Brevet FR2325150A1 — publié le 19770415

L'invention concerne une mémoire optinue. for- mée à partir d'une couche du type Te-X, X étant ni élé:nent des colonnes III, IV ou V de la classification nériodique, la compo- sition de ce mélange étant voisine de la composition eutectique, ce mélange pouvant être dopé par un autre élément X'. De telles mémoires optiques du type Ge-Te sont parfaitement connues de l'art antérieur et peuvent servir ô la memorisation d'informations, par action directe d'un faisceau laser, permettant de passer réversiblement d'un état cristallin, en un état amorphe. La lecture de l'information s'effectue optinueinent, en transmission ou en réflexion, à tartir du contraste qui existe entre les différentes parties de matière à ltétat cristallin ou amorn;he, le corfficient d'absorption étant généralement plus important à ltétat cristallin. La présente invention a pour but de définir les conditions qui permettent d'obtenir une mémoire rapide à définition et contraste optique élevés. ~ Conformément a l'invention, ladite mémoire og- tique est caractérisée en ce qui'elle comprend des moyens pour accroître sa rapidité, et/ou des moyens nouer augmenter le contraste optique. La description suivante, en regard des dessins annexes, fera bien comprendre comment l'invention peut être realisée. La figure 1 représente une. memoire optique suivant l'art antérieur. Les figures 2 à 5 représentent des perfectionnements apportés aux mémoires optiques. Le dessin suivant la figure 1 représente un sub strat 11, sur lequel est déposée une couche active, en ltétat amorphe 12, ou en ltétat cristallin13. La composition du mélange formant la couche ac tive est celle de l'eutectique, ou est voisine de l'eutectique, pour les systèmes Te-X, où X est un élément des colonnes III, IV ou V de la classification périodique. Lorsqu'elles sont à ltétat amorphe, ces compositions présentent par chauffage dans une gamme de température de 500C au-dessus du point de ramollissement, une précipitation de tellure cristallin qui, par suite de la viscosi té élevée, conduit à des grains dont la taille est aussi petite que 300 . Il est possible d'obtenir en couche mince, aprés inscription, en mode directe ou inverse, une définition des spots voisine de 500 , ce qui permet le stockage d#informations aussi bien analogloues que digitales. Par mode direct, on entre le processus de démixion du tellure sous forme cristal ] ine (1is la couche amorphe, au cours du chauffage du matériau par l'impul- sion lumineuse, a une température comprise entre le point de ramollissement et le point de fusion du matériau.Par mode inverse, on entend le processus de fusion de la couche primitivement cijs tallisee au cours du chauffage du matériau nar l'impulsion lue neuse puis l'amorphisation du spot fondu au cours du refr iflisse- nnent a vitesse élevée. En outre, l'information, apyres une inscription en mode direct, est dans ce cas complètement effaçable car l'ho- mogénéisation du liquide ne nécessite pas de migrations atomiques sur de grandes distances ; de plus les propriétés optiques du na- tériau, après amorphisation, sont les mêmes qu'avant inscription. En revanche, après inscription en mode inverse, l'effacement ne peut être complet que si la densité, la taille et même l'orienta- tion des grains de tellure est rigoureusement la même que dans la matrice. C'est pourquoi il faut distinguer deux cas Premier cas Si l'on désire effacer l'ensemble des informatons stockées dans la mémoire, on prépare celle-ci - soit par évaporation du matériau sur un substrat a une température ne dépassant pas 500C au-dessus du point de ramollissement, - soit par recuit ultérieur dans une enceinte isotherme à la même température. De façon à ce que la démixion du tellure soit complète, il faut que la durée d'évaporation dans le premier cas ou de recuit dais le second cas soit au moins égale à 15 mn.L'effacement global et complet de la mémoire pourra alors être réalisé dans l'enceinte isotherme avec les mêmes conditions de température et de durée. Deuxième cas Si l'on désire effacer une partie seulement de la mémoire, il est nécessaire d'utiliser un faisceau laser pour cet effacement. Dans ce cas, il est préférable de préparer la mémoire tout d'abord sous forme amorphe puis d'induire la précipitation du tellure a l'aide d'un laser dans les zones qui serviront ultérieurement å ltécriture en mode inverse. Après e'crîture, l'effacement pourra être obtenu à l'aide du premier laser et dans les memes conditions que celles qui ont servi à preparer la mémoire avant inscription. Dans les deux cas, et conformément à l'invention, on peut augmenter la cinétique des transformations et améliorer leurs perfections sans diminuer le contraste optique si des sites de nuclôation existent dans ou à la surface des spots amorphisés. Ces sites peuvent être des noyaux