熒光讀出的可擦重寫相變光盤的制作方法
【專利摘要】一種熒光讀出的可擦重寫相變光盤，該光盤包括上保護層、記錄層、下保護層和盤基，其特征在于所述的記錄層是熒光相變記錄層，所述的熒光相變記錄層是由厚度10～200nm的BiSb摻雜Sb2Te3-GeTe薄膜或NiO摻雜Sb2Te3-GeTe薄膜構(gòu)成。該光盤既保留了常規(guī)相變光盤寫擦速度快、數(shù)據(jù)保持力強和循環(huán)穩(wěn)定性高的特點，同時大大提高了讀出性噪比。且由于不是反射式讀出，不需要額外的金屬反射層，比常規(guī)相變光盤的膜層結(jié)構(gòu)更加簡單。
【專利說明】熒光讀出的可擦重寫相變光盤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可擦重寫相變光盤，特別是一種熒光讀出的可擦重寫相變光盤。

【背景技術(shù)】
[0002] 可擦重寫光盤是一類可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦除和重寫的光盤，商用化的可擦重寫光盤主 要包括磁光光盤和相變光盤?；诠庵伦兩涗洸牧系挠袡C可擦重寫光盤沒有實用化。
[0003] 可擦重寫磁光光盤的讀出方式是基于磁光克爾效應(yīng)，檢測反射光相對于入射光的 偏振方位角的改變而讀出，因為檢測的變量?。ǘ滩ㄩL處的克爾角一般小于2度），需要與 差分放大電路配合使用。相變光盤的讀出方式與只讀式和一次記錄式光盤相似，通過檢測 記錄區(qū)域（非晶態(tài)）與非記錄區(qū)域（晶態(tài)）的反射率差異讀出。因為晶態(tài)與非晶態(tài)之間的 反射率對比度一般為10-30%，經(jīng)過多次擦寫循環(huán)后兩個態(tài)之間的差別逐漸減小，以至于難 以識別，這是制約相變光盤循環(huán)次數(shù)的一個重要因素。隨著光盤記錄密度的不斷提高，記錄 點縮小，反射讀出信號的檢測難度也隨之提高。
[0004] 光致變色型有機可擦重寫光盤的讀出方式主要包括檢測反射率和熒光讀出。其反 射率讀出與相變光盤類似，熒光讀出過程則是通過激光對發(fā)光分子的激發(fā)使其發(fā)射熒光作 為檢測信號而讀出，一般記錄區(qū)域與非記錄區(qū)域的熒光發(fā)射強度反差可達幾個數(shù)量級，信 噪比明顯優(yōu)于反射率讀出。然而，由于有機可擦重寫記錄材料的循環(huán)穩(wěn)定性（一般低于1〇 3 次）和擦寫速度（一般寫擦?xí)r間在秒到分鐘量級）等問題使其難以實用化。
[0005] 相變存儲材料是一種可以在晶態(tài)和非晶態(tài)之間快速、反復(fù)可逆轉(zhuǎn)變的記錄材料， 其擦、寫時間在納秒量級，循環(huán)次數(shù)可達1〇 5次以上，但目前的相變存儲材料尚不具備熒光 讀出功能。通過材料設(shè)計可望使得其晶態(tài)和非晶態(tài)之間具有高的熒光對比度，從而實現(xiàn)高 信噪比、高速、高循環(huán)次數(shù)的可擦重寫相變光存儲。
[0006] Ni2+是一種被廣泛研究的激光發(fā)射離子，早在60年代已有Ni2+摻雜MgF2晶體的激 光輸出報道。近年來，Ni 2+摻雜微晶玻璃的近紅外光放大器一度成為光通信放大器領(lǐng)域的 研究焦點。作為過渡金屬，Ni2+的熒光性質(zhì)受到基質(zhì)晶體場的強烈影響，其發(fā)光條件是必須 處在特定晶體的六面體八配位態(tài)之中。在玻璃相中，Ni2+不發(fā)光。而在晶相中，Ni 2+的典 型發(fā)光位于1100-1400nm之間。Bi的發(fā)光研究始于Bi摻雜Si02-A120 3玻璃。作為主族元 素，Bi同樣受基質(zhì)影響巨大。但與Ni2+相反，現(xiàn)有結(jié)果大都是Bi摻雜玻璃體的發(fā)光，而鮮 有Bi在晶相中發(fā)光的報道。大部分的非晶相變材料屬于硫系玻璃，激光輻照可使得其在晶 態(tài)和非晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)變，通過發(fā)光離子的摻雜，可使得晶態(tài)和非晶態(tài)之間的熒光發(fā)光強 度有顯著區(qū)別（可達幾個數(shù)量級），由此實現(xiàn)基于熒光效應(yīng)的狀態(tài)識別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種熒光讀出的可擦重寫相變光盤，該光盤由于在相變記 錄層中摻有發(fā)光離子，可使得其晶態(tài)和非晶態(tài)之間的熒光發(fā)光強度有顯著區(qū)別（幾倍到幾 個數(shù)量級），因此，可以通過檢測記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域發(fā)射熒光強度的差異來實現(xiàn)讀出。 此類光盤既具有傳統(tǒng)相變光盤寫擦速度快、數(shù)據(jù)保持力強和循環(huán)穩(wěn)定性高的特點，同時大 大提高了讀出性噪比（對比度）。由于不是反射式讀出，不需要額外的金屬反射層，比常規(guī) 相變光盤的膜層結(jié)構(gòu)更加簡單。
[0008] 本發(fā)明的解決方案如下：
[0009] -種熒光讀出的可擦重寫相變光盤，該光盤包括上保護層、記錄層、下保護層和盤 基，其特點在于所述的記錄層是熒光相變記錄層，所述的熒光相變記錄層是由厚度10? 200nm的BiSb摻雜Sb 2Te3-GeTe薄膜或NiO摻雜Sb2Te3-GeTe薄膜構(gòu)成。
[0010] 所述的上保護層和下保護層是由厚度1〇?lOOOnm的SiN或ZnS-Si02薄膜構(gòu)成。
[0011] 所述的熒光相變層的熒光離子為Bi和Ni離子，摻雜原子比分別為0. 1-lat. %和 0. l_2at. %。
