TWI794633B - 用於長期儲存資訊的方法及用於長期儲存資訊的儲存媒體 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種資訊儲存媒體及一種用於長期儲存資訊的方法，該方法包括以下步驟：提供陶瓷基板；用第二材料的層塗覆該陶瓷基板，該第二材料與該陶瓷基板的材料不同，該層具有不大於10 µm的厚度；對塗覆的該陶瓷基板進行回火以形成可寫入板或碟；藉由使用雷射及/或聚焦的粒子束來操控該可寫入板或碟的局部區域，來將資訊編碼在該可寫入板或碟上。

Description

用於長期儲存資訊的方法及用於長期儲存資訊的儲存媒體

本發明係關於用於長期儲存資訊的方法及用於長期儲存的資訊儲存媒體。

目前，有各式各樣的訊息儲存選項可供選擇。隨著數位時代的到來，對廉價及高效的訊息儲存系統的需求已經迫在眉睫，並且出現了許多新的技術。然而，訊息儲存機制的激增帶來了某些無法預料的後果。當今的訊息儲存系統非常脆弱且容易損壞。儲存媒體（例如硬碟機及光碟）的使用壽命只有幾十年，並且只有在適當保存和維護它們的情況下才是如此。甚至較舊的技術（例如紙張及縮微膠卷）在最佳的情況下也只有幾個世紀的壽命。所有該等訊息儲存技術都對熱、濕氣、酸等等敏感，且因此可能容易劣化，從而導致訊息損失。

隨著對資料儲存的需求呈指數增長，用於儲存資料的方法變得越來越容易遭到破壞並且易受時間流逝的影響。然而，應保存許多類型的資訊以防自然劣化，以為後代確保資訊的延續。萬一發生自然災害（舉例而言，例如太陽發射的強電磁輻射），可能會損壞或破壞大量資料。因此，需要一種能夠抵抗環境劣化並因此能夠長時間儲存資訊的資訊儲存器。

本發明的目標是提供一種用於長期資訊儲存的方法及媒體。

利用獨立項的特徵實現了此目標。附屬項指的是較佳的實施例。

依據第一態樣，本發明與一種用於長期儲存資訊的方法相關。該方法包括以下步驟：提供陶瓷基板；用第二材料的層塗覆該陶瓷基板，該層具有不大於10 µm的厚度；對塗覆的該陶瓷基板進行回火以形成可寫入板；及藉由使用例如雷射或聚焦的粒子束（例如聚焦的離子束、聚焦的電子束等等）來操控該可寫入板的局部區域，以將資訊編碼在該可寫入板上。

操控該可寫入板的該等局部區域可以包括以下步驟：對該可寫入板的該等局部區域進行加熱、分解、氧化、燒蝕、及/或蒸發。若使用雷射，則雷射一般會加熱雷射束的衝擊區域，此轉而可以使得衝擊區域內或附近的材料分解、氧化、燒蝕、及/或蒸發。在聚焦粒子束的情況下，可以涉及其他的機制。例如，聚焦離子束的衝擊可以直接造成從衝擊區域燒蝕原子。

操控可寫入板的局部區域將資訊編碼在可寫入板上。此編碼可以基於各種物理及/或化學過程。較佳地，所述操控使得局部區域變得與周圍材料可區別。對於一些應用而言，此可以包括實現光學可區別性。然而，在其他的情況下（特別是，在編碼的結構太小時），僅能藉由例如掃描式電子顯微鏡或對另一種物理參數改變（例如磁性、介電、或導電性質）的測量來將局部區域與周圍材料區別開來。

用語「在光學上可區別」可以指由於色彩及/或暗/亮及/或反射的對比而由肉眼可區別。然而，該用語也包含可見光譜之外的光譜（例如紅外線及/或紫外線光譜）的光學差異。然後，局部區域可以藉由在光譜的相應部分中敏感的光學讀取器或掃描器而在光學上可區別。可以使用例如韋伯（Weber）對比來測量光學可區別性，其中編碼在可寫入板上的資訊的韋伯對比分數為較佳地至少1%、更佳地至少3%、又更佳地至少5%。對於由例如高度聚焦的粒子束所產生的小於200 nm的結構而言，即使紫外線光譜也不能產生令人滿意的結果。在該等情況下，可以使用掃描式電子顯微鏡（SEM）來掃描用奈米等級編碼的資訊。在測量光學參數以外的參數（例如磁性、介電、或導電性質）以供解碼的情況下，可以用類似的方式應用韋伯對比。例如，可以較佳的是，將物理參數p用於編碼。接著較佳的是，1-p_min /p_max 等於至少1%、更佳地至少3%、又更佳地至少5%，其中p_min 及p_max 分別與整個可寫入板上的參數p的最小值及最大值相關。

較佳地將第二材料的層直接塗覆到陶瓷基板上（亦即不存在任何中間層）以便在回火期間實現陶瓷基板與第二材料的層之間的強力結合。然而，回火可以在陶瓷基板與第二材料的層之間產生燒結的界面。燒結的界面可以包括來自基板材料及第二材料的至少一種元素，因為來自兩個相鄰的層中的一者的一或更多種元素可以擴散到兩個相鄰的層中的另一個層中。燒結的界面的存在可以進一步強化陶瓷基板與第二材料的層之間的結合。

