DE3118058A1

DE3118058A1 - Aufzeichnungstraeger und verfahren zum schreiben einer informationsspur sowie zum loeschen einer in dem traeger gespeicherten information

Info

Publication number: DE3118058A1
Application number: DE19813118058
Authority: DE
Inventors: Alan Edward East Windsor N.J. Bell; Fred William Boulder Col. Spong
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1982-03-11
Also published as: HK78586A; GB2079031A; FR2482756B1; GB2079031B; DE3118058C2; FR2482756A1

Description

οι 1 pncp ο i ι ο υ 0 ϋ

Die Erfindung betrifft einen Informations-Aufzeichnungsträger gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2 und ein Verfahren zum Speichern einer Informationsspur oder zum Löschen einer gespeicherten Information gemäß Oberbegriff des Anspruchs 16 bzw. 19.

In der US-PS 40 97 895 wird ein sogenannter Ablöse-Aufzeichnungsträger beschrieben, der eine mit einer Absorptionsschicht bedeckte Reflexionsschicht enthält. Die Dikke der das Licht absorbierenden Schicht wird im Hinblick auf eine Verminderung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers ausgewählt. Mit Hilfe eines auf den Aufzeichnungsträger gerichteten, fokussierten, modulierten Lichtstrahls kann die das Licht absorbierende Schicht d.h. die Absorptionsschicht örtlich verdampft oder abgelöst werden, so daß eine Öffnung mit darin freigelegtem, lichtreflektierendem Material in der Absorptionsschicht entsteht. Beim Lesen des Aufzeichnungsträgers werden die Unterschiede des Reflektionsvermögens zwischen den unveränderten Bereichen des Trägers und den mit einer Öffnung oder Deformation versehenen Bereichen optisch erfaßt und in ein für die gespeicherte Information repräsentatives elektrisches Signal umgewandelt.

In der DE-OS 27 57 737 wird ferner ein optischer Ablöse-Aufzeichnungsträger mit einer Dreifachschicht beschrieben, die dadurch entsteht, daß zwischen die Reflexionsund die Absorptionsschicht gemäß' vorgenannter US-PS 40 97 895 eine Abstandsschicht eingefügt wird. Die Dicke der Absorptionsschicht wird dabei so auf die Dicke der Abstandsschicht und die optischen Konstanten des lichtreflektierenden Materials sowie der Abstandsschicht und der Absorptionsschicht abgestimmt, daß das optische ke-

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flexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers vermindert
wird. Durch aus einem fokussierten modulierten· Lichtstrahl absorbierte Energie wird die Absorptionsschicht abgelöst oder geschmolzen_s und es entsteht eine entsprechende Öffnung in dieser Schicht mit darunter durch die Abstandsschicht hindurch freigelegter Reflexionsschicht. In einer Alternative kann die Absorptionsschicht auch ohne Entstehen einer Öffnung mit der Folge einer irreversiblen Veränderung des Reflexionsvermö'gens verformt bzw. deformiert werden. Träger dieser Art lassen eine größere Auswahl von Materialien mit geringem Reflexionsvermögen zu als die mit Ablösen der bestrahlten Bereiche arbeitenden Träger.

Weiterhin wird in der US-PS 42 22 071 ein verbesserter optischer Dreischicht-Aufzeichnungsträger beschrieben, der eine Absorptionsschicht aus einem Material nit niedrigem Schmelzpunkt, z.B. aus Tellur, enthält. Bei diesem Aufzeichnungsträger werden in der Absorptionsschicht
Löcher gebildet. Er besitzt ein sehr gutes Signal/Rausch-Verhalt en.

In der US-PS 41 01 907 wird ein Überzug für die vorgenannten Aufzeichnungsträger beschrieben, der aus einer dünnen Sperrschicht auf der Absorptionsschicht und einer dicken Überzugsschicht auf der Sperrschicht besteht, die aus thermisch isolierendem und chemisch inaktivem Material hergestellt wird. Dadurch werden sowohl Wärmerückwirkungen von der Absorptionsschicht auf die Überzugsschicht als auch Einflüsse von beim Herstellen der Überzugsschicht verwendeten Lösungsmitteln auf die Absorptionsschicht unterdrückt. Durch die relativ große Dicke der Überzugsschicht wird erreicht, daß oben auf der Gesamtstruktur niedergeschlagener Staub soweit weg von der
Brennebene der Aufzeichnungslinse liegt, daß entsprechende Störeinflüsse des Staubs auf das Schreib- bzw. Auf-

zeichnungs- und Lesesignal entsprechend vermindert werden.

In der Zeitschrift Applied Physics Letters 3j5, 81 (1979) werden von Blom ferner die Kombination einer Tellur-Dreischicht-Platte mit dünner Sperrschicht auf der Absorptionsschicht beschrieben und der thermische Wirkungsgrad dieses Aufbaus auf das Bilden von Öffnungen in der Absorptionsschicht berechnet.

