紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法
2023-07-23 18:39:56 2
紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法
【專利摘要】紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法涉及相變光碟存儲的技術。相變光碟存儲密度取決於誘導相變的雷射波長，波長越短，存儲密度越大，但是當雷射波長越短時，信噪比越低，讀取信息質量越差。本發明採用248nm的準分子雷射器誘導相變材料發生可逆相變，並且達到滿足要求的信噪比。該相變材料是Ge、Sb、Te、Sn組成的四元組分存儲材料。其化學通式為SnxGe20-xSb20Te50，該相變材料作為相變光碟的存儲介質，可以在雷射誘導下實現存儲、擦除和讀寫數據。該發明得到的反射率對比度在15%以上、並且具有更短的結晶時間的方法。實現了紫外雷射誘導相變光碟大密度存儲。預測將是現有的藍光DVD存儲密度的800倍。
【專利說明】紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法
【技術領域】:
[0001]本發明屬於實現相變光碟存儲的技術，涉及一種能用於相變存儲的相變材料以及短波長的深紫外雷射器誘導相變材料可逆相變的技術。具體是發明一種紫外雷射誘導相變光碟存儲的方法。
【背景技術】:
[0002]光存儲是繼磁存儲之後發展起來的重要信息存儲技術，它具有存儲密度大、容量大、壽命長、信噪比高、讀取速度快等一系列優點，因而在信息【技術領域】具有廣泛的應用前景。迄今為止，光存儲技術通過30多年的發展，不僅在技術上獲得了重大突破，在商品市場方面也獲得了巨大成功，逐漸成為現代信息社會不可或缺的高科技產業，隨著人們對大容量存儲的需求，進一步提高存儲密度，成為重要研究方向。
[0003]而由於衍射效應的限制，記錄光斑直徑為d=0.61 λ /ΝΑ( λ為入射光的波長，NA為聚焦透鏡的數值孔徑)，因此，採用短波長光源，可以有效提高相變光碟存儲密度。目前人們使用的雷射器是405nm的藍光，也就是我們熟知的藍光光碟。但是研究顯示，當雷射波長越短時，存儲信息的信噪比越低，因而讀取信息的質量越差。因此更短波長雷射誘導相變光碟相變層發生可逆相變從而有效存儲信息成為信息存儲技術難以攻克的難題。
[0004]基於上述問題，本發明提出發明一種紫外雷射誘導相變光碟存儲的方法。該方法利用短波長的深紫外雷射誘導相變材料發生可逆相變，實現信息的記錄和擦除。該方法使用的相變材料是可用於相變光碟存儲並且能改善使用短波長導致的信噪比低這一問題的材料。實現了相變光碟的大密度存儲。
[0005]
【發明內容】
:本發明的目的在於提供發明一種紫外雷射誘導相變光碟存儲的方法，以實現信息的大容量存儲。該方法不僅能實現大密度存儲，並且達到滿足要求的信噪比、具有更快的記錄信息和擦除信息的速度。
[0006]該發明的原理:可擦重寫相變光碟是利用雷射作用下存儲介質在非晶態和晶態之間發生可逆變化的性質而實現的。存儲介質的寫入是利用高功率短脈衝雷射輻照介質，使光照斑點升溫超過熔點後，通過液相快冷形成非晶體而記錄信息；信息的擦除則是利用中等功率長脈衝雷射輻照介質，使光照斑點溫度達到晶化溫度而又不超過熔點溫度，從而通過晶核形成，晶粒長大的過程而形成晶態。而信息的讀出是利用低功率雷射，依靠形成的晶態和非晶態反射率對比度的不同進行信息的識別。
[0007]相變材料中，Ge2Sb2Te5是被研究最多最成熟的相變材料，具有聞速結晶、反覆擦與次數高、數據穩定性和保持性好的優點。但目前仍存在結晶溫度較低，熱穩定性較差等缺點。
[0008]為了進一步提高相變光碟存儲容量，人們嘗試使用短波長雷射器誘導相變層發生可逆相變，目前已經將波長縮短到405nm，藍光光碟已經為我們所用，2010年，Dehui Wan、Hsuenli Chen等人已經在探索利用波長為248nm的深紫外(DUV)KrF雷射實現高密度存儲。預測容量能達DVD800倍。但是存在信噪比低的問題，使深紫外短波長雷射誘導相變光碟相變層發生可逆相變從而有效存儲信息成為信息存儲技術難以攻克的難題。
