DE69013695T2

DE69013695T2 - Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von Information.

Info

Publication number: DE69013695T2
Application number: DE69013695T
Authority: DE
Inventors: Etsuji Minami; Kenji Ohta; Katsuo Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2010-01-13
Also published as: EP0378443A2; KR900012218A; DE69013695D1; KR930007179B1; CA2007505C; JP2892022B2; JPH02187945A; EP0378443B1; EP0378443A3; CA2007505A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe von Information unter Verwendung der Veränderung der Austrittsarbeit eines Aufzeichnungsmediums, um Information aufzuzeichnen, und eines fotoelektrischen oder thermoelektrischen Effektes, um Information wiederzugeben.
Zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe von Informationen wurden die folgenden Verfahren vorgeschlagen:
(1) Ein Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen, wobei Abschnitte, die lokal in einer vorbestimmten Richtung auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium magnetisiert werden, mit Hilfe eines Magnetkopfes ausgebildet werden, um Informationen aufzuzeichnen, während die Information durch Detektieren eines Anordnungsmusters in der magnetisierten Richtung mit Hilfe des Magnetkopfes wiedergegeben wird.
(2) Ein Verfahren zum optischen Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen, wobei ein Bitmuster mit mikroskopischer Unregelmäßigkeit an der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums ausgebildet wird, um Informationen aufzuzeichnen, während die Informationen durch Richten eines Lichtstrahls auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums und durch Detektieren des Bitmusters, basierend auf der Intensität des reflektierten Lichtes, wiedergegeben wird.
(3) Ein Verfahren zum magneto-optischen Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen, wobei durch Richten eines Lichtstrahles auf ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium Wärme erzeugt wird, an welchem ein magnetisches Feld angelegt wird, das lokal die Koerzitivkraft des Mediums reduziert, wodurch Abschnitte, die in einer vorbestimmten Richtung magnetisiert werden, auf der Grundlage des Magnetfeldes ausgebildet werden, um Informationen aufzuzeichnen, während die Informationen durch Richten eines Lichtstrahls auf das magneto-optische Aufzeichnungsmedium und anschließendes Detektieren des Anordnungsmusters in der Magnetisierungsrichtung auf der Grundlage der Differenz in dem Winkel der Oszillationsachsen, z.B. dem Kerr-Effekt des reflektierten Lichtes, wiedergegeben werden.
Jedoch bestehen bei den herkömmlichen, oben beschriebenen Verfahren viele Nachteile. Beispielsweise benötigt das Verfahren zum magneto-optischen Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen ein bestimmtes magnetisches Material mit einer niedrigen Koerzitivkraft und einer niedrigen Restmagnetisierungsflußdichte und gleichzeitig einer niedrigen thermischen Konduktivität für das magneto-optische Aufzeichnungsmedium. Folglich besteht ein Nachteil darin, daß die für das Aufzeichnungsmedium geeigneten Materialien sehr begrenzt sind. Andererseits erfordert das magnetische Verfahren bei der Wiedergabe der Informationen eine Umwandlung von Magnetismus in elektrischen Strom, das optische Verfahren erfordert eine Umwandlung von Licht in elektrischen Strom und das magneto-optische Verfahren erfordert eine Umwandlung von Licht in elektrischen Strom. Deshalb ist die Verarbeitung der Wiedergabesignale kompliziert und leidet dadurch unter dem Einfluß von Rauschen.
Es gibt ein weiteres bekanntes Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein Teilchenstrahl auf ein Aufzeichnungsmedium gerichtet wird, um dessen Teilchen (Element) an dem Aufzeichnungsmedium anhaften zu lassen oder in diesem zu implantieren, um eine Veränderung dessen Zusammensetzung zu erzeugen, wodurch eine Aufzeichnung erfolgen kann (vgl. die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. SHO 58(1983)-222453).
Um jedoch die durch Verwendung der Änderung der Zusammensetzung aufgezeichneten Informationen bei einem derartigen Verfahren wieder zu löschen, ist ein Ätzen der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums mittels eines Elektronen-, Ionen- oder Neutronenstrahls notwendig, um die gesamte Oberfläche desselben sputterzuätzen, um den ursprünglichen Zustand der Zusammensetzung wieder herzustellen, oder das Aufzeichnungsmedium zu erhitzen, um die an der Oberfläche desselben anhaftenden Teilchen zu verdampfen oder diese in dieses diffundieren zu lassen. Dieses wirkt sich dahingehend nachteilig aus, daß das Aufzeichnungsmedium durch wiederholtes Durchführen des Aufzeichnungs-Lösch-Prozesses altert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Informationen zu schaffen, das die obigen Nachteile nicht aufweist.
Die JP-A-59-221846 offenbart eine Elektronenstrahlaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, die eine Aufzeichnungsscheibe verwendet, die einen Siliziumwafer umfaßt, der mit einem Aluminiumfilm beschichtet ist. Die Information wird auf der Scheibe aufgezeichnet, indem die Scheibe einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, der entsprechend einem digitalen Eingangsinformationssignal betrieben wird. Auf diese Weise werden selektiv entsprechend dem Informationssignal in dem Aluminiumfilm Öffnungen ausgebildet, welche den Siliziumwafer freilegen. Die aufgezeichnete Information wird von der Scheibe wiedergegeben, indem die Scheibe einem Elektronenstrahl niedrigerer Intensität ausgesetzt wird und indem Sekundär- Elektronen, reflektierte Elektronen, Röntgenstrahlen oder Fluoreszenz oder Phosphoreszenz detektiert werden, die von der Scheibe abgestrahlt werden. Die Detektion der Information ist somit abhängig von dem Effekt des Wiedergabeelektronenstrahls, der auf verschiedene Materialien der Scheibe auftrifft, d.h. auf den Siliziumwafer, dort, wo eine Öffnung ausgebildet ist, und auf dem Aluminiumfilm an den übrigen Stellen.
