Brevet FR2479633A1 — publié le 19811002

Cette invention est relative à une pointe de lecture ou style utilisée pour restituer (lire) un enregistrement contenu dans un disque d'information à haute densité. Plus particulière- ment la présente invention est relative à une pointe de lecture 5 réalisée en un matériau de support dielectrique en diamant dans lequel sont implantés des ions afin de former une surface conduc- trice. Le Brevet américain n 3 842 194 décrit un disque contenant de l'information à haute densité, utilisé dans un système de lec- 10 ture (restitution de l'enregistrement) mettant en oeuvre une ca- pacitance variable. Selon un exemple de réalisation du système décrit dans ce brevet antérieur, l'information représentative du son et des images enregistrés est codée sous la forme d'une configuration en relief dans un sillon en spirale, relativement fin, 15 à la surface du disque. Par exemple, on peut utiliser des sillons ayant une largeur d'environ 2,61u et une profondeur d'environ 0,5/u. Pendant la restitution de l'enregistrement, une pointe de lecture d'environ 2/u de large et munie d'une mince électrode conductrice, ayant par exemple une épaisseur de 0,2/u, vient s'en- 20 gager dans le sillon pendant que le disque tourne sur le plateau de la platine de lecture. Des variations capacitives entre l'élec- trode de la pointe de lecture et la surface du disque sont détec- tées afin de restituer l'information pré-enregistrée. Dans ce même brevet américain se trouve décrite une pointe 25 de lecture de forme triangulaire dont l'une des faces est recou- verte d'un revêtement isolant. En particulier, on peut utiliser des métaux de transition tels que notamment l'hafnium, le titane ou tantale pour réaliser le revêtement métallique conducteur. Le brevet américain n0 4 162 510, décrit une pointe de lec- 30 ture qui peut être utilisée avec un système de disque vidéo capa- citif à sillons. La pointe de lecture à extrémité effilée comprend un élément support de dielectrique comportant un corps, une par- tie d'extrémité resserrée et des épaulements interconnectant le corps à ladite partie d'extrémité resserrée. Cette dernière est 55 définie par une partie avant, une surface postérieure sensible- ment plate éloignée de ladite partie avant, des surfaces latérales s'étendant depuis les bords de la surface postérieure, une surface inférieure ou de fond s'étendant depuis le bord inférieur de la surface postérieure et une pluralité de surfaces addition- 2 2479633 nelles s'étendant à partir de ladite partie avant et recoupant les surfaces inférieure et latérales. La séparation maximale entre les surfaces latérales sensiblement parallèles est infé- rieure à la largeur de sillon prédéterminée. Un revêtement con- 5 ducteur métallique est appliqué sur la surface postérieure plate. Cependant, un problème se pose dans l'utilisation du revê- tement métallique conducteur. Lorsque la pointe de lecture vient au contact de la surface du disque, la portion du revêtement mé- tallique située le plus près de la surface du disque peut être 10 éliminée par usure. Par ailleurs, on rencontre d'autres problèmes à l'interface entre le revêtement métallique et le matériau sup- port dielectrique en diamant. On observe souvent une mauvaise adhérence se traduisant par un décollement du revêtement métal- lique sous la forme d'écailles. Il est par conséquent préférable 15 de réaliser une pointe de lecture dans laquelle une couche métal- lique séparée n'est plus nécessaire. En conséquence cette invention a pour objet une pointe de lecture perfectionnée devant être utilisée avec un système de disque d'information capacitif à haute densité qui comprend un 20 élément de support dielectrique en diamant, une surface infé- rieure ou de fond qui est au contact du disque vidéo et une cou- che conductrice adjacente à la surface inférieure, cette pointe de lecture étant caractérisée en ce qu'on réalise une implanta- tion d'ions dans son élément support afin de constituer une cou- 25 che conductrice. ô/ L'implantation d'ion est un procédé selon lequel on intro- duit des atomes dans la couche superficielle d'un substrat so- lide. Des ions des atomes devant être introduits sont accélérés de façon qu'ils viennent bombarder la surface du substrat avec 30 une énergie élevée uniforme, généralement située dans le domaine d'énergie allant du kilo électron volt (keV) au mega électron volt (MeV). La distribution des ions après leur introduction présente l'aspect d'une courbe de Gauss, en tant que fonction de la profondeur sous la surface du substrat. L'épaisseur effec- 35 tive de la couche dans laquelle sont implantés les ions est dé- finie comme étant égale au double de la déviation standard de la distribution de Gauss des ions implantés. Dans la présente invention, la face de l'élément de support dielectrique en diaiant comporte une implantation d'ions de 3 2479633 façon à constituer une couche qui agit comme une couche conduc- trice. Le diamant peut être naturel ou synthétique. Lors de l'implantation des ions, ces derniers sont accélérés et ils se déplacent généralement en ligne droite. Il en résulte 5 que seule une région dégagée et exposée