DE19812346A1

DE19812346A1 - Optisches Doppelschicht-Speichermedium mit Antimonsulfid aufweisender, teilweise reflektierender Schicht

Info

Publication number: DE19812346A1
Application number: DE19812346A
Authority: DE
Inventors: Kam K Kam; Mark A Arps; William C Mitchell
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1998-10-01
Also published as: JPH10293943A; US6628603B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet optischer Medien und insbesondere den Bereich optischer Medien, die zwei oder mehr Informationsspeicherschichten verwenden.

Auf dem Gebiet der Datenspeicherung besteht offenbar un aufhörlicher Bedarf an Medien mit höherer Speicherkapazität und Leistung. Bei vorab aufgezeichneten bzw. bespielten opti schen Platten, z. B. Kompaktplatten (CD's) und Videoplatten, erreicht man erhöhte Speicherkapazität gewöhnlich durch Erhö hen der Speicherdichte je Flächeneinheit der Platte. Aller dings ist die in einem optischen Aufzeichnungssystem erreich bare maximale Datenspeicherdichte durch das kleinste Merkmal begrenzt, das das optische System auflösen kann. Für herkömm liche Fernfeld-Abbildungssysteme ist die kleinste auflösbare Merkmalsgröße durch Beugungseffekte auf etwa die Wellenlänge der verfügbaren Lichtquelle, normalerweise einer Festkörper- Laserdiode, begrenzt. Somit besteht ein Verfahren zur Erhö hung der Plattenspeicherkapazität darin, die Wellenlänge der Laserdiode zu senken. Obgleich sich die von Laserdioden ver fügbaren Wellenlängen ständig verringerten, waren die Redu zierungen infolge von Beschränkungen der Festkörpertechnik und der Materialien jedoch nicht dramatisch.

Vorgeschlagen wurde eine Reihe anderer Techniken zur Er höhung der Speicherkapazität optischer Aufzeichnungssysteme. Dazu gehören (1) Datencodierlösungen mit höherer Effizienz, z. B. Impulsbreitenmodulation; (2) optische und/oder magneti sche Superauflösung; (3) Zonenaufzeichnung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit; (4) fortgeschrittene Datenkanal-Detek tionsverfahren, z. B. Detektion von Teilreaktion/größter Wahrscheinlichkeit; und (5) Aufzeichnung auf sowohl den Ril len als auch den Stegflächen der Platte.

Während die vorgenannten Verfahren zur Erhöhung der Speicherkapazität sämtlich auf Steigerung der Speicherdichte je Flächeneinheit einer Platte beruhen, besteht ein alterna tives Verfahren zur Erhöhung der Kapazität einer optischen Platte darin, zusätzliche Speicherschichten auf der Platte zu verwenden, mit denen unabhängig aufgezeichnet und wiedergege ben werden kann. In diesem Fall ist der Ansatz folglich, die adressierbare Fläche der Platte zu vergrößern. Dieser Ansatz ist attraktiv, da er das Potential birgt, die Medienspeicher kapazität bei nur mäßiger Erhöhung der Komplexität von Medien und Aufzeichnungssystemen erheblich zu steigern.

Sollen mehrere Speicherschichten, z. B. zwei, durch ei nen (mehrere) auf einer Plattenseite vorgesehene(n) opti sche(n) Strahl(en) gelesen und/oder beschrieben werden, so muß eine der Speicherschichten der Platte ausreichend reflek tierend sein, damit sie durch den (die) optischen Strahl(en) gelesen und/oder beschrieben werden kann, aber auch ausrei chend transparent, damit der (die) Strahl(en) die erste Spei cherschicht durchdringen und zu einer zweiten Speicherschicht weiterlaufen kann (können). Allerdings hat sich der Aufbau einer solchen Platte als schwierig erwiesen.

