專利名稱：可重寫的光信息媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光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(zhì)層，兩個介質(zhì)層之間配置的相變材料記錄層，該相變材料在晶態(tài)時可記錄非晶標(biāo)記，光吸收層，和金屬鏡面層(metal mirror layer)。
本發(fā)明還涉及這種用于臺面-凹槽(land-groove)記錄的光學(xué)記錄媒體的使用。
基于相變原理的光信息或數(shù)據(jù)存儲是吸引人的，因為它結(jié)合了直接重寫(DOW)和高存儲密度的可能性，與只讀系統(tǒng)易兼容。相變光學(xué)記錄牽涉到用聚焦激光束在細(xì)微晶體膜中形成亞微米尺寸的非晶記錄標(biāo)記。在記錄信息時，媒體相對于聚焦激光束移動，聚焦激光束是根據(jù)要記錄的信息調(diào)制的。因此淬火(quenching)發(fā)生在相變記錄層并引起記錄層曝光區(qū)非晶信息位的形成，非曝光區(qū)保持為晶體。所寫非晶標(biāo)記的擦除可通過用同樣的激光加熱使之發(fā)生再結(jié)晶實現(xiàn)。非晶標(biāo)記代表數(shù)據(jù)位，其可用低能聚焦激光束通過基底再現(xiàn)。相對于晶體記錄層的非晶標(biāo)記的反射差值產(chǎn)生了調(diào)制激光束，該調(diào)制激光束可被探測器根據(jù)被編碼被記錄的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成調(diào)制光電流。
相變光記錄的課題之一是在諸如DVD-RAM，可重寫DVD和DVR(數(shù)字視頻記錄器)的應(yīng)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，可能的選擇是減少激光波長，和/或增加數(shù)值孔徑(NA)，因為激光斑點的大小與(λ/NA)2成正比。一個可以選擇的方法是多記錄層的應(yīng)用。另一個可能是在媒體的凹槽中和跟蹤引導(dǎo)凹槽之間的臺面上記錄信息軌道(臺面-凹槽記錄)。這些凹槽用于沿著軌道引導(dǎo)激光束。
相變光學(xué)信息媒體的儲存密度由標(biāo)記的徑向密度與切向密度共同決定。徑向密度由軌道節(jié)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?dāng)_限制軌道節(jié)距。這就意味著在軌道中記錄的數(shù)據(jù)質(zhì)量會受在鄰近軌道上記錄的影響。被記錄標(biāo)記的形狀可能被畸變，其導(dǎo)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(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)IPIM堆疊時，非晶態(tài)的光吸收(Aa)比晶態(tài)(Ac)的高。該堆疊中，I代表介質(zhì)層，P代表相變記錄層，M代表反射或金屬鏡面層。因此，當(dāng)用激光輻射記錄膜時，非晶部分加熱后的溫度比晶體部分高。結(jié)果，在晶體區(qū)域重寫的記錄標(biāo)記比非晶區(qū)的小。這種現(xiàn)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(yīng)當(dāng)達到最小化，或者Ac≥Aa比較好。
在上段提及的光學(xué)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(zhì)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(zhì)材料和金屬或半導(dǎo)體材料混合組成。加了光吸收層A的結(jié)果是記錄層的非晶態(tài)(Aa)與晶態(tài)(Ac)之間的光吸收差值最小，因此減小了記錄標(biāo)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(tài)與非晶態(tài)之間光學(xué)相位差(φc-φa)不約為零引起的，其必要性將在后面解釋。
本發(fā)明的目的特別是提供一種可重寫的光學(xué)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(yīng)基本上為零。Ac與Aa之間的差應(yīng)大約為零，或優(yōu)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(tài)與非晶態(tài)的反射率。
這些目的是通過在上段所述光學(xué)信息媒體根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的，光學(xué)信息媒體的堆疊有下列層序第一介質(zhì)層，在晶態(tài)時可記錄非晶位的相變材料記錄層，第二介質(zhì)層，具有n/k比率為0.5到20之材料的光吸收層，在這里n是折射率，k是消光系數(shù)，第三介質(zhì)層，和金屬鏡面層。
該堆疊層可稱為IPIAM結(jié)構(gòu)，在這里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(xiàn)確保記錄層在晶態(tài)(Ac)吸收的激光量幾乎等于或大于在非晶態(tài)(Aa)吸收的激光量。結(jié)果，重寫在晶體區(qū)域的記錄標(biāo)記與重寫在非晶區(qū)域的記錄標(biāo)記大小一樣。這個結(jié)果會減少抖動，這種記錄媒體存儲密度會顯著提高。
