可重寫的光信息媒體的製作方法
2023-05-01 11:31:31 3
專利名稱：可重寫的光信息媒體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用雷射束可重寫的光信息媒體，所述媒體包括帶有堆疊層的基底，該堆疊包括第一、第二和第三介質層，兩個介質層之間配置的相變材料記錄層，該相變材料在晶態時可記錄非晶標記，光吸收層，和金屬鏡面層(metal mirror layer)。
本發明還涉及這種用於臺面-凹槽(land-groove)記錄的光學記錄媒體的使用。
基於相變原理的光信息或數據存儲是吸引人的，因為它結合了直接重寫(DOW)和高存儲密度的可能性，與只讀系統易兼容。相變光學記錄牽涉到用聚焦雷射束在細微晶體膜中形成亞微米尺寸的非晶記錄標記。在記錄信息時，媒體相對於聚焦雷射束移動，聚焦雷射束是根據要記錄的信息調製的。因此淬火(quenching)發生在相變記錄層並引起記錄層曝光區非晶信息位的形成，非曝光區保持為晶體。所寫非晶標記的擦除可通過用同樣的雷射加熱使之發生再結晶實現。非晶標記代表數據位，其可用低能聚焦雷射束通過基底再現。相對於晶體記錄層的非晶標記的反射差值產生了調製雷射束，該調製雷射束可被探測器根據被編碼被記錄的數字信息轉換成調製光電流。
相變光記錄的課題之一是在諸如DVD-RAM，可重寫DVD和DVR(數字視頻記錄器)的應用中獲得高存儲容量，使得這些媒體適合高密度記錄，如盤直徑為120mm的存儲容量將超過3G。為了這個目的，可能的選擇是減少雷射波長，和/或增加數值孔徑(NA)，因為雷射斑點的大小與(λ/NA)2成正比。一個可以選擇的方法是多記錄層的應用。另一個可能是在媒體的凹槽中和跟蹤引導凹槽之間的檯面上記錄信息軌道(臺面-凹槽記錄)。這些凹槽用於沿著軌道引導雷射束。
相變光學信息媒體的儲存密度由標記的徑向密度與切向密度共同決定。徑向密度由軌道節距即在徑向方向凹槽軌的相鄰軌道中心線之間的距離決定。熱串擾限制軌道節距。這就意味著在軌道中記錄的數據質量會受在鄰近軌道上記錄的影響。被記錄標記的形狀可能被畸變，其導致大的抖動(jitter)。切向密度由信道位長度決定，它被這樣一個事實限制，即當使用標準IPIM堆疊時，非晶態的光吸收(Aa)比晶態(Ac)的高。該堆疊中，I代表介質層，P代表相變記錄層，M代表反射或金屬鏡面層。因此，當用雷射輻射記錄膜時，非晶部分加熱後的溫度比晶體部分高。結果，在晶體區域重寫的記錄標記比非晶區的小。這種現象引起抖動的增加，其與信道位長度成反比。為了克服這個問題，Ac與Aa的差值應當達到最小化，或者Ac≥Aa比較好。
在上段提及的光學信息媒體從美國專利US-A-5,652,036得知。已知的相變型媒體有帶有堆疊層的基底，堆疊層包括三個介質層，一個相變記錄層，一個光吸收層和一個反射層。其公開了可能堆疊的許多變化，如IAIPIM堆疊，其中I，P和M有上述的含義，A代表光吸收層。光吸收層由介質材料和金屬或半導體材料混合組成。加了光吸收層A的結果是記錄層的非晶態(Aa)與晶態(Ac)之間的光吸收差值最小，因此減小了記錄標記畸變。已知的記錄媒體的一個缺點是不適合高密度臺面-凹槽記錄。這是由在公知堆疊的晶態與非晶態之間光學相位差(φc-φa)不約為零引起的，其必要性將在後面解釋。
本發明的目的特別是提供一種可重寫的光學信息媒體，其適合高密度臺面-凹槽記錄，這意味著φc-φa(弧度)應基本上為零。Ac與Aa之間的差應大約為零，或優選為Ac/Aa＞0.95，或者更好為Ac≥Aa，同時光對比度保持為高。光對比度C定義為100(Rc-Ra)/Rc，其中Rc與Ra分別為晶態與非晶態的反射率。
