Заключний звіт науково-дослідної роботи
«Розробити технологію довгострокового зберігання даних з використанням методів субмікронної літографії»
(шифр «СУБМІКРОН»)
Інститут проблем реєстрації інформації НАНУ
2, вул. Шпака., 03113 Київ, Україна
E-mail: petrov@ipri.kiev.ua
Керівник НДР
академік НАН України
д.т.н. В.В. ПЕТРОВ
Відповідальний виконавець
член-кор. НАН України
д.т.н. А.А. КРЮЧИН
- 2021 -
Ключові відомості про НДР «СУБМІКРОН»
02
○ Строки виконання роботи: 01.01.2017 р. — 31.12.2021 р.
○ Пріоритетний тематичний напрям наукових досліджень:
Нові апаратні рішення для перспективних засобів обчислювальної техніки, інформаційних та комунікаційних технологій
○ Код та назва наукового напряму:
1.2.5.8. Розробка фізичних основ, принципів, методів та систем оптичної реєстрації інформації.
Створення технології довгострокового зберігання цифрової інформації.
План робіт на 2021 рік
03
Етапи роботи, результати і впровадження:
Підрозділи, що приймають участь у виконанні НДР:
Відділ №101, №103, дослідно-експериментальна служба.
Відповідальні виконавці:
Збільшення щільності оптичного запису
04
Об'ємний оптичний запис
● Багатошарова структура
● Однорідне середовище
● Кодування ФЛ елементами
Методи наноплазмоніки
● Матеріали наноплазмоніки
● Багаторозрядне кодування
● Схема зчитування-запису
Перспективні матеріали надщільного оптичного запису
● Цільові показники довготермінового зберігання даних
● Цільові показники надщільного оптичного запису
● Наноструктуровані реєструвальні середовища
○ структурування люмінофорів матрицею білого цеоліту
○ застосування поверхнево-плазмонного резонансу MNP
○ технологія двопроменевої оптичної літографії (SPIN)
Цільові показники багатошарового ФЛ запису
05
Алгоритми збільшення надійності відтворення даних
06
Алгоритми ентропійного кодування
● Дискретне інформаційне джерело
● Визначення показників ентропії
Методи обробки дискретних джерел
● Визначення дискретного джерела ● Аналіз дискретного джерела
○ ланцюги Маркова
○ випадкові поля Пікарда
● Визначення умовної ентропії
Оптичний запис на монокристалічну підкладку
07
● наближення Дебая до век-торної теорії дифракції
● обчисленням дифракційних інтегралів
Визначено, що аберації, що виникають, не можуть бути скомпенсовані звичайними оптичними елементами а тільки елементами чутливими до поляризованого світла, тобто елементами з оптичною анізотропією.
Визначення параметрів пластинки-компенсатора
08
Формат диску | | | | | |
CD | 780 | 0,45 | 1,78 | | |
DVD | 650 | 0,6 | 1,78 | | |
BD | 400 | 0,85 | 1,78 | | |
CD/DVD/BD | 400 | 0,26 | 1,78 | | |
Допустимі значення анізотропії для різних форматів оптичних дисків
Мікрофотографія поверхні нікелевого диска з пітами:
Механічні властивості сапфірової підкладки диска
09
Мат. модель визначення механічної стійкості сапфірового диска:
Розподіл напружень у сапфіровому диску
Еквівалентний зсув у сапфіровому диску
Мат. моделювання руйнування сапфірового диска
10
Математична модель процесу падіння диска з висоти 100 см
Показники напружень
Показники зсувів
Визначено, що зростання напружень у точці падіння в залежності від висоти значно випереджують зростання величини зсуву в діапазоні зміни висоти падіння 40-100 мм.
Нанесення мікрорельєфу на сапфірову підкладку
11
Технологічне обладнання для оптичного запису
12
Лінія мастерінгу компакт-дисків
AM-200 (компанія «Toolex»)
Станція лазерного запису
Нанесення фоторезисту
Обладнання для плазмохімічного травлення
13
Узагальнена схема вакуумної установки
Вакуумна установка ВУ1А
Параметри режимів травлення: залишковий тиск — 2×10-2 Па, робочий тиск — 4×10-2 Па, час травлення — 12,5 хвилин, струм пучка — 1,0 А, прискорювальна напруга — 2,2 кВ, струм лінзи — 76 мА, кутова швидкість — 20 об/хв.
Повторюваність наведених параметрів складає величину 5-10%.
Результати фокусування системи оптичного запису
14
Об’єктив О2-60
Вісь Х
Вісь Y
Відбивальні покриття для оптичних дисків
15
???
Плівка нітриду титану (АСМ-зображення)
Поверхня оптичного диску
Метод магнетронного напилення
Шар нітриду титану
Матеріал покриття | Температура відпалу, 0С |
Cr | 500 |
CrN | 700 |
ZrN | 600 |
TiN | 600 |
Hf+HfN | 800 |
Дослідження запису на сапфірову підкладку
16
Мікрозображення поверхні оптичного диска SAP HR 26
Диск № | Піт 3Т, мкм | Піт 4Т, мкм | | Дифракція | Укороч. пітів, нм |
SAP HR 26 | 0,84 | 1,03 | 2,2 | 5,2 | - 276 |
SAP HR 27 | 0,90 | 1,16 | 2,4 | 5,3 | - 240 |
SAP HR 28 | 0,87 | 1,11 | 2,4 | 5,4 | - 240 |
Селективне травлення фоторезисту
Травлення шару хрому
Запис опт. диска на основі сапфірової підкладки
17
Диск № | Піт 3Т довжина,мкм | Ленд 3Т довжина, мкм | Піт 3Т ширина, мкм | Піт 11Т довжина, мкм | Піт 11Т ширина, мкм |
SAP HR 06 | 0,93 | 0,73 | 0,67 | 3,17 | 0,68 |
SAP HR 07 | 0,86 | 0,81 | 0,70 | 3,11 | 0,72 |
Мікрозображення диска SAP HR 06
Мікрозображення диска SAP HR 07
Аналіз структури сапфірового диска методами АСМ
18
Мікрофотографія структури пітів
Профіль мікрорельєфу поверхні диска
В результаті проведеного дослідження було розроблена методика по оптичному записі носіїв довготермінового запису на основі сапфірової підкладки. Технологія оптичного запису базується на формування мікрорельєфних структур шляхом травлення з використанням розряду постійного струму.
Проведення прискореного старіння оптичних дисків
19
Визначення руйнівних процесів
Прискорене старіння
Методологічні рекомендації
Формат оптичного диска
Параметри оптичного диска
Прогнозування
Строк служби
Результати побудови архівних оптичних носіїв
20
Характеристики оптичного диску | Сапфірова підкладка |
Товщина шару фоторезисту 160 нм | |
| |
Режими запису та обробки диску | Потужність лазера 1,2 мВт |
Хімічне травлення диску лужним травником (0,7 % КОН) протягом 16 с | |
Дифракційна ефективність становила 0,79. Режим травлення контролювався за дифракційною ефективністю у вологому стані | |
Отриманий результат | Nero Speed: 100% відтворення |
Windows Media Player: відтворення | |
Довжина піта 3T – 0,87 мкм. Ширина піта 3T – 0,53 мкм. Довжина піта 11T – 3,14 мкм. Ширина піта 11T – 0,6 мкм. |
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ
21
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ
22
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (МОНОГРАФІЇ)
23
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (СТАТТІ: 2017-2018)
24
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (СТАТТІ 2018-2019)
25
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (СТАТТІ 2019-2020)
26
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (СТАТТІ 2020-2021)
27
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2017)
28
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2017-2018)
29
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2018)
30
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2018)
31
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2019)
32
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2019)
33
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2019)
34
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2020)
35
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2020-2021)
36
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2020-2021)
37
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ (ТЕЗИ 2020-2021)
38