CN1316486C - 光学信息记录介质和光学信息记录/再现装置 - Google Patents

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Abstract

光学信息记录介质，其包括第一透明衬底，激光束穿过该衬底而进入，还包括沉积在该第一透明衬底上的第一信息记录层、在第一信息记录层上形成的第一反射膜、沉积在第一反射膜上的中间层、在该中间层上形成的第二信息记录层、沉积在第二信息记录层上的第二反射膜，以及配置在第二反射膜上的第二衬底。第一和第二信息记录层中的每个信息记录层的记录膜的主要成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3表示，并且其成份比例在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内。

Description

光学信息记录介质和光学信息记录/再现装置
技术领域
本发明涉及通过使用激光束处理来改变记录膜的反射率或者是光学相从而进行记录的光学信息记录介质，本发明具体涉及相变的光盘。本发明还涉及使用光学信息记录介质来记录和再现多条光学信息的光学信息记录/再现装置。
背景技术
为了用相变光盘执行信息记录和再现，使用激光束来处理记录膜，从而产生了晶态和非晶态之间的可逆态改变，并且使用激光束改变了记录膜的反射率或者是光学相。为了在制作光盘后立即准备光盘用于记录信息，用激光束来处理和结晶化非晶态的记录膜(该步骤被称作是初始准备)。然后，用激光束再次处理该记录膜并且重新回到非晶态。GeTe、SbTe、GeSbTe、InSbTe和AgInSbTe膜是典型公知的记录膜。
为了提高相变光盘的记录容量，制造商已经使用了信号处理技术、凹凸槽记录技术和超级分辨率再现技术，该凹凸槽记录技术是在用于在衬底上寻轨的引导沟槽中和在引导沟槽之间限定的平坦部分中记录信息，该超级分辨率再现技术是用来再现小于光衍射极限的标记。除了这些技术之外，对于提高记录容量优选的选择是多层盘，该多层盘上在同一激光入射面上配有更多的记录面。从而，因为具有两个记录膜层的双层盘的容量可以大幅度提高，所以已经积极研究开发双层盘。
当与单层盘进行对比时，双层盘的记录容量在最大时可以提高到大约两倍。实际上，对于使用红色半导体激光的DVD-ROM，在市场上已经有售的是4.7GB的单层盘和9GB的双层盘，它们在容量上约为两倍。
对于使用了同一激光入射面的双层盘，如图2所示，靠近激光入射面的盘定义为L0盘10，而远离激光入射面的盘定义为L1盘20。在下面的解释中，L0盘10和L1盘20还被称作是层L0和L1。对于这些层L0和L1，电介质膜12和22、记录膜13a和23a、电介质膜14和24以及反射膜15和25是分别沉积在衬底11和21的上面和下面。层10和20是通过借助于中间层16将层L0的反射膜15和层L1的电介质膜22接合在一起而耦合的。
为了再现记录在层L1中的信息，相对于用来再现信息的半导体激光，层L0必须具有特定的透射系数。假定层L0的透射系数定义为T0并且层L1本身的反射率定义为R1，那么在双层盘的L1盘20的信息再现时，层L1的有效反射率会降低到T02×R1。假定T0定义为0.3(30％)，则层L1的有效反射率将降低到L1盘20本身反射率的9％。
为了获得L1盘20的有效反射率，L0盘10的透射系数必须为大约0.5(50％)。如果L0盘10的透射系数太高，则L0盘10的反射率将降低，并且记录在L0盘10的信号质量会降低。因此，为了获得L0盘10和L1盘20的令人满意的特性，优选的是L0盘10的透射系数是大约0.5。
作为含有实例性单元组合的记录膜，在专利文件1中(日本专利公开号为No.Hei 7-223372)说明了用于增加重写操作次数的InGeSbTe记录膜。在这个文件中，加入In不是来代替Sb，而是来代替一部分作为母体成份的GeSbTe，即，In是以(GeSbTe)1-yIny(参看对比文件1)的形式加入的。另外在专利文件1中说明，0.03≤y≤0.3的范围是合适的，正如后面将要说明的，可以通过添加更小量的In代替部分Sb来显著提高记录特性。
