專利名稱：可重寫的光信息記錄介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于通過激光束高速記錄的可改寫的光信息記錄介質，所述介質包括載有疊層的基片，該疊層按次序包括第一介電層、包括由銻(Sb)和碲(Te)所構成的相變記錄材料的記錄層、第二介電層以及金屬鏡面層。
本發(fā)明還涉及在高存儲密度和高數據率應用中采用這種光記錄介質。
基于相變原理的光信息或數據存儲是另人注目的，而因為它結合了可直接重寫(DOW)與高存儲密度這兩個特點，并具有容易與只讀系統(tǒng)兼容的性能。相變光記錄涉及使用聚焦激光束在薄的結晶膜中形成亞微米量級的無定形記錄標志。在記錄信息過程中，該介質相對于聚焦激光束移動，該激光束根據要被記錄的信息而調制。因此，在相變記錄層中出現(xiàn)淬火(quenching)現(xiàn)象，并且在記錄層的曝光區(qū)域上形成無定形的信息位，而在不曝光區(qū)域保持結晶態(tài)。寫入的無定形標志的擦除是通過用相同的激光加熱重新結晶而實現(xiàn)的。無定形標志表示數據位，其可以通過低功率聚焦的激光束由基片再現(xiàn)。無定形標志相對于結晶記錄層的反射差異產生被調制的激光束，其隨后由檢測器根據編碼記錄的數字信息轉換為光電流。
在相變光記錄中的一個最重要的需求是高數據率。高數據率要求該記錄層具有高的結晶化速度，即短的結晶時間。為了保證以前記錄的無定形標志可以在直接改寫過程中重新結晶，記錄層應當具有適當的結晶時間，以匹配介質相對于激光束的線速度。如果結晶速度不夠高到足以匹配介質相對于激光束的線速度，則來自以前記錄的舊數據(無定形標志)不能夠在DOW過程中完全被擦除(重新結晶)。這造成高的噪聲電平。高的結晶速度在高密度記錄和高數據率的應用中特別重要，例如盤狀的DVD+RW、DVR-紅和藍以及CD-RW，其中整個擦除時間(CET)必須大約比60納秒更短。對于DVD+RW，其在每張120mm直徑的盤上具有4.7GB的記錄密度，需要33M位/秒的用戶數據位速率，并且對于DVR-紅，需要35M位/秒的用戶數據位速率。對于可改寫的相變光記錄系統(tǒng)，例如DVR-藍(用藍激光進行的數字視頻記錄操作)，需要高于50M位/秒的用戶數據位速率。
在開篇中所述類型的光信息記錄介質可從由申請人遞交的美國專利US5,876,822中得知。已知的相變型介質包括載有疊層的盤狀基片，其中按次序包括第一介電層、相變鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te)記錄材料的記錄層、第二介電層以及金屬反射層。這種疊層可以被稱為IPIM結構，共中M表示反射或鏡面層，I表示介電層，并且P表示相變記錄層。所述專利公開了CET值可以通過優(yōu)化的記錄材料的合成物而縮短。包含這種記錄材料的記錄層的CET值隨著記錄層的厚度增加而減小。最短的CET值在25和35nm之間的厚度獲得。實驗表明，當把氧添加到該記錄材料中，并且把SiC頂層應用到該疊層中時，利用這種記錄層可以獲得40M位/秒的用戶數據位速率。
本發(fā)明的一個目的是特別提供一種可重寫的光信息介質，其適合于高速光記錄，例如DVD+RW、DVD-紅和DVD-藍、以及用于DOW。該記錄層的CET值應當為60納秒(ns)或更短。特別地，該介質應當具有至少50M位/秒的用戶數據位速率。高速記錄在本文中應當被認為是指該介質相對于激光束的線速度至少為4.8米/秒，這是根據壓縮光盤(CD)標準的速度的4倍。
