Оптические диски для долговременного хранения информации
Рассмотрены технологии изготовления оптических дисковых носителей, предназначенных для долговременного хранения информации. Показано, что использование сапфировых подложек позволяет создать носители, на которых прогнозируемый срок хранения данных составляет тысячи лет. Рассмотрены способы формир...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87969 |
| 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: | Оптические диски для долговременного хранения информации / В.В. Петров, В.М. Пузиков, А.А. Крючин, И.В. Горбов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 3. — С. 825-832. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859900445139402752 |
|---|---|
| author | Петров, В.В. Пузиков, В.М. Крючин, А.А. Горбов, И.В. |
| author_facet | Петров, В.В. Пузиков, В.М. Крючин, А.А. Горбов, И.В. |
| citation_txt | Оптические диски для долговременного хранения информации / В.В. Петров, В.М. Пузиков, А.А. Крючин, И.В. Горбов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 3. — С. 825-832. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Рассмотрены технологии изготовления оптических дисковых носителей,
предназначенных для долговременного хранения информации. Показано,
что использование сапфировых подложек позволяет создать носители, на
которых прогнозируемый срок хранения данных составляет тысячи лет.
Рассмотрены способы формирования наноструктурного рельефа на поверхности высокостабильных материалов. Представлены экспериментальные результаты исследования процесса записи информации на оптические диски с сапфировыми подложками.
Розглянуто технології виготовлення оптичних дискових носіїв, які призначені для довготермінового зберігання інформації. Показано, що використання сапфірових підкладок дозволяє створити носії, на яких прогнозований термін зберігання даних становить тисячі років. Розглянуто способи формування наноструктурного рельєфу на поверхні високостабільних матеріялів. Представлено експериментальні результати досліджень
процесу запису інформації на оптичні диски з сапфіровими підкладками.
Manufacture techniques of optical disc media for long-term data storage are
considered. As demonstrated, the use of sapphire substrates allows creating
media with the predicted data-storage term of thousands of years. Techniques
for nanostructured relief forming on high-stable material surface are
studied. Experimental results for process of data recording on optical disks
with sapphire substrates are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:57:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
825
PACS numbers: 42.40.Ht, 42.79.Vb, 61.72.Ff, 81.15.Jj, 81.16.Mk, 81.65.Cf, 85.40.Hp
Оптические диски для долговременного хранения информации
В. В. Петров, В. М. Пузиков*, А. А. Крючин, И. В. Горбов
Институт проблем регистрации информации НАН Украины,
ул. Шпака, 2,
03113 Киев, Украина
*Институт монокристаллов НАН Украины,
просп. Ленина, 60,
61001 Харьков, Украина
Рассмотрены технологии изготовления оптических дисковых носителей,
предназначенных для долговременного хранения информации. Показано,
что использование сапфировых подложек позволяет создать носители, на
которых прогнозируемый срок хранения данных составляет тысячи лет.
Рассмотрены способы формирования наноструктурного рельефа на по-
верхности высокостабильных материалов. Представлены эксперимен-
тальные результаты исследования процесса записи информации на опти-
ческие диски с сапфировыми подложками.
Розглянуто технології виготовлення оптичних дискових носіїв, які при-
значені для довготермінового зберігання інформації. Показано, що вико-
ристання сапфірових підкладок дозволяє створити носії, на яких прогно-
зований термін зберігання даних становить тисячі років. Розглянуто спо-
соби формування наноструктурного рельєфу на поверхні високостабіль-
них матеріялів. Представлено експериментальні результати досліджень
процесу запису інформації на оптичні диски з сапфіровими підкладками.
Manufacture techniques of optical disc media for long-term data storage are
considered. As demonstrated, the use of sapphire substrates allows creating
media with the predicted data-storage term of thousands of years. Tech-
niques for nanostructured relief forming on high-stable material surface are
studied. Experimental results for process of data recording on optical disks
with sapphire substrates are presented.
Ключевые слова: долговременное хранение информации, оптические
диски, сапфир, ионно-лучевое травление, микрорельеф.