In allen vorgenannten Aufzeichnungsträgern werden die jeweiligen Informationen auf irreversible Art unter Bildung von Grübchen, Löchern oder durch eine andere irreversible Veränderung der Absorptionsschicht gespeichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzeichnungsträger mit reversibel, insbesondere in einer Aufzeichnungsspur, gespeicherten Information zu schaffen, wobei die jeweils gespeicherte Information zu löschen sein und dabei die Speicherfähigkeit des Systems für eine erneute Informationsaufzeichnung erhalten v/erden soll. Für die Informations-Aufzeichnungsträger und die Verfahren zum. Speichern einer Informationsspur sowie zum Löschen einer in dem Träger gespeicherten Information werden die erfindungsgemäßen Lösungen in den Kennzeichen der Ansprüche 1, 2, 16 bzw. 19 beschrieben. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß hat sich ergeben, daß eine Aufzeichnungsspur bzw. Informationsspur in einem brauchbaren Bereich auftreffender Lichtenergien bei einem Aufzeichnungsträger reversibel gespeichert und wieder gelöscht werden kann, vrenn auf öer Ab s ο rp ti ons sch te ■'■"'" eine Deckschicht liegt« D"=■-- jeweilige Aufzeichnungssp . umfaßt eine Reihe von freigelegten Bereichen der Absorptionsschicht, deren op-

tische Eigenschaften gegenüber den nicht belichteten Bereichen der Absorptionsschicht reversibel geändert sind. Diese Änderung der optischen Eigenschaften führt zu einer beim Lesen abzutastenden Änderung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers. Durch die Deckschicht wird ein irreversibles Speichern in der Absorptionsschicht beim Bestrahlen des Aufzeichnungsträgers mit schreibendem oder löschendem Licht verhindert.

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Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig, 2: einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig. 3: einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig. 4: einen Querschnitt durch einen Aufzeichnungsträger

mit darin reversibel gespeicherten Informationen;

und

Fig. 5: ein zur Aufnahme und zum Abspielen sowie zum Löschen geeignetes System als Blockschaltbild.

Fig. 1 zeigt einen reversiblen Aufzeichnungsträger 1 als Einschicht-System mit einem Substrat 12, einer daraufliegenden Absorptionsschicht 22 und einer auf dieser befindlichen Deckschicht 24. Die Absorptionsschicht 22 absorbiert Licht bei der Schreib-, Lese- und Löschlicht-Wellenlänge. Die Deckschicht 24 ist im wesentlichen für die Wellenlänge des Schreib-, Lese- und Löschlichts durchlässig. Das Substrat und die Deckschicht werden aus Materia-

lien hergestellt, die dazu geeignet sind, das Entstehen irreversibler Änderungen in der Absorptionsschicht bei Belichtung mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl zu verhindern .

In Fig. 2 wird ein reversibler Aufzeichnungsträger 2 mit einer Zweischicht-Struktur dargestellt« Diese besteht aus einem Substrat 12, einer daraufliegenden, einen wesentlichen Teil des gegebenenfalls auffallenden Lichtes der Wellenlänge des Schreib- und Leselichts reflektierenden Schicht 18, einer auf der reflektierenden Schicht liegenden, für das Licht der Schreib-, Lese- und Löschwellenlänge absorbierenden Schicht 22 und einer auf letzterer liegenden, im ivesentlichen für die Wellenlängen des Schreib-, Lese- und Löschlichts durchlässigen Deckschicht 24. Die Reklexions- und Deckschicht 18, 24 werden so ausgewählt, daß sie das Entstehen einer irreversiblen Änderung in der Absorptionsschicht 22 durch eine Schreib- oder Löschlichtstrahl wirksam verhindern.

Gemäß Fig. 3 besteht ein reversibler Informations-Aufzeichnungsträger 3 aus einem Substrat 12 mit einer Hauptfläche 14 und auf dieser liegender, nichtkonformer Unterlagschicht 16, hierauf liegender Reflexionsschicht 18 und auf dieser befindlicher Abstandsschicht 2O₅ die von einer Absorptionsschicht 22 und diese ihrerseits von einer Deckschicht 24 mit darauf liegender dicker Überzugsschicht 26 bedeckt werden. Die Überzugsschicht 26 ist für die Wellenlängen des schreibenden (aufzeichnenden), lesenden und löschenden
Lichts im wesentlichen durchlässig. Die Abstands- und Deckschicht verhindern wirksam das Entstehen einer irreversiblen Änderung in der Absorptionsschicht bei deren Belichtung mit Schreib- oder Löschlicht.

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Nach dem Aufzeichnen bzw. Schreiben enthält eine Informationsspur eine Folge von Zonen in der Absorptionsschicht, die reversibel in einai Zustand mit gegenüber der unbelichteten Schicht geänderten optischen Eigenschaften "umgeschaltet" worden sind. Hierdurch wird das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers bei der Lesewellenlänge in den fraglichen Bereichen geändert. Die Information kann durch Änderungen von Länge und/oder gegenseitigem Abstand der so umgeschalteten Bereiche codiert werden.

Fig. 4 zeigt den Aufzeichnungsträger von Fig. 3 mit darin
./-^ gespeicherten Informationen. Gleiche oder sich entsprechende Teile des Aufzeichnungsträgers 4 gemäß Fig. 4 haben dieselben Bezugszeichen wie im Aufzeichnungsträger 3 gemäß Fig. 3. Die Information wird in Form einer Spur in der Absorptionsschicht 22 aufgenommen. Die Spur besteht aus einer Folge ungestörter Bereiche 42 und einer Folge gestörter Bereiche 44. Durch Bestrahlen mit dem Schreib- bzw. Aufzeichnungs-Lichtstrahl werden die optischen Eigenschaften bezüglich der Lesewellenlänge der gestörten Bereiche 44 geändert. Mit dieser örtlichen Änderung der optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht 22 ist eine Änderung des örtlichen Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers verbunden. Die Änderungen des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers werden optisch erfaßt und in ein für die gespeicherte Information repräsentatives elektrisches Signal umgewandelt.

Das Substrat 12 kann aus Glas oder einem die Bildung irreversibler Änderungen in der Absorptionsschicht 22 wirksam verhindernden Kunststoff, wie Polyvinylchlorid oder (Poly-) Methylmethacrylat, typisch in Form einer Platte hergestellt v/erden. Stattdessen kann des Substrat 12 auch aus einem • aterial, wie Aluminium, stehen, x-elches Licht bei der Schreib-Wellenlänge reflektiert und damit die Funktionen des Substrates 12 und der Reflexionsschicht 18 kombiniert.

