Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах
Исследована возможность формирования информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах, полученных методом реакционного спекания и горячего прессования (SiC, SiC+В₄С и Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN), а также в монокристаллическом кремнии. Для получения микрорельефа использован метод плазмохимич...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50823 |
| 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: | Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах / И.А. Косско, А.А. Крючин, В.Г. Кравец, А.А. Мохнюк, А.С. Оберемок // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 3-8. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50823 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Косско, И.А. Крючин, А.А. Кравец, В.Г. Мохнюк, А.А. Оберемок, А.С. 2013-11-04T18:30:25Z 2013-11-04T18:30:25Z 2006 Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах / И.А. Косско, А.А. Крючин, В.Г. Кравец, А.А. Мохнюк, А.С. Оберемок // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 3-8. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50823 004.85 Исследована возможность формирования информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах, полученных методом реакционного спекания и горячего прессования (SiC, SiC+В₄С и Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN), а также в монокристаллическом кремнии. Для получения микрорельефа использован метод плазмохимического травления. Досліджено можливість формування інформаційного рельєфу в деяких неметалічних матеріалах, отриманих методом реакційного спікання та гарячого пресування (SiC, SiC+В₄С і Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN), а також у монокристалічному кремнії. Для отримання мікрорельєфу використано метод плазмохімічного травлення. An opportunity of forming the information relief in certain nonmetal materials obtained by a technique of reaction baking and hot pressing (SiC, SiC+В₄С and Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN) as well as in monocrystalline silicon is investigated. For obtaining a microrelief the plasmochemical etching technique is used. Авторы благодарят сотрудников ИПМ НАН Украины Н.Ф. Гадзыру и Л.А. Шипилову за предоставленные образцы керамики. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах Формування інформаційного рельєфу в деяких неметалічних матеріалах Formation of Information Relief in Certain Nonmetal Materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| spellingShingle |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах Косско, И.А. Крючин, А.А. Кравец, В.Г. Мохнюк, А.А. Оберемок, А.С. Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| title_short |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| title_full |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| title_fullStr |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| title_full_unstemmed |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| title_sort |
формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах |
| author |
Косско, И.А. Крючин, А.А. Кравец, В.Г. Мохнюк, А.А. Оберемок, А.С. |
| author_facet |
Косско, И.А. Крючин, А.А. Кравец, В.Г. Мохнюк, А.А. Оберемок, А.С. |
| topic |
Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| topic_facet |
Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| publishDate |
2006 |
| language |
Russian |
| container_title |
Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| publisher |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Формування інформаційного рельєфу в деяких неметалічних матеріалах Formation of Information Relief in Certain Nonmetal Materials |
| description |
Исследована возможность формирования информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах, полученных методом реакционного спекания и горячего прессования (SiC, SiC+В₄С и Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN), а также в монокристаллическом кремнии. Для получения микрорельефа использован метод плазмохимического травления.
Досліджено можливість формування інформаційного рельєфу в деяких неметалічних матеріалах, отриманих методом реакційного спікання та гарячого пресування (SiC, SiC+В₄С і Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN), а також у монокристалічному кремнії. Для отримання мікрорельєфу використано метод плазмохімічного травлення.
An opportunity of forming the information relief in certain nonmetal materials obtained by a technique of reaction baking and hot pressing (SiC, SiC+В₄С and Si₃N₄, Si₃N₄+В₄С, AlN) as well as in monocrystalline silicon is investigated. For obtaining a microrelief the plasmochemical etching technique is used.
