DE2536264C2

DE2536264C2 - Speicher- und Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE2536264C2
Application number: DE2536264A
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Yorktown Heights N.Y. Gambino; Frederic Pound Ridge N.Y. Holtzberg; Ralph Richard New City N.Y. Ruf; Benjamin Chappaqua N.Y. Welber
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-14
Publication date: 1984-07-12
Also published as: FR2284163A1; GB1496029A; JPS5818720B2; JPS5148231A; US3959799A; DE2536264A1; FR2284163B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicher- und Aufzeichnungsmedium, wie es dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Speichermedien, bei denen information über einen fokussierten Laserstrahl an den jeweiligen Speicherplätzen eingebbar ist, sind bekannt. Speichermedien dieser Art können aus amorphem Material bestehen, das unter Wärmeeinwirkung in einen kristallinen Zustand übergeht, wie es in den US-Patentschriften 36 65 425 und 37 16 844 beschrieben ist. Andere schichtförmige Speichermedien können aus amorphem Material bestehen, das unter Lichteinwirkung erweicht und nach Unterbrechung der Lichteinwirkung wieder fest wird, so daß Löcher bzw. Verdünnungen an jeweils dem Lichtstrahl ausgesetzten Stellen entstehen, wie es in der US-Patentschrift 36 36 526 beschrieben ist. Wieder andere Speichermedien bestehen aus leicht verdampfbaren Metallen wie in der US-Patentschrift 35 60 994 beschrieben, wobei Farbänderungen unter jeweiliger Wärmeeinwirkung auftreten, wie es auch in der US-Patentschrift 36 36 529 angegeben ist. Schließlich sind schichtförmige Speichermedien bekanntgeworden, die unter Wärmeeinwirkung zur örtlichen Materialabtragung führen, wie es aus der US-Patentschrifi 36 65 483 hervorgeht.

Die in oben erwähnten schichtförmigen Speichermedien zu Aufzeichnungszweeken verwendeten Materialien erfordern hohe Tetiipcratursehwellenwerie, um den gewünschten Effekt zu erzielen, d. h. in jedem Falle Änderungen in der optischen Dichte der verwendeten Materialien. Infolgedessen ist entweder die Geschwindigkeit zur Einspeicherung der Information gering, oder relativ hohe Energie muß zur Einspeicherung aufgewendet werden.

Die DE-OS 22 04 509 zeigt noch eine andere Art von Speicher- und Aufzeichnungsmedien, bei welcher eine isolierende Trägerschicht und eine Aluminium-Deckschicht als Speicher und Aufzeichnungsschicht dient, in die Information durch Ausbrennen mittels eines Lichtbogens unter Herabsetzung des Temperaturschwellenwerts eingebracht wird. Zwischen der Träger- und der Deckschicht ist eine reaktionsffreudige Zwischenschicht vorgesehen, so daß die zur Informationseingabe erforderliche Energie nur zum Teil durch den Lichtbogen zur Verfugung gestellt zu werden braucht Wenn auch zufriedenstellende Ergebnisse bei Verwendung als Registrierstreifen hiermit zu erzielen sind, so ist dies keineswegs der Fall, wenn hohe Speicherdichten und große Schreibgeschwindigkeiten erreicht werden sollen, wie es für Datenverarbeitungszwecke angestrebt wird, da sich dann auf Zwischen-Speicherplätze übergreifende Reaktionen nicht beherrschen lassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Speicher- und Aufzeichnungsmedium, bestehend aus einer n.uf einem Substrat aufgebrachten Dünnschichtstruktur, zur Informationseingabe mittels örtlich, im Ansprechen auf gezielte Zufuhr der Energie in Form von Wärme ausgelöster Reaktion zu schaffen, welches für hohe Speicherdichten und große Schreibgeschwindigkeiten, wie sie bei der Datenverarbeitung angestrebt werden, bei zuverlässiger Betriebsweise geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Speieher- und Aufzeichnungsmedium gelöst, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Es läßt sich also ein Festwertspeicher mit Hilfe aufeinanderliegender dünner Schichten, die aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen, bereitstellen, wobei lediglich vorausgesetzt wird, daß sie unter jeweils örtlicher Wärmeeinwirkung an diesen Stellen ein Reaktionsprodukt erzeugen, das unterschiedlich von den Ausgangsmatcrialien der Dünnschichten, also der unbeeinflußten Schichtbereiche, ist. Auf diese Weise ist es möglich, daß sich Information mit einem Minimum an Energieaufwand speichern bzw. aufzeichnen läßt, nämlich schon mit 0,75 nj/μπι². Bei Aluminium-Selen als Reaktionsprodukt zeigt sich in weißem Licht ein stark erhöhtes Reflexionsvermögen und bei Strahlendurchgang ein bläulicher Fleck. Die gespeicherte Information läßt sich mit üblichen Auslesemitteln aus der Speicheranordnung wieder entnehmen. Eine geeingete Anordnung hierfür ist beispielsweise in der US-Patentschrift 35 05 658 beschrieben.

