專利名稱：適于使用紫外激光源存儲數(shù)據(jù)的光學記錄盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學記錄載體，其使用記錄/讀取設備來存儲數(shù)據(jù)。所述記錄/讀取設備包括波長λ在230nm至270nm范圍內的紫外激光器。該記錄設備包括用于在光學記錄盤上聚焦激光束的物鏡。該物鏡具有預定的數(shù)值孔徑NA。
光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在數(shù)據(jù)容量方面歷經(jīng)了逐年的提高。光學存儲系統(tǒng)，特別是光盤，是通過單色激光束讀取的，所述激光束經(jīng)由物鏡會聚在盤上。光盤的數(shù)據(jù)容量受限于該單色激光束的焦點尺寸。光斑尺寸與所使用的激光的波長(λ)和物鏡的數(shù)值孔徑(NA)成比例D∝λNA]]>光盤的總數(shù)據(jù)容量由讀出和/或記錄系統(tǒng)的光斑尺寸決定。
通過提高物鏡的數(shù)值孔徑(NA)并減小激光的波長(λ)，總數(shù)據(jù)容量從650M字節(jié)(CD，NA＝0.45，λ＝780nm)提高到了4.7G字節(jié)(DVD，NA＝0.60，λ＝650nm)，甚至達到了25G字節(jié)(BD，前身是DVR，NA＝0.85，λ＝405nm)。BD(藍光盤)的數(shù)據(jù)密度是按光學比例從DVD的數(shù)據(jù)容量推導的。
聚焦激光束必須由一個控制機構驅動，以便在數(shù)據(jù)的讀出或記錄期間精確地跟蹤軌道。軌道是在盤上將要記錄信息的區(qū)域。通常的軌道具有螺旋形狀。為了在盤上讀取或記錄信息，激光束的焦點必須跟隨軌道。為此目的，在光盤上提供一種螺旋溝槽結構。對于僅溝槽記錄(groove-only recording)，數(shù)據(jù)被寫在溝槽階面(grooveplateau)內或相鄰的槽脊階面(land plateau)上。本文中，我們將最靠近入射激光束的階面表示為槽上階面(on-groove plateau)。最遠離入射激光束的階面稱為槽內階面(in-groove plateau)。數(shù)據(jù)也可同時寫在槽內階面與槽上階面上。這種記錄方案稱為槽內/槽上記錄(in-groove/on-groove recording)。

圖13示意地表示了槽內/槽上的同時記錄。軌道是數(shù)據(jù)被寫在槽上或槽內階面的位置(僅溝槽記錄)，或是被同時寫在槽內和槽上階面的位置(槽內/槽上記錄)。兩個軌道之間的距離稱為軌距(TP)。
跟蹤誤差是激光束的焦點的預期位置與實際位置之間的偏差。焦點的預期位置是在軌道的中心處。用來產生跟蹤誤差信號的光學參數(shù)通常叫做推挽信號。為了檢測焦點相對于軌道的空間偏移，記錄/讀取設備具有輔助檢測器以用來基于溝槽結構產生推挽信號。利用該推挽信號來控制致動器，致動器在盤的旋轉期間定位記錄頭，從而在軌道上定位焦點。
溝槽結構由槽深d、側角θ、槽寬L1和溝槽占空比來表征。圖2中給出了它們的定義。在如圖2所示的槽內排布的情況下，兩個相鄰溝槽之間的間距等于軌距。槽深d即為溝槽的深度。溝槽占空比定義為槽寬L1除以軌距TP。側角θ決定了溝槽與相鄰階面之間的斜度。在當前的定義下，槽上就是指入射激光束首先到達的基板部分(階面)，槽內就是指遠離入射激光束的基板部分(溝槽)。
此外，溝槽形狀還對局部的光吸收具有顯著影響。這例如可以從藍光盤系統(tǒng)(DVR系統(tǒng))的初始相態(tài)中的槽脊/溝槽記錄方案中了解，其中槽脊和溝槽階面表現(xiàn)出不同的記錄現(xiàn)象。在槽脊/溝槽的定義方案中，就寫入功率和熱交叉寫入(通過在中心軌道中寫入標記而可部分擦除相鄰軌道中的標記的現(xiàn)象)而言，觀察到槽脊和溝槽加熱之間明顯的差異。溝槽(槽內)加熱傾向于更高的寫入功率和更多的熱交叉寫入。因此，在同時考慮跟蹤與光學吸收的情況下，具有最佳性能的溝槽形狀的合適選擇對于高質量的光學數(shù)據(jù)記錄是最為重要的。
