Оптическая запись информации в нереверсивных тонкопленочных регистрирующих средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

V)*'

, і.оГХ-^

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІШКИ

На правах рукопису

СЕРГАІІ ТЕТЯНА АРСЕНІВНА ГГШЧНИЙ ЗАПИС ІНФОРМАЦІЇ в нернверсивних ТОНКОПЛІВКОВИХ РЕБОТУЮШ СЕРВДОВИІДАХ

01.04.07. -фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата фі зико-математнчних наук

Київ - 1995

Дисертація я ру«тис ;

Роботе виконана в Інституті фізики ,

Національної Академії наук України

Наукові керівники: доктор фізако-игятематииішх наук

. , , г Салькова КаУйіЗДїіа Миколаївна

Офіційні опоненти: яоктоп фізкво-матех>ати«них наук

Фекешгазі Іптран Віниеввич кандидат фізхко-математичнмх наук Ільчишн Ігор Павлович

Провідна організація: Інститут проблем реєстрації інформації

. Національної акакадемії наук України (Київ)

Захист відбудеться '$-<$- " 1996 року о 45^годині

на засіданні спеціалізованої Вченої ради ДОІ.96.01. пра інституті фізики НА1І України .

(252650, Київ-22, проспект Науки, 46) -

З дисертацією иокна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту Фізики НАН України.

доктор фі&икз-математичних наук процесор Хші./іК Анатолія Іванович

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради кандидат фі зико-математичних наук

Іщук В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АятуалмНпь тст

Поніук нових реєструючих серс.чопнш для нереверсивного оптичного запису інформації є актуальним паніть тепер, коли одержали широке втілення а практику оіггичиі диск», оскільки масопс »»жорнсгашм топхощіпкояих реєструючих млтері.мт виявило нові вимоги до кил. Актуальну раніш внмоіу високої світлочутливості середовнінз, яка пропгрічача вимозі .говпи рипаного вберігання записаної інформації без кеірашт середовита та втрати якості запису, з використанням більш потужних шпішірокілии&овмх лазерів в системах чаш ¡су інформації вдалося задовольнити, застосовуючи матеріалі* з відносно низькою свплочутлквісио (НИ-10-2 Дж/см1). але такі, що зберігають основні параметри запису більше 10 років. Взасшвою стаїз висока екологічна чистота реєструтого матеріалу. При ньому великі клас» реєструючих «хредопиіц (халг.когеніане скло, илівки гелура, багатьох органічних сполук э канцерогенними домішками) були вихлючемі і масового використання. При срахуванні актуаіьних вимог високої роздільної гіатиості середовища. високого співвідношення Сигнал шум. можливості реалізації шісокошвидхісного запису та технологічності одерлзьчія ссреаовиша виявляється, що не ззвжди вони можуть задогольнятись одночасно «ля хонхретних світлочутливих систем.

Метою ра5оти була розробха нових реєструючих середовищ для оптичного запису {«формації, йк» б задовольняли сучасним вимогам, та вивчення механізмів оптичного запису з них.

Дослідження проходили в рамках двох перспективних напрямків, що ахтигшо розвиваються з останній час. Перший - використання для нереверсивного оптичного запису тонких композиційних плівок типу «олімер+метат/налівпровідшта, в тому числі з суттєво неоднорідною структуро#» (пори, стовпчгиси) та матеріалів з ослабленими хімічними зв'язкам» типу аморфния іззозгкия натвпровідишнв. При цьому можливо досягти високої чутливості середосища при зберіганні його високої стабільності. Друга» напрямок - вивчення можливості використання тонких плівок полімерних рідхих христаліз (ПРК) як реєструючих СереЛОВИЩ; Цей нгпрямох вибрано виходячи з широкого втілення в практику їх низькомолекулярних аналогів та унікальної можливості "заморожуваний" структур, властивих ыезофазам, при

І-

склуїшіші полімеру, шо призведім і> до суттсиош иідшнценнм стабільності заннсу.

Дня дослідження рішоманіїних фаимшх структур в роботі розроблсіїо метол визначиш* глибшій рсдьсфу иоперхонь за дшюмоюм колімоиаінно »¿монохроматичною ііинроміню»ашш, що може знанні широке иикористаніш в різни* областях науки та техніки.

