Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
Представлены результаты анализа технологий записи информации с высокой плотностью, показано, что создание накопителей и носителей информации, удовлетворяющих требованиям современных информационных систем, возможно только с использованием нанотехнологий. Приведены результаты, полученные авторами при...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50445 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости / В.В. Петров, А.А. Крючин, А.И. Брицкий, А.С. Лапчук, С.М. Шанойло // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 12-24. — Бібліогр.: 20 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859967702115811328 |
|---|---|
| author | Петров, В.В. Крючин, А.А. Брицкий, А.И. Лапчук, А.С. Шанойло, С.М. |
| author_facet | Петров, В.В. Крючин, А.А. Брицкий, А.И. Лапчук, А.С. Шанойло, С.М. |
| citation_txt | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости / В.В. Петров, А.А. Крючин, А.И. Брицкий, А.С. Лапчук, С.М. Шанойло // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 12-24. — Бібліогр.: 20 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Представлены результаты анализа технологий записи информации с высокой плотностью, показано, что создание накопителей и носителей информации, удовлетворяющих требованиям современных информационных систем, возможно только с использованием нанотехнологий. Приведены результаты, полученные авторами при разработке физико-технических основ систем сверхплотной записи информации.
Представлено результати аналізу технологій запису інформації з високою щільністю, показано, що створення накопичувачів і носіїв інформації, які задовольняють вимогам сучасних інформаційних систем, можливо тільки з використанням нанотехнологій. Наведено результати, отримані авторами при розробці фізико-технічних основ систем надщільного запису інформації.
The results of analysing high-density information recording technologies are presented, it is shown that creation of information storages and carriers satisfying requirements of modern information systems is possible only by using nanotechnologies. The results obtained by authors at developing physico-technical backgrounds of superdense information recording systems are given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:22:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізичні основи, принципи та методи
реєстрації даних
12
УДК 004.85
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий,
А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113, Киев, Украина
e-mail: petrov@ipri.kiev.ua
тел. (044)-456-83-89
Пути совершенствования характеристик
запоминающих устройств большой емкости
Представлены результаты анализа технологий записи информации с высо-
кой плотностью, показано, что создание накопителей и носителей инфор-
мации, удовлетворяющих требованиям современных информационных сис-
тем, возможно только с использованием нанотехнологий. Приведены ре-
зультаты, полученные авторами при разработке физико-технических основ
систем сверхплотной записи информации.
Ключевые слова: плотность записи, лазерное излучение, наноструктуры,
структурированные среды, ближнее поле.
Введение
За последние двадцать лет плотность записи и емкость магнитных дисковых и лен-
точных запоминающих устройств возросла в сотни раз, в десятки раз возросла емкость
оптических дисковых носителей. Быстро увеличивается емкость твердотельных носи-
телей информации, которая уже превышает емкость некоторых типов оптических и
магнитных дисков. С увеличением плотности записи информации на этих типах носи-
телей все большее внимание уделяется повышению надежности хранения информации
и обеспечению длительных сроков ее хранения. Размеры отпечатков, которыми коди-
руется записываемая на дисковых носителях информация, а самое главное, допуски на
точность их формирования, перешли в область наноразмеров (< 100 нм). Во флэш-
памяти размеры областей хранения отдельных информационных единиц тоже состав-
ляют десятки нанометров.
Для магнитных дисков со времени их появления в 1956 году наблюдается стреми-
тельное увеличение плотности записи и емкости самих накопителей. Емкость магнит-
ных дисков увеличилась от 5 Мбайт (первый дисковый накопитель IBM 305) до сотен
гигабайт на одной рабочей поверхности современных магнитных дисков. Одной из ос-
новных проблем создания магнитных дисков со сверхплотной записью является обес-
печение термодинамической устойчивости записанных отпечатков (сигналограмм). Для
решения этой проблемы предлагается использование структурированных регистри-
рующих сред (регистрирующая среда представляет собой отдельные, не контактирую-
щие между собой, наноразмерные столбики ферромагнитного материала или частички
© В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 13
ферромагнитного материала, окруженные оксидным слоем), и тонкопленочных (в том
числе многослойных) сред с высокой коэрцитивной силой, запись информации на ко-
торые осуществляется с дополнительным локальным нагревом (HAMR-технология).
Совершенствование технологии изготовления магнитных лент за счет использова-
ния вакуумного нанесения однородных металлических регистрирующих сред, защиты
регистрирующего магнитного слоя алмазоподобными пленками с высокой механиче-
ской прочностью (специальное покрытие наносится и на нерабочую поверхность лен-
ты), специальных высокопрочных материалов для основы магнитных лент позволило
развернуть производство лент емкостью сотни гигабайт со скоростью передачи данных
десятки Мбайт/с и гарантированным сроком хранения информации на них до 30–50
лет.