Die JP-A-60-117434 offenbart eine Elektronenstrahlaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, die eine Aufzeichnungsscheibe mit einer thermisch leicht schmelzbaren, nicht-leitenden Schicht (Zelluloseacetat) verwendet, die über einer leitenden Schicht (Aluminium) ausgebildet ist. Die Information wird auf der Scheibe dadurch aufgezeichnet, daß diese einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, um lokal die nicht-leitende Schicht zu schmelzen, wodurch selektiv darin Öffnungen ausgebildet werden, welche die darunterliegende Aluminiumschicht entsprechend einem Informationssignal freilegen. Die aufgezeichnete Information wird von der Scheibe dadurch wiedergegeben, daß diese einem Elektronenstrahl niedrigerer Intensität ausgesetzt wird und daß ein Strom durch die leitende Schicht detektiert wird. Die Detektion der Information ist somit von der Wirkung des Wiedergabeelektronenstrahls abhängig, der auf verschiedene Materialien der Scheibe auftrifft, d.h. auf den Aluminiumfilm an den Stellen, wo eine Öffnung ausgebildet ist, und auf die Zelluloseacetatschicht an den übrigen Stellen.
Diese Erfindung schafft ein Verfahren zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Informationen, umfassend: Richten eines Energiestrahls auf ein Aufzeichnungsmedium, das aus einem Material hergestellt ist, dessen Austrittsarbeit sich entsprechend einer Strukturänderung desselben verändern kann, die durch Einstrahlung des Energiestrahls verursacht wird, um lokal eine Austrittsarbeit des Mediums derart zu verändern, daß ein Verteilungsmuster von Abschnitten des Mediums mit veränderter Austrittsarbeit und Abschnitten des Mediums mit unveränderter Austrittsarbeit aufgezeichnet wird, wobei das Verteilungsmuster der aufzuzeichnenden Information entspricht; Detektieren des Verteilungsmusters auf der Grundlage einer Differenz des fotoelektrischen oder thermoelektrischen Effektes zwischen den Abschnitten des Mediums mit veränderter Austrittsarbeit und den Abschnitten des Mediums mit unveränderter Austrittsarbeit; und Wiedergabe der aufgezeichneten Information mittels der detektierten Differenz.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe von Informationen benötigt das Aufzeichnungsmedium keine spezifischen, magnetischen oder optischen Eigenschaften, die bei einem herkömmlichen Verfahren unverzichtbar waren, wodurch die Auswahl eines Materials für das Medium in einem größeren Bereich erfolgen kann, so daß eine Verbesserung der Produktivität und eine Verringerung der Produktionskosten einer Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung möglich ist, auf welcher das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird.
Da ferner die Wiedergabe auf der Grundlage eines Unterschieds beim fotoelektrischen oder thermoelektrischen Effekt durchgeführt wird, d.h. auf der Grundlage der Menge an Elektronen, die von dem Aufzeichnungsmedium emittiert werden, kann das Problem des Rauschens, das häufig bei der Umwandlung von physikalischen Signalen bei dem herkömmlichen Verfahren aufgetreten ist, beseitigt oder reduziert werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Auswahl eines Materials, dessen Austrittsarbeit reversibel variieren kann, das wiederholte Durchführen des Aufzeichnungs-Wiedergabevorgangs auf vereinfachte Weise ohne Alterung des Aufzeichnungsmediums.
Falls in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Einrichtung verwendet wird, die mit einer leitenden Schicht laminiert ist, die direkt ein Fotoelektron oder ein Thermoelektron als elektrischen Strom von dem oben erwähnten Aufzeichnungsmedium detektieren kann, so kann eine Aufzeichnung auf einfachere Weise ohne Verwendung eines separaten Detektors, wie beispielsweise eines Fotomultipliers oder ähnlichem, durchgeführt werden.
Die Fig. 1 bis 13 stellen Ausführungsformen der Erfindung dar.
Fig. 1(a) ist eine erläuternde Darstellung, die ein Wiedergabeprinzip zeigt.
Fig. 1(b) ist ein Diagramm, das eine Variation eines detektierten Stroms in Beziehung zu Fig. 1(a) zeigt.
Fig. 2 bis 4 sind erläuternde Darstellungen, die jeweils Aufzeichnungsprinzipien zeigen.
Fig. 5 bis 8 sind erläuternde Darstellungen, die jeweils Wiedergabeprinzipien zeigen.
Fig. 9 bis 12 sind Schnittansichten, die jeweils Einrichtungen zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Informationen darstellen.
Fig.13(a) ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand der in Fig. 12 gezeigten Einrichtung zeigt, wenn diese einem Laserstrahl ausgesetzt wird.
Fig.13(b) ist ein Diagramm, das eine Veränderung des detektierten Stroms und der entsprechenden Bits in Beziehung zu Fig. 13(a) zeigt.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Aufzeichnungsmedium besteht aus einem Material, dessen Struktur durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise sichtbarer Strahlung, ultravioletter Strahlung, Infrarotstrahlung, Röntgenstrahlung o.ä. oder eines Elektronenstrahls verändert werden kann, so daß dessen Austrittsarbeit variiert. Die Strukturveränderung in diesem Fall bedeutet eine mikroskopische Veränderung in der Phasenstruktur ohne wesentliche Veränderung der Zusammensetzung und enthält beispielsweise eine Veränderung der kristallinen Struktur, eine Erzeugung einer Fehlstelle und ähnliches.
