專利名稱：一次寫入用的相變記錄媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適合供一次寫入多次讀出(WORM)用的相變(phase-change)記錄媒體。
近幾年來，發(fā)布、分派、存儲(chǔ)和檢索數(shù)字信息越來越多地采用光記錄的方式。這是將激光束聚焦，將信息寫入光記錄媒體中和/或從光記錄媒體讀出信息進(jìn)行的。光記錄媒體通常呈快速旋轉(zhuǎn)光盤的形式。呈只讀存儲(chǔ)器(ROM)的形式時(shí)，信息是以編碼小件的形式在制造廠預(yù)制好了的，讀出信息時(shí)采用激光束進(jìn)行。呈可寫入形式時(shí)，通過各種物理記錄機(jī)制用激光束產(chǎn)生小編碼標(biāo)記。這樣，用戶可以將自己的數(shù)據(jù)記錄在光盤上。有些物理記錄機(jī)制具雙向性記錄下來的標(biāo)記可反復(fù)擦除和重新錄制。采用這些機(jī)制的光盤叫做可擦或可重寫光盤。這些裝置有些是單向性的標(biāo)記一旦標(biāo)出就不能擦除或修改，否則必留下可檢測(cè)出來的明顯可加以辨認(rèn)的痕跡。采用這類機(jī)制的光盤叫做WORM光盤。這些形式分別適用于某些實(shí)際用途。
本發(fā)明集中談WORM光盤。近幾年來，可記錄光盤(CD-R)(即WORM光盤)廣受歡迎，這表明迫切需要WORM光盤。這種形式的光記錄媒體適用于要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)得使數(shù)據(jù)內(nèi)容不能進(jìn)行任何修改、若修改必然留下易檢測(cè)出的痕跡的場(chǎng)合的許多用途。這種形式也適用于許多不需要重寫的用途，例如出版和配給業(yè)。在這些用途中，WORM光盤如供應(yīng)價(jià)比可重寫的光盤低是大家都想要的。
迄今，WORM記錄采用的物理機(jī)制有好多種。最初實(shí)用的WORM光盤采用燒蝕記錄法，即用脈沖動(dòng)的激光束在記錄層中形成許多自然坑道。這種機(jī)制要求光盤為具有空氣夾層的那一種結(jié)構(gòu)，使記錄層的表面在坑道形成的過程中暢通無阻。另一種機(jī)制用激光束使光盤的幾個(gè)層面熔化或相互化學(xué)反應(yīng)成不同的層面。這種機(jī)制的缺點(diǎn)是要求較高的激光功率，而且多層結(jié)構(gòu)制造上有困難。還有一種機(jī)制是采用有機(jī)顏料作為記錄層。這種機(jī)制雖然可以成功地應(yīng)用在CD-R光盤中，但卻具有對(duì)波長(zhǎng)的依賴性強(qiáng)的缺點(diǎn)。例如，工作波長(zhǎng)650納米的DVD設(shè)備中使用的光學(xué)讀取頭不能讀取為在780納米CD波長(zhǎng)工作而設(shè)計(jì)的CD-R光盤。此外還有另一種采用相變記錄媒體的機(jī)制。與更為流行的可擦相變媒體大不相同，這些WORM媒體是為通過對(duì)淀積狀態(tài)下的非晶相進(jìn)行激光晶化記錄數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的。這種材料設(shè)計(jì)得使其實(shí)際上不可能使激光晶化狀態(tài)恢復(fù)到非晶態(tài)。鑒于這種機(jī)制能最大限制地減少或解決上述問題，因而其記錄極性是獨(dú)一無二的。晶態(tài)記錄標(biāo)記的反射性比非晶態(tài)背景高，與大多數(shù)其它記錄機(jī)制相反。這一點(diǎn)使其難以制取多功能驅(qū)動(dòng)裝置。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能避免上述問題經(jīng)改進(jìn)的WORM媒體。
本發(fā)明還有一個(gè)目的，即提供成本真正低廉的WORM媒體，從而使那些不需要WORM功能的應(yīng)用場(chǎng)合由于具有這些媒體而受益。