Das Substrat muß lediglich so dick sein, daß seine Stabilität zum Tragen des Schichtsystems ausreicht.

Da jede Rauhigkeit in der Größenordnung des Durchmessers des fokussierten Lichtstrahls an der Hauptfläche 14 des ■ Substrats 12 beim Lesen Störungen im Signalkanal hervorruft, kann vor dem Bilden der Reflexionsschicht 18 eine Unterlagsschicht 16 in Form einer nicht konformen Beschichtung aus Kunststoff, wie Epoxy- oder Akryl-Harz, auf die Hauptfläche 14 aufgebracht werden. Die Unter'lagEchicht 16 erhält eine mikroskopisch glatte Oberfläche mit der Folge einer Begrenzung der entsprechenden Störquelle.

Die Reflexionsschicht 18 reflektiert vorzugsweise einen wesentlichen Anteil des auffallenden Lichtes der Schreibund Lese-Wellenlängen und besteht typisch aus einem Metall, wie Aluminium oder Gold, mit hohem Reflexionsvermögen bei diesen Wellenlängen. Vorzugsweise reflektiert die Reflexionsschicht 18 wenigstens 50 % des auffallenden Lichts. Die typisch etwa 30 bis 60 Nanometer dicke Reflexionsschicht 18 kann mit Hilfe einer Vakuum-Aufdampf/fcechnik auf das Substrat 12 bzw. die Oberfläche der Unterlagsschicht 16 niedergeschlagen werden. Es kann alternativ auch ein Ein- oder Mehrschicht-Reflektor aus isolierendem Material verwendet werden.

Die Abstandsschicht 20 wird aus einem Material, wie Siliziumdioxid, Siliziummonoxid, Titandioxid oder Aluminiumoxid, hergestellt, welches optisch nichtstreuend wirkt und dessen Eigenschaften ein irreversibles Aufzeichnen in der Absorptionsschicht bei Belichten mit dem Schreib- oder Löschlichtstrahl verhindern. Diese Materialien können mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Aufdampfverfahrens auf die Reflexionsschicht 16 aufgebracht werden. Stattdessen können auch organische Materialien benutzt werden, die sich in Form einer

glatten und im wesentlichen fehlerfreien Schicht aufbringen lassen und die erforderlichen Eigenschaften zum Verhindern irreversibler Aufzeichnungen besitzen. Diese Stoffe können auf die Reflexionsschicht durch Aufdampfen, Sprühbeschichten oder durch Glimmentladung aufgebracht werden.

Die Absorptionsschicht 22 wird aus einem Material hergestellt, das aus einem ursprünglichen Zustand reversibel in einen zweiten Zustand mit bei der Lese-Wellenlänge veränderten optischen Eigenschaften umzuschalten ist. Mit "reversibel" wird in diesem Falle die Eigenschaft bezeichnet, durch Bestrahlen mit einem Löschlichtstrahl oder durch Aufheizen etwa in den ursprünglichen Zustand mit etwa den ursprünglichen optischen Eigenschaften zurückgebracht werden zu können. Es ist nicht erforderlich, daß die optischen Eigenschaften bei den Schreib- oder Lösch-Wellenlängen verändert werden, vielmehr ist nur erforderlich, daß die Absorptionsschicht in dem zweiten Zustand bei der Lösch-Wellenlänge Licht absorbiert. Die Änderung der optischen Eigenschaften kann gegeben sein durch eine Änderung des Brechungsindexes, des Extinktionskoeffizienten, eine Kombination der genannten oder eine Änderung in optischen Konstanten höherer Ordnung, z.B. der magnetooptischen oder elektrooptischen Koeffizienten im Zusammenhang mit einer Umkehr- bzw. einer Umpolung oder einem Umklappen von Bereichen bzw., insbesondere ferromagnetischen, Bezirken. Die Änderung der optischen Eigenschaften führt zu einer nachzuweisenden bzw. zu erfassenden Änderung des Betrages des am Aufzeichnungsträger reflektierten Lichts.

Zu den Materialklassen, die reversible Änderungen ihrer optischen Eigenschaften beim Bestrahlen mit einem Schreib-

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oder Lösch-Lichtstrahl erfahren können, gehören photochromatische Materialien, z.B. dotiertes CaFp und CaTiO^ und organische Verbindungen; magnetooptische Materialien, z.B. MnBi und PtCo; und Materialien, die einen Gitter-Phasenübergang erfahren, wo der Kristallisationsgrad des Materials sich ändert. Beispiele der letztgenannten
Stoffe sind Tellur, Selen, Chalkogenid-Legierungen auf Tellur- oder Selenbasis, Arsentrisulfid und Arsentriselenid. Diese Materialien können auf jeweils passende Weise, z.B. durch Vakuum-Aufdampfen, niedergeschlagen werden.

Wenn einige dieser Stoffe der Atmosphäre ausgesetzt werden, oxidieren sie, so daß eine Absorptionsschicht entsteht, die dünner ist als die ursprünglich niedergeschlagene Schicht. Dieser Effekt läßt sich kompensieren, indem eine um soviel dickere Schicht ursprünglich erzeugt wird, wie durch das Oxidieren an Schichtdicke verloren geht, um am Ende die gewünschte Schichtdicke zu erhalten.

Bei der Einschicht-Struktur wird die Dicke der Absorptionsschicht so gewählt, daß die Absorption und Reflexion des Schreib- und Leselichtstrahls ins Gleichgewicht kommen. In typischen Fällen soll die Dicke der Absorptionsschicht hierbei zwischen etwa 10 und etwa 100 Nanometern betragen.