因为用于相变光盘的记录膜13a和23a具有对于被发射用于记录和再现信息的激光束的特定吸收系数，所以必须降低记录膜13a和23a的厚度以便得到大约0.5的透射系数。通常，用于单层光盘的相变记录膜的厚度设置在13到25nm的范围内。另一方面，为了使透射系数为0.5，传统上，记录膜13a和23a的厚度必须降低到大约6nm。然而，当记录膜的厚度降低到大约6nm时，结晶化速度降低，而产生了另一个问题，例如恶化了擦除功能或者减少了其中信息能够被重写的重写操作的次数。
传统上，当记录膜厚度降低时，由诸如GeN或者SiN制成的表面层被附加地沉积在记录膜13a或者23a和介质层12和14或者22和24之间，以防止擦除功能的恶化。然而，附加该表面层使得盘制作工艺复杂，并且增加了盘制作成本。
发明内容
因此本发明的一个目的在于提供一种光学信息记录介质，该介质不具有附加的中间层并且具有确保用于双层盘的特定的透射系数、优良的擦除功能和可重复地重写操作特性。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学信息记录介质，通过用激光束照射记录膜来改变记录膜的反射率或光学相从而进行记录。使用(GeTe)xSb2-yInyTe3作为记录膜的主要成份，并且将记录膜的成份比例设置在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内。
根据该方面，记录膜的厚度可以大于等于6nm且小于等于13nm。另外，形成信息记录层以便使该记录膜夹在透明衬底上的电介质膜之间。在与入射光侧正对的信息记录层一侧上形成反射膜。其结果是可以提供具有单个信息记录层的光学信息记录介质。
在下面提供了具有两个信息记录层的光学信息记录介质。该双层光学信息记录介质包含：
第一透明衬底，激光束通过该衬底而进入；
沉积在该第一透明衬底上的第一信息记录层；
在第一信息记录层上形成的第一反射膜；
沉积在第一反射膜上的中间层；
在该中间层上形成的第二信息记录层；
沉积在第二信息记录层上的第二反射膜；以及
配备在第二反射膜上的第二衬底，
其中以这样一种方式形成第一和第二信息记录层中的每个信息记录层，使得记录膜被夹在第一和第二电介质层之间，并且
其中第一和第二信息记录层中的每个信息记录层的记录膜具有由(GeTe)xSb2-yInyTe3代表的主要成份，并且其成份比例在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内。
对于本发明的光学信息记录介质，例如可以使用聚碳酸脂衬底或者是玻璃衬底。另外，对于第一和第二电介质膜可以使用SiN、SiO2、TaOx、Al2O3、AlN或者是ZnS-SiO2或者由这些材料构成的叠层，并且可以使用10nm厚左右的Ag或者是Au膜。
为了进行光学信息的记录和再现，根据本发明的光学信息记录/再现装置发射波长为400到430nm的半导体激光来照射上面说明的任意光学信息记录介质。
根据本发明，可以提供光学信息记录介质，其中确保了在记录膜厚度降低时该介质的特定透射系数，而不必须形成附加的表面层，并且该介质在擦除功能和重写的重复次数上具有优势。特别是当记录膜仅有8nm厚时，至少可以得到50％的透射系数。另外，当使用本发明的光学信息记录介质时，对于使用产生波长为400到430nm的光束的半导体激光器的光学信息的记录和再现，可以得到高的C/N值。另外，当使用本发明的光学信息记录介质时，可以改进介质的交叉擦除(cross-erasing)特性，并且提高介质的记录密度。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例用于解释光学信息记录介质结构的横截面视图；
图2是用于解释传统的光学信息记录介质结构实例的横截面视图；
图3是示出一种用于根据本发明的光学信息记录装置的实例结构的视图；并且
图4是示出单层类型的用于光学信息记录介质的实例结构的视图；
具体实施方式
