CN101789244B

CN101789244B - 高数据密度光记录介质

Info

Publication number: CN101789244B
Application number: CN201010103906.8A
Authority: CN
Inventors: 尼特尔·乔基姆; 纳普曼·斯蒂芬
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: US8693301B2; EP2211343A1; EP2211344A1; JP2010176830A; US20100188957A1; JP5539744B2; CN101789244A; KR20100087635A; EP2211344B1

Abstract

本发明涉及高数据密度光记录介质(20)。本发明还涉及从此类光记录介质(20)读的方法和设备，以及母板制作此类光记录介质(20)的方法。为获得高数据密度，光记录介质(20)具有标记(21)，标记(21)具有尖端，并且被在高强度电场的影响下生成可测效应的材料(22)覆盖。

Description

高数据密度光记录介质

技术领域

本发明涉及高数据密度光记录介质。本发明还涉及从此类光记录介质读的方法和设备以及母板制作(mastering)此类光记录介质的方法。

背景技术

对高数据密度光记录介质的需求很广。提高数据密度的一种可能是利用某些可获得超过读光束的衍射极限的分辨率的物理效应。近来，已经示出金属尖端的电场强度能强烈地增强。参见，例如，A.Bouherlier等：“Near FieldSecond Harmonic Generation Induced by Local Field Enhancement”，Phys.Rev.Lett.90，Num.3(2003)013903-1。E.J.Sanchez等：“Near-field FluorescenceMicroscopy Based on Two-photon Excitation with Metal Tips”，Phys.Rev.Lett.82，Num.20(1999)，在页4014报导了比率为1000比3000的增强效应。为有效地激发这些电场，优选采用径向偏振的圆环形状的光束。此类圆环形状光束具有缩小的光点尺寸。例如，当NA＝0.9时，由纵向场生成的光点尺寸(直径)以1.22的比率缩减。参见J.Stradler等：“Tighter focusing with a parabolicmirror”，Opt.Lett.33，Num.7(2008)，页681。

发明内容

本发明的目的是：提出一种光记录介质结构以及相应的拾取装置，以将上述效应运用于光数据存储。

根据本发明，光记录介质有标记，这些标记具有尖端，被在强电场的影响下生成可测效应的材料覆盖。此类材料的例子为荧光材料、二次谐振生成的材料、或者引起偏振随强度变化的材料。标记优选具有角锥形或圆锥形。

当光学记录介质上的标记由经聚焦的、优选是圆环形状的光束照射时，标记将主要放大光束电场的纵向分量，并在尖端生成强烈增强的电场。有利地，标记被金属材料覆盖。这使尖端处的电场增强得更多。而且，用适合的材料覆盖尖端，将生成二次谐振光，即，为最初波长的一半的光。二次谐振的强度取决于电场的平方。因而，在高斯形状强度分布的情形，有效光点尺寸则以1.41的比率缩减。当使用圆环形状光束读取时，光点尺寸则以1.22的附加比率缩减。将两个比率合起来，达到1.41×1.22＝1.72的光点尺寸缩减率。这让容量增加至3倍。这个值仅为偏小估计。因为场加强效应还有非线性部分，容量的增加还要大。作为二次谐振生成的材料的替代，标记也可以相似地用荧光材料覆盖，这是因为荧光也优先生成于强电场处。此外，还可采用其他在强电场的影响下在光记录介质的尖端处生成可测效应的措施，例如，依赖于强度的偏振变化。

优选地，较长的标记，即2T、3T等，由相邻或部分交叠的标记的序列组成。这简化了制造光记录介质的母板，后面将参照用于光记录介质的母板制作方法解释。替换地，较长的坑由拉长的基底部分组成，这些基底部分上面设有几个相邻的或者交叠的角锥或者圆锥形状标记。

根据本发明的另一特征，用来从本发明的光记录介质读的设备具有生成读光束的光源和将读光束转化成为圆环形状光束的束成形器。同诸如近场存储的高容量存储方法所需的拾取装置相比，该设备仅需要相对简单的拾取装置。同时，拾取装置很容易向下兼容诸如蓝光(BluRay)或DVD的其他格式。

相似地，从本发明的光记录介质读的方法具有步骤：

-生成读光束，

-将读光束转化成为圆环形状光束，优选使用束成形器，

-用所述圆环形状光束照射位于所述光记录介质上的标记，以及，

-探测在光记录介质处生成的二次谐振光或者荧光。

圆环形状光束使得光记录介质上的光束的光点尺寸缩减，从而使得在标记尖端的电场更强。当使用抛物柱面镜聚焦光束时，光点尺寸能进一步缩减。

有利地，二向色性或者偏振束分离器将在光记录介质处生成的二次谐振光、荧光或者偏振方向旋转的光与反射的读光线分离。这允许容易地分离将由标记生成的光与反射读光束分离。此外，束分离器允许使用反射读光束进行聚焦和跟踪控制。

