專利名稱：波導(dǎo)多層只讀光卡及其軟刻印制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光信息存儲技術(shù)，具體涉及三維數(shù)據(jù)存儲器中波導(dǎo)多層只讀光卡的基本結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
三維光學(xué)存儲器中數(shù)據(jù)不只記錄在介質(zhì)的表面，而是記錄在具有一定厚度的介質(zhì)體內(nèi)。三維光存儲主要有兩種方式一是全息體存儲二是多層位存儲。多層位存儲要求光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)θ我鈱用孢M(jìn)行選址并有效克服層間串?dāng)_的影響。多層位存儲通常采用雙光子方式記錄，以提高存儲密度和減少層間串?dāng)_。但雙光子技術(shù)需要采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的大功率(約102W量級)脈沖激光光源(如NdYAG釔釹石榴石激光器)，成本昂貴。從而使多層位存儲仍處于實驗室研究階段，難以得到實際應(yīng)用。
2002年我國南京師范大學(xué)梁忠誠課題組提出一種基于新原理的波導(dǎo)多層光存儲新技術(shù)(Zhongcheng Liang，Tao Yang，Hai Ming，Jianping Xie，A novel3D multilayered waveguide memory.Proc.SPIE Vol.4930，pp.134-137，2002；中國發(fā)明專利ZL02138417.7；ZL02138418.5)。波導(dǎo)多層光存儲的基本原理包括利用波導(dǎo)缺陷記錄數(shù)據(jù)；利用波導(dǎo)缺陷的漏光效應(yīng)讀出數(shù)據(jù)；利用波導(dǎo)對光的空間約束作用抑制層間串?dāng)_。該方法可以采用單光子記錄材料，從而克服雙光子記錄方式設(shè)備和技術(shù)上的困難。讀出數(shù)據(jù)可采用傳導(dǎo)光照明方式，通過收集波導(dǎo)缺陷漏出的散射光來讀取數(shù)據(jù)，這樣既保持了發(fā)光型讀出靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，又不存在雙光子技術(shù)中熒光讀出的數(shù)據(jù)擦除效應(yīng)。
存儲卡是一種將信息記錄在特定存儲介質(zhì)中并以卡片形式應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。根據(jù)存儲介質(zhì)的不同，存儲卡主要有磁卡、IC卡(集成電路卡)和光卡三種類型。磁卡技術(shù)具有使用方便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是安全性能低、存儲容量小(低于1KB)。IC卡的特點(diǎn)是具有編程功能，抗破壞性好、保密性強(qiáng)，但存儲容量不超過10KB。光卡是繼磁卡、IC卡之后的又一項存儲卡技術(shù)，與磁卡和IC卡相比，光卡具有存儲量大(2MB以上)、存儲時間長(10年以上)、不受磁場干擾、不易磨損、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。目前光卡的核心技術(shù)掌握在世界上僅有的兩家光卡制造公司手中(美國LCC公司和日本的CANON公司)，國內(nèi)尚沒有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光卡制造企業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種存儲容量大，有利于工業(yè)化生產(chǎn)的波導(dǎo)多層只讀光卡及其軟刻印制作方法。
