專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)信息介質(zhì)及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于利用有激光波長(zhǎng)的激光束進(jìn)行可擦除記錄的光學(xué)信息介質(zhì)，所述介質(zhì)包括基板和在其上提供的層的層疊，該層的層疊包括第一介電層和第二介電層，位于第一介電層和第二介電層之間的能夠在非晶態(tài)和晶態(tài)之間改變的記錄層，及反射層。
本發(fā)明還涉及這種光學(xué)信息介質(zhì)在高速記錄中的使用。
一種在開(kāi)始段落中所描述類(lèi)型的光學(xué)信息介質(zhì)可以從發(fā)表在《應(yīng)用物理》讀者投稿欄49(1986)502上的M.Chen，K.A.Rubin和R.W.Barton的一篇文章中得以了解。
基于相變?cè)淼墓鈱W(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)是有吸引力的，因?yàn)樗谂c只讀光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)很容易兼容的情況下，結(jié)合了直接重寫(xiě)(DOW)和高存儲(chǔ)密度的可能性。相變光學(xué)記錄包括利用聚焦的相對(duì)高功率激光束的亞微米尺寸的非晶態(tài)記錄標(biāo)記在晶態(tài)記錄層中的形成。在信息的記錄過(guò)程中，介質(zhì)相對(duì)于聚焦的激光束移動(dòng)，根據(jù)要記錄的信息該激光束被調(diào)制。標(biāo)記在高功率激光束熔化晶態(tài)記錄層的時(shí)候形成。當(dāng)激光束被切斷并/或隨后相對(duì)于記錄層移動(dòng)時(shí)，已熔化標(biāo)記的冷卻在記錄層發(fā)生，在記錄層的暴露區(qū)域留下非晶態(tài)的信息標(biāo)記，而在未暴露區(qū)域仍保持晶態(tài)。對(duì)已寫(xiě)入的非晶態(tài)標(biāo)記的擦除是在不熔化記錄層的情況下，通過(guò)用同樣的激光在低功率電平下加熱的再結(jié)晶實(shí)現(xiàn)的。該非晶態(tài)標(biāo)記表示可以被相對(duì)低功率的聚焦激光束讀取的數(shù)據(jù)位，例如，通過(guò)基板。非晶態(tài)標(biāo)記與晶態(tài)記錄層的反射差值導(dǎo)致被調(diào)制的激光束，該激光束隨后被探測(cè)器根據(jù)所記錄的信息轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光電流。
相變光學(xué)記錄中最重要的一個(gè)要求是高數(shù)據(jù)速率，這意味著數(shù)據(jù)可以至少30M比特/s的速率被寫(xiě)入或重寫(xiě)入介質(zhì)。這樣的高數(shù)據(jù)速率要求記錄層有高結(jié)晶速度，即短結(jié)晶時(shí)間。為了確保先前記錄的非晶態(tài)標(biāo)記能夠在直接重寫(xiě)時(shí)被再結(jié)晶，記錄層必須有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶速度來(lái)匹配介質(zhì)與激光束的相對(duì)速度。如果結(jié)晶速度不夠高，則先前記錄的表示舊數(shù)據(jù)的非晶態(tài)標(biāo)記就不能夠在DOW時(shí)被完全擦除，稱(chēng)為再結(jié)晶。這引起高噪聲電平。高結(jié)晶速度在高密度記錄和高數(shù)據(jù)速率光學(xué)記錄介質(zhì)中尤其需要，如在光盤(pán)狀的DVD+RW、DVR-紅和藍(lán)中，DVD+RW是新一代高密度DigitalVersatileDisc+RW的縮寫(xiě)，其中RW指的是這種光盤(pán)的可重寫(xiě)性，DVR是DigitalVideoRecording光學(xué)存儲(chǔ)盤(pán)的縮寫(xiě)，其中紅和藍(lán)指的是所使用的激光波長(zhǎng)。