專利名稱:光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件的形成方法
在此所揭示的發(fā)明，涉及到把數(shù)據(jù)存貯在一種材料之中，比如說一種相態(tài)可變的材料之中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件。通過對這種材料施加射束能，至少在兩個可探測狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換。
非消失性的相態(tài)可變的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)，在一種相態(tài)可變的材料之中記錄信息。通過對這種材料施加能量(例如施加光能，粒子束能或者類似的射束能量)，則至少在兩個可以探測到的狀態(tài)之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。
該相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料，是放在一個光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件之中的。這種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件具有一個由基片支撐的，并且密封在密封劑之中的結(jié)構(gòu)。這些密封劑可能包括抗消失材料，絕熱材料及絕熱層，在射束源和數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)之間的抗反射層，在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)和基片之間的反射層等等。這些各種各樣的層，都可以完成比這些作用之中的一個更多的作用。例如，抗反射層同時也可以是一種絕熱層。這些層的厚度，包括光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料層的厚度，要選擇得使之對于一個給定的材料，用于相態(tài)變化所需要的能量達到最小;同時保持有高的反差比，高的信噪比，并使相態(tài)可變數(shù)據(jù)存貯材料有高的穩(wěn)定性。
該相態(tài)的可變材料是一種通過對它施加射束能量就可以從一個可探測狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一個可探測狀態(tài)的材料。該相態(tài)可變材料，就其可探測狀態(tài)來說，在它們的組織結(jié)構(gòu)相對規(guī)則程度與相對不規(guī)則程度上，都可能是有所不同的，并且通過其導(dǎo)電率，電阻率、透光率、吸光率，光反射率或者它們的任何組合特性，可以檢測到這兩種狀態(tài)之間的不同。通常是把該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料以不同規(guī)則材料的形式沉積起來，例如，通過蒸發(fā)沉積，化學(xué)汽化沉積，或者等離子沉積。等離子沉積包括濺射，輝光放電，以及等離子化學(xué)沉積。通常，該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料是一種多元硫?qū)倩锖辖?這種合金的相態(tài)，在大多數(shù)情況下有一定程度的離散性，離散程度與可探測狀態(tài)之間的循環(huán)過程有關(guān)。也就是說，其除狀態(tài)，至少在起始的幾個循環(huán)期間可能會顯示出各種各樣的特性。對用沉積方法得到的這種不規(guī)則材料，必須進行形成處理。這就是說，存貯器的材料必須調(diào)整為，或者換句話說必須制備為，(a)適于接受數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)備記錄在一個不規(guī)則狀態(tài)之中(二進制“1”)的話;(b)，相態(tài)離散性應(yīng)是穩(wěn)定的“形成”，意思是把所有單個存貯單元，從沉積狀態(tài)轉(zhuǎn)換為與二進制“0”相對應(yīng)的一個規(guī)則狀態(tài);這個規(guī)則狀態(tài)是穩(wěn)定的，在多次接連不斷的擦除與寫入循環(huán)期間不會再進一步產(chǎn)生不希望的相態(tài)離散。
這個形成，要求該數(shù)據(jù)存貯材料從與二進制“1”對應(yīng)的沉積不規(guī)則狀態(tài)向更規(guī)則的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這個形成可以直接從沉積狀態(tài)變?yōu)樵撔纬蔂顟B(tài)(二進制“0”)，或者經(jīng)過中間的規(guī)則狀態(tài)，從沉積狀態(tài)開始，隨同相繼而來的轉(zhuǎn)換一起從規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)到相繼而來的不規(guī)則狀態(tài)，然后再轉(zhuǎn)到形成狀態(tài)(二進制“0”)。這個在形成之后的不規(guī)則狀態(tài)可能不同于沉積不規(guī)則狀態(tài)。
