KR20230030594A - 정보의 장기 저장을 위한 방법을 위한 증가된 저장 용량, 및 그를 위한 저장 매체 - Google Patents

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세라믹 데이터 솔루션즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 정보의 장기 저장을 위한 정보 저장 매체 및 방법에 관한 것이다.

Description

정보의 장기 저장을 위한 방법을 위한 증가된 저장 용량, 및 그를 위한 저장 매체
본 발명은 정보의 장기 저장을 위한 방법, 및 장기 저장을 위한 정보 저장 매체에 관한 것이다.
현재, 선택할 수 있는 매우 다양한 정보 저장 옵션이 존재한다. 디지털 시대가 도래하면서, 저렴하고 효율적인 정보 저장 시스템들에 대한 필요성이 절실해지고, 수많은 신기술이 등장했다. 그러나, 정보 저장 메커니즘들의 확산은 소정의 예상치 못한 결과들을 가져왔다. 오늘날의 정보 저장 시스템들은 매우 취약하고 손상되기 쉽다. 하드 드라이브들 및 광학 디스크들과 같은 저장 매체들은 오직 적절하게 보존되고 유지될 때에만 몇 년에 불과한 수명을 갖는다. 종이 및 마이크로필름과 같은 훨씬 더 오래된 기술들은 최상의 환경에서 단지 수백 년의 수명을 갖는다. 이러한 정보 저장 기술들 모두는 열, 습기, 산 등에 민감하고, 따라서 쉽게 열화되어 정보 손실을 초래할 수 있다.
데이터 저장의 필요성이 기하급수적으로 증가함에 따라, 데이터를 저장하기 위해 사용되는 방법들은 점점 더 파괴에 취약해지고 시간의 경과에 민감해지고 있다. 그러나, 다음 세대들을 위한 정보의 지속성을 보장하기 위해, 많은 유형의 정보가 자연적인 열화에 대비하여 보존되어야 한다. 예를 들어, 태양에 의해 방출되는 강한 전자기 복사와 같은 자연 재해의 경우, 엄청난 양의 데이터가 잠재적으로 손상되거나 파괴될 수 있다. 따라서, 환경적 열화에 저항성이 있고 따라서 장기간에 걸쳐 정보를 저장할 수 있는 정보 저장소가 필요하다.
본 발명의 목적은 장기 정보 저장을 위한 방법 및 매체를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항들의 특징으로 달성된다. 종속 청구항들은 바람직한 실시예들을 나타낸다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 정보의 저장을 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 세라믹 기판을 제공하는 단계; 및 세라믹 기판 상에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 세라믹 기판의 표면에 복수의 리세스를 생성하는 단계를 포함한다. 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 정보의 저장을 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 세라믹 기판을 제공하는 단계; 세라믹 기판을 세라믹 기판의 재료와 다른 제2 재료의 층으로 코팅하는 단계; 코팅된 세라믹 기판을 임의적으로(optionally) 템퍼링하여 기입가능한 플레이트를 형성하는 단계; 및 제2 재료에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 제2 재료의 표면에 복수의 리세스를 생성하는 단계를 포함한다. 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
코팅된 세라믹 기판은 인코딩된 정보를 포함하는 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로 템퍼링될 수 있다. 이러한 템퍼링은 특히 정보의 초장기 저장(예를 들어, 1,000년 초과)의 경우, 및/또는 높은 습도 또는 산성 환경과 같은 특히 가혹한 조건들 하에서 저장하는 경우에 바람직하다. 일반적으로 정보 인코딩 전에 코팅된 기판을 템퍼링하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이는 기입가능한 플레이트 형태의 최종 코팅된 기판을 고객들 또는 최종 사용자들에게 제공하는 것을 허용하고, 그러면 그 고객 또는 최종 사용자는 플레이트에 정보를 각인(inscribe)하기만 하면 되기 때문이다. 그러나, 사용된 각인 기술 및/또는 재료 조합에 의존하여, 먼저 복수의 리세스를 생성하고, 단지 인코딩된 정보를 포함하는 코팅된 세라믹 기판을 나중에 템퍼링하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 템퍼링되지 않은 제2 재료는 템퍼링된 제2 재료만큼 내구성이 있지는 않을 것이므로, 이러한 최종 템퍼링은 예를 들어 덜 강력한 레이저 소스를 사용하여 리세스들을 더 쉽게 생성하도록 허용할 것이다.
이하에서 더 논의되는 모든 양태 및 실시예들에 적용가능한 다른 대안에서, 템퍼링은 정보 인코딩 전 및/또는 후에 별도의 방법 단계로서 수행되지 않을 수 있다. 오히려 고온 PVD(물리적 기상 퇴적), CVD(화학적 기상 퇴적), PECVD(플라즈마 강화 화학적 기상 퇴적) 또는 ALD(원자층 퇴적)와 같은 특정 코팅 기법들이 충분히 높은 온도들에서 수행되어 코팅 동안의 현장 템퍼링을 달성할 수 있다.
제3 양태에 따르면, 본 발명은 정보의 저장을 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 세라믹 기판을 제공하는 단계; 세라믹 기판을 세라믹 기판의 재료와 다른, 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 코팅하는 단계; 및 제2 재료들의 층들에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 제2 재료들의 층들에 복수의 리세스를 생성하는 단계를 포함한다. 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 갖고 둘 이상의 층의 상이한 층들 내로 연장되고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
코팅된 세라믹 기판은 인코딩된 정보를 포함하는 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로 템퍼링될 수 있다. 이러한 템퍼링은 특히 정보의 초장기 저장(예를 들어, 1,000년 초과)의 경우, 및/또는 높은 습도 또는 산성 환경과 같은 특히 가혹한 조건들 하에서 저장하는 경우에 바람직하다. 일반적으로 정보 인코딩 전에 코팅된 기판을 템퍼링하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이는 기입가능한 플레이트 형태의 최종 코팅된 기판을 고객들 또는 최종 사용자들에게 제공하는 것을 허용하고, 그러면 그 고객 또는 최종 사용자는 플레이트에 정보를 각인하기만 하면 되기 때문이다. 그러나, 사용된 각인 기술 및/또는 재료 조합에 의존하여, 먼저 복수의 리세스를 생성하고, 단지 인코딩된 정보를 포함하는 코팅된 세라믹 기판을 나중에 템퍼링하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 템퍼링되지 않은 제2 재료는 템퍼링된 제2 재료만큼 내구성이 있지는 않을 것이므로, 이러한 최종 템퍼링은 예를 들어 덜 강력한 레이저 소스를 사용하여 리세스들을 더 쉽게 생성하도록 허용할 것이다.
둘 이상의 층이 존재하는 경우, 예를 들어 세라믹 기판을 상이한 재료의 제1 층으로 코팅한 후 부분적으로 코팅된 기판을 템퍼링하고, 후속하여 상이한 재료들의 하나 이상의 추가 층을 도포하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
즉, 양태 1 내지 3의 기초가 되는 발명은 매우 내구성 있고 안정적인 기판들 및/또는 계층화된 구조물들과 함께 깊이 인코딩을 활용하는 아이디어에 기초한다. 다양한 실험들에서, 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 이러한 재료들에 상이한 미리 결정된 깊이들의 리세스들을 반복가능하게 생성할 수 있음이 밝혀졌다. 나중의 디코딩 프로세스에서 이러한 깊이들을 측정하는 것이 또한 가능하기 때문에, 코팅된 기판의 표면의 특정 스폿에서 다양한 비트들을 쉽게 인코딩할 수 있으며, 상기 스폿은 리세스의 (기판 표면에 평행한) 단면적에 대응하는 영역을 갖는다. 예를 들어, 제1 깊이 d1은 비트 00을 인코딩할 수 있고, 2×d1과 동일한 제2 깊이는 비트 01을 인코딩할 수 있으며, 3×d1과 동일한 제3 깊이는 비트 10을 인코딩할 수 있고, 4×d1과 동일한 제4 깊이는 비트 11을 인코딩할 수 있다. 물론, 하나의 동일한 스폿에서 훨씬 더 많은 비트들을 인코딩하기 위해, 4개 초과의 깊이가 사용될 수 있다. 안정적인 인코딩 및 디코딩을 위해, 후속하는 미리 결정된 깊이들 사이의 최소 차이(이 예에서 d1과 동일함)는 바람직하게는 5배, 더 바람직하게는 10배만큼 훨씬 더 큰 것이 바람직하며, 깊이 d1의 표준 편차는 리세스들을 생성하는 동안 달성된다.
매우 작은 깊이들 및 깊이 차이들이 이용되는 경우, 예를 들어 기판 및/또는 다른 층들 중 하나의 두께 변동에 따라서도 달라질 수 있는 각각의 리세스의 바닥의 절대 위치에 의존하는 것은 어려울 수 있다. 따라서, 절대 깊이보다는 상대 깊이로 비트 정보를 인코딩하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 각각의 리세스는 2개의 상이한 깊이(기준 깊이 및 인코딩 깊이)를 갖는 단차를 포함할 수 있거나, 각각의 리세스에 대해, 기준 깊이를 갖는 트윈 리세스가 제공될 수 있다. 그러면, 비트는 예를 들어 인코딩 깊이와 기준 깊이 사이의 차이로 인코딩될 수 있다. 이는 더 낮은 정확도로 기판 및 임의적인 추가 층들을 생산하고, 제조 비용을 절감하는 것을 허용한다. 물론, 이 원리는 하나의 동일한 기준 깊이에 대하여 둘 이상의 인코딩 깊이가 측정되는 것으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 3×3 또는 5×5 리세스의 매트릭스는 모두 하나의 중앙 기준 깊이에 의존할 수 있다.
기판은 정보를 저장하기에 적합한 임의의 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판은 직사각형, 정사각형, 원형일 수 있거나, 다각형 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 크기는 1cm² 내지 1m², 바람직하게는 10cm² 내지 1.000cm², 더 바람직하게는 50cm² 내지 250cm²에서 달라질 수 있다.
