CN103117070A - 基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘及其制造方法，该双面光盘主要分为五层，依次包括第一基板（1）、第一记录层（2）、吸收层（3）、第二记录层（4）和第二基板（5）；第一基板（1）和第二基板（5）分别是光盘的第一层和第五层，第一记录层（2）和第二记录层（4）分别是光盘的第二层和第四层，吸收层（3）是光盘的第三层，它是吸收多余红外线的区域，将透过第一记录层（2）和第二记录层（4）的多余红外线吸收。本发明将氮化铜的这种低温热分解特性运用到光盘中，并且对光盘的结构进行改良，制作出全新且无毒的基于氮化铜的一次写入型双面光盘。
Description
技术领域
本发明属于光存储技术领域，是一种基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘，使用氮化铜薄膜充当一次写入型双面光盘的记录层，这种材料可在激光作用下发生分解引起光学性质变化，从而达到信息存储的目的。
背景技术
光存储是由光存储器表面的介质影响的，最常见的光存储器是光盘如CD、DVD等，光盘介质上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为“0”、“1”的数字信号就成了光存储。激光束经光路***、物镜聚焦后照射到介质上, 介质被激光烧蚀出小凹坑。介质上被烧蚀和未烧蚀的两种状态对应着两种不同的二进制数据。识别存储单元这些性质变化，即读出被存储的数据。
光盘是否稳定可靠，记录介质是关键。目前，光盘的记录介质主要采用有机染料，光盘在进行烧录时，激光就会对在基板上涂的有机染料进行烧录，直接烧录成一个接一个的“坑”，这样有“坑”和没有“坑”的状态就形成了“0”和“1”的信号。这一连串的“0”、“1”信号，就组成了二进制代码，从而表示特定的数据。然而目前，光盘的不足之处是，主要采用单层记录介质，存储数据容量非常有限；有机染料往往都具有一定的毒性，加工和处理有机染料时都不可避免的会对人体造成危害以及对环境造成污染。
氮化铜（Cu3N）是一种具有特殊结构和性能的无毒材料，近年来受到广泛关注。氮化铜薄膜是棕褐色的半透明薄膜。其在湿度为95%、温度为60℃的条件下放置15个月后与原来相比没有发现有任何光学性能改变。氮化铜晶体处于亚稳态或非稳态相，其在真空中360℃左右情况下就可以分解（2Cu3N=6Cu+N2）。
我们对分解了的氮化铜薄膜进行性能研究，发现氮化铜热分解后所得到的铜与直接溅射得到的铜的反射光谱很相近, 而氮化铜的反射系数比铜的小，在受到波长约800nm的红外线照射时反射系数有较大的差异, 我们知道光盘是依靠介质表面不同的反射系数，用800nm左右的红外线来读取数据的，而氮化铜薄膜恰在800nm附近有比其热分解后的金属铜低得多的反射率。
氮化铜在常温下性能稳定，具有低的热分解温度，且廉价无毒。它在真空中360℃左右就可以分解成铜单质实现低温金属化，且对800nm左右红外线的反射率与分解产物Cu有明显差别，这使之在光存储技术领域中具有诱人的应用潜力。
发明内容
技术问题： 本发明要解决的问题在于提供一种基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘及其制造方法，将氮化铜的这种低温热分解特性运用到光盘中，并且对光盘的结构进行改良，制作出全新且无毒的基于氮化铜的一次写入型双面光盘。
技术方案：本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘主要分为五层，依次包括第一基板、第一记录层、吸收层、第二记录层和第二基板；
第一基板和第二基板分别是光盘的第一层和第五层，它们是光盘其它部分的载体，也是整个光盘的物理外壳；
第一记录层和第二记录层分别是光盘的第二层和第四层，它们是烧录时刻录信号的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介质，由于烧录前后的反射率不同，读取不同长度的信号时，通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息；
吸收层是光盘的第三层，它是吸收多余红外线的区域，将透过第一记录层和第二记录层的多余红外线吸收。
本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘的制造方法具体为：
a. 选择稳定性强的透明材料为基底，利用磁控溅射镀膜方法制备出两份镀有氮化铜薄膜的基底；
b. 在完成上一步后，将两份镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的相同尺寸和形状，其中之一的基底作为第一基板，氮化铜薄膜作为第一记录层，另外的基底作为第二基板，氮化铜薄膜作为第二记录层；
c. 上述加工完成后，将具有良好吸收红外线能力的材料填充在第一记录层与第二记录层之间，并将它们粘贴起来，使其夹在第一记录层与第二记录层之间作为吸收层，将透过氮化铜薄膜记录层的红外线吸收；
d. 上述加工全部完成后得到基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘。