In sehr viel einfacherer und damit in vorteilhafter Weise lassen sich die der gespeicherten Information entsprechenden Änderungen in der Speicher- bzw. Aufzeichnungsanordnung mit dem gleichen Laserstrahl, wie er zum Schreiben diente, wieder auslesen, und zwar bei einer Wellenlänge von 6471 Ä. Wird ein solcher Laserstrahl zum Lesen verwendet, dann zeigt sich, daß der Durchgang im Speichermedium um einen Faktor 3 oder mehr abnimmt, wohingegen die Reflektion um etwa den gleichen Faktor zunimmt. Das Reflexionsvermögen an

b5 den eingeschriebenen Speieherbereichen beträgt nach Anwendung des Laserstrahls etwa 65% gegenüber 20% vor Anwendung des Laserstrahls.

Hs hat sich gezeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemä-

3en Verfahrens eine zuverlässige Speicher- bzw. Aufeeichnungsbetriebsweise zu erzielen ist, wobei der Aufwand äußerst gering gehalten werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im einzelnen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen in einer Ausführungsbeispielsbeschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht eines Speicher- oder Aufceichnungsmediums gemäß der Erfindung,

F i g. 2 tine Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,

F i g. 3 ein Speicher bzw. Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung bei dem die reagierenden Materialien in einer Substratschicht verstreut angeordnet sind.

Die aufgrund der Wärmeeinwirkung auftretende Reaktion läßt sich anhand einer Schicht, bestehend aus einem Element, wie z. B. Selen, erläutern, das in einer Dicke von etwa 500 Α auf einer Aluminiumschicht niedergeschlagen ist, wobei die Aluminiumschicht vor dem Selenniederschlag der Luft ausgesetzt gewesen ist. Die Aluminiumschicht selbst in etwa 800 Ä dick und liegt auf einem geeigneten Substrat wie Polyester oder Glas. Dadurch, daß die Aluminiumschicht vor dem Selenniederschlag der Luft ausgesetzt gewesen ist, besitzt sie automatisch einen Aluminiumoxidüberzug.

Wird nun ein solches Aluminium-Selen-Laminat der Strahlungseinwirkung einer fokussierten Wärmestrahlung ausgesetzt wie z. B. einer Xenonlampe, wobei die Selenseite belichtet werden soll, dann tritt eine Reaktion zwischen Aluminium und Selen auf. Anstatt daß nun, wie anzunehmen ist, die Reaktion gleichförmig über die gesamte exponierte Oberfläche auftritt, zeigt sich, daß jeweils eine Reaktion an vielen Einzelstellen der Oberfläche herbeigeführt wird. Diese Erscheinung läßt sich so deuten, daß der Aluminiumoxidüberzug der Aluminiumschicht im allgemeinen als Sperre für die Reaktion wirkt, ausgenommen natürlich an den oben genannten Einzelstellen.

