專利名稱：光信息載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用激光束記錄、讀與擦除信息的光信息載體，所述光信息載體包括一塊具有一個伺服道及許多層的透明基板，該許多層中包括至少一種相變材料的一個記錄層及至少一層金屬的反射層。
已知的光信息載體如緊致盤(CD)、緊致盤只讀存儲器(CD-ROM)及激光視盤(LV)是由制造商提供信息的，并且用戶只能用市場上可購得的播放設(shè)備讀取。其它信息載體可由用戶記錄一次(CD-R)。一種用戶可記錄與擦除并且在一臺標(biāo)準(zhǔn)的CD播放機(jī)中可讀的信息載體可用在許多應(yīng)用中。一種專用的記錄/擦除設(shè)備用于記錄與擦除，用戶本人可以在信息載體上記錄聲音或數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過擦除步驟之后，在信息載體上可記錄新的信息。
在一臺標(biāo)準(zhǔn)的CD播放機(jī)中讀取一塊可記錄與可擦除信息載體的先決條件是所述信息載體與所述CD播放機(jī)必須是相容的，即它必須符合CD系統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此后稱作CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這表示除了其它要求之外，信息載體的非記錄區(qū)的反射RH及調(diào)制必須具有一個特定的最小值。當(dāng)用一束聚焦的激光束讀取記錄過的信息載體時，反射差和/或光徑長度差產(chǎn)生一束調(diào)制的激光束，該激光束隨即由一個檢測器轉(zhuǎn)換成與編碼的、記錄的數(shù)字信息相適應(yīng)的一個調(diào)制的光電流。該調(diào)制的光電流為一最低基頻為196KHz(千赫)和HF(高頻)信息。令光電流的峰間值為I11，與196KHz相關(guān)聯(lián)的HF信號的最高電平為Itop。調(diào)制定義為I11/Itop，并且根據(jù)上述CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)至少應(yīng)為0.6。調(diào)制的光電流是由信息載體的記錄與非記錄區(qū)之間的反射差與/或光徑長度差引起的。為了達(dá)到所要求的0.6的調(diào)制，只基于反射差的調(diào)制的信息載體必須具有最小的光反差。光反差C定義為C＝100(RH-RL)/RH在這一等式中，RH具有上述含義，而RL則為信息載體的記錄區(qū)(位)的反射。實(shí)際上，由于激光斑的大小，調(diào)制是低于光反差的。這表明，為了滿足0.6的調(diào)制要求，光反差C必須高于60%。非記錄區(qū)的反射要求RH是基于780nm±10nm的激光波長的。對于上述波長的一束垂直入射的平行激光束還測定了基板表面的反射(約4%)，RH至少須為70%。諸如CD播放機(jī)中所用的聚焦激光束的情況中，65%的最小反射值RH便足夠了，即，這樣一種信息載體可在一臺標(biāo)準(zhǔn)的CD播放機(jī)中播放并且是與之兼容的。
一種已知類型的光信息載體具有一層稱作相變材料的記錄層。通過用一束聚焦的激光束局部加熱所述記錄層并隨即冷卻之，便改變了在激光斑位置上的這些材料的結(jié)晶狀態(tài)而形成了一個可讀取的位。取決于記錄層的材料，非晶材料改變成結(jié)晶材料或結(jié)晶材料改變成非晶材料。也可能從一種晶相改變成另一種晶相。例如，記錄層為晶體并具有吸收入射激光束的性質(zhì)。在記錄信息中，轉(zhuǎn)動信息載體并將其暴露在根據(jù)要記錄的信息調(diào)制的一束聚焦的激光束中。借助其自身的性能，在記錄層的曝光區(qū)中便形成了非晶態(tài)的信息位，而在非曝光區(qū)中則仍保持為晶體。晶體材料具有與非晶材料不同的光學(xué)性質(zhì)，從而可用一束低功率的聚焦激光束作為一種光反差在反射中讀出所記錄的信息。