专利名称：基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器及其制造方法
技术领域：
本发明属于光存储技术领域，是ー种基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器，使用氮化铜薄膜充当一次写入型多层波导光存储器的记录层，这种材料可在激光作用下发生分解引起性质变化，从而达到信息存储的目的。
背景技术：
光存储是由光存储器表面的介质影响的，最常见的光存储器是光盘如CD、DVD等，光盘介质上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为的数字信号就成了光存储。激光束经光路系统、物镜聚焦后照射到介质上，介质被激光烧蚀出小凹坑。介质上被烧蚀和未烧蚀的两种状态对应着两种不同的ニ进制数据。识别存储单元这些性质变化，即读出被存储的数据。然而目前，光盘的不足之处是主要采用单层记录介质，存储数据容量非常有限，主要采用有机染料，加工和处理有机染料时都不可避免的会对人体造成危害以及对环境造成污染。多层波导光存储器由多片平面光学波导叠合而成，每片波导又由记录层、芯层和包层组成，波导的包层是光敏介质，作为记录层用于存储数据；芯层是非光敏介质，作为选址层，用于传导寻址光束；包层也是非光敏介质，作为隔离层抑制数据记录和读出时的层间串扰；将记录光束聚焦于某波导片的记录层，将使焦点处介质的物理性质产生变化，造成波导缺陷，这种物理特性变化可以是介质的折射率变化，也可以是介质密度、反射率或其他特性变化，根据所用的记录材料不同，介质的光化学反应可以是单光子过程也可以是双光子过程，从而记录上“0”或“I”的信号；将寻址光束从侧面引入波导，在记录的数据点处产生泄漏，从而在黑暗的背景上显示发光的数据点。氮化铜(Cu3N) 是ー种具有特殊结构和性能的无毒材料，近年来受到广泛关注。氮化铜薄膜是棕褐色的半透明薄膜。其在湿度为95%、温度为60°C的条件下放置15个月后与原来相比没有发现有任何光学性能改变。氮化铜晶体处于亚稳态或非稳态相，其在真空中350 V左右情况下就可以分解(2Cu3N=6Cu+N2 )。我们对分解了的氮化铜薄膜进行性能研究，发现氮化铜热分解后所得到的铜与直接溅射得到的铜的反射光谱很相近，而氮化铜的反射系数比铜的小，在受到波长约SOOnm的红外线照射时反射系数有较大的差异。氮化铜在常温下性能稳定，具有低的热分解温度，且廉价无毒。它在真空中350°C左右就可以分解成铜单质实现低温金属化，且对SOOnm左右红外线的反射率与分解产物Cu有明显差别，这使之在光存储技术领域中具有诱人的应用潜力。
发明内容
技术问题本发明要解决的问题在于提供一种基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器及其制造方法，将氮化铜的这种低温热分解特性运用到多层波导光存储器中，制作出全新且无毒的基于氮化铜的一次写入型多层波导光存储器。技术方案本发明基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器及其制造方法具体为
基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的基本结构主要分为三层，依次包括记录层、芯层和包层；
记录层它是记录数据的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介
质；
芯层传导寻址光束，其使用的材料应稳定性好、无毒性、透明；
包层限光和隔离。所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型·多层波导光存储器的制备方法为
a.选择稳定性强的透明材料为基底，利用磁控溅射的方法制备出氮化铜薄膜；
b.在完成上一歩后，将镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的尺寸和形状，基底作为芯层，氮化铜薄膜作为记录层并将数据记录在氮化铜薄膜上，得到光存储器的单层波导。c.重复上述操作，制作光存储器所需的若干单层波导，并将所需记录的数据记录在相应的记录层中。d.上述加工完成后，把这些单层依次重叠并将边缘粘合起来，各个单层之间自然形成的空气层作为光存储器的包层，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器。所述稳定性强的透明材料为K9玻璃、石英玻璃或PC材料。本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器记录数据的方法将经过计算机处理后的一定強度的激光束经光路系统、物镜聚焦后透过芯层照射到氮化铜薄膜记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300°C -360°C左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的ニ进制数据。本发明的基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器读取数据的方法采用780nm-850nm左右的寻址红外线从侧面耦合到光存储器需要读取的ー层，光线在分解处发生反射，改变传播方向，漏出波导，接收器在垂直于光存储器的方向将反射的光线接收，转化为O、I的数字信号，完成数据读取。有益效果本发明具有以下优点1.无毒对人体和环境友好。所需材料和制造过程均无毒，不会对人体造成危害以及对环境造成污染。2.大容量多层光存储。多层波导光存储器可根据需要方便的增减波导层数来改变存储器容量。3. 一次性记录保护数据。只能对数据进行一次记录，保护数据防止被更改。4.制作成本低。整个制造过程所需材料均价格低廉。5.结构简単。制造过程简単，对设备要求不高，易于大規模制造。
图1是本发明的结构原理图。
图中有记录层1，芯层2，包层3。
具体实施方式
基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的基本结构主要分为三层，依次包括记录层、芯层和包层。记录层它是记录数据的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介质；
芯层传导寻址光束，其使用的材料应稳定性好、无毒性、透明；
