Brevet FR2507805A1 — publié le 19821217

i La présente invention concerne un milieu d'enre- gistrement optique réversible et elle vise plus particulière- ment un milieu d'enregistrement optique ainsi qu'un disque contenant de l'information qui comprend une couche absorbant la lumière ayant des domaines constitués d'un premier matériau sensible à la lumière noyé dans une matrice. On sait que, de l'information peut être enregis- trée en exposant une partie d'un milieu d'enregistrement opti- que à un faisceau lumineux d'enregistrement ce qui modifie les propriétés optiques locales ainsi exposées Le milieu d'enregistrement le plus simple est constitué par une couche d'un matériau absorbant la lumière recouvrant un substrat> l'information étant enregistrée en supprimant ou en faisant fondre localement la couche absorbante afin d'y réaliser un petit puits La présence de ce puits provoque une modifi- cation dans la transmission locale et/ou la réflectivité du milieu d'enregistrement, modification qui est détectée lors de la lecture en vue de la restitution de cette information enregistrée. Le brevet américain n 4 097 895 qui concerne un disque optique multicouches décrit un milieu d'enregistre- ment optique qui comprend une couche réfléchissant la lumière recouverte d'une couche absorbant la lumière, l'épaisseur de la couche absorbante étant choisie de manière que la ré- flectivité du milieu d'enregistrement soit réduite Le brevet américain no 4 216 501 intitulé "disque d'informations optiques antiréfléchissant" décrit un milieu d'enregistrement optique tricouches qui comprend une couche d'espacement transparente interposée entre les couches réfléchissante et absorbante du milieu d'enregistrement optique tel que décrit dans le brevet américain n 4 097 895 mentionné ci-dessus. Un tel milieu permet d'utiliser un nombre plus étendu de matériaux ainsi qu'un disque d'information ou un milieu d'en- registrement à réflectivité que ce qui est prévu par le milieu d'enregistrement décrit dans le brevet américain N O 4 097 895. La demande de brevet américain N O 254 649 déposée 250 Y 805 le 16 avril 1981 et qui constitue une "continuation-in-part" de la demande américaine N O 174 844 du 4 août 1980 et intitu- lée "disque contenant de l'information et procédé pour y en- registrer et effacer cette information de façon réversible" décrit un disque d'information dans lequel des informations peuvent être enregistrées, effacées et à nouveau enregistrées, qui comporte une couche supérieure recouvrant la couche ab- sorbante La couche supérieure empêche, jusqu'à une puissance maximale, un enregistrement irréversible tel que par exemple la formation d'un puits dans la couche absorbante, lors de l'exposition à un faisceau lumineux d'enregistrement d'infor- mations ou dépassement d'informations. Le besoin se fait actuellement sentir de disposer d'un milieu d'enregistrement dans lequel la gamme des puissan- ces de faisceau d'enregistrement, qui produisent un enregis- trement réversible, est plus importante que celle des milieux d'enregistrement antérieurs tels que mentionnés dans la cription qui précède. En conséquence, la présente invention a pour objet un milieu d'enregistrement perfectionné, qui comprend une couche absorbante Irecouvrant un substrat comprenant un ou plusieurs'domaines d'un matériau absorbante la lumière qui peuvent être commutés réversiblement depuis un premier état jusqu'à un second état possédant des propriétés optiques différentes, ces domaines du matériau absorbant la lumière étant noyés dans une matrice d'un matériau permettant d'empêcher toute modification irréversible des propriétés optiques du matériau constituant lesdits domaines. Un disque d'information correspondant comprend le milieu d'enregistrement selon l'invention telle que définie ci-dessus, muni d'une piste ou sillon d'information qui comporte une série de régions de la couche absorbante, chacune de ces régions étant composée d'un ou de plusieurs domaines qui ont été réversiblement commutés vers un état pour lequel ils présentent des propriétés optiques différentes de telle manière que la réflectivité du disque d'information soit modi- fiée dans ces régions. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci- après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins les figures 1 à 3 sont des vues en section droite d'un premier, d'un second et d'un troisième mode de réalisation d'un milieu d'enregistrement optique selon la présente invention; les figures 4,5 et 6 sont des vues en section droite de disques contenant de l'information réalisés en utilisant le milieu d'enregistrement conforme à l'invention représenté sur les figures 1 à 3 respectivement. On se réfère en premieu lieu à la figure 1 sur laquelle on a réprésenté un milieu d'enregistrement optique réversible comprenant un substrat 12, une couche intermédiaire 14 recouvrant une surface principale du substrat 12 et une couche absorbant la lumière 16 recouvrant la couche intermé- diaire 14 La couche absorbante 16 est constituée d'un matériau granulaire et elle comprend des domaines 18 d'un matériau absorbant la lumière, qui sont noyés dans une matrice 20 Un revêtement supérieur 22 recouvre la couche absorbante 16. Dans les figures décrites ci-après on a utilisé des références identiques pour désigner et identifier des composants similaires à ceux représentés sur la figure 1. La figure 2 illustre un second exemple de réalisa- tion d'un milieu d'enregistrement réversible 30 'qui comprend une couche réfléchisant la lumière 32 recouvrant la couche intermédiaire 14. La figure 3 représente un troisième exemple de réalisation d'un milieu d'enregistrement optique réversible comprenant une couche d'espacement 42 recouvrant la couche réfléchissante 32. Sur les figures 1 à 3, le substrat 12 peut être constitué de verre ou d'un matériau plastique tel que notamment du chlorure de polyvinyle ou du polyméthylmétha- crylate, ce substrat étant réalisé de façon typique sous la forme d'un disque En variante, le substrat 12 peut être constitué d'un matériau tel que l'aluminium qui réúléchit la lumière à la longueur d'onde d'enregistrement, ce qui combine ainsi les fonctions du substrat 12 et de la couche réfléchissant la lumière des figures 2 et 3. La couche intermédiaire 14 possède une surface microscopiquement lisse et elle est constituée d'un matériau tel que par exemple unr résine acrylique ou époxy, qui constitue un revêtement non conforme sur la surface du subs- trat 12. La couche absorbante 16 des exemples de réalisa- tion représentés sur les figures 1 à 3 est constituée d'un matériau granulaire qui est un composite des domaines d'un premier matériau absorbant la lumière tel qu'un semi conduc- teur ou un métal, noyé dans une matrice d'un second matériau tel qu'un dialectrique dans lequel il n'est pas miscible. Les propriétés optiques du matériau granulaire sont déter- minées par les propriétés optiques des matériaux qui consti- tuent le domaine et la matrice ainsi que par la concentration en volume fractionnel de la matrice occupé par les domaines comme décrits par exemple dans l'article de Cohen et al. publié dans la revue (Physical Revue" B 8, 3 689 ( 1973). Dans la présente invention les domaines sont constitués d'un matériau qui absorbe la lumière à la longueur d'ondes du faisceau lumineux d'enregistrement, ce matériau pouvant être réversiblement commuté de son état d'origine à un second état dans lequel il présente des propriétés optiques diffé- rentes pour la longueur d'onde de lecture en vue de la res- titution de l'enregistrement Par le terme "réversible" on entendu désigner L'aptitude que possède un matériau, lorsqu' il a été commuté vers un second état, à revenir sensiblement à son état original, en présentant sensiblement ses propriétés optiques d'origine, par une exposition soit à un faisceau lumineux d'effacement, soit à la chaleur Des modifications des propriétés optiques du matériau qui constitue les domai- nes produisent à leur tour un changement des propriétés opti- ques du matériau granulaire dont les domaines font partie. Le changement résultant des propriétés optiques locales de la couche absorbante produit une modification locale de la réflectivité ou du pouvoir de transmission du milieu d'enregis- trement La modification des propriétés optiques peut com- prendre: un changement d'indice de réfraction; un changement du coefficient d'extinction ou une combinaison de ces deux modifications ainsi qu'un changement de la constante optique d'ordre supérieur telle que les coefficients magnéto-optiques ou électro-optiques. Parmi les matériaux aptes à l'invention on peut citer notamment: le tellure, le selenium ou des alliages contenant des matériaux, le tri-seleniure d'arsenic, le tri- sulfure d'arsenic et d'autres alliages de chalcogeniures dans lesquels la lumière absorbée produit une modification du degré de cristallinité et par conséquent, des propriétés optiques des domaines En variante, ces domaines peuvent être constitués d'un matériau