第二材料的層較佳地是連續的，且較佳地延伸於陶瓷基板的大部分（例如至少80%、或至少90%）上、更佳地是延伸於整個陶瓷基板上。此允許一方面的局部區域與另一方面的基板的大部分或全部之間的光學對比相同。較佳地，第二材料與陶瓷基板的材料不同，亦即第二材料可以具有與陶瓷基板的材料不同的元素組成，或第二材料及陶瓷基板就它們顯微結構（例如它們的結晶狀態等等）的角度而言相異。然而，本發明僅需要操控局部區域之後一定的光學對比。因此，若操控的材料與周圍的材料在光學上可區別就足夠了。然而，在一些情況下，可以由移除局部區域中的材料而引起光學對比。技術人員將了解，也可以藉由如上文所概述的其他物理參數來實現對比。

回火是一種可以在某些材料（例如陶瓷及金屬）上執行以藉由變更材料的基礎物理或化學性質來改善它們的耐久性的製程。回火製程可以協助將第二材料永久固定到陶瓷基板。在一些情況下，第二材料的一部分可以對下伏的陶瓷基板形成化學鍵，舉例而言，例如金屬間鍵或陶瓷間鍵。回火可以改進基板與第二材料之間的黏著以及第二材料的層的硬度達至少5%、較佳地達至少10%。並且，回火可以如上文所論述地產生燒結的界面。

若在含有氧氣的大氣中執行回火，則第二材料的層的暴露於氧氣的表面或最頂子層可以至少部分地被氧化。因此，可以在第二材料的層的頂部上形成金屬氧化物層。此可以進一步增加硬度及/或熔點及/或對腐蝕性環境的抗性。

可以使用具有充足功率的雷射或聚焦的粒子束（例如聚焦的離子束、聚焦的電子束）來變更第二材料（及可選的金屬氧化物層）的局部區域，使得它們較佳地變得與材料的周圍部分可區別。取決於用於第二材料的特定材料，可以藉由入射的雷射光或粒子束來加熱、分解、氧化、燒蝕、及/或蒸發局部區域。因此，厚度小於10 µm的第二材料層允許容易及快速地藉由雷射光或粒子束來變更該等局部區域。在實驗期間，事實證明，若使用厚度擴展到10 µm的層，則精確地對資訊進行編碼要困難得多。然而，依據本發明的另一個態樣，第二材料的層的厚度大於10 µm。

提供如本文中所述的具有塗有第二材料層的回火的陶瓷基板的可寫入板允許在該可寫入板上進行資訊儲存，該資訊儲存能夠高度抵抗濕氣、電/磁場、酸、腐蝕性物質等等，使得編碼的可寫入板提供其他常用的資訊儲存媒體無法提供的耐久性。

較佳地，用於長期資訊儲存的方法的陶瓷基板包括氧化陶瓷，更佳地該陶瓷基板包括至少90重量百分比、最佳地至少95重量百分比的以下項目中的一者或組合：Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ 、或任何其他氧化陶瓷材料。已知該等材料在各種情況下特別耐久及/或抵抗環境劣化。因此，該等材料特別適於在不同的條件下進行長期儲存。特別較佳的是，陶瓷基板包括Al₂ O₃ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、及/或MgO中的一者或組合。

較佳地，陶瓷基板包括非氧化陶瓷，更佳地該陶瓷基板包括至少90重量百分比、最佳地至少95重量百分比的以下項目中的一者或組合：金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；及金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si，或任何其他非氧化陶瓷材料。已知該等材料在各種情況下特別耐久及/或抵抗環境劣化。因此，該等材料特別適於在不同的條件下進行長期儲存。特別較佳的是，陶瓷基板包括BN、CrSi₂ 、SiC、及/或SiB₆ 中的一者或組合。

較佳地，陶瓷基板包括Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的熔點的其他金屬中的一者或組合。較佳地，陶瓷材料及金屬形成金屬基質複合物，其中陶瓷材料分散在金屬或金屬合金中。較佳地，金屬等於陶瓷基板（亦即金屬基質複合物）的5-30重量百分比、較佳地10-20重量百分比。特別較佳的金屬基質複合物為：WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo、及/或SiC/Co-Ni-Mo。

較佳地，第二材料包括以下項目中的至少一者：金屬，例如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta、Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；或陶瓷材料，例如金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬氧化物，例如Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ ；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si；或任何其他陶瓷材料；較佳地其中該第二材料包括CrN及/或CrAlN。該等材料提供了充足的硬度及對環境劣化的抗性。並且，所述材料可以提供相對於下伏陶瓷基板充足的視覺對比。並且，實驗表明，一旦回火，該等材料就堅固地結合到上述的基板。因此，可以實現層與基板之間耐久、永久的連接。特別較佳的是，第二材料包括Co、Ni、B₄ C、HfC、Cr₂ O₃ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、SiB₆ 、Si₃ N₄ 、ThN、CrN、及/或CrAlN中的一者或組合。