Наукова шнопяа ро&мн по.шгас в слідуючому:

• розроблено і докладно вивчено ішшій тин рессгруючих середовищ на основі нормально та похило напилених тонких плівок но.Гшсрі» з диснсріоі&ними чінтипкамн напівпровідників Иіі та Ос. Покаїаио, що в залежності від коїшснфаии ішшиншочич чметитж, іх фішчник ачасшвосіем, матеріалу підкдадкн, способу наннлеші» іа параметрі» затісуючого винромінвтннії можливо рсаиізуватн річні механізми запису (нлашіешш речовини іілііікн або її розтріскування, що су іі|нн»од жуються аблмпіоо, при низьких концентраціях частинок, спікшим зерен структури - ирм великих їх конисіираиіих та великій кількості мор, нрм записі випромінюванням середньої 14 області спектру - структурні зміни). Одержано як додатній, так і від'ємний контраст оптичною занксу. Запропоновані та ви вчені середовища за своїми основними параметрами відповідають сучасним вимоіам;

• показана можливість ддійснення оптичною запису інформації в тонких плівках шроіенізованого аморфною кремній» (а-Хі;Н) внаслідок виділення водиш, <ио прншошіь до утворення пухирці» та відшарування плівки від підкладки. Сносісріїилось зниження норму рельєфоутворенн* в такому середовищі;

- занропоноішю нове середовище на основі іребінкоиопібноіо І1НК і індукованою хояестеричною мезофаюю, світлому ГЛІШІСТЬ ЯКОГО забезпечується закручуючою домішкою. Оптичний занне в такому матеріалі шінсмютої за жниїн для ПРК механізмом, мкнн ноляїае в сьітяоіидукованій зміні кроку хшкхтсрич»ил спіралі та зсуві. смуга сслекшшіот відбисання; _ . . ■

- іаироіншовзно новий метод визначення лдм&шш рельєфу ін.ріокнчник структур, шо базується на використанні кодімоваиоіо нсмоиохромагмчною імііфоиішованка; в результаті Його реалізації ііроііе;;<чш аналіз «іеріоіінчішк сіруктур. : - .

: •• -2- - / ‘ 'У' '

Оїиомі вамшеяна pefnra, oso шкішкі из zaxtxr:

1. Топкі композиційні плівки нового складу (ііачімер+Gc, полімер+Sn), шо одержуються методом сумісного ос&іжувзшн із відповідного мономера я платі тліючого розряду є високоефективними реєструючими ссрелотніїзмн з тсшіояіім механізмом дискретного та голофафічіїого запису випромінюванням імпульсних лазерів в внличііі (полімер И3е) та широкій, включаючи ЇМ (nontMcpvSn), областях спектру з рекордними параметрами запису.

Механізм формування рельефу затежиіь віл сплачу композиції, матеріалу нглклхіки та параметрів записуючого випромінювання. При низьких концентраціях поглинаючих частинок рельсфоутвореиня відбувається внаслідок плавлення та розтріскування плівки, при збільшенні концентрації - внаслідок спікання зерен структури, для плівок на полістиролі кгастмве збільшення гористості, а при запису »»»промінюванням середньої J4 області спектру - збільшення розміру ісрсн.

2. В холестеричних ГіРК середогкк&х можливе кольорокс

содування оптичної інформації за рахунок керування смугою :елективного відбивання при сштлоіішукоазиих перетвореннях іакручуючої домішки, шо показано для ПРК акрилового ряду з «езогеншши бічними групами та закручуючою домішкою ряду 2-!риліден-п-ментан-3-оніз. .

Практична віникть робото. ,

' І. Запропоновані рееетруезчі еградезншз можуть , знайти «користання як середовища для систем у архівною пам"ятпо, іричому плівки полімер+Ge придатні для запису випромінюванням ругої гармоніки напівпровідникового лазера, а плівки типу юлімер+Sn - для запису стандартними системами випромінюванням апівпровілникевнх лазерів. • ’

2. Вивчення механізмів оптичного запису в тонких омпознційних плівках дозволяє оптимізувзти процес запису та ¡дібрати склад композита тахим чином, щоб при запису уникнути апливів матеріхпу та інших неоднорідносте» на межі записаної омітки та неекспоиованої ділянки плівки, що важливо для надійного готування;

3. Показана можливість створення нового реєструючого федовиша на основі ПРК, який при умові хімічного приєднання іітлочутливої закручуючої домішки до полімерного ланцюжка може

буїк иерсисктншиїм матеріалом для систем оптичної нам'яті та датчиків доз У«І» опромінення.

4. Розроблено мегод вивчення періодичних структур, за докомоюіо нкого можливим аналіз фазового- рельефа та швидкості його формування з високою точністю.

Достовірність наукових результатів полягає в тому, шо в роботі аналізуються експериментальні результати, одержані та допомогою перевіреної стандартної вимірювальної апаратури і уші; їжу кім;* з сучасними уявленнями про фізичні характеристики досліджених матеріалів. .

Особистім) мит автора по їш ас в створенні

експериментальних установок для досліджений характеристик оптичного запису інфорхіанії в томкик плівках та ГІРК-комірісах, а також аналізі рельефннх структур, проведенні експериментальних досліджень та чисельних розрахунків, інтерпретації разом з іншими співавторами результатів розрахунків та скснернмешів.

