DE2536264C2 - Speicher- und Aufzeichnungsmedium - Google Patents
Speicher- und AufzeichnungsmediumInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicher- und Aufzeichnungsmedium,
wie es dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.
Speichermedien, bei denen information über einen fokussierten Laserstrahl an den jeweiligen Speicherplätzen
eingebbar ist, sind bekannt. Speichermedien dieser Art können aus amorphem Material bestehen, das
unter Wärmeeinwirkung in einen kristallinen Zustand übergeht, wie es in den US-Patentschriften 36 65 425
und 37 16 844 beschrieben ist. Andere schichtförmige Speichermedien können aus amorphem Material bestehen,
das unter Lichteinwirkung erweicht und nach Unterbrechung der Lichteinwirkung wieder fest wird, so
daß Löcher bzw. Verdünnungen an jeweils dem Lichtstrahl ausgesetzten Stellen entstehen, wie es in der US-Patentschrift
36 36 526 beschrieben ist. Wieder andere Speichermedien bestehen aus leicht verdampfbaren
Metallen wie in der US-Patentschrift 35 60 994 beschrieben, wobei Farbänderungen unter jeweiliger
Wärmeeinwirkung auftreten, wie es auch in der US-Patentschrift 36 36 529 angegeben ist. Schließlich sind
schichtförmige Speichermedien bekanntgeworden, die unter Wärmeeinwirkung zur örtlichen Materialabtragung
führen, wie es aus der US-Patentschrifi 36 65 483
hervorgeht.
Die in oben erwähnten schichtförmigen Speichermedien
zu Aufzeichnungszweeken verwendeten Materialien erfordern hohe Tetiipcratursehwellenwerie, um den
gewünschten Effekt zu erzielen, d. h. in jedem Falle Änderungen in der optischen Dichte der verwendeten Materialien.
Infolgedessen ist entweder die Geschwindigkeit zur Einspeicherung der Information gering, oder
relativ hohe Energie muß zur Einspeicherung aufgewendet werden.
Die DE-OS 22 04 509 zeigt noch eine andere Art von Speicher- und Aufzeichnungsmedien, bei welcher eine
isolierende Trägerschicht und eine Aluminium-Deckschicht als Speicher und Aufzeichnungsschicht dient, in
die Information durch Ausbrennen mittels eines Lichtbogens unter Herabsetzung des Temperaturschwellenwerts
eingebracht wird. Zwischen der Träger- und der Deckschicht ist eine reaktionsffreudige Zwischenschicht
vorgesehen, so daß die zur Informationseingabe erforderliche Energie nur zum Teil durch den Lichtbogen zur
Verfugung gestellt zu werden braucht Wenn auch zufriedenstellende Ergebnisse bei Verwendung als Registrierstreifen
hiermit zu erzielen sind, so ist dies keineswegs der Fall, wenn hohe Speicherdichten und große
Schreibgeschwindigkeiten erreicht werden sollen, wie es für Datenverarbeitungszwecke angestrebt wird, da
sich dann auf Zwischen-Speicherplätze übergreifende Reaktionen nicht beherrschen lassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Speicher- und Aufzeichnungsmedium, bestehend aus einer
n.uf einem Substrat aufgebrachten Dünnschichtstruktur, zur Informationseingabe mittels örtlich, im Ansprechen
auf gezielte Zufuhr der Energie in Form von Wärme ausgelöster Reaktion zu schaffen, welches für
hohe Speicherdichten und große Schreibgeschwindigkeiten, wie sie bei der Datenverarbeitung angestrebt
werden, bei zuverlässiger Betriebsweise geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Speieher- und Aufzeichnungsmedium gelöst, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Speieher- und Aufzeichnungsmedium gelöst, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.