在某些相變材料中，可以通過加熱將非晶態(tài)區(qū)變回晶態(tài)區(qū)，反之亦然，從而擦除所記錄的信息。接著便可在記錄層中再次記錄新的信息。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很難制造符合所謂CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的可記錄信息載體。已知的相變材料的反射與反差都太低，因此，如果不經(jīng)過進(jìn)一步的處理，所述這些材料是不適用于與CD播放機(jī)兼容的信息載體中的。
在第一段中所提到的那種信息載體是從歐洲專利申請EP-A-352105中得知的。已知的相變型信息載體包含一塊設(shè)有一條螺旋形伺服道的基板，它帶有許多層，其中包括一種InSb(銦銻)或TeGe(碲鍺)合金的一層記錄層、一層諸如硫化鋅(ZnS)的介電層以及一層諸如金(Au)的反射層。在已知的信息載體的一個較佳實(shí)施例中，非記錄區(qū)與記錄區(qū)的反射分別為72%與38%。從而，該已知信息載體的光反差C為(72-38)/72＝47%。所測得的光反差并因此而得到的調(diào)制是如上所述低于光反差的，從而并不符合所述CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(調(diào)制＞0.6)。
在本發(fā)明申請人所提交的未公布的歐洲專利申請92203773.4(PHN13，925)中，給出了提高這種信息載體的反差而仍保持高初始反射的一種方式，使得所述信息載體能符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為達(dá)此目的，提出了在這些層中設(shè)置一層面向基板的光非緊密的反射層。最好，這些層具有一種MIPIM分層結(jié)構(gòu)，其中M為一層金屬層，I為一層介電層而P則為一層相變記錄層。從基板方向上觀察，所述信息載體包括諸如一層金的薄反射層、一層Ta2O5(五氧化二鉭)介電層、一層(一次性寫入)GeTe記錄層、一層Ta2O5介電層及一層光緊密金層。由于干涉效應(yīng)，信息載體的初始反射與反差都得以提高。對于所述分層結(jié)構(gòu)，非記錄區(qū)與記錄區(qū)的反射分別為70%與12%。從而，光反差C為82%并因而符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
然而，符合CD標(biāo)準(zhǔn)的記錄信息載體的一個問題是由于非記錄區(qū)的反射必須至少為65%這一事實(shí)而非記錄區(qū)中的激光束吸收最高能達(dá)到35%。結(jié)果，信息載體的寫靈敏度是如此之小而在寫過程中要求異乎尋常地大的激光功率。
除了別的目的以外，本發(fā)明的一個目為提供一種稱作CD-E(可擦除)的可記錄與可擦除的光信息載體，它不但符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并且還具有增強(qiáng)的寫靈敏度，即，它能用較小的激光功率記錄。
按照本發(fā)明，這一目的是用本文第一段中所述的一種光信息載體達(dá)到的，其特征在于，其層中還包含至少一個其光吸收具有可逆的、依賴于溫度的特征的輔助層，從而在70℃以下的溫度中該輔助層的光吸收為零或者基本上為零，而在70℃以上的溫度中這些層的光吸收提高到35%以上。本發(fā)明是基于有關(guān)信息載體的反射與調(diào)制的CD要求僅適用于-40℃與+70℃之間的溫度這一理解，即在CD系統(tǒng)的工作范圍中。在+70℃以上的溫度中，反射的急劇降低并因此而引起的吸收的急劇增加是容許的。如果信息載體的整個疊層是在+70℃以上強(qiáng)烈地依賴于溫度的，這一效果便可達(dá)到。如果這些層中的一層或多層在+70℃以上的溫度中經(jīng)受相變，則除了其它變化以外，載體的反射便可實(shí)現(xiàn)隨溫度的增加而顯著地降低。