Оптические методы записи информации начали интенсивно исследоваться с сере-
дины шестидесятых годов прошлого столетия. За этот период оптические накопители
стали массовыми устройствами, обеспечивающими запись с высокой скоростью и хра-
нение больших массивов информации, оптические диски для них выпускаются милли-
ардными тиражами. Среди других технологий, обеспечивающих регистрацию больших
объемов информации, оптические методы записи информации привлекают к себе вни-
мание высокой надежностью систем записи и возможностью обеспечения длительного
хранения записанной информации.
Совершенствование характеристик систем оптической записи информации связано
с применением более коротковолновых лазеров. Переход от лазеров ближнего инфра-
красного диапазона до голубых лазеров (λ = 405 нм) позволил почти в 40 раз повысить
емкость оптических носителей. Повышение емкости оптических носителей, конечно,
было бы невозможно без создания малогабаритных высокоапертурных микрообъекти-
вов (А = 0,85–0,95). Возможности дальнейшего повышения емкости оптических носи-
телей за счет улучшения характеристик дифракционно-ограниченных оптических сис-
тем фокусировки лазерного излучения уже практически исчерпаны. В настоящее время
определены основные направления совершенствования характеристик систем оптиче-
ской записи информации:
— использование иммерсионных систем записи информации;
— применение многоуровневой и объемной записи;
— использование ближнеполевых систем регистрации информации;
— повышение точности сервоприводов.
В настоящей работе приведены результаты исследований, проведенных нами с це-
лью повышения плотности записи в оптических запоминающих устройствах, формиро-
вания наноразмерных рельефных структур на поверхности дисковых подложек.
Исследование и разработка систем сверхплотной
оптической записи информации
Применение дифракционно-ограниченной оптики в системах оптической записи
информации, в которых информация записывается и считывается сфокусированным
линзой оптическим лучом, накладывает существенные ограничения на предельные зна-
чения плотности записи [1–3]. Для повышения разрешающей способности оптических
систем были разработаны специальные методы формирования оптических лучей, диа-
метр которых меньше дифракционного предела. Наибольшее применение нашли: а)
иммерсионные методы, основанные на распространении света в более плотной оптиче-
ской среде, в которой свет имеет меньшую длину волны, и, как следствие, меньший
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
14
диаметр сфокусированного оптического луча [4–6]; б) ближнеполевые методы, исполь-
зующие непрозрачный экран на субволновом расстоянии от объекта с субволновым
диаметром отверстия в экране, при которых оптическое излучение, проходящее через
отверстие, фокусируется также в пятно субволновых размеров [7–9].
Для повышения разрешающей способности фокусирующей системы оптического
запоминающего устройства нами было предложено использовать жидкоиммерсионные
системы записи информации. Такая система оказалась особенно эффективной при ис-
пользовании оптического носителя цилиндрической формы [5, 10, 11]. Регистрирую-
щая среда наносилась на внутреннюю поверхность оптически прозрачного цилиндра.
При использовании для записи информации полупроводниковых лазеров инфракрасно-
го диапазона (780 нм) осуществлялась запись элементов с размерами, которые позже
достигались при записи лазерами с длиной волны 650 нм. Жидкоиммерсионные систе-
мы оптической записи информации в настоящее время находят применение при изго-
товлении оптических дисков-оригиналов. В станциях лазерной записи дисков-ориги-
налов наиболее часто используется водная иммерсия, которая легко удаляется после
завершения процесса записи информации. Прогнозируется переход к «супериммер-
сии», которую обеспечат иммерсионные жидкости с показателем преломления n= 1,75
[12]. К недостаткам технологии иммерсионной записи следует отнести появление до-
полнительных ошибок, связанных с выходом из жидкости пузырьков растворенного в
ней атмосферного газа.
Следует отметить, что системы иммерсионной записи (экспонирования) нашли
широкое применение в промышленных системах иммерсионной проекционной фото-
литографии, в которых при использовании излучения с λ = 193 нм и органической им-
мерсионной жидкости с показателем преломления n = 1,64 получены минимальные раз-
меры элементов (30 нм) [12]. Использование такой иммерсионной жидкости и выход-
ной линзы из кристаллического кварца с показателем преломления n = 1,67 позволяет
увеличить значение числовой апертуры иммерсионной фокусирующей системы до 1,55,
что обеспечивает разрешение 22 нм. Успешное применение иммерсионных систем в
системах фотолитографии внесло существенные коррективы в технологию микроэлек-
тронного производства, в частности, становится нецелесообразным дальнейшее разви-
тие фотолитографии с λ = 157 нм.
