一种硫系相变材料结合Ag纳米颗粒多层薄膜结构的十级光学存储单元

本发明涉及复合薄膜结构和光学存储领域，尤其涉及一种基于硫系相变材料结合ag纳米颗粒多层薄膜结构的十级光学存储单元实现方法。

背景技术：

1、随着物联网与大数据时代的到来，数字化数据量呈爆炸式增长。如何对这些数据进行大密度存储，是目前数据存储领域所面临的重大挑战。在光学存储领域中，减小单个存储单元的尺寸、减小激光波长、增加透镜的数值孔径和耦合多个记录层等是提高存储密度的有效方法。但是，由于衍射极限和数值孔径的限制，上述方法均已进入瓶颈阶段。因此，提出一种新型存储方法来显著提升存储密度迫在眉睫。

2、硫系相变材料(c-pcms)作为最重要的存储材料之一，因其高读写速度、高稳定性、高集成度、非易失性等特点被视为下一代存储材料。此外，利用c-pcms通过控制输入能量，使非晶态c-pcms转换为具有不同光学反射率的不同晶体态可以实现在一个存储单元上的多级存储，进而摆脱传统意义上的二值存储，达到提高存储密度的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于突破了现有技术，提供了一种能有效提升存储密度的光学存储单元制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种硫系相变材料结合nag(ag纳米颗粒)多层薄膜结构的十级光学存储单元，其包括：基底层(1)、记录层(2)、反射层(3)、保护层(4)。

4、进一步基底层(1)为硅片；记录层(2)为相变材料gexsbytez与nag组成的复合结构，nag为独立均匀分散ag纳米颗粒组成的ag薄膜，ag纳米颗粒粒径为20-400nm；gexsbytez选自但不限于：ge2sb2te5、gete、sb2te3此类硫系相变材料；nag(即颗粒均匀分散铺设)均匀分散布置在在基底层夹在中间。所述反射层材料选择为铝；所述保护层材料选择为二氧化硅。

5、进一步作为优选，基底层(1)为厚度不计；记录层(2)总厚度为100nm，其中平均ag薄膜厚度h平均为40nm，gexsbytez厚度60nm。所述反射层厚度h为30nm。保护层(4)厚度h为20nm。

6、制备方法包括如下步骤：

7、第一步：在基底层(1)上镀ag薄膜，然后退火煅烧得到ag纳米颗粒层nag；

8、第二步；在nag上利用磁控溅射方法镀gexsbytez膜；

9、第三步；在gexsbytez膜依次分别镀反射层和保护层。

10、作为优选，第一步，退火条件选择室温下保持5℃/分钟升至400℃后保温30分钟后取出。

11、本发明所得储存器作为十级光学存储的应用。

12、引入一个简易半导体或光纤纳秒激光器，对存储元件记录层进行激光诱导，从而gexsbytez-nag复合结构体系发生相态改变，实现数据的写入和擦除；反射层材料作为反射激光光束照射的区域，使激光打入光电探测器中，借反射的激光光束读取存储单元中的数据；保护层材料，用来保护存储中的记录层及反射层，

13、作为优选，纳秒光纤激光器参数为波长为1064nm，重复频率为4000khz，脉冲宽度为250ns。

14、优选gexsbytez采用ge2sb2te5，激光能量密度从15.69mj/cm2-80.32mj/cm2之间在红光波段产生了十个反射率区分明显的晶体状态，分别为15.69mj/cm2-41.425％，21.37mj/cm2-42.762％,27.78mj/cm2-43.525％，34.33mj/cm2-44.753％,41.89mj/cm2-45.875％,47.27mj/cm2-47.133％,53.88mj/cm2-48.336％，59.69mj/cm2-49.867％,63.39mj/cm2-51.298％,71.12mj/cm2-52.750％(设置全反射镜反射率为100％)。

15、本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供的硫系相变材料结合ag纳米颗粒多层薄膜结构的十级光学存储单元，基本通过磁控溅射结合退火方法制备而成，制备工艺简单，成本较低。单元在受到不同能量密度的激光诱导后能够产生强差值的光学反射率记录点，呈现多级光学反射率特性。

16、上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下举较佳实施例，详细说明如下。

技术特征：

1.一种硫系相变材料结合nag多层薄膜结构的十级光学存储单元，其特征在于，其包括：基底层(1)、记录层(2)、反射层(3)、保护层(4)；

2.按照权利要求1所述的一种硫系相变材料结合nag多层薄膜结构的十级光学存储单元，其特征在于，基底层(1)为厚度不计；记录层(2)总厚度为100nm，其中平均ag薄膜厚度h平均为40nm，gexsbytez厚度60nm。所述反射层厚度h为30nm。保护层(4)厚度h为20nm。

3.权利要求1或2所述的一种硫系相变材料结合nag多层薄膜结构的十级光学存储单元，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

4.权利要求1或2所述的一种硫系相变材料结合nag多层薄膜结构的十级光学存储单元的应用，所得储存器作为十级光学存储的应用。

5.按照权利要求4所述的应用，引入一个简易半导体或光纤纳秒激光器，对存储元件记录层进行激光诱导，从而gexsbytez-nag复合结构体系发生相态改变，实现数据的写入和擦除；反射层材料作为反射激光光束照射的区域，使激光打入光电探测器中，借反射的激光光束读取存储单元中的数据；保护层材料，用来保护存储中的记录层及反射层。

6.按照权利要求5所述的应用，纳秒光纤激光器参数为波长为1064nm，重复频率为4000khz，脉冲宽度为250ns。

7.按照权利要求4所述的应用，gexsbytez采用ge2sb2te5，激光能量密度从15.69mj/cm2-80.32mj/cm2之间在红光波段产生了十个反射率区分明显的晶体状态，分别为15.69mj/cm2-41.425％，21.37mj/cm2-42.762％,27.78mj/cm2-43.525％，34.33mj/cm2-44.753％,41.89mj/cm2-45.875％,47.27mj/cm2-47.133％,53.88mj/cm2-48.336％，59.69mj/cm2-49.867％,63.39mj/cm2-51.298％,71.12mj/cm2-52.750％(设置全反射镜反射率为100％)。

技术总结
一种硫系相变材料结合Ag纳米颗粒多层薄膜结构的十级光学存储单元，属于光学存储领域。存储单元包括基底、记录层、反射层和保护层。Ag纳米颗粒的引入改变了纳秒脉冲激光辐照存储单元时记录层的热分布和热传输，显著影响了记录层的微观组织结构。通过改变纳秒激光能量密度，可以获得差值较大的十个光学反射率值，进而实现了十级光学存储。此外，存储单元还具有良好的可循环性。本发明通过相变材料的热稳定性和非易失性，结合纳秒激光的普遍性，摆脱了传统意义上的二值存储，实现了光学大密度存储。同时，所设计结构简单，制备快捷，可以大量投入生产，为未来全光存储、计算的发展奠定了基础。

技术研发人员：刘富荣,马全龙,陈清远,饶凯,张露露
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14