Фізіко-технічні аспекти створення сучасних оптичних носіїв для запису та зберігання інформації

де ,

де S_1,2 і С_{1 ,2} - щільність і теплоємність матеріалів поглинаючої плівки і підкладки, відповідно, h - товщина плівки, а₂ - теплопровідність матеріалу підкладки, ф - тривалість імпульсу запису.

Очевидно, що енергетична ефективність тим вища, чим більше ц. Залежність енергетичної ефективності нагріву плівки As₂Se₃ від тривалості імпульсу представлена на рис. 5.

Рис. 5. Залежність коефіцієнту енергетичної ефективності нагріву плівки неорганічного фоторезіста As2Se3 товщиною 150 нм від часу експонування на підкладках з силікатного скла (1) і монокристалічного кремнію {100} (2).

Рішення рівняння у рамках моделювання процесса відведення тепла з поверхні неорганічного фоторезиста, розташованого на підкладках з різною теплопровідністю, привело до простого виразу, де вища різниця температур підкладки і середовища є множником з меншою теплопровідністю, і навпаки. Рис. 5 ілюструє переваги використання підкладки з монокристалічного кремнію {100} з високою теплопровідністю (149 Вт/м • К) порівняно з підкладкою з силікатного скла з низькою теплопровідністю (0,5 Вт/м • К), можливістю забезпечення високої якості підготовки поверхні з шорсткістю R_z<50 нм, а також невисокою вартістю заготівель.

Наведені залежності коефіцієнта енергетичної ефективності нагріву для плівки складу As₂S₃ на підкладках з силікатного скла і монокристалічного кремнію показують, що в широкому діапазоні тривалості експонуючих імпульсів на підкладках з монокристалічного кремнію має місце ефективне відведення тепла в підкладку. Проведені розрахунки показують, що при лінійній швидкості експонування неорганічного фоторезиста 4,8 м/с його нагрів не перевищує 30 - 50°С.

З метою виявлення найбільш перспективних фоторезистивних матеріалів були досліджені наступні з'єднання: As-S, As-S-Se, Te-Sb-Ge, In-Ag-Te-Sb, Sb-S, Sb-Se, Te-Ge, As_xS₁ - _x, TeO_x, As₄₀S₆₀-_xSe_x, As₂Se₇, Ge-Te-S-Sb, Te-As-Ge, In-Sb-Se, Ag-As-S, GeSe-Ag₂Se, As₂S₃-AgCl, Te-As-Se, Te-As-In, Te-As-Ga, Te-S-Se, Te-Si-As, Te-Se-Sb-Ge, Te-Se-As-Ge. Висока чутливість з'єднань As₄₀S₄₀Se₂₀ і As₄₀S₆₀ в короткохвильовій області спектра (рис. 6), а також трансформація структури (кристалічний - аморфний стан) при дії наносекундних лазерних імпульсів зробили їх найбільш перспективними. Спектральні залежності світлочутливості, що зумовлює структурну трансформацію фоторезиста при зменшенні довжини хвилі, досягають значень 10 см²/Дж і 20 см²/Дж для складу As₄₀S₆₀ і As₄₀S₄₀Se₂₀ відповідно.

Підібрані розчинники - диметилсульфоксид для As₄₀S₄₀Se₂₀ і триетиламін і етилендіамін для As₄₀S₆₀ забезпечили максимальну селективність травлення опромінених і неопромінених ділянок (рис. 7, а). Відпал фоторезистів при 573 K протягом 20 хв. інвертував характер розчинення на протилежний (рис. 7, б).

	а б
Рис. 6. Спектральна залежність світлочутливості As40S40Se20 (1) і As40S60 (2).	Рис. 7. Кінетика розчинення опромінених (1) і неопромінених (2) ділянок плівок As2Se3: а - без відпалу, б - після відпалу.

До додаткових аргументів вибору складів As₄₀S₄₀Se₂₀ і As₄₀S₆₀ в якості фоторезистів при виготовленні штампів можна віднести і такі їх властивості, як високий коефіцієнт поглинання випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні, широкий динамічний діапазон, відсутність локального випару при записі, високу (до 40 крат) селективність травлення опромінених і неопромінених ділянок, трансформацію розчинності при відпалі, можливість забезпечення стехіометричного складу при напиленні на зразки великої площі (діаметр 120 мм). Окрім монокристалічного кремнію перспективними підкладками є також карбід кремнію (діаметр заготівки досягає 75 мм), нітрид алюмінію і нітрид галію.

1 2 3
Рис. 8. Схема прямого процесу виготовлення кремнієвого штампа. 1, 2, 3 - етапи процесу.

На рис. 8 показано схему реалізованого прямого виготовлення штампа для створення оптичних носіїв інформації. Процес передбачає попереднє виготовлення металевої (нікелевої) або неметалевої (монокристалічний кремній) пластини з нанесеним шаром фоторезиста.

а	б
Рис. 9. АСМ - зображення мікроструктури, отриманої за схемою прямого процесу виготовлення кремнієвого штампа: а - загальний вигляд, б - вигляд зверху.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Тест-структури у вигляді тексту і пітів на поверхні кремнієвого штампа, отримані за допомогою електронно - зондового експонування.

