专利名称：：只读式纳米微结构光盘的制作方法
技术领域：
：本发明属于光学信息存储
技术领域：
，是一种只读式纳米微结构光盘。
背景技术：
：随着信息技术的迅猛发展，特别是数字高清晰度影视技术和网络技术的发展普及，要求光盘存储器具有更高的存储密度和容量。提高光盘密度和容量的最直接的方法是缩小单个记录位(记录点)的尺寸。可以记录、读出的最小记录点尺寸取决于光盘系统的光学分辨率。光学系统的分辨率受到光学衍射极限效应的限制，单纯依靠提高物镜数值孔径、缩短激光波长的方法已经难以进一步提高，传统的光盘存储将很快达到其存储密度的极限。突破光学衍射极限是当前光盘存储技术发展的主要方向之一。在光盘系统中突破光学衍射极限可以通过改变光学系统或光盘结构来实现。改变光学系统突破光学衍射极限的途径主要有插入光学超分辨光阑和使用近场扫描光学头(或探针)。然而由于一直存在着理论、材料和技术等多方面的问题，难以获得实际应用。相比较而言，通过特殊的光盘结构突破光学衍射极限是更加简单、实用的途径。在磁光盘中获得成功应用后，该技术开始被引入光盘
技术领域：
。特殊的光盘结构之所以可以突破光学衍射极限，主要是由于引入了掩膜层和附属的相关薄膜，利用掩膜层在激光作用前后光谱的显著变化，掩盖部分光斑，可以将有效光斑缩小到衍射极限之下，而附属的薄膜结构可以发挥防止氧化、应力控制、热控制或近场控制等功能。掩膜层功能材料和相应的多层膜结构是该技术的核心，是该光盘区别于其它光盘的新颖性所在。在只读式光盘领域，K.Yasuda等首次采用“PC盘基/ZnS-SiO2介电层/Al合金反射层/ZnS-SiO2介电层/Ge2Sb2Te5掩膜层/ZnS-SiO2介电层”的光盘膜层结构实现了超分辨预刻信息坑点的读出(KouichiYasuda，MasumiOno，KatsuhisaArataniet.al，.PremasteredOpticalDiskbySuper-resolution.Jpn.J.Appl.Phys.，1993，32(11B)5210-5213)。此后，多种掩膜材料和结构被报道用于只读式超分辨光盘。Y.Wu等人提出了利用Zn1-xCdxSe掩膜的只读式超分辨光盘(YihongWu，HockKhoo，TakuyoKogureet.al.，Read-onlyOpticaldiskwithSuper-resolution，Appl.Phys.Lett.1994，64(24)3225-3227)。T.Tsujioka等以二芳基乙烯有机化合物为掩膜在只读式光盘(PC盘基/有机掩膜层/Ag反射层)中实现了超分辨预刻信息坑点的读出(TsuyoshiTsujioka，MinoruKume，YukioHorikawaet.al.，Super-resolutiondiskwithaphotochromicmasklayer，Jpn.J.Appl.Phys.，1997，36(1B)526-529)。T.Shintani等利用“PC盘基/ZnS-SiO2介电层/Co复合氧化物掩膜层/ZnS-SiO2介电层/Al合金反射层”的光盘膜层结构实现了超分辨预刻信息坑点的读出(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等分别作为超分辨反射层材料采用单层结构(PC盘基/超分辨反射层)实现了超分辨预刻信息坑点的读出(TakashiKikukawa，TatsuyaKato，HiroshiShingaiet.al.，High-densityread-onlymemorydiscwithsuper-resolutionreflectivelayer，Jpn.J.Appl.Phys.，2001，40(3B)1624-1628)。M.Yamamoto等以ZnO为掩膜采用“PC盘基/Al反射层/ZnO掩膜层”和“PC盘基/SiN介电层/Si层/ZnO掩膜层”光盘结构实现了超分辨预刻信息坑点的读出(MasakiYamamoto，GoMori，HideharuTajimaet.al.，Super-resolutionopticaldiscwithhighreadoutstabilityusingazincoxidethinfilm，Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43(7B)4959-4963)。