專利名稱：可重寫光學(xué)存儲介質(zhì)和這種介質(zhì)的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可重寫光學(xué)存儲介質(zhì)，用于借助經(jīng)聚焦的激光束來進(jìn)行可擦除的高數(shù)據(jù)速率記錄，所述介質(zhì)包括基片；以及基片上的層的層疊；所述層疊包括第一電介質(zhì)層；包括由Ge、Sb和Te組成的合金的相位變化材料的記錄層；第二電介質(zhì)層；以及金屬反射層。
本發(fā)明亦涉及在高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用中的這種光學(xué)記錄介質(zhì)的使用。
背景技術(shù)：
在起始段中提及的類型的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的實施例從申請人提交的美國專利US 5,935,672中是已知的。
基于相位變化原理的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)是吸引人的，因為它組合了直接覆寫(overwrite)(DOW)和高存儲密度的可能性以及與只讀光學(xué)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的容易兼容性。在該情況下，數(shù)據(jù)存儲包括數(shù)字視頻、數(shù)字音頻和軟件數(shù)據(jù)存儲。相位變化光學(xué)記錄包含使用經(jīng)聚焦的相對高功率的激光束在結(jié)晶記錄層中形成亞微米尺寸的無定形記錄標(biāo)記。在記錄信息期間，介質(zhì)相對于經(jīng)聚焦的激光束而被移動，該激光束依照待記錄的信息來調(diào)制。當(dāng)高功率激光束熔化結(jié)晶記錄層時形成了標(biāo)記。當(dāng)激光束被轉(zhuǎn)換成關(guān)并且/或者隨后相對于記錄層而被移動時，被熔化的標(biāo)記的淬火(quenching)發(fā)生在記錄層中，從而在記錄層的曝光區(qū)域中留下無定形信息標(biāo)記，而在非曝光區(qū)域中保持結(jié)晶。所寫的無定形標(biāo)記的擦除是通過再結(jié)晶來實現(xiàn)的，該再結(jié)晶是通過以較低功率水平用相同激光加熱來實現(xiàn)的，而無需熔化記錄層。無定形標(biāo)記表示數(shù)據(jù)位，其可例如通過相對低功率的聚焦激光束經(jīng)由基片來讀取。相對于結(jié)晶記錄層的無定形標(biāo)記的反射差異導(dǎo)致經(jīng)調(diào)制的激光束，其隨后可依照所記錄的信息由檢測器轉(zhuǎn)換成經(jīng)調(diào)制的光電流。
相位變化光學(xué)記錄中最重要的要求之一是高數(shù)據(jù)速率，這意味著可以以至少25Mbits/s的用戶數(shù)據(jù)速率在介質(zhì)中寫入和重寫數(shù)據(jù)。這樣的高數(shù)據(jù)速率需要記錄層在DOW期間具有高結(jié)晶速度，即短結(jié)晶時間。為確保先前所記錄的無定形標(biāo)記可在DOW期間被再結(jié)晶，記錄層必須具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶速度以匹配相對于激光束的介質(zhì)的速度。如果結(jié)晶速度不是足夠高，則表示老數(shù)據(jù)的來自先前記錄的無定形標(biāo)記不能在DOW期間被完全擦除，即(meaning)再結(jié)晶。這導(dǎo)致高噪聲水平。該結(jié)晶速度尤其被需要于高密度記錄和高數(shù)據(jù)速率光學(xué)記錄介質(zhì)中，如在盤形CD-RW高速，DVD-RW，DVD+RW，DVD-RAM，DVD-紅和藍(lán)，其分別是以下的縮寫已知光盤(Compact Disk)和新一代高密度數(shù)字通用(Digital Versatile)或視頻盤(Video Disk)+RW和-RAM，其中RW和RAM指的是這種盤的可重寫性；以及數(shù)字視頻記錄(Digital VideoRecording)光學(xué)存儲盤，其中紅和藍(lán)指的是所使用的激光波長。對于這些新盤，完整的擦除時間(CET)必須小于40ns。