在本發明的背景脈絡下，各種材料性質可以起著重要的作用。首先，基板及塗覆層的材料需要足夠耐久、穩定、且具抗性。並且，需要塗覆層與基板材料之間強力的結合或連接。此外，第二材料的層需要適於被本文中所論述的技術中的一或更多者操控。最後，可以利用兩種材料來建立足夠的對比是有益的。考慮到所有該等限制，以下材料組合是特別較佳的：Al₂ O₃ /CrN、Al₂ O₃ /Co、ZrO₂ /ZrB₂ 、Al₂ O₃ /SiC、SiB₆ /Cr₂ O₃ 、SiC/HfC、BN/ZrB₂ 、BN/ZrB₂ 、BN/B₄ C、BN/ThN、及CrSi₂ /Si₃ N₄ 。

一般而言，可以將適於實現薄塗層的任何技術用於用第二材料的層塗覆陶瓷基板，例如物理氣相沉積、濺射、化學氣相沉積、或任何其他的薄膜塗覆方法。較佳地，使用物理氣相沉積來用第二材料的層塗覆陶瓷基板。此特別允許可靠地提供非常薄的塗覆層，其連續地覆蓋基板而沒有任何可能被誤解為編碼的資訊的缺陷。因為可能難以將PVD用於上述材料中的一些，較佳的是，在物理氣相沉積期間，將陶瓷基板定位在第二材料的來源與導電板及/或線柵的中間。定位在陶瓷基板後方的板或柵有助於引導第二材料的蒸氣黏著到（不導電的）陶瓷基板。

較佳地，第二材料的層具有不大於10 µm、更佳地不大於5 µm、又更佳地不大於1 µm、又更佳地不大於100 nm、又更佳地不大於10 nm的厚度。

藉由提供第二材料的薄層，可以更快速且有效地執行對第二材料的局部區域的雷射或粒子束移除。並且，若第二材料的層更薄，則可以更精確地變更小得多的局部區域。因此，可以改善每個區域的資訊含量。

較佳地，對塗覆的陶瓷基板進行回火涉及將塗覆的陶瓷基板加熱到200℃到4,000℃的範圍內、更佳地1,000℃到2,000℃的範圍內的溫度。回火製程可以包括：加熱階段，其具有至少每小時10 K的溫度增加；高原階段，其處於峰值溫度達至少1分鐘；及最後的冷卻階段，其具有至少每小時10 K的溫度減少。回火製程可以協助硬化陶瓷基板及/或永久地將第二材料結合到陶瓷基板。

較佳地，將可寫入板的局部區域至少加熱到第二材料的熔化溫度，使得將第二材料的局部區域加熱到至少3,000℃、更佳地至少3,200℃、最佳地至少3,500℃、最佳地至少4,000℃的溫度。對可寫入台的局部區域的雷射或粒子束燒蝕可以露出下伏的陶瓷基板，導致操控的區域相對於可寫入板的其餘部分（在光學上）可區別的對比。

較佳地，雷射被配置為產生雷射光，該雷射光具有波長，該波長在10 nm到30 µm的範圍內、較佳地在100 nm到2,000 nm的範圍內、更佳地在200 nm到1,500 nm的範圍內。

較佳地，由雷射所發射的雷射光具有不大於50 µm、更佳地不大於15 µm、更佳地不大於10 µm、更佳地不大於5 µm、更佳地不大於1 µm、更佳地不大於500 nm、更佳地不大於100 nm的最小焦直徑。小的焦直徑允許用較高的密度將資訊編碼在可寫入板上。

較佳地，將超短脈波雷射（飛秒或阿秒脈波）用於對資訊進行編碼。此允許實現不大於10 µm的最小焦直徑及寬度不大於5 µm、更佳地不大於1 µm、更佳地不大於500 nm、更佳地不大於100 nm的結構。

較佳地，由聚焦粒子束設備所發射的粒子束具有不大於5 µm、更佳地不大於1 µm、更佳地不大於100 nm、更佳地不大於10 nm的最小焦直徑。極小的焦直徑允許用超高的密度將資訊編碼在可寫入板上。

較佳地，本方法更包括以下步驟：讀取編碼在可寫入板上的資訊，更佳地是使用數位掃描器、雷射掃描顯微鏡、或掃描式電子顯微鏡來讀取。

較佳地，將資訊編碼成類比格式，最佳地使用字母、符號、相片、圖片、影像、圖形、及/或其他形式來將資訊更佳地編碼成人類可讀格式。人類可讀資訊具有在沒有技術協助的情況下可用的益處。

較佳地，將資訊編碼成電腦可讀取格式，更佳地其中將該資訊編碼成數位格式，又更佳地其中將該資訊編碼為QR碼及/或iQR碼及/或任何其他的數位編碼及加密方法。電腦可讀取資訊具有將較大量的資料儲存在較小面積內的益處，且可以與現代或未來的技術相容。

較佳地，可寫入板的區域包括至少每平方公分1千位元組的資訊、更佳地至少每平方公分1萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分100萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1000萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分100億位元組的資訊。較大的資訊儲存密度允許儲存較大量的資訊。

