JP4569583B2 - ナノ粒子を使用する光学記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ナノ粒子を使用する光学記憶媒体に関し、さらに具体的には、多層構造の光学記憶媒体に関する。

デジタルデータは従来、情報要素の形状でバイナリデータとして、例えばピットとして光学記憶媒体上に保存される。これらの要素は通常、情報層と呼ばれる、媒体内の１つ又はそれ以上の平面状の表面に分布される。従来の光学ディスク、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又はブルーレイディスク（ＢＤ）の場合、同一層の情報要素はらせん状のトラック又は同心円状のトラックに分配される。

情報層の最大記憶密度は、情報要素の最小サイズ及び隣接するトラック間の最小距離により制限される。実際には、従来の光学的検出手段による保存データの読み取りを可能にするために、この最小サイズと最小距離が、光学的検出に使用される光の波長により決定される。

記憶密度の制限を克服するために、スペクトル的に符号化されたデータ記憶が提案されている。例えば、特開平０５−０６２２３９号公報では、多波長記憶のための記憶媒体が開示されている。記憶媒体は、サイズの異なるナノ粒子が分布されるアモルファスマトリクスの層を有する。サイズが異なることにより異なる共振周波数がもたらされる。

１９９５年のＲｅｖｉｅｗ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓの２５巻、Ｎｏ．８の５６３頁から５６５頁に掲載されたＨ．Ｄｉｌｔｂａｃｈｅｒ氏などによる「Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｃｏｄｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ ｂｙ ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」というタイトルの論文では、非線形光学技術の使用が、記憶層の記憶密度を増大させる解決策を提供することを示している。執筆者らは、情報要素により分散された光のスペクトル成分が、形状といった情報要素に関係するパラメータに左右される場合、情報要素により運ばれる情報量及び結果的に光学式記憶密度が増大すると明記している。この目的を達成するために、その論文では、媒体上すなわち記憶のために使用される表面上への、光の波長より小さいサイズの金属粒子、及び異なるサイズ及び／又は異なる形状及び／又は異なる方向性の金属粒子の配置が説明されている。

従って、この表面が適切に照射されると、「局在プラズモン」と呼ばれる電子群の共振モードが金属ナノ粒子内で励起され、それが入射光の一定の波長の吸収を引き起こす。これらの共振モードの励起は、ナノ粒子の形状、方向性及び分布に左右され、これによりスペクトル的に符号化されたすなわち「多色性」のデータ記憶がもたらされる。「多色性」記憶方法を使用して、最大記憶密度が、従来の「単色」光学記憶モードと比較しておよそ５のファクタで著しく増大する。

さらに具体的には、論文によると銀ナノ粒子が、カソード−リソグラフィック方法を使用して透明基板上に付着される。この塗膜に保存されるデータを光学的に読み取るために、局所的な電子プラズマが、基板表面上に入射された放射の全内部反射により得られるエバネセント電磁界によりナノ粒子内で励起される。プラズモン共振の振幅を計算するために、この表面により分散される光の強度は、従来の光学的検出手段を使用して波長の関数として測定される。

本発明の目的は、ナノ粒子を使用する別の光学記憶媒体を提案することである。

本発明によると、本目的は、ナノ粒子を伴う２つ又はそれ以上の記憶層を有する光学記憶媒体により達成され、その際、少なくとも２つの記憶層は異なる誘電率を有する。

本発明により、光学記憶媒体の誘電記憶層に配置される金属ナノ粒子を用いて様々な形式のデータ記憶を実現することが可能となる。ナノ粒子は好ましくは貴金属、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又は銅（Ｃｕ）から作られる。もちろん、アルミニウムや、酸化インジウムと酸化スズとの混合物のような他の材料も同様に使用できる。ナノ粒子の寸法は、ナノ粒子と相互作用する光の波長より小さい。好ましくは、その寸法は２００ｎｍより小さい又はそれに等しく、例えば１００ｎｍ×１００ｎｍ×４０ｎｍである。記憶層内のナノ粒子の深度（ｐ１、ｐ２、ｐ３など）は、各記憶層で異なる。金属ナノ粒子の励起波長はプラズモン共振に左右され、粒径及び材料及び周辺媒体の誘電率の適切な選択により調節される。正確な波長の光を使用すること及び／又は読み取り光を望ましい記憶層に集束することにより、読み取りのための特定の記憶層を選択することが可能となる。