通過在開篇中所述的光信息介質可以實現(xiàn)根據本發(fā)明的這些目的，其特征在于，該記錄材料包括由化學式QaInbSbcTed(按照原子百分比)所確定的組合物，其中Q從由銀(Ag)和鍺(Ge)所構成的組中選擇；2＜a＜80＜b＜655＜c＜8015＜d＜30；a+b+c+d=100，以及該記錄層具有5-15nm(納米)的厚度。
與基于Ge-Sb-Te的記錄材料相反，基于Ag-In-Sb-Te或者Ge-In-Sb-Te的記錄材料表現(xiàn)出隨著厚度減小而減小的CET值。最短的CET值在小于15nm的厚度中獲得，所述數值小于60納秒或者甚至小于40納秒。具有在所要求權利范圍之外的a-,b-,c-或d-數值的組合物的CET值不小于60納秒，即使在8nm的厚度也是如此。為了實用的原因，該記錄層的厚度至少為5nm。用厚度在7和14nm之間的記錄層可以獲得最佳結果。
請注意在歐洲專利EP-B-569664中公開一種具有記錄層的光信息記錄介質，該記錄層具有記錄材料(AgSbTe2)0.43(InSb0.77)0.57，其可以改寫為Ag15.7In20.9Sb31.9Te31.5。最佳的層厚度在20和300nm之間。在該專利說明書中沒有指出CET值或用戶數據位速率。
最好，該記錄材料是Ge-In-Sb-Te合金(Q=在上述化學式中的Ge)，因為該材料表現(xiàn)出比Ag-In-Sb-Te材料更好的熱穩(wěn)定性。
當需要50000次重寫循環(huán)，該介質的結晶性可以由數值M50000/M0所表示，這時在50000循環(huán)和0循環(huán)之后的光對比度的相對變化。M被定義為(RH-RL)/RH，其中，RH和RL是結晶態(tài)和無定形態(tài)的記錄材料的反射率。在每次循環(huán)中，寫入的無定形標志被通過激光束加熱而重新結晶化來擦除，而新的無定形標志被寫入。M50000/M0的理想值為1.0，即光對比度在循環(huán)之后沒有改變。
第一介電層的厚度對于CET和結晶性數值M50000/M0沒有明顯的影響，該第一介電層即與伺服記錄道相鄰的層面，因此通常在基片與相變記錄層之間。因此，可以為其它原因，例如對于光學原因，改變該層面的厚度而不影響該疊層的熱性能。該層面防止記錄層受潮，并且基片防止熱損壞，并且優(yōu)化光對比度M。從抖動的角度來看，第一介電層的厚度最好至少為70nm。從光對比度的角度來看，該層面的厚度最好限于500nm。
對于第二介電層，即在記錄層與金屬鏡面層之間的層面，的最佳厚度范圍在15和50nm之間，最好在20和40nm之間。當該層面太薄，則記錄層與金屬鏡面層之間的隔熱性受到不良的影響。結果，記錄層的冷卻速率增加，這導致緩慢的結晶過程和不良的循環(huán)能力。冷卻速率可以通過增加第二介電層的厚度而降低。
CET值對在20至300nm范圍內的金屬鏡面層的厚度不敏感。但是當金屬鏡面層比60nm更薄時，循環(huán)能力(cyclability)受到不良影響，因為冷卻速率在這種厚度下太慢。當金屬鏡面層是200nm或更厚時，循環(huán)能力進一步下降，并且因為熱傳導增加，因此記錄和擦除功率必須較高。最好，金屬鏡面層的厚度在80和150nm之間。
第一和第二介電層可以由ZnS和SiO2的混合物，例如(ZnS)80(SiO2)20所制成。其它代替物例如為SiO2,TiO2,ZnS,Si3N4,AlN和Ta2O5。最好，使用碳化物SiC,WC,TaC,ZrC或TiC。這些材料具有比ZnS-SiO2混合物更高的結晶速度和更好的循環(huán)能力。
