CN1647167A - 光学数据存储介质以及这种介质的应用 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于借助波长为λ的聚焦射束(9)进行记录的光学数据存储介质(10)。射束在记录过程中穿入介质的入射面(28)。介质至少包括具有深度为g的导槽的基底(1)。导槽位于基底上与入射面相对的一侧上。层中的记录叠层(2，3)，位于邻近基底(1)的导槽一侧。所述叠层包括：一次性写入的记录层(2)，由波长为λ时复折射率为_R＝n_R－i＊K_R的材料构成，其纹槽部分内的厚度为d_RG，纹槽之间的部分的厚度为d_RL。由基本透明的材料构成的非金属层(3)与一次性写入的记录层(2)相邻。当λ以nm表示时，纹槽深度g在(λ/655)＊20nm＜g＜(λ/655)＊140nm的范围内。所述范围可以获得足够的推挽跟踪信号和足够的记录标记调制度。

Description

光学数据存储介质以及这种介质的应用

技术领域

本发明涉及一种光学数据存储介质，用于借助波长为λ并且在记录过程中穿入该介质的入射面的聚焦射束进行记录，该介质至少包括：

基底，包含深度为g的导槽，所述导槽存在于基底上与入射面相对的一侧，

在基底上所述导槽一侧上的记录叠层，该叠层包括：

一次性写入的记录层，由波长为λ时复折射率为 ${{\tilde{n}}_R=n}_R-i*k_R$ 的材料构成，其纹槽部分的厚度为d_RG，纹槽之间部分的厚度为d_RL，该记录层与基底相邻，

由基本透明的材料构成的非金属层，与一次性写入记录层相邻。

本发明还涉及这种光学数据存储介质在标准光学数据存储介质读取/记录设备中的应用。

背景技术

光学数据存储领域中的推动因素之一是数据容量的增加。现在正在开发的是一种双叠层数字通用盘可记录介质(DL-DVD+R)，这种记录介质将数据存储容量提高为几乎12cm DVD可记录盘的两倍：双层DVD+R的存储容量为8.5GB，相比于单层DVD+R的存储容量4.7GB，几乎为两倍。也可以通过形成四叠层DVD可记录盘(QL-DVD+R)而再获得两倍的数据存储容量。这种四叠层介质极有可能也将建立在反射存储层的基础上。目前，很少倾向于考虑可转换层，如热致变色、光致变色或电致变色层。应当注意，虽然叠层包括两层以上的层，但是术语叠层通常被称为层。术语介质和盘可互换地使用。

在使用双叠层DVD+R盘的情况下，现已认识到，由于染料在记录/读取波长下具有固有的高透明度，因此染料是用作记录材料的最具有吸引力的候选物。因此，对于多叠层盘而言，也可以将染料用作记录材料。通常将传统DVD+R叠层用作最下方的叠层。多叠层设计由符号Ln表示，其中，n表示0或正整数。射束最先到达的叠层，即最接近入射面的叠层被称为L0，而逐渐远离辐射源的每一叠层分别以L1......Ln表示。因而，在双叠层介质的情况下，示出了两个叠层L0和L1，其中，L0表示“顶部”记录层，L1表示“最深”记录层。双叠层DVD+R中的L0叠层可以使用薄的半透明金属反射层，例如10nm的Ag层。这种L0叠层具有约60％的透射率。然而，在QL-DVD+R盘中，也可以存在另外的L2和L3叠层，此时，L0和L1叠层需要更高的70-80％的透射值，以从位置较深的L2和L3中获取足够的信号。由于层的均匀性很成问题，因此不选择采用更薄的金属层来提高透射率。但是，可以通过将染料与非金属反射层如现有技术中已知的介质镜组合来获得高透明度的叠层。

