CN104157298B - 荧光读出的可擦重写相变光盘 - Google Patents

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一种荧光读出的可擦重写相变光盘，该光盘包括上保护层、记录层、下保护层和盘基，其特征在于所述的记录层是荧光相变记录层，所述的荧光相变记录层是由厚度10～200nm的BiSb掺杂Sb2Te3‑GeTe薄膜或NiO掺杂Sb2Te3‑GeTe薄膜构成。该光盘既保留了常规相变光盘写擦速度快、数据保持力强和循环稳定性高的特点，同时大大提高了读出性噪比。且由于不是反射式读出，不需要额外的金属反射层，比常规相变光盘的膜层结构更加简单。

Description

荧光读出的可擦重写相变光盘
技术领域
本发明涉及可擦重写相变光盘，特别是一种荧光读出的可擦重写相变光盘。
背景技术
可擦重写光盘是一类可以实现数据擦除和重写的光盘，商用化的可擦重写光盘主要包括磁光光盘和相变光盘。基于光致变色记录材料的有机可擦重写光盘没有实用化。
可擦重写磁光光盘的读出方式是基于磁光克尔效应，检测反射光相对于入射光的偏振方位角的改变而读出，因为检测的变量小(短波长处的克尔角一般小于2度)，需要与差分放大电路配合使用。相变光盘的读出方式与只读式和一次记录式光盘相似，通过检测记录区域(非晶态)与非记录区域(晶态)的反射率差异读出。因为晶态与非晶态之间的反射率对比度一般为10-30％，经过多次擦写循环后两个态之间的差别逐渐减小，以至于难以识别，这是制约相变光盘循环次数的一个重要因素。随着光盘记录密度的不断提高，记录点缩小，反射读出信号的检测难度也随之提高。
光致变色型有机可擦重写光盘的读出方式主要包括检测反射率和荧光读出。其反射率读出与相变光盘类似，荧光读出过程则是通过激光对发光分子的激发使其发射荧光作为检测信号而读出，一般记录区域与非记录区域的荧光发射强度反差可达几个数量级，信噪比明显优于反射率读出。然而，由于有机可擦重写记录材料的循环稳定性(一般低于103次)和擦写速度(一般写擦时间在秒到分钟量级)等问题使其难以实用化。
相变存储材料是一种可以在晶态和非晶态之间快速、反复可逆转变的记录材料，其擦、写时间在纳秒量级，循环次数可达105次以上，但目前的相变存储材料尚不具备荧光读出功能。通过材料设计可望使得其晶态和非晶态之间具有高的荧光对比度，从而实现高信噪比、高速、高循环次数的可擦重写相变光存储。
Ni2+是一种被广泛研究的激光发射离子，早在60年代已有Ni2+掺杂MgF2晶体的激光输出报道。近年来，Ni2+掺杂微晶玻璃的近红外光放大器一度成为光通信放大器领域的研究焦点。作为过渡金属，Ni2+的荧光性质受到基质晶体场的强烈影响，其发光条件是必须处在特定晶体的六面体八配位态之中。在玻璃相中，Ni2+不发光。而在晶相中，Ni2+的典型发光位于1100-1400nm之间。Bi的发光研究始于Bi掺杂SiO2-Al2O3玻璃。作为主族元素，Bi同样受基质影响巨大。但与Ni2+相反，现有结果大都是Bi掺杂玻璃体的发光，而鲜有Bi在晶相中发光的报道。大部分的非晶相变材料属于硫系玻璃，激光辐照可使得其在晶态和非晶态之间可逆转变，通过发光离子的掺杂，可使得晶态和非晶态之间的荧光发光强度有显著区别(可达几个数量级)，由此实现基于荧光效应的状态识别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种荧光读出的可擦重写相变光盘，该光盘由于在相变记录层中掺有发光离子，可使得其晶态和非晶态之间的荧光发光强度有显著区别(几倍到几个数量级)，因此，可以通过检测记录区域和非记录区域发射荧光强度的差异来实现读出。此类光盘既具有传统相变光盘写擦速度快、数据保持力强和循环稳定性高的特点，同时大大提高了读出性噪比(对比度)。由于不是反射式读出，不需要额外的金属反射层，比常规相变光盘的膜层结构更加简单。
本发明的解决方案如下：
一种荧光读出的可擦重写相变光盘，该光盘包括上保护层、记录层、下保护层和盘基，其特点在于所述的记录层是荧光相变记录层，所述的荧光相变记录层是由厚度10～200nm的BiSb掺杂Sb2Te3-GeTe薄膜或NiO掺杂Sb2Te3-GeTe薄膜构成。
所述的上保护层和下保护层是由厚度10～1000nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜构成。
所述的荧光相变层的荧光离子为Bi和Ni离子，掺杂原子比分别为0.1-1at.％和0.1-2at.％。
所述的盘基是由厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯构成。
本发明的技术效果：
与在先技术相比，本发明的荧光读出可擦重写相变光盘在记录材料内掺杂有荧光离子，其晶态(基底)和非晶态(记录点)之间的荧光发光强度有显著区别(几倍到几个数量级)，由此可基于荧光效应实现高信噪比(对比度)的信息读出(常规反射率读出的对比度一般只有10-30％)。同时由于掺杂含量很低，不会影响记录材料的其它性能，通过材料设计甚至能优化其性能。因此该光盘既保持了传统相变光盘写擦速度快、数据保持力强和循环稳定性高的特点，同时大大提高了读出性噪比(对比度)，特别适合于高密度光信息存储。由于不是反射式读出，不需要额外的金属反射层，比常规相变光盘的膜层结构更加简单。
附图说明
图1为本发明荧光读出可擦重写相变光盘的示意图。
图2为本发明写入(记录)和读出过程示意图。
图3为本发明制备的Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层的荧光光谱。
图4为本发明制备的Ni离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层的荧光光谱。
具体实施方式