對于金屬鏡面層，可以使用如下金屬Al,Ti,Au,Ni,Cu,Ag,Rh,Pt,Pd,Cr,Mn,Mo,W和Ta，以及這些金屬的合金。適當合金的例子是AlTi,AlCr和AlTa。
反射層和介電層可以通過蒸氣淀積或濺射而形成。
信息介質的基片至少對于激光波長是透明的，例如由聚碳酸酯(polycarbonate)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate(PMMA))、無定形聚烯烴(polyolefin)或玻璃。在典型例子中，基片是盤狀的，并且具有120mm的直徑以及0.1、0.6或1.2mm的厚度。當使用0.6mm或1.2mm的基片時，層面可以形成在該基片上，以第一介電層為開始依次形成記錄層等等。激光束通過基片的入射表面進入該疊層。在該基片上的疊層厚度還可以按照相反次序形成(相反次序的薄膜相變疊層)，即，以金屬鏡面層為開始依次形成第二介電層、相變層等等。然后最后介電層(其現(xiàn)在為第一介電層)具有上述材料之一構成的具有0.1mm(100μm)厚度的光學品質的透明層或者薄片。激光束通過該透明層的入射表面進入疊層。
另外，該基片可以用合成樹脂可彎曲條帶所形成，例如由聚酯薄膜所制成的。按照這種方式，將獲得用于光帶記錄器中的光帶，例如基于快速旋轉的多邊形。在這種設備中，反向激光束可以橫過該條帶表面掃描。
在記錄層的一側上的盤狀基片表面最好具有可被光學掃描的伺服記錄道。該伺服記錄道通常由螺旋形狀的凹槽所構成，其通過在注?；驂河∵^程中通過模子在基片上形成的。該凹槽還可以在合成樹脂層的復制處理中形成，該合成樹脂例如丙烯酸酯(acrylate)的紫外光固化層，其分離位于基片上。在高密度記錄中，這種凹槽具有例如0.7-0.8μm的間距和0.5μm的寬度。
最好，該疊層的最外層通過保護層與外界隔離，該保護層例如紫外光固化的聚(甲基)丙烯酸酯。
高密度記錄和擦除可以利用短波長激光而實現(xiàn)，例如具有675nm或更短的波長(紅至藍)。
相變記錄層可以通過適當對象的蒸發(fā)淀積或濺射而施加到基片上。如此淀積的層面是無定形的，并且表現(xiàn)出較低反射率。為了構成具有高反射率的適當記錄層，該層面必須首先被完全結晶化，這通常被稱為初始化。為此目的，記錄層可以在熔爐中加熱到記錄材料的結晶化溫度以上的溫度，例如180℃。如果使用合成樹脂材料，例如聚碳酸酯，則記錄層還可以通過足夠功率的激光束加熱。這例如可以在記錄器中實現(xiàn)，在這種情況下激光束掃描運動的記錄層。無定形層然后被局部加熱到記錄層的結晶化溫度，而不使該基片受到有害的熱負荷。
如果需要的話，可以在基片和第一介電層之間插入另一個薄的金屬層M’，從而形成所謂的M’IPIM結構。盡管該結構變得更加復雜，但是附加的金屬層增加了記錄層的冷卻速度以及光對比度M。
用II+PI+IM疊層獲得更短的CET層，其中，I、P和M具有上述含意，并且其中I+是碳化物層。在該疊層中，記錄層P夾在兩個碳化物層I+之間。第一和第二碳化物層最好是SiC,ZrC,TaC,TiC和WC的組中的一種材料，其結合了優(yōu)良的循環(huán)能力和短的CET的特點。SiC是最佳材料，因為其光學、機械和熱性能最好；另外其價格相對較低。
第一和第二碳化物層的厚度最好在2和8nm之間。當其厚度較小時，該碳化物的相對較高的熱導率對疊層僅僅具有小的影響，從而便于疊層的熱設計。