对于真正有用的叠层设计来说，必须同时优化几个参数：反射和透射率，写入标记的调制和每个叠层的伺服跟踪信号。

为了能够跟踪空白可记录光盘(单叠层、双叠层或多叠层)，在基底或中间层上设置了所谓导槽或预置纹槽，其上沉积有光学记录叠层。预置纹槽导致从纹槽反射的光与从纹槽(纹脊)之间的部分反射的光之间出现相差。由于纹脊和纹槽上的复反射幅度不同，因而入射射束即激光发生衍射。当对其进行适当检测时，反射光的第±1衍射级和第0衍射级之间的串扰导致了所谓推挽信号，光学跟踪系统可以使用所述信号将激光光点保持在预置纹槽上。实际上，所述方法采用了两个设置在已经被光学数据存储介质反射的射束的光路上的辐射感应的检测器，以使检测器能够接收反射射束径向上的不同部分。两个检测器的输出信号之差包含有关激光光点相对于纹槽的径向位置的信息。如果输出信号相等，则激光光点的中心位置与纹槽的中心或相邻纹槽之间的中心位置重合。因此，在记录过程中，使用纹槽来检测由聚焦激光束形成在记录层上激光写入光点相对于纹槽的径向位置，以校正写入光点的径向位置。结果，上述方案降低了对驱动器以及用于移动写入射束和光学数据存储介质彼此的相对位置的引导机构的要求，从而使写入设备可以采用更加简单而廉价的结构。为了使光驱动器能够在空白盘上适当寻迹，推挽信号必须具有正确的符号和足够的数值。所需的数值通常在特定光盘的标准中指定。通常，推挽信号的符号和幅度主要被从纹脊和纹槽上反射的光之间的相位差所控制。引导纹槽或预置纹槽轨道通常包括透明基底或中间层上的螺旋纹槽，记录层是如有机染料之类的材料构成的薄层。引导纹槽沿整个光学数据存储介质表面延伸。强度足够高的聚焦激光束可以在记录层上产生光可检测的改变或标记。这种写入标记的调制深度M定义为标准化为两种强度的最大值的从纹槽的写入部分接收的光强与从纹槽的未写入部分接收的光强的差。

现已发现，特殊染料形成的层非常适合用作预置纹槽后的光学数据存储介质基底上的记录层。这种染料可以是，例如，花青化合物或偶氮染料，这种染料可以通过在基底表面上旋涂这种化合物的溶液而沉积。当一层染料涂敷到预置纹槽后的光学数据存储介质基底上时，纹槽被部分或全部填满，纹槽位置的层的厚度d_RG通常大于纹槽之间的厚度d_RL。纹槽之间的区域被称为纹脊。由于层厚度的这种差异，该差值等于d_RG-d_RL，因此，纹槽位置的记录层反射的辐射线与纹脊位置的记录层反射的辐射线之间产生了附加的相移。该附加相移产生了差分跟踪信号，该信号不同于d_RG＝d_RL情况下的差分跟踪信号。校平参数可以定义为：L＝(d_RG-d_RL)/g。当L＝1时，纹槽完全被记录层填平，就是说在记录层与基底相反的表面上不再存在纹槽结构。这会使纹槽非常浅(d_RG＞＞g)。然而，在大多数实际情况下，如，可记录光盘(CD-R)或可记录DVD(DVD+R)盘的情况下，校平参数L范围为0.2到0.5。例如，对于典型的DVD+R来说，纹槽深度为160nm，纹槽中染料的厚度为100nm，纹脊上染料厚度为40nm：L＝(100-40)/160＝0.375。当通过不同的技术如蒸镀技术沉积染料时，校平参数几乎为零，即纹脊上和纹槽内的染料厚度相同。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种首段所描述的那种光学数据存储介质，该介质具有足够的推挽信号和足够的记录标记调制。

根据本发明的如首段所描述的那种光学数据存储介质可以实现上述目的，其特征在于，在λ以nm表示的情况下，纹槽深度在(λ/655)*20nm＜g＜(λ/655)*140nm的范围内。

