專利名稱：多層光盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有由多個信息記錄層構(gòu)成的記錄單元的多層光盤。尤其涉及具有由相變材料形成的信息記錄層的多層光盤。
近來，隨著所謂多媒體正變得流行，對處理諸如數(shù)學(xué)移動圖像的大量信息的光記錄媒體的要求增加了，結(jié)果增加了對記錄和/或再現(xiàn)所必須的存儲大量信息和對其進行隨機存取的需要。
在可隨機存取記錄媒體中，有可移去的大存儲容量的光記錄媒體，即其能夠從記錄和/或再現(xiàn)裝置中取出。在許多領(lǐng)域該光記錄媒體有大量應(yīng)用。
在這種形勢下，按照NTSC(國家電視系統(tǒng)委員會)系統(tǒng)在一個表面上記錄和/或再現(xiàn)達(dá)四個小時的光記錄媒體是可能的。
在該光記錄媒體中，其目標(biāo)是能使記錄和/或再現(xiàn)達(dá)四個小時，如家用視盤播放機，以代替現(xiàn)在流行使用的磁帶錄象機，來提供作為新記錄媒體的功能。而且，光記錄媒體可以與數(shù)字聲盤為相同形狀和大小，其上記錄著音樂數(shù)據(jù)，對熟悉數(shù)字聲盤的用戶將證明該產(chǎn)品更為有益。
同時，對能夠處理靜態(tài)較大信息容量的光記錄媒體的要求增加了，結(jié)果使得要求光記錄媒體具有靜態(tài)的較大存儲容量。
例如，要求能夠根據(jù)NTSC系統(tǒng)記錄和/或再現(xiàn)的光記錄媒體不僅是盤狀以利用適合于提供簡單小尺寸記錄媒體之盤形狀的高存取速度，而且是具有諸如記錄圖像、特技播放或編輯之即時再現(xiàn)的多種功能的大存儲容量。
為了具有這些多種功能，要求有不小于8GB的容量。但是，到目前為止還缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)這種大存儲容量的光記錄媒體，原因是在已提出的只再播DVD(數(shù)字多功能盤)中，波長λ為0.65μm，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.6，結(jié)果使當(dāng)前DVD可能的記錄容量不超過4.7GB。
因此，為了提供具有DVD系統(tǒng)的信號格式的不小于8GB記錄容量，例如ECC(錯誤校正碼)或調(diào)制系統(tǒng)保持不變，下述關(guān)系式要滿足4.7×(0.65/0.60×NA/λ)2≥8 ……(1)由方程(1)，NA/λ≥1.20是必須的，結(jié)果要求較短波長或較大的NA值。
如果NA較大，要求由輻射再現(xiàn)光透過的光盤透明基片的厚度要減小。原因是，隨著NA增加，起因于盤平面相對于光拾取器光軸偏離垂直之角度的偏差裕量，或者所謂的傾斜角變得較小，起因于該傾斜角的偏差隨再現(xiàn)光透過的透明基片的厚度增加而增加。
因相同的原因，再現(xiàn)光透過的透明基片厚度的變化需要包括在預(yù)置的范圍內(nèi)。
同時，由塑料形成的注模基片大量地用作為光記錄媒體的透明基片。該注?；诩庸ぞ哂蟹浅１〉暮穸群洼^高精度時是困難的。
另一方面，在同面方向即二維方向上光記錄媒體信息記錄層記錄密度由所用激光最小斑點直徑確定。因此，最小斑點直徑愈小，信號所能記錄的密度愈高。所以，為了在光記錄媒體上能進行高密度記錄，企圖減小光源的波長和增加物鏡的數(shù)值孔徑NA以降低最小斑點直徑。但是，在縮短激光波長或增加物鏡數(shù)值孔徑NA上存在技術(shù)上的限制，使得在二維方向上增加記錄密度接近其極限。
作為增加光盤中記錄容量的手段，除了進一步減小記錄和/或再現(xiàn)波長或者改善用于記錄和/或再現(xiàn)的光的光會聚能力(NA)之外，有這樣的方法，即增加記錄層的數(shù)目。在一次寫入或重寫光盤中，優(yōu)先選擇是朝著減小記錄和/或再現(xiàn)波長的方向以及朝著物鏡的較大NA的方向，而只在1998年10月在Society Publication中首次引入了多層光盤。
該報告的意義是在兩個二種相變記錄層中記錄和/或再現(xiàn)是可能的。但是，擔(dān)心的是，如果在光入射側(cè)記錄層(第一記錄層)上已記錄信息，在第一記錄層沒有記錄信息的話，或者如果記錄區(qū)域和非記錄區(qū)域共存于第一記錄層的話，記錄在其它記錄層(第二記錄層)上是否能做得穩(wěn)定。實際上，借助相變記錄材料，已經(jīng)證明出第一記錄層的透光率在記錄狀態(tài)即記錄材料的非晶狀態(tài)下要比非記錄狀態(tài)即記錄材料的晶態(tài)下高。根據(jù)該報告，第一記錄層的透光率在晶態(tài)和非晶態(tài)時分別為70％和45％。
如果在該層上記錄之前和之后第一記錄層的透光率有明顯地變化，則在第一記錄層的整個表面上記錄信息之后必須將信息記錄在第二記錄層上。但是，由于在第一和第二記錄層的每一個上不能自由地記錄或再現(xiàn)信號，所以在與媒體的信息交換上存在嚴(yán)重的限制，其結(jié)果是這種有價值的合適的多層光盤歸于無用。而且，在或從光盤上記錄或再現(xiàn)信息的傳送速率近來希望增加，使得同時記錄和/或再現(xiàn)多層光盤的多個記錄層以把傳遞速率增加相應(yīng)于記錄層數(shù)目的倍數(shù)(by a factor)的增加要求提高了。
而且，在具有層狀信息記錄層的記錄和/或再現(xiàn)光盤中，如果線速度由減小束斑直徑增加，則在正確記錄數(shù)據(jù)時可遇到困難，結(jié)果，如果形成二個信息記錄層，則實現(xiàn)不低于10GB的記錄容量已經(jīng)是困難的。
正如上述，在光記錄媒體中，記錄容量的進一步增加代表了一個不能回避的技術(shù)任務(wù)。
因此，本發(fā)明目的是提供多層光盤，其中記錄密度能在三維方向上增加，并且記錄容量還能增加，其在記錄和/或再現(xiàn)特征上是優(yōu)越的。
本發(fā)明另一目的是提供多層光盤，其中記錄和/或再現(xiàn)能夠在可記錄多層光盤的各個記錄層中穩(wěn)定地同時實現(xiàn)。
本發(fā)明另一目的是提供多層光盤，其可供重寫和高密度記錄之用。
在一個方案中，本發(fā)明提供一種多層光盤，其中使二個或多個信息記錄層形成在0.3到1.2mm厚的基片上，插入透明層，以形成記錄單元，光傳輸保護層形成在記錄單元上，厚度為10到177μm，并且其中光從光傳輸保護層側(cè)照射以引起記錄和/或再現(xiàn)信息信號，其中除了形成在距光傳輸保護層最遠(yuǎn)位置處的信息記錄層之外，至少一個信息記錄層具有作為記錄材料的相變材料，并且其中構(gòu)成第一信息記錄層之相變材料在晶態(tài)時的折射率nc1和消光系數(shù)kc1和在非晶態(tài)時的折射率na1和消光系數(shù)ka1在如從光傳輸保護層計算那樣滿足關(guān)系(nc1/na1)≤12，(kc1/ka1)≤12，以及(kc1/ka1)≤5(nc1/na1)，這里排除kc1/ka1＜1和nc1/na1＜1的情況。
在上述多層光盤中，根據(jù)本發(fā)明，其中信息記錄層是成多層的，記錄密度甚至在對應(yīng)于信息記錄層厚度方向三維方向上增加，因此可進一步增加記錄容量。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的多層光盤中，除了形成在距光傳輸保護層最遠(yuǎn)位置處的信息記錄層之外，至少一個信息記錄層具有作為記錄材料的相變材料。因此，本發(fā)明的多層光盤能夠重復(fù)地記錄和/或再現(xiàn)信息，同時其能夠具有可記錄和/或再現(xiàn)的多個層。
而且，由于根據(jù)本發(fā)明的多層光盤關(guān)于波長為380到450nm的光進行了光學(xué)優(yōu)化，其可以實現(xiàn)較大的記錄容量。
在另一方案中，本發(fā)明提供了一種多層光盤，其中二個或多個信息記錄層成層在厚度為0.3到1.2mm的基片上，具有插入的透明層，以形成記錄單元，光傳輸保護層形成在記錄單元上，厚度為10到177μm，并且其中光從光傳輸保護層側(cè)照射以引起記錄和/或再現(xiàn)信息信號，其中每個信息記錄層具有作為記錄材料的相變材料，并且其中，當(dāng)記錄和/或再現(xiàn)光會聚在遠(yuǎn)離光傳輸保護層的第二記錄層上時，如果在光傳輸保護層側(cè)的第一記錄層中的記錄和/或再現(xiàn)光通路區(qū)里共存有信息記錄軌道和非信息記錄軌道，第一記錄層的相變記錄材料滿足下述關(guān)系0.8≤Tlc/Tla≤1.270％≥Tlc≥40％70％≥Tla≥40％Alc/Ala≥1.0這里Tlc是晶態(tài)時第一記錄層相變記錄材料的透光率，Alc是晶態(tài)時由第一記錄層相變記錄材料吸收的光的吸收率，Tla是非晶態(tài)時相變記錄材料的透光率以及Ala是非晶態(tài)時由相變記錄材料吸收的光的吸收率。
在上述多層光盤中，根據(jù)本發(fā)明，其中信息記錄層是多層的，記錄密度甚至在對應(yīng)于信息記錄層厚度方向的三維方向上是增加的，因此進一步增加了記錄容量。
而且，由于多層光盤是光學(xué)上優(yōu)化的，在各個記錄層中能夠穩(wěn)定和同時地進行記錄和/或再現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的信息記錄媒體中，至少在支撐基片側(cè)或者在對于相變材料膜支撐基片的相對側(cè)上形成了結(jié)晶促進膜和增強膜，其中最靠近支撐基片的信息記錄層具有配給其最外側(cè)的朝著支撐基片的反射膜和還具有配給其最外側(cè)的相對著支撐基片的半透明增強膜，并且其中結(jié)晶促進膜由其至少含有一種下列材料的材料形成，即Si，SiC，Ge，GeC，Sn，SnC，Al，AlC，Ga，GaC，In，InC其氯化物和氧化物。
在上述信息記錄媒體中，增強膜由至少含有ZnS，ZnS-SiO2，SiO2和MgF2之一的材料形成。
在上述信息記錄媒體中，半透明增強膜由至少含有Au，AuCo合金，Si，Ag合金，SiOx，ZnS-SiOx，Au-SiO2混合物和Au-ZnS-SiO2混合物之一的材料形成。