CET被定義為擦除脈沖的持續(xù)時間，該脈沖用于在結(jié)晶環(huán)境下所寫無定形標(biāo)記的完整結(jié)晶。CET是用靜電測試器來測量的。對于每個120mm盤具有4.7GB記錄密度的DVD+RW，需要26Mbits/s的用戶數(shù)據(jù)位速率，而對于DVR-藍(lán)，所述速率是35Mbits/s。對于DVD+RW和DVR-藍(lán)的高速版本，需要50Mbits/s及以上的數(shù)據(jù)速率。用于音頻/視頻(AV)應(yīng)用的數(shù)據(jù)速率由AV信息流來確定，但對于計算機數(shù)據(jù)應(yīng)用，沒有施加數(shù)據(jù)速率的限制，即越大越好。每個這些數(shù)據(jù)位速率可被轉(zhuǎn)化成最大CET，其受幾個參數(shù)的影響，例如所使用的記錄層材料和記錄層疊的熱設(shè)計。
相位變化類型的已知介質(zhì)包括盤形基片，其承載由以下相繼組成的層的層疊第一電介質(zhì)層，相位變化Ge-Sb-Te合金的記錄層，第二電介質(zhì)層和金屬反射層。這樣的層的層疊可被稱為IPIM結(jié)構(gòu)，其中M表示反射金屬層，I表示電介質(zhì)層而P表示相位變化記錄層。所述專利公開了化合物Ge50xSb40-40xTe60-10x，在該配方中，0.166≤x≤0.444。屬于所提及的范圍內(nèi)的化學(xué)計量Ge-Sb-Te材料，例如Ge2Sb2Te5，被用作用于例如DVD-RAM盤的記錄層。這些化學(xué)計量組分具有成核支配的結(jié)晶過程。它意味著對所寫無定形標(biāo)記的擦除是通過標(biāo)記中的成核和隨后的生長而發(fā)生的。依照所述專利，所述Ge-Sb-Te層的CET通過將其厚度增加到高達(dá)25nm而減小，然后在大約50-60ns的值處基于層厚度的進(jìn)一步增加而趨向于變?yōu)槌?shù)。25和35nm之間的厚度范圍已被要求權(quán)利以便于在高數(shù)據(jù)速率記錄中使用。當(dāng)記錄層的厚度變得小于25ns時，CET增加至80ns以上的值。
已知的記錄介質(zhì)顯示出大約50-60ns的其記錄層的最小CET，并且當(dāng)轉(zhuǎn)向較小的記錄層厚度時，CET趨向于增加。對于多記錄層應(yīng)用，理想的是最接近于記錄/讀取激光束的記錄層基于相對高的光學(xué)透射以允許在進(jìn)一步的記錄層中寫入和記錄。記錄層的相對高的光學(xué)透射可僅當(dāng)其厚度低于25nm時被實現(xiàn)。然而，在25nm或以下的記錄層厚度時，已知介質(zhì)的CET增加至較不適合于高數(shù)據(jù)速率記錄的值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在起始段中描述的種類的可重寫光學(xué)存儲介質(zhì)，其具有記錄層，該記錄層具有低于25nm的厚度和最大40ns的CET，從而使其適合于高數(shù)據(jù)速率記錄。
該目的是依照本發(fā)明通過如在起始段中所述的光學(xué)存儲介質(zhì)來實現(xiàn)的，其特征在于所述合金具有以原子百分比表示的配方GexSbyTez所限定的組分，其中0＜x＜15，50＜y＜80，10＜z＜30并且x+y+z＝100；并且記錄層具有從7到18nm的范圍中選擇的厚度。這些材料具有生長支配的結(jié)晶過程。它意味著標(biāo)記擦除是通過從所寫無定形標(biāo)記和結(jié)晶背景之間的邊界進(jìn)行直接生長而發(fā)生的。在該生長結(jié)束之前，所寫無定形標(biāo)記內(nèi)的成核不發(fā)生。意外的是，這些材料的CET首先隨著層厚度的增加而迅速減小，然后基于層厚度的進(jìn)一步增加再次增加。當(dāng)記錄層具有從7到18nm的范圍中選擇的厚度時，CET變得短于40ns。被要求權(quán)利的Ge-Sb-Te組分的CET的厚度相關(guān)性可被理解如下。隨著相位變化記錄層厚度的增加，CET的強初始減小是界面材料和散裝材料的貢獻(xiàn)之間的競爭的結(jié)果。當(dāng)所述層相對薄時，位于界面處的材料的體積分?jǐn)?shù)是大的，其常常在結(jié)構(gòu)上很不同于其散裝形式，例如具有較多缺陷。隨著層厚度的增加，處于散裝形式的材料的分?jǐn)?shù)將增加，并且在某個厚度以上，材料的表現(xiàn)將受散裝形式的控制。顯然，散裝材料具有比界面材料有利的生長速度。
