DE3118058C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen reversiblen Informations-Auf­ zeichnungsträger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Aufzeichnungsmaterial dieser Art wird in der DE-OS 29 33 253 beschrieben. Dieses optische Informations-Auf­ zeichnungsmaterial besteht aus einem Substrat mit auf des­ sen Oberfläche gebildetem, lichtabsorbierendem bzw. licht­ empfindlichen dünnen Film, der auf Wunsch mit einer Schutz­ schicht bedeckt sein kann. Der lichtempfindliche Film kann aus einem Suboxid eines Metalls oder Halbmetalls aus den Gruppen IIIB, IVB, VB und VIB des Periodensystems der Ele­ mente bestehen und Schwefel- und/oder Selen- bis zu 50 Mol- % enthalten. Die Druckschrift enthält jedoch keine Angaben über Zweck, Struktur, Funktion oder Wirkung der auf Wunsch auf den lichtempfindlichen Film aufzubringenden Schutz­ schicht.

Eine Überzugsstruktur für eine Videoplatte bzw. allgemein ein Aufzeichnungsmedium wird in der DE-OS 28 17 944 be­ schrieben. Zu diesem optischen Aufzeichnungsmedium gehört eine mit einer lichtabsorbierenden Schicht bedeckte licht­ reflektierende Schicht. Auf der absorbierenden Schicht be­ findet sich eine lichtdurchlässige Sperrschicht und auf dieser eine relativ dicke, lichtdurchlässige Schutzschicht. Beim Belichten werden Teile der lichtabsorbierenden Schicht abgelöst, während die Sperr- und Überzugsschichten unver­ sehrt bleiben. Die Information wird in Form eines Reflex/ Antireflex-Musters gespeichert. Durch die Überzugsschicht werden Staubpartikel aus der Brennebene der aufzuzeichnenden Linse herausgehalten, Schmutzteilchen können daher keine nachteilige Wirkung auf ein Aufzeichnungs- oder Wiedergabe­ signal haben. Die Sperrschicht trennt die absorbierende Schicht und die Überzugsschicht so voneinander, daß mögli­ che chemische oder thermische Wechselwirkungen, die zu ei­ nem verminderten Signal/Rausch-Verhältnis führen können, unterdrückt werden. In dieser Druckschrift wird ein opti­ sches Aufzeichnungsmedium beschrieben, das ursprünglich keine aufgezeichnete Information enthält und in dem die jeweilig aufzuzeichnende Information durch eine Folge von auf Abstand gesetzten Löchern in der absorbierenden Schicht gebildet wird. Eine reversible Aufzeichnung von Signalen ist daher nicht möglich.

In der Zeitschrift IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 15, Nr. 5, Oktober 1972, Seiten 1588/1589 wird ein Aufzeich­ nungsmedium mit einer als magneto-optischer Speicher dienen­ den Mehrschichtstruktur beschrieben. Durch Belichtung in einem Magnetfeld kann eine paramagnetische Phase in der Speicherschicht in eine ferromagnetische Phase umgewandelt werden. Bei Bestrahlung allein mit Licht ist eine Umwand­ lung des Phasenzustands nicht reversibel. Die bekannte ma­ gneto-optische Schicht läßt sich nur umwandeln, wenn Licht und Magnetfeld zugleich einwirken. Im Bekannten wird eine auf einer magneto-optischen Speicherschicht angeordnete Entspiegelungsschicht angegeben. Diese bekannte Deck­ schicht hat jedoch keine mechanische Wirkung auf die dort durch Belichtung zu erzeugende Phasenumwandlung der Spei­ cherschicht. Da die jeweilige Phasenumwandlung der magneto- optischen Speicherschicht durch Licht allein nicht reversi­ bel ist, kann keine Wirkung der Entspiegelungsschicht auf eine Löschfähigkeit von gespeicherten Informationen herge­ leitet werden.

Weiterhin wird in der DE-OS 25 21 671 ein Datenträger ange­ geben, der mittels Transmission optisch zu lesen ist. Der bekannte Speicher enthält einen Reliefdruck, der durch eine gegenüber dem Leselicht transparente Schicht geschützt wird. Diese Schutzschicht besitzt einen Brechungsindex, der sich von demjenigen des Datenträgers unterscheidet. Dabei bildet der Reliefeindruck eine Brechungsgrenze, die zwei transparente Medien mit unterschiedlichen Ausbreitungsge­ schwindigkeiten trennt. Das Maß der Beugung des Leselichts an dieser Grenze hängt von den jeweiligen Brechungsindizes der Schutzschicht und der Speicherschicht ab.

Der aus der vorgenannten DE-OS 25 21 671 bekannte Datenträ­ ger besitzt eine Speicherschicht mit einer in Form einer Reliefeinprägung nicht reversibel eingebauten Information. Die die Information enthaltende Oberfläche wird mit einer lichtdurchlässigen Schutzschicht mit vom Brechungsindex der Speicherschicht abweichenden Brechungsindex bedeckt. Die Außenfläche der Schutzschicht ist eben, während sich die der Speicherschicht zugewandte Innenfläche der Schutz­ schicht der Form des Reliefs anpaßt.

In der US-PS 40 97 895 wird ein sogenannter Ablöse-Auf­ zeichnungsträger beschrieben, der eine mit einer Absorp­ tionsschicht bedeckte Reflexionsschicht enthält. Die Dicke der das Licht absorbierenden Schicht wird im Hinblick auf eine Verminderung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungs­ trägers ausgewählt. Mit Hilfe eines auf den Aufzeichnungs­ träger gerichteten, fokussierten, modulierten Lichtstrahls kann die das Licht absorbierende Schicht d. h. die Absorp­ tionsschicht örtlich verdampft oder abgelöst werden, so daß eine Öffnung mit darin freigelegtem, lichtreflektierendem Material in der Absorptionsschicht entsteht. Beim Lesen des Aufzeichnungsträgers werden die Unterschiede des Reflek­ tionsvermögens zwischen den unveränderten Bereichen des Trä­ gers und den mit einer Öffnung oder Deformation versehenen Bereichen optisch erfaßt und in ein für die gespeicherte Information repräsentatives elektrisches Signal umgewandelt.