С помощью ближнеполевых методов теоретически можно достичь почти неогра-
ниченного увеличения плотности записи информации. К большому сожалению, высо-
кая разрешающая способность ближнеполевых систем сопровождается значительным
уменьшением светопропускания. Коэффициент пропускания для малого отверстия в
бесконечно тонком идеально проводящем экране уменьшается пропорционально
(d/λ)–4, где d — диаметр наноапертуры. На практике в ближнеполевых фокусирующих
системах при размере наноапертуры d < λ/10 коэффициент пропускания (коэффициент
передачи по дальнему полю) оказывается чрезвычайно малым (10–5–10–6). Характери-
стики типичного ближнеполевого зонда приведены в таблице.
Характеристики ближнеполевого зонда фирмы NT-MDT (www.ntmdt-tips.com/catalog/snom/)
Характеристики ближнеполевого зонда MF001 Показатели
Область рабочих длин волн, нм
Диаметр зонда, мкм
Оптическая эффективность, апертура 100 нм
Оптическая эффективность, апертура 50 нм
400–550
3,5 ± 0,5
610–4
610–5
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 15
Малая оптическая эффективность ближнеполевых зондов является основным огра-
ничивающим фактором их широкого применения. Ближнеполевые зонды нашли при-
менение в устройствах магнитной записи как источники дополнительного нагрева маг-
нитной регистрирующей среды с высокой коэрцитивной силой.
Ближнеполевые головки также могут найти применения в системах воспроизведе-
ния с оптических носителей емкостью 300–600 Гбайт типа ROM, запись информации
на которые произведена электронным лучом [13, 14].
Одним из очевидных путей создания оптических носителей большой емкости яв-
ляется синтез многослойных носителей, но он связан с решением сложных технологи-
ческих проблем. Первый шаг в этом направлении был сделан создателями DVD-
носителей, в которых уже много лет успешно используются двухслойные структуры.
Дальнейшее увеличение слоев в носителях, изготовленных по DVD-технологии (ис-
пользуются полупрозрачные отражающие слои из поглощающих материалов), приво-
дит к существенным уменьшениям величины сигналов воспроизведения и усложняет
выделение их из-за перекрестных помех от соседних информационных слоев.
Применение новых специально разработанных материалов для создания отражения
от информационных слоев позволило разработать многослойные многофункциональ-
ные диски (VMD-носители) с четырьмя информационными слоями. По мнению разра-
ботчиков VMD-носителей, число слоев в них может достигать двадцати, а емкость
48 Гбайт [1, 15]. Сообщалось о разработке оптического диска емкостью 1 Тбайт, в ко-
тором данные записываются на 200 виртуальных слоях. Запись информации осуществ-
ляется с использованием двухфотонного поглощения в органическом хромофоре, кото-
рый введен в подложку оптического диска [15].
Отдельным направлением создания многослойных оптических дисков является
разработка носителей с фотолюминесцентным считыванием [17–19]. Главной пробле-
мой при создании таких носителей является достижение высокой скорости считывания.
Для решения этой проблемы предлагается синтезировать новые наноструктурирован-
ные фотолюминесцентные материалы с высоким квантовым выходом, увеличить физи-
ческий объем питов, которыми кодируется информация, использовать многоканальное
считывание записанной информации.
Нам представляется, что многослойные диски типа ROM могут быть созданы с ис-
пользованием в качестве отражающих покрытий на информационных слоях прозрач-
ных оксидов с высоким показателем преломления, в частности, оксидов титана.
Многослойные оптические диски с полупрозрачными отражающими регистри-
рующими слоями имеют ряд специфических свойств. Из-за сложности прохождения
луча в многослойной среде трудно развить строгую теорию, которая бы позволила про-
водить анализ параметров диска исходя, из параметров регистрирующего слоя. Сделав
некоторые упрощения, нам удалось получить простую модель многослойного диска,
которая позволяет оценить параметры многослойного диска, исходя из параметров ре-
гистрирующего слоя.
При прохождении луча вглубь регистрирующей среды из-за отражения, дифрак-
ции, поглощения и деформации волнового фронта в верхних регистрирующих слоях он
теряет интенсивность, и его волновой фронт искажается. Это приводит к сильному ос-
лаблению сигнала от нижних регистрирующих слоев носителя информации. Ситуацию
ухудшает тот факт, что, отразившись, сигнал от нижнего слоя должен опять пройти че-
рез все верхние слои регистрирующего материала, при этом он дополнительно ослаб-
ляется и искажается. Поэтому коэффициент отражения от нижних слоев должен быть
существенно больше, чем от верхних слоев. То есть, при создании многослойных носи-
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
16
телей информации необходимо иметь возможность наносить регистрирующие слои с
коэффициентами отражений от намного меньших до близких к единице при минималь-
ных искажениях волнового фронта (он должен оставаться дифракционно-ограничен-
ным).