图1是根据本发明的光学信息记录介质结构的横截面视图。如图1所示，根据本发明的双层光学信息记录介质包含：层L0(10)、层L1(20)和用来接合层L0和L1的中间层16。对于本发明，虽然只有层L0可以用作单层类型的光学信息记录介质，但是在下面的解释中主要使用了双层类型的光学记录介质。
聚碳酸酯(PC)衬底或者是玻璃衬底可以用作衬底11和21。被发射用于记录和再现信息的激光束进行寻轨所用的引导沟槽通常形成在衬底11和21中。L0盘10被设计为在衬底11上顺序层压电介质膜12、记录膜13、电介质膜14和反射膜15。
对于电介质膜12和14，可以使用SiN、SiO2、TaOx、Al2O3、AIN或者是ZNS-SiO2膜或者由这些材料构成的叠层的膜，对于记录膜13，使用主要成份为(GeTe)xSb2-yInyTe3的膜。成份(GeTe)xSb2-yInyTe3的优选浓度是大于95％，并且为了改进耐久性，可以添加某些元素，诸如Ge、Sb、Te、Cr、Co、Ag、Si等。因为对于L0盘10的反射膜15需要特定的透射系数，所以通常使用10nm厚的Ag或者是Au膜。当需要时，为了改进盘的机械性能和耐久性，电介质膜可以被附加地沉积在反射膜15上。
因为对于双层盘仅仅提供了一个激光束入射面，所以L1盘20被设计为在衬底21上顺序层压反射膜25、电介质膜24、记录膜23和电介质膜22。对于沉积在L1盘20上的电介质膜22和24以及记录膜23，可以使用与L0盘10中所用的相同的材料。
因为对于L1盘20的反射膜25不需要特定的透射系数，所以只需使用厚度大约为100nm的金属膜，该金属膜含有Al、Ag或者Au作为主要成份并且经常用于普通光学信息记录介质，诸如DVD-RAM或者是DVD-RW。
在使用溅射方法制作L0盘10和L1盘20之后，使用紫外线硬化树脂或者是透明带形成中间层16，并且盘10和11都与该中间层16接合。用这种方式制作了双层盘。中间层16还作为阻挡层，用于阻止记录在L0盘10上的数据在对L1盘20执行再现处理时产生噪声干扰，还用于阻止记录在L1盘20上的数据在对L0盘10执行再现处理时产生噪声干扰。
本发明的光学信息记录介质提供了显著的效果，特别是使用波长400到430nm的半导体层的光学信息的记录和再现。
在图3中示出了根据本发明的用于光学信息记录/再现装置的实例结构。将被记录在盘30上的信息(记录信息)从CPU31传输到激光器驱动器32，并且激光器驱动器32根据记录信息来控制记录所用的激光束的功率和脉冲宽度。另外，由CPU31提供用于指示两层中的哪一个被用来进行记录的选择信号，并且根据该选择信号，光头33的聚焦位置在这些层之间变化。使用由光头33提供的信息作为使用再现信号发生器34和数据识别器35的再现数据。
第一实施例
使用0.6mm厚的PC衬底11制作了用于记录膜13(x和y在(GeTe)xSb2-yInyTe3中变化)的具有不同成分的L0盘，而每个记录膜13的厚度为8nm。对这些L0盘进行记录和再现的评价。每个盘的透射系数等于或者是大于0.5(50％)，根据本发明的光学信息记录介质，即使使用8nm厚的记录膜也可以获得满意的透射系数。在用作PC衬底11的衬底中形成间距为0.45μm且深度为25nm的引导沟槽，信息记录在该引导沟槽的内部。对于每个L0盘，电介质膜12和14使用了ZnS-SiO2，反射膜15使用了10nm厚的Ag膜。
当L0盘以5.6m/s的线速度旋转时，以60MHz(T＝15.15ns)的时钟频率用3T标志重写8T信号，并且对于各个盘测量8T信号的擦除速度。为了记录和再现，使用波长405nm的光头和数值孔径(NA)为0.65的物镜。在表1中示出了记录膜的成份和擦除速度之间的关系。
[表1]
    (x，y)     8T擦除速度(dB)
    (4，0.02)     20
    (4，0.04)     26
    (4，0.1)     30
    (4，0.2)     28
    (4，0.3)     26
    (8，0.02)     19
    (8，0.04)     25