這個沉積材料的形成，無論是(a)從沉積狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換到形成狀態(tài)，(二進制“0”)，還是(b)從起始的不規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一個相對更規(guī)則一些的狀態(tài)即乳濁態(tài)接著再變?yōu)楦灰?guī)則的狀態(tài)，并通過這種轉(zhuǎn)變最終變?yōu)橄鄳B(tài)離散特性恒定的形成態(tài)。這種形成過程，對于每單位體積的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料都需要輸入一定量的能量。這種需要可以借助于激光束來完成，例如，用一種功率密度可以變換的激光束。這種激光束可以是一種聚焦的激光束，例如，與光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)中用來擦除(使其變成結(jié)晶化)與寫入(熔化并且使其變成玻璃狀的物質(zhì))的聚焦激光束一樣的激光束。這種激光束形成一條記錄軌道，并且在激光束多次通過該記錄軌道時，使該記錄軌道上的材料從沉積的不規(guī)則材料轉(zhuǎn)換成為更規(guī)則的材料。當(dāng)形成一個中間不規(guī)則狀態(tài)時，可能包括有熔化和固化的形成，要求綜合考慮激光的功率密度，盤的旋轉(zhuǎn)速度，總的爆光時間以及每個記錄軌道的循環(huán)次數(shù)。如果這些度量不能很好地進行平衡，得到的材料就不能具有作為形成基礎(chǔ)用的那種適當(dāng)?shù)慕M織結(jié)構(gòu)。這種不適當(dāng)?shù)男纬删涂梢詫?dǎo)致出現(xiàn)不希望有的變黑的相態(tài)離散，粒徑加大，以及反差低略這樣一些特性。這種形成不僅是生產(chǎn)制造過程中要求精密控制的注意力高度集中的工序，而且由于一次只能作出一個記錄軌道，因此，也是一道生產(chǎn)制造過程中消耗時間的低生產(chǎn)率的工序。
本發(fā)明的方法，排除了那些在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料的形成中所存在的內(nèi)在困難問題。
正象在這里所設(shè)想的那樣，本發(fā)明方法的實質(zhì)是用一個排序化脈沖照射到光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料上，使數(shù)據(jù)存貯器件中的所有沉積形不規(guī)則材料可轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則材料。這種排序脈沖，有足夠高的能量，在避免使材料熔化的同時，使得該材料規(guī)則化。該脈沖或者是準(zhǔn)直的，或者是非準(zhǔn)直的;并且或者是單色的，或者是非單色的。
根據(jù)一個示范例，該形成脈沖，直接將沉積材料轉(zhuǎn)換為形成材料(二進制“0”)。另一個示范例是把沉積材料結(jié)晶化，成為一種更為規(guī)則化的材料，并且玻璃化(熔化，并且再凝固化)，成為一種不規(guī)則化材料，例如，與所沉積狀態(tài)不同的材料;并且最好在整個器件上加一個單次脈沖，使材料再次結(jié)晶化，成為形成狀態(tài)。該結(jié)晶化脈的能量足以使該材料結(jié)晶，而又不使該材料熔化。該去規(guī)則化能量脈沖，必須有足夠高的能量使規(guī)則的材料熔化，并且允許它凝固為一種不規(guī)則材料。在取得穩(wěn)定的“寫入”特性之前，可以并且最好是把這個步驟重復(fù)若干次。
將規(guī)則排序用的能量加到光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上去，例如，實際上是加到該介質(zhì)的整個表面上去，并且作為一個單脈沖，每個存貯單元僅僅只加一次。該脈沖在比使介質(zhì)材料結(jié)晶化所需要的時間還要長的時間里，將該材料加熱到結(jié)晶化溫度之上。對于一般以為基礎(chǔ)的合金來說，該結(jié)晶化溫度是攝氏一百度(100℃)至攝氏一百五十度(150℃)，并且結(jié)晶化的時間在0.1微秒到10微秒的數(shù)量級。對于這些合金來說，其晶化脈沖能量，每平方厘米大約是0.1至1焦耳;并且對一個鎢或氙光管的非單色光源來說，持續(xù)時間大約為0.1至100微秒，而對一個非單色光源來說，則大約為50毫微秒到10微秒。把這種脈沖用來將沉積的不規(guī)則材料轉(zhuǎn)換成一種規(guī)則材料;使得它的光的透射率從大約百分之十，變到低于百分之二;并且使它的反射率從百分之三十以下，例如從百分之二十至百分之二十五，變到高于百分之三十，例如變到大約百分之三十九至百分之四十五。在一個最佳示范例中，形成態(tài)所取得的透射率為百分之一，反射為百分之四十三。
在另一個示范例中，得到的規(guī)則一些的狀態(tài)并不是完全的乳濁態(tài)，而后再將這種初步規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不規(guī)則狀態(tài)，也就是隨即把它轉(zhuǎn)換成為能夠作為二進制“0”進行檢測的狀態(tài)。通過采用非單色光源，來進行這種向不規(guī)則狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)用單色光源作這種轉(zhuǎn)換時，如橡利用YAG(釔鋁石榴石)激光器，紅寶石激光器，或者激發(fā)物激光器，這種光源具有大約10至100百萬焦耳/平方厘米的能量密度，以及10至100毫微秒的持續(xù)時間。這種激光器用來將相對規(guī)則的材料轉(zhuǎn)換成為一種不規(guī)則狀態(tài)，同時完成在光透射率上的變化，例如從百分之二變到百分之七到8;以及完成在反射率上的變化，例如至少從30%，并且最好是從35-40%變到低于30%，而且用波長為830毫微米的光測量時最好是變到21-24%。為了使該材料進入形成狀態(tài)，再施加第二個能量更高的排序化能量，以便把光透射率改變到1%左右，把反射率改變到40-50%左右。反射率是一種界面特性。但是，如果沒有相反的說明，這里所提到的反射率都指的是光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)-空氣界面的反射。
本發(fā)明通過如下的附圖，可以更加具體地得到說明。
圖1A是形成過程中需要預(yù)先乳濁化的單個記憶單元的溫度與記憶狀態(tài)關(guān)系的設(shè)想圖。
圖1B是形成過程中需要預(yù)先乳濁化的單個記憶單元的溫度與反射率關(guān)系設(shè)想圖。
圖2A是可從沉積狀態(tài)來形成的單個存貯單元的溫度與記憶狀態(tài)關(guān)系的設(shè)想圖。