Большинство материалов, кроме металлов, имеют в оптическом диапазоне относи-
тельно небольшой коэффициент преломления и, вследствие этого, при их использова-
нии достичь значительного коэффициента отражения можно только при создании реги-
стрирующего слоя многослойной структуры, подобной структуре интерференционных
фильтров. Поэтому намного более привлекательным решением для этой проблемы яв-
ляется в качестве регистрирующего материала применение оптической среды с боль-
шим коэффициентом преломления. Особенностью таких материалов являются большие
потери на поглощение оптического излучения. Поэтому регистрирующий слой с боль-
шим коэффициентом преломления должен быть тонким [20].
Оптимальный многослойный носитель должен иметь такие оптические параметры
регистрирующих слоев, чтобы уровни сигнала от каждого слоя были примерно одина-
ковыми. Так как отраженный луч должен дважды проходить через предыдущие регист-
рирующие слои, условие одинакового уровня сигнала от каждого регистрирующего
слоя можно записать следующим образом:
2
consti IR T , (1)
где R0i — коэффициент отражения і-го слоя, а T0I — коэффициент пропускания плоской
волны предыдущих слоев к і-му слою. Нужно сказать, что уравнение (1) не учитывает
множественного переотражения от информационных слоев, но так как коэффициенты
отражения каждого слоя малы, то переотражение не должно существенно повлиять на
уровень фонового сигнала.
Если представить, что регистрирующих слоев много, и толщина их меняется от
слоя к слою на малую величину, то заменив разницу в толщине дифференциалом, тол-
щину і-го слоя с хорошей точностью можно записать как
di
idS
ii
di
idS
iSiSsi 11 , (2)
где S(i) — общая толщина среды регистрирующего материала предыдущих слоев до
i-го слоя включительно.
Для регистрирующих слоев с большими потерями (металлические или GeSbTe-
слои), когда диссипативные потери при распространении луча через регистрирующий
слой значительно превышают отраженную от него энергию, уравнение (1) можно напи-
сать в следующем виде:
2 2
2 2 2
2
1
exp 2 const
n dS
R k S
din
, (3)
где γ определяет относительный уровень сигнала детектора; 2 2
0
1
n n
k
n
; 0k — волно-
вое число; 1n — коэффициент преломления подложки диска; 2 2,n n — действительная и
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 17
мнимая части коэффициента преломления регистрирующего слоя. Нелинейное диффе-
ренциальное уравнение после простого преобразования можно записать как линейное:
2
1
exp( )
dS
S
dn n
R N k
n
. (4)
Решив это уравнение, из условия положительности толщины слоев, можно опреде-
лить максимально возможное, при данном относительном уровне сигнала , число
слоев носителя информации N0:
k
n
n
R
N 1
2
0 (5)
Последний слой должен отражать как можно больше энергии луча (всю энергию),
и поэтому мы можем положить 1)( NR |, и тогда уравнение (5) для N0 можно перепи-
сать следующим образом:
2 2
0
1 2 2
2 2
n k n
N
n n n
. (6)
Отсюда следует, что максимально допустимое количество регистрирующих слоев про-
порционально модулю показателя преломления и обратно пропорционально произве-
дению действительной и мнимой части (потерь) коэффициента преломления регистри-
рующего слоя и корню квадратному от уровня сигнала считывания. Из формулы (6)
видно, что, снизив допустимый уровень сигнала в 100 раз, мы сможем только в 10 раз
увеличить количество слоев у многослойного носителя информации. Вместе с тем,
уменьшив в 10 раз потери, мы во столько же раз можем увеличить количество регист-
рирующих слоев. Таким образом, трудно получить большой эффект в увеличении ем-
кости многослойного носителя методом снижения уровня сигнала. Поэтому для полу-
чения носителя с большим количеством слоев он должен иметь регистрирующие слои с
большим коэффициентом преломления (действительную часть), а диссипативные поте-
ри в регистрационном слое должны быть как можно меньше.
Полученные формулы верны для случая использования в качестве регистрирующе-
го слоя материалов с большими диссипативными потерями — металлических и
GeSbTe-пленок. Для регистрирующих слоев из материала без потерь с большим пока-
зателем преломления (например, оксида титана TiO2) формула (6) не верна. Но оказы-
вается, что и в этом случае можно применить аналогичный подход. В результате при-
менения этого метода для регистрирующих сред без диссипативных потерь мы получи-
ли следующую формулу для максимального количества регистрационных слоев:
0
1
0,5 1N
. (7)
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
18
Из приведенной выше формулы видно, что максимальное количество регистри-
рующих слоев в этом случае будет примерно в 2 раза меньше чем в идеальном вариан-
те, когда мощность луча равномерно распределена по всем регистрирующим слоям без
потерь на отражение от предыдущих:
1
0 N . (8)
Многослойный метод записи информации имеет ряд особенностей, которые вы-
двигают определенные требования к конструкции устройства для считывания и записи
информации и к расположению слоев друг относительно друга. Первой особенностью
является то, что каждый слой находится на разной глубине от поверхности носителя.