Структура їв о5*см роботи.

Дисертаційна робота склшасться з всіуиу. трьох розділів, додатку, висновків та списку шпованої літератури. Робота містить 135' сторінок машинописного тексту, в тому числі 5Я рисунки, 4 таблиці та 73 бібліографічні иосиланші.

Експериментальним результатам в кожному з розділів передує огляд літератури, що висвітлює стан имтанн*.

ЗМІСТ РОБОТИ

У егіуяі висеітлемо актуальність теми, а також сформульовано мету дисертаційної роботи, визначені її осмовні наукові та практичні результати, положення, шо витраться на захист.

Перший рггздія прлсЕ^чеііо вивченим нових реєструючих середовищ на всісові теикт композиційних плівок тику полімер ч мегад/напівирогідник. Оригінальна частина їлави включає результати л оптичних властисостеа та характеристик голої рафічного та дискретного запису інформації і тших композиційних шіівках з різноманішими ііоілиодшчяш) частинками (Аи. Ац, Си, $и. Се, Но, Іп), а також розглянуті мсб&щшз реяьєфзутворення в них.

Досліджені плівки одержувались ішшхом полімеризації в плазмі (діючого розраду різних мокгмеріс (бензол, хлорбензол, тіофен) та Одночасно і нею термічної» рошшдоиіа «сталу або напівпровідника. Тсхьолоіія осаїжусания дозволяла реалізувати як похиле, так і

нормальне напилення на пласкі скляні та почісгиролові підкладки. а та хол змінювати фактор наповнення матрнні частникам» і. (Плівки одержувались в Технічному університеті Хсмяітн-Ііоікау. Німеччина)

Дані електронної мікроскопії на пропускання сяілчаї ь, іио такі плівки при невеликих концентраціях метачу або напівпровідника (Г<0,3) складаються ч дрібних поглинаючих частнішк (10-100 ну) сферичної форми, рівномірно розподілених в полімерній млтрині (рис.І). При товщинах <1'-100 нм плівка, яшяє собою цвошімірму структуру: один шар частинок в полімер*. При збільшенні товщини плівки до 300 іш і більше частинки рошодтмш.сч по всьому об’ємі плівки. ¡Де ііі.ті пер.іжеію дослідженнями !л:скгрів поглинання плівок іюлімер+Дд, коли у ралі двовимірною розподілу частинок у вшшмій частині спектру чітко виділяється смуга аномального поглинання, яка характерна для всіх хомпозитів типу діелектрик+частинки благородних металів. При збільшенні фактору наповнення матриці поглинаючих«» частинками {Ы3.4> спостерігається структура типу лабіринта. а при ше більших концентраціях - інвертована система -частинки полі мера в матриці металу або напівпровідника.

Аналіз спектрів комбінаційного розсіювання плівок полімер+Яп не виявив смуг, які відповідають хімічним зв’язкам полімера з напівпровідником, що також підтверджує відокремленій полімеру від «еталу/напівпровідника.

Дослідження плівок за допомогою скануючого електронного мікроскопа показало, що прп низьхня концентраціях частинок (Г<0,3) юверхня їх дрібнозерниста, розмір зерна не перевищує 100-300 нм. Три збільшенні Г збільшується і розмір зерен структури (до 1-2 мкм), тлівка стає пористою (рис.2). Для плівок типу полімер+Зп характерне створення стовпчатої структури (особливо у випадку похилого іапилення) (рис.З). Таким чином, досліджені нами плівки мали •ркохкомпонентну текстуровану структуру: стозпчнш або зерна ;омнозиту з полімеру та частинок мсталу/иапівпрозідніїха, розділених ювітряними проміжками.

Загальний механізм взаємодії світла з такого типу композитом іазується на поглинанні випромінювання частинками, їх нагріванні та іередачі тепла легкоплавкій полімерній матриці. За рахунок такого іеханізму досягається висока світлочутливість, яка визначається исокими коефіцієнтами поглинання металу або напівпровідника та іизьким порогом фазових перетворень полімеру, а такогх висоха роз-

гшьна . здатність, аиа £измзчигє:м% шізьтчі* кисфіцієотгм:: •теплопередачі полімерної штршіі.

Спектральний діапазон чутливості визначається о 5->г,сї.з іюглипаиш миеріачу частино.-:. Ікми запропоновано два тиач иомнозипп - плів::и типу пошие^н-Се, чутливі ¿'а випромінювання йвдимої області спектру, і пош-мер+Зп, придатні для запису

гдшроміїшванням видимої, ближньої та середньої 14 областей

Сіїіктру. , ' '

Плівки полшер+Ое мають світлочутливість до запису

випромінюванним аадшмою діапазону спектру не ііршу за 0,01

Дж/см2, роздільну здатність до 2000 лін/мм, максимальне досягнуїе значення дифракційної сфе&тншасгі складало і)тах =30%.