本发明的荧光读出可擦重写相变光盘的结构如图1所示，含上保护层1、荧光相变记录层2、下保护层3和盘基4。本发明的荧光读出可擦重写相变光盘的写入(记录)和读出过程示意图如图2所示。写入激光作用后，通过熔化-淬冷过程在荧光相变记录层3的晶态基底上形成非晶态记录点，非晶态区(记录区域)的荧光强度与晶态区(未记录区域)有显著差别(如图3、图4所示)。读出时，激光沿着预刻槽扫描，读出头搜集荧光信号，通过辨别记录点和未记录区发射荧光的强弱来实现高信噪比(对比度)的信息读出。上保护层1和下保护层3用于防止荧光相变记录层2受到破坏。盘基4为通用相变光盘盘基，包含用于跟踪、伺服的预刻槽。上保护层1、下保护层3和盘基4在荧光发射波段均为透明，不会衰减荧光强度。
图3是本发明中的Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变薄膜的荧光光谱。在808nm波长的激光激发下，其非晶态(实线表示)在900-1300nm波段有显著的荧光，而晶态(虚线表示)在相同波段则几乎无荧光。
图4是本发明中的Ni离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变薄膜的荧光光谱。与Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe薄膜的荧光效应相反，在980nm波长的激光激发下，其非晶态(实线表示)在1000-1200nm波段没有显著的荧光，而晶态(虚线表示)在相同波段则有显著荧光。
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：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Bi离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，BiSb靶的溅射功率为2.1W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Bi离子所占原子比为0.1at.％。
实施例2：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Bi离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，BiSb靶的溅射功率为3W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Bi离子所占原子比为1.50at.％。
实施例3：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Bi离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用BiSb靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Bi离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，BiSb靶的溅射功率为3.5W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Bi离子所占原子比为2.0at.％。
实施例4：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Ni离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Ni离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，NiO靶的溅射功率为20W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Ni离子所占原子比为0.1at.％。
实施例5：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Ni离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Ni离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，NiO靶的溅射功率为30W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Ni离子所占原子比为1.54at.％。
实施例6：
采用磁控溅射法在相变光盘盘基上依次制备下保护层、Ni离子掺杂荧光相变记录层和上保护层。上、下保护层采用ZnS-SiO2靶溅射获得，本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，溅射功率为140W，膜厚分别为300nm和100nm。采用NiO靶和Sb2Te3-GeTe合金靶共溅的方法制备Ni离子掺杂Sb2Te3-GeTe荧光相变记录层。本底真空度为3×10-4Pa，Ar气压为0.85Pa，NiO靶的溅射功率为35W，Sb2Te3-GeTe合金靶的溅射功率为70W，膜厚为100nm。成分分析表明，薄膜中Ni离子所占原子比为2.0at.％。

Claims (4)

1.一种荧光读出的可擦重写相变光盘，该光盘由上至下依次包括上保护层、记录层、下保护层和盘基，其特征在于所述的记录层是荧光相变记录层，所述的荧光相变记录层是由厚度10～200nm的BiSb掺杂Sb2Te3-GeTe薄膜构成。
2.根据权利要求1所述的荧光读出的可擦重写相变光盘，其特征在于所述的上保护层和下保护层是由厚度10～1000nm的SiN或ZnS-SiO2薄膜构成。
3.根据权利要求1所述的荧光读出的可擦重写相变光盘，其特征在于所述的荧光相变记录层的荧光离子为Bi离子，掺杂原子比分别为0.1-1at.％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的荧光读出的可擦重写相变光盘，其特征在于所述的盘基是由厚度为0.6mm或1.1mm或1.2mm的聚碳酸酯构成。
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