CN103268768B - 具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘 - Google Patents
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Abstract
一种具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘，该光盘的结构为上保护层/表面等离子体增强记录层/下保护层/盘基，所述的表面等离子体增强记录层为金属材料与记录材料构成的双层结构，在写入激光脉冲作用后，在表面等离子体增强记录层内形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的记录点。记录点内可以在金属纳米颗粒周围实现局域表面等离子体增强效应，实现小于衍射极限的记录点的写入和读出，从而提高一次记录光盘的存储容量；且该表面等离子体增强记录层兼具信息记录层、超分辨读出层和反射层功能，可有效简化光盘的膜层结构。
Description
技术领域
本发明涉及光盘，特别是一种具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘。
背景技术
随着信息技术的迅猛发展，特别是数字高清晰度影视技术和网络技术的发展普及，信息量急剧增加，对光盘存储器的存储密度和容量的要求不断提高。提高光盘密度和容量的最直接的方法是缩小单个记录位（记录点）的尺寸。跟其他类型的光盘一样，通过缩小激光波长，增加物镜的数值孔径，一次记录光盘也经历了CD、DVD与蓝光BD三代，单面存储容量由CD的650MB、DVD的4.7GB提高到蓝光BD的27GB。但是，由于受到光学衍射极限的限制，单纯依靠缩小激光波长、增加物镜数值孔径的传统方法已难再进一步提高光盘的存储容量。因此，突破光学衍射极限（超分辨）成为光盘存储技术发展的主要方向之一。
光学近场记录是一种能有效突破光学衍射极限的方法。这种方法最早于1992年由美国贝尔实验室提出，即采用针尖直径为几十纳米量级的微探针（有孔或无孔探针）来实现信息的记录和读取，记录点可缩小至几十纳米。但在动态的条件下使微探针与高速旋转的盘面之间保持几十纳米的近场距离十分困难，因而难于获得实际应用。1998年，Tominaga等提出了超分辨近场结构光盘，利用超分辨功能薄膜产生微小孔径取代微探针，用介质薄膜层取代原先探针与记录介质间的空气间隙，可以利用远场光学系统获得近场分辨率，且便于在盘片高速旋转中实现读写，从而有效解决了原先采用微探针遇到的技术难题。2000年，Tominaga等提出了基于AgOx超分辨功能薄膜的新结构。读出时，利用在超分辨功能层AgOx中分解产生的Ag纳米颗粒的表面等离子体共振，与记录层中的记录点发生近场耦合，可以增强低于衍射极限的记录点的读出信号。此后，该类超分辨功能薄膜受到越来越多的重视，陆续发展了PtOx，PdOx等多种超分辨薄膜材料。与其他类型的光盘类似，将超分辨近场结构应用到一次记录光盘时，除了超分辨功能层，还有单独的记录层、反射层和配套的多层介质层等，使得超分辨近场结构光盘的薄膜结构变得很复杂。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有的技术缺陷，提供一种具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘，该光盘可突破光学衍射极限的限制，可以提高光盘的存储容量，并简化光盘的膜层结构。
本发明的技术解决方案是：
一种具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘，特征在于其结构是在盘基上依次沉积的下保护层、表面等离子体增强记录层和上保护层，所述的表面等离子体增强记录层为双层结构：上层为金属材料层，为厚度55～150nm的Ag、或Au、或Al薄膜，下层为相变材料层，为厚度5～100nm的Sb、或Si、或SbTe、或GeSb-SbTe、或酞菁薄膜。
所述的上保护层为厚度10～80nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜。
所述的下保护层为厚度10～80nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜。
所述的盘基由厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯构成。
该光盘的特点在于，在写入激光脉冲作用后，在表面等离子体增强记录层内形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的一次记录多次读出记录点，具有局域表面等离子体增强效应，可以实现低于衍射极限的记录点的读出；且该表面等离子体增强记录层兼具信息记录层、超分辨读出层和反射层功能，可有效简化光盘的膜层结构。
所述的金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的一次记录点由厚度为10～150nm的Ag纳米颗粒-Sb复合材料、或Au纳米颗粒-Sb复合材料、或Al纳米颗粒-Sb复合材料、或Ag纳米颗粒-Si复合材料、或Au纳米颗粒-Si复合材料、或Al纳米颗粒-Si复合材料、或Ag纳米颗粒-SbTe复合材料、或Au纳米颗粒-SbTe复合材料、或Al纳米颗粒-SbTe复合材料、或Ag纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Au纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Al纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Ag纳米颗粒-酞菁复合材料、或Au纳米颗粒-酞菁复合材料、或Al纳米颗粒-酞菁复合材料构成。