При голофафічному записі и плівках з низьким амісгомСе (Г<0,3) відбуваться плавчгина речовини плівки. При записі б плівках з більше» концентрацию Ос (Г~0.б) механізм рельєфоупюреінш пов'язаний з плавлениям стовпчиків текстури - своєрідною фотоусадк-ою структури (рис.2).

Для створення матеріглу, чутливого до запису винромінктніїш широкого, б току „числі 14 діапазону світла нами було розроблено еередоБінце на основі тонкий ііліїіОк полімеру з частниками олова. Параметр» голографічного запису шшромшюваи>шм рубінового лаіера (Х*0,69 мкм) в пліз;;йх на склених підкладках сліпуючі: чутливість -

0,003 Дж/см2 дім гоіібох ¿«1 щи та 0,05 Д&&Ы2 для плівок сі— 5,3 м.*ім, роздільна здатність - 2С4Х) лін/мк. Пліски нй нолістнроііі маїЬс«: ч» порядок чутливіші, їх. шзднічна міцність вища. Композити з Зі. малть рекордні шргшгіри гзпмеу однрашнкгзашвш СС)2-лазера (а -10,6 мхкі): 'чутлвдість 0,£Й Д^/см1 при ір10% та розділиш! -щаГносп до .100 лін/мм. Ешюизд&іі та -чагтоткохонтргетш характеристики свідчать про достатній дншшічшзіі діапазон тшеу та високі значені» ї] з широкому частотному йІЕягзсяі. Безпосередні дослідження параметрів запису на і^-отаз? песты років, а також довгої рисале опромінення матеріалу гіогуягшм Не-Мг лазером свідчать про стійкість запису дг. багаторгзозога считування та зберіганню параметрів запису на п рото зі не менше десяти рокіа.

Дискретний запис ианіміровідннхоЕим лазером (Х= 0,83 мкм) ішявнв, ¡до ь процесі запису в шіівкзк з лазьким вмістом ояокд відбуваються змскшеїшз коефіцієнта відбивання майже на порядок, тобто, реалізується додатній контраст запису, а в товстих

Ч »* т * » * +

->**• Лу • #у> _«■ ‘

’•

V* - «♦'•

ÎJ. • ; Ч >

j *’ -• ■•»•.',,,:•• • ‘-'і =*•»;.**•*»

з.® ^л*.? -

О Л í-

frf

...vï

І ЇҐКМ

:с.л..^їр;

?

:, ' >1.г ■ - jjT ''•

i *’■' <\ ■• . K>,- . '■ ' ' 4.V, - • • ■ -.//■л--

T*r;?í» ■ (O

i-r-i::..' ' "•?.! -::.-

?v- --------- -

.......- - .* ;* - - - ‘ - > .—

л - sí 4. _

..............- tí

текстурованих плівках і великим вмістом Su - збільшення коефіцієнта відбивання, тобто, від'смшііі контраст. Тон самиіі ефект спостерігався при wiiiici рубіновим лачером. (і таких плівках було досижуто коефіцієнта модуляиіі до 50% та поротної чутливості 4.25 мВт. Плівки на полістиролі виявились на порядок чутливішими до запису напівпровідниковим лазером, ніж плівки на склі.

Іглсктроино-мікросконічнс вивчення* механізмів уїворени«-рельсфа в її пінках полімер*Su на склі виявило, іно при низькому вмісті олова (Г<0,3) та малих товщинах плівки (100-300 нм) нрн записі іолотрафічннх іраюк рубіновим лазером в областях максимумів інтерференційного ноия відбувається розтріскування плівки або її плавлення, внаслідок чою можуть утворюватись краплі рояілапу або скочування речовини м> країв розплаву. При записі и текстурованих (¡лійках з великим вмістом олова відбувасться роінлавлеиня стовпчиків структури та усадка речовин» нчівки, що ноіребус менших снерісгичних затрат. При записі иипромінюианням С'О.лазера шбуваїоіься також структурні зміни - зернистість вихідної дрібнозернистої плівки збільїпусіься. В результаті чаппеу рубіновим лазером в плівках з низьким вмістом оіоікі на полістиролі утворюються слабковідбишшчі щіткоподібні структури в ре$ульгагі виривання речошиш з борозни, а в плівках з високим вмістом -спікання пористої плівки з утворенням сильно підбиваючих ділянок.