本発明の第１の実施例によると、ナノ粒子のサイズと材料及び選択された層の周辺媒体の誘電率は、全ての記憶層が同じ励起波長を使用するように選択される。この単一の波長モードは、読み取りに際し、単一の波長を発する単一の光源だけが必要であるという利点を有する。このことにより、こうした光学記憶媒体から読み取る装置の設定が非常に簡単になる。特定の層をアドレスするためには、読み取り光を望ましい層に集束するだけで十分である。同時に、励起波長を偏移させるナノ粒子間の結合効果が回避され、従って様々な記憶層間の結合効果が回避される。

本発明の第２の実施例によると、ナノ粒子のサイズと材料及び選択された層の周辺媒体の誘電率は、全ての記憶層が異なる励起波長を使用するように選択される。この多波長モードにより、こうした光学記憶媒体から読み取る装置で、複数の光源又は複数の波長を発する単一の光源を使用することが必要となる。この場合も、ナノ粒子間及び従って様々な記憶層間の結合は発生しない。しかし、特定の記憶層に対する選択性はさらに増大する、というのは、アドレスされていない記憶層のナノ粒子が読み取り光により励起されないからである。

従来技術ではナノ粒子のサイズだけが多色記憶を達成するために調節されるが、本発明によると、サイズと選択された層の周辺媒体の誘電率の両方が調節される。サイズと誘電率は、電子プラズマ共振が読み取りに使用される少なくとも１つの波長に対して得られるように選択される。実際には励起波長は、通常共振が最大であるピークを中心とするであるが、波長のかなり広い範囲に亘って存在する。その様々な励起波長は３５０ｎｍと１１００ｎｍの間にあることが好ましい。

本発明による光学記憶媒体から読み取る装置は、光学記憶媒体の特定の記憶層をアドレスする手段を含む。複数の励起波長を伴う光学記憶媒体の場合、アドレスは好ましくは、選択された記憶層に集束される読み取りのための適切な波長を選択することにより得られる。多層であるが単一の励起波長を伴う光学記憶媒体の場合、アドレスは好ましくは読み取り光を選択された記憶層に集束することにより得られる。

本発明による光学記憶媒体は、好ましくは、金属粒子を基板上に付着させ、第１の誘電層を基板上に付着させ、金属粒子を第１の誘電層上に付着させ、第２の誘電層を第１の誘電層に付着させることにより作り出される。更なる層が同一の方法で作られる。金属粒子は、例えば、マスクを使用するナノリソグラフィにより付着される。誘電層はエピタキシー法又はソルゲル（ｓｏｌ ｇｅｌ）法により付着される。もちろん、他の付着方法も同様に金属粒子及び誘電層のために用いられる。記憶媒体が中間層を使用する場合、こうした層は次の記憶層の金属粒子の付着前に付着される。

よりよい理解のために、本発明は図面を参照して以下の記述でさらに詳細に説明される。本発明はこの例示的な実施形態に限定されず、及び特定の特徴は本発明の範囲を逸脱することなく適切に組み合わせられる及び／又は修正されることを理解されたい。

本発明は、複数の誘電記憶層の金属ナノ粒子の特性、例えばプラズモン共振、励起波長を利用する。これにより、ナノ粒子間の、従って様々な層の間の結合効果を回避することが可能となる。２つの近接した粒子間の結合は、励起波長を偏移させる。基本的には、２つの型の光学記憶媒体が可能である。

第１の型の光学記憶媒体が図１に表されている。例示的な光学記憶媒体１は異なる誘電率ε_１、ε_２ 、ε_３及び異なる厚さｄ_１、ｄ_２ 、ｄ_３を伴う３つの記憶層１１、１２、１３を有する。異なる記憶層１１、１２、１３内のナノ粒子４、５、６は、異なる深度ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３で記憶層１１、１２、１３内に配置される。ナノ粒子のサイズと材料及びその層の周辺媒体の誘電率は、励起波長が全ての記憶層１１、１２、１３に対して同一であるように選択される。ナノ粒子４、５、６のサイズは、基本的に記憶層１１、１２、１３内で一定である。同様に、ナノ粒子４、５、６の材料も記憶層１１、１２、１３内で同一である。

