Optoelektronische Speicher - Dies ist unser Püffki, nur Eingeweihte ...

CD_DVD.doc h. Völz angelegt 24.10.10 aktuell 19.12.2010 Seite 141 von 277
Material ⇒ Speicherschicht
Muss eindeutiges, schnelles und häufiges Wechseln zwischen beiden Zuständen ermöglichen
und hohen optischen Kontrast zeigen
Legierungen aus 2 bis 4 Elementen, anfangs GdTb-Fe, heute hauptsächlich Verbindungen von Tellur und Selen
Zusätze: Germanium, Antimon, Tellur (Ge-Sb-Te) bzw. Indium, Silber, Antimon, Tellur (In-Ag-Sb-Te)
Verlagern die Schmelztemperatur des reinen Te auf etwa 200 °C
Speicherschicht wird durch Sputtern hergestellt = 20 bis 50 nm dick
Wichtig ist Einbettung, beidseitig spezielle, meist dielektrische Schichten, vorwiegend ZnS-SiO2
Verbessern als optische Vergütung Reflexionseigenschaften und dienen optimaler Wärmeableitung
Weglassen einer Schichten entsteht WORM ⇒ unlöschbares Schreiben = Compliance-Medien, u.a. UDO)
Reflexionsschicht befindet sich hinter zweiter dielektrischen Schicht, kann wie bei CD aus Al bestehen
Rückseite der CD-RW = metallisch blass grau
Heute erreicht: bis zu 1 000 000 Schreibzyklen, größte Stabilität oft nach 2 bis 10 Zyklen
Grenze: „Ermüdung“ der Schicht, meist durch Entmischung infolge von Volumenänderung und Diffusion
Änderungen des Reflexionsgrads bis zu 25 %
Vergleich: CD ≈80 %, CD-R = 35 bis 50 %
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Geschichte vom Phase-Change-Material (PM)
Mit amorph ⇔ kristalin ändern sich u.a. elektronische und optische Eigenschaften
Beide Varianten haben abwechselnd Fortschritte erbracht
1920 Änderung der elektrischen Leitfähigkeit beim Chalkogenids MoS2 entdeckt
50er Jahre Arbeiten zu den halbleitenden Eigenschaften
1960 PEARSON, SOUTHWORTH und KOLOMIEZ bzgl. optischer Eigenschaften
60er Jahre entdeckte Energy Conversion Devices (ECD): Einige Materialien können durch definierte
Wärmebehandlung nahezu beliebig oft zwischen amorph ⇔ kristallin umgewandelt werden
1965 gewinnt STANFORD OVSHINSKY (*ca. 1924) neue Erkenntnisse für elektronische Speicher
1970 MOORE, D.L. NELSON und R.G. NEAL erproben erste nichtflüchtige chalkogene Speicherzelle
1982 Matsushita: Echtzeit-Videorecorder mit Schicht aus Telluriumoxid
1995 Toshiba zweiseitige 3,5-Zoll-Platte mit 1,3 GByte, Panasonic Phasewriter Dual für 650 MByte
1995 10 große Unternehmen (u.a. Philips, Sony, HP, Mitsubishi und Ricoh) einigen sich über Speicherformat +
Verfahren für CD-E = CD-ER (erasable/recordable) = CD-PM, später CD-RW (rewritable) genannt
1998 DVD-RAM, DVD-RW, DVD+RW
2004 Plasmon UDO (ultra density optical), Sony PDD (professional disc for data)
2004 Samsung 64 MBit-Schaltkreis, 10 Jahre Garantie bei 110 °C. Zelle mit 9 Bit = 512 Stufen demonstriert
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Phasendiagramm - Speicherverfahren
Übergänge amorph ⇔ kristallin sind mittels Phasendiagramm aus Impulslänge ⇔ Energie beschreibbar
Für amorph wird Material mit kurzen, leistungsstarken Impuls ≈1 µs, 20 mW
bis in die flüssige Phase ≈500 - 700 °C < TFl erhitzt
Temperaturgradient zur Zimmertemperatur ist dann so groß, dass schnelle Abkühlung ≈10 -9 s erfolgt
Für kristallin ist ein langer, leistungsschwacher Impuls 5 bis 10 mW erforderlich
Temperatur 200 °C bleibt < TFl
Material hat Zeit für Keimbildung, Abkühlung nach Impuls so langsam, die Keime wachsen
Kristalline Phase ist thermisch/energetisch stabiler. Ihr wird daher der gelöschte Zustand zugeordnet
Löschen: kristallin oder amorph → kristallin
Aufzeichnen 1 = (kristallin) → amorph, 0 → kristallin,
ein Umlauf mit Laser-Umschalten genügt (Gegensatz MO dort oft 3)
Wiedergabe mit sehr kleiner Laser-Energie ≤1 mW
Temperatur muss unter Glastemperatur TGlas ≈100 °C bleiben
Vorteil der PM-Medien ist ihre große Langzeitstabilität bis zu 100 Jahren
Im Gegensatz zu den Dye-Varianten sind sie nicht licht- und deutlich weniger wärmeempfindlich
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