Daher betrifft die Erfindung ein optisches Speicherme dium mit einer teilweise reflektierenden Schicht und einer stark reflektierenden Schicht, durch die Daten/Hilfsinforma tionen/Formatinformationen auf zwei unterschiedlichen Schich ten des Mediums gespeichert werden können. In einer Ausfüh rungsform weist das Medium eine geordnete Schichtung aus ei nem transparenten Substrat, einer teilweise reflektierenden Schicht, einer transparenten Abstands- bzw. Zwischenschicht und einer stark reflektierenden Schicht auf. Das Substrat hat ein Muster aus Gruben bzw. Pits in einer seiner Hauptflächen. Die teilweise reflektierende Schicht kann zur Pitmusterseite des Substrats benachbart sein. Die teilweise reflektierende Schicht weist Antimonsulfid auf, z. B. Sb₂S₃, Antimon(III)- sulfid, oder Sb₂S₅, Antimon(V)-sulfid. Die teilweise reflek tierende Schicht kann im wesentlichen aus Antimonsulfid be stehen, das auf vielfältige Weise abgeschieden sein kann, u. a. Bedampfen durch Vakuumsublimation oder Sputtern.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist eine bespielte optische Doppelschicht-Speicherplatte mit einem transparenten Substrat, einer teilweise reflektierenden Schicht, einer transparenten Zwischenschicht und einer stark reflektierenden Schicht in dieser Reihenfolge auf. Ein erstes Datenpitmuster ist auf einer Seite der Platte vorgesehen. Die teilweise reflektierende Schicht ist zum ersten Pitmuster be nachbart und weist Antimonsulfid auf.

Das erfindungsgemäße optische Speichermedium hat zwei Aspekte. In einem Aspekt ist das Medium so gestaltet, daß es zwei oder mehr Schichten mit Daten/Hilfs-/Formatinformationen trägt, die durch ein Laufwerk gelesen werden können, das auf jede der zwei oder mehr Informationsschichten fokussieren kann. In diesem Aspekt würde ein optisches Speichersystem zur Verwendung mit den Medien aufweisen: die zuvor beschriebenen Medien, einen fokussierten Laserstrahl, der so positioniert ist, daß er in das Medium durch das Substrat eintritt, eine Einrichtung zum Einstellen der Fokusposition des Laser strahls, wodurch der Laserstrahl auf die teilweise reflektie rende Schicht oder auf die stark reflektierende Schicht fo kussiert werden kann, und einen Fotodetektor, um den das Me dium verlassenden reflektierten Laserstrahl zu detektieren. In diesem Aspekt liegt die bevorzugte Dicke für die teilweise reflektierende Schicht innerhalb des Bereichs von etwa 27 bis 80 nm oder stärker bevorzugt innerhalb der Teilbereiche von etwa 30 bis 40 nm oder 65 bis 75 nm.

In einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das optische Speichermedium eine Platte, die zur Verwendung mit zwei un terschiedlichen Laufwerken gestaltet ist. Die gesamte Platte hat eine Nenndicke von 1,2 mm, so daß das Pitmuster in der stark reflektierenden Schicht durch ein CD-ROM-Laufwerk (für Kompaktplatten-Lesespeicher) mit einem 780-nm-Laser gelesen werden kann. Außerdem hat die Platte ein Substrat mit einer Nenndicke von etwa 0,6 mm, so daß das Pitmuster in der teil weise reflektierenden Schicht durch ein DVD-ROM-Laufwerk (für digitale Vielfachplatten) mit einem 650-nm-Laser gelesen wer den kann. Dadurch könnten bespielte Platten vertreibende Händler Platten verkaufen, die von Verbrauchern im Besitz von CD-ROM- oder DVD-ROM-Laufwerken gelesen werden könnten. (Na türlich wäre erwartungsgemäß die CD-ROM-Version der Informa tionen weniger vollkommen, da das CD-ROM-Format nicht die gleiche Speicherkapazität wie das DVD-ROM-Format zuläßt.) In diesem zweiten Aspekt hat die teilweise reflektieren de Schicht vorzugsweise eine Dicke im Bereich von etwa 128 bis 140 nm. Der Reflexionsgrad R₁ der stark reflektierenden Schicht liegt vorzugsweise über 0,7 für 780-nm-Licht, und der Reflexionsgrad R₂ der teilweise reflektierenden Schicht liegt vorzugsweise über 0,2 für 650-nm-Licht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung nä her erläutert.