На рис. 9 зображена інформаційна мікроструктура, сформована за схемою прямого процесу виготовлення штампа в монокристалічному кремнії {100} з використанням неорганічного фоторезиста. Отримано тест-структури у формі тексту, кожна буква в яких складається з шести ліній (рис. 10), товщина яких від 0,18 до 0,3 мкм. На правому нижньому рисунку тест-структура, ілюструє можливість запису цифрових (у режимі 0 і 1) даних. Щільність запису ~17 Гб/см2, що складає 150 Гб на стандартних дисках Ш120 мм.

АСМ - дослідження отриманих в прямому процесі виготовлення штампа кремнієвих структур показало зменшення шорсткості поверхні порівняно з початковою (~20 нм). Отримана шорсткість R_z ~6 нм і R_max ~7 нм.

Cтінки інформаційних структур - пітів мають кут нахилу ? 30 град відносно нормалі до підкладки, що є оптимальним для інжекційного лиття (рис. 11).

а	б
Рис. 11. АСМ - зображення профілю інформаційної структури в кремнієвому штампі: а - вигляд зверху, б - профіль структури.

Більший кут нахилу стінок питів впливав би негативно на відділення полімеру від штампа - матриці, тоді як менш круті стінки знижували би рівень сигналу відтворення. Інформаційні структури мають гладкі краї і чіткий розподіл між доріжками. Висота піта складає ~80-90 нм. Геометричні характеристики піт і відстань між доріжками задовольняють прийнятим стандартам, що регламентують вимоги для інжекційного лиття.

З метою зниження зносу кремнієвого штампа в процесі інжекційного лиття оптичних носіїв інформації нами запропоновано нанесення на поверхню штампа тонкої плівки зносостійкого карбіду кремнію, що зміцнює покриття. У процесі створення покриття встановлено істотний вплив складу залишкової атмосфери на стехіометрію і структуру плівок. Так, надлишок утвореного в камері напилення моноокислу вуглецю призводить до формування аморфної сітки SiOx з вкрапленнями кластерів аморфного вуглецю, що утворюється при відновленні CO. Висока хімічна інертність, жароміцність і зносостійкість композиту Si-SiO₂-SiC дозволить також використовувати такий штамп і в якості носія для довготривалого зберігання даних як в цифровому, так і в аналоговому виді. Відтворення записаної аналогової або цифрової інформації не матиме в майбутньому принципових технічних труднощів.

Приведено результати комплексних досліджень полікристалічних керамік SiC, SiC+В₄С і Si₃N4, Si₃N₄+В₄С, AlN для можливості використання їх в якості підкладок штампів для тиражування оптичних носіїв. Отримано рельєфні зображення з глибиною питів ~150 нм і кутом нахилу стінки питів ~35 град, що відповідають вимогам інжекційного лиття оптичних носіїв. Величина шорсткості зразка була збільшена шляхом плазмохімічного травлення приблизно в 2 рази. У результаті розмір шорсткості поверхні досягав 70?100 нм. Травлення проходило переважно по межах зерен. Отримані дані про збільшення значень шорсткості, нестабільності геометрії інформаційного рельєфу при іонному травленні свідчать про те, що виготовлення штампа з використанням в якості підкладок полікристалічних керамік недоцільно.

У шостій главі розглянуто питання створення металевих, неметалевих і комбінованих носіїв для довготривалого зберігання інформації. Забезпечення незмінної геометрії з часом інформаційних структур на поверхні штампа веде за собою розгляд питань корозійної стійкості, адгезії оксидної плівки до поверхні, адгезії шару, що проводить, до фоторезисту, схильності до збагачення воднем, структури росту штампа - матриці, взаємодії з матеріалом копії (полікарбонатом).

Приведено дані досліджень хімічного складу поверхні і розподілу хімічних елементів від поверхні в глибину для 50 - 70 - річних нікелевих і мідно -нікелевих штампів для тиражування грамплатівок. Таке завдання виникло з метою вивчення можливості створення металевих носіїв для довготривалого зберігання інформації. Виявлено трансформацію форми доріжок внаслідок окиснення металу. Окиснення поверхні металевого нікелю (щільність D_Ni = 8,907 г/см³, параметр гратки a_Ni = 0,35238 нм) призвело до утворення оксиду нікелю NiO (щільність DniO = 6,806 г/см³, параметр гратки а_NiO = 0,41769 нм). Збільшення лінійних розмірів L металевих виступів на поверхні нікелевої підкладки за рахунок окиснення може бути представлено такою залежністю:

L = L₁ - L₀ = (a_NiO - a_Ni)K,

де L - лінійний розмір виступу (L₀ - до окислення, L₁ - після окислення);

(К = h/a_Ni, де h - товщина оксидного шару).

Під час утворення оксидної плівки завтовшки 10 нм збільшення лінійних розмірів склало 1,85 нм. Утворення оксидів на поверхні штампа локально співпадає з розподілом домішків Al, Mg, C, Si в нікелі (рис. 12).