對(duì)于這些光盤(pán)，完全擦除時(shí)間(CET)最多只能是60ns。CET定義為在晶態(tài)環(huán)境下用于將已寫(xiě)入的非晶態(tài)標(biāo)記完全結(jié)晶的一個(gè)擦除脈沖的最短持續(xù)時(shí)間，這是靜態(tài)測(cè)量的。對(duì)于在每120mm光盤(pán)上有4.7GB記錄密度的DVD-RW，33M比特/s的數(shù)據(jù)位速率是必須的，而對(duì)于DVR-紅，所述速率為35M比特/s。對(duì)于可重寫(xiě)相變光學(xué)記錄系統(tǒng)，如DVR-藍(lán)，高于50M比特/s的用戶(hù)數(shù)據(jù)速率是需要的。
已知的相變類(lèi)型介質(zhì)包括支撐層的層疊的基板，該層的層疊依次包括第一介電層、有完整的相變GeTe化合物的記錄層、第二介電層和反射層。這樣一種層的層疊可以稱(chēng)為IPIM-結(jié)構(gòu)，其中M表示反射或鏡面層，I表示第一或第二介電層，而P表示相變記錄層。在激光波長(zhǎng)為350-700nm時(shí)，Ge和Te化合物的記錄層在非晶態(tài)和晶態(tài)之間有相對(duì)高的相對(duì)反射差值。此外由于大約180℃的相對(duì)高的結(jié)晶溫度，Ge和Te化合物的記錄層有良好的熱穩(wěn)定性。高熱穩(wěn)定性導(dǎo)致高存檔壽命，這對(duì)于存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)說(shuō)通常是必須的。
已知介質(zhì)的一種缺點(diǎn)在于Ge和Te化合物記錄層的CET對(duì)成分的比率非常敏感。只有精確的50∶50比率才能給出一個(gè)可以接受的短CET。敏感性導(dǎo)致差的制造可重復(fù)性，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在開(kāi)始段落中所描述類(lèi)型的光學(xué)信息介質(zhì)，其適用于高數(shù)據(jù)速率光學(xué)記錄，如DVR-藍(lán)，有50ns或更短的CET值且易于制造。
這個(gè)目的通過(guò)記錄層包含通式為GexTe100-x的化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中x為Ge所占的以at.％的百分率且30＜x＜70，第一介電層包括選自Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物及Si的碳化物的化合物，而且其與記錄層接觸。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第一介電層的這些氧化物、氮化物和碳化物顯著地?cái)U(kuò)大了記錄層Ge和Te化合物的可用成分范圍?？捎贸煞址秶怯械虲ET的Ge和Te成分范圍。而且，當(dāng)使用這些氧化物、氮化物和碳化物的時(shí)候，CET令人驚訝地變得非常低，例如，對(duì)于30＜x＜70的成分范圍，大約為2或更多的系數(shù)。寬的可用成分范圍對(duì)于制造是有利的，因?yàn)镚e和Te化合物的成分可以顯著變化而不增加CET。精確的50∶50比率、x＝50對(duì)于獲得好的結(jié)果不再是必須的。
在一種實(shí)施方案中，第二介電層及第一介電層包括選自Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物及Si的碳化物的化合物，且其與記錄層接觸。這樣做的好處在于記錄層的兩側(cè)都可以與Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物及Si的碳化物的介電層接觸，這導(dǎo)致更低的CET，例如大約為3的系數(shù)，及記錄層化合物更寬的成分范圍。