Fig. 1 zeigt ein optisches Datenspeichersystem gemäß ei ner Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Kurve der Realkomponente bzw. des Realteils (n) der Brechzahl einer 40 nm dicken Probe aus Sb₂S₃ als Funktion der Wellenlänge.

Fig. 3 ist eine Kurve der Imaginärkomponente bzw. des Imaginärteils (K) der Brechzahl einer 40 nm dicken Probe aus Sb₂S₃ als Funktion der Wellenlänge.

Fig. 4 ist eine computergenerierte Kurve zur Simulation der Reflexionsgrade von den beiden reflektierenden Schichten als Funktion der Sb₂S₃-Dicke, gemessen bei einer Wellenlänge von 650 nm.

Fig. 5 zeigt eine optische Datenspeicherplatte, die zur Verwendung in zwei unterschiedlichen Datenspeichersystemen angepaßt ist.

Fig. 6 ist eine computergenerierte Kurve zur Simulation des Reflexionsgrads der teilweise und stark reflektierenden Schicht bei 650 bzw. 780 nm als Funktion der Sb₂S₃-Dicke.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes optisches Datenspei chersystem 10 dargestellt. Ein optisches Speichermedium 12 weist ein transparentes Substrat 14, eine teilweise reflek tierende Dünnfilmschicht 16 auf einem Datenpitmuster 15, eine transparente Zwischenschicht 18 und eine stark reflektierende Dünnfilmschicht 20 auf oder benachbart zu einem zweiten Pit muster 19 auf. Über der stark reflektierenden Schicht 20 kann wahlweise eine optische Schutzschicht gebildet sein. In der Verwendung hierin bedeutet "Pitmuster" jedes Muster aus Pits oder Rillen, das Informationen speichern kann, egal ob Daten, Hilfs- oder Nachführinformationen, Formatinformationen usw. Ein optischer Laser 30 emittiert einen optischen Strahl zum Medium 12 gemäß Fig. 1. Licht vom optischen Strahl, das durch die Dünnfilmschicht 16 oder 20 reflektiert wird, wird durch einen Detektor 32 erfaßt, der Lichtintensitätsmodulationen auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Fehlens eines Pits an einer speziellen Stelle auf den Dünnfilmschichten erfaßt. Wahlweise könnte eine zweiseitige Doppelschichtplatte durch Verkleben zweier plattenförmigen Medien 12 an ihren Rücksei ten gebildet sein, so daß die stark reflektierende Schicht 20 jedes Mediums durch eine Klebstoffschicht getrennt wäre.

Die Fähigkeit zum unabhängigen Lesen des ersten oder zweiten Pitmusters 15 oder 19 beruht auf der vergleichsweise begrenzten Brennweite bzw. Fokaldistanz, die für typische op tische Plattenlesesysteme charakteristisch ist. Die Linsen, die in typischen optischen Aufzeichnungs-/Wiedergabegeräten verwendet werden, um einen beugungsbegrenzten Laserstrah lungsfleck auf der Medienspeicherschicht zu bilden, haben mä ßig große numerische Aperturen (0,4 bis 0,6), um die Auflö sung zu verbessern und die Speicherdichte zu erhöhen. Solche Linsen haben Fokaldistanzen bzw. Fokaltiefen (d. h. der Be reich der Fokusänderung, über den die fokussierte Fleckgröße annähernd beugungsbegrenzt bleibt) von etwa 2 µm; für große Fokusänderungen steigt die Größe des beleuchteten Flecks schnell an. Hat daher die teilweise reflektierende Dünnfilm schicht 16 ausreichende Durchlässigkeit und ist der die bei den Datenpitmuster 15 und 19 trennende Abstand gegenüber der Fokaldistanz des optischen Systems groß, kann der Laser 30 auf jedes Datenpitmuster mit zulässig geringem "Nebenspre chen" vom anderen Datenpitmuster fokussiert werden. Obwohl das Licht vom Laser 30 durch beide Schichten 16 und 20 zurück reflektiert wird, moduliert daher nur die Schicht, auf die der Laser fokussiert ist, die reflektierte Lichtintensität stark, wodurch Daten ausgelesen werden können.