圖2B是可以沉積狀態(tài)為起始態(tài)的單個存貯單元的溫度與反射率關(guān)系的設(shè)想圖。
圖3是光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件的一個立體的部分剖視圖。該圖并不成比例，在水平方向與垂直方向都作了夸大。
圖4是一個簡化的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件的部分立體剖視圖。該圖也不是成比例的，在水平方向與垂直方向也都作了夸大。
圖5是光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)的反射率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。在這樣的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)里，施加形成脈沖或者排序化脈沖時用氙閃光燈源;施加去規(guī)則化脈沖時用YAG(釔鋁石榴石)。
根據(jù)在這里描述的發(fā)明，一個相態(tài)可變存貯材料的形成，也就是一個相態(tài)可變的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料的形成，實際上是通過同時把所有的相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料從起始的沉積不規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)換到一個更為規(guī)則的狀態(tài)來實現(xiàn)的。有適當(dāng)能量密度，功率密度，以及持續(xù)時間的單個排序化脈沖，基本上能使它照射到的那部分存貯材料完全規(guī)則化，因此，排除了對于例如在單個記錄軌道上施加一連串重復(fù)排序化脈沖的要求。根據(jù)在此所描述的發(fā)明，免除了那種一個記錄軌道接著一個記錄軌道的多次形成方式，而是基本上將光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件暴露出的整個表面都從沉積狀態(tài)轉(zhuǎn)換到更為規(guī)則的狀態(tài)。這就是說，一個單次排列脈沖能使互相靠近的許多存貯單元，甚至是該存貯器件中的所有存貯單元都規(guī)則化。在此之后，可能會把該材料轉(zhuǎn)換成為一種相對不規(guī)則的狀態(tài)，例如轉(zhuǎn)換成為一種不同于沉積不規(guī)則狀態(tài)的第二不規(guī)則狀態(tài);而后，再轉(zhuǎn)換為一種規(guī)則狀態(tài)。
分別參見圖1A、1B、2A及2B、可以看到規(guī)則-不規(guī)則與溫度關(guān)系的曲線。圖1A及2A是相應(yīng)體積存貯材料的規(guī)則-不規(guī)則轉(zhuǎn)變與溫度經(jīng)歷關(guān)系的設(shè)想圖。這個相應(yīng)體積的存貯材料這里就稱作一個單個存貯單元。圖1B及2B是表示相對反射率與溫度關(guān)系的示意圖。
沉積狀態(tài)是一種不規(guī)則狀態(tài)，在圖1A和2A中用α表示(作為沉積狀態(tài))而在圖1B及2B中則用Rα表示(作為沉積狀態(tài))，這種狀態(tài)具有低的反射率，例如，低于百分之三十，以及高的透射率，例如，在大約百分之五以上。將具有結(jié)晶溫度用“TX”。表示的這種不規(guī)則材料轉(zhuǎn)換成一種規(guī)則材料，這種材料還具有高的反射率，比如說，大約高于百分之三十，和低的透射率，比如說，大約低于百分之二，轉(zhuǎn)換所用的脈沖能量在圖1A至2B中以虛線“排序化脈沖”來表示。該排序化脈沖有足夠高的能量，也就是說，它具有一個足夠高的能量密度和功率密度，足以使存貯單元內(nèi)的存貯材料的溫度上升到結(jié)晶化溫度TX。之上，并且持續(xù)一段時間，使得該材料足以結(jié)晶而又有最小的相態(tài)離散度，但是它的能量又并不特別高，也就是說，它并沒有達到足夠高的能量密度或者功率密度，使得該材料熔化。借助于一個排序化脈沖是指這樣一種脈沖，它具有足夠高的能量，足以使一個相應(yīng)體積內(nèi)的存貯材料，比如說，一個單個存貯單元內(nèi)的存貯材料的溫度，上升到它的結(jié)晶化溫度TX之上，但是并沒達到足夠高的能量使它的溫度上升到它的熔化溫度T熔化之上。
根據(jù)材料來決定，這種形成可能要用圖1A和1B中所示的“排序化脈沖”-“無序化脈沖”-“排序化脈沖”這種順序的三個脈沖，這些脈沖可以重復(fù)，或者只用圖2A和2B中所示的一個單次脈沖。
根據(jù)圖1A和1B中所示的示范例，是將具有反射率“Rα(作為沉積狀態(tài))”的不規(guī)則材料結(jié)晶化成為一種具有結(jié)晶溫度“TX”。以及反射率“R.(預(yù)先乳濁化的規(guī)則狀態(tài))”的規(guī)則狀態(tài)。然后，再把具有反射率“R.(預(yù)先乳濁化的規(guī)則狀態(tài))”的規(guī)則的存貯材料轉(zhuǎn)換成為一種具有反射率“Rα(“1”或玻璃狀態(tài))”的不規(guī)則狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)換是通過讓規(guī)則材料經(jīng)受圖1A及1B中用“無序化脈沖”表示的一個或多個無序化脈沖的作用來完成的。該無序化脈沖或者多個無序化脈沖，具有足夠高的能量的，也就是說，具有足夠高的能量密度和功率密度，足以使該存貯單元或多個存貯單元的溫度上升到它的熔化溫度之上。借助于一個“無序化脈沖”的作用，意思是說，這個脈沖是在一些條件之下熔化規(guī)則材料的;這些條件是熔化過的材料要凝固成一個較為不規(guī)則的材料。該熔化后的存貯材料很快地冷卻并且凝固，也就是玻璃化，形成一種具有反射率Rα的不規(guī)則材料。其結(jié)果就產(chǎn)生出由圖1A中的“α(作為玻璃狀化的)”以及圖1B中的“Rα(“1”或玻璃狀態(tài))”表示的，對應(yīng)于二進制“1”的不規(guī)則狀態(tài)。
