DE3224566A1 - Optisches aufzeichnungsmedium - Google Patents

Optisches aufzeichnungsmedium

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DE3224566A1
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Steven L. 94536 Fremont Calif. Naberhuis
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Description

A-
Int. Az.:. Case 1528 ** 25. Juni 1982
Hewlett-Packard Company
OPTISCHES AUFZEICHNUNGSMEDIUM
Die Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungsmedium für elektromagnetische Strahlen.
Ein ideales Aufzeichnungsmedium für einen nur einmalig einzuschreibenden optischen Speicher sollte eine hohe Empfindlichkeit über einem breiten Frequenzspektrum aufweisen, Informationen mit einer Speicherdichte von mehr als 10 Bits pro cm2 speichern können, während gleichzeitig ein hohes Kontrastverhältnis erreicht wird, und eine lange Betriebsdauer haben. Für kommerzielle Anwendungen ist es außerdem wichtig, daß das Speichermedium preisgünstig herzustellen ist und hierzu nur möglichst wenig Teile aufweist, die enge Herstelliungstoleranzen erfordern.
Bei den meisten der existierenden optischen Speichersysteme wird für eine hohe Empfindlichkeit und ein hohes Kontrastverhältnis eine Mehrschichtstruktur verwendet, welche Interferenzwirkungen ausnutzt, um die Absorption und Reflexion zu verstärken (A.E. Bell, R.A. Bartolini, Applied Physics Letters 34(4), 275, 1979). Manche Medien enthalten Zwischenschichten, die einer vom Licht bewirkten chemischen Zersetzungsreaktion unterliegen, welche die optischen Interferenzeigenschaften des Mediums ändert (D.B. Howe et al, Conference on Laser and Electrooptical Systems, San Diego, CA, 26-28, Februar 1980, Technical Digest, Seite 12). Beide Vorschläge führen zu von der Wellenlänge abhängigen Lösungen und erfordern eine genaue Kontrolle der Schichtdicke, was wiederum die Produktionskosten erhöht.
Im Bereich der von der Wellenlänge unabhängigen Aüfzeichnungsmedien sind sich auflösende Filme, beispielsweise auf der Basis von Tellurlegierungen, typische Beispiele. Um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, werden solche Filme üblicherweise sehr dünn und teilweise transparent hergestellt, wodurch der Reflexions/Transmissionskontrast
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Int. Az.: Case 1528 - 3 -
beim Auslesen der Information herabgesetzt wird. Auch ist eine genaue Kontrolle der Schichtdicke erforderlich, da die Schreibeigenschaften dieser Filme sehr von der Filmdicke abhängen.
In jedem der vorgenannten Beispiele wird die gespeicherte Information bei der Transmission oder Reflexion typischerweise mit einem niedrigen Signalkontrastverhältnis in der Größenordnung von 10:1 ausgelesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Aufzeichnungsmedium für elektromagnetische Schreibstrahlen zu schaffen, welches in einem breiten Bereich von Wellenlängen eine bessere Empfindlichkeit hat, eine höhere Speicherdichte erlaubt und einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird ein optisches Speichermedium zum einmaligen Schreiben von Information vorgesehen, welches zwei sandwich-artig übereinander befindliche Schichten enthält. Typischerweise ist auch eine dritte Schicht oder ein Substrat vorgesehen, welches als mechanischer Träger für die anderen beiden Schichten dient. Bei einer geeigneten Wahl der Materialien ist jedoch eine solche Trägerschicht nicht erforderlich. Die direkt neben dem Substrat befindliche Schicht, die Zersetzungsschicht^st ein Film aus einem Material, welches sich leicht bei erhöhten Temperaturen zersetzt. Auf der Zersetzungsschicht befindet sich ein anderer Film, die Absorptions/ Reflexionsschicht, welche typischerweise ein glasartiges Metall ist.
Die Information wird in dem Speichermedium codiert, indem die Strah- . lung auf die Absorptions/Reflexionsschicht in einem gewünschten Muster lokal fokussiert wird. Bei der Absorption der Strahlung wird die örtliche Temperatur erhöht, und dieses führt zum Zerfall der Zersetzungsschicht. Diese Zersetzung erzeugt eine Blase unter der Absorptions/Reflexionsschicht, welche bei der Abkühlung des Mediums
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Int. Az.: Case 1528 - 4 -
ein halbkugelförmiges die Strahlung streuendes Zentrum in einer im übrigen spiegelartig reflektierenden Oberfläche zurückläßt. Die auf dem Medium durch solche die Strahlung streuenden Zentren codierte Information kann leicht ausgelesen werden. Typischerweise ergibt sich dabei ein Kontrastverhältnis von mehr als 100:1.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen
Figur 1 eine Querschnittsansicht des Speichers, Figur 2 schematisch ein optisches Dunkel feidsystem, welches verwendet wird für die Lese/Schreib-Funktionen auf dem in
Figur 1 gezeigten Speicher,
Figur 3 schematisch ein invertiertes optisches Dunkel feidsystem,
welches verwendet wird, um die Lese/Schreibfunktionen auf
dem Speicher gemäß Figur 1 auszuführen.
Gemäß Figur 1 sind ein Substrat 11 als mechanischer Träger für eine Zersetzungsschicht 13 und eine Absorptions/Reflexionsschicht 15 vorgesehen. Bei einer typischen Anwendung besteht die Zersetzungsschicht 13 aus einem Material, welches sich bei erhöhten Temperaturen zersetzt. Da diese Schicht jedoch den Schreibschwellwert bestimmt, ist üblicherweise eine relativ niedrige Zersetzungstemperatur erwünscht, um die gewünschte Schreibenergie zu vermindern. Geeignete Materialien für die Zersetzungsschicht 13 umfassen organische Polymere, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, gewisse Photowiderstandsmaterialien, polymerische Schaumbildner und Polyimide und wahrscheinlieh viele andere organischen und anorganischen Verbindungen. Bei einer geeigneten Auswahl der Materialien sollte es möglich sein, das Substrat 11 überflüssig zu machen, indem eine hinreichend dicke Schicht aus Material für die Zersetzungsschicht 13 verwendet wird, so daß diese als ihr eigener Träger dient.