上述目的是在一種由下列各部分組成的記錄媒體中達(dá)到的(a)一個(gè)透明襯底；(b)一層晶態(tài)相變層，覆蓋住透明襯底；(c)一層絕緣層(dielectric layer)，覆蓋住相變層；(d)一層金屬反射層，覆蓋住絕緣層；且(e)晶態(tài)相變層的厚度和相變材料選擇得使數(shù)據(jù)只能第一次寫入時(shí)記錄上去，第二次或以后寫入時(shí)，寫入的數(shù)據(jù)會(huì)使數(shù)據(jù)增加起碼50％的不穩(wěn)定性。
大大出乎意料之外，我們發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)選取光盤結(jié)構(gòu)和材料時(shí)，WORM光盤可以用可擦相變材料制取。這些材料可在非晶相與晶相之間循環(huán)變化，通常用以制造可重寫光盤。具體地說，我們發(fā)現(xiàn)，通過選取記錄過程中能產(chǎn)生可檢測(cè)的不可逆變化的相變材料和光盤結(jié)構(gòu)，即使記錄層本身完全可雙向變化數(shù)據(jù)也仍然會(huì)留下可檢測(cè)出的殘留部分。但要使WORM媒體合乎要求，可檢測(cè)出的殘留部分必須大得足可準(zhǔn)確無誤地與其它使數(shù)據(jù)變質(zhì)的可能原因區(qū)分開。本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員都知道，數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性是通常用來說明讀出數(shù)據(jù)的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。例如，DVD-ROM(數(shù)字視盤-只讀光盤)數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性的技術(shù)規(guī)格為38.23納秒檢測(cè)計(jì)時(shí)窗口的8％。若數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性劣化程度為此值的50％，變?yōu)?2％以上，則可輕易檢測(cè)出這個(gè)變化。
本發(fā)明特別適于提供材料采用那種用激光束照射能在非晶態(tài)與晶態(tài)之間循環(huán)變化的相變材料的WORM記錄媒體。本發(fā)明還適宜使這種WORM媒體在物理性能和記錄性能上與可重寫的媒體極其相似，因而更容易提供能處理兩種媒體的多功能讀/寫驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明還簡(jiǎn)化了這種WORM媒體的層面結(jié)構(gòu)，從而比起可重寫的媒體更容易制造，而且降低成本。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是用可重寫媒體使用的同一種材料制取這種WORM媒體，這樣這兩種媒體就可以共同使用同樣的生產(chǎn)設(shè)備降低成本。


圖1是光記錄媒體-例如體現(xiàn)本發(fā)明的WORM光盤-的剖面圖。
圖2a和2b分別示出了從本發(fā)明的光記錄媒體讀出的第一次寫入和第二次寫入的數(shù)據(jù)的脈沖編碼調(diào)制的眼孔圖樣(eye patterns)。
圖3a和3b分別示出了從本發(fā)明的光記錄媒體讀出的第一次寫入和第二次寫入的數(shù)據(jù)的T1A(時(shí)間間隔分析)波譜。
先參看圖1。WORM記錄媒體10構(gòu)制得使其一個(gè)層面12由用激光束照射能在非晶態(tài)與晶態(tài)之間循環(huán)變化的相變材料制成。WORM記錄媒體10的結(jié)構(gòu)包括透明襯底14；相變層12，淀積在透明襯底14上，與透明襯底14緊密接觸；絕緣層16；金屬反射層18；和可有可無的保護(hù)層20。雖然相變層12最好還是直接在透明襯底14上形成好一些，但不言而喻，在相變層12與透明襯底14之間是可以加一個(gè)中間層(圖中未示出)的。透明襯底14可以取多種形式，最好是取透明聚碳酸酯結(jié)構(gòu)的形式。絕緣層16也可采用多種不同的形式，例如SiN，AIN，ZnS-SiO2混合材料。金屬反射層18可以由金、鋁、銀或它們的合金構(gòu)成。相變層12的材料可包括SbTe與Ge的合金或SbTeIn與Ag的合金。此外，相變層12中的相變材料也可按化學(xué)式(Sb1-xTex)1-yMy制取，其中M為選自Au，Ag，Cu，Al，Ga，In，Si，Ge，Sn和Pb一覽表的一種或多種元素，y≤0.2；0.1≤x≤0.4。