在本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，結(jié)晶促進膜和增強膜至少形成在支撐基片側(cè)上或者在相變材料膜支撐基片的相對側(cè)上，以構(gòu)成由相變材料形成的信息記錄層。因此，結(jié)晶促進膜起結(jié)晶非晶部分的作用，而同時增強膜起保證返程光的光量差的作用。注意，由于最靠近支撐基片的信息記錄層具有配給其最外側(cè)的朝著支撐基片的反射膜和還具有配給其最外側(cè)的相對著支撐基片的半透明增強膜，透射光能夠被朝著支撐基片側(cè)之信息記錄層上的多路反射有效地利用，這里入射光量是最小的，因此對應(yīng)地改善了感光性。因此，如果信息記錄層是成多層的，有可能避免記錄在信息記錄層上信息的衰減，使得能夠在光量降低的較低層側(cè)的可靠訪問。通過形成至少含有Si，SiC，Ge，GeC，Sn，SnC，Al，AlC，Ga，GaC，In，InC，其氯化物和氧化物之一的材料的結(jié)晶促進膜，即使減小束斑直徑增加線速度，非晶相變材料能夠容易地熔化和結(jié)晶。
類似膜結(jié)構(gòu)中，如果增強膜由至少含有Au，AuCo合金，SiAg合金，SiOx，ZnS-SiOx，Au-SiO2混合物和Au-ZnS-SiO2混合物之一的材料形成，由反射層反射的光束能夠被再反射以增加提供給需要用更多能量用于熔化的結(jié)晶部分的能量。因此，如果非晶部分和結(jié)晶部分共存，這些部分能被均勻地熔化以重新記錄希望的信息。
而且，通過類似結(jié)構(gòu)，反射膜能夠由至少含有Al合金，BiSb，Ag合金，Au，Au合金之一的材料加工成，由此有可能有效地反射和利用透過信息記錄層的光束。
根據(jù)本發(fā)明，正如上面概述，多層光盤能被供給，其中有可能增加三維方向上的記錄密度和記錄容量，并且其在記錄和/或再現(xiàn)特征上是優(yōu)越的。
而且，根據(jù)本發(fā)明，通過提供不低于40％的第一記錄層的透射率和通過在記錄和/或再現(xiàn)第二記錄層時減小第一記錄層透過率的變化，第一和第二記錄層兩者能夠被記錄和/或再現(xiàn)。
當(dāng)?shù)谝挥涗泴硬捎每芍貙懴嘧冇涗洸牧蠒r，如果信號由盤產(chǎn)生器預(yù)先在第一記錄層的整個信息記錄區(qū)上記錄，則第一記錄層的透過率在用戶使用光盤時成為常數(shù)，使得能夠穩(wěn)定記錄和/或再現(xiàn)。
在信息記錄在第一記錄層上之前和之后，如果第一記錄層透過率的變化被限制在第二記錄層的功率極限之內(nèi)，在第二記錄層上的信息記錄能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)，而與第一記錄層上的記錄狀態(tài)無關(guān)。在這種情況下，盤產(chǎn)生器不需要預(yù)先記錄信息，使得限制生產(chǎn)成本和包含在媒體中的成本成為可能，提高了媒體的價格競爭性。
而且，對第一和第二記錄層的記錄順序不必進行限制，因此二個記錄層能夠同時地記錄和/或再現(xiàn)，結(jié)果是，記錄和/或再現(xiàn)信息的傳輸率能夠是僅具有單記錄層之光盤的兩倍。這使得通過高傳輸率相變光盤能夠進行高視覺廣播的實時記錄。
通過在光透射層表面上形成抗反射膜，記錄和/或再現(xiàn)光能夠穩(wěn)定地聚焦在記錄層上，不用將把記錄層從光透射層表面區(qū)別開的裝置加到記錄和/或再現(xiàn)驅(qū)動器，因此能夠便宜地生產(chǎn)驅(qū)動器。
而且，通過使相變材料的信息記錄層成層，包括有增強膜和結(jié)晶促進膜，僅在最靠近支撐基片的信息記錄層上形成反射膜，以及適當(dāng)?shù)剡x擇各個信息記錄層的膜材料，由此可以提供重寫的且在其上能做成高密度記錄的光信息記錄媒體。


圖1是表示多層光盤說明結(jié)構(gòu)的示意剖面圖；圖2是表示用于實現(xiàn)預(yù)置光特征的區(qū)域的曲線；圖3是表示雙層光盤中基本結(jié)構(gòu)和光入射方式的示意圖；圖4是用于表示雙層光盤第一和記錄層反射率和透過率定義的示意圖；圖5是表示第二記錄層分層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是表示第一記錄層分層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是表示第一記錄層另一分層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是表示第一記錄層另一分層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9是用于說明H-L型和L-H型中光能量分布的示意圖；圖10是表示光如何在吸收媒質(zhì)中前進的示意圖；圖11是表示第一記錄層另一分層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖12是用于說明雙層光盤第一和第二記錄層和光傳輸保護層之反射率和透過率定義的示意圖；圖13是表示光傳輸保護層表面上在沒有光干涉膜情況下聚焦伺服期間聚焦誤差信號的示意圖14是表示光干涉膜膜結(jié)構(gòu)例子的示意圖；圖15是表示光傳輸保護層表面上有光干涉膜情況下聚焦伺服期間聚焦誤差信號的示意圖；圖16是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)例子的示意圖；圖17是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)另一例子的示意圖；圖18是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)另一例子的示意圖；圖19是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)另一例子的示意圖；圖20是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)又一例子的示意圖；圖21是表示具有作為第二記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)例子的示意圖；圖22是表示具有作為第二記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)另一例子的示意圖；圖23是表示具有作為第二記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)又一例子的示意圖；圖24是表示具有作為第一記錄層之性能的分層結(jié)構(gòu)又一例子的示意圖；圖25是表示體現(xiàn)本發(fā)明之光盤又一例子的剖面圖；圖26是表示用于訪問圖25光盤之光盤裝置的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖27是表示體現(xiàn)本發(fā)明之第一信息記錄層的膜結(jié)構(gòu)例子的示意剖面圖；圖28是表示第二信息記錄層之膜結(jié)構(gòu)例子的示意剖面圖；圖29是表示體現(xiàn)本發(fā)明之第一信息記錄層的膜結(jié)構(gòu)又一例子的示意剖面圖；圖30是表示第二信息記錄層之膜結(jié)構(gòu)又一例子的示意剖面圖；圖31是表示第二信息記錄層之膜結(jié)構(gòu)又一例子的示意剖面圖；圖32是表示第二信息記錄層之膜結(jié)構(gòu)又一例子的示意剖面圖；圖33是表示用于與本發(fā)明實施例相比較的光盤的剖面圖。
參考附圖，下面詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
體現(xiàn)本發(fā)明的多層光盤由基片、包括中間插入有透明層的二個或多個信息記錄層的淀積于其上的記錄部分、以及形成在記錄部分上的光傳輸保護部分構(gòu)成。借助體現(xiàn)本發(fā)明的多層光盤，激光落在光傳輸保護層側(cè)面上以記錄和/或再現(xiàn)信息信號。
尤其是，借助體現(xiàn)本發(fā)明的多層光盤，二個或多個信息記錄層的至少一個，除了位于距光傳輸保護層最遠(yuǎn)位置處的信息記錄層之外，都是由作為記錄層的相變材料形成的。即，借助根據(jù)本發(fā)明的多層光盤，除了形成在最靠近基片位置的信息記錄層之外，信息記錄層的至少一個是具有作為記錄材料的相變材料的相變記錄層。當(dāng)然，在根據(jù)本發(fā)明的多層光盤中，形成在距光傳輸保護層最遠(yuǎn)位置即在最靠近基片側(cè)之位置處的信息記錄層可以是相變記錄層。
在下面的說明中，光盤，由二個信息記錄層形成的光盤記錄部分被作為體現(xiàn)本發(fā)明之多層光盤的例子。但是，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明多層光盤的剖面圖。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的多層光盤1包括光反射層3，第二信息記錄層4，透明層5，第一信息記錄層6和光傳輸保護層7，其順序地分層在基片2的主表面2a上。在本多層光盤1中，激光從光傳輸保護層7照射以記錄和/或再現(xiàn)信息信號。
更詳細(xì)地說，在體現(xiàn)本發(fā)明之多層光盤1上或從多層光盤1記錄和/或再現(xiàn)信息信號時，如果激光從光傳輸保護層7側(cè)算起那樣聚焦在第一信息記錄層6上，激光不聚焦在第二信息記錄層4上，使得信息信號僅在第一信息記錄層6上或從其上被記錄和/或再現(xiàn)，作為第一層，其是處于激光聚焦?fàn)顟B(tài)。另一方面，如果激光被聚焦在第二信息記錄層4上，激光不聚焦在第一信息記錄層6上，使得信息信號僅在第二信息記錄層4上或從其上被記錄和/或再現(xiàn)，作為第二層，其是處于激光聚焦?fàn)顟B(tài)。
在本多層光盤1中，由于信息記錄層是多層結(jié)構(gòu)，其包括第一信息記錄層6和第二信息記錄層4，并且符合下面的標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)于信息記錄層厚度方向，記錄密度在三維方向上要高于具有單記錄層之常規(guī)光盤中的記錄密度，因此有效地實現(xiàn)進一步增加記錄容量。
現(xiàn)詳細(xì)解釋體現(xiàn)本發(fā)明之多層光盤1的結(jié)構(gòu)。
通常，盤斜向裕度θ，記錄和/或再現(xiàn)系統(tǒng)的波長λ，物鏡的數(shù)值孔徑NA和光傳輸保護層厚度t是相互校正的。尤其是，這些參數(shù)和盤斜向裕度θ之間的關(guān)系在日本待審專利H-3-225650中公開了，作為參考，其用致密盤CD，已經(jīng)充分地證明了其實效性或所謂的播放性。
確切地說，上述公開表示如果θ≤±84.115°的話就足夠了。這可以應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的多層光盤1中。