這些目的是通過在上段所述光學信息媒體根據本發明實現的，光學信息媒體的堆疊有下列層序第一介質層，在晶態時可記錄非晶位的相變材料記錄層，第二介質層，具有n/k比率為0.5到20之材料的光吸收層，在這裡n是折射率，k是消光係數，第三介質層，和金屬鏡面層。
該堆疊層可稱為IPIAM結構，在這裡I，P，I，A和M有上述的意義。具有上述n/k比率之材料的光吸收層的出現確保記錄層在晶態(Ac)吸收的雷射量幾乎等於或大於在非晶態(Aa)吸收的雷射量。結果，重寫在晶體區域的記錄標記與重寫在非晶區域的記錄標記大小一樣。這個結果會減少抖動，這種記錄媒體存儲密度會顯著提高。
對於臺面-凹槽記錄，光吸收層最好配置在相變層與金屬鏡面層之間並夾在兩個介質層之間，因為這種配置會使光學相位差φc-φa(弧度)基本為零。其原因是反射雷射束的調製不僅由非晶標記和晶體記錄層之間的反射率差值產生，而且由非晶標記和晶體記錄層之間的光學相位差產生。在臺面-凹槽記錄中，即在凹槽中和在凹槽之間的檯面上的記錄，凹槽裡和檯面上的標記的調製應當相等即應當僅由反射率差值引起。凹槽中的記錄模式或檯面上的記錄模式，即不是這兩種記錄模式的組合，是與光學相位差φc-φa無關的。
光吸收層材料有n/k比率的範圍在0.5到20之間，最好為0.6到16。這些值平衡了光吸收與傳輸。滿足這些條件的材料例子是從Mo，W，Pd，Pt，Co，Ni，Mn，Ta，Cr，Ti和Hf選出的金屬和從PbS，Ge，InP和Si中選取的半導體材料。Si與Ge是優選的，因為它們便宜並且易應用。如Au，Cu，Al和Rh的金屬不滿足這些條件，因為它們的n/k值在這些範圍外。
光吸收層的厚度優選在2和200nm之間，最好在10和100nm之間，目的在於在光吸收與傳輸之間有一個適當的平衡，並且其依賴於被選材料的n/k的比率。例如Si的厚度是大約75nm，Mo的厚度是大約35nm，Ge的厚度是大約55nm記錄層包括表現出晶相與非晶相轉變的相變材料。公知材料是如In-Se，In-Se-Sb，In-Sb-Te，Te-Ge，Te-Se-Sb，Te-Ge-Se，或Ag-In-Sb-Te的合金。更好的是記錄層包括GeSbTe化合物。特別有用的是由申請人申請的國際專利申請WO97/50084(PHN 15881)中說明的化合物。這些化合物有由化學式Ge50xSb40-40xTe60-10x以原子百分比定義的組分，其中，0.166＜X＜0.444。這些組分適合化合物GeTe與Sb2Te3在Ge-Sb-Te三元組分圖的線性連接，並且包括化學計量化合物Ge2Sb2Te5(x＝0.445)，GeSb2Te4(x＝0.286)和GeSb4Te7(x＝0.166)。這些化合物表現出短的完全擦除時間(CET)。
其它優選化合物在由申請人申請的非提前公開的歐洲專利申請97203459.9(PHN 16586)中進行了說明。這些化合物具有原子百分比由Ge-Sb-Te三元組分圖中的面積確定的成分，所述面積是下列頂點的五邊形
Ge14.2Sb25.8Te60.0(P)Ge12.7Sb27.3Te60.0(Q)Ge13.4Sb29.2Te57.4(R)Ge15.1Sb27.8Te57.1(S)Ge13.2Sb26.4Te60.4(T)；這些化合物CET的值在50ns以下。
其它化合物的組分為(GeSb2Te4)1-xTex在這裡摩爾分數x滿足0.01＜x＜0.37。這些組分適合三元組分圖中GeSb2Te4和Te結線連接，但是在五邊形面積PQRST中。藉助這些化合物，可得到CET值低於45ns。
當最多將3.5at.％的氧加到上述化合物GeSbTe時，可獲得更低的CET值。