du substrat subit l'im- plantation. Cette propriété est particulièrement utile pour une tête de lecture de disque vidéo étant donné que si d'autres zones que la face de l'électrode subissent une implantation d'ions, des signaux erronés peuvent être recueillis, signaux erronés qui 10 interfèrent avec ceux qui sont recueillis par la face de l'élec- trode. La profondeur d'implantation des ions est fonction de l'éner- gie des ions accélérés. Plus grande est l'énergie, plus profon- dément sont implantés les ions dans le diamant. L'épaisseur de 15 la couche conductrice pourvue des implantations d'ions doit être suffisante pour recueillir le signal enregistré dans le moulage du disque vidéo. On a découvert qu'une épaisseur de l'ordre de 1000 à 1200 Angstroms était préférable pour obtenir les meilleures performances électriques. On peut utiliser généralement des éner- 20 gies d'accélération de l'ordre de 50 à 300 KeV. Si l'épaisseur de la couche conductrice, préparée par l'implantation d'ions se révèle trop petite, la capacitance entre l'électrode de la pointe de lecture et la surface du disque vidéo est trop petite et il en résulte que le signal recueilli est trop faible pour pouvoir 25 être utilisé. Si l'épaisseur de l'électrode est trop grande, la pointe de lecture recueille alors des signaux provenant de plus d'un élément de signal et il en résulte des interférences ou une diaphonie indésirables. Parmi les ions utiles pour une implantation dans des pointes 30 de lecture en diamant on peut citer ceux qui dérivent de E2, r, B, As ou Li. On pense que la conductivité accrue de la surface implantée d'ions est due, en partie, aux dommages provoqués au diamant par le procédé d'implantation d'ions. On obtient par conséquent, une conductivité accrue de la surface munie des implantations d'ions indépendamment de la nature des ions utilisés. Une sonde à quatre points peut être utilisée pour mesurer la résistance superficielle de la surface du diamant implanté d'ions. On a découvert que des ions argon (Ar) implantés à la même épaisseur que des ions Bore (B) donne une résistance super- 4 2479633 ficielle de l'ordre de 4 à 5 fois plus grande que la valeur obte- nue pour le Bore. Pour cette raison, on préfère utiliser des ions Bore étant donné que la couche implantée d'ions résultante pré- sente une résistivité plus faible et est nar conséquent plus 5 conductrice. a La "dose" d'implantation d'ions est le nombre d'ions implan- t`s par cm2 de surface implantée. On a découvert que la valeur de la résistance superficielle en tant que fonction de la dose d'ions B, telle que déterminée par la sonde à quatre points, pas- 10 sait par une valeur minimale. Ce minimum de résistance superfi- cielle, de l'ordre de 80 ohms par carré, se produit pour une dose de 1.8 . 1016 atomes de Bore par cm2. Pour des doses plus élevées ou plus faibles, la résistance superficielle augmente et peut devenir trop élevée pour une utilisation en tant que couche con- 15 ductrice. Cependant une résistance superficielle de la couche implantée d'ions à 915 MHz, d'environ 360 ohms par carré ou moins, permet d'utiliser la pointe de lecture implantée d'ions, pour recueillir des signaux enregistrés dans un moulage en vinyle d'un disque vidéo conducteur. En général, une dose comprise entre 1. 20 et 4. 1016 atomes de bore par cm2, qui correspond à une résis- tance superficielle d'environ 95 à 210 ohms par carré, est pré- férable pour constituer une pointe de lecture en diamant selon l'invention. Une autre considération est l'effet de l'implantation d'ions 25 sur les propriétés physiques du diamant. Une implantation d'ions provoque des dommages dans la surface du diamant qui, d'une part lui apporte les propriétés de conductivité recherchées mais qui d'autre part affaiblit la cristallinité du diamant dans les régions qui subissent le bombardement, ce qui se traduit par 30 une tendance à la fragilité. On a découvert également que ces dommages augmentent en fonction de la valeur de la dose. Par exemple une dose de l'ordre de 5 . 1016 atomes de B11 par cm2 ou plus entraîne un émoussage de l'extrémité de la pointe de lec- ture pendant la lecture de l'enregistrement. Toutes les doses 35 données ici sont pour une énergie d'accélération de 200 KeV. La couche conductrice implantée d'ions peut être couplée électriquement à l'équipement de traitement de signaux par tout procédé classique. Un procédé préféré de couplage électrique est le couplage capacitif. Par exeu^nle, la surface de la face de 5 2479633 l'élément de support dielectrique en diamant qui a subi l'implan- tation d'ions peut être recouverte d'une peinture à l'argent ou d'une couche métallique vaporisée. Si la couche de couplage capa- citive de la surface ne s'étend pas jusqu'à la surface de fond 5 de la pointe de lecture et n'est donc pas au contact de la sur- face du disque, il n'est pas nécessaire que la couche de couplage possède la résistance au choc et à l'usure des couches conduc- trices métalliques de l'art antérieur qui sont au contact de la surface de l'enregistrement du disque. 