基于相位變化層厚度的進(jìn)一步增加，CET的增加可由材料的體積增加而導(dǎo)致。被要求權(quán)利的Ge-Sb-Te層的結(jié)晶過程是生長支配的。待結(jié)晶的材料的體積變得重要。微晶的尺寸典型地是10nm。當(dāng)所述層薄時，需要二維生長，其需要較短的時間。當(dāng)所述層變厚時，需要三維生長，并且自然需要較長的時間。
在依照本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)的有利實施例中，記錄層具有從8.5到13nm的范圍中選擇的厚度。在該范圍中，CET低于35ns，其使能更高的數(shù)據(jù)速率。
在依照本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)的另一個有利實施例中，第二電介質(zhì)層具有20到40nm的厚度。用于第二電介質(zhì)層，即用于記錄層和金屬反射層之間的層的最優(yōu)厚度被發(fā)現(xiàn)處于15和50nm之間，優(yōu)選地處于20和40nm之間。當(dāng)該層過薄時，記錄層和金屬反射層之間的熱絕緣被不利地影響。結(jié)果，記錄層的冷卻速率被增加，這導(dǎo)致慢的結(jié)晶過程和差的可循環(huán)性(cyclabilty)。冷卻速率將通過增加第二電介質(zhì)層的厚度而減小。CET對金屬反射層的厚度不敏感。其厚度可例如處于從20到200nm的范圍內(nèi)。但當(dāng)金屬反射層薄于60nm時，可循環(huán)性被不利地影響，這是因為冷卻速率過慢。當(dāng)金屬反射層是160nm或更厚時，可循環(huán)性進(jìn)一步惡化，并且由于增加的熱傳導(dǎo)，記錄和擦除功率必須是高的。優(yōu)選地，金屬反射層的厚度處于80和120nm之間。
在依照本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)的又一個有利實施例中，第一電介質(zhì)層具有70到500nm的厚度。當(dāng)?shù)谝浑娊橘|(zhì)層具有低于70nm的厚度時，介質(zhì)的可循環(huán)性被不利地影響。大于500nm的厚度可導(dǎo)致所述層中的應(yīng)力并且淀積較貴。
在依照本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)的專門實施例中，進(jìn)一步的記錄層被提供在具有與(第一)記錄層相同組分的層疊中。進(jìn)一步的記錄可被夾在與(第一)記錄層的電介質(zhì)層類似的電介質(zhì)層之間。進(jìn)一步的輔助層可被提供。在所謂的多記錄層疊介質(zhì)中，以大于激光束的焦深的距離通過中間層分離兩個或多個記錄層而提供這些記錄層。有時多層疊設(shè)計由Ln來表示，其中n表示0或正整數(shù)。激光束所進(jìn)入的第一層疊被稱為L0，而每個更深的層疊由L1..Ln來表示。更深應(yīng)根據(jù)進(jìn)來的激光束的方向來理解。在寫入這種介質(zhì)并從這種介質(zhì)讀取期間，激光束被聚焦到Ln層疊之一的記錄層上。例如，在具有L0和L1層疊的雙層疊介質(zhì)的情況下，為了具有足夠的寫入能量和讀取信號，L0層疊必須足夠透明。這僅當(dāng)L0層疊的記錄層具有25nm的相對低的厚度或更薄時是可能的。作為最深的層疊，L1層疊可具有較厚的記錄層，這是因為它不必是光學(xué)透明的。依照本發(fā)明，低CET被與低記錄層厚度組合，這使得依照本發(fā)明的記錄層適合于在多記錄層疊介質(zhì)中使用。
第一和第二電介質(zhì)層可由ZnS和SiO2的混合物制成，例如(ZnS)80(SiO2)20?？商鎿Q的是例如SiO2、TiO2、ZnS、AlN和Ta2O5。優(yōu)選地，電介質(zhì)層包括碳化物，如SiC、WC、TaC、ZrC或TiC。這些材料給出比ZnS-SiO2混合物高的結(jié)晶速度和好的可循環(huán)性。
對于金屬反射層，諸如Al、Ti、Au、Ni、Cu、Ag、Cr、Mo、W和Ta的金屬以及這些金屬的合金可被使用。
