專利名稱：基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤及其制造方法
技術領域：
本發明屬于光存儲技術領域，是一種基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤，使用氮化銅薄膜充當一次寫入型光盤的記錄層，這種材料可在激光作用下發生分解引起光學性質變化，從而達到信息存儲的目的。
背景技術：
光存儲是由光存儲器表面的介質影響的，最常見的光存儲器是光盤如CD、DVD等，光盤介質上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再轉化為的數字信號就成了光存儲。激光束經光路系統、物鏡聚焦后照射到介質上，介質被激光燒蝕出小凹坑。介質上被燒蝕和未燒蝕的兩種狀態對應著兩種不同的二進制數據。識別存儲單元這些性質變化，即讀出被存儲的數據。 光盤是否穩定可靠，記錄介質是關鍵。目前，光盤的記錄介質主要采用有機染料，光盤在進行燒錄時，激光就會對在基板上涂的有機染料進行燒錄，直接燒錄成一個接一個的“坑”，這樣有“坑”和沒有“坑”的狀態就形成了 “O”和“ I ”的信號。這一連串的“0”、“ I ”信號，就組成了二進制代碼，從而表示特定的數據。然而，光盤的不足之處是，有機染料往往都具有一定的毒性，加工和處理有機染料時都不可避免的會對人體造成危害以及對環境造成污染。氮化銅(Cu3N)是一種具有特殊結構和性能的無毒材料，近年來受到廣泛關注。氮化銅薄膜是棕褐色的半透明薄膜。其在濕度為95%、溫度為60°C的條件下放置15個月后與原來相比沒有發現有任何光學性能改變。氮化銅晶體處于亞穩態或非穩態相，其在真空中360 V左右情況下就可以分解(2Cu3N=6Cu+N2 )。我們對分解了的氮化銅薄膜進行性能研究，發現氮化銅熱分解后所得到的銅與直接濺射得到的銅的反射光譜很相近，而氮化銅的反射系數比銅的小，在受到波長約SOOnm的紅外線照射時反射系數有較大的差異，我們知道光盤是依靠介質表面不同的反射系數，用SOOnm左右的紅外線來讀取數據的，而氮化銅薄膜恰在SOOnm附近有比其熱分解后的金屬銅低得多的反射率。氮化銅在常溫下性能穩定，具有低的熱分解溫度，且廉價無毒。它在真空中360°C左右就可以分解成銅單質實現低溫金屬化，且對SOOnm左右紅外線的反射率與分解產物Cu有明顯差別，這使之在光存儲技術領域中具有誘人的應用潛力。
發明內容
技術問題本發明要解決的問題在于提供一種基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤及其制造方法，將氮化銅的這種低溫熱分解特性運用到光盤中，制作出全新且無毒的基于氮化銅的一次寫入型光盤。技術方案本發明的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤及其制造方法具體為 基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤主要分為四層，依次包括基板、記錄層、吸收層和保護層；
基板這是光盤的第一層，它是光盤其它部分的載體，也是整個光盤的物理外殼；記錄層這是光盤的第二層，是燒錄時刻錄信號的地方，利用磁控濺射方法制備的氮化銅薄膜一次性光存儲介質，由于燒錄前后的反射率不同，讀取不同長度的信號時，通過反射率的變化形成O與I信號，借以讀取信息；
吸收層這是光盤的第三層，它是吸收多余紅外線的區域，將透過記錄層的紅外線吸
收；
保護層這是光盤的第四層，它用來保護光盤中的吸收層和記錄層以及防止數據被破壞。
所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法為
a.選擇穩定性強的透明材料為基底，利用磁控濺射的方法制備出氮化銅薄膜，
b.在完成上一步后，將鍍有氮化銅薄膜的基底加工成所需的尺寸和形狀，基底作為基板，氮化銅薄膜作為記錄層；
c.上述加工完成后，將具有良好吸收紅外線能力的材料鍍在記錄層上面，作為吸收層，將透過氮化銅薄膜記錄層的紅外線吸收；
d.將具有防止數據被破壞能力的材料，鍍在吸收層上面作為保護層；
e.在保護層上面印刷光盤的客戶標識、容量的相關資訊，得到基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤。利用磁控濺射的方法制備出氮化銅薄膜，是在基底上以Cu為靶材，N2為反應氣體制備出氮化銅薄膜，待其冷卻后將其取出，然后將其加工作為基板和記錄層。所述穩定性強的透明材料為K9玻璃、石英玻璃或PC材料。所述良好吸收紅外線能力的材料為紅外吸收顏料。具有防止數據被破壞能力的材料為光固化丙烯酸類物質、硅樹脂或PVC材料。本發明的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤記錄數據的方法，激光束經光路系統、物鏡聚焦后透過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上，被照射位置的氮化銅在達到3000C _360°C發生熱分解反應，分解成金屬銅，分解和未分解的兩種狀態就對應著兩種不同的二進制數據。采用780nm-850nm紅外線照射，光線通過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上面，記錄層將光線反射，接收器將反射的光線接收并根據其不同的反射率，轉化為0、1的數字信號，完成數據讀取。有益效果本發明具有以下優點