Die Datenpitmuster 15 und 19 auf dem Medium 10 lassen sich am einfachsten wiedergeben, indem zuerst auf eine der reflektierenden Schichten 16 oder 20 fokussiert wird, wonach die Daten auf dieser gesamten Schicht wiedergegeben werden, bevor die Fokusposition umgeschaltet wird, um auf die andere reflektierende Schicht zu fokussieren. Alternativ kann es er wünscht sein, die Fokusposition ein- oder mehrmalig vor voll ständiger Wiedergabe der in einem der Datenpitmuster 15 und 19 enthaltenen Daten umzuschalten. In jedem Fall wird durch Verwendung zweier Datenpitmuster, die durch die transparente Schicht 18 getrennt sind, die Datenspeicherkapazität des op tischen Aufzeichnungsmediums 10 effektiv verdoppelt.

Das transparente Substrat 14 kann ein für optische Plat tensubstrate geeignetes Polymermaterial sein, das die Formge bung des Datenpitmusters 15 mit ausreichender Wiedergabetreue unterstützt, z. B. Polycarbonat oder amorphes Polyolefin. Al ternativ kann ein flaches Substrat, z. B. aus Glas oder Poly methylmethacrylat, verwendet und das Datenpitmuster 15 mit tels Fotopolymer-Replikation gebildet sein, was für die Aus bildung des Datenpitmusters 19 beschrieben wird.

Die transparente Zwischenschicht 18 kann ein Polymer sein, z. B. ein fotohärtbares Polymer mit einer komplexen Brechzahl mit einem Realteil n im Bereich von etwa 1,45 bis 1,6 und einem Imaginärteil K unter 10⁻⁴ und stärker bevor zugt unter 10⁻⁵. Die transparente Zwischenschicht 18 sollte ausreichend dick sein, damit der Laser 30 auf jedes Datenpit muster 15 und 19 mit minimalem Nebensprechen fokussieren kann. Daraus ergibt sich eine Dicke, die vorzugsweise inner halb des Bereichs von etwa 5 bis 100 µm liegt, stärker bevor zugt von etwa 30 bis 50 µm.

Die stark reflektierende Schicht 20 kann eine metalli sche Schicht sein, die einen hohen Reflexionsgrad bei der zur Datenwiedergabe verwendeten Laserwellenlänge hat. Derzeit verfügbare Laserdiodenquellen strahlen mit Wellenlängen von etwa 600 bis 850 nm ab. In diesem Wellenlängenbereich können Aluminium, Gold, Silber, Kupfer und deren Legierungen einen geeignet hohen Reflexionsgrad haben. Vorzugsweise hat die stark reflektierende Schicht 20 ein Reflexionsvermögen von mindestens 70%, stärker bevorzugt mindestens 80% oder mehr, z. B. 85% oder 95%.

Um Komplexität und Kosten des optischen Datenspeichersy stems 10 auf ein Minimum zu reduzieren, ist es wünschenswert, daß die mittleren Signalauslesepegel von jedem der Datenpit muster 15 und 19 annähernd gleich sind. Somit sollten die scheinbaren Reflexionsgrade von den Schichten 16 und 20 aus Sicht des Detektors 32 ebenfalls annähernd gleich sein.