該不規(guī)則材料可以是一種結(jié)晶化溫度TX1低于沉積不規(guī)則材料結(jié)晶化溫度TX0的材料。另外，該不規(guī)則材料也可以是一種具有結(jié)晶化溫度TX2高于沉積材料結(jié)晶化溫度TX0的材料;或者，該不規(guī)則材料可以包含有低結(jié)晶溫度TX1材料的一些雜質(zhì)，結(jié)晶區(qū)，及/或結(jié)晶帶，以及高結(jié)晶溫度TX2材料的一些雜質(zhì)，結(jié)晶區(qū)，及/或結(jié)晶帶。
該不規(guī)則材料對應(yīng)于二進制“1”，并且具有反射率為R2?！安脸彼簿褪钦f，轉(zhuǎn)換成為對應(yīng)于二進制“0”，反射率為R1的規(guī)則狀態(tài)，要借助于一個擦除脈沖來進行。圖1A及1B中用“擦除脈沖”表示的進行擦的脈沖是一個具有足夠能量的排序化脈沖，它至少能在一個相應(yīng)體積中把一些不規(guī)則存貯材料轉(zhuǎn)換成為規(guī)則材料。正象在這里所說過的那樣，這個“擦除”脈沖是一個用于將不規(guī)則材料轉(zhuǎn)換成為規(guī)則材料的排序化脈沖，但它同時也避免使材料熔化。
用于進行擦除的該能量脈沖，也就是用于把不規(guī)則材料轉(zhuǎn)換成為規(guī)則材料的脈沖，它的能量應(yīng)該足夠高，也就是應(yīng)該有足夠高的能量密度和足夠高的功率密度，足以使不規(guī)則材料結(jié)晶化;但它的能量又應(yīng)該足夠低，也就是應(yīng)該有足夠低的能量密度及/或一個足夠低的功率密度，能夠避免熔化該材料，避免形成具有大約150埃(A0)以上粒徑的晶粒，并且把不希望有的相態(tài)離散度減到最小，或者甚至完全避免。因此，由于一些高結(jié)晶溫度材料的出現(xiàn)，也就是存在有結(jié)晶溫度為TX2的不規(guī)則材料，該“擦除”脈沖可能需要比“排序化”脈沖更為高的能量。由于同樣的原因，因為存在一些高熔化溫度的相態(tài)，其中包含有一些高熔化溫度的雜質(zhì)，所以“寫入脈沖”可能要比“無序化脈沖”具有更高的能量。
在另外的一個，并且是最佳的示范例之中，正象由圖2A和2B中所示出的，結(jié)晶溫度在圖2A中以TX0表示的沉積不規(guī)則材料與反射率在圖2B中以“Rα(作為沉積的狀態(tài))”表示的沉積材料，都可通過施加一個“排序化脈沖”直接形成對應(yīng)于二進制“0”狀態(tài)的規(guī)則材料。
這里所設(shè)想的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，可以圖3及圖4所示的光盤裝置為例來說明。圖3中所示的器件11，具有一個至少用來支承一個封裝的相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21的剛性基片13。數(shù)據(jù)存貯在該數(shù)據(jù)材料21的各個存貯單元或位之中。將各個存貯單元沿著互相平行的記錄軌道排列，各個存貯單元的中心間距約為0.7微米至4微米;而各個記錄軌道的間隔約為1微米至4微米。各個存貯單元一般具有0.5平方微米至4平方微米的表面面積，被利用的表面面積大約為0.7平方微米至12平方微米。
將該相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21有效地密封在一個抗脫落層19和一個反射層25之間。該脫落層19處于投射能量束與相變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21之間。該反射層23處在與可相變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21相對的一邊上，并且是在相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21和基片13之間?？姑撀鋵?9，相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)存貯器21和反射層23，這三層材料可進一步封裝在一層透明的外保護層18和基片13之間。
該抗脫落層19增強了投射能量束的轉(zhuǎn)換效果，例如，增強光能向熱能的轉(zhuǎn)換;并且抑制了在相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21中形成凹痕或脫落的趨勢;而且擦除，讀出及寫入用的脈沖投射束完全可以穿透它。最好是用一種介電材料也就是一種熱絕緣體構(gòu)成該脫落層19。典型的材料就是二氧化硅和二氧化鍺。當(dāng)粒子束是一種激光時，該脫落層的厚度是大約從1至10。一般來說，該抗脫落層的厚度是大約0.1至0.5微米;但是最好根據(jù)相可變存貯材料層21與反射層或涂敷層23來選定，使得在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件11中的能量關(guān)系達到最佳。
也可以這樣選擇，在抗脫落層19之上有一層厚度約為500埃到20微米的透明介電薄膜22，用作靜電絕緣。把這個介電薄膜22放置在透明密封薄膜18與抗脫落層19之間。
該反射層23，例如一種像氧化鋁涂層那樣的介電質(zhì)，或者一種氧化鍺涂層，厚度約為100埃至2微米。該反射層23增強了相可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21的光學(xué)效率。
另外，以該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21與反射層23之間為內(nèi)，在與該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21相對的外側(cè)，還可以有一個熱阻擋層24，用以增強粒子束能向熱能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)有這個阻擋層時，該熱阻擋層大約為0.1微米至20微米厚，并且是由二氧化硅或者由氧化鍺構(gòu)成的。