數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的基片至少對于激光波長是透明的，并且例如是由聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、無定形聚烯烴或玻璃制成的。僅當(dāng)激光束通過基片的入口面而進(jìn)入記錄層疊時需要基片的透明度。在典型的實例中，基片是盤形的，并且具有120mm的直徑和0.1、0.6或1.2mm的厚度。當(dāng)激光束通過與基片側(cè)相對的側(cè)而進(jìn)入所述層疊時，基片可以是不透明的。在后者的情況下，所述層疊的金屬反射層與基片相鄰。這亦被稱為相反層疊。相反層疊例如被用在DVR盤中。
記錄層疊側(cè)上的盤形基片的表面優(yōu)選地被提供有伺服軌跡，其可被光學(xué)地掃描。該伺服軌跡常常由螺旋形溝槽構(gòu)成，并且在注?；驂褐破陂g借助模子而形成于基片中?？商鎿Q的是，這些溝槽可在復(fù)制過程中被形成于間隔物層的合成樹脂中，例如UV光可固化丙烯酸酯(acrylate)中。
任選的是，所述層疊的最外層是借助于例如UV光固化聚(甲基)丙烯酸酯的保護(hù)層與環(huán)境隔離的。當(dāng)激光束通過保護(hù)層而進(jìn)入記錄層疊時，保護(hù)層必須具有好的光學(xué)質(zhì)量，即基本上沒有光學(xué)象差并且厚度基本上是均勻的。在此情況下，保護(hù)層對激光是透明的，并且亦被稱為覆蓋層。對于DVR盤，該覆蓋層具有0.1mm的厚度。
可通過例如具有660nm或更短(紅到藍(lán))波長的短波長激光來實現(xiàn)記錄并擦除記錄層疊的記錄層中的數(shù)據(jù)。
金屬反射層和電介質(zhì)層兩者均可通過蒸發(fā)或濺射來提供。
相位變化記錄層可通過真空淀積而施加給基片。已知的真空淀積過程是蒸發(fā)(電子束蒸發(fā)、從坩堝進(jìn)行的阻熱蒸發(fā))、濺射、低壓化學(xué)蒸汽淀積(CVD)、離子電鍍、離子束輔助蒸發(fā)、等離子體增強CVD。由于過高的反應(yīng)溫度，正常的熱CVD過程是不適用的。由此被淀積的層是無定形的，并且顯示出低反射。為了構(gòu)成具有高反射的適當(dāng)記錄層，該層必須首先被完全結(jié)晶，這一般被稱為初始化。為此，記錄層可在爐內(nèi)被加熱至Ge-Sb-Te合金的結(jié)晶溫度以上的溫度，例如180℃?？商鎿Q的是，合成樹脂基片，如丙烯酸酯，可由足夠功率的專門激光束來加熱。這可被實現(xiàn)于例如專門的記錄器中，在此情況下，所述專門的激光束掃描移動的記錄層。無定形層然后在本地被加熱至結(jié)晶該層所需的溫度，而基片無需經(jīng)歷不利的熱負(fù)荷。
可通過使用例如具有660nm或更短(紅到藍(lán))波長的短波長激光來實現(xiàn)高密度記錄和擦除。


將借助示例實施例并參照附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
圖1示出依照本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)的示意斷面圖，圖2示出用于Ge7Sb76.4Te16.6材料的記錄層的厚度d3(以nm表示)和CET(以ns表示)直徑的關(guān)系。
具體實施例方式
圖1示出了依照本發(fā)明用于可擦除高速記錄的可重寫光學(xué)存儲介質(zhì)的橫截面的一部分。記錄和讀取是借助激光束6來進(jìn)行的。介質(zhì)10具有基片1，其由具有120mm的直徑和0.6mm的厚度的PC制成。層的IPIM層疊被提供于基片上，其包括具有厚度d2＝70nm的(ZnS)80(SiO2)20的第一電介質(zhì)層2、具有厚度d3的具有組分Ge7Sb76.4Te16.6的相位變化材料的記錄層3以及具有厚度d4＝20nm的(ZnS)80(SiO2)20的第二電介質(zhì)層4和具有厚度d5＝100nm的Al的金屬反射層5。具有厚度d3的記錄層6在4和30nm之間變化。該變化的效應(yīng)的結(jié)果被示出于圖2中。
相位變化記錄層3是通過對適當(dāng)目標(biāo)的蒸汽淀積或濺射而施加給基片的。由此而淀積的層3是無定形的，并且被初始化即結(jié)晶于專門的記錄器中，如較早時所述。層2、4和5亦通過濺射來提供。
用于記錄、再現(xiàn)和擦除信息的激光束6通過基片1進(jìn)入記錄層3。無定形標(biāo)記是用功率Pw＝1.25Pm(Pm＝熔化閾值功率)和持續(xù)時間100ns的單個激光脈沖來寫的。擦除功率是Pw/2。注意，可替換的實施例是可能的，在其中基片1相鄰于金屬反射層5而被提供，而激光束6仍通過層2而進(jìn)入記錄層3。在此情況下，例如0.1mm的任選的光學(xué)透明的覆蓋層可相鄰于電介質(zhì)層2而被提供。
