專利名稱：：只讀式納米微結構光盤的制作方法
技術領域：
：本發明屬于光學信息存儲
技術領域：
，是一種只讀式納米微結構光盤。
背景技術：
：隨著信息技術的迅猛發展，特別是數字高清晰度影視技術和網絡技術的發展普及，要求光盤存儲器具有更高的存儲密度和容量。提高光盤密度和容量的最直接的方法是縮小單個記錄位(記錄點)的尺寸。可以記錄、讀出的最小記錄點尺寸取決于光盤系統的光學分辨率。光學系統的分辨率受到光學衍射極限效應的限制，單純依靠提高物鏡數值孔徑、縮短激光波長的方法已經難以進一步提高，傳統的光盤存儲將很快達到其存儲密度的極限。突破光學衍射極限是當前光盤存儲技術發展的主要方向之一。在光盤系統中突破光學衍射極限可以通過改變光學系統或光盤結構來實現。改變光學系統突破光學衍射極限的途徑主要有插入光學超分辨光闌和使用近場掃描光學頭(或探針)。然而由于一直存在著理論、材料和技術等多方面的問題，難以獲得實際應用。相比較而言，通過特殊的光盤結構突破光學衍射極限是更加簡單、實用的途徑。在磁光盤中獲得成功應用后，該技術開始被引入光盤
技術領域：
。特殊的光盤結構之所以可以突破光學衍射極限，主要是由于引入了掩膜層和附屬的相關薄膜，利用掩膜層在激光作用前后光譜的顯著變化，掩蓋部分光斑，可以將有效光斑縮小到衍射極限之下，而附屬的薄膜結構可以發揮防止氧化、應力控制、熱控制或近場控制等功能。掩膜層功能材料和相應的多層膜結構是該技術的核心，是該光盤區別于其它光盤的新穎性所在。在只讀式光盤領域，K.Yasuda等首次采用“PC盤基/ZnS-SiO2介電層/Al合金反射層/ZnS-SiO2介電層/Ge2Sb2Te5掩膜層/ZnS-SiO2介電層”的光盤膜層結構實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(KouichiYasuda，MasumiOno，KatsuhisaArataniet.al，.PremasteredOpticalDiskbySuper-resolution.Jpn.J.Appl.Phys.，1993，32(11B)5210-5213)。此后，多種掩膜材料和結構被報道用于只讀式超分辨光盤。Y.Wu等人提出了利用Zn1-xCdxSe掩膜的只讀式超分辨光盤(YihongWu，HockKhoo，TakuyoKogureet.al.，Read-onlyOpticaldiskwithSuper-resolution，Appl.Phys.Lett.1994，64(24)3225-3227)。T.Tsujioka等以二芳基乙烯有機化合物為掩膜在只讀式光盤(PC盤基/有機掩膜層/Ag反射層)中實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(TsuyoshiTsujioka，MinoruKume，YukioHorikawaet.al.，Super-resolutiondiskwithaphotochromicmasklayer，Jpn.J.Appl.Phys.，1997，36(1B)526-529)。T.Shintani等利用“PC盤基/ZnS-SiO2介電層/Co復合氧化物掩膜層/ZnS-SiO2介電層/Al合金反射層”的光盤膜層結構實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(ToshimichiShintani，MotoyasuTerao，HirokiYamanotoet.al.，Anewsuper-resolutionfilmapplicabletoread-onlyandrewritableopticaldisks，Jpn.J.Appl.Phys.，1999，38(3B)1656-1660)。T.Kikukawa等利用Ge，Si，Mo，W，Sb，Ti，Te，Cu等分別作為超分辨反射層材料采用單層結構(PC盤基/超分辨反射層)實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(TakashiKikukawa，TatsuyaKato，HiroshiShingaiet.al.，High-densityread-onlymemorydiscwithsuper-resolutionreflectivelayer，Jpn.J.Appl.Phys.，2001，40(3B)1624-1628)。M.Yamamoto等以ZnO為掩膜采用“PC盤基/Al反射層/ZnO掩膜層”和“PC盤基/SiN介電層/Si層/ZnO掩膜層”光盤結構實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(MasakiYamamoto，GoMori，HideharuTajimaet.al.