該密封透明薄膜18提供了環(huán)境保護，特別是防水和防水蒸汽，并且通常是一種透明的金屬氧化物，或者是一種有機聚合物，例如，有機玻璃或類似的東西。另外，在基片和熱阻擋層之間，可以加一層譬如說由有機玻璃形成的膠層。
在抗脫落層19，光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21，透明電介質(zhì)22(如果有的話)，反射層23以及熱阻擋層24(如果有的話)之間都存在光藕合，并且都是最佳選定的。這就是說，最佳選定這些層的厚度及光學(xué)特性，使它們達到最佳的抗反射特性，在讀出狀態(tài)中有優(yōu)良的高反射，并且在“擦除”與“寫入”狀態(tài)中有高的吸收。只要確實最佳選定了該光學(xué)藉合，或達到了最佳化，那么就減少了所施加的總能量。
在圖4中所示的另外一個示范例里，提供了這樣一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件111，它具有基片113，還帶有一個有反射和熱絕緣作用的氧化涂層或夾層124，氧化鍺，氧化碲或類似的物質(zhì)。該絕緣反射層124大約厚度為0.1至0.5微米。在該絕緣反射層124的上方，是厚度約為500A0(埃)至2000A0(埃)的一層相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料121。在該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料層121的上方，是一層抗脫落，抗反射的材料層119。該抗脫落抗反射的涂層119也是由一種透明電介質(zhì)形成的，比如一種金屬氧化物，或者是像氧化鍺那樣的其他金屬化合物，厚度約為0.1至0.3微米。用一層粘結(jié)樹脂薄膜120為密封層，粘接在119層之上，這個密封的聚合物層118，譬如說是有機玻璃層，厚約0.25至2毫米。
該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料層21，121厚約50A0(埃)至2微米，特別是厚約500A0(埃)至2000A0(埃)為最好，而在最佳的示范例中，厚約700至1500A0(埃)。
在一個可逆系統(tǒng)，也就是一個帶有“讀出”“寫入”和“擦除”能力的系統(tǒng)中，該相態(tài)可變材料21，121相變時候是可在不存在外形變化的情況下實現(xiàn)可逆變換的;并且，具有大約40db(分具)以上的信噪比;而且，最好是使信噪比高于50分貝。
該相態(tài)可變材料21，121是可在許多可探測的狀態(tài)之間進行相變的;這就是說，在兩個或多個可探測狀態(tài)之間，譬如通過非規(guī)則狀態(tài)或者非晶態(tài)，以及規(guī)則狀態(tài)，或者在可探測到的局部規(guī)則化的一定程度之間進行相變。
該相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器補料21，121的穩(wěn)定可探測狀態(tài)，可以是光學(xué)上可探測的，如像通過反射率，折射率，吸收能力，或者透射率這樣一些參數(shù)來探測。另外，它們也可以是電學(xué)上可探測的，如通過電阻或電容這樣的參數(shù)來探測。
用來提供這些相態(tài)可變光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21，121的很有用的材料，是那些相變時有可檢測特性出現(xiàn)的材料。這些有可檢測特性存在的狀態(tài)，在貯存和工作時所經(jīng)受的那些溫度下是穩(wěn)定的。在正常情況下，這些材料都是硫族化物，例如，以碲為基的化合金;而且它們可能以金屬的形式，以氧化物的形式，包括非化學(xué)計量的氧化物和它們的其他化合物，合成物及合金的形式出現(xiàn)。最通常的是，該硫族化物是由帶有像氧、硫、硒、ⅢB族元素，ⅣB族的金屬及半金屬元素，ⅤB族的半金屬元素，低熔點金屬等等這樣的其他化合物的合金所組成的。
該硫族化物，碲、碲-硒合金等等，以及它們的混合物，可以與ⅢB族的元素一起存在。典型的ⅢB族添加化合物與添加物包括有硼，鋁，鎵和銦。該硫族化物，碲、碲-硒合金，以及它們的混合物，可以與包括有碳、硅、鍺、錫、鉛及其它們的混合物的ⅣB族的金屬與半金屬元素混合在一起，很有用的ⅤB族添加物包括有氮、磷、砷、銻和鉍。ⅣB族加合物和其他添加物的混合物可能以下面這幾種形式的硫?qū)倩镄问酱嬖?1)帶有硅、鍺、錫、鉛或者它們的混合物，(2)帶有一種或多種由(a)ⅢB族化合物，(b)ⅤB族化合物，與(C)它們的混合物組成的添加物組中選擇出來的添加物。
ⅢB族和ⅤB族添加物的典型混合物包括有砷化鎵和銻化銦。其他的混合物包括有(1)-鍺，(2)帶有砷化鎵的-鍺，(3)帶有砷化鎵和鐵的-鍺，(4)-鉍，以及(5)-鉛。上述這些化合物，合成物以及合金還可以包括有氧、硫、或者氧和硫，并且可以氧化物，低價氧化物、硫化物、低價硫化物、氧硫化物和低價氧硫化物，以及其他非化學(xué)計量的化合物的形式存在。
該硫族化物或氧化物或者它們的硫化物，可以與一些過渡金屬添加物一起存在，這些過渡金屬不是以金屬形式存在就是以氧化物形式存在，或者以硫化物形式存在，例如，釩、鉻錳、鐵、鈷鎢、鈦等等。
可以通過各種能形成一種相對不規(guī)則材料的技術(shù)來沉積該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料層21，121。這些技術(shù)包括有蒸發(fā)的及各種等離子處理。典型的等離子處理包括有以固定形式沉積的濺射，從來自一個合金靶的沉積，來自多個濺射靶的多極濺射及/或反應(yīng)濺射，或者帶有某種氣體的濺射。另外，該等離子處理可以是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的輝光放電處理，這種技術(shù)已在Stanford Rovshinsky與Aran Madan關(guān)于與晶體半體等效的非結(jié)晶體半導(dǎo)體的美國專利US4、226、898，以及Stanford R.Ovshinsky以及Aran Madan關(guān)于與晶體半導(dǎo)的美國專利US4、217、374中描述過了。該等離子處理可以是一種d.c(直流)，一種偏置的d.c(直流)處理，一種射頻偏置處理，或或者一種微波處理。
