Розробка оптичних носiїв iнформацiї на основi високороздільних реєструючих середовищ

 

Експериментально показано, що змiною стехiометрiї, структури плiвок та введенням додатків з електронодонорними та електроноакцепторними властивостями можна суттєво впливати на швидкiсть фазових перетворень та чутливiсть плiвок до лазерного опромiнення (рис. 2).

Донорнi додатки (2, 3, рис. 2) збiльшують швидкiсть структурних перетворень. Акцепторний додаток (4, рис. 2) пригнiчує структурнi перетворення. Для плiвок аморфного оксиду тривалентного залiза характерно утворення значних механiчних напружень в областях кристалiзацiї внаслiдок великої рiзницi мольних об'ємiв фаз. Для плiвок оксиду нікелю внаслiдок присутностi гратової води характернi явища, що можуть з часом привести до руйнування записаної iнформацiї. В тонких плiвках нестехiометричних оксидiв вольфраму та молiбдену та плiвках цих оксидiв, модифікованих органiчними сполуками, спостерiгаються фазовi перетворення, що супроводжуються значними змiнами в оптичних властивостях i не викликають значних механiчних напружень плiвок. В останнiх плiвках не виявленi небажанi для порогових РС явища (відсутні фотохромні та термохромні ефекти).

Запропоновано феноменологiчну модель для опису термодинамiки та кiнетики фазових переходiв в тонкоплiвкових РС пiд дiєю сфокусованого лазерного променя. Швидкість фазового перетворення з зародкоутворенням описується на основі рівняння Ареніуса з енергією активації e1+e2Tn/ (Tn-T), де

е1 – дифузiйна складова енергiї активацiї, пов'язана з перемiщенням атомiв плiвки в процесi упорядкування;

е2- зародкоутворююча складова енергiї активацiї, що пов'язана з питомою поверхневою енергiєю зародка та рiзницею хiмiчних потенцiалiв;

Tn- температура фазового перетворення;

T- ефективна температура плівки.

В тепловому балансі враховується поглинання лазерного променя плівкою, теплопередача плівки у масивну прозору підкладинку та тепловиділення внаслідок фазового перетворення у вигляді Ph = qЧ'v,

де Ph- потужність тепловиділення фазового переходу,

q – коефіцієнт тепловиділення, що відповідає ентальпії фазового переходу,

v – швидкiсть фазового перетворення або швидкість формування відбитка запису.

Особливістю моделі є припущення, що температура фазового перетворення може змінюватися в умовах інтенсивного лазерного опромінення плівки Tn=Tn0+zЧP,

де Tn0- незмінна складова температури фазового переходу;

z- фотохiмiчний параметр плiвки, що враховує зміну температури фазового переходу під дією лазерного променя;

Р- потужність лазерного променя.

Параметри моделі обраховуються шляхом числової комп'ютерної мінімізації цільової функції, що будується на експериментально одержаній залежності порогової потужності запису вiд тривалостi iмпульсу запису та запропонованої моделі фазових перетворень.

Моделювання фазових переходів узгоджується з експериментально одержаними даними, рис. 2. Шляхом зiставлення значень параметрiв моделi для дослiджуваних РС з iнфрачервоними, рентгенiвськими фотоелектронними спектрами та iншими фактичними даними з'ясованi наступнi особливостi процесів запису інформації. Переходи супроводжуються рухом меж кластерiв i частковим переключенням нерівноцiнних зв'язкiв атомiв метала та кисню, а не їх обривом. Кристалiзацiя внаслiдок опромiнення на довжинi хвилi 820нм може вiдбуватися, певно, за рахунок обриву зв'язкiв метал – кисень. Важливо, що під дією лазерного промея швидкість фазових перетворень має суттєве значення при ефективній температурі плівки, яка нижче за температуру одержання плівки і при якій в звичайних умовах плівка цілком стабільна. Цей факт може бути пояснений фотоiндукованою змiною енергiї активацiї та температури фазового переходу пiд дiєю потужного опромiнення.

 

Рис. 3. vP – діаграми для РС. 1- оксид вольфраму модифікований моноетаноламіном на скляній підкладинці; 2- оксид молібдену модифікований моноетаноламіном на полікарбонатній підкладинці. Довжина хвилі лазерного променя 532нм, діаметр -0, 8 мкм.

 

Елементи структури плiвки, в котрих координуються частково вiдновленi атоми вольфраму, є зародками в процесах кристалiзацiї плiвок. Введення донорних або акцепторних сполук в матрицю оксиду приводить перш за все до змiни щiльностi зародкiв на декiлька порядкiв, що суттєво змiнює кiнетику структурних перетворень.

Досліджено зміни в плівках в умовах багатократної дії лазерного променя з потужністю, що менша від порогової для даного РС.

Комплексною обробкою експериментальних даних одержанi узагальненi дiаграми швидкість формування відбитка – потужність лазерного променя в діапазоні швидкостей запису 109 – 10-8 с-1 (рис. 3).

Запропоновано модель процесу безпосереднього рельєфоутворення, що вiдбувається за умови суттєвої рiзницi мольних об'ємiв фаз, зокрема – за рахунок газоутворення при розкладi органiчних сполук пiд дiєю лазерного променя. Показано, що висота мікрорельєфу пропорційна товщині плівки, молярній частці органічної фази, яка здатна розкладатися, ступеню перетворення фази1 у фазу2 та ефективній температурі в області дії сфокусованого лазерного променя.

Експериментально одержано ефект безпосереднього рельєфоутворення в плiвках, що модифікованi органiчними сполуками при концентраціях 1-5 мол%. Факт формування мікрорельєфу підтверджено дослідженням поверхні плівок, а також фотополімерних та металевих гальванопластичних копій з поверхні плівок методами електронної мікроскопії та оптичної інтерферометрії. Розміри одержаних відбитків та висота рельєфу відповідають стандартам на компакт-диски CD та DVD. Запропоновано використовувати цей ефект для виготовлення носiїв-оригiналiв та матриць.

П'ята глава присвячена дослідженню технології оптичних носiїв iнформацiї, зокрема носіїв для одноразового запису, мікрорельєфних носіїв-оригіналів для тиражування компакт-дисків та дослiдженню характеристик одержаних носіїв.

На підставі аналізу вимог до основних функціональних характеристик носііїв та діаграм стану РС визначено точність та методи регулювання основних технологічних параметрів- температури підкладинки, тиску пари карбонілів, тиску кисню та пари лігандів. Розроблено установку для одержання тонкоплівкових РС на підкладинках носіїв інформації. Наведенi результати розробки методiв та засобiв вiдтворення властивостей плiвок шляхом вiдтворення умов їх одержання.

Запропоновані технологічні схеми виготовлення комппакт-дисків з використанням запропонованих РС та ефекту безпосереднього рельєфоутворення,