(Получено 10 апреля 2009 г.)
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2009, т. 7, № 3, сс. 825—832
© 2009 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
826 В. В. ПЕТРОВ, В. М. ПУЗИКОВ, А. А. КРЮЧИН, И. В. ГОРБОВ
1. ВВЕДЕНИЕ
Оптические системы записи информации обладают большими по-
тенциальными возможностями по обеспечению надежного и дли-
тельного хранения информации. Однако для обеспечения возмож-
ности массового распространения информации на оптических носи-
телях основное внимание было уделено созданию технологии изго-
товления дешевых носителей методом инжекционного литья поли-
карбоната. Полимерные подложки с рельефной микроструктурой
используются во всех типах компакт-дисков. Система распростра-
нения информации на компакт-дисках позволяет рассматривать ее
и как систему компьютерного книгопечатания [1, 2]. При создании
технологии хранения и распространения информации на компакт-
дисках не ставилась задача создания на их основе систем долговре-
менного хранения информации. Проведенные многочисленные ис-
следования позволили установить причины достаточно быстрого
выхода из строя компакт-дисков, а именно:
– механические повреждения поверхностей компакт-дисков;
– отслоение отражающего металлического слоя от подложки с
микрорельефной структурой;
– деформация поверхности компакт-дисков при многократных
считываниях;
– повреждения поликарбонатной подложки микроорганизмами.
В связи с прогнозируемым широким использованием BD-ком-
пакт-дисков существенное внимание уделяется повышению их сро-
ка службы. В первую очередь, рассматривается возможность при-
менения защитных слоев, предотвращающих механические по-
вреждения носителя информации [3].
Цель настоящей работы – получение наноразмерного информа-
ционного рельефа на поверхности высокостабильных материалов и
разработка на их основе оптических носителей, у которых прогно-
зируемый срок хранения данных превышает тысячу лет.
2. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ ДИСКОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ
Для решения проблемы длительного хранения данных предлагает-
ся использовать специальные оптические диски, которые получили
название профессиональных (табл. 1).
Основные отличия профессиональных оптических дисков от по-
требительских компакт-дисков состоят в том, что для защиты от
механических повреждений и загрязнений используются специ-
альные герметичные контейнеры, для уменьшения времени произ-
ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 827
вольного доступа к информации она записывается на концентриче-
ских дорожках (в отличие от компакт-дисков, в которых использу-
ется спиральная дорожка). В профессиональных оптических дис-
ках используется режим работы WORM. В качестве материала под-
ложки применяются специальные типы силикатного стекла. Наи-
больший срок хранения данных при использовании режима записи
WORM обеспечивают регистрирующие материалы с необратимыми
фазовыми переходами [4].
Предельные сроки хранения данных для носителей, информация
на которых записана в виде микрорельефной структуры, определя-
ются временем изменения формы углублений (питов) на их поверх-
ности. Очевидно, что превышения температуры над значением тем-
пературы плавления материала подложки приведут к потере запи-
санной информации. Максимальный срок хранения информации на
оптических носителях может быть оценен из уравнения Эйринга [5].
Тогда соотношение предельных сроков хранения данных t1 и t2 на но-
сителях с разными значениями температуры плавления материала
подложки Тпл1 и Тпл2 можно выразить следующим образом [6]:
пл1 пл2
1
2
T T
T
t
e
t
−
= .
По различным оценкам, основанным на ускоренном искусствен-
ном старении носителей, максимальный прогнозируемый срок
службы стандартных поликарбонатных компакт-дисков составляет
от 20 до 50 лет и зависит от условий хранения (табл. 2). Поэтому в
случае использования оптических дисков для долговременного
хранения информации они должны содержаться в определенных
ТАБЛИЦА 1. Характеристики профессиональных оптических носителей
для долговременного хранения информации.