上述這些處理得到不規(guī)則的沉積層21、121。這就是說，在這種沉積層中的材料是以基本不存在長程有序和存在長程無序為特征的，雖然該沉積層的最鄰近的原子之間可能存在短程有序情況。
該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21，121的“沉積”結(jié)構(gòu)不同于借助于對該材料施加能量后將一個結(jié)晶的或者規(guī)則的材料轉(zhuǎn)換成為一個不規(guī)則的狀態(tài)所取得的那種材料的結(jié)構(gòu)。這就是說，為了用于數(shù)據(jù)輸入，對應(yīng)的是二進制數(shù)“0”)的不規(guī)則狀態(tài)，可能要與沉積狀態(tài)不同。因此，需要利用在此描述的方法，將沉積材料轉(zhuǎn)換成為一種更為規(guī)則的材料。在生產(chǎn)制造過程中是在不導(dǎo)致脫落或者不改變材料外形的條件下，通過對該材料施加能量，來實現(xiàn)對沉積材料的這種轉(zhuǎn)換的。這是可以在材料封裝之后實現(xiàn)的，例如，在抗反射層，絕熱層，介電層，以及大氣密封的封裝層的沉積或形成之后來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。另外，形成工藝也可在生產(chǎn)過程的早期階段進行，例如，在現(xiàn)場，在該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料層21，121沉積完之后，還沒有在其上形成任何相鄰層之前，就立即在沉積室內(nèi)進行。
根據(jù)在此所設(shè)想的本發(fā)明，光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件包含有這樣一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)21，121，這種介質(zhì)在對它施加投射束能量時，至少可在兩種可檢測的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換;形成前它在器件11中處于沉積后的第一個不規(guī)則態(tài)。正象在此所設(shè)想的那樣，這種形成包括對許多存貯單元同是施加一個單次的，排序化能量脈沖的步驟，并且最好是加到該數(shù)據(jù)存貯材料21，121的整個表面上;用這個辦法將該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)21，121從沉積不規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為一個更為規(guī)則的狀態(tài)。此后，在一個示范例中，可以把一個去規(guī)則化能量脈沖加到該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)21，121上去，它把該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)從一個中間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第二個不規(guī)則狀態(tài)，例如，不同于沉積不規(guī)則狀態(tài)的一個不規(guī)則狀態(tài)，之后用第二排序化能量脈沖，將上述第二個不規(guī)則狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
為一個具有如圖1B中所示的反射率“R1(“0”形成后的規(guī)則狀態(tài))”的規(guī)則狀態(tài)。該排序化能量脈沖具有每平方厘米大約0.1至1焦耳的能量。在大約從0.1微秒至100微秒的時間間隔里，把該排序化能量脈沖加到該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上去。比較短的脈沖持續(xù)時間，不能較完全或較完滿地轉(zhuǎn)換為規(guī)則狀態(tài)，但是比較長的脈沖持續(xù)時間，在結(jié)晶化期間又會使得相態(tài)基本上是離散的。該排序化脈沖可以是單色的能量脈沖，也可以是非單色的能量脈沖。當(dāng)它是非單色的時候，它來自一個非單色光源，例如，一個氙或鎢閃光管。當(dāng)它是單色的時候，它來自一個激光器，如像紅寶石激光器，金綠寶石激光器，YAG(釔鋁石榴石)激光器，或者激發(fā)物激光器。
在另一示范例中，通過使沉積的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料排序化所形成的相對規(guī)則的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯材料21，121，就是形成后的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個最佳示范例，光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件是利用氧氣中的鍺的反應(yīng)濺射制備在一個空白基片上的，從而形成一個大約700至1500A0(埃)厚的氧化鍺薄膜。利用氧氣中的鍺、 、錫的多極反應(yīng)濺射，在這個薄膜的頂上部形成一個大約700至1500A0(埃)厚的-錫-鍺氧化薄膜。在700至1500A0(埃)厚的相可變薄膜頂部，用反應(yīng)濺射，加上一層大約1500至3000A0(埃)厚的氧化鍺薄膜。在這層薄膜的頂部，加上一層大約0.05至0.2毫米厚的粘結(jié)層，并且加上一層大約0.5至2毫米厚的有機玻璃板，用作密封。
