專利名稱：包含鍺銻碲記錄層的光記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用激光束進(jìn)行高速記錄的可重寫光信息介質(zhì)，所述介質(zhì)包括一個(gè)載有疊層的基片，該疊層依次包括第一介電層，一種包含有由Ge、Sb和Te組成的合金的相變材料記錄層，第二介電層，以及金屬鏡層。
本發(fā)明還涉及這種光記錄介質(zhì)在高存儲(chǔ)密度和高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中的使用。
這種基于相變?cè)淼墓庑畔⒒驍?shù)據(jù)存儲(chǔ)頗具吸引力，因?yàn)樗阎苯又貙?DOW)和容易兼容的高存儲(chǔ)密度的可能性同只讀系統(tǒng)結(jié)合了起來(lái)。相變光記錄就是利用聚焦的激光束在一個(gè)薄晶體膜上留下亞微米的非晶記錄標(biāo)記。在記錄信息期間，該介質(zhì)相對(duì)于所述聚焦的激光束移動(dòng)，該激光束根據(jù)所要記錄的信息進(jìn)行調(diào)制。因此，在所述相變記錄層里發(fā)生猝熄并在該記錄層暴露的區(qū)域里生成非晶信息比特，而在非暴露區(qū)域里該記錄層仍保持結(jié)晶狀態(tài)。通過(guò)同一個(gè)激光器的加熱再結(jié)晶，可實(shí)現(xiàn)所寫非晶標(biāo)記的擦除。該非晶標(biāo)記所代表的數(shù)據(jù)比特能夠用一種低功率的聚焦激光束通過(guò)所述基片再生成。非晶標(biāo)記相對(duì)于結(jié)晶記錄層的反射差將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)被調(diào)制的激光束，該激光束接著由探測(cè)器按照編碼、記錄的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成一種被調(diào)制的光電流。
在相變光記錄中最重要的要求之一是高數(shù)據(jù)速率。高數(shù)據(jù)速率需要記錄層具有高結(jié)晶速率，即短的結(jié)晶時(shí)間。為了保證先前記錄的非晶標(biāo)記在直接重寫期間能夠結(jié)晶，記錄層應(yīng)具有合適的結(jié)晶時(shí)間，以匹配該介質(zhì)相對(duì)于所述激光束的線速度。如果結(jié)晶速率不夠高，不能匹配該介質(zhì)相對(duì)于所述激光束的線速度，那么先前記錄的已有數(shù)據(jù)(非晶標(biāo)記)在DOW期間便不能完全擦除(再結(jié)晶)。這會(huì)產(chǎn)生較高的噪聲級(jí)。特別是在諸如盤狀的DVD+RW、DVR-紅和藍(lán)、以及CD-RW等高密度記錄和高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中，需要有高結(jié)晶速率，其完全擦除時(shí)間(CET)必須小于約50ns。對(duì)于記錄密度為每120mm盤片4.7GB的DVD+RW，要求用戶的數(shù)據(jù)比特率為33兆比特/秒，而對(duì)于DVR-紅的所述速率為35兆比特/秒。對(duì)于諸如DVR-藍(lán)(使用藍(lán)色激光束進(jìn)行工作的數(shù)字式錄像)，要求用戶數(shù)據(jù)比特率高于50兆比特/秒。
本文開(kāi)始所述的此類光信息介質(zhì)可見(jiàn)于美國(guó)專利US5,191,565。這種已知相變類型的介質(zhì)包括一個(gè)載有疊層的盤狀基片，這些層依次為第一介電層，Ge-Sb-Te合金的相變記錄層，第二介電層和金屬鏡層。這種疊層可以認(rèn)為是一種IPIM結(jié)構(gòu)，其中，M代表反射層或鏡層，I代表介電層，P代表相變記錄層。在三元成分圖(圖5)中，所述專利提供了理想配比化合物Ge2Sb2Te5在70ns脈沖間隔內(nèi)的軌跡，在該脈沖時(shí)間里Ge-Sb-Te化合物開(kāi)始結(jié)晶。該時(shí)間不等于完全擦除時(shí)間CET，而是較短些。完全擦除時(shí)間CET被定義為在靜態(tài)測(cè)量的結(jié)晶環(huán)境中，為使所寫非晶標(biāo)記進(jìn)行完全結(jié)晶而需要的擦除脈沖最短時(shí)間。要完全擦除非晶標(biāo)記需要兩個(gè)步驟，即晶核生成和晶粒(晶體)生長(zhǎng)。該專利所述的時(shí)間是晶核生成的時(shí)間，即能夠觀察到第一晶體的時(shí)間。完全擦除、即非晶標(biāo)記完全結(jié)晶還額外需要十納秒或更多。該專利指出，三元圖中GeTe-Sb2Te3連線上的化合物可更迅速地結(jié)晶。例如理想配比化合物Ge2Sb2Te5(Ge22.2Sb22.2Te55.6，按原子百分比)晶核生成時(shí)間為50ns。該申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)顯示這種化合物CET值為53ns。