Характеристики
Тип носителя
PED
(профессиональный диск)
UDO 1 UDO 2
Емкость, Гбайт
Диаметр, мм
Длина волны лазера счи-
тывания, нм
Скорость (1×) считывания,
Мбит/с
Скорость (1×) записи,
Мбит/с
Числовая апертура
фокусирующего объектива
23
120
405
88
72
0,85
30
130
405
80
80
0,85
60
130
405
80
80
0,85
828 В. В. ПЕТРОВ, В. М. ПУЗИКОВ, А. А. КРЮЧИН, И. В. ГОРБОВ
климатических условиях (температура – 20°С, относительная
влажность – 40%) [7]. Это требует серьезных материальных затрат
как на создание таких хранилищ, так и на поддержание их работы.
Использование сапфира позволяет создать оптические носители
со сроком хранения более 9000 лет. Уникальные физические свой-
ства сапфира, его механическая и химическая стойкость, позволя-
ют хранить их в любых условиях, не беспокоясь за возможные по-
вреждения носителя в случае пожара, наводнения или химического
загрязнения территории хранилища. Однако благодаря этим же
достоинствам достаточно сложно записать информацию на поверх-
ность сапфирового диска. Дополнительное преимущество исполь-
зования монокристаллических подложек состоит в том, что по
сравнению с подложками из многокомпонентных материалов, та-
ких как силикатные (боросиликатные) стекла, они обеспечивают
возможность получения микрорельефных структур с большей раз-
решающей способностью.
3. ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ НА ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ
С САПФИРОВЫМИ ПОДЛОЖКАМИ
Процесс записи информации на оптические носители для долговре-
менного хранения данных состоит из ряда технологических опера-
ций, которые используются при производстве дисков-оригиналов
фоторезистивным методом. На сапфировую подложку методом цен-
трифугирования наносится слой позитивного фоторезиста, на кото-
рый на станции лазерной записи сфокусированным лучом записыва-
ется информация (рис. 1).
После селективного химического травления в слое фоторезиста об-
разуются окна, сквозь которые осуществляется травление сапфира. В
процессе изготовления оптических носителей для долговременного
хранения данных, в отличие от процесса изготовления дисков-
ТАБЛИЦА 2. Срок хранения данных на носителях с разными материа-
лами подложки.
Материал
подложки
Температура
плавления, К
Срок хранения данных
относительно
компакт-дисков
из поликарбоната
Срок
хранения, лет
Поликарбонат 523 1 ∼ 20
Натриевое стекло 923 e1,36 = 3,91 ∼ 80
Ситалл 1696 e4,00 = 54,78 ∼ 1100
Кварцевое стекло 1986 e4,99 = 146,94 ∼ 2900
Сапфир 2318 e6,13 = 457,73 ∼ 9000
ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 829
оригиналов, необходимо использовать слои фоторезиста большой
толщины. Толщина слоя фоторезиста определяется из соотношения
скоростей травления сапфира и фоторезиста. Для получения питов
глубиной (100—120) нм на поверхности сапфировой подложки тол-
щина слоя фоторезиста Shiplеу 1813 (который чаще всего использует-
ся в процессе изготовления компакт-дисков) составляет около 200 нм.
Отметим, что из-за того, что показатель преломления сапфира со-
ставляет 1,77 (в отличие от 1,58 у поликарбоната), для сохранения
размера сфокусированного пятна на поверхности информационного
слоя и соответствия стандарту CD толщина сапфирового диска долж-
на быть 1 мм (толщина поликарбонатного компакт-диска – 1,2 мм).
Так как сапфир характеризуется высокой стойкостью к химиче-
ски активным веществам, получить рельеф на его поверхности хи-
мическим способом невозможно. К тому же, химический способ
травления не позволяет получать структуры с разрешением менее 1
мкм, что недостаточно для записи информации на оптические носи-
тели [8]. Для сравнения, ширина пита в формате CD составляет 500
Рис. 1. Схема процесса изготовления оптического носителя для долговре-
менного хранения данных [8, 9]: 1 – подложка; 2 – слой позитивного фо-
торезиста; 3 – сфокусированный лазерный луч; 4 – окно в слое фоторези-
ста; 5 – ионный пучок; 6 – металлический отражающий слой; 7 – слой
защитного лака.
