Разработка процессов и оборудования для изменения структурного состояния тонкопленочных слоев оптических и магнитооптических носителей информации

Актуальность темы

.

В любой сфере деятельности человечества информация хранится, обрабатывается, передается с помощью специальных устройств — носителей информации. Современную жизнь невозможно представить без цифровых носителей информации. Так основным средством хранения информации в вычислительных системах различного назначения в настоящее время по-прежнему являются накопители на жестких магнитных дисках (винчестеры). В тоже время широко используются оптические и магнитооптические энергонезависимые носители. Материалы, структуры, конструкции носителей информации и, следовательно, их технические характеристики постоянно совершенствуются.

При этом возникает законный вопрос: как влияют различные внешние воздействия на активный (регистрирующий) информационный тонкопленочный слой носителей информации? Данная проблема имеет два направления. Во-первых, защита информации при попадании носителя в условия, когда непредвиденное внешнее воздействие может повредить информацию. Во-вторых, целенаправленное уничтожение информации с носителя. Первое направление касается, например, работы электронного устройства с носителями в агрессивных средах, при мощных излучениях, например в космосе [1]. Целенаправленное уничтожение информации с носителя чрезвычайно актуально, в связи с возможностью несанкционированного доступа к ней. Важность данной проблемы возрастает для случаев специальных документов, уничтожение которых должно быть гарантировано и максимально оперативно. Прекрасным подтверждением данного утверждения является тот факт, что для уничтожения информации с магнитных носителей в различных странах выпускаются целые серии разнообразных приборов. Имеются сообщения о выпуске аппаратуры для уничтожения информации с флеш-носителей. Но, несмотря на то, что оптические и магнитооптические носители занимают значительную нишу в средствах хранения информации, подобных исследований в литературе не опубликовано.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка процессов, а также принципов преобразования активного (регистрирующего) информационного тонкопленочного слоя и создание оборудования для изменения структурного состояния оптических и магнитооптических носителей информации.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить ряд задач:

1. Анализ материалов, структуры современных оптических и магнитооптических носителей информации с целыо определения внешних воздействий, которые влияют на свойства активного (регистрирующего) информационного тонкопленочного слоя;

2. Проведение комплексных исследований внешних воздействий на информационные слои современных оптических и магнитооптических носителей информации с целью выявления процессов, происходящих под действием внешних воздействий, и определения требуемых характеристик для внешних воздействий, необходимых для тех или иных преобразований активного (регистрирующего) информационного тонкопленочного слоя;

3. Разработка стендов и экспериментальное моделирование внешних воздействий на современные оптические и магнитооптические носители информации с целью окончательного анализа процессов перестройки в информационных слоях носителей информации и уточнения режимов воздействий;

4. Разработка и создание приборов для гарантированного и экстренного уничтожения информации с оптических и магнитооптических носителей.

Научная новизна:

1. Показано, что комплексные экспериментальные исследования соединения СБТ225, используемого в тонкопленочных слоях носителей информации, описываются электронной теорией эффекта переключения в халькогенидных стеклах;

2. На основе экспериментальных исследований характеристик оптических носителей различного типа в видимом и ближнем ИК-диапазоне, выбраны спектральные диапазоны для эффективного воздействия на них внешнего лазерного излучения;

3. В результате экспериментальных исследований устойчивости опти-ческих носителей информации к воздействию тепловым ударам и СВЧ излучению, сделан вывод об эффективности использования СВЧ излучения, для преобразования информационных слоев оптических носителей;

4. Определены диапазоны внешнего оптического излучения для уничтожения информации с оптических носителей;

5. На основе экспериментальных исследований ориентационных фазовых переходов в материалах, составляющих основу магнитооптических носителей информации, под воздействием внешних постоянных и импульсных магнитных полей, определены основные параметры внешних магнитных полей для уничтожения информации с магнитооптических носителей;

6. Предложены оригинальные методы для электромеханического уничтожения информации на оптических и магнитооптических носителях;

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Разработанный прибор для уничтожения информации на магнитооптических носителях серийно выпускается на заводе;

2. Макет переносного прибора для уничтожения информации с оптических носителей информации, проходит необходимые испытания для последующего серийного производства.