Известно, что волновой фронт луча, проходящий через плоскопараллельный слой тол-
щиной h, получает сферическую аберрацию пропорциональную NA4h. При многослой-
ной записи плоскость фокусировки должна перемещаться до 1 мм вглубь носителя ин-
формации, и при этом соответственно будет меняться величина сферической аберра-
ции. Проблема компенсации сферической аберрации решается с помощью жидкокри-
сталлической пластинки с кольцевыми фазовыми корректорами [1].
Как уже упоминалось выше, многослойный диск должен иметь структуру, которая
обеспечивает во входном зрачке объектива одинаковую энергию отраженного света от
каждого слоя. Следовательно, во входном зрачке полезный сигнал имеет фоновый сиг-
нал в N0 – 1 раз больше полезного сигнала. Ситуацию ухудшает когерентность фоново-
го и полезного сигналов, в результате чего изменение фазы этих двух лучей может су-
щественно изменить сигнал детектора в результате эффекта интерференции. На рис. 1
показана оптическая схема считывания сигнала с многослойного носителя информа-
ции. Нетрудно видеть, что только I0*Sd*S0/SІ часть энергии будет воспринята детекто-
ром, где SI — площадь луча в плоскости изображения, отраженного от і-го слоя луча, S0
— площадь пятна сфокусированного луча, отраженного от слоя, с которого информа-
ция считывается, Sd — площадь фотодетектора. Тогда уровень фонового сигнала может
быть оценен по формуле:
00
2/)1(
1
00
0
2
SI
S
SSIN
i i
d
fon
. (9)
Вследствие того, что
4
2
2
2
0
1
//
iNAh
hNA
NA
SS i
(10)
формулу (9) можно переписать как
0
2/)1(
1
4
2
0 1
2
S
iNAh
S
N
i
d
fon
. (11)
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 19
Рис. 1. Оптическая схема, показывающая распределение интенсивностей
в плоскости детектора лучей, отраженных от разных регистрирующих слоев
Из формулы (11) видно, что, выбрав фотодиод достаточно малых размеров и дос-
таточно большое расстояние между регистрирующими слоями h, фоновое излучение
можно в значительной мере отделить от сигнала. Причем, с увеличением числовой
апертуры расстояние между слоями, необходимое для достижения требуемого уровня
фонового сигнала, уменьшается как
2min
1
NA
h . Следовательно, оптические системы с
большой числовой апертурой дают возможность не только увеличить плотность записи
информации в одном слое, но также и более плотно расположить информационные
слои друг к другу. Нужно также отметить, что высокая степень подавления фонового
излучения возможна только в оптической системе высокого качества, в которой фоно-
вое излучение посредством его переотражения и рассеивания не достигает фотодиода.
Разработка устройств наноуправления лучом лазера
Решение задачи сверхплотной записи информации предполагает создание уст-
ройств прецизионного управления, которые функционируют в условиях естественных
вибраций Земной поверхности и обеспечивают вращение подложки по определенному
закону, радиальное и осевое позиционирование луча лазера. За последние годы с ис-
пользованием методов оптимального управления и цифровой фильтрации в институте
создан ряд программно-аппаратных комплексов, предназначенных для измерения виб-
раций, профилей рельефа подложек и управления наноперемещениями. На рис. 2 при-
веден пример результата измерения вибраций позиционера станции лазерной записи
оптической информации по вертикальной оси, который используется для оценки каче-
ства аэростатической подвески и величины возмущающих воздействий, прикладывае-
мых к системе автофокусировки.
многослойный
носитель
объектив
фокусирующая
линза
фотодиод
световые пятна
отраженного луча
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
20
Рис. 2. Исследование вибраций Земной поверхности
на элементах станции лазерной записи оптической информации
Измерение профиля рельефа подложки важно для определения требований к точ-
ности ее изготовления и требований к динамической точности системы автофокусиров-
ки. Это особенно важно для создания носителей длительного хранения информации на
основе подложек из сапфира, которые для такого применения в мире пока не произво-
дятся. На рис. 3 приведен пример результатов такого исследования.