根据本发明的又一特征，光记录介质是具有至少一处记录区域的可记录介质，至少一记录区域设有标记，而标记具有可转化为钝化状态的尖端。为实现只写一次的光记录介质，整个记录区域都设有具有尖端的标记。为在记录区域记录数据，标记转化为钝化状态。这是通过，例如，用高能量写激光毁损标记的尖端或至少毁损沉积在标记上的材料完成的。

显然，通过钝化那些不应存在的标记，倒反标记序列被写入记录区域。因而，本发明的写入光记录介质的设备具有生成写光束的光源和用来生成要写入光记录介质的倒反数据图案的处理器。

相应地，本发明的写入光记录介质的方法具有步骤，

-生成要写入所述光记录介质的倒反数据图案，

-生成与所述倒反数据图案相应的写光束，以及

-用所述写光束将位于所述光记录介质上的标记转化为惰性的状态。

母板制作本发明的光记录介质方法，具有步骤：

-设置具有保护层的晶体晶片，

-形成所述保护层的掩模，

-通过所述掩模各向异性蚀刻所述晶片，从而使每个倒反标记都形成有尖端，以及，

-去除掩模。

优选地，所述晶片是Si晶片，而所述保护层是SiO₂层。虽然所述母板制作比已知的用于其他种类的光记录介质的母板制作方法复杂，但是一旦母板制造后，本发明的光记录介质即适宜于大规模生产。术语蚀刻在此代表多种处理，包括：湿蚀刻、等离子蚀刻、电子束蚀刻或其他能从晶片上去除材料的处理。

有利地，形成保护层的掩模的步骤包括在倒反标记的位置处母板制作孔或者孔的序列，而孔的尺寸小于倒反标记的预期尺寸。这允许容易地生成标记序列，这些标记序列可以有利地用来制造较长标记。

类似地，本发明的用来母板制作光记录介质的设备具有：

-用来设置具有保护层的晶片的装置，

-用来形成所述保护层的掩模的装置，

-用来通过所述掩模各向异性蚀刻所述晶片从而形成倒反标记的装置，所述倒反标记都具有尖端，

-用来去除所述掩模的装置。

附图说明

为方便更好地理解，在下面的描述中，参照图更详细地解释本发明。可以理解的是，本发明不限于示例性的实施例，并且所给定的特征也能方便地组合和/或修改而不偏离由所附的权利要求定义的本发明的范围。在附图中：

图1显示本发明的用于从光记录介质读的设备，

图2示出在Si中通过各向异性蚀刻而生成的角锥标记的顶视图，

图3示出图2的角锥标记的侧视图，

图4描绘Si晶片上的倒反角锥结构的第一微观图像，

图5描绘Si晶片上的倒反角锥结构的第二微观图像，

图6-14图示本发明的光记录介质的母板制作工艺，

图15示出母板制作较长标记的工艺，

图16示意性地描绘本发明的光记录介质，以及

图17图示具有记录区域的本发明的光记录介质。

具体实施方式

图1示出本发明用于读取和/或写入光记录介质的设备。激光二极管1的光2由透镜3准直，并可选地由束成形器4转化成圆环形光束。如果设备仅用于本发明的光记录介质，有利地使用束成形器4。如果该设备也被用于诸如CD、DVD或蓝光(BluRay)盘的传统光记录介质，那么优选略去束成形器4。其后，经准直光束通过第一束分离器5和束分离器6，被第一物镜透镜7聚焦于光记录介质20上。光记录介质20具有用材料层22所覆盖的标记21，每个标记都有一个尖端。材料层22由在强电场的影响下生成可测效应的材料组成。此类材料的例子为荧光材料、二次谐振生成的材料或者导致依赖于强度的偏振变化的材料。位于材料层22下方优选是金属层(未示出)，这导致尖端处的电场甚至加强得更多。经聚焦的光束引发位于标记21的尖端的强电场以及二次谐振光，荧光或者偏振方向旋转的光(由虚线图示)。该光由第一物镜透镜7收集，由束分离器6从主光束分离并由第二物镜透镜8聚焦于第一探测器9上，以生成数据信号。束分离器是二向色性束分离器还是偏振束分离器取决于由标记生成的是波长不同的光还是偏振方向不同的光。第一物镜7没有必要针对二次谐振或者荧光波长优化，因为它只用来聚集辐射。在第一探测器9上的光点的形状对探测标记21的存在不起关键作用。初始光穿过束分离器6，被第一束分离器4偏折引向第二探测器11，由第三物镜10聚焦于第二探测器11。第二探测器所获的信号被有利地用来生成控制信号，用来以传统方式聚焦和跟踪。为此目的，将第一物镜7针对由激光二极管1发射的读光波长优化是有利的。为写入，该设备具有处理器12，用以调整写光束，以写入倒反数据图案。