Es läßt sich also ein Festwertspeicher mit Hilfe aufeinanderliegender
dünner Schichten, die aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen, bereitstellen, wobei
lediglich vorausgesetzt wird, daß sie unter jeweils örtlicher Wärmeeinwirkung an diesen Stellen ein Reaktionsprodukt
erzeugen, das unterschiedlich von den Ausgangsmatcrialien der Dünnschichten, also der unbeeinflußten
Schichtbereiche, ist. Auf diese Weise ist es möglich, daß sich Information mit einem Minimum an
Energieaufwand speichern bzw. aufzeichnen läßt, nämlich schon mit 0,75 nj/μπι2. Bei Aluminium-Selen als Reaktionsprodukt
zeigt sich in weißem Licht ein stark erhöhtes Reflexionsvermögen und bei Strahlendurchgang
ein bläulicher Fleck. Die gespeicherte Information läßt sich mit üblichen Auslesemitteln aus der Speicheranordnung
wieder entnehmen. Eine geeingete Anordnung hierfür ist beispielsweise in der US-Patentschrift
35 05 658 beschrieben.
In sehr viel einfacherer und damit in vorteilhafter Weise lassen sich die der gespeicherten Information
entsprechenden Änderungen in der Speicher- bzw. Aufzeichnungsanordnung mit dem gleichen Laserstrahl, wie
er zum Schreiben diente, wieder auslesen, und zwar bei einer Wellenlänge von 6471 Ä. Wird ein solcher Laserstrahl
zum Lesen verwendet, dann zeigt sich, daß der Durchgang im Speichermedium um einen Faktor 3 oder
mehr abnimmt, wohingegen die Reflektion um etwa den gleichen Faktor zunimmt. Das Reflexionsvermögen an
b5 den eingeschriebenen Speieherbereichen beträgt nach
Anwendung des Laserstrahls etwa 65% gegenüber 20% vor Anwendung des Laserstrahls.
Hs hat sich gezeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemä-
3en Verfahrens eine zuverlässige Speicher- bzw. Aufeeichnungsbetriebsweise
zu erzielen ist, wobei der Aufwand äußerst gering gehalten werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen in einer Ausführungsbeispielsbeschreibung
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Teilansicht eines Speicher- oder Aufceichnungsmediums
gemäß der Erfindung,
F i g. 2 tine Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung,
F i g. 3 ein Speicher bzw. Aufzeichnungsmedium gemäß der Erfindung bei dem die reagierenden Materialien
in einer Substratschicht verstreut angeordnet sind.
Die aufgrund der Wärmeeinwirkung auftretende Reaktion
läßt sich anhand einer Schicht, bestehend aus einem Element, wie z. B. Selen, erläutern, das in einer
Dicke von etwa 500 Α auf einer Aluminiumschicht niedergeschlagen
ist, wobei die Aluminiumschicht vor dem Selenniederschlag der Luft ausgesetzt gewesen ist. Die
Aluminiumschicht selbst in etwa 800 Ä dick und liegt auf einem geeigneten Substrat wie Polyester oder Glas. Dadurch,
daß die Aluminiumschicht vor dem Selenniederschlag der Luft ausgesetzt gewesen ist, besitzt sie automatisch
einen Aluminiumoxidüberzug.
Wird nun ein solches Aluminium-Selen-Laminat der Strahlungseinwirkung einer fokussierten Wärmestrahlung
ausgesetzt wie z. B. einer Xenonlampe, wobei die Selenseite belichtet werden soll, dann tritt eine Reaktion
zwischen Aluminium und Selen auf. Anstatt daß nun, wie anzunehmen ist, die Reaktion gleichförmig über die
gesamte exponierte Oberfläche auftritt, zeigt sich, daß jeweils eine Reaktion an vielen Einzelstellen der Oberfläche
herbeigeführt wird. Diese Erscheinung läßt sich so deuten, daß der Aluminiumoxidüberzug der Aluminiumschicht
im allgemeinen als Sperre für die Reaktion wirkt, ausgenommen natürlich an den oben genannten
Einzelstellen.