|
| issn |
1560-9189 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50823 |
| citation_txt |
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах / И.А. Косско, А.А. Крючин, В.Г. Кравец, А.А. Мохнюк, А.С. Оберемок // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 1. — С. 3-8. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
| work_keys_str_mv |
AT kosskoia formirovanieinformacionnogorelʹefavnekotoryhnemetalličeskihmaterialah AT krûčinaa formirovanieinformacionnogorelʹefavnekotoryhnemetalličeskihmaterialah AT kravecvg formirovanieinformacionnogorelʹefavnekotoryhnemetalličeskihmaterialah AT mohnûkaa formirovanieinformacionnogorelʹefavnekotoryhnemetalličeskihmaterialah AT oberemokas formirovanieinformacionnogorelʹefavnekotoryhnemetalličeskihmaterialah AT kosskoia formuvannâínformacíinogorelʹêfuvdeâkihnemetalíčnihmateríalah AT krûčinaa formuvannâínformacíinogorelʹêfuvdeâkihnemetalíčnihmateríalah AT kravecvg formuvannâínformacíinogorelʹêfuvdeâkihnemetalíčnihmateríalah AT mohnûkaa formuvannâínformacíinogorelʹêfuvdeâkihnemetalíčnihmateríalah AT oberemokas formuvannâínformacíinogorelʹêfuvdeâkihnemetalíčnihmateríalah AT kosskoia formationofinformationreliefincertainnonmetalmaterials AT krûčinaa formationofinformationreliefincertainnonmetalmaterials AT kravecvg formationofinformationreliefincertainnonmetalmaterials AT mohnûkaa formationofinformationreliefincertainnonmetalmaterials AT oberemokas formationofinformationreliefincertainnonmetalmaterials |
| first_indexed |
2025-11-26T05:50:50Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:50:50Z |
| _version_ |
1850614411879776256 |
| fulltext |
Фізичні основи, принципи і методи
реєстрації даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 3
УДК 004.85
И. А. Косско1, А. А. Крючин2, В. Г. Кравец2,
А. А. Мохнюк3, А. С. Оберемок4
1Институт проблем материаловедения НАН Украины
ул. Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
2Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина
3ДП «КВАЗАР-ИС»
ул. Северо-Сырецкая, 3, 04136 Киев, Украина
4Институт физики полупроводников НАН Украины
пр. Науки, 41, 03028 Киев, Украина
Формирование информационного рельефа
в некоторых неметаллических материалах
Исследована возможность формирования информационного рельефа в
некоторых неметаллических материалах, полученных методом реак-
ционного спекания и горячего прессования (SiC, SiC+В4С и Si3N4,
Si3N4+В4С, AlN), а также в монокристаллическом кремнии. Для полу-
чения микрорельефа использован метод плазмохимического травления.
Ключевые слова: керамика, плазмохимическое травление, информа-
ционный рельеф.
Введение
Настоящая работа посвящена изучению перспективы применения в произ-
водстве оптических дисков прогрессивной технологии прямого мастеринга, а
также решению проблемы долговременного хранения информации на носителях,
обладающих высокими механическими свойствами и инертных к воздействию
окружающей среды. При применении указанной технологии из технологического
цикла исключается гальванопластика, являющаяся экологически вредным произ-
водством, значительно сокращается время изготовления компакт-дисков, а также
решается проблема длительного времени хранения информации без применения
специальных условий хранения. В данном случае речь идет о создании носителей
для хранения различного рода документов, проектной документации стратегиче-
ских объектов, культурном наследии и т.п.
В монографии [1] исследованы физико-химические процессы, обуславли-
вающие невозможность длительного хранения информации на стандартных ком-
пакт-дисках. Это связано, прежде всего, с деградацией отражающего слоя за счет
© И. А. Косско, А. А. Крючин, В. Г. Кравец, А. А. Мохнюк, А. С. Оберемок
И. А. Косско, А. А. Крючин, В. Г. Кравец, А. А. Мохнюк, А. С. Оберемок
4
проникновения влаги, кислорода или агрессивных реагентов. Это может привести
либо к увеличению количества ошибок на диске, либо к полному его поврежде-
нию и невозможности воспроизведения записанной информации. Другим факто-
ром, влияющим на «время жизни» диска, являются какие-либо пометки на на-
клейках, нанесенные пользователем при помощи острых предметов или точечных
пишущих принадлежностей, так как существует угроза повреждения слоя защит-
ного лака. В некоторых случаях при применении для нанесения пометок чернил с
растворителями может произойти нежелательная реакция с защитным лаком.
Также не рекомендуется использоваться перезаписываемые диски (CD-RW, DVD-
RV, DVD-RAM и DVD+RW) в качестве архивных. Это связано с тем, что мате-
риалы, используемые при записи, могут быть подвержены влиянию тепла и ульт-
рафиолетового излучения. Некоторые исследователи считают, что повторяющий-
ся процесс перезаписи может ускорить деградацию материалов, что уменьшает
возможность использования носителя для длительного хранения данных.