本發(fā)明的目的是提供一種可重寫的光信息介質(zhì)，它適用于諸如DVD-RAM和光帶的高速光記錄，其CET值為50ns或更短。本文中的高速記錄應(yīng)理解為介質(zhì)相對(duì)激光束的線速度至少為7.2m/s，它是光盤標(biāo)準(zhǔn)速度的六倍。
用本文開(kāi)始所述的光信息介質(zhì)便可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的，其特征在于所述記錄層包括一種合金，其成分按原子百分比由三元成分圖Ge-Sb-Te中的一個(gè)區(qū)域定義，該區(qū)域?yàn)槲暹呅?，具有如下頂點(diǎn)Ge24.6Sb20.2Te55.2(A)Ge23.5Sb19.2Te57.3(B)Ge20.5Sb20.5Te59.0(C)Ge18.8Sb22.6Te58.6(D)Ge20.1Sb23.7Te56.2(E)；-第一介電層，其厚度為70～(70+λ/2n)nm，其中，λ為激光束的波長(zhǎng)，n為該層的折射率；-記錄層，其厚度為10～35nm；-第二介電層，其厚度為10～50nm；
-金屬鏡層，其厚度為60～160hm。
令人驚奇的是，三角形三元Ge-Sb-Te成分圖(見(jiàn)

圖1)的五邊形區(qū)域ABCDE中的合金所示的CET值為50ns或更短，甚至低于45ns。這些合金的成分位于成分GeTe和Sb2Te3連線的左邊，且所示的CET值比該連線上的偽二元化合物Ge2Sb2Te5更短。這與上述美國(guó)專利US5,191,565相反，根據(jù)該專利，遠(yuǎn)離GeTe-Sb2Te3連線將會(huì)使化合物Ge2Sb2Te5的晶核生成時(shí)間從50ns增加至其左邊合金的70ns或更多。區(qū)域ABCDE之外的CET值大于50ns。
特別有用的是含有成分為(Ge2Sb2Te5)1-xTex的這些合金，其中摩爾因子x滿足0.01≤x ≤ 0.43。
這些成分在三元成分圖中處于Ge2Sb2Te5和Te的連線上，但在五邊形ABCDE區(qū)域中。圖1中的頂點(diǎn)C對(duì)應(yīng)于其x＝0.43的成分(Ge20.5Sb20.5Te59.0)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種改良介質(zhì)，其x值滿足0.02≤x≤0.35。利用這種x值，可得到低于45ns的CET值。
一種滿足該式的成分實(shí)施例是Ge21.5Sb21.5Te57.0(x＝0.23)，其CET值為44ns。
所述第一介電層，即基片和相變記錄層之間的層可保護(hù)記錄層免受潮濕的損壞，并保護(hù)基片免受熱損傷，并使光學(xué)對(duì)比度最佳。為使振動(dòng)最小，第一介電層的厚度最好不少于70nm?？紤]到光學(xué)對(duì)比度，該層的厚度應(yīng)限制在(70+λ/2n)nm，λ為激光束的波長(zhǎng)，n為該第一介電層的折射率。
上述Ge-Sb-Te合金的CET值依賴于所述記錄層的層厚。如果該層的厚度增加到10nm，CET會(huì)迅速減小，且如果該層的厚度進(jìn)一步增加，那么CET會(huì)達(dá)到50nm或更小。當(dāng)所述記錄層厚于25nm時(shí)，CET基本上與厚度無(wú)關(guān)。大于35nm時(shí)，介質(zhì)的循環(huán)能力會(huì)受到不利影響。在經(jīng)大量、如105次的DOW循環(huán)后，可通過(guò)光學(xué)對(duì)比度的相應(yīng)改變測(cè)出介質(zhì)的循環(huán)能力。每次循環(huán)中，當(dāng)用激光束加熱、通過(guò)再結(jié)晶擦除所寫的非晶比特時(shí)，則寫入新的非晶標(biāo)記。在理想情況下，循環(huán)后的光學(xué)對(duì)比度應(yīng)保持不變。實(shí)際上，當(dāng)記錄層的厚度達(dá)到35nm時(shí)，所述循環(huán)能力是恒定的。作為綜合考慮CET和循環(huán)能力要求的結(jié)果，記錄層的厚度范圍應(yīng)在10～35nm之間，在20～35nm之間更好，在25～35nm之間最好。記錄層厚度在25～35nm之間的介質(zhì)，在第一個(gè)105次的DOW循環(huán)期間具有恒定低的震動(dòng)。