步骤a中，利用磁控溅射镀膜方法制备出两份镀有氮化铜薄膜的基底，是在真空度为1Pa的真空室，以Cu为靶材，N2为反应气体制备的，待其自然冷却后将其取出，然后将其加工作为基板和记录层。
所述稳定性强的透明材料为K9玻璃、石英玻璃或PC材料。
所述良好吸收红外线能力的材料为红外吸收颜料。
本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘记录数据的方法：分别将经过计算机处理后的不同激光束经光路***、物镜聚焦后从正反两面透过第一基板照射到氮化铜薄膜第一记录层和透过第二基板照射到氮化铜薄膜第二记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300℃-360℃左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的二进制数据。
本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘读取数据的方法：采用780nm-850nm左右红外线照射，光线分别从正反两面通过基板一照射到氮化铜薄膜记录层一上面和通过基板二照射到氮化铜薄膜第二记录层上面，第一记录层和第二记录层分别将光线反射，正反两面的接收器将反射的光线接收并根据其不同的反射率，转化为0、1的数字信号，完成数据读取。
有益效果：本发明具有以下优点：
1.无毒对人体和环境友好。所需材料和制造过程均无毒，不会对人体造成危害以及对环境造成污染。
2.高的光学对比度和稳定性。激光作用前后，反射率差异明显，但正常情况下光学性能不易发生改变。
3.双面存储比普通光盘的容量更大，双面读取速率更快。
4.一次性记录保护数据。只能对数据进行一次记录，保护数据防止被更改。
5.制作成本低。整个制造过程所需材料均价格低廉。
6.结构简单。制造过程简单，对设备要求不高，易于大规模制造。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图中有：第一基板1，第二记录层2，吸收层3，第二记录层4，第二基板5。
具体实施方式
基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘主要分为五层，依次包括第一基板、第一记录层、吸收层、第二记录层和第二基板。
第一基板和第二基板：它们分别是光盘的第一层和第五层，它们是光盘其它部分的载体，其使用的材料应稳定性好、无毒性、透明，在整个光盘中，它们不仅是载体，更是整个光盘的物理外壳；
第一记录层和第二记录层：它们分别是光盘的第二层和第四层，它们是烧录时刻录信号的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介质，由于烧录前后的反射率不同，读取不同长度的信号时，通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息；
吸收层：这是光盘的第三层，它是吸收多余红外线的区域，将透过第一记录层和第二记录层的多余红外线吸收。
本发明的制造方法为：
（1）选择稳定性强的透明材料如K9玻璃、石英玻璃或PC材料等为基底，利用磁控溅射的方法制备出两份氮化铜薄膜。
（2）在完成上一步后，将两份镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的相同尺寸和形状，其中之一的基底作为第一基板，氮化铜薄膜作为第一记录层，另外的基底作为第二基板，氮化铜薄膜作为第二记录层。
（3）上述加工完成后，将具有良好吸收红外线能力的材料填充在第一记录层与第二记录层之间，并将它们粘贴起来，使其夹在第一记录层与第二记录层之间作为吸收层，将透过氮化铜薄膜记录层的红外线吸收。
（4）上述加工全部完成后，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘。
本发明的关键之一在于利用磁控溅射的方法，在基底上以Cu为靶材，N2为反应气体制备出氮化铜薄膜，利于规模生产。
本发明的另一关键之处在于记录数据的方法：分别将经过计算机处理后的不同激光束经光路***、物镜聚焦后从正反两面透过第一基板照射到氮化铜薄膜第一记录层和透过第二基板照射到氮化铜薄膜第二记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300℃-360℃左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的二进制数据。
本发明还有一关键之处在于读取数据的方法：采用780nm-850nm左右红外线照射，光线分别从正反两面通过第一基板照射到氮化铜薄膜第一记录层上面和通过第二基板照射到氮化铜薄膜第二记录层上面，第一记录层和第二记录层分别将光线反射，正反两面的接收器将反射的光线接收并根据其不同的反射率，转化为0、1的数字信号，完成数据读取。
以下结合实例对本发明进行详细说明，本发明不受这些实例所限。
实例1
（1）选择厚度为1.2mm的玻璃板作为基底，采用反应直流磁控溅射法,在玻璃基底上制备两份氮化铜薄膜。溅射的靶材为99.999%的高纯铜靶，铜靶的直径为50mm、厚度为5mm。靶和基底之间的距离为60mm，工作气体为99.99%的高纯氮气和99.99%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制。