對于臺面-凹槽記錄，光吸收層最好配置在相變層與金屬鏡面層之間并夾在兩個介質(zhì)層之間，因為這種配置會使光學(xué)相位差φc-φa(弧度)基本為零。其原因是反射激光束的調(diào)制不僅由非晶標(biāo)記和晶體記錄層之間的反射率差值產(chǎn)生，而且由非晶標(biāo)記和晶體記錄層之間的光學(xué)相位差產(chǎn)生。在臺面-凹槽記錄中，即在凹槽中和在凹槽之間的臺面上的記錄，凹槽里和臺面上的標(biāo)記的調(diào)制應(yīng)當(dāng)相等即應(yīng)當(dāng)僅由反射率差值引起。凹槽中的記錄模式或臺面上的記錄模式，即不是這兩種記錄模式的組合，是與光學(xué)相位差φc-φa無關(guān)的。
光吸收層材料有n/k比率的范圍在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(dǎo)體材料。Si與Ge是優(yōu)選的，因為它們便宜并且易應(yīng)用。如Au，Cu，Al和Rh的金屬不滿足這些條件，因為它們的n/k值在這些范圍外。
光吸收層的厚度優(yōu)選在2和200nm之間，最好在10和100nm之間，目的在于在光吸收與傳輸之間有一個適當(dāng)?shù)钠胶?，并且其依賴于被選材料的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(xiàn)出晶相與非晶相轉(zhuǎn)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(xué)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，并且包括化學(xué)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(xiàn)出短的完全擦除時間(CET)。
其它優(yōu)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在這里摩爾分?jǐn)?shù)x滿足0.01＜x＜0.37。這些組分適合三元組分圖中GeSb2Te4和Te結(jié)線連接，但是在五邊形面積PQRST中。借助這些化合物，可得到CET值低于45ns。
當(dāng)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(jié)晶速度或CET值由記錄層的層厚決定。當(dāng)記錄層層厚增加到10nm時，CET值迅速減少。當(dāng)記錄層層厚大于25nm時，CET與層厚基本無關(guān)。當(dāng)大于35nm時，媒體的循環(huán)能力受到相反的影響。媒體的循環(huán)能力是在大量的DOW循環(huán)例如105次之后由光學(xué)對比度C的相對改變來測量的。每一個循環(huán)中，寫上的非晶標(biāo)記由通過激光束加熱引起再結(jié)晶而擦除，同時寫入新的非晶標(biāo)記。在理想情況下，光學(xué)對比度C在循環(huán)后不變。當(dāng)記錄層層厚為35nm時，循環(huán)能力實際上穩(wěn)定下來。結(jié)果由于CET及循環(huán)能力的綜合要求，記錄層層厚應(yīng)優(yōu)選在10nm和35nm之間的范圍，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(huán)期間有穩(wěn)定的低抖動。
第一、第二和第三介質(zhì)層可由ZnS和SiO2例如(ZnS)80(SiO2)20混合物制成。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(jié)晶速度和更好的循環(huán)能力。
對于金屬鏡面層，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(yōu)選適合合金的例子是AlTi，AlCr和AlTa。
第一介質(zhì)層厚度優(yōu)選在70和[70+λ/(2n)]nm之間，在這里，λ是激光束的波長，n是介質(zhì)層的折射率。如果層厚小于70nm時，循環(huán)能力顯著減少。層厚大于70+λ/(2n)nm不會導(dǎo)致循環(huán)能力進一步增加，相反影響光學(xué)對比度并且使制造更昂貴。如果例如波長是630nm且折射率是1.5，層厚范圍將從70nm擴展到280nm。
第二個介質(zhì)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(diào)節(jié)晶相與非晶相之間的吸收比率。層厚優(yōu)選在2和30nm之間，最好在5和15nm之間。小于2nm的厚度引起裂縫的形成并減少循環(huán)能力。大于30nm的厚度減少了記錄層的冷卻速率。
第三個介質(zhì)層防止在光吸收層與金屬鏡面層之間的相互作用。它還調(diào)節(jié)記錄層的冷卻速率，并因此調(diào)節(jié)寫入的敏感性。層厚優(yōu)選在2和100nm之間，最好在10和15nm之間。當(dāng)厚度小于2nm時，在記錄層與金屬鏡面層之間的熱絕緣性受到破壞。結(jié)果，記錄層的冷卻速率增加，結(jié)果寫功率增加。在厚度大于50nm時，記錄層的冷卻速率太低。