In der DE-OS 27 57 737 wird ferner ein optischer Ablöse- Aufzeichnungsträger mit einer Dreifachschicht beschrieben, die dadurch entsteht, daß zwischen die Reflexions- und die Absorptionsschicht gemäß vorgenannter US-PS 40 97 895 eine Abstandsschicht eingefügt wird. Die Dicke der Absorptions­ schicht wird dabei so auf die Dicke der Abstandsschicht und die optischen Konstanten des lichtreflektierenden Materials sowie der Abstandsschicht und der Absorptionsschicht abge­ stimmt, daß das optische Reflexionsvermögen des Aufzeich­ nungsträgers vermindert wird. Durch aus einem fokussierten modulierten Lichtstrahl absorbierte Energie wird die Ab­ sorptionsschicht abgelöst oder geschmolzen, und es entsteht eine entsprechende Öffnung in dieser Schicht mit darunter durch die Abstandsschicht hindurch freigelegter Reflexions­ schicht. In einer Alternative kann die Absorptionsschicht auch ohne Entstehen einer Öffnung mit der Folge einer irreversiblen Veränderung des Reflexionsvermögens verformt bzw. deformiert werden. Träger dieser Art lassen eine größe­ re Auswahl von Materialien mit geringem Reflexionsvermögen zu als die mit Ablösen der bestrahlten Bereiche arbeitenden Träger.

Weiterhin wird in der US-PS 42 22 071 ein verbesserter optischer Dreischicht-Aufzeichnungsträger beschrieben, der eine Absorptionsschicht aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. aus Tellur, enthält. Bei diesem Aufzeich­ nungsträger werden in der Absorptionsschicht Löcher gebil­ det. Er besitzt ein sehr gutes Signal/Rausch-Verhalten.

In der US-PS 41 01 907 wird ein Überzug für die vorgenann­ ten Aufzeichnungsträger beschrieben, der aus einer dünnen Sperrschicht auf der Absorptionsschicht und einer dicken Überzugsschicht auf der Sperrschicht besteht, die aus ther­ misch isolierendem und chemisch inaktivem Material herge­ stellt wird. Dadurch werden sowohl Wärmerückwirkungen von der Absorptionsschicht auf die Überzugsschicht als auch Einflüsse von beim Herstellen der Überzugsschicht verwen­ deten Lösungsmitteln auf die Absorptionsschicht unter­ drückt. Durch die relativ große Dicke der Überzugsschicht wird erreicht, daß oben auf der Gesamtstruktur niederge­ schlagener Staub soweit weg von der Brennebene der Aufzeich­ nungslinse liegt, daß entsprechende Störeinflüsse des Staubs auf das Schreib- bzw. Aufzeichnungs- und Lesesignal entsprechend vermindert werden.

In der Zeitschrift Applied Physics Letters 35, 81 (1979) werden von Blom ferner die Kombination einer Tellur-Drei­ schicht-Platte mit dünner Sperrschicht auf der Absorptions­ schicht beschrieben und der thermische Wirkungsgrad dieses Aufbaus auf das Bilden von Öffnungen in der Absorptions­ schicht berechnet.

In den fünf zuletzt genannten Aufzeichnungsträgern werden die jeweiligen Informationen unter Bildung von Grübchen, Löchern oder durch eine andere irreversible Veränderung der Absorptionsschicht gespeichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Informations-Aufzeichnungsträger zu schaffen, dessen je­ weils gespeicherte Information zu löschen und der nach Lö­ schen der Information wieder für ein erneutes Aufzeichnen voll speicherfähig ist. Für den eingangs genannten Infor­ mations-Aufzeichnungsträger mit Substrat, darauf liegender Absorptionsschicht und auf dieser liegender Deckschicht wird die erfindungsgemäße Lösung im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1 angegeben.

Aufzeichnungsträger gemäß der vorliegenden Erfindung können als Doppelschichtsystem entsprechend der vorgenannten US-PS 40 97 895 (Spong) oder als Drei-Schicht-Systeme ent­ sprechend der vorgenannten DE-OS 27 57 737 (Bell) ausgebil­ det werden. Auf die relativ dicke Absorptionsschicht nach Spong bzw. auf die relativ dünne Absorptionsschicht nach Bell wird erfindungsgemäß eine Deckschicht bzw. Sperr­ schicht aufgebracht, die die Ausbildung irreversibler Auf­ zeichnungen der Absorptionsschicht derart hemmt, daß die zum Aufzeichnen, Lesen oder Löschen verwendete Laser-Strah­ lung gewisse Energieschwankungen haben darf.

Durch die erfindungsgemäß auf der Absorptionsschicht liegen­ de, mechanisch steife Deckschicht und durch die zwischen Substrat und Absorptionsschicht liegende Reflexionsschicht sowie durch die abhängig von den optischen Konstanten der übrigen Schichten gewählte Dicke der Absorptionsschicht wird eine hohe Leistung sowohl beim Speichern und Lesen als auch beim Löschen von Informationen erreicht. Wesent­ lich ist die Auswahl des Materials der Deckschicht für eine reversible Speicherfähigkeit der Absorptionsschicht. Erfin­ dungsgemäß wird nämlich die Löschfähigkeit von in der Ab­ sorptionsschicht gespeicherten Informationen vor allem da­ durch verbessert, daß angrenzend an der Absorptionsschicht eine mechanisch steife Deckschicht vorgesehen wird. Gemäß weiterer Erfindung (Anspruch 2) kann die Löschfähigkeit noch weiter verbessert werden, wenn auf der der Deckschicht gegenüberliegenden Fläche der Absorptionsschicht eine Ab­ standsschicht vorgesehen wird, deren Material ebenso wie das der Deckschicht im Sinne des Verhinderns von irreversib­ len Änderungen der Absorptionsschicht auszuwählen ist.