	Рис. 12. Зображення поверхні нікелевого штампа тривалого зберігання в характеристичному випромінюванні Оже - електронів кисню.

При цьому зміна тривалості сигналу відтворення (за одноразовою швидкістю відтворення) не перевищуватиме 35 нс, що складає 4,2% тривалості найкоротшого сигналу. Зміна геометричних розмірів пітів найбільше впливає на сигнали відтворення найкоротших виступів, довжина яких складає 830 нм. Допустиме збільшення довжини виступу може складати 3,5 нм. Таке збільшення довжини відбувається під час утвореня оксидної плівки завтовшки 12 нм з кожного боку виступу. Припускаючи, що оксидна плівка утворюється з постійною швидкістю (0,4 нм/рік), можна прогнозувати виникнення через 300 років оксидної плівки такої товщини, яка призведе до появи некоригованих помилок під час відтворення інформації. Зроблені оцінки визначають граничні розміри термінів зберігання нікелевих металевих носіїв. Реальна середня швидкість утворення оксидних шарів значно менша і їх утворення значною мірою залежить від наявності домішок в нікелевому носії. Мас-спектрометричні дослідження показали, що в нових нікелевих штампах вміст вказаних домішок на порядок менший (рис. 13).

а	б
Рис. 13. Розподіл домішків в нікелевих штампах: а - після тривалого зберігання, б - розроблений за результатами роботи.

Зменшення розмірів інформаційних елементів є критичним до процесів окиснення поверхні, тому при отриманні металевих носіїв для довготривалого зберігання інформації особливу увагу необхідно приділити отриманню хімічно чистого матеріалу. Дані хімічного складу штампів тривалого зберігання і сучасного отримані з використанням мас-спектрометра VG9000 із збудженням вторинних іонів тліючим розрядом (табл. 2). Швидкість травлення зразків, що досліджувалися, визначила глибину аналізу, що становить від 50 до 100 мкм.

Наведені в табл. 2 дані хімічного складу свідчать про незначну відмінність хімічного складу в сучасному нікелевому штампі і в штампі тривалого зберігання в глибині матеріалу. Основні зміни хімічного складу, таким чином, при тривалому зберіганні проходили на поверхні. У зв'язку з цим розглянуто наступні фізичні процеси: адсорбцію кисню нікелем, утворення плівки двовимірних оксидів нікелю, перехід плівки оксидів на поверхні нікелю з двовимірної фази в тривимірну. Зазначено, що стадія існування двовимірних або острівкових оксидів може існувати тривалий час, не переходячи в стадію зародкоутворення і розвитку в тривимірну фазу. Хімічна чистота нікелевих носіїв визначає їх високу корозійну стійкість. Окремі корозійні порушення поверхні штампів зафіксовані тільки в окремих областях зі зміненим хімічним складом або неоднорідною структурою.

Таблиця 2. Хімічний склад штампів

Після тривалого зберігання Розроблених за результатами роботи Na, ppb* 265,920 Al, ppb 98,000 S, ppm** 18,261 Cl, ppb 652,980 Fe, ppb 542,280 Ni, % 99,947 Zn, ppm 495,830 Zn, ppm 475,220 Zr, ppb 780,180 Mo, ppb 326,590 Ag, ppm 2,025 Cd, ppb 182,510 Pb, ppb 745,920 Al, ppm 1,136 S, ppb 860,720 Cl, ppb 666,910 Sc, ppm 7,044 Mn, ppb 743,190 Nі, % 99,998 Zn, ppb 667,010 *1 ppb = 107% (мас.), ** 1 ppm = 104% (мас.)

Це пов'язано з локалізацією в цих областях органічних і неорганічних домішок за участю вуглецю і сірки. Показано, що нікелеві покриття мають високу зносостійкість. Коефіцієнт сухого тертя нікелю по сталевому контртілу (ШХ?15) змінюється від 0,11?0,12 для блискучих поверхонь штампів, до 0,15?0,30 для матових покриттів, що отримуються з різних електролітів.

Показано, що нікелевий штамп повинен мати ряд физико?хімічних і физико?механічних властивостей, що визначаються зокрема і структурою матеріалу для стабільної роботи під дією ударних навантажень під час інжекційного лиття. Физико?механічні властивості (щільність, границя міцності, границя плинності, ударна в'язкість, твердість і т. д.) мають бути в таких межах, щоб матеріал міг бути механічно оброблений і витримував експлуатаційні навантаження. Властивості електроосадженого нікелю змінюються в широких межах залежно від природи електроліту, складу і умов осадження. Так, твердість може змінюватися від 1,3 до 5,0 ГПа, а напруга в осаді ? від 0,3 до 1,4 ГПа.

Із збільшенням рН розчину твердість, границі міцності і плинності вирощеного нікелю зростають. Штампи з найбільшим відносним подовженням отримують з електролітів з низькими значеннями рН. При рН=2,5 утворюється крупнозерниста стовпчаста структура, при рН=5 ? дрібнозерниста стовпчаста, при рН=5,5 ? шарувата структура з внутрішніми тріщинами. Штампи, отримані при постійному струмі, мали неоднорідну структуру поверхні, велику шорсткість і сліди пітингу. Використання імпульсного режиму росту штампа дозволило вирішити ці проблеми. Вміст водню в штампі, отриманому з використанням імпульсного режиму струму, не перевищував 0,5 р.р.m. Такий незначний вміст водню не може помітно вплинути на період гратки.