Weiterhin zeigt sich unter ständiger Überwachung der optischen Dichte, daß beim Aufheizen eines Selen-Aluminiumlaminats,
wie oben beschrieben, mit einer Rate von etwa 5°C/min beginnend mit Raumtemperatur
bei etwa 5O0C eine abrupte Abnahme in der optischen Dichte eintritt. Diese Erscheinung zeigt an, daß
die Reaktion bei der Glasübergangstemperatur des amorphen Selens auftritt, in dem gleichzeitig der Hinweis
dafür vorliegt, daß die Diffusionsgeschwindigkeit in der Selenschicht den abschließenden Schritt bildet. In
dieser Beziehung wird angemerkt, daß es bekannt ist, daß Diffusionsgeschwindigkeiten unstetig bei der Glasübergangstemperatur
einer amorphen Phase des Selens und vieler anderer amorpher Materialien anwachsen.
Wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 6471 Ä auf die Selenseite eines Aluminium-Selenlaminats,
das auf einem Polyester-Film niedergeschlagen ist, gerichtet, wobei im Bereich des Laserstrahls die
Schichtdicke des Selens etwa 500 Ä botragen soll, so daß sie als starker Antireflexüberzug wirkt, dann läßt
sich diese Reaktion mit Hilfe von Impulsen auslösen, deren Periodendauer so gering wie 100 μ5 bei minimal
erforderlicher Energie von etwa 0,75 nJ/μΓπ2 ist. Die im weißen Licht beobachtete Wirkung der durch einen Laserstrahl
induzierten Reaktion besteht in einer nennenswerten Erhöhung des Reflexionsvermögens und im Auftreten
eines bläulichen Flecks bei Strahlendurchgang durch das Laminat. Weiden die Änderungen der optischen
Eigenschaften des Laminats mit dem gleichen Laserstrahl erfaßt wie er zur Herbeiführung der Reaktion
benutzt worden ist, dannt stellt sich heraus, daß die Durchlässigkeit des Laminats an den betreffenden Stellen
um den Faktor von wenigstens drei abgenommen hat. wohingegen das Reflexionsvermögen entsprechend
um den gleichen Faktor erhöht worden ist. So ergibt sich für das Reflexionsvermögen im Laminatbereich,
der für das Einschreiben der Information vorgesehen ist, ein Wert von 20% vor Einwirken des Laserstrahls und
ίο von etwa b5% nach Einwirken des Laserstrahls.
Wird ein Laminat, bestehend aus einer Selenschicht, auf einem Aluminiumfilm belichtender auf einem Polyestersubstrat
niedergeschlagen ist, wobei sich zwischen dem Polyestersubstrat und dem Aluminiumfilm ein
Überzug aus Acrylpolymeren, wie z. B. Polymethylmethp.crylat,
Polyäthylacrylat, Poly-n-butylmethacrylat,
Poiyisobutylmethacrylat, mit einer jeweiligen Dicke von einigen Tausend Angström befindet, dann läßt sich eine
Selen-Aluminiumreaktion mit Hilfe einer fokussierten Xenonlampe auslösen. Unter solchen Voraussetzungen
jedoch tritt im Gegensatz xur Bestrahlung mit Hilfe eines Laserstrahls jeweils eine Reaktion lediglich an
denjenigen Stellen auf, wo Brüche, Nadellöcher, Kratzer und dergl. im Acrylüberzug vorhanden sind.
Bei Verwendung eines Laminats bestehend aus abwechselnd Schichten von Selen (etwa 500 Ä), Aluminium
(etwa 300 Ä) und Selen (etwa 500 A), wobei die Schichtbildung unter Vakuumverdampfung auf einem
Glassubstrat unter Beibehaltung des Vakuums zwischen den einzelnen Verdampfungsschritten vorgenommen
ist, zeigt ein solches Laminat eine relativ niedrige Lichtdurchlässigkeit und ein hohes Reflexionsvermögen.