優(yōu)選地，第一介電層和第二介電層包括選自Ta2O5和Si3N4的化合物。這些材料具有容易制造的優(yōu)點(diǎn)，而且已經(jīng)顯示非常適于擴(kuò)大可用成分范圍和降低CET。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一介電層和第二介電層的厚度至多為15nm。由于Ta2O5和Si3N4的熱傳導(dǎo)性?xún)?yōu)于(ZnS)80(SiO2)20的熱傳導(dǎo)性，與Ta2O5或Si3N4層接觸的記錄層的功率敏感性是比較低的，其中(ZnS)80(SiO2)20是一種常用的介電層材料。但是，當(dāng)使用比15nm薄的Ta2O5-或Si3N4-層時(shí)，對(duì)記錄功率敏感性的影響是不存在或幾乎不存在的。
在一種更加優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一介電層和第二介電層的厚度為2-10nm。范圍2-10nm的層對(duì)記錄的功率敏感性沒(méi)有顯著的影響。比2nm薄的層不容易可靠地制造，因?yàn)閷?duì)這么薄的層的厚度控制是困難的，而且在這么薄的層中出現(xiàn)氣泡的概率是比較高的。
優(yōu)選地是40＜x＜60，其中x是記錄層化合物GexTe100-x通式中的值。這個(gè)范圍的x值尤其適于獲得對(duì)高數(shù)據(jù)速率記錄必須的CBT。由于光學(xué)記錄介質(zhì)上的標(biāo)記大小基本上是由記錄光點(diǎn)的大小決定的，而該記錄光點(diǎn)對(duì)于給定的激光波長(zhǎng)和記錄透鏡的數(shù)值孔徑是相對(duì)固定的，所以高數(shù)據(jù)速率記錄要求高速記錄。高速記錄在這種環(huán)境中應(yīng)當(dāng)理解為表示介質(zhì)相對(duì)于激光束至少7.2m/s的線速度，這個(gè)速度是根據(jù)CD標(biāo)準(zhǔn)速度的六倍。優(yōu)選地，CET值應(yīng)當(dāng)?shù)陀?5ns，這對(duì)于八倍于CD-速度的9.6m/s線速度是必須的，乃至低于35ns，這對(duì)于十二倍于CD-速度的14.4m/s線速度是必須的。介質(zhì)的抖動(dòng)應(yīng)在一個(gè)低而恒定的水平。此外，介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有良好的熱穩(wěn)定性。
記錄層的化合物還可以包含數(shù)量高達(dá)5at.％的O或N。O和N的添加都導(dǎo)致了更短的CET，高達(dá)1.5的系數(shù)。當(dāng)氧或氮在化合物中的數(shù)量為0.01至5at.％的小量，優(yōu)選地為1.5至2.0at.％時(shí)，CET值可以顯著地減小。由于獲得記錄層過(guò)程環(huán)境，低于0.01at.％的氧或氮值幾乎是得不到的，例如，通過(guò)在惰性氣體氣氛中濺射，其中氧或氮環(huán)境壓力將不可避免地存在。在高于5at.％的氧或氮濃度時(shí)，記錄層的CET值上升到高于50ns，而且抖動(dòng)和DOW循環(huán)能力都朝不利的方向被影響。而且在DOW期間非晶態(tài)和晶態(tài)反射的最大變化也變得無(wú)法接受的小。此外，因?yàn)檠趸锘虻镆子谛纬?，?dāng)氧或氮的含量太高時(shí)，記錄的非晶態(tài)標(biāo)記可能變得不穩(wěn)定。
反射層可以包括選自金屬Al、Ti、Au、Ag、Cu、Rh、Pt、Pd、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、W、Hf和Ta中的至少一種，包括其合金。
附加的介電層可以位于臨近第一和/或第二介電層以便保護(hù)記錄層不受潮，將記錄層同基板和/或反射層熱隔離，并優(yōu)化光學(xué)對(duì)比度。通常激光在到達(dá)記錄層之前先通過(guò)第二介電層。
特別地，第三介電層可以位于，即臨近第一介電層的位置并在第一介電層和反射層之間，在遠(yuǎn)離記錄層的一側(cè)。厚度通常為10至50nm，優(yōu)選地為15至35nm。當(dāng)這層太薄時(shí)，記錄層/第一介電層和另一層，即反射層之間的熱隔離朝不利的方向被影響。從而記錄層的冷卻速度增加，這導(dǎo)致慢的再結(jié)晶或擦除過(guò)程及差的循環(huán)能力。通過(guò)增加第三介電層的厚度來(lái)降低冷卻速度。
