專利名稱：一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，是一種一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)介質(zhì)及其制備方法，使用Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜充當(dāng)藍(lán)光可錄光盤(pán)的記錄層，這種材料可在藍(lán)光作用下發(fā)生相變引起光學(xué)性質(zhì)變化，從而達(dá)到信息存儲(chǔ)的目的。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)得到了迅速的發(fā)展，主要工業(yè)國(guó)家均制定了以數(shù)字電視取代模擬電視的計(jì)劃。我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)五年計(jì)劃里，數(shù)字電視也是一個(gè)重要的發(fā)展方向。在數(shù)字電視中，高清晰度是產(chǎn)業(yè)界的努力方向。中國(guó)早在1999年的國(guó)慶閱兵式上就進(jìn)行了高清晰度電視的實(shí)驗(yàn)播出，并且在2008年奧運(yùn)會(huì)時(shí)，將實(shí)現(xiàn)高清數(shù)字電視的普及。發(fā)展高清數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)，需要產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的配合，其中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是信息的存儲(chǔ)。目前，市場(chǎng)上商業(yè)化的光存儲(chǔ)產(chǎn)品DVD的容量為單面單層4.7GB，將不能滿足高清數(shù)字電視的要求。這是因?yàn)?，以日本的BS4B標(biāo)準(zhǔn)為例其節(jié)目碼流速率約為24Mbps，若要保存135分鐘的影視節(jié)目，則一張碟片需要約24GB的容量。因此，必須發(fā)展存儲(chǔ)容量更大的新一代光存儲(chǔ)技術(shù)。
藍(lán)光光盤(pán)被認(rèn)為是繼DVD之后的第三代高密度存儲(chǔ)光盤(pán)。藍(lán)光光盤(pán)采用數(shù)值孔徑為0.85的讀寫(xiě)物鏡，由于激光波長(zhǎng)從650nm縮短到405nm，信息點(diǎn)的尺寸僅為140nm，從而使直徑為12cm的光盤(pán)存儲(chǔ)容量提高到22GB以上。早期研究的藍(lán)光光盤(pán)是基于相變的可擦重寫(xiě)光盤(pán)，對(duì)用于藍(lán)光存儲(chǔ)的可擦重寫(xiě)相變光盤(pán)已有大量研究，并開(kāi)發(fā)出GeSbTe系、AgInSbTe系等可用于藍(lán)光可擦重寫(xiě)的無(wú)機(jī)相變材料。目前開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)是可錄型藍(lán)光光盤(pán)，這種光盤(pán)具有巨大的商業(yè)價(jià)值，用于存儲(chǔ)不需改變的重要信息，如檔案、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、法律文件等。CD-R，DVD-R使用的均為價(jià)格低廉的有機(jī)記錄材料，但是有機(jī)染料在藍(lán)光波段下，吸收較弱且很難獲得較大的調(diào)制振幅，因此，用有機(jī)染料作為藍(lán)光可錄光盤(pán)的記錄材料遇到了很大困難。研究主要集中于無(wú)機(jī)記錄材料，而金屬Sb因具有很快的晶化速率，有可能獲得高的數(shù)據(jù)傳輸速率，而被廣泛應(yīng)用于光存儲(chǔ)領(lǐng)域。早在上世紀(jì)八十年代，日本的Akahira N等(J.Appl.Phys.53(1982)8497)就發(fā)現(xiàn)變價(jià)氧化物如SbOx等薄膜，在溫度升高到一臨界值或光脈沖輻射時(shí)，Sb會(huì)從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，因此薄膜的吸收系數(shù)和折射率會(huì)發(fā)生較大的變化，可以利用這一特性而記錄信息。然而，在研究中發(fā)現(xiàn)雖然隨著SbOx薄膜中含氧量的增加，薄膜的結(jié)晶活化能增大，穩(wěn)定性增強(qiáng)，但是同時(shí)光學(xué)對(duì)比度卻在減小(Physica B.352(2006)206)。因此，薄膜的穩(wěn)定性和光學(xué)對(duì)比度成為一個(gè)矛盾，怎樣在保證薄膜具有較高光學(xué)對(duì)比度的前提下，提高薄膜的穩(wěn)定性是一挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題在于保持SbOx薄膜記錄材料優(yōu)越性，如高的數(shù)據(jù)傳輸速率的基礎(chǔ)上，克服其穩(wěn)定性和光學(xué)對(duì)比度的矛盾，提供一種一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)及其制備方法，以提高藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)在激光作用前后的光學(xué)對(duì)比度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)，其特征在于它是由銻Sb和硅Si通過(guò)反應(yīng)磁控濺射法在襯底上制備的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，包括Sb、Sb2O3和SiO2三種成分，其中Sb的摩爾百分比為10％～70％，Sb2O3的摩爾百分比為10％～40％，SiO2的摩爾百分比為20％～80％。
所述的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的膜厚為10nm～100nm。
所述的襯底為K9玻璃片、石英玻璃片或光盤(pán)盤(pán)基。
所述的一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)的制備方法，其特征是選用靶，在Sb靶上放置一定數(shù)量的Si片，或采用Sb-Si復(fù)合靶，通過(guò)反應(yīng)磁控濺射方法在所述的襯底上制備Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，在反應(yīng)磁控濺射過(guò)程中，濺射工藝參數(shù)為本底真空為1×10-5Pa～2×10-3Pa，氧氣與氬氣的流量比為5％～100％，氬氣的流量為10～100(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升，以下寫(xiě)為sccm)，濺射功率為50W～1000W，濺射氣壓為0.3Pa～6Pa。