Bei der Doppelschicht-Struktur wird die Dicke der Absorptionsschicht mit dem Ziel gewählt, das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers bei den Wellenlängen der Schreibund Leselichtstrahlen zu vermindern oder vorzugsweise das Reflexionsvermögen bei diesen Wellenlängen auf ein Minimum einzustellen. Typische Schichtdicken in diesem Fall liegen zwischen etwa 5 und etwa 100 Nanometern. Beispielsweise für eine Vorrichtung mit Reflexionsschicht aus Aluminium und Absorptionsschicht aus etwa 90 % Selen sowie einer Dicke der Absorptionsschicht von etwa 20 Nano-

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metern ergibt sich ein minimales Reflexionsvermögen für eine Wellenlänge von 488 Manometern.

Bei dem Dreischicht-System wird die Dicke der Absorptionsschicht der Dicke der Abstands- und der Deckschicht sowie den optischen Konstanten der Reflexions-, Abstands-, Absorptions-, Deck- und Überzugs-Schichten so angepaßt, daß das Reflexionsvermögen des unbelichteten Aufzeichnungsträgers bei der Schreibwellenlänge vermindert ist. Vorzugsweise sind die Schreib- und Lesewellenlängen
gleich, und das Reflexionsvermögen wird auf ein der Antireflexionsbedingung entsprechendes Minimum herabgesetzt. Eine Änderung der optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht bei der Lesewellenlänge führt dann zu einer Vergrößerung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers.

Optimale Werte für die Dicken von Abstandsschicht und Absorptionsschicht lassen sich berechnen. Hierzu kann beispielsweise die sogenannte Matrixmethode herangezogen werden, die in "Optical Properties of Thin Solid Films", O.S. Heavens, Dover Publications, Inc., New York, 1965, Seite 69, diskutiert wird.

Brauchbare Werte für die Dicken der Abstands- und der Absorptionsschicht werden aber auch erhalten, wenn zunächst die Abstandsschicht wie oben angegeben niedergeschlagen und dann die Absorptionsschicht unter Überwachung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers bei der Schreib-Wellenlänge aufgebracht wird. Die Abstandsschicht ist wenigstens 10 Nanometer dick, kann aber eine Dicke bis zu etwa 500 Nanometer haben, während typische Dickenwerte zwischen etwa 10 und 150 Nanometern liegen. Typische Werte für die Dicke der Absorptionsschicht sind etwa 1 bis 60 Nanometer.

Die Deckschicht 24 kann aus einem mit Bezug auf die Absorptionsschicht 22 und die Überzugsschicht 26 chemisch inaktiven Material bestehen, welches außerdem die Eigenschaft besitzt, eine irreversible Aufzeichnung in der Absorptionsschicht beim Bestrahlen mit einem Schreib- oder Lösch-Lichtstrahl zu verhindern. Nach Auffassung der Erfinder ist mechanische Starrheit bzw= Steifigkeit der Deckschicht die wichtigste Eigenschaft zum Verhindern des Entstehens einer Öffnung oder einer anderen Verformung der Absorptionsschicht. Zu den bevorzugten Materialien zum Herstellen der Deckschicht gehören Siliziumdioxid, Siliziummonoxid, Titandioxid und Aluminiumoxid. Diese Stoffe können durch Elektronenstrahl-Auftragsverfahren niedergeschlagen werden. Andere Materialien, z.B. organische Stoffe mit den erforderlichen Eigenschaften, können zum Durchführen der Erfindung ebenfalls brauchbar sein« Die Dicke der Deckschicht 24 wird in erster Linie so gewählt, daß sie das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht verhindert. Typische Dicken dieser Schicht liegen zwischen etwa 100 und 1000 Nanometern.

Zum Verhindern oder Vermindern von durch aus der Umgebung auf den Aufzeichnungsträger niedergeschlagenen Staub verursachten Signalfehlern kann auf die Deckschicht 24 eine Überzugsschicht 26 von vorzugsweise etwa 0,05 bis etwa 1 mm Dicke aufgebracht werden. Auf der äußeren Oberfläche der Überzugsschicht 26 liegende Staubteilchen befinden sich so weit entfernt von der Brennebene des optischen Systems, daß ihr Einfluß auf das Schreiben und Lesen der Information auf der fraglichen Platte beträchtlich vermindert wird.

f Im vorliegenden Zusammenhang brauchbares Material zum Her-' stellen der Überzugsschicht 26 sind Silikon-, Akryl- oder Epoxy-Harz. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Deckschicht 24 aber auch so dick hergestellt werden^ daß diese Schicht zugleich als dicke Überzugsschicht wirkt.

In dem Informationsträger kann zum Herstellen einer gespeicherten Information eine Aufzeichnungsspur erzeugt werden, indem der beschriebene Träger einem modulierten Schreib-Lichtstrahl von zum Ändern der optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht ausreichender Intensität und Zeitdauer ausgesetzt wird. Diese Änderung der optischen Eigenschaften der bestrahlten Zonen führt wiederum zu einer Änderung des örtlichen Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers bei der Lese-Wellenlänge. Zum Aufzeichnen einer Information mit Video-Geschwindigkeiten muß der Schreibprozess in einer Zeit von etwa 10 bis 30 Nanosekunden eingeleitet werden. Das Löschen, d.h. das Zurückstellen des Aufzeichnungsträgers in seinen ursprünglichen Zustand, kann langer dauern. Beispielsweise wird die Zeit für den übergang von der Kristallphase in die amorphe Phase bei Tellur und davon abgeleiteten Materialien durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Material auf etwa seinen Schmelzpunkt aufgeheizt wird; es kann gezeigt werden, daß dieses Aufheizen in Belichtungszeiten von Nanosekunden-Größenordnung auszuführen ist. Die Geschwindigkeit des Übergangs in entgegengesetzter Richtung vom amorphen in den kristallinen Zustand ist relativ kleiner, da sie durch die Keimbildung und Äufwachsgeschwindigkeit der kristallinen Phase beschränkt
wird. Die Kristallisationsgeschwindigkeit kann durch Aufheizen des Materials auf eine Temperatur oberhalb seines Glas-Übergangspunktes, wo die Rekristallisationszeit typischerweise in der Größenordnung von Mikrosekunden bis Millisekunden liegt, erhöht werden.