，Super-resolutionopticaldiscwithhighreadoutstabilityusingazincoxidethinfilm，Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43(7B)4959-4963)。D.Yoon等采用“PC盤基/ZnS-SiO2介電層/AgInSbTe層/ZnS-SiO2介電層/PtO層/ZnS-SiO2介電層”光盤結構實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(DuseopYoon，JoohoKim，HyunkiKimet.al.，Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43(7B)4945-4948)。F.Zhang等分別以AgOx和AgInSbTe為掩膜在兩層結構的只讀式光盤(PC盤基/掩膜層/ZnS-SiO2介電層)中實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(FengZhang，YangWang，WendongXuet.al.，Read-onlymemorydiskwithAgOxandAgInSbTesuperresolutionmasklayer，Opt.Eng.，2005，44(6)0652021-5)。H.Kim等以GeSbTe為掩膜在三層結構的只讀式光盤(PC盤基/ZnS-SiO2介電層/GeSbTe掩膜層/ZnS-SiO2介電層)中實現了超分辨預刻信息坑點的讀出(HyunkiKim，InohHwang，JoohoKimet.al.，PhasechangesuperresolutionnearfieldstructureROM，Jpn.J.Appl.Phys.，2005，44(5B)3603-3608)。上述只讀式超分辨光盤中，無機掩膜減小有效光斑主要靠聚焦激光在掩膜材料上產生的熱效應，讀出激光功率高，會影響激光器的使用壽命；輻照中的高溫會對薄膜和基片產生損害，降低讀出信噪比，縮短盤片壽命。純有機掩膜材料光熱穩定性不高，容易在多次讀出后產生疲勞，降低讀出信噪比和盤片壽命。
發明內容本發明要解決的問題在于有效地改善上述現有技術的困難，提供一種只讀式納米微結構光盤，該光盤具有讀出功率較低、對基片的熱損傷較小、讀出信號增強等優點，可以達到讀出小于衍射極限的預刻信息坑點的目的，而且讀出信噪比高、盤片壽命長。本發明的技術解決方案是一種只讀式納米微結構光盤，其結構依次包括上保護層、掩膜層、下保護層和盤基，盤基由聚碳酸酯構成，帶有預刻信息坑點，其特點是所述的上保護層由氮化硅或硫化鋅-二氧化硅或聚碳酸酯構成；所述的下保護層由氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成；所述的掩膜層由四氰基對苯醌二甲烷銀、或四氰基對苯醌二甲烷金、或四氰基對苯醌二甲烷鉑、或四氰基對苯醌二甲烷鈀、或銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物、或金摻雜的四氰基對苯醌二甲烷金復合物、或鉑摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鉑復合物、或鈀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鈀復合物構成，且掩膜層中具有納米微結構。所述的上保護層由厚度80～120nm的氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成，或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯構成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯構成。所述的下保護層的厚度為5～100nm。所述的掩膜層的厚度為5～100nm。所述的掩膜層的納米微結構，由不規則分布于基質中或基質表面的納米金屬顆粒或團簇構成，該納米金屬顆粒的成分為銀或金或鉑或鈀，金屬顆粒的尺寸為5～100nm。所述的盤基的厚度為0.6mm或1.1mm或1.2mm，所述的預刻信息坑點的尺寸為30～380nm。盤基上預刻信息坑點的尺寸小于讀出光學系統的衍射極限。本發明的技術效果與在先技術相比，本發明的只讀式納米微結構光盤中包括一層具有納米微結構的金屬有機化合物或金屬有機復合物掩膜，讀出過程中，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光譜變化，具有很快的時間響應。