CN102456371A - 多阶记录方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多阶记录方法及其系统，适用于记录介质，多阶记录方法包括下列步骤：首先，提供多个光束至记录介质的记录层，记录层具有第一结构和第二结构；接着，利用侦测单元侦测第一结构的第一偏振反射光和第二结构的第二偏振反射光，以计算出第一偏振反射光和该第二偏振反射光之偏振角度差值；再接着，利用储存单元储存对应表，对应表包括偏振角度差值及多阶记录的对应关系；最后，通过处理单元查询对应表，以进行多阶记录。
Description
技术领域
本发明关于一种多阶记录方法及其系统，特别是有关于一种侦测记录介质的椭圆参数以进行多阶记录的方法及其系统。
背景技术
记录介质可包括存储器和盘片两种。就存储器的功能来说，可分成只读存储器(ROM，Read Only Memory)、闪存(Flash Memory)以及随机存取存储器(RAM，Read Access Memory)等三种硅基存储器。
存储器的构造相当简单，它是由许许多多可反复充电的小型晶体管组成的。每一个小型晶体管会呈现带电与不带电的状态，晶体管带电时的状态代表″1″，晶体管不带电时的状态代表″0″来记录所记载的数据。
除了上述三种存储器之外，还包括新记忆层的存储器，例如铁电存储器(FRAM)、相变化型存储器(PRAM)、磁阻存储器(MRAM)、电阻存储器(RRAM)等。
铁电存储器(FRAM)利用铁电材料的残留偏振特性，来控制半导体材料的场效传导率，由此展现记忆性质。当电场施加到铁电结晶体时，中心的原子随着电场方向移动，由于原子的移动在其结晶体内，它通过能量障碍而产生电压尖峰(charge spike)，内部的电路感应到电压尖峰并且确定记忆。如果电场被从结晶体除去，中心的原子停留在适当位置，保护记忆的状况。
相变化存储器(PRAM)与一般闪存一样是非易失性存储器(Non-volatile)，但不同之处在于数据储存与读取原理。相变化存储器操作原理与光盘片非常相似，都是利用所谓的硫化合物如锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)等作为核心，通过热能的转变，让材料在结晶状态与非结晶状态间不停地转换，在控制加热参数与散热条件之下，可以改变材料的结晶状态而衍生不同的电阻值，由此可以用来记录0或1的讯号。
磁阻存储器(MRAM)内部结构由一个晶体管和一个MTJ(磁性隧道结储存单元)构成。MTJ内部有三个层面，最上面的层为自由层，中间的是隧道结，下面的是固定层。自由层的磁场偏振方向是可以改变的，而固定层的磁场方向固定不变。当自由层与固定层的磁场方向平行时，存储单元呈现低电阻；当磁场方向相反时，呈现高电阻。MRAM通过检测储存单元电阻的高低，来判断所储存的数据是0还是1。
电阻存储器(RRAM)的操作原理则为两端电极外加电压，使金属氧化物的电阻由原来的高电阻变为低电阻状态，利用这两种电阻组态来完成存储器的功能，高电阻状态是1，低电阻状态是0。
在盘片中，除了只读型光盘片的数据已经预铸在基板上而不需要记录层外，其余的盘片皆须利用记录层来实现盘片记录的功能。记录层大致可分为只写一次型记录层与重写型记录层两大类。
就只写一次记录层而言，通过光点的照射，使得盘片产生变化，而盘片的变化将使光的反射率改变。而数据0和1就是靠着反射激光强与弱的判断所产生出来的。只写一次型记录层所使用的有钻穴式与相变式两种记录方式，钻穴的方式是利用激光的加热将照射的部分加以熔化，使得照射的地方变成空孔，产生激光的干涉现象以改变其反射强度。而相变化的方式则是利用强激光使得记录层产生非结晶与结晶的变化，改变记录层本身的反射率。
就重写型记录层而言，实现的方式有磁光记录式与相变化记录式两种，磁光光盘片的写入过程主要是利用激光源聚焦在记录层上时，由于铁磁性记录材料的热吸收，使被照射到的区域加热，使其温度上升接近于居里温度附近，内部的磁分子排列不稳定，受热处的磁结构会变混乱且矫顽磁力趋近于零，因此磁矩很容易随着外加磁场的方向而转变，在受热处近旁施加铅直磁场，则材料内磁分子排成向上或向下的磁化方向，当将激光移开使其温度迅速下降后，矫顽力也恢复到原来的大小，该区域的磁矩便维持固定在新的方向，磁分子的排列即被固定，其向上的可代表1，向下的代表0。擦拭的方法与写入的方法相同，使盘片材料受热，温度升高至超过居里温度后，将施加的磁场固定为向下，则可将盘片全写为0，这就是擦拭。