上述化合物GeSbTe的結晶速度或CET值由記錄層的層厚決定。當記錄層層厚增加到10nm時，CET值迅速減少。當記錄層層厚大於25nm時，CET與層厚基本無關。當大於35nm時，媒體的循環能力受到相反的影響。媒體的循環能力是在大量的DOW循環例如105次之後由光學對比度C的相對改變來測量的。每一個循環中，寫上的非晶標記由通過雷射束加熱引起再結晶而擦除，同時寫入新的非晶標記。在理想情況下，光學對比度C在循環後不變。當記錄層層厚為35nm時，循環能力實際上穩定下來。結果由於CET及循環能力的綜合要求，記錄層層厚應優選在10nm和35nm之間的範圍，最好在25和35nm之間。記錄層層厚在25和35nm之間的媒體在第一個105次DOW循環期間有穩定的低抖動。
第一、第二和第三介質層可由ZnS和SiO2例如(ZnS)80(SiO2)20混合物製成。這些層也可由SiO2，TiO2，ZnS，Si3N4，AlN和Ta2O5組成。最好使用碳化物如SiC，WC，TaC，ZrC或TiC。這些材料有比ZnS-SiO2混合物更高的結晶速度和更好的循環能力。
對於金屬鏡面層，能夠使用如Al，Ti，Au，Ni，Cu，Ag，Rh，Pt，Pd，Ni，Co，Mn和Cr的金屬，以及這些金屬的合金。優選適合合金的例子是AlTi，AlCr和AlTa。
第一介質層厚度優選在70和[70+λ/(2n)]nm之間，在這裡，λ是雷射束的波長，n是介質層的折射率。如果層厚小於70nm時，循環能力顯著減少。層厚大於70+λ/(2n)nm不會導致循環能力進一步增加，相反影響光學對比度並且使製造更昂貴。如果例如波長是630nm且折射率是1.5，層厚範圍將從70nm擴展到280nm。
第二個介質層防止在光吸收層與記錄層之間的相互作用(合金擴散)。它還調節晶相與非晶相之間的吸收比率。層厚優選在2和30nm之間，最好在5和15nm之間。小於2nm的厚度引起裂縫的形成並減少循環能力。大於30nm的厚度減少了記錄層的冷卻速率。
第三個介質層防止在光吸收層與金屬鏡面層之間的相互作用。它還調節記錄層的冷卻速率，並因此調節寫入的敏感性。層厚優選在2和100nm之間，最好在10和15nm之間。當厚度小於2nm時，在記錄層與金屬鏡面層之間的熱絕緣性受到破壞。結果，記錄層的冷卻速率增加，結果寫功率增加。在厚度大於50nm時，記錄層的冷卻速率太低。
金屬鏡面層層厚優選在60和160nm之間。當金屬鏡面層層厚小於60nm時，循環能力受到破壞，因為冷卻速率太低。當金屬鏡面層層厚大於或等於160nm時，循環能力受到進一步破壞，因為增加了熱導，記錄與擦除功率必須高。金屬鏡面層層厚最好在80和120nm之間。
反射鏡面層，光吸收層及介質層可由氣相沉積或濺射法提供。
相變記錄層可由真空沉積，電子束真空沉積，化學氣相沉積，離子鍍，或濺射法塗在基底上。沉積成的層是非晶的並展現低的反射率。為了構成有高反射率的適合記錄層，該層必須首先完全結晶，它通常被稱作為初始化。為了此目的，記錄層在爐中被加熱到高於GeSbTe化合物的結晶溫度，如180℃。當使用諸如聚碳酸酯的合成樹脂基底時，記錄層也可被足夠能量的雷射束交替加熱。這是可以實現的，例如在記錄器中，雷射束掃描移動的記錄層。然後非晶層被局部地加熱到結晶要求的溫度，而基底沒有經受不利的熱載荷。
信息媒體的基底至少是對雷射波長透明的，例如為聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，無定形聚烯烴或玻璃製成。在典型的例子中，基底是盤狀，直徑120mm，厚度0.1，0.6或1.2mm。當使用0.6或1.2mm基底時，這些層能從第一介質層開始，接著為記錄層等塗於基底上。雷射束通過基底的進入表面進入堆疊。基底上的堆疊層也可按相反的順序塗成，即從金屬鏡面層開始。然後，最後的介質層做成一個厚度為0.1mm的上述基底材料之一的透明層。雷射束通過該透明層進入表面進入堆疊。