Weiterhin zeigt sich unter ständiger Überwachung der optischen Dichte, daß beim Aufheizen eines Selen-Aluminiumlaminats, wie oben beschrieben, mit einer Rate von etwa 5°C/min beginnend mit Raumtemperatur bei etwa 5O⁰C eine abrupte Abnahme in der optischen Dichte eintritt. Diese Erscheinung zeigt an, daß die Reaktion bei der Glasübergangstemperatur des amorphen Selens auftritt, in dem gleichzeitig der Hinweis dafür vorliegt, daß die Diffusionsgeschwindigkeit in der Selenschicht den abschließenden Schritt bildet. In dieser Beziehung wird angemerkt, daß es bekannt ist, daß Diffusionsgeschwindigkeiten unstetig bei der Glasübergangstemperatur einer amorphen Phase des Selens und vieler anderer amorpher Materialien anwachsen.

Wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 6471 Ä auf die Selenseite eines Aluminium-Selenlaminats, das auf einem Polyester-Film niedergeschlagen ist, gerichtet, wobei im Bereich des Laserstrahls die Schichtdicke des Selens etwa 500 Ä botragen soll, so daß sie als starker Antireflexüberzug wirkt, dann läßt sich diese Reaktion mit Hilfe von Impulsen auslösen, deren Periodendauer so gering wie 100 μ5 bei minimal erforderlicher Energie von etwa 0,75 nJ/μΓπ² ist. Die im weißen Licht beobachtete Wirkung der durch einen Laserstrahl induzierten Reaktion besteht in einer nennenswerten Erhöhung des Reflexionsvermögens und im Auftreten eines bläulichen Flecks bei Strahlendurchgang durch das Laminat. Weiden die Änderungen der optischen Eigenschaften des Laminats mit dem gleichen Laserstrahl erfaßt wie er zur Herbeiführung der Reaktion benutzt worden ist, dannt stellt sich heraus, daß die Durchlässigkeit des Laminats an den betreffenden Stellen um den Faktor von wenigstens drei abgenommen hat. wohingegen das Reflexionsvermögen entsprechend um den gleichen Faktor erhöht worden ist. So ergibt sich für das Reflexionsvermögen im Laminatbereich, der für das Einschreiben der Information vorgesehen ist, ein Wert von 20% vor Einwirken des Laserstrahls und

ίο von etwa b5% nach Einwirken des Laserstrahls.

Wird ein Laminat, bestehend aus einer Selenschicht, auf einem Aluminiumfilm belichtender auf einem Polyestersubstrat niedergeschlagen ist, wobei sich zwischen dem Polyestersubstrat und dem Aluminiumfilm ein

Überzug aus Acrylpolymeren, wie z. B. Polymethylmethp.crylat, Polyäthylacrylat, Poly-n-butylmethacrylat, Poiyisobutylmethacrylat, mit einer jeweiligen Dicke von einigen Tausend Angström befindet, dann läßt sich eine Selen-Aluminiumreaktion mit Hilfe einer fokussierten Xenonlampe auslösen. Unter solchen Voraussetzungen jedoch tritt im Gegensatz xur Bestrahlung mit Hilfe eines Laserstrahls jeweils eine Reaktion lediglich an denjenigen Stellen auf, wo Brüche, Nadellöcher, Kratzer und dergl. im Acrylüberzug vorhanden sind.