Отдельной и намного более сложной задачей является задача управления нанопе-
ремещениями больших масс в условиях упругих деформаций элементов конструкции,
которая существует при радиальном позиционировании луча лазера. При этом необхо-
димо измерение линейных перемещений с точностью до десятых долей нанометра и
динамическая точность управления массой позиционера в десятки килограмм до еди-
ниц нанометров. Для решения этой задачи был разработан лазерный цифровой интер-
ференционный дальномер с абсолютным отсчетом координаты и разрешением не хуже
0,6 нм, при этом интерполяция и устранение неоднозначностей выполняются на про-
граммном уровне вместе с решением задачи управления позиционером. На рис. 4 пока-
заны ошибки позиционирования на реальной траектории записи диска-оригинала, а на
рис. 5 — их амлитудно-частотный спектр.
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 21
Рис. 3. Исследование профиля рельефа подложки: диски № 1, № 2 — из стекла, № 3 — из сапфира;
а), в), д) — развертка профиля рельефа; б), г), е) — соответствующие амплитудно-частотные спектры
Рис. 4. Ошибки позиционирования на реальной траектории записи диска-оригинала
31 31.2 31.4 31.6 31.8
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
Время, с.
О
ш
и
б
ки
п
о
зи
ц
и
о
н
и
р
о
ва
н
и
я,
н
м
.
teta1 i
t i
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
22
Рис. 5. Амплитудно-частотный спектр ошибок позиционирования
Полученные точности измерений не являются пределом и пока ограничиваются
стабильностью параметров элементов и среды измерений, а точность управления может
быть улучшена в пределах порядка посредством применения перспективных исполни-
тельных устройств, которые находятся на этапе исследования.
Синтез материалов для носителей информации
оптических запоминающих устройств
Тонкие стекла халькогенидных стеклообразных полупроводников на протяжении
многих лет были и остаются одним из основных материалов регистрирующих сред но-
сителей информации в системах оптической записи информации. Для создания первых
образцов оптических дисков WORM широко использовались процессы фототермиче-
ской записи на тонких пленках халькогенидных полупроводников с высоким содержа-
нием теллура. В дисковых носителях нами использовались пленки эвтектического
сплава Te14Se61Ge15Sb10 толщиной 35 нм [1]. Запись информации производилась им-
пульсами длительностью 80–20 нс. Под действием сфокусированного излучения дли-
ной волны 530 нм происходило удаление материала поглощающей пленки из зоны об-
лучения. Информационные питы записывались по обе стороны дорожек слежения.
Проведенные через 25 лет исследования записанных дисков показали, что форма и раз-
меры питов практически не изменились, незначительно увеличилось содержание ки-
слорода в приповерхностном слое (общее количество кислорода в материале регистри-
рующего слоя не превышает 6 %). Исследуемые образцы сохранили зеркальный блеск
и высокое отражение (> 35 %). Тонкие пленки халькогенидных стеклообразных полу-
проводников могут рассматриваться как перспективный материал для оптических но-
сителей длительного хранения информации.
Как показали проведенные исследования, позитивные неорганические фоторе-
зисты позволяют получать рельефные изображения с минимальными размерами
0,15–0,20 мкм при записи излучением с длиной волны 405 нм, что позволяет изготавли-
вать с них матрицы для тиражирования дисков DVD. Пленки позитивного неорганиче-
ского фоторезиста обладают достаточно широким динамическим диапазоном. Более
перспективным является использование негативных неорганических фотрезистов, ко-
торые позволяют получать рельефные изображения на никелевых подложках, то есть
0.1 1 10 100 1 10
3
0
1
2
3
4
5
Частота, Гц.
А
м
п
л
и
ту
д
а,
н
м
.
temodjj
f jj
Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 2 23
реализуется технология прямого мастеринга.
Нами предложена и экспериментально подтверждена идея использования высоко-
температурных халькогенидных стекол для изготовления рельефных микроизображе-
ний на никелевых подложках, то есть получения никелевых штампов без процесса галь-
ванопластики. Проведенные эксперименты показали высокую механическую и терми-
ческую прочность рельефных изображений из высокотемпературного халькогенидного
стекла. В процессе штамповки расплавленного поликарбоната не наблюдалось измене-
ний геометрических размеров выступов на поверхности никелевой подложки.
Совершенствование технологии получения тонких пленок многокомпонентных ха-
лькогенидных полупроводников, разработка селективных травителей для высокотем-
пературных халькогенидных полупроводников, синтез многокомпонентных халькоге-
нидных стеклообразных полупроводников позволят расширить применение этих мате-
риалов в носителях оптической записи, в первую очередь, реверсивных, а также в тех-
нологическом процессе изготовления штампов для тиражирования компакт-дисков но-
вых поколений.
Выводы
1. При создании оптических и магнитных носителей с максимальными достигну-
тыми к настоящему времени значениями плотности записи информации используется
целый ряд общих технологий формирования наноразмерных рельефных структур.