我們發(fā)現(xiàn)，相變層12的厚度應(yīng)選取20納米以下，但最好還是小于12納米。在所選取的這個(gè)厚度的情況下，在媒體上第二次和其后多次寫入時(shí)不穩(wěn)定性的變壞就會(huì)大到數(shù)據(jù)肯定必然變化了的程度。
圖2a示出了從寫好的光盤讀出的信號(hào)的眼孔圖樣。本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是用眼孔圖樣評(píng)估讀出的信號(hào)的質(zhì)量的。象圖2a這樣的眼孔圖樣，各線條的交叉部分清晰可辨，表明信號(hào)是能確保記錄數(shù)據(jù)能高保真度地讀出的好信號(hào)。相反，圖2b舉例說明了會(huì)導(dǎo)致記錄數(shù)據(jù)的讀出困難的劣質(zhì)眼孔圖樣。
圖3a示出了從寫好的光盤讀出的信號(hào)的時(shí)間間隔分析(T1A)波譜。本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員也用T1A波譜評(píng)估所讀出信號(hào)的質(zhì)量的。波峰一個(gè)截然分開的波譜，如圖3a中所示的那樣，表明信號(hào)良好，可以確保記錄數(shù)據(jù)高保真度地讀出。另一方面，圖3b示出了劣質(zhì)的T1A波譜。各波峰彼此不能辨認(rèn)，從而難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。
下面舉幾個(gè)實(shí)例說明本發(fā)明的細(xì)節(jié)。實(shí)例1用Sb0.68Te0.32合金薄膜作為相變層制取盤狀WORM媒體。在0.6毫米聚碳酸酯襯底帶槽的表面上濺射淀積上一層9.4納米的薄膜層，薄膜采用同組分的濺射電極。襯底上設(shè)槽的目的是在記錄和重放過程中引導(dǎo)激光束用。接著，在相變層上射頻-濺射淀積上組成為(InS)0.9(SiO2)的35納米絕緣層，接著是一層Al-2％Cr合金制成的100納米反射層。接著，往Al-2％Cr層表面加一層約5微米厚的UV聚合物層。
接下去，用20微米直徑的Ar激光束掃描光盤的整個(gè)表面使光盤的過半部位晶化，由此對(duì)光盤進(jìn)行初始化。
記錄是用激光束記錄器進(jìn)行的。記錄器的光記錄頭，激光波長(zhǎng)為635納米，物鏡為0.6NA物鏡。在光盤以3.5米/秒線速度急速旋轉(zhuǎn)的情況下，用激光脈沖串記錄出隨機(jī)8-14(Eight-out-of-Fourteen(EFM))數(shù)據(jù)模式。用同一個(gè)光記錄頭讀出所記錄的數(shù)據(jù)，測(cè)定出數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性為3.72納秒。讀出的信號(hào)的眼孔圖樣如圖2a中所示，非常清楚，圖3a中的時(shí)間間隔分析數(shù)據(jù)各波峰清晰可辨，所有這些數(shù)據(jù)表明記錄數(shù)據(jù)可在高保真度情況下讀出。