템퍼링 동안 세라믹 기판과 제2 재료의 층 사이의 강한 본딩을 달성하기 위해, 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층은 바람직하게는 세라믹 기판 상에 직접, 즉 어떠한 중간 층도 존재하지 않게 코팅된다. 그러나, 템퍼링은 세라믹 기판과 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층 사이에 소결된 계면을 생성할 수 있다. 2개의 인접한 층 중 하나로부터의 하나 이상의 요소가 2개의 인접한 층 중 다른 층으로 확산될 수 있기 때문에, 소결된 계면은 기판 재료 및 제2 재료 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층의 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 소결된 계면의 존재는 세라믹 기판과 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층 사이의 본딩을 더욱 강화할 수 있다. 상이한 제2 재료들의 다양한 층들 사이에 추가적인 소결된 층들이 존재할 수 있으며, 각각의 소결된 층은 아마도 인접한 층들 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함한다.
제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층은 바람직하게는 연속적이며, 바람직하게는 전체 세라믹 기판의 큰 부분(예를 들어, 적어도 80% 또는 적어도 90%)에 걸쳐, 더 바람직하게는 전체 세라믹 기판에 걸쳐 연장된다. 바람직하게는, 제2 재료 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층은 세라믹 기판의 재료와 상이한데, 즉 제2 재료는 세라믹 기판의 재료와 상이한 원소 조성을 가질 수 있고, 제2 재료와 세라믹 기판은 그들의 미세 구조, 예를 들어 이들의 결정화 상태 또는 그와 유사한 것의 면에서 상이하다.
템퍼링은 세라믹 및 금속들과 같은 특정 재료들에 수행되어 재료의 기본 물리적 또는 화학적 속성들을 변경함으로써 그 내구성을 향상시킬 수 있는 프로세스이다. 템퍼링 프로세스는 제2 재료 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층의 재료를 세라믹 기판에 영구적으로 고정하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 경우들에서, 제2 재료 층의 일부 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층은 예를 들어 금속-간 또는 세라믹-간 본딩과 같이, 하부 세라믹 기판에의 화학적 본딩을 형성할 수 있다. 템퍼링은 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층의 경도뿐만 아니라, 기판과 제2 재료 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최하위 층의 재료 사이의 접착력을 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10% 개선할 수 있다. 더욱이, 템퍼링은 위에서 논의된 바와 같이 소결된 계면을 생성할 수 있다. 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 사이에서 유사한 효과들이 달성될 수 있다: 인접한 층들 사이의 접착력이 개선될 수 있고 이러한 층들 각각의 경도가 증가될 수 있다. 템퍼링은 산소를 사용하거나 사용하지 않고서 발생할 수 있다.
템퍼링이 산소를 함유하는 분위기에서 수행되는 경우, 산소에 노출된 제2 재료의 층(들)의 표면 또는 최상부 서브층이 적어도 부분적으로 산화될 수 있다. 따라서, 제2 재료의 층(들)의 최상부에 금속 산화물 층이 형성될 수 있다. 이는 경도 및/또는 융점 및/또는 부식 환경에 대한 저항성을 더욱 증가시킬 수 있다.
여기에 설명된 바와 같이 제2 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판을 갖는 기입가능한 플레이트를 제공하면, 습기, 전기장/자기장, 산성, 부식성 물질 등에 대한 저항성이 높은 정보 저장이 허용되고, 그에 의해, 인코딩된 기입가능한 플레이트는 통상적으로 사용되는 다른 정보 저장 매체들에서는 이용할 수 없는 내구성을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 제3 양태에 따른 둘 이상의 층 각각은 1㎛ 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더 바람직하게는 10nm 미만의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 둘 이상의 층은 서로 인접한 금속 층 및 금속 산화물 층을 포함하고, 여기서 금속 층의 금속 원소와 금속 산화물 층의 금속 원소는 바람직하게는 동일하다. 광대역 백색광에 노출되는 경우에 넓은 전자기 스펙트럼의 선택적 반사가 발생하거나 협대역 레이저 빔에 노출되는 경우 반사 계수가 증가되기 때문에(도 6 비교), 금속 층 표면과 금속 산화물 층 표면 사이의 깊이 차이들을 간섭에 의해 측정하는 것이 특히 쉬운 것으로 밝혀졌다. 더욱이, 금속 층과 금속 산화물층 사이의 계면을 사용하는 것이 특히 유리한데, 왜냐하면 그러한 시스템들은 층들의 안정성을 증대시키는 추가 산화의 경향이 없기 때문이다. 따라서, 이러한 특정 실시예에 대해, 디코딩 동안 이러한 표면들 사이의 광학적 차이로 인한 혜택을 얻기 위해, 상이한 깊이들 중 하나는 금속 층 표면을 노출시키는 깊이이고 상이한 깊이들 중 다른 하나는 금속 산화물 층 표면을 노출시키는 깊이인 것이 바람직하다.
더욱이, 이러한 재료 조합들은 컬러 효과들을 또한 허용한다. 가시 스펙트럼의 상이한 부분들은 전형적으로 금속 및 그것의 대응하는 산화물에 의해 반사 및/또는 흡수되기 때문에 코팅된 기판 표면의 겉보기 컬러는 각각의 리세스들의 깊이에 의존한다. 따라서, 상이한 금속/금속 산화물 조합들을 사용하여, 상이한 리세스 깊이들을 통해 다수의 상이한 컬러를 인코딩하는 것이 가능하다. 따라서, 다색 세라믹 마이크로필름이 제조될 수 있다. 이 경우, 디코딩이 또한 특히 간단한데, 왜냐하면 단순히 백색 광으로 플레이트를 조명하고 컬러 응답을 측정할 수 있기 때문이다. 물론, 하나의 동일한 재료 층(하나의 동일한 컬러 응답, 예를 들어 검은색, 회색 음영들, 및 흰색에 대응함)에서 컬러를 통해 일부 정보를 인코딩하고 깊이를 통해 추가 정보를 통해 인코딩하는 상이한 접근법들을 또한 결합할 수 있다.
물론, 다양한 층들의 상이한 재료들의 광학적 속성들은 다른 재료 조합들의 경우에서의 디코딩 동안에 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, n개의 상이한 재료의 n개의 층을 이용하고, log2(n) 비트의 정보를 인코딩하기 위해 n개의 상이한 깊이 각각을 이러한 n개의 층 중 단일 층에 할당하는 것이 가능할 수 있다. 그러면, 디코딩 동안, 실제 깊이 측정을 수행하는 대신에, 깊이를 결정하기 위해 광학 재료 응답이 측정될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 리세스는 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 6개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 깊이들을 갖고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
바람직하게는, 각각의 리세스는 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔의 하나 이상의 펄스에 의해 형성되고, 각각의 리세스의 깊이는 다음 파라미터들: 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔의 펄스들의 에너지, 펄스들의 지속시간, 펄스들의 수 중 하나 또는 그들의 조합에 의해 제어된다.
바람직하게는, 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 적어도 1nm, 더 바람직하게는 적어도 10nm, 더 바람직하게는 적어도 30nm, 더 바람직하게는 적어도 50nm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70nm, 및 가장 바람직하게는 적어도 100nm이다. 바람직하게는, 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 최대 5㎛, 더 바람직하게는 최대 1㎛, 더 바람직하게는 최대 500nm, 더 바람직하게는 최대 300nm, 훨씬 더 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 최대 100nm이다.
바람직하게는, 각각의 리세스의 단면적은 100㎛2 미만, 바람직하게는 1㎛2 미만, 더 바람직하게는 100nm2 미만, 훨씬 더 바람직하게는 10nm2 미만이다.
제4 양태에 따르면, 본 발명은 정보의 저장을 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 세라믹 기판을 제공하는 단계; 세라믹 기판을 세라믹 기판의 재료와 다른 제2 재료의 층으로 코팅하는 단계; 및 제2 재료에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 제2 재료의 표면에 복수의 나노구조물을 생성하는 단계를 포함한다. 복수의 나노구조물은 상이한 광학적 속성들을 가지며, 각각의 광학적 속성은 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
다시, 코팅된 세라믹 기판은 인코딩된 정보를 포함하는 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로 템퍼링될 수 있다.
즉, 제4 양태의 기초가 되는 발명은 매우 내구성 있고 안정적인 기판들 및/또는 계층화된 구조물들과 함께 표면 변형 인코딩을 활용하는 아이디어에 기초한다. 다양한 실험들에서, 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 상이한 광학적 속성들을 갖는 나노리플들(nanoripples)과 같은 나노구조물들을 반복가능하게 생성할 수 있음이 밝혀졌다. 나중의 디코딩 프로세스에서 이러한 광학적 속성들을 측정하는 것이 또한 가능하기 때문에, 코팅된 기판의 표면의 특정 스폿에서 다양한 비트들을 쉽게 인코딩할 수 있다. 예를 들어, 나노리플들의 제1 배향은 비트 00을 인코딩할 수 있고, 나노리플들의 제2 배향은 비트 01을 인코딩할 수 있으며, 나노리플들의 제3 배향은 비트 10을 인코딩할 수 있고, 나노리플들의 제4 배향은 비트 11을 인코딩할 수 있다. 물론, 하나의 동일한 스폿에서 훨씬 더 많은 비트들을 인코딩하기 위해, 나노리플들의 4개 초과의 배향이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 나노구조물의 상이한 광학적 속성들은 나노-리플들의 배향 또는 편광, 나노-리플들의 주파수 또는 파장, 나노-리플들의 진폭 중 하나 이상을 포함한다. 바람직하게는, 복수의 나노-리플은 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 6개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭을 가지며, 각각의 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭은 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
달리 명시되지 않는 한, 이하의 바람직한 특징들 각각은 위에서 개략적으로 설명된 네 가지의 양태 각각에 적용가능하다.
바람직하게는, 정보 저장을 위한 방법의 세라믹 기판은 산화 세라믹을 포함하고, 더 바람직하게는 세라믹 기판은 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 또는 임의의 다른 산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함한다. 이러한 재료들은 다양한 환경들 하에서 특히 내구성이 있고, 및/또는 환경적 열화에 저항성이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 재료들은 다양한 조건들 하에서의 장기 저장에 특히 적합하다. 세라믹 기판이 Al2O3, ZrO2, ThO2, SiO2, 및/또는 MgO 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 따르면, "세라믹 재료"라는 용어는 바람직하게는 비정질 상 및 하나 이상의 결정질 상을 갖는 유리 세라믹을 포괄한다. 또한, 위에서 언급된 세라믹 재료들은 또한 다결정질 또는 단결정질 재료의 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 단결정질 알루미늄 산화물(즉, 사파이어)은 매우 높은 융점을 갖고 매우 높은 모스 경도를 갖기 때문에, 내구성 측면에서 기판 재료로 특히 적합하다.
