Влияние химического модифицирования полимерных подложек лазерных дисков нанометровыми оксидными слоями на качество оптической записи информации тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

л

На правах рукописи

Iг'

Мякин Сергей Владимирович

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОДЛОЖЕК ЛАЗЕРНЫХ ДИСКОВ НАНОПЕТРОВЫМИ ОКСИДНЫМИ- СЛОЯМИ НА КАЧЕСТВО ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 02. 00,04 - физическая химия-

АВТОРЕФЕРАТ, диссертации на соискалие ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственной Технологическом институте (технический унивгрситет)

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Корсаков Владимир Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Пучков Лев валерианович доктор технических наук, профессор Дульнев Геннадий Николаевич

Ведущая организация: ЦНИИКМ "Прометей"

Защита состоится 18 декабря 1997 г. в на заседании Диссертационного совета К 063.25.09 в Санкт-Петербургском Государственном Технологическом институте (техническом университете) по адресу: 193013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Технологического института (технический университет).

Отзывы на реферат в одном экземплярр, заверенные печатью, просим направлять в адрес института.

Автореферат разослан ноября 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

к.х.н., доцент

С.Г.Изотова

-3-

ОБЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Оптические запоминающие устройства являются одним из наиболее перспективных направлений в области хранения больших объемов информации области информационной техники, существенно превосходя магнитные информационные носители по емкости, скорости ьаписи, считывания информации и защищенности информации от механических повреждений, а также действия магнитных и электрических полей.

В процессе записи модулированный цифровым сигналом лазерный луч оставляет на активном слое оптического носителя след (пит), который затем можно прочитать, направив на него луч меньшей интенсивности и проанализировав изменение характеристик отраженного луча. В настоящее время реализована промышленная технология оптических носителей с постоянной сигналограмиой (СР ИОИ) . Вместе с те» при создании носителей однократной и реверсивной записи возникают проблемы, связанные с недостаточной иэу«-31р-ностью физико-химических процессов, протекающих при взаимодействии лазерного излучения с материалом носителя. В частности, при создании оптических дисков с металлическим регистрирующим слоем скорость записи лимитируется процессами термоокислитель-[.ой деструкции полимерных подложек.

Для решения этих проблем необходимо исследовать последова тельность стадий взаимодействия излучения лазера с оптическими носителями на полимерных подложках, используя методы регис-гра-- ции в процессе записи информации и разработать способы модифицирования поверхности полимерных подложек для предотвращения или снижения интенсивности десгрукционных лроцессов.

Рабгта выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Санкт-Петербургского государственного технологического института на 1994...97 гг. по научноиу направлению "создание функциональных композитов для электронной техники методами химии твердых веществ".

Целью работ является физико-химическое обоснование направленного регулирования параметров оптической записи информации на металлических пленках посредством синтеза манометровых оксидных слоев на поверхности раздела полимерная подложка-металл.

При этом решались следующие задачи: - сравнительная оценка металлических регистрирующих, слова».-

о данным термодинамических и" теплофизических расчетов;

- синтез нанометровых промежуточных оксидных слоев на подложках из полиметилметакрилата;

- исследование влияния состава и толщины промежуточного оксидного слоя на механизм и параметры оптической записи;

- выбор оптимальной толщины промежуточных слоев на основе диоксидов кремния, титана и ванадия по критерию максимального контраста записи;

- выработка рекомендаций по практическому использованию конструкции оптических дисков однократной записи с ианометровы-ии промежуточными оксидными слоями.

Научная новизна.

Впервые предложена, теоретически и экспериментально обоснована конструкция оптического носителя информации с промежуточными оксидными регистрирующини слоями между по.гчмерлой подложкой и металлическим регистрирующим слоем, обладающая улучшенными характеристиками записи и считывания информации вследствие предотвращения прямого контакта между расплавляющимся под воздействием лазерного излучения металлом и полимерной подложкой, а также ее химического пассивирования.

Установлен экстремальный характер зависимости оптического контраста и времени образования информационной зоны (пита) от числа циклов молекулярного наслаивания и толщины промежуточных оксидных слоев в структурах полиметилметакрилат (ПМИА)-И0г-И, пмма-яю2-Т1 и шда-тюг-уо2-т1ог-у.