技術(shù)方案本發(fā)明將波導(dǎo)多層存儲方法與光卡技術(shù)相結(jié)合，提出波導(dǎo)多層光卡新技術(shù)，并提出一種實現(xiàn)波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法。軟刻印(softlithography)技術(shù)是一種基于自組裝和復(fù)制模塑原理的微米和納米加工方法，是相對于微制造領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位的刻蝕技術(shù)而言的微圖形轉(zhuǎn)移和微制造的新方法。軟刻印的基本思想就是用軟性聚合物對微圖形進(jìn)行簡便而又精確的復(fù)制。本發(fā)明將軟刻印技術(shù)變化后移植應(yīng)用于波導(dǎo)多層光卡的數(shù)據(jù)復(fù)制和制作過程，這不但有利于產(chǎn)品的工業(yè)化批量生產(chǎn)，同時由于軟刻印技術(shù)具有納米級空間分辨能力，還為光卡的數(shù)據(jù)存儲容量提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 本發(fā)明的波導(dǎo)多層只讀光卡由芯層與包層交替復(fù)合層疊而成，在每一包層的表面上刻印有承載信息的數(shù)據(jù)坑；采用折射率較低的透明硅橡膠作為包層材料，采用折射率與透明硅橡膠不同的透明材料作為芯層。作為包層材料的透明硅橡膠為聚二甲基硅氧烷，采用薄玻璃片作為芯層的材料。
本發(fā)明的波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法包括模板制作、信息復(fù)制、多層粘合三個基本過程；模板制作首先通過傳統(tǒng)的光刻法制作玻璃母板，然后利用玻璃母板通過電鑄法獲得金屬母板，最后利用金屬母板通過注塑法或壓印法獲得聚合物模板；信息復(fù)制即將模板上的信息轉(zhuǎn)移到硅橡膠包層表面的過程，首先將加入交聯(lián)劑的流態(tài)硅橡膠單體均勻旋涂于模板表面，并加熱預(yù)固化形成預(yù)定厚度的硅橡膠包層；然后將芯層玻璃片粘貼于包層硅橡膠表面；最后，待冷卻后將聚合物模板剝離，這樣信息就被刻印到硅橡膠表面，這一過程結(jié)束后得到印有信息的芯層-包層復(fù)合片；
多層粘合將多個芯層-包層復(fù)合片疊合在一起，稍加壓力，使玻片與硅橡膠表面共形接觸，再通過加熱使玻片與硅橡膠鍵合，形成一體。
本發(fā)明的關(guān)鍵之一在于將波導(dǎo)多層存儲與光卡存儲技術(shù)相結(jié)合，提出了一種新型的波導(dǎo)多層只讀光卡存儲器結(jié)構(gòu)方案。發(fā)明要點(diǎn)在于采用折射率較低的透明硅橡膠作為包層材料，同時將信息刻印在硅橡膠表面。這種結(jié)構(gòu)具有光耦合效率高、光散射效率強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的關(guān)鍵之二在于提出一種波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法，該方法包括“模板制作、信息復(fù)制、多層粘合”三個基本過程。發(fā)明要點(diǎn)在于采用硅橡膠材料對信息進(jìn)行軟刻印方法復(fù)制，具有信息容量大，便于批量制作的特點(diǎn)。采用聚合物材料制作軟刻印的模板，有利于模板與硅橡膠的剝離。在實施例中選擇玻片作為芯層，PDMS作為包層，可以通過熱鍵合法使二者直接粘合，有利于簡化制作工藝，提高器件性能。
有益效果根據(jù)以上敘述可知，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1、提出了波導(dǎo)多層光卡存儲概念，技術(shù)原理新、存儲容量大。
2、提出一種波導(dǎo)多層只讀光卡的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用低折射率透明硅橡膠作為包層材料，同時將信息刻印在硅橡膠表面，具有光耦合效率高、光散射效率強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
3、提出一種波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法，采用軟刻印方法復(fù)制信息，具有空間分辨率高、信息容量大、便于批量生產(chǎn)的優(yōu)勢。