Другий розділ присвячено вивченню голографічною таиису в плівках a-Si:H. Такі плівки можна віднести до матеріалів з ослабленими хімічними зв'язками: енергія Ь'і -lí -Si зв'яжу, властивою їм, більш як в гри рази менша за енеріім звичайною Si tl ш'я зку. За дономоіого массіїєктрометрнчннх методів іншими авюрами було показано, іно при лазерному опромінюванні з аморфних іазоианнх напівпровідників виділяються гази. Нами було показано, що при високих концентраціях водню (-20%) в нліиках aS¡:H запис юлотрафілних іраток може відбуватися з утворенням додаї нього рельїфа, тобто відбувається спучування поверхні плівки внаслідок un ділення газу (рис.4). Іінертія, потрібна для реалізації такою механізму запису маііже а два рай: менша за енергію, необхідну для нрониашиовашм плівки до иідкищіки (від'ємний рельсф). Дйсяшуто сні мочу с ливості 0,05 Дж/см2, ц~Ш% та родлільної тдатносіі до 2000 ніи/мм.

-а-

В третьому рої.іі.іі представлено результат досліджений ноною класу реєструючих середонніп - полімерних рідких кристалів з індукованою \о ісстеричною меюфаіою. Досліджене середовище МИЛИЛО СОПОК) 'ІОІІКІ ПЛІВКИ іребінконодібною ГІРК акриловою І »йду, молекули якою - лоті полімерні латної и, до яких через шучкі спснсери приїднині мезоіепні ірунн. Досліджений ПРК и інтервалі температур 40-12()'С с нематиком. При введенні в таку ПРК магрнцю закручуючої домішки ряду 2-арнліден-п-мептаіі-З-онів вдалося одержані індукований ПРК-хотестерик, довжина хвилі брсіінського відбивання якою визначається умовою і)Р=?.„ш. н - показник заломлення, Р - крок спіралі. Крок спіралі залежить від закручуючої ідашоегі домішки Ь та її концентрації с. Ьс=1/Р. Ііу.чо одержано матеріали, ши селективно відбивали світло червоною, зеленою та синього діапазоні» спектру. Наявність подвійного зв'язку в ломішковій молекулі вказус па можливісп. світлоіндуковапої Н /. ізомеризації. Порівняння спектрів К-ізомерів, Х-ізомерів та онромінеінінх Е-ішмерін показало, що при опромінюванні домішки світом синьою та ближньою УФ діамаіонів відбувається Н-7. ізомеризація молекул домішки навколо екзопиклічною подвійною зв'яжу, причому зиоропіін процес в 2-3 рази менш ефективний. Закручуюча здатність Е-і«(.мерів, введених в ріші РК матриці, а десятки разів виша за закручуючу здатність /.-ізомерів. Значне зменшення закручуючої здатності арнліденментанонів в результаті фотоізомеризаціі в індукованих холссгсричних РК призводить до збільшення кроку спіралі після опромінювання і зсуву смути бреіівською відбивання в довю.хвильону область. На цьому ефекті було засновано кольорове кодування інформації в індукованих ХПРК з світлочутливою закручуючою домішкою.

Для одержання ГІРК комірки матеріал наносили на скельця при температурі 80-І20°С, орієнтація бічних груп ’відбувалась при прикладенні зсувових нанрут, товщина (10-20 мкм) контролювалась за дономоюіо спейсеріи-кульок.

Мереверсииииіі оптичний запис поміток площею 2-100 мм2 проводився випромінюванням азотною (Х=0,3 мкм) та Не-С<1 (А.=0,4 мкм) лазерів. Густина потужності опромінювання складала 0,1-15 мВт/мм5, а час запису 1-30 хв. Було реалізовано два способи запису. Перший полягав в опромінюванні комірок, що знаходились при температурі існування мезофази. В цьому випадку в місці

опромінювання зрачка з'яичялссь пляма, то відбивала світло з більшого довжиною хвилі, »і»; са« зрачок. наприклад, в зеленому зразку з'являлась червона пляма. Гїрн охолодженні зразка ш;;*че температури склупання відбувалось “заморожування” нової оріснтанії бічних груп, і картинка зберігалась. Другий спосіб запису поляїпл в опромінюванні зразків,’ їцо знаходились при температурі ньжче-температурн склупання. В цьому тіпалку після опромінювання зразок не зміїпопап свій колір. Промвлешш запису можна було здійснити шляхом нагрівання зразка до температури мезофази. Після омолодженіш зразка проявлении запис зберігавсь п засклованому стані. В обох випадках величина зсуву смуги брегіва.ксго підбивати (колір записаної плями) залежала пій дози опромінювання, тобто від кількості Е-ізомсрів, що перетворились па Z-ізомери: ЛХ,„;01 = ncz /ЬЕ

- і - . _ » г>...л ч..:/,.'л............. .................• ' ; - - - -

ІІ|>М w»**' I U Vw.lVI4IU..lU10 J*., У lili. Iut.ll

- - ■» « %Г\ ___<Г ,................ *. »* .

■: — iv/UIV Ilwoivfe '■•AVlHrtU ¿4V?.vi i»i£ t\l I II vpv lIUl.i J i? ¿., О Ui *,

Іі.сн;рзст запису, ьимірлііміі ь uup<i;.»»p>»<j ¡¡о..«^.но»лно,-.1> складає 0, і (рис.5).