바람직하게는, 세라믹 기판은 비-산화 세라믹을 포함하고, 더 바람직하게는 세라믹 기판은 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 및 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물, 또는 임의의 다른 비-산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함한다. 이러한 재료들은 다양한 환경들 하에서 특히 내구성이 있고, 및/또는 환경적 열화에 저항성이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 재료들은 상이한 조건들 하에서의 장기 저장에 특히 적합하다. 세라믹 기판이 BN, CrSi2, SiC, 및/또는 SiB6 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 세라믹 기판은 Ni, Cr, Co, Fe, W, Mo 또는 융점이 1,400℃ 초과인 다른 금속들 중 하나 또는 그들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 세라믹 재료 및 금속은 세라믹 재료가 금속 또는 금속 합금에 분산된 금속 매트릭스 복합체를 형성한다. 바람직하게는, 금속은 세라믹 기판, 즉 금속 매트릭스 복합체의 5-30 중량%, 바람직하게는 10-20 중량%에 달한다. 특히, 바람직한 금속 매트릭스 복합체들은 WC/Co-Ni-Mo, BN/Co-Ni-Mo, TiN/Co-Ni-Mo 및/또는 SiC/Co-Ni-Mo이다.
바람직하게는, 제2 재료는 Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V와 같은 금속; 또는 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3와 같은 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 또는 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물; 또는 임의의 다른 세라믹 재료와 같은 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하고; 바람직하게는 제2 재료는 CrN, Cr2O3, 및/또는 CrAlN을 포함한다. 이러한 재료들은 충분한 경도, 및 환경적 열화에 대한 저항성을 제공한다. 또한, 상기 재료들은 하부 세라믹 기판과 충분한 시각적 대비를 제공할 수 있다. 더욱이, 실험에 따르면, 이러한 재료들은 예를 들어, PVD(물리적 기상 퇴적), 스퍼터링, CVD(화학적 기상 퇴적), PECVD(플라즈마 강화 화학적 기상 퇴적) 또는 ALD(원자층 퇴적)로 코팅되고 나면 위에서 언급된 기판들에 강하게 본딩되는 것으로 나타났다. 산소 존재 유무에 관계없이 추가적인 템퍼링은 이러한 본딩의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 코팅된 층(들)과 기판 사이의 내구성 있고 영구적인 연결이 달성될 수 있다. 제2 재료가 Co, Ni, B4C, HfC, Cr2O3, ZrB2, CrB2, SiB6, Si3N4, ThN, CrN, Cr2O3 및/또는 CrAlN 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 다양한 재료 속성들이 중요한 역할을 할 수 있다. 첫째, 기판과 코팅 층 둘 다의 재료들은 충분히 내구성이 있고 안정적이며 저항성이 있어야 한다. 또한, 코팅 층과 기판 재료 사이의 강한 본딩 또는 연결이 요구된다. 이러한 제약들 전부를 고려하면, 이하의 재료 조합들이 특히 바람직하다: Al2O3/CrN, SiO2/Cr, SiO2/CrN,　Al2O3 　/Co,　ZrO2/ZrB2,　Al2O3/SiC, SiB6/Cr2O3,　SiC/HfC, BN/ZrB2, BN/ZrB2, BN/B4C, BN/ThN 및 CrSi2/Si3N4.
일반적으로, 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 세라믹 기판을 코팅하기 위해, 얇은 코팅들을 달성하기에 적합한 임의의 기법, 예를 들어 물리적 기상 퇴적, 스퍼터링, 화학적 기상 퇴적, 또는 임의의 다른 박막 코팅 방법이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 물리적 기상 퇴적이 세라믹 기판을 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 코팅하기 위해 사용된다. 이것은 특히 인코딩된 정보로 잘못 해석될 수 있는 임의의 결함들 없이 기판을 연속적으로 덮는 매우 얇은 코팅 층들을 신뢰할 수 있게 제공하는 것을 허용한다. 위에서 언급된 재료들 중 일부에 PVD를 사용하는 것이 어려울 수 있기 때문에, 물리적 기상 퇴적 동안, 세라믹 기판은 제2 재료 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층의 재료의 소스와 전기 전도성 플레이트 및/또는 와이어 격자 중간에 위치되는 것이 바람직하다. 세라믹 기판 뒤에 위치된 플레이트 또는 격자는 제2 재료의 증기를 (비전도성) 세라믹 기판에 부착되도록 지향시키는 데에 도움을 준다.
바람직하게는, 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층은 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 100nm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 10nm 이하의 두께를 갖는다.
제2 재료(들)의 얇은 층(들)을 제공함으로써, 제2 재료의 국부적 영역들의 레이저 또는 입자 빔 제거가 더 빠르고 효과적으로 수행될 수 있다. 더욱이, 제2 재료(들)의 층(들)이 더 얇다면, 훨씬 더 작은 국부적 영역들이 더 정확하게 변경될 수 있다. 따라서, 영역별 정보 콘텐츠가 개선될 수 있다.
바람직하게는, 코팅된 세라믹 기판을 템퍼링하는 것은 코팅된 세라믹 기판을 200℃ 내지 4,000℃ 범위, 더 바람직하게는 1,000℃ 내지 2,000℃ 범위 내의 온도로 가열하는 것을 수반한다. 템퍼링 프로세스는 시간당 적어도 10K의 온도 증가를 갖는 가열 위상, 적어도 1분 동안의 피크 온도에서의 안정기 위상, 및 마지막으로 시간당 적어도 10K의 온도 감소를 갖는 냉각 위상을 포함할 수 있다. 템퍼링 프로세스는 세라믹 기판을 경화하는 것 및/또는 제2 재료를 세라믹 기판에 영구적으로 본딩하는 것을 도울 수 있다.
바람직하게는, 코팅된 기판의 국부적 영역들은 기록/인코딩 프로세스를 위해 적어도 제2 재료의 용융 온도 및/또는 분해 온도로 가열되고, 그에 의해 제2 재료의 국부적 영역들은 적어도 3,000℃, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 3,200℃, 가장 바람직하게는 적어도 3,500℃, 가장 바람직하게는 적어도 4,000℃의 온도로 가열된다. 예를 들어, CrN은 약 1,500℃의 온도에서 Cr(고체) 및 N(기체)로 분해되는 반면, Cr의 용융 온도는 약 1,900℃에서만 도달된다. 그러나, Cr(은색)은 CrN(회색)과 눈에 띄게 다르다. 대안적으로, 코팅된 기판의 표면을 예를 들어 펨토초 레이저로 처리하는 것은 재료 제거(material ablation)를 유도하는, 차가운 소위 쿨롱 폭발들(Coulomb explosions)을 야기할 수 있다.
바람직하게는, 레이저는 10nm 내지 30㎛ 범위, 바람직하게는 100nm 내지 2,000nm 범위, 더 바람직하게는 200nm 내지 1,500nm 범위 내의 파장을 갖는 레이저 광을 생성하도록 구성된다.
바람직하게는, 레이저에 의해 방출된 레이저 광은 50㎛ 이하, 더 바람직하게는 15㎛ 이하, 더 바람직하게는 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 더 바람직하게는 500nm 이하, 더 바람직하게는 100nm 이하, 더 바람직하게는 50nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 이하의 최소 초점 직경을 갖는다. 작은 초점 직경은 정보가 기입가능한 플레이트에 더 높은 밀도로 인코딩되는 것을 허용한다.
바람직하게는, 정보를 인코딩하기 위해 초단파 펄스 레이저(피코초, 펨토초 또는 아토초 펄스)가 사용된다. 이것은 10㎛ 이하의 최소 초점 직경, 및 5㎛ 폭 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 더 바람직하게는 500nm 이하, 더 바람직하게는 100nm 이하, 더 바람직하게는 50nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 이하의 구조들을 달성하는 것을 허용한다.
바람직하게는, 레이저 빔은 미리 결정된 지점들에서 비트들을 인코딩하기 위해, 적합한 스캐닝 기법, 예를 들어 갈바노메트릭 스캐너, 폴리곤 스캐너, 디지털 마이크로 미러 디바이스, 공간 광 변조기 등에 의해 코팅된 기판의 표면 상의 이러한 미리 결정된 지점들로 지향된다. 또한, 적합한 광학장치들이 수반될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔은 정밀한 위치 지정을 위해 현미경 대물렌즈를 통해 지향될 수 있다. 높은 굴절률을 갖는 오일, 물 및 다른 유체들은 이러한 맥락에서 광학장치들의 침지(immersion)를 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 포커싱된 입자 빔 장비에 의해 방출된 입자 빔은 5㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 더 바람직하게는 100nm 이하, 더욱 바람직하게는 10nm 이하의 최소 초점 직경을 갖는다. 극단적으로 작은 초점 직경은 정보가 기입가능한 플레이트에 초고밀도로 인코딩되는 것을 허용한다.
바람직하게는, 방법은 기입가능한 플레이트에 인코딩된 정보를 판독하는 단계를 더 포함하고, 더 바람직하게는 디지털 스캐너, 디지털 현미경, 레이저 주사 현미경, 광간섭 단층촬영 또는 주사 전자 현미경을 사용하여 정보를 판독하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 코팅된 기판의 영역들은 ㎠당 적어도 1 메가바이트의 정보, 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 기가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 기가바이트의 정보를 포함한다. 정보 저장 밀도가 높을수록 많은 양의 정보의 저장을 허용한다.
제5 양태에 따르면, 본 발명은 정보 저장 매체에 관한 것이다. 정보 저장 매체는 세라믹 기판을 포함하고, 세라믹 기판의 표면은 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
제6 양태에 따르면, 본 발명은 정보 저장 매체에 관한 것이다. 정보 저장 매체는 제2 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 세라믹 기판과 제2 재료의 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 제2 재료는 세라믹 기판의 재료와 다르고, 소결된 계면은 기판 재료 및 제2 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 제2 재료의 층은 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
제7 양태에 따르면, 본 발명은 정보 저장 매체에 관한 것이다. 정보 저장 매체는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 적어도 세라믹 기판과 둘 이상의 층 중 최하위 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 제2 재료들은 세라믹 기판의 재료와 다르고, 소결된 계면은 기판 재료 및 최하위 층의 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 정보 저장 매체는 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
바람직하게는, 둘 이상의 층은 각각 1㎛ 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더 바람직하게는 10nm 미만의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 둘 이상의 층은 금속 층 및 금속 산화물 층을 포함하고, 금속 층의 금속 원소와 금속 산화물 층의 금속 원소는 바람직하게는 동일하다.