所述第二介電層、也即記錄層和金屬鏡層之間的層，其最佳厚度范圍是在10～50nm之間，最好在20～40nm之間。當(dāng)該層太薄時(shí)，記錄層和金屬鏡層之間的絕熱會(huì)受到不利影響。因此，記錄層的散熱速率會(huì)增加，這會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程減慢和循環(huán)能力降低。增加第二介電層的厚度將降低散熱速率。
如果所述金屬鏡層的厚度在20～200nm之間，則CET值對(duì)該厚度并不敏感。但如果金屬鏡層比60nm薄，則循環(huán)能力會(huì)因散熱速率太低而受到不利影響。如果金屬鏡層厚度為160nm或更厚，則循環(huán)能力會(huì)進(jìn)一步降低，并且記錄和擦除的功率一定會(huì)因熱傳導(dǎo)增大而變大。所述金屬鏡層的厚度最好在80～120nm之間。
所述第一和第二介電層可以用一種ZnS和SiO2的混和物構(gòu)成，如(ZnS)80(SiO2)20?；蚴侵T如SiO2、TiO2、ZnS、AlN、Si3N4和Ta2O5的混和物。最好使用碳化合物，如SiC、WC、TaC、ZrC或TiC。這些材料具有比ZnS-SiO2混和物更高的結(jié)晶速度和更好的循環(huán)能力。
所述金屬鏡層可以采用諸如Al、Ti、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni、Cr、Mo、W和Ta等金屬制成，也可采用這些金屬的合金。合適的合金例子有AlTi、AlCr和AlTa。
所述反射層和介電層能用汽相淀積或噴鍍實(shí)現(xiàn)。
所述信息介質(zhì)的基片至少是該激光波長(zhǎng)可穿透的，而且可由諸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、非晶聚烯烴或玻璃構(gòu)成。在典型實(shí)施例中，該基片為盤狀，直徑為120mm，厚度為0.1、0.6或1.2mm。當(dāng)所使用的基片為0.6或1.2mm時(shí)，該基片上可以如此安排起始為第一介電層，接著是記錄層等。激光束經(jīng)該基片的入射面進(jìn)入該疊層?；系寞B層還可按反序安排(反向薄膜相變疊層)，即起始為金屬鏡層，接著是第二介電層、相變層等。最后一層介電層(現(xiàn)在為所述第一介電層)則是透光質(zhì)地的覆蓋層，或是上述一種材質(zhì)的薄片，其厚度為0.1mm(100μm)。激光束經(jīng)該穿透層的入射面進(jìn)入該疊層。這種薄層允許激光束物鏡的高數(shù)值孔徑，如N.A.＝0.85。
另外，所述基片還可以是合成樹脂的可塑形的磁帶形式，譬如用聚酯薄膜制成。這樣得到的光帶將用于諸如基于快速旋轉(zhuǎn)多邊形的光帶記錄器。在這種裝置中，被反射的激光束穿過(guò)磁帶表面進(jìn)行橫向掃描。
在記錄層一側(cè)的盤狀基片的表面最好備有能夠光掃描的伺服軌道。該伺服軌道通常由螺旋狀凹槽構(gòu)成，并在注塑和鍛壓期間在所述基片上用鑄模制成。所述凹槽還可在復(fù)制過(guò)程中在合成樹脂層上形成，例如該合成樹脂層分別在基片上提供的丙烯鹽酸酯UV光致層。在高密度記錄中，所述凹槽的間距可為0.7-0.8μm，寬度為0.5μm。
可選擇地借助諸如UV光致的聚(甲基)丙烯酸酯等保護(hù)層使所述疊層的最外層免受環(huán)境的影響。
通過(guò)使用諸如波長(zhǎng)為675nm或更短(紅色～藍(lán)色)的短波長(zhǎng)激光便能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的記錄和擦除。
通過(guò)對(duì)合適的目標(biāo)進(jìn)行汽相淀積或噴鍍能夠?qū)⑺鱿嘧冇涗泴討?yīng)用于所述基片。因此該淀積層為非結(jié)晶性，且表現(xiàn)為低反射特性。為了構(gòu)造一種合適的高反射記錄層，必須首先使該層完全結(jié)晶，這通常稱為初始化。為此，該記錄層可在加熱爐內(nèi)加熱至一個(gè)高于Ge-Sb-Te合金結(jié)晶溫度的溫度，如180℃。諸如聚碳酸酯這類合成樹脂基片還能夠用足夠高功率的激光束來(lái)進(jìn)行加熱。例如這可在記錄器中實(shí)現(xiàn)，在該情況下所述激光束掃描正在移動(dòng)的記錄層。然后，該非晶層被局部加熱至使該層結(jié)晶所需的溫度，且該基片不易受到不利的熱負(fù)荷。