Bei Verwendung eines Laminats bestehend aus abwechselnd Schichten von Selen (etwa 500 Ä), Aluminium (etwa 300 Ä) und Selen (etwa 500 A), wobei die Schichtbildung unter Vakuumverdampfung auf einem Glassubstrat unter Beibehaltung des Vakuums zwischen den einzelnen Verdampfungsschritten vorgenommen ist, zeigt ein solches Laminat eine relativ niedrige Lichtdurchlässigkeit und ein hohes Reflexionsvermögen. Durch örtliches Aufheizen des Laminats reagieren Aluminium und Selen an den jeweiligen Stellen miteinander, so daß sich hier transparente Stellen bestehend aus Aluminiumselenid bilden. Eine solche Reaktion läßt sich durch Anwenden eines 100 Mikrosekundenlaserstrahls mit einer Energie von etwa 30 nJ/μΓη² herbeiführen.

Das erfindungsgemäße Speichermedium besteht also aus einem Laminat mit den Schichtsubstanzen A und B, die unter Wärmeeinwirkung miteinander eine Reaktion eingehen und gegebenenfalls durch eine Zwischenschicht C voneinander gelrennt sind. Diese Zwischenschicht C kann zweckmäßigerweise aus dem Reaktionsprodukt von A und 3 besteher,, also aus Aluminiumselenid, wenn A und B durch Aluminium bzw. Selen dargestellt werden. Die Substanz dieser Zwischenschicht erscheint auch dann noch als geeignet, wenn sie aus einer Verbindung nur einer der reagierenden Substanzen wie

z. B. aus Aluminiumoxid besteht, wobei dann Aluminium entweder A oder B ist. Diese Zwischenschicht könnte auch aus einem Material bestehen, das weder der Substanz A oder B entspricht noch sie in seiner Molekülstruktur aufweist, das jedoch in der Lage ist, eine Reaktion von A mit B zu verhindern. Als Beispiel hierfür kann eine Schicht aus einem geeigneten Polymer dienen. Die Aufgabe der Zwischenschicht C besteht darin, zu verhindern, daß A und B spontan miteinander bei Umgebungstemperaturen reagieren. Ein örtlich gerichterer

M) Laserstrahl löst jeweils die Reaktion zwischen A und B aus, indem dort die Zwischenschicht aufgebrochen wird und zwar durch Schmelzen einer der miteinander reagierenden Substanzen, so daß dort dann die Zwischenschicht mechanisch aufgebrochen wird, durch Schmel-

b5 zen der Zwischenschicht oder durch nennenswerte Anhebung der Diffusion über diese Zwischenschicht. In vorteilhafter Weise werden die Substanzen A und B derart gewählt, daß eine exothermische Reaktion statt-

findet, wobei die Reaktionswärme zumindest teilweise die zugeführte Wärme ersetzt, die erforderlich ist, um die Reaktion auszulösen, so daß hierdurch der Schwellenwert, bei dem die Reaktion stattfindet, herabgesetzt wird.

Im Ausführungsbeispiel des Speicher- und Aufzeichnungsmediums gemäß der Erfindung besteht die in F i g. 1 gezeigte Schien! A aus dem schlechter wärmeleitenden Material der beiden Substanzen A und B, zum Beispiel aus Selen, der Schicht B als der absorbierenden Substanz, z. B. Aluminium, und der Schicht C als der Zwischenschicht, z. B. AI2O3, AbSci oder einem Polymer.

Im in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Speicher- und Aufzeichnungsmediums besteht die Schicht A wiederum aus der schlechter wärmeleitenden Substanz, die Schicht B aus einer absorbierenden Substanz und die Schicht C stellt wiederum die Zwischenschicht dar. Während in diesem Ausführungsbeispiel die Substanz der Schicht A eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Absorptionskonstante besitzt, zeigt die Substanz der Schicht B eine hohe Absorptionskonstante. Das Laminat des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 ist insofern vorteilhaft, als die beiden Oberflächen der Schicht B eine Reaktion einzugehen in der Lage sind.