4、采用聚合物材料制作軟刻印的模板，有利于模板與硅橡膠的剝離。在實施例中選擇玻片作為芯層，PDMS作為包層，可以通過熱鍵合法使二者直接粘合，有利于簡化制作工藝，提高器件性能。


圖1波導(dǎo)多層只讀光卡的結(jié)構(gòu)和原理示意圖。圖中有芯層1、包層2、數(shù)據(jù)坑3。
圖2波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出一種波導(dǎo)多層只讀光卡存儲器，其芯層材料采用折射率較高的透明基片，包層材料采用折射率較低的透明硅橡膠，信息是刻印在硅橡膠表面的凹坑。當(dāng)各層粘合后，某層基片及與之相鄰的兩硅橡膠層構(gòu)成平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，硅橡膠表面的數(shù)據(jù)坑形成波導(dǎo)缺陷。當(dāng)讀出光耦合進(jìn)入芯層后，將在數(shù)據(jù)坑處產(chǎn)生散射，散射光由讀出系統(tǒng)收集后恢復(fù)相應(yīng)的信息。本發(fā)明具體實施例中采用高性能的薄玻璃片作為芯層材料，采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為硅橡膠包層材料，同時承載信息。這是由于玻璃與PDMS兩者的折射率差值較大，有利于能量的耦合；同時，玻片與PDMS之間可以通過熱鍵合法粘合，無需外加粘合劑，這種情況下數(shù)據(jù)坑是玻璃與硅橡膠之間形成的空氣隙。
本發(fā)明提出一種實現(xiàn)上述波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法，該方法包括“模板制作+信息復(fù)制+多層粘合”三個基本過程。
模板是指表面印有信息臺階的硬質(zhì)聚合物平板，用于最終將信息轉(zhuǎn)移到硅橡膠表面。模板制作可以采用與制作CD-ROM光盤相似的方法首先通過傳統(tǒng)的光刻法制作玻璃母板，然后利用玻璃母板通過電鑄法獲得金屬母板，最后利用金屬母板通過注塑法或壓印法獲得聚合物模板。本發(fā)明具體實施例中采用了聚碳酸脂(PC)作為模板材料，是因為通常情況下PC與PDMS表面間鍵合作用微弱，可以將兩者輕易地剝離。
信息復(fù)制是將模板上的信息轉(zhuǎn)移到硅橡膠包層表面的過程。信息復(fù)制過程借鑒了軟刻印技術(shù)首先將加入交聯(lián)劑的流態(tài)硅橡膠單體均勻旋涂于模板表面，并加熱預(yù)固化形成預(yù)定厚度的硅橡膠包層。然后將芯層玻璃片粘貼于包層硅橡膠表面，本發(fā)明實施例中采用加熱法使玻片與硅橡膠層鍵合在一起。最后，待冷卻后將聚合物模板剝離，這樣信息就被刻印到硅橡膠表面。這一過程結(jié)束后得到印有信息的芯層-包層復(fù)合片。
多層粘合是將印有信息的芯層-包層復(fù)合片通過一定方法粘合在一起，形成波導(dǎo)多層光卡結(jié)構(gòu)的過程。本發(fā)明實施例采用熱鍵合法實現(xiàn)多層粘合將多個芯層-包層復(fù)合片疊合在一起，稍加壓力，使玻片與硅橡膠表面共形接觸，再通過加熱使玻片與硅橡膠鍵合，形成一體。
在本發(fā)明具體實施例中，波導(dǎo)芯層材料采用VWR Scientific公司生產(chǎn)的一種生化實驗專用的蓋玻片(型號WEST Chester，PA19380)，該玻片韌性很好，透光率高，其尺寸為25(長)×25(寬)×0.15(厚)mm3，折射率為1.515。包層材料是聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，其折射率為1.406。PDMS化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、柔韌性好，成型方便，易于使用，是軟刻印技術(shù)中常用的材料。重要的是PDMS能跟玻璃形成密封，所以可以同時作為信息的載體和粘合劑。
如圖2所示，軟刻印方法制作波導(dǎo)多層只讀光卡的實施過程具體說明如下(一)模板制作用于軟刻印的模板材料選擇聚碳酸脂(PC)透明片，厚度為0.6mm，尺寸適中。選用PC是因為PC與PDMS表面鍵合作用微弱，可以比較容易地將兩者剝離。模板的制作過程是玻璃母板→金屬母板→聚合物模板。
1.玻璃母板采用傳統(tǒng)的光刻法制作。首先在玻璃基板上旋涂負(fù)性光刻膠，然后用激光直寫法曝光，顯影后得到玻璃母板。