С использованием теплофизической модели взаимодействия ла-1зерного излучения с веществом показано, что толщина промежуточных оксидных слоев, необходимая для предотвращения термодеструкции материала подложки, значительно превышает величины, экспериментально определение по критерию'максимума контраста. Это свидетельствует о существенной роли факторов, не связанных с процессом теплопереноса. изменением поверхностной энергии, реакционной способностью промежуточных слоев и потерями энергии лазерного излучения.

По данным эллипсометрических измерений обнаружено, что оптические характеристики поверхностного слоя ПММА гри синтезе ванадийоксидного слоя в вакуумном реакторе изменяются на глубину более 1 ни на каждый цикл молекулярного наслаивания вследс-

твие газовыделения из пгр и их частичным заполнением диоксидом ванадия в условиях вакуума, а также высокой реакционной спосоЗ-ности Ч0г, выступающего в роли катализатора окислительных поо-цессов в поверхностном слое полимера.

Методом считывания информации непосредственно в процессе записи определены временные характеристики основных стадий формирования пита (нагрев, плавление, испарение) в металлических регистрирующих слоях и стру .турах с промежуточными оксидными слоями.

Практическая значимость. Достигнуто улучшение параметров однократной оптической записи информации на металлических (Т1, V) регистрирующих покрытиях путем введения промежуточных оксидных слоев между подложкой и слоем металла. Полученные структуры состава ГШМА-БЮ2 -Т1, ПММА-Т102 -И, ПММА-Т102 -У0г -Та02-V п^и оптимальных толщинах (7,5 А для Эх02, 1,3 А ДЛЯ Тх02 ч 69,4 А для Ч0г ) позволяют соответственно на 2:>, 17 и 47 % повысить величину оптического контраста при записи ИК лазерным лучом (830 нм) по сравнению с исходными конструкциями ПМА-Т1 и ПММА-У.

К защите представляются следующие положения диссертационной работы:

- теоретическая оценка перспективности проводимого исследования на основе теплофизического расчета процесса формирования пита в оптических носителях информации с конструкцией полимерная подложка-металл и выбор оптимальных материалов металлического регистрирующего слоя;

- результаты измерений параметров лазерной записи (контраст, время образования пита) в структурах полиметилметакрилат (ПММА)-Т1, ПММА-У, ПМИА-310г -Г1, ПММА-ТЮг-Т1 , ПММА-ТЮг -У0г -ТЮ2 -V со сравнительной оценкой рассматриваемы., конструкций и определением оптимальных значений толщины промежуточных оксидных слоев, синтезированных на поверхности подложек ПММА методом молекулярного наслаивания.

- выводы о преимуществах предлагаемой структуры оптических носителей информации с промежуточными оксидными сбоями и рекомендации по ее внедрению.

Апробация работы. Результаты работы были преДставлены на 1-.1 Международной конференции по химии высокоорганизованных веществ и научным основам нанотехнологии (Санкт-Петер'ёург, 25 -

- ь -

2; июня иэбг.) и на научно-технической конференции аспирантов СПбТИ(ТУ) (Слнкт-Петербург, 1997).

Публикации. По результата» работы опубликованы 2 статьи и тезисы докладов на 2 конференциях.

объем и структура диссертации. Диссертация изложена па 87 стр. машинописного текста и содержит 10 рис. и 12 табл. Работа состоит из введения, 3 глав, выводов и списка литературных источников из 33 наименований.

СОДЕРЖАНКЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Теоретическое обоснование выбора материалов для металлического регистрирующего а промежуточного оксидного функциональных слоев

Модель, позволяющая проводить точный расчет тьпаофизических параметров процесса формирования пита в металлических регистрирующих слоях оптических носителей информации с использованием метода конечных элементов, была предложена в кандидатской диссертации А.Г.Емеиа,.выполненной в Санкт-Петербургском Институте Точной Механики и Оптики. В данной работе требовалось провести приближенную сравнительную оценку структур с различными металлическими слоями, вследствие чего для решения указанной задачи была выбрана упрощенная модель процесса взаимодействия лазерного излучение с веществом по методу полупространства, на основании которой могут быть решены следующие задачи:

1) определено значение температурногг поля в любой точке полупространства х в любой момент времени Т;

2) определена зона проникновения тепла, если источник энергии д0 является импульсным, и его действие заканчивается к некоторому моменту времени;

3) определено время, по истечении которого на поверхности тела будет достигнута за-.анная температура, например, температура плавления или сублимации.

Температура на поверхности тела определяется как 2 Ч0 2 Т

Т(0Д) ---ах + т0 = - Чо - + Т0 (1!)