本发明是基于对下述问题的认识而作出的：对于根据首段所述的具有非金属反射层的光学存储介质来说，纹槽的推挽信号的数值和标记调制的数值是不足的。如图3所示，在金属和非金属反射层的情况下，标准化的推挽信号PP(下文中进行定义)之间的基本上是存在差别的。更重要的是，对于在具有金属反射层的单层DVD+R中所采用的典型的170nm的纹槽深度而言，在采用染料在介质上的叠层结构的情况下，推挽信号几乎为零，这意味着在这种盘上进行跟踪实际上是不可能的。通常形成为螺旋形的导槽具有轨道间距，其平均宽度w最好在0.3到0.7倍于p的范围范围内。对于DVD来说，轨道间距p约为0.74μm。对于DVD来说，波长λ约为655nm。对于不同的波长而言，其最佳范围需要控制在例如λ＝405nm乘以405/655。因此，对于λ＝405nm的情况而言，其最佳范围为(405/655)*20nm＜g＜(405/655)*140nm。通常，推挽信号通过从二分束检测器的右和左检测器中减去信号I_R和I_L而提取出来，该二分束检测器在扫描引导纹槽的过程中位于激光束的反射光路中。在光盘标准规格中，推挽信号通常定义为标准化参数PP＝<I_R-I_L>/[I_R+I_L]，其中，当激光点跨越引导纹槽径向向外移动时，方程式<I_R-I_L>表示I_R-I_L的最大差值，[I_R+I_L]表示I_R+I_L的平均值。应当注意，该PP信号不同于定义为(I_R-I_L)的PP(以斜体字表示)所表示的未标准化的推挽信号。作为纹槽深度的函数的包括非金属反射层的叠层的未标准化推挽信号PP的形状明显不同于图3中所示的标准金属反射层的情况。不同的轨道间距和/或纹槽宽度可以略微影响推挽信号的幅度，但是相比于纹槽深度的影响，其影响效果是相当小的。通常，纹槽形状如图1所示，该附图中示出了纹槽深度的定义。根据DVD+R标准，纹槽的相位深度应不超过90度，这意味着，在现有的计算方式中，正常叠层的推挽信号应为正值。

可以在采用非金属反射层的情况下使用不同于对具有金属反射层的传统盘所使用的150nm到180nm范围内的纹槽深度的所要求的范围内的纹槽深度来解决上述现有技术中所认识到的问题。这种解决方式的优点在于，可以在这种具有非金属反射层叠层的盘上获得径向推挽跟踪信号，此外，写入标记的调制是充分的。

在实施例中，非金属层主要包括从透明塑料、硅、硅的氧化物、硅的氮化物和硅的碳化物中选择出来的材料。

这些材料是适当的候选物，因为它们具有相对较高的透明度和稳定性。其它适合的介质材料通常是ZnS-SiO₂、和氧化物和氮化物。

对于λ＝655nm，例如用于DVD，最好选择20nm＜g＜125nm。这对于可靠读出最大调制值是十分重要的。在纹槽深度范围为g＞125nm的情况下，调制值M下降到相对较小的数值。因此，最好选择所述用于非金属反射层可记录DVD型叠层的纹槽深度范围。

对于λ＝655nm，最好选择50nm＜g＜125nm，因为对于非常浅的纹槽而言，推挽信号PP太小，这会造成无法可靠跟踪。

按照一种实施方式，在λ＝655nm的情况下，记录层具有厚度d_RG，并且，145nm≤d_RG*n_R＜245nm，非金属层主要包括SiO₂，并具有厚度在10nm≤d_T≤120nm范围内的厚度d_T。在采用这种非金属层材料的优选实施例中，可以采用下面的近似值：d_T＝110nm，d_RG＝80nm，g＝80nm，染料为在记录波长下具有 ${\tilde{n}}_R=2.45-i*0.08$ 的偶氮染料。