D.Yoon等采用“PC盘基/ZnS-SiO2介电层/AgInSbTe层/ZnS-SiO2介电层/PtO层/ZnS-SiO2介电层”光盘结构实现了超分辨预刻信息坑点的读出(DuseopYoon，JoohoKim，HyunkiKimet.al.，Jpn.J.Appl.Phys.，2004，43(7B)4945-4948)。F.Zhang等分别以AgOx和AgInSbTe为掩膜在两层结构的只读式光盘(PC盘基/掩膜层/ZnS-SiO2介电层)中实现了超分辨预刻信息坑点的读出(FengZhang，YangWang，WendongXuet.al.，Read-onlymemorydiskwithAgOxandAgInSbTesuperresolutionmasklayer，Opt.Eng.，2005，44(6)0652021-5)。H.Kim等以GeSbTe为掩膜在三层结构的只读式光盘(PC盘基/ZnS-SiO2介电层/GeSbTe掩膜层/ZnS-SiO2介电层)中实现了超分辨预刻信息坑点的读出(HyunkiKim，InohHwang，JoohoKimet.al.，PhasechangesuperresolutionnearfieldstructureROM，Jpn.J.Appl.Phys.，2005，44(5B)3603-3608)。上述只读式超分辨光盘中，无机掩膜减小有效光斑主要靠聚焦激光在掩膜材料上产生的热效应，读出激光功率高，会影响激光器的使用寿命；辐照中的高温会对薄膜和基片产生损害，降低读出信噪比，缩短盘片寿命。纯有机掩膜材料光热稳定性不高，容易在多次读出后产生疲劳，降低读出信噪比和盘片寿命。
发明内容本发明要解决的问题在于有效地改善上述现有技术的困难，提供一种只读式纳米微结构光盘，该光盘具有读出功率较低、对基片的热损伤较小、读出信号增强等优点，可以达到读出小于衍射极限的预刻信息坑点的目的，而且读出信噪比高、盘片寿命长。本发明的技术解决方案是一种只读式纳米微结构光盘，其结构依次包括上保护层、掩膜层、下保护层和盘基，盘基由聚碳酸酯构成，带有预刻信息坑点，其特点是所述的上保护层由氮化硅或硫化锌-二氧化硅或聚碳酸酯构成；所述的下保护层由氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成；所述的掩膜层由四氰基对苯醌二甲烷银、或四氰基对苯醌二甲烷金、或四氰基对苯醌二甲烷铂、或四氰基对苯醌二甲烷钯、或银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物、或金掺杂的四氰基对苯醌二甲烷金复合物、或铂掺杂的四氰基对苯醌二甲烷铂复合物、或钯掺杂的四氰基对苯醌二甲烷钯复合物构成，且掩膜层中具有纳米微结构。所述的上保护层由厚度80～120nm的氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成，或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯构成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯构成。所述的下保护层的厚度为5～100nm。所述的掩膜层的厚度为5～100nm。所述的掩膜层的纳米微结构，由不规则分布于基质中或基质表面的纳米金属颗粒或团簇构成，该纳米金属颗粒的成分为银或金或铂或钯，金属颗粒的尺寸为5～100nm。所述的盘基的厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm，所述的预刻信息坑点的尺寸为30～380nm。盘基上预刻信息坑点的尺寸小于读出光学系统的衍射极限。本发明的技术效果与在先技术相比，本发明的只读式纳米微结构光盘中包括一层具有纳米微结构的金属有机化合物或金属有机复合物掩膜，读出过程中，不再依赖掩膜材料的热效应来缩小光斑，而是依靠其光致电子转移导致的光谱变化，具有很快的时间响应。与此同时，掩膜中的纳米微结构(金属颗粒或团簇结构)可实现光信号的局域等离子体共振增强。该光盘具有读出功率较低、对基片的热损伤较小、读出信号增强等优点，可以达到读出小于衍射极限的预刻信息坑点的目的，而且读出信噪比高、盘片寿命长。图1为本发明只读式纳米微结构光盘的结构示意图。