本發(fā)明的目的是提供一種用于存儲數(shù)據(jù)的光學記錄載體，它對于深度UV記錄具有成比例擴大的數(shù)據(jù)容量，并針對跟蹤和光學吸收進行了優(yōu)化。
該目的是通過一種用于存儲數(shù)據(jù)的光學記錄載體實現(xiàn)的，所述光學記錄載體的特征在于對于僅溝槽記錄和槽內/槽上記錄，螺旋軌道都具有0.55×λ/NA與0.75×λ/NA之間的軌距TP。λ是用于讀取/記錄數(shù)據(jù)的紫外激光的波長，其范圍在230nm至270nm之間。NA是用于將激光束會聚于光學記錄盤上的物鏡的數(shù)值孔徑。例如目前用于藍光盤系統(tǒng)的高端物鏡的典型數(shù)值孔徑為NA＝0.85。在這種情況下，λ＝266nm的系統(tǒng)的有效光斑半徑R0(即激光光斑強度下降到其最大強度的1/e處的半徑)為R0＝99nm。表1中比較了R0的這個值與其它三種已知系統(tǒng)(CD、DVD和BD)的值。相關的光斑面積和預期數(shù)據(jù)容量也在表中給出了。若考慮有效光斑面積(πR02)，則可以看出UV系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量預期可達到60-65G字節(jié)。對于數(shù)值孔徑NA＝0.65，所得到的數(shù)據(jù)容量低于數(shù)值孔徑NA＝0.85的情形。
表14代光學存儲系統(tǒng)的光斑尺寸和測算數(shù)據(jù)容量總之，對于λ＝266nm和NA＝0.85來說，有效光斑半徑R0約為100nm。如果追求過小的軌距，則光斑將極廣地覆蓋相鄰軌道和寫入數(shù)據(jù)，這可導致數(shù)據(jù)破壞、讀出數(shù)據(jù)時的光學串擾以及推挽跟蹤信號的嚴重劣化。另一方面，如果追求過寬的軌距，則將達不到目標數(shù)據(jù)容量。本發(fā)明獲得了關于最小熱交叉寫入、可接受的光學串擾、可接受的推挽信號以及最大可實現(xiàn)數(shù)據(jù)容量的最佳數(shù)據(jù)軌距。圖1中給出了CD、DVD、BD和UV系統(tǒng)的跨軌(橫向)溫度分布的數(shù)值模擬。
圖1示出了作為激光脈沖加熱(50ns的寫入脈沖)的結果的對于CD、DVD、BD和UV條件下的跨軌(橫向)溫度分布。該分布是以軌道中心的最高溫度為基準被標準化了，且被描繪成跨軌(橫向)坐標的函數(shù)，而該跨軌坐標以有效光斑尺寸(R0)為度量單位。
可以看出所有的溫度分布都服從類似的曲線。從圖中我們可以看到在徑向位置y＝2×R0的相鄰軌道的中心的溫度已下降到了最高溫度Tmax的0.2倍。
在基于相變的可重寫光盤中，熱交叉寫入特別是因中心軌道的寫入而導致的相鄰軌道中的標記的(部分)重結晶。激光引入的重結晶發(fā)生在高于結晶溫度(200℃-300℃)的溫度。軌道中的最高溫度(Tmax)約為800℃-1000℃，以使足夠寬的標記熔融。取決于記錄材料的具體性能，相鄰軌道中的0.2Tmax或更低的溫度是一個避免熱交叉寫入的合理基準。在此情形中，相鄰軌道處的溫度保持在200℃以下。如果我們將TP＝2×R0作為軌距的最小值，則可以避免熱交叉寫入。如果光斑強度分布服從高斯分布，則可得到下面的R0的表達式R0＝0.52*1.22*λ/(2*NA)為盡量避免熱交叉寫入，優(yōu)選為TP＝2×R0。于是TP＝2*R0TP＝2*0.52*1.22*λ/(2*NA)TP＝0.63*λ/NA值0.63附近的范圍是所要求的，即0.55*λ/NA＜TP＜0.75*λ/NA下限0.55是通過在實際材料中的熱交叉寫入決定的。上限0.75與數(shù)據(jù)容量有關。由此提供了一種具有優(yōu)化了軌距的使用UV激光的光盤。