Було досліджено динаміку розкрутки холестеричної спіралі з ПРК. Для цього попередньо опромінені комірки вміщувались в піч, розігріту до температури мезофази, і стежили за зміною пропускані»: випромінювання Hc-Nc-лазера (>.=0,63 нм). Коли температура комірки досягала температури мезофази, розпочиналась розкрупса

холестеричної спіралі. Kp::sa пропускання ¿емір»*: глд часу ихк ихо ЕІдао~ідйй еглахжаху л:л;рг.. Г.р;; з5иг.и:с;;;;і

лі ^>0 J inn >'tv/..iba j I jr j Av'vi/I 1. .t і . vJ'»/I • I v4’»V *«;>. i » ‘ a Mi S»j

адбішта світло *.ч'^-сьої спйс.уу. Д.і» .¡--IQ :.:..м J.r,

•• і.ть б*.іл і з .ц.і.л ¿20 ..і..:.) ~ /jihji 2- ..¿к v сипьх.'.- .систур;. рл .. -

T-uai.r залроглшегзмо ті

c:.:-si hi^yarjiirre р;дг.070 xpnersay, :in::-y 2 „.-ру^л.;

ЯрлгЬсмо?.'» йіжЛ;:; eh ііилпд.

~■'''лт'г. TiiTiv СП"’*Т;': V'lZV^yC r4'-w-- " - ir .'Si

Мг^яіпчсгь zrjvyz^:":i Pll -с,;стур •;;; де:::ї..

с^лкгу, перішішо г::с--^г;• c^h;;o-j>"r:njsicr» ao.o ;срід йиьал

матеріалів па оскдг.і ПРК.- •

ч/

/л

/' *>

•

л.ИИ

Спиягра ;jpoiiy('¡!rnin-¡ ШК комі роя ло (і) v» після (Z) опро;;інелня Í À -0,3 икм, аоза 2 Дя/са'').

и.СіД

\ і ! Г

\ ' Î

\ .й ' ' І ) і

1 V ; S і і д /

í * І V

і ■\

а -X і ' «км

с. Cf я

Нпспусхаккя XíffW комі ¡.-о з г,-Д »0,6.1 «;зі) зід чїсу лі,опалення при T=ßQ“ü,

і. од.

‘/

J "і

і і

, х /чЛ /У\ /V .

Д VA у л í /ч4

/і/ Xy'ur’ Xv4 / 'U»

ч

З З ■

Г

í І

U

___ Jn____________ ______

150 ЬСО ~ ' Є>,С. ТСО “А.KM

•Л. Слоктрн jiyjj&osoro порпаку æîfpcrmiî зїд рвдьв^яої

ігдоктури (1,2) гс дікії Fîy‘i:sot

-г-',

ä(3).

В додатку описано новий метол визначення глибини речьєфу періодичних сіруктур, то базується на аналізі сисктріп пульпою порядку дифракції від структури. Метол »ідрнмясться піл раніше відомих використанням иемонохроматичіюіо колімоп.іного випромінювання. В спектрі нульового порядку дифракції віл періодично» структури з сталою в межах площі тестуючою пучка глибиною структури спостеріїається система неекпндистанпшх екстремумів інтерференції, то відповідають тіпалку, коли глибина рельефу дорівнює цілому числу довжин нанівхвиль.

Для перевірки запропонованої методики було досліджено періодичні структури, витравлені на кремнієвих пластинках (заготовки мікросхем). Глибини структури було визначено незалежним методом за допомогою мікроінтерферометра Ліпника. На протравлену структуру посилався холімований пучок білою світла віл лампи розжарювання. Світло, дифрагованс в нульовий порядок, розкладалось в спектр із допомогою дифракційної іраткн-репліки. а реєструвалось ПЗЗ-матрицею. Дія одержання реперних ліній використовувався спектр від ртутної лампи. На пластині закріплювалась діафрагма, що дозволяла досліджувати різні ділянки мікросхеми. В спектрі відбивання від структури спостерігались екстремуми, положення яких визначалось умовою кЯ/2=Ь, де Ь -глибина рельефа структури, Я - довжина хвилі випромінювання, к -ціле число. При переміщенні діафрагми по пластині виявилось, шо спектральне положення екстремумів змінюється (рис.7). Із розрахунків видно, що при глибині рельефа біля 4 мкм та зміні глибини на 0.2 мкм максимум однієї інтерференційної картини співпадає з мінімумом від іншої. Це було підтверджено експериментально. Чутливість методу дозволяє визначити глибину фазового рельефу ше точністю не гірше

0,1 мкм. .

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ.