图2为本发明掩膜中的纳米微结构示意图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。本发明的只读式纳米微结构光盘结构示意图如图1所示，包括上保护层1、掩膜层2、下保护层3和盘基4。上保护层1用于防止掩膜层2受到破坏，掩膜层2用于缩小光斑和实现读出光信号增强，下保护层3用于防止掩膜层2受到破坏，也用于近场光或表面等离子体波耦合控制，盘基4上的预刻信息坑点包含有数字化信息。本发明光盘中的上保护层1由厚度80～120nm的氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯构成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯构成；下保护层3由厚度5～100nm的氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成；掩膜层2由厚度为5～100nm的四氰基对苯醌二甲烷银(AgTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷金(AuTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷铂(PtTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷钯(PdTCNQ)或银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物(AgTCNQAg)或金掺杂的四氰基对苯醌二甲烷金复合物(AuTCNQAu)或铂掺杂的四氰基对苯醌二甲烷铂复合物(PtTCNQPt)或钯掺杂的四氰基对苯醌二甲烷钯复合物(PdTCNQPd)构成。根据实施的具体情况选取不同材料和膜厚。盘基为厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯只读式光盘盘基，其上的预刻信息坑点尺寸(直径)为30～380nm，小于用于读出的光学系统的衍射极限。盘基厚度和预刻信息坑点尺寸根据实施的具体情况而定。图2是本发明只读式纳米微结构光盘掩膜2中的纳米微结构示意图，纳米微结构由基质5和埋藏于其中或位于其表面的纳米金属颗粒6构成。基质5的成分为四氰基对苯醌二甲烷(TCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷银(AgTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷金(AuTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷铂(PtTCNQ)或四氰基对苯醌二甲烷钯(PdTCNQ)。埋藏于基质中或位于其表面的纳米金属颗粒6的成分为银或金或铂或钯。金属颗粒的尺寸为5～100nm。在不同的具体实施情况下材料成分和颗粒尺寸不同。实施例1厚度为1.1mm的聚碳酸酯基片上预刻有直径为100nm的坑点作为信息点。在光盘基片4上依次制备下保护层3、掩膜层2和上保护层1。其中下保护层3为厚度为20nm的硫化锌-二氧化硅薄膜，掩膜层2为30nm厚的银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜，上保护层1为厚度为0.1mm的聚碳酸酯膜。银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜中银颗粒的尺寸不规则，直径从5nm到30nm不等，随机分布于四氰基对苯醌二甲烷银基质中。采用波长为405nm、光学头数值孔径为0.85的光盘读出系统，可实现本实施例中的纳米微结构只读式数字光盘预刻信息的读出，且效果很好。根据光的衍射极限公式，该读出系统的读出分辨率极限约为120nm，大于本实施例中预刻坑点直径(100nm)，采用传统的只读式光盘结构不能读出信号。实施例2厚度为0.6mm的聚碳酸酯基片上预刻有直径为200nm的坑点作为信息点。在光盘基片4上依次制备下保护层3、掩膜层2，随后在掩膜层2上粘合上保护层1。