相變的實(shí)例為從有序狀態(tài)到無序狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，如熔化，或者從晶體到非晶體的轉(zhuǎn)變以及從液晶相到各向同性相的轉(zhuǎn)變。從晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變也是可能的。所述轉(zhuǎn)變也可發(fā)生在相反的方向上。按照本發(fā)明，此后稱作輔助層的呈現(xiàn)相變的層位于入射在其上的激光束最多的位置上，最好在那些層與基板之間。當(dāng)溫度降到70℃以下時，必須恢復(fù)原來的光學(xué)狀態(tài)。必須有可能頻繁地在諸如固相與液相之間轉(zhuǎn)換。以這一方式所能達(dá)到的寫靈敏度的提高取決于要達(dá)到的吸收增加。35%的吸收需要諸如30mW(毫瓦)的激光的寫功率。然后達(dá)到70%的吸收增加需要15mW。為了滿足CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的反射與調(diào)制要求，在室溫下(即在70℃以下的溫度中)輔助層的吸收必須為零或基本上為零。
在根據(jù)本發(fā)明的信息載體的一個實(shí)施例中，輔助層中包括硒(Se)。硒的光學(xué)性質(zhì)是受溫度控制的。在室溫及高達(dá)70℃的溫度中，在所使用的激光波長上硒基本上是無吸收性的。在硒的熔點(diǎn)(217℃)以上，輔助層具有足夠的吸收性。如果采用一層硒輔助層，在硒的熔點(diǎn)以上信息載體的反射急劇降低。在用激光束記錄或擦除時，信息載體的溫度上升至諸如600℃而硒輔助層熔化。這便引起吸收的顯著增加，從而寫過程得以用較低的激光功率實(shí)現(xiàn)。冷卻后，硒輔助層固化而其吸收再度變成基本上為零。被擦除的信息載體的反射并從而非記錄區(qū)的反射再度升高到65%以上，從而滿足CD工業(yè)的要求。
在根據(jù)本發(fā)明的信息載體的一個實(shí)施例中，輔助層中包括硒并加有1-6原子百分?jǐn)?shù)的碲。所述添加物使輔助層的吸收系數(shù)k在熔化狀態(tài)中進(jìn)一步提高。在固相中，包含3個原子百分?jǐn)?shù)的碲的硒層的吸收系數(shù)k是小的(0.038)而在熔化狀態(tài)中則升高至0.14。適當(dāng)?shù)剡x擇輔助層的厚度能夠使輔助層及其它層提高吸收，從室溫下的35%到熱態(tài)(約250℃)中的55%，如在記錄或擦除中所出現(xiàn)的。通過其本身的特征，記錄或擦除所需的激光功率可減少大約25%。
在根據(jù)本發(fā)明的光信息載體的另一個實(shí)施例中，輔助層包括AlxGa1-xAs，其中X＝0.01-0.4(通常稱作AlGaAs)。這種材料與其它半導(dǎo)體材料的一種性質(zhì)為光譜吸收頻帶隨溫度移動。AlGaAs的吸收頻帶每100℃移動約40nm。此外，通過用Al(鋁)的適當(dāng)濃度來摻和GaAs對所要求的激光波長將室溫下的AlGaAs的吸收調(diào)節(jié)到基本上等于零。以這一方式，在所要求的波長上可以在溫度升高200℃時得到從0.0006到0.06的吸收系數(shù)k的改變。這種材料的優(yōu)點(diǎn)是其室溫下的吸收低于只含少量百分比的碲的硒的吸收。這在光反差上并因此而在調(diào)制上具有一種有利的效應(yīng)。通過選擇適當(dāng)?shù)腁lGaAs層的厚度可以得到70℃以上溫度上的吸收的提高。對于厚度為190nm的AlGaAs輔助層，輔助層與記錄層的綜合吸收可在溫度升高200℃時從30%提高到48%。
在根據(jù)本發(fā)明的信息載體的一個較佳實(shí)施例中，輔助層是以一層或多層介電層為界限的。由于介電層的存在，防止了輔助層直接接觸基板與/或金屬反射層，從而排除了可能出現(xiàn)的不利的散射效應(yīng)。此外，這些介電層可具有使它們作為干涉層增加反射的厚度。