與此同時，掩膜中的納米微結構(金屬顆粒或團簇結構)可實現光信號的局域等離子體共振增強。該光盤具有讀出功率較低、對基片的熱損傷較小、讀出信號增強等優點，可以達到讀出小于衍射極限的預刻信息坑點的目的，而且讀出信噪比高、盤片壽命長。圖1為本發明只讀式納米微結構光盤的結構示意圖。圖2為本發明掩膜中的納米微結構示意圖。具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。本發明的只讀式納米微結構光盤結構示意圖如圖1所示，包括上保護層1、掩膜層2、下保護層3和盤基4。上保護層1用于防止掩膜層2受到破壞，掩膜層2用于縮小光斑和實現讀出光信號增強，下保護層3用于防止掩膜層2受到破壞，也用于近場光或表面等離子體波耦合控制，盤基4上的預刻信息坑點包含有數字化信息。本發明光盤中的上保護層1由厚度80～120nm的氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯構成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯構成；下保護層3由厚度5～100nm的氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成；掩膜層2由厚度為5～100nm的四氰基對苯醌二甲烷銀(AgTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷金(AuTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷鉑(PtTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷鈀(PdTCNQ)或銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物(AgTCNQAg)或金摻雜的四氰基對苯醌二甲烷金復合物(AuTCNQAu)或鉑摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鉑復合物(PtTCNQPt)或鈀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鈀復合物(PdTCNQPd)構成。根據實施的具體情況選取不同材料和膜厚。盤基為厚度為0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯只讀式光盤盤基，其上的預刻信息坑點尺寸(直徑)為30～380nm，小于用于讀出的光學系統的衍射極限。盤基厚度和預刻信息坑點尺寸根據實施的具體情況而定。圖2是本發明只讀式納米微結構光盤掩膜2中的納米微結構示意圖，納米微結構由基質5和埋藏于其中或位于其表面的納米金屬顆粒6構成。基質5的成分為四氰基對苯醌二甲烷(TCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷銀(AgTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷金(AuTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷鉑(PtTCNQ)或四氰基對苯醌二甲烷鈀(PdTCNQ)。埋藏于基質中或位于其表面的納米金屬顆粒6的成分為銀或金或鉑或鈀。金屬顆粒的尺寸為5～100nm。在不同的具體實施情況下材料成分和顆粒尺寸不同。實施例1厚度為1.1mm的聚碳酸酯基片上預刻有直徑為100nm的坑點作為信息點。在光盤基片4上依次制備下保護層3、掩膜層2和上保護層1。其中下保護層3為厚度為20nm的硫化鋅-二氧化硅薄膜，掩膜層2為30nm厚的銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜，上保護層1為厚度為0.1mm的聚碳酸酯膜。銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜中銀顆粒的尺寸不規則，直徑從5nm到30nm不等，隨機分布于四氰基對苯醌二甲烷銀基質中。采用波長為405nm、光學頭數值孔徑為0.85的光盤讀出系統，可實現本實施例中的納米微結構只讀式數字光盤預刻信息的讀出，且效果很好。根據光的衍射極限公式，該讀出系統的讀出分辨率極限約為120nm，大于本實施例中預刻坑點直徑(100nm)，采用傳統的只讀式光盤結構不能讀出信號。實施例2厚度為0.6mm的聚碳酸酯基片上預刻有直徑為200nm的坑點作為信息點。