DE102010012689A1 - Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium - Google Patents

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Abstract

Es wird ein beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium mit einer anorganischen Aufzeichnungsschicht bereitgestellt, die durch magnetisches Sputtern oder Zerstäuben hergestellt wird. Die Aufzeichnungsschicht ist ein Kombinationsfilm, der eine primäre Komponente enthält, die unter Kupfer (Cu), Silizium (Si), Chrom (Cr) oder einer Kombination daraus ausgewählt ist. Das Ziel des Aufzeichnens von Daten kann über ein Verändern der Mikrostruktur der Aufzeichnungsschicht nach Bestrahlen des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums durch einen Laserstrahl erreicht werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Aufzeichnungsmedium und insbesondere eine anorganische Aufzeichnungsschicht eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Bei der optischen Speicheraufzeichnung wird eine Lasertechnik eingesetzt, um Daten auf einem optischen Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen. Derzeit werden in der Regel organische Farbstoffe eingesetzt, um eine Aufzeichnungsschicht auf optischen Aufzeichnungs-Disks zu bilden. Im Verlauf eines Brennvorgangs auf einer optischen Aufzeichnungs-Disk wird der organische Farbstoff der Aufzeichnungsschicht durch den auf der Disk auftreffenden Lichtstrahl eines Lasers, der eine konstante Brennleistung aufweist, degradiert oder deformiert. Das Verfahren ruft einen Unterschied bei den Reflexionsindizes zwischen der gebrannten Region und der nichtgebrannten Region hervor. Folglich könnten die auf der optischen Disk gespeicherten Daten durch einen Laser mit einer entsprechenden Leistung unter Nutzung der unterschiedlichen Reflexionsindizes gelesen werden.
  • Weil der Bereich der durch die organischen Farbstoffe absorbierten Lichtwellenlänge schmal ist, können nur wenige spezifische organische Farbstoffe für einen bestimmten Wellenlängenbereich verwendet werden. Bei den aktuellen beschreibbaren Blue-ray-Medien ist die Wellenlänge eines Laserlichts kurz (405 nm). Darum kommen nur wenige organische Farbstoffspezies für die beschreibbaren Blue-ray-Medien in Betracht. Weil des Weiteren die Grenzen der Substratführungsspur der beschreibbaren Blue-ray-Medien schmal sind, ist es unwahrscheinlich, dass der organische Farbstoff gleichmäßig auf das Substrat beschichtet wird. Darum haben in jüngerer Vergangenheit einige Forschungslabors angekündigt, die organischen Farbstoffe durch anorganische Materialien, wie zum Beispiel Leiter (Metall) oder Halbleiter, zu ersetzen, um die Aufzeichnungsschicht der beschreibbaren Disks zu bilden.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Um die Nachteile zu beseitigen, dass organische Farbstoffe nur innerhalb eines schmalen Laserlicht-Wellenlängenbereichs verwendet werden können und dass nur wenige spezifische organische Farbstoffe entsprechend dem spezifischen Wellenlängenbereich von Laserlicht eingesetzt werden können, stellt die vorliegende Erfindung ein anorganisches beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium bereit, das sich durch hohe Stabilität und eine hohe Lichtabsorptionsrate in Wellenlängenregionen von sichtbaren Strahlen auszeichnet. Die Grenzschichtmorphologie oder Mikrostruktur von Filmen auf dem anorganischen beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmedium wird durch ein Erhitzen durch einen Laserimpuls mit verschiedenen Wellenlängen verändert, wodurch der Reflexionsindex der Filme verändert wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines einzelnen Films aus anorganischem Material zum Ausbilden einer Aufzeichnungsschicht eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums. Eine Aufzeichnungsregion aus einem Leiter-(Metall-) oder Halbleiterfilm wird mit einem Laser bestrahlt, woraufhin die Struktur der Grenzschicht der Aufzeichnungsregion verändert wird, um eine Reflexionsindexveränderung in der Aufzeichnungsregion zum Aufzeichnen eines digitalen Signals auf dem beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmedium herbeizuführen.