對于高密度臺-槽記錄特別有用的是在該疊層中的附加光吸收層。附加光吸收層A的結果是在無定形態(tài)(Aa)以及結晶態(tài)(Ac)之間的光吸收率的差別最小化，從而減小這些狀態(tài)的光相差。Ac和Aa之間的差別應當接近于0，或者最好Ac≥Aa。
光吸收層A的厚度具有在0.5和20范圍內的n/k比率，最好在0.6和16范圍內。這些數值給出光吸收率和透射率之間的平衡。滿足這些條件的材料的例子是從包括Mo,W,Pd,Pt,Co,Ni,Mn,Ta,Cr,Ti和Hf的組中選擇出來的金屬，以及從包括PbS,Ge,InP和Si中選擇出來的半導體材料。最好是Si和Ge，因為它們便宜并且容易使用。
為了在光吸收和透射之間獲得適當的平衡，并且根據所選擇材料的n/k比率，光吸收層的厚度優(yōu)選在200nm之間，更優(yōu)選地在10和100nm之間。對于Si厚度約為75nm，對于Mo厚度約為35nm，對于Ge厚度約為55nm。
附加的光吸收層A可能導致疊層結構IPIAIM,II+PI+AM,II+PI+IAM或II+PI+AIM，其中I、I+、P和M具有上述含義。最好在疊層中第三介電層位于光吸收層和第二碳化物層之間。這種第三介電層I3可以用于優(yōu)化疊層的熱性能，并且避免第二碳化物層與光吸收層之間的熔合。這種疊層具有如下結構II+PI+I3AIM。
通過實施例并參照附圖更詳細地闡述本發(fā)明，其中

圖1示出根據本發(fā)明的光信息介質的示意截面示圖，圖2示出根據本發(fā)明具有Ag-In-Sb-Te記錄材料的記錄層的CET(以納秒為單位)與厚度d(以nm為單位)之間的關系，圖3示出根據本發(fā)明的具有兩種不同Ag-In-Sb-Te(曲線A和B)以及兩種不同Ge-In-Sb-Te(曲線C和D)記錄材料的記錄層的CET(以納秒為單位)與厚度d(以nm為單位)之間的關系，圖4示出不根據本發(fā)明的具有Ag-In-Sb-Te記錄材料的記錄層的CET(以納秒為單位)與厚度d(以nm為單位)之間的關系。
實施例1圖1簡要示出根據本發(fā)明的光信息盤的截面的一部分。參考標號1表示具有120mm直徑和1.2mm厚度的玻璃盤狀基片。該基片1具有下述結構的IPIM疊層-具有70nm厚度的(ZnS)80(SiO2)20的介電層2；-具有厚度d的Ag5.0In5.5Sb65.0Te24.5的記錄層3；-具有25nm厚度的(ZnS)80(SiO2)20的介電層4；-具有100nm厚度的鋁金屬鏡面層5。
所有層面經過濺射形成。記錄層1的初始結晶狀是通過在記錄器中退火淀積的無定形合金而獲得，其中記錄層被通過連續(xù)激光束加熱到其結晶化溫度以上。
用于信息記錄、再現(xiàn)和擦除的激光束通過基片1進入記錄層3。該光束由箭頭6表示。無定形標志用功率為Pw=1.25Pm(Pm=熔化閾值功率)持續(xù)時間為100納秒的單激光脈沖來寫入。擦除功率是Pw/2。
在圖2中示出用于記錄材料的相變記錄層的CET(以納秒為單位)(即寫入無定形標志的結晶化完成的時間)與厚度d(以nm為單位)之間的相互關系。從圖2可以清楚看出CET隨著d的減小而減小。當記錄層比15nm更薄時，CET值變得小于60納秒。
在同一圖中，CET值(由▲所表示)對具有12nm的厚度并且包含II+PI+IM結構的相同記錄材料的記錄層給出，其中I+是具有5nm厚度的SiC層。在該疊層中，記錄層P夾在兩個碳化物層I+之間。另一個層面的厚度和材料與上述相同。顯然該CET值比在上述IPIM疊層中更短。