Die Zersetzungsschicht 13 kann in hohem Maß gleichförmig ausgebildet werden durch Ablagerung von Plasma, indem das Polymer in eine Lösung eingebracht wird und die entstehenden Filme vergütet werden.
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Int. Az.: Case 1528 - 5 -
Typische Stärken solcher Filme liegen im Bereich von 1,5 bis 5μ, wobei jedoch keine genaue Kamtrolle der Dicke erforderlich ist, da die wirksame Tiefe bestimmt wird durch die physisch-chemischen Eigenschaften des Materials und die Interferenz des Lichtes unwichtig ist. Die Absorptions/Reflexionsschicht 15 dient zuni Schutz der Zersetzungsschicht 13 sowie zur Absorption der Strahlung während des Schreibvorgangs und zur Reflexion der Strahlung während des Lesevorganges. Diese Schicht sollte inert sein, in einem weiten Frequenzbereich absorbieren und plastisch sein.
Glasartige Metalle wie beispielsweise 40% Ni, 20% W, 40% Te sind besonders geeignete Materialien für die Absorptions/Reflexionsschicht 15, da sie eine amorphe Struktur haben, die eine gute Blasendefinition ergibt. Diese Materialien sind sehr inert und selbst passivierend und haben in einem weiten Frequenzbereich Absorptions-und Reflexionseigenschaften, welche sie in dem interessierenden Bereich beinahe unabhängig von der Wellenlänge machen. Natürlich könnten andere Materialien mit diesen physikalischen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden.
Eine gewisse Kontrolle der Dicke der Absorptions/Reflexionsschicht 15 ist erforderlich, um relativ gleichförmige Blasengrößen zu erhalten. Diese Kontrolle ist jedoch viel weniger kritisch als diejenige, welche für herkömmliche Filme erforderlich ist, da keine Schwell Wertcharakteristik erforderlich ist. Geeignete Dicken für die Absorptions/Reflexionsschicht liegen im Bereich von 500 bis 1000 Ä .
Im Betrieb wird die Strahlung auf die Absorptions/Reflexionsschicht 15 fokussiert und teilweise absorbiert und teilweise reflektiert. Die absorbierte Strahlung erhitzt lokal den Bereich und bewirkt, daß die Zersetzungsschicht 13 sich lokal auflöst. Als Ergebnis dieses Vorganges gibt die Zersetzungsschicht 13 Gas frei, welches unterhalb der Absorptions/Reflexionsschicht 15 eingefangen ist. Wenn das Gasvolumen zunimmt, bewirkt der Gasdruck eine charakteristische blasenartige Deformation der
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Int. Az.: Case 1528 - 6 -
Absorptions/Reflexionsschicht 15, welche beim Abkühlen des lokalen Bereichs dauerhaft zurückbleibt. Obgleich solche Oberflächendeformationen sehr gering sind für Speicherdichten, die für Computerspeicheranwendungen geeignet sind (< 1μιη Durchmesser) und zu einer nahezu isotropen Streuung der Strahlung führen, kann die Detektion dieser Defekte bei einer hohen Datenrate noch erfolgen, indem optische Dunkel feidtechnik eingesetzt wird.
Figur 2 stellt ein für eine derartige Anwendung geeignetes optisches Dunkel feidsystem zum Lesen/Schreiben von Information dar. Das System umfaßt typischerweise eine pulsierende Lichtquelle, in diesem Fall einen Laser 17, einen Kollimator/Strahlerweiterer 19, einen Dunkelfeldanschlag/Kollektorspiegel 21 zum Blockieren des zentralen Feldes und zum Reflektieren der gestreuten Strahlung, und ein Abschlußobjektiv 23 zum Fokussieren des Strahls auf die Absorptions/Reflexionsschicht 15. Die Abbildeoptik umfaßt eine Linse 25, welche die von dem Spiegel 21 reflektierte Strahlung durch ein räumliches Filter 27 auf ein Abbildungsfilter 29 reflektiert, welches das Beugungsabbild löscht. Eine Fokussierlinse 31 fokussiert das gestreute Licht auf ein Detektorsystem 33.
Figur 3 stellt ein invertiertes Dunkel feid-Lese/Schreibsystem dar, welches auch verwendet werden kann bei dem vorgenannten Speicher. Bei diesem System wird der Dunkelfeldanschlag/Kollektorspiegel 21 der Figur 2 ersetzt durch einen Dunkelfeldspiegel 22, der den zentralen Tei] des Strahls auf die Absorptions/ Reflexionsschicht 15 abbildet, d.h. der zentrale Strahl ist nicht wie in Figur 2 blockiert. Die aus dem zentralen Strahl herausgestreute Strahlung wird dann auf den Detektor 33 im wesentlichen entsprechend Figur 2 abgebildet, jedoch mit der Ausnahme daß das Filter 29 ersetzt wird durch das Abbildungsfilter 20, welches einen zentralen Anschlag hat. Bei jedem dieser optischen Systeme hat der Schreibschwellenwert einen Gauß1sehen Strahl von 2,5 μ Durchmesser und ist typischerweise etwa 5 nJ/Punkt bei einer
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Int. Az.: Case 1528 - 7 -
Zersetzungsschicht aus Polyimid, 3,5 nJ/Punkt bei einer PMMA-Zersetzungsschicht und 2,5 nJ/Punkt bei einer Photowiderstandsschicht der Zersetzungsschicht. In ähnlicher Weise beträgt die für ein annehmbares Signal/Rauschverhältnis erforderliche Schreibenergie für ein angemessenes Signal etwa 6 nJ/Punkt, 4 nJ/Punkt bzw. 3 nJ/Punkt für die entsprechenden Zersetzungsschichten.
Es versteht sich, daß es viele Abwandlungen des optischen Lese/ Schreibsystems gibt, welche auf den besonderen Fokussier- und Abbildungssystemen der gewünschten Punktgröße, der Betriebswellenlänge des verwendeten Lasers und dem Grad abhängen, bis zu welchem das System entweder für das Lesen oder das Schreiben von Information optimiert ist. In der Praxis enthält das optische System auch eine automatische Fokussiereinstellung zur Kompensation bezüglich Variationen der kritischen optischen Abstände wegen seitlichen Auswanderns, Materialermüdung und Änderungen der Schichtdicke. Verfahren für eine derartige Fokussierung sind beispielsweise bekannt aus US-PS 4 051 529.
Leerseite