金屬鏡面層層厚優(yōu)選在60和160nm之間。當(dāng)金屬鏡面層層厚小于60nm時，循環(huán)能力受到破壞，因為冷卻速率太低。當(dāng)金屬鏡面層層厚大于或等于160nm時，循環(huán)能力受到進一步破壞，因為增加了熱導(dǎo)，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(zhì)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(xué)氣相沉積，離子鍍，或濺射法涂在基底上。沉積成的層是非晶的并展現(xiàn)低的反射率。為了構(gòu)成有高反射率的適合記錄層，該層必須首先完全結(jié)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于GeSbTe化合物的結(jié)晶溫度，如180℃。當(dāng)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激光束交替加熱。這是可以實現(xiàn)的，例如在記錄器中，激光束掃描移動的記錄層。然后非晶層被局部地加熱到結(jié)晶要求的溫度，而基底沒有經(jīng)受不利的熱載荷。
信息媒體的基底至少是對激光波長透明的，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制成。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(dāng)使用0.6或1.2mm基底時，這些層能從第一介質(zhì)層開始，接著為記錄層等涂于基底上。激光束通過基底的進入表面進入堆疊?；咨系亩询B層也可按相反的順序涂成，即從金屬鏡面層開始。然后，最后的介質(zhì)層做成一個厚度為0.1mm的上述基底材料之一的透明層。激光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(yīng)該做成圓形或螺旋形的跟蹤引導(dǎo)凹槽。凹槽可被激光束光學(xué)掃描。在注射成型或壓制成型時，利用模壓，凹槽可在基底上形成。在復(fù)制工藝中，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(fù)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(jié)距和大約一半節(jié)距的寬度。
可選擇的是，堆疊的最外層通過如UV恢復(fù)丙烯酸酯的保護層來屏蔽外界環(huán)境。
高密度記錄和擦除可通過使用例如670nm或更短的短波長激光(紅到藍)實現(xiàn)。
本發(fā)明利用典型例子并參考附圖
來更詳細(xì)的說明。
該附圖表示根據(jù)有IPIAIM結(jié)構(gòu)的堆疊的本發(fā)明之光信息媒體的剖面圖。
實例1該圖表示根據(jù)本發(fā)明的光信息盤的一部分剖面。參考數(shù)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(gòu)成的基底1有下列結(jié)構(gòu)厚度81nm的(ZnS)80(SiO2)20的第一介質(zhì)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(zhì)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(zhì)層7，厚度100nm的Al的金屬鏡面層8。
堆疊2被UV恢復(fù)聚丙烯酸脂保護涂層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(tài)是通過用聚焦激光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(cè)面上提供有螺旋形跟蹤引導(dǎo)凹槽，其是利用UV-光在復(fù)制工藝中恢復(fù)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(jié)距，而寬度是節(jié)距的一半。
具有670nm波長用于記錄，再現(xiàn)，擦除信息的激光束12通過會聚透鏡13和基底1進入堆疊2。該非晶標(biāo)記用功率為Pw＝1.25Pm(Pm＝融化閾值功率)和100ns持續(xù)時間的一個或多個激光脈沖寫入。擦功率是Pw/2。記錄可在凹槽10進行(凹槽內(nèi)記錄)，在臺面11上進行(臺面上記錄)，或在凹槽中和凹槽之間的臺面上進行(臺面-凹槽記錄)。
下面表中的數(shù)據(jù)作為例子1的總結(jié)。第三列是上面定義過的光學(xué)對比度C。結(jié)果顯現(xiàn)出了在晶態(tài)(Ac)與非晶態(tài)(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(biāo)記畸變，導(dǎo)致改善了擦除與抖動的特性。當(dāng)記錄媒體用于高密度記錄時，這是特別有用的。光學(xué)相位差φc-φa幾乎是0，使得由臺面和凹槽中記錄標(biāo)記引起的調(diào)制相等。因此，根據(jù)本發(fā)明的記錄媒體適合于臺面-凹槽記錄。
表
實例2重復(fù)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(zhì)層厚度為75nm。結(jié)果示于表中例子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重復(fù)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(zhì)層厚度為220nm。結(jié)果示于表中例子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(jù)本發(fā)明。所有例子顯現(xiàn)了好的對比度C。下面的例子4到9不是根據(jù)本發(fā)明。
