專利名稱：利用納米顆粒的光存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用納米顆粒的光存儲(chǔ)介質(zhì)，更具體地，涉及多層光存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳統(tǒng)上以信息元素(information element)例如坑(pit)的形式作為二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在光存儲(chǔ)介質(zhì)上。這些元素通常分布在稱為信息層的介質(zhì)內(nèi)一個(gè)或更多平面表面上。在傳統(tǒng)光盤(pán)(optical disk)例如密紋盤(pán)(CD)、數(shù)字通用盤(pán)(DVD)、或藍(lán)光盤(pán)(BluRay Disk，BD)的情況下，相同層的信息元素分布在螺旋道或同心環(huán)形道中。
信息層上的最大存儲(chǔ)密度受到信息元素的最小尺寸和相鄰道之間的最小距離的限制。實(shí)踐中，為了能夠通過(guò)傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)裝置讀取所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，該最小尺寸和距離由用于光學(xué)檢測(cè)的光的波長(zhǎng)決定。
為了克服存儲(chǔ)密度的限制，已經(jīng)提出了譜編碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(spectrally codeddata storage)。例如，JP05-062239公開(kāi)了一種用于多波長(zhǎng)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)介質(zhì)。該存儲(chǔ)介質(zhì)具有非晶矩陣層，其中分布具有不同尺寸的納米顆粒。該不同尺寸導(dǎo)致不同諧振頻率。
H.Diltbacher等人的標(biāo)題為“Spectrally coded optical data storage by metalnanoparticles”(Review Optics Letters，Vol.25，No.8，1995，第563-565頁(yè))的文章指出非線性光學(xué)技術(shù)的使用為增加存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)密度提供了解決方案。作者指出，如果能夠使被信息元素散射的光的譜成分依賴于與信息元素有關(guān)的參數(shù)，諸如形狀、信息元素?cái)y帶的信息量，則結(jié)果是光學(xué)存儲(chǔ)密度將增加。為此，該文獻(xiàn)教導(dǎo)，在用于存儲(chǔ)的介質(zhì)或表面上布置尺寸小于光的波長(zhǎng)、及不同尺寸和/或形狀和/或取向的金屬顆粒。
這樣，當(dāng)該表面被合適地照射時(shí)，稱為“局部等離子體激元”的電子群組的諧振模式在金屬納米顆粒內(nèi)被激發(fā)，其導(dǎo)致特定波長(zhǎng)的入射輻射的吸收。由于該諧振模式的激發(fā)依賴于納米顆粒的形狀、取向和分布，這導(dǎo)致譜編碼或“多色(polychromatic)”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。使用該“多色”存儲(chǔ)方法，最大存儲(chǔ)密度與傳統(tǒng)“單色”光學(xué)存儲(chǔ)模式相比顯著增大到約五倍。
更具體地，根據(jù)該文章，銀納米顆粒利用陰極射線光刻(cathodo-lithographic)工藝沉積在透明基板上。為了光學(xué)讀取存儲(chǔ)在該涂層中的數(shù)據(jù)，局部電子等離子體借助于通過(guò)入射在基板表面上的輻射的全內(nèi)反射獲得的瞬間電磁場(chǎng)在納米顆粒內(nèi)被激發(fā)。為了計(jì)算等離例子體激元諧振的幅度，該表面散射的光的強(qiáng)度利用傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)手段作為波長(zhǎng)的函數(shù)被測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出使用納米顆粒的替代光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)包括具有納米顆粒的兩個(gè)或更多存儲(chǔ)層的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，其中至少兩個(gè)存儲(chǔ)層具有不同介電常數(shù)。
本發(fā)明通過(guò)布置在光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的電介質(zhì)存儲(chǔ)層中的金屬納米顆粒允許實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的各種模式。納米顆粒優(yōu)選地由貴金屬制造，例如金(Au)、銀(Ag)、或銅(Cu)。當(dāng)然，同樣可以使用其它材料例如鋁和混合的銦和錫氧化物。納米顆粒的尺寸小于與納米顆粒相互作用的輻射的波長(zhǎng)。優(yōu)選地，所述尺寸小于或等于200nm，例如100nm×100nm×40nm。存儲(chǔ)層中納米顆粒的深度(p1、p2、p3等)對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)層可以不同。金屬納米顆粒的激發(fā)波長(zhǎng)依賴于等離子體激元諧振并通過(guò)顆粒尺寸和材料以及周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)的適當(dāng)選擇來(lái)調(diào)整。使用正確波長(zhǎng)的光和/或?qū)⒆x取光(reading light)聚焦到期望的存儲(chǔ)層中允許選擇特定存儲(chǔ)層用于讀取。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，選擇納米顆粒的尺寸和材料以及選定層的周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)使得所有存儲(chǔ)層使用相同的激發(fā)波長(zhǎng)。該單波長(zhǎng)模式優(yōu)點(diǎn)在于為了讀取只需要發(fā)射單波長(zhǎng)的單光源。這大大簡(jiǎn)化了用于從這樣的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)讀取的設(shè)備的建立。