2. Одним из наиболее перспективных направлений создания оптических и магнит-
ных носителей большой емкости является создание многослойных носителей.
3. Создание высокоразрешающих дисков-оригиналов для систем оптической и
магнитной записи предполагает разработку специальных фоторезистов, в качестве ко-
торых могут использоваться неорганические фоторезисты на основе халькогенидных
стеклообразных полупроводников.
Благодарности
Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам Института проблем реги-
страции информации НАН Украины за активное участие в разработке систем оптиче-
ской записи, помощь в изготовлении образцов носителей информации, осуществлении
записи информации и их последующей обработки, а также за плодотворное обсуждение
результатов исследований.
1. Надщільний оптичний запис інформації / [Петров В.В., Крючин А.А., Шанойло С.М. та ін.]: від-
пов. ред. О.Г. Додонов. — Ін-т проблем реєстрації інформації НАН України. — К., 2009. — 282 с. —
ISBN 966-00-0400-1.
2. Борн М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. — [2-е испр. изд.]. — М.: Наука, 1973.
3. Daniel Courjon. Near-Field Microscope and Near-Field Optics / Daniel Courjon. — Imperial College
Press, 2003. — 317 p.
4. Neijzen H.M. Liquid Immersion Deep-UV Optical Disc Mastering for High Data Capacity ROM Discs /
H.M. Neijzen, E.R. Meiders, M.I. Boamfa, D. Chen // Proc of SPIE. — 2005. — Vol. 5966. — P. 59661v-1–
59661v-6.
5. Petrov V.V. Optical Immersion Recording of Computer Data / V.V. Petrov, S.M. Shanoylo // Experi-
mentelly Technik der Physic. — 1990. — Vol. 38, N 5/6. — P. 487–490.
6. A Case Study for Optics: the Solid Immersion Microscope / A.N. Vamivakas, R.D. Younger, B.B.
Goldberg [et al.] // Am. J. Phys. — August 2008. — Vol. 76, N 8. — P. 758–768.
В. В. Петров, А. А. Крючин, А. И. Брицкий, А. С. Лапчук, С. М. Шанойло
24
7. Bethe H.A. Theory of Diffraction by Small Holes / H.A. Bethe // Phys. Rev. — 1944. — Vol. 66,
N 163.
8. Bouwkamp C.J. On the Diffraction of Electromagnetic Waves by Small Circular Disks and Holes /
C.J. Bouwkamp // Philips Res. Rep. — 1950. — Vol. 5, N 401.
9. Ferry ZIJP. Near-Field Optical Data Storage. — Dr. Degree dissertation. — Technische Universiteit
Delft (Holland). — 2007. — 251 p.
10. Chien – Yang Chen. Optical Disk Groove Mastering Using an Electron Beam Recorder and Chemically
Amplified Resist / Chien – Yang Chen, Hung – Yin Tsai, Hung – Yi Lin // IEEE Trans. Magn. — 2005. — Vol.
41, N 2. — P. 1025–1027.
11. Takeda M. Progress in Electron Beam Mastering of 100 Gbit/inch2 Density Disc / M. Takeda, M. Fu-
ruki, M. Yamamoto [et al.] // Jap. J. Appl. Phys. — 2004. — Vol. 43, N 7B. — P. 5044–5046.
12. Бельский А.Б. Перспективы развития оптических систем для нанолитографии / А.Б. Бельский,
М.А. Ган, И.А. Миронов, Р.Н. Сейсян / Оптический журнал. — 2009. — Т. 76, № 2. — С. 59–56.
13. Electron Beam Recorder with Nanometer-Scale Accuracy for 100 Gbit/in2 Density Mastering / H. Ki-
tahara, Y. Ozawy, A. Masafumi [et al.] // Jap. J. Appl. Phys. — 2004. — Vol. 43, N 7B. — P. 5068–5073.
14. Chien – Yang Chen. Optical Disk Groove Mastering Using an Eelectron Beam Recorder and Chemi-
cally Amplified Resist / Chien – Yang Chen, Hung – Yin Tsai, Hung – Yi Lin // IEEE Trans. Magn. — 2005. —
Vol. 41, N 2. — P. 1025–1027.
15. Quard-Layer DVD Technology Becomes the Third HD Format [Електронний ресурс]. — Video
News. — Technology News. Tuesday, 13.03.2007. — Режим доступу: http:/www.videomag.gr/cms/index.php?
option=com-ontent&task =view&id=1000.