1. Розроблено та досліджено реєструючі середовища на основі тонких полімерних плівок з диспергованими поглинаючими частинками (одержані методом сумісного осаджування в плазмі тліючого розраду органічних мономерів), які виявились високоефективними носіями для імпульсного нереверсивного запису інформації';

*■ плівки типу полімер-ЙЗе перспективні для нереверсивного запису інформації випромінюванням видимого діапазону спектра із

світлочутливістю 0,01 'Дж/см1, роздільною здатністю до 2000 лін/мм, г|1|их=30%. Голоірафічний запис в плівках з низьким вмістом Сій (Г<0,3) аідбуваст ься за абляиійним механізмом, при збільшенні фактора наповнений - пов'язаний з плавленням стовпчиків та зерен мікротскстури нлікки. .

-плівки чину нолімер+Зіі перспективні дня голоїрафічною та дискретного імпульсною запису випромінюванням пилимою та 14 діапазонів з рекордними параметрами запису: світлочутливістю 0,001 Дж/см2, роздільною здатністю 2500 лін/мм, г|„ых=?()г/«, контрастом 0;5. При малик факторах наповнення матриці оловом (С<0,3) в плівках на склі відбувається розтріскування та плавлення маїеріалу, при збільшенні концентрації ((>0,4) аблицііін! пронеси при шодить до усадки стовнчатої структури. Дчя плівок иа полістиролі з низьким вмістом олова (Г<0,3) спостеріїаеться додатній контраст запису, а дла плівок з високим (1>0,4) - від'ємний. В першому випадку відбувається утворення щіткоподібної структури в результаті виринання речовини з борозни, а в .труї ому - спікання пористої плівки і утворенням сильно відбиваючих ділянок. (Три записі довінми імпульсами випромінювання 14 області спектру відбувається збільшений зернистості плівки.

2. В тонкій плівках а-!м:Н одержано голографічний запне з

додатнім рельефом, який обумовлений спучуванням плівки газом, шо виділяється в процесі запису. Показано, ідо при реалізації такого механізму рельсфоутворення світлочутливість матеріалу зростає майже на порядок в порівнянні з випадком абляції. При цьому світлочутливість матеріалу складає 0,05 Дж/см2, роздільна здатність 2000 лін/мм, п,„ах=Ш%. ,

3. Розроблено нове світлочутливе середовище на основі гребіпкоподібиого ПРК акриловою ряду г світлочутливою закручуючою домішкою 2-ариліден-п-ментан-З-оиу, механізм запису в якому заснований на світло індукованому зсуві смуга селективного відбивання за рахунок зміни закручуючої здатності домішки. Світлочутливість матеріалу до випромінюішнш ближнього УФ діапазону при зсуві смуіи бреіівського відбивання на 100 нм складає 2 Дж/см2, контраст при счшуванні 0,1. .

4. Розроблено метод визначешш глибини рельєфу періодичних структур за допомогою немонокроматнчного випромінювання, який полягає в аналізі положення інтерференційних екстремумів спектрів нульового порядку дифракції від глибини структури. Завдяки аналізу

-ІЗ-

штсрферешппннх клргии. шо сформопаш ешфомтюкшшмм багатшх лпкжим xnii ib. точтси. тгшачсния глнбншг рслмфу »с lipitia гл 0.1 мкм.

Анробацм яатсргаду диссрташ* лЬч&укпась на V ВсесоюшШ коиферелпп "In'icpHx'Miii та »ictwi'iaitui фогшрафтп пронеси* (Су мзль. СРСР. 1988р.). Mi*»npo;iimî коифсрснцц и« комозшам (Москна, С1*С1\ 1990р.). International Conference on Holography, .Optical Recording and Processing of Information "Holography - 89" (Varna.Huli'aria.lW)). International Conference on Holography, Correlation Optics and Recording Materials (Chernovtsy. Ukraine, 1993). 5th International Topical Meeting on the Optics of Liquid Crystals (Hungary.- I ‘>93).

Результат роботи Вули опу&нковаж в таких npauax:

1. Savchuk A.V., Ssl'kova E.N., Scrgan T.A.. Heilniaim A. "Holographic recording in plasma polymer germanium composite films", Phys.Stat.Sol.(a). 122, N.I. K83-87 (1990).

2. Savchuk A.V.. Sal'kova E.N.. Scrgan T.A., Soskin M.S., Hcilmann A. 'A new recording medium based on thin stannuin-doped composite filins for laser pulsed information recording“. Optical Memory and Neural networks, 2, N.4. p.205-208 (1993).

3. Boiko N.I.. Kutulya L.A., Reznikov Ju.A., Sergan T.A., Shibacv V.P. "Induced cholesteric liquid crystal polymer as a new medium for optical data storage", Mo!.Cityst.Liq.Cryst., 251, p.3! J-3I6 (1994).