已证明，倒反角锥标记可以在具有某些晶体表面(称为Si(100))的Si中通过各向异性蚀刻来生成。参见，例如，D.B.Lee：“Anisotropic Etching ofSilicon”，J.Appl.Phys.40(1969)，pp.4569。加热的KOH(氢氧化钾)溶剂能高度晶向选择性地蚀刻硅。因为(111)晶面蚀刻得非常慢，倒反角锥形成。图2示出在Si晶片30中以各向异性蚀刻生成的倒反角锥标记33。图2还示出了Si晶片30的[110]晶向。图3描绘沿图2的点线的相应的侧视图。图3还示出[100]晶向和[111]晶向。

图4和图5示出Si晶片上的倒反角锥的显微图像。所图示的分别是大约20μm和大约2μm的角锥。然而，这些角锥的尺寸能做得非常小，即，小于100nm。尺寸主要取决于SiO₂中的孔的尺寸以及蚀刻时间。图4翻印自H.Presting等：“Nanoporous Silicon for Fuel Cell Systems”，Austrian/German/French Seminar“Nanomaterials”，2004年10月21-22日。图5翻印自Q.Xu等：“Fabrication of Free-Standing Metallic Pyramidal Shells”，Nano Lett.4(2004)，pp.2509。

以下参照图6-15解释本发明用于光记录介质20的示例性的母板制作工艺。这个例子是基于Si晶片。当然，适于各向异性蚀刻的其他材料也能用。

首先，参照图6至14描述从Si晶片30到模制的角锥标记的全部母板制作方法。如图6所示，通过激光束或电子束记录，照射光致抗蚀剂材料层32。此后，如图7所示，光致抗蚀剂材料层32被显影。在显影后进行蚀刻工艺，去除设置在Si晶片30上的SiO₂层31。这一步骤在图8描绘。以此方式得到SiO₂掩模31′，掩模31′在要产生标记的位置具有孔37。如图9所示，余下的光致抗蚀剂32被去除。下一步由图10描绘，通过SiO₂掩模31′蚀刻Si晶片，以形成倒反角锥33。图11示出接下来怎样去除SiO₂掩模31′。如图10所示，在溅渡工艺中制造父模34。使用电镀工艺制造母模35。这由图13图示。最后，如图14所示，例如使用聚碳酸酯模制基板35。

其次，参照图15描述母板制作较长标记(2T，3T等)的工艺。这不是常规工作，因为已知的用于较长标记的标准母板制作工艺在这里不适用。具体而言，如图15a)所示的较长标记38的母板制作只会形成大的角锥标记。有鉴于此，母板制作工艺的基本构思是将几个倒反角锥形状的标记33非常靠近地安置在一起，以获得一序列的小的倒反标记33。为此目的，首先母板制作倒反角锥标记的中心位置，如图15b)所示。这些经母板制作的孔37的尺寸选得足够小，以避免倒反角锥标记33过度交叠。然后，为SiO₂掩模31′的每个小的母板制作的孔37分别蚀刻一个单独的角锥33，如图15c)所描绘。蚀刻工艺继续进行，倒反角锥33被部分蚀刻到SiO₂掩模31′的下方。蚀刻工艺在恰当的时间停止，以保持单独的、分开的倒反角锥尖端。这在图15d)中例示。

因为倒反角锥33的边缘总是和晶面(110)的方向平行，所以沿着轨，倒反角锥33连续地相对于切线方向旋转。该旋转的一个例子在图15的左侧由单个倒反角锥33示出。然而，这不影响上述电场加强效应的功能。

虽然所述母板制作过程本身比标准母板制作过程复杂，光记录介质的复制却相当简单。适配模制工艺的参数就足以从母模35复制角锥标记33。

图16示意性地图示了本发明的光记录装置的一个例子。该图a)部分示出整个光记录介质20，b)部分示出含有多个标记21的放大了的轨23。在此例中，光记录介质20是盘状介质，其中标记21置于一个或多个螺旋或者同心圆的轨23中。当然，光记录介质20也可以有不同的形状，例如，卡形状。此外，标记不一定要放在轨中。