為了尋址特定層，聚焦讀取光到期望的層中是足夠的。同時(shí)，避免了會(huì)改變激發(fā)波長(zhǎng)的納米顆粒之間以及因此各存儲(chǔ)層之間的耦合效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，選擇納米顆粒的尺寸和材料以及選定層的周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)使得所有存儲(chǔ)層使用不同的激發(fā)波長(zhǎng)。該多波長(zhǎng)模式使得在用于從這樣的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中讀取的設(shè)備中必須使用多光源或發(fā)射多波長(zhǎng)的單光源。另外，在這種情況中，沒(méi)有發(fā)生納米顆粒之間以及因此各存儲(chǔ)層之間的耦合。然而，特定存儲(chǔ)層的選擇性進(jìn)一步增加，因?yàn)槲磳ぶ返拇鎯?chǔ)層中的納米顆粒不被讀取光激發(fā)。
在現(xiàn)有技術(shù)中僅納米顆粒的尺寸被調(diào)整以用于實(shí)現(xiàn)多色存儲(chǔ)，而根據(jù)本發(fā)明，尺寸和選定層的周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)都被調(diào)整。選擇尺寸和介電常數(shù)使得對(duì)于用于讀取的至少一個(gè)波長(zhǎng)獲得電子等離子體諧振。激發(fā)波長(zhǎng)實(shí)際上基本是以諧振最大處的峰為中心的較寬范圍的波長(zhǎng)。優(yōu)選地，各種激發(fā)波長(zhǎng)在350nm和1100nm之間。
用于從根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)讀取的設(shè)備包括用于尋址光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的特定存儲(chǔ)層的裝置。在具有多激發(fā)波長(zhǎng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的情況下，尋址優(yōu)選地通過(guò)選擇聚焦到選定存儲(chǔ)層的用于讀取的合適波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在具有多層但單激發(fā)波長(zhǎng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的情況下，尋址有利地通過(guò)聚焦讀取光到選定存儲(chǔ)層中來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)優(yōu)選地這樣制造在基板上沉積金屬顆粒，在基板上沉積第一電介質(zhì)層，在第一電介質(zhì)層上沉積金屬顆粒，以及在第一電介質(zhì)層上沉積第二電介質(zhì)層。另外的層以相同方式制造。金屬顆?？梢岳缡褂醚谀Ｍㄟ^(guò)納米光刻來(lái)沉積。電介質(zhì)層可以通過(guò)外延或溶膠凝膠技術(shù)沉積。當(dāng)然，其它沉積方法也可以用于金屬顆粒和電介質(zhì)層。在存儲(chǔ)介質(zhì)使用中間層的情況中，這樣的層在沉積下一存儲(chǔ)層的金屬顆粒之前沉積。


為了更好地理解，現(xiàn)在將參照附圖在下面的描述中更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明不限于該示例實(shí)施例，且在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，給定特征也可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合和/或修改。附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一方面的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)；圖3示出諧振波長(zhǎng)與周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)的關(guān)系的示例；以及圖4示出對(duì)于三個(gè)不同介電常數(shù)諧振波長(zhǎng)與橫向顆粒尺寸的關(guān)系的示例曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明利用多電介質(zhì)存儲(chǔ)層中金屬納米顆粒的屬性例如諧振等離子體激元、激發(fā)波長(zhǎng)(excitation wavelength)。這允許避免納米顆粒之間且因此各層之間的耦合效應(yīng)。兩靠近顆粒之間的耦合將改變激發(fā)波長(zhǎng)?；旧蟽深惞鈱W(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)是可行的。
第一種光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)示于圖1。該示例性光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)1具有三個(gè)存儲(chǔ)層11、12、13，有不同的介電常數(shù)ε1、ε2和ε3以及不同的厚度d1、d2和d3。不同存儲(chǔ)層11、12、13中的納米顆粒4、5、6位于存儲(chǔ)層11、12、13中不同深度p1、p2和p3。選擇納米顆粒的尺寸和材料以及層的周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)使得激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)于所有的存儲(chǔ)層11、12、13都相同。納米顆粒4、5、6的尺寸在存儲(chǔ)層11、12、13內(nèi)基本不變。類似地，納米顆粒4、5、6的材料在存儲(chǔ)層11、12、13中相同。
第二種光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)示于圖2。在該情況中，只提供了兩個(gè)存儲(chǔ)層21、22，其通過(guò)分隔層23分隔開(kāi)。分隔層23用作保護(hù)層。它也可用來(lái)調(diào)整給定層的等離子體激元諧振波長(zhǎng)。選擇納米顆粒的尺寸和材料以及存儲(chǔ)層21、22的周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)使得激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)于所有存儲(chǔ)層21、22不同。再次，存儲(chǔ)層21、22內(nèi)納米顆粒4、6的尺寸在選定層中基本不變，并且只使用一種類型的納米顆粒4、6的材料。
