DE3204076A1 - Speichermedium - Google Patents

Speichermedium

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichermedium mit einem Substrat und einer darauf liegenden, Strahlung, insbesondere Licht der Wellenlänge eines Speicherstrahls, insbesondere eines Lichtstrahls absorbierenden Absorptionsschicht. Das Speichermedium soll insbesondere in einem eine Informationsspur aufweisenden Informationsträger einzusetzen sein.
Informationen können durch Belichten eines Teils eines optischen Speichermediums bzw. -materials, aufgezeichnet werden, indem die optischen Eigenschaften der belichteten Bereiche lokal verändert werden. Das einfachste derartige Speichermediüm besteht aus einer Schicht aus lichtabsorbierendem Material auf einem Substrat, wobei die Information durch örtliches Schmelzen oder Abblättern der absorbierenden Schicht in Form von Grübchen oder Löchern aufgezeichnet wird. Durch die Gegenwart der Grübchen oder Löcher werden die örtliche Durchlässigkeit und/oder das Reflexionsvermögen des Speichermediums verändert. Wenigstens eine- dieser Änderungen wird beim Wiedergeben der Information erfaßt.
In der US-PS 40 97 895 wird ein optisches Speichermedium mit einer eine lichtreflektierende Schicht bedekkenden, lichtabsorbierenden Schicht beschrieben. Die Dicke der Absorptionsschicht wird dabei so gewählt, daß das Reflexionsvermögen des gesamten Speichermediums vermindert wird. In der US-PS 42 16 501 wird ein optisches Drei-Schicht-Speichermedium vorgeschlagen, in welchem zwischen die Reflexions- und Absorptionsschichten eine transparente ■ Distanzschicht eingefügt ist. Dieses Drei-Schicht-System ermöglicht im Vergleich zum bisherigen Zwei-Schicht-System die Anwendung einer erweiterten Gruppe von Herstellungsmaterialien bei niedrigerem Reflexionsvermögen des Speichermediums bzw. eines daraus hergestellten Informationsträgers.
Schließlich wird in der deutschen Patentanmeldung P 31 18 058.2 ein Informationsträger mit einer Deckschicht auf der Absorptionsschicht beschrieben. In diesem Träger können Informationen aufgezeichnet, gelöscht und wieder aufgezeichnet werden. Durch die Deckschicht werden. -. bis zu einer Maximalenergie' - irreversible Aufzeichnungen, z.B. die Bildung eines' Lochs oder einer Grube in der Absorptionsschicht, bei Belichtung mit einem eine Information aufzeichnenden oder einem eine Information löschenden Schreiblichtstrahl verhindert.
Der Erfindung liegt die' Aufgabe zugrunde, ein Speichermedium zu schaffen, das den für den Schreibstrahl für reversible Aufzeichnungen zulässigen Energiebereich erweitert. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Absorptionsschicht mindestens einen .aus absorbierendem, insbesondere lichtabsorbierendem Material bestehenden, reversibel von einem ersten in einen zweiten Zustand mit voneinander abweichenden optischen Eigenschaften umzuschaltenden Speicherbezirk enthält und daß der Speicherbezirk in einer aus einem eine irreversible Änderung der optischen Eigenschaften seines Materials hemmende Matrix eingebettet ist. Gemäß weiterer Erfindung kann das Speichermedium Teil eines eine Informationsspur aufweisenden Informationsträgers sein, wobei die Informationsspur .in der Absorptionsschicht eine Reihe von Speicherzonen mit reversibel von einem von dem Zustand im restlichen Teil der Absorptionsschicht abweichende optische Eigenschaften besitzenden Zustand umgeschalteten Speicherbezirken enthält.