如果在實際批量生產(chǎn)光盤的情況下考慮斜向裕度θ的特殊極限值，則合理地設(shè)置為0.4°。理由是，如果斜向裕度θ小于這個值，則批量生產(chǎn)中產(chǎn)量降低成本增加。同時，在現(xiàn)存光盤中，該極限值對于CD和對于DVD分別為0.6°和0.4°。
因此，借助θ＝0.4°，考慮到激光向較短波長發(fā)展和物鏡向較大數(shù)值孔徑NA發(fā)展的趨勢，計算了光傳輸保護層7的厚度如何設(shè)置。首先，在λ＝0.65μm時，NA值需要設(shè)置為不低于0.78，其來自關(guān)系NA/λ≥1.20。
如果今后激光的波長較短，使得λ＝0.4μm，并且NA/λ≥1.20的條件保持不變，則光傳輸保護層的厚度t＝1.77μm。因此，可以認(rèn)為177μm的光傳輸保護層7的最大厚度是優(yōu)選的。如果考慮到使用具有1.2mm基片厚度的常規(guī)CD的生產(chǎn)設(shè)備來生產(chǎn)多層光盤1的可能性，則其整個多層光盤1的厚度最大時是1.38mm。
另一方面，光傳輸保護層7厚度的下限由是否確保保護信息記錄層4，6，反射層3或透明層5的功能來確定。確切地說，如果考慮到光盤1的可靠性或者二組透鏡(two-set lens)抗光傳輸保護層7表面沖擊效果的話，下限值最好不低于10μm。
同時，如果考慮到將來所估計到的廣泛應(yīng)用，容納從當(dāng)前紅色激光到蘭色激光的可能性，應(yīng)考慮到存在光傳輸保護層7和斜向裕度θ之間的前述關(guān)系，因此光傳輸保護層7的厚度t需要為10到177μm。
因此，可以認(rèn)為光傳輸保護層7的厚度t為10到177μm是優(yōu)選的。
而且，為了提高記錄密度，正如上述，提高比率NA/λ是強制性的。
現(xiàn)在詳細(xì)解釋上述多層光盤1各個層結(jié)構(gòu)。
在基片2的表面2a上，形成有微凸凹不平之處，例如為其中記錄諸如信息信號之信號的引導(dǎo)槽或前置坑?；?的厚度優(yōu)選為0.3到1.2mm?；?材料可以為例如諸如聚碳酸酯的塑料，或者諸如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)的丙烯酸類樹脂，或者玻璃。在前者情況下，基片2由注模形成，而在后者情況下，基片2由光聚合物(2P)法模制。
形成在基片2主表面2a上的光反射層3用作反射層，用于反射透過第一和第二信息記錄層4，6的光，同時用作熱沉層(heat sink layer)，用于防止熱量過度儲存在第一和第二信息記錄層4，6。
光反射層3的材料優(yōu)選為金屬元素，非金屬元素，半導(dǎo)體元素和其化合物，呈單質(zhì)或組合的形式。
這些材料中，主要由Al構(gòu)成的、還包括0.4到0.8wt％的Si、不高于0.7wt％的Fe、0.15到0.40wt％的Cu、不高于0.15wt％的Mn、0.8到1.2wt％的Mg、0.04到0.35wt％的Cr、不高于0.25wt％的Zn和不高于10.0wt％的Ti的這種材料是最為優(yōu)選的。在這種情況下光反射層3形成為50到200nm厚的薄膜。
理由是如果由相變材料形成的相變記錄層形成在光反射層3上作為信息記錄層4，則該相變記錄層對光反射層3的晶體特性或者對由光反射層3材料顆粒大小形成的界面形狀是不敏感的，其結(jié)果是，相變記錄層正確地反映了基片2的表面形狀。
在用于形成基片2上由上述材料形成的光反射層3的方法中，有諸如離子束濺射方法，dc濺射方法和RF濺射方法等方法。
在體現(xiàn)本發(fā)明的多層光盤中，由二個或多個信息記錄層做成的記錄部分形成于在基片2上形成的光反射層3上。
特別是，借助本多層光盤，如從光傳輸保護層側(cè)計的作為第一層的第一信息記錄層6優(yōu)選是相變記錄層。原因是，相變材料通常是高透光率的，結(jié)果，如果該相變材料用作為是如從由光照射的光傳輸保護層7計的第一層的第一信息記錄層6，由透過第一信息記錄層6引起的光衰減能夠僅被限制為較小值。結(jié)果是足夠強度的光如從光傳輸保護層7計的均勻地入射在第二和隨后的信息記錄層，同時，足夠光強度的反射光也從第二和隨后的信息記錄層被接收。
在體現(xiàn)本發(fā)明的多層光盤1中，第二信息記錄層4和第一信息記錄層6經(jīng)過透明層5形成在基片2上的光反射層3上。
正如上述，根據(jù)本發(fā)明的多層光盤代替二層結(jié)構(gòu)可以是三層或多層。
而且，信息記錄層的全部為相變記錄層是非強制性的，如果除了距光傳輸保護層最遠(yuǎn)的信息記錄層之外至少一個信息記錄層是相變記錄層時其是必須的。信息記錄層也可以是在溫度升到超過居里溫度以便在外磁場方向上反向磁化失去矯頑磁力的磁光記錄層，或者是具有基片上出現(xiàn)隙縫和凹槽的坑和其上形成金屬反射膜的只重放記錄部分。在這種情況下，磁光記錄層是由諸如Tb-Fe-Co膜的非晶合金薄膜示例的展示克耳效應(yīng)或法拉第效應(yīng)的用于垂直磁性記錄的膜。
注意，第一信息記錄層6和第二信息記錄層4是由相變材料作為記錄材料形成的相變記錄層。在二層盤1的情況下，其滿足如果第一信息記錄層6是相變記錄層，而第二信息記錄層4是相變記錄層不是強制性的。
作為用于該記錄材料的相變材料，使用諸如在晶態(tài)和非晶態(tài)之間進行相變的材料。在這種類型的相變記錄層中，例如按照下述形成記錄坑即，如果相變記錄層是由濺射方法形成的，則所形成的膜表現(xiàn)為非晶態(tài)。非晶態(tài)中該相變記錄層首先被加熱到不低于結(jié)晶溫度的溫度用于到晶態(tài)的相轉(zhuǎn)變(初始化)。
如果在這種狀態(tài)下激光從例如光傳輸保護層7照射，發(fā)生從晶態(tài)到非晶態(tài)的相變，發(fā)生的區(qū)域在激光已聚焦上的區(qū)域，結(jié)果在該區(qū)域反射率變化。反射率已改變的部分證明為記錄坑。該記錄坑由利用在已形成坑的區(qū)域和未形成坑的區(qū)域之間反射率的差異來檢測。
在選擇這種類型的相變材料中，應(yīng)注意以下幾點。
第一，需要這種材料，其對成分變化或者諸如相分離之分離是不敏感的并且其結(jié)晶形成較小數(shù)目晶體類型的晶體。另外，要使用這種材料，其處于熔點、結(jié)晶溫度或者結(jié)晶速度的優(yōu)化范圍內(nèi)。
即，希望相變材料的熔點不高于700℃。為了相變材料薄膜在相位上可變化到非晶態(tài)，需要該相變材料膜加熱到不低于其熔點。因此，如果相變材料的熔點太高，熱負(fù)載加在光傳輸保護層7、透明層5或者加在靠近或近鄰相變記錄層提供的基片上。
相變材料的結(jié)晶溫度最好不低于150℃。如果相變材料的結(jié)晶溫度太低，記錄坑在熱穩(wěn)定上變壞，因此降低了信息存儲的可靠性。
相變材料的結(jié)晶速度希望不大于500ns。光盤的線速度是2到20m/s，因而在盤表面上激光斑點的斑點直徑在1μm量級。因此，激光照射到相變記錄層給定點上的時間長度是50到500ns。為了在這短的照射時間內(nèi)發(fā)生相變，相變材料的結(jié)晶速度需要不大于500ns。
相變材料優(yōu)選包含Al，Au，Ag，Bi，Cu，Cr，Co，Cd，Ce，Cs，Dy，F(xiàn)e，Ge，Gd，Ga，Hf，In，K，La，Li，Mn，Mo，Ni，Nb，Nd，Na，Os，Pd，Pr，Pb，Ru，Rh，Rb，Sn，Si，Sm，Sc，Se，Te，Ti，Tb，Ta，Ti，V，W，Y，Zn和Zr中的至少一種。這種材料可列舉為InSe基硫?qū)倩?，SbSe基硫?qū)倩?，InSbSe硫?qū)倩?，GeSbTe基硫?qū)倩?，GeSbTeSe基硫?qū)倩铮珿eSbTe基硫?qū)倩?，AgInSbTe基硫?qū)倩锖虯gInSbSeTe基硫?qū)倩锖虯gInSbTeN基硫?qū)倩?。特別是，在第一信息記錄層6中，作為從光傳輸保護層7計及的第一層，鑒于諸如透光率或反射率的光學(xué)條件，上述硫?qū)倩飪?yōu)選用作相變材料。
相變材料的特例包括Sb2Se3，Ge2Sb2Te5，其具有600℃的熔點，172℃的結(jié)晶溫度和50ns的結(jié)晶速度，以及包括TeOx(0＜x＜2)。
相變材料還可以是InSeN，InSeNO，InSeO，SbSeN，SbSeNO，SbSeO，InSbSeN，InSbSeNO，InSbSeO，GeSbTeSeN，GeSbTeSeNO，GeSbTeSeO，AgInSbSeTeN，AgInSbSeTeNO，AgInSbSeTeO，GeSbTeNO，GeSbTeO，AgInSbTeNO和AgInSbTeO之一。
在這些材料中，TeOx在其結(jié)晶狀態(tài)是相對穩(wěn)定的，使得其在確保記錄坑的熱穩(wěn)定上是有價值的。鑒于其相對快的結(jié)晶速度，前述用Si加入的Se基硫?qū)倩镆彩抢硐氲摹?br> 如果在多層光盤中，上述相變材料用作為信息記錄層的記錄材料，則一定要考慮信息記錄層的光學(xué)性能和記錄部分中信息記錄層的位置之間的關(guān)系。
即，多層光盤，從激光落在其上的光傳輸保護層計及的第二信息記錄層，或者通過二個或多個層與光傳輸保護層隔開的第n個信息記錄層，由透過比第n個信息記錄層更靠近光傳輸保護層的n-1個信息記錄層的激光照射。而且，由第n個信息記錄層反射的光透過n-1個信息記錄層以便由光接收部分接收。
因此，照射在信息記錄層上的激光強度或者從該信息記錄層反射的光的強度受到比信息記錄層更靠近光傳輸保護層的信息記錄層的光學(xué)特性的影響。因此，朝著光傳輸保護層布置的信息記錄層具有足以提供足夠幅值之反饋信號和透光率的反射率是必須的。
特別是，要求從光傳輸保護層計及的第一信息記錄層滿足嚴(yán)格要求，這是由于其需要表現(xiàn)出足以確保再現(xiàn)和高透光率的反射率。
另一方面，借助距光傳輸保護層較遠(yuǎn)的信息記錄層，關(guān)鍵是反射率和光吸收率應(yīng)當(dāng)高，以確保即使用相對低強度的光也能形成記錄坑，以及反射率和光吸收率應(yīng)當(dāng)高，以確保來自記錄坑的反饋信號的足夠幅值。在設(shè)計記錄部分的結(jié)構(gòu)中必須要考慮這些。
因此，在多層光盤中，作為從光透射層7計及的第一層的第一信息記錄層6需要有足夠的反射率以允許再現(xiàn)并具有足夠的透光率。
另一方面，多層光盤1中距光傳輸保護層7較遠(yuǎn)的第二信息記錄層4需要在反射率和光吸收率上為高，目的是確保即使在使用較低強度光時能記錄和/或再現(xiàn)。