In der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff "schein barer Reflexionsgrad" den Anteil der auf das transparente Substrat 14 auffallenden optischen Leistung, der bei Fokus sierung auf einen Fleck auf einem flachen Bereich jeder Schicht 16 oder 20 im Prinzip durch einen Fotodetektor in ei nem optischen Lesegerät erfaßt werden könnte. Angenommen wird, daß das Lesegerät einen Laser, einen geeignet gestalte ten optischen Weg und einen Fotodetektor aufweist. Ferner wird angenommen, daß das optische Element im optischen Weg, das dem transparenten Substrat 14 am nächsten ist, eine Ob jektivlinse mit hoher numerischer Apertur (< 0,4) ist. In der Verwendung hierin bezeichnen die Begriffe "interner Oberflä chenreflexionsgrad" oder "interner Grenzflächenreflexions grad" den Anteil der auf eine Grenzfläche innerhalb der Me dienstruktur auffallenden optischen Leistung (z. B. auf die Grenzfläche zwischen dem transparenten Substrat 14 und der teilweise reflektierenden Schicht 16 oder die Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht 18 und der stark reflektierenden Schicht 20), der reflektiert wird.

Zur Abschätzung des notwendigen Reflexionsgrads von der teilweise reflektierenden Schicht 16 soll angenommen werden, daß die stark reflektierende Schicht 20 etwa 85% bis 95% des auf die interne Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht 18 und der stark reflektierenden Schicht 20 auffallenden Lichts reflektiert. Ferner wird angenommen, daß der Realteil n der Brechzahl der Zwischenschicht 18 1,5 beträgt, daß das Substrat 14 Polycarbonat mit einem Realteil n der Brechzahl von 1,57 ist und daß Reflexionen an der Luft-Substrat-Grenz fläche nicht zum Auslesesignal beitragen. Wird zudem angenom men, daß die teilweise reflektierende Schicht 16 ein ideales Material ist, das im wesentlichen keine Absorption zeigt (im Gegensatz zu bisher verwendeten Materialien), läßt sich zei gen, daß ein Reflexionsgrad von etwa 0,35 in der Beobachtung an der internen Grenzfläche zwischen dem Substrat 14 und der teilweise reflektierenden Schicht einen Ausgleich der schein baren Reflexionsgrade von den Schichten 16 und 20 ergibt.

Festgestellt wurde, daß ein ausgezeichnetes Material für die teilweise reflektierende Schicht 16 Antimonsulfid ist, insbesondere Sb₂S₃ und Sb₂S₅. Der Realteil (n) der Brechzahl für Sb₂S₃ wurde unter Verwendung von Filmen aus Sb₂S₃ gemes sen, die auf zwei Wegen unterschiedlich abgeschieden wurden. Durch Hochfrequenz-(HF)-Magnetronsputtern abgeschiedenes Sb₂S₃ (in Fig. 2 mit Kreisen bezeichnet) hatte einen Real teil (n), der von etwa 3,8 bei 400 nm über etwa 3,4 bei 650 nm bis etwa 3,2 bei 800 nm variierte. Der Imaginärteil (K) der Brechzahl (mit Kreisen in Fig. 3 gezeigt) variierte wie folgt: 1,3 bei 400 nm, 0,7 bei 500 nm, 0,3 bei 600 nm, 0,2 bei 650 nm, 0,1 bei 725 nm und 0,05 bei 800 nm.

Durch Vakuumsublimation abgeschiedenes Sb₂S₃ (mit Drei ecken in Fig. 2 gekennzeichnet) hatte einen Realteil (n) der Brechzahl, der von etwa 3,4 bei 400 nm über etwa 3,2 bei 650 µm bis etwa 2,9 bei 800 µm variierte. Der Imaginärteil (K) (mit Dreiecken in Fig. 3 gezeigt) variierte wie folgt: 1,0 bei 400 µm, 0,5 bei 500 µm, 0,2 bei 600 µm, 0,15 bei 650 µm, 0,05 bei 700 µm und etwa 0,01 bei 800 µm.

