專利名稱：一種光存儲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光信息存儲材料，具體地說，涉及一種光信息存儲材料結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備方法。
用于光存儲的電子俘獲技術(shù)是美國馬里蘭州洛克維爾的Optex公司在八十年代末提出的[J.Lingmayer，Solid state Technology/August，135(1988)]，所用材料是稀土離子雙摻雜的某Ⅱ-Ⅵ族化合物蒸鍍膜。材料中一種稀土作為電子給體提供電子，另一種為陷阱俘獲電子。給體中心的電子吸收光子躍遷到高能態(tài)并被陷阱中心俘獲，這一過程是信息的寫入和存儲。在紅外光作用下，陷阱中的電子被釋放重新返回基態(tài)發(fā)射光子，這一過程是信息的讀出。這是一種不產(chǎn)生熱也不需要加熱的光子過程，因此，它比目前的磁光和相變技術(shù)更快且介質(zhì)讀寫循環(huán)壽命趨于無限。同時這類材料寫入和讀出的光強在很大范圍內(nèi)呈極好的線性，作為模擬記錄或多電平數(shù)字記錄介質(zhì)使用時，可比現(xiàn)有光盤提高存貯密度幾倍。
但目前采用的材料設(shè)計都是單層結(jié)構(gòu)，即給體中心和陷阱中心同時分布在同一層中。當(dāng)給體中心的電子吸收光子被激發(fā)后最大可能地被周圍鄰近的陷阱中心俘獲，由于距離較近，陷阱中心的電子無論通過熱激活還是隧穿方式重新返回給體中心的幾率都不小，因此信息存儲時間短，在室溫下僅二十天內(nèi)就已經(jīng)消失。由于同樣的原因，寫入效率較低。
本發(fā)明的目的是提供一種電子俘獲光存儲薄膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和該結(jié)構(gòu)的制備方法，這種結(jié)構(gòu)的光存儲薄膜材料可以提高信息存儲的穩(wěn)定時間和寫入效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用多層結(jié)構(gòu)材料設(shè)計，使電子給體中心和電子俘獲中心不同時存在同一層中，形成交替排列的電子給體層和電子俘獲層，每層厚度在100～1000 ，總層數(shù)在2～100層，在光寫入的同時外加直流電場，讀出時外加與寫入電場極性相反的直流電場。
由于采用多層結(jié)構(gòu)，給體層中激發(fā)的電子由于外場作用可轉(zhuǎn)移到離給體中心較遠處，以致被俘獲層中的陷阱中心(亦稱受體中心)俘獲。電子被受體中心俘獲后，電子可以一定速率回到給體中心，該速率與給體-受體間距有關(guān)，它滿足K＝Aexp(-2RDA/RO)其中RO為范德瓦爾斯半徑，RDA為給體和受體間距，A為常數(shù)。在單層結(jié)構(gòu)中，如果給體和受體間平均距離為R，則信息擦除速率為K1＝Aexp(-2R/RO)。
在多層結(jié)構(gòu)中，設(shè)結(jié)構(gòu)參數(shù)如

圖1所示，圖中陰影區(qū)域為電子給體層，空白區(qū)域為電子受體層。假設(shè)受體層中的電子濃度隨X不變?yōu)椤鱪，那么電子重新被受體層俘獲平均速率為 上式假設(shè)XA＞＞XD，略去了e-2XD/ RO]]>項表明信息存貯穩(wěn)定性正比于俘獲層厚度。如果XD＝R，設(shè)計受體厚度遠大于范德瓦爾斯半徑，則K2/K1＝R0/2(XA-XD)＜＜1說明多層結(jié)構(gòu)比單層結(jié)構(gòu)提高信息存儲的穩(wěn)定性。
一個光脈沖從給體中心上激發(fā)的電子，可被受體中心俘獲，也可被給體中心重新俘獲。令受體中心和電子的復(fù)合率為RA，電子重新被給體復(fù)合率為RD，那么在單層結(jié)構(gòu)中，一個光脈沖激發(fā)的電子被受體中心俘獲的比例為RA/RA+RD。在多層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)作用一個光脈沖同時加入直流電場 ，電子將同時進行擴散和漂移運動，并滿足以下方程 Dn是電子在材料中擴散系數(shù)，μn是遷移率。該方程的解表明，給體層中的電子不斷向受體層擴散，形成濃度梯度，同時，電子濃度分布最大處沿-X方向作漂移運動，漂移速度為μn｜E｜。如果漂移速度很大，使電子很快經(jīng)過給體層，則在給體層中電子的復(fù)合機會將減少。適當(dāng)選擇外加電場強度，完全可以減少電子在給體層中的復(fù)合，從而增大電子被受體俘獲的比例，以至大于單層結(jié)構(gòu)中的受體復(fù)合比例RA/RA+RD。同時，如果給體層厚度遠小于電子擴散長度，而受體層厚度大于電子擴散長度，則電子主要分布在受體層中，只有少量電子才被給體層重新俘獲。因此，合理設(shè)計多層結(jié)構(gòu)和適當(dāng)選擇外加電場強度，可以使寫入效率高于單層結(jié)構(gòu)。
下面給出本發(fā)明的實施例。
圖2是本發(fā)明的示意圖。
圖中(1)是導(dǎo)電玻璃;(2)是電子受體層;(3)是電子給體層;(4)是電子受體層;(5)是透明電極。
本實施例采用Sm3+，MgSEu2+體系為例，首先用普通燒結(jié)方法制成MgSSm3+和MgSEu2+原料。用常規(guī)蒸鍍方法，利用MgSSm3+和MgSEu2+為兩個蒸發(fā)源，在導(dǎo)電玻璃上交替鍍制MgSSm3+電子受體層和MgSEu2+電子給體層，鍍制20層，電子給體層100 ，電子受體層1000 ，最后鍍一層透明電極，該電極與導(dǎo)電玻璃形成兩個電極，用來外加電場。
材料制成后，通過電極外加20V直流電壓，在多層膜內(nèi)形成電場，然后用蘭綠光，比如488nm光照射多層膜平面某一點進行寫入，寫入能量為1μJ。讀出時外加反向電壓(與寫入時電壓極性相反)20V，用波長1μm，能量為10nJ紅外光照射寫入點，同時用一般光譜儀探測光激勵發(fā)光強度為1nJ。放置30天后，同樣條件讀出，測量發(fā)光強度為0.82nJ。再放置30天后，同樣條件讀出，測量發(fā)光強度為0.67nJ。
權(quán)利要求
1.一種光存儲材料，其特征在于電子給體層和電子俘獲層為相互交替排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光信息存儲材料結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備方法。本發(fā)明采用多層結(jié)構(gòu)材料設(shè)計，形成相互交替排列的電子給體層和電子俘獲層。給體層中激發(fā)的電子通過擴散外場作用可轉(zhuǎn)移到離給體中心較遠處，以致被俘獲層中的陷阱中心俘獲，從而提高信息寫入效率。寫入和外場停止后，俘獲層中的電子很難自發(fā)回到原來的狀態(tài)，從而提高信息存儲的穩(wěn)定性。
文檔編號G11B7/24GK1102901SQ9410687
公開日1995年5月24日 申請日期1994年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月15日
發(fā)明者虞家琪, 張家驊 申請人:中國科學(xué)院長春物理研究所