確切地說，如果將由相變材料作為記錄材料形成的其記錄部分由二個相變記錄層組成的多層光盤1作為例子，則從光傳輸保護層7計及的第一信息記錄層6在晶態(tài)時反射率Rc1和透光率Tc1及在非晶態(tài)時反射率Ra1和透光率Ta1關(guān)于記錄和/或再現(xiàn)光希望滿足下述關(guān)系Rc1≥5％Rc1/Ra1≥1.5(Tc1，Ta1)≥20％或者Ra1≥5％Ra1/Rc1≥1.5(Tc1，Ta1)≥20％另一方面，在從光傳輸保護層7計及的作為第二記錄層的第二信息記錄層4中，從光傳輸保護層7計及的第一信息記錄層6在晶態(tài)時反射率Rc2和透光率Tc2及在非晶態(tài)時反射率Ra2和透光率Ta2相對于記錄和/或再現(xiàn)光希望滿足下述關(guān)系Rc2≥5％Rc2/Ra2≥1.5Tc2，Ta2≥60％或者Ra2≥10％Ra2/Rc2≥1.5Tc2，Ta2≥60％借助從光傳輸保護層7計及的作為第一記錄層的第一信息記錄層6，晶態(tài)時的反射率Rc1和非晶態(tài)時的反射率Ra1按照反饋光信號的幅值設(shè)置，使得如果Rc1和Ra1在上述范圍之外，則從第一信息記錄層6獲得的反饋信號的幅值不能滿足。
在該第一信息記錄層6中，晶態(tài)時的透光率Tc1和非晶態(tài)時的透光率Ta1的確定是與由透過第一信息記錄層6的激光引起的激光抑制相聯(lián)系的。如果Tc1和Ta1在上述范圍之外，由于從光傳輸保護層7激光透過第一信息記錄層6的結(jié)果，激光在強度上衰減，使得激光不能以足夠的強度從光傳輸保護層7照射到從光傳輸保護層7計及的作為第二層的第二信息記錄層4，其結(jié)果是，不能接收足夠強度的從第二信息記錄層4反射的光。這使得在對應(yīng)第二層的第二信息記錄層4中形成和檢測記錄坑變得困難。
另一方面，在從光傳輸保護層7計及的作為第二記錄層的第二信息記錄層4中，設(shè)定晶態(tài)時光的吸收率Ac2和非晶態(tài)時光的吸收率Aa2以便即使在較低激光強度時也引起相變。
而且，在作為第二記錄層的第二信息記錄層4中，晶態(tài)時的反射率Rc2和非晶態(tài)時的反射率Ra2按照反饋信號的幅值確定，結(jié)果使得如果Rc2和Ra2在上述范圍之外時從作為第二記錄層的第二信息記錄層4獲得的反饋信號的幅值不滿足要求。
這些記錄層的光學(xué)特性依賴于記錄層的分層結(jié)構(gòu)，即依賴于電介質(zhì)和反射層的結(jié)合使用，用作為記錄材料的相變材料的折射率n和依賴于消光系數(shù)k。
圖2表示一曲線，橫坐標(biāo)為nc1/na1，縱坐標(biāo)為Rc1/Ka1，其中畫出了各種相變材料的nc1，na1，Kc1和Ka1。
不管記錄和/或再現(xiàn)光的波長是否是650nm或者是400nm，趨勢近似是相同的，結(jié)果使得在圖中陰影所示區(qū)域中實現(xiàn)上述光學(xué)特征變成了可能。
即，本發(fā)明中，構(gòu)成從光傳輸保護層計及的第一信息記錄層的相變材料在晶態(tài)時折射率nc1和消光系數(shù)Kc1及在非晶態(tài)時折射率na1和消光系數(shù)Ka1被設(shè)定為滿足(nc1/na1)≤12，(Kc1/Ka1)≤12和(Kc1/Ka1)≤5/(nc1/na1)的關(guān)系，這里排除Kc1/Ka1＜1和nc1/na1＜1。
現(xiàn)在說明多層光盤，其中對于光入射側(cè)記錄和/或再現(xiàn)光，第一記錄層的透光率的變化在第一記錄層記錄信息之前和之后被減小了，確保了在第二信息記錄層上或從第二信息記錄層上穩(wěn)定進行信息記錄和/或再現(xiàn)，以及在第一和第二記錄層上同時信息記錄和/或再現(xiàn)。
相變光盤利用的事實是記錄材料復(fù)數(shù)折射率中的差別在記錄材料處于晶態(tài)和非晶態(tài)時增加了。通過將信息非記錄部分和信息記錄部分分別設(shè)置為晶態(tài)和非晶態(tài)，產(chǎn)生記錄和/或再現(xiàn)光對這些區(qū)域之反射率的差值，用于區(qū)分記錄信息或者沒有記錄信息。而且，通過相對慢地冷卻相變材料能夠產(chǎn)生晶態(tài)。其是用在利用本原理之相變光盤領(lǐng)域中的初始化器件。通過相對快地冷卻能夠產(chǎn)生非晶態(tài)。其是用于利用本原理之信息記錄和/或再現(xiàn)的驅(qū)動器。
圖3表示雙層光盤的基本結(jié)構(gòu)和使記錄和/或再現(xiàn)光落在光盤上的方法。
該多層光盤包括熱塑料樹脂的支撐基片11，0.3到1.2mm厚，其中形成了圓周螺旋形地延伸引導(dǎo)凹槽12。引導(dǎo)凹槽12上經(jīng)過透明中間層14形成了第一記錄層15，具有引導(dǎo)凹槽結(jié)構(gòu)，近似為30μm厚，在其上形成了透明光透射層16，厚度在100μm量級。用于記錄和/或再現(xiàn)的激光波長是650nm或400nm的量級，同時代表物鏡17光會聚能力的數(shù)值孔徑NA設(shè)置為0.85。對于650nm和400nm的波長，會聚在記錄層上的光的直徑分別設(shè)置為0.9μm和0.6μm的量級。信息分別被記錄在對于入射光凸出的引導(dǎo)凹槽部分和對于入射光凹入的引導(dǎo)凹槽部分上。
在將記錄和/或再現(xiàn)光會聚在記錄層上中，用于記錄和/或再現(xiàn)的激光通過透過用于會聚該記錄和/或再現(xiàn)光的物鏡來會聚。會聚光入射到和透過雙層光盤的光透射層16，以便被聚焦在第一信息記錄層15上。會聚光還透過第一信息記錄層15和透過中間層14，以便被聚焦在第二信息記錄層13上。為了將光聚焦在第一記錄層15和第二信息層13上，可以使用單物鏡，在此情況下，物鏡沿著光軸移動。另外，可以使用二個不同的物鏡和與該物鏡配對的激光束，其中激光束被聚焦在各個記錄層上。
光盤中第一和第二記錄層的光反射率，透光率和光吸收率以下述方式定義。
圖4中，示出了多層光盤內(nèi)部入射光對應(yīng)層中反射率和透過率的定義。R1c是入射在第一記錄層15上光的反射率，T1c是在這種情況下第一記錄層15中的透過率。R1a是在第一記錄層15的記錄材料處于晶態(tài)時入射在第一記錄層15上的光的反射率，T1a是在這種情況下第一記錄層15中的光的透過率。A1c，A1a表示在第二記錄層14入射的和由記錄材料吸收的光的比例。
R2c是在第二記錄層13的記錄材料處于晶態(tài)時在第二記錄層13上入射的光的反射率，R2a是在第二記錄層13的記錄材料處于非晶態(tài)時在第二記錄層13上入射的光的反射率。A2c，A2a表示在第二記錄層13入射的和由記錄材料吸收的光的比例。
R’2c表示第二信息層13的記錄材料處于晶態(tài)時穿過第一記錄層15，由第二信息層13反射，再次穿過第一記錄層15并返回光透射層的入射光的光量與入射到光透過層上的光量的比例。另一方面，R’2a表示穿過第一記錄層15、由第二信息層13反射、再次穿過第一記錄層15并返回光透射層并且當(dāng)?shù)诙畔?3的記錄材料處于非晶態(tài)時的入射光量與在光透射層上的入射光量的比例。
在重寫相變光盤中，Ac/Aa≥1.0是優(yōu)選的。該值對信息重寫特性產(chǎn)生影響，結(jié)果較大的這個比率值是優(yōu)選的。如果信息被記錄在已經(jīng)存在的記錄標(biāo)記(marks)中，該比率值愈大，擦除已經(jīng)存在的標(biāo)記更有效，也就是說在稱為預(yù)結(jié)晶的原理下結(jié)晶。
另一方面，在這種激光，用于記錄和/或再現(xiàn)，波長為660nm，自身能夠產(chǎn)生50mW的dc功率，或者脈沖時為70mW。通過采用這種激光，在從物鏡出來的光輻射上可以實現(xiàn)10mW的最大脈沖輸出。
本實施例中，如圖5所示結(jié)構(gòu)的第二信息層13對于650nm的激光波長具有33.5％的反射率和7mW記錄功率。相對于中心功率，記錄功率變化的容許值即功率裕度是±20％。
轉(zhuǎn)到第一記錄層15透過率的范圍，如果是以影響第二信息層13記錄和/或再現(xiàn)的光量達(dá)到第二信息層13，最小要求第一記錄層15的透過率為40％。另一方面，為了使第一記錄層15是可記錄的，要確定第一記錄層15的透過率的上限。如果考慮到當(dāng)前獲得的記錄功率，要獲得第一記錄層15為70％的透光率，20％的光吸收率和10％的光反射率，該值70％是透光率的上限。因此，第一記錄層15的透過率的范圍是70％≥T1c≥40％和 70％≥T1a≥40％激光波長為650nm的信息記錄條件包括不低于6m/秒的記錄線速度，不高于0.23μm/bit的記錄線速度，雙層盤的信息量不少于17Gbyte，傳輸率不低于26Mbps(原數(shù)據(jù))。
對于400nm激光波長，信息記錄條件包括不低于6m/秒的記錄線速度和不高于0.14μm/bit的記錄線速度，雙層盤的信息量不少于34Gbyte，傳輸率不低于42Mbps(原數(shù)據(jù))。
當(dāng)然對于具有NA為0.6，0.6mm量級的光透射層的光盤例如DVD可以做類似的討論。
如果第一記錄層由可重寫的相變材料形成，并且沒有作為信息意義的信號由產(chǎn)生器預(yù)先記錄在信息記錄區(qū)的整個表面上，第一記錄層中晶體面積和非晶面積之間的面比率在用戶使用盤時于第一記錄層上記錄之前和之后沒有變化，使得第二記錄層能夠長久地穩(wěn)定記錄和/或再現(xiàn)。
圖6表示用于實現(xiàn)第一記錄層的記錄層結(jié)構(gòu)例子。這里由于凸面/凹槽記錄是預(yù)先設(shè)定的，在記錄之后第一記錄層的晶體面積和非晶面積之間的面比率是不變化的，使得當(dāng)記錄和/或再現(xiàn)光被聚焦在第二記錄層上時第一記錄層中光的透射率為59.8％。
圖7和8表示第一記錄層的另一示例結(jié)構(gòu)。預(yù)先假設(shè)記錄和/或再現(xiàn)波長為650nm。圖7和8表示記錄之前和之后反射率變化是所謂的高到低這里稱作H-L時的例子，以及記錄之前和之后反射率變化是所謂低到高這里稱作L-H時的例子。圖9表示H-L類型和L-H類型之間的光能量分布。這里，要滿足下述關(guān)系圖7膜結(jié)構(gòu)0.8≤Tc/Ta＝0.80≤1.270％≥Tlc＝63.3％≥40％70％≥Tla＝79.1％≥40％Ac/Aa＝1.69≥1.0；圖8膜結(jié)構(gòu)0.8≤Tc/Ta＝0.81≤1.270％≥Tlc＝54.9％≥40％70％≥Tla＝68.1％≥40％Ac/Aa＝1.70≥1.0.