Erfindungsgemäß hat sich ergeben, daß eine Aufzeichnungs­ spur bzw. Informationsspur in einem brauchbaren Bereich auftreffender Lichtenergien bei einem Aufzeichnungsträger reversibel gespeichert und wieder gelöscht werden kann, wenn auf der Absorptionsschicht eine Deckschicht liegt. Die jeweilige Aufzeichnungsspur umfaßt eine Reihe von frei­ gelegten Bereichen der Absorptionsschicht, deren optische Eigenschaften gegenüber den nicht belichteten Bereichen der Absorptionsschicht reversibel geändert sind. Diese Än­ derung der optischen Eigenschaften führt zu einer beim Le­ sen abzutastenden Änderung des Reflexionsvermögens des Auf­ zeichnungsträgers. Durch die Deckschicht wird ein irrever­ sibles Speichern in der Absorptionsschicht beim Bestrahlen des Aufzeichnungsträgers mit schreibendem oder löschendem Licht verhindert.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbei­ spielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbei­ spiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungs­ beispiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungs­ beispiel eines reversiblen Aufzeichnungsträgers vor der Aufnahme;

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Aufzeichnungsträger mit darin reversibel gespeicherten Informatio­ nen; und

Fig. 5 ein zur Aufnahme und zum Abspielen sowie zum Lö­ schen geeignetes System als Blockschaltbild.

Fig. 1 zeigt einen reversiblen Aufzeichnungsträger 1 als Einschicht-System mit einem Substrat 12, einer darauflie­ genden Absorptionsschicht 22 und einer auf dieser befind­ lichen Deckschicht 24. Die Absorptionsschicht 22 absor­ biert Licht bei der Schreib-, Lese- und Löschlicht-Wellen­ länge. Die Deckschicht 24 ist im wesentlichen für die Wellenlänge des Schreib-, Lese- und Löchlichts durchläs­ sig. Das Substrat und die Deckschicht werden aus Materia­ lien hergestellt, die dazu geeignet sind, das Entstehen irreversibler Änderungen in der Absorptionsschicht bei Be­ lichtung mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl zu verhin­ dern.

In Fig. 2 wird ein reversibler Aufzeichnungsträger 2 mit einer Zweischicht-Struktur dargestellt. Diese besteht aus einem Substrat 12, einer daraufliegenden, einen wesent­ lichen Teil des gegebenenfalls auffallenden Lichtes der Wellenlänge des Schreib- und Leselichts reflektierenden Schicht 18, einer auf der reflektierenden Schicht liegen­ den, für das Licht der Schreib-, Lese- und Löschwellenlänge absorbierenden Schicht 22 und einer auf letzterer liegen­ den, im wesentlichen für die Wellenlängen des Schreib-, Lese- und Löschlichts durchlässigen Deckschicht 24. Die Reflexions- und Deckschicht 18, 24 werden so ausgewählt, daß sie das Entstehen einer irreversiblen Änderung in der Absorptionsschicht 22 durch eine Schreib- oder Löschlicht­ strahl wirksam verhindern.

Gemäß Fig. 3 besteht ein reversibler Informations-Aufzeich­ nungsträger 3 aus einem Substrat 12 mit einer Hauptfläche 14 und auf dieser liegender, nichtkonformer Unterlagsschicht 16, hierauf liegender Reflexionsschicht 18 und auf dieser befindlicher Abstandsschicht 20, die von einer Absorptions­ schicht 22 und diese ihrerseits von einer Deckschicht 24 mit darauf liegender dicker Überzugsschicht 26 bedeckt wer­ den. Die Überzugsschicht 26 ist für die Wellenlängen des schreibenden (aufzeichnenden), lesenden und löschenden Lichts im wesentlichen durchlässig. Die Abstands- und Deck­ schicht verhindern wirksam das Entstehen einer irreversi­ blen Änderung in der Absorptionsschicht bei deren Belich­ tung mit Schreib- oder Löschlicht.

Nach dem Aufzeichnen bzw. Schreiben enthält eine Informa­ tionsspur eine Folge von Zonen in der Absorptionsschicht, die reversibel in einen Zustand mit gegenüber der unbelichte­ ten Schicht geänderten optischen Eigenschaften "umgeschal­ tet" worden sind. Hierdurch wird das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers bei der Lesewellenlänge in den fraglichen Bereichen geändert. Die Information kann durch Änderungen von Länge und/oder gegenseitigem Abstand der so umgeschalteten Bereiche codiert werden.

Fig. 4 zeigt den Aufzeichnungsträger von Fig. 3 mit darin gespeicherten Informationen. Gleiche oder sich entsprechen­ de Teile des Aufzeichnungsträgers 4 gemäß Fig. 4 haben die­ selben Bezugszeichen wie im Aufzeichnungsträger 3 gemäß Fig. 3. Die Information wird in Form einer Spur in der Ab­ sorptionsschicht 22 aufgenommen. Die Spur besteht aus einer Folge ungestörter Bereiche 42 und einer Folge gestörter Bereiche 44. Durch Bestrahlen mit dem Schreib- bzw. Auf­ zeichnungs-Lichtstrahl werden die optischen Eigenschaften bezüglich der Lesewellenlänge der gestörten Bereiche 44 geändert. Mit dieser örtlichen Änderung der optischen Eigen­ schaften der Absorptionsschicht 22 ist eine Änderung des örtlichen Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers ver­ bunden. Die Änderungen des Reflexionsvermögens des Aufzeich­ nungsträgers werden optisch erfaßt und in ein für die ge­ speicherte Information repräsentatives elektrisches Signal umgewandelt.