I.無毒對人體和環境友好。所需材料和制造過程均無毒，不會對人體造成危害以及對環境造成污染。2.高的光學對比度和穩定性。激光作用前后，反射率差異明顯，但正常情況下光學性能不易發生改變。3. 一次性記錄保護數據。只能對數據進行一次記錄，保護數據防止被更改。4.制作成本低。整個制造過程所需材料均價格低廉。5.結構簡單。制造過程簡單，對設備要求不高，易于大規模制造。
圖I是本發明的結構原理圖。圖中有基板I，記錄層2，吸收層3，保護層4。
具體實施例方式基于氮化銅的一次寫入型光盤主要分為四層，其中包括基板、記錄層、吸收層和保護層。I.基板
它是光盤其它部分的載體，其使用的材料應穩定性好、無毒性、透明，在整個光盤中，它不僅是載體，更是整個光盤的物理外殼。 2.記錄層
這是燒錄時刻錄信號的地方，其主要的工作原理是，由于燒錄前后的反射率不同，讀取不同長度的信號時，通過反射率的變化形成O與I信號，借以讀取信息。本發明的記錄層是利用磁控濺射方法制備的氮化銅薄膜一次性光存儲介質。3吸收層
這是光盤的第三層，它是吸收多余紅外線的區域，將透過記錄層的紅外線吸收。4.保護層
它用來保護光盤中的吸收層和記錄層以及防止數據被破壞。本發明的制造方法為
(I)選擇穩定性強的透明材料如K9玻璃、石英玻璃或PC材料等為基底，利用磁控濺射的方法制備出氮化銅薄膜。(2)在完成上一步后，將鍍有氮化銅薄膜的基底加工成所需的尺寸和形狀。基底作為基板，氮化銅薄膜作為記錄層。(3)上述加工完成后，將具有良好吸收紅外線能力的材料鍍在記錄層上面，作為吸收層將透過氮化銅薄膜記錄層的紅外線吸收。(4)將具有保護吸收層和記錄層以及防止數據被破壞能力的材料如光固化丙烯酸類物質、硅樹脂或PVC材料等，鍍在吸收層上面作為保護層。(5)在保護層上面印刷光盤的客戶標識、容量等相關資訊，得到基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤。本發明的關鍵之一在于利用磁控濺射的方法，在基底上以Cu為靶材，N2為反應氣體制備出氮化銅薄膜，待其冷卻后將其取出，然后將其加工作為基板和記錄層。本發明的另一關鍵之處在于記錄數據的方法一定強度的激光束經光路系統、物鏡聚焦后透過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上，被照射位置的氮化銅在達到約360°C左右發生熱分解反應，分解成金屬銅，分解和未分解的兩種狀態就對應著兩種不同的二進制數據。本發明還有一關鍵之處在于讀取數據的方法采用SOOnm左右紅外線照射，光線通過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上面，記錄層將光線反射。接收器將反射的光線接收并根據其不同的反射率，轉化為0、1的數字信號，完成數據讀取。以下結合實例對本發明進行詳細說明，本發明不受這些實例所限。
實例I
(I)選擇厚度為I. 2mm的玻璃板作為基底，采用反應直流磁控濺射法，在玻璃基底上制備氮化銅薄膜。濺射的靶材為99. 999%的高純銅靶，銅靶的直徑為50mm、厚度為5mm。靶和基底之間的距離為60mm，工作氣體為99. 99%的高純氮氣和99. 99%的高純氬氣，分別使用質量流量計控制。(2)基底在放入真空室之前，分別用丙酮、酒精超聲清洗，濺射前將真空室氣壓抽到低于5X10_4Pa，并充入氬氣預濺射3min以清洗靶面。隨后通入氮氣，控制總濺射氣壓在2Pa，控制氮氣與氬氣的比例為3/1，濺射功率控制在120w，基底溫度為100°C來制備氮化銅薄膜。(3)氮化銅薄膜制備完成后不要立即取出，等濺射室溫度降至室溫后再取出。(4)將取出的鍍有氮化銅薄膜的玻璃基底進行加工，使其直徑為40mm，中間有孔，內徑為15_，呈圓形。玻璃基底作為基板，氮化銅薄膜作為記錄層。 (5)上述加工完成后，將事先購買到的紅外吸收顏料均勻涂在記錄層上面，作為吸收層將透過氮化銅薄膜記錄層的紅外線吸收。(6)將光固化丙烯酸類物質鍍在吸收層上面，作為保護層，保護吸收層和記錄層以及防止數據被破壞。(7)在保護層上面印刷光盤的客戶標識、容量等相關資訊，得到基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤。(8)記錄數據時，將所需記錄的數據經過計算機處理，采用激光束照射的方法將數據記錄下來。一定強度的帶有數據信息的激光束經光路系統、物鏡聚焦后透過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上，被照射位置的氮化銅在達到約360°C左右發生熱分解反應，分解成金屬銅，分解和未分解的兩種狀態就對應著兩種不同的二進制數據。(9)讀取數據時，采用SOOnm左右紅外線照射，光線通過玻璃基板照射到氮化銅薄膜記錄層上面，記錄層將光線反射。接收器將反射的光線接收并根據其不同的反射率，轉化為O、I的數字信號，完成數據讀取。