Ein solches Material, das als Aufzeichnungsmedium geeignet ist, kann sein: Eine Legierung, die aus mehr als zwei Arten von Metallen (B, C, N, P oder S kann enthalten sein) hergestellt ist, die ausgewählt sind aus beispielsweise Li, Be, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Nb, Mo, Te, Pd, Ag, Ta, W, Ir, Pt, Au, Hg, Tb, Dy, Ho oder Th; eine Keramik, hergestellt aus Fe&sub2;O&sub3;, TiO, ThO&sub2;, MoSi&sub2;, SnO&sub2;, ZrO&sub2;, LiTaO&sub3;, Y&sub3;Al&sub5;O&sub8;, Y&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2;, BaTiO&sub3;, KTaO&sub3;, LiNbO&sub3;, Ba&sub2;NaNb&sub5;O&sub1;&sub5;, Bi&sub1;&sub2;GeO&sub2;&sub0; oder ähnlichem; und einem Halbleiter aus Si, Ge, AlP, GaP, GaAs, InP, ZnSe oder ähnlichem.
Bei diesen ist vorzugsweise ein Material zu verwenden, dessen Struktur sich reversibel ändern kann. Ein Beispiel eines solchen Materials ist eine Te-Legierung oder eine In- Legierung, bei welcher eine Anderung der Kristall-amorphen Phase reversibel auftreten kann. Ein bevorzugtes Beispiel der Te-Legierung ist das aus Te und einem oder mehreren Materialien hergestellte, die aus Se, Sb, As, Ge, Bi und In ausgewählt sind. Solche Te-Legierungen enthalten TeSe, TeSb, TeSbAs, TeGeSb, TeGeAs, TeSbIn, TeBi oder ähnliche. Andererseits enthalten bevorzugte In-Legierungen, die aus In und einem oder mehreren Materialien bestehen, die aus Se, Sb, Tl und Co ausgewählt sind, InSe, InSeTlCo oder ähnliches.
Die oben beschriebenen Materialien, die für das Aufzeichnungsmedium verwendet werden können, können durch ein bekanntes Verfahren, wie beispielsweise Schmelzziehen, Sintern, Sputtern oder chemische Ablagerungsverfahren vorbereitet werden.
Erfindungsgemäß kann die Aufzeichnung, die Wiedergabe und das Löschen von Information durch Aussenden der oben erwähnten elektromagnetischen Strahlung oder eines Elektronenstrahls durchgeführt werden. Diese Strahlung kann in Atmosphärenluft oder einem spezifischen Gas, wie beispielsweise N&sub2;, O&sub2;, H&sub2;, He, Ne, Ar, Kr, HCl, HF, SiH&sub4;, AlCl&sub3; oder ähnlichem oder in Vakuum durchgeführt werden. Das Aufzeichnungs-, das Wiedergabe- und das Löschverfahren kann in jeweils einer unterschiedlichen Atmosphäre durchgeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Wiedergabe der aufgezeichneten Information durch Verwendung eines fotoelektrischen oder eines thermoelektrischen Effektes durchgeführt. Falls der fotoelektrische Effekt verwendet wird, kann die Wiedergabe durch direktes Detektieren als elektrischer Strom durchgeführt werden, wobei die Elektronen durch Ausstrahlen eines vorbestimmten Energiestrahls auf das Aufzeichnungsmedium erzeugt werden, oder durch Detektieren der nach außen emittierten Elektronen mit einem geeigneten Detektor, wie beispielsweise einem Elektronen- und Stromverstärker oder einem Elektronendetektor. Falls der thermoelektrische Effekt verwendet wird, können die Thermoelektronen, die durch Wärme erzeugt werden, welche durch Aussenden des Energiestrahls verursacht wird, auf gleiche Weise, wie oben beschrieben, detektiert werden, so daß eine Wiedergabe durchgeführt werden kann.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13 beschrieben.
Zuerst wird ein Aufzeichnungsverfahren entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Informationen beschrieben.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird als Energieeinrichtung 2 zum Bewirken der Veränderung der Austrittsarbeit beispielsweise ein Laserstrahl verwendet. Eine Te-Legierung aus TeSe, TeSb, TeSbAs, TeGeSb oder ähnlichem oder eine In-Legierung aus InSe, InSeTlCo oder ähnlichem wird als Aufzeichnungsmedium 1 verwendet. In diesem Fall wird das Aufzeichnen durch Ausbilden eines lokalen Abschnittes amorphen Zustands als Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit im Gegensatz zu einem Abschnitt in kristallinem Zustand mit einer unveränderten Austrittsarbeit als Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit durchgeführt. Das heißt, das Aufzeichnen wird auf der Grundlage eines Verteilungsmusters des Abschnitts 15 mit veränderter Austrittsarbeit durchgeführt, das durch die Veränderung der Austrittsarbeit in Übereinstimmung mit einer Phasenänderung des Aufzeichnungsmediums 1 verursacht wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufzeichnungsverfahren wird als Energieeinrichtung 2 ein Elektronenstrahl verwendet, um die Veränderung der Austrittsarbeit zu bewirken. Bei diesem Verfahren wird als Aufzeichnungsmedium 1 ein Material mit einem Abschnitt mit periodischer Struktur oder einem Abschnitt in kristallinem Zustand als Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit mit einer homogenen Austrittsarbeit verwendet. Bei dem Aufzeichnungsmedium 1 bildet der oben erwähnte Elektronenstrahl einen Abschnitt mit einem eingeführten Mehrfachdefekt oder einen Abschnitt mit amorphem Zustand, welcher der Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit ist. Das heißt, in dem Aufzeichnungsmedium 1 verursacht eine lokale Strukturveränderung, die durch den Elektronenstrahl erzeugt wurde, eine lokale Veränderung der Austrittsarbeit oder zusammen damit eine Veränderung der Verteilung der Energiezustandsdichte, so daß ein Aufzeichnen der Informationen durchgeführt werden kann. Der Bereich der Beschleunigungsenergie des Elektronenstrahls sollte vom Gesichtspunkt der Aufzeichnungsgeschwindigkeit oder der Aufzeichnungsdichte auf mehrere hundert eV bis mehrere dutzend keV festgelegt werden.