Die Substanzen der Schichten A und B werden in Form von feingemahlenem Pulver, chemischen Niederschlag oder Kondensationsprodukten aus der Dampfphase bereitgestellt. So wird z. B. Aluminiumpulver ausreichender Feinheit durch Kondensation aus der Aluminiumdampfphase auf einem kalten Finger erhalten. Selenpulver ausreichender Feinheit ergibt sich durch chemische Ausfällung. Die beiden Pulver werden dann mit einer organischen Polymerlösung vermengt. Diese Halbflüssigphasenmischung wird mit Hilfe eines Spatels auf ein Substrat aufgetragen. Die Substanzen A und B iassen sich zusammen in Vakuum verdampfen und auf ein auf Raumtemperatur gehaltenes Substrat niederschlagen. Die anfängliche Reaktion von A mit B bildet ein Reaktionsprodukt C. das dann eine weitere Reaktion von A mit B verhindert.

Im in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeweils die Substanz B umgeben von einer Zwischenschicht C in Form kleiner Körper in der Trägersubstanz A verteilt angeordnet. Es befinden sich also jeweils mit Zwischenschichten umgebene Kugelkörper einer ersten Substanz in einem Medium besteht aus der zweiten Substanz, so daß hiermit eine größere Reaktionsobcrfläche bereitgestellt ist.

In der folgenden Tabelle sind Subslanzkombinationen und geeignete Zwischenschichtmaterialien aufgeführt, die für die Erfindung Anwendung finden können:

B-Substanz	A-Substanz	C-Zwischenschichl	Reaktions-
			Produkt
Al	Se	AI₂Se₃	Al₂Se₃
Al	Se	AI₂Oj	AI₂Se₃
Al	Se	Acrylpoiymer	Al₂Se₃
Zn	Se	ZnSe	ZnSe
Bi	Se	Bi₂Se₃	Bi₂Se₃
As	Se	As₂Se₃	As₂Se₃
Mn	Bi	MnBi	MnBi
In—Ga	As	Gai_,In,As	Gai_,lnAs

Es dürfte sich von selbst verstehen, daß zur Erfindung allgemein Materialien Verwendung finden können, die eine chemische Reaktion bei relativ niedriger Energie eingehen, wobei ein Reaktionsprodukt erzielt wird, das optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften besitzt die unterschiedlich von entsprechenden Eigenschaften der die Reaktion miteinander eingegangenen Substanzen sind, so daß sich die gleichen Effekte, wie mit den oben aufgeführten Substanzen ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

mit χ = 0 bis 1 g-Atom von In.

Claims

Patentansprüche:

1. Speicher- und Aufzeichnungsmedium, bestehend aus einer auf einem Subtrat aufgebrachten Dünnschichtstruktur mit elementarem Metall hoher Absorptionskonstanten als erster Lagenart, die unter stark begrenzter örtlicher Wärmeeinwirkung eine exothermische Reaktion mit einer zweiten Lagenart niedrigerer Absorptionskonstanten und niedrigerer Wärmeleitfähigkeit zur Spurbildung für die Informationseingabe in Form eines Reaktionsproduktes mit gegenüber der Umgebung unterschiedlichen optischen, magnetischen oder elektrischen Eigenschaften einzugehen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten sein Paar von EUS elementarem Metall bestehenden Lagen (B und A) eine hierzwischen aus einer reaktionsträgen chemischen Verbindung gebildete Zwischenschicht (C) enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elementare Metall hoher Absorptionskontante aus Al, As, Bi, Mn oder Zn, das Metall niedrigerer Absorptionskonstante aus Bi oder Se und die Zwischenschicht (C) entweder aus einem Reaktionsprodukt beider elementarer Metalle oder aus einem Acrylpolymer bestehen.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächenbereiche der eine Schicht bildenden ersten Lage (B) mit je einer Zwischenschicht (C) bedeckt sind, die ihrerseits auf ihren beiden Oberflächenbcreichcn je eine zweite Lage (A) trägt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Lage (A) die erste Lage (B) in Form kleiner, jeweils von einer Zwischenschicht (C) umgebenden Kugelkörpern mehr oder weniger gleichmäßig verteilt eingebettet ist.