權利要求
1.一種基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤，其特征在于該光盤主要分為四層，依次包括基板、記錄層、吸收層和保護層； 基板這是光盤的第一層，它是光盤其它部分的載體，也是整個光盤的物理外殼；記錄層這是光盤的第二層，是燒錄時刻錄信號的地方，利用磁控濺射方法制備的氮化銅薄膜一次性光存儲介質，由于燒錄前后的反射率不同，讀取不同長度的信號時，通過反射率的變化形成O與I信號，借以讀取信息； 吸收層這是光盤的第三層，它是吸收多余紅外線的區域，將透過記錄層的紅外線吸收； 保護層這是光盤的第四層，它用來保護光盤中的吸收層和記錄層以及防止數據被破壞。
2.一種如權利要求I所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法，其特征在于該制備方法為 a.選擇穩定性強的透明材料為基底，利用磁控濺射的方法制備出氮化銅薄膜， b.在完成上一步后，將鍍有氮化銅薄膜的基底加工成所需的尺寸和形狀，基底作為基板，氮化銅薄膜作為記錄層； c.上述加工完成后，將具有良好吸收紅外線能力的材料鍍在記錄層上面，作為吸收層，將透過氮化銅薄膜記錄層的紅外線吸收； d.將具有防止數據被破壞能力的材料，鍍在吸收層上面作為保護層； e.在保護層上面印刷光盤的客戶標識、容量的相關資訊，得到基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤。
3.根據權利要求2所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法，其特征在于利用磁控濺射的方法制備出氮化銅薄膜，是在基底上以Cu為靶材，N2為反應氣體制備出氮化銅薄膜，待其冷卻后將其取出，然后將其加工作為基板和記錄層。
4.根據權利要求2所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法，其特征在于所述穩定性強的透明材料為K9玻璃、石英玻璃或PC材料。
5.根據權利要求2所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法，其特征在于所述良好吸收紅外線能力的材料為紅外吸收顏料。
6.根據權利要求2所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤的制備方法，其特征在于具有防止數據被破壞能力的材料為光固化丙烯酸類物質、硅樹脂或PVC材料。
7.一種采用權利要求I所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤記錄數據的方法，其特征在于激光束經光路系統、物鏡聚焦后透過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上，被照射位置的氮化銅在達到300°C _360°C發生熱分解反應，分解成金屬銅，分解和未分解的兩種狀態就對應著兩種不同的二進制數據。
8.一種采用權利要求I所述的基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤讀取數據的方法，其特征在于采用780nm-850nm紅外線照射，光線通過基板照射到氮化銅薄膜記錄層上面，記錄層將光線反射，接收器將反射的光線接收并根據其不同的反射率，轉化為0、1的數字信號，完成數據讀取。
全文摘要
本發明是一種基于氮化銅薄膜的一次寫入型光盤及制備方法，該光盤主要分為四層，依次包括基板、記錄層、吸收層和保護層；基板這是光盤的第一層，它是光盤其它部分的載體，也是整個光盤的物理外殼；記錄層這是光盤的第二層，是燒錄時刻錄信號的地方，利用磁控濺射方法制備的氮化銅薄膜一次性光存儲介質，由于燒錄前后的反射率不同，讀取不同長度的信號時，通過反射率的變化形成0與1信號，借以讀取信息；吸收層這是光盤的第三層，它是吸收多余紅外線的區域，將透過記錄層的紅外線吸收；保護層這是光盤的第四層，它用來保護光盤中的吸收層和記錄層以及防止數據被破壞。
文檔編號G11B7/26GK102820043SQ20121025704
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者李興鰲, 趙晉陽, 李曉峰, 楊濤, 黃維 申請人:南京郵電大學