图17描绘了本发明光记录介质20的又一个例子。光记录介质20和图16中的介质相似。但是，在该情形，设置了可记录区域24。如图17的b)部分所示，可记录区域24中的轨23完全由标记21填充。为记录数据，一些标记21由诸如激光辐照的方法转化为钝化状态。在钝化状态，标记21不再引发场加强效应。为此目的，毁掉标记21的尖端，或者去除、毁掉或者钝化在强电场的影响下生成可测效应的层就足够了。

Claims

1.一种光记录介质(20)，包括沿着轨(23)设置的标记(21)，其特征在于，

所述标记(21)突出于所述光记录介质(20)的表面并具有尖端或者尖端的序列，并且由材料(22)覆盖，所述材料(22)在强电场的影响下生成光可测效应，所述强电场在读光束(2)的焦点处生成。

2.根据权利要求1所述的光记录介质(20)，其中，

覆盖所述标记的所述材料(22)是荧光材料、用于生成二次谐振的材料或者引发偏振变化的材料。

3.根据权利要求1或者2所述的光记录介质(20)，其中，

所述标记(21)具有角锥形状或者圆锥形状。

4.根据权利要求1或者2所述的光记录介质(20)，其中，

所述光记录介质(20)是具有至少一记录区域的可记录介质，所述至少一记录区域设有标记(21)，所述标记(21)具有可转化为钝化状态的尖端。

5.根据权利要求1或者2所述的光记录介质(20)，其中，

较长标记(21)由相邻的或者部分交叠的标记的序列组成，或者具有拉长的基底部分，所述基底部分上排列有两个或者更多的相邻的或者交叠的标记。

6.根据权利要求1或者2所述的光记录介质(20)，其中，

所述标记(21)还被金属材料覆盖。

7.一种从权利要求1或2的光记录介质(20)读的设备，所述设备包括：

用来生成读光束(2)的光源(1)，束成形器(4)，用来将所述读光束(2)转化成为圆环形状光束，以及

物镜(7)，用来以所述圆环形状的光束照射位于所述光记录介质(20)上的标记(21)，

其特征在于：所述设备还包括探测器(9)，用来探测在所述光记录介质(20)处生成的二次谐振光、荧光或者其偏振方向旋转的光。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括二向色性或者偏振束分离器(6)，用来将所述二次谐振光、所述荧光或者所述其偏振方向旋转的光与反射的读光线分离。

9.一种从权利要求1或2的光记录介质(20)读的方法，包括步骤：

-生成读光束(2)，

-将所述读光束(2)转化成为圆环形状光束，

-用所述圆环形状光束服射位于所述光记录介质(20)上的标记(21)，以及，

-探测在光记录介质(20)处生成的二次谐振光、荧光或者其偏振方向旋转的光。

10.一种对权利要求1或2的光记录介质(20)写入的设备，具有用来生成写光束(2)的光源(1)，其特征在于：

所述设备还包括处理器(12)，用来生成将被写入所述光记录介质(20)的倒反数据图案，从而用所述写光束(2)将位于所述光记录介质(20)上的标记(21)转化为惰性的状态。

11.一种对权利要求1或2的光记录介质(20)写入的方法，包括步骤，

-生成将被写入所述光记录介质(20)的倒反数据图案，

-生成与所述倒反数据图案相应的写光束(2)，以及

-用所述写光束(2)将位于所述光记录介质(20)上的标记(21)转化为惰性的状态。

12.一种母板制作权利要求1或者2的光记录介质的方法，包括步骤：

-设置具有保护层(31)的晶体晶片(30)，

-形成所述保护层(31)的掩模(31′)，

-通过所述掩模(31′)非各向异性蚀刻所述晶片(30)，从而形成倒反标记，每个所述标记都形成有尖端，以及

-去除所述掩模(31′)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

形成所述保护层(31)的掩模(31′)的所述步骤包括母板制作位于所述倒反标记(33)位置处的孔(37)或者孔(37)的序列，所述孔(37)的尺寸小于所述倒反标记(33)的预期尺寸。

14.根据权利12所述的方法，其中，所述晶片(30)是Si晶片，并且所述保护层是SiO₂层。

15.一种母板制作权利要求1或者2的光记录介质的设备，包括：

-用来设置具有保护层(31)的晶片(30)的装置，

-用来形成所述保护层(31)的掩模(31′)的装置，

-用来通过所述掩模(31′)各向异性蚀刻所述晶片(30)的装置，使得每个倒反标记(33)都形成有尖端，以及

-用来去除所述掩模(31′)的装置。