Schließlich wird bei dem in Fig. 4 dargestellten Aufzeichnungsverfahren ein Elektronenstrahl als Energieeinrichtung 2 zum Bewirken der Veränderung der Austrittsarbeit verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Material mit einem Abschnitt amorphen Zustands oder einem Abschnitt mit einer kurzzeitigen periodischen Struktur verwendet, der als Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit mit einer homogenen Austrittsarbeit wirkt, als Aufzeichnungsmedium 1 verwendet. Ein solches Aufzeichnungsmedium 1 wird der Strahlung des oben erwähnten Elektronenstrahls ausgesetzt, um lokal erwärmt zu werden. Anschließend wird das Aufzeichnungsmedium durch allmähliches Absenken der Elektronenstrahlenergie entspannt, um einen Abschnitt mit kristalliner Struktur oder einen Abschnitt mit regulärer Struktur zu bilden, der als Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit dient. Dies bedeutet, daß das Aufzeichnen der Information auf fast umgekehrte Weise durchgeführt wird wie bei den unter Bezugnahme auf Fig. 2 oder 3 beschriebenen Verfahren. Es sei festgestellt, daß bei einem solchen Verfahren anstelle des Elektronenstrahls ein Laserstrahl verwendet werden kann.
Durch Kombination der oben beschriebenen Aufzeichnungsverfahren miteinander kann die Phasenänderung oder Strukturänderung zwischen dem Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit und dem Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit reversibel und wiederholt bewirkt werden, so daß wiederum ein Aufzeichnen und ein Löschen der Informationen auf dem Aufzeichnungsmedium 1 durchgeführt werden kann.
Bei den oben beschriebenen Aufzeichnungsverfahren ist es möglich, die Aufzeichnungsbedingung durch Überwachung der Menge an Elektronen zu optimieren, die von dem Abschnitt emittiert werden, an dem ein Aufzeichnen durchgeführt wird, sowie eine Energieverteilung oder einen Zustand der Erzeugung der durch Wärme verursachten Infrarotstrahlung, um eine Zustandsveränderung des Aufzeichnungsmediums zu detektieren.
Nachfolgend werden Wiedergabeverfahren beschrieben. Wie in Fig. 1(a) gezeigt ist, wird ein Laserstrahl als Energieeinrichtung 4 auf das Aufzeichnungsmedium 1 gebündelt, um zu bewirken, daß Elektronen 3 emittiert werden. Die Differenz in der Menge der Elektronen 3 zwischen dem Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit und dem Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit wird als Intensitätsveränderung des elektrischen Stromes detektiert, der ein Verteilungsmuster des Abschnitts 15 mit veränderter Austrittsarbeit darstellt, wodurch Information wiedergegeben wird. Als Energieeinrichtung kann neben dem oben erwähnten Laserstrahl jede andere elektromagnetische Strahlung einschließlich Röntgenstrahlung, ultravioletter Strahlung oder ähnlichem, ein geladener Teilchenstrahl einschließlich eines Elektronenstrahls, ein Ionenstrahl oder ähnliches oder ein Neutronenstrahl verwendet werden. Falls ein Teilchenstrahl verwendet wird, sollte ein Teilchen mit einer geringen Reaktivität, beispielsweise ein Teilchen eines reaktionsträgen Elementes oder ähnlichem, ausgewählt werden, um den Einfluß auf das Aufzeichnungsmedium 1 zu minimieren.
Im folgenden sei angenommen, daß eine Austrittsarbeit an dem Bereich 14 mit unveränderter Austrittsarbeit Φ&sub1;&sub4; und an dem Abschnitt mit veränderter Austrittsarbeit Φ&sub1;&sub5; ist. Grundsätzlich bewirkt das Beaufschlagen mit Licht (Energie) von hν > Φ (h: Planck'sche Konstante, ν: Frequenz) auf die Oberfläche eines Materials mit der Austrittsarbeit Φ&sub1;&sub4;, daß Elektronen mit einer gegebenen Energie von der Oberfläche des Materials nach außen emittiert werden. Ebenfalls ist bekannt, daß aufgrund des Tunneleffektes sogar im Falle von hν < Φ ein geringer Strom erzeugt wird. Folglich wird bei Abtasten des Aufzeichnungsmediums 1 mit einem Referenzlicht νR von Φ&sub1;&sub4; = hν&sub1;&sub4; < hνR < Φ&sub1;&sub5; = hν&sub1;&sub5; an dem Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit Φ&sub1;&sub4; < hνR, so daß Elektronen emittiert werden, wohingegen an dem Abschnitt 15 mit veränderter Austrittsarbeit hνR < Φ&sub1;&sub5; wird, so daß nur wenige Elektronen emittiert werden. Ein Detektieren der zu diesem Zeitpunkt emittierten Elektronen und der Differenz in der Stromintensität der Elektronen ermöglicht, Informationen von dem Aufzeichnungsmedium 1 zu lesen.