Встановлено, що найбільший вплив на процес відтворення інформації з металевих носіїв здійснюють сліди конденсату вологи. Найбільш ефективним засобом очищення поверхні виявилося промивання в деіонізованій воді і сушка носія інформації на центрифузі. Захист інформаційної поверхні, як один з варіантів, може здійснюватися прозорим матеріалом завтовшки 0,2 - 0,3 мм, товщина якого більша, ніж глибина різкості фокусуючого об'єктиву. Захисний шар наносили методом центрифугування для забезпечення рівномірності товщини плівки. Після певного періоду експлуатації або зберігання носія довготривалого зберігання захисний шар можна зняти і замінити на новий. За необхідністю можна здійснювати хімічне очищення поверхні металевого носія від органічних забруднень і залишків матеріалу захисного шару.

Уперше створено цифрові нікелеві і комбіновані штампи - матриці для довготривалого зберігання інформації, що відтворюються в звичайних приводах. В процесі їх виготовлення в якості підкладок використані лейкосапфір і загартоване скло, що мають високу оптичну прозорість, міцність, а також хімічно інертні. В якості відбиваючого покриття використано хром, нанесений за допомогою методу магнетронного розпилення. Хром має задовільні відбиваючі і адгезійні властивості, високу жароміцність і стійкість до окислення. Показано, що розв'язати проблему довготривалого зберігання даних можна двома головними способами: за допомогою запису в аналоговій формі (бази даних, у тому числі біометричні, схеми інженерних споруд) і в цифровій формі (аудіо - і відеоінформація). На рис.14 представлено два різновиди створених нами носіїв для довготривалого зберігання інформації.

а	б
Рис. 14. Схеми конструкцій носіїв для довготривалого зберігання інформації.

Перший носій (рис. 14, а) складається з металевого шару 0,01-0,1 мм із записом інформації, нанесену на прозору підкладку завтовшки (1,0-1,3 мм), через яку ця інформація зчитується. Прозорий шар ? підкладка з лейкосапфіру або кварцу. Склеювання інформаційного шару і підкладки здійснювалося двохкомпонентним або фотополімерним клеєм. Супровідна процесу склеювання проблема утворення бульбашок була розв'язана за рахунок переміщення об'єктів у вакуум. Другий носій (рис.14, б) складається з лейкосапфірової підкладки завтовшки 0,5-1,4 мм, на якій іонним травленням крізь маску позитивного фоторезиста створена рельєфна мікроструктура завтовшки 80-110 нм, що забезпечує максимальну амплітуду сигналів зчитування.

Металізація для створення відбиваючої поверхні може бути здійснена різними корозійними і жаростійкими металами, які при ушкодженні можуть бути хімічно видалені і напилені знову. Для захисту шарів металізації від зовнішніх забруднень носій герметизують за допомогою бурштинового або акрилового лаку. Відбиваючий шар може бути виготовлений також з родію, платини або нікелю.

Сучасний процес виготовлення металевих носіїв для довготривалого зберігання інформації забезпечує мінімальну кількість домішок (менше 0,002 %), що гарантує довготривалу стабільність їх характеристик. Щільність запису складає (0,03-0,08) Гб/см². При використанні електронно-променевого запису цифрової інформації щільність може бути збільшена приблизно в 10 разів, проте швидкість запису в цьому випадку складає одиниці мегабіт за секунду.

Рекомендоване для використання в металевих носіях представлення інформації у вигляді мікрорельєфних структур дозволяє використовувати різні фізичні методи відтворення інформації. Застосування розроблених металевих і комбінованих носіїв дозволить розв'язати проблему довготривалого зберігання даних, уникнути багаторазового перезапису і перетворень форм представлення інформації.

ВИСНОВКИ

У дисертації розв'язано науково-технічну проблему підвищення щільності запису і захисту даних від копіювання, збільшення швидкості запису великих об'ємів і довготривалого зберігання інформації як в цифровій, так і в аналоговій формі. На підставі результатів проведеної роботи можна сформулювати наступні основні висновки:

1. На основі детального аналізу стану проблеми запису, захисту і зберігання інформації запропоновано фізико-технічний підхід до розробки оптичних носіїв нового покоління. Основними складовими запропонованого підходу є знання фізичних аспектів процесів формування інформаційних структур з підвищеними експлуатаційними властивостями. Ці знання використовувалися при створенні носіїв з великим об`ємом записаної інформації за рахунок формування богатошарових структур, для здійснення високошвидкисного запису, для створення носіїв для довготермінового зберігання даних, які витримують екстремальні умови підвищених температур і агресивних середовищ. Алгоритм реалізації фізико-технічного підходу до створення оптичних носіїв нового покоління містить обгрунтований вибір оптимальних фоточутливих матеріалів, матеріалів підкладок найбільш інформативних і взаємодоповнюючих методів і методик аналізу матеріалів, які використовують для оптичного запису інформації.