在圖2中示出了對用于化合物Ge7Sb76.4Te16.6的相位變化記錄層3的以nm表示的厚度d3的以ns表示的CET的相關(guān)性。從圖2的曲線11來看，顯然通過將d3增加到高達(dá)大約10nm，CET迅速減小，并且基于d3的進(jìn)一步增加，它趨向于緩慢增加并且在大約47ns的低值處飽和。
應(yīng)指出，上述實施例說明而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)設(shè)計許多可替換實施例。在權(quán)利要求中，被置于括號之間的參考符號不應(yīng)被理解成限制權(quán)利要求。詞“包括”并不排除除了權(quán)利要求中所列的那些以外的單元或步驟的存在。單元之前的詞“一”或“一個”并不排除多個這種單元的存在。某些措施被列舉于相互不同的相關(guān)權(quán)利要求中的僅有事實并不表示這些措施的組合不能被有利地使用。
依照本發(fā)明，一種可擦除光學(xué)存儲介質(zhì)被提供，其適合于直接覆寫和高數(shù)據(jù)速率記錄，如DVD+RW和可重寫DVR，其具有相對薄的相位變化型記錄層，該記錄層具有至少25Mb/s的可能數(shù)據(jù)速率。
權(quán)利要求
1.一種可重寫光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，用于借助經(jīng)聚焦的激光束(6)來進(jìn)行可擦除的高數(shù)據(jù)速率記錄，所述介質(zhì)(10)包括基片(1)；以及基片(1)上的層的層疊；所述層疊包括第一電介質(zhì)層(2)；包括由Ge、Sb和Te組成的合金的相位變化材料的記錄層(3)；第二電介質(zhì)層(4)；以及金屬反射層(5)，特征在于所述合金具有以原子百分比表示的配方GexSbyTez所限定的組分，其中0＜x＜15，50＜y＜80，10＜z＜30并且x+y+z＝100；并且記錄層(3)具有從7到18nm的范圍中選擇的厚度。
2.權(quán)利要求1的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，特征在于記錄層(3)具有從8.5到13nm的范圍中選擇的厚度。
3.權(quán)利要求1或2的任何一個的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，特征在于所述合金具有以原子百分比表示的配方GexSbyTez所限定的組分，其中6＜x＜8，70＜y＜80，15＜z＜20并且x+y+z＝100。
4.權(quán)利要求1的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，特征在于第二電介質(zhì)層(4)具有20到40nm的厚度。
5.權(quán)利要求1的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，特征在于第一電介質(zhì)層(2)具有70到500nm的厚度。
6.權(quán)利要求1的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，特征在于進(jìn)一步的記錄層被提供于具有與記錄層(3)相同組分的層疊中。
7.先前權(quán)利要求的任何一個的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)的用途，用于具有高于25Mb/s的數(shù)據(jù)速率的高數(shù)據(jù)速率記錄。
全文摘要
描述了一種可重寫的光學(xué)存儲介質(zhì)(10)，其包括基片(1)、第一電介質(zhì)層(2)、Ge－Sb－Te基礎(chǔ)上的相位變化記錄層(3)、第二電介質(zhì)層(4)和金屬反射層(5)。記錄層(3)是具有以原子％表示的組分Ge
文檔編號G11B7/257GK1628347SQ03803321
公開日2005年6月15日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月6日
發(fā)明者G·-F·周, J·C·N·里佩斯, H·J·博格, M·范施德爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司