Die Information kann im Aufzeichnungsträger durch Verminderung des Kristallisationsgrades der Absorptionsschicht
durch Bestrahlen mit dem Schreib-Lichtstrahl gespeichert werden. Es ist nicht erforderlich, die belichtete Zone vollständig amorph zu machen, da schon der teilweise amorphe Zustand eine ausreichende Änderung der optischen Konstanten

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der Absorptionsschicht zur Folge hat. Es sei darauf hingewiesen, daß auch das umgekehrte Verfahren, nämlich das Aufzeichnen der Information durch Vergrößern des Kristallisationsgrades möglich ist, da erfindungsgemäß lediglich eine Änderung des Kristallisationsgrades erforderlich ist. Das Löschen besteht dann darin, den Kristallisationsgrad zu verringern oder die Absorptionsschicht wieder amorph zu machen. Diese Änderung der Verfahrensweise kann angewendet werden, wenn niedrige Speichergeschwindigkeiten ge braucht werden oder wenn die Kristall-Wachsgeschwindigkeit beim Aufheizen vergleichbar mit der Speichergeschwindigkeit ist.

Die beispielsweise in der oben genannten US-PS 41 01 907 beschriebene Sperrschicht war dazu vorgesehen, eine dicke Überzugsschicht vor einer thermischen Beschädigung zu schützen, die vom Schmelzen von bei hoher Temperatur schmelzenden Materialien, wie Titan oder Rhodium, herrühren konnten. Bei Verwendung von bei niedriger Temperatur schmelzendem Absorptionsmaterial, wie Tellur oder anderen Chalcogeniden, wurde die Sperrschicht nicht benötigt, da die beim Schmelzen erzeugte Wärme die Überzugsschicht wenig oder gar nicht beschädigte. Das überraschende Ergebnis der Kombination der Deckschicht mit einem Aufzeichnungsträger mit einer Absorptionsschicht aus Tellur, Selen oder einer Chalcogenid-Legierung, besteht darin, daß in, diesem Schichtsystem Informationen über, einen beträchtlichen Bereich von Schreib-Lichtstrahlenergien ohne irreversible Informationsspeicherung, d.h. ohne Bildung von Öffnungen oder anderen permanenten Veränderungen der Absorptionsschicht, aufgezeichnet oder gelöscht werden können.

Die Funktion der Deckschicht im Rahmen des vorliegenden Aufzeichnungsverfahrens besteht in erster Linie darin, während der Zeit des Schmelzens der Absorptionsschicht die Ausbildung einer Öffnung oder anderen permanenten Verformung dieser Schicht zu verhindern. Diese Funktion der Deckschicht wird dadurch begrenzt, daß mit zunehmender Aufzeichnungsenergie eventuell ein Punkt erreicht wird, bei .dem eine Öffnung oder andere Deformation mit der Folge der Irreversibilität des Verfahrens gebildet wird.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild zum optischen Schreiben, Lesen und Löschen einer Informationsaufzeichnung auf einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger. Zu der Einrichtung gehört eine Schreiblichtquelle 62, bei der es sich um einen Laser oder um eine lichtemittierende Diode handeln kann; auf die Schreiblichtquelle 62 wird eine Eingangssignalquelle 64 zum Modulieren der Schreiblichtquelle geschaltet. Der von der Lichtquelle 62 emittierte, modulierte Lichtstrahl wird mit Hilfe der Schreiboptik 66 gebündelt und der Objektivlinse 68 entsprechend ausgeblendet bzw. angepaßt. Er durchläuft ein passend eingestelltes Strahlablenkmittel 70 und tritt in die Objektivlinse 68 ein, wo er auf dem Aufzeichnungsträger bzw. Informationsträger 74 fokussiert wird. Eine Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger 74 und Objektivlinse 68 kann mit Hilfe eines Drehtisches 76 und zugehöriger (nicht gezeichneter) radialer Antriebsmittel erreicht werden. Ein Schärferegler 78 erfaßt den Abstand zwischen der Objektivlinse 68 und dem Aufzeichnungsträger 74 und stellt diese Entfernung so ein, daß der Brennpunkt des Lichtstrahls in das Aufzeichnungsmedium, insbesondere in dessen Absorptionssohicht, fällt.

Bei Bewegung des Aufzeichnungsträgers 74 durch den modulierten Schreib-Lichtstrahl wird eine Reihe abwechselnd belichteter und unbelichteter Bereiche im Aufzeichnungsmedium gebildet, wobei die belichteten Bereiche geänderte optische Eigenschaften besitzen.