依據第二態樣，本發明與一種用於長期儲存資訊的方法相關，該方法包括以下步驟：提供鎢基板；用第二材料的層塗覆該鎢基板，該層具有不大於10 µm的厚度；對塗覆的該基板進行回火以形成可寫入板；及藉由使用例如雷射或聚焦的粒子束（例如聚焦的離子束、聚焦的電子束等等）來操控該可寫入板的局部區域，以將資訊編碼在該可寫入板上。

因為Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金是極度耐久的材料，所以也可以藉由將Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金用作基板材料來實現上文關於陶瓷基板所論述的益處。單純藉由用Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金作為基板替換陶瓷基板，也可以在本發明的第二態樣的背景脈絡下採用上文關於依據利用陶瓷基板的第一態樣的方法所論述的所有特徵。

依據第三態樣，本發明與一種用於長期儲存資訊的資訊儲存媒體相關，該資訊儲存媒體包括可寫入板，該可寫入板包括塗有第二材料的層的陶瓷基板以及該陶瓷基板與該第二材料的該層之間的燒結的界面，其中該第二材料與該陶瓷基板的材料不同，其中該燒結的界面包括來自該基板材料及該第二材料的至少一種元素，其中該第二材料的該層具有不大於10 µm的厚度。

較佳地，資訊儲存媒體的陶瓷基板包括氧化陶瓷，更佳地其中該陶瓷基板包括至少90重量百分比、又更佳地至少95重量百分比的以下項目中的一者或組合：Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ 、或任何其他氧化陶瓷材料。

較佳地，資訊儲存媒體的陶瓷基板包括非氧化陶瓷，更佳地其中該陶瓷基板包括至少90重量百分比、又更佳地至少95重量百分比的以下項目中的一者或組合：金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；及金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si，或任何其他非氧化陶瓷材料。

特別較佳的是，陶瓷基板包括BN、CrSi₂ 、SiC、及/或SiB₆ 中的一者或組合。

較佳地，陶瓷基板包括Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的熔點的其他金屬中的一者或組合。較佳地，陶瓷材料及金屬形成金屬基質複合物，其中陶瓷材料分散在金屬或金屬合金中。較佳地，金屬等於陶瓷基板（亦即金屬基質複合物）的5-30重量百分比、較佳地10-20重量百分比。特別較佳的金屬基質複合物為：WC/Co-Ni-Mo、BN/Co-Ni-Mo、TiN/Co-Ni-Mo、及/或SiC/Co-Ni-Mo。

較佳地，資訊儲存媒體的第二材料包括以下項目中的至少一者：金屬，例如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta、Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬氧化物，例如Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ ；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si；或任何其他陶瓷材料；較佳地其中該第二材料包括CrN及/或CrAlN。

較佳地，第二材料的層具有不大於10 µm、更佳地不大於5 µm、又更佳地不大於1 µm、又更佳地不大於100 nm、又更佳地不大於10 nm的厚度。

較佳地，資訊儲存媒體更包括用第二材料的局部區域的形式編碼到可寫入板上的資訊，該等局部區域較佳地與周圍的第二材料可區別。可寫入板可以在其上有編碼或沒有編碼資訊的情況下長期儲存。

較佳地，第二材料的局部區域已經被雷射或粒子束處理過。對第二材料的雷射或粒子束燒蝕可以從局部區域完全移除第二材料。此可以在操控的區域與周圍的第二材料之間提供（在光學上）可區別的對比。

較佳地，用資訊區塊的方式將資訊分佈在可寫入板上，其中每個區塊均不大於100 mm×100 mm、更佳地不大於24 mm×36 mm、更佳地不大於10 mm×10 mm、更佳地不大於1 mm×1 mm、更佳地不大於0.1 mm×0.1 mm。資訊區塊可以幫助組織資訊及用由數位掃描器容易可讀取的方式呈現資訊。

較佳地，可寫入板的區域包括至少每平方公分1千位元組的資訊、更佳地至少每平方公分1萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分100萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1000萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分100億位元組的資訊。在可寫入板上提供高的資訊密度允許每個板儲存更多的資訊，且可以減少生產成本。

較佳地，陶瓷基板具有平板或電腦可讀取碟的形狀。平板或電腦可讀取碟的形狀可以允許電腦或數位掃描器容易讀取編碼的資訊且相容於現有的掃描系統。

依據第四態樣，本發明係關於一種用於長期儲存資訊的資訊儲存媒體，該資訊儲存媒體包括可寫入板，該可寫入板包括塗有第二材料的層的鎢基板以及該鎢基板與該第二材料的該層之間的燒結的界面，其中該第二材料與該基板的材料不同，其中該燒結的界面包括來自該基板材料及該第二材料的至少一種元素，其中該第二材料的該層具有不大於10 µm的厚度。

因為Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金是極度耐久的材料，所以也可以藉由將Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金用作基板來實現上文關於陶瓷基板所論述的益處。單純藉由用Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo、或具有大於1,400℃的高熔點的其他金屬的合金作為基板替換陶瓷基板，亦可以在本發明的第四態樣的背景脈絡下採用上文關於依據利用陶瓷基板的第三態樣的資訊儲存媒體所論述的所有特徵。