[0012] 所述的盤基是由厚度為0. 6mm或1. 1mm或1. 2mm的聚碳酸酯構(gòu)成。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0014] 與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的熒光讀出可擦重寫相變光盤在記錄材料內(nèi)摻雜有熒光 離子，其晶態(tài)（基底）和非晶態(tài)（記錄點）之間的熒光發(fā)光強度有顯著區(qū)別（幾倍到幾個 數(shù)量級），由此可基于熒光效應(yīng)實現(xiàn)高信噪比（對比度）的信息讀出（常規(guī)反射率讀出的對 比度一般只有10-30% )。同時由于摻雜含量很低，不會影響記錄材料的其它性能，通過材 料設(shè)計甚至能優(yōu)化其性能。因此該光盤既保持了傳統(tǒng)相變光盤寫擦速度快、數(shù)據(jù)保持力強 和循環(huán)穩(wěn)定性高的特點，同時大大提高了讀出性噪比（對比度），特別適合于高密度光信息 存儲。由于不是反射式讀出，不需要額外的金屬反射層，比常規(guī)相變光盤的膜層結(jié)構(gòu)更加簡 單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明熒光讀出可擦重寫相變光盤的示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明寫入（記錄）和讀出過程示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明制備的Bi離子摻雜Sb2Te3-GeT e熒光相變記錄層的熒光光譜。
[0018] 圖4為本發(fā)明制備的Ni離子摻雜Sb2Te3-GeT e熒光相變記錄層的熒光光譜。

【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明的熒光讀出可擦重寫相變光盤的結(jié)構(gòu)如圖1所示，含上保護層1、熒光相變 記錄層2、下保護層3和盤基4。本發(fā)明的熒光讀出可擦重寫相變光盤的寫入（記錄）和讀 出過程示意圖如圖2所示。寫入激光作用后，通過熔化-淬冷過程在熒光相變記錄層3的 晶態(tài)基底上形成非晶態(tài)記錄點，非晶態(tài)區(qū)（記錄區(qū)域）的熒光強度與晶態(tài)區(qū)（未記錄區(qū)域） 有顯著差別（如圖3、圖4所示）。讀出時，激光沿著預(yù)刻槽掃描，讀出頭搜集熒光信號，通 過辨別記錄點和未記錄區(qū)發(fā)射熒光的強弱來實現(xiàn)高信噪比（對比度）的信息讀出。上保護 層1和下保護層3用于防止熒光相變記錄層2受到破壞。盤基4為通用相變光盤盤基，包 含用于跟蹤、伺服的預(yù)刻槽。上保護層1、下保護層3和盤基4在熒光發(fā)射波段均為透明，不 會衰減熒光強度。
[0020] 圖3是本發(fā)明中的Bi離子摻雜Sb2Te3-GeT e熒光相變薄膜的熒光光譜。在808nm 波長的激光激發(fā)下，其非晶態(tài)（實線表示）在900-1300nm波段有顯著的熒光，而晶態(tài)（虛 線表示）在相同波段則幾乎無熒光。
[0021] 圖4是本發(fā)明中的Ni離子摻雜Sb2Te3-GeT e熒光相變薄膜的熒光光譜。與Bi離 子摻雜Sb2Te3-GeT e薄膜的熒光效應(yīng)相反，在980nm波長的激光激發(fā)下，其非晶態(tài)（實線表 示）在1000-1200nm波段沒有顯著的熒光，而晶態(tài)（虛線表示）在相同波段則有顯著熒光。
[0022] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明及其作用作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護 范圍。
[0023] 實施例1 :
[0024] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Bi離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si0 2靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和100nm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合 金靶共濺的方法制備Bi離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3 X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，BiSb靶的濺射功率為2. 1W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚 為lOOnm。成分分析表明，薄膜中Bi尚子所占原子比為0. lat. %。
[0025] 實施例2 :
[0026] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Bi離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si0 2靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和lOOnm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合 金靶共濺的方法制備Bi離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3 X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，BiSb靶的濺射功率為3W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚為 lOOnm。成分分析表明，薄膜中Bi離子所占原子比為1. 50at. %。