磁光光盘读取数据的方法是利用磁光科尔效应。在读取光盘上的数据时，利用线性偏振的激光，入射到磁光盘片的记录层上，当反射光由其表面反射回来时，该入射光受到磁光材料垂直方向磁化量(M)的影响，造成反射或穿透光的偏振角与原入射偏振的方向产生相对的旋转角(θk)，该旋转角称为科尔旋转角(Kerr angle)。假设垂直于薄膜的磁化方向向上所产生的科尔旋转角是(+θk)，则方向向下的磁化量所产生的旋转角将会是(-θk)，利用+θk和-θk分别代表0与1的数字讯号，因此通过检测反射激光的科尔角度为正或负，即可判读先前记录在磁光盘片上的串行数字信号。用户可重复“写入、读取、擦拭”作业，直到材料不能再使用为止。
就相变化记录式盘片而言，通过激光快速的加热与冷却，使得盘片由反射率约为30％的结晶状态变成反射率约为15％的非结晶状态，与只读型盘片不同的是，可覆写型盘片可以通过温度缓慢的上升与下降后，恢复其原来的结晶状态以完成可覆写的目的。
然而由于光反射率的分辨率有限，因此仅能进行0、1的二阶记录，这局限了大容量存储器储存装置的发展。因此需要提出一种新的记录方法，以提高存储器储存装置单一记录点的记录量。
发明内容
由于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种新颖的多阶记录方法及其系统，有效提高单一记录点的记录信息量。
根据本发明的目的，提出一种多阶记录方法，适用于记录介质，该多阶记录方法包括下列步骤：首先，提供多个光束至记录介质的记录层，记录层具有第一结构和第二结构；接着，利用侦测单元侦测第一结构的第一偏振反射光和第二结构的第二偏振反射光，以计算出第一偏振反射光和该第二偏振反射光的偏振角度差值；再接着，利用储存单元储存对应表，对应表包括偏振角度差值及多阶记录的对应关系。最后，通过处理单元查询对应表，以进行多阶记录。
根据本发明的目的，提出一种多阶记录系统，适用于记录介质，该记录介质具有记录层，此记录层包括第一结构和第二结构。该多阶记录系统包括光源、侦测单元、储存单元及处理单元。光源提供多个光束至相变化盘片的第一结构和第二结构。侦测单元侦测第一结构的第一偏振反射光和第二结构的二偏振反射光。储存单元储存对应表，该对应表包括偏振角度差值及多阶记录的对应关系。处理单元连接侦测单元和储存单元，以计算出第一偏振反射光和第二偏振反射光的偏振角度差值，处理单元根据偏振角度差值查询对应表，进行多阶记录。
综上所述，根据本发明的多阶记录方法及其系统，可具有一个或多个下述优点：
(1)该多阶记录方法及其系统可通过调节记录点写入的激光强度，造成记录介质的记录层不同程度的部分结晶，由于记录介质的反射光偏振角度与记录层的结晶百分比有关，故本发明可通过辨识记录介质记录层的结晶状态，并进行多阶记录。
(2)此多阶记录方法及其系统可配合适当的记录介质、侦测反射光的偏振角度，以分辨出部分结晶状态，进而进行多阶记录。
(3)此多阶记录方法及其系统可利用电波、声波、电力、磁力、应力或加热方式，来改变记录层的第一结构或第二结构，通过侦测第一结构和第二结构的反射偏振角度差值，进行多阶记录。
附图说明
图1是本发明的多阶记录系统的示意图；
图2是本发明的多阶记录系统的第一实施例的示意图；
图3是本发明的多阶记录方法的步骤流程图。
主要组件符号说明
1：多阶记录系统；
11：光源；
12：记录介质；
121：记录层；
1211：第一结构；
12111：第一偏振反射光；
1212：第二结构；
12121：第二偏振反射光；
13：侦测单元；
14：处理单元；
141：偏振角度差值；
15：储存单元；
151：对应表；
步骤：S1-S4。
具体实施方式
参照图1，图1是本发明的多阶记录系统的示意图。如图1所示，多阶记录系统1适用于记录介质12，记录介质12具有记录层121，且记录层121上具有第一结构1211和第二结构1212，且第一结构1211和第二结构1212是不同的结构。记录介质12可以是相变化盘片，因此第一结构1211和第二结构1212可分别为结晶相结构和非晶相结构。完全结晶时，盘片反射光偏振角度为θc，完全非晶时，盘片反射光偏振角度为θa，盘片反射光偏振角度与记录层的结晶百分比有关。因此可通过改变记录层的结晶程度，来改变反射光的偏振角度。