依據第五態樣，本發明與一種將資訊儲存媒體用於長期資訊儲存的用途相關。

較佳地，在使用時，將可寫入板儲存達至少10年、更佳地至少100年、更佳地至少1,000年、更佳地至少10,000年、又更佳地至少100,000年的時間。

原則上，在圖式中將相同的參考符號提供給相同的部件。

圖1繪示依據本發明的資訊儲存媒體100的示意版本。資訊儲存媒體100包括可寫入板110。在此實例中，可寫入板110已經編碼有資訊120。

為了產生此類資訊儲存媒體100，本文中描述了用於長期儲存資訊的方法。起初，提供陶瓷基板150（參照圖3），然後用第二材料170的層塗覆陶瓷基板150。第二材料170的層的厚度不大於50 µm。在塗覆陶瓷基板150之後，使第二材料170經受回火製程以形成可寫入板110。可寫入板可以被儲存直到準備好使用為止，或可以隨後使用例如雷射190來編碼為具有資訊120。雷射190朝向第二材料170的層引導，然後例如加熱第二材料170的落在雷射束的射束之內的局部區域，使得該等局部區域接著變得例如與周圍的第二材料170在光學上可區別。現將更詳細地描述此方法。

起初提供的陶瓷基板150可以包括可寫入板110的大部分的材料重量百分比。多種不同的材料可以用於陶瓷基板150。在某些配置中，陶瓷基板150包括氧化陶瓷，該氧化陶瓷包括以下項目中的至少一者：Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ 、或任何其他的氧化陶瓷材料。或者，陶瓷基板可以包括非氧化陶瓷，該非氧化陶瓷包括以下項目中的至少一者：金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；及金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si，或任何其他非氧化陶瓷材料。存在的氧化或非氧化陶瓷的量可以變化。較佳地，氧化或非氧化陶瓷的量佔陶瓷基板150的至少90重量百分比。更佳地，氧化或非氧化陶瓷基板的量佔陶瓷基板150的至少95重量百分比。一個較佳的配置是陶瓷基板150包括至少90重量百分比的Al₂ O₃ 。

第二材料170被形成為陶瓷基板150上的層。與陶瓷基板150的厚度相比，第二材料170的層是薄的層，第二層170的厚度最多50 µm。第二材料170可以主要包括以下項目中的至少一者：金屬，例如Cr、Co、Ni、Fe、Al、Ti、Si、W、Zr、Ta、Th、Nb、Mn、Mg、Hf、Mo、V；金屬氮化物，例如CrN、CrAlN、TiN、TiCN、TiAlN、ZrN、AlN、VN、Si₃ N₄ 、ThN、HfN、BN；金屬碳化物，例如TiC、CrC、Al₄ C₃ 、VC、ZrC、HfC、ThC、B₄ C、SiC；金屬氧化物，例如Al₂ O₃ 、TiO₂ 、SiO₂ 、ZrO₂ 、ThO₂ 、MgO、Cr₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、V₂ O₃ ；金屬硼化物，例如TiB₂ 、ZrB₂ 、CrB₂ 、VB₂ 、SiB₆ 、ThB₂ 、HfB₂ 、WB₂ 、WB₄ ；金屬矽化物，例如TiSi₂ 、ZrSi₂ 、MoSi₂ 、WSi₂ 、PtSi、Mg₂ Si；或任何其他陶瓷材料；較佳地其中該第二材料包括CrN及/或CrAlN。

一個較佳的配置是第二材料170的層主要包括CrN及/或CrAlN。重要的是，用於第二層170的材料在回火之後相對於陶瓷基板150的材料提供了足夠程度的例如光學對比。

就色彩及/或亮度的角度而言，光學對比的程度可以對人類觀察者可見。或者，光學對比可以在不可見的波長中由自動化系統所偵測到。然後，局部區域可以藉由在光譜的相應部分中敏感的光學讀取器或掃描器而在光學上可區別。可以使用韋伯（Weber）對比來測量光學對比，其中編碼在可寫入板上的資訊的韋伯對比分數為較佳地至少1%、更佳地至少3%、更佳地至少5%。然而，在其他的情況下（特別是，在編碼的結構太小時），僅能藉由例如掃描式電子顯微鏡或對另一種物理參數改變的測量來將局部區域與周圍材料區別開來。

圖2繪示用於使用物理氣相沉積（PVD）來將第二材料170塗覆到陶瓷基板150上的示例性方法。在PVD製程中，將陶瓷基板150與第二材料源160一起安置到物理氣相沉積腔室中。在物理氣相沉積腔室上抽真空，且加熱第二材料源160，直到包含在其中的第二材料162的大部分蒸發或升華為止。第二材料的空中傳播的顆粒164接著分散在整個物理氣相沉積腔室內，直到它們接觸陶瓷基板150的表面152且黏著到該表面為止。