Für den Fall, daß das Licht die oben beschriebenen Anforderungen nicht erfüllt, kann ein anderes Licht νR1 mit Φ&sub1;&sub4; < Φ&sub1;&sub5; < hνR1 oder Referenzlicht νR2 mit Φ&sub1;&sub4; > Φ&sub1;&sub5; > hνR2 verwendet werden. In diesem Fall werden die Elektronen 3 sowohl von dem Abschnitt 14 mit unveränderter Austrittsarbeit wie von dem Abschnitt mit veränderter Austrittsarbeit emittiert. Da jedoch eine Differenz in der Menge der emittierten Elektronen 3 zwischen den beiden Abschnitten besteht, kann ein Verteilungsmuster des Abschnitts mit veränderter Austrittsarbeit auf der Grundlage dieser Differenz detektiert werden, so daß Information wiedergegeben werden kann.
Falls ein Material mit guter Leitfähigkeit, wie beispielsweise Metall, als Elektronenstrahlungsquelle (Aufzeichnungsmedium) verwendet wird, wird die Zahl der emittierten Elektronen 3 im wesentlichen durch die Austrittsarbeit bestimmt, wohingegen im Falle, daß ein halbleiterartiges Material mit einer Lücke im Elektronenband als Aufzeichnungsmedium verwendet wird, dessen lokale Zustandsdichte ebenfalls die Menge der emittierten Elektronen beeinflußt. In diesem Fall ist eine Wiedergabe der Information auf der Grundlage einer Energieverteilung der emittierten Elektronen möglich.
Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise ein Laserstrahl oder ähnliches, als Energieeinrichtung 4 zur Wiedergabe von Informationen verwendet wird. Der Laserstrahl wird auf das Aufzeichnungsmedium 1 mittels einer Objektlinse gebündelt (eine andere optische Einrichtung, wie beispielsweise ein Beugungsgitter, ein Spiegel oder ähnliches, kann ebenfalls verwendet werden), so daß die Elektronen 3 von einem Abschnitt emittiert werden, auf welchen die Energie konzentriert wird. Wenn die von der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 1 emittierten Elektronen detektiert werden sollen, wird zwischen den Elektronen 3 ein Detektor 6 oberhalb des Aufzeichnungsmediums 1 angeordnet. Im Gegensatz dazu wird der Detektor 6 unterhalb des Aufzeichnungsmediums angeordnet, wenn die von der unteren Oberfläche des Aufzeichnungsmediums emittierten Elektronen detektiert werden sollen. In diesem Fall ist es unter der Annahme, daß die Wiedergabe in Atmosphärenluft durchgeführt wird, wünschenswert, den Detektor 6 bis zu 10 um nahe an einen Ausleseabschnitt des Aufzeichnungsmediums 1 anzuordnen. Auch wird vorteilhafterweise eine Spannung angelegt, um einen hohen Detektionswirkungsgrad zu erreichen und um das Potential an dem Detektor relativ zu dem Aufzeichnungsmedium 1 positiv zu halten. Insbesondere wenn ein Material guter Leitfähigkeit für das Aufzeichnungsmedium 1 verwendet wird, kann bezogen auf das Rauschen oder die Intensität eines Rückkopplungssignals ein gutes Resultat erzielt werden, wenn das Potential an dem Detektor 6 im Bereich von ca. +10 mV bis ca. +50 V gehalten wird. Wenn die Wiedergabe in einer beliebigen anderen Atmosphäre oder in Vakuum durchgeführt wird oder wenn ein Material schlechter Leitfähigkeit für das Aufzeichnungsmedium 1 verwendet wird, kann der Detektionswirkungsgrad ebenfalls durch Einstellen der Bedingungen entsprechend jeder Situation verbessert werden.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Wiedergabeverfahren beeinflußt die Dicke des Aufzeichnungsmediums 1 ebenfalls den Detektionswirkungsgrad, da die Elektronen 3 hinter der Seite detektiert werden, auf welche der Laser gerichtet ist. In diesem Fall ist die bevorzugte Dicke des Aufzeichnungsmediums 1, die von dem hierfür verwendeten Material abhängt, grundsätzlich genauso groß oder etwas geringer als die Tiefe, in welche der Laserstrahl eindringt. Dies bedeutet, daß es umso schwieriger für den Laserstrahl ist, die untere Oberfläche des Aufzeichnungsmediums zu erreichen, je größer die Dicke des Aufzeichnungsmediums wird, was eine exponentielle Verringerung der Lichtmenge bewirkt. Wenn sich andererseits die Dicke zu stark verringert, transmittiert die meiste Laserenergie durch das Medium, ohne Elektronen anzuregen; auch wird die elektronenemittierende Fläche kleiner, so daß die Menge an zu detektierenden Elektronen geringer wird.
In einem derartigen Fall bewirkt ein Anordnen des Detektors 6 auf beiden Seiten des Aufzeichnungsmediums zum Detektieren der nach oben und nach unten emittierten Elektronen 3 eine weitere Verbesserung des Detektionswirkungsgrades.