實施例2采用具有組合物Ag4.3In4.3Sb67.4Te24.0的記錄層3重復實施例1。在圖3中的曲線A示出CET與記錄層的厚度d之間的相互關系。從圖3顯然可以看出當厚度d為15nm或更小時，CET小于60納秒。
實施例3采用具有組合物Ag3.6In3.1Sb75.1Te18.2的記錄層3重復實施例1。在圖3中的曲線B示出CET與記錄層的厚度d之間的相互關系。從圖3顯然可以看出當厚度d為15nm或更小時，CET小于42納秒。
實施例4采用具有組合物Ge5.6In2.2Sb71.2Te21.0的記錄層3重復實施例10在圖3中的曲線C示出CET與記錄層的厚度d之間的相互關系。從圖3顯然可以看出當厚度d為15加或更小時，CET小于55納秒。
具有12nm厚度的記錄層的記錄介質(CET為44納秒)是用該記錄材料制造的。通過采用具有405nm波長的藍激光，可以獲得每張120mm光盤22GB的記錄密度以及66M位/秒的用戶數據位速率。
實施例5采用具有組合物Ge5.1In2.6Sb73.22Te19.1的記錄層3重復實施例1。在圖3中的曲線D示出CET與記錄層的厚度d之間的相互關系。從圖3顯然可以看出當厚度d為15nm或更小時，CET小于45納秒。
對比例(不根據本發(fā)明)采用具有組合物Ag3.0In12.0Sb51.7Te33.3的記錄層3重復實施例1。在該組合物中，In和Te的成份在所要求的范圍之外。圖4示出CET與記錄層的厚度d之間的相互關系。從圖4顯然可以看出即使當厚度d為8nm或更小時，CET不小于60納秒。
根據本發(fā)明，提供一種可重寫光信息記錄介質，其適用于直接重寫和高速記錄，例如DVD+RW、DVR-紅和DVR-藍。
權利要求
1．一種用于通過激光束可重寫高速記錄的光信息記錄介質，所述介質包括載有疊層的基片，該疊層按次序包括第一介電層、包括由Sb和Te所構成的相變記錄材料的記錄層、第二介電層以及金屬鏡面層，其特征在于，該記錄材料包括由化學式QaInbSbcTed(按照原子百分比)所確定的組合物，其中Q從由Ag(銀)和Ge(鍺)所構成的組中選擇；2＜a＜80＜b＜655＜c＜8015＜d＜30；a+b+c+d=100，以及該記錄層具有5-15nm(納米)的厚度。
2．根據權利要求1所述的光信息介質，其特征在于，Q為Ge。
3．根據權利要求1所述的光信息介質，其特征在于，該記錄層具有7至14nm的厚度。
4．根據權利要求1所述的光信息介質，其特征在于，2＜a＜62＜b＜660＜c＜8015＜d＜25；a+b+c+d=100。
5．根據權利要求1所述的光信息介質，其特征在于，該記錄層夾在兩個碳化物層之間，兩個層面具有在2和8nm之間的厚度。
6．根據權利要求1所述的光信息介質，其特征在于，該疊層包括由具有0.5至20的n/k比率的材料所制成的光吸收層，其中n是折射率，k是消光系數，并且該光吸收層具有2至200nm之間的厚度。
7．一種使用在任何上述一項權利要求中所述的光信息介質進行高速記錄的方法，其中激光束與介質之間的相對速率至少為4.8米/秒。
全文摘要
在此提供一種可重寫光信息介質,其中包括基片(1)、第一介電層(2)、基于Ag
文檔編號G11B7/253GK1320260SQ00801720
公開日2001年10月31日 申請日期2000年8月2日 優(yōu)先權日1999年8月18日
發(fā)明者G·F·周 申請人:皇家菲利浦電子有限公司