上述实施例的记录介质12是相变化盘片进行说明的，然而本发明的记录介质12并不仅限于盘片，也可以以其它形式呈现，例如存储器或其它用于记录数据的介质。此外，本发明所述的第一结构1211和第二结构1212并不限于微观角度因原子排列方式不同所造成的结构差异，也可为宏观角度的外观结构差异，也可为不同浓度或不同相等结构差异。此外，本发明所述的第一结构1211和第二结构1212除了通过提供不同强度的激光源以改变记录层的结晶状态外，也可透过电波、声波、电力、磁力、应力、加热或其它方式来改变记录层的第一结构和第二结构。
多阶系统1包括光源11、侦测单元13、处理单元14及储存单元15。光束11可为激光，以提供激光至记录介质12。侦测单元13用于侦测第一结构1211的第一偏振反射光12111和第二结构1212的第二偏振反射光12121。处理单元14连接侦测单元13，以计算第一偏振反射光12111和第二偏振反射光12121的偏振角度差值141。储存单元15储存对应表151，对应表151包括偏振角度差值141及多阶记录的对应关系。处理单元14读取储存单元15内的对应表151，以进行多阶记录。
其中，侦测单元13可由椭圆仪来实现，但不以此为限，只要能侦测偏振反射光的器件均可作为本发明的侦测单元。由于椭圆仪的量测误差值为0.2度，因此当本发明通过椭圆仪进行量测时，可精准测出反射光的偏振角度差值，进而进行多阶记录。
值得注意的是，本发明除了通过侦测单元(如椭圆仪侦测偏振光椭圆参数)通过推算的方式，计算出反射光偏振角度外，也可直接侦测反射光偏振角度，无论是直接侦测反射光偏振角度，或是间接推算出反射光偏振角度，均为本发明所要求保护的范围。
同时参照图2及表1，图2和表1分别是本发明的多阶记录系统的第一实施例的示意图及7种不同掺混浓度的GeSb9-Te(锑化锗-碲)薄膜。在该实施例中，以三种不同入射角度(如65度、70度及75度)的光入射记录介质12的记录层121，记录层121可将不同浓度的元素掺混至化合物或合金。所述化合物可为氧化物、氮化物、碳化物、硅化物或硫属化合物(即包含硫、或硒、或碲、或钋的化合物)，所述合金可为锑基、砷基、铋基或铁基合金。
以该实施例为例，记录层121为碲(Te，tellurium)掺杂GeSb9的薄膜，如下表1，为7种不同掺混浓度的GeSb9-Te薄膜。
表1
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Ge | 9.2 | 9.1 | 8.8 | 8.4 | 8.1 | 9.5 | 8.3 |
| Sb | 90.8 | 89.9 | 89.1 | 88.0 | 87.3 | 84.9 | 83.9 |
| Te | 0 | 1 | 2.1 | 3.6 | 4.6 | 5.6 | 7.8 |
如图2所示，未掺混Te的GeSb9薄膜与掺混Te的GeSb9薄膜的偏振角度差值是相当不同的，前三条线的偏振角度差值是接近零的，原因在于Te的掺混浓度不高，可看作是纯的GeSb9薄膜。对于高掺杂Te的GeSb9薄膜而言，偏振角度差值为负值，且偏振角度差值的变化大小根据Te的掺混浓度而变大。因此本发明可通过改变相变化盘片的记录层成分，例如提高Te的掺混浓度，进而改变偏振角度差值。就技术手段而言，本发明的记录层可以例如为掺杂Te的GeSb9薄膜，且其化学式可表示为GexSb100-x-yTey，其中，8.1≤x≤9.5、0≤y≤7.8。
此外，当光束的波长大于500纳米时，侦测单元13可侦测出的偏振角度差值141均大于0.2度。当光束的波长位于近红外光区时，侦测单元可侦测的偏振角度差值141接近2.5度，因此本发明可以事先将对应表151储存在储存单元15中，以进行多阶记录。
由于侦测单元可能会有量测上的角度误差，因此表2选用间距为0.5度作为划分的依据，以进行多阶记录。举例来说，当处理单元14计算第一偏振反射光12111和第二偏振反射光12121的偏振角度差值141小于0.5度时，则多阶记录系统1进行一阶记录。当处理单元14计算偏振角度差值141介于0.5度-1度时，则多阶记录系统1进行二阶记录，以此类推，本实施例可进行六阶记录。因此本发明通过选用适当的记录介质及侦测并推算出反射光的偏振角度，以分辨出记录层的结晶状态，进而进行2阶以上的记录。