如果需要，還能夠在基片和第一介電層之間插入一個(gè)附加的薄金屬層M’，從而形成所謂的M’IPIM結(jié)構(gòu)。雖然此結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜，但該附加金屬層加快了所述記錄層的散熱速率以及增大了光學(xué)對(duì)比度。
若在疊層II+PI+IM或II+PIM中使用了上述材料，則可進(jìn)一步加快結(jié)晶速度，其中I+是一種氮化物、氧化物，或最好是一種碳化物。在該疊層中，記錄層P夾在兩個(gè)附加層I+之間。第一碳化層和第二碳化層最好是SiC、ZrC、TaC、TiC和WC碳化物組中的一種，這些碳化物同時(shí)具有出色的循環(huán)能力和很短的CET值。SiC因其光學(xué)、機(jī)械和熱特性而成為一種優(yōu)選材料；而且其價(jià)格相對(duì)較低。實(shí)驗(yàn)顯示II+PI+IM疊層的CET值低于IPIM疊層的60％。
附加碳化層的厚度最好在2～8nm之間。當(dāng)該厚度較小時(shí)，碳化物相對(duì)高的導(dǎo)熱性將只對(duì)所述疊層產(chǎn)生較小的影響，因此簡(jiǎn)化了該疊層的熱設(shè)計(jì)。
下面將借助示例性實(shí)施方案和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地闡述，其中圖1所示為按原子百分比的三角形三元成分圖Ge-Sb-Te的一部分，圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的光信息介質(zhì)的剖視圖，以及圖3所示為表示Ge(原子百分比)和Sb/Te(原子比)的三元成分圖的一部分。
實(shí)施例1～8(根據(jù)本發(fā)明)圖2示意地示出了依據(jù)本發(fā)明的光信息介質(zhì)的一部分剖視圖。參考數(shù)字1代表盤狀的聚碳酸酯基片，其直徑為120mm，厚度為1.2mn。該基片具有如下結(jié)構(gòu)的IPIM疊層-(ZnS)80(SiO2)20的第一介電層(I)2，厚度為90nm，-Ge-Sb-Te合金的記錄層(P)3，厚度為28nm，-(ZnS)80(SiO2)20的第二介電層(I)4，厚度為25nm，-Al的金屬鏡層(M)5，厚度為100nm。
所有這些層均是噴鍍而成的。通過(guò)加熱記錄器中的上述淀積的非晶合金可得到記錄層3的初始結(jié)晶狀態(tài)，這樣，該記錄層便由連續(xù)激光束加熱至其結(jié)晶溫度以上。
用于信息記錄、復(fù)制和擦除的激光束經(jīng)基片1入射到所述記錄層3上。該激光束用箭頭6示意性表示。所述非晶標(biāo)記用功率Pw＝1.25Pm(Pm＝熔化極限功率)、脈沖寬度為100ns的單個(gè)激光脈沖寫入。擦除功率為Pw/2。
表1總結(jié)了本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)果，其中已改變了Ge-Sb-Te合金的成分。
表1
實(shí)施例1～8在圖1和圖3中位于五邊形區(qū)域ABCDE內(nèi)。該五邊形的頂點(diǎn)A、B、C、D代表含有權(quán)利要求1所述成分的合金。圖1為完整的三角形三元成分圖Ge-Sb-Te的一部分。該圖的頂點(diǎn)分別為Te(100％Te)、化合物GeTe(50％Ge，50％Te，0％Sb)和成分0％Ge、50％Sb、50％Te?；衔颎e2Sb2Te5(Ge22.2Sb22.2Te55.6按原子百分比)位于化合物GeTe和Sb2Te3的連線(虛線)上。
圖3所示為放大了的不同規(guī)格的成分圖。其縱軸表示Ge含量(按原子百分比)，而水平軸表示Sb/Te的原子比。該圖所示為圖1中連線的一部分以及化合物Ge2Sb2Te5。頂點(diǎn)C位于Te和Ge2Sb2Te5的連線上。本發(fā)明實(shí)施例1～8用五邊形ABCDE區(qū)域中的叉x表示。