de tellure, résidus de grains non complètement fondus dans le cas où, compte tenu de lténergie interfaciale entre le matériau amorphe et les grains cristallins, la puissance du faisceau laser est ajustée de telle façon qu'il y ait fusion superficielle de chaque grain sans qu'il y ait fusion en volume. Ces sites peuvent être également des particules étrangères non réactives avec le matériau sensible (carbone, métaux...) et de dimensions inférieures ou égales à 100 A, déposées pendant ou avant l'évaporation du matériau sensible suivant qu'on désire placer ces noyaux à l'intérieur meme du matériau ou seulement à l'interface avec le substrat. Le contraste optique en réflexion pour une orientation quelconque des cristallites de teIlureest voisin de 35%. Cependant,dans le cas d'une inscription en mode inverse, il est possible d'augmenter cette valeur en préparant la couche sensible de façon telle que les grains de tellure, de symétrie hexagonale, aient tous l'axe c dans le plan de la couche et en lisant l'information en lumière polarisée. Il a en effet été démontré que la réflectance du tellure monocristallin est plus élevée lorsque le vecteur champ électrique des photons est parallèle à l'axe c que quand il est perpendiculaire à cetaxe.Une blle des grains de tellure peut être obtenue soit par évaporation, soit par pulvéri- sation du matériau sur un. substrat chauffé à une température ne dépassant pas Tg + 200C, où Tg est le point de ramollissement du matériau; soit par recuit ultérieur dans une enceinte isotherme à la meme température. Dans le cas d'une inscription en mode direct, la précipitation des grains de tellure est généralement aléatoire si bien qu'il ne semble pas possible que le contraste soit supérieur à 35% dans ce cas. Il est évident que la mémoire peut être utilisée uniquement comme mémoire morte. Dans ce cas, on peut augmenter utilement le contraste aussi bien en transmission qu'en réflexion, en déposant un revetement réfléchissant, un métal par exemple, sur les parties cristallisées. Ce déport peut se faire par électrolyse, étant donné que la conductivité des parties cris tallisées est plusieurs ordres de grandeur plus élevée que celle des parties amorphes. Ainsi, la figure 2 est une coupe schématique d'une mémoire optique perfectionnée selon l'invention, et comprend un substrat 21 sur lequel est déposéeune couche active, en son état amorphe 22 ou cristallisé 23, les parties cristallisées étant recouvertes d'une couche réfléchissante 24. Il est également possible d'augmenter le contraste en gravant sélectivement la. mémoire par- dissolution chimique ou anodique des spots cristallisés après inscription en mode direct d'une couche déposée sur un substrat fortement réfléchissant ou dès spots amowphisés après inscription en mode inverse d'une couche déposée sur un substrat faiblement réfléchissant (carbone pyrolytique par exemple). La présente invention concerne également les mémoires optiques telles qu'elles ont été décrites ci-dessus, mais recouvertes d'une couche protectrice transparente pour leslon- gueurs d'onde utilisées pour l'écriture et la lecture ; cette couche peut être de la silice déposée par pulvérisation cathodique ou au canon à électrons ou du carbone déposé par étincelage. L'épaisseur de cette couche d'encapsulation est calculée pour que les pertes par réflexion du faisceau d'inscription sur la surface de la couche sensible soient minimisées. Selon une formule bien connue, ltépaiseeur de la couche doit alors être égale au rapport de la valeur de la longueur d'onde, sur le double de la valeur de l'indice de ladite couche. Il en résulte une augmentation de la sensibilité effective du dispositif d'inscription, mais aussi une diminution des déformations qui se produisent immanquablement au cours de l'inscription par suite de la diffé rence de densité entre le at--riau amorphe et le matériau cristal lisé.C'est pourquoi l'encansulatjon stabilise mécaniquement i mémoire, ce qui permet d'augmenter le nombre de cycles. Enfin, la présente invention cocer-ie les mémoi- res optiques telles qu'elle ont été décrites ci-tessus, mais déposées sur un substrat transparent, l'épaisseur de - couche dépo- sée étant supérieure ou égale à l micron, de telle maire oue par irradiation lumineuse à travers le substrat, la transtormation, aussi bien en mode direct qu'en mode inverse, reste confinée a l'interface avec ledit substrat. La zone inscrite est ainsi auto matiquement encapsulée, et il n'y a plus de déformations possibles. La figure 3 représente ainsi une telle Mémoire optique pour une inscription en mode direct. Sur ut substrat transparent 31, est déposée une couche épaisse, sous une forme amorphe 32. Par inscription a travers le substrat, la zone transformée 33, on l'état cristallin, a une épaisseur inférieure a celle de la couche déposée. D'une manière