Zum Vergleich angegeben sind der Realteil (n) und Imagi närteil (K) der Brechzahl von amorphem Siliciumcarbid (a-SiC) gemäß der Offenbarung in der US-A-5540966, das durch Sputtern auf eine Glasplatte aufgetragen wurde. Der Realteil (n) (mit Quadraten in Fig. 2 bezeichnet) des a-SiC variierte von etwa 3,0 bei 400 nm über etwa 2,9 bei 650 nm bis etwa 2,8 bei 800 nm. Der Imaginärteil (K) (mit Quadraten in Fig. 3 gekenn zeichnet) variierte wie folgt: etwa 0,5 bei 400 nm, 0,4 bei 500 nm, 0,3 bei 600 nm und etwa 0,2 bei 650, 700 und 800 nm.

Somit hatte durch Sputtern (Kreise) oder Bedampfen (Dreiecke) abgeschiedenes Sb₂S₃ einen höheren Realteil (n) als a-SiC (Quadrate) für alle Wellenlängen von 400 bis 800 nm, wobei das gesputterte Sb₂S₃ den höchsten Realteil (n) hatte. Durch Sputtern (Kreise) abgeschiedenes Sb₂S₃ hat te einen niedrigeren Imaginärteil (K) als a-SiC (Quadrate) für Wellenlängen von 650 nm oder mehr. Durch Bedampfen (Drei ecke) abgeschiedenes Sb₂S₃ hatte einen niedrigeren Imaginär teil (K) als a-SiC für Wellenlängen über 580 nm.

Gemäß Fig. 2 hat die Brechzahl einen hohen (< 3,0) Realteil (n) für einen Wellenlängenbereich von 600 nm bis 740 nm. Gemäß Fig. 3 hat die Brechzahl von Sb₂S₃ außerdem einen sehr niedrigen Imaginärteil (K) über einen Wellenlän genbereich von 600 bis 800 nm. Notwendig ist ein geringer K-Wert, um das Licht doppelt durch die teilweise reflektie rende Schicht 16 ohne wesentliche Dämpfung durchzulassen, da mit die stark reflektierende Schicht 20 gelesen werden kann. Die Kombination aus hohem Realteil (n) und niedrigem Imagi närteil (K) macht Sb₂S₃ zu einem idealen Material für die teilweise reflektierende Schicht 16.

Die in Fig. 2 und 3 analysierten Antimon(III)-sulfid filme wurden wie folgt hergestellt: Die Sputterfilme wurden durch Hochfrequenz-(HF)-Magnetronsputtern hergestellt, da das Material ein Halbleiter ist. Die Leitfähigkeit des Antimon (III)-sulfids war für Gleichstrom-(GS)-Magnetronsputtern zu gering. Der Basisdruck des Vakuumsystems vor Sputtern lag un ter 3 × 10⁻⁷ Torr. Das Sputtergas war Argon (Ar) mit einem Sputterdruck von 2 mTorr. Der Abstand zwischen dem Sputter target und dem Substrat betrug 8 cm. Die Vorwärtssputterlei stung war auf 25 Watt eingestellt. Die Abscheidungsgeschwin digkeit lag unter 10 nm je Minute. Die Geschwindigkeit kann wesentlich höher sein, wenn das Material durch GS-Magnetron sputtern gesputtert werden kann. Möglich ist dies, wenn das Target mit einer kleinen Menge einer leitenden Verunreini gung, z. B. Bor oder Kohlenstoff, dotiert ist. Der Imaginär teil K der Brechzahl des Sputterfilms mag höher als die nicht dotierten werden, kann aber immer noch ausreichend niedrig für die hier offenbarte Anwendung sein. Das Substrat war eine Glasplatte.

Die sublimierten Filme von Fig. 2 und 3 wurden durch Va kuumsublimation des Ausgangsmaterials in einem Vakuumbe schichtungsgerät mit Glasglockengefäß hergestellt. Der Druck des Beschichtungsgeräts beim Beschichten betrug höchstens 2 × 10⁻⁴ Torr. Das Antimon(III)-sulfid wurde in einen Pyrex-Tie gel gegeben, der durch einen Tantal-Drahtkorb widerstandsbe heizt war. Die mittlere Abscheidungsgeschwindigkeit betrug 6 nm je Minute. Das Substrat war eine Glasplatte. Im Rahmen der Erfindung wurden außerdem Filme aus Antimon(V)-sulfid ab geschieden. Sowohl Sb₂S₃ als auch Sb₂S₅ haben ähnliche opti sche Eigenschaften; beim letztgenannten scheint jedoch das Sublimieren schneller zu erfolgen.