2. Розроблено нову методику аналізу тонких багатокомпонентних плівок халькогенідних напівпровідників. Виявлено радикальний вплив дози опромінення на результати аналізу хімічного складу багатокомпонентних халькогенідних матеріалів, які отримують поверхнево - чутливими аналітичними методами. Запропоновано спосіб усунення або обліку впливу дози опромінення на достовірність результатів аналізу хімічного складу.

3. Результати досліджень доведено до практичної реалізації. Були створені принципово нові оптичні носії інформації, а також розроблено і виготовлено спеціальне допоміжне устаткування, що дозволяє: проводити ефективну підготовку поверхні зразків; підвищувати якість аналізу елементів з великими атомними номерами; проводити травлення діелектричних матеріалів великої площі з низькою (R_z=10-20 нм) шорсткістю інформаційної поверхні.

4. Запропоновано оригінальне фізико-технічне рішення для створення оптичних носіїв інформації останнього покоління, що забезпечує збільшення рівня сигналу фотолюмінесценції за рахунок розробки нового композиційного матеріалу - носія інформації системи барвник-цеоліт. На його основі створено дво- і трикомпонентні композиційні матеріали, що мають такі ефекти трансформації спектрів фотолюмінесценції, як появу додаткових максимумів, їх зміщення і/або нівеляцію при додатковому опроміненні. Як результат були створені багатошарові структури для запису великих об'ємів інформації.

5. Запропоновано гіпотезу для пояснення механізму збільшення інтенсивності люмінесценції за рахунок утворення нанорозмірної структури нового композиційного матеріалу барвник-цеоліт, яка базується на квантово-механічному ефекті трансформації енергетичної структури кластерів молекул барвника, розташованих в порах цеоліту. Таке "стиснення" молекул барвника в кластери малого розміру приводить до появи заборонених в звичайній ситуації електронних випромінювальних переходів, що збільшують інтенсивність фотолюмінесценції.

6. Виявлено ефект немонотонної залежності інтенсивності фотолюмінесценції при зміні вмісту компонентів, що входять до композиційного матеріалу барвник-цеоліт. Виявлений концентраційний інтервал компонентів композиційного матеріалу, який приводить до значного збільшення (> 30 %) рівня фотолюмінесценції, забезпечує концептуальну базу розробки нових композиційних матеріалів з підвищеним рівнем фотолюмінесценції, тобто фактичної реалізації ідеї створення матеріалів з передчасно даними властивостями.

7. Розроблено новий високошвідкісний технологічний процес виготовлення штампа з рельєфною інформаційною структурою для тиражування носіїв інформації. Процес заснований на заміні органічних фоторезистів неорганічними на основі халькогенідного скла і традиційних скляних підкладок з низькою теплопровідністю на матеріали з високою теплопровідністю - монокристалічний кремній {100} чи гальванічно вирощений нікель товщиною 300 мкм. Використання неорганічних фоторезистів дозволило істотно підвищити роздільну здатність, термо - і тимчасову стабільність, а також спектральну чутливість в ширшому діапазоні довжин хвиль при записі інформації наносекундними імпульсами. Встановлено, що за комплексом фізико-технологічних властивостей найбільш перспективними фоторезистивними матеріалами є халькогенідне скло складу As₄₀S₄₀Se₂₀ і As₄₀S₆₀. Використання неорганічних фоторезистів і підкладок з високою теплопровідністю дозволило збільшити швидкість процесу запису інформації з 8х (6 Мб/с) до 40х (6 Мб/с).

8. Вперше використано високочастотне іонне травлення для прямого отримання штампа. Показано, що застосування монокристалічної кремнієвої підкладки забезпечує необхідну геометрію інформаційної поверхні, низьку шорсткість R_z=10-20 нм, можливість додаткового зміцнення поверхні створенням тонкої плівки карбіду кремнію, що обумовлює ефективне використання монокристалічного кремнію з покриттям з карбіду кремнію в якості штампа для тиражування оптичних носіїв інформації. Розроблений процес дозволяє скоротити час виготовлення штампа порівняно з традиційним більш, ніж в 1,5 рази, а також виключити екологічно шкідливі процеси гальванопластики.

9. Вперше створено дослідні зразки оптичних носіїв для довготривалого (більше 300 років) зберігання даних з використанням гальванічного нікелю, монокристалічного кремнію, різного скла, сапфіру, відбиваючого хромового покриття. Сформульовані вимоги до носіїв для довготривалого зберігання даних. Встановлено, що найбільш оптимальним рішенням проблеми довготривалого зберігання даних є створення носіїв з використанням хімічно інертних, твердих і жароміцних матеріалів з мікрорельєфним представленням інформації.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

Надщільний оптичний запис інформації /[В.В. Петров, А.А. Крючин, І.О. Косско та ін.]; --К.: Інститут проблем реєстрації інформації НАН України, 2009. -- 282 с.

Металеві носії для довготермінового зберігання інформації / [В.В. Петров, А.А. Крючин, І.О. Косско та ін.]; --К.: Наукова думка, 2005. -- 132 с.