Л X 71 Хер

где q0 - п.:отность потока анергии лазерного импульса;

X - длительность импульса;

Х,С,р - соответственно удельная теплопроводность, теплоем-

кость и плотность нагреваемого материала.

Время Т* , необходимое для достижения на поверхности заданной темпера!уры Т*, составляет

(Т' - Т0)2

' Т* = 0,785 Хер --(2)

Чо2

Введем понятие толщины прогретой зоны. Толщиной прогретой зоны х* будем называть толщину слоя вещества, на котором температура Т(х*, Т) - Т0 составляет заданную величину от температуры на поверхности, t.j.

Т(х* ,Т } - Т0 х*

Д = - = ЗС ierfc --(3)

Т(0,Т) - Т0 2 аТ

Задавая, в частности, значение Д=0,05 и используя таблицы ierfc (z), получим простое выражение для оценки толщины прогретого слоя х* j X* = 2,36 аТ* (4) В рассматриваемом случае термоперфорации слоя металла за условную температуру образования пита Т* примем среднее значение между температурами плавления и испарения металла: Тпл + Ти

т* = - , (5)

2

а плотность пптока энергии лазерного импульса

q=p/s (6)

где р - мощность лазерного импульса:

S=JTd2/4 - площадь пятна сфокусированного на поверхности лазерного луча.

В данной расчете диаметр пят..а принимается равным 1,47 икм, что соответствует параметрам используемой г эксперименте установки контроля оптических носителей информации.

Точное аналитическое описание процесса на второй, переходной, стадии затруднено," и в случае необходимости расчет может быть произведен с использованием приближенные и численных методов. На практике желательно сокращение длительности первой и второй стадий, что может быть достигнуто при увеличении мощности лазерного импульса.

Процесс образования пита характеризуется следующими основ-

ными параметрами:

1) тепловой уноса (затратами энергии на разрушение единицы массы вещества), которую можно приближенно описать по формуле:

Оу = ств (ТПЛ - то) + Спл + СуЛТи - Тпл) + % > ' (71

где С^-р , Сх - теплоемкости твердо-"' и жидкой фаз, Спл > Он " теплоты ллавления и испарения

2) скорость-уноса материала (образования пита)

д

V = --(8)

Оу Р

3) глубина образующегося пита

а 1

е = - 1п - ' (9)

' ' V Л

X То ' '

где Д= - , (10)

т * " то

Т - температура плавления (разложения) материала подложки (для ПММА Т = 473 К), Т0 = 293 К

4) время распределения тепла по радиусу

(расас!)

г

т. =

(И)

Рб СБ

где индекс а относится к свойствам металла, а б - подложки

Расчет проводился для алюминия, титана, ванадия, висмута и теллура на подложке из ПММА, а также для структур с промежуточными оксидными слоями ПММА-гаОг-Та, ПММА-.Г102-Т1 и ПММА-У02-V, использованных в экспериментальной части. В последнем случае рассчитывались значения толщины указанных оксидных слоев, необходимые для предотвращения термодеструкции полимерной продложки по критерию обеспечения н^ поверхности раздела оксидный слой подложка температуры меньшей по сравнению с температурой разложения ПММА, т.е. Т' < Т. Длительность лазерного импульса Т принималась равной 1 мкс, а модность р - 6,9 мВт (максимальное значение для использовавшейся в эксперименте установк").

Полученные результаты приведены табл.1 и 2.

11а основании проведенных расчетов ложно сделать вывод,

что по таким критериям, как минимальное время прогрева Т*, максимальная температура прогрева Т(0,1) и минимальные потери тепла Qy наилучшим материалом для светочувствительного слоя является висмут, далее, в порядке ухудшения значений указанных теп-лофизическнх параметров записи) - теллур, титан, алюминий, ванадий. Однако с точки зрения наибольшей глубины образующегося пита предпочтегче следует отдать, наоборот, алюминию, ванадию и титану. Кроме того, титан и пнадий обладают наибольшей устой-

Таблица 1

Результаты теплофизического расчета для структур ПИМА-металл

Металл Al Ti V Bi

т\к 1826,5 2900 2670 1122 1190

X* , мкм 9,3 6,3 б, г 5,8 15, 15

Т*, МКС J6 24 104 1,2 4,9

Т(0,Т),к 366,5 33 4 527 1145 735

Qy, кдж/кг 12260 12550 11967 1112,5 1862

V, м/с 0,11 0,20 0,14 1,05 0,91

е*ю4, и 1,4 1,1 ¿,1 0,14 0, 78

ts , мс 0,062 0, 055 0,22 1,25 0,011

Таблица 2

Значения толщины оксидных слоев, необходимые для предотвращения термодесктрукции подложки из ПММА

Структура Толщина слоя, А

nMMA-Si02-Ti nMMA-Ti02-Ti riMMA-V02 -V

74 47 155

чивостыо к окислению и вследствие этого ког"т обеспечить наибольшую архгвационную способность информационного носителя.