實例4(不是根據(jù)本發(fā)明)重復(fù)實例1，其中光吸收層和第三介質(zhì)層省略。結(jié)果，獲得的堆疊為IPIM結(jié)構(gòu)。結(jié)果示于表中例4。Aa比Ac大，其給出了在DOW期間溫度上升的差別并因此記錄標(biāo)記的畸變，導(dǎo)致不好的擦除抖動特征。因此，該記錄媒體不適合高密度記錄。光學(xué)相位差φc-φa相對大，結(jié)果由臺面與凹槽的記錄標(biāo)記引起的調(diào)制不相等。因此，該記錄媒體不很適合臺面-凹槽記錄實例5(不是根據(jù)本發(fā)明)重復(fù)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(zhì)層有厚度100nm。結(jié)果示于表中例子5。Aa比Ac大，其給出了在DOW期間溫度上升的差別并因此記錄標(biāo)記的畸變，導(dǎo)致不好的擦除抖動特征。因此，該記錄媒體不適合高密度記錄。
實例6-9(不是根據(jù)本發(fā)明)重復(fù)實例1，但光吸收Si層排在第一介質(zhì)層與相變層之間。該堆疊為結(jié)構(gòu)IAIPIM。光吸收層的厚度是5nm。第一、第二和第三介質(zhì)層分別有厚度100nm、5nm和25nm。第一介質(zhì)層有厚度100nm。結(jié)果示于表中例子6。
重復(fù)實例6，用厚度為3nm的Ge作為光吸收層的材料。第一介質(zhì)層有厚度99nm。結(jié)果示于表中例子7。
重復(fù)實例6，用厚度為2nm的Mo作為光吸收層的材料。第一介質(zhì)層有厚度84nm。結(jié)果示于表中例子8。
重復(fù)實例6，用厚度為5nm的Au作為光吸收層的材料。第一介質(zhì)層有厚度70nm。結(jié)果示于表中例子9例子6-9都具有IAIPIM結(jié)構(gòu)堆疊，具有大于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(biāo)記畸變，導(dǎo)致不好的擦除抖動特征。因此，此記錄媒體不適合高密度記錄。
而且，例子6-8都顯現(xiàn)出光學(xué)相位差φc-φa相對的大，使得由臺面和凹槽中記錄標(biāo)記引起的調(diào)制不相等。因此，這些記錄媒體不適合臺面-凹槽記錄。
根據(jù)本發(fā)明，提供了有IPIAIM堆疊的可重寫相變光學(xué)信息媒體，例如為DVD-RAM，可重寫DVD，或DVR，其適合于DOW和高密度記錄，甚至臺面-凹槽記錄。
權(quán)利要求
1.一種利用激光束作可重寫記錄的光學(xué)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(zhì)層，在晶態(tài)時可記錄非晶位的相變材料記錄層，第二介質(zhì)層，具有n/k比率為0.5到20之材料的光吸收層，在這里n是折射率，k是消光系數(shù)，第三介質(zhì)層，和金屬鏡面層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于光吸收層包括選自由Mo，W，Pd，Pt，Co，Ni，Mn，Ta，Cr，Ti，和Hf構(gòu)成組的金屬或選自由PbS，Ge，InP和Si構(gòu)成組的半導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于光吸收層有2和200nm之間的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于記錄層包括GeSbTe化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于記錄層有從10到35nm的厚度，優(yōu)選在25到35nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于第一介質(zhì)層厚度在70和[70+λ/(2n)]nm之間，在這里，λ是激光束的波長，n是介質(zhì)層的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于第二介質(zhì)層厚度在2和30nm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于第三介質(zhì)層厚度在2和100nm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)信息媒體，特征在于金屬鏡面層厚度在60和160nm之間。
10.上述臺面-凹槽記錄的任一權(quán)利要求的光學(xué)信息媒體的應(yīng)用。
全文摘要
可重寫光學(xué)信息媒體有IPIAIM結(jié)構(gòu)的堆疊(2)，包括夾在兩個介質(zhì)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(zhì)層(7)和金屬鏡面層(8)。光吸收層(6)可將晶態(tài)與非晶態(tài)之間的光吸收差值減到最小，因此減小記錄標(biāo)記的畸變。在該位置出現(xiàn)光吸收層可確保晶態(tài)與非晶態(tài)之間光學(xué)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(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者周國富 申請人:皇家菲利浦電子有限公司