Шляхи вирішення проблеми довгострокового зберігання інформації, записаної в цифровому вигляді /В.В. Петров, А.А. Крючин, І.О. Косско, С.М. Шанойло [та ін.] // Доп. НАН України. -- 2003. -- № 4. -- С. 52--58.

Диспергирование дихалькогенидов переходных металлов и их интеркалятов /Л.М. Куликов, А.А. Семенов-Кобзарь, И.А. Косско [и др.] // Неорган. материалы. -- 1997. -- T. 33, № 10. -- C. 1190--1195.

Matveeva L.A. Nanostructure of hydrogenated amorphous carbon films / L.A. Matveeva, A.V. Vasin, I.A. Kossko // Int. J. Hydrogen Еnergy. -- 1998. -- Vol. 23, No. 10. -- Р. 848--852.

Влияние остаточной атмосферы на формирование структуры пленок б-SiC при осаждении с помощью магнетронного распыления /А.Г. Куцай, А.В. Васин, И.А. Косско [и др.] // Сверхтвердые материалы. --1999. -- № 3(119). -- С. 18--25.

Properties of films, Deposited by Different Discharges in Sb(C₂H₅)₃ Vapour / I.A. Kossko, A.V. Kotko, K.P. Gritsenko [& et.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2000. -- T. 2, № 3. -- C. 3--10.

Сравнительный анализ твердости никелевых матриц для тиражирования компакт - дисков, выращенных по струйно - катодной технологии и технологии с вращающимся катодом / А.А. Крючин, И.А. Косско, С.А. Фирстов [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2001. -- T. 3, № 2. -- С. 3--11.

Косско И.А. Прочность сцепления жидкого и отвердевшего поликарбоната с никелевыми матрицами, выращенными по различным схемам гальванопластики / И.А. Косско, В.С. Журавлев, С.А. Фирстов // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2001. -- T. 3, № 3. -- C. 9--14.

Косско И.А. Подготовка тыльной стороны никелевой матрицы к тиражированию оптических дисков / И.А. Косско, В.А. Заболотный // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2001. -- T. 3, № 4. -- C. 11--16.

Эффект воздействия лазерного и термического отжига на оптические и структурные свойства металлических аморфных сплавов / В.Г. Кравец, И.А. Косско, М.А. Колесник [и др.] // Изв. вузов. Физика. -- 2002. -- T. 45, № 4. -- С. 29--37.

Использование красителей с люминесцентным откликом для создания регистрирующих сред и защиты компакт-дисков от подделок / Е.В. Беляк, И.А. Косско, В.Г. Кравец [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2002. -- T. 4, № 3. -- С. 15--22.

Косско И.А. Исследование структуры нелегированных и фотолегированных серебром стекол GeS₂ и GeSe₂ с помощью комбинационного рассеяния света / И.А. Косско, А.И. Стецун, В.А. Юхимчук // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2002. -- Т. 4, № 4. -- С. 3--9.

Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах / И.А. Косско, А.С. Оберемок, А.А. Крючин [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2006. -- Т. 8, № 1. -- C. 3-8.

Si-SiO₂ и Si-SiO₂-SiC штампы / И.А. Косско, А.А. Крючин, Ф.И. Коржинский [и др.] // Сверхтвердые материалы. -- 2006. -- № 3. -- C. 44--52.

Формирование рельефных микроструктур на кремниевых подложках / И.А. Косско, А.А. Крючин, Ф.И. Коржинский [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних -- 2006. -- T. 8, № 2. -- C. 6--14.

Оберемок А.С. Артефакты высокочастотного распыления при формировании информационного рельефа в стеклах / А.С. Оберемок, И.А. Косско, А.А. Крючин // Оптико - електронні інформаційно - електричні технології. -- 2006. -- № 1(11). -- С. 107--114.

Формирование информационного рельефа в некоторых неметаллических материалах / И.А. Косско, А.А. Крючин, В.Г. Кравец [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2006. -- T. 8, № 1. -- С. 3--8.

Формирование рельефных микроструктур на кремниевых подложках / И.А. Косско, А.А. Крючин, А.В. Панкратова [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2006. -- T. 8, № 2. -- С. 6--14.

Аналитические методы исследований тонкопленочных и наноструктурных материалов, используемых для оптической записи: часть 1 / И.А. Косско, В.Д. Курочкин, В.Г. Кравец [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2007. -- T. 9, № 1. -- C. 3--26.

Фирстов С.А. О корпоративном решении проблем материаловедения оптической записи информации:. Сб работ, посв. 20-летию ИПРИ НАН Украины / С.А. Фирстов, И.А. Косско // Реєстрація, зберігання і обробка даних.-- 2007. -- T. 9, № 4. -- C.19--27.

Анализ тонкопленочных и наноструктурных материалов: часть 1 / И.А. Косско, В.Д. Курочкин, В.Г. Кравец [и др.] // Оптико - електронні інформаційно - енергетичні технології. -- 2007. -- №1(13). -- C. 67--83.