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium bereit. Das Lesen oder Schreiben von Daten kann durch Einstrahlen von Laserlicht auf eine gegenüberliegende Seite (Rückseite) des Substrats des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums ausgeführt werden. In anderen Ausführungsbeispielen können Daten auch durch Einstrahlen von Laserlicht von der Vorderseite des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums gelesen und geschrieben werden. Die Architektur der beschichteten Filme auf dem Substrat ist in 1 gezeigt, und sie stellt eine Struktur eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums dar. Die Struktur umfasst eine Reflexionsschicht, eine erste Pufferschicht, eine Aufzeichnungsschicht, eine zweite Pufferschicht, eine Kompensationsschicht und eine Lichtdurchlässigkeitsschicht. Die Schichten sind auf dem Substrat aufgebaut, auf dem zunächst die Reflexionsschicht ausgebildet ist. Die erste Pufferschicht ist auf der Reflexionsschicht ausgebildet; anschließend ist die Aufzeichnungsschicht auf der ersten Pufferschicht ausgebildet, worauf die zweite Pufferschicht auf der Aufzeichnungsschicht ausgebildet ist; und die Kompensationsschicht und die Lichtdurchlässigkeitsschicht, die als die oberste Schicht dient, sind nacheinander auf der zweiten Pufferschicht ausgebildet. Die Lichtdurchlässigkeitsschicht des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums wird durch Laserlicht bestrahlt, um Daten zu lesen und zu schreiben. Wie in 1 gezeigt, wird die Mikrostruktur der lokalen Region der einzelnen Aufzeichnungsschicht nach Einstrahlen durch ein Laserlicht auf eine lokale Region durch Absorbieren des Laserlichts verändert. Durch die Diffusion der Grenzschichtelemente miteinander wird eine Vermischungsregion erzeugt. Weil die Filmstruktur unterschiedlich ist, bestehen offensichtliche Unterschiede bei den Reflexionsindizes zwischen der durch den Laser erhitzten Vermischungsregion und der nicht durch den Laser erhitzten vermischungsfreien Region. Das Phänomen der unterschiedlichen Reflexionsindizes kann genutzt werden, um Daten auf das beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium zu speichern.
  • In den folgenden Ausführungsbeispielen wird unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen und Ansprüche eine detaillierte Beschreibung gegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaubild einer Schichtstruktur eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Schaubild von dynamischen Testergebnissen von Schreibleistung (Power) und Modulation des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Schaubild von dynamischen Testergebnissen von Schreibleistung (Power) und Jitter des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und begleitender Illustrationen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht der Einschränkung der Erfindung, sondern ihrer Veranschaulichung dienen. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur in den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen praktiziert werden, sondern auch in einem weiten Feld anderer Ausführungsbeispiele neben den hier ausdrücklich beschriebenen. Des Weiteren ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ausdrücklich nicht auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern allein auf den Inhalt der beiliegenden Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium mit einer einzelnen Aufzeichnungsschicht zum Aufzeichnen von Daten. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird Laserlicht in einem Wellenlängenbereich von sichtbaren Strahlen benutzt, um Daten mit hoher Geschwindigkeit und Stabilität auf das beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium zu schreiben, und die Daten können für lange Zeit auf dem beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmedium gespeichert werden. Es ist zu beachten, dass der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ausdrücklich nicht auf bestimmte Ausführungsbeispiele, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, beschränkt ist.
  • Die Struktur eines beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Struktur umfasst ein Substrat 11, eine Reflexionsschicht 12, eine erste Pufferschicht 13, eine Aufzeichnungsschicht 14, eine zweite Pufferschicht 15, eine Kompensationsschicht 16 und eine Lichtdurchlässigkeitsschicht 17. Die Reflexionsschicht 12 ist auf dem Substrat 11 ausgebildet. Die erste Pufferschicht 13 ist anschließend auf der Reflexionsschicht 12 ausgebildet; die Aufzeichnungsschicht 14 ist durchgängig auf der ersten Pufferschicht 13 ausgebildet; und die zweite Pufferschicht 15 ist als nächstes auf der Aufzeichnungsschicht 14 ausgebildet. Anschließend ist die Kompensationsschicht 16 auf der zweiten Pufferschicht 15 ausgebildet, und die Lichtdurchlässigkeitsschicht 17 ist auf der Kompensationsschicht 16 ausgebildet, um die oberste Schicht zu bilden. Auf dem beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmedium mit dieser neuartigen Struktur können die Daten durch Einstrahlen eines Laserlichts 18 auf der Lichtdurchlässigkeitsschicht 17 geschrieben und gelesen werden.