濺射出的-鍺-錫氧化物層是不規(guī)則狀態(tài)物質(zhì)，具有21%的反射率和10%的光透射率。利用能量約為每平方厘米0.5焦耳，閃時間約為50微秒的放電氙燈，對濺射層施加投射能量束，將它轉(zhuǎn)換到相對規(guī)則一些的狀態(tài)。結(jié)果產(chǎn)生的規(guī)則狀態(tài)，如同“預(yù)乳濁狀”一詞所表征的那樣，具有39%的反射率和2%的光透射率。
然后再將能量密度約為每平方厘米20-50毫焦耳，閃爍時間約為15毫微秒的YAG(釔鋁石榴石)激光器中產(chǎn)生的能量加到上面得到的處于規(guī)規(guī)則態(tài)的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)層上，使該層介質(zhì)轉(zhuǎn)換到不同于沉積不規(guī)則狀態(tài)的第二個不規(guī)則狀態(tài)。結(jié)果產(chǎn)生的不規(guī)則材料，具有24%的反射率和7%的光透射率。
此后，將該不規(guī)則材料結(jié)晶化為一個“形成”狀態(tài)，也就是說，一個“擦除”狀態(tài)，這是用能量密度為每平方厘米0.6焦耳，閃爍持續(xù)時間為50微秒的氙閃光燈來實現(xiàn)的。結(jié)果產(chǎn)生的“起始”狀態(tài)，具有43%的反射率和1%的光透射率。
雖然本發(fā)明至此一直是根據(jù)二進制數(shù)據(jù)描述的，但是可以理解到，本發(fā)明的方法也是可以用其他形式的數(shù)據(jù)來使用的，比如調(diào)頻信號和灰度信號這樣的一些數(shù)據(jù)。
雖然本發(fā)明至此一直是根據(jù)一些最好的示范例和由此作出的最佳實施方案來進行說明的，但并不想用此來限止本發(fā)明的保護范圍;其保護范圍僅只由后面所附的權(quán)利要求
書所限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件的形成方法，通過對這種器件中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加投射光束能，至少可在兩種可探測的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；在形成之前，該數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)處于沉積后的第一不規(guī)則狀態(tài)；該形成方法包括對光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加一個排序化單次能量脈沖；由這種辦法，將該能量脈沖照射到的存貯材料部分，轉(zhuǎn)換到一個更為規(guī)則的狀態(tài)。
2.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中包括對光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加一個每平方厘米大約0.1至1焦耳的排序化能量脈沖。
3.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中所說的排序化能量脈沖是一個非單色能量脈沖。
4.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中包括對光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加一個大約0.1至100微秒持續(xù)時間的排序化能量脈沖。
5.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中所說的排序化能量脈沖是一個單色能量脈沖。
6.按照權(quán)利要求
5中的方法，其中施加于光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)的是0.05至10微秒持續(xù)時間的排序化能量脈沖。
7.按照權(quán)利要求
2中的方法，其中包括在施加上述排序化脈沖之后，再對光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加一個單色無序化能量脈沖。
8.按照權(quán)利要求
7中的方法，其中包括對該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加大約每平方厘米10至100毫焦耳的一個無序化能量脈沖。
9.按照權(quán)利要求
7中的方法，其中包括對該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加大約10至100毫微秒持續(xù)時間的一個無序化能量脈沖。
10.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中所說的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，可在其可探測狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的。
11.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中處于所說的第一不規(guī)則狀態(tài)中的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，830毫微米處的光反射率低于30%。
12.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中處于所說的形成后的更為規(guī)則狀態(tài)中的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，830毫微米處的光反射率至少為30%。
13.按照權(quán)利要求
1中的方法，其中所說的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件包括彼此靠近的許多存貯單元的，并且用其中所說的一個排序化單次能量脈沖使這許多存貯單元規(guī)則化。