Представленные в диссертации исследования выполнены в рамках НИР «Магнит», НИР"Слепота К-2″, инновационной НИОКР"Слепота П" и ОКР «Слепота».

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается согласием теоретических оценок и экспериментальных результатов, использованием комплекса современных методов исследования процессов, практической реализацией научных положений и новых предложенных способов и устройств, реализацией выводов при конструировании и разработке оригинальных приборов.

На защиту выносятся следующие научные положения: ¡-.Соединение GST225 имеет три фазовых состояний: рентгеноаморфное, метастабилыюе квази-кубическое со структурой fee, и стабильное со структурой hep. Переход из стабильного кристаллического в рентгеноаморфное состояние происходит при температуре ~ 600 °C, в то время когда из рентгеноаморфного в метастабилыюе состояние при температуре 160 °C, которое при повышении температуры свыше 200 °C переходит в стабильное кристаллическое состояние. Структура рентгеноаморфного состояния GST225 представляет собой кластеры, в которых атом Ge находится в положении, соответствующим не октаэдрической, а тетраэдрической симметрии- 2. Для соединения GST225 переход из рентгеноаморфного в метастабильное фазовое состояние происходит после приложение напряжения, по амплитуде превышающее величину порогового напряжения Упор, которое составляет (1-*-4)-105 В/см. Величина порогового напряжения уменьшается с ростом температуры. Для фиксации нового фазового состояния требуется некоторое время. Удельное сопротивление в метастабильном фазовом состоянии на несколько порядков меньше удельного сопротивления в рентгеноаморфном состоянии, которое составляет р=1-Ю10 Ом-см;

3. Для соединения GST225 фазовый переход происходит под действием лазерного облучения (А, = 0,63 мкм) с длительностью импульса более Юмкс. С увеличением мощности излучения растет интенсивность перехода. Времена 1 мкс предел для фазовых превращений;

4. Фазовый переход из рентгеноаморфного в метастабильное состояние, при приложении электрического поля, связан с образованием цепочки двухуровневых систем, а не с образованием цепочки кристалликов;

5. Излучение с длиной волны в диапазоне 330 — 400 нм имеет максимальный коэффициент поглощения для рабочего слоя оптических дисков однократной записи 25% и многократной записи от 34% до 51%. Подложка оптических дисков имеет полосу поглощения в области 1380 нм;

6. Для уничтожения информации с магнитооптических дисков следует использовать импульсные магнитные поля с вектором напряжённости, направленным перпендикулярно плоскости диска. При напряженности поля в диапазоне 300 350 кА/м, записанная на дисках информация повреждается, а при увеличении поля до 550 кА/м, информация на дисках уничтожается и диски не пригодны для повторного использования;

7. В результате воздействия теплового удара, при температурах диска свыше 350 °C, или СВЧ излучения оптические носители непригодны для дальнейшего использования. Для уничтожения информации с оптических дисков многократной записи, оптических дисков однократной записи и оптических дисков, изготовленных на заводе методом штамповки наиболее эффективен способ воздействия СВЧ излучением;

8. Разработана конструкция, технология и методика макета переносного прибора для гарантированного уничтожения информации с современных оптических носителей информации;

9. Разработана конструкция, технология и методика макета для гарантированного уничтожения информации с современных магнитооптических носителей;

10. Разработаны оригинальные метод и конструкция аппаратуры для электромеханического уничтожения информации на оптических и магнитооптических носителях;

11. Разработаны системы регистрации технических характеристик прибора обеспечивают высокую точность измерения параметров для надежного стирания информации.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на:

— Международной конференции «Магниты и магнитные материалы», г. Суздаль,.

2007 г.;

— 16 Международной конференции по постоянным магнитам, г. Суздаль, 2007 г- -19 Международной конференции «Материалы с особыми физическими свойствами и магнитные системы», г. Суздаль, 2007 г.- -14 Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России», г. Москва, 2008 г.;

— 7 Международной конференции молодых специалистов «Новые материалы и технологии в авиационной и ракетно-космической технике», г. Королев, 2008 г.;

— 11 Международной научно практической конференции «Современные информационные и электронные технологии», г. Одесса, 2010 г.

— 16 Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России» г. Москва, 2010 г.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 2 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, в 5 патентах Российской Федерации, в 13 трудах международных конференций.

Личный вклад автора.

Концепция диссертации, формулирование цели и постановка решенных в ней задач отражают творческий вклад автора и его точку зрения на рассматриваемую проблему.

Во всех совместных работах автор участвовал в постановке задач, разработке методик исследований и технологических подходов, проведении экспериментов, анализе результатов, написании статей и докладов, а также представлял результаты исследований на научно-технических конференциях.

Выводы к главе 5.

Применение системы управления бесперебойной подачей питающего напряжения информации позволяет осуществлять питание прибора для стирания информации во время транспортирования.

Разработанная система управления с реализацией авторизированного доступа к аппаратуре и встроенным контролем работоспособности позволяет осуществить трехкратная защита информации.

Измерение и регистрация значений напряженности магнитных полей обеспечивает определение значений напряженности магнитного поля и гарантирует выдачу информации о работоспособности устройства стирания информации.

Предлагаемый малогабаритный источник импульсных магнитных полей с системой управления зарядом накопителей энергии позволяет получать в индуктивной нагрузке импульсные магнитные поля большой величины и малой длительности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведен анализ материалов составляющих основу современных оптических и магнитооптических носителей информации, в результате были определены внешние воздействия, влияющие на свойства регистрирующих информационных тонкопленочных слоев носителей информации.

2. Проведены исследования влияния различных внешних физических факторов на материалы лежащие в основе оптических и магнитооптических носителей информации. Показано, что оптическое излучение в диапазоне 330 — 400 нм имеет максимальный коэффициент поглощения для рабочего слоя оптических дисков однократной записи, а оптическое излечение в диапазоне 780 — 850 нм эффективно воздействует на рабочий слой оптических дисков многократной записи. Для изменения состояния информационного слоя оптических носителей информации необходимо воздействие теплового удара температурой выше 350 °C. Наиболее эффективным методом теплового воздействия на информационный слой оптических носителей информации является нагревание носителя информации в СВЧ поле. Так же показано, что воздействие магнитного поля в диапазоне 300 — 350 кА/м на информационный слой магнитооптических носителей повреждает записанную на них информацию, а при увеличении величины магнитного поля до 550 кА/м информация на магнитооптических носителях уничтожается.

3. Разработаны и созданы стенды, проведено экспериментальное моделирование различных внешних воздействий на современные оптические и магнитооптические носители информации.

4. Разработан и описан макет переносного устройства стирания информации на оптических носителях, основанный на методе воздействия на носитель информации электромагнитного СВЧ поля частотой 2,45 ГГц и макет устройства стирания информации на магнитооптических носителях, основанный на методе воздействия на носитель информации импульсного магнитного поля величиной до 550 кА/м.

5. Разработаны электромеханические системы для уничтожения информации с оптических и магнитооптических носителей, позволяющие производить уничтожение одного носителя информации за время не более 60 с. для переносного устройства и 10 с. для стационарного устройства;

6. Разработана система управления с реализацией авторизированного доступа к аппаратуре и встроенным контролем работоспособности позволяющая осуществлять многократную защиту информации.

7. Разработана система измерения и регистрации значений напряженности магнитных полей, обеспечивающая определение значений напряженности магнитного поля и гарантирующая выдачу информации о работоспособности устройства стирания информации.

8. Применение метода воздействия импульсным магнитным полем позволило создать прибор для экстренного уничтожения информации на магнитооптических носителях, формирующий импульсное магнитное поле величиной не менее 550 кА/м с длительностью не более 10 мс. С целью подтверждения характеристик прибора создан стенд и проведены испытания. Результаты испытаний показали надежное стирание информации.