包层限光和隔离。本发明的制造方法为
(I)选择稳定性强的透明材料如K9玻璃、石英玻璃或PC材料等为基底，利用磁控溅射的方法制备出氮化铜薄膜。(2)在完成上一歩后，将镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的尺寸和形状，基底作为芯层，氮化铜薄膜作为记录层并将数据记录在氮化铜薄膜上，得到光存储器的单层波导。(3)重复上述操作，制作光存储器所需的若干单层波导，并将所需记录的数据记录在相应的记录层中。(4)上述加工完成后，把这些单层依次重叠并将边缘粘合起来，各个单层之间自然形成的空气层作为光存储器的包层，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器。本发明的关键之ー在于利用磁控溅射的方法，在基底上以Cu为靶材，N2为反应气体制备出氮化铜薄膜，待其冷却后将其取出，然后将其加工作为芯层和记录层。本发明的另ー关键之处在于记录数据的方法将经过计算机处理后的一定強度的激光束经光路系统、物镜聚焦后透过芯层照射到氮化铜薄膜记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300°C -360°C左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的ニ进制数据。本发明还有ー关键之处在于读取数据的方法采用780nm-850nm左右的寻址红外线从侧面耦合到光存储器需要读取的ー层，光线在分解处发生反射，改变传播方向，漏出波导，接收器在垂直于光存储器的方向将反射的光线接收，转化为0、1的数字信号，完成数据读取。以下结合实例对本发明进行详细说明，本发明不受这些实例所限。实例1
(1)选择厚度为1.2mm的玻璃板作为基底，采用反应直流磁控溅射法，在玻璃基底上制备氮化铜薄膜。溅射的靶材为99.999%的高纯铜靶，铜靶的直径为50mm、厚度为5mm。靶和基底之间的距离为60mm，工作气体为99.99%的高纯氮气和99.99%的高纯氩气，分别使用质量流量计控制。(2)基底在放入真空室之前，分别用丙酮、酒精超声清洗，溅射前将真空室气压抽到低于5X10_4Pa，并充入氩气预溅射3min以清洗靶面。随后通入氮气，控制总溅射气压在2Pa，控制氮气与氩气的比例为3/1，溅射功率控制在120w，基底温度为100°C来制备氮化铜薄膜。
(3)氮化铜薄膜制备完成后不要立即取出，等溅射室温度降至室温后再取出。(4)将取出的镀有氮化铜薄膜的玻璃基底进行加工，使其直径为40mm，中间有孔，内径为15_，呈圆形。玻璃基底作为芯层，氮化铜薄膜作为记录层。(5)将所需记录的数据经过计算机处理，采用激光束照射的方法将数据记录下来。将一定強度的带有数据信息的激光束经光路系统、物镜聚焦后透过芯层照射到氮化铜薄膜记录层上，被照射位置的氮化铜在达到约300°C -360°C左右发生热分解反应，分解成金属铜，分解和未分解的两种状态就对应着两种不同的ニ进制数据，得到光存储器的单层波导。(6)重复上述操作，制作光存储器所需的若干单层波导，并将所需记录的数据记录在相应的记录层中。(7)上述加工完成后，把这些单层依次重叠并将边缘粘合起来，各个单层之间自然形成的空气层作为光存储器的包层，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器。(8)读取数据时， 采用780nm-850nm左右的寻址红外线从侧面耦合到光存储器需要读取的ー层，光线在分解处发生反射，改变传播方向，漏出波导，接收器在垂直于光存储器的方向将反射的光线接收，转化为0、1的数字信号，完成数据读取。
权利要求
1.一种基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的制造方法，其特征在于 基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的基本结构主要分为三层，依次包括记录层、芯层和包层； 记录层它是记录数据的地方，利用磁控溅射方法制备的氮化铜薄膜一次性光存储介质； 芯层传导寻址光束； 包层限光和隔离； 所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的制备方法为 a.选择稳定性强的透明材料为基底，利用磁控溅射的方法制备出氮化铜薄膜； b.在完成上一步后，将镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的尺寸和形状，基底作为芯层，氮化铜薄膜作为记录层并将数据记录在氮化铜薄膜上，得到光存储器的单层波导； c.重复上述操作，制作光存储器所需的若干单层波导，并将所需记录的数据记录在相应的记录层中； d.上述加工完成后，把这些单层依次重叠并将边缘粘合起来，各个单层之间自然形成的空气层作为光存储器的包层，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器。
2.根据权利要求1所述的基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的制造方法，其特征在于所述稳定性强的透明材料为K9玻璃、石英玻璃或PC材料。
全文摘要
本发明是一种基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器的制造方法，具体制备方法为a.选择稳定性强的透明材料为基底，利用磁控溅射的方法制备出氮化铜薄膜；b.在完成上一步后，将镀有氮化铜薄膜的基底加工成所需的尺寸和形状，基底作为芯层，氮化铜薄膜作为记录层并将数据记录在氮化铜薄膜上，得到光存储器的单层波导；c.重复上述操作，制作光存储器所需的若干单层波导，并将所需记录的数据记录在相应的记录层中；d.上述加工完成后，把这些单层依次重叠并将边缘粘合起来，各个单层之间自然形成的空气层作为光存储器的包层，得到基于氮化铜薄膜的一次写入型多层波导光存储器。该光存储器无毒对人体和环境友好，制作成本低，结构简单，制造过程简单，对设备要求不高，易于大规模制造。
文档编号G11C13/04GK103035287SQ201210481128
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者李兴鳌, 赵晋阳, 李晓峰, 陈晃毓, 杨涛, 潘聪, 王志姣, 孙俊冬 申请人:南京邮电大学