專利名稱：高密度只讀光盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光盤，更具體地涉及一種高密度只讀光盤(readable onlyoptical disk)，其具有超分辨近場結(jié)構(gòu)(super resolution near field structure)，其可以讀取尺寸比激光束的分辨率更小的標記。
背景技術：
由于光盤與現(xiàn)有的磁記錄介質(zhì)相比具有非常小的每記錄單元記錄面積，因此被廣泛用作高密度記錄介質(zhì)。根據(jù)其特性，光盤被分為只讀存儲(ROM)型、一次寫入多次讀取(WORM)型和可擦除型。ROM型光盤只能讀取預先記錄的數(shù)據(jù)，WORM型光盤僅允許用戶將數(shù)據(jù)寫入到盤上一次，可擦除型光盤允許用戶擦除數(shù)據(jù)和再次記錄數(shù)據(jù)。
WORM光盤的一個例子就是小型盤可記錄(CD-R)盤(compact diskrecordable disk)。在CD-R盤上，當波長為780nm的記錄激光束聚焦在由諸如花青和酞花青的有機染色材料制成的記錄層上時，有機染色材料中的鍵被斷開。同時，基底和反射層的結(jié)構(gòu)光學地改變。在這種過程中，數(shù)據(jù)被記錄在CD-R盤上。記錄的數(shù)據(jù)以小于等于1mW的低功率被讀出。CD-R盤具有約650MB的存儲容量，并由此被廣泛用于記錄和和讀取諸如視頻和音頻的多種類型的數(shù)據(jù)。
然而，需要780nm的記錄波長的諸如CD-R或CD可重寫(CD-RW)的光記錄介質(zhì)的存儲容量不足以記錄動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。因此，這種具有小存儲容量的光記錄介質(zhì)在今天的復雜的多媒體環(huán)境下是不實用的。
為了解決上述問題，開發(fā)了數(shù)字通用盤(digital versatile disk)(DVD)，這種盤需要630-680nm的較短的激光波長。DVD(在一面上)具有2.7到4.7GB的存儲容量。通常，DVD可分為DVD只讀存儲(DVD-ROM)型、DVD可記錄(DVD-R)型、DVD隨機存取存儲(DVD-RAM)型和DVD可重寫(DVD-RW)型。通過使用一種記錄層，完成在DVD-R盤上的記錄，在該記錄層中，有機染色材料的鍵因暴露于記錄激光束下而斷開。至于DVD-RAM和DVD-RW盤，記錄層的相變改變了盤的光學特性，由此可以向盤上記錄數(shù)據(jù)或從盤上擦除數(shù)據(jù)。具體地，使用有機染色材料的DVD-R盤與DVD-ROM兼容，成本低，相比于其他記錄介質(zhì)具有大存儲容量?；谶@些原因，DVD-R盤的發(fā)展正在受著特別的關注。
從上述說明可以看出，現(xiàn)在許多光學介質(zhì)中所需要解決的最重要的問題就是提高存儲容量。在這方面，已經(jīng)嘗試了多種方法來提高存儲容量。光盤存儲容量主要取決于光盤預定表面上小凹坑的數(shù)量和用于正確讀取凹坑的激光束的特性。通常，從激光二極管輸出的光以一定寬度的光束的形式傳播，這是由于不管是否使用了光學拾取的物鏡，都會發(fā)生衍射。該光束尺寸被稱為“衍射極限”。通常的光盤具有讀取分辨率極限，由下述表達式給出λ/4NA，其中，λ是光源的波長，NA是物鏡的數(shù)值孔徑。從上述表達式可以看出，光盤的存儲容量可以通過縮短光源的波長或使用高NA的物鏡來增大。然而，這存在著局限性，這是因為現(xiàn)有的激光技術不能提供這種短波長激光，且大NA的物鏡價格昂貴。此外，隨著物鏡的NA的增加，拾取器和盤之間的距離(工作距離)顯著縮短，因此拾取器和盤有可能彼此相撞。結(jié)果，可能引起盤的表面的損壞，導致數(shù)據(jù)丟失。
為了克服讀取分辨率極限，現(xiàn)已研究了一種具有超分辨近場結(jié)構(gòu)(超RENS)的光盤。在具有這種超RENS的光盤上，主要使用由氧化銀構(gòu)成的掩膜層(mask layer)。圖1示意性示出了具有氧化銀掩膜層的光盤。在具有圖1的結(jié)構(gòu)的光盤中，氧化銀分離為銀粒子和氧，用于數(shù)據(jù)記錄。另一方面，為了進行數(shù)據(jù)讀取，等離子體激元(plasmon)形成在銀粒子的表面上。這種表面等離子體激元導致近場讀取(near field reading)(NFR)。因此，超過衍射極限的非常小的標記可以被讀取。