바람직하게는, 복수의 리세스는 적어도 2개, 더 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 더 바람직하게는 적어도 5개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 6개, 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 깊이들을 갖고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
바람직하게는, 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 적어도 1nm, 더 바람직하게는 적어도 10nm, 더 바람직하게는 적어도 30nm, 더 바람직하게는 적어도 50nm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70nm, 및 가장 바람직하게는 적어도 100nm이다. 바람직하게는, 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 최대 5㎛, 더 바람직하게는 최대 1㎛, 더 바람직하게는 최대 500nm, 더 바람직하게는 최대 300nm, 훨씬 더 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 최대 100nm이다.
제8 양태에 따르면, 본 발명은 정보 저장 매체에 관한 것이다. 정보 저장 매체는 제2 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 세라믹 기판과 제2 재료의 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 제2 재료는 세라믹 기판의 재료와 다르고, 소결된 계면은 기판 재료 및 제2 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 제2 재료의 층의 표면은 복수의 나노구조물을 포함하고, 복수의 나노구조물은 상이한 광학적 속성들을 가지며, 각각의 광학적 속성은 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
바람직하게는, 복수의 나노구조물의 상이한 광학적 속성들은 나노-리플들의 배향 또는 편광, 나노-리플들의 주파수 또는 파장, 나노-리플들의 진폭 중 하나 이상을 포함한다. 바람직하게는, 복수의 나노-리플은 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 더 바람직하게는 적어도 5개, 더 바람직하게는 적어도 6개, 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭을 가지며, 각각의 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭은 미리 정의된 정보 비트에 대응한다.
달리 명시되지 않는 한, 이하의 바람직한 특징들 각각은 위에서 개략적으로 설명된 제5 양태 내지 제8 양태 각각에 적용가능하다.
바람직하게는, 정보 저장 매체의 세라믹 기판은 산화 세라믹을 포함하고, 더 바람직하게는 세라믹 기판은 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 또는 임의의 다른 산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함한다.
바람직하게는, 정보 저장 매체의 세라믹 기판은 비-산화 세라믹을 포함하고, 더 바람직하게는 세라믹 기판은 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 및 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물, 또는 임의의 다른 비-산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함한다.
세라믹 기판이 BN, CrSi2, SiC, 및/또는 SiB6 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 세라믹 기판은 Ni, Cr, Co, Fe, W, Mo 또는 융점이 1,400℃ 초과인 다른 금속들 중 하나 또는 그들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 세라믹 재료 및 금속은 세라믹 재료가 금속 또는 금속 합금에 분산된 금속 매트릭스 복합체를 형성한다. 바람직하게는, 금속은 세라믹 기판, 즉 금속 매트릭스 복합체의 5-30 중량%, 바람직하게는 10-20 중량%에 달한다. 특히, 바람직한 금속 매트릭스 복합체들은 WC/Co-Ni-Mo, BN/Co-Ni-Mo, TiN/Co-Ni-Mo 및/또는 SiC/Co-Ni-Mo이다.
바람직하게는, 정보 저장 매체의 제2 재료는 Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V와 같은 금속; 또는 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3와 같은 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물; 또는 임의의 다른 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하고; 바람직하게는 제2 재료는 CrN, Cr2O3, 및/또는 CrAlN을 포함한다.
바람직하게는, 제2 재료의 층은 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 100nm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 10nm 이하의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 코팅된 기판들의 영역들은 ㎠당 적어도 1 킬로바이트의 정보, 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 킬로바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 킬로바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 기가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 기가바이트의 정보를 포함한다. 코팅된 기판에 높은 정보 밀도를 제공하면 플레이트당 더 많은 정보를 저장할 수 있고 생산 비용을 줄일 수 있다.
바람직하게는, 세라믹 기판은 태블릿 또는 컴퓨터 판독가능한 디스크의 형상을 갖는다. 태블릿 또는 컴퓨터 판독가능한 디스크 형상은 컴퓨터들 또는 디지털 스캐너들이 인코딩된 정보를 쉽게 읽고 기존 스캐닝 시스템들과 호환되는 것을 허용할 수 있다.
본 발명은 또한 장기 정보 저장을 위한 정보 저장 매체의 용도에 관한 것이다.
바람직하게는, 사용 시에, 정보 저장 매체는 적어도 10년, 더 바람직하게는 적어도 100년, 더 바람직하게는 적어도 1,000년, 더 바람직하게는 적어도 10,000년, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 100,000년의 기간 동안 보관된다.
본 발명은 또한 위에서 설명된 정보 저장 매체에 인코딩된 정보를 디코딩하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 위에서 설명된 정보 저장 매체를 제공하는 단계; 복수의 리세스의 적어도 서브세트의 깊이 또는 복수의 나노구조물의 적어도 서브세트의 광학적 속성을 측정하는 단계; 및 측정된 깊이들 또는 측정된 광학적 속성들에 대응하는 정보 비트들을 디코딩하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 깊이 또는 광학적 속성을 측정하는 단계는 레이저 빔, 및/또는 전자 빔과 같은 포커싱된 입자 빔을 사용하여 수행된다.
바람직하게는, 깊이를 측정하는 것은 간섭, 반사, 흡수, 타원편광법(ellipsometry), 주파수 콤 기법(frequency comb technique), STED 또는 STORM과 같은 형광 현미경검사, 광간섭 단층촬영, 주사 전자 현미경검사, (반사 또는 투과 광을 사용하는) 디지털 (이머전) 현미경검사 중 하나 또는 그들의 조합에 기초한다.
바람직하게는, 광학적 속성을 측정하는 것은 비간섭성 광 및/또는 레이저 광의 흡수, 투과, 반사, 편광, 간섭 중 하나 또는 그들의 조합에 기초한다.
위에서 설명된 방법들은 대부분 레이저 또는 입자 빔을 사용하는 재료의 직접 제거에 의존하지만, 코팅에서 상이한 깊이들의 리세스들을 생성하기 위한 대안적인 방법들이 알려져 있으며, 위에서 논의된 직접 제거 기술들을 대신하여 이용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 코팅된 기판은 특정 패턴을 생성하기 위해 광 또는 다른 복사에 노출될 수 있는 포토레지스트의 추가 층으로 코팅될 수 있다. 노출된 포토레지스트를 현상한 후, 현상된 포토레지스트가 존재하지 않는 모든 곳에서 기판으로부터 예를 들어 제2 재료의 층의 재료를 제거하기 위해 포토레지스트와 함께 코팅된 기판이 에칭될 수 있다. 따라서, 리세스들의 패턴이 생성될 것이다. 상이한 깊이들을 갖는 리세스들을 생성하기 위해, 상기 프로세스는 수 회 반복되어야 하고, 특정 위치에서 발생하는 에칭의 횟수는 상기 위치에서의 리세스의 깊이에 대응한다. 그러한 에칭 프로세스들에 적합한 기술들은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있고, 예를 들어 CRC Press의 Robert Doering 및 Yoshio Nishi에 의해 편집된 Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition에 설명되어 있다. 예를 들어, 크롬은 질산 세륨 암모늄, 및 과염소산, 아세트산, 질산 및 염산을 포함하는 특정 산으로 습식 에칭될 수 있다.
본 발명의 주제는 첨부된 도면들에 예시된 바람직한 예시적인 실시예들을 참조하여 이하의 텍스트에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 2는 세라믹 기판의 물리적 기상 퇴적 코팅 프로세스의 예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 레이저를 사용하여, 기입가능한 플레이트를 정보로 인코딩하는 예의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 5는 금속/금속 산화물 층 시스템의 경우에서의 간섭의 원리를 개략적으로 도시한다.
도 6은 금속/금속 산화물 층 시스템의 경우에서의 반사율 대 파장의 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 예시적인 인코딩을 보여주는 2개의 상이한 배율에서의 현미경 사진을 도시한다.
도 8c는 도 8b의 현미경 사진의 섹션의 3D 시각화를 도시한다.
도 8d는 도 8a의 현미경 사진을 통한 단면 높이 프로파일을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 예시적인 인코딩을 보여주는, 2개의 상이한 배율에서의 현미경 사진을 도시한다.
도 10은 예시적인 인코딩으로부터 취해진 SEM 이미지를 도시한다.
원칙적으로, 동일한 부분들에는 도면들에서 동일한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정보의 장기 저장에 적합한 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다. 정보 저장 매체는 제2 재료(170)의 층으로 코팅된 세라믹 기판(150)을 포함하며, 제2 재료(170)는 세라믹 기판(150)의 재료와 다르다. 위에서 언급된 바와 같이, 임의적인 템퍼링 프로세스로 인해, 세라믹 기판(150)과 제2 재료(170)의 층 사이에 소결된 계면(도시되지 않음)이 존재할 수 있다. 제2 재료(170)의 층은 상이한 깊이들을 갖는 복수의 리세스(10)(그 중 4개가 예시적으로 도시됨)를 포함하고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 4비트의 정보가 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 리세스(10)의 최소 깊이(또는 대안적으로는 어떠한 리세스도 전혀 없는 표면)는 코드 "0000"에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제2 층(170)을 통해 기판(150)까지 계속 연장되는 리세스(10)의 최대 깊이는 코드 "1111"에 대응할 수 있다. 유사하게, 중간 깊이들 각각은 특정의 미리 정의된 정보 비트에 또한 대응한다. 후속 코드들 사이의 깊이 차이는 도 1에서 일정하게 도시되어 있지만, 이는 반드시 그런 것은 아니다.
물론, 도 1에 도시된 4비트 코드는 하나의 구체적인 예일 뿐이다. 제2 층(170)의 두께, 및 인코딩을 위해 신뢰가능하게 제조될 수 있을 뿐만 아니라 디코딩을 위해 신뢰가능하게 측정될 수 있는 다양한 리세스들(10)의 깊이 차이들에 따라, 더 많거나 더 적은 비트가 인코딩될 수 있다.