In den Fig. 7 und 8 wird als Energieeinrichtung 4 ein geladener Teilchenstrahl, wie beispielsweise ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl oder ähnliches, verwendet, um auf das Aufzeichnungsmedium zu strahlen, anstelle daß ein Laserstrahl zum Emittieren der Elektronen 3 verwendet wird. In diesem Fall kann die einfallende Energie des geladenen Teilchenstrahls die Energie hν des oben erwähnten Laserstrahls sein. In Atmosphärenluft oder einem spezifischen Gas hängt eine effektive Weglänge des geladenen Teilchenstrahls stark von einer durchschnittlichen freien Weglänge in jeder Atmosphäre ab. Somit wird der Abstand zwischen der geladenen Teilchenstrahlquelle 18 zum Aufzeichnungsmedium 1 vorzugsweise durch Bezugnahme auf die oben erwähnte durchschnittliche freie Weglänge festgelegt. Wenn beispielsweise die Wiedergabe in Atmosphärenluft unter Verwendung eines Elektronenstrahls durchgeführt wird, sollte der oben erwähnte Abstand zwischen der Strahlquelle 18 und dem Aufzeichnungsmedium 1 zwischen 0,001 um und 1 um betragen, und die Strahlbeschleunigungsspannung sollte ca. 1 V bis 500 V betragen. Wenn der Elektronenstrahl verwendet wird, wird eine Spannung angelegt, um das Potential an dem Aufzeichnungsmedium 1 relativ zu dem an der Strahlquelle 18 positiv zu halten, wohingegen im Falle, daß ein Teilchenstrahl mit positiver Ladung verwendet wird, am Aufzeichnungsmedium 1 ein negatives Potential angelegt wird. In den oben beschriebenen Fällen können, wie im Falle des Wiedergabeverfahrens, unter Verwendung des Laserstrahls die emittierten Elektronen 3 durch den Detektor 6 detektiert werden, der oberhalb der oberen Oberfläche oder unterhalb der unteren Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 1 oder auf beiden Seiten angeordnet ist. Auch werden, wie bei dem Wiedergabeverfahren, unter Verwendung des Laserstrahls die gleichen Einstellungen, wie beispielsweise das Anlegen eines positiven Potentials an das Aufzeichnungsmedium 1, die Position des Detektors 6, die angelegte Spannung oder ähnliches benötigt.
Wenn in dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der negativ geladene Teilchenstrahl, wie beispielsweise der Elektronenstrahl oder ähnliches, verwendet wird, kann ein Teil des Teilchenstrahls nicht normal auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 1 unter Einfluß eines elektrischen Feldes, das durch den Detektor 6 verursacht wird, fokussiert werden, da der Detektor 6 und die Strahlquelle 18 auf der gleichen Seite relativ zu dem Aufzeichnungsmedium 1 angeordnet sind und da ferner das positive Potential sowohl am Detektor 6 wie auch am Aufzeichnungsmedium 1 relativ zur Strahlquelle 18 angelegt sind. Auch kann der Teilchenstrahl in den Detektor 6 eintreten und Rauschen erzeugen. Deshalb ist es in einem solchen Fall wünschenswert, daß das Potential an dem Aufzeichnungsmedium 1 zwischen +1 V bis +100 V relativ zur Strahlquelle 18 gehalten wird, während die an den Detektor 6 angelegte Spannung zwischen 0,01 V bis 10 V eingestellt wird, d.h. 1/10 bis 1/100 der an das Aufzeichnungsmedium 1 angelegten Spannung, so daß die Differenz der angelegten Spannung zwischen dem Aufzeichnungsmedium 1 und dem Detektor 6 vorgesehen werden kann.
Bei den oben unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, den Licht- oder Teilchenstrahl als Energieeinrichtung 1 mit einem vorbestimmten Einfallswinkel relativ zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 1 vorzusehen. Da jedoch ein geringerer Durchmesser des gebündelten Punktes des Strahls eine Verbesserung in der Aufzeichnungsdichte erlaubt, ist es wünschenswert, den Strahl senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums 1 zu richten. Auch kann der Laserstrahl mit einer großen Wellenlänge oder der Teilchenstrahl mit einer niedrigeren Energie verwendet werden, um das Aufzeichnungsmedium 1 derart zu erwärmen, daß sich dessen Struktur nicht ändert, wodurch Information nach demselben Prinzip wie oben beschrieben wiedergeben werden kann, indem die von dem Aufzeichnungsmedium 1 durch thermische Anregung emittierten Elektronen 3 detektiert werden, um die Änderung der Austrittsarbeit auszulesen.