В данной работе с учетом указанных критериев и производственных возможностей в качестве материалов регистрирующего слоя были выбраны титан и ванадий.

Обоснованно введения промежуточных оксидных слоев

Одним из существенных недостатков трех-лойной конструкции оптического диска однократной записи, пригодящим к ухудшению параметров записи, является деструкция (отгорание) материала подложки при образовании пита, поскольку температура плавления металла значительно превышает температуру плавления (и термической и гермоокцелительной деструкции) полимера. Эго приводит к деформации диска вследствие гаэовыделения и затратам энергии лазерного импульса на разогрев и разрушение полимерного материала, г.е. к повышению затрат энергии на образование информационной зоны. Введение промежуточного тугоплавкого теплоизолирующего слоя должно привести к экранированию подложки от металлического слоя и предотвращению ее разрушения. Материалы таких промежуточных слоев должны обладать высокими значениями теплоемкости, низкой теплопроводностью и прозрачностью для излучения требуемой длины волны. Указанным критериям удовлетворяют диоксиды кремния, титана и ванадия, что и определило их выбор в качестве материалов для промежуточного слоя. Кроме того, необходима сптимизация толщины промежуточного слоя, поскольку при ее увеличении, с одной стороны, повышается качество записи за счет увеличения теплоизолирующего эффекта, а, с другой стороны, возрастают потери энергии записывающего лазерного импульса на поглощение и рассеяние материалов подслоя. Вследствие этого предъявляются особые требования к летоду синтеза таких промежуточных слоев, который должен обеспечивать хорошую воспроизводимость и возможность прецизионного контроля толщины. С учетом указанных требований в данной работе при синтезе промежуточных оксидных слоев на полимерной подложке использовался метод молекулярного • наслаивания, основанный на послойном замещении поверхностных функциональных групп и позволяющий регулировать толг.ину синтезируемого покрытия с точностью до монослоя структурных единиц вещества, т.е. до нескольких ангстрем.

Синтез оксидных слоев методом молекулярного наслаивания (ИИ)

Синтез слоев диоксидов кремния и титана на поверхности подложек из ПММА осуществлялся по схеме:

=С-ОН

гс-ОН

+МеС1д

ЗС-О С1 \ /

Ме

ЧС1

+Н20

-С-0 он \ /

Ме

ЕС-0 он

+МеС14

гс-ОН -11С1 ^с-о С1 -НС1 ЗС-О ОН -НС1

Ч / N /

Ие Ме

/ \ , /V

-С-ОН =С-0 С1 гс-0 ОН

=с-о \ ✓

Не / \ • = С-0 О ч

-> Ме -♦ . . .

/

эс-0 О \ / Ме / \

=с-о О С1 \ / Ме

••/ ЧС1

Синтез слоев 3102 и т1о2 осуществлялся в реакторе проточного типа, сов?1ещенньш с лазерным эллипсскетрок для контроля толщины МН-слоеа.

В случае диоксида ванадия, обладающего высокой способностью к окислению с переходом в малопроэрачный Уг05, синтез проводился в реакторе молекулярного наслаивания вакуумного типа Для предохранения слоя Ч0г от окисления он с двух сторон экранировался слоями Т10г , ¡1 полученная структура ни ела вид ПММА-Т10г -У02 -Т102 .

В ходе эксперимента были получены образцы с различным количеством циклов проведения реакции МН. Толщина синтезируемых слоев измерялась эллипсоматрическин методом, а функциональный состав поверхности - методой спектроскопии МНПВО. Анализ спектров, полученных в процессе синтеза титаноксидиого слоя на стадиях обработки парами Т1С14 и гидролиза (рис.1), показывает, что в результате синтеза монослоя титаноксидных структурных единиц на поверхности обрабатывеной подложки практически пол-

ностью исчезают реакционн"СПособные кислородсодержащие группы, дгющие максимумы поглощения в области 1800 - 1100 см-1 . Этот фактор может н/рать существенную роль в снижении интенсивности процессов териоокислителыгой деструкции, поскольку в условиях замкнутого объема без доступа кислорода основной г.зханиэм тер-моокислигельных процессов связан с образованием перекисных и гидроперекисных радикалов в поверхностных кислородсодержащих группах.