Анализ тонкопленочных и наноструктурных материалов: часть 2 / И.А. Косско, В.Д. Курочкин, В.Г. Кравец [и др.] // Оптико - електронні інформаційно - енергетичні технології. -- 2007. -- №2(14). -- C. 119--137.

Kossko I.A. Analysis of methods for high-speed forming the relief microimages on metallic substrates Semiconductor Physics / I.A. Kossko, A.A. Kryuchyn, D.V. Chirkov [& et.] // Quantum Electronics & Optoelectronics. -- 2007. -- Vol. 10, No. 4. -- P. 83--89.

Анализ процессов записи информации на дисках - оригиналах с высокой скоростью / А.А. Крючин, В.В. Петров, И.А. Косско [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних -- 2008. -- Т. 10, № 1. -- С. 3--12.

Analysis of properties of optical carries after long-term storage Semiconductor Physics / A.A. Kryuchyn, V.V. Petrov, I.A. Kossko [& et.] // Quantum Electronics & Optoelectronics. -- 2009. -- Vol..12, No. 4. -- P. 393--402.

О синергетическом феномене наноструктурного композита краситель-цеолит / И.А. Косско, A.A. Крючин, С.А. Фирстов [и др.] // Реєстрація, зберігання і обробка даних. -- 2010. -- T.12, №2. -- C. 52--62.

Данилевич О.И. Влияние лазерного воздействия на элементный состав поверхности бинарных полупроводников / О.И. Данилевич, И.А. Косско, И.М. Будзуляк // Сб. материалов 7 Всес. конф. по взаимодействию оптического излучения с веществом. -- Ленинград, 1988. -- С. 38--42.

Крючин А.А. Исследование состава многокомпонентных пленок халькогенидных полупроводников, напыленных испарителем дискретного типа / А.А. Крючин, И.А. Косско, А.Б. Гончаренко // Сб. тр. н.-т. конф. “Эмиссия с поверхности полупроводников”. -- Львов, 1989. -- С. 56--64.

Пути решения проблемы долговременного хранения информации, записанной в цифровом виде / В.В. Петров, А.А. Крючин, И.А. Косско [и др.] // Сб. тр. междунар. конф. “Электронные изображения и визуальные искусства EVA” (22-24 мая 2002, Киев). -- К., 2002. -- С. 46--51.

A new technology of long-term information storage / A.A. Kryuchyn, V.V. Petrov, I.A. Kossko [& et.] // Konferenzband “EVA 2001 Berlin” Elektronische Bild-verarbeitung & Kunst, Kultur, Historie, 06.-08. November 2002, die 9. Berliner Veranstaltung der Internationalen EVA-Serie “Electronic Imaging & the Visual Arts”.-- GFaI.-- P.264-265.

Патент на корисну модель України №2047, G11B3/58. Іонізатор / В.В. Петров, И.А. Косско, П.В. Майстренко [та ін.] // Опубл. 15.09.03. -- Бюл. № 9.

Патент на винахід України №70157, G01N23/223. Пристрій рентгенофлуоресцентного аналізу / О.В. Андреев, В.В. Ликутин, І.О. Косско [та ін.] // Опубл. 15.09.04. -- Бюл. № 9.

Патент на винахід України №73611, G11В7/00, 7/24. Носій для довготермінового зберігання інформації / В.В. Петров, А.А. Крючин, І.О. Косско [та ін.] // Опубл. 15.08.05. -- Бюл. № 8.

Патент на винахід України №74204, G11В7/24. Носій для довготермінового зберігання інформації / В.В. Петров, А.А. Крючин, І.О. Косско [та ін.] // Опубл. 15.11.05. -- Бюл. № 11.

АНОТАЦІЯ

Косско І.О. Фізіко-технічні аспекти створення сучасних оптичних носіїв для запису та зберігання інформації. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевіча НАН України, Київ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена розробці сучасних оптичних носіїв для запису та зберігання інформації. Нові оптичні носії для запису та захисту інформації створені на основі вживання сучасних барвників із фотолюмінесцентним відгуком. Значне збільшення об'єму записаної інформації досягнуто за рахунок вживання багатошарових структур. Високошвидкісний запис інформації забезпечувався заміною традиційних органічних фоторезістів неорганічними, вживання яких вимагало і заміни підкладок з традиційних - скляних - на матеріали з високою теплопровідністю (Si, Ni).

Забезпечення надійного захисту інформації, записаної як в аналоговому, так і в цифровому вигляді, досягнуто за рахунок вживання в носіях високостабільних матеріалів, що забезпечують збереження даних в умовах агресивних середовищ, пожежі та механічних дій.

Вирішення науково-практичної проблеми було засновано на вивченні закономірностей структурних змін у барвниках, композитах барвник-цеоліт, неорганічних фоторезістах, підкладках, що проходять під дією оптичного й електроного опромінення, відпалу, йонного бомбардування, плазмохимічного травлення.

Ключові слова: оптичні носії інформації, структурні перетворення, композиційні матеріали, монокристали, захист даних, фотолюмінесценція.