如果在企圖滿足由本發(fā)明規(guī)定的光學(xué)特性中入射在第一記錄層上光的透射率不低于40％，則由記錄材料吸收的光能量證明需要為60％或低于60％。圖10表示透過具有光吸收系數(shù)之材料的光能量的變化。當(dāng)光已橫過記錄膜時在記錄膜上入射的光的吸收系數(shù)由下式表示
exp(-4π·K·dr/λ)這里K表示僅透過一次記錄材料膜的光由記錄材料吸收的吸收系數(shù)。注意，為了實現(xiàn)高透過率，希望光在通常是多通路干涉膜的記錄材料膜內(nèi)部僅僅透過一次。如果記錄膜的光吸收率已經(jīng)不低于60％，則透過率不能做得較高，使得不能實現(xiàn)多層光盤。因此，記錄膜厚度的上限由下述關(guān)系確定exp(-4π·K·dr/λ)≥40％對于記錄材料膜還存在下限。如果記錄材料膜由濺射形成，則薄膜不能形成為不超過5nm的厚度，使得材料以公知方式以島形出現(xiàn)。因此，希望記錄材料膜的厚度不小于5nm。
因此，記錄材料膜厚度需要滿足下述關(guān)系exp(-4π·Klc·dr/λ)≥40％exp(-4π·Kla·dr/λ)≥40％dr≥5nm在圖6到8和圖11中所示的第一記錄層的示例膜結(jié)構(gòu)中都滿足膜厚的這些條件，解釋如后。
圖11表示在記錄和/或再現(xiàn)波長是400nm的情況下第一記錄層的結(jié)構(gòu)。借助Ge2Sb2Te5，其廣泛應(yīng)用在第一記錄層中的相變記錄材料，折射率和晶相和非晶相之間吸收率的比率對400nm波長變得較小，使得滿足該條件困難，現(xiàn)在用H-L型記錄層結(jié)構(gòu)解釋之。實際上，沒有找到合適的分層結(jié)構(gòu)。在L-H型記錄層結(jié)構(gòu)中已要求滿足該條件的分層結(jié)構(gòu)。圖11表示這種示例結(jié)構(gòu)。在圖11的結(jié)構(gòu)中，下述條件滿足0.8≤Tc/Ta＝1.04≤1.270％≥Tlc＝53.5％≥40％70％≥Tla＝51.1％≥40％Ac/Aa＝1.10≥1.0.
因此，在400nm的記錄和/或再現(xiàn)波長中，L-H信息記錄型對于實現(xiàn)高性能重寫多層光盤是理想的。
正如可以從圖11所示示例性分層結(jié)構(gòu)可見，記錄之前即在晶態(tài)時的反射率不大于3％。多層光盤光入射側(cè)的最外表面通常由聚碳酸酯或者UV光固化的樹脂形成，具有在該表面上光反射率為5％量級。另一方面，在這里所爭論的是，光透射層具有大約100μm的膜厚，其不大于傳統(tǒng)光盤諸如DVD膜厚的1/6，以及其更接近中間層的膜厚。當(dāng)入射光被聚焦在第一記錄層或者在第二記錄層上時，檢測由基于從相應(yīng)記錄層的反射光所做計算獲得的聚焦誤差伺服信號來找到用于在相應(yīng)記錄層上聚焦的時序。但是，如果光透射層太薄，從由來自光透射層表面反射光的類似信號分離這些相應(yīng)記錄層的信息就變得困難。結(jié)果是聚焦就趨于在反射光處從記錄層上形成或者是在反射光處從光透射層上形成，無論哪個都具有較高反射率。因此，光透射層表面上的反射率理想地是低于記錄層的反射率。如果聚焦是形成在第一記錄層上或者在第二記錄層上，為了應(yīng)用聚焦伺服，相應(yīng)層優(yōu)選為不低于2％的反射率值。因此，光透射層表面上的反射率理想地是不大于2％。
如果使用L-H類型的多層光盤，光干涉膜優(yōu)選用于禁止表面反射。這將在現(xiàn)在進行說明。
圖12表示多層光盤內(nèi)部入射光在相應(yīng)記錄層上反射率和透射率的定義。圖12中，Rs和Ts分別表示光透射層表面上的反射率和透過率。
R1，T1和R2分別表示入射在第一記錄層上的光的反射率，透過第一記錄層的光的透過率和入射在第二記錄層上的光的反射率。R2’表示在光透射層上入射的透過第一記錄層的由第二記錄層反射的重新透過第一記錄層和返回到光透射層的光量與入射光量之比率。
表1表示在有和沒有用于減小反射率之光干涉膜時光透射層表面、第一記錄層和第二記錄層的反射率值，這正如圖14所示在后面所做的說明。圖13表示在沒有光干涉膜下聚焦搜索時的聚焦誤差信號。同時，聚焦搜索是在圖3移動物鏡上下運動的操作從而引起光聚焦位置橫掃過第一和第二記錄層。
表1
此時，聚焦位置還橫掃過光透射層的表面。對于目前的情況，象散方法用作為聚焦誤差搜索系統(tǒng)。圖13中，伴隨聚焦搜索，出現(xiàn)有三個誤差信號，它們發(fā)生在光透射層16、第一記錄層15和第二記錄層13上。這些信號有相同的幅值電平，結(jié)果使得如果圖13的信號用于進行聚焦伺服拉入操作，光因誤差被聚焦在光透射層表面上的幾率是很大的。
現(xiàn)在假設(shè)用于反射率減小的光干涉膜應(yīng)形成在光透射層的表面上。圖15表示有光干涉膜時聚焦搜索時的聚焦誤差信號。圖15中可以看出，光透射層表面上的聚焦誤差信號的幅值小于圖13，使得可以從記錄層中做清楚區(qū)別。
圖14所示光干涉膜結(jié)構(gòu)中反射光量，帶有每個透明層的膜厚和帶有折射率作為參數(shù)，現(xiàn)被表示為數(shù)學(xué)方程。作為薄膜邊界表面上的正切分量，入射光幅值是Ei，反射光幅值是Er，以及透射光幅值是Et，并且該關(guān)系由用于計算光學(xué)薄膜反射率的特征矩陣表示，可得下述方程(2)Ei+Er(Ei+Er)y0=cos(δ1)isin(δ1)/y1iy1sin(δ1)cos(δ1)cos(δ2)isin(δ2)/y2iy2sin(δ2)cos(δ2)EtEt×ys]]>…(2)δj＝2π×nj×hj/λ j＝1，2yj=(ϵ0/μ0)×nj---j=1,2]]>*
是真空中的發(fā)射率。能量反射率由下式表示|Er/Ei|2…(3)其能從采用上述特征矩陣的關(guān)系計算出。
由于光透射層自身的表面反射率是4％量級，為了將盤表面反射率與第一記錄層反射率R1’、第二記錄層反射率R2’(＝5％)和反射光量區(qū)別開，盤表面反射率最好是不大于2％。因此，方程(2)和(3)最好表達(dá)為下述關(guān)系(4)|Er/Ei|2≤2％ …(4)存在n1，n2，d1，d2的許多組合，其滿足方程(3)并用作反射率減小干涉膜。表2僅示出了幾個例子。
表2<
>為了盡可能地減小光透射層表面上的反射率，希望滿足關(guān)系n1×d1＝n2×d2＝λ/4…(5)這里λ是真空中入射光的波長，有(n2/n1)2＝ns …(6)有 n1&lt;n2&gt;ns …(7)此時，理論上反射率是0％。盡管由薄膜制造中引起的誤差產(chǎn)生的輕微偏差，仍有可能將反射率減少至大約0.2％。
圖16到20表示不同類型的分層結(jié)構(gòu)，其具有作為第一記錄層的能力。
圖21到24表示不同類型的分層結(jié)構(gòu)，其具有作為第二記錄層的能力。
表3至7表示用于第一記錄層之400nm記錄和/或再現(xiàn)波長的特定實驗結(jié)果。用在這些例子中的材料的光特征示于表8。
表3
表4
表5
表6
表7
表8
在任何情況下，H-L型的Ac/Aa值總大于L-H型的。
下面解釋一種光盤，其由多組(Plural sets)構(gòu)成，每組是由增強膜、結(jié)晶促進膜和相變材料的信息記錄膜分層構(gòu)成在一起，其還包括僅在最靠近支撐基片的信息記錄層上的反射膜。選擇構(gòu)成各記錄層的膜材料使得光盤是可重寫的和能夠進行高密度的記錄。
圖25是表示這種光盤的剖面。該光盤21應(yīng)用在以高傳輸速率高密度記錄期望信息和再現(xiàn)所記錄信息的情況下。在形成光盤21中，多個信息記錄層23，24分層在支撐基片22上，具有插入的中間層26，并且在其上形成光透射層26。借助光盤21，從光透射層26一側(cè)，預(yù)置量的激光束選擇地會聚在信息記錄層23，24上，以在各信息記錄層23，24上記錄期望的數(shù)據(jù)。
支撐基片22的信息記錄層23中形成了凸起和凹槽的圖形，其構(gòu)成激光束L的引導(dǎo)凹槽，并且其可設(shè)計為塑料基片，玻璃基片，或者例如為鋁或不銹鋼的金屬基片。如果支撐基片22由塑料形成，凸起和凹槽的圖形由注模形成，而如果支撐基片22由玻璃或金屬形成，則圖形由光聚合物(2P)法形成。支撐基片形成為0.3mm到1.2mm厚，使得其整個光盤21的厚度不厚于當(dāng)前商用光盤。
信息記錄層23由相變材料膜構(gòu)成并形成為有高的感光性，使得能夠即使用透過信息記錄層24的光也能可靠地記錄。確切地說，信息記錄層23是由順序分層形成，從支撐基片22一側(cè)開始為反射膜23A，第二增強膜23B，第二結(jié)晶促進層23C，相變材料膜23D，第一結(jié)晶促進層23E，第一增強膜23F和半透明增強膜23G。
注意，反射膜23A是由Al合金，BiSb合金，或者Ag合金構(gòu)成，其構(gòu)成是用來反射透過相變材料膜23D的激光束L，使它能夠重新入射在相變材料膜23D上，以提高激光束L的利用效率，改善信息記錄層23的感光性。即使在束斑直徑減小以增加線速度下，這能夠使通過透過上層側(cè)信息記錄層24的光束來可靠地熔化相變材料膜23D，并因此減小光量。
第二增強膜23B和第一增強膜23F是由ZnS，ZnS-SiO2，SiO2和MgF2的至少一種形成。通過依賴于各材料光學(xué)特性來選擇這些膜23B，23F的膜厚，在相變材料膜23D的晶體區(qū)和非晶區(qū)之間的反射率差值增加，由此使得即使在其中束斑直徑減小以增加線速度的情況下，對于第二增強膜23B和第一增強膜23F，有可能區(qū)分出相變材料膜23D的結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)。如果通過構(gòu)成相變材料23D的相變材料和光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾嘧儾牧夏?3D中晶體區(qū)和非晶區(qū)之間的反射率差值維持在實際上足夠的范圍內(nèi)，則可以省略第二增強膜23B和第一增強膜23F。
第二結(jié)晶促進膜23C和第一結(jié)晶促進膜23E是由關(guān)于相變材料膜23D僅具有下浸潤特性的材料制造，使得如果相變材料凝固到非晶態(tài)，它將被凝固到高能狀態(tài)，隨著馳豫現(xiàn)象，來促進相變材料膜23D的熔化和結(jié)晶。確切地說，第二結(jié)晶促進膜23C是由包含至少一種的Si，SiC，Ge，GeC，Sn，SnC，Al，AlC，Ga，GaC，In，InC，其氯化物或氧化物來形成，膜厚適合于各材料的光學(xué)特性。在該方式下，即使束斑直徑被減小以增加線速度的情況下，第二結(jié)晶促進膜23C和第一結(jié)晶促進膜23E能夠結(jié)晶相變材料膜23D的非晶區(qū)。同時，如果激光束L線速度低，由此確保用于結(jié)晶的足夠時間的話，往往能夠省略第二結(jié)晶促進膜23C和第一結(jié)晶促進膜23E。
相變材料膜23D由相變材料形成，其選自InSe、SbSe和SbTe二元合金，InSbSe、GeSbTe和InSbTe三元合金，GeSbTeSe和AgInSbTe四元合金，AgInSbSeTe五元合金，這些合金的氮化物和氧化物構(gòu)成的組。相變材料膜23D由例如濺射法制備。如果相變材料膜23D由濺射法制備，在制備之后利用進行所謂的初始化，直接用均勻光束照射通常在整個的相變材料膜23D上會結(jié)晶。
半透明增強膜23G引起透過相變材料膜23D之光束的多路反射以增加信息記錄層23的感光性。當(dāng)從光透射層B側(cè)觀察時，半透明增強膜23G還顛倒了相變材料膜23D的結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)之間的反射率。也就是說，結(jié)晶區(qū)中反射率和熱導(dǎo)率通常要高于非晶區(qū)。而且，在結(jié)晶區(qū)中，熔化要求有潛熱，使得結(jié)晶區(qū)熔化要比非晶區(qū)困難。因此，在直接重寫的情況下，部分地發(fā)生非擦除。通過再現(xiàn)時反饋信號的波形畸變可觀察該部分的非擦除。因此，半透明增強膜23G顛倒了結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)之間的反射率比率，允許較大量的光束照射在結(jié)晶區(qū)以禁止因重寫產(chǎn)生的部分非擦除。半透明增強膜23G由包含至少一種的Au、AuCo合金，Si，Ag合金，SiOx，ZnS-SiOx，Au-SiO2混合物和Au-ZnS-SiO2混合物的材料制成，這里x≤2。