雖然物理氣相沉積是常用於塗覆金屬基板的方法，但塗覆陶瓷基板可以證明讓顆粒黏著到陶瓷基板是有挑戰性的。因此，為了改善第二材料顆粒164對陶瓷基板表面152的黏著，可以將導電金屬絲網或導電金屬板180安置在陶瓷基板150的遠側上，使得陶瓷基板150定位在金屬絲網180與第二材料源160之間。此類導電網格/板180在傳導電流時可以吸引第二材料164的離子化的顆粒，該等離子化的顆粒接著遭遇陶瓷基板150的表面152並且保持抵著彼處，使得它們接著黏著到陶瓷基板的表面152。也可以重複此塗覆製程以塗覆陶瓷基板的多個不同表面。

可以使用其他的塗覆方法來執行將第二材料170的層沉積在陶瓷基板150上，例如濺射或升華夾層塗覆。基本上，可以使用能夠產生厚度最大為50 µm的第二材料170的層的任何方法。較佳地，第二材料的層可以具有最大10 µm的厚度。更佳地，第二材料170可以具有5 µm的最大厚度。又更佳地，第二材料170可以具有1 µm、又更佳地不大於100 nm、又更佳地不大於10 nm的最大厚度。第二材料170的薄層的有利之處可以在於，對可寫入板110的雷射或粒子束燒蝕可以接著是更容易的，從而造成更快速、更少能量消耗的編碼過程。第二材料170可以不一定覆蓋整個陶瓷基板150。而是，可以用第二材料170僅塗覆陶瓷基板150的一部分或陶瓷基板150的單個側面152。

一旦用第二材料170塗覆了陶瓷基板150，接著就使塗覆的陶瓷基板經歷回火製程。一般將回火了解為是改善材料的強度及/或其他品質的製程。在陶瓷的情況下，回火可以涉及加熱陶瓷物品，使其化學成分經歷化學及/或物理改變，使得物品變得穩定或硬化。對塗覆的陶瓷基板進行回火可以涉及將塗覆的陶瓷基板150加熱到200℃到4000℃的範圍內、較佳地1000℃到2000℃的範圍內的溫度。回火製程可以包括：加熱階段，其具有至少每小時10 K的溫度增加；高原階段，其處於峰值溫度達至少1分鐘；及最後的冷卻階段，其具有至少每小時10 K的溫度減少。回火製程可以協助將第二材料170永久固定到陶瓷基板150。在一些情況下，第二材料層170的一部分可以對下伏的陶瓷基板150形成化學鍵。在將陶瓷基板150與第二材料170一起進行回火之後，形成了可寫入板110。可寫入板110的性質由可寫入板110內所使用的確切材料所決定。現在可以將可寫入板110儲存或直接編碼為具有資訊120。

圖3描繪將資訊編碼到可寫入板110上。在編碼期間，雷射190將準直的雷射光引導到可寫入板110的第二材料170的層上。雷射束變更第二材料170在局部區域175內的部分，使得該部分與周圍的第二材料170（在光學上）可區別。較佳地，雷射或聚焦的粒子束將第二材料170的局部區域175至少加熱到第二材料170的熔化溫度。第二材料170的熔點取決於其化學組成。較佳地，將局部區域175加熱到超過熔點可以涉及將局部區域加熱到至少3,000℃、更佳地至少3,200℃、且更佳地至少3,500℃、最佳地至少4,000℃的溫度。賦予該等局部區域如此高的溫度可以使得局部區域175內的第二材料170快速膨脹。此種快速膨脹可以使得局部區域175內的第二材料170被燒蝕及/或蒸發。因為第二材料170相對於下伏的陶瓷基板150提供了光學對比，可以藉由雷射或聚焦的粒子束來將局部區域175形成成符號、字母、線、相片、圖片、影像、圖形、或其他的形式，藉此將資訊編碼到可寫入板110中。較佳地，編碼的資訊120相對於第二材料170的其餘部分展現了至少1%、更佳地至少3%、更佳地至少5%的韋伯對比分數。在較佳的配置中，第二材料170在回火之後展現出不透明的灰色/黑色色彩，而陶瓷基板150展現出黃色/白色色彩。因此，在雷射或聚焦的粒子束編碼之後，資訊儲存媒體100相對於深色的背景展現出白色的字母/符號。

用於雷射編碼方法的合適雷射波長可以包括在10 nm到30 µm的範圍內、較佳地在100 nm到2000 nm的範圍內、更佳地在200 nm到1500 nm的範圍內的波長。進一步重要的是雷射光或聚焦粒子束的最小焦直徑，其指示可以編碼在可寫入板110上的符號、字母、相片、圖片、影像、圖形、及/或其他形式的最小尺寸。較佳地，雷射或聚焦的粒子束190能夠將雷射光或聚焦的粒子束聚焦到具有不大於50 µm、較佳地不大於15 µm、更佳地不大於10 µm的最小焦直徑。在此類條件下，2,500 dpi的解析度是可能的，從而允許將5,000個符號/字母編碼在1平方公分的空間內。此亦可以使得能夠在單個20 cm×20 cm的可寫入板內用每頁2,000個字母印刷1000頁的書（約2百萬個符號/字母）。