В ряде работ [2–7] обсуждаются вопросы, связанные с использованием стекол
и керамик для длительного хранения данных и прямого мастеринга. Материалы
керамики при этом должны обладать комплексом механических и физико-хими-
ческих свойств, обеспечивающих необходимый ресурс использования для изго-
товления заданного количества готовых изделий. Штампы из керамики должны
удовлетворять следующим условиям: быть износостойкими, то есть не изменять
рельеф в процессе штампования оптических дисков; обладать химической инерт-
ностью к поликарбонату и другим пластическим массам; обладать высокой стой-
костью к ударным нагрузкам; иметь однородный химический состав по глубине и
стабильные механические свойства в широком температурном диапазоне; в
штампах должны отсутствовать поры и включения; они должны иметь минималь-
ные внутренние напряжения и соответствующаю ориентировку плоскостей крис-
таллитов.
Прямой мастеринг штампа заменяет входящий в общепринятый цикл произ-
водства стеклянный диск-оригинал на прочный — керамический. При этом дан-
ный процесс заменяет некоторые сложные электрохимические и ручные операции
на одну — прецизионное ионное или плазмохимическое травление. Процессы,
которые предшествуют производству штампа, в своем большинстве остаются не-
изменными. В ходе нового процесса, традиционное производство штампов дли-
тельностью более 200 минут заменяется на менее чем 20-минутное, автоматиче-
ски контролируемое, ионное или плазмохимическое травление. Ликвидируются
практически все производственные стадии, которые производят токсические от-
ходы.
Определяющими физико-технологическими свойствами штампов являются:
высокая твердость, ударная термостойкость, теплопроводность, возможность хо-
рошо контролируемого ионного, плазмохимического или химического травления.
Бóльшие значения ударной термостойкости подразумевают бóльшую способность
материала к диссипации тепловой энергии при быстром нагреве без излома или
скола. Таким свойством должен обладать материал для инжекционного литья.
В таблице представлены наиболее важные физико-механические свойства
материалов, которые могут использоваться в качестве подложек для штампов.
Для сравнения в таблицу также включены данные для никеля, полученного мето-
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 5
дом гальванического выращивания. Следует отметить, что для поддержания со-
вместимости между охлаждающими системами, используемыми в современных
установках инжекционного литья, нужно использовать материал с ударной тер-
мостойкостью, приближающейся по значению к никелю.
Некоторые физические свойства неметаллических материалов [2]
Подложка Твердость
(кг/мм2)
Фракционная
жесткость
(МПа·м1/2)
Ударная
термостой-
кость (Вт/м)
Теплопро-
водность
(Вт/м °К)
Качество
поверхности после
ионного травления
Никель
Al2O3
SiC
Стеклоуглерод
Стекло
Corning 9647
100
2100
2500
500
450
~100
4
3
2
1,3
7138
3225
19149
135517
546
80
30
90
120
2,5
Низкое
Очень хорошее
Отличное
Отличное
Отличное
С другой стороны, чрезвычайно важным является технологический фактор
ионного, плазмохимического или химического травления. Здесь, принципиально
важным, является строго контролируемая скорость травления без увеличения ше-
роховатости поверхности [3–7]. Наиболее перспективным является карбид крем-
ния благодаря его отличным физико-механическим свойствам. Он исключительно
твердый, имеет высокую ударную термостойкость, является хорошо исследован-
ным материалом для ионного травления и его теплопроводность близка к тепло-
проводности никеля. Однако, химически осажденные пленки [3], а также массив-
ные монокристаллы карбида кремния являются довольно дорогим материалом.
Методика и результаты
В наших экспериментах была осуществлена попытка использования в качест-
ве подложек для штампа массивных поликристаллических керамик, полученных
методом реакционного спекания и горячего прессования. К поверхности керамик
выдвигалось главное требование — шероховатость Rz не должна превышать
50 нм. Толщина керамических подложек составляла от 1 до 10 мм.
На поверхность керамических подложек наносился слой фоторезиста, в кото-
ром посредством УФ облучения и последующего химического травления форми-
ровался информационный рельеф. Облучение проводилось через специальную
маску. В образцах кремния информационный рельеф формировался на станции
записи оптических дисков. Для получения информационного рельефа, после
стандартной технологии полива фоторезиста, экспонирования и смывания облу-
ченных участков щелочью, использовался метод плазмохимического травления.
Контроль особенностей геометрии информационного рельефа проводился с
помощью атомно-силового микроскопа NANOSCAN-2, а также профилометра
DEKTAK.