Obwohl die Messungen gemäß Fig. 2 und 3 unter Verwendung von Sb₂S₃ durchgeführt wurden, hätten andere Stöchiometrien, z. B. Sb₂S₅, ähnliche Eigenschaften.

Sehr erwünscht ist, daß die teilweise reflektierende Schicht 16 einen Reflexionsgrad hat, der über einen Bereich von Dicken relativ konstant ist, was die Steuerung von Film dicke und Gleichmäßigkeit in der Herstellung vereinfacht. Zu sätzlich zu einer teilweise reflektierenden Schicht, für die sich das Reflexionsvermögen bei Dickenänderungen nur langsam ändert, ist es außerdem wünschenswert, daß die scheinbaren Reflexionsgrade von den Schichten 16 und 20 annähernd gleich sind, wobei am stärksten erwünscht ist, daß beide Kennwerte über den gleichen Bereich von Dicken der teilweise reflektie renden Schicht vorliegen. Anders ausgedrückt ist ein Medien aufbau am stärksten erwünscht, für den die scheinbaren Refle xionsgrade von den Schichten 16 und 20 beide im wesentlichen gleich und unempfindlich gegenüber Dickenänderungen der Schicht 16 sind. Schematisch ist diese Situation in einer computergenerierten Kurve auf der Grundlage einer optischen Modellierung in Fig. 4 dargestellt. Die Modellierung beruhte auf einer optischen Schichtung mit einem Polycarbonatsubstrat 14, einer durch Vakuumsublimation abgeschiedenen, teilweise reflektierenden Schicht 16 aus Sb₂S₃, einer transparenten Polymerzwischenschicht 18 und einer stark reflektierenden Schicht 20 aus AlCr mit etwa 85% Reflexionsgrad. Die Dicke der teilweise reflektierenden Sb₂S₃-Schicht wurde von 0 bis 100 nm variiert, und der Reflexionsgrad (R) wurde für beide reflektierenden Schichten (Sb₂S₃ und AlCr) vorhergesagt.

In Fig. 4 ist der scheinbare Reflexionsgrad der teilwei se reflektierenden Schicht 16 (Sb₂S₃) bei 650 nm durch Hohl kreise dargestellt, während der scheinbare Reflexionsgrad der stark reflektierenden Schicht 20 (AlCr) durch Vollkreise ge zeigt ist. Gemäß Fig. 4 variieren die scheinbaren Reflexions grade der beiden Schichten um weniger als 0,12 über einen Dickenbereich der Sb₂S₃-Schicht von etwa 27 bis 80 nm mit einem Reflexionsgradmittel von 31% ± 6% (0,31 ± 0,06). Stärker ausgeglichen sind die beiden Reflexionsgrade bei Sb₂S₃-Dicken im Bereich von 30 bis 40 nm mit einem Refle xionsgradmittel von 31% ± 3% (0,31 ± 0,03) und erneut von 65 bis 75 nm mit einem Reflexionsgradmittel von 29% ± 3% (0,29 ± 0,03). In einem optischen Laufwerk mit elektronischer Rauschbegrenzung stehen die hohen R-Werte mit einer höheren optischen Modulation bzw. einem höheren optischen Modulati onssignal und folglich mit einem höheren Signal-Rausch-Ver hältnis im detektierten Datenmuster in Beziehung.