Nachfolgend werden Aufzeichnungseinrichtungen beschrieben, die in den oben beschriebenen Verfahren zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Informationen verwendet werden können. Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt die Aufzeichnungseinrichtung 10 beispielsweise das Aufzeichnungsmedium 1 zum Aufzeichnen von Informationen und eine Detektorschicht 7, die aus Al, Au, Pt oder ähnlichem zum Detektieren der regenerativen Signale bei der Wiedergabe der aufgezeichneten Information besteht. Mit dieser Anordnung können die regenerativen Signale direkt von dem Aufzeichnungsmedium 1 detektiert werden, ohne daß ein separater Detektor notwendig ist, der außerhalb der Einrichtung 10 vorgesehen ist. Durch Vorsehen einer solchen Konstruktion der Aufzeichnungseinrichtung 10 in Form einer Scheibe, eines Bandes oder einer Karte wird die Verwendung einer herkömmlichen Wiedergabevorrichtung für optische Scheiben möglich. Auch wird die Erhaltung und die Handhabung der Aufzeichnungseinrichtung 10 vereinfacht, indem eine Schutzschicht vorgesehen wird, welche die gesamte Oberfläche der Einrichtung vor einer Alterung der Aufzeichnungseinrichtung 10 und vor einer Auswirkung gasförmiger Substanzen in der Atmosphäre schützt.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Aufzeichnungseinrichtung 11 ist eine Zwischenschicht 8, bestehend aus einer Isolierschicht aus SiO&sub2;, SiN, Al&sub2;O&sub3;, AlN oder ähnlichem zwischen dem Aufzeichnungsmedium 1 und der Detektorschicht 7 ausgebildet, um vor einer Alterung des Aufzeichnungsmediums 1 zu schützen, die durch Diffusion der die Detektorschicht 7 bildenden Elemente in das Aufzeichnungsmedium und aus diesem heraus verursacht wird. Wenn die oben beschriebenen, in den Fig. 6 und 8 dargestellten Wiedergabeverfahren durchgeführt werden, d.h. wenn der Detektor 6 hinter der Seite vorgesehen ist, auf welche der Strahl gerichtet wird, ist es in diesem Fall vorzuziehen, daß die Dicke des Aufzeichnungsmediums 0,001 um bis 5 um beträgt, die der Zwischenschicht 8 (Isolationsschicht) 0,001 um bis 0,1 um und die der Detektorschicht mehr als 0,1 um. Ebenso sind an dem Aufzeichnungsmedium 1 und der Detektorschicht 7 Bleielektroden 19, 19 befestigt, so daß Spannung angelegt werden kann, um jeweils die Konvergenz des Strahls zu verbessern, wodurch der Detektionswirkungsgrad verbessert werden kann. Im Gegensatz dazu ist es bei der Durchführung der in den Fig. 5 und 7 dargestellten Wiedergabeverfahren wünschenswert, daß die Dicke der Detektorschicht 7 geringer als 0,1 um ist und die der Zwischenschicht 8 ca. 0,001 um bis 0,01 um beträgt, da der Strahl durch die Detektorschicht 7 und die Zwischenschicht 8 gelangen muß, um das Aufzeichnungsmedium 1 zu erreichen.
Eine in Fig. 11 dargestellte Aufzeichnungseinrichtung 12 umfaßt die Detektorschichten 7, 7 und die Zwischenschichten 8, 8 auf beiden Seiten des Aufzeichnungsmediums 1, um dessen Detektionswirkungsgrad zu verbessern. In diesem Fall sollten die unter Bezugnahme auf die Fig. 10 beschriebenen Bedingungen für die Dicken der Schichten auf die Detektorschichten 7, 7 und die Zwischenschichten 8, 8 jeweils eingehalten werden.
Wenn unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 ein Aufzeichnen auf der Grundlage der Veränderung der Austrittsarbeit durch Erzeugen einer Strukturveränderung mittels Strahlungswärme durchgeführt wird, sollte ein Oxid oder Nitrid, beispielsweise Si - O, Si - N oder Al - O, Al - N verwendet werden, welches keinen schlechten Einfluß auf das Aufzeichnungsmedium 1 oder die Detektorschichten 7, 7 ausübt, und zwar durch Verursachen von thermischer Diffusion oder von ähnlichem in die Zwischenschichten 8, 8.
Fig. 12 zeigt eine Aufzeichnungseinrichtung 13 in Form einer Scheibe, eines Bandes oder einer Karte zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Informationen mittels eines Laserstrahls, eines Röntgenstrahls, ultravioletter Strahlung oder ähnlichem. Die Aufzeichnungseinrichtung 13 ist mit einer Schutzschicht 20 versehen, die aus einem UV-härtbaren Acrylatharz, einem Silikonbeschichtungsmaterial, ungesättigtem Polyesterharz oder ähnlichem als Schutz gegen Risse und gegen Staub, die von außen verursacht werden, als erste Schicht gegenüber dem Strahl ausgebildet sind. Anschließend sind das Aufzeichnungsmedium 1, die Zwischenschicht 8, die Detektorschicht 7 nacheinander vorgesehen und am Boden ist ein Glassubstrat 21 vorgesehen, das sowohl als Substrat wie auch als Schutzschicht dient. Wenn der zu verwendende Strahl durch das Glassubstrat 21 wie eine elektromagnetische Welle, wie beispielsweise Licht oder ähnliches, transmittieren kann, ist es möglich, die Information durch Anwenden des Strahles zu reproduzieren, der von der Seite des Glassubstrats 21 einfällt.
Fig. 13(a) zeigt den Fall, bei dem das Aufzeichnen, die Wiedergabe oder das Löschen von Information unter Verwendung der Aufzeichnungseinrichtung 13 durchgeführt wird. Wenn die Aufzeichnungseinrichtung 13 die Form einer Scheibe besitzt, um Informationen aufzuzeichnen oder wiederzugeben, wird eine Reihe aus Abschnitten 14 mit unveränderter Austrittsarbeit und Abschnitten 15 mit veränderter Austrittsarbeit in konzentrischer oder spiralförmiger Anordnung ausgebildet, um durch Bewegen oder Drehen entweder der Energieeinrichtung 2, 4 oder der Aufzeichnungseinrichtung 13 oder beidem detektiert zu werden. Beim Löschen wird der Abschnitt mit unveränderter Austrittsarbeit ausgebildet. Falls die Aufzeichnungseinrichtung 13 die Form eines Bandes oder einer Karte besitzt, wird eine Reihe von Abschnitten 14 mit unveränderter Austrittsarbeit und Abschnitten 15 mit veränderter Austrittsarbeit durch Bewegen entweder der Energieeinrichtung 2, 4 oder der Aufzeichnungseinrichtung 13 oder beidem linear ausgebildet (Aufzeichnen) und anschließend detektiert (Wiedergeben). Um die Aufzeichnung zu löschen, wird der Bereich mit unveränderter Austrittsarbeit in einer geraden Linie ausgebildet (Löschen). Auf diese Weise wird der Ausgang der Energieeinrichtung 2 auf der Grundlage eines Musters gemäß der aufzuzeichnenden Information beim Aufzeichnen moduliert. Demgegenüber wird bei der Wiedergabe die Veränderung der Stromintensität entsprechend einem Verteilungsmuster der oben beschriebenen Abschnitte 14 mit veränderter Austrittsarbeit und Abschnitte 15 mit veränderter Austrittsarbeit durch die Detektorschicht 7 detektiert. Dann wird nach der Detektion die Veränderung der Stromintensität einer Binärcodeabtastung unter Verwendung eines entsprechenden Schwellwertes unterzogen, wodurch Daten, die durch 1 und 0 dargestellt werden, erhalten werden können (Fig. 13(b)).