16. Two-Photon Volumetric Optical Disk Storage Systems: Experimental Results and Potentials [Елект-
ронний ресурс]. — Режим доступу: http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=OC-2003-OFB2
17. Беляк Е.В. Люминесцентное считывание – путь появления емкости носителей информации /
Е.В. Беляк, А.А. Крючин, А.И. Стецун // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — T. 5, № 1. —
C. 3–11.
18. Kravets V.G. Luminescence of the Pyrazoline dye in Nanostructured Zeolite Matrix / V.G. Kravets,
A.A. Kryuchyn, Ie.V. Beliak // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2007. —
Vol. 10, N.1. — P. 33–35.
19. Беляк Є.В. Методи багатошарового фотолюмінесцентного запису інформації / Є.В. Беляк, В.Г.
Кравець, А.А. Крючин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 9, № 4. — С. 3–18.
20. Shylo S.A. Optical Parameters of Light Beam in Multilayer Nano-Structures / S.A. Shylo, A.S. Lap-
chuk, J.S. Song, K.S. Kim // Journal of Korean Physical Society. — 2005. — Vol. 47, August. — P. 18–23.
Поступила в редакцию 11.05.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50445 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:22:14Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Петров, В.В. Крючин, А.А. Брицкий, А.И. Лапчук, А.С. Шанойло, С.М. 2013-10-20T20:00:28Z 2013-10-20T20:00:28Z 2010 Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости / В.В. Петров, А.А. Крючин, А.И. Брицкий, А.С. Лапчук, С.М. Шанойло // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 12-24. — Бібліогр.: 20 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50445 004.85 Представлены результаты анализа технологий записи информации с высокой плотностью, показано, что создание накопителей и носителей информации, удовлетворяющих требованиям современных информационных систем, возможно только с использованием нанотехнологий. Приведены результаты, полученные авторами при разработке физико-технических основ систем сверхплотной записи информации. Представлено результати аналізу технологій запису інформації з високою щільністю, показано, що створення накопичувачів і носіїв інформації, які задовольняють вимогам сучасних інформаційних систем, можливо тільки з використанням нанотехнологій. Наведено результати, отримані авторами при розробці фізико-технічних основ систем надщільного запису інформації. The results of analysing high-density information recording technologies are presented, it is shown that creation of information storages and carriers satisfying requirements of modern information systems is possible only by using nanotechnologies. The results obtained by authors at developing physico-technical backgrounds of superdense information recording systems are given. Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам Института проблем регистрации информации НАН Украины за активное участие в разработке систем оптической записи, помощь в изготовлении образцов носителей информации, осуществлении записи информации и их последующей обработки, а также за плодотворное обсуждение результатов исследований. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости Шляхи удосконалення характеристик запам’ятовуючих пристроїв великої ємності Ways of Improving High-Capacity Storage Characteristic Article published earlier |
| spellingShingle | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости Петров, В.В. Крючин, А.А. Брицкий, А.И. Лапчук, А.С. Шанойло, С.М. Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| title | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| title_alt | Шляхи удосконалення характеристик запам’ятовуючих пристроїв великої ємності Ways of Improving High-Capacity Storage Characteristic |
| title_full | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| title_fullStr | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| title_full_unstemmed | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| title_short | Пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| title_sort | пути совершенствования характеристик запоминающих устройств большой емкости |
| topic | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| topic_facet | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50445 |
| work_keys_str_mv | AT petrovvv putisoveršenstvovaniâharakteristikzapominaûŝihustroistvbolʹšoiemkosti AT krûčinaa putisoveršenstvovaniâharakteristikzapominaûŝihustroistvbolʹšoiemkosti AT brickiiai putisoveršenstvovaniâharakteristikzapominaûŝihustroistvbolʹšoiemkosti AT lapčukas putisoveršenstvovaniâharakteristikzapominaûŝihustroistvbolʹšoiemkosti AT šanoilosm putisoveršenstvovaniâharakteristikzapominaûŝihustroistvbolʹšoiemkosti AT petrovvv šlâhiudoskonalennâharakteristikzapamâtovuûčihpristroívvelikoíêmností AT krûčinaa šlâhiudoskonalennâharakteristikzapamâtovuûčihpristroívvelikoíêmností AT brickiiai šlâhiudoskonalennâharakteristikzapamâtovuûčihpristroívvelikoíêmností AT lapčukas šlâhiudoskonalennâharakteristikzapamâtovuûčihpristroívvelikoíêmností AT šanoilosm šlâhiudoskonalennâharakteristikzapamâtovuûčihpristroívvelikoíêmností AT petrovvv waysofimprovinghighcapacitystoragecharacteristic AT krûčinaa waysofimprovinghighcapacitystoragecharacteristic AT brickiiai waysofimprovinghighcapacitystoragecharacteristic AT lapčukas waysofimprovinghighcapacitystoragecharacteristic AT šanoilosm waysofimprovinghighcapacitystoragecharacteristic |