由諸如氧化銀的金屬氧化物構(gòu)成的掩膜層可以用在WORM光學記錄介質(zhì)中，其中，氧化銀分離為銀粒子和氧，用于數(shù)據(jù)記錄。這意味著導致超分辨效應的金屬粒子在記錄過程中產(chǎn)生。因此，產(chǎn)生了這樣一個問題，即氧化銀掩膜層不能用在ROM光盤中，該光盤以其基底上的凹坑的形式存儲數(shù)據(jù)，取代了記錄過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有高存儲容量的高密度只讀光盤。該光盤可以在不減小激光二極管的波長或不增加物鏡的數(shù)值孔徑的情況下實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種高密度只讀光盤，其包括具有凹坑的基底；以及具有超分辨近場結(jié)構(gòu)的一個或多個掩膜層，其由介電材料和金屬粒子的混合物構(gòu)成。
介電材料可以是金屬氧化物、氮化物、硫化物、氟化物或其混合物。優(yōu)選地，介電材料是ZnS-SiO2。
金屬粒子可以來自金、鉑、銠、鈀或其混合物。優(yōu)選地，金屬粒子為鉑粒子。
光盤還可以包括一個或多個反射層。
光盤還可以包括掩膜層的上表面和下表面上的介電層。


通過參考附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他特點和優(yōu)點將更加明顯，其中圖1是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光盤的示意圖；圖2是具有本發(fā)明實施例1中所構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的光盤的示意圖；以及圖3是曲線圖，顯示實施例1-3和對比例1中制備的光盤的性能評測結(jié)果。
具體實施例方式
下面，將參考附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光盤。圖2的光盤包括具有凹坑17的透明基底10、以及順序形成在基底10上的掩膜層11?；?0對記錄激光的波長非常透明。基底10通過諸如注塑的傳統(tǒng)基底制造方法，使用具有良好耐沖擊、耐熱和耐氣候性的材料來形成。該基底材料的例子包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂、聚脂和非晶聚烯烴。
本發(fā)明的掩膜層11利用分散在介電材料中的細小金屬粒子形成，而不使用傳統(tǒng)的氧化銀。細小金屬粒子的尺寸小于激光光束的尺寸。掩膜層11由于自聚焦效應而用作近場光的光圈(aperture)。因此，尺寸小于等于100nm的細小標記可以使用波長為680nm的激光進行讀取。根據(jù)本發(fā)明，由于細小金屬粒子用作表面等離子體激元之源，因此其適用于只讀光盤。
用在掩膜層11中的介電材料為金屬氧化物、氮化物、硫化物、氟化物或其混合物。例如，可以使用SiO2、Al2O3、Si3N4、SiN、ZnS或MgF2。優(yōu)選地，將要散布在掩膜層11中的金屬粒子來源于諸如金、鉑、銠和鈀的貴金屬。在這種情況下，由于介電材料和金屬粒子彼此不起化學反應，所以可以保持細小金屬粒子的原始形狀。然而，銀粒子的使用不是優(yōu)選的。這是因為銀粒子與介電材料的硫發(fā)生反應，從而劣化了掩膜層11的性能。
同時，掩膜層11可以通過濺射工藝沉積。濺射工藝的目標是介電材料和細小金屬粒子的混合物。因此，使用濺射工藝，尺寸小于激光束的細小金屬粒子可以散布在介電材料中。
雖然圖2中未示出，但是本發(fā)明的光盤還可以包括一個或多個反射層。反射層用于在記錄或讀取數(shù)據(jù)時確保高反射率。在這一點上，優(yōu)選的是，使用具有高熱導率和反射率的金屬作為反射層的材料。反射層可以由自Au、Al、Cu、Cr、Ag、Ti、Pd、Ni、Zn、Mg和其合金組成的組中選出的一種制成。反射層通過諸如真空沉積、e-束(e-beam)和濺射的傳統(tǒng)方法形成至50到150nm厚。優(yōu)選的是，將反射層的厚度限定在60到120nm的范圍內(nèi)，以確保充足的反射率和可靠性。
本發(fā)明的光盤還可以包括介電層，其位于掩膜層和基底之間、掩膜層和反射層之間、或在掩膜層的上表面和下表面上。掩膜層和基底之間的介電層用來防止基底受到熱損傷。另一方面，掩膜層和反射層之間的介電層用作擴散防止層。
本發(fā)明的光盤還可以包括保護層。保護層用以保護其他層，特別是反射層。保護層可以使用例如旋涂的傳統(tǒng)方法形成。具體地，可以在反射層上旋涂環(huán)氧樹脂基或丙烯酸酯基紫外線固化樹脂-一種具有高沖擊強度并可以使用紫外線固化的透明材料-然后以紫外線固化，從而形成保護層。