Eine im Aufzeichnungsträger 74 bereits enthaltene Informationsspur kann mit Hilfe einer Leselichtquelle und einer entsprechenden Optik (nicht gezeichnet) abgetastet bzw. gelesen werden. Zum Lesen kann dieselbe Lichtquelle wie zum Schreiben oder Löschen mit zugehöriger Optik oder eine gesonderte Einrichtung vorgesehen werden. Mit der Leselichtquelle wird ein auf den Aufzeichnungsträger 74 fokussierter kontinuierlicher Lichtwellenstrahl erzeugt. Dieser Lichtstrahl wird durch das sich ändernde Reflexionsvermögen der Aufzeichnungsspur moduliert, durch die Objektivlinse gesammelt und über die Strahlablenkmittel 70 zur Wiedergabeoptik 80 weitergeleitet, wo ein Ausblenden zum Aufnehmen durch den Photodetektor 82 und die Umwandlung in ein elektrisches Signal am Signalausgang 84 erfolgt.

Ein Teil des Lichts aus der Wiedergabeoptik 80 gelangt auch in den Spurregler 86, der ein der Differenz zwischen der Position des Lichtstrahls auf dem Aufzeichnungsträger 74 und einer darin aufgezeichneten Informationsspur entsprechendes Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird zum Steuern der Strahlablenkmittel 70 herangezogen, um die Stellung des Leselichtstrahls in radialer Richtung zu korrigieren und den fokussierten Lichtstrahl auf der Informationsspur zu halten.

Der von der LÖsch-Lichtquelle 88 emittierte Lichtstrahl wird in der Löschoptik 90 gesammelt, ausgeblendet und dann über das Strahlablenkmittel 70 in den optischen Pfad

eingekoppelt. Der Strahl passiert dabei die Objektivlinse 68 und wird auf die im Aufzeichnungsträger 74 enthaltene und zu löschende Informationsspur fokussiert. Die Informationsspur wird mit Löschlicht bestrahtl, und zwar mit ausreichender Energie und Belichtungszeit, um die Absorptionsschicht im jeweils bestrahlten Bereich im wesentlichen in den ursprünglichen Zustand zurückzubringen. Das Löschen kann mit Hilfe einer einzigen Belichtung, gegebenenfalls bei verlangsamtem Antrieb des Drehtisches 76 oder durch wiederholte Belichtung der Spur erfolgen.

Es sei darauf hingewiesen, daß zum Schreiben, Lesen und Löschen dieselbe Lichtquelle bei der jeweiligen Aufgabe entsprechend angepaßten Intensitäts- und Modulationswerten verwendet werden kann.

Ein Verfahren zum reversiblen Aufzeichnen einer Informationsspur umfaßt folgende Schritte:

a. Aufzeichnen bzw. Speichern einer Informationsspur durch Bestrahlen des Aufzeichnungsträgers mit einem modulierten Schreiblichtstrahl, so daß Bereiche der Absorptionsschicht reversibel in einen zweiten Zustand mit geänderten optischen Eigenschaften "umgeschaltet" werden, wobei das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers in den umgeschalteten Bereichen geändert und eine Informationsspur auf dem Aufzeichnungsträger gebildet wird;

b. Löschen der Informationsspur durch Bestrahlen der umgeschalteten Bereiche mit einem Lichtstrahl, so daß die umgeschalteten Bereiche reversibel in einen Zustand mit etwa den ursprünglichen optischen Eigenschaften umgeschaltet werden; und

Bestrahlen des Informationsträgers in den so gelöschten Bereichen mit einem modulierten Lichtstrahl, so daß Zonen der Absorptionsschicht reversibel in einen zweiten Zustand mit geänderten optischen Eigenschaften umgeschaltet werden und dabei eine neue Informationsspur auf dem Aufzeichnungsträger gebildet wird.

Bei Verwendung von Materialien, bei denen das Löschen auf thermische Weise erfolgt, kann der gesamte Informationsträger durch Flutlichtbestrahlung der Absorptionsschicht mit einem Löschlichtstrahl oder durch Abnehmen des Trägers aus der Schreib- bzw. Leseeinrichtung und Einsetzen in eine Wärmequelle, z.B. einen- Heizofen, gelöscht werden. Wenn hierbei zum Löschen ein Rekristallisieren der fraglichen Bereiche des Aufzeichnungsträgers gehört, kann die Absorptionsschicht auf eine Temperatur zwischen dem Glasumwandlungspunkt und der Schmelztemperatur dieser Schicht erhitzt werden, um den Löschvorgang zu beschleunigen.

Beispiel 1

Ein Dreischicht-Aufzeichnungsträger wurde erfindungsgemäß aufbauend auf einem Polyvinylchlorid-Substrat hergestellt. Auf das Substrat wurde eine Akrylharz-Unterlagsschicht mit einer Dicke zwischen 10 und 25 Mikrometern, darauf eine reflektierende Schicht aus Aluminium von etwa 80 Nanomebern Dicke, auf diese eine Abstandsschicht aus Siliziumdioxid von 62 Nanometern Dicke, hierauf eine Absorptionsschicht aus Tellur mit 5,5 Nanometern Dicke und auf letztere eine Deckschicht aus Siliziumdioxid von 167 Nanometern Dicke aufgebracht. Als Material zum Herstellen der Akrylharz-Unterlagsschicht wurde das von der Firma S.C. Johnson, Inc., Racine, Wise./USA, unter der Bezeichnung "Future TM" gelieferte Akryl-Finish verwendet. Das Reflexionsvermögen dieses Aufzeichnungsträgers lag bei

der Schreib-, Lese- und Löschwellenlänge von 488 Nanometern bei etwa 10 %.