當(dāng)然，同樣地可以使用兩種存儲(chǔ)模式的結(jié)合，即，一些存儲(chǔ)層具有相同的激發(fā)波長(zhǎng)，同時(shí)另一些存儲(chǔ)層具有不同激發(fā)波長(zhǎng)。另外，在一存儲(chǔ)層中可以使用不同尺寸和材料的納米顆粒。圖2所示的分隔層23對(duì)于第二種存儲(chǔ)介質(zhì)不是必須的。同樣可以使用不同激發(fā)波長(zhǎng)而不提供分隔層23。此外，分隔層23也可以與圖1所示的第一種存儲(chǔ)介質(zhì)結(jié)合使用。
圖3作為例子示出了對(duì)于金納米顆粒諧振波長(zhǎng)與周?chē)橘|(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)的相關(guān)性。納米顆粒近似為具有40nm×40nm×100nm尺寸的立方體?？梢钥闯?，對(duì)于該材料諧振波長(zhǎng)隨著增大的相對(duì)介電常數(shù)而增大。
對(duì)于三個(gè)示例性相對(duì)介電常數(shù)示出了金納米顆粒的諧振波長(zhǎng)與橫向顆粒尺寸的相關(guān)性。再次地納米顆粒近似為立方體。納米顆粒的兩個(gè)尺寸固定在40nm×100nm，第三個(gè)尺寸從40nm到100nm變化?？梢钥闯觯c圖3一樣，對(duì)于給定橫向顆粒尺寸，諧振波長(zhǎng)隨著增大的相對(duì)介電常數(shù)而增大。此外，對(duì)于給定的相對(duì)介電常數(shù)，諧振波長(zhǎng)隨著增大的橫向顆粒尺寸而增大。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，包括具有納米顆粒(4，5，6)的兩個(gè)或更多存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)，每個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)由電介質(zhì)材料制造，其中至少兩個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)的所述電介質(zhì)材料具有不同介電常數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中不同存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)中的所述納米顆粒(4，5，6)由不同材料制成。
3.如權(quán)利要求1或2的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)中的所述納米顆粒(4，5，6)的尺寸基本不變。
4.如權(quán)利要求1至3之一的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中選擇所述納米顆粒(4，5，6)的尺寸和材料以及所述存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)的所述電介質(zhì)材料的介電常數(shù)使得所述納米顆粒(4，5，6)的所述激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)于至少兩個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)是相同的。
5.如權(quán)利要求1至3之一的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中選擇所述納米顆粒(4，5，6)的尺寸和材料以及所述存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)的所述電介質(zhì)材料的介電常數(shù)使得所述納米顆粒(4，5，6)的所述激發(fā)波長(zhǎng)對(duì)于至少兩個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)是不同的。
6.如前述權(quán)利要求之一的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中所述納米顆粒(4，5，6)由貴金屬制成。
7.如前述權(quán)利要求之一的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中所述納米顆粒(4，5，6)的尺寸小于或等于200nm。
8.如前述權(quán)利要求之一的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，其中所述納米顆粒(4，5，6)的激發(fā)波長(zhǎng)在350nm和1100nm之間。
9.利用納米顆粒(4，5，6)制造光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)的方法，具有步驟-在基板上沉積納米顆粒(6)，-在所述基板上沉積第一電介質(zhì)層(13)，-在所述第一電介質(zhì)層(13)上沉積納米顆粒(5)，以及-在所述第一電介質(zhì)層(13)上沉積第二電介質(zhì)層(12)。
10.如權(quán)利要求9的方法，還具有在所述第一電介質(zhì)層(13)上沉積中間層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用納米顆粒(4，5，6)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)，更具體地涉及多層光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1)包括具有納米顆粒(4，5，6)的兩個(gè)或更多存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)，每個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)由電介質(zhì)材料制造，其中至少兩個(gè)存儲(chǔ)層(11，12，13，21，22)的所述電介質(zhì)材料具有不同介電常數(shù)。
文檔編號(hào)G11B7/243GK101025967SQ20071000593
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者尼古拉斯·理查德 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司