含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜的製作方法
2023-09-19 04:15:15
專利名稱：含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜的製作方法
技術領域：
本發明屬於光存儲技術領域，是一種含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜。
背景技術：
以光碟為代表的光數據存儲器件已成為當代信息社會中不可缺少的信息載體，在數據和活動圖象的存儲等方面得到了廣泛應用。隨著高清晰度數位電視、數字攝、錄像機、數字電影以及海量網絡和衛星數據下載的發展普及，需要更高存儲密度的光存儲器。目前的各種光碟驅動器(如CD和DVD驅動器)，其物鏡距記錄介質較遠(毫米級)，屬於遠場光存儲。由於衍射效應，焦點處記錄點直徑與記錄雷射波長(λ)成正比而與光學系統的數值孔徑(NA)成反比，空間解析度最高只能達到λ/2NA。
由於光在近場傳播中不受衍射極限效應的限制，在理論上幾乎可以無限制地縮小光斑尺寸，近場光存儲技術成為實現超高密度存儲的一種有效方法。近場光突破衍射極限的原理是雖然光通過小孔(小孔的尺寸小於衍射極限)會衍射到各個方向，但是在小孔後的近場範圍內(一般小於λ/10)，光束的束寬約等於小孔的尺寸，而不取決于波長的大小，從而可以記錄讀出超過衍射極限的超精細結構。近年來，掃描近場光學顯微鏡和固態浸沒透鏡技術用於超高密度光存儲成為研究熱點。但在實際應用中，掃描探針或者固態浸沒透鏡光頭的飛行高度必須精確控制在λ/10量級(約幾十納米)，這對於高速旋轉的光碟系統是難以實現的。超分辨近場結構(Super-RENS)技術是近年來發展起來的一種基於掩膜結構的新型近場超分辨光存儲技術。它利用超分辨掩膜產生微小光場，透過掩膜層和記錄層之間的薄介質層(厚度約幾十納米)近場作用於記錄介質上，實現超衍射極限的超精細結構的記錄讀出，巧妙地解決了上述高速掃描中近場飛行高度的控制問題，極具實用化前景。
掩膜是超分辨近場結構的核心部分，到目前主要有含有銻(Sb)層(見J.Tominaga etc.，The Near-Field Super-Resolution Propertiesof an Antimony Thin Film，Jpn.J.Appl.Phys.1998，37(11A)L1323-L1325)、氧化銀(AgOx)層(見L.Q.Men，High-density opticaldata storage using scattering-mode superresolution near-fieldstructure，2001，Proc.SPIE，4085204-208)和氧化鉑(PtOx)層(見T.Kikukawa etc.，Rigid bubble pit formation and huge signalenhancement in super-resolution near-field structure disk withplatinum-oxide layer，Appl.Phys.Lett.，2002，81(25)4697-4699)的近場超分辨掩膜。然而，上述技術中掩膜減小有效光斑主要靠聚焦雷射在無機掩膜材料上產生的熱效應，主要適用於轉化溫度較高的無機相變和磁光記錄介質，輻照中高溫也會對記錄點和基片產生損害，從而在實際應用中受到限制。
發明內容
本發明要解決的問題在於有效地改善上述現有技術的困難，提供一種含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，依靠超過一定功率密度閾值的聚焦雷射在掩膜材料上產生的光子效應有效縮小光斑，並可光致產生納米金屬顆粒(或團簇)，實現近場光信號的表面等離子體增強。
本發明的技術解決方案是一種含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，依次包括保護層、有金屬有機化合物層和保護層，其特點是所述的保護層均由氮化矽、或硫化鋅、或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的金屬有機化合物層由四氰基對苯醌二甲烷銀(AgTCNQ)、或四氰基對苯醌二甲烷銅(CuTCNQ)、或四氰基對苯醌二甲烷鋁(AlTCNQ)、或四氰基對苯醌二甲烷鉑(PtTCNQ)、或四氰基對苯醌二甲烷金(AuTCNQ)構成。
所述的保護層的成分為氮化矽、或硫化鋅、或硫化鋅∶二氧化矽＝17∶3的混合材料。所述的保護層的較佳厚度為20nm。所述的金屬有機化合物層為厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷銀膜、或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷銅膜、或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷鋁膜、或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷鉑膜、或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷金膜。
本發明的技術效果與在先技術相比，本發明不再依賴掩膜材料的熱效應來縮小光斑，而是依靠其光致電子轉移導致的變色效應，與此同時，利用光致產生的納米金屬顆粒(或團簇)可實現近場光信號的表面等離子體增強。採用該種掩膜，具有對入射光響應時間快、對記錄介質和基片的熱損傷小、近場光信號強等優點，它可以達到記錄讀出超分辨記錄點的目的。特別適用於光致變色或熱轉變溫度相對較低的有機或無機記錄介質。
圖1本發明中含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜結構示意圖。
圖2本發明中近場超分辨光存儲樣品結構示意圖。
具體實施例方式本發明的掩膜結構如圖1所示，包括保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3。保護層1和保護層3用於防止金屬有機化合物層2受到破壞，金屬有機化合物層2用於縮小光斑和實現近場光信號增強。