générale, l'épaisseur de la zone transformée est sensiblement égale à l'inverse du coefficient d'absorption &alpha;, pour la longueur d#onde considérée. L#épaisseur est par exemple égale à 1000 pour un coefficient d'absorption 5 -1 - 10 cl (domaine visible et UV du spectre). La lecture peut se faire aussi bien par transmission, que par réflexion avec une longueur d'onde appropriée (domaine infrarouge du spectre). Dans le cas de l'inscription en mode inverse, l'épaisseur de la zone transformée est inférieure, car le coefficient d'absorption est plus élevée lorsque le milieu est cristallisé. La lecture ne peut se faire qu'en réflexion à travers le. substrat en utilisant une longueur d'onde appropriée. La figure 4 représente une telle mémoire optique, pour une inscription en mode inverse. Sur un substrat transparent 41, est déposée une couche épaisse, sous forme cristallisée 43. Par inscription à travers le substrat, la zone transformée 42, en l'état amorphe, a une épaisseur inférieure à celle de la couche déposée. La figure 5 est une variante de la situation précédente, qui permet de lire également on transmission. Sur le substrat 51 initialement chauffé, une couche de matériau en l'état cristallisé 53, d'épaisseur sensiblement égale à 1000 est déposée par évaporation, puis le dépôt se continue après refroidissement du substrat jusqu'à la température ambiante, pour former une couche de matériau en état amorphe 52. L'effacement global de cette mémoire dans une enceinte isotherme et son recyclage pour une nouvelle lecture en transmission est bien sûr impossible: il est nécessaire d'utiliser un laser pour l'effacement, de longueur d'onde telle que la nucléation du tellure se fasse dans le plan de la couche primitivement cristallisée. Notons que le même laser peut être utilisé avantageusement pour préparer la mémoire avant inscription en mode inverse, dans les conditions qui ont été définies ci-dssus pour l'inscription en mode direct. L'effacement, avec le même laser, est alors plus facile. REVENDICATIONS : 1. Mémoire optique, formée à partir d'une couche du type Te-X, X étant un élément des colonnes III, IV ou V de la classification périodique, la composition de ce mélange étant voisine de la composition eutectique, ce mélange pouvant être dopé par un autre élément X', caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour accroître sa rapidité et/ou des moyens pour augmenter le contraste optique. 2. Mémoire optique, selon la revendication l, caractérisée en ce que les moyens pour accroitre sa rapidité consistent en des germes de cristallisation. 3. Mémoire optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les germes de cristallisation sont des grains métalliques ou de carbone, de diamètre généralement inféreur à 100 . 4. Mémoire optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les germes de cristallisation sont des grains de tellure, sous forme cristalline. 5. Mémoire optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour augmenter le contraste optique consistent en ce que les grains de tellure ont leurs axes cris tallographiques c disposés dans le plan de la couche. 6. Mémoire optique selon la revendication t, caractérisée en ce que les moyens pour augmenter le contraste optique consistent en un dépot électrolytique d'une couche réfléchissante sur les parties cristallisées. 7. Mémoire optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour augmenter le contraste optique consistent en un décapage électrolytique des parties cristallisées, le substrat étant fortement réfléchissant. 8. Mémoire optique selon la revendication t, caractérisée en ce que les moyens pour augmenter le contraste optique consistent an une dissolution chimique des parties cristallisées, le substrat étant fortement réfléchissant. 9. Mémoire optique selon la revendication i, caractérisée en ce que les moyens pour augmenter le contraste optique consistent en une dissolution chimique des parties amorphes, le substrat n'étant pas réfléchissant. io. Mémoire optique selon i'wle des revendications l à 9, caractérisée en ce que la couche sensible est encapsulée avec une couche transparente, pour la longueur d'onde d'inscription. ll. Mémoire optique selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche transparente est sensiblement égale an rapport de la valeur de la longueur d'onde sur le double de la valeur de l'indice de ladite couche. 12. Mémoire optique selon la revendication 10, caractérisée en ce que la couche sensible-est encapsulée avec une couche du même matériau, l'inscription et l'effacement s'effectuant à travers le substrat. 13. Dispositif de mise en oeuvre de la mémoire optique selon l'une des revendications l à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'inscription et d'effacement des informations, qui peut être par exemple un laser, et ladite mémoire optique.