Влияние промежуточных ог сндных слоев на качество оптической записи

После проведения синтеза оксидных слоев на поверхность образцов наносились слои металла методом магнетронного распыления. Нанесение металла проводилось автором работы на НПО "Авангард" с использованием установки типа Е.еуЬо1с1 Негаеиз г\Г-1200-. В результате были получены следующие три серии образцов с промежуточными оксидными МН-слоями:

■ 1." ПММА - п слоев ЗЮ2 - 11(300 А) , п = 1,2,4,6,10

2. ПММА - п слоев ТЮ2 - Т1(ЗООА), п = 1,2,4,6,3

3. ПММА - 1 слой ТЮ2 - п слоев У0г - 4 слоя ТЮ2 , п = 1,2,4,6,8

Полученных образцы исследовались на установке контроля оптических носителей информации "Полюс", имитирующей режимы записи, воспроизведения и стирания, соответствующие режимам реального дисковода без предварительной разиетки носителя информации нз образцах любых размеров и формы, толщиной подложки 1,2 ± 0,1 мм. Основными параметрами, ' характеризующими качество записи, являются оптический контраст, определяемый как относительное изменение коэффициента отражения в месте образезания пита (К) по сравнению с первоначальным отражением от ненарушенной поверхности (1?о)

и время формирования пита Т, являющееся важным фактором, определяющим возможность записи информации в реальном масштабе времени.

РИС.Т. Спектры ШПВО подложки ПММА на различных стадиях ее подготовки и синтеза МН-слоя Т102 а - исходная поверхность, б - после обработки в - после гидролиза

Запись осуществлялась лазерным лучом с длиной волны 830 нм, мощностью записывающего импульса 6,9 мВт (максимально возможной для используемой установки) и длительности 2 мкс. Результаты измерений оптического контраста в зависимости от природы и толщины промежуточных оксидных слоев приведены в табл.з.

Как показывают данные результаты, зависимость оптического контраста от толщины промежуточного оксидного слоя во всех случаях носит экстремальный характер. Для структуры ПИМА-Б102-Т1 максимальное значение контраста достигается при 4 циклах Ы1 (толщина слоя 3102 , рассчитанная по результатам эллипсометри-ческих измерений, составляет 7,5±0,8А), для ПММА-Т102-Т1-1 цикл

МН (1,3±0,2 А) и для ПММА-ТЮ2-У02-Т102-V- 4 цикла МН ТО2 без

в

учета дополнительных слоев диоксида титана (6Э,4±3,7 А). В последнем случае измеренные эллипсометрическим методом значения толщины, слоя \/02 являются сильно завышенными по сравнению с теоретическими, определяемыми размерами ванадийкислородного тет-раэдпа. Это объясняется тем, что. поскольку из-за нестойкости диоксида ванадия к окислению в данном случае синтез слоя осуществлялся в реакторе молекулярного наслаивания вакуумного типа, псаученная с использованием эллипсометрического метода средняя толщина, равная 69,4 А, не соответствует действительной' толщине оксидного слоя, а отражает лишь толщину слоя с измененными отражательными характеристиками вследствие газовыделения из пор, частичным их заполнением диоксидом ванадия и структурной перестройкой приповерхностного слоя полимера в условиях вакуума. Кроме того, в отличие от 31о2 и т1о2, диоксид ванадия является реакционноспособным соединением и может выступа'ть в роли катализатора окисления полиметилиетакрилата, что также сгособствует изменению структуры поверхностного слоя полимера. При дальнейшем увеличении толщины НН-слоев во всех случаях наблюдается снижение контраста, что может объясняться поглощением лазерного излучения материалом оксидного слоя.