magnéto-optique tel que le manganèse bismuth ou le platine cobalt ou d'un matériau électro-optique. Dans ces denniers matériaux, la lumière abosrbée provenant du faisceau lumineux d'enregistrement produit un changement local de la polarisation magnétique ou électrique des domaines ce qui entraîne une modification des propriétés de polarisa- tion optique du faisceau lumineux de lectrure réfléchi par le milieu d'enregistrement ou transmis au travers de ce milieu Selon une variante de la présente invention les domaines peuvent être constitués d'un matériau qui ne présente pas la caractéristique de réversibilité De tels matériaux comprennent le bismuth, l'indium, le plomb, le rhodium et l'étain Lors de l'utilisation de tels matériaux, il peut se produire un enregistrement irréversible par modification des dimensions de la forme des domaines ainsi que par une rupture de la couche. La matrice peut être constituée d'un matériau diélectrique tel que par exemple un oxyde de silicium, d'alu- minium, de titane ou de magnésium Le rôle du matériau dié- lectrique constituant la matrice et entourant les domaines est d'eipêcher la formation d'une déformation irréversible telle que par exemple une ouverture dans le domaine ou un c hangement local de la forme des domaines Le résultat de cet effet d'inhibition est d'augmenter la gamme des puissances de faisceau lumineux d'enregistrement auxquelles le matériau des domaines peut être exposé, et qui produisent une modifica- tion réversible des propriétés optiques des domaines L'uti- lité du matériau granulaire réside en ce qu'un domaine dont les propriétés optiques sont modifiées est entouré de tout côté par un matériau qui em pêche la formation d'une déforma- tion irréversible, par exemple d'un puits, du matériau dans le domaine Dans les milieux d'enregistrement selon la tech- nique antérieure, par exemple dans les milieux d'enregistrement décrits dans les brevets américains décrits ci-dessus, un puits est formé dans la couche absorbante de façon typique rar une fusion locale de cette couche avec une extraction sui- vante d'une partie du matériau fondu en raison des forces de tension superficielle, ce qui se traduit par la formation d'un puits entouré par une bordure qui contient le matériau extrait du puits Compte tenu de l'équilibre entre l'énergie superficielle de la partie fondue du matériau et des énergies superficielles d'un puits et de la bordure qui l'entoure, on remarque que le puits ne peut être formé que lorsque le diamètre de la partie fondue ou bain est supérieur à une certaine dimension critique Si le diamètre du bain fondu est inférieur à cette dimension critique, le puits ne peut pas te former Par conséquent, si les dimensions du domaine sont main- tenues en dessous de la dimension critique permettant la forma- tion d'un puits, la probabilité de voir se produire une modi- fication irréversible dans la couche absorbante, est encore réduite. De manière typique, les dimensions d'un tel domai- ne sont inférieures à environ 100 nanomètres et, de préférence, elles sont comprises entre environ 2 et 30 nanomètres Il est également préférable que la dimension du domaine soit inférieure à environ 10 % du diamètre du faisceau lumineux focalisé, de manière que des fluctutations du nombre de domaines dans la région altérée ne conduisent par à la présence d'une source de produits important lors de la lecture pour la restitution pour l'enregistrement. La couche absorbante comprenant les domaines ainsi que la matrice environnante peut être déposée par co- évaporation ou par co-pulvérisation cathodique des éléments constituant les domaines et la matrice De préférence, la couche est déposée par copulvérisation cathodique à partir d'une cible contenant les proportions désirées des éléments en utilisant des techniques telles que celles décrites par exemple dans le brevet américain N O 4 310 012 La fraction de volume occupée par les domaines est déterminée par la composi- tion de la cible ainsi que par la géométrie de la pulvérisation cathodique Parmi les facteurs qui déterminent les dimensions d'un domaine individuel on peut citer la fraction de volume occupée par les domaines ainsi que la température du substrat sur lequel on dépose la couche absorbante Plus la température du substrat est faible, plus petites sont les particules formées pour une fraction de volume donnée occupée par les domaines. En ce quiconcerne la structure monocouche décrite ci-dessus en référence à la fig 1, l'épaisseur de la couche