若字母/符號夠大，則可以由眼睛執行讀出編碼的文字的操作。較佳地，可以藉由使用數位掃描器使用諸如光學字符辨識（OCR）等方法來讀出編碼的資訊。此類數位掃描器可以用更易於人類閱讀的尺寸快速及準確地再生編碼的資訊。如先前所述，可以使用多種不同的格式將資訊120編碼在可寫入板110上。可以使用字母、符號、相片、圖片、影像、圖形、及/或其他的形式將資訊120編碼成人類可讀的格式。亦可以使用例如QR碼或iQR碼及/或任何其他的數位編碼及加密方法將資訊120編碼成電腦可讀取的格式。此類電腦可讀取編碼方法的使用可以用來進一步增加資訊儲存媒體100的資訊密度。例如，iQR碼可以允許將40,000個字符儲存在1平方公分內，或相當於將8-16百萬位元組儲存在20 cm×20 cm的可寫入板上。較佳地，可寫入板可以儲存最少每平方公分1千位元組的資訊、更佳地至少每平方公分1萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10萬位元組的資訊、且又更佳地至少每平方公分100萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1000萬位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分1億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分10億位元組的資訊、又更佳地至少每平方公分100億位元組的資訊。

為了容易讀取及/或掃描，可以將資訊編碼到可寫入板上且在相異的區塊內。該等資訊區塊(在圖1中指示為B)較佳地不大於100mm乘100mm，更佳地不大於24mm乘36mm，更佳地不大於10mm乘10mm，更佳地不大於1mm乘1mm，更佳地不大於0.1mm乘0.1mm。

可以由使用者的需要及待編碼的資訊120的類型決定可寫入板110的形式。在一些情況下，可以將可寫入板110形成成平板形狀以供儲存，其較佳地不大於200mm乘200mm，更佳地不大於100mm乘100mm，更佳地不大於10mm乘10mm。在其他的情況下，直徑不大於30cm、更佳地不大於12cm、更佳地不大於8cm的電腦可讀取碟形狀可以是較佳的。

依據本發明的資訊儲存媒體100能夠抵抗環境劣化且較佳地能夠耐得住-273℃(0K)與1200℃之間的溫度而不會遭受資訊損失。資訊儲存媒體100也可以抵抗電磁脈波、水損傷、腐蝕、酸、及/或其他化學物質。可以預期，如本文中所述的資訊儲存媒體100可以保存資訊120達至少10年、較佳地至少100年、更佳地至少1,000年、較佳地至少10,000年、更佳地至少100,000年的時間段。在某些儲存條件（包括將資訊儲存媒體100儲存在地下鹽丘內）下，資訊儲存媒體可以能夠保存資訊達至少1百萬年。

下文將描述一個特別較佳的實例。

將由在CeramTec GmbH（德國）處可取得的含有至少96%的Al₂ O₃ 且具有20 cm×20 cm的尺度的Rubalit 708s製成的陶瓷基板用作原料。

使用物理氣相沉積用CrN層塗覆具有10 cm×10 cm的尺寸及1 mm的厚度的所述陶瓷基板的板。為此目的，將陶瓷板安裝在由鋼製成且尺寸為10 cm×10 cm的導電板上。將陶瓷板與導電板一起送入從Oerlikon Balzers AG（利希滕斯泰因（Lichtenstein））可取得的物理氣相沉積機器。

接著在小於250℃的製程溫度下使用來自Oerlikon Balzers AG的增強濺射製程BALI- NIT® CNI來執行物理氣相沉積。

在沉積之後，具有3 µm的恆定厚度的CrN層出現在陶瓷基板的一側（其與面向導電板的側面相對）上。

隨後，在從Nabertherm GmbH可取得的批式爐模型「N 150/H」中對塗覆的陶瓷基板進行回火。為了回火，在2小時內將溫度從室溫（20℃）升高到1,000℃。接著用100 K/h的速率將溫度從1,000℃增加到1,200℃，且維持1,200℃的最大溫度達5分鐘。隨後，在6小時內用-200 K/h的速率冷卻基板。

在回火之後，材料堆疊包括陶瓷基板、厚度為約2-2.5 µm的CrN塗覆層、及厚度為約0.5-1 µm的Cr₂ O₃ 的另外的金屬氧化物層。類似的金屬氧化物層已被描述於Z.B. Qi等人的論文（Thin Solid Films期刊第544卷（2013年）第515-520頁）中。

金屬氧化物表面具有深色、幾乎黑色的外觀。

使用從Trotec Laser GmbH（澳洲）可取得的ProMarker 100雷射，將具有單行字型的文字及QR碼寫入到兩個上部的塗層中。為此目的，在20 kHz的頻率下施加功率最大為5W的1064 nm的波長下的100 ns的脈波。

藉由具有100 mm的焦距的透鏡來將雷射光聚焦。雷射光的焦點具有約25 µm的寬度，從而產生寬度為約15 µm的編碼結構或1,750 dpi的微銘刻。

編碼的線/表面具有淺色、幾乎白色的外觀，且相對於深色金屬氧化物環繞表面清楚可見。圖示銘刻的產品的細節的相片示於圖4中。

雖然已經在附圖及前述說明中詳細地說明及描述了本發明，但要將此類說明及描述認為是說明性或示例性且非限制性的；因此，本發明不限於所揭露的實施例。可以藉由本領域中的技術人員且根據對附圖、揭示內容、及隨附請求項的研究實行所請求保護的發明來了解及實現所揭露的實施例的變型。在請求項中，用字「包括」並不排除其他構件或步驟，且不定冠詞「一」不排除複數且可以意指「至少一個」。