Claims (4)

  1. : : : · : : -" - -**, .* 099/ Cee Hewlett-Packard Company '-·'- ".-".:.. 0^4300
    Int. Az.: Case 1529 ZS. Juni 1982
    PATENTANSPRÜCHE
    /"Λ
    /IJ Optisches Aufzeichnungsmedium für elektromagnetische Schreibstrahlen, gekennzeichnet durch eine Zersetzungseinrichtung (13) mit einer Oberfläche, von welcher sich ein lokaler Bereich bei dessen Erwärmung zersetzt und in diesem ein Gas erzeugt, und
    eine Absorptions/Reflexionseinrichtung (15), welche die Oberfläche der Zersetzungseinrichtung bedeckt und eine Reflexionsfläche enthält und elektromagnetische Strahlung vom Schreibstrahl absorbiert und Wärme, die durch Absorption der elektromagnetischen Strahlung vom Schreibstrahl im lokalen Bereich der Zersetzungseinrichtung erzeugt wird^zu dem lokalen Bereich der Zersetzungseinrichtung leitet, wobei das Gas eine lokale Verformung der Absorptions/Reflexionseinrichtung bewirkt.
  2. 2. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptions/Reflexionseinrichtung (15) einen Film aus glasartigem Metall enthält.
  3. 3. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzungsschicht (13) ein Polymer enthält.
  4. 4. Optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polymethylmethacrylat, Polyimid, Photowiderstandsmaterial oder polymerische Schaumbildner enthält.
DE19823224566 1981-07-17 1982-07-01 Optisches aufzeichnungsmedium Ceased DE3224566A1 (de)

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