830 В. В. ПЕТРОВ, В. М. ПУЗИКОВ, А. А. КРЮЧИН, И. В. ГОРБОВ
нм, DVD – 320 нм, а BD – 220 нм.
Получить необходимый микрорельеф на поверхности сапфиро-
вого диска можно путем травления с использованием низкотем-
пературной газоразрядной плазмы, а именно с помощью ионно-
лучевого травления, которое позволяет получать структуры ши-
риной до 50 нм.
Для экспериментальных исследований процесса формирования
рельефа на поверхности сапфировых дисков была выбрана вакуум-
ная установка ВУ-1А. Вакуумная камера выбранной установки по-
зволяет эффективно расположить источник ионов и обрабатывае-
мую подложку, а система откачки позволяет получить необходи-
мый вакуум. Для формирования ионного пучка использовался ис-
точник ионов ИОН-2, наличие холодного катода в котором позволя-
ет получать ионы различных смесей активных и реактивных газов.
Анализ различных газовых смесей показал, что для травления
сапфировой подложки в качестве рабочего газа целесообразно ис-
пользовать газ CF4 с различной парциальной составляющей аргона.
Максимальная плотность ионного тока в устойчивом режиме рабо-
ты источника составляла 10 мА/см2, что соответствовало скорости
травления 5 нм/мин. Таким образом на поверхности сапфирового
диска был получен информационный рельеф, максимальная глуби-
Рис. 2. Информационный рельеф на поверхности сапфирового оптиче-
ского диска.
ОПТИЧЕСКИЕ ДИСКИ ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 831
на которого составляла 95 нм, а структура полностью соответство-
вала формату представления данных на стандартном компакт-
диске (рис. 2).
В результате проведенных исследований на поверхность сапфи-
рового диска была записана информация с плотностью 65,1 МБ/см2
в формате CD, а также была показана возможность записи данных с
большей плотностью в форматах DVD и BD. В качестве отражающе-
го слоя использовались не только пленки алюминия, которые тра-
диционно применяются при производстве оптических дисков, но и
пленки никеля, характеризующиеся высокой механической и хи-
мической стойкостью.
4. ВЫВОДЫ
1. Для изготовления профессиональных оптических дисков, пред-
назначенных для длительного хранения информации, целесообраз-
но использовать подложки, изготовленные из высокостабильных
материалов. При изготовлении оптических носителей, запись дан-
ных на которые производится в формате BD носителей, могут при-
меняться подложки из кремния и сапфира.
2. Запись информации в виде микрорельефных структур на носите-
ли с подложками из высокостабильных материалов может произво-
диться на станции лазерной записи дисков-оригиналов с после-
дующим плазмохимическим травлением подложки.
3. Повышению надежности хранения информации на оптических
носителях, подложки которых выполнены из высокостабильных не-
органических материалов, способствует применение отражающих
покрытий из высокотемпературных оксидных материалов.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Петров, А. А. Крючин, С. М. Шанойло, Л. І. Крючина, І. О. Косско,
Металеві носії для довготермінового зберігання інформації (Киев: Наукова
думка: 2005).
2 D. Sorid and B. H. Schechtman, Optics and Photonics News, 18, No. 5: 34
(2007).
3. Создан первый Blu-ray-диск с гарантией 200 лет. [Электронный ресурс]. –
Режим доступа: http://ncm.ru/news/news_014_080710.shtm
4. В. В. Петров, А. А. Крючин, В. Г. Кравець, Доповіді НАН України, № 4: 52
(2003).
5. Y. Okino, M. Irie, T. Kubo, and M. Okuda, Proc. of SPIE, 5966: 5966 1Z-1
(2005).
6. І. В. Горбов, В. О. Беляковський, Реєстрація, зберігання і обробка даних, 9,
№ 3: 73 (2007).
7. И. В. Горбов, Вісник Донецького університету. Серія А. Природничі науки,
832 В. В. ПЕТРОВ, В. М. ПУЗИКОВ, А. А. КРЮЧИН, И. В. ГОРБОВ
№ 2: 419 (2005).