最低的CET值位于Te和Ge2Sb2Te5的連線(虛線)上，但在五邊形ABCDE區(qū)域中，如表1中的實(shí)施例5。通過(guò)向純凈的Ge2Sb2Te5中添加Te，該成分從Ge2Sb2Te5沿這兩個(gè)端點(diǎn)的連線向Te移動(dòng)，對(duì)應(yīng)于成分(Ge2Sb2Te5)1-xTex。如果x＝0.00，即為純凈的化合物Ge2Sb2Te5，則其CET值為53 ns。加入少量的Te(x＝0.01)后，CET值降低至50ns。在到x＝0.43(Ge20.5Sb20.5Te59.0按原子百分比)之前，CET保持低于50ns，這對(duì)應(yīng)于圖1和3中的頂點(diǎn)C。如果x在0.02～0.35之間，CET甚至可保持低于45ns。實(shí)施例5(x＝0.23)也位于此連線上。
對(duì)比實(shí)施例9～14(非本發(fā)明)表2總結(jié)了非本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)果。
表2
這些實(shí)施例所示的CET值均高于50ns。該成分位于五邊形ABCDE區(qū)域之外，在圖3中用點(diǎn)●表示。
根據(jù)本發(fā)明，所提供的可重寫相變光信息介質(zhì)的CET值為50ns或更低，該介質(zhì)適合于直接重寫和高速記錄，例如DVD+RW，DVD-紅和藍(lán)。
權(quán)利要求
1.一種利用激光束進(jìn)行高速記錄的可重寫光信息介質(zhì)，所述介質(zhì)包括一個(gè)載有疊層的基片，該疊層依次包括第一介電層、一種包含有由Ge、Sb和Te組成的合金的相變材料記錄層、第二介電層和金屬鏡層，其特征在于-所述合金，其成分按原子百分比由三元成分圖Ge-Sb-Te中的一個(gè)區(qū)域定義，該區(qū)域?yàn)槲暹呅?，具有如下頂點(diǎn)Ge24.6Sb20.2Te55.2(A)Ge23.5Sb19.2Te57.3(B)Ge20.5Sb20.5Te59.0(C)Ge18.8Sb22.6Te58.6(D)Ge20.1Sb23.7Te56.2(E)；-第一介電層，其厚度為70～(70＋λ/2n)nm，其中，λ為激光束的波長(zhǎng)，n為該層的折射率；-記錄層，其厚度為10～35nm；-第二介電層，其厚度為10～50nm；-金屬鏡層，其厚度為60～160nm。
2.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述合金的成分有(Ge2Sb2Te5)1-xTex，其中摩爾因子x滿足0.01≤x≤0.43，最好為0.02≤x≤0.35。
3.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述記錄層的厚度在20～35nm之間，最好在25～35nm之間。
4.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述第二介電層的厚度在20～40nm之間。
5.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述金屬鏡層的厚度在80～120nm之間。
6.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述金屬鏡層至少包括選自Al、Ti、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Ni、Cr、Mo、W和Ta中的一種金屬，還包括這些金屬的合金。
7.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)為盤或磁帶。
8.如權(quán)利要求1的光信息介質(zhì)，其特征在于所述記錄層夾在兩個(gè)附加碳化層之間，其厚度均在2～8mn之間。
9.上述權(quán)利要求之一的光信息介質(zhì)在高速記錄中的使用，所述激光束和介質(zhì)之間的相對(duì)速度至少為7.2m/s。
全文摘要
講述一種可重寫的光信息介質(zhì),該介質(zhì)含有基于Ge－Sb－Te合金的相變記錄層,該合金成分位于三元成分圖中的五邊形ABCDE區(qū)域內(nèi)。這些合金具有50ns或更短的完全擦除時(shí)間(CET)。在ABCDE區(qū)域中位于Te和化合物Ge
文檔編號(hào)G11B7/253GK1327581SQ00802145
公開(kāi)日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2000年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月4日
發(fā)明者G·F·周, B·A·J·雅各布斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司