АННОТАЦИЯ

Косско И.А. Физико-технические аспекты создания современных оптических носителей для записи и хранения информации. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена исследованию физико - технических аспектов создания современных оптических носителей для записи и хранения информации. В работе сформулированы требования к оптическим носителям информации нового поколения, разработан алгоритм реализации процесса создания таких носителей, проведен комплекс физических исследований на каждом этапе создания оптических носителей информации, изготовлены опытные образцы.

Решена научно - техническая проблема повышения плотности записи и защиты данных от копирования, увеличения скорости записи больших объемов информации и долговременного хранения информации как в цифровой, так и в аналоговой форме. Обеспечение надежного сохранения информации, записанной как в аналоговом, так и в цифровом виде, достигнуто за счет применения в носителях высокостабильных материалов, обеспечивающих неизменность информационного рельефа в условиях агрессивных сред, пожара и механических воздействий.

Решение научно - практической проблемы было основано на комплексном изучении физических закономерностей изменения структурных свойств: двух- и трехкомпонентных композитов систем красители - цеолит, красители - цеолит - оптически прозрачные лаки, неорганических фоторезистов и подложек, проходящих под действием оптического и электронного облучения, отжига, ионной бомбардировки, плазмохимического травления.

Алгоритм создания оптических носителей нового поколения включал в себя обоснованный выбор оптимальных фоточувствительных материалов, материалов подложек, наиболее информативных и взаимодополняющих методов и методик анализа материалов, используемых для оптической записи информации.

Созданные в работе двух- и трехкомпонентные композиционные материалы обладали такими эффектами трансформации спектров фотолюминесценции, как появление дополнительных максимумов, их смещение и/или нивелирование при дополнительном облучении и отжиге.

Предложена гипотеза для объяснения механизма увеличения интенсивности люминесценции за счет образования наноразмерной структуры нового композиционного материала краситель-цеолит, базирующаяся на квантово - механическом эффекте трансформации энергетической структуры кластеров молекул красителя, расположенных в порах цеолита. Обнаружен эффект немонотонной зависимости интенсивности фотолюминесценции при изменении содержания входящих компонентов композиционного материала краситель-цеолит.

Радикальное увеличение скорости записи информации было обеспечено заменой применяемых в существующей практике органических фоторезистов неорганическими на основе халькогенидных стекол и традиционных стеклянных подложек с низкой теплопроводностью на материалы с высокой теплопроводностью - монокристаллический кремний {100} или гальванически выращенный никель толщиной 300 мкм. Это существенно повысило разрешающую способность, термо - и временную стабильность, а также спектральную чувствительность в более широком диапазоне длин волн при записи информации наносекундными импульсами.

В работе впервые использовано высокочастотное ионное травление для процесса прямого (безгальванического) получения штампа. Показано, что применение монокристаллической кремниевой подложки обеспечивает требуемую геометрию информационной поверхности и низкую шероховатость R_z=10-20 нм. Разработанный процесс позволяет сократить время изготовления штампа по сравнению с традиционным более, чем в 1,5 раза, а также исключить экологически вредные процессы гальванопластики.

Выявлен фактор влияния дозы облучения на результаты анализа химического состава многокомпонентных халькогенидных материалов, получаемые поверхностно - чувствительными аналитическими методами. Предложен способ устранения или учета влияния дозы облучения на достоверность результатов анализа химического состава.

В работе созданы принципиально новые оптические носители информации, а также разработано и изготовлено специальное вспомогательное оборудование, позволяющее: проводить эффективную подготовку поверхности образцов, повысить качество анализа элементов с большими атомными номерами, проводить травление диэлектрических материалов большой площади с низкой (R_z=10-20 нм) шероховатостью информационной поверхности.

Ключевые слова: оптические носители информации, структурные превращения, композиционные материалы, монокристаллы, защита данных, фотолюминесценция.

ABSTRACT

Коssко I.A. Physical and technical aspects of creation of modern optical carriers for record and information data storage. Manuscript.

Dissertation thesis for Doctoral sciences degree of technical sciences by the speciality 01.04.07 - solid state physics. Frantsevych Institute for Problems of Materials Sciences NAS of Ukraine, Kyiv, 2011.

Dissertational work is devoted for working out of modern optical carriers for recording and information storage. New optical carriers for recording and information protection are created on the basis of application of modern dyes with the photoluminescent response. Substantial growth of volume of the recorded information is reached at the expense of application of multilayered structures. A high-speed data recording was provided with replacement of traditional organic photoresists with inorganic ones, which application demanded also replacement of materials of substrates with low heat conductivity on materials with high heat conductivity (Si, Ni).

Maintenance of reliable protection of the information which has been written down both in analog and in a digital form, was reached at the expense of application in carriers of the highly stable materials, providing preservation of the recorded data in the conditions of hostile environments, fire and mechanical influences.

The solving of a scientifically-practical problem has been based on studying of laws of structural changes in dyes, composites dye-zeolite, inorganic photoresists, the substrates which are passing under the influence of optical and electronic irradiation, annealing, ion bombardment, plasm chemical etching.

Keywords: optical data carriers, structural transformations, composite materials, single-crystal, protection of the data, a photoluminescence.

Размещено на Allbest.ru