Das Substrat 12 kann aus Glas oder einem die Bildung irre­ versibler Änderungen in der Absorptionsschicht 22 wirksam verhindernden Kunststoff, wie Polyvinylchlorid oder (Poly-) Methylmethacrylat, typisch in Form einer Platte hergestellt werden. Statt dessen kann das Substrat 12 auch aus einem Material, wie Aluminium, bestehen, welches Licht bei der Schreib-Wellenlänge reflektiert und damit die Funktionen des Substrates 12 und der Reflexionsschicht 18 kombiniert.

Das Substrat muß lediglich so dick sein, daß seine Stabili­ tät zum Tragen des Schichtsystems ausreicht.

Da jede Rauhigkeit in der Größenordnung des Durchmessers des fokussierten Lichtstrahls an der Hauptfläche 14 des Substrats 12 beim Lesen Störungen im Signalkanal hervor­ ruft, kann vor dem Bilden der Reflexionsschicht 18 eine Unterlagsschicht 16 in Form einer nicht konformen Beschich­ tung aus Kunststoff, wie Epoxy- oder Akryl-Harz, auf die Hauptfläche 14 aufgebracht werden. Die Unterlagsschicht 16 erhält eine mikroskopisch glatte Oberfläche mit der Folge einer Begrenzung der entsprechenden Störquelle.

Die Reflexionsschicht 18 reflektiert vorzugsweise einen wesentlichen Anteil des auffallenden Lichtes der Schreib- und Lese-Wellenlängen und besteht typisch aus einem Metall, wie Aluminium oder Gold, mit hohem Reflexionsvermögen bei diesen Wellenlängen. Vorzugsweise reflektiert die Refle­ xionsschicht 18 wenigstens 50% des auffallenden Lichts. Die typisch etwa 30 bis 60 Nanometer dicke Reflexions­ schicht 18 kann mit Hilfe einer Vakuum-Aufdampftechnik auf das Substrat 12 bzw. die Oberfläche der Unterlagsschicht 16 niedergeschlagen werden. Es kann alternativ auch ein Ein- oder Mehrschicht-Reflektor aus isolierendem Material verwendet werden.

Die Abstandsschicht 20 wird aus einem Material, wie Silizi­ umdioxid, Siliziummonoxid, Titandioxid oder Aluminiumoxid, hergestellt, welches optisch nichtstreuend wirkt und dessen Eigenschaften ein irreversibles Aufzeichnen in der Absorp­ tionsschicht bei Belichten mit dem Schreib- oder Löschlicht­ strahl verhindern. Diese Materialien können mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Aufdampfverfahrens auf die Reflexions­ schicht 16 aufgebracht werden. Statt dessen können auch orga­ nische Materialien benutzt werden, die sich in Form einer glatten und im wesentlichen fehlerfreien Schicht aufbrin­ gen lassen und die erforderlichen Eigenschaften zum Ver­ hindern irreversibler Aufzeichnungen besitzen. Diese Stoffe können auf die Reflexionsschicht durch Aufdampfen, Sprühbeschichten oder durch Glimmentladung aufgebracht werden.

Die Absorptionsschicht 22 wird aus einem Material herge­ stellt, das aus einem ursprünglichen Zustand reversibel in einen zweiten Zustand mit bei der Lese-Wellenlänge veränderten optischen Eigenschaften umzuschalten ist. Mit "reversibel" wird in diesem Falle die Eigenschaft bezeichnet, durch Bestrahlen mit einem Löschlichtstrahl oder durch Aufheizen etwa in den ursprünglichen Zustand mit etwa den ursprünglichen optischen Eigenschaften zu­ rückgebracht werden zu können. Es ist nicht erforderlich, daß die optischen Eigenschaften bei den Schreib- oder Lösch-Wellenlängen verändert werden, vielmehr ist nur erforderlich, daß die Absorptionsschicht in dem zweiten Zustand bei der Lösch-Wellenlänge Licht absorbiert. Die Änderung der optischen Eigenschaften kann gegeben sein durch eine Änderung des Brechungsindexes, des Extinktions­ koeffizienten, eine Kombination der genannten oder eine Änderung in optischen Konstanten höherer Ordnung, z. B. der magnetooptischen oder elektrooptischen Koeffizienten im Zusammenhang mit einer Umkehr- bzw. einer Umpolung oder einem Umklappen von Bereichen bzw., insbesondere ferromagnetischen, Bezirken. Die Änderung der optischen Eigenschaften führt zu einer nachzuweisenden bzw. zu er­ fassenden Änderung des Betrages des am Aufzeichnungsträ­ ger reflektierten Lichts.

Zu den Materialklassen, die reversible Änderungen ihrer optischen Eigenschaften beim Bestrahlen mit einem Schreib- oder Lösch-Lichtstrahl erfahren können, gehören photochro­ matische Materialien, z. B. dotiertes CaF₂ und CaTiO₃ und organische Verbindungen; magnetooptische Materialien, z. B. MnBi und PtCo; und Materialien, die einen Gitter- Phasenübergang erfahren, wo der Kristallisationsgrad des Materials sich ändert. Beispiele der letztgenannten Stoffe sind Tellur, Selen, Chalkogenid-Legierungen auf Tellur- oder Selenbasis, Arsentrisulfid und Arsentrisele­ nid. Diese Materialien können auf jeweils passende Weise, z. B. durch Vakuum-Aufdampfen, niedergeschlagen werden.

Wenn einige dieser Stoffe der Atmosphäre ausgesetzt wer­ den, oxidieren sie, so daß eine Absorptionsschicht ent­ steht, die dünner ist als die ursprünglich niedergeschla­ gene Schicht. Dieser Effekt läßt sich kompensieren, indem eine um soviel dickere Schicht ursprünglich erzeugt wird, wie durch das Oxidieren an Schichtdicke verloren geht, um am Ende die gewünschte Schichtdicke zu erhalten.