Durch örtliches Aufheizen des Laminats reagieren Aluminium und Selen an den jeweiligen Stellen miteinander,
so daß sich hier transparente Stellen bestehend aus Aluminiumselenid bilden. Eine solche Reaktion läßt sich
durch Anwenden eines 100 Mikrosekundenlaserstrahls mit einer Energie von etwa 30 nJ/μΓη2 herbeiführen.
Das erfindungsgemäße Speichermedium besteht also aus einem Laminat mit den Schichtsubstanzen A und B,
die unter Wärmeeinwirkung miteinander eine Reaktion eingehen und gegebenenfalls durch eine Zwischenschicht
C voneinander gelrennt sind. Diese Zwischenschicht C kann zweckmäßigerweise aus dem Reaktionsprodukt
von A und 3 besteher,, also aus Aluminiumselenid, wenn A und B durch Aluminium bzw. Selen dargestellt
werden. Die Substanz dieser Zwischenschicht erscheint auch dann noch als geeignet, wenn sie aus einer
Verbindung nur einer der reagierenden Substanzen wie
z. B. aus Aluminiumoxid besteht, wobei dann Aluminium entweder A oder B ist. Diese Zwischenschicht könnte
auch aus einem Material bestehen, das weder der Substanz A oder B entspricht noch sie in seiner Molekülstruktur
aufweist, das jedoch in der Lage ist, eine Reaktion von A mit B zu verhindern. Als Beispiel hierfür kann
eine Schicht aus einem geeigneten Polymer dienen. Die Aufgabe der Zwischenschicht C besteht darin, zu verhindern,
daß A und B spontan miteinander bei Umgebungstemperaturen reagieren. Ein örtlich gerichterer
M) Laserstrahl löst jeweils die Reaktion zwischen A und B
aus, indem dort die Zwischenschicht aufgebrochen wird und zwar durch Schmelzen einer der miteinander reagierenden
Substanzen, so daß dort dann die Zwischenschicht mechanisch aufgebrochen wird, durch Schmel-
b5 zen der Zwischenschicht oder durch nennenswerte Anhebung
der Diffusion über diese Zwischenschicht. In vorteilhafter Weise werden die Substanzen A und B
derart gewählt, daß eine exothermische Reaktion statt-
findet, wobei die Reaktionswärme zumindest teilweise die zugeführte Wärme ersetzt, die erforderlich ist, um
die Reaktion auszulösen, so daß hierdurch der Schwellenwert, bei dem die Reaktion stattfindet, herabgesetzt
wird.
Im Ausführungsbeispiel des Speicher- und Aufzeichnungsmediums
gemäß der Erfindung besteht die in F i g. 1 gezeigte Schien! A aus dem schlechter wärmeleitenden
Material der beiden Substanzen A und B, zum Beispiel aus Selen, der Schicht B als der absorbierenden
Substanz, z. B. Aluminium, und der Schicht C als der Zwischenschicht, z. B. AI2O3, AbSci oder einem Polymer.
Im in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Speicher- und Aufzeichnungsmediums besteht die Schicht A wiederum aus der schlechter wärmeleitenden
Substanz, die Schicht B aus einer absorbierenden Substanz und die Schicht C stellt wiederum die
Zwischenschicht dar. Während in diesem Ausführungsbeispiel die Substanz der Schicht A eine relativ schlechte
Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Absorptionskonstante besitzt, zeigt die Substanz der Schicht B eine
hohe Absorptionskonstante. Das Laminat des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2 ist insofern vorteilhaft, als
die beiden Oberflächen der Schicht B eine Reaktion einzugehen in der Lage sind.