이러한 정보 저장 매체를 생성하기 위해, 정보의 저장을 위한 방법이 여기에서 설명된다. 초기에, 세라믹 기판(150)이 제공된다. 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 다음으로, 세라믹 기판(150)은 제2 재료(170)의 층으로 코팅된다. 바람직하게는, 제2 재료(170)의 층은 두께가 50㎛ 이하이다. 세라믹 기판(150) 및 제2 재료(170)의 층을 포함하는 기입가능한 플레이트(110)는 사용할 준비가 될 때까지 보관될 수 있거나, 후속적으로 예를 들어 레이저 또는 포커싱된 입자 빔(190)을 사용하여 정보(120)로 인코딩될 수 있다. 레이저 또는 포커싱된 입자 빔(190)은 제2 재료(170)의 층을 향해 지향되고, 그 다음, 예를 들어 레이저 또는 포커싱된 입자 빔의 포커스 내에 드는 제2 재료(170)의 국부적 영역들을 가열하고, 그에 의해 이러한 국부적 영역들에 리세스들이 형성된다. 이 방법은 이제 더 상세하게 설명될 것이다.
초기에 제공되는 세라믹 기판(150)은 기입가능한 플레이트(110)의 중량 기준으로 재료의 대부분을 포함할 수 있다. 세라믹 기판(150)에 대해 다수의 상이한 재료가 사용될 수 있다. 특정 구성들에서, 세라믹 기판(150)은 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 또는 임의의 다른 산화 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하는 산화 세라믹을 포함한다. 대안적으로, 세라믹 기판은 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 및 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물, 또는 임의의 다른 비-산화 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하는 비-산화 세라믹을 포함할 수 있다. 존재하는 산화 또는 비-산화 세라믹의 양은 다양할 수 있다. 바람직하게는, 산화 또는 비-산화 세라믹의 양은 세라믹 기판(150)의 적어도 90 중량%를 구성한다. 더 바람직하게는, 산화 또는 비-산화 세라믹 기판의 양은 세라믹 기판(150)의 적어도 95 중량%를 구성한다. 하나의 바람직한 구성은 중량으로 측정된 적어도 90%의 Al2O3 또는 SiO2를 포함하는 세라믹 기판(150)이다.
제2 재료(170)는 세라믹 기판(150) 상에 층으로 형성된다. 제2 재료(170)의 층은 세라믹 기판(150)의 두께에 비해 얇은 층이며(도 1은 비례에 맞지 않음), 제2 층(170)의 두께는 바람직하게는 최대 50㎛이다. 제2 재료(170)는 주로 Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V와 같은 금속; CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3와 같은 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물; 또는 임의의 다른 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있고; 바람직하게는 제2 재료는 CrN, Cr2O3 및/또는 CrAlN을 포함한다.
하나의 바람직한 구성은 주로 CrN, Cr2O3 및/또는 CrAlN을 포함하는 제2 재료(170)의 층이다.
도 2는 물리적 기상 퇴적(PVD)을 사용하여 세라믹 기판(150) 상에 제2 재료(170)를 코팅하기 위한 예시적인 방법을 도시한다. PVD 프로세스에서, 세라믹 기판(150)은 제2 재료(162)의 소스(160)와 함께 물리적 기상 퇴적 챔버에 배치된다. 물리적 기상 퇴적 챔버가 진공 상태로 되고, 제2 재료(160)의 소스는 그 안에 포함된 제2 재료(162)의 상당 부분이 증발되거나 승화될 때까지 가열된다. 다음으로, 제2 재료의 부유 입자들(164)은 세라믹 기판(150)의 표면(152)과 접촉하여 그에 부착될 때까지 물리적 기상 퇴적 챔버 전체에 분산된다.
물리적 기상 퇴적은 금속 기판들을 코팅하는 데 일반적으로 사용되는 방법이지만, 세라믹 기판들을 코팅하는 것은 입자들이 부착되기 어려운 것으로 입증될 수 있다. 따라서, 세라믹 기판 표면(152)에 대한 제2 재료 입자들(164)의 부착력을 향상시키기 위해, 전도성 와이어 메쉬 또는 전도성 금속 플레이트(180)는 세라믹 기판(150)이 와이어 메쉬(180)와 제2 재료(162)의 소스(160) 사이에 위치되도록, 세라믹 기판(150)의 건너편에 위치될 수 있다. 전류를 전도할 때, 이러한 전도성 메쉬/플레이트(180)는 제2 재료(164)의 이온화된 입자들을 끌어당길 수 있고, 이들은 다음으로 세라믹 기판(150)의 표면(152)을 만나고 그에 맞닿아 유지되며, 그에 의해 이들은 다음으로 세라믹 기판의 표면(152)에 부착된다. 아래에 더 논의되는 바와 같이, 이러한 코팅 프로세스는 또한 세라믹 기판의 다수의 상이한 표면을 코팅하기 위해 반복될 수 있다.
세라믹 기판(150) 상에 제2 재료(170)의 층을 퇴적하는 것은 스퍼터링 또는 승화 샌드위치 코팅과 같은 다른 코팅 방법들을 사용하여 수행될 수 있다. 본질적으로, 제2 재료(170)의 층을 생성할 수 있는 임의의 방법이 사용될 수 있다. 제2 재료(170)가 반드시 전체 세라믹 기판(150)을 커버하는 것은 아닐 수 있다. 대신에, 세라믹 기판(150)의 일부분들 또는 세라믹 기판(150)의 단일 면(152)만이 제2 재료(170)로 코팅될 수 있다.
세라믹 기판(150)이 제2 재료(170)로 코팅되고 나면, 다음으로, 코팅된 세라믹 기판은 바람직하게는 임의적인 템퍼링 프로세스를 겪는다. 템퍼링은 일반적으로 재료의 강도 및/또는 다른 품질들을 향상시키는 프로세스로 이해된다. 세라믹의 경우, 템퍼링은 세라믹 아이템을 가열하여 그 화학적 성분들이 화학적 및/또는 물리적 변화들을 거치게 하고, 그에 의해 아이템이 고정되거나 경화되도록 하는 것을 수반할 수 있다. 코팅된 세라믹 기판의 템퍼링은 코팅된 세라믹 기판(150)을 200℃ 내지 4000℃ 범위, 바람직하게는 1000℃ 내지 2000℃ 범위 내의 온도로 가열하는 것을 수반할 수 있다. 템퍼링 프로세스는 시간당 적어도 10K의 온도 증가를 갖는 가열 위상, 적어도 1분 동안의 피크 온도에서의 안정기 위상, 및 마지막으로 시간당 적어도 10K의 온도 감소를 갖는 냉각 위상을 포함할 수 있다. 템퍼링 프로세스는 제2 재료(170)를 세라믹 기판(150)에 영구적으로 고정하는 것을 도울 수 있다. 일부 경우들에서, 제2 재료 층(170)의 일부는 하부의 세라믹 기판(150)에 화학적 본딩을 형성할 수 있다. 제2 재료(170)를 갖는 세라믹 기판(150)을 템퍼링한 후, 기입가능한 플레이트(110)가 형성된다. 기입가능한 플레이트(110)의 속성들은 기입가능한 플레이트(110) 내에서 사용된 정확한 재료들에 의해 결정된다. 기입가능한 플레이트(110)는 이제 보관되거나 곧바로 정보(120)로 인코딩될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 코팅된 기판은 정보 인코딩 전 및/또는 후에 추가적으로 또는 대안적으로 템퍼링될 수 있다.
도 3은 기입가능한 플레이트(110) 상의 정보의 인코딩을 도시한다. 인코딩 동안, 레이저 또는 포커싱된 입자 빔(190)은 시준된 레이저 광 또는 포커싱된 입자 빔을 기입가능한 플레이트(110)의 제2 재료(170)의 층 상으로 지향시킨다. 레이저 또는 포커싱된 입자 빔은 국부적 영역(175) 내의 제2 재료(170)의 부분을 변경하고, 그에 의해, 그것은 주변 제2 재료(170)로부터 (예를 들어, 광학적으로) 구별가능하게 된다. 도 3은 텍스트의 레이저 또는 포커싱된 입자 빔 임프린트를 개략적으로 보여주지만, 본 발명에 따른 복수의 비트의 인코딩은 정보의 디지털 인코딩에 가장 적합하다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 대안적으로, 기입가능한 플레이트(110) 상에 컬러 텍스트 또는 컬러 이미지를 제공하기 위해 사용될 수 있는 컬러 효과를 달성하기 위해 상이한 깊이들이 또한 사용될 수 있다.
바람직하게는, 레이저 또는 포커싱된 입자 빔은 제2 재료(170)의 국부적 영역(175)을 적어도 제2 재료(170)의 용융 온도 및/또는 분해 온도로 가열한다. 제2 재료(170)의 융점은 그것의 화학적 조성에 의존한다. 바람직하게는, 국부적 영역들(175)을 융점을 넘어 가열하는 것은 국부적 영역들을 적어도 3,000℃, 더 바람직하게는 적어도 3,200℃, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 3,500℃, 가장 바람직하게는 적어도 4,000℃의 온도로 가열하는 것을 수반할 수 있다. 이러한 고온들을 이러한 국부적 영역들에 제공하는 것은 국부적 영역들(175) 내의 제2 재료(170)의 급속한 팽창을 야기할 수 있다. 이러한 급속한 팽창은 국부적 영역들(175) 내의 제2 재료(170)가 제거 및/또는 기화되게 할 수 있다.
레이저 인코딩 방법들에 적합한 레이저 파장들은 10nm 내지 30㎛ 범위 내, 바람직하게는 100nm 내지 2,000nm 범위 내, 더 바람직하게는 150nm 내지 1,500nm 범위 내의 파장을 포함할 수 있다. 더 중요한 것은 각각의 리세스의 최소 크기를 지시하는 레이저 광 또는 포커싱된 입자 빔의 최소 초점 직경이다. 바람직하게는, 레이저 또는 포커싱된 입자 소스(190)는, 레이저 광 또는 포커싱된 입자 빔이 50㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 바람직하게는 100nm 이하, 더 바람직하게는 10nm 이하의 최소 초점 직경을 갖도록 포커싱할 수 있다.