優(yōu)選地，所述光記錄盤的特征是槽深為d，其中所述的槽深在112×λn0]]>和14×λn0]]>之間，n0是光記錄盤的覆蓋層的折射率。槽深決定了用于跟蹤的推挽信號的幅度。推挽信號必須足夠強以便確定激光光斑是否在軌道上。
槽深應當這樣選擇槽內反射的波長λ的光束與槽上反射的波長λ的光束之間會發(fā)生部分相消性干擾。如果從槽脊反射的光束和從溝槽反射的光束之間的光學延遲為λ/(n0×2)，即2×d×n0＝λ/2，則兩束光相互完全抵消，且從光盤上反射的光的總強度最小。nO是記錄疊層與物鏡之間的介質的折射率。當使用覆蓋層時，該折射率n0是該覆蓋材料的折射率，對于空氣入射的記錄，n0＝1。d是槽深，而2×d×n0是從槽內和槽上反射的光束之間的光學延遲。槽上和槽內之間的光程差定義為d×n0或光學延遲的一半。
由此，為了避免完全的相消干擾，以不至于得到極低的反射光強度及因此得到極低的信號幅度，槽深應當小于d＝λ/(4×n0)。對于大于這個值的槽深，推挽信號的極性會反轉。因此，在實際的盤中使用約λ/8的光程差。λ/12的最小光程差將保證足夠強的跟蹤信號。但這并不是一個嚴格的限度，因為推挽幅度不僅取決于槽深，而且同樣取決于軌距對于較大的軌距，稍淺的溝槽也能被接受。
本發(fā)明既覆蓋僅溝槽記錄，也覆蓋槽內/槽上記錄。僅溝槽記錄是只用槽內或槽上階面進行記錄的記錄方案。在槽內/槽上記錄中，兩個階面都被用來記錄。圖13中描繪了藍光盤條件下的兩種記錄方案。箭頭指示了入射激光束。圖13中示出了槽內/槽上記錄的曲線圖(上圖)和僅溝槽記錄的曲線圖(下圖)。下圖表示了一種記錄方案，其中用槽上階面進行記錄。下圖的軌距TP等于320nm，且等于相鄰階面的中心之間的距離。上圖的軌距TP等于300nm，且等于一個階面的中心與一個相鄰溝槽的中心的距離。上圖中兩個相鄰階面的中心之間的距離等于600nm。
優(yōu)選地，所述光盤具有的占空比DC在30％和70％之間。如果占空比接近0％或100％，則推挽信號將消失。
現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
圖1示出了作為激光脈沖加熱(50ns的寫入脈沖)的結果的對于CD、DVD、BD和UV條件下的跨軌(橫向)溫度分布。該分布是以軌道中心的最高溫度為基準被標準化了，且被描繪成跨軌(橫向)坐標的函數(shù)，而該跨軌坐標以有效光斑尺寸(R0)為度量單位。
圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的示意圖。
圖3示出了溝槽形BD和UV介質的跨軌溫度分布。所顯示的是槽內和槽上的溫度分布。
圖4示出了對于多個槽深的槽內加熱的跨軌溫度分布(UV記錄條件)。
圖5示出了對于兩個槽深的槽上加熱的跨軌溫度分布(UV記錄條件)。
圖6示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。記錄是通過覆蓋層來進行的。軌距TP等于175nm且溝槽占空比等于50％。
圖7示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。記錄是通過覆蓋層來進行的。軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。
圖8示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。記錄是通過覆蓋層來進行的。軌距TP等于225nm且溝槽占空比等于50％。
圖9示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。所進行的是空氣入射記錄。軌距TP等于175nm且溝槽占空比等于50％。
圖10示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。所進行的是空氣入射記錄。軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。