記錄層包括一種相變材料，呈現(xiàn)諸如晶態(tài)-非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。在記錄中，在本來是晶態(tài)的記錄層上形成非晶態(tài)的信息位。采用的相變材料是可逆的，從而可以擦除所記錄的信息并在擦除后該材料可以再次記錄。已知的這類材料有In-Se、In-Se-Sb、In-Sb-Te、Te-Ge、Te-Se-Sb、Te-Ge-Sb及Te-Ge-Se-Sb的合金。如果在根據(jù)本發(fā)明的一種信息載體中采用了這種材料的一層記錄層，便可得到一種CD兼容的可記錄與可擦除的信息載體(CD-E)。
根據(jù)本發(fā)明的信息載體的最簡單的實(shí)施例具有下述結(jié)構(gòu)SPHM，其中S表示基板，P表示記錄層，H表示輔助層，可以是也可以不是以一層或多層介電層為界限的，而M則表示金屬反射層。在另一個實(shí)施例中，在記錄層與金屬反射層之間存在一層介電層I，而得到下述結(jié)構(gòu)SHPIM。介電層的厚度可以是這樣的，使得所述該層能夠起到干涉層的作用來提高光反差。輔助層H也可位于這些層中的任何位置上。
在信息載體的一個較佳實(shí)施例中，一層第二反射層M′及一層第二介電層位于基板與記錄層之間，所述第二介電層是鄰接于記錄層的。該信息載體具有下述結(jié)構(gòu)SHM′ IPIM。輔助層H，不論是否以介電層為界限，也可位于這些層中的任何位置上。一種變型是諸如SM′HPIM，其中H層是以兩層介電層為界的。如上述本發(fā)明的申請人所提交的未公布的歐洲專利申請92203773.4(PHN 13.925)中所描述的，這導(dǎo)致信息載體的較高反射和/或較高光反差。位于基板側(cè)的反射層M′可包含元素金、鋁、銅及銀中的一種金屬或金屬合金。所述反射層M′是光非緊密的并且有超過諸如0.2的透光系數(shù)。反射層M′也可以是由許多交替地具有高與低折射率的介電層構(gòu)成的一個介電反射面，例如分別由Ta2O5與SiO2介電層構(gòu)成的介電反射面。輔助層H可形成介電反射面M′的層疊的一部分。
信息載體外側(cè)上的反射層M最好是諸如元素金、鋁、銅或銀中的一種金屬或金屬合金的一層光緊密的金屬層，使該反射層透過盡可能少的激光，并從而使盡可能多的激光用于讀，并且使信息載體的反射盡可能地高。通過增加額外的介電層作為干涉層，可以提高反射與反差兩者。一種可能的結(jié)構(gòu)為諸如SIM′IPIM，這些層中也包括輔助層H。同時在這一結(jié)構(gòu)中，輔助層H可形成介電反射面M′的層疊的一部分。
從上文中可以推論出，信息載體的設(shè)計(jì)師在如何優(yōu)化光學(xué)性質(zhì)方面進(jìn)行了充分的考慮。然而，必須牢記P與金屬反射面M(相應(yīng)地M′)以及M與M′不是互相直接鄰接。
至于介電質(zhì)，可采用諸如SiO2、TiO2、Si3N4、ZnS、AlN或Ta2O5等常用材料。也可使用諸如ZnS與SiO2的混合物等所述材料的混合物。
信息載體的基板至少應(yīng)對所采用的780nm±10nm激光波長是透明的，并且包括諸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或玻璃?；逡脖仨毷菍τ糜谟涗浥c擦除的激光波長透明的。按照CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基板的厚度為1.2mm而直徑則為120mm。
在記錄層一側(cè)的基板表面上設(shè)置有光學(xué)可掃描的伺服道。這一伺服道通常是一條螺旋形溝紋，并且是在注?；蚰簳r用模具設(shè)置在基板上的。在復(fù)制過程中，這一溝紋也可設(shè)置在一層單獨(dú)的合成樹脂層上，例如提供在基板上的一層丙烯酸酯的紫外線固化層上。這一溝紋具有1.6μm(微米)的紋槽間距及諸如0.6μm的寬度。
必要時，可用諸如一層紫外線固化的聚(甲基)丙酸脂的保護(hù)涂層將層疊的最外層與外部環(huán)境隔離。
本發(fā)明將用示例性實(shí)施例及附圖更詳細(xì)地加以說明，其中

圖1用圖形示出根據(jù)本發(fā)明的一種光信息載體的剖面，以及圖2示出用作根據(jù)本發(fā)明輔助層的AlGaAs的吸收系數(shù)k(以任意的單位)在溫度T1與T2(T2＞T1)上作為波長λ的一個函數(shù)。
示例性實(shí)施例1圖1用圖形示出根據(jù)本發(fā)明的一種光信息載體的剖面的一部分。參照數(shù)字1表示直徑為120mm，厚度為1.2mm的一塊聚碳酸酯盤形基板?；宓囊幻嫔显O(shè)置有溝紋形式的一條螺旋形伺服道(未示出)。這一伺服道是用適當(dāng)?shù)哪＞咴谧⒛＿^程中成形在聚碳酸酯中的。在形成伺服道的一面上，基板上設(shè)置有一層硒與3個原子百分?jǐn)?shù)的碲的合金的厚度為112nm的輔助層3。輔助層3的頂面與底面上設(shè)置有厚度為5nm的Ta2O5介電層2與4。介電層4上設(shè)置有下述結(jié)構(gòu)的層疊13nm的金反射層519nm的Ta2O5介電層720nm的Te52Ge39Sb9記錄層945nm的Ta3O5介電層11，以及100nm的金(Au)反射層13。
所述各層可用噴涂或汽相淀積設(shè)置。噴涂過程以后，記錄層9是非晶態(tài)的并由溫度處理轉(zhuǎn)變成一層晶態(tài)層。反射層13上用旋轉(zhuǎn)涂覆設(shè)置一種紫外線固化的丙烯酸酯漆膜的10μm厚的保護(hù)層15。
記錄層9的材料為一種可逆的，晶態(tài)-非晶態(tài)，相變材料。
一束用于記錄、讀取及必要時擦除信息的激光束經(jīng)由基板1的進(jìn)入面17進(jìn)入信息載體。這一光束是示意性地用箭頭a表示的。在記錄時，信息載體以均勻的線速度旋轉(zhuǎn)并通過一束調(diào)制的激光束的作用在晶態(tài)的記錄層9中得到非晶態(tài)的位。上述分層結(jié)構(gòu)在室溫下分別在晶態(tài)與非晶態(tài)中得到65%與20%的反射。反射與調(diào)制是符合CD要求的。從而上述信息載體符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并且可以在一臺標(biāo)準(zhǔn)的CD播放機(jī)上播放。此外，由于采用了輔助層3，它在寫過程中熔化，層疊的吸收從室溫下的35%提高到70%以上溫度中的55%，因而寫所需的激光功率降低了約25%。在寫入信息載體以后，這些位可以在反射差的基礎(chǔ)上在一臺傳統(tǒng)的CD播放機(jī)中讀取。在低激光功率的讀過程中所產(chǎn)生的溫度上，輔助層基本上是透明的。信息是可以擦除的，使非晶態(tài)的位變成晶態(tài)的。隨后，信息載體可以再記錄。
示例性實(shí)施例2重復(fù)示例性實(shí)施例1，輔助層3包含一層厚度為315nm的AlxGa1-xAs層，其中X＝13原子百分?jǐn)?shù)。該輔助層是以厚度為5nm的Ta2O5介電層2與4為界的。介電層4上設(shè)置有下述結(jié)構(gòu)的層疊13nm的金反射層510nm的Ta2O5介電層722nm的Te52Ge39Sb9記錄層944nm的Ta2O5介電層11，以及100nm的金反射層13。
圖2示意性地示出這種半導(dǎo)體材料的吸收帶。在該圖中，吸收系數(shù)k(以任意單位)相對于波長λ用虛線畫出。連續(xù)線形式的曲線示出室溫T1中的吸收帶。在較高的溫度上，吸收帶移向較長的波長。用虛線表示的曲線示出諸如在220℃(T2)上的吸收帶。將AlxGa1-xAs中的X值選定為在用于寫過程的激光波長λL上使得吸收系數(shù)在這一溫度升高上從0.0006(k1)增加到0.06(k2)。
上述分層結(jié)構(gòu)在室溫中在晶態(tài)與非晶態(tài)中分別得到70%與24%反射。反射與調(diào)制滿足CD要求。從而，上述信息載體符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并且能夠在一臺標(biāo)準(zhǔn)的CD播放機(jī)上播放。在上述輔助層厚度上，層疊的吸收從室溫中的30%提高到70%以上溫度中的53%。從而用于寫入與擦除的激光功率得以相應(yīng)地降低。吸收帶的移位是可逆的，因此在室溫中，輔助層的吸收再一次基本上零。這時，信息載體的非記錄區(qū)重新呈現(xiàn)70%的高反射。根據(jù)本發(fā)明的信息載體是一種符合CD工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CD-E)的可記錄的以及在必要時可擦除的光信息載體，此外，它能在低于不采用輔助層的信息載體的激光功率上記錄與擦涂。
權(quán)利要求
1.一種用激光束記錄、讀取及擦除信息的光信息載體，所述光信息載體包括具有一條伺服道的一塊透明基板及許多層，這些層中包括至少一種相變材料的一層記錄層以及至少一層金屬的反射層，其特征在于這些層中還包括至少一層具有下述性質(zhì)的輔助層光吸收具有可逆的、依賴于溫度的特征，從而在70℃以下的溫度上輔助層的光吸收為零或基本上為零，而在70℃以上的溫度上這些層的光吸收升高至35%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種光信息載體，其特征在于該輔助層包含硒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種光信息載體，其特征在于該輔助層包括硒與1-6原子百分?jǐn)?shù)的碲的一種合金。
4.權(quán)利要求1中所述的一種光信息載體，其特征在于該輔助層包括AlxGa1-xAs，其中X＝0.01-0.4。
5.前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)中所述的一種光信息載體，其特征在于該輔助層是以一層或多層介電層為界限的。
6.前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)中所述的一種光信息載體，其特征在于該記錄層包括選自由In-Se、In-Se-Sb、In-Sb-Te、Te-Ge、Te-Se-Sb、Te-Ge-Sb及Te-Ge-Se-Sb所組成的組中的一種合金。
7.前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)中所述的一種光信息載體，其特征在于在反射層與記錄層之間存在一層介電層，所述記錄層是位于基板一側(cè)的。
8.權(quán)利要求7中所述的一種光信息載體，其特征在于一層第二反射層及一層第二介電層是位于基板與記錄層之間的，所述第二介電層鄰接于記錄層。
9.權(quán)利要求8中所述的一種光信息載體，其特征在于在基板與第二反射層之間存在一層第三介電層。
10.前面的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)中所述的一種光信息載體，其特征在于該輔助層存在于基板與層疊之間。
全文摘要
一種光信息載體，它包括一塊基板(1)、一層以介電層(2與4)為界限的輔助層(3)、一層薄反射層(5)、一層介電層(7)、一層相變層(9)、一層介電層(11)、一層緊密金屬反射層(13)以及一層保護(hù)層(13)。該信息載體是可由一束激光束a記錄與擦除的，并且可以在一臺常規(guī)的CD播放機(jī)中播放。輔助層(3)包括硒或AlGaAs。所述輔助層具有在70℃以上的溫度時顯著地增加吸收的性質(zhì)。從而，包括所述輔助層的信息載體可用比不包括所述輔助層(3)的信息載體低的激光功率記錄。
文檔編號G11B7/243GK1107600SQ9410155
公開日1995年8月30日 申請日期1994年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月18日
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