所述的Ag、或Au、或Al纳米颗粒的尺寸为5～50nm。
本发明的技术效果：
与在先技术相比，本发明的一次记录光盘的表面等离子体增强记录层兼具信息记录层、超分辨读出层和反射层功能，在写入激光脉冲作用后，在表面等离子体增强记录层内形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的一次记录多次读出记录点。由于在记录点内形成了金属纳米颗粒，读出时可以在金属纳米颗粒周围产生局域表面等离子体增强效应以改变近场分布，从而提高盘片的读出信噪比，可以实现低于衍射极限的记录点的读出，因而可以提高光盘的存储容量。且该记录层本身兼具超分辨读出层和反射层功能，使得光盘的膜层结构更加简单。
附图说明
图1本发明具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘结构示意图。
图2是本发明具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘的记录点的远场读出信号。
具体实施方式
本发明的一次记录光盘结构如图1所示，含上保护层1、表面等离子体增强记录层2、下保护层3和盘基4。表面等离子体增强记录层2是由金属材料层5和记录材料层6构成的双层结构，写入激光作用后，表面等离子体增强记录层2中，金属材料层5的一部分和记录材料层6相熔合，形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的记录点7。记录后，表面等离子体增强记录层中仍然保留有部分金属材料层，可起到提高光盘读出反射率的作用。上保护层1和下保护层3用于防止表面等离子体增强记录层2受到破坏。盘基4为通用一次记录光盘盘基，不含预刻录信息。
图2是本发明一次记录光盘的远场读出信号（读出波长：650nm，物镜数值孔径0.85），对于小于衍射极限的记录点，具有表面等离子体增强记录层的光盘的记录点读出信号明显高于通常记录点信号，具有超分辨效果。
下面结合实施例对本发明及其作用作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
在盘基4上依次采用磁控溅射法制备下保护层3、记录材料层6、金属材料层5和上保护层1。金属材料层5和记录材料层6共同构成表面等离子体增强记录层2。其中盘基4由厚度1.2mm的聚碳酸酯构成。下保护层3为厚度为60nm的ZnS-SiO2薄膜,记录材料层6为15nm厚的GeSb-SbTe薄膜（具体化学成分Ge2Sb2Te5），金属材料层5为60nm厚的Ag薄膜，上保护层1为厚度为20nm的ZnS-SiO2薄膜。
当写入激光作用后，表面等离子体增强记录层2中的金属材料层5的一部分和记录材料层6相熔合，形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的记录点7。记录点7由尺寸约为1μm、厚度约为25nm的Ag纳米颗粒-Ge2Sb2Te5复合材料构成，其中的Ag纳米颗粒的尺寸不规则，直径5～50nm不等，分散分布于Ge2Sb2Te5基质材料中。金属材料层5的剩余部分起到反射层的作用。
其它实施例以列表形式给出：
经试用表明，本发明上述实施例都有实施例1的类似的结构，试用表明本发明光盘可突破光学衍射极限的限制，可以提高光盘的存储容量，并简化光盘的膜层结构。
Claims (5)
1.一种具有表面等离子体增强效应的一次记录光盘，结构是在盘基(4)上依次沉积的下保护层(3)、表面等离子体增强记录层(2)和上保护层(1)；所述的表面等离子体增强记录层(2)为双层结构：上层为金属材料层(5)，为厚度55～150nm的Ag、或Au、或Al薄膜，下层为相变材料层(6)，为厚度5～100nm的Sb、或Si、或SbTe、或GeSb-SbTe、或酞菁薄膜，其特征在于，在写入激光脉冲作用后，在所述的表面等离子体增强记录层(2)内形成金属纳米颗粒分散分布于记录材料中的一次记录多次读出记录点。
2.根据权利要求1所述的一次记录光盘，其特征在于所述的上保护层(1)为厚度10～80nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜。
3.根据权利要求1所述的一次记录光盘，其特征在于所述的下保护层(2)为厚度10～80nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一次记录光盘，其特征在于所述的盘基(4)由厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯构成。
5.根据权利要求1所述的一次记录光盘，其特征在于所述的记录点由厚度为10～150nm的Ag纳米颗粒-Sb复合材料、或Au纳米颗粒-Sb复合材料、或Al纳米颗粒-Sb复合材料、或Ag纳米颗粒-Si复合材料、或Au纳米颗粒-Si复合材料、或Al纳米颗粒-Si复合材料、或Ag纳米颗粒-SbTe复合材料、或Au纳米颗粒-SbTe复合材料、或Al纳米颗粒-SbTe复合材料、或Ag纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Au纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Al纳米颗粒-GeSb-SbTe复合材料、或Ag纳米颗粒-酞菁复合材料、或Au纳米颗粒-酞菁复合材料、或Al纳米颗粒-酞菁复合材料构成。
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