表2
对于单位面积n个记录点的盘片来说，在六阶记录时，平均每个记录点能记录的信息量是二阶记录时的(log6/log2)倍，相当于2.585倍，即等同于单位面积2.585*n个记录点的二阶记录盘片，即面密度增加至2.585倍，以典型CD-RW的650MB(650*106B)为例，相同盘片在六阶记录时，密度可提高至1.68GB(1.68*109B)，以4.7GB的DVD-RAM为例，相同盘片在六阶记录时，密度可提高至12.15GB。
在另一实施例中，本发明也可选用1度作为划分的依据，以进行多阶记录。如下表3，当处理单元14计算偏振角度差值141小于1度时，则多阶记录系统1进行一阶记录。当处理单元14计算偏振角度差值141介于1-2度时，则多阶记录系统1进行二阶记录，当处理单元14计算偏振角度差值141介于2-3度时，则多阶记录系统1进行三阶记录。
表3
以单位面积n个记录点的盘片而言，在三阶记录时，平均每个记录点能记录的信息量是二阶记录时的(log3/log2)倍，相当于1.585倍，即等同于单位面积1.585*n个记录点的二阶记录盘片，即面密度增加至1.585倍，以典型CD-RW的650MB(650*106B)为例，相同盘片在三阶记录时，密度可提高至1.03GB(1.03*109B)，以4.7GB的DVD-RAM为例，相同盘片在三阶记录时，密度可提高至7.45GB。
参照图3，图3是本发明的多阶记录方法的步骤流程图。步骤S1，提供多个光束至记录介质的记录层，记录层具有第一结构和第二结构。其中，第一结构和第二结构可为宏观的外观结构差异、微观的原子排列不同、不同的相、或不同浓度的薄膜。步骤S2，利用侦测单元侦测第一结构的第一偏振反射光和第二结构的第二偏振反射光，以计算出第一偏振反射光和该第二偏振反射光的偏振角度差值。步骤S3，利用储存单元储存对应表，对应表包括偏振角度差值及多阶记录的对应关系。步骤S4，通过处理单元查询对应表，以进行多阶记录。
本发明可利用不同强度的光源以改变记录层的结晶状态，当结晶状态被改变时，则盘片的折射率进而受到影响。由于折射率受到影响，因此侦测单元侦测到的椭圆参数(偏振反射光的振幅或相位差)也会跟着改变，因此本发明可通过改变光源的强度或记录介质的记录层成分，以进行多阶记录。
以上所述仅为举例性的，而不是限制性的。任何未脱离本发明的精神与范围，而对本发明进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求书的范围内。
Claims (26)
1.一种多阶记录方法，适用于记录介质，其特征在于，所述多阶记录方法包括下列步骤：
提供多个光束至所述记录介质的记录层，所述记录层系具有第一结构和第二结构；
利用侦测单元侦测所述第一结构的第一偏振反射光和所述第二结构的第二偏振反射光；
通过处理单元计算出所述第一偏振反射光和所述第二偏振反射光的偏振角度差值；
利用储存单元储存对应表，所述对应表包括所述偏振角度差值及多阶记录的对应关系；以及
利用所述处理单元查询所述对应表，以进行多阶记录。
2.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，在提供所述多个光束至所述记录介质的所述记录层之前，还包括下列步骤：
利用不同强度的所述多个光束入射所述记录介质，以改变所述记录层的所述第一结构和所述第二结构的步骤。
3.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括利用不同角度的所述多个光束以入射所述记录介质的所述记录层的步骤。
4.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括掺混不同浓度的元素至化合物或合金，以形成所述记录层的步骤。
5.如权利要求4所述的多阶记录方法，其特征在于，所述化合物为氧化物、氮化物、碳化物、硅化物或硫属化合物。
6.如权利要求4所述的多阶记录方法，其特征在于，所述合金为锑基、砷基、铋基或铁基合金。