    (8，0.1)     30
    (8，0.2)     29
    (8，0.3)     26
从表1中显然可见，在4≤x≤8范围内，当0.04≤y时，可以获得较高的擦除速度(等于或者高于25dB)，即使对于较薄的(即8nm)的记录膜也同样如此。
第二实施例
在该实施例中，当每个记录膜13是8nm厚时，通过使用与在第一实施例中所用的相同PC衬底11来制作L0盘，对于L0盘，其记录膜13使用不同的组合物(x和y在(GeTe)xSb2-yInyTe3中变化)。然后对这些L0盘进行记录和再现的评价。当L0盘以5.6m/s的线速度旋转时，以60MHz(T＝15.15ns)的时钟频率记录8T信号，并且为这些8T信号来测量C/N值。
为了记录和再现，使用波长为405nm的光头和数值孔径(NA)为0.65的物镜。在表2中示出了记录膜13的成份、C/N值和记录激光功率之间的关系。
[表2]
    (x，y)     8TC/N(dB) 记录激光功率(mW)
    (3.5，0.1)     50     5
    (4，0.1)     54     5.3
    (6，0.1)     56     5.8
    (8，0.1)     57     6
    (8.5，0.1)     57     7
从表2中显然可见，当x≥4时得到了较高的C/N值。然而，随着x的增加，记录所需的激光功率也增加，特别是在x＞8时急剧增加。因为高的记录功率会增加激光器负荷，加速激光器质量的下降，所以低的记录功率是优选的。对于记录膜13所使用的成份，由4≤x≤8表示的范围是合适的。
从第一和第二实施例明显可见，在(GeTe)xSb2-yInyTe3中，用于获得较高擦除速度和较高C/N值(没有伴随着记录功率的急剧增加)的成份范围是4≤x≤8且0.04≤y＜2。
对于含有满足表2中的(x，y)＝(3.5，0.1)和(4，0.1)的记录膜13的盘，在使用波长为660nm的红色半导体激光进行记录之后评价C/N值。对于这些盘，在C/N值上几乎没有差别。因此，使用蓝-紫半导体激光(波长为400到430nm)证明改变x的值可以显著改进C/N值。
第一对比实施例
使用了与第一实施例中相同的衬底和在成份和厚度上有差别的记录膜13(改变(Ge6Sb2Te9)1-yIny中的y)来制作L0盘，并且对于L0盘进行记录和再现的评价。对于每个L0盘，电介质膜12和14使用了ZnS-SiO2，使用了10nm的Ag膜来作为反射膜15。
在该对比实例中，Ge6Sb2Te9是在加入In之前的母体组合物，它对应于本发明中x＝6的情况。当L0盘以5.6m/s的线速度旋转时，以60MHz(T＝15.15ns)的时钟频率用3T标志重写8T信号，并且对于8T信号测量擦除速度。为了记录和再现，使用波长为405nm的光头和数值孔径(NA)为0.65的物镜。在表3中示出了记录膜13的成份和透射系数之间的关系。从表3中发现，当使用薄的记录膜时，In在以取代部分GeSbTe的方式加入时，不可避免地造成擦除速度的降低。
[表3]
    y  记录膜厚度(nm)  8T擦除速度(dB)  透射系数(％)
    0.1     12     30     30
    0.1     10     26     40
    0.1     8     20     49
    0.03     8     18     48
    0.15     8     18     50
第三实施例
在该实施例中，通过使用0.6mm厚的PC衬底11和厚度不同的记录膜制作了盘，并且进行记录和再现的评价。对于记录膜13的成份，使用了x＝6和y＝0.1的(GeTe)xSb2-yInyTe3。对于每个盘，ZnS-SiO2(12)、记录膜13、ZnS-SiO2(14)和Ag反射膜15是顺序层叠在PC衬底11上的。使用了其中形成有间距为0.68μm并且深度为45nm的引导沟槽的衬底作为PC衬底11，并且在引导沟槽的内部和在引导沟槽之间形成的平坦部分上进行记录(凸、凹区记录)。当盘以5.6m/s的线速度旋转时，以60MHz(T＝15.15ns)的时钟频率用3T标志重写8T信号，并且测量8T信号的擦除速度。