100:資訊儲存媒體 110:可寫入板 120:資訊 150:陶瓷基板 152:表面 160:第二材料源 162:第二材料 164:顆粒 170:第二材料 175:局部區域 180:導電金屬絲網或導電金屬板 190:雷射 B:資訊區塊

將參照較佳的示例性實施例在以下文本中更詳細地解釋本發明的標的，該等較佳的示例性實施例繪示在附圖中，在該等附圖中：

圖1示意性地描繪用於長期儲存資訊的資訊儲存媒體；

圖2示意性地描繪塗覆陶瓷基板的物理氣相沉積的製程的實例；

圖3示意性地圖示使用雷射來將可寫入板編碼為具有資訊的實例的透視圖；及

圖4圖示依據一個實例的雕刻的產品的相片。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:資訊儲存媒體

110:可寫入板

120:資訊

B:資訊區塊

Claims (16)

1. 一種用於長期儲存資訊的方法，該方法包括以下步驟：提供一陶瓷基板(150)；用一第二材料(170)的一層塗覆該陶瓷基板(150)，該第二材料(170)與該陶瓷基板(150)的材料不同，該層具有不大於10μm的一厚度；對塗覆的該陶瓷基板進行回火以形成一可寫入板(110)；藉由使用一雷射及/或一聚焦的粒子束來操控該可寫入板(110)的局部區域，來將資訊(120)編碼在該可寫入板(110)上。
2. 如請求項1所述的方法，其中該陶瓷基板(150)包括一氧化陶瓷或一非氧化陶瓷。
3. 如請求項1-2中的任一者所述的方法，其中該陶瓷基板(150)包括一陶瓷材料及一金屬，其中該金屬包括以下項目中的一者或一組合：Ni、Cr、Co、Fe、W、Mo。
4. 如請求項3所述的方法，其中該陶瓷材料及該金屬形成一金屬基質複合物。
5. 如請求項1-2中任一者所述的方法，其中該第二材料包括以下項目中的至少一者：一金屬或一陶瓷材料。
6. 如請求項1-2中任一者所述的方法，其中操 控該可寫入板(110)的該等局部區域包括以下步驟：對該等局部區域進行加熱、分解、氧化、燒蝕、及/或蒸發及/或使得至少部分地從該可寫入板(110)的該等局部區域移除該第二材料的該層。
7. 如請求項1-2中任一者所述的方法，其中對塗覆的該陶瓷基板進行回火在該陶瓷基板(150)與該第二材料(170)的該層之間產生一燒結的界面。
8. 如請求項1-2中任一者所述的方法，其中對塗覆的該陶瓷基板進行回火至少使得該第二材料(170)的該層的一最頂子層氧化及其中操控該可寫入板(110)的該等局部區域使得至少部分地從該可寫入板(110)的該等局部區域移除氧化的該子層。
9. 一種用於長期儲存資訊的資訊儲存媒體(100)，該資訊儲存媒體(100)包括一可寫入板(110)，該可寫入板(110)包括塗有一第二材料(170)的一層的一陶瓷基板(150)以及該陶瓷基板(150)與該第二材料(170)的該層之間的一燒結的界面，其中該第二材料與該陶瓷基板(150)的材料不同，其中該燒結的界面包括來自該基板材料及該第二材料的至少一種元素，且其中該第二材料的該層具有不大於10μm的一厚度。
10. 如請求項9所述的資訊儲存媒體，其中該陶瓷基板(150)包括至少90重量百分比的以下項目中的一者或一組合：Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、ZrO₂、ThO₂、MgO、Cr₂O₃、Zr₂O₃、V₂O₃。
11. 如請求項9所述的資訊儲存媒體，其中該陶瓷基板(150)包括至少90重量百分比的以下項目中的一者或一組合：一金屬氮化物；一金屬碳化物；一金屬硼化物及一金屬矽化物。
12. 如請求項9-11中的任一者所述的資訊儲存媒體，其中該第二材料包括以下項目中的至少一者：一金屬或一陶瓷材料。
13. 如請求項9-11中的任一者所述的資訊儲存媒體，該資訊儲存媒體(100)更包括用該第二材料的局部區域的形式編碼到該可寫入板(110)上的資訊(120)。
14. 如請求項9-11中的任一者所述的資訊儲存媒體，更包括：一氧化物層，位在該第二材料(170)的該層的頂部上，其中該氧化物層包括該第二材料的一或更多種氧化物。
15. 如請求項14所述的資訊儲存媒體，該資訊儲存媒體(100)更包括用該氧化物層的局部區域的形式編碼到該可寫入板(110)上的資訊(120)。
16. 如請求項9-11中的任一者所述的資訊儲存媒體，其中該可寫入板(110)的區域包括至少每平方公分1千位元組的資訊。

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