接著，進(jìn)行了重寫實(shí)驗(yàn)，將另一8-14調(diào)制(EFM)數(shù)據(jù)模式重寫到先前的數(shù)據(jù)上?，F(xiàn)在要讀出新的數(shù)據(jù)就非常困難了。數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性增加到7.95納秒左右，眼孔圖樣呈沖刷狀態(tài)(圖2b)，時(shí)間間隔分析儀再也分辨不出各數(shù)據(jù)峰值(圖3b)。此光盤的表現(xiàn)顯然象WORM光盤。無論如何將數(shù)據(jù)重寫到此光盤上必然會(huì)留下可檢測(cè)出的痕跡。實(shí)例2如實(shí)例1一樣制取一系列光盤，只是相變層的厚度從7.7納米改為11.9納米。記錄和重寫實(shí)驗(yàn)按實(shí)例1所述的那樣進(jìn)行。下面的表1概括了有關(guān)數(shù)據(jù)。
表1不同厚度相變層的一些光盤初寫和重寫出的數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性數(shù)據(jù)<
實(shí)例1中所述的光盤也包括在表1中。
從表1可以看出，所有這些光盤的數(shù)據(jù)重寫時(shí)變壞。但變壞的程度在很大程度上取決于相變層的厚度。至于實(shí)驗(yàn)中使用的材料，只有那些相變層厚度小于12納米左右的材料其數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定性的變壞程度才達(dá)50％。
部件-覽表10 記錄媒體12 相變層14 襯底16 絕緣層18 金屬反射層20 保護(hù)層
權(quán)利要求
1.一種記錄媒體，包括(a)一個(gè)透明襯底；(b)一層晶態(tài)相變層，覆蓋住整個(gè)透明襯底；(c)一層絕緣層，覆蓋住整個(gè)相變層；(d)一層金屬反射層，覆蓋住整個(gè)絕緣層；以及(e)晶態(tài)相變層的厚度和相變材料選擇得使數(shù)據(jù)可以在第一次寫入時(shí)記錄下來，而在第二次或以后寫入時(shí)使寫入的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性增加至少50％。
2.一種記錄媒體，包括(a)一個(gè)透明的襯底；(b)一層晶態(tài)相變層，與襯底緊密接觸；(c)一層絕緣層，覆蓋住整個(gè)相變層；(d)一層金屬反射層，覆蓋住整個(gè)絕緣層；以及(e)晶態(tài)相變層的厚度和相變材料選擇得使數(shù)據(jù)可在第一次寫入時(shí)記錄下來，而在第二次或以后寫入時(shí)，寫出的數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性增加至少50％。
3.如權(quán)利要求2所述的記錄媒體，其特征在于，相變層的厚度小于20納米。
4.如權(quán)利要求2所述的記錄媒體，其特征在于，相變層包括化學(xué)式為(Sb1-xTex)1-yMy的材料，其中M為選自Au，Ag，Cu，Al，Ga，In，Si，Ge，Sn和Pb組成的元素一覽表的一個(gè)或多個(gè)元素，y≤0.2，0.1≤x≤0.4。
5.如權(quán)利要求1所述的記錄媒體，其特征在于，相變材料包括含Sb、Te和Ge的合金。
6.如權(quán)利要求2所述的記錄媒體，其特征在于，相變層由含Sb、Te、In和Ag的合金組成。
全文摘要
一種記錄媒體,包括:一個(gè)透明的襯底、一層覆蓋住整個(gè)透明襯底的晶態(tài)相變層、一層覆蓋住整個(gè)相變層的絕緣層和一層覆蓋住整個(gè)絕緣層的金屬反射層,晶態(tài)相變層的厚度和相變材料選擇得使數(shù)據(jù)可在第一次寫入時(shí)記錄下來,而在第二次或以后寫入時(shí)寫出的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性增加起碼50%。
文檔編號(hào)G11B7/258GK1274152SQ00108679
公開日2000年11月22日 申請(qǐng)日期2000年5月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月18日
發(fā)明者Y·－S·譚, G·R·奧林, G·法魯吉爾, B·普里梅拉諾, F·瓦贊, T·R·庫斯曼 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司