另外，对于另一种轨道，重复地重写8T信号10000次，并且测量8T信号的C/N值。此外，对于附加的轨道，在引导沟槽内部记录3T信号，并且测量该3T信号的载波(C0)。此后，将8T信号在邻近的凸区(引导沟槽之间所定义的平坦部分)上面重写100次，并且为该引导沟槽再次测量3T信号的载波(C1)。用这种方式测量了交叉擦除值(C1-C0)。
为了记录和再现，使用波长为405nm的光头和数值孔径(NA)为0.65的物镜。在表4中示出了记录膜的厚度、擦除速度、C/N值和交叉擦除值之间的关系。因为当记录膜的厚度降低到5nm时，擦除速度和重复特性(在重写10000次之后的8T信号的C/N值)大大恶化，所以优选的记录膜厚度为大于等于6nm。另外根据本发明，因为当记录膜的厚度增加到15nm时重复特性恶化，所以从表4中明显可见对于记录膜厚度的适当范围是大于等于6nm至小于等于13nm。
[表4]
  记录膜厚度(nm)   擦除速度(dB)   8TC/N(dB)   交叉擦除(dB)
    5     22     45     0
    6     26     54     0
    10     30     55     0
    13     30     55     0
    13(没有加入In的Ge6Sb2Te9)     30     55     -2
    1 5     26     48     0
从表4还明显可见，本发明的记录膜具有极好的交叉擦除特性。因此，本发明的记录膜不仅对于L0双层光盘是适合的，而且对于传统的单层光学信息记录介质也是适合的。即由于该记录膜具有优良交叉擦除特性，所以可以显著地改进记录膜的记录密度。
在图4中示出了对于单层光学信息记录介质的实例结构。图4中的光学信息记录介质包含：透明衬底41，激光束穿过该衬底而进入，和形成在该透明衬底41上的信息记录层。该信息记录层包括：沉积在透明衬底41上的第一电介质膜42；形成在第一电介质膜42上的记录膜43；形成在记录膜43上的第二电介质膜44；另外还有沉积在第二电介质膜44上的反射膜45。记录膜43的成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3来表示，并且成份比例是在0.04≤y≤2和4≤x≤8所表示的范围。当使用0.6mm厚的衬底时，通常如图4所示，衬底41是通过由紫外线硬化树脂或者透明带制得的中间层46而与衬底47接合的，该衬底47上没有形成信息记录层。
当把本发明的记录膜用于双层盘时，对于要求特定透射系数的L0盘仅需要使用厚度大约8nm的本发明的记录膜，而对于特定透射系数不是特别限制的L1盘仅需要使用厚度大约12nm的本发明的记录膜。然后可以容易地提供具有良好的重复特性和实现高密度记录操作的双层盘。因为对于本发明的记录膜，其擦除速度仅在很小的程度上取决于膜厚度，所以可以使用相同成份的记录膜并且仅仅这些膜需要改变其厚度就能够制作L0和L1盘。
第四实施例
为了详细地检验由于添加In而对交叉擦除的降低产生的效果，进行了与第三实施例中相同的测试。对于该测试所使用的衬底、保护膜和反射膜与在第三实施例中所使用的部分相同。当每个记录膜是12nm厚时，改变(GeTe)6Sb2-yIny成份中y表示的范围，y＝0.02到0.3。在表5中示出了用第三实施例中相同的方法测试交叉擦除值而获得的结果。
[表5]
    y     擦除速度(dB)
    0.02     -2
    0.04     -0.3
    0.1     0
    0.2     0
    0.3     0
从表5中明显可见，通过加入预定量的In作为Sb(特别是y≥0.04)的替代物可以大大降低交叉擦除值。
根据本发明的上面实施例，使用了厚度为0.6mm的衬底(透明层)来用于本发明的光学信息记录介质。然而，本发明的光学信息记录介质还可以用于使用了不同厚度值(例如0.1mm的厚度)的透明层的盘。