Das erfindungsgemäße Speichermedium besteht also aus einer auf einem Substrat liegenden Absorptionsschicht, welche einen oder mehrere aus einem absorbierenden Material bestehenden Bezirke bzw. Bereiche enthält. Diese Bezirke sollen reversibel von einem ersten Zustand bzw. Original-Zustand in einen zweiten Zustand mit vom ersten Zustand abweichenden optischen Eigenschaften umzuschalten sein und werden deshalb in eine Matrix eingebettet, die aus einem eine irreversible Änderung der optischen Eigenschaften des Materials der Speicherbezirke hemmenden Material besteht. Ein entsprechender Informationsträger enthält das Speichermedium mit einer aus einer Reihe von Speicherzonen in der Absorptionsschicht bestehenden Informationsspur. Jede der Speicherzonen besteht aus einem oder mehreren der vorgenannten, reversibel von einem Zustand mit vom Original-Zustand abweichenden optischen Eigenschaften umgeschalteten Speicherbezirken, durch die das Reflexionsvermögen des Informationsträgers in den Speicherzonen geändert wird. Die Absorptionsschicht kann daher auch als aus gekörntem Material, nämlich aus den Speicherbereichen aus lichtempfindlichem Material in einer isolierenden Matrix bestehend beschrieben werden.
Anhand der schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 Querschnitte durch eine erste, zweite und dritte Ausführungsform eines optischen Speichermediums; und
Fig. 4 bis 6 Querschnitte durch Informationsträger mit Speichermedien gemäß Fig. 1 bis 3.
Fig. 1 zeigt ein reversibles optisches Speichermedium 10 mit einem Substrat 12, einer auf einer Hauptfläche des Substrats 12 liegenden Unterlagsschicht 14 und einer darauf· liegenden, lichtabsorbierenden Schicht 16. Die Absorptionsschicht 16 besteht aus einem granulierten Material und enthält Speicherbezirke 18 aus einem lichtabsorbierenden Material, die in eine Matrix 20 eingebettet sind. Auf der Absorptionsschicht 16 liegt eine Deckschicht 22. In den folgenden Figuren werden ähnliche Teile mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel·eines reversiblen optischen Speichermediums 30, das auf der Unterlagsschicht 14 zusätzlich eine lichtreflektierende Schicht 32 besitzt. Das reversible optische Aufzeichnungsmedium 40 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält zusätzlich . auf der Reflexionsschicht 32 eine Distanzschicht 42.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1- bis 3 kann das Substrat aus Glas oder einem Kunststoff, zum Beispiel Polyvinylchlorid oder Polymethylmethakrylat, typisch in Form einer Scheibe, bestehen. Das Substrat 12 kann aber auch aus einem Material, wie Aluminium hergestellt werden, welches Strahlung der Speicherwellenlänge reflektiert, so daß die Funktionen des Substrats 12 und der Reflexionsschicht 32 von Fig. 2 und 3 kombiniert werden.
Die Unterlagsschicht 14 besitzt eine mikroskopisch glatte Oberfläche und besteht aus einem Material, zum Beispiel Epoxy- oder Akrylharz, das einen nichtkonformen Überzug auf der Oberfläche des Substrats 12 bildet.
Die Absorptionsschicht 16 nach Fig. 1 bis 3 wird aus einem granulierten Material hergestellt. Diesey soll aus den aus einem lichtabsorbierenden, ersten Material bestehenden Speicherbezirken und einem damit unmischbaren zweiten Macerial zusammengesetzt sein. Das beispielsweise aus einem Halbleiter oder einem Metall .bestehende erste Material soll dabei gewissermaßen in eine Matrix des beispielsweise .aus einem Isolator bestehenden zweiten Materials eingebettet sein. Die optischen Eigenschaften.eines granulierten Materials werden bestimmt durch die optischen Eigenschaften der die Speicherbereiche und die Matrix bildenden Materialien und durch den von den Speicherbereichen eingenommenen Volumenanteil der Matrix. Hierzu wird verwiesen auf den Aufsatz von Cohen et al in der Zeitschrift "Physical Review" B8, 3689 (1973).