7.如权利要求4所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括利用碲掺杂锑化锗以形成所述记录层的步骤，且所述记录层的化学式为GexSb100-x-yTey，其中，8.1≤x≤9.5、0≤y≤7.8。
8.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括利用相变化盘片作为所述记录介质的步骤。
9.如权利要求8所述的多阶记录方法，其特征在于，所述第一结构和所述第二结构分别是结晶相结构和非晶相结构。
10.如权利要求9所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括利用所述侦测单元侦测所述相变化盘片的所述结晶相结构的所述第一偏振反射光和所述非结晶结构的所述第二偏振反射光的步骤。
11.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，所述第一结构和所述第二结构是微观角度原子排列不同的结构差异、宏观角度的外观结构差异、不同浓度的结构差异或不同相的结构差异。
12.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，还包括利用电波、声波、电力、磁力、应力或加热以改变所述记录层的所述第一结构或所述第二结构。
13.如权利要求1所述的多阶记录方法，其特征在于，所述侦测单元是椭圆仪。
14.一种多阶记录系统，适用于记录介质，其特征在于，所述记录介质具有记录层，所述记录层具有第一结构和第二结构，所述多阶记录系统系包括：
光源，提供多个光束至所述记录介质的所述第一结构和所述第二结构；
侦测单元，侦测所述第一结构的第一偏振反射光和所述第二结构的第二偏振反射光；
储存单元，储存对应表，所述对应表包括所述偏振角度差值及多阶记录的对应关系；以及
处理单元，连接所述侦测单元和所述储存单元，以计算出所述第一偏振反射光和所述第二偏振反射光的偏振角度差值，所述处理单元根据所述偏振角度差值查询所述对应表，进行多阶记录。
15.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述光源提供不同强度的所述多个光束至所述记录介质，以改变所述记录层的所述第一结构和所述第二结构。
16.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述光源提供不同角度的所述多个光束以入射所述记录介质的所述记录层。
17.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述记录层由不同浓度的元素掺混化合物或合金所构成。
18.如权利要求17所述的多阶记录系统，其特征在于，所述化合物为氧化物、氮化物、碳化物、硅化物或硫属化合物。
19.如权利要求17所述的多阶记录系统，其特征在于，所述合金为锑基、砷基、铋基或铁基合金。
20.如权利要求17所述的多阶记录系统，其特征在于，所述记录层为碲掺杂锑化锗的薄膜，且所述记录层的化学式为GexSb100-x-yTey，其中，8.1≤x≤9.5、0≤y≤7.8。
21.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述记录介质为相变化盘片。
22.如权利要求21所述的多阶记录系统，其特征在于，所述第一结构和所述第二结构分别为结晶相结构和非晶相结构。
23.如权利要求22所述的多阶记录系统，其特征在于，所述侦测单元侦测所述相变化盘片的所述结晶相结构的所述第一偏振反射光和所述非结晶结构的所述第二偏振反射光。
24.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述第一结构和所述第二结构为微观角度原子排列不同的结构差异、宏观角度的外观结构差异、不同浓度的结构差异或不同相的结构差异。
25.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述第一结构或所述第二结构利用电波、声波、电力、磁力、应力或加热方式产生。
26.如权利要求14所述的多阶记录系统，其特征在于，所述侦测单元是椭圆仪。
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