Der Träger wurde in einem optischen System mit einem fokussierten Lichtpunkt der Größe von etwa 0,4 χ 0,6 Mikrometer untersucht. Die Energie des auffallenden Schreiblichtstrahls betrug etwa 7 Milliwatt. Zum Löschen wurde eine auffallende Lichtenergie von etwa 3 Milliwatt während einer Zeitdauer von etwa 30 Sekunden benutzt. Bei diesen Energiewerten wurden 52 Zyklen des Schreibens, Lesens und Löschens durchfahren, wobei sich nur eine geringe oder gar keine Verschlechterung der mit einem Signal-Rauschspannungsverhältnis von 45 dB (Spitze-zu-Spitze-Signal zu rms-Störung in einer 4,5 MHz-Bandweite) aufgenommenen Video-Information ergab.

Beispiel 2

Ein Doppelschicht-Aufzeichnungsträger wurde ausgehend von einem mit der gleichen Akrylharz-Unterlegschicht wie im Beispiel 1 bedeckten Polyvinylchlorid-Substrat erfindungsgemäß hergestellt. Auf dieses beschichtete Substrat wurde eine Reflexionsschicht von etwa 80 Nanometern Dicke aus Aluminium und hierauf eine Absorptionsschicht von etwa 20 Nanometern Dicke aus Seo,g Tec As^ und hierauf eine aus mit UV-Licht-gehärtetem Epoxyharz bestehende Deckschicht von 80 bis 120 Mikrometern Dicke aufgebracht. Bei dem Material der Deckschicht handelt es sich um das von der Firma Polymer Industries, Stamford, Conn./USA gelieferte "Polyrad UV 59". Das Reflexionsvermögen dieses Trägers betrug bei 488 Nanometern mehrere Prozent.

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Unter Verwendung dieses optischen Systems wurden 5
Schreib-, Lese-, Lösch- und Wiederschreib-Zyklen mit einer auffallenden Schreibenergie von etwa 16 Milliwatt, einer Leseenergie von etwa 0,3 Milliwat und einer Löschenergie von etwa 2 Milliwatt durchfahren. Das Signal-Rauschverhältnis betrug entsprechend der Definition nach Beispiel 1 etwa 40 dB bei jeder Aufnahme.

Claims

3116058

Dr.-lng. Reimar König ■ j Difsi.-Jrtg: KiajUjS'Bepgen

Cecilienallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon 452DO8 Patentanwälte

6. Mai 1981
33 953 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,

New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Aufzeichnungsträger und Verfahren zum Schreiben einer Informationsspur sowie zum Löschen einer in dem Träger gespeicherten Information"

Patentansprüche:

Informations-Aufzeichnungsträger gekennzeichnet durch ein Substrat (12); eine darüberliegende, bei den Wellenlängen von Schreib- und Leselichtstrahlen sowie Löschlichtstrahlen absorbierende, reversibel in einen Zustand mit veränderten optischen Eigenschaften umzuschaltende Absorptionsschicht (22) mit darin enthaltener Informationsspur (42, 44); und eine auf der Absorptionsschicht (22) liegende, bei den Wellenlängen der Schreib-, Lese- und Löschlichtstrahlen im wesentlichen durchlässigen Deckschicht (24), die aus einem das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht (22) beim Bestrahlen des Trägers mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl verhindernden Material besteht, wobei die Informationsspur (42, 44) in der Absorptionsschicht (22) eine Folge von reversibel in einen Zustand mit veränderten optischen Eigenschaften im umgeschalteten Bereich (44) der Absorptionsschicht (22) enthält, und wobei das Reflexionsvermögen des Trägers

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in diesen umgeschalteten Bereichen (44) verändert ist und Variationen der Länge und/oder des gegenseitigen Abstands aufeinanderfolgender Bereiche (44) längs der Aufzeichnungsspur repräsentativ für die gespeicherte Information sind.

2. Informations-Aufzeichnungsträger gekennzeichnet durch ein Substrat (12); eine darüberliegende, bei den Wellenlängen von Schreib- und Leselichtstrahlen sowie Löschlichtstrahlen absorbierenden, reversibel in einem Zustand mit verändertem Kristallisationsgrad unter Änderung des Reflexionsvermögens des Trägers im veränderten Bereich umzuschaltenden Absorptionsschicht (22) mit darin enthaltener Informaitonsspur (42, 44); und eine auf der Absorptionsschicht (22) liegende, bei den Wellenlängen der Schreib-, Lese- und Löschlichtstrah'len im v/esentlichen durchlässige Deckschicht (24), die aus einem das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht (22). beim Bestrahlen des Trägers mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl verhindernden Material besteht, wobei die Informationsspur (42, 44) in der Absorptionsschicht (22) eine Folge von reversibel in einen Zustand mit gegenüber dem Rest der Schicht (22) verändertem Kristall is'ationsgrad im umgeschalteten Bereich (44) enthält, und wobei das Reflexionsvermögen des Trägers in diesen Bereichen (44) verändert ist und Variationen der Länge und/oder des gegenseitigen Abstands aufeinanderfolgender, umgeschalteter Bereiche (24) längs der Aufzeichnungsspur (42, 44) repräsentativ für die gespeicherte Information sind.

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3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2, dad durch gekennzeichnet, daß zwischen das Substrat (12) und die Absorptionsschicht (22) eine Reflexionsschicht (18) eingefügt ist, und daß die Dicke der Absorptionsschicht (22) im Hinblick auf Verminderung des Reflexionsvermögens eines nichtbelichteten Bereiches (42) des Trägers entsprechend den optischen Konstanten der Reflexionsschicht (18), der Absporptionsschicht (22) und der Deckschicht (24) ausgewählt ist.

4. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 gekennzeichnet
durch eine bei den VJe 11 en läng en der Schreib- und Leselichtstrahlen im wesentlichen durchlässige Abstandsschicht (20).

5. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Absorptionsschicht (22) im Hinblick auf eine Verminderung des Reflexionsvermögens eines nicht belichteten Bereichs (42) des Trägers (10) entsprechend der Dicke der Abstands- und der Deckschicht (20, 24) sowie die optischen Konstanten der Reflexionsschicht (18), der Abstandsschicht (20), der Absorptionsschicht (22) und der Deckschicht (24) ausgewählt ist.

6. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht (18) aus Aluminium oder Gold besteht.

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7. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennze ichnet , daß die Dicken der Abstandsschicht (20), der Absorptionsschicht (22) und der Deckschicht (24) im Hinblick auf Minimierung des Reflexionsvermögens der nichtfreigelegten bzw. unbelichteten Bereiche (42) des Trägers ausgewählt sind.

8. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsschicht (20) zwischen etwa 10 und etwa 500 Nanometer und die Absorptionsschicht (22) zwischen etwa 1 und etwa 60 Nanometer dick sind.

9. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandsschicht (20) aus Siliziumdioxid, Siliziummonoxid, Aluminiumoxid oder Titandioxid besteht.

10. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ■ Absorptionsschicht (22) aus Tellur, Legierungen auf Tellurbasis, Selen, Legierungen auf Selenbasis, Arsentrisulfid oder Arsentriselenid besteht.

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11. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Deckschicht (24)
zwischen, etwa 100 und etwa 1000 Manometern liegt.

12. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckschicht (24) aus Siliziumdioxid, Siliziummonoxid, Aluminiumoxid oder Titandioxid besteht.

13. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Kristallisationsgrad der mit dem Schreibstrahl belichteten Bereiche (44) der Absorptionsschicht (22) niedriger ist als derjenige der nichtbelichteten Bereiche (42) der Absorptionsschicht (22).

14. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Deckschicht (24) eine Überzugsschicht (26) liegt.

-15. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Überzugsschicht (26) zwischen etwa 0,05 und etwa 1,0 mm liegt.

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16. Verfahren zum Speichern bzv/. Schreiben einer Informationsspur in einem bzw. auf einen Informationsträger unter Verwendung eines Substrats (12); einer darüberliegenden, bei den Wellenlängen von Schreib- und Leselichtstrahlen sowie eines Löschlichtstrahls absorbierenden, in einen zweiten Zustand mit veränderten optischen Eigenschaften umzuschaltenden Absorptionsschicht (22); und mit einer auf der Absorptionsschicht (22) liegenden, bei den Wellenlängen der Schreib-, Lese- und Löschlichtstrahlen im wesentlichen durchlässigen Deckschicht (24)_s da- durch gekenn

zeichnet, daß bei Verwendung einer Deckschicht (24) aus einem das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht (22) beim Bestrahlen des Trägers mit einem Schreib- und Löschlichtstrahl verhindernden Material

a) beim Schreiben bzw, Speichern einer Information unter Bildung einer Informationsspur (42_S 44) durch Be strahlen des Aufzeichnungsträgers mit moduliertem Schreiblicht Bereiche (44) der Absorptionsschicht (22) reversibel in einen zweiten Zustand mit hinsichtlich des Reflexionsvermögens des Trägers veränderten optischen Eigenschaften umgeschaltet werden;

b) die in den zweiten Zustand umgeschalteten Bereiche (44)

der Informationsspur durch Bestrahlen mit einem Lichtstrahl gelöscht und dadurch reversibel in etwa in den Ausgangszustand umgeschaltet werden; und

c) in den gelöschten Bereichen der Absorptionsschicht (22)

des Aufzeichnungsträgers eine neue Informationsspur durch Bestrahlen mit einem modulierten Lichtstrahl bei reversiblem Umschalten in einen zweiten Zustand mit veränderten optischen Eigenschaften gebildet wird.

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17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bestrahlen des Aufzeichnungsträgers zwecks Schreibens einer Informationsspur der Kristallisationsgrad der Absorptionsschicht
(22) in den bestrahlten Bereichen (24) geändert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder* 17, dadurch gekennzeichnet , daß beim Löschen der Informationsspur (42, 44) die Absorptionsschicht (22) im zu löschenden Bereich etwa in den unbestrahlten Zustand zurückgeschaltet wird.

19. Verfahren zum Löschen einer gespeicherten Information in einem Informationsträger unter Verwendung eines Trägers mit einem Substrat (12); mit einer darüberllegenden, bei den Wellenlängen von Schreib- und Leselichtstrahlen sowie eines Löschlichtstrahls absorbierenden, in einen Zustand mit verändertem Kristallisationsgrad unter Änderung des Reflexionsvermögens des Trägers im veränderten Bereich (44) umzuschaltenden Absorptionsschicht (22) mit darin enthaltener Informationsspur (42, 44); und mit einer auf der Absorptionsschicht (22) liegenden, bei den Wellenlängen der Schreib-, Lese- und Löschlichtstrahlen im wesentlichen durchlässigen Deckschicht (24) dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Deckschicht (24) aus einem das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht (22) beim Bestrahlen des Trägers mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl verhindernden Material die Absorptionsschicht (22) auf einen zum Zurückschalten der veränderten Bereiche (44) der Informationsspur in etv/a den ursprünglichen Kv-istallisationsgrad ausreic⁷ e. ■ * η Temperaturbereich aufgeheizt wird.

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20. Verfahren nach Anspruch 19, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (22) in den Temperaturbereich zwischen ihrem Glasumwandlungspunkt und ihrer Schmelztemperatur aufgeheizt wird.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Substrat (12) und die Absorptionsschicht (22) eine Reflexionsschicht (18) eingefügt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen die Reflexionsschicht (18) und die Absorptionsschicht (22) eine Abstandsschicht (20) eingefügt wird.