按照另一种实施例方式，在λ＝655nm的情况下，记录层具有厚度d_RG，并且，132nm≤d_RG*n_R＜220nm，非金属层主要包括SiC，并具有厚度在10nm≤d_T≤60nm范围内的厚度d_T。在采用这种非金属层材料的优选实施例中，可以采用下面的近似值：d_T＝52nm，d_RG＝70nm，g＝120nm，染料为在记录波长下具有 ${\tilde{n}}_R=2.24-i*0.02$ 的偶氮染料。

按照另一种实施方式，在λ＝655nm的情况下，记录层具有厚度d_RG，并且，154nm≤d_RG*n_R＜264nm，非金属层主要包括非晶Si(a-Si)，并具有厚度在1nm≤d_T≤20nm范围内的厚度d_T。在采用这种非金属层材料的优选实施例中，可以采用下面的近似值：d_T＝10nm，d_RG＝100nm，g＝120nm，染料为在记录波长下具有 ${\tilde{n}}_R=2.24-i*0.02$ 的偶氮染料。

按照另一种实施方式，与另外的基底相邻的位置上存在至少一个另外的记录叠层，所述基底包括与g的范围相同的深度为g’的导槽，导槽位于另外的基底上与入射面相对的一侧上，另外的记录叠层包括：

-另外的一次性写入的记录层，由波长为λ时复折射率 ${{\tilde{n}}^{,}}_R={n^{,}}_R-i*{k^{,}}_R$ 的材料构成，其纹槽部分的厚度为d’_RG，纹槽之间部分的厚度为d’_RL，该记录层与基底相邻，

-基本由透明材料构成的另外的非金属层，与另外的一次性写入记录层相邻。可以重复设置包括非金属反射层的记录叠层，以形成多叠层可记录介质。非金属层的使用是有益的，因为采用非金属反射层可以获得相对较高的透射性。特别在使用三个以上的记录叠层的情况下，由于非金属层的光透射性较高，因而最好采用非金属层。

光学数据存储介质的基底至少可以透射射束波长。对于DVD而言，基底是盘形的，直径为120mm，厚度为0.6mm，另一基底厚度为0.6mm，记录叠层夹在基底与另一基底之间。导槽通常由螺旋形纹槽构成，在注塑或加压的过程中以压模的方式形成在基底或另一基底上。这些纹槽也可以在复制过程中形成在合成树脂上，如，UV光固化丙烯酸脂，所述材料在固化之后用作另一基底。

将根据本发明的光学数据存储介质用在标准光学数据存储介质记录/读取设备中具有不需要在记录/读取设备的推挽信号处理电子电路中进行修正的优点，其中，所述标准光学数据存储介质记录/读取设备适于借助推挽方法对标准可记录光学数据存储介质的导槽进行跟踪，所述导槽位于金属反射层附近。所述推挽信号具有足够的数值。

附图说明

现在将参考附图对本发明进行详细的阐述，其中

图1是根据本发明的光学存储介质的示意性草图，

图2是根据本发明的具有两个记录叠层的光学存储介质的示意性草图。

图3示出了λ＝655nm时金属(Ag)金属反射层和介质(SiO₂)反射层上的标准化推挽信号对纹槽深度的曲线图。

图4A示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的80nmAZO染料/110nm SiO₂叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。

图4B示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的80nmAZO染料/110nm SiO₂叠层对三个校平值L的调制度M。

图5A示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的70nmAZO染料/52nm SiC叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。

图5B示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的70nmAZO染料/52nm SiO₂叠层对三个校平值L的调制度M。

图6A示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的100nmAZO染料/10nma-Si叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。