Таблица 3 Зависимость оптического контраста от природы и толщины промежуточных оксидных слоев

N Материал Кол-во Средняя Металл Оптический

образца оксидного циклов толщина контраст*

слоя МП слоя ,А К, %

1 ( контрольный О

образец)

2 3102 1

3 " 2

4 " 4

5 " ' б

6 " 10

7 Т10г 1

.8 . ". 2

9 " 4

10 " 6

11 ' " 8

12 (контрольный образец) О

13 Ч0г 1

14 (с защитными 2

15 слоями Т102) 4

16 . " б 17 " а

О Т1 40,2

2,0 " 45,3

3,9 " 48,4

7,3 " 52,0

11,4 " 29,3

19,2 " 19,2

1,3 " 47,1

" 3 9,8

4.0 " 35,2 6,2 " 31,6

9.1 • " 20,3

О V 43,1

(1.1)17,5(3.,9)" " 43,9 (1,3)27,!(.'',8) *' 50,2

(1.2)69,4(4,0) " 63,5

(1.3)97,9(3,9) " 53,0 (1,3)126,8(3,8) " 42,4

* - усредненные значения по выборке из 10 образцов со сред-неквадратическим отклонением б - 9% от измеряемой величины.

** - в скобках указаны средние значения толщины дополнительных .слоев Т1ог

Исследование динамики образования информационной зоны.

Исследование дииаьики формирования информационной зоны (пита) в металлическом регистрирующем слое при воздействии на него лазерного излучения проводилось методом считывания непосредственно в процессе записи с регистрацией изменения коэффициента отражения на цифровом осциллографе. Считывание отражаемого сигнала осуществлялось в течение 10 мкс пои различных мощностях записывающего лазерного иипульса на образцах ПММА-п3102-Т1.

Кривые, рассчитанные по данный полученных осциллограмм и показывающие динамику изменения коэффициента отражения в процессе формирования пита, приведены для для образцов с различной толщиной слоя 3102 (рис. 4). Анализ полученных данных позволяет довольно четко выделить следующие стадии образования пита:

1) Лазерный нагрев (характерное "плато" на графике) без изменения отражения.

2) Последовательные фазовые переходы И((Х)-Т1(Р) и плавление титана при температурах соответственно 883 и 1670 °С, сопровождающиеся увеличением коэффициента отражения вплоть до максимума .

3) Счижение коэффициента отражения вплоть до выхода на насыщение, что свидетельствует об образовании пита. Эта стадия становится заметной при мощностях, превышающих пороговую, т.е. 1>ЗмВг. При меньших мощностях образовани.: пита не происходит.

Ы

о г ч б г>«

рис.2. Динамика изменения коэффициента отражения а структуре пмиа-з102в зависимости от толщины промежуточного слоя вЮг

Длительность отдельных стадий и общее время образования пита снижаются с увеличением мощности лазерного импульса. Введение промежуточных МН-слоев 31о2 оказываем влияние на конечное значение коэффициента отражения (при насыщении) и, как следствие, на контраст, а также на длительность главным образом завершающей стадии формирования пита. Значения времени образования пита при различных значенпяхтолщины МН-слоя приведены в табл. 4.

Таблица 4

Время образования пита в системе ПММА-ЗЮг -И при различной толщине промежуточного МН-слоя 310г

Количество Средняя толщина Вре.мя образования

циклов МН слоя 3102 , А пита* , мкс

0 0 4,8

1 •2,0 4,6

2 3,9 4,4

4 7,5 3,9

6 11,4 6,8

10 19,2 6,3'

* - усредненные значения по выборке, из 10 образцов со среднеквадратическим отклонением 2,5 - № от измеряемой величины.

Как показывают данные результаты, з случае слоя ЭЮз, соответствующего 4 циклам ИН наблюдается не только наивысший контраст, но и наименьшее время образования пита.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически и экспериментально'обоснована новая структура оптического носителя информации с промежуточными оксидными слоями между полимерной подложкой и металлически!, регистрирующим слоем, повышающий качество записи информации, в частности, в результате снижения интенсивности деструкционных процессов ни поверхности раздела металл/полимер.

2. Па основе модели процесса теплопереноса при враимодейс-

твии лазерного иэл> чения - материалом регистрирующего слоя проведена теоретическая оценка параметров оптической записи информации на различных металлических регистрирующкх слоях и 'в структурах с нано^етровыни промежуточными оксидными слоями. Показано, что полное предотвращение термодеструкцин полимера в структурах riMMA-SiOg-Ti , ПММА-TiOg ~Ti и I7MMA-V02-V достигается при толщине указанных оксидных слоев соответственно 74, 47 и 155 Â.