用于双层盘的本发明的光学信息记录介质具有优良的擦除功能和重复特性，同时确保了特定的透射系数。该记录介质的实用价值是非常大的。

Claims (6)

1.一种光学信息记录介质，对于该光学信息记录介质，通过使用激光束照射记录膜而改变该记录膜的反射率或光学相从而进行记录，包含：
第一透明衬底，激光束穿过该衬底而进入；
沉积在该第一透明衬底上的第一信息记录层；
在第一信息记录层上形成的第一反射膜；
沉积在第一反射膜上的中间层；
在该中间层上形成的第二信息记录层；
沉积在第二信息记录层上的第二反射膜；以及
配置在第二反射膜上的第二衬底，
其中以如下方式形成第一和第二信息记录层中的每个信息记录层，使得记录膜被夹在第一和第二电介质层之间，并且
其中第一和第二信息记录层中的每个信息记录层的记录膜的主要成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3表示，并且其成份比例是在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内，以及
其中记录膜的厚度大于等于6nm且小于等于13nm。
2.根据权利要求1的光学信息记录介质，其中第一反射膜的厚度为10nm。
3.一种光学信息记录介质，对于该光学信息记录介质，通过使用激光束照射记录膜而改变该记录膜的反射率或光学相从而进行记录，包含：
透明衬底，激光束穿过该衬底而进入；
形成在透明衬底上的信息记录层，并且该信息记录层包含沉积在该透明衬底上的第一电介质膜、沉积在该第一电介质膜上的记录膜和沉积在该记录膜上的第二电介质膜；以及
形成在第二电介质膜上的反射膜，
其中该记录膜的主要成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3表示，并且其成份比例是在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内，以及
其中记录膜的厚度大于等于6nm且小于等于13nm。
4.一种光学信息记录/再现装置，包含：
光学信息记录介质；
使用激光束照射光学信息记录介质的光头；以及
用于驱动光头以便用激光束照射光学信息记录介质上的希望位置的驱动机构，
其中该光学信息记录介质包括：
第一透明衬底，激光束穿过该衬底而进入；
沉积在该第一透明衬底上的第一信息记录层；
在第一信息记录层上形成的第一反射膜；
沉积在第一反射膜上的中间层；
在该中间层上形成的第二信息记录层；
沉积在第二信息记录层上的第二反射膜；以及
配置在第二反射膜上的第二衬底，
其中以如下方式形成第一和第二信息记录层中的每个信息记录层，使得记录膜被夹在第一和第二电介质层之间，并且
其中第一和第二信息记录层中的每个信息记录层的记录膜的主要成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3表示，并且其成份比例是在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内，以及
其中记录膜的厚度大于等于6nm且小于等于13nm。
5.根据权利要求4的光学信息记录/再现装置，其中第一反射膜的厚度为10nm。
6.一种光学信息记录/再现装置，包含：
光学信息记录介质；
使用激光束照射光学信息记录介质的光头；以及
用于驱动光头以便用激光束照射光学信息记录介质上的希望位置的驱动机构，
其中该光学信息记录介质包括：
透明衬底，激光束穿过该衬底而进入；
形成在透明衬底上的信息记录层，并且该信息记录层包含沉积在该透明衬底上的第一电介质膜、沉积在该第一电介质膜上的记录膜和沉积在该记录膜上的第二电介质膜，以及
形成在第二电介质膜上的反射膜，
其中该记录膜的主要成份由(GeTe)xSb2-yInyTe3表示，并且其成份比例是在0.04≤y＜2和4≤x≤8的范围之内，以及
其中记录膜的厚度大于等于6nm且小于等于13nm。
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