第四介電層可以位于，即臨近第二介電層的位置，在遠(yuǎn)離記錄層的一側(cè)。
從抖動(dòng)的角度看，激光首先入射通過(guò)的介電層或附近介電層的整個(gè)厚度優(yōu)選地為至少70nm。鑒于在晶態(tài)環(huán)境中讀出非晶態(tài)記錄標(biāo)記的最佳光學(xué)對(duì)比度，依賴(lài)于所使用的激光波長(zhǎng)和介電層的折射率，這個(gè)層或這些層的厚度被設(shè)置為一個(gè)大于70nm的最優(yōu)值?？蛇x地，該層的層疊與基板相對(duì)的最外層通過(guò)一個(gè)保護(hù)層，例如UV光固化的聚(甲基)丙烯酸脂同環(huán)境隔離?；搴捅Ｗo(hù)層可以相互交換位置，在這種情況下激光在進(jìn)入層的層疊之前首先通過(guò)基板。
CET值對(duì)20至200nm之間的反射層厚度有小的敏感。但是當(dāng)反射層比60nm薄時(shí)，因?yàn)槔鋮s速度太低，循環(huán)能力朝不利的方向被影響。當(dāng)反射層為160nm或更厚時(shí)，循環(huán)能力進(jìn)一步變壞，而且由于增加的熱傳導(dǎo)，記錄和擦除功率必須高。優(yōu)選地反射層的厚度為80至120nm。
附加的介電層，即第三和第四介電層，可以包括ZnS和SiO2的混合物，例如(ZnS)80(SiO2)20。
反射層和介電層都可以由蒸汽淀積或?yàn)R射來(lái)提供。
當(dāng)激光首先入射通過(guò)信息介質(zhì)的基板時(shí)，它至少對(duì)激光波長(zhǎng)是透明的，而且由例如聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、非晶態(tài)聚烯烴或玻璃制成。在一種典型的實(shí)例中，基板是盤(pán)狀的，而且直徑為120mm，厚度為0.1、0.6或1.2mm。
記錄層的層疊一側(cè)基板的表面優(yōu)選地?fù)碛锌梢怨鈱W(xué)掃描的伺服軌跡。這個(gè)伺服軌跡通常是螺旋狀的凹槽，而且在基板中通過(guò)濺射造型法或沖壓法模壓形成。這些凹槽可選地可以用復(fù)制的方法在透明墊片層的合成樹(shù)脂，例如UV光固化的丙烯酸脂中形成，其在基板上是單獨(dú)提供的。在高密度記錄中，這樣的凹槽有例如0.6-0.8μm的間距和0.5μm的寬度。
高密度記錄和擦除可以通過(guò)使用短波長(zhǎng)激光來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，使用670nm或更短的波長(zhǎng)。
通過(guò)真空淀積、電子束真空淀積、化學(xué)蒸汽淀積、離子電鍍或?yàn)R射，相變記錄層可以應(yīng)用到基板。當(dāng)使用濺射時(shí)，含所需數(shù)量氧或氮的Ge-Te濺射靶可以應(yīng)用，或者應(yīng)用由Ge-Te靶制成，從而控制濺射氣體中氧或氮的數(shù)量。在實(shí)際中，濺射氣體中氧或氮的體濃度為近乎0至10％。淀積的層是非晶態(tài)的，而且呈現(xiàn)低反射。為了構(gòu)造帶高反射的合適反射層，這一層必須首先被完全結(jié)晶，這通常被稱(chēng)為初始化。為了這個(gè)目的，記錄層可以在熔爐中加熱到超過(guò)Ge-Te、Ge-Te-O或Ge-Te-N化合物的結(jié)晶溫度，例如190℃。合成樹(shù)脂基板，例如聚碳酸脂，可以作為選擇被有足夠功率的激光束來(lái)加熱。這可以在例如記錄器中實(shí)現(xiàn)，在這種情況下激光束掃描移動(dòng)的記錄層。然后非晶態(tài)層被局部加熱到使該層結(jié)晶所要求的溫度，而不需要使基板承受不利的熱負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)將通過(guò)一個(gè)有代表性的實(shí)施方案并參考相應(yīng)的附圖更加詳細(xì)地被說(shuō)明。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)信息介質(zhì)的橫斷面示意圖。尺寸未按一定的比例繪制；圖2示出了與GexTe100-x記錄層中x值相關(guān)的完全擦除時(shí)間(CET以ns計(jì))的兩個(gè)曲線圖，比較已知介質(zhì)的CET和根據(jù)本發(fā)明介質(zhì)的CET；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明介質(zhì)的與Ge49.5Te50.5記錄層中氧數(shù)量相關(guān)的完全擦除時(shí)間(CET以ns計(jì))的曲線圖。