第２の型の光学記憶媒体は図２に表されている。この場合、２つの記憶層２１、２２だけが提供され、それらは分離層２３で分けられる。分離層２３は、保護層としての機能を果たす。それは、所定の層のプラズモン共振波長を調節するためにも使用される。ナノ粒子のサイズと材料及び記憶層２１、２２の周辺媒体の誘電率は、励起波長が全ての記憶層２１、２２に対して異なるように選択される。この場合もやはり、記憶層２１、２２内において、ナノ粒子４、６のサイズは基本的に選択された層内で一定であり、１つの型の材料のナノ粒子４、６だけが使用される。

もちろん、両方の記憶モードの組み合わせを使用すること、つまり、いくつかの記憶層は同じ励起波長を有し、一方で別の記憶層は異なる励起波長を有することも同様に可能である。さらに、記憶層内で異なるサイズ及び材料のナノ粒子が使用されてもよい。図２に示される分離層２３は、第２の型の記憶媒体に対して必須なものではない。異なる励起波長を、分離層２３を提供することなく使用することができる。さらに、分離層２３はまた、図１に表された第１の型の記憶媒体と組み合わせても使用できる。

図３は、金ナノ粒子に対する周辺媒体の相対誘電率への共振波長の依存関係を例示として示している。ナノ粒子は、４０ｎｍ×４０ｎｍ×１００ｎｍの寸法を有する立方体により近似する。図からわかるように、この材料に対し共振波長は相対誘電率が増大するとともに増大する。

横方向の粒径への金ナノ粒子の共振波長の依存関係は、３つの例示的な相対誘電率に対して表される。この場合もやはり、ナノ粒子は立方体で近似される。ナノ粒子の２つの寸法は４０ｎｍ×１００ｎｍで固定され、第３の寸法は４０ｎｍから１００ｎｍで変化する。図３のように、所定の横方向の粒径に対し、共振波長は相対誘電率が増大するとともに増大する。さらに、所定の相対誘電率に対して、共振波長は横方向の粒径が増大するとともに増大する。

本発明の第１の実施例による光学記憶媒体を示している。 本発明の第２の実施例による光学記憶媒体を表している。 周辺媒体の誘電率への共振波長の依存関係の例を示している。 ３つの異なる誘電率に対する横方向の粒径への共振波長の依存関係の例示的な曲線を表している。

符号の説明

１ 光学記憶媒体
４ ナノ粒子
５ ナノ粒子
６ ナノ粒子
１１ 記憶層
１２ 記憶層
１３ 記憶層
２１ 記憶層
２２ 記憶層
２３ 分離層

Claims (10)

1. ナノ粒子を伴う少なくとも１つの第１の記憶層と、ナノ粒子を伴う第２の記憶層を有し、前記各記憶層が誘電材料から作られる光学記憶媒体において、
   前記第１の記憶層の誘電材料が前記第２の記憶層の誘電材料とは異なる誘電率を有している、
   光学記憶媒体。
2. 前記異なる記憶層内の前記ナノ粒子が異なる材料で作られている、
   請求項１に記載の光学記憶媒体。
3. 前記記憶層内の前記ナノ粒子のサイズが基本的に一定である、
   請求項１又は２に記載の光学記憶媒体。
4. 前記ナノ粒子のサイズと材料及び前記記憶層の誘電材料の誘電率は、前記ナノ粒子の励起波長が前記少なくとも２つの記憶層で同一であるように選択されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
5. 前記ナノ粒子のサイズと材料及び前記記憶層の誘電材料の誘電率は、前記ナノ粒子の励起波長が前記少なくとも２つの記憶層で異なるように選択されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
6. 前記ナノ粒子が貴金属で作られている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
7. 前記ナノ粒子のサイズが２００ｎｍ以下である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
8. 前記ナノ粒子の励起波長が、３５０ｎｍから１１００ｎｍの間である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光学記憶媒体。
9. ナノ粒子を基板上に付着させるステップと、
   第１の誘電率の第１の誘電層を前記基板上に付着させるステップと、
   ナノ粒子を前記第１の誘電層に付着させるステップと、
   前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率の第２の誘電層を前記第１の誘電層上に付着させるステップと、
   を備えたナノ粒子を使用する光学記憶媒体を製造する方法。
10. 中間層を前記第１の誘電層上に付着させるステップをさらに有する、
    請求項９に記載の方法。

Images