图6B示出了λ＝655nm时作为纹槽深度的函数的100nmAZO染料/10nma-Si叠层对三个校平值L的调制度M。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的用于借助于聚焦射束9进行记录的光学数据存储介质10的示意性横截面图。射束是激光束，其波长λ约为655nm，并且在记录过程中穿入介质的入射面8。聚焦射束的数值孔径(NA)为0.65。介质包括基底1，包括深度为g的导槽。导槽位于基底上与入射面8相对的一侧。层中的记录叠层2、3位于基底1上的导槽一侧。记录叠层包括一次性写入的记录层2，由在所述波长下复折射率为 ${\tilde{n}}_R=2.45-i*0.08$ 的偶氮染料构成，其纹槽部分的厚度为d_RG＝80nm，纹槽之间的厚度为d_RL＝32nm，相当于校平值L＝0.4。一次性写入记录层2与基底1相邻。与一次性写入记录层2相邻的是SiO₂构成的非金属层3。纹槽深度g＝80nm。另一基底4与SiO₂层相邻。标准化推挽信号PP的数值与调制度M分别为0.96和0.42，该数值足以正确跟踪和读出。

图2中示出了根据本发明的光学数据存储介质20的另一实施方式的示意性横截面图。附图标记1、2、3、4、8和9代表与图1中所示的相同的特征。另外的记录叠层2’、3’与另外的基底4相邻。另外的记录叠层2’、3’包含与记录叠层2、3相同的材料。

在图3中，比较了在金属Ag反射层和介质SiO₂反射层上的染料的标准化推挽信号PP对纹槽深度g的关系曲线。染料在纹槽中的厚度为80nm，校平值L＝0.4，染料实部折射率为2.3，λ＝655nm，NA＝0.65。金属或介质反射层的情况下的标准化推挽信号PP实质上是不同的。更加重要的是，对于在具有金属反射层的单层DVD+R中所使用的典型的170nm的纹槽深度，在染料在介质上叠层的情况下标准化的推挽信号几乎为零，在这种盘上进行跟踪实际上是不可能的。在下文对图4A-6B的描述中，所使用的波长为λ＝655nm，而NA＝0.65。

图4A中示出了作为纹槽深度g的函数的80nm AZO染料/110nmSiO₂叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。应当注意，在g＝125nm的范围之外，标准推挽信号值PP出现了下降，并且远远低于正确跟踪值。同样的情形也出现在小数值例如＜20nm的情况下。

图4B示出了作为纹槽深度g的函数的80nmAZO染料/110nmSiO₂叠层对三个校平值L的调制度M。用于这一叠层的优选的纹槽深度为80nm。

图5A示出了作为纹槽深度g的函数的70nm AZO染料/52nm SiC叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。应当注意，PP值保持在一个可接受的幅度上，直到g＝180nm。然而，调制度M在g的较低数值处就趋于下降。因此，需要在PP和M之间进行折衷。

图5B示出了作为纹槽深度g的函数的70nm AZO染料/52nm SiC叠层对三个校平值L的调制度M。应当注意，g＝125nm之后，调制值M出现了下降，其数值过低，不能正确的进行读出。用于这种叠层的优选纹槽深度为120nm。

图6A示出了作为纹槽深度g的函数的100nm AZO染料/10nma-Si叠层对三个校平值L的标准化推挽信号PP。

图6B示出了作为纹槽深度g的函数的100nmAZO染料/10nma-Si叠层对三个校平值L的调制度M。应当注意，g＝125nm之后，调制值M出现了下降，其数值过低，不能正确的进行读出。用于这种叠层的优选纹槽深度g为120nm。

应当注意，上述实施方式是示例性的而不对发明进行限定，在不背离附加的权利要求所定义的范围的条件下，本领域技术人员可以设计出许多替换性的实施方式。在权利要求中，括号内的任意附图标记都不对权利要求作出限定。词语“包括”并不排除权利要求所列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一个”并不排除多个这种元件的存在。在互不相同的权利要求中描述了某些方式并不表示不能对这些方式进行组合来实现更好的效果。