기입가능한 플레이트(110)의 형태는 사용자의 필요 및 인코딩될 정보(120)의 유형들에 의해 결정될 수 있다. 일부 경우들에서, 기입가능한 플레이트(110)는 보관을 위해, 바람직하게는 200mm × 200mm 이하, 더 바람직하게는 100mm × 100mm 이하, 더 바람직하게는 10mm × 10mm 이하의 태블릿 형상으로 형성될 수 있다. 다른 경우들에서는, 30cm 이하, 더 바람직하게는 12cm 이하, 더 바람직하게는 8cm 이하의 직경을 갖는 컴퓨터 판독가능한 디스크 형상이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 정보 저장 매체(110)는 환경적 열화에 저항성을 갖고, 바람직하게는 정보 손실을 겪지 않고서 -273℃(0°K) 내지 1200℃의 온도들을 견딜 수 있다. 정보 저장 매체(100)는 또한 전자기 펄스, 수분 손상, 부식, 산 및/또는 다른 화학물질들에 저항성이 있을 수 있다. 여기에 설명된 정보 저장 매체(100)는 적어도 10년, 적어도 100년, 적어도 1000년, 더 바람직하게는 적어도 10,000년, 더 바람직하게는 적어도 100,000년의 기간 동안 정보(120)를 보존할 수 있다고 예상된다. 정보 저장 매체(100)를 지하 소금 돔(underground salt dome)에 보관하는 것을 포함하는 특정 보관 조건들에서, 정보 저장 매체는 정보를 적어도 백만년 동안 보존할 수 있다.
도 4는 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따른 정보의 장기 저장에 적합한 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다. 정보 저장 매체는 세라믹 기판(150)의 재료와 다른 상이한 제2 재료들의 4개의 층(171 내지 174)으로 코팅된 세라믹 기판(150)을 포함한다. 다시, 소결된 계면(도시되지 않음)이 적어도 세라믹 기판(150)과 4개의 층 중 최하위 층(171) 사이에 존재할 수 있다. 소결된 계면은 기판 재료 및 최하위 층(171)의 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 도 4에 도시된 실시예의 정보 저장 매체는 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스(10)를 포함하고, 복수의 리세스(10)는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응한다. 다시, 4비트 코드에 대응하는 16개의 상이한 깊이가 도 4에 도시된다.
그러나, 도 1에 도시된 실시예와 달리, 도 4에 도시된 실시예의 경우, 4개의 층(171 내지 174) 각각에 상이한 4개의 비트가 (상이한 깊이들에 의해) 인코딩된다. 4개의 층(171 내지 174)은 상이한 재료들로 만들어지기 때문에, 각각의 층의 광학적 응답은 상이할 수 있다. 달성된 깊이 정보는 예를 들어 광학적 응답과 상관될 수 있기 때문에, 이는 디코딩 동안 높은 정확도를 달성하는 것을 허용한다.
물론, 인코딩될 비트들의 수에 의존하여, 상이한 제2 재료들의 4개 초과 또는 미만의 층이 존재할 수 있다.
도 4에 도시된 다층 코팅에 대한 하나의 특히 바람직한 예는 기판(150) 상에 코팅된 금속 층(171) 및 금속 층(171) 상에 코팅된 (동일한 금속의) 금속 산화물층(172)을 갖는 2층 코팅이다. 그러한 2층 코팅이 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 입사 백색광으로 조명되는 경우, 입사광 1의 일부는 산화물 층에서 반사(2)되는 반면, 입사광 1의 다른 일부는 산화물 층 내로 굴절되고(3) 산화물/금속 계면에서 반사된다(4). 산화물 층에서 반사된 광 빔 및 금속 층에서 반사된 광 빔은 가시적 컬러를 초래하는 동위상일 수 있거나, 상기 컬러가 가시화되게 하지 않는 이상(out of phase)일 수 있다. 따라서, 특정 컬러(산화물 층 및 금속 층 둘 다의 굴절률들, 및 산화물 층의 두께에 의존함)는 산화물 층이 존재하는 곳이면 어디에서나 볼 수 있지만, 특정 리세스의 깊이가 이러한 특정 지점에서 상쇄 간섭을 초래하는 경우에는 보이지 않는다.
도 6은 상이한 TiO2 층 두께들(17nm, 24nm, 28nm, 31nm, 40nm 및 46nm)을 갖는 Ti/TiO2 이중 층에 대해 파장에 의존하는 레이저 광의 반사율을 보여주는 예시적인 그래프를 도시한다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 최소 반사율은 층 두께에 크게 의존하며, 약 400nm(두께 17nm)로부터 약 700nm(두께 46nm)로 시프트되어, 황색으로부터 청색으로 컬러 인상을 변경한다. 따라서, 전체 컬러 스펙트럼은 각각의 반사율 최소들에 대응하는 상이한 깊이들의 복수의 리세스로 인코딩될 수 있다.
따라서, 원칙적으로 금속/금속 산화물 층 시스템을 이용하고 리세스들의 상이한 깊이들을 통해 상이한 컬러들을 인코딩하는 다색 마이크로필름을 생성하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 정보의 장기 저장에 적합한 정보 저장 매체의 단면을 개략적으로 도시한다. 정보 저장 매체는 제2 재료(170)의 층으로 코팅된 세라믹 기판(150)을 포함한다. 다시, 소결된 계면(도시되지 않음)이 세라믹 기판(150)과 제2 재료(170)의 층 사이에 존재할 수 있으며, 여기서 소결된 계면은 기판 재료 및 제2 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함한다. 제2 재료(170)의 층의 표면은 복수의 나노구조물(20)을 포함하고, 여기서 복수의 나노구조물(20)은 상이한 광학적 속성들을 갖고, 각각의 광학적 속성은 미리 정의된 정보 비트에 대응한다. 도 7에 도시된 특정 예에서, 복수의 나노구조물(20)의 상이한 광학적 속성들은 소위 나노-리플들의 상이한 배향들에 대응한다. 도시된 예에서, 이러한 나노-리플들의 4가지 상이한 배향들은 2비트 코드에 대응하는 것으로 보여진다. 상이한 배향들을 갖는 이러한 나노-리플들은 다음과 같이 제조될 수 있다: 펨토초 레이저는 세라믹(예를 들어, CrN) 또는 금속(Cr) 표면들 상에 나노-리플들이고 칭해지는 물결 모양의 나노구조물들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 수십 내지 수백 개의 선형 편광된 펨토초 레이저 펄스들, 및 제거 임계값보다 훨씬 낮은 에너지 흐름은 편광 방향에 평행한, 위에서 언급된 나노 리플들을 생성한다.
몇가지 예가 아래에 설명될 것이다.
제1 예로서, CeramTec GmbH(독일)에서 입수가능한, 20cm×20cm의 치수를 가지며 적어도 96%의 Al2O3를 함유한 Rubalit 708s로 만들어진 세라믹 기판이 원료로서 사용되었다.
10cm×10cm의 크기와 1mm의 두께를 갖는 상기 세라믹 기판의 플레이트는 물리적 기상 퇴적을 사용하여 CrN 층으로 코팅되었다. 이러한 목적을 위해, 세라믹 플레이트는 10cm×10cm 크기의 강철로 만들어진 전기 전도성 플레이트 상에 장착되었다. 세라믹 플레이트는 전기 전도성 플레이트와 함께, Oerlikon Balzers AG(Lichtenstein)로부터 입수가능한 물리적 기상 퇴적 머신 내로 가져와졌다.
다음으로, 물리적 기상 퇴적은 Oerlikon Balzers AG로부터의 향상된 스퍼터링 프로세스 BALI-NIT® CNI를 사용하여 250℃ 미만의 프로세스 온도에서 수행되었다.
퇴적 후, 5㎛의 일정한 두께를 갖는 CrN 층이 세라믹 기판의 한 면(전기 전도성 플레이트를 향한 면의 반대)에 존재했다.
후속하여, 코팅된 세라믹 기판은 Nabertherm GmbH로부터 입수가능한 배치 노 모델(batch furnace model) "N 150/H"에서 템퍼링되었다. 템퍼링을 위해, 온도는 2시간 이내에 실온(20℃)으로부터 1,000℃로 상승되었다. 다음으로, 온도는 1,000℃로부터 1,200℃까지 100K/h의 속도로 증가되었고, 1,200℃의 최대 온도가 5분 동안 유지되었다. 다음으로, 기판은 6시간에 걸쳐 -200K/h의 속도로 냉각되었다.
템퍼링 후, 재료 스택은 적어도 96%의 Al2O3를 함유하는 Rubalit 708s로 이루어진 세라믹 기판, 약 5㎛의 두께를 갖는 CrN의 코팅 층, 및 약 1㎛의 두께를 갖는 Cr2O3의 추가 금속 산화물 층을 포함하였다. 유사한 금속 산화물 층들이 Z.B. Qi et al.(Thin Solid Films 544(2013), 515-520)에 설명되어 있다.
금속 산화물 표면은 어두운 녹색, 거의 흑색인 외관을 가졌다.
상기 재료 스택의 표면은 Light Conversion사로부터 입수가능한 펨토초 레이저 "CARBIDE"를 사용하여 상이한 깊이들을 갖는 10-20㎛ 폭의 가는 선들로 각인되었다. 각인에 사용된 레이저 파라미터들은 230fs 펄스 폭, 515nm 파장, 60kHz 및 100kHz 반복 레이트였다.
레이저는 사용된 펄스 수에 따라 4 내지 10㎛의 여러 깊이 레벨들에 도달하는 리세션들을 생성했다. 도 8a 및 도 8b는 상이한 배율들에서 Keyence VHX-7000 고해상도 4K 현미경으로 촬영된 상기 프로브의 표면의 현미경 사진들을 보여주며(두 개의 현미경 사진의 우측 하단에 있는 막대는 각각 1,000.00㎛ 및 100.00㎛에 대응함), 깊이(및 폭)는 좌측으로부터 우측으로 감소한다.
도 8c는 도 8b의 현미경 사진을 통한 섹션의 3D 가시화를 나타낸다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 리세션은 그 길이를 따라 실질적으로 일정한 폭 및 깊이를 갖는다. 도 8d는 도 8a의 현미경 사진의 섹션을 통한 단면 높이 프로파일을 보여준다. 다시, 깊이는 좌측으로부터 우측으로 명확하게 감소한다. 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 각각의 리세션의 깊이는 각인을 위해 사용되는 펄스 수에 의해 제어될 수 있고, 각각의 펄스는 500-1,000nm의 깊이를 생성한다.
흥미롭게도, 각인의 에지들은 초단파 펄스들의 냉각 제거 효과(쿨롱 폭발)로 인해 용융된 코팅 재료(CrN 및 Cr2O3)의 징후를 보이지 않는다.