4. Голикова O.A., Мезаропша M.M., Салькова E.H., Савчук A.B., Серган T.A. "Голографическая запись в опенках a-Si:H\ УФЖ, 34, N.tO, с.1493-1495 (19S9).

5.. Савчук А.В., Салькова Е.Н., Сергеи Т.А. “Оптическая запись информации в композиционных топких пленках”, Жури. научи, прнкладн. фотографии, 38, N.1, с.20-31 (1993).

6. Акопян Т.А., Савчук А.В., Пешко И.И., Салькова Е.Н., Соскмн М.С. "Способ записи стационарных голограмм" А.с, 1457629, 1988.

7. Савчук А.В.,Салькова Е.Н.,Серган Т.А.,Кампфрат Г. "Носитель для записи стационарных голограмм" А.с. 1575757, 1990.

8. Савчук А.В., Салькова Е.Н., Серган Т.А., Лаврентович М.Д., Мисюра А.А., Хайльманн А., Хаманн К. "Материал для записи ИК-голограмм" А.с. 1827662, 1992.

9. Saveliuk A.V.. Sal’kova K.N., Scrgan T.A., Golikova O.A., Me/.drogina M.M. "New aspects of photothernial recording of infornulion in irrevetsible recording media”. Si'll:. Proceedings, 1183, p.90-95 (1990).

10. Savcbuk A.V., Salkova 1:.N.. Soskin M.S., Sergan T.A, Heilman» A. Thin polymer films with Sn as a new composite registration medium for laser pulse information recording'', SPlli, Proceedings. 2108, p.65-71 (1993).

11. Го.шкока O.A., Мезлрошна M.M., Салькова Г.Н., Савчук A.В., Ccpiau T.A. "Голографическая запись в пленках a-SirM", Препринт ИФ AM УССР. N.33, 10 с, (1988).

PilJtOMK

Cepian T.A. Оптическая запись информации а т-рсштрсивньсх юиконлеиочимх piswipjipys!>:tius средах. Диссертации на соискание ученой степени Kan.iti.iai а флзико-мшемашчееких паук по снспнцльноп н 01.04.07 - фишка твердою чела, Институз фи шкн НАИ Украины, Киев. 1995.

'Защищается $ научных рабог и 3 авшреких стиегельегиа, коюрые содержа! исследовании попых тонкопленочных регистрирующих сред дт оптической записи информации. Установлено, ни тонкие комнознннонные пленки ноною состава {ito.iHMcp+Cie, iio.iiiMepfSn) ивляннея тлеокозффсктивными регистрирующими средами с тепловым механизмом оптической записи и пучением импульсных лазеров в шынмон (нолимер+(к) и широкой, iiK.iK>4ax ПК (полимер+Sn) областях спектра с рекордными параметрами записи. Механизм рельс‘ф»обрак>ваш<и it pi. записи записи г как oi состава композит н материала подложки, так и riapaveipoH чаиисывакпиеш нздучешш. Возможна' реализация как абляционною механизма записи (нлаиленне, растрескивание пленки), гак и структурных преобразовании поверхности (спекание зерен сгрукзуры, увеличение зернистости ’ и пористости). В полимерных холестерических жидкокристаллических регистрирующих средах возможно светлое кодирование оптической информации ¿а счет управления полосой селективного отражении ПЖК при свсюинлуиироеашшх преобравдваииях закручивающем добавки, что продемонстрировано на примере. оптической записи в ПЖК акриловою рнда с мезогеипыми боковыми группами н закручивающей добавкой ряда арилиденментажшов.

Scrgan T.A. Optical recording «Г information in Irreversible registration media based on thin fihRs. Dissertation for the application for a scientific degree of a candidate in physics and mathematics, specialisation 01.04.07 - solid state physics. Institute of Physics, National Acadcmy of Scicnccs, Ukraine, Kiev, 1995. The results published in 8 scientific publications and 3 patents are defended. The thesises сомзіп the results of investigation of new registration media based on thin films for optical data storage. Thin composite polymer films doped with Ge and Sn are the high effective registration media with thenna! mechanism of holographic and digital recording by means of pulsed laser irradiation of visible (polymer+Gc) and broad including infrared (polymer+Sn) spectral regions. The mechanism of relief formation depends on composition content, substrate material and recording laser parameters. Besides ablation (melting and cracking), structural changes (increase in porosity and grain sizes, contraction of film structure) were induced by laser radiation. Colour coding of optical information in cholesteric polymer liquid crystal was shown to be possible by shifting the Bragg selective reflection band due to light induced changes of chiral dopant (2-atylyden-p- menihanc-3-on) introduced into acrylic side-chain polymer LC.

Клшчозі слоза: імпульсний оптичний запис інформації, тонкі плівки, композиційні середовища, полімерні рілхі кристали, світлочутливі лемішки, оптичний контроль паоерхоиь.