absorbante 16 est choisie de façon à assurer un équilibre entre l'absorption et la réflexion des faisceaux lumineux d'enregis- trement et de lecture Dans la structure bicouche de la varian- te de l'invention illustrée dans la fig 2, la relation entre l'épaisseur de la couche absorbante 16 et les constantes opti- ques des couches réfléchissantes et absorbantes est telle que la réflectivité pour la longueur d'onde d'enregistrement est réduite et de préférence limitée à un minimum Dans la struc- ture tricouche décrite ci-dessus en référence à la fig 3, la relation entre l'épaisseur de la couche absorbante 16, l'épaisseur de la couche d'espacement 42 et les constantes optiques des couches réfléchissantes, d'espacement, et absor- bantes est telle que la réflectivité du milieu d'enregistrement pour la longueur d'onde de l'enregistrement est réduite et de préférence minimisée. Il va se soi que l'homme de l'art remarquera que l'on peut utiliser d'autres valeurs d'épaisseurs Par exemple les épaisseurs des couches pourraient être choisies de manière qu'une modification donnéedes propriétés optiques du milieu d'enregistrement produise un changement maximal de la réflecti- vité du milieu d'enregistrement. De préférence, la couche réfléchissante 32 réflé- chit une fraction substantielle, au moins 50 %, de la lumière incidente à la longueur d'onde d'enregistrement et de lecture et elle est typiquement formée d'un métal tel que l'aluminium ou l'or qui possède une réflectivité élevée à de telles lon- gueurs d'onde La couche réfléchissante 32 dont l'épaisseur est comprise de façon typique entre environ 30 et 80 nanomètres peut être déposée sur la surface du substrat 12 ou sur la sur- face de la couche intermédiaire 14 en utilisant des techniques d'évaporation sous vide En variante, on peut utiliser un réflecteur diélectrique mono ou multicouche. La couche d'espacement 42 est sensiblement trans- parente aux longueurs d'onde des faisceaux lumineux d'enregis- trement et de lecteure et elle est constituée d'un matériau tel qu'un oxyde de silicium, de titane ou d'aluminium Ces matériaux peuvent être déposés en utilisant des techniques d'évaporation par faisceaux électroniques En variante, on peut également utiliser des matériaux organiques qui peuvent former un revêtement lisse sensiblement exempt de défauts. Ces derniers matériaux peuvent être déposés sur la couche de résistance par exemple par évaporation, centrifugation ou décharge luminescente. La couche supérieure 22, dont l'épaisseur est comprise de préférence entre environ 0,05 et 1 mm, peut être appliquée sur la couche absorbante 16 afin d'éliminer ou de réduire des défauts de signaux provoqués par de la poussière superficielle qui précipite de l'atmosphère ambiante sur le milieu d'enregistrement un matériau apte à la cons- titution de la couche supérieure 22 peut être choisi dans le groupe qui comprend une résine de silicone ou une résine acry- lique ou époxy Si l'on prévoit une telle couche supplémentaire il est alors nécessaire de tenir compte des constantes optiques de cette couche pour déterminer les épaisseurs optimales des couches réfléchissante, d'espacement et absorbante. On peut réaliser une piste d'informations dans le milieu d'enregistrement en utilisant le dispositif décrit dans le brevet américain n' 4 097 895, ainsi que dans la deman- de américaine 174 844 cités ci-dessus, en exposant le milieu d'enregistrement à un faisceau lumineux modulé d'enregistrement présentant une intensité suffisante et pendant un temps suffi- sant afin de modifier les propriétés optiques de la couche absorbante. On se réfère maintenant aux figures 4 à 6, qui représentent des disques d'informations réalisés à partir des milieux d'enregistrement représentés respectivement sur les figures 1 à 3 Sur ces figures 4 à 6 l'identification des couches constituant les disques d'information 50, 60 et est la même que celle des couches constituant les milieux d'enregistrement décrits ci-dessus, en référence aux figures 1 à 3 respectivement. Dans chaque cas, l'information est enregistrée sous la forme d'une piste dans la couche absorbante 16 qui comprend une série de régions 52 comprenant chacune un ou plusieurs domaines 54 dont les propriétés optiques, à la longueur d'onde de lecture, ont été réversiblement commutées de leur état d'origine à un second état et,d'une série de régions 56 comprenant chacune un ou plusieurs domaines 58 qui présentent des propriétés optiques différentes de celles des domaines 54 L'information peut