圖11示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。所進行的是空氣入射記錄。軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。
圖12展示了兩個圖，它們表示在溝槽占空比為30％、50％和70％的光盤中進行槽內和槽上加熱的跨軌溫度分布。
圖13是槽脊/溝槽加熱和僅溝槽加熱和記錄的示意圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的示意圖。它展示了所提出的共形的(conformal)溝槽形狀。在一個預置溝槽的基板上沉積MIPI疊層(M表示金屬，I表示介電層，P表示相變層)。圖2所示的光學記錄載體包括下列各層覆蓋層、頂介電層、相變層PC、底介電層、金屬層和最后的基板層。
錐形29表示聚焦的入射電磁輻射束的方向。“槽內”指的是在基底中模壓的溝槽。此處考慮的是僅溝槽記錄的方案。槽內/槽上記錄方案是本發(fā)明的另一種實現(xiàn)方式，本實施例并未涉及。在如圖2所示的槽內排布的情況下，兩個相鄰溝槽之間的節(jié)距等于軌距TP。其它的溝槽尺寸有側寬FW、槽內寬度L1、槽上寬度L2、側角θ和槽深d。“槽上”就是槽脊階面。如圖2中所示，記錄介質的軌距TP等于200nm；槽深等于20nm；溝槽占空比等于50％。槽內和槽上寬度L1和L2都是100nm。側角等于60°。側寬FW等于11.5nm。
下面的表2列出了圖2中所示的本實施例的光盤的屬性。N是各個層的折射率，K是在266nm的波長下不同層的吸收率。
表2疊層設計中各層的層厚及光學性能(波長λ＝266nm)
圖2中所示的光學記錄盤為波長等于266nm的激光和數(shù)值孔徑NA＝0.85的物鏡進行了優(yōu)化。由TP＝0.64×λ/NA得到軌距等于200nm。這恰在所附的權利要求1覆蓋的范圍內。20nm的槽深相當于17.5×λn0,]]>這恰在所附的權利要求2覆蓋的范圍內。50％的占空比則包含在所附的權利要求3中。
圖3中給出了槽深為20nm的BD與UV光記錄載體的跨軌溫度分布。BD疊層的其它參數(shù)為TP＝320nm、FW＝11.5nm、L1＝L2＝160nm(DC＝50％)，UV溝槽形狀的參數(shù)為TP＝200nm、FW＝11.5nm、L1＝L2＝100nm(DC＝50％)。UV介質相當于圖2中的實施例。所顯示的是對于槽內和槽上加熱的溫度分布。為便于比較槽內和槽上加熱之間的差別，將槽上分布偏移了1/2TP。對于20nm深的溝槽，可以看到槽內和槽上加熱之間的差別在BD記錄條件(NA＝0.85、λ＝405nm)下是相對較小的，而該差別在UV記錄條件(NA＝0.85、λ＝266nm)下是顯著的。對于兩種記錄系統(tǒng)，槽上加熱都帶來了較低的旁瓣和更寬的中央峰溫度。
圖3中顯示的較窄的兩條曲線表示的是對于槽內和槽上軌道的UV溫度分布。由于UV曲線具有更小的旁瓣和一個高的峰值，UV曲線的溫度分布優(yōu)于BD曲線的溫度分布。因此它更容易避免熱交叉寫入。
熱交叉寫入是在寫入中心軌道期間部分地擦除或覆寫了存在于相鄰軌道中的標記的現(xiàn)象。槽內加熱會導致相鄰軌道的較高溫度，因此槽內記錄對于熱交叉寫入更加敏感。在UV系統(tǒng)的情況下，相鄰軌道中的標記位于y＝TP＝200nm處。因此，旁瓣只能達到100nm而幾乎不可能導致相鄰標記的重結晶。若將熔融邊界作為標記形成的基準，則槽上記錄會產生更寬的標記。顯然，槽上記錄比槽內記錄需要更小的寫入功率。
圖4中示出了對于各種槽深的槽內加熱的跨軌溫度分布。從該分布圖中看，很明顯25nm的槽深帶來了軌道中心的最高溫度。圖5示出了對于槽上加熱的跨軌溫度分布。中心軌道處的溫度分布更寬，并且也具有更不顯著的旁瓣。