Bei der Einschicht-Struktur wird die Dicke der Absorp­ tionsschicht so gewählt, daß die Absorption und Reflexion des Schreib- und Leselichtstrahls ins Gleichgewicht kom­ men. In typischen Fällen soll die Dicke der Absorptions­ schicht hierbei zwischen etwa 10 und etwa 100 Nanometern betragen.

Bei der Doppelschicht-Struktur wird die Dicke der Absorp­ tionsschicht mit dem Ziel gewählt, das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers bei den Wellenlängen der Schreib- und Leselichtstrahlen zu vermindern oder vorzugsweise das Reflexionsvermögen bei diesen Wellenlängen auf ein Minimum einzustellen. Typische Schichtdicken in diesem Fall liegen zwischen etwa 5 und etwa 100 Nanometern. Bei­ spielsweise für eine Vorrichtung mit Reflexionsschicht aus Aluminium und Absorptionsschicht aus etwa 90% Selen sowie einer Dicke der Absorptionsschicht von etwa 20 Nano­ metern ergibt sich ein minimales Reflexionsvermögen für eine Wellenlänge von 488 Nanometern.

Bei dem Dreischicht-System wird die Dicke der Absorptions­ schicht der Dicke der Abstands- und der Deckschicht sowie den optischen Konstanten der Reflexions-, Abstands-, Ab­ sorptions-, Deck- und Überzugs-Schichten so angepaßt, daß das Reflexionsvermögen des unbelichteten Aufzeich­ nungsträgers bei der Schreibwellenlänge vermindert ist. Vorzugsweise sind die Schreib- und Lesewellenlängen gleich, und das Reflexionsvermögen wird auf ein der Anti­ reflexionsbedingung entsprechendes Minimum herabgesetzt. Eine Änderung der optischen Eigenschaften der Absorptions­ schicht bei der Lesewellenlänge führt dann zu einer Ver­ größerung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträ­ gers.

Optimale Werte für die Dicken von Abstandsschicht und Absorptionsschicht lassen sich berechnen. Hierzu kann beispielsweise die sogenannte Matrixmethode herangezogen werden, die in "Optical Properties of Thin Solid Films", O. S. Heavens, Dover Publications, Inc., New York, 1965, Seite 69, diskutiert wird.

Brauchbare Werte für die Dicken der Abstands- und der Absorptionsschicht werden aber auch erhalten, wenn zu­ nächst die Abstandsschicht wie oben angegeben niederge­ schlagen und dann die Absorptionsschicht unter Über­ wachung des Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers bei der Schreib-Wellenlänge aufgebracht wird. Die Ab­ standsschicht ist wenigstens 10 Nanometer dick, kann aber eine Dicke bis zu etwa 500 Nanometer haben, während ty­ pische Dickenwerte zwischen etwa 10 und 150 Nanometern liegen. Typische Werte für die Dicke der Absorptions­ schicht sind etwa 1 bis 60 Nanometer.

Die Deckschicht 24 kann aus einem mit Bezug auf die Absorp­ tionsschicht 22 und die Überzugsschicht 26 chemisch inak­ tiven Material bestehen, welches außerdem die Eigenschaft besitzt, eine irreversible Aufzeichnung in der Absorptions­ schicht beim Bestrahlen mit einem Schreib- oder Lösch- Lichtstrahl zu verhindern. Nach Auffassung der Erfinder ist mechanische Starrheit bzw. Steifigkeit der Deckschicht die wichtigste Eigenschaft zum Verhindern des Entstehens einer Öffnung oder einer anderen Verformung der Absorptions­ schicht. Zu den bevorzugten Materialien zum Herstellen der Deckschicht gehören Siliziumdioxid, Siliziummonoxid, Titan­ dioxid und Aluminiumoxid. Diese Stoffe können durch Elek­ tronenstrahl-Auftragsverfahren niedergeschlagen werden. Andere Materialien, z. B. organische Stoffe mit den erforder­ lichen Eigenschaften, können zum Durchführen der Erfindung ebenfalls brauchbar sein. Die Dicke der Deckschicht 24 wird in erster Linie so gewählt, daß sie das Entstehen einer irreversiblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht verhin­ dert. Typische Dicken dieser Schicht liegen zwischen etwa 100 und 1000 Nanometern.

Zum Verhindern oder Vermindern von durch aus der Umgebung auf den Aufzeichnungsträger niedergeschlagenen Staub verur­ sachten Signalfehlern kann auf die Deckschicht 24 eine Über­ zugsschicht 26 von vorzugsweise etwa 0,05 bis etwa 1 mm Dicke aufgebracht werden. Auf der äußeren Oberfläche der Überzugsschicht 26 liegende Staubteilchen befinden sich so weit entfernt von der Brennebene des optischen Systems, daß ihr Einfluß auf das Schreiben und Lesen der Information auf der fraglichen Platte beträchtlich vermindert wird. Im vorliegenden Zusammenhang brauchbares Material zum Her­ stellen der Überzugsschicht 26 sind Silikon-, Akryl- oder Epoxy-Harz. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Deckschicht 24 aber auch so dick hergestellt werden, daß diese Schicht zugleich als dicke Überzugsschicht wirkt.