根据本发明，描述了一种借助于波长为λ的聚焦射束来进行记录的光学数据存储介质。射束在记录过程中穿入介质的入射面。所述介质至少包括基底，具有深度为g的导槽。导槽位于基底上与入射面相对的一侧。层中的记录叠层与基底上的导槽侧相邻。叠层包括：一次性写入的记录层，由波长为λ时复折射率为 ${{\tilde{n}}_R=n}_R-i*k_R$ 的材料构成，其纹槽部分的厚度为d_RG，纹槽之间部分的厚度为d_RL。基本上由透明材料构成的非金属层与一次性写入的记录层相邻。当λ以nm表示时，纹槽深度在(λ/655)*20nm＜g＜(λ/655)*140nm的范围内。该范围可获得足够的推挽跟踪信号和足够的记录标记调制度。

Claims (10)

1、一种光学数据存储介质(10)，用于借助波长为λ并且在记录过程中穿入介质的入射面(8)的聚焦射束(9)进行记录，读介质至少包括：

-基底(1)，包括深度为g的导槽，导槽存在于基底上与入射面(8)相对的一侧，

-多个层的记录叠层(2，3)，位于基底(1)上的导槽一侧，所述叠层包括：

-一次性写入的记录层(2)，由波长为λ时复折射率为 ${\tilde{n}}_R=n_R-i*k_R$ 的材料构成，其纹槽部分内的厚度为d_RG，纹槽之间部分的厚度为d_RL，该记录层与所述基板相邻，

-非金属层(3)，由基本透明的材料构成，与一次性写入的记录层(2)相邻，

其特征在于，当λ以nm表示时，纹槽深度g在(λ/655)*20nm＜g＜(λ/655)*140nm的范围内。

2、根据权利要求1所述的光学数据存储介质(10)，其中，非金属层(3)主要包括从透明塑料、硅、硅的氧化物、硅的氮化物和硅的碳化物中选择出来的材料。

3、根据权利要求1或2所述的光学数据存储介质(10)，其中，波长λ约为655nm。

4、根据权利要求3所述的光学数据存储介质(10)，其中，g＜125nm。

5、根据权利要求3或4所述的光学数据存储介质(10)，其中，g＞50nm。

6、根据权利要求3-5其中之一所述的光学数据存储介质(10)，其中，记录层(2)具有厚度d_RG，并且，145nm≤d_RG*n_R＜245nm，非金属层主要包括SiO₂，并且厚度d_T在5nm≤d_T≤120nm的范围内。

7、根据权利要求3-5其中之一所述的光学数据存储介质(10)，其中，记录层具有厚度d_RG，并且，132nm≤d_RG*n_R＜220nm，非金属层主要包括SiC，并具有在5nm≤d_T≤60nm范围内的厚度d_T。

8、根据权利要求3-5其中之一所述的光学数据存储介质(10)，其中，记录层具有厚度d_RG，并且，154nm≤d_RG*n_R＜264nm，非金属层主要包括非晶Si，并具有在1nm≤d_T≤20nm范围内的厚度d_T。

9、根据上述权利要求其中之一所述的光学数据存储介质(20)，其中，至少一个另外的记录叠层(2’，3’)相邻于：

-一个另外的基底(4)，包括具有与g处于同一范围的深度g’的导槽，导槽位于另外的基底(4)上与入射面(8)相对的一侧上，

-所述另外的记录叠层(2’，3’)包括：

-一个另外的一次性写入的记录层(2’)，由波长为λ时复折射率为 ${{{\tilde{n}}^{\text{'}}}_R=n\text{'}}_R-i*{k\text{'}}_R$ 的材料构成，其纹槽部分的厚度为d’_RG，纹槽之间部分的厚度为d’_RL，该记录层与基底相邻，

-一个由基本透明的材料构成的另外的非金属层(3’)，与另外的一次性写入的记录层(2’)相邻。

10、一种根据上述权利要求中任意一个所述的光学数据存储介质(10，20)的应用，该应用为在标准光学数据存储介质记录/读取设备中使用，该记录/读取设备适于借助推挽方法跟踪标准可记录光学数据存储介质的导槽，所述导槽位于金属反射层附近。

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