代表實(shí)施方案在圖1中，用于利用激光束10進(jìn)行可擦除記錄的信息介質(zhì)20有基板1。層的層疊2在其上面提供。層的層疊2有第一介電層5和第二介電層7，能夠在非晶態(tài)和晶態(tài)之間改變的記錄層6。記錄層位于第一介電層5和第二介電層7之間。存在反射層3。記錄層6包括通式為Ge49.5Te50.5的化合物。記錄層6的化合物還附加地可以包括數(shù)量高達(dá)5at.％的O或N。記錄層的厚度為28nm，對(duì)670nm的激光束是最優(yōu)的。
第一介電層5和第二介電層7是Si3N4的，而且與記錄層6接觸。Si3N4一種好的代替物是Ta2O5。第一介電層5和第二介電層7的厚度為5nm。
反射層3包含厚度為100nm的Al。
是例如(ZnS)80(SiO2)20的第三介電層4和第四介電層8分別臨近于第一介電層5和第二介電層7。第三介電層的厚度是20nm，而第四介電層的厚度是90nm。在這樣一種層疊中，對(duì)于670nm的激光波長(zhǎng)，非晶反射Ra是3.8％，而結(jié)晶態(tài)反射Rc是36.5％。
基板1是直徑為120mm、厚度為0.6mm的聚碳酸脂盤(pán)狀基板。
由例如UV固化樹(shù)脂Daicure SD645制成的厚度為100μm的保護(hù)層9臨近于第四介電層8。
當(dāng)使用405nm的激光波長(zhǎng)時(shí)，記錄層6的最佳厚度是15nm，而第三和第四介電層4、8的厚度分別為20和135nm。層疊2的其它層和基板1保持不變。在這樣一種層疊2中，對(duì)于405nm的激光波長(zhǎng)，非晶態(tài)反射Ra是0.8％，而晶態(tài)反射Rc是22.9％。
圖2示出了與GexTe100-x記錄層中x值相關(guān)的完全擦除時(shí)間(CET以ns計(jì))的曲線圖21，與根據(jù)圖1 II’PI’IM層疊中Si3N4的第一和第二介電層接觸，但沒(méi)有向記錄層6中添加氧。為了比較，示出了當(dāng)?shù)谝缓偷诙殡妼拥牟牧嫌蓸?biāo)準(zhǔn)材料(ZnS)80(SiO2)20替代時(shí)的曲線圖22。得到的結(jié)論是在根據(jù)本發(fā)明的使用根據(jù)本發(fā)明第一和第二介電層的介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)了CET大約為3的系數(shù)的下降。
圖3示出了在根據(jù)圖1的層疊中記錄層6的Ge49.5Te50.5化合物中0含量高達(dá)3.5at.％時(shí)對(duì)CET(以ns計(jì))影響的曲線圖23。相似的效果可以通過(guò)添加氮來(lái)獲得。這樣，在一種最佳的實(shí)施方案中，記錄層6的通式為Ge49.5Te50.5，其中存在1.87 at.％的氧。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可重寫(xiě)的相變光學(xué)信息介質(zhì)，如DVR-藍(lán)，有Ge-Te化合物的記錄層，與至少一個(gè)包含Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物或Si的碳化物的化合物介電層接觸，有寬的可用成分范圍并因此更易制造，有低的完全擦除時(shí)間(CET)值并適于直接重寫(xiě)和高數(shù)據(jù)速率記錄，而且在7.2m/s或更高的線速度時(shí)呈現(xiàn)良好的循環(huán)能力和低抖動(dòng)。記錄層中氧或氮的存在更將CET值降至低于45ns。
權(quán)利要求