In dem Informationsträger kann zum Herstellen einer gespei­ cherten Information eine Aufzeichnungsspur erzeugt werden, indem der beschriebene Träger einem modulierten Schreib- Lichtstrahl von zum Ändern der optischen Eigenschaften der Absorptionsschicht ausreichender Intensität und Zeitdauer ausgesetzt wird. Diese Änderung der optischen Eigenschaften der bestrahlten Zonen führt wiederum zu einer Änderung des örtlichen Reflexionsvermögens des Aufzeichnungsträgers bei der Lese-Wellenlänge. Zum Aufzeichnen einer Information mit Video-Geschwindigkeiten muß der Schreibprozeß in einer Zeit von etwa 10 bis 30 Nanosekunden eingeleitet werden. Das Löschen, d. h. das Zurückstellen des Aufzeichnungsträ­ ges in seinen ursprünglichen Zustand, kann länger dauern. Beispielsweise wird die Zeit für den Übergang von der Kri­ stallphase in die amorphe Phase bei Tellur und davon abge­ leiteten Materialien durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Material auf etwa seinen Schmelzpunkt aufge­ heizt wird; es kann gezeigt werden, daß dieses Aufheizen in Belichtungszeiten von Nanosekunden-Größenordnung auszu­ führen ist. Die Geschwindigkeit des Übergangs in entgegen­ gesetzter Richtung vom amorphen in den kristallinen Zustand ist relativ kleiner, da sie durch die Keimbildung und Auf­ wachsgeschwindigkeit der kristallinen Phase beschränkt wird. Die Kristallisationsgeschwindigkeit kann durch Auf­ heizen des Materials auf eine Temperatur oberhalb seines Glas-Übergangspunktes, wo die Rekristallisationszeit ty­ pischerweise in der Größenordnung von Mikrosekunden bis Millisekunden liegt, erhöht werden.

Die Information kann im Aufzeichnungsträger durch Verminde­ rung des Kristallisationsgrades der Absorptionsschicht durch Bestrahlen mit dem Schreib-Lichtstrahl gespeichert werden. Es ist nicht erforderlich, die belichtete Zone voll­ ständig amorph zu machen, da schon der teilweise amorphe Zustand eine ausreichende Änderung der optischen Konstanten der Absorptionsschicht zur Folge hat. Es sei darauf hinge­ wiesen, daß auch das umgekehrte Verfahren, nämlich das Auf­ zeichnen der Information durch Vergrößern des Kristalli­ sationsgrades möglich ist, da erfindungsgemäß lediglich eine Änderung des Kristallisationsgrades erforderlich ist. Das Löschen besteht dann darin, den Kristallisationsgrad zu verringern oder die Absorptionsschicht wieder amorph zu machen. Diese Änderung der Verfahrensweise kann angewen­ det werden, wenn niedrige Speichergeschwindigkeiten ge­ braucht werden oder wenn die Kristall-Wachsgeschwindigkeit beim Aufheizen vergleichbar mit der Speichergeschwindigkeit ist.

Die beispielsweise in der obengenannten US-PS 41 01 907 beschriebene Sperrschicht war dazu vorgesehen, eine dicke Überzugsschicht vor einer thermischen Beschädigung zu schüt­ zen, die vom Schmelzen von bei hoher Temperatur schmelzen­ den Materialien, wie Titan oder Rhodium, herrühren konnten. Bei Verwendung von bei niedriger Temperatur schmelzendem Absorptionsmaterial, wie Tellur oder anderen Chalcogeniden, wurde die Sperrschicht nicht benötigt, da die beim Schmel­ zen erzeugte Wärme die Überzugsschicht wenig oder gar nicht beschädigte. Das überraschende Ergebnis der Kombination der Deckschicht mit einem Aufzeichnungsträger mit einer Absorptionsschicht aus Tellur, Selen oder einer Chalcogenid- Legierung, besteht darin, daß in diesem Schichtsystem Infor­ mationen über einen beträchtlichen Bereich von Schreib- Lichtstrahlenergien ohne irreversible Informationsspeiche­ rung, d. h. ohne Bildung von Öffnungen oder anderen permanen­ ten Veränderungen der Absorptionsschicht, aufgezeichnet oder gelöscht werden können.

Die Funktion der Deckschicht im Rahmen des vorliegenden Aufzeichnungsverfahrens besteht in erster Linie darin, wärend der Zeit des Schmelzens der Absorptionsschicht die Ausbildung einer Öffnung oder anderen permanenten Verformung dieser Schicht zu verhindern. Diese Funktion der Deckschicht wird dadurch begrenzt, daß mit zunehmen­ der Aufzeichnungsenergie eventuell ein Punkt erreicht wird, bei dem eine Öffnung oder andere Deformation mit der Folge der Irreversibilität des Verfahrens gebildet wird.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Blockschaltbild zum op­ tischen Schreiben, Lesen und Löschen einer Informations­ aufzeichnung auf einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträ­ ger. Zu der Einrichtung gehört eine Schreiblichtquelle 62, bei der es sich um einen Laser oder um eine licht­ emittierende Diode handeln kann; auf die Schreiblicht­ quelle 62 wird eine Eingangssignalquelle 64 zum Modulie­ ren der Schreiblichtquelle geschaltet. Der von der Licht­ quelle 62 emittierte, modulierte Lichtstrahl wird mit Hilfe der Schreiboptik 66 gebündelt und der Objektivlin­ se 68 entsprechend ausgeblendet bzw. angepaßt. Er durch­ läuft ein passend eingestelltes Strahlablenkmittel 70 und tritt in die Objektivlinse 68 ein, wo er auf dem Auf­ zeichnungsträger bzw. Informationsträger 74 fokussiert wird. Eine Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger 74 und Objektivlinse 68 kann mit Hilfe eines Drehtisches 76 und zugehöriger (nicht gezeichneter) radialer Antriebs­ mittel erreicht werden. Ein Schärferegler 78 erfaßt den Abstand zwischen der Objektivlinse 68 und dem Aufzeich­ nungsträger 74 und stellt diese Entfernung so ein, daß der Brennpunkt des Lichtstrahls in das Aufzeichnungsme­ dium, insbesondere in dessen Absorptionsschicht, fällt.

Bei Bewegung des Aufzeichnungsträgers 74 durch den modu­ lierten Schreib-Lichtstrahl wird eine Reihe abwechselnd belichteter und unbelichteter Bereiche im Aufzeichnungsme­ dium gebildet, wobei die belichteten Bereiche geänderte optische Eigenschaften besitzen.