8. В. В. Петров, А. А. Крючин, С. М. Шанойло, В. О. Бєляковський, І. В. Гор-
бов, Спосіб виготовлення оптичного носія для довготермінового зберігання
даних (Пат. 81519 Україна, МПК G 11 B 7/26.; заявник та власник – Ин-т
проблем реєстрації інформації НАН України. – № а200601504. Заявл.
14.02.2006. Опубл. 10.01.2008. Бюл. № 1).
9. В. В. Петров, В. П. Семиноженко, В. М. Пузиков, О. Я. Данько, А. А. Крю-
чин, С. М. Шанойло, Л. В. Бутенко, І. О. Косско, Носій для довготерміново-
го зберігання інформації (Пат. 73611 Україна. – Опубл. 15.08.2005. Бюл. №
8).
10. Б. С. Данилин, В. Ю. Киреев, Применение низкотемпературной плазмы
для травления и очистки материалов (Москва: Энергоатомиздат: 1987).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87969 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:57:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Петров, В.В. Пузиков, В.М. Крючин, А.А. Горбов, И.В. 2015-11-02T14:34:28Z 2015-11-02T14:34:28Z 2009 Оптические диски для долговременного хранения информации / В.В. Петров, В.М. Пузиков, А.А. Крючин, И.В. Горбов // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2009. — Т. 7, № 3. — С. 825-832. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 42.40.Ht,42.79.Vb,61.72.Ff,81.15.Jj,81.16.Mk,81.65.Cf,85.40.Hp https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87969 Рассмотрены технологии изготовления оптических дисковых носителей, предназначенных для долговременного хранения информации. Показано, что использование сапфировых подложек позволяет создать носители, на которых прогнозируемый срок хранения данных составляет тысячи лет. Рассмотрены способы формирования наноструктурного рельефа на поверхности высокостабильных материалов. Представлены экспериментальные результаты исследования процесса записи информации на оптические диски с сапфировыми подложками. Розглянуто технології виготовлення оптичних дискових носіїв, які призначені для довготермінового зберігання інформації. Показано, що використання сапфірових підкладок дозволяє створити носії, на яких прогнозований термін зберігання даних становить тисячі років. Розглянуто способи формування наноструктурного рельєфу на поверхні високостабільних матеріялів. Представлено експериментальні результати досліджень процесу запису інформації на оптичні диски з сапфіровими підкладками. Manufacture techniques of optical disc media for long-term data storage are considered. As demonstrated, the use of sapphire substrates allows creating media with the predicted data-storage term of thousands of years. Techniques for nanostructured relief forming on high-stable material surface are studied. Experimental results for process of data recording on optical disks with sapphire substrates are presented. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Оптические диски для долговременного хранения информации Optical Disks for Long-Term Information Storage Article published earlier |
| spellingShingle | Оптические диски для долговременного хранения информации Петров, В.В. Пузиков, В.М. Крючин, А.А. Горбов, И.В. |
| title | Оптические диски для долговременного хранения информации |
| title_alt | Optical Disks for Long-Term Information Storage |
| title_full | Оптические диски для долговременного хранения информации |
| title_fullStr | Оптические диски для долговременного хранения информации |
| title_full_unstemmed | Оптические диски для долговременного хранения информации |
| title_short | Оптические диски для долговременного хранения информации |
| title_sort | оптические диски для долговременного хранения информации |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87969 |
| work_keys_str_mv | AT petrovvv optičeskiediskidlâdolgovremennogohraneniâinformacii AT puzikovvm optičeskiediskidlâdolgovremennogohraneniâinformacii AT krûčinaa optičeskiediskidlâdolgovremennogohraneniâinformacii AT gorboviv optičeskiediskidlâdolgovremennogohraneniâinformacii AT petrovvv opticaldisksforlongterminformationstorage AT puzikovvm opticaldisksforlongterminformationstorage AT krûčinaa opticaldisksforlongterminformationstorage AT gorboviv opticaldisksforlongterminformationstorage |