être codée sous la forme de variations de la longueur et/ou de l'espacement des régions ainsi commutées Les variations de réflectivité ou de pouvoir de transmission sont détectées optiquement et transformées en un signal électrique représentatif de l'information enre- gistrée. Il va de soi que la présente invention n'est nullement limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Milieu d'enregistrement optique réversible qui comprend un substrat ( 12) et une couche absorbant la lumiè- re ( 16) qui recouvre le substrat et qui absorbe la lumière pour la longueur d'onde d'un faisceau de lumière d'enregistrement, ce milieu d'enregistrement étant caractérisé en ce que ladite couche absorbante ( 16) comprend un ou plusieurs domaines ( 18) en un matériau absorbant la lumière, qui peuvent être réversi- blement commutés d'un premier état à un second état présentant des propriétés optiques différentes, ces domaines étant noyés dans une matrice ( 20) en un matériau permettant d'empêcher toute modification irréversible des propriétés optiques du matériau constituant les domaines ( 18). 2 Disque contenant de l'information qui com- prend un substrat ( 12) et une couche absorbant la lumière ( 16) qui recouvre le substrat ( 12), cette couche absorbant la lumière pour la longueur d'onde du faisceau lumineux d'enregistrement et étant munie d'une piste ( 52) contenant l'information, ce disque étant caractérisé en ce que la couche absorbante ( 16) comporte un ou plusieurs domaines ( 18) en un matériau absorbant la lumière qui peuvent être réversiblement commutés d'un premier état à un second état présentant des propriétés optiques diffé- rentes, ces domaines étant noyés dans une matrice ( 20) en un matériau s'opposant à toute modification irréversible des pro- priétés optiques du matériau constituant les domaines et en ce que la piste ( 52) contenant l'information comporte une série de régions ( 52) ménagées dans la couche absorbante ( 16) dans lesquelles les domaines ( 54) ont été réversiblement commutés vers un état présentant des propriétés optiques différentes de celles des régions restantes ( 56) de la couche absorbante ( 16). 3 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second état présente un degré différent de cristallinité de celui de l'état original. 4 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une couche réfléchissant la lumière ( 32) est interposée entre la couche absorbante ( 16) et le substrat ( 12). Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport ou la relation entre ltépaisseur de la couche absorbante ( 16) et les constantes optiques des couches absorbante, ( 16) et réflé- chissante ( 32) est choisi de manière à réduire la réflectivité du milieu d'enregistrement optique o 6 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une couche d'espacement ( 42) est interposée entre la couche réfléchissante ( 32) et la couche absorbante ( 16). 7 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon la revendication 6, caractérisé en ce que la relation entre l'épaisseur de la couche absorbante ( 16), -'épaisseur de la couche d'espacement ( 42) et les constantes optiques des couches absorbante ( 16) , réfléchissante ( 32) et d'espacement ( 42) est choisie de manière que la réflectivité du milieu d'enregistrement optique soit réduite. 8 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche d'espacement ( 42) est constituée d'un matériau choisi dans le groupe qui comprend les oxydes de silicium, d'aluminium, de magnésium et de titane. 9 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les domaines ( 18) sont constitués d'un matériau choisi dans le groupe qui comprend le tellure, le sélénium, des alliages contenant le tellure ou le sélénium, des alliages de chalchogé- niure, le trisulfure d'arsenic et le triséléniure d'arsenic. 10 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice ( 20) est constituée d'un matériau choisi dans le groupe qui comprend un oxyde de silicium, d'aluminium, de titane, et de magnésium. 11 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une couche supérieure ou supplémentaire ( 22) recouvre la couche absorbante ( 16). 12 Milieu d'enregistrement et disque d'informa- tion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dimensions d'un domaine ( 18) sont inférieures à environ nanomêtres. 13 Milieu d'enregistrement tion selon la revendication 12, caractérisé dimensions d'un domaine ( 18) sont comprises 30 nanomètres - et disque d'informa- en ce que les entre 2 et environ