本發明掩膜中的保護層1和保護層3均由厚度20nm的氮化矽、或硫化鋅、或硫化鋅與二氧化矽(比例17∶3)混合材料構成；有金屬有機化合物層2由厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷銀或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷銅或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷鋁或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷鉑或厚度為10～40nm的四氰基對苯醌二甲烷金構成，根據實施的具體情況選取不同材料和膜厚。保護層1、有金屬有機化合物層2和保護層3聯合構成掩膜4參見圖2。
圖2是本發明的近場超分辨光存儲樣品的結構圖，樣品由基片6、記錄介質5、掩膜4構成。
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
實施例1在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法(真空度2.7×10-3Pa)，在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，有金屬有機化合物層2為厚度為10nm的四氰基對苯醌二甲烷銀。
當用功率密度超過1.3×103W/cm2的、波長為514.5nm的聚焦雷射作用於掩膜4中的金屬有機化合物層2上時，作用中心區域在514.5nm波長處透過率上升超過30％，並產生不規則分布的尺寸為50-150nm的納米銀顆粒，可以起到超分辨近場增強作用。
實施例2在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法(真空度2.7×10-3Pa)，在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為40nm的四氰基對苯醌二甲烷銀。
當用功率密度超過1.3×103W/cm2的、波長為514.5nm的聚焦雷射作用於掩膜4中的金屬有機化合物層2上時，作用中心區域在514.5nm波長處透過率上升超過50％，並產生不規則分布的尺寸為50-150nm的納米銀顆粒，可以起到超分辨近場增強作用。
實施例3在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為10nm的四氰基對苯醌二甲烷銅。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例4在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為40nm的四氰基對苯醌二甲烷銅。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例5在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為10nm的四氰基對苯醌二甲烷鋁。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例6在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為40nm的四氰基對苯醌二甲烷鋁。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例7在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為10nm的四氰基對苯醌二甲烷鉑。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例8在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為40nm的四氰基對苯醌二甲烷鉑。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例9在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為10nm的四氰基對苯醌二甲烷金。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
實施例10在清潔透明的、厚度為0.6mm的玻璃基片6上，採用真空蒸發方法在基片上依次鍍保護層1、金屬有機化合物層2和保護層3作為掩膜，其中保護層1和保護層3均為厚度為20nm的硫化鋅，金屬有機化合物層2為厚度為40nm的四氰基對苯醌二甲烷金。該結構掩膜4可以起到超分辨近場增強作用。
權利要求
1.一種含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，依次包括保護層、金屬有機化合物層和保護層，其特徵在於所述的保護層均由氮化矽、或硫化鋅、或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的金屬有機化合物層由四氰基對苯醌二甲烷銀、或四氰基對苯醌二甲烷銅、或四氰基對苯醌二甲烷鋁、或四氰基對苯醌二甲烷鉑、或四氰基對苯醌二甲烷金構成。
2.根據權利要求1所述的含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，其特徵在於所述的保護層的較佳厚度為20nm。
3.根據權利要求1所述的含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，其特徵在於所述的金屬有機化合物層的厚度為10～40nm。
全文摘要
一種含有金屬有機化合物層的近場超分辨光存儲用掩膜，依次包括保護層、金屬有機化合物層和保護層，其特徵在於所述的保護層均由氮化矽、或硫化鋅、或硫化鋅和二氧化矽的混合材料構成；所述的金屬有機化合物層由四氰基對苯醌二甲烷銀、或四氰基對苯醌二甲烷銅、或四氰基對苯醌二甲烷鋁、或四氰基對苯醌二甲烷鉑、或四氰基對苯醌二甲烷金構成。本發明的掩膜具有對入射光響應時間快、對記錄介質和基片的熱損傷小、近場光信號強等優點，它可以達到記錄讀出超分辨記錄點的目的。特別適用於光致變色或熱轉變溫度相對較低的有機或無機記錄介質。
文檔編號G11B7/24GK1547199SQ200310108969
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月28日 優先權日2003年11月28日
發明者王陽, 顧冬紅, 徐文東, 魏勁松, 張鋒, 王 陽 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所