基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测

　　1　引　言

　　当今是信息的时代,信息像原子裂变一样迅速膨胀。光盘能够同时存储声音、图像、文字等多种媒体的信息,而且因为其具有存储密度高、价格便宜、保存寿命长和便于携带,能够满足信息化社会海量信息存储的需要等一系列其它记录媒体无可比拟的优点,故日益成为最主要的数据储存介质。光盘里的数据信息是以凹坑形式存储于盘基上,凹坑的深度和长度对数据的读取性能有直接的影响。

　　1986年,由IBM公司的Binnig与斯坦福大学的Quate等所发明的原子力显微镜[1,2](atomic forcemicroscopy, AFM)为直接观测微形貌提供了便利。AFM综合了力学、光学、电子学和计算机等学科和技术,它具有纳米甚至原子量级的超高分辨力。借助AFM可以获得光盘表面形貌特征信息和纳米尺度上的粗糙度,对光盘上信息位凹坑进行三维形貌检测[3~6]和统计分析,可以找出影响光盘质量的直接原因。现利用AFM实现对CD-R、DVD-R光盘写入前后的表面结构成像,并在纳米级尺度上对光盘沟槽的宽度、深度、长度、间距等表面形貌参数进行测量比较,用以评价光盘质量。

　　2　光盘的技术要求

　　CD和DVD光盘是日前在计算机领域最常用的光信息存储介质。CD和DV D光盘所采用的技术

　　从外观和尺寸方面上看,DVD光盘与CD光盘相同,其直径均为120mm,厚度为1.2mm,但DVD光盘容量比CD盘大得多。从表1可以得到CD、DVD的信息位的最小凹坑尺寸分别为长800nm、宽600nm、道间距为1600 nm和长400nm、宽280nm、道间距为740nm。光盘的检测工具的标准偏差应小于2nm[3],AFM的横向可以达到0.1nm的精度要求,能够对光盘的表面形貌参数进行测量,从而找出影响光盘质量的直接原因。

　　3　实验系统组成

　　实验采用美国DI公司的NanoscopeⅢ扫描探针显微镜(SPM)中的原子力显微镜(AFM)模块观察CD-R、DVD-R光盘表面形貌,并选用原子力显微镜的接触模式进行成像,扫描范围为10μm×10μm,扫描频率为2Hz。实验系统如图1所示。

　　4　结果及分析

　　下面分别是CD-R和DVD-R光盘表面形貌图(图2,图3)、三维图(图4,图5)和指定剖面的轮廓图[图6,图7(剖面线位置分别在2,3中黑线位置标出)]。图中亮度越浅,表示高度越高,反之表示高度越低。如图6至图7分别是图2,图3中黑线所示处剖面的轮廓图。图6中标号2,3两个倒三角符号指示的位置是预刻沟槽的宽度测量点即取距离沟槽底部60%的位置。预刻沟槽宽度的测量值取决于测量位置距离沟槽底部的高度以及沟槽侧壁倾角。图6中标号1,4两个倒三角符号指示的位置是预刻沟槽的深度测量点。沟槽的形状是影响光盘质量非常重要的因素。沟槽间距指的是相邻两个沟槽的中心距。