Erfindungsgemäß werden die Speicherbezirke aus einem Material hergestellt, welches Strahlung der Wellenlänge des Speicherstrahls absorbiert und welches reversibel aus seinem Original-Zustand in einen zweiten Zustand mit bezüglich der Lese-Wellenlänge vom Ursprungszustand abweichenden optischen Eigenschaften umzuschalten ist. Mit der reversiblen Umschaltbarkeit ist dabei gemeint, daß nach, dem Umschalten in den zweiten Zustand ein Rückschalten in etwa in den die ursprünglichen optischen Eigenschaften aufweisenden Original-Zustand durch einen auf das Speichermedium bzw. die Speicherbezirke gerichteten Löschlichtstrahl oder durch Erwärmen möglich ist. Änderungen der optischen Eigenschaften des Materials der Speicherbezirke führen zu einer Änderung der optischen Eigenschaften des granulierten Materials, das die Speicherbezirke umfaßt. Die daraus resultierende Änderung in den örtlichen optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht hat eine entsprechende örtliche Änderung der Durchlässigkeit oder des Reflexionsvermögens des Speichermediums zur Folge.
- ίο -
Die Änderung der optischen Eigenschaften des Speichermediums bzw. der Absorptionsschicht kann dabei Änderungen des Brechungsindex und/oder des Extinktionskoeffiziehten oder, eine Änderung in optischen Konstanten höherer Ordnung, zum Beispiel eine Änderung von magrieto-optischen oder elektro-optischen Koeffizienten umfassen. Vorteilhafte Materialien zum Herstellen der Speicherbezirke- sind Tellur, Selen oder Legierungen mit Selen und/oder Tellur, Arsentriselinid, Arsentrisulfid oder andere Chalkogenid-Legierungen, in denen die absorbierte Strahlung eine Änderung des Kristallinitätsgrades hervorruft und dadurch die optischen Eigenschaften der Speicherbezirke ändert. Statt dessen können die Speicherbezirke auch aus einem magneto-optischen Material, zum Beispiel Mangän-Wismut oder Platin-Kobalt, oder aber auch aus einem elektro-optischen Material zusammengesetzt werden. In diesen letztgenannten Materialien wird durch aus dem Speicherlichtstrahl absorbiertes Licht eine örtliche Änderung der magnetischen oder elektrischen Polarisation der Speicherbezirke hervorgerufen und dadurch eine Änderung der optischen Polarisation eines am Speichermedium reflektierten oder durch das Speichermedium durchgegangenen Leselichtstrahls bewirkt.
Die Speicherbezirke können aber auch aus Materialien hergestellt werden, die an sich charakteristisch reversible Eigenschaften nicht besitzen. Hierzu gehören Wismut, Indium, Blei, Rhodium und Zinn. Bei diesen Materialien kann eine irreversible Aufzeichnung durch Änderung der Größe oder Form der Speicherbezirke oder durch Reißen der Schicht auftreten.
Die Matrix kann aus. einem dielektrischen bzw. isolierenden Material, zum Beispiel aus einem Oxid von Silizium, Aluminium, Titan oder Magnesium bestehen. Die Aufgabe des die Speicherbezirke umgebenden Materials der Matrix besteht darin, das Entstehen einer irreversiblen Verformung, zum Beispiel einer Öffnung im Speicherbezirk oder einer örtlichen Änderung der Form der Speicherbezirke, zu hemmen bzw. zu verhindern. Das Ergebnis dieser Hemmwirkung' ist eine Vergrößerung des für den Speicherstrahl zulässigen Energiebereichs, d.h. des Energiebereichs, aus dem das Material- der Speicherbezirke, mit der Folge einer reversiblen Änderung der optischen Eigenschaften der Speicherbezirke bestrahlt werden kann. Die Bedeutung eines granulierten Materials liegt dabei darin, daß ein Speicherbezirk, dessen optische Eigenschaften geändert werden, von allen Seiten von einem Material umgeben wird, das das Entstehen einer irreversiblen Verformung, z.B. eines Lochs, im Material des Speicherbezirks verhindert bzw. hemmt.