Eine im Aufzeichnungsträger 74 bereits enthaltene Informa­ tionsspur kann mit Hilfe einer Leselichtquelle und einer entsprechenden Optik (nicht gezeichnet) abgetastet bzw. gelesen werden. Zum Lesen kann dieselbe Lichtquelle wie zum Schreiben oder Löschen mit zugehöriger Optik oder eine gesonderte Einrichtung vorgesehen werden. Mit der Leselichtquelle wird ein auf den Aufzeichnungsträger 74 fokussierter kontinuierlicher Lichtwellenstrahl erzeugt. Dieser Lichtstrahl wird durch das sich ändernde Refle­ xionsvermögen der Aufzeichnungsspur moduliert, durch die Objektivlinse gesammelt und über die Strahlablenkmittel 70 zur Wiedergabeoptik 80 weitergeleitet, wo ein Ausblen­ den zum Aufnehmen durch den Photodetektor 82 und die Um­ wandlung in ein elektrisches Signal am Signalausgang 84 erfolgt.

Ein Teil des Lichts aus der Wiedergabeoptik 80 gelangt auch in den Spurregler 86, der ein der Differenz zwischen der Position des Lichtstrahls auf dem Aufzeichnungsträger 74 und einer darin aufgezeichneten Informationsspur ent­ sprechendes Fehlersignal erzeugt. Dieses Fehlersignal wird zum Steuern der Strahlablenkmittel 70 herangezogen, um die Stellung des Leselichtstrahls in radialer Richtung zu korrigieren und den fokussierten Lichtstrahl auf der Informationsspur zu halten.

Der von der Lösch-Lichtquelle 88 emittierte Lichtstrahl wird in der Löschoptik 90 gesammelt, ausgeblendet und dann über das Strahlablenkmittel 70 in den optischen Pfad eingekoppelt. Der Strahl passiert dabei die Objektivlinse 68 und wird auf die im Aufzeichnungsträger 74 enthaltene und zu löschende Informationsspur fokussiert. Die Informa­ tionsspur wird mit Löschlicht bestrahlt, und zwar mit ausreichender Energie und Belichtungszeit, um die Absorp­ tionsschicht im jeweils bestrahlten Bereich im wesent­ lichen in den ursprünglichen Zustand zurückzubringen. Das Löschen kann mit Hilfe einer einzigen Belichtung, gegebenenfalls bei verlangsamtem Antrieb des Drehtisches 76 oder durch wiederholte Belichtung der Spur erfolgen.

Es sei darauf hingewiesen, daß zum Schreiben, Lesen und Löschen dieselbe Lichtquelle bei der jeweiligen Aufgabe entsprechend angepaßten Intensitäts- und Modulationswer­ ten verwendet werden kann.

Ein Verfahren zum reversiblen Aufzeichnen einer Informa­ tionsspur umfaßt folgende Schritte:

• a) Aufzeichnen bzw. Speichern einer Informationsspur durch Bestrahlen des Aufzeichnungsträgers mit einem modulier­ ten Schreiblichtstrahl, so daß Bereiche der Absorp­ tionsschicht reversibel in einen zweiten Zustand mit geänderten optischen Eigenschaften "umgeschaltet" wer­ den, wobei das Reflexionsvermögen des Aufzeichnungsträ­ gers in den umgeschalteten Bereichen geändert und eine Informationsspur auf dem Aufzeichnungsträger gebildet wird;
• b) Löschen der Informationsspur durch Bestrahlen der um­ geschalteten Bereiche mit einem Lichtstrahl, so daß die umgeschalteten Bereiche reversibel in einen Zu­ stand mit etwa den ursprünglichen optischen Eigenschaf­ ten umgeschaltet werden; und
• c) Bestrahlen des Informationsträgers in den so gelösch­ ten Bereichen mit einem modulierten Lichtstrahl, so daß Zonen der Absorptionsschicht reversibel in einen zweiten Zustand mit geänderten optischen Eigenschaften umgeschaltet werden und dabei eine neue Informations­ spur auf dem Aufzeichnungsträger gebildet wird.

Bei Verwendung von Materialien, bei denen das Löschen auf thermische Weise erfolgt, kann der gesamte Informa­ tionsträger durch Flutlichtbestrahlung der Absorptions­ schicht mit einem Löschlichtstrahl oder durch Abnehmen des Trägers aus der Schreib- bzw. Leseeinrichtung und Einsetzen in eine Wärmequelle, z. B. einen Heizofen, ge­ löscht werden. Wenn hierbei zum Löschen ein Rekristalli­ sieren der fraglichen Bereiche des Aufzeichnungsträgers gehört, kann die Absorptionsschicht auf eine Temperatur zwischen dem Glasumwandlungspunkt und der Schmelztempera­ tur dieser Schicht erhitzt werden, um den Löschvorgang zu beschleunigen.

Beispiel 1

Ein Dreischicht-Aufzeichnungsträger wurde erfindungsge­ mäß aufbauend auf einem Polyvinylchlorid-Substrat herge­ stellt. Auf das Substrat wurde eine Akrylharz-Unterlags­ schicht mit einer Dicke zwischen 10 und 25 Mikrometern, darauf eine reflektierende Schicht aus Aluminium von etwa 80 Nanometern Dicke, auf diese eine Abstandsschicht aus Siliziumdioxid von 62 Nanometern Dicke, hierauf eine Ab­ sorptionsschicht aus Tellur mit 5,5 Nanometern Dicke und auf letztere eine Deckschicht aus Siliziumdioxid von 167 Nanometern Dicke aufgebracht. Als Material zum Herstellen der Akrylharz-Unterlagsschicht wurde das von der Firma S. C. Johnson, Inc., Racine, Wisc./USA, unter der Bezeich­ nung "Future TM" gelieferte Akryl-Finish verwendet. Das Reflexionsvermögen dieses Aufzeichnungsträgers lag bei der Schreib-, Lese- und Löschwellenlänge von 488 Nano­ metern bei etwa 10%.