其中下保护层3为厚度为20nm的硫化锌-二氧化硅薄膜，掩膜层2为30nm厚的银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜，上保护层1为厚度为0.6mm的聚碳酸酯片。银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜中银颗粒的尺寸不规则，直径从5nm到30nm不等，随机分布于四氰基对苯醌二甲烷银基质中。采用波长为650nm、光学头数值孔径为0.6的光盘读出系统，可实现本实施例中的纳米微结构只读式数字光盘预刻信息的读出，且效果很好。根据光的衍射极限公式，该读出系统的读出分辨率极限约为270nm，大于本实施例中预刻坑点直径(200nm)，采用传统的只读式光盘结构不能读出信号。实施例3厚度为1.2mm的聚碳酸酯基片上预刻有直径为380nm的坑点作为信息点。在光盘基片4上依次制备下保护层3、掩膜层2和保护层1。其中下保护层3为厚度为20nm的硫化锌-二氧化硅薄膜，掩膜层2为30nm厚的银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜，上保护层1为厚度为100nn的硫化锌-二氧化硅薄膜。银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物薄膜中银颗粒的尺寸不规则，直径从5nm到30nm不等，随机分布于四氰基对苯醌二甲烷银基质中。采用波长为780nm、光学头数值孔径为0.45的光盘读出系统，可实现本实施例中的纳米微结构只读式数字光盘预刻信息的读出，且效果很好。根据光的衍射极限公式，该读出系统的读出分辨率极限约为435nm，大于本实施例中预刻坑点直径(380nm)，采用传统的只读式光盘结构不能读出信号。其它实施例以列表形式给出权利要求1.一种只读式纳米微结构光盘，其结构依次包括上保护层、掩膜层、下保护层和盘基，盘基由聚碳酸酯构成，带有预刻信息坑点，其特征在于所述的上保护层由氮化硅或硫化锌-二氧化硅或聚碳酸酯构成；所述的下保护层由氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成；所述的掩膜层由四氰基对苯醌二甲烷银、或四氰基对苯醌二甲烷金、或四氰基对苯醌二甲烷铂、或四氰基对苯醌二甲烷钯、或银掺杂的四氰基对苯醌二甲烷银复合物、或金掺杂的四氰基对苯醌二甲烷金复合物、或铂掺杂的四氰基对苯醌二甲烷铂复合物、或钯掺杂的四氰基对苯醌二甲烷钯复合物构成，且掩膜层中具有纳米微结构。2.根据权利要求1所述的只读式纳米微结构光盘，其特征在于所述的上保护层由厚度80～120nm的氮化硅或硫化锌-二氧化硅构成，或由厚度0.09～0.11mm的聚碳酸酯构成，或由厚度0.59～0.61mm的聚碳酸酯构成。3.根据权利要求1所述的只读式纳米微结构光盘，其特征在于所述的下保护层的厚度为5～100nm。4.根据权利要求1所述的只读式纳米微结构光盘，其特征在于所述的掩膜层的厚度为5～100nm。5.根据权利要求1或4所述的只读式纳米微结构光盘，其特征在于所述的掩膜层的纳米微结构，由不规则分布于基质中或基质表面的纳米金属颗粒或团簇构成，所述的纳米金属颗粒的成分为银或金或铂或钯，金属颗粒的尺寸为5～100nm。6.根据权利要求1所述的只读式纳米微结构光盘，其特征在于所述的盘基的厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm，所述的预刻信息坑点的尺寸为30～380nm。全文摘要一种只读式纳米微结构光盘，其结构为“上保护层/掩膜层/下保护层/盘基”。其主要特征在于掩膜层由金属－四氰基对苯醌二甲烷化合物或金属掺杂的金属－四氰基对苯醌二甲烷复合物构成，且掩膜层中具有纳米微结构，即埋藏于基质中或位于其表面(界面)的纳米金属颗粒或团簇，可实现局域等离子体共振信号增强，从而达到读出小于衍射极限的预刻信息坑点的目的。本发明只读式纳米微结构光盘具有读出功率较低、时间响应快、热损伤较小、超分辨读出信号强等优点。文档编号G11B7/24GK1851815SQ200610026340公开日2006年10月25日申请日期2006年5月8日优先权日2006年5月8日发明者王阳,吴谊群,徐文东,魏劲松,张锋,瞿青玲申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所