（2）基底在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精超声清洗，溅射前将真空室气压抽到低于5×10-4Pa，并充入氩气预溅射3min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在2Pa，控制氮气与氩气的比例为3/1，溅射功率控制在120w，基底温度为100℃来制备氮化铜薄膜。
（3）氮化铜薄膜制备完成后不要立即取出，等溅射室温度降至室温后再取出。
（4）将取出的两份镀有氮化铜薄膜的玻璃基底进行加工，使其直径为40mm，中间有孔，内径为15mm，呈圆形。其中之一的玻璃基底作为第一基板，氮化铜薄膜作为第一记录层，另外的玻璃基底作为第二基板，氮化铜薄膜作为第二记录层。
（5）上述加工完成后，将事先购买到的红外吸收颜料均匀填充在第一记录层与第二记录层之间，并将它们粘贴起来，使其夹在第一记录层与第二记录层之间作为吸收层，将透过氮化铜薄膜记录层的红外线吸收。
（6）上述加工全部完成后，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘。
（7）记录数据时，将所需记录的数据经过计算机处理，采用激光束照射的方法将数据记录下来。分别将经过计算机处理后的不同激光束经光路***、物镜聚焦后从正反两面透过基板一照射到氮化铜薄膜第一记录层和透过第二基板照射到氮化铜薄膜第二记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300℃-360℃左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的二进制数据。
（8）读取数据时，采用780nm-850nm左右红外线照射，光线分别从正反两面通过第一基板照射到氮化铜薄膜第一记录层上面和通过第二基板照射到氮化铜薄膜第二记录层上面，第一记录层和第二记录层分别将光线反射，正反两面的接收器将反射的光线接收并根据其不同的反射率，转化为0、1的数字信号，完成数据读取。
Claims (5)
1.一种基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘，其特征在用于该双面光盘主要分为五层，依次包括第一基板（1）、第一记录层（2）、吸收层（3）、第二记录层（4）和第二基板（5）；
第一基板（1）和第二基板（5）分别是光盘的第一层和第五层，它们是光盘其它部分的载体，也是整个光盘的物理外壳；
第一记录层（2）和第二记录层（4）分别是光盘的第二层和第四层，它们是烧录时刻录信号的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介质，由于烧录前后的反射率不同，读取不同长度的信号时，通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息；
吸收层（3）是光盘的第三层，它是吸收多余红外线的区域，将透过第一记录层（2）和第二记录层（4）的多余红外线吸收。
2. 一种如权利要求1所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘的制造方法，其特征在于制备方法具体为：
a. 选择稳定性强的透明材料为基底，利用磁控溅射镀膜方法制备出两份镀有氮化铜薄膜的基底；
b. 在完成上一步后，将两份镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的相同尺寸和形状，其中之一的基底作为第一基板（1），氮化铜薄膜作为第一记录层（2），另外的基底作为第二基板（5），氮化铜薄膜作为第二记录层（4）；
c. 上述加工完成后，将具有良好吸收红外线能力的材料填充在第一记录层（2）与第二记录层（4）之间，并将它们粘贴起来，使其夹在第一记录层（2）与第二记录层（4）之间作为吸收层（3），将透过氮化铜薄膜记录层的红外线吸收；
d. 上述加工全部完成后得到基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘。
3. 如权利要求2所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘的制造方法，其特征在于步骤a中，利用磁控溅射镀膜方法制备出两份镀有氮化铜薄膜的基底，是在真空度为1Pa的真空室，以Cu为靶材，N2为反应气体制备的，待其自然冷却后将其取出，然后将其加工作为基板和记录层。
4. 如权利要求2所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘的制造方法，其特征在于所述稳定性强的透明材料为K9玻璃、石英玻璃或PC材料。
5. 如权利要求2所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型双面光盘的制造方法，其特征在于所述良好吸收红外线能力的材料为红外吸收颜料。
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