[0009]鑑於以上所述現有技術的難點，本發明的目的在於提供一種實現相變光碟大密度存儲的方法，以實現信息的大容量存儲。該方法不僅能實現大密度存儲，並且達到滿足要求的信噪比、具有更快的記錄信息和擦除信息的速度。
[0010]紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:它是利用248nm的準分子雷射器誘導由Ge、Sb、Te、Sn組成的四元組分存儲材料發生可逆相變。
[0011]進一步，所使用的雷射器脈寬為30ns，單脈衝輸出，雷射器能量為雷射能量在75mJ~268mJ、聚焦光斑尺寸為2.25cm2輻照相變材料。
[0012]進一步,所述四元組分存儲材料,化學通式為SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l,其中I≤x < 20。
[0013]進一步，所述的薄膜材料為採用磁控濺射雙靶共濺射法在氧化矽基底上製備Ge2Sb2Te5摻Sn薄膜的材料，背底真空為≤I X 10_4Pa，濺射時的氬氣氣壓為0.5Pa，Ar2流量為20SCCm，濺射時間7-10min，控制Ge2Sb2Te5靶材的濺射功率為直流30W，控制Sn靶的濺射功率在射頻3W-6W之間。
[0014]所得到濺射薄膜為非晶相，經過雷射輻照後薄膜變為晶相，反射率測試達到滿足相變材料要求的> 15%。
[0015]為實現上述目的，一種紫外雷射誘導相變光碟存儲的方法，其特徵在於:本發明所使用的雷射器是248準分子雷射器，光學平臺採取擴束加掩膜的方法設立。調整準分子雷射器的參數，單脈衝輸出，脈寬為30ns、雷射能量在75mJ~268mJ、聚焦光斑尺寸為
2.25cm2輻照相變材料。
[0016]所述相變材料是Ge、Sb、Te、Sn組成的四元組分存儲材料。其化學通式為SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l，其中I < X < 20。本發明化學通式元素右下角下標代表元素摩爾比(以下實例中相變材料的成分按實際EDS所測出的原子成分出現)，且所述相變材料在雷射誘導下可以發生可逆相變，具有更快的結晶速度。
[0017]本發明所使用的薄膜SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l採用雙祀(Sn祀以及Ge2Sb2Te5祀材)磁控派射在氧化矽襯底上並充N2氣的方法獲得，通過控制兩個靶材靶位電源功率實現各組分原子百分比含量的調節。而濺射所需的Sn靶以及Ge2Sb2Te5靶材可以通過物理氣象沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段製備。
[0018]本發明中使用的SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l薄膜的成分結構測試使用EDS。測定各元素具體成分。
[0019]本發明中被準分子雷射輻照後晶化了的SnxGe2(l_xSb2 Je5tl薄膜以及未輻照的SnxGe20^xSb20Te50薄膜採用XRD測試手段測試其結構類型。證明雷射誘導相變材料發生了非晶態到晶態的轉變。後續使用分光計測試晶態和非晶態的SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l薄膜在不同波段的反射率，進而計算被紫外雷射誘導相變的相變材料的反射率對比度。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0020]圖1、雷射誘導相變實驗系統裝置示意圖
[0021]圖2、Ca)非晶態的SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l薄膜以及44.4mJ/cm2的雷射能量福照薄膜晶面標註圖(b)雷射誘導SnxGe2(l_xSb2Je5(l發生相變的XRD結構圖(不同能量密度晶面標註如圖 2 (a))[0022]圖3、非晶態SnxGe2(l_xSb2(lTe5(l薄膜與雷射輻照後晶態反射率對比度曲線【具體實施方式】:
[0023]首先有必要在此指出的是本實施例只用於對本發明進行進一步詳細說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制。
[0024]按照圖1所示的雷射誘導相變實驗系統裝置示意圖。計算機用數據連接線於雷射器連接；通過雷射器發射雷射經由擴束鏡組以及掩膜直接作用於相變材料；通過控制雷射參數，使相變材料發生可逆相變。
[0025]實例一:
[0026]步驟一:採用磁控濺射雙靶共濺射法在氧化矽基底上製備Ge2Sb2Te5摻Sn薄膜的材料，背底真空為I X 10_4Pa，濺射時的氬氣氣壓為0.5Pa，Ar2流量為20sccm，控制Sn靶和Ge2Sb2Te5靶材的濺射功率分別為射頻3W和直流30W，濺射時間7min，製備出的相變薄膜用SEM觀測其厚度為60nm，EDS能譜分析表明材料的成分為Sn8Ge15Sb23Te5415
[0027]步驟二:將步驟一中得到的相變薄膜進行XRD測試，非晶胞的出現說明濺射薄膜是非晶薄膜，測試結果如圖2 (a)所示。進而對該薄膜進行反射率測試，採用分光計測試185nm一400nm波長段的反射率。
[0028]步驟三:使用如圖1所示的實驗裝置工作平臺的248準分子雷射器作為光源，光學平臺採取擴束加掩膜的方法設立。調整雷射器的參數分別為脈寬30ns、單脈衝輸出、雷射能量在75mJ~268mJ、聚焦光 斑尺寸為2.25cm2輻照步驟一中濺射的Sn8Ge15Sb23Te54薄膜，使其發生晶化轉變。
[0029]步驟四:將步驟三中雷射輻照過的Sn8Ge15Sb23Te54晶化薄膜進行XRD測試，測試結果如圖2 (b)所示，從圖中可以明顯看出出現了較明顯的(111)、(200)、(220)和(222)特徵峰，並且隨著輻照雷射能量的加大，晶化峰更加尖銳，並且當雷射能量增加到200mJ時，(015)晶面上出現了 GeTe峰。這表明隨著雷射能量的增強，相變薄膜得到了更完全的晶化，但是當雷射能量增強到268mJ時，XRD測試沒有出現晶化峰，但圖像顯示於步驟一中濺射得到的XRD圖像並不完全一樣，這是因為當能量過高時，雷射輻照後導致薄膜全部融化然後快速冷卻後，薄膜還是轉變成非晶態薄膜。
[0030]步驟五:將步驟三中雷射輻照過的Sn8Ge15Sb23Te54晶化薄膜進行反射率測試，採用分光計測試185nm —400nm波長段的反射率，並通過計算繪製其反射率對比度曲線。反射率
對比對C定義為:
【權利要求】
1.紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:它是利用248nm的準分子雷射器誘導由Ge、Sb、Te、Sn組成的四元組分存儲材料發生可逆相變。
2.根據權利要求1中所述紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:所使用的雷射器脈寬為30ns,單脈衝輸出，雷射器能量為雷射能量在75mJ~268mJ、聚焦光斑尺寸為2.25cm2輻照相變材料。
3.根據權利要求2所述紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:所述四元組分存儲材料，化學通式為SnxGe2Q_xSb2Je5tl，其中I≤x < 20。
4.根據權利要求3所述紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:所述的薄膜材料為採用磁控濺射雙靶共濺射法在氧化矽基底上製備Ge2Sb2Te5摻Sn薄膜的材料，背底真空為≤lX10_4Pa，濺射時的氬氣氣壓為0.5Pa，Ar2流量為20sCCm，濺射時間7-10min,控制Ge2Sb2Te5靶材的濺射功率為直流30W，控制Sn靶的濺射功率在射頻3W-6W之間。
5.如權利要求4所述紫外雷射誘導相變光碟存儲的一種方法，其特徵在於:所得到濺射薄膜為非晶相，經過雷射輻照後薄膜變為晶相，反射率測試達到滿足相變材料要求的≥15%。
【文檔編號】G11B7/241GK103778922SQ201410036565
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月25日 優先權日:2014年1月25日
【發明者】劉富榮, 白楠, 韓欣欣, 趙建軍, 陳繼民 申請人:北京工業大學