[0027] 實施例3 :
[0028] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Bi離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si0 2靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和lOOnm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合 金靶共濺的方法制備Bi離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3 X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，BiSb靶的濺射功率為3. 5W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚 為lOOnm。成分分析表明，薄膜中Bi離子所占原子比為2. Oat. %。
[0029] 實施例4 :
[0030] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Ni離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si02靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和lOOnm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金 靶共濺的方法制備Ni離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，NiO靶的濺射功率為20W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚為 lOOnm。成分分析表明，薄膜中Ni離子所占原子比為0. lat. %。
[0031] 實施例5:
[0032] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Ni離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si0 2靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和lOOnm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金 靶共濺的方法制備Ni離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，NiO靶的濺射功率為30W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚為 100nm。成分分析表明，薄膜中Ni離子所占原子比為1. 54at. %。
[0033] 實施例6 :
[0034] 采用磁控濺射法在相變光盤盤基上依次制備下保護層、Ni離子摻雜熒光相變記錄 層和上保護層。上、下保護層采用ZnS-Si02靶濺射獲得，本底真空度為3X l(T4Pa，Ar氣壓 為0· 85Pa，濺射功率為140W，膜厚分別為300nm和lOOnm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金 靶共濺的方法制備Ni離子摻雜Sb 2Te3-GeTe熒光相變記錄層。本底真空度為3X l(T4Pa， Ar氣壓為0. 85Pa，NiO靶的濺射功率為35W，Sb2Te3-GeTe合金靶的濺射功率為70W，膜厚為 100nm。成分分析表明，薄膜中Ni離子所占原子比為2. Oat. %。
【權(quán)利要求】
1. 一種熒光讀出的可擦重寫相變光盤，該光盤包括上保護層、記錄層、下保護層和盤 基，其特征在于所述的記錄層是熒光相變記錄層，所述的熒光相變記錄層是由厚度10? 200nm的BiSb摻雜Sb 2Te3-GeTe薄膜或NiO摻雜Sb2Te3-GeTe薄膜構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光讀出的可擦重寫相變光盤，其特征在于所述的上保護層 和下保護層是由厚度10?l〇〇〇nm的SiN或ZnS-Si0 2薄膜構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光讀出的可擦重寫相變光盤，其特征在于所述的熒光相變 層的熒光離子為Bi和Ni離子，摻雜原子比分別為0. 1-lat. %和0. l-2at. %。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的熒光讀出的可擦重寫相變光盤，其特征在于所述 的盤基是由厚度為0. 6mm或1. 1mm或1. 2mm的聚碳酸酯構(gòu)成。
【文檔編號】G11B7/2548GK104157298SQ201410336500
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】王陽, 張科, 林金成, 吳誼群 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所