BEISPIEL

Die in Fig. 12 dargestellte Aufzeichnungseinrichtung 13 wurde durch Laminieren eines Au-Filmes (die Detektorschicht 7) von ca. 100 nm Dicke, eines SiO&sub2;-Films (die Zwischenschicht 8) von ca. 30 nm Dicke eines InSbTe-Filmes (das Aufzeichnungsmedium 1) von ca. 50 nm Dicke und eines SiO&sub2;- Filmes (die Schutzschicht 20) in dieser Größenordnung durch das Sputterverfahren auf ein Glassubstrat 21 erhalten.
Das Aufzeichnen erfolgt dadurch, daß ein Laserstrahl, der von einem Halbleiterlaser mit 830 nm Wellenlänge und ca. 40 mW maximaler Ausgangsleistung von der Seite der Schutzschicht 20 aufgebracht wurde. Ein Laserstrahl mit 15 mW (flux: 1,0 um) wurde auf den kristallinen InSbTe-Film 1 gerichtet, um diesen teilweise amorph zu machen, um Information aufzuzeichnen. Es wurde bestätigt, daß dieser amorphe Abschnitt durch Anwenden eines Laserstrahls von 10 mW reversibel rekristallisiert wurde.
Somit wurde das Aufzeichnen von Information auf der Grundlage eines Verteilungsmusters des amorphen und kristallinen Abschnitts durchgeführt, gefolgt von einem Erden der Detektorschicht 7, anschließendem Anwenden einer Spannung von +5 V an das Aufzeichnungsmedium von außen. Unter Beibehaltung dieses Zustands wurde ein Ar-Laserstrahl (flux: 1,0 um) mittels einer Linse gebündelt, anschließend von der Seite mit der Schutzschicht 20 auf den InSbTe-Film 1 unter Abtasten ausgestrahlt, wodurch eine geringe Änderung der Stromstärke entsprechend der oben erwähnten, in Fig. 13(b) gezeigten Musterverteilung detektiert werden konnte.

Claims

1. Verfahren zum Aufzeichnen und zur Wiedergabe von Information, umfassend:

Richten eines Energiestrahls (2) auf ein Aufzeichnungsmedium (1), das aus einem Material hergestellt ist, dessen Austrittsarbeit sich entsprechend einer Strukturänderung desselben verändern kann, die durch Einstrahlung des Energiestrahls verursacht wird, um lokal eine Austrittsarbeit des Mediums derart zu verändern, daß ein Verteilungsmuster von Abschnitten (15) des Mediums mit veränderter Austrittsarbeit und Abschnitten (14) des Mediums mit unveränderter Austrittsarbeit aufgezeichnet wird, wobei das Verteilungsmuster der aufzuzeichnenden Information entspricht;

Detektieren des Verteilungsmusters auf der Grundlage einer Differenz des fotoelektrischen oder thermoelektrischen Effektes zwischen den Abschnitten (15) des Mediums mit veränderter Austrittsarbeit und den Abschnitten (14) des Mediums mit unveränderter Austrittsarbeit; und

Wiedergabe der aufgezeichneten Information mittels der detektierten Differenz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium aus einem Material hergestellt ist, das einen kristallin-amorphen Phasenübergang reversibel vollziehen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus einer Te-Legierung, wie z.B. TeSe, TeSb, TeSbAs, TeGeSb, TeGeAs, TeSbIn oder TeBi herstellt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium aus einer In-Legierung, wie beispielsweise InSe oder InSeTICo hergestellt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Elektronenstrahl ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl eine Beschleunigungsspannung von ca. 1 bis 500 V besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl eine elektromagnetische Welle ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Laserstrahl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium durch Anlegen einer Spannung auf einem positiven Potential gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilungsmuster als eine Reihe in konzentrischer, spiralförmiger oder linearer Form auf dem Aufzeichnungsmedium vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmedium auf einer Aufzeichnungseinrichtung (10; 11; 12; 13) vorgesehen ist, die ein Laminat aus einer Detektorschicht (7) und dem Aufzeichnungsmedium umfaßt, wobei die Detektorschicht Elektronen detektieren kann, die von dem Aufzeichnungsmedium emittiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die Detektorschicht aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Al, Au oder Pt, hergestellt ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinrichtung ferner eine Isolatorschicht (8) zwischen dem Aufzeichnungsmedium und der Detektorschicht aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht aus SiO&sub2;, SiN, Al&sub2;O&sub3; oder AlN besteht.