제2 예로서, 제1 예에서 설명된 것과 동일한 재료 스택이 생성되었다.
상기 재료 스택의 표면은 56mm의 초점 길이를 사용하는 Spectra Physics Femtosecond-Laser Spirit-1040 HE30(1040nm, <400fs, 최대 120μJ)을 사용하여 상이한 깊이들을 갖는 1.92㎛ 폭의 가는 선들로 각인되었다. 각각의 레이저 펄스는 1㎛ 깊이를 갖는 라인 리세스를 각인했다. 동일한 스폿에서의 각각의 후속 펄스는 약 1㎛만큼 깊이를 증가시켰다. 따라서, 1㎛, 2㎛, 3㎛, 4㎛ 및 5㎛의 깊이들을 갖는 1.92㎛ 폭의 5개의 상이한 라인 리세스가 달성되었다. 도 9a 및 도 9b는 상이한 배율들에서 Keyence VHX-7000 고해상도 4K 현미경으로 촬영된 상기 프로브의 표면의 현미경 사진들을 보여주며(두 개의 현미경 사진의 좌측 상단에 있는 막대는 20㎛에 대응함), 깊이는 좌측으로부터 우측으로 증가한다.
제3 예로서, CeramTec GmbH에서 입수가능한, 22mm×7mm의 치수를 가지며 적어도 96%의 Al2O3를 함유한 Rubalit 708s로 만들어진 세라믹 기판이 Leybold Z400 퇴적 시스템에서 이하의 프로세스 파라미터들로 500nm CrN으로 코팅되었다:
· 3인치 Cr 타겟(Plansee Composite Materials GmbH)
· 5×10-6mbar 미만의 기본 압력
· 작동 가스 압력: 16/16 sccm/sccm의 N2/Ar 유속 비율에서 0.36 Pa
· DC 타겟 전력: 약 200W(0.5A로 전류 제어)
· 기판 가열 없음
· 기판 바이어스 없음(따라서, 부동 전위)
상기 프로브의 표면은 0.1nA 및 30kV에서(2*1014 J/m3 또는 0.2mJ/μm3에 대응함) 6.667 nC/μm3로 FEI Quanta 200 3D DFIB(Ga 이온 소스가 장착된 포커싱된 이온 빔 - FIB(focused ion beam) - 워크스테이션)를 사용하여, 상이한 깊이들의 30nm 폭의 가는 선들로 각인되었다. 이온 빔은 11.5nm 스폿 크기로 포커싱되었다. 포커싱된 이온 빔은 최초 통과에서 50nm 깊이로 새겼다. 추가 이온 빔 통과를 이용한 각각의 후속 각인은 약 50nm만큼 깊이를 증가시켰다. 따라서, 50nm, 100nm, 150nm, 200nm, 250nm 등의 깊이들을 갖는 30nm 폭의 10개의 상이한 라인 리세스가 달성될 수 있었다. 도 10은 FEI Quanta 250 FEG(전계 방출 건 주사 전자 현미경(field emission gun scanning electron microscope) - FEGSEM)으로 촬영된 상기 프로브의 표면의 SEM 이미지를 보여주고, 깊이는 좌측으로부터 우측으로 증가한다. SEM 이미지에서 두 개의 화살표로 식별된 간격은 30.0nm에 대응한다.
본 발명이 도면 및 전술한 설명에서 상세하게 도시되고 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 설명적이거나 예시적이며 비-제한적인 것으로 간주되어야 하고; 따라서 본 발명은 개시된 실시예들로 제한되지 않는다. 개시된 실시예들에 대한 변형들은 도면들, 개시내용 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 본 기술분야의 통상의 기술자들에 의해, 그리고 청구된 발명을 실시함으로써 이해되고 시행될 수 있다. 청구항들에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수 표현(부정관사 "a" 또는 "an")은 복수를 배제하지 않으며 "적어도 하나"를 의미할 수 있다.

Claims (60)

  1. 정보의 저장을 위한 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 세라믹 기판 상에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 상기 세라믹 기판의 표면에 복수의 리세스를 생성하는 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 방법.
  2. 정보의 저장을 위한 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계;
    상기 세라믹 기판을 상기 세라믹 기판의 재료와 다른 제2 재료의 층으로 코팅하는 단계; 및
    상기 제2 재료의 층에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 상기 제2 재료의 층의 표면에 복수의 리세스를 생성하는 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하고,
    코팅된 세라믹 기판은 상기 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로(optionally) 템퍼링되는, 방법.
  3. 정보의 저장을 위한 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계;
    상기 세라믹 기판을 상기 세라믹 기판의 재료와 다른, 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 코팅하는 단계; 및
    상기 제2 재료들의 층들에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 상기 제2 재료들의 층들에 복수의 리세스를 생성하는 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 갖고 상기 둘 이상의 층의 상이한 층들 내로 연장되고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하고,
    코팅된 세라믹 기판은 상기 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로 템퍼링되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 둘 이상의 층은 각각 1㎛ 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더 바람직하게는 10nm 미만의 두께를 갖는, 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 둘 이상의 층은 금속 층 및 금속 산화물 층을 포함하고, 상기 금속 층의 금속 원소와 상기 금속 산화물 층의 금속 원소는 바람직하게는 동일한, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스는 적어도 2개, 더 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 더 바람직하게는 적어도 6개, 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 깊이들을 갖고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 리세스는 상기 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔의 하나 이상의 펄스에 의해 형성되고, 각각의 리세스의 깊이는 다음 파라미터들: 상기 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔의 펄스들의 에너지, 펄스들의 지속시간, 펄스들의 수 중 하나 또는 그들의 조합에 의해 제어되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 적어도 1nm, 바람직하게는 적어도 10nm, 더 바람직하게는 적어도 30nm, 더 바람직하게는 적어도 50nm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70nm, 및 가장 바람직하게는 적어도 100nm이고, 및/또는
    상기 복수의 리세스 사이의 상기 최소 깊이 차이는 최대 5㎛, 바람직하게는 최대 1㎛, 더 바람직하게는 최대 500nm, 더 바람직하게는 최대 300nm, 훨씬 더 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 최대 100nm인, 방법.
  9. 정보의 저장을 위한 방법으로서,
    세라믹 기판을 제공하는 단계;
    상기 세라믹 기판을 상기 세라믹 기판의 재료와 다른 제2 재료의 층으로 코팅하는 단계; 및
    상기 제2 재료의 층에 정보를 인코딩하기 위해 레이저 및/또는 포커싱된 입자 빔을 사용하여 상기 제2 재료의 층의 표면에 복수의 나노구조물을 생성하는 단계
    를 포함하고, 상기 복수의 나노구조물은 상이한 광학적 속성들을 가지며, 각각의 광학적 속성은 미리 정의된 정보 비트에 대응하고,
    코팅된 세라믹 기판은 상기 코팅된 세라믹 기판의 내구성을 향상시키기 위해 정보 인코딩 전 및/또는 후에 임의적으로 템퍼링되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 나노구조물의 상기 상이한 광학적 속성들은 나노-리플들(nano-ripples)의 배향 또는 편광, 나노-리플들의 주파수 또는 파장, 나노-리플들의 진폭 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 나노-리플은 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 더 바람직하게는 적어도 5개, 더 바람직하게는 적어도 6개, 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭을 가지며, 각각의 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭은 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 산화 세라믹을 포함하고, 바람직하게는 상기 세라믹 기판은 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 또는 임의의 다른 산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 비-산화 세라믹을 포함하고, 바람직하게는 상기 세라믹 기판은 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 및 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물, 또는 임의의 다른 비-산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 Ni, Cr, Co, Fe, W, Mo 또는 융점이 1,400℃ 초과인 다른 금속들 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 세라믹 재료 및 상기 금속은 금속 매트릭스 복합체를 형성하는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 금속은 상기 세라믹 기판의 5-30 중량%, 바람직하게는 10-20 중량%에 달하는, 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 WC/Co-Ni-Mo, BN/Co-Ni-Mo, TiN/Co-Ni-Mo 및/또는 SiC/Co-Ni-Mo를 포함하는, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재료(들)는 Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V와 같은 금속; 또는 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3와 같은 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 또는 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물; 또는 임의의 다른 세라믹 재료와 같은 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하고; 바람직하게는 상기 제2 재료(들)는 CrN, Cr2O3, 및/또는 CrAlN을 포함하는, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판을 상기 제2 재료(들)의 층(들)으로 코팅하기 위해, 물리적 기상 퇴적, 스퍼터링, 화학적 기상 퇴적, 또는 임의의 다른 박막 코팅 방법이 사용되고, 바람직하게는 물리적 기상 퇴적 동안, 상기 세라믹 기판은 상기 제2 재료(들)의 소스와 전기 전도성 플레이트 및/또는 와이어 격자의 중간에 위치되는, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 세라믹 기판을 템퍼링하는 것은 상기 코팅된 세라믹 기판을 200℃ 내지 4,000℃ 범위, 바람직하게는 500℃ 내지 3,000℃ 범위, 더 바람직하게는 1,000℃ 내지 2,000℃ 범위 내의 온도로 가열하는 것을 포함하는, 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스들을 생성하는 단계는 상기 표면을 적어도 상기 제2 재료(들)의 용융 온도 및/또는 분해 온도, 바람직하게는 적어도 3,000℃, 바람직하게는 적어도 3,200℃, 더 바람직하게는 적어도 3,500℃, 가장 바람직하게는 적어도 4,000℃의 온도로 국부적으로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스들을 생성하는 단계는 재료 제거(material ablation)를 유도하는 쿨롱 폭발들(Coulomb explosions)을 야기하기 위해, 상기 코팅된 기판의 표면을 펨토초 레이저로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재료의 층 및/또는 상기 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층은 5㎛ 이하, 바람직하게는 2㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 100nm 이하, 가장 바람직하게는 10nm 이하의 두께를 갖는, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리세스들을 생성하는 단계는 상기 표면을 국부적으로 가열, 분해, 산화, 제거(ablate) 및/또는 기화하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 세라믹 기판을 템퍼링하는 것은 상기 세라믹 기판과 상기 제2 재료의 층 또는 상기 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 사이에 소결된 계면을 생성하는, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 소결된 계면은 기판 재료 및 상기 제2 재료(들) 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하는, 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 분위기에서 상기 코팅된 세라믹 기판을 템퍼링하는 것은 상기 제2 재료(들)의 층의 적어도 최상부 서브층의 산화를 야기하는, 방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저는 10nm 내지 30㎛ 범위, 바람직하게는 100nm 내지 2,000nm 범위, 더 바람직하게는 200nm 내지 1,500nm 범위 내의 파장을 갖는 레이저 광을 방출하는, 방법.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 광 또는 입자 빔은 50㎛ 이하, 바람직하게는 15㎛ 이하, 더 바람직하게는 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 100nm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 10nm 이하의 최소 초점 직경을 갖는, 방법.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅된 세라믹 기판의 영역들은 ㎠당 적어도 1 킬로바이트의 정보, 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 킬로바이트의 정보, 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 킬로바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 기가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 기가바이트의 정보를 포함하는, 방법.