1.一種用于利用有激光波長(zhǎng)的激光束(10)進(jìn)行可擦除記錄的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，所述介質(zhì)(20)有基板(1)和在其上面提供的層的層疊(2)，層疊(2)包括第一介電層(5)和第二介電層(7)，位于第一介電層(5)和第二介電層(7)之間的能夠在非晶態(tài)和晶態(tài)之間改變的記錄層(6)，及反射層(3)，其特征在于記錄層(6)包含通式為GexTe100-x的化合物，其中x是Ge的以at.％的百分率，且30＜x＜70，第一介電層(5)包含選自Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物及Si的碳化物的化合物，而且其與記錄層(6)接觸。
2.權(quán)利要求1中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于第二介電層(7)包含選自Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物及Si的碳化物的化合物，而且其與記錄層(6)接觸。
3.權(quán)利要求2中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于第一介電層(5)包含選自Ta2O5和Si3N4的化合物，而第二介電層(7)包含選自Ta2O5和Si3N4的化合物。
4.權(quán)利要求3中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于第一介電層(5)和第二介電層(7)的厚度至多為15nm。
5.權(quán)利要求4中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于第一介電層(5)和第二介電層(7)的厚度為2-10nm。
6.權(quán)利要求1中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于40＜x＜60。
7.權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于記錄層(6)的化合物附加地包含數(shù)量高達(dá)5at.％的0。
8.權(quán)利要求1-6任何一項(xiàng)中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于記錄層(6)的化合物附加地包含數(shù)量高達(dá)5at.％的N。
9.權(quán)利要求1中所述的光學(xué)信息介質(zhì)(20)，其特征在于反射層(3)包含選自金屬Al、Ti、Au、Ag、Au、Rh、Pt、Pd、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、W、Hf和Ta中的至少一種，包括其合金。
10.一種用于高速記錄的光學(xué)信息介質(zhì)(20)的使用，其中激光束和介質(zhì)之間的相對(duì)速度至少為7.2m/s，其特征在于使用了前面一項(xiàng)權(quán)利要求中的光學(xué)信息介質(zhì)。
全文摘要
提供了一種用于利用激光束(10)進(jìn)行高速可擦除記錄的光學(xué)信息介質(zhì)(20)?；?1)上有層疊(2)，層疊(2)帶有第一介電層(5)和第二介電層(7)、位于第一介電層(5)和第二介電層(7)之間的相變記錄層(6)及反射層(3)。記錄層(6)有Ge和Te的化合物，而且至少第一介電層(5)由Ta和Si的氧化物、Si和Al的氮化物或Si的碳化物組成，并與記錄層(6)接觸。記錄層(6)還可以包含數(shù)量高達(dá)5at.％的O或N。有低CET值的寬可用成分范圍可以獲得。從而實(shí)現(xiàn)了高數(shù)據(jù)速率。
文檔編號(hào)G11B7/2585GK1401117SQ01805033
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月15日
發(fā)明者G·F·周, J·C·N·里珀斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司