Die Substanzen der Schichten A und B werden in Form von feingemahlenem Pulver, chemischen Niederschlag
oder Kondensationsprodukten aus der Dampfphase bereitgestellt. So wird z. B. Aluminiumpulver ausreichender
Feinheit durch Kondensation aus der Aluminiumdampfphase auf einem kalten Finger erhalten. Selenpulver
ausreichender Feinheit ergibt sich durch chemische Ausfällung. Die beiden Pulver werden dann mit
einer organischen Polymerlösung vermengt. Diese Halbflüssigphasenmischung wird mit Hilfe eines Spatels
auf ein Substrat aufgetragen. Die Substanzen A und B iassen sich zusammen in Vakuum verdampfen und auf
ein auf Raumtemperatur gehaltenes Substrat niederschlagen. Die anfängliche Reaktion von A mit B bildet
ein Reaktionsprodukt C. das dann eine weitere Reaktion von A mit B verhindert.
Im in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeweils die Substanz B umgeben von einer Zwischenschicht C in
Form kleiner Körper in der Trägersubstanz A verteilt angeordnet. Es befinden sich also jeweils mit Zwischenschichten
umgebene Kugelkörper einer ersten Substanz in einem Medium besteht aus der zweiten Substanz, so
daß hiermit eine größere Reaktionsobcrfläche bereitgestellt ist.
In der folgenden Tabelle sind Subslanzkombinationen
und geeignete Zwischenschichtmaterialien aufgeführt, die für die Erfindung Anwendung finden können:
B-Substanz | A-Substanz | C-Zwischenschichl | Reaktions- |
Produkt | |||
Al | Se | AI2Se3 | Al2Se3 |
Al | Se | AI2Oj | AI2Se3 |
Al | Se | Acrylpoiymer | Al2Se3 |
Zn | Se | ZnSe | ZnSe |
Bi | Se | Bi2Se3 | Bi2Se3 |
As | Se | As2Se3 | As2Se3 |
Mn | Bi | MnBi | MnBi |
In—Ga | As | Gai_,In,As | Gai_,lnAs |
Es dürfte sich von selbst verstehen, daß zur Erfindung
allgemein Materialien Verwendung finden können, die eine chemische Reaktion bei relativ niedriger Energie
eingehen, wobei ein Reaktionsprodukt erzielt wird, das optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften
besitzt die unterschiedlich von entsprechenden Eigenschaften der die Reaktion miteinander eingegangenen
Substanzen sind, so daß sich die gleichen Effekte, wie mit den oben aufgeführten Substanzen ergeben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
mit χ = 0 bis 1 g-Atom von In.
Claims (4)
1. Speicher- und Aufzeichnungsmedium, bestehend aus einer auf einem Subtrat aufgebrachten
Dünnschichtstruktur mit elementarem Metall hoher Absorptionskonstanten als erster Lagenart, die unter
stark begrenzter örtlicher Wärmeeinwirkung eine exothermische Reaktion mit einer zweiten Lagenart
niedrigerer Absorptionskonstanten und niedrigerer Wärmeleitfähigkeit zur Spurbildung für die
Informationseingabe in Form eines Reaktionsproduktes mit gegenüber der Umgebung unterschiedlichen
optischen, magnetischen oder elektrischen Eigenschaften einzugehen vermag, dadurch gekennzeichnet,
daß mindesten sein Paar von EUS elementarem Metall bestehenden Lagen (B und
A) eine hierzwischen aus einer reaktionsträgen chemischen Verbindung gebildete Zwischenschicht (C)
enthält.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das elementare Metall hoher Absorptionskontante aus Al, As, Bi, Mn oder Zn, das Metall
niedrigerer Absorptionskonstante aus Bi oder Se und die Zwischenschicht (C) entweder aus einem Reaktionsprodukt
beider elementarer Metalle oder aus einem Acrylpolymer bestehen.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächenbereiche
der eine Schicht bildenden ersten Lage (B) mit je einer Zwischenschicht (C) bedeckt sind, die ihrerseits
auf ihren beiden Oberflächenbcreichcn je eine zweite Lage (A) trägt.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Lage (A) die erste
Lage (B) in Form kleiner, jeweils von einer Zwischenschicht (C) umgebenden Kugelkörpern mehr
oder weniger gleichmäßig verteilt eingebettet ist.
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