下面，將通過實施例來詳細描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此。
實施例1準備厚度為0.6mm的聚碳酸酯(PC)基底?；拙哂邪伎雍?.74μm的軌道間距，其與數(shù)字通用盤(DVD)的相同。ZnS-SiO2靶和Pt靶分別通過400W和160W的濺射而共沉積(co-deposit)在基底上，從而形成混合薄膜。這時，以20sccm的速率提供Ar氣，沉積壓力為1.5mTorr，薄膜中ZnS-SiO2對Pt的體積比為80比20。
實施例2準備厚度為0.6mm的聚碳酸酯(PC)基底?；拙哂邪伎雍?.74μm的軌道間距。ZnS-SiO2介電層和ZnS-SiO2+Pt掩膜層通過濺射沉積在基底上。然后，通過濺射沉積銀反射層至100nm厚。之后，光固化樹脂基保護層被旋涂在反射層上。然后，所得結(jié)構(gòu)在真空電爐中以40℃干燥12小時，以制備光盤。在這種情況下，通過分別在400W和160W共濺射ZnS-SiO2靶和Pt靶，以厚50nm的混合薄膜的形式形成ZnS-SiO2+Pt掩膜層。Ar氣以20sccm的速率提供，沉積壓力為1.5mTorr，薄膜中ZnS-SiO2對Pt的體積比為80比20。
實施例3以與實施例2相同的方式準備只讀盤，不同之處在于在掩膜層和反射層之間還形成了ZnS-SiO2層。
對比例1準備厚度為0.6mm的聚碳酸酯(PC)基底?；拙哂邪伎雍蛙壍篱g距為0.74μm的預置槽(pre-groove)。銀反射層通過濺射沉積在基底上。然后，光固化樹脂基保護層旋涂在反射層上。結(jié)果，形成了沒有掩膜層的只讀光盤。
試驗例1實施例1-3和對比例1的盤的性能采用用于DVD的評測設備進行評測，該設備采用635nm的光束波長和數(shù)值孔徑為0.60的拾取器。為此，在6m/s的線速度和4mW的讀取功率下測定載波噪聲比(C/N)數(shù)值，結(jié)果如圖3所示。如圖3所示，讀取分辨率極限(λ/4NA)為265nm，DVD的最小凹坑長度為400nm。在對比例1的光盤中，在小于讀取分辨率極限(265nm)的250和200nm的凹坑中沒有獲得C/N值。然而，在實施例1的光盤中，約40dB的實際電平的C/N值在250nm凹坑處獲得。該試驗結(jié)果證實了本發(fā)明的光盤可以獲得超分辨效果。
從上述說明中明顯可知，本發(fā)明提供了一種具有高存儲容量的高密度只讀光盤。該光盤可以在不減小激光二極管波長或增加物鏡的數(shù)值孔徑的情況下獲得。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實施例示出和描述了本發(fā)明，但是應當理解，本領域普通技術人員可以在不背離由權利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下作出多種形式和細節(jié)上的改變。
權利要求
1.一種高密度只讀光盤，包括具有凹坑的基底；以及具有超分辨近場結(jié)構(gòu)的一個或多個掩膜層，該掩膜層由介電材料和金屬粒子的混合物構(gòu)成。
2.根據(jù)權利要求1所述的光盤，其中，介電材料為金屬氧化物、氮化物、硫化物、氟化物或其混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的光盤，其中，介電材料為ZnS-SiO2。
4.根據(jù)權利要求1所述的光盤，其中，金屬粒子選自金、鉑、銠、鈀或其混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的光盤，其中，金屬粒子為鉑粒子。
6.根據(jù)權利要求1所述的光盤，還包括一個或多個反射層。
7.根據(jù)權利要求1所述的光盤，還包括在掩膜層的上表面和下表面上的介電層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高密度只讀光盤，其具有大的存儲容量。該光盤包括具有凹坑的基底；和具有超分辨近場結(jié)構(gòu)的一個或多個掩膜層，該掩膜層由介電材料和金屬粒子的混合物構(gòu)成。該光盤可以在不減小激光二極管的波長或增大物鏡的數(shù)值孔徑的情況下獲得。
文檔編號G11B7/24GK1523594SQ0316502
公開日2004年8月25日 申請日期2003年9月28日 優(yōu)先權日2002年9月28日
發(fā)明者黃仁吾, 樸仁植 申請人:三星電子株式會社