Der Träger wurde in einem optischen System mit einem fo­ kussierten Lichtpunkt der Größe von etwa 0,4 × 0,6 Mikro­ meter untersucht. Die Energie des auffallenden Schreib­ lichtstrahls betrug etwa 7 Milliwatt. Zum Löschen wurde eine auffallende Lichtenergie von etwa 3 Milliwatt wäh­ rend einer Zeitdauer von etwa 30 Sekunden benutzt. Bei diesen Energiewerten wurden 52 Zyklen des Schreibens, Lesens und Löschens durchfahren, wobei sich nur eine ge­ ringe oder gar keine Verschlechterung der mit einem Si­ gnal-Rauschspannungsverhältnis von 45 dB (Spitze-zu-Spitze- Signal zu rms-Störung in einer 4,5 MHz-Bandweite) aufge­ nommenen Video-Information ergab.

Beispiel 2

Ein Doppelschicht-Aufzeichnungsträger wurde ausgehend von einem mit der gleichen Akrylharz-Unterlegschicht wie im Beispiel 1 bedeckten Polyvinylchlorid-Substrat erfin­ dungsgemäß hergestellt. Auf dieses beschichtete Substrat wurde eine Reflexionsschicht von etwa 80 Nanometern Dicke aus Aluminium und hierauf eine Absorptionsschicht von etwa 20 Nanometern Dicke aus Se₉₀ Te₅ As₅ und hierauf eine aus mit UV-Licht-gehärtetem Epoxyharz bestehende Deckschicht von 80 bis 120 Mikrometern Dicke aufgebracht. Bei dem Material der Deckschicht handelt es sich um das von der Firma Polymer Industries, Stamford, Conn./USA gelieferte "Polyrad UV 59". Das Reflexionsvermögen dieses Trägers betrug bei 488 Nanometern mehrere Prozent.

Unter Verwendung dieses optischen Systems wurden 5 Schreib-, Lese-, Lösch- und Wiederschreib-Zyklen mit ei­ ner auffallenden Schreibenergie von etwa 16 Milliwatt, einer Leseenergie von etwa 0,3 Milliwatt und einer Lösche­ nergie von etwa 2 Milliwatt durchfahren. Das Signal- Rauschverhältnis betrug entsprechend der Definition nach Beispiel 1 etwa 40 dB bei jeder Aufnahme.

Claims (10)

1. Reversibler Informations-Aufzeichnungsträger mit einem zum Aufnehmen der übrigen Struktur ausreichend stabi­ len Substrat (12); mit einer darüberliegenden, bei den Wellenlängen von Schreib- und Leselichtstrahlen sowie Löschlichtstrahlen absorbierenden, in einen Zustand mit gegenüber dem Rest der Schicht (22) veränderten optischen Eigenschaften umschaltbaren Absorptions­ schicht (22) aus niedrig schmelzenden Metallen oder deren Legierungen mit darin enthaltender Informa­ tionsspur (42, 44) und mit zwischen dem Substrat (12) und der Absorptionsschicht (22) eingefügter Reflexions­ schicht (18), ferner mit einer auf der Absorptions­ schicht (22) liegenden, bei den Wellenlängen der Schreib-, Lese- und Löschlichtstrahlen im wesentlichen durchlässigen Deckschicht (24), wobei die Dicke der Absorptionsschicht (22) zum Vermindern des Reflexions­ vermögens eines nicht belichteten Bereichs (42) auf die optischen Konstanten von Reflexions-, Absorptions- und Deckschicht (18, 22, 24) abgestimmt ist und wobei Varianten der Länge und/oder des gegenseitigen Ab­ stands aufeinanderfolgender belichteter Bereiche (24) längs einer Aufzeichnungsspur repräsentativ für eine gespeicherte Information sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (24) aus einem das Entstehen einer durch körperliche Verformung hervorgerufenen irrever­ siblen Aufzeichnung in der Absorptionsschicht beim Be­ strahlen mit einem Schreib- oder Löschlichtstrahl hem­ menden, mechanisch steifen Material aus Oxiden von Silizium, Aluminium und Titan mit einer Schichtdicke zwischen 100 und 1000 nm besteht.

2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bei den Wellenlängen der Schreib- und Lese­ lichtstrahlen im wesentlichen durchlässige Abstands­ schicht (20) zwischen der Reflexionsschicht (18) und der Absorptionsschicht (22).

3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Absorptionsschicht (22) zum Vermindern des Reflexionsvermögens eines nicht belichteten Bereichs (42) des Trägers auf die Dicke von Abstands- und Deckschicht (20, 24) sowie auf die optischen Konstanten von Reflexions-, Abstands-, Absorptions- und Deckschicht (18, 20, 22, 24) abge­ stimmt ist.

4. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Re­ flexionsschicht (18) aus Aluminium oder Gold besteht.

5. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken von Abstands-, Absorptions- und Deckschicht (20, 22, 24) zur Minimierung des Reflexionsvermögens der unbelichteten Bereiche (42) des Trägers ausgewählt sind.

6. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ standsschicht (20) zwischen etwa 10 und etwa 500 Nano­ meter und die Absorptionsschicht (22) zwischen etwa 1 und etwa 60 Nanometer dick sind.

7. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ sorptionsschicht (22) aus Tellur, Legierungen auf Tel­ lurbasis, Selen, Legierungen auf Selenbasis, Arsentri­ sulfid oder Arsentriselenid besteht.

8. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kri­ stallisationsgrad der mit dem Schreibstrahl belichte­ ten Bereiche (44) der Absorptionsschicht (22) niedri­ ger ist als derjenige der nichtbelichteten Bereiche (42) der Absorptionsschicht (22).

9. Aufzeichnungsträger nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Überzugs­ schicht (26) auf der Deckschicht (24).

10. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der Überzugsschicht (26) zwi­ schen etwa 0,05 und etwa 1,0 mm liegt.