3. Методой молекулярного наслаивания осуществлен синтез манометровых оксидных слоев в реккторах проточного (Si02, Т1о2 ) и вакуумного (V02) типа на подложках оптических дисков из полиме-тилметакрилата с чередованием слоев различного состава и прецизионным эллипсометрическим контролем толщины.

4. Методом считывания информации непосредственно в процессе записи с использованием установки, позволяющей регистрировать изменение коэффициента отражения в реальном масштабе вреиени, определены временные характеристики основных стадий формирования' информационной зоны (пита) (нагрев, плавление, испарение) в металлических регистрирующих слоях и структурах с промежуточными оксидными слоями.

5. Установлен экстремальный характер зависимости оптического контраста от количества циклов молекулярного наслаивания и толщины промежуточного оксидного слоя. Максимальный контраст для структур riMMA-Ti02 -Ti И ПММА-SiOg -Ti превышает контраст исходной структуры ПММА-Ti соответственно на 17 и 29% и достигается при средних значениях толщины оксидных слоев 1,3 и 7,5 А (1 и 4 цикла молекулярного наслаивания). Эти значения, существенно меньше рассчитанных по теплофизической модели, что свидетельствует о существенной роли факторов-, не связанных с процессом теплопереноса: изменением поверхностной энергии на границе раздела, реакционной способностью промежуточных (особенно вана-дийоксидных) слоев и потерями энергии лазерного излучения р промежуточном слое.

6. По данным ИК-спектроскопии МНПВО, при молекулярной наслаивании диоксида титана происходит удаление из поверхностного слоя ПНМА ргакционноспособных кислородсодержащих функциональных групп, что можог приводить к снижению скорости и интенсивности термоокислительной деструкции и повышению качества записи.

7. Показано изменение оптических характеристик поверхностного слоя ГШМА при синтезе ванадий-оксидного слоя в вакуумном реакторе на глубину более 1 нм на каждый цикл молекулярного наслаивания. Для структуры ПНМА-Т10г-V02-Tlo2-V максимальный контраст достигается при использовании 4 циклов молекулярного наслаивания ваНадийокоидного слоя и превышает контраст исходной структуры ПММА-U на 47%. При этом средняя толщина слоя по данным эллипсометрических измерений составляет 69,4 Â.

8. Установлено, что зависимость времени образования пита (соответствующего максимально возможной скорости записи информации) от числа циклов молекулярного наслаивания (и толщины промежуточного оксидного слоя) имеет экстремальный характер. Для структуры ПММА-SiOg-Ti минимальное время образования пита наблюдается при 4 циклах молекулярного наслаивания (средняя толщина кремний-оксидного слоя 7,5 Â), что совпадает с оптимальным значением по критерии максимума контраста. Снижение времени образования пита имеет существенное значение для повышения скорости задней информации вследствие уменьшения скважности записывающих лазерных импульсов.

9. Полученный положительный эффект позволяет рекомендовать рассматриваемые структуры как перспективные для разработки оптических носителей однократной записи с высокими техническими характеристиками. На оборудовании Санкт-Петербургского Технологического института и НПО "Авангард" изготовлены экспериментальные образцы оптических носителей предложенной структуры, параметры записи на которых подтвердили результаты исследования . " •

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах: 1* Мякни C.B., Еиец А.Г., Велютин Л.П. Химическое конструирование контактных твердых соединений в оптических регистрирующих средах // Тез. докл. 1-й Международная конференция по химии высокоорганизованных веществ и научным основам нанотехноло-гии (Санкт-Петербург, 25 - 28 июня 1996г.)

2. Малов С.Н., Велютин Л.П., Корсаков В.Г., Мякин C.B. Исследование динамики формирования информационного элеменча (пита) в термооптических носителях // деп. ред. ж. прикл. химии N 806-В97 от 17.03.1997.

3. Мякин C.B., Мэлоб С.H., Емец А.Г., Корсаков В.Г.,,Иван-чев С.С., Венотин Л.П. Влияние модифицирования оптических носителей нанометровыми оксидными пленками на качество лазерной записи информации // деп. ред. Ж. прикл.химии N S07-B97 от 17.03.1997

4. Повышение качества лазерных дисков посредством синтеза сверхтонких оксидных слоев на полимерных подложках методом молекулярного наслаивания// Тез. докл. Научно-техническая конференция аспирантов СПбТИ {Санкт-Петербург, 28 мая 1997г.), т.1, с.43.

I4.II.97 Зак 170-ùQ РТП ИК СИНТЕЗ Ыосковсюй пр.,26