  31. 세라믹 기판을 포함하는 정보 저장 매체로서,
    상기 세라믹 기판의 표면은 상기 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  32. 정보 저장 매체로서,
    제2 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판과 상기 제2 재료의 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 상기 제2 재료는 상기 세라믹 기판의 재료와 다르고, 상기 소결된 계면은 기판 재료 및 상기 제2 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 상기 제2 재료의 층은 상기 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  33. 정보 저장 매체로서,
    상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 적어도 상기 세라믹 기판과 상기 둘 이상의 층 중 최하위 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 상기 제2 재료들은 상기 세라믹 기판의 재료와 다르고, 상기 소결된 계면은 기판 재료 및 상기 최하위 층의 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 상기 정보 저장 매체는 상기 정보 저장 매체 상에 정보를 인코딩하는 복수의 리세스를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상이한 깊이들을 가지며, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  34. 제33항에 있어서, 상기 둘 이상의 층은 각각 1㎛ 미만, 바람직하게는 100nm 미만, 더 바람직하게는 10nm 미만의 두께를 갖는, 정보 저장 매체.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 상기 둘 이상의 층은 금속 층 및 금속 산화물 층을 포함하고, 상기 금속 층의 금속 원소와 상기 금속 산화물 층의 금속 원소는 바람직하게는 동일한, 정보 저장 매체.
  36. 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스는 적어도 2개, 더 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 6개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 깊이들을 갖고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  37. 제31항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 적어도 1nm, 바람직하게는 적어도 10nm, 더 바람직하게는 적어도 30nm, 더 바람직하게는 적어도 50nm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70nm, 및 가장 바람직하게는 적어도 100nm이고, 및/또는
    상기 복수의 리세스 사이의 상기 최소 깊이 차이는 최대 5㎛, 바람직하게는 최대 1㎛, 더 바람직하게는 최대 500nm, 더 바람직하게는 최대 300nm, 훨씬 더 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 최대 100nm인, 정보 저장 매체.
  38. 정보 저장 매체로서,
    제2 재료의 층으로 코팅된 세라믹 기판, 및 상기 세라믹 기판과 상기 제2 재료의 층 사이의 소결된 계면을 포함하고, 상기 제2 재료는 상기 세라믹 기판의 재료와 다르고, 상기 소결된 계면은 기판 재료 및 상기 제2 재료 둘 다로부터의 적어도 하나의 요소를 포함하고, 상기 제2 재료의 층의 표면은 복수의 나노구조물을 포함하고, 상기 복수의 나노구조물은 상이한 광학적 속성들을 가지며, 각각의 광학적 속성은 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  39. 제38항에 있어서, 상기 복수의 나노구조물의 상기 상이한 광학적 속성들은 나노-리플들의 배향 또는 편광, 나노-리플들의 주파수 또는 파장, 나노-리플들의 진폭 중 하나 이상을 포함하는, 정보 저장 매체.
  40. 제39항에 있어서, 상기 복수의 나노-리플은 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 더 바람직하게는 적어도 6개, 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 배향을 가지며, 각각의 배향, 편광, 주파수, 파장 또는 진폭은 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  41. 제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 산화 세라믹을 포함하고, 바람직하게는 상기 세라믹 기판은 Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3 또는 임의의 다른 산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함하는, 정보 저장 매체.
  42. 제31항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 비-산화 세라믹을 포함하고, 바람직하게는 상기 세라믹 기판은 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 및 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물, 또는 임의의 다른 비-산화 세라믹 재료 중 하나 또는 이들의 조합을 적어도 90 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량% 포함하는, 정보 저장 매체.
  43. 제31항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 Ni, Cr, Co, Fe, W, Mo 또는 융점이 1,400℃ 초과인 다른 금속들 중 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 정보 저장 매체.
  44. 제43항에 있어서, 상기 세라믹 재료 및 상기 금속은 금속 매트릭스 복합체를 형성하는, 정보 저장 매체.
  45. 제43항 또는 제44항에 있어서, 상기 금속은 상기 세라믹 기판의 5-30 중량%, 바람직하게는 10-20 중량%에 달하는, 정보 저장 매체.
  46. 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판은 WC/Co-Ni-Mo, BN/Co-Ni-Mo, TiN/Co-Ni-Mo 및/또는 SiC/Co-Ni-Mo를 포함하는, 정보 저장 매체.
  47. 제31항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재료(들)는 Cr, Co, Ni, Fe, Al, Ti, Si, W, Zr, Ta, Th, Nb, Mn, Mg, Hf, Mo, V와 같은 금속; 또는 CrN, CrAlN, TiN, TiCN, TiAlN, ZrN, AlN, VN, Si3N4, ThN, HfN, BN과 같은 금속 질화물; TiC, CrC, Al4C3, VC, ZrC, HfC, ThC, B4C, SiC와 같은 금속 탄화물; Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, ThO2, MgO, Cr2O3, Zr2O3, V2O3와 같은 금속 산화물; TiB2, ZrB2, CrB2, VB2, SiB6, ThB2, HfB2, WB2, WB4와 같은 금속 붕화물; 또는 TiSi2, ZrSi2, MoSi2, MoSi, WSi2, PtSi, Mg2Si와 같은 금속 규화물과 같은 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함하고; 바람직하게는 상기 제2 재료(들)는 CrN, Cr2O3, 및/또는 CrAlN을 포함하는, 정보 저장 매체.
  48. 제31항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재료의 층의 최상부, 또는 상기 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최상위 층의 최상부에 산화물 층을 더 포함하고, 상기 산화물 층은 바람직하게는 상기 제2 재료, 또는 상기 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층 중 최상위 층의 재료의 하나 이상의 산화물을 포함하는, 정보 저장 매체.
  49. 제31항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 재료(들)의 층(들)은 10㎛ 이하, 바람직하게는 3㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1㎛ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 100nm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 10nm 이하의 두께를 갖는, 정보 저장 매체.
  50. 제31항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정보 저장 매체의 영역들은 ㎠당 적어도 1 킬로바이트의 정보, 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 킬로바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 킬로바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 100 메가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 1 기가바이트의 정보, 훨씬 더 바람직하게는 ㎠당 적어도 10 기가바이트의 정보를 포함하는, 정보 저장 매체.
  51. 제31항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판, 소결된 층, 및 상기 제2 재료의 층 또는 상기 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층의 용융 온도는 1,000℃ 초과, 바람직하게는 1,200℃ 초과, 더 바람직하게는 1,300℃ 초과인, 정보 저장 매체.
  52. 제31항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 기판의 용융 온도는 상기 제2 재료의 층 또는 상이한 제2 재료들의 둘 이상의 층의 용융 온도 이하인, 정보 저장 매체.
  53. 제31항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스는 적어도 2개, 더 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 5개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 6개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 7개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 16개, 가장 바람직하게는 적어도 32개의 상이한 깊이들을 갖고, 각각의 깊이는 미리 정의된 정보 비트에 대응하는, 정보 저장 매체.
  54. 제31항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스 사이의 최소 깊이 차이는 적어도 1nm, 바람직하게는 적어도 10nm, 더 바람직하게는 적어도 30nm, 더 바람직하게는 적어도 50nm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 70nm, 및 가장 바람직하게는 적어도 100nm인, 정보 저장 매체.
  55. 제31항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 리세스 사이의 상기 최소 깊이 차이는 최대 5㎛, 바람직하게는 최대 1㎛, 더 바람직하게는 최대 500nm, 더 바람직하게는 최대 300nm, 훨씬 더 바람직하게는 최대 200nm, 가장 바람직하게는 최대 100nm인, 정보 저장 매체.
  56. 제31항 내지 제55항 중 어느 한 항의 정보 저장 매체의 장기 정보 저장을 위한 용도로서,
    바람직하게는 상기 정보 저장 매체는 적어도 10년, 바람직하게는 적어도 100년, 더 바람직하게는 적어도 1,000년, 더 바람직하게는 적어도 10,000년, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 100,000년의 기간 동안 보관되는, 용도.
  57. 제31항 내지 제55항 중 어느 한 항에 따른 정보 저장 매체에 인코딩된 정보를 디코딩하기 위한 방법으로서,
    제31항 내지 제55항 중 어느 한 항에 따른 정보 저장 매체를 제공하는 단계;
    상기 복수의 리세스의 적어도 서브세트의 깊이 또는 상기 복수의 나노구조물의 적어도 서브세트의 광학적 속성을 측정하는 단계; 및
    측정된 깊이들 또는 측정된 광학적 속성들에 대응하는 정보 비트들을 디코딩하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  58. 제57항에 있어서, 상기 깊이 또는 광학적 속성을 측정하는 단계는 레이저 빔, 및/또는 전자 빔과 같은 포커싱된 입자 빔을 사용하여 수행되는, 방법.
  59. 제57항 또는 제58항에 있어서, 상기 깊이를 측정하는 것은 간섭, 반사, 흡수, 타원편광법(ellipsometry), 주파수 콤 기법(frequency comb technique), STED 또는 STORM과 같은 형광 현미경검사, 광간섭 단층촬영, 주사 전자 현미경검사, (반사 또는 투과 광을 사용하는) 디지털 (이머전) 현미경검사 중 하나 또는 그들의 조합에 기초하는, 방법.
  60. 제57항 또는 제58항에 있어서, 상기 광학적 속성을 측정하는 것은 비간섭성 광 및/또는 레이저 광의 흡수, 투과, 반사, 편광, 간섭 중 하나 또는 그들의 조합에 기초하는, 방법.
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