На рис. 1а представлена типичная поверхность керамики (в данном случае
AlN) после полировки и до формирования информационного рельефа. На рис. 1б
показана профилограмма питов на керамическом образце AlN. В результате экс-
И. А. Косско, А. А. Крючин, В. Г. Кравец, А. А. Мохнюк, А. С. Оберемок
6
перимента были получены рельефные изображения с глубиной питов около
150 нм и углом наклона стенки питов около 35°, соответствующие требованиям
для инжекционного литья. Однако величина шероховатости образца Rz была уве-
личена путем плазмохимического травления примерно в 2 раза. Rmax достигала
100 нм. Мы связываем это с преимущественным травлением границ раздела по
сравнению с телом зерна. Примечательным оказался факт изменения геометрии
информационного рельефа на перечисленных керамиках с течением времени. Реа-
генты травителя, попавшие в дефекты структуры, не удалялись при промывке
деионизованной водой, что приводило к «размыванию» информационного релье-
фа через несколько суток, то есть, проходило дальнейшее неконтролируемое трав-
ление. Увеличение значений шероховатости, нестабильность геометрии информа-
ционного рельефа при ионном травлении делает невозможным изготовление
штампа из поликристаллических керамик.
а)
б)
Рис. 1. а) типичная поверхность керамик (AlN);
б) профилограмма информационного рельефа, полученного на керамике AlN
На рис. 2а–в представлен информационный рельеф на монокристаллическом
кремнии. Измерения шероховатости профилометрированием дали примерно оди-
наковую шероховатость Rz ≈50 нм для исходной поверхности и для образца со
Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 1 7
сформированным информационным рельефом. Таким образом, шероховатость
образца не была увеличена путем травления. Угол наклона стенки питов состав-
лял примерно 40°. Наблюдаемый наклон этой стенки удовлетворяет требованиям
для инжекционного литья. Более крутые «стенки» питов будут плохо влиять на
отделение полимера от матрицы, тогда как менее крутые стенки понизят уровень
сигнала воспроизведения. Размеры питов и расстояния между дорожками удовле-
творяют принятым стандартам. Имеются, однако, и дефекты структуры. Так, с ле-
вой стороны питов образуется дефект структуры в виде невысокого пика.
а) б)
в)
Рис. 2. Образец кремния со сформированным информационным рельефом: а) вид сверху;
б) профилограммы по сечению: поперек и вдоль питов; в) трехмерное изображение поверхности
Выводы
Были проведены исследования возможности формирования информационно-
го рельефа в ряде неметаллических материалов. Результаты показали, что на ке-
И. А. Косско, А. А. Крючин, В. Г. Кравец, А. А. Мохнюк, А. С. Оберемок
8
рамических образцах, полученных методом реакционного спекания и горячего
прессования, образовывался микрорельеф с нерезкими краями питов.
Качество информационного рельефа, полученное на монокристаллических
материалах, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к штампам. Поэтому,
наиболее перспективным, с нашей точки зрения, будет использование монокри-
сталлических массивных образцов или композитов, полученных с помощью раз-
личных методов нанесения тонких пленок керамики (прежде всего карбида крем-
ния) на массивную основу.
Благодарности
Авторы благодарят сотрудников ИПМ НАН Украины Н.Ф. Гадзыру и Л.А.
Шипилову за предоставленные образцы керамики.
1. Петров В.В., Крючин А.А., Шанойло С.М. та ін. Металеві носії для довготермінового збе-
рігання інформації. — К.: Наук. думка, 2005. — 132 с.
2. Bifano T.G., Fawcett H.E., Bierden P.A. Precision Manufacture of Optical Disc Master Stampers
// Precision Engineers. — 1997, Jan. — Vol. 20, N 1. — Р. 54–62.
3. Bifano T.G., Fawcett H.E., T. Drueding T. Neutral Ion Figuring of Chemically Vapor Deposited
Silicon Carbide // Opt.Eng. — 1994. — 33. — Р. 967–974.
4. Miyamoto I., Shhuhara A. Ion Beam Machining of Tungsten Carbide Chips — Fabrication of
Fine Patterns // Ann CIRP. — 1991. — Р. 40.
5. Miyamoto I., Ezewa T., Itabashi K. Ion Beam Fabrication of Diamond Probes for a Scanning
Tunneling Microscope. — 1991. — 2. — P. 52–56.
6. Egert C.M. Roughness Evolution of Optical Materials Induced by Ion Beam Milling // Proc.
SPIE. — 1992. — Р. 1752.
7. Drueding T.W., Wilson S., Fawcett S.C., Bifano T.G. Ion Beam Figuring of Small Optical Com-
ponents // Opt. Eng. — 1995. — 34. — Р. 3565–3571.
Поступила в редакцию 21.02.2006
|