14.一種包含有這樣一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，這種存貯介質(zhì)通過對它施加投射束能量，至少可在兩種可探測狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換;形成之前;該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)處于沉積后的第一不規(guī)則狀態(tài);這種數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)的形成方法，包括有對它施加一個排序化單次能量脈沖的步驟;用這種辦法將該能量脈沖照射到的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)的部分，轉(zhuǎn)換到一個更為規(guī)則的狀態(tài)。
15.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中把一個大約每平方厘米0.1至1焦耳的排序化能量脈沖加到該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上。
16.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中的排序化能量脈沖是一個非單色能量脈沖。
17.按照權(quán)利要求
16中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中施加在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上的排序化能量脈沖持續(xù)時間約為0.1至100微秒。
18.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中的排序化能量脈沖是一個單色能量脈沖。
19.按照權(quán)利要求
18中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中施加在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上的排序化能量脈沖持續(xù)時間大約0.05至10微秒。
20.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中在施加上述排序化能量脈沖之后，再把一個單色無序化能量脈沖加到該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上。
21.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中把一個大約每平方厘米10至100毫焦耳的無序化能量脈沖加到該光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上去。
22.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中把一個施加在光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)上的無序化能量脈沖持續(xù)時間大約10至100毫微秒。
23.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)可在可檢測狀態(tài)之間可逆地相互轉(zhuǎn)換。
24.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中處于第一不規(guī)則狀態(tài)中的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，在830毫微米上具有低于30%的光反射率。
25.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，其中處于所說的第二次形成更為規(guī)則的狀態(tài)中的數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，在830毫微米上，具有至少為30%的光反射率。
26.按照權(quán)利要求
14中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，器件中包括著平行記錄軌道，相互靠近排列的許多存貯單元。
27.按照權(quán)利要求
26中的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件，用其中所說的一個排序化單次能量單脈沖使這許多存貯單元規(guī)則化。
專利摘要
這里公開的是一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯器件的形成方法，該器件中包含有一種光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)，通過對它投射能量束，至少可在兩種可測狀態(tài)之間進行轉(zhuǎn)換。在形成之前該數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)是處于沉積后的第一次不規(guī)則狀態(tài)。該形成過程包括對光學(xué)數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)施加一個排序化能量脈沖，以形成一個相對更為規(guī)則的狀態(tài)。
文檔編號G11B7/004GK85104504SQ85104504
公開日1986年4月10日 申請日期1985年6月12日
發(fā)明者羅薩·揚格, 納博利昂·佛米哥尼 申請人:能源轉(zhuǎn)換裝置公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan