專利名稱：具有多個(gè)寫一次相變記錄層的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，更確切地說(shuō)，涉及采用多記錄層光學(xué)介質(zhì)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(如光盤)能夠在光學(xué)介質(zhì)上存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。并通過(guò)將激光束聚焦在介質(zhì)記錄層上，隨后檢測(cè)反射光束來(lái)訪問(wèn)該數(shù)據(jù)。
在寫一次讀多次(WORM)的系統(tǒng)中，通過(guò)在記錄層產(chǎn)生永久標(biāo)記，激光器寫入數(shù)據(jù)。一旦將該數(shù)據(jù)記錄在介質(zhì)上，就不能擦除。根據(jù)所寫標(biāo)記和(該標(biāo)記之間的)未寫區(qū)域之間的反射率變化，檢測(cè)WORM內(nèi)的數(shù)據(jù)。在燒蝕WORM系統(tǒng)中，通過(guò)熔化記錄層部分，從而在記錄層產(chǎn)生物理凹槽，激光器寫入數(shù)據(jù)。
與燒蝕WORM系統(tǒng)不同，相變WORM系統(tǒng)采用相變合金作為記錄材料，通過(guò)局部將相變介質(zhì)從一種結(jié)構(gòu)相位(非晶體態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)相位(晶體態(tài))，激光器寫入數(shù)據(jù)。通過(guò)加熱非晶體區(qū)，并將其溫度保持在結(jié)晶溫度或結(jié)晶溫度之上，或者通過(guò)熔化非晶體區(qū)，并緩慢冷卻直至該區(qū)域結(jié)晶，就能實(shí)現(xiàn)以上相位變化。由于將該介質(zhì)設(shè)計(jì)成其第二結(jié)構(gòu)相位不會(huì)輕易轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝唤Y(jié)構(gòu)相位，所以能夠?qū)崿F(xiàn)WORM功能。另一種相變WORM系統(tǒng)采用混合或者熔合多個(gè)空間分離的金屬層。在寫入期間，激光器加熱該介質(zhì)的局部區(qū)域，使得最初分離的各層相互擴(kuò)散，生成混合合金。根據(jù)介質(zhì)上寫入?yún)^(qū)和非寫入?yún)^(qū)之間的反射率變化，檢測(cè)以上兩種類型相變WORM系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
為了增加光盤的存儲(chǔ)量，人們提出了多記錄層系統(tǒng)。通過(guò)改變透鏡的聚焦位置，就可以在不同的空間分離的記錄層，訪問(wèn)具有兩層或兩層以上記錄層的光盤。該方法的示例包括美國(guó)專利5,202,875、5,097,464和4,450,553。
在相變WORM光盤內(nèi)采用多個(gè)記錄層的問(wèn)題在于常規(guī)WORM材料對(duì)光有很高的吸收率。多記錄層光盤要求光盤表面(激光束入射到該表面)和距離該表面最遠(yuǎn)記錄層之間的中間記錄層透光。由于常規(guī)的相變和結(jié)晶WORM材料趨向于吸收大部分光線，所以不可能在更遠(yuǎn)的記錄層上寫入數(shù)據(jù)。如果以較薄的厚度加工中間記錄層以使其透明，則會(huì)缺乏足夠的反射率和/或信號(hào)對(duì)比度(相變合金晶體態(tài)和非晶體態(tài)之間的反射率之差)，從而其不能作為相變WORM記錄層。
日本公開專利申請(qǐng)59-210543(申請(qǐng)人Morinaka)說(shuō)明了用于多層光學(xué)記錄技術(shù)的分層光學(xué)介質(zhì)結(jié)構(gòu)。用兩個(gè)獨(dú)立光線吸收層表示該結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有任何直接相鄰的介質(zhì)層。由于采用汽相淀積法來(lái)淀積隔離層(該方法的淀積率太低，不能夠形成多記錄層系統(tǒng)所需的隔離厚度)，所以沒(méi)有用足夠厚的隔離層來(lái)隔離兩個(gè)光線吸收層。
我們所需要的是一個(gè)多數(shù)據(jù)表面系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從靠近入射激光束的記錄層提供一個(gè)可靠信號(hào)，同時(shí)能夠以合理的激光功率在所有記錄層上進(jìn)行寫入和擦除。
本發(fā)明為多記錄層的相變WORM光盤和光驅(qū)。該光盤具有一透光基底，激光束入射到該基底上。該基底至少固定兩個(gè)空間分離的多薄膜記錄重疊層，每個(gè)重疊層包括一個(gè)有效的相變WORM材料記錄層。該光盤或者為空隙結(jié)構(gòu)或者為固體結(jié)構(gòu)。其中在空隙結(jié)構(gòu)中，由獨(dú)立基底固定每個(gè)記錄重疊層，并且利用空隙隔離所有基底，在固體結(jié)構(gòu)中，利用固體透光隔離層隔離各記錄重疊層。位于基底和最遠(yuǎn)的記錄重疊層之間的各記錄重疊層，包括一有效記錄層和一層與該記錄層接觸的光學(xué)干涉薄膜，其中激光束入射到基底上。以足夠薄的厚度加工記錄層，以便獲得良好的透過(guò)率，但在以上那么薄的厚度，不借助其他層，記錄層就不能充分反射，從而也就不能充當(dāng)具有恰當(dāng)伺服性能和記錄性能的記錄層。
與相鄰的記錄層和間隙相比，與記錄層接觸的光學(xué)干涉薄膜具有較高的折射率，以便增加記錄重疊層內(nèi)的光學(xué)干涉效果。該光學(xué)干涉薄膜對(duì)記錄重疊層的對(duì)比度、反射率和透射率進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)該光學(xué)干涉薄膜也不吸收激光束，從而激光束能夠通過(guò)該薄膜以便在更遠(yuǎn)的記錄層聚焦。這樣就能夠以合理的激光功率在較遠(yuǎn)的記錄層上進(jìn)行寫入。
以下參照附圖，僅僅通過(guò)示例，說(shuō)明本發(fā)明。其中附圖是圖1為本發(fā)明的多記錄層相變光盤的光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖；圖2A為具有空隙的多記錄層光盤的剖面圖；圖2B為雙基底的分層的多記錄層光盤的剖面圖；圖2C為單基底的分層的多記錄層光盤的剖面圖；圖2D為具有防塵罩的分層的多記錄層光盤的剖面圖，其中防塵罩作為通過(guò)空隙與第一記錄層隔離的基底；圖3為光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的光頭和光盤的原理圖，其中光盤為空隙結(jié)構(gòu)，并具有兩個(gè)記錄層；圖4為光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖；圖5為具有空隙的多記錄層光盤的剖面圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的具有相鄰光學(xué)干涉薄膜的多記錄層；圖6A和圖6B是根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)記錄層的光盤的第一數(shù)據(jù)層和第二數(shù)據(jù)層的回讀數(shù)據(jù)抖動(dòng)和標(biāo)記長(zhǎng)度作為激光寫功率的函數(shù)的曲線；
圖7為具有空隙的多記錄層光盤的剖面圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有相鄰雙層薄膜的多記錄層；和圖8為具有空隙的多記錄層光盤的剖面圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的、第一記錄層被夾在相鄰薄膜之間的多記錄層。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的光盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的原理圖，其中用普通參數(shù)10標(biāo)識(shí)該系統(tǒng)。系統(tǒng)10包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)光盤12，最好以現(xiàn)有技術(shù)中的熟知方式將光盤12可裝卸地安裝在固定轉(zhuǎn)軸14上。轉(zhuǎn)軸14與轉(zhuǎn)軸電機(jī)16相連，轉(zhuǎn)軸電機(jī)16又與系統(tǒng)底座20相連。電機(jī)16轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸14和光盤12。
光頭22位于光盤12之下。光頭22與臂24相連，臂24又與啟動(dòng)設(shè)備(如音圈電機(jī)26)相連。音圈電機(jī)26被固定在底座20上，并且在光盤12之下，沿徑向移動(dòng)臂24和光頭22。
圖2A是光盤12的剖面圖。光盤12具有基底50，基底50具有外表面49，激光束照射到該表面上。連接面板50和第二基底56之間的外徑(OD)邊緣52和內(nèi)徑(ID)邊緣54。利用透光材料(如玻璃、聚碳酸酯或其他聚合物)制作基底50?？梢岳门c基底50類似的材料制作基底56，而在光線無(wú)需通過(guò)基底56的實(shí)施方式中，也可以利用不透光的材料制作基底56。在最佳實(shí)施方式中，基底50和56的厚度均為1.2mm?；?0具有一個(gè)薄膜記錄重疊層90，基底56具有一個(gè)薄膜記錄重疊層92。記錄重疊層90和92分別包括一個(gè)有效的相變WORM材料記錄層，和至少一個(gè)透射介質(zhì)層，以下詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)注模、干膜處理或模壓加工，基底50和56分別具有光學(xué)跟蹤槽或光學(xué)跟蹤標(biāo)記和/或在鄰近記錄重疊層90、92的表面形成的標(biāo)題信息。換句話說(shuō)，跟蹤特征可以是在基底內(nèi)形成的槽，或者是記錄在記錄層的標(biāo)記。OD和ID邊緣52和54最好由塑料材料制成，其厚度大約為300微米。利用粘結(jié)劑、粘合劑、超聲波焊接法、溶劑焊接法或其他常規(guī)焊接處理，將邊緣52和54固定到基底50和56上。另外，在對(duì)基底進(jìn)行注模加工時(shí)，可以在基底50和56內(nèi)整體制作邊緣52和54。當(dāng)邊緣52和54到位后，邊緣52和54就在基底50和56之間形成環(huán)形空隙或間隙78。轉(zhuǎn)軸孔80在ID邊緣54內(nèi)通過(guò)光盤12以便容納轉(zhuǎn)軸14。在ID邊緣54(該邊緣用于連接孔80和間隔78)內(nèi)提供多個(gè)通道82，以使間隔78的壓力和光驅(qū)周圍環(huán)境的壓力相等。在通道82上固定多個(gè)低阻抗過(guò)濾器84，以防止空氣中的微小物質(zhì)污染間隔78。過(guò)濾器84可以為石英或玻璃纖維。另外，通道82和過(guò)濾器84也可位于OD邊緣52。
圖3說(shuō)明某種實(shí)施方式的光頭22和光盤12的原理圖。光頭22包括激光二極管200，該二極管可以是砷化鎵鋁二極管激光器，它能夠以固定波長(zhǎng)產(chǎn)生主光束202。激光器二極管200至少能夠以兩個(gè)功率級(jí)運(yùn)行，即第一寫入功率級(jí)和較低的第二讀出功率級(jí)，第一寫入功率級(jí)足夠高，以使得有效記錄層改變相位，通過(guò)所寫記錄層內(nèi)非晶體相位區(qū)域和晶體相位區(qū)域的反射，第二讀出功率級(jí)用于讀出數(shù)據(jù)。光束202由透鏡203準(zhǔn)直，并由圓偏振器204變成圓偏振光，到達(dá)分束器205。分束器205將部分光束202反射到透鏡206和光學(xué)檢測(cè)器207。檢測(cè)器207用于監(jiān)視激光束202的功率。隨后，來(lái)自分束器205的光束202到達(dá)鏡面208，并由鏡面208反射。然后光束202通過(guò)透鏡210，并在記錄重疊層90和92之一上聚焦成為一個(gè)受衍射限制的光點(diǎn)。透鏡210被安裝在支架214上，并相對(duì)于光盤12利用聚焦啟動(dòng)電機(jī)216(可以為音圈電機(jī))調(diào)整其位置。由聚焦啟動(dòng)電機(jī)216引起的透鏡210的移動(dòng)，使聚焦光點(diǎn)在(光盤12的基底50和基底56上的)兩個(gè)記錄重疊層90和92之間移動(dòng)。
由記錄重疊層90和92反射的部分光束202作為反射光束220。光束220經(jīng)過(guò)透鏡210返回，并由鏡面208反射。在分束器205，將光束220對(duì)準(zhǔn)散光鏡232，并射向多元光學(xué)檢測(cè)器234。
圖4是光盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖，并用普通參數(shù)300標(biāo)識(shí)。多元檢測(cè)器234(圖3)產(chǎn)生輸出信號(hào)，該信號(hào)包括數(shù)據(jù)信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)(FES)和跟蹤誤差信號(hào)(TES)。這些信號(hào)由信號(hào)放大器236進(jìn)行放大，并直接發(fā)送到控制器314。同時(shí)，峰值檢測(cè)器310接收來(lái)自放大器236的FES信號(hào)，峰值檢測(cè)器312接收來(lái)自放大器236的TES信號(hào)。同時(shí)，控制器314還接收來(lái)自FES峰值檢測(cè)器310、TES峰值檢測(cè)器312和激光功率檢測(cè)器207的輸入信號(hào)。控制器314是一個(gè)基于微處理器的光驅(qū)控制器。此外，控制器314還連接到激光器200、光頭電機(jī)26、轉(zhuǎn)軸電機(jī)16和聚焦啟動(dòng)電機(jī)216，并且控制這些設(shè)備。
圖2B是另一實(shí)施方式的多記錄層記錄光盤112的剖面圖，該記錄光盤可以取代系統(tǒng)10內(nèi)的光盤12。光盤112的元素與圖2A所示的光盤12的元素類似，但光盤112并沒(méi)有光盤12的邊緣和間隔。利用固體透明間隔122隔離基底150和156。在最佳實(shí)施方式中，利用較高透射率的粘合劑制作間隔122，該間隔還用于粘合基底150和基底156。間隔122的厚度最好接近20-300微米。特定基底150和156上的記錄重疊層190和192含有WORM材料。
圖2C是又一實(shí)施方式的多記錄層記錄光盤412的剖面圖，該記錄光盤可以取代系統(tǒng)10內(nèi)的光盤12。光盤412的元素與圖2B所示的光盤112的元素類似。然而與上述實(shí)施方式不同，光盤412并未采用兩個(gè)獨(dú)立基底(即圖2B中的基底150和156)。而是在單一基底450上設(shè)置多層結(jié)構(gòu)。由固體間隔層422隔離WORM記錄重疊層490和492。間隔層422為透光層，通過(guò)在基底450的記錄重疊層490上進(jìn)行分層或淀積(如干膜處理或旋涂)制成。在最佳實(shí)施方式中，透光間隔層422是由聚合材料(如聚碳酸酯)制成的。間隔層422的上表面具有跟蹤槽和/或標(biāo)題信息，通過(guò)干膜處理或模壓處理在其表面上形成該標(biāo)題信息。隨后在間隔層422的頂部淀積第二WORM記錄重疊層492。然后在記錄重疊層492上制作最后一層聚合材料保護(hù)層456，如紫外(UV)輻射固化旋涂丙烯酸酯或具有粘附層的聚碳酸酯。
圖2D是另一實(shí)施方式的多記錄層記錄光盤512的剖面圖，該記錄光盤能夠代替系統(tǒng)10內(nèi)的光盤12。在該實(shí)施方式中，光盤512包括固體光盤坯556。在光盤坯556上淀積WORM記錄重疊層592，從而制成距離入射激光束最遠(yuǎn)的記錄重疊層。在記錄重疊層592之上制作固體間隔層522，并在間隔層522之上制作記錄入射激光束最近的第一WORM記錄重疊層59 0。通過(guò)旋涂處理在記錄重疊層590之上制作保護(hù)層(如UV固化干膜)。塑料環(huán)536被焊接在間隔層522上，并沿間隔層522的外徑延伸。塑料環(huán)536固定透明塑料防塵罩538。通常防塵罩538的厚度為100微米，延伸到塑料環(huán)536，并被焊接到塑料環(huán)536上。防塵罩538具有一外表面549，激光束入射到該表面上。防塵罩538在防塵罩和第一記錄重疊層590之間形成一個(gè)空隙540，其厚度為0.2-2.0mm。光盤坯556最好由具有光滑表面的固體(如鋁合金)制成。間隔層522為旋涂UV固化或熱固化干膜，其典型厚度為10-150微米。防塵罩538是由透明聚合材料(如聚碳酸酯)制成的。
以下參照?qǐng)D2A所示的光盤結(jié)構(gòu)，說(shuō)明多記錄層的WORM詳細(xì)說(shuō)明書和其生產(chǎn)方法。然而，利用圖2B-2D所示的任何其他結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的多記錄層的WORM系統(tǒng)也是可行的。
圖5是光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)光盤12的剖面圖，其中光盤12具有多個(gè)相變WORM有效記錄層51和66。光盤12具有基底50，基底50具有外表面49，激光束入射到該表面上?；?0最好由聚碳酸酯、非晶體聚烯烴(APO)、有機(jī)玻璃(PMMA)或玻璃制成，并且基底不吸收記錄波長(zhǎng)的光線?；?0的厚度最好1.2mm，但也可以采用其他厚度?？梢栽诨?0的表面(與外表面49相對(duì))上制作用于激光束跟蹤伺服系統(tǒng)的預(yù)地址或預(yù)槽。通過(guò)濺射或蒸鍍?cè)诨?0上淀積有效相變WORM材料的可記錄薄膜51。該材料最好為AxSnySbz(3％＜X＜45％，，1％＜Y＜40％，45％＜Z＜96％，并且x+y+z＝100％)相變類型的合金，其厚度為2到15nm，其中A可以為In、Cr、Bi、Si和其他過(guò)渡金屬。美國(guó)專利4,960,680說(shuō)明了以上類型的相變合金。但是，如該專利所述，其材料為單層，并且其厚度至少要接近20nm。如果該材料的厚度大于20nm，則透光率將低于15％。從而常規(guī)厚度的材料并不適合于多記錄層光盤，該光盤要求透光率高于35％，并且只有厚度低于7.5nm才能獲得35％的透光率。另外，僅僅將厚度縮減到7.5nm以下以提高透光率將導(dǎo)致其他問(wèn)題。如果厚度低于7.5nm，則非晶體相位和晶體相位的反射率將很低，從而不能確保精確聚焦和跟蹤，即不能確保以較低的錯(cuò)誤率讀取數(shù)據(jù)。此外，若不采取保護(hù)措施，如此薄的相變層也易于腐蝕。
在本發(fā)明中，與記錄層51接觸淀積一層或多層附加薄膜(如光學(xué)干涉薄膜53)。利用薄膜的光學(xué)干涉效果，通過(guò)改變各層的厚度就能夠調(diào)整多薄膜記錄重疊層90(有效記錄層51和薄膜53)的透射率、反射率和吸收率。薄膜53和記錄層51一起組成干涉結(jié)構(gòu)。如果恰當(dāng)選擇薄膜53的厚度，根據(jù)其厚度和其折射率的實(shí)部(n)，將出現(xiàn)相長(zhǎng)干涉。對(duì)于給定的薄膜厚度，如果薄膜53的折射率的n值與其相鄰層(記錄層51和空氣)的折射率的n值之差較大，則將增加干涉效果，并且將優(yōu)化記錄重疊層90反射的信號(hào)的對(duì)比度。光學(xué)干涉薄膜53應(yīng)具有較低的吸收率(折射率的虛部較小，即較小的消光系數(shù)k)，從而當(dāng)光點(diǎn)在第二記錄層66上聚焦時(shí)，光點(diǎn)將以極小的吸收率通過(guò)記錄層51和薄膜53。光學(xué)薄膜53最好為介質(zhì)材料，如SiOx，TiOx，ZrOx，CuxO，SiN，SiC，非晶硅或有機(jī)聚合物等等，并可以利用濺射、蒸鍍或旋涂在有效記錄層51上進(jìn)行淀積。適合用作光學(xué)干涉薄膜53的其他材料可以為元素的氧化物和氮化物，該元素可以從Al、Ti、Zr、Cu、Hf、Ta、Nb、Cr和W中進(jìn)行選擇。也可以采用混合有S、Se和Te(一種或幾種)的介質(zhì)材料(如Zn和Cr)。這些材料可以為非晶體相位，也可為晶體相位。如果為非晶體相位，則允許多種結(jié)構(gòu)。例如，SiOx可以具有結(jié)構(gòu)1＜x＜2.1。采用標(biāo)準(zhǔn)薄膜干涉計(jì)算公式來(lái)計(jì)算光學(xué)干涉效果，例如參見(jiàn)，固體薄膜的光學(xué)特性，O.H.Heavens，Academic出版社，1995。
薄膜53的另一重要特性是較低的熱導(dǎo)率。由于有效記錄層51具有較高的透光率(即較低的吸收率)，所以相變材料的寫靈敏度將低于常規(guī)厚度的高吸收率的相變層的寫靈敏度。因此，當(dāng)激光器處于寫功率級(jí)時(shí)，由于薄膜53與有效記錄層51接觸，所以薄膜53的熱導(dǎo)率應(yīng)該很低，從而有效降低了記錄層51的熱量流動(dòng)。通常，薄膜53可以采用熱導(dǎo)率小于0.1W/cm-K的非吸收材料。例如，在400degK時(shí)，SiOx的熱導(dǎo)率為0.015W/cm-K。如果能夠獲得較高的激光功率，則可以放松要求薄膜53具有較低的熱導(dǎo)率。同時(shí)介質(zhì)薄膜53還作為較薄的有效記錄層51的保護(hù)涂層，如果記錄層之間的間隔為空隙的話，則非常需要保護(hù)涂層。
間隔層78與光學(xué)干涉薄膜53相鄰，并隔離記錄層51和記錄層66?？梢栽诘诙行嘧冇涗泴?6上淀積一層非吸收保護(hù)層64，如旋涂干膜(UV-固化丙烯酸酯)。由于記錄層66可以較厚，所以可以不要求層64作為保護(hù)層，也可以不要求層64加強(qiáng)記錄層66的性能。在多記錄層光盤中，第二記錄層66是最后一層有效記錄層，不必具有透射率。因此，該層可以為常規(guī)厚度，如20-200nm。與有效記錄層51相比，較厚的有效記錄層66具有較高的吸收率。因此，記錄層66的寫靈敏度較高，故與薄膜53相比，非吸收保護(hù)層64的熱導(dǎo)率并不關(guān)鍵。從而，可以從具有較低吸收率的介質(zhì)材料中選擇層64，如上述所述層53所用的材料，而其厚度可為10nm到幾微米。在第二基底56上淀積重疊層92(包括第二記錄層66的和保護(hù)層64)?？梢杂没?0所用材料制作基底56，也可以用不透明材料(如不透明塑料材料)和金屬材料(如鋁)制作基底56。
如圖5所示，在光盤12的最佳實(shí)施方式中，采用波長(zhǎng)為780nm的激光器進(jìn)行工作，基底50和基底56為聚碳酸酯，其厚度為1.2mm。第一有效記錄層51為9nm厚的In15Sn20Sb65。該薄膜本身透射大約29％的入射光線，其反射率為13％。通過(guò)淀積150nm的SiO2(其中n＝1.5)光學(xué)干涉薄膜53，重疊層90的透過(guò)率變?yōu)?1％，反射率變?yōu)?0％。對(duì)現(xiàn)有的激光二極管光源，要想獲得良好信噪比的可靠操作，就要求相變WORM記錄結(jié)構(gòu)滿足透光率大于35％，反射率大于10％?？障?8的厚度為200微米?；?6上的第二有效記錄層66為75nm厚的In15Sn20Sb65。保護(hù)層為2微米厚的旋涂干膜(UV-固化丙烯酸酯)。如果采用較短波長(zhǎng)的激光束以便減小光點(diǎn)尺寸，增加記錄密度，則需要調(diào)整記錄層51和薄膜53的厚度。例如，對(duì)于波長(zhǎng)為500nm的激光，薄膜53的厚度最好為110nm，記錄層51的厚度為8nm。
根據(jù)圖5所示的結(jié)構(gòu)，與上述最佳實(shí)施方式類似，在兩層光盤的特例中，有效記錄層51和66是用In15Sn20Sb65制成的，而透明介質(zhì)層53和64是用SiO2制成的。在聚碳酸酯基底50上濺積厚度為8nm的層51。在層51上濺積厚度為15nm的介質(zhì)層53。在聚碳酸酯56上濺積厚度為75nm的第二數(shù)據(jù)層66。在有效層66上濺積厚度為15nm的SiO2保護(hù)層64。隨后焊接兩個(gè)基底，其中空隙78的厚度為300微米。兩記錄重疊層90和92(記錄層51和66以及其相關(guān)的光學(xué)干涉層53和64)的透光率、反射率和吸收率如表1所示表1
利用動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試以上兩層光盤。通過(guò)0.55數(shù)字孔徑的透鏡聚焦波長(zhǎng)為780nm的激光束。轉(zhuǎn)動(dòng)光盤，局部介質(zhì)速度為10.7m/s。采用12ns的激光脈沖記錄8個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖寬度調(diào)制(PWM)數(shù)據(jù)。每個(gè)時(shí)鐘周期為35.4ns。圖6A和圖6B為各記錄層從標(biāo)記尾部邊緣到尾部邊緣(TE-TE)“抖動(dòng)”的回讀數(shù)據(jù)圖形(作為激光寫功率的函數(shù))。抖動(dòng)用于度量所寫標(biāo)記從光盤上理想位置的遷移偏差。在正確標(biāo)記長(zhǎng)度的較低抖動(dòng)，對(duì)于確保以最低的誤差回讀數(shù)據(jù)是很重要的。在最壞情況下，抖動(dòng)最好小于Tc的5％，當(dāng)時(shí)鐘周期為35.4ns時(shí)，抖動(dòng)應(yīng)小于1.8ns。如圖6A-6B所示，在8Tc＝283.2ns正確標(biāo)記長(zhǎng)度，顯示兩個(gè)記錄層的回讀數(shù)據(jù)具有較低的抖動(dòng)，小于1.2ns。對(duì)于兩個(gè)記錄層，要獲得以上較低的抖動(dòng)，要求寫功率小于23mW，而現(xiàn)有的商品化的激光器能夠?qū)崿F(xiàn)該要求。
如圖2A所示，我們采用空隙結(jié)構(gòu)說(shuō)明了本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但圖2B-2D所示的其他光盤結(jié)構(gòu)也是可行的。
圖7是光盤12的另一種實(shí)施方式的剖面圖，標(biāo)識(shí)為12′。用X′(X為整數(shù))標(biāo)識(shí)與光盤12之要素類似的光盤12′之要素。在第一記錄層51′上淀積兩層透光薄膜55和57，以替代薄膜53(圖5)。在某些情況下，如果不能選出高折射率低熱導(dǎo)率的材料(例如，由于生產(chǎn)條件較差)，則可以使用一對(duì)透明薄膜。因此，在光盤12′內(nèi)，用薄膜組合55和57實(shí)現(xiàn)單層薄膜53之功能。薄膜55應(yīng)具有較低的熱導(dǎo)率(但并不要求其n較高)，而薄膜57應(yīng)具有較高的n(但并不要求其具有較低的熱導(dǎo)率)。薄膜55最好為介質(zhì)材料，如SiOx，TiOx，ZrOx，CuxO或有機(jī)聚合物等等。而薄膜57最好為低吸收率的介質(zhì)材料，如上述薄膜層53(圖5)所使用的材料。通過(guò)調(diào)整層55和57的厚度，可以優(yōu)化記錄層51′的光學(xué)特性。例如，薄膜55可以采用厚度為10-80nm的SiO2，而層57可以采用厚度為20-100nm的SiNx。另外，也可以修改第二記錄層66′?？梢哉{(diào)整保護(hù)層64′的厚度，采用光學(xué)干涉效果，以使第二記錄層66′的信號(hào)對(duì)比度最大。通過(guò)蒸鍍或?yàn)R射在第二記錄層66′上淀積SiOx，其厚度為50-200nm。與不采用任何光學(xué)干涉鍍膜的有效記錄層66′相比，利用以上SiOx薄膜層64′，信號(hào)對(duì)比度增加1.3倍到2.2倍。當(dāng)要求增加信噪比時(shí)，例如對(duì)高密度脈沖寬度調(diào)制(PWM)記錄技術(shù)，提高信號(hào)對(duì)比度是有用的。另外，可以在基底和有效記錄層51之間的基底50′上，淀積記錄層51′上的介質(zhì)膜55和57，以取代在有效記錄層51′的頂部淀積介質(zhì)膜55和57。這是由于生產(chǎn)問(wèn)題(如各層之間粘合問(wèn)題)，需要把介質(zhì)鍍膜放在記錄層51′和基底50′之間。
圖8是光盤12的另一種實(shí)施方式的剖面圖，標(biāo)識(shí)為12″。用X″(X為整數(shù))標(biāo)識(shí)與光盤12之要素類似的光盤12″之要素。與圖7所示的光盤12′的實(shí)施方式類似，多記錄層WORM光盤12″具有兩層與有效記錄層51″相鄰的非吸收薄膜72和74。其差別在于有效記錄層51″夾在非吸收薄膜72和74之間。直接在基底50″上淀積介質(zhì)薄膜72，隨后在薄膜72上淀積有效相變記錄層51″，最后在有效記錄層51″上淀積薄膜74。激光束經(jīng)過(guò)非吸收薄膜72，然后到達(dá)記錄層51″。此外，以上三層薄膜記錄重疊層90″還利用光學(xué)干涉效果以便達(dá)到最好性能。薄膜72和74的作用與圖5所示的光盤12的薄膜53的作用相同。因此，薄膜72和74應(yīng)具有較低的熱導(dǎo)率和較高的n值。與光盤12的結(jié)構(gòu)相比，以上結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于在較高的寫功率條件下，可能出現(xiàn)記錄層燒蝕。由于燒蝕可能增加安置數(shù)據(jù)標(biāo)記的誤差，所以我們不希望相變介質(zhì)中的燒蝕。借助所示夾層結(jié)構(gòu)，會(huì)使記錄層內(nèi)出現(xiàn)燒蝕的可能性變得最小。在圖8所示的最佳實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，利用波長(zhǎng)為780nm的激光器進(jìn)行操作，基底50″和56″為1.2mm厚的聚碳酸酯。第一介質(zhì)層72為2nm厚的SiO2。第一有效記錄層51″為8nm厚的In15Sn20Sb65。第二介質(zhì)層74為2微米厚的旋涂UV-固化丙烯酸酯。空隙78″的厚度為200微米?；?6″上的第二有效記錄層66″為75nm厚的In15Sn20Sb65。保護(hù)層64″為2微米厚的旋涂UV-固化丙烯酸酯。
我們采用僅僅有兩個(gè)記錄層的多記錄層的光盤


了本發(fā)明。然而，可以有兩層以上的記錄層。在第一記錄層和第二記錄層之間，可以附加一層或多層記錄層以及相關(guān)的光學(xué)干涉薄膜。例如，如果在圖5所示的最佳實(shí)施方式中包括第三記錄層(以及與其接觸的第二光學(xué)干涉薄膜)，則第一記錄層將為7nm厚的In15Sn20Sb65，第一光學(xué)干涉薄膜將為150nm厚的SiO2。第三記錄層將為7nm厚的In15Sn20Sb65，第二光學(xué)干涉薄膜將為150nm厚的SiO2。這樣，各記錄重疊層的透光率為50％，從而25％的入射到第一基底上的激光束將到達(dá)第二記錄層或最遠(yuǎn)記錄層。
可以采用其他材料組合作為相變WORM記錄層(51，51′，51″，66，66′，66″)，以代替相變類型的AxSnySbz合金，其中該材料組合經(jīng)歷了從非晶體態(tài)到晶體態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且與兩種結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)的反射率差別顯著。指導(dǎo)選擇可行組合的一般原則為材料為理想配比組合，或接近理想配比組合。該組合材料在晶體態(tài)期間幾乎不發(fā)生相位分離。結(jié)晶到穩(wěn)定相位或亞穩(wěn)定相位的材料能夠得到該狀態(tài)。通常，結(jié)晶最快的材料是最可行的材料。另外，對(duì)于其結(jié)晶并不特別快的材料而言，其薄膜結(jié)構(gòu)應(yīng)為相對(duì)絕熱的，以便降低冷卻速度。其目的是防止結(jié)晶點(diǎn)又回到非晶體態(tài)相位(由于聚焦激光束熔化記錄層)。上一個(gè)要求的目的是確保該材料只能被寫一次。這意味著具有較高熱導(dǎo)率的材料(如金屬層)不應(yīng)與記錄層直接接觸，也不應(yīng)利用較薄(例如，小于30nm)的介質(zhì)層進(jìn)行隔離。
最合適的二元混合物材料包括GeTe、SnTe、PbTe、SbSe、Sb2Se3、Sb(1-x)Se(其中0＜x＜0.4)、Bi2Se、Sbi2Se3、Bi2Te、BiTe、Bi2Te3、Sb2Te、SbTe、Sb2Te3、TeSi、Ag2Se、AgSe2、Ag2Te、Ag3Te2、AgTe2、Au2Se3、AuTe2、GaSb和GeSe。另外，這些混合物可以稍微偏離其理想配比，并且通過(guò)添加成核劑(如Ti、Sn或Cr)能夠快速結(jié)晶。適合用作相變WORM的三元混合物包括沿成分連接線(該連接線連接GeTe和Sb2Te3)方向的混合物，確切地說(shuō)，包括GeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、GeSb4Te7，或者沿該連接線方向具有少量Sb、Ti、Pd、Sn或Cr的混合物。其他材料包括In3SbTe2。另一種材料混合物為(InSb)1-x(GaSb)x，其中.5＜x＜＝1。另外，加有金屬添加物(如Pd、Ni或Cu)的TeOx、GeOx、SbOx和InOx類型的低價(jià)氧化物薄膜作為有效記錄薄膜也是可行的。這些低價(jià)氧化物利用熱力驅(qū)動(dòng)非晶體態(tài)到晶體態(tài)的相位轉(zhuǎn)換作為記錄機(jī)制。對(duì)于每種材料，根據(jù)上述說(shuō)明確定非吸收層53、55、57、64、72和74(及其主要對(duì)應(yīng)物)的新的厚度。
我們利用光驅(qū)實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明。然而，對(duì)于其他類型的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，本發(fā)明也是可行的。通常這些系統(tǒng)具有以下特征即可以卸下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)。公共系統(tǒng)以光帶或光卡的形式使用光學(xué)介質(zhì)。與光帶或光卡相連的驅(qū)動(dòng)器通過(guò)平移移動(dòng)光帶或光卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，而對(duì)于光盤，則通過(guò)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。最好利用多記錄層相變WORM材料，來(lái)增加光帶或光卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。對(duì)于光帶或光卡，可以將多記錄重疊層固定在不透明基底上，并覆蓋透明保護(hù)層，其中激光束入射到保護(hù)層上。此時(shí)，保護(hù)層的作用與上述光盤基底的作用相同。光帶和光卡的保護(hù)層以及光盤基底均為透明構(gòu)件，該透明構(gòu)件具有一外表面，激光束入射到該外表面，并且經(jīng)過(guò)該表面到達(dá)記錄重疊層。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)(12)，該介質(zhì)包括(a)第一透光構(gòu)件(50)，該構(gòu)件具有第一表面，該表面形成光盤的外表面(49)，并且激光束入射到該外表面；(b)利用第一構(gòu)件，與第一構(gòu)件外表面隔離的、寫一次相變材料的第一記錄層(51)；(c)與第一記錄層接觸的透光的光學(xué)干涉薄膜(53)，其中光學(xué)干涉薄膜的折射率與第一記錄層的折射率明顯不同，其厚度足以保證光線的相長(zhǎng)干涉，并且第一記錄層以及與該記錄層接觸的光學(xué)干涉薄膜能夠透光；和(d)與第一記錄層隔離的寫一次相變材料的第二記錄層(66)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光介質(zhì)，其中光介質(zhì)為光盤，并且激光束入射到的第一構(gòu)件(50)為基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(112)，該光盤還包括一透光間隔層(122)，該層位于第一記錄層(51)和第二記錄層(56)之間，并且以所述間隔層的厚度隔離第一和第二記錄層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光盤(112)，其中在間隔層(122)上制作第二記錄層(66)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，該光盤還包括一個(gè)第二基底(56)，其中在第二基底上制作第二記錄層(66)，并且利用空隙(78)隔離第一基底(50)和第二基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(512)，該光盤還包括一光盤坯(556)和圓環(huán)(536)，圓環(huán)與光盤坯相連，并沿光盤坯的外徑擴(kuò)展，其中基底為利用圓環(huán)固定的塑料防塵罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的光盤，該光盤還包括一透光間隔層(522)，該層位于第一記錄層(590)和第二記錄層(592)之間，并且隔離第一記錄層和第二記錄層，其中在光盤坯(556)上制作第二記錄層，在間隔層上制作第一記錄層，并利用空隙(540)隔離第一記錄層和塑料防塵罩(538)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中在第一基底(50)的另一表面(光盤外表面(49)的對(duì)面)上制作第一記錄層(51)，并且在第一記錄層(51)上制作光學(xué)干涉薄膜(53)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中在基底(50)上制作光學(xué)干涉薄膜(53)，并在光學(xué)干涉薄膜上制作第一記錄層(51)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中光學(xué)干涉薄膜(53)具有很低的熱導(dǎo)率，使得第一記錄層(51)能夠保留寫功率級(jí)的聚焦光點(diǎn)的熱量，以改變相位。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤，該光盤還包括一層低熱導(dǎo)率的薄膜，該薄膜位于第一記錄層和光學(xué)干涉薄膜之間，并與其接觸，低熱導(dǎo)率薄膜使得第一記錄層能夠保留寫功率級(jí)的聚焦光點(diǎn)的熱量，以改變相位。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12″)，其中直接在基底(50″)上制作光學(xué)干涉薄膜(74)，在光學(xué)干涉薄膜上制作第一記錄層(51″)，第一記錄層與光學(xué)干涉薄膜接觸，并且該光盤還包括在第一記錄層上制作的與該記錄層接觸的第二光學(xué)干涉薄膜(74)；從而兩層光學(xué)干涉薄膜以及中間的記錄層一起構(gòu)成三層薄膜的重疊層。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中第一記錄層(51)和第二記錄層(56)中的相變材料為包含A、Sn和Sb的合金，并且可以從In、Cr、Bi和Si中選擇元素A。
14.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤第一記錄層(51)和第二記錄層(56)中的相變材料為以下混合物即從TeOx、GeOx、SbOx和InOx中選擇一種或幾種氧化物和從Pd、Ni和Cu中選擇一種或幾種金屬組成的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤第一記錄層(51)和第二記錄層(56)中的相變材料實(shí)質(zhì)上是從以下組中選擇的GeTe、SnTe、PbTe、SbSe、Sb2Se3、Sb(1-x)Se(其中0＜x＜0.4)、Bi2Se、Sbi2Se3、Bi2Te、BiTe、Bi2Te3、Sb2Te、SbTe、Sb2Te3、TeSi、Ag2Se、AgSe2、Ag2Te、Ag3Te2、AgTe2、Au2Se3、AuTe2、GaSb和GeSe。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤第一記錄層(51)和第二記錄層(56)中的相變材料實(shí)質(zhì)上是從以下組中選擇的GeSb2Te4、Ge2Sb2Te5、GeSb4Te7、In3SbTe2和(InSb)1-x(GaSb)x，并且0.5＜x＜＝1。
17.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤的光學(xué)干涉薄膜(53)包含氧化硅、氮化硅和炭化硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤的光學(xué)干涉薄膜(53)包含以下元素的氧化物或氮化物，該元素為Al、Ti、Zr、Cu、Hf、Ta、Nb、Cr和W。
19.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，其中該光盤的光學(xué)干涉薄膜(53)包含Zn或Cr與以下一種或幾種元素的混合物S、Se和Te。
20.根據(jù)權(quán)利要求2的光盤(12)，該光盤還包括寫一次相變材料的第三記錄層和第二光學(xué)干涉薄膜，其中第三記錄層位于第一記錄層和第二記錄層之間，第二光學(xué)干涉薄膜與第三記錄層接觸，并且透光。第二光學(xué)干涉薄膜的折射率與第三記錄層的折射率明顯不同，并且其厚度足以提供光線的相長(zhǎng)干涉，第三記錄層以及與其接觸的第二光學(xué)干涉薄膜的透光率約大于25％。
21.一光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括一激光光源(200)，該光源用于以不同的讀寫功率級(jí)以預(yù)定波長(zhǎng)產(chǎn)生激光束；如權(quán)利要求1到權(quán)利要求20之任一要求所要求的一種光學(xué)數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)(12)；一透鏡組(210)，該透鏡組位于激光光源和該構(gòu)件的所述第一表面之間，該透鏡組把激光束聚焦為光點(diǎn)；和與透鏡組相連接的裝置(216)，該裝置以介質(zhì)為基準(zhǔn)移動(dòng)透鏡組，從而聚焦光點(diǎn)可以從某一記錄層移動(dòng)到另一記錄層；因此，對(duì)于讀功率級(jí)的光線而言，當(dāng)光點(diǎn)在第一記錄層上聚焦時(shí)，讀功率級(jí)的光線被第一記錄層(51)和光學(xué)干涉薄膜(53)反射回來(lái)，而對(duì)于寫功率級(jí)的光線而言，當(dāng)光點(diǎn)在第二記錄層(66)上聚焦以便改變第二記錄層內(nèi)材料的相位時(shí)，寫功率級(jí)的光線就透過(guò)第一記錄層和與該層接觸的光學(xué)干涉薄膜。
全文摘要
光驅(qū)(10)使用光盤(12),該光盤具有多個(gè)空間隔離的相變WORM記錄層(51,66)。該光盤具有一透光基底,并且激光束入射到該基底上。至少在該基底上固定兩層空間隔離的多薄膜記錄重疊層(90,92),各重疊層包括一WORM相變材料有效記錄層。該光盤或者為空隙(78)結(jié)構(gòu)或者為固體結(jié)構(gòu),其中在空隙結(jié)構(gòu)中、在獨(dú)立基底(50,56)上固定各記錄重疊層,并利用空隙(78)隔離基底(50,56),而在固體結(jié)構(gòu)中,利用固體透光間隔層(22)隔離記錄重疊層(90,92)。位于基底(50)和最遠(yuǎn)的記錄重疊層之間各記錄重疊層(90,92),均包括一有效相變記錄層(51)和與記錄層(51)接觸的光學(xué)干涉薄膜(53),其中激光束入射到基底(50)上。以很薄的厚度加工記錄層(51),以使其具有良好的透光率,但在如此低的厚度,不利用其他層,則記錄層(51)的反射率會(huì)很低,該層就不能充當(dāng)具有合適伺服性能和記錄性能的記錄層。相對(duì)于相鄰記錄層(51)和間隔(122),與記錄層(51)接觸的光學(xué)干涉薄膜(53)具有較高的折射率,以便增加記錄重疊層(90)內(nèi)的光學(xué)干涉效果。光學(xué)干涉薄膜(53)優(yōu)化了記錄重疊層的對(duì)比度、反射率和透光率。光學(xué)干涉薄膜(53)具有較低的吸收率,從而激光束能夠經(jīng)過(guò)該薄膜,在更遠(yuǎn)的記錄層(66)上聚焦。這樣,就能以合理的激光功率在更遠(yuǎn)的記錄層(66)上進(jìn)行寫入。
文檔編號(hào)G11B7/257GK1189913SQ96195189
公開日1998年8月5日 申請(qǐng)日期1996年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月30日
發(fā)明者韋尼·伊薩米·伊邁諾, 哈爾·杰維斯·羅森, 庫(kù)特·阿蘭·魯賓, 瓦德·偉-崇·唐 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司