In früheren Speichermedien, z.B. in denen nach den US-PS'en 40 97 895 und 42 16 501, wird beim Belichten mit einem Schreiblichtstrahl ein Loch bzw. eine Grube in der Absorptionsschicht erzeugt. Typisch geschieht das durch örtliches Schmelzen der Schicht und darauf folgendes Zusammenlaufen eines Teils des geschmolzenen Materials infolge von Oberflächenspannungen, so daß ein von einer das Material der Öffnung enthaltenden' Kante umgebenes Loch zurückbleibt. Die Betrachtung des Gleichgewichts zwischen der Oberflächenenergie einer geschmolzenen Fläche und der Oberflächenenergie eines entsprechenden Lochs mit umgebender Kante zeigt, daß das Loch nur gebildet werden kann, wenn der Durchmesser des geschmolzenen Materialbereichs eine bestimmte Größe überschreitet.
Wenn der Durchmesser der geschmolzenen Fläche kleiner ist als diese kritische Größe, kann sich kein Loch bilden. Mit ganz besonderem Vorteil wird daher die Dimension der Speicherbezirke unterhalb der für das Entstehen eines Lochs kritischen Größe gehalten, so daß die Wahrscheinlichkeit des Entstehens einer irreversiblen Änderung im Absorptionsmaterial noch weiter vermindert wird. Typische Dimensionen eines solchen Speicherbezirks liegen- unterhalb von etwa 100 Nanometern, vorzugsweise zwischen etwa 2 und 30 Nanometern. Gemäß weiterer Erfindung ist..es ferner auch sehr vorteilhaft, wenn die Größe eines Speicherbezirks kleiner ist als etwa 10 % des Durchmessers des fokussierten.Schreibstrahls, so daß Schwankungen der Zahl der Speicherbezirke in unterschiedliche Zonen ein nennenswertes Rauschen beim Auslesen nicht zur Folge haben.
Die die Speicherbezirke und die diese umgebende Matrix umfassende Absorptionsschicht kann durch gleichzeitiges Aufdampfen oder Aufsprühen der die Speicherbezirke und die Matrix bildenden Elemente niedergeschlagen werden. Vorzugsweise wird die Schicht durch gleichzeitiges Aufsprühen von einem die gewünschten Anteile der Elemente enthaltenden Target unter Anwendung der Technik gemäß US-PS 40 10 312 niedergeschlagen. Der von den Speicherbezirken eingenommene Volumenanteil wird durch die Zusammensetzung des Targets und der Sprühgeometrie bestimmt. Zu den die Dimensionen der individuellen Speicherbezirke bestimmenden Faktoren gehören der Volümenanteil der Speicherbezirke und die Temperatur des Substrats, auf dem die Absorptionsschicht niedergeschlagen wird. Je niedriger die Temperatur ■ des Substrats desto kleiner werden die Teilchen, die in einem gegebenen Volumenanteil die Speicherbezirke bilden.
In der Ein-Schicht-Struktur gemäß Fig. 1 wird die Dicke der Absorptionsschicht 16 so gewählt, daß ein Gleichgewicht zwischen Absorption und Reflexion für die Speicherund Leselichtstrahlen erzielt wird. In der Zwei-Schicht-Struktur nach Fig. 2 wird die Dicke der Absorptionsschicht 16 den optischen Konstanten der Reflexions- und Absorptionsschichten so zugeordnet, daß das Reflexionsvermögen für Licht der Speicherwellenlänge vermindert, vorzugsweise minimiert, wird. In der Drei-Schicht-Struktur nach Fig. 3 "wird die Dicke der Absorptionsschicht 16 so mit Rücksicht auf die Dicke der Distanzschicht 42 und die optischen Konstanten der Reflexions-, Distanz- und Absorptionsschichten ausgewählt, daß das Reflexionsvermögen des Speichermediums bei der Speicherwellenlänge vermindert, vorzugsweise minimiert ist.