為了進行臺面-凹槽記錄，記錄媒體應該做成圓形或螺旋形的跟蹤引導凹槽。凹槽可被雷射束光學掃描。在注射成型或壓製成型時，利用模壓，凹槽可在基底上形成。在複製工藝中，凹槽也可在合成樹脂中形成，例如在由基底上獨立提供的UV光恢復丙烯酸酯層上形成。在高密度記錄中，這種凹槽有0.6-1.2um的節距和大約一半節距的寬度。
可選擇的是，堆疊的最外層通過如UV恢復丙烯酸酯的保護層來屏蔽外界環境。
高密度記錄和擦除可通過使用例如670nm或更短的短波長雷射(紅到藍)實現。
本發明利用典型例子並參考附圖
來更詳細的說明。
該附圖表示根據有IPIAIM結構的堆疊的本發明之光信息媒體的剖面圖。
實例1該圖表示根據本發明的光信息盤的一部分剖面。參考數1表示直徑120mm，厚度0.6mm的聚碳酸酯盤狀基底。由IPIAIM堆疊2構成的基底1有下列結構厚度81nm的(ZnS)80(SiO2)20的第一介質層3，厚度20nm的相變化合物GeSb2Te4(原子百分比為Ge14.3Sb28.6Te57.1)的記錄層4，厚度5nm的(ZnS)80(SiO2)20的第二介質層5，厚度75nm的Si(n/k＝15.2)的光吸收層6，厚度20nm的(ZnS)80(SiO2)20的第三介質層7，厚度100nm的Al的金屬鏡面層8。
堆疊2被UV恢復聚丙烯酸脂保護塗層9覆蓋。
除了保護層，所有層均由濺射法做成。
記錄層4的初始晶態是通過用聚焦雷射束在記錄器中加熱原沉積非晶合金獲得的。
基底1在一個側面上提供有螺旋形跟蹤引導凹槽，其是利用UV-光在複製工藝中恢復一層丙烯酸酯提供的。用這種方法形成了凹槽10和臺面11。凹槽有0.8um的節距，而寬度是節距的一半。
具有670nm波長用於記錄，再現，擦除信息的雷射束12通過會聚透鏡13和基底1進入堆疊2。該非晶標記用功率為Pw＝1.25Pm(Pm＝融化閾值功率)和100ns持續時間的一個或多個雷射脈衝寫入。擦功率是Pw/2。記錄可在凹槽10進行(凹槽內記錄)，在臺面11上進行(檯面上記錄)，或在凹槽中和凹槽之間的檯面上進行(臺面-凹槽記錄)。
下面表中的數據作為例子1的總結。第三列是上面定義過的光學對比度C。結果顯現出了在晶態(Ac)與非晶態(Aa)之間光吸收的差別是很小的。這減少了在DOW期間的溫升的差值，由此獲得了小的記錄標記畸變，導致改善了擦除與抖動的特性。當記錄媒體用於高密度記錄時，這是特別有用的。光學相位差φc-φa幾乎是0，使得由臺面和凹槽中記錄標記引起的調製相等。因此，根據本發明的記錄媒體適合於臺面-凹槽記錄。
表
實例2重複實例1，用厚度為55nm的Ge(n/k＝6.5)作為光吸收層6的材料。第一介質層厚度為75nm。結果示於表中例子2。Ac與Aa之間的差幾乎是0。Ac甚至比Aa大。φc-φa幾乎是0。
實例3重複實例1，用厚度為35nm的Mo(n/k＝1)作為光吸收層6的材料。第一介質層厚度為220nm。結果示於表中例子3。Ac與Aa之間的差幾乎是0。Ac甚至比Aa大。φc-φa幾乎是0。
例子1到3是根據本發明。所有例子顯現了好的對比度C。下面的例子4到9不是根據本發明。
實例4(不是根據本發明)重複實例1，其中光吸收層和第三介質層省略。結果，獲得的堆疊為IPIM結構。結果示於表中例4。Aa比Ac大，其給出了在DOW期間溫度上升的差別並因此記錄標記的畸變，導致不好的擦除抖動特徵。因此，該記錄媒體不適合高密度記錄。光學相位差φc-φa相對大，結果由臺面與凹槽的記錄標記引起的調製不相等。因此，該記錄媒體不很適合臺面-凹槽記錄實例5(不是根據本發明)重複實例1，用厚度為35nm的Au(n/k＝0.03)作為光吸收層6的材料。第一介質層有厚度100nm。結果示於表中例子5。Aa比Ac大，其給出了在DOW期間溫度上升的差別並因此記錄標記的畸變，導致不好的擦除抖動特徵。因此，該記錄媒體不適合高密度記錄。