10 L'extrémité de la pointe de lecture peut être réalisée soit avant, soit après l'implantation d'ions. Le brevet américain n 4 104 852 décrit un procédé pour fabriquer une pointe de lecture à extrémité profilée. Un élément de support dielectrique effilé, réalisé à partir d'un matériau dur tel que du diamant, est mis 15 au contact d'un disque abrasif de rodage comportant un sillon profond, trapèzoidal et à grand pas. Les portées du disque abra- sif rodent les épaulements de la pointe de lecture à extrémité effilée et les parois du sillon abrasif forment les surfaces la- térales sensiblement parallèles de la partie d'extrémité resser- 20 rée. La pointe de lecture selon cette invention n'est pas limitée à une mise en oeuvre pour la lecture de disques vidéo capacitifs à sillons, mais elle peut être également utilisée pour des disques vidéo capacitifs sans sillons. 25 L'exemple ci-après qui ne présente évidemment aucun carac- tère limitatif, illustre l'invention. EXEMPLE Un diamant naturel à extrémité profilée de 0,25 x 0,25 x 2,00 mm, a été cémenté sur une pastille d'acier inoxydable poli ayant 30 une épaisseur de 0,8 mn et un diamètre de 5,7 cm, en utilisant une pàte à l'argent. Une face 110i était parallèle à la sur- face de la pastille. La pastille a ensuite été placée dans la chambre de cible d'un système d'implantation d'ions à 300 KeV du type commercialisé par la firme américaine Accelerators Inc. 35 (Austin-Texas). La normale à la surface de la pastille à laquelle était fixé le diamant était décalée de 60 par rapport à l'ali- gnement de l'axe du faisceau d'implantation afin d'empocher un multiplexage. Un faisceau d'implants B1i a été balayé selon une trame c'est-à-dire selon un système x-y de coordonnées, sur la 6 2479633 face i1103 du diamant, en utilisant des plaques de déviation électrostatiques. L'énergie du faisceau d'implantation d'ions était de 200 KeV. Le faisceau a ôté interrompu après l'obtention d'une dose de 2,4 . 1016 atomes de B1 par cm2, telle que mesurée 5 à l'aide d'un intégrateur de courant (Brookhaven Instruments). La résistance superficielle de la couche implantée était, à 915 ÂIEz, de 360 ohms par carré. On a ensuite recouvert la face implantée d'ions d'une pein- ture à l'argent et on l'a reliée à une cartouche du disque vidéo. 10 On a obtenu des images satisfaisantes, lors de la lecture de moulage en vinyle de disques vidéo capacitifs. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ici, mais qu'elle en en- globe toutes les variantes. 15 7 2479633 REVENDICATIONS 1.- Pointe de lecture destinée à être utilisée avec un dis- que capacitif contenant de l'information à haute densité dans un système qui comprend : un moulage de disque, une pointe de 5 lecture et un moyen de traitement de signaux, dans lequel l'in- formation est codée dans la surface du disque, et est ensuite recueillie en traitant-les variations capacitives entre une cou- che conductrice de la pointe de lecture et la surface du disque lorsqu'il existe un mouvement relatif entre le disque et la 10 pointe de lecture, cette dernière comprenant un élément de sup- port dielectrique en diamant qui possède une surface inférieure pour venir au contact du disque et une couche conductrice adja- cente à la surface inférieure, cette pointe de lecture étant ca- ractérisée en ce que la couche conductrice est une couche implan- 15 tée d'ions. 2.- Pointe de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que son extrémité est profilée. 3.- Pointe de lecture selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ions implantés dans l'élément de support en diamant 20 sont des ions Bore. 4.- Pointe de lecture selon la revendication 3, caractéri- sée en ce que la résistance superficielle/915 I-Iz, de la couche implantée d'ions est de l'ordre de 360 ohms par carré ou moins. 5.- Pointe de lecture selon la revendication 1, caractéri- 25 sée en ce que la couche implantée d'ions est capacitivement cou- plée au système de traitement de signaux. 6.- Pointe de lecture selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la couche implantée d'ions possède une épaisseur de l'ordre de 1000 à 1200 A. 30 7.- Procédé de fabrication d'une pointe de lecture d'enre- gistrements contenant de l'information, notamment de disques vi- déo, qui comprend un élément de support dielectrique en diamant devant être utilisé dans un système d'information capacitif qui comprend un disque conducteur contenant de l'information à haute 35 densité, ce procédé consistant à former une surface inférieure destinée à venir au contact du disque et à préparer une couche conductrice adjacente à la surface inférieure, ce procédé étant caractérisé en ce que la couche conductrice est obtenue en réa- lisant une implantation d'ions dans une portion de l'élément 8 2479633 de support dielectrique en diamant. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on implante des ions bore. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que 5 la dose d'implantation d'ions est de l'ordre de 1 . 10ô à 16 ~~~~~2 4 . 106 atomes de bore par cm 10.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'énergie d'accélération utilisée est de l'ordre de 50 à 300 KeV environ. 10 11.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pointe de lecture est une pointe profilée.