Der Fachmann weiß, daß andere Dicken benutzt werden können. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Schichtdicken so auszuwählen, daß eine bestimmte Änderung der optischen Eigenschaften des Speichermediums zu einer maximalen Änderung von dessen Reflexionsvermögen führt.
Die Reflexionsschicht 32 soll vorzugsweise einen wesentlichen Bruchteil, wenigstens 50 %, des einfallenden Lichtes 'bei der Speicher- und Lesewellenlänge reflektieren. Die Re'flexionsschicht wird typisch aus einem Metall, wie Aluminium oder Gold, mit hohem Reflexionsvermögen bei den fraglichen Wellenlängen gebildet. Die Reflexionsschicht 32 soll ferner vorzugsweise etwa 30 bis 80 Nanometer dick sein und mit Hilfe einer Vakuum-Aufdampftechnik auf die Oberfläche des Substrats 12 oder diejenige der Unterlagsschicht 14 niedergeschlagen werden. Alternativ kann auch ein isolierender Ein- oder Mehr-Schicht-Reflektor benutzt werden. Die Distanzschicht 42 ist bei
den Wellenlängen der Speicher- und Lesestrahlen vorzugsweise transparent und wird beispielsweise aus einem üxid von Silizium, Titan oder Aluminium ' hergestellt. Diese Materialien können durch Elektronenstrahl-Aufdampftechniken niedergeschlagen werden. Alternativ können auch organische Materialien, die das Bilden einer glatten, im wesentlichen defektfreien Beschichtung ermöglichen, verwendet werden. Die organischen Materialien können durch Aufdampfen, Schleuderbesehichten oder Glimmentladung auf die Reflexionsschicht aufgebracht werden.
Die vorzugsweise zwischen etwa 0,05 und etwa 1 Millimeter dicke Deckschicht 22 kann auf die Absorptionsschicht 16 aufgebracht werden, um durch von der Umgebung her auf das Speichermedium niedergeschlagenen Oberflächenstaub herrührende Signalfehler zu eliminieren oder zu reduzieren. Ein brauchbares Material für die Deckschicht ist am vorliegenden Fall beispielsweise ein Silikon, ein Akryl- oder ein Epoxyharz. Wenn eine Deckschicht benutzt wird, müssen deren optische Konstanten ebenfalls in Betracht gezogen werden, wenn die optimalen Dicken der Reflexions-, Distanz- und Absorptionsschichten bestimmt werden.
Mit Hilfe einer Einrichtung nach der bereits genannten Patentanmeldung P 31 18 058.2 kann in dem Speichermedium eine Informationsspur gebildet werden, indem das Speichermedium mit einem modulierten Speicherlichtstrahl mit zum Verändern der optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht ausreichender Intensität und Zeitdauer belichtet wird'. In den Fig. 4 bis 6 .werden die Schichten der Komponenten der Informationsträger 50, 60 bzw. 70 mit dense, lben Bezugszeichen wie in den Speichermedien gemäß Fig. 1 bis 3 bezeichnet. In jedem Fall wird die Information
in Form einer Spur in der Absorptionsschicht 16 aufgezeichnet, wobei die Spur aus einer Reihe von jeweils aus einem oder mehreren Speicherbezirken 54 bestehenden Speicherzonen 52 zusammengesetzt wird, in denen die optischen Eigenschaften der Speicherbezirke 54 bei der Lesewellenlänge reversibel von einem Original-Zustand in einen zweiten Zustand umgeschaltet sind. Zur Absorptionsschicht 16 gehört ferner eine Reihe von Zonen 56, die jeder aus einem oder mehreren noch die ursprünglichen optischen Eigenschaften oder jedenfalls doch von denjenigen der Speicherbezirke 54 abweichende optische Eigenschaften aufweisenden Speicherbezirken 58 bestehen. Die Information kann als Variation von Länge und/oder Abstand der umgeschalteten Zonen kodiert werden. Die Variationen in der Durchlässigkeit oder im Reflexionsvermögen werden optisch erfaßt und in ein für die aufgezeichnete Information repräsentatives elektrisches Signal umgewandelt.