中間層5是厚度約為30μm的透明材料層，其由丙烯酸基UV光固化樹脂，聚碳酸酯板或聚烯烴板形成。設(shè)置該中間層25使得如果光束L會聚在信息記錄層23或24之上，光束L將實際上在另一信息記錄層24或23上足以散焦，這種方式使得在另一信息記錄層24或23中增加的溫度不會超過預(yù)定值。結(jié)果，中間層25具有由會聚激光束L之物鏡L的數(shù)值孔徑NA限制的厚度。注意，如果物鏡L的數(shù)值孔徑NA增加，則束斑直徑減小，結(jié)果，如果通過束斑直徑的這個減小，這種記錄容量被保持在使傳統(tǒng)二層光盤記錄困難并且對12英寸光盤其為15GB量級的話，則要求0.9到0.8量級的數(shù)值孔徑NA。因此，設(shè)定中間層25的膜厚為30μm量級，使得該膜厚足以實現(xiàn)該量級幅值的數(shù)值孔徑NA。
類似于支撐基片22，中間層25在信息記錄層24側(cè)帶有凸出和凹入的圖形。該凸出和凹入圖形構(gòu)成了用于激光束L的引導(dǎo)凹槽。
類似于信息記錄層23，信息記錄層24配置有相變材料膜，并設(shè)計成具有比信息記錄層23的感光性低的感光性。就是說，除了省略反射層和半透明增強層之外，信息記錄層4類似于在支撐基片側(cè)配置的信息記錄層23。因此，從支撐基片22側(cè)開始，順序分層第二增強膜24B，第二結(jié)晶促進膜24C，相變材料膜24D，第一結(jié)晶促進膜24E和第一增強膜24F來形成信息記錄層24。第二增強膜24B，第二結(jié)晶促進膜24C，相變材料膜24D，第一結(jié)晶促進膜24E，和第一增強膜24F類似于第一信息記錄層23的對應(yīng)膜而構(gòu)成。因此，即使如果束斑尺寸被減小以增加線速度下信息記錄層24有可能可靠地記錄希望的信息和再現(xiàn)記錄的信息，這正如在信息記錄層24的情況。
構(gòu)成信息記錄層24之保護層的光透射層26通過使用丙烯酸基UV光固化樹脂，聚碳酸酯板或聚烯烴板形成。光透射層26形成10到177μm的厚度，使得在經(jīng)過具有0.8到0.9量級的數(shù)值孔徑NA的物鏡輻射激光束L時能夠充分地減小偏斜失真。
同時，在減小束斑直徑以增加線速度的情況下，根據(jù)可靠記錄和/或再現(xiàn)希望的信息信號，如圖1所示，信息記錄層23，24最好是多層結(jié)構(gòu)。然而，如果激光束L的線速度低，正如上述，能夠選擇地省略結(jié)晶促進層23C，23E，24C，24E或者增強膜23B，23F，24B，24F。如果信息記錄層23，24的結(jié)構(gòu)以這種方式簡化，從支撐基片22側(cè)觀察，即使束斑直徑減小以增加線速度，優(yōu)選通過順序地分層反射膜，增強膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和半透明增強膜，或者最好通過分層反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和半透明增強膜能夠可靠地記錄和/或再現(xiàn)希望的信息。
盡管前述實例是對著通過分層二個信息記錄層來制備光盤，但是本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)，其可以應(yīng)用到通過分層多個信息記錄層構(gòu)造光盤。而且，除光盤之外，本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用在各種光信息記錄層。
圖26是表示用于訪問光盤21之光盤裝置光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。該光盤裝置30將從激光二極管31輻射的激光束L通過準(zhǔn)直透鏡32變換成準(zhǔn)直光束，并通過象散校正板33對象散象差進行校正。所得光束由極化束分離器34反射以彎曲(Warp)朝向光盤21之方向上的激光束光學(xué)通路。光盤30還通過四分之一波片35極化該光束，以通過物鏡36將極化光照射在光盤21上。光盤裝置30引起光盤36沿著光軸方向移動，以便有選擇地將激光束L會聚在信息記錄層23或24上來有選擇地訪問信息記錄層23或24。
光盤裝置30還接收由物鏡36在輻射光束上獲得的返回光，然后通過緊靠物鏡36布置的四分之一波片35將該返回光極化成與激光束L成直角的極化平面。光盤裝置30還允許來自四分之一波片35的返回光由極化束分離器34透過，以將通過準(zhǔn)直鏡37的透射光會聚在光接收單元38的光接收表面上。
為了再現(xiàn)，光盤裝置30使激光束L從激光二極管31輻射，其具有恒定的再現(xiàn)光量，以處理光接收單元38的接收光之結(jié)果，從而再現(xiàn)光盤21上記錄的信息。為了記錄，光束的光量間歇地從預(yù)置光量增加，以部分地非晶化或部分地結(jié)晶化信息記錄層23或24相變材料膜，從而由坑串來記錄希望的信息。
在上述實例的結(jié)構(gòu)中，相變材料膜是由結(jié)晶促進膜和增強膜，反射膜和半透明增強膜分別配置在支撐基片側(cè)和在相對側(cè)上，并且適當(dāng)?shù)剡x擇這些膜的材料，以使希望數(shù)據(jù)可正確地記錄和/或再現(xiàn)，盡管束斑直徑的大小減小和增加了線速度，也應(yīng)如此；由此有可能實現(xiàn)可重寫的并且其上信息能夠高密度記錄的信息記錄媒體。
也就是說，通過形成由包含至少一種Si，SiC，Ge，GeC，Sn，SnC，Al，AlC，Ga，GaC，Zn，InC，其氯化物和氧化物之材料的結(jié)晶促進膜，有可能容易地非晶化相變材料。
另外，通過形成包含至少一種ZnS，ZnS-SiO2，SiO2和MgF2之材料的增強膜，有可能可靠地互相區(qū)別非晶部分和晶體部分。
通過形成包含至少一種SiOx，ZnS-SiO2，Au-SiO2混合物和Au-ZnS-SiO2混合物之材料的半透明增強膜，有可能絕對禁止不充分的擦除。
另外，通過形成包含Al合金和BiSb之一之材料的反射膜、有可能取得足夠的感光性。例子下面說明根據(jù)本發(fā)明多層光盤的特定例子。例子1在光入射側(cè)的第一信息記錄層是三層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，其包括ZnS-SiO2混合電介質(zhì)層31，GeSbTe相變材料膜32和ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜33，如圖27所示。在ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜31上，形成有光傳輸保護膜34，而在該分層結(jié)構(gòu)的相反側(cè)，形成有第二信息記錄層，正如后面的解釋，帶有插入的中間層35。
400nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得ZnS-SiO2的折射率為2.32，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率為2.0-3.0i和非晶相的復(fù)數(shù)折射率為3.0-2.0i。作為采用這些值之膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，得到滿足圖2所示條件的方案是從光入射側(cè)觀察，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為110mm，GeSbTe相變材料的膜厚為8nm和ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為100nm。晶體的反射率、非晶相的反射率、晶體的吸收率，非晶相的吸收率，晶體的透過率和非晶相的透過率分別為2.9％、9.1％、43.7％、39.8％、53.4％和51.1％。
第二信息記錄層的層結(jié)構(gòu)是五層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)順序觀察，包括Si半透明膜41，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜42，GeSbTe相變材料層43，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜44和Al合金反射膜45，如圖5所示。這些層形成在支撐基片46上，并且上述第一信息記錄層經(jīng)中間層35在其上分層。
400nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得Si的復(fù)數(shù)折射率為4.96-0.48i，ZnS-SiO2的折射率是2.32，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率2.0-3.0i，非晶相的復(fù)數(shù)折射率是3.0-2.0i和Al合金的復(fù)數(shù)折射率是0.59-4.43i。
作為采用這些值的膜厚度計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖12所示條件的方案，Si半透明膜41的膜厚度為8nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為80nm，GeSbTe相變材料膜的膜厚為14nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為30nm以及Al合金反射膜的膜厚為19nm。確切地說，晶相反射率，非晶相反射率、晶相吸收率和非晶相吸收率分別為6.8％，28.0％，69.0％和56.9％。
前述膜結(jié)構(gòu)的記錄媒體由濺射法形成，使得能夠用400nm波長、物鏡數(shù)值孔徑NA為0.85，線速度4m/秒和0.135μm坑長度來記錄和/或再現(xiàn)。例子2光入射側(cè)上的第一信息記錄層是五層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，包括ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜，Si3N4電介質(zhì)膜52，GeSbTe相變材料膜53，Si3N4電介質(zhì)膜54和ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜55，如圖29所示。在ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜51上形成了光傳輸保護層56。在層狀結(jié)構(gòu)的相反側(cè)形成了第二信息記錄層，正如后面解釋，在其間具有中間層57。
400nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得ZnS-SiO2的折射率為2.32，Si3N4的折射率為2.32，GeSbTe的復(fù)數(shù)折射率是2.0-3.0i和非晶相55的復(fù)數(shù)折射率是3.0-2.0i。作為采用這些值的膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖2所示條件的方案，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為100nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm，相變材料膜的膜厚為8nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm及ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜為90nm，這是從光入射側(cè)觀察的。確切地說，晶相的反射率，非晶相的反射率，晶相的吸收率，非晶相的吸收率，晶相的透過率和非晶相的透過率分別為2.9％，9.1％，43.7％，39.8％，53.4％，和51.1％。
第二信息記錄層為七層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，包括Si半透明膜61，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜62，Si3N4電介質(zhì)膜63，GeSbTe相變材料膜64，Si3N4電介質(zhì)膜65，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜66和Al合金反射膜67，如圖30所示。這些都形成在支撐基片68上。第一信息記錄層經(jīng)中間層57成層在第二信息記錄層上。
400nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得Si的復(fù)數(shù)折射率為4.96-0.48i，ZnS-SiO2的折射率為2.32，Si3N4的折射率是2.32，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率2.0-3.0i，非晶相55的復(fù)數(shù)折射率是3.0-2.0i和Al合金的復(fù)數(shù)折射率是0.59-4.43i。作為采用這些值的膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖2所示條件的方案，其Si半透明膜的膜厚為8nm；ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為70nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm，相變材料膜的膜厚為14nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為20nm及Al合金反射膜的膜厚為19nm，這是從光入射側(cè)觀察的。確切地說，晶相的反射率，非晶相的反射率，晶相的吸收率及非晶相的吸收率分別為6.8％，28.0％，69.0％，和56.9％。
前述膜結(jié)構(gòu)的記錄媒體是通過濺射法形成的，使得能夠用400nm波長，0.85物鏡的數(shù)值孔徑NA，8m/秒的線速度和0.135μm的坑長度來記錄和/或再現(xiàn)。例子3光入射側(cè)上第一信息記錄層的層結(jié)構(gòu)是三層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，包括ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜，GeSbTe相變材料膜和ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜，這正如上面的例子1。
用于650nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得ZnS-SiO2的折射率為2.13，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率是4.1-3.2i及非晶相的復(fù)數(shù)折射率是3.8-1.6i。作為采用這些值之膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，有滿足圖2所示條件的方案，其從光入射側(cè)觀察，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為60nm，GeSbTe相變材料的膜厚為5nm及ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜為170nm。確切地說，晶相的反射率、非晶相的反射率、晶相的吸收率、非晶相的吸收率、晶相的透過率及非晶相的透過率分別為3.2％，7.3％，41.9％，24.6％，54.9％和68.1％。
第二信息記錄層的層結(jié)構(gòu)是五層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，其包括Au半透明膜71，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜72，GeSbTe相變材料膜73，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜74和Al合金反射膜75，如圖31所示。這些都形成在支撐基片76上。第一信息記錄層經(jīng)中間層77分層在第二信息記錄層上。
用于650nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得Au的復(fù)數(shù)折射率是0.19-3.5i，ZnS-SiO2的折射率是2.13，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率是4.1-3.2i，非晶相的復(fù)數(shù)折射率是3.8-1.6i，及Al合金的復(fù)數(shù)折射率是1.7-6.0i。作為采用這些值的膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖2所示條件的方案，從光入射側(cè)觀察，其Au半透明膜的膜厚為10nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為95nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為50nm，及Al合金反射膜的膜厚為19nm。確切地說，晶相的反射率，非晶相的反射率、晶相的吸收率和非晶相的吸收率分別為9.8％，30.8％，73.2％和48.8％。
前述膜結(jié)構(gòu)的記錄媒體是通過濺射法形成的，使得能夠用650nm波長、0.85物鏡的數(shù)值孔徑NA，4m/秒的線速度和0.22μm的坑長度進行記錄和/或再現(xiàn)。例子4光入射側(cè)的第一信息記錄層是五層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，包括ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜，Si3N4電介質(zhì)膜，GeSbTe相變材料膜，Si3N4電介質(zhì)膜和ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜，這正如上面的例子2。
用于650nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得ZnS-SiO2的折射率為2.13，Si3N4的折射率為2.32，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率為4.1-3.2i及非晶相的復(fù)數(shù)折射率為3.8-1.6i。作為采用這些值之膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖2所示條件的方案，從光入射側(cè)觀察，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為50nm，Si3N4膜的膜厚為10nm，相變材料膜的膜厚為5nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm及ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜為160nm。確切地說，晶相的反射率、非晶相的反射率、晶相的吸收率、非晶相的吸收率、晶相的透過率和非晶相的透過率分別為3.2％，7.3％，41.9％，24.6％，54.9％和68.1％。
第二信息記錄層是七層結(jié)構(gòu)，從光入射側(cè)觀察，包括Au半透明膜81，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜82，Si3N4電介質(zhì)膜83，GeSbTe相變材料膜84，Si3N4電介質(zhì)膜85，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜86和Al合金反射膜87，如圖32所示。這些都形成在支撐基片88上。第一信息記錄層經(jīng)中間層89分層在第二信息記錄層上。
用于650nm波長的光學(xué)常數(shù)是使得Au的復(fù)數(shù)折射率是0.19-3.5i，ZnS-SiO2的折射率是2.13，Si3N4的折射率是2.13，GeSbTe晶體的復(fù)數(shù)折射率是4.1-3.2i，非晶相的復(fù)數(shù)折射率是3.8-1.6i及Al合金的復(fù)數(shù)折射率是1.7-6.0i。作為采用這些值之膜厚結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有滿足圖2所示條件的方案，從光入射側(cè)觀察，Au半透明膜的膜厚為10nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為85nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm，GeSbTe相變材料膜的膜厚為14nm，Si3N4電介質(zhì)膜的膜厚為10nm，ZnS-SiO2混合電介質(zhì)膜的膜厚為40nm及Al合金反射膜的膜厚為19nm。確切地說，晶相反射率，非晶相反射率，晶相的吸收率和非晶相的吸收率分別為9.8％，30.80％，73.2％，和48.8％。
前述膜結(jié)構(gòu)的記錄媒體是通過濺射法形成的，使得能夠用650nm波長，0.85物鏡的數(shù)值孔徑，10m/秒的線速度和0.22μm的坑長度來記錄和/或再現(xiàn)。例子5本例子中，光盤21是通過分層信息記錄層23，24且其間具有中間層25構(gòu)成的，如圖25所示。本例子中，支撐基片22是碳酸酯基片，1.2nm厚，并且凸出和凹入的圖形是通過注模作為一體形成在支撐基片。凸出和凹入的圖形形成為凸起/凹槽記錄引導(dǎo)凹槽，具有0.9μm的軌道節(jié)距。
本例子中，Al合金的反射膜23A，ZnS-SiO2混合物的第二增強膜23B，SiN的第二結(jié)晶促進膜23C，GeSbTeN的相變材料膜23D，SiN的第一結(jié)晶促進膜23E，ZnS-SiO2混合物的第一增強膜23F和Au-Co合金的半透明增強膜23G是通過濺射法順序形成的，其形成了信息記錄層23。該信息記錄層23是用激光束均勻輻射的，利用進行初始化處理來結(jié)晶相變材料膜23D。
各膜膜厚如下反射膜23A20nm第二增強膜23B45nm第二結(jié)晶促進膜23C10nm相變材料膜23D14nm第一結(jié)晶促進膜23E10nm第一增強膜23F85mn半透明增強膜23G11nm。
然后，在通過旋涂法涂覆丙烯酸基UV光固化樹脂之后，最終產(chǎn)品用UV燈固化以形成具有30μm厚度的中間層25。此刻通過2P方法形成凸出和凹入的圖形，并且通過該圖形，形成用于在信息記錄層24中形成凸起和凹槽的引導(dǎo)凹槽。同時，該引導(dǎo)凹槽形成為0.9μm的軌道節(jié)距。
在中間層25上，通過濺射法，順序形成有ZnS-SiO2混合物的第二增強膜24B，SiN的第二結(jié)晶促進膜24C，GeSbTeN相變材料膜24D，SiN的第一結(jié)晶促進膜24E及ZnS-SiO2混合物的第一增強膜24F。
各膜膜厚如下第二增強膜24B110nm第二結(jié)晶促進膜24C10nm相變材料膜24D8nm第一結(jié)晶促進膜24E10nm第一增強膜24F100nm。
然后，在用旋涂法涂覆丙烯酸基UV光固化樹脂之后，最終產(chǎn)品用UV燈固化以形成光透射層26。信息記錄層24用激光束均勻照射以晶化相變材料膜24D。以此作為進行初始化處理。同時，制備光透射層26的厚度為70μm。
本例子中，光盤通過上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)進行訪問，以證明其特征。該光學(xué)系統(tǒng)中，數(shù)值孔徑NA是0.85，使用650nm波長的光束。在該光盤21上，希望的信息是用0.23μm的坑長度和10m/s的線速度來記錄和再現(xiàn)的。所記錄信息可用不大于10％的抖動來再現(xiàn)。借助0.23μm的坑長度和10m/s的線速度，由于軌道節(jié)距是0.9μm，用直徑為12cm的光盤，在上下信息記錄層23，24中能夠?qū)崿F(xiàn)16GB的記錄容量。
本例子中，圖33所示結(jié)構(gòu)的光盤90是利用與上述光盤21的比較來訪問的，以證明其特征。
對本光盤90，Al合金反射膜93A，ZnS-SiO2混合物的第二增強膜93B，GeSbTe相變材料膜93D和ZnS-SiO2混合物的第一增強膜93F通過濺射法順序形成，以形成信息記錄層93，然后該信息記錄層93由光束照射來初始化。
另一方面，制備與光盤21的中間層相同結(jié)構(gòu)和材料的中間層95，并且Al合金的反射膜93A，ZnS-SiO2混合物的第二增強膜93B，GeSbTe相變材料膜93D和ZnS-SiO2混合的第一增強膜93F順序形成在中間層95上以形成信息記錄層94。然后，形成和初始化類似于光盤21之光透射層的光透射層96。
該光盤90用與評價光盤21的相同方式進行評價。發(fā)現(xiàn)用0.23μm坑長度和10m/s的線速度的重寫是困難的，并且發(fā)現(xiàn)用近似等于光盤21之抖動量來記錄的數(shù)據(jù)能夠在4m/s的線速度下重寫，結(jié)果使得有可能評價例如結(jié)晶促進膜的效果。
權(quán)利要求
