterial dar, das Bezugszeichen 10 einen laser. Der laserstrahl 10 läuft durch einen Modulator 10 und wird dort mit einem Informationssignal moduliert, dann von einem Spiegel 12 reflektiert und mittels einer Linse 13 auf das Informationsspeichermaterial 9 fokussiert. Auf diese Weise lassen sich mittels eines Laserstrahls Informationen auf dem Speichermaterial speichern.
Patentansprüche
5O982?/1G26

Claims (1)

  1. 2UU88
    - 13 - M 3489
    Patentansprüche
    lly1 Optisches Inf.ormationsspeichermaterial mit einer Unterlage und einem auf diesem befindlichen PiIm, der sich durch Aufbringen elektrischer, optischer oder
    thermischer Energie von einem Zustand niedriger "
    optischer Dichte in einen Zustand hoher optischer Dichte und umgekehrt bringen läßt, wobei der Film aus TeO *
    mit 0 < x1 < 2,0 besteht.
    2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film weiterhin als Zusatz Vanadiumoxid enthält, · um eine Änderung des physikalischen Zustande des Filmes zu erleichtern.
    3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Vanadiumoxid um VO 2 handelt und
    der Film die Zusammensetzung
    (ΤθΟχ1)1 (νθχ2) mit 0 <r x2 <- 2,5 und 0 < y < 0,6 hat.
    4. Material nach Anspruch 1i, dadurch, gekennzeichnet, daß der Film als Zusatz Bleioxid zum Steigern der Empfind* lichkeit des Filmes enthält.
    5· Material nach Anspruoh 4> dadurch gekennzeichneti daß das Bleioxid FbQx^ isi» ^d- *er Film die Zuaam mensetzung (ΤβΟχ1 )-|*.ζΦ>0χ5 )z. ni*
    0 < x3 «Γ 1,0 und 0 ^ ζ < 0,5 hat.
    ο Material nach Anspruoh 1, gekennzeichnet durch
    eine transparente Schutzschicht auf dem Film.
    SQ9822/1Q26
    244H88
    7. Verfahren zur Heratellung eines optischen Infor-
    mat'ionsspeioherniaterials mit einer Unterlage und einem auf d'ieser befindlichen JiIm aua TeO * mit 0 χ x1 < 2,0, dadurch gekennzeichnet, daß man 2 unter entoxidierenden Bedingungen verdampft und den Dampf auf der Unterlage niederschlägt.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Verdampfung unter entoxidierenden Bedingungen unter einem Vakuum von 5 ^c 10" mm Hg verdampft.
    9· Verfahren zur Herstellung eines optischen Informationsspeichermaterials mit einer Unterlage und einem auf dieser befindlichen film aus TeO * mit 0 < x1 C 2,0 sowie einem Oxid aus der aus Vanadiumoxid und Bleioxid bestehenden Gruppe, indem man eine feste Lösung »us TeO ι und dem anderen Oxid herstellt, die feste Lösung unter «ntoxidierenden Bedingungen verdampft und den Dampf auf der Unterlage niederschlägt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der festen Lösung TeO2-Pulver und das andere Oxid in Pulverform vermischt, die Mi sohung mit ihre Schmelztemperatur erhitzt und dort drei bis vier Stunden vorhält und die geschmolzene Mischung dann abschreckt.
    11. Optisches Informationsspeichermaterial mit einer transparenten Unterlage und einem darauf befindlichen 3?ilmt der eich durch Aufbringen elektrischer, optischer oder thermischer Energie von einem Zustand niedriger optischer Dichte in einen Zustand hoher optischer Dichte und umgekehrt bringen läßt, wobei der Film aus
    509822/1026
    244U88
    ΤβΟχ1 mit O < χ1 τ 2,0 "besteht. . .
    12. Optisches Inf ormationsspeichermaterialnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphe Film weiterhin ein Übergangsmetalloxid, enthält.
    13. Material nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das UTDergangsmetalloxid aus der aus CrO_., MnO__
    und CoO η mit 0 <■ x4 ^: 1,5 , ■ 0 \x5 ^: 2 und 0 < x7 ^ 1,5 bestehenden Gruppe gewählt ist·
    Cla/Za
    509822/1028
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