9 fu/br·

Claims (15)

  1. Drv-lng.
  2. Reimar König "-·"· "■ -Dipl.- fn-g.- Kl a us Bergen
  3. Cecilienallee 76
  4. 4 Düsseldorf 3O Telefon 45SOO8 Patentanwälte
  5. 5. Februar 1982
    34 331 B
    RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,
    New York, N.Y. 10020 (V.St.A.).
    "Speichermedium" Patentansprüche:
    (O Speichermedium mit einem Substrat (12) und einer darauf liegenden,- Strahlung, insbesondere Licht der Wellenlänge eines Speicherstrahls, insbesondere Lichtstrahls, absorbierenden Absorptionsschicht (16), dadurch gekennzeichnet, · daß die Absorptionsschicht (16). mindestens einen aus absorbierendem, insbesondere lichtabsorbierendem Material bestehenden, reversibel von einem ersten in einen zweiten Zustand voneinander abweichender optischer Eigenschaften umzuschaltenden Speicherbezirk (18) enthält und daß der Speicherbezirk (18) in eine aus einem eine irreversible Änderung der optischen Eigenschaften seines Materials hemmende Matrix (20) eingebettet ist.
    2. Speichermedium nach Anspruch 1 in einem eine Informationsspur (52) aufweisenden Informationsträger, dadurch, gekennzeichnet, daß die Informationsspur in der Absorptionsschicht (16) mehrere Speicherzonen (52) mit reversibel in einen von dem Zustand im restlichen Teil (56) der Absorptionsschicht (16) abweichende optische Eigenschaften besitzenden Zustand umgeschalteten Speicherbezirken (54) enthält.
    3. Speichermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß. sich der abweichende optische Eigenschaften aufweisende, zweite Zustand vom ersten Zustand bzw. Original-Zustand durch den Kirstallisationsgrad unterscheidet. ■
    4. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Lichtreflexionsschichf -(32) zwischen der Absorptionsschicht (16) und dem Substrat (12).
    5. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4', dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Absorptionsschicht (16) zur Verminderung des Reflexionsvermögens des Mediums an die optischen Konstanten der Reflexions- und Absorptionsschicht (32,. 16) angepaßt ist. _ . .
  6. 6. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Distanzschicht (42) zwischen der Reflexionsschicht (32) und der Absorptionsschicht (16).
  7. 7. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Absorptionsschicht (16) zur Verminderung des Reflexionsvermögens des Mediums an die Dicke der Distanzschicht (42) und die optischen Konstanten der Reflexions-, Distanz- und Absorptionsschichten (32,' 42, 16) angepaßt ist.
  8. 8. Speichermedium nacn einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzschicht (42) aus Oxid von Silizium, Aluminium, Magnesium oder Titan besteht.
  9. 9. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherbezirke (18) aus Tellur, Selen, Tellur oder Selen enthaltenden Legierungen, Chalkogenid-Legierungen, Arsentrisulfid oder Arsentriselenid bestehen.
  10. 10. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (20) aus Oxid von Silizium, Aluminium, Titan oder Magnesium besteht.
  11. 11. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Absorptionsschicht (16) eine Deckschicht (22) liegt.
  12. 12. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen eines Speicherbezirks (18) unterhalb von etwa 100 Nanometern liegen.
  13. 13. Speichermedium nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen eines Speicherbezirks (18) zwischen etwa 2 und etwa 30 Nanometern liegen.
  14. 14. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen eines Speicherbezirks (18) unterhalb der für eine irreversible Formveränderung kritischen Größe liegen.
    -A-
  15. 15. Speichermedium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen eines Speicherbezirks kleiner als etwa 10% des Durchmessers des Schreib- oder Lesestrahls liegen.
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