  • In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Material des Substrats 11 unter transparenten Materialien ausgewählt, die eine geeignete mechanische Festigkeit für das beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium besitzen. Zu den in Frage kommenden Materialien für das Substrat 11 gehören Polycarbonatharz, Polymethylmethacrylat, Polystyrenharz, Polyethylenharz, Polypropylenharz und so weiter. Des Weiteren weist das Substrat 11 eine spiralförmige kontinuierliche Struktur auf, die durch Vertiefungen und Erhöhungen gebildet ist. Wenn Daten, die auf dem beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmedium gespeichert sind, geschrieben oder gelesen werden, so dienen diese Vertiefungen und Erhöhungen als die Laserstrahlführungsspur und als der Bereich zum Aufzeichnen von Informationen.
  • In bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Material der Reflexionsschicht 12 aus Elementen wie zum Beispiel Gold (Au), Silber (Ag), Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Titan (Ti), Tantal (Ta), Neodym (Nd), Wismut (Bi) oder einer Legierung aus diesen Elementen ausgewählt. Die Dicke der Reflexionsschicht beträgt zwischen 5 nm und 300 nm.
  • In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bestehen die Materialien der ersten Pufferschicht 13 und der zweiten Pufferschicht 15 aus dielektrischen Materialien, die unter Zinksulfid-Siliziumdioxid (ZnS-SiO2), Siliziumnitrid (SiN), Germaniumnitrid (GeN) oder Siliziumcarbid (SiC) ausgewählt sind. Die Dicke der ersten Pufferschicht 13 und der zweiten Pufferschicht 15 liegt jeweils zwischen 1 nm und 300 nm, und die erste Pufferschicht 13 und die zweite Pufferschicht 15 können aus einer einzelnen Schicht oder einer Kombination aus mehr als einer der oben genannten Materialien bestehen.
  • In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung enthält ein Zielmaterial zum Ausbilden der Aufzeichnungsschicht 14 einige Komponenten, die unter Kupfer (Cu), Silizium (Si) und Chrom (Cr) ausgewählt sind. Die Dicke der Aufzeichnungsschicht 14 beträgt zwischen 3 nm und 50 nm.
  • In bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gehört zu den Materialien der Kompensationsschicht 16 Siliziumoxynitrid (SiON). Die Dicke der Kompensationsschicht 16 beträgt zwischen 3 nm und 50 nm.
  • In bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Material der Lichtdurchlässigkeitsschicht 17 ein unter Licht aushärtendes Harz zum Schützen und Gewährleisten der Stabilität des beschreibbaren optischen Aufzeichnungsmediums und zum Verhindern, dass die Materialien der Filme abgenutzt werden, durch Nässe ihre Form verändern oder an der Atmosphäre oxidieren.
  • Im Folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Es wird ein Substrat einer Blue-ray-Disk mit eingeschnittenen Vertiefungen und Erhöhungen vorbereitet. Das Spurmaß des Substrats beträgt etwa 74 μm, und die Tiefe der Spur beträgt etwa 1,1 mm. Eine Reflexionsschicht 12 wird auf dem Substrat 11 durch eine Magnetronzerstäubung ausgebildet. Das Material der Reflexionsschicht 12 ist Silber (Ag), und die Dicke der Reflexionsschicht 12 beträgt 80 nm. Anschließend wird eine erste Pufferschicht 13 auf der Reflexionsschicht 12 ausgebildet. Das Material der ersten Pufferschicht 13 ist Zinksulfid-Siliziumdioxid (ZnS-SiO2), und die Dicke der ersten Pufferschicht 13 beträgt 20 nm. Des Weiteren wird eine Aufzeichnungsschicht 14 auf der ersten Pufferschicht 13 ausgebildet. Die Aufzeichnungsschicht 14 ist eine Kombinationsschicht aus Kupfer (Cu), Silizium (Si) und Chrom (Cr), und die Dicke der Aufzeichnungsschicht 14 beträgt 14 nm. Dann wird eine zweite Pufferschicht 15 über der Aufzeichnungsschicht 14 ausgebildet. Das Material der zweiten Pufferschicht 15 ist Zinksulfid-Siliziumdioxid (ZnS-SiO2), und die Dicke der zweiten Pufferschicht 15 beträgt 20 nm. Anschließend wird eine Kompensationsschicht 16 über der zweiten Pufferschicht 15 ausgebildet. Das Material der Kompensationsschicht 16 ist Siliziumoxynitrid (SiON), und die Dicke der Kompensationsschicht 16 beträgt 15 nm. Zum Schluss wird ein Lichtdurchlässigkeitsfilm über der Kompensationsschicht 16 aufgebracht, der als eine Lichtdurchlässigkeitsschicht 17 der Blue-ray-Disk dient. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist damit vollendet, und die Struktur ist in 1 gezeigt.
  • Die Dicke des Films wird mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (AFM) und einer ETA-Optik gemessen. Die dynamische Analyse der Disk erfolgt mit einem dynamischen Prüfinstrument Pulstec ODU-1000 zum Messen der dynamischen Eigenschaften der Disk. Während des Tests beträgt die Schreibleistung zwischen 3 mW und 20 mW; die Wellenlänge eines Laser beträgt etwa 405 nm (λ = 405 nm); und die numerische Apertur (NA) beträgt etwa 0.85. Die Schreibgeschwindigkeiten betragen jeweils etwa 4,92 m/s, 9,84 m/s, 19,68 m/s und 29,52 m/s, und diese Geschwinkigkeiten erfüllen die Anforderungen einer 1-fachen, 2-fachen, 4-fachen und 6-fachen Geschwindigkeit, die jeweils durch die Blue-ray-Disk-Spezifikation verlangt werden.
  • 2 zeigt ein Schaubild der dynamischen Testergebnisse gemäß einer Schreibleistung und Modulation der Disk des Ausführungsbeispiels. Wie in 2 gezeigt, wird die Modulation der Blue-ray-Disk gemäß der Schreibleistung erhöht, die bei verschiedenen Aufzeichnungsgeschwindigkeiten gesteigert wird, zum Beispiel 1-fache, 2-fache, 4-fache und 6-fache Geschwindigkeit. Die Modulationswerte sind unter verschiedenen Schreibgeschwindigkeiten und Schreibleistungen ungefähr höher als 0,6, so dass die Anforderungen der Blue-ray-Disk erfüllt werden (der Standard-Modulationswert beträgt mehr als 0,4).
  • Wenn die Aufzeichnungsgeschwindigkeit der Blue-ray-Disk 1-fach ist, so kann der Jitter-Wert der Blue-ray-Disk nur gemessen werden, wenn die Schreibleistung höher als 3,1 mW ist. Der Jitter-Wert wird mit zunehmender Schreibleistung kleiner. Wenn die Schreibleistung 5,0 mW beträgt, so kann ein geringerer Jitter von etwa 5,1% erreicht werden. Mit kontinuierlicher Erhöhung der Schreibleistung steigt auch der Jitter-Wert. Bei 2-facher Schreibgeschwindigkeit während des Tests ist der Trend der gleiche, wie eben beschrieben. Der Jitter-Wert kann nur gemessen werden, wenn die Schreibleistung höher als 3,45 mW ist. Gleichermaßen wird der Jitter-Wert bei zunehmender Schreibleistung kleiner. Wenn die Schreibleistung 5,55 mW beträgt, so kann ein geringerer Jitter-Wert von etwa 5,4% gemessen werden. Mit kontinuierlicher Erhöhung der Schreibleistung steigt auch der Jitter-Wert. Bei 4-facher Schreibgeschwindigkeit während des Tests wird der Trend ebenfalls beibehalten. Der Jitter-Wert kann nur gemessen werden, wenn die Schreibleistung höher als 5,7 mW ist. Der Jitter-Wert wird bei zunehmender Schreibleistung kleiner. Wenn die Schreibleistung 8,9 mW beträgt, so kann ein niedrigerer Jitter-Wert von etwa 6,1% gemessen werden. Wie oben, steigt der Jitter-Wert mit kontinuierlich steigender Schreibleistung. Bei 6-facher Schreibgeschwindigkeit während des Tests bleibt der Trend ebenfalls unverändert. Der Jitter-Wert kann nur gemessen werden, wenn die Schreibleistung auf über 7,8 mW erhöht wird. Der Jitter-Wert wird mit zunehmender Schreibleistung kleiner. Während die Schreibleistung etwa 11,2 mW beträgt, wird ein geringerer Jitter-Wert von etwa 6,5% gemessen. Mit Erhöhung der Schreibleistung steigt auch der Jitter-Wert. Wenn Signale durch den Laser geschrieben werden, so steigt die Temperatur der Aufzeichnungsschicht durch das Erhitzen infolge der Einwirkung des Laserimpulses. Wenn die Schreibleistung zu gering ist, so ist auch die Temperatur der Aufzeichnungsschicht entsprechend niedrig. Folglich ändert sich der Reflexionsindex des Films nicht, und der Jitter-Wert und die Modulation können nicht gemessen werden. Wenn im Gegensatz dazu die Schreibleistung zu hoch ist, so steigt der Jitter-Wert mit zunehmender Schreibleistung. Der Grund für dieses Phänomen ist, dass die Leistung des Lasers so hoch ist, dass die Temperatur der Aufzeichnungsschicht steigt, wodurch die Struktureigenschaften der Schichten innerhalb der Disk verändert werden. Darum steigt der Jitter-Wert. Deshalb sollte die Schreibleistung der Disk innerhalb eines geeigneten Bereichs eingestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Schreibgeschwindigkeit der Blue-ray-Disk das 1-fache bis 4-fache für das Schreiben von Daten, und die Schreibleistung beträgt etwa 3 bis 11,5 mW. Für das Schreiben von Daten wird die richtige Schreibleistung benötigt. Die Jitter-Werte werden alle auf unterhalb 6,5% eingestellt, um die Vorgaben der Blue-ray-Disk zu erfüllen. Die oben beschriebenen Experimente zeigen, dass das beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium der vorliegenden Erfindung in der Praxis realisiert werden kann.
  • Obgleich die hier offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung derzeit als die bevorzugten Ausführungsbeispiele angesehen werden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist in den angehängten Ansprüchen dargelegt, und alle Änderungen, die unter die Bedeutung und in den Bereich von Äquivalenten fallen, sollen ebenfalls davon umfasst sein.

Claims (5)

  1. Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium, das ein Substrat (11) umfasst, auf dem mindestens eine spiralförmige kontinuierliche Rille ausgebildet ist, wobei eine Reflexionsschicht (12) und eine Lichtdurchlässigkeitsschicht (17) jeweils über dem Substrat ausgebildet sind, wobei eine Aufzeichnungsschicht (14) und Pufferschichten (13, 15) zwischen der Reflexionsschicht (12) und der Lichtdurchlässigkeitsschicht (17) ausgebildet sind; wobei die Aufzeichnungsschicht (14) durch einen Leiter, einen Halbleiter oder eine Legierung gebildet ist, die unter Kupfer (Cu), Silizium (Si) oder Chrom (Cr) oder Kombinationen daraus ausgewählt ist; wobei ein Reflexionsindex der Aufzeichnungsschicht (14) durch das Einstrahlen eines Lasers mit einer Schreibwellenlänge so veränderbar ist, dass das Kupfer (Cu), das Silizium (Si) oder das Chrom (Cr) zu einer Zusammensetzung reagieren, wodurch ein Aufzeichnungssignal durch Indexänderung für das beschreibbare optische Aufzeichnungsmedium bildbar ist.
  2. Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Aufzeichnungsschicht (14) zwischen 3 nm und 50 nm beträgt.
  3. Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die Aufzeichnungsschicht (14) einen Leiter, einen Halbleiter oder eine Legierung umfasst, die unter Kupfer (Cu), Silizium (Si), Chrom (Cr) oder Kombinationen daraus ausgewählt ist.
  4. Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die Materialien der Pufferschichten (13, 15) Zinksulfid-Siliziumdioxid (ZnS-SiO2), Siliziumnitrid (SiN), Germaniumnitrid (GeN) oder Siliziumcarbid (SiC) umfassen; wobei die Dicke der Pufferschichten zwischen 1 und 300 nm beträgt.
  5. Beschreibbares optisches Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei das Material des Substrats (11) Polycarbonatharz, Polymethylmethacrylat, Polystyrenharz, Polyethylenharz oder Polypropylenharz umfasst.
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