對于UV記錄來說，槽內和槽上加熱都可以考慮。在僅溝槽記錄的情況下，標記被部分地寫入到相鄰的側面和階面處。如果標記所需要的寬度超過中心階面，則槽內記錄是合適的。人們可以有利地使用相對較高的旁瓣，對于寫入標記只需要中等的功率電平。如果追求的是窄的標記，例如為了進一步縮小數(shù)據(jù)軌距，則推薦槽上記錄方式。從熱學的角度看，優(yōu)選的槽深約為20-25nm。另外，占空比的影響也是重要的。
圖12中解釋了藍光盤條件下的占空比的影響。圖13的上圖示出了槽內記錄的溫度分布。圖13的下圖示出了槽上記錄的溫度分布。兩個圖中的軌距TP、槽深d和側角都是相等的。兩幅圖中都顯示了對于不同占空比DC(即30％、50％和70％)的溫度分布。相比于槽上記錄，槽內記錄的溫度分布中的旁瓣更大。大的占空比導致寬的溫度分布。對于小占空比的情況，則得到狹窄的溫度分布。
圖6至11中示出了不同光盤結構的推挽跟蹤信號。圖6至11中的推挽信號是計算結果。在透過覆蓋層(折射率n0＝1.5)記錄的情況下和在空氣入射記錄(折射率n0＝1.0)的情況下對于三個不同的軌距(TP)假設λ＝266nm且NA＝0.85的跟蹤信號。
圖6示出了作為徑向位置的函數(shù)的推挽信號，該徑向位置以軌距為標準。記錄是通過覆蓋層來進行的。軌距TP等于175nm且溝槽占空比等于50％。在圖7中，記錄是透過覆蓋層進行的，軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。在圖8中，記錄是透過覆蓋層進行的，軌距TP等于225nm且溝槽占空比等于50％。在圖9中，所進行的是空氣入射記錄，軌距TP等于175nm且溝槽占空比等于50％。在圖10中，所進行的是空氣入射記錄，軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。在圖11中，所進行的是空氣入射記錄，軌距TP等于200nm且溝槽占空比等于50％。
在溝槽幾何尺寸的選擇上必須考慮的另一個要求是跟蹤所需的推挽信號。從數(shù)據(jù)容量的角度看，小的軌距是合適的，但這會劣化推挽信號從而使跟蹤的可靠性打折扣。實際應用中，0.2的標準化推挽信號在跟蹤可靠性和徑向數(shù)據(jù)密度之間提供一個良好的折衷。
圖7的示圖中的20nm槽深的曲線是圖2中所示的優(yōu)選實施例的光盤的曲線。對于上述曲線，標準化推挽信號超過了0.2。因此優(yōu)選實施例的光盤提供了令人滿意的推挽信號。
權利要求
1.適于使用記錄/讀取設備來存儲數(shù)據(jù)的光學記錄載體(20)，所述記錄/讀取設備包括紫外激光源和物鏡(21)，該激光源發(fā)射波長λ在230nm至270nm的范圍內的電磁輻射(29)，該物鏡(21)的數(shù)值孔徑為NA，用于將該電磁輻射會聚在該光學記錄載體上，其特征在于螺旋軌道(22)的軌距TP在0.55×λ/NA和0.75×λ/NA之間。
2.如權利要求1所述的光學記錄載體，其特征在于槽深為d，其中所述槽深在 和 之間，n0是該光學記錄載體的覆蓋層的折射率，或者在光學記錄載體不具備覆蓋層的情況下，n0等于1。
3.如權利要求1或2所述的光學記錄載體，其特征在于溝槽占空比在30％和70％之間。
全文摘要
一種適于使用記錄/讀取設備來存儲數(shù)據(jù)的光學記錄載體(20)，所述記錄/讀取設備包括紫外激光源，該激光源發(fā)射波長X在230nm至270nm的范圍內的電磁輻射(29)。該記錄/讀取設備還包括物鏡(21)，用于將電磁輻射(29)會聚在該光學記錄載體上。NA是該物鏡(21)的數(shù)值孔徑。該光學記錄載體包括螺旋軌道(22)，其軌距TP在0.55×λ/NA和0.75×λ/NA之間。
文檔編號G11B7/24079GK1930614SQ200580007476
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權日2004年3月9日
發(fā)明者E·R·梅恩德斯, A·米杰里特斯基, H·C·F·馬坦斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司