所述的靶中，Sb與Si的摩爾比為4∶1～1∶2。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于SiO2具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)藍(lán)光具有惰性，常被用做光盤(pán)介電層的材料。
在SbOx薄膜中摻雜Si元素，形成的SiO2在藍(lán)光輻射下，呈惰性。因此，在藍(lán)光輻射后，未發(fā)生變化的SiO2能夠提高材料的穩(wěn)定性，并且有效地阻止記錄層在記錄過(guò)程中的形變和膜厚變化。另外，由于SiO2具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)，還能有效的控制材料的熱擴(kuò)散。并且，Sb和Si均對(duì)環(huán)境友好，無(wú)毒，價(jià)格便宜。
還要特別指出的是，Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜具有在激光作用前后的光學(xué)對(duì)比度受波長(zhǎng)的變化影響較小的特點(diǎn)，故該種可錄材料除了可以應(yīng)用于藍(lán)光存儲(chǔ)外，還可應(yīng)用于紅光(650nm)和紅外光(780nm)的可錄存儲(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)在激光作用前后具有高的光學(xué)對(duì)比度和穩(wěn)定性。


圖1為Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的記錄點(diǎn)的反射光信號(hào)(寫(xiě)入條件為波長(zhǎng)406.7nm，脈寬300ns，寫(xiě)入功率7.7mW)圖2為Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的反射光強(qiáng)度隨讀出次數(shù)的變化(讀出條件為讀出功率0.3mW，讀出時(shí)間間隔為10ms)具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本發(fā)明的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，以Sb同Si的摩爾比為3∶1組成的混合靶為濺射靶材，濺射過(guò)程中，本底真空為7×10-4Pa，氧氣與氬氣的流量比為7％，氬氣的流量為70sccm，濺射氣壓為0.6Pa，濺射功率為150W，濺射時(shí)間為3min，即得到所需的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，其成分為Sb3.1Si0.9O3.8，即Sb0.52(Sb2O3)0.21(SiO2)0.27。通過(guò)對(duì)材料的熱學(xué)和實(shí)驗(yàn)分析，可以知道Sb0.52(Sb2O3)0.21(SiO2)0.27薄膜中Sb的晶化溫度為190℃，Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的記錄機(jī)理是基于非晶態(tài)的Sb晶化引起的光學(xué)性質(zhì)變化。Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的藍(lán)光靜態(tài)測(cè)試性能見(jiàn)圖1和圖2。由圖可以看出，Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜在激光作用前后具有較大的光學(xué)對(duì)比度，約為24.5％(圖1)，并且，在同一記錄點(diǎn)讀出10000次以后，反射光強(qiáng)度降低較小，說(shuō)明材料具有較高的穩(wěn)定性(圖2)。
其它實(shí)施例如下表所示

權(quán)利要求
1.一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)，其特征在于它是由銻Sb和硅Si通過(guò)反應(yīng)磁控濺射法在襯底上制備的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，包括Sb、Sb2O3和SiO2三種成分，其中Sb的摩爾百分比為10％～70％，Sb2O3的摩爾百分比為10％～40％，SiO2的摩爾百分比為20％～80％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)，其特征在于所述的Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜的膜厚為10nm～100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)，其特征在于所述的襯底為K9玻璃片、石英玻璃片或光盤(pán)盤(pán)基。
4.權(quán)利要求1所述的一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)的制備方法，其特征是選用靶，在Sb靶上放置一定數(shù)量的Si片，或采用Sb-Si復(fù)合靶，通過(guò)反應(yīng)磁控濺射方法在所述的襯底上制備Sb-Sb2O3-SiO2復(fù)合薄膜，在反應(yīng)磁控濺射過(guò)程中，濺射工藝參數(shù)為本底真空為1×10-5Pa～2×10-3Pa，氧氣與氬氣的流量比為5％～100％，氬氣的流量為10～100sccm，濺射功率為50W～1000W，濺射氣壓為0.3Pa～6Pa。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)的制備方法，其特征是所述的靶中，Sb與Si的摩爾比為4∶1～1∶2。
全文摘要
一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)及其制備方法，該一次寫(xiě)入型藍(lán)光存儲(chǔ)無(wú)機(jī)介質(zhì)是由銻Sb和硅Si通過(guò)反應(yīng)磁控濺射法在襯底上制備的Sb－Sb
文檔編號(hào)G11B7/26GK101038767SQ20071003985
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者周瑩, 耿永友, 顧冬紅, 朱青, 蔣志 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所