2.金屬母板利用玻璃母板通過電鑄法獲得金屬鎳板。
3.聚合物模板利用金屬母板通過壓印法在PC片上獲得用于軟刻印的聚合物模板。
(二)信息復(fù)制1.模板的表面處理將聚合物模板放入超聲波震蕩器中作表面處理，處理液為水+洗滌劑。表面處理的作用一是清潔模板表面，二是使模板表面吸附一層表面活性劑分子，有利于模板與硅橡膠層的剝離。
2.硅橡膠的準(zhǔn)備在流態(tài)硅橡膠單體中加入交聯(lián)劑，放入離心機(jī)的離心管中，高速旋轉(zhuǎn)后取出備用。高速離心旋轉(zhuǎn)的作用是使單體和交聯(lián)劑充分混合并去除混合液中的氣泡。
3.硅橡膠的旋涂將模板吸附在勻膠機(jī)的托盤表面，在模板表面滴注準(zhǔn)備好的流態(tài)硅橡膠。開動勻膠機(jī)使硅橡膠單體涂布于模板表面，形成一定厚度的薄膜。
4.硅橡膠的固化將旋涂了硅橡膠單體的聚合物模板放入干燥箱中，在80℃溫度下預(yù)固化約40分鐘。在預(yù)固化的硅橡膠表面覆蓋芯層玻璃片后繼續(xù)固化2小時以上，使蓋玻片與硅橡膠層產(chǎn)生鍵合。
5.模板的剝離蓋玻片與硅橡膠層鍵合后，將聚合物模板剝離，得到這樣信息就被刻印到硅橡膠表面。這一過程結(jié)束后得到印有信息的芯層-包層復(fù)合片。
(三)多層粘合采用熱鍵合法實現(xiàn)多層粘合將多個芯層-包層復(fù)合片疊合在一起，稍加壓力，使玻片與硅橡膠表面密切接觸，再通過加熱使玻片與硅橡膠鍵合，形成波導(dǎo)多層光卡。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)多層只讀光卡，其特征在于該波導(dǎo)多層只讀光卡由芯層(1)與包層(2)交替復(fù)合層疊而成，在每一包層(2)的表面上刻印有承載信息的數(shù)據(jù)坑(3)；采用折射率較低的透明硅橡膠作為包層(2)材料，采用折射率與透明硅橡膠不同的透明材料作為芯層(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)多層只讀光卡，其特征在于作為包層(2)材料的透明硅橡膠為聚二甲基硅氧烷，采用薄玻璃片作為芯層(1)的材料。
3.一種如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)多層只讀光卡的軟刻印制作方法，其特征在于該方法包括模板制作、信息復(fù)制、多層粘合三個基本過程。模板制作首先通過傳統(tǒng)的光刻法制作玻璃母板，然后利用玻璃母板通過電鑄法獲得金屬母板，最后利用金屬母板通過注塑法或壓印法獲得聚合物模板；信息復(fù)制即將模板上的信息轉(zhuǎn)移到硅橡膠包層表面的過程，首先將加入交聯(lián)劑的流態(tài)硅橡膠單體均勻旋涂于模板表面，并加熱預(yù)固化形成預(yù)定厚度的硅橡膠包層；然后將芯層玻璃片粘貼于包層硅橡膠表面；最后，待冷卻后將聚合物模板剝離，這樣信息就被刻印到硅橡膠表面，這一過程結(jié)束后得到印有信息的芯層-包層復(fù)合片；多層粘合將多個芯層-包層復(fù)合片疊合在一起，稍加壓力，使玻片與硅橡膠表面共形接觸，再通過加熱使玻片與硅橡膠鍵合，形成一體。
全文摘要
波導(dǎo)多層只讀光卡及其軟刻印制作方法涉及三維數(shù)據(jù)存儲器中波導(dǎo)多層只讀光卡的基本結(jié)構(gòu)及其制作方法，該波導(dǎo)多層只讀光卡由芯層(1)與包層(2)交替復(fù)合層疊而成，在每一包層(2)的表面上刻印有承載信息的數(shù)據(jù)坑(3)；采用折射率較低的透明硅橡膠作為包層(2)材料，采用折射率與透明硅橡膠不同的透明材料作為芯層(1)，作為包層(2)材料的透明硅橡膠為聚二甲基硅氧烷，采用薄玻璃片作為芯層(1)的材料。該方法包括模板制作、信息復(fù)制、多層粘合三個基本過程；該只讀光卡存儲容量大，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號G11B7/26GK1838280SQ20061003920
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者梁忠誠, 顧敏芬, 丁冬艷, 陳坤, 陳家璧, 莊松林 申請人:南京郵電大學(xué)