在光盤基片4上依次制備下保護層3、掩膜層2，隨后在掩膜層2上粘合上保護層1。其中下保護層3為厚度為20nm的硫化鋅-二氧化硅薄膜，掩膜層2為30nm厚的銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜，上保護層1為厚度為0.6mm的聚碳酸酯片。銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜中銀顆粒的尺寸不規則，直徑從5nm到30nm不等，隨機分布于四氰基對苯醌二甲烷銀基質中。采用波長為650nm、光學頭數值孔徑為0.6的光盤讀出系統，可實現本實施例中的納米微結構只讀式數字光盤預刻信息的讀出，且效果很好。根據光的衍射極限公式，該讀出系統的讀出分辨率極限約為270nm，大于本實施例中預刻坑點直徑(200nm)，采用傳統的只讀式光盤結構不能讀出信號。實施例3厚度為1.2mm的聚碳酸酯基片上預刻有直徑為380nm的坑點作為信息點。在光盤基片4上依次制備下保護層3、掩膜層2和保護層1。其中下保護層3為厚度為20nm的硫化鋅-二氧化硅薄膜，掩膜層2為30nm厚的銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜，上保護層1為厚度為100nn的硫化鋅-二氧化硅薄膜。銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物薄膜中銀顆粒的尺寸不規則，直徑從5nm到30nm不等，隨機分布于四氰基對苯醌二甲烷銀基質中。采用波長為780nm、光學頭數值孔徑為0.45的光盤讀出系統，可實現本實施例中的納米微結構只讀式數字光盤預刻信息的讀出，且效果很好。根據光的衍射極限公式，該讀出系統的讀出分辨率極限約為435nm，大于本實施例中預刻坑點直徑(380nm)，采用傳統的只讀式光盤結構不能讀出信號。其它實施例以列表形式給出權利要求1.一種只讀式納米微結構光盤，其結構依次包括上保護層、掩膜層、下保護層和盤基，盤基由聚碳酸酯構成，帶有預刻信息坑點，其特征在于所述的上保護層由氮化硅或硫化鋅-二氧化硅或聚碳酸酯構成；所述的下保護層由氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成；所述的掩膜層由四氰基對苯醌二甲烷銀、或四氰基對苯醌二甲烷金、或四氰基對苯醌二甲烷鉑、或四氰基對苯醌二甲烷鈀、或銀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷銀復合物、或金摻雜的四氰基對苯醌二甲烷金復合物、或鉑摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鉑復合物、或鈀摻雜的四氰基對苯醌二甲烷鈀復合物構成，且掩膜層中具有納米微結構。2.根據權利要求1所述的只讀式納米微結構光盤，其特征在于所述的上保護層由厚度80～120nm的氮化硅或硫化鋅-二氧化硅構成，或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯構成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯構成。3.根據權利要求1所述的只讀式納米微結構光盤，其特征在于所述的下保護層的厚度為5～100nm。4.根據權利要求1所述的只讀式納米微結構光盤，其特征在于所述的掩膜層的厚度為5～100nm。5.根據權利要求1或4所述的只讀式納米微結構光盤，其特征在于所述的掩膜層的納米微結構，由不規則分布于基質中或基質表面的納米金屬顆粒或團簇構成，所述的納米金屬顆粒的成分為銀或金或鉑或鈀，金屬顆粒的尺寸為5～100nm。6.根據權利要求1所述的只讀式納米微結構光盤，其特征在于所述的盤基的厚度為0.6mm或1.1mm或1.2mm，所述的預刻信息坑點的尺寸為30～380nm。全文摘要一種只讀式納米微結構光盤，其結構為“上保護層/掩膜層/下保護層/盤基”。其主要特征在于掩膜層由金屬－四氰基對苯醌二甲烷化合物或金屬摻雜的金屬－四氰基對苯醌二甲烷復合物構成，且掩膜層中具有納米微結構，即埋藏于基質中或位于其表面(界面)的納米金屬顆粒或團簇，可實現局域等離子體共振信號增強，從而達到讀出小于衍射極限的預刻信息坑點的目的。本發明只讀式納米微結構光盤具有讀出功率較低、時間響應快、熱損傷較小、超分辨讀出信號強等優點。文檔編號G11B7/24GK1851815SQ200610026340公開日2006年10月25日申請日期2006年5月8日優先權日2006年5月8日發明者王陽,吳誼群,徐文東,魏勁松,張鋒,瞿青玲申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所