1.一種多層光盤，其中在0.3到1.2mm厚的基片上分層形成二個或多個信息記錄層，中間插入有透明層，以形成記錄單元，在所述記錄單元上形成光傳輸保護層，厚度為10到177μm，并且其中光從光傳輸保護層側(cè)照射以有效記錄和/或再現(xiàn)信息信號，其特征在于除了在距光傳輸保護層的最遠(yuǎn)位置形成的信息記錄層之外，所述信息記錄層的至少一個具有相變材料作為記錄材料；和其中構(gòu)成從光傳輸保護層計及的第一信息記錄層的相變材料在晶態(tài)時的折射率nc1和消光系數(shù)Kc1和非晶態(tài)時的折射率na1和消光系數(shù)Ka1滿足(nc1/na1)≤12，(Kc1/Ka1)≤12和(Kc1/Ka1)≤5(nc1/na1)的關(guān)系，這里排除Kc1/Ka1＜1和nc1/na1＜1的情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其中相變材料包含Au，Al，Ag，Bi，Cu，Cr，Co，Cd，Ce，Cs，Dy，F(xiàn)e，Ge，Gd，Ga，Hf，In，K，La，Li，Mn，Mo，Ni，Nb，Nd，Na，Os，Pd，Pr，Pb，Ru，Rh，Rb，Sn，Sb，Si，Sm，Sc，Se，Te，Ti，Tb，Ta，V，W，Y，Zn和Zr中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的多層光盤，其特征在于相變材料是選自InSe基硫族化合物，SbSe基硫族化合物，InSbSe基硫族化合物，GeSbTe基硫族化合物，GeSbTeSe基硫族化合物，AgInSbTe基硫族化合物，AgInSbSeTe基硫族化合物，GeSbTeN基硫族化合物和AgInSbTeN基硫族化合物構(gòu)成組中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的多層光盤，其特征在于相變材料是選自InSeN，InSeNO，InSeO，SbSeN，SbSeNO，SbSeO，InSbSeN，InSbSeNO，InSbSeO，GeSbTeSeN，GeSbTeSeNO，GeSbTeSeO，AgInSbSeTeN，AgInSbSeTeNO，AgInSbSeTeO，GeSbTeNO，GeSbTeO，AgInSbTeNO和AgInSbTeO構(gòu)成組中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其特征在于構(gòu)成從光傳輸保護層側(cè)計及的第一信息記錄層的相變材料在晶態(tài)時的反射率不小于5％，并且其中晶態(tài)和非晶態(tài)時的透光率不小于40％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其特征在于構(gòu)成從光傳輸保護層側(cè)計及的第一信息記錄層的相變材料在非晶態(tài)時的反射率不小于5％，并且其中晶態(tài)和非晶態(tài)時的透光率不小于40％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其特征在于構(gòu)成從光傳輸保護層計及的第二信息記錄層的記錄材料是相變材料，并且其中相變材料晶態(tài)時的反射率不小于10％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的多層光盤，其特征在于構(gòu)成從光傳輸保護層計及的第一信息記錄層的相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間的反射率比值不小于1.5，和其中構(gòu)成第二信息記錄層的相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間的反射率比值不小于1.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其特征在于從所述光傳輸保護層照射的光波長是380到450nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的多層光盤，其中從所述光傳輸保護層照射的光波長是630到700nm。
11.一種多層光盤，其中在O.3到1.2mm厚的基片上分層形成了二個或多個信息記錄層，中間插入有透明層，以形成記錄單元，光傳輸保護層形成在所述記錄單元上，厚度為10到177μm，并且其中從光傳輸保護層側(cè)照射光以有效記錄和/或再現(xiàn)信息信號，其特征在于每個信息記錄層具有相變材料作為記錄材料；和其中如果當(dāng)記錄和/或再現(xiàn)光會聚在遠(yuǎn)離所述光傳輸保護層的第二記錄層時，在光傳輸保護層側(cè)的第一記錄層的記錄和/或再現(xiàn)光通路區(qū)中共存有信息記錄軌道和非信息記錄軌道，則第一記錄層的相變記錄材料滿足下列關(guān)系0.8≤Tlc/Tla≤1.270％≥Tlc≥40％70％≥Tla之40％Alc/Ala≥1.0這里T1c是晶態(tài)時第一記錄層相變記錄材料的透光率，A1c是由晶態(tài)時第一記錄層相變記錄材料吸收的光的吸收率，T1a是非晶態(tài)時相變記錄材料的透光率和A1a是非晶態(tài)時由相變記錄材料吸收的光的吸收率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的多層光盤，其特征在于，第一記錄層相變記錄材料的厚度dr滿足下列關(guān)系dr≥5nmexp(-4π·Klc·dr/λ)≥40％exp(-4π·Kla·dr/λ)≥40％其中λ是用于記錄和/或再現(xiàn)之激光的波長。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的多層光盤，其特征在于，如果記錄和/或再現(xiàn)波長是385到450nm，則第一記錄層的相變記錄材料具有記錄模式，其中第一記錄層的反射率在非晶態(tài)時比第一記錄層相變記錄材料在晶態(tài)時的高。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的多層光盤，其特征在于形成了抗反射膜，使得對作為最外盤表面的光透射層之記錄和/或再現(xiàn)光的反射率不高于2％。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的多層光盤，其特征在于抗反射膜是由對記錄和/或再現(xiàn)波長為透明的且具有不同折射系數(shù)的電介質(zhì)薄膜形成的。
16.一種多層光盤，其中在厚度為0.3到1.2mm帶有由凸起和凹入圖形構(gòu)成的引導(dǎo)凹槽的支撐基片上分層形成了多個信息記錄層，其間具有透明的中間層，并且在其上分層形成了10到177μm的光透射層，其特征在于所述信息記錄層具有由相變材料形成的相變材料膜，該相變材料包含諸如InSe，SbSe，或者SbTe二元合金，諸如InSbSe，GeSbTe或者InSbTe三元合金，諸如GeSbTeSe或者AgInSbTe四元合金，諸如AgInSbSeTe五元合金，這些合金的氮化物和氧化物的至少一種，其中至少在所述支撐基片一側(cè)或者在所述相變材料膜的支撐基片的相反側(cè)形成了結(jié)晶促進膜和增強膜，最靠近所述支撐基片的信息記錄層具有朝著支撐基片之最外側(cè)的反射膜和與所述支撐基片相反一側(cè)之最外側(cè)的半透明增強膜，和其中所述結(jié)晶促進膜由包含Si，SiC，Ge，GeC，Sn，SnC，Al，AlC，Ga，GaC，In，InC，其氯化物和氧化物中的至少一種材料形成。
17.一種多層光盤，其中在厚度為0.3到1.2mm帶有由凸起和凹入圖形形成的引導(dǎo)凹槽的支撐基片上分層形成了多個信息記錄層，其間具有透明中間層，并且10到177μm的光透射層在其上成層，其特征在于所述信息記錄層具有由相變材料形成的相變材料膜，該相變材料包含諸如InSe，SbSe或SbTe的二元合金，諸如InSbSe，GeSbTe或者InSbTe的三元合金，諸如GeSbTeSe或者AgInSbTe的四元合金，諸如AgInSbSeTe的五元合金，這些合金的氮化物和氧化物的至少一種，其中至少在所述支撐基片側(cè)或者在所述相變材料膜之支撐基片的相反側(cè)上形成了結(jié)晶促進膜和增強膜，其中最靠近所述支撐基片的信息記錄層具有朝著支撐基片最外側(cè)的反射膜，并且還具有與所述支撐基片相反一側(cè)的最外側(cè)的半透明增強膜，以及其中所述增強膜是由至少包含一種ZnS，ZnS-SiO2，SiO2，和MgF2的材料制成。
18.一種多層光盤，其中，在厚度為0.3到1.2mm帶有由凸起和凹入圖形形成的引導(dǎo)凹槽的支撐基片上分層形成了多個信息記錄層，其間具有透明中間層，并且10到177μm的光透射層在其上成層，其特征在于所述信息記錄層具有由相變材料形成的相變材料膜，該相變材料包含諸如InSe，SbSe或SbTe的二元合金，諸如InSbSe，GeSbTe或者InSbTe的三元合金，諸如GeSbTeSe或者AgInSbTe的四元合金，諸如AgInSbSeTe的五元合金，這些合金的氮化物和氧化物的至少一種，其中至少在所述支撐基片側(cè)或者在所述相變材料膜之支撐基片的相反側(cè)上形成了結(jié)晶促進膜和增強膜，其中最靠近所述支撐基片的信息記錄層具有朝著支撐基片的最外側(cè)反射膜，并且還具有與所述支撐基片相反一側(cè)的最外側(cè)的半透明增強膜，和其中所述半透明增強膜是由至少包含一種Au，AuCo合金，Si，Ag合金，SiOx，ZnS-SiOx，Au-SiO2混合物和Au-ZnS-SiO2混合物的材料形成，x≤2。
19.一種多層光盤，其中在厚度為0.3到1.2mm帶有由凸起和凹入圖形形成的引導(dǎo)凹槽的支撐基片上分層形成了多個信息記錄層，其間具有透明中間層，并且10到177μm的光透射層在其上成層，其特征在于所述信息記錄層具有由相變材料形成的相變材料膜，該相變材料包含諸如InSe，SbSe或SbTe的二元合金，諸如InSbSe，GeSbTe或InSbTe的三元合金，諸如GeSbTeSe或者AgInSbTe的四元合金，諸如AgInSbSeTe的五元合金，這些合金的氮化物和氧化物的至少一種，其中至少在所述支撐基片側(cè)或在所述相變材料膜之支撐基片的相反側(cè)上形成了結(jié)晶促進膜和增強膜，其中最靠近所述支撐基片的信息記錄層具有朝著支撐基片的最外側(cè)反射膜，以及還具有與所述支撐基片相反一側(cè)的最外側(cè)的半透明增強膜，和其中所述反射膜是由包含一種Al合金，BiSb合金，Ag合金，Au，Au合金的材料形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的多層光盤，其特征在于所述最靠近所述支撐基片的信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序成層為所述反射膜，增強膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，增強膜和所述半透明增強膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，增強膜和所述半透明增強膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，增強膜和所述半透明增強膜。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，增強膜和所述半透明增強膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求16的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
30.根據(jù)權(quán)利要求18的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的多層光盤，其特征在于最靠近所述支撐基片的所述信息記錄層從支撐基片側(cè)觀察順序地分層為包括所述反射膜，增強膜，結(jié)晶促進膜，相變材料膜，結(jié)晶促進膜，增強膜和所述半透明增強膜。
全文摘要
多層光盤,多個信息記錄層形成在基片上,具有插入的透明層,以形成記錄單元,光傳輸保護層形成在記錄單元上。除距光傳輸保護層最遠(yuǎn)信息記錄層之外,信息記錄層的至少一個具有相變材料作為記錄材料。構(gòu)成從光傳輸保護層計及的第一信息記錄層的相變材料在晶態(tài)時折射率nc
文檔編號G11B7/243GK1268743SQ0010829
公開日2000年10月4日 申請日期2000年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月12日
發(fā)明者保田宏一, 黑川光太郎 申請人:索尼株式會社