實例6-9(不是根據本發明)重複實例1，但光吸收Si層排在第一介質層與相變層之間。該堆疊為結構IAIPIM。光吸收層的厚度是5nm。第一、第二和第三介質層分別有厚度100nm、5nm和25nm。第一介質層有厚度100nm。結果示於表中例子6。
重複實例6，用厚度為3nm的Ge作為光吸收層的材料。第一介質層有厚度99nm。結果示於表中例子7。
重複實例6，用厚度為2nm的Mo作為光吸收層的材料。第一介質層有厚度84nm。結果示於表中例子8。
重複實例6，用厚度為5nm的Au作為光吸收層的材料。第一介質層有厚度70nm。結果示於表中例子9例子6-9都具有IAIPIM結構堆疊，具有大於Ac的Aa值。這給出了在DOW期間溫度上升的差值和因此的記錄標記畸變，導致不好的擦除抖動特徵。因此，此記錄媒體不適合高密度記錄。
而且，例子6-8都顯現出光學相位差φc-φa相對的大，使得由臺面和凹槽中記錄標記引起的調製不相等。因此，這些記錄媒體不適合臺面-凹槽記錄。
根據本發明，提供了有IPIAIM堆疊的可重寫相變光學信息媒體，例如為DVD-RAM，可重寫DVD，或DVR，其適合於DOW和高密度記錄，甚至臺面-凹槽記錄。
權利要求
1.一種利用雷射束作可重寫記錄的光學信息媒體，所述媒體包括帶有堆疊層的基底，該堆疊按順序包括第一介質層，在晶態時可記錄非晶位的相變材料記錄層，第二介質層，具有n/k比率為0.5到20之材料的光吸收層，在這裡n是折射率，k是消光係數，第三介質層，和金屬鏡面層。
2.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於光吸收層包括選自由Mo，W，Pd，Pt，Co，Ni，Mn，Ta，Cr，Ti，和Hf構成組的金屬或選自由PbS，Ge，InP和Si構成組的半導體材料。
3.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於光吸收層有2和200nm之間的厚度。
4.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於記錄層包括GeSbTe化合物。
5.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於記錄層有從10到35nm的厚度，優選在25到35nm。
6.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於第一介質層厚度在70和[70+λ/(2n)]nm之間，在這裡，λ是雷射束的波長，n是介質層的折射率。
7.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於第二介質層厚度在2和30nm之間。
8.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於第三介質層厚度在2和100nm之間。
9.根據權利要求1的光學信息媒體，特徵在於金屬鏡面層厚度在60和160nm之間。
10.上述臺面-凹槽記錄的任一權利要求的光學信息媒體的應用。
全文摘要
可重寫光學信息媒體有IPIAIM結構的堆疊(2)，包括夾在兩個介質層(3，5)之間的相變記錄層(4)，如Si，Ge，Mo，或W材料的光吸收層(6)，第三介質層(7)和金屬鏡面層(8)。光吸收層(6)可將晶態與非晶態之間的光吸收差值減到最小，因此減小記錄標記的畸變。在該位置出現光吸收層可確保晶態與非晶態之間光學相位差幾乎為0，使媒體適合臺面－凹槽記錄。
文檔編號G11B7/254GK1630902SQ99801358
公開日2005年6月22日 申請日期1999年5月20日 優先權日1998年6月18日
發明者周國富 申請人:皇家菲利浦電子有限公司