Außerdem weist die Erfindung eine zweite Ausführungsform gemäß Fig. 5 auf. Ein plattenförmiges optisches Speicherme dium 52 weist ein plattenförmiges transparentes Substrat 54, eine teilweise reflektierende Dünnfilmschicht 56 auf einem ersten Datenpitmuster 55, eine transparente Zwischenschicht 58 und eine stark reflektierende Dünnfilmschicht 60 auf einem zweiten Datenpitmuster 59 auf. Mit Ausnahme der nachfolgenden Beschreibung sind die Schichten 54 bis 60 jeweils mit den Schichten 14 bis 20 von Fig. 1 identisch.

In einer bevorzugten Version dieser Ausführungsform hat das Substrat 54 einen Nenndicke von etwa 0,6 mm, und die ge samte Platte 52 hat eine Nenndicke von 1,2 mm. Die Platte 52 ist zur Verwendung in zwei unterschiedlichen Datenspeichersy stemen gestaltet. Ein System (ein "erstes" System) verwendet einen Laser 70 mit einer relativ langen Wellenlänge (z. B. λ = 780 nm). In diesem System durchläuft der Strahl vom Laser 70 das Substrat 54, die teilweise reflektierende Schicht 56 und die Zwischenschicht 58 und wird auf das zweite Datenpit muster 59 fokussiert. Der Strahl vom Laser 70 wird durch die stark reflektierende Schicht 60 reflektiert, läuft durch die Zwischenschicht 58, die teilweise reflektierende Schicht 56 und das Substrat 54 zurück und wird durch einen Detektor 80 erfaßt, wobei die Sensormodulationen der Lichtintensität auf dem Vorhandensein oder Fehlen eines Pits an einer speziellen Stelle auf dem zweiten Pitmuster 59 beruhen. Verständlich sollte sein, daß normalerweise der Laser 70 und Detektor 80 Teil des gleichen Plattenlaufwerks sind, weshalb der Detektor 80 zur Zusammenarbeit mit dem Laser 70 gestaltet ist.

Ein weiteres System ("zweites" System), in das die Plat te 52 eingesetzt werden könnte, ist durch einen Laser 74 mit einer relativ kurzen Wellenlänge (z. B. 650 nm) gekennzeich net. In diesem System durchläuft der Strahl vom Laser 74 das Substrat 54 und wird auf das erste Datenpitmuster 55 fokus siert. Der Strahl vom Laser 74 wird durch die teilweise re flektierende Schicht 56 reflektiert, läuft durch das Substrat 54 zurück und wird durch einen Detektor 84 erfaßt. Verständ lich sollte sein, daß normalerweise der Laser 74 und Detektor 84 Teil des gleichen Plattenlaufwerks sind, weshalb der De tektor 84 zur Zusammenarbeit mit dem Laser 74 gestaltet ist.

Eine Platte wie die Platte 52 wäre aus folgendem Grund erwünscht: Eine Platte 52 könnte zwei Dichten von Informati onsschichten (Muster 55 und 59) aufweisen. Das zweite Pitmu ster 59 könnte ein erstes Format haben, z. B. ein Format mit geringer (oder mittlerer) Dichte, wie sie für einen Kompakt platten-Lesespeicher (CD-ROM) verwendet wird. Die Platte 52 könnte eine Dicke von 1,2 mm (verträglich mit der CD-ROM- Spezifikation) haben, und das zweite Pitmuster 59, das be nachbart zur stark reflektierenden Schicht 60 angeordnet ist, könnte durch einen 780-nm-Laser (entsprechend der CD-ROM- Spezifikation) gelesen werden.

Zudem könnte die gleiche Platte 52 eine zweite Informa tionsschicht tragen (Muster 55), deren Aufzeichnung jedoch mit anderer Formatdichte erfolgte. Das erste Pitmuster 55 könnte ein zweites Format haben, z. B. ein Format hoher Dich te, wie sie für DVD-ROM (digitale Vielfachplatten) verwendet wird. Das Substrat 54 könnte eine Dicke von 0,6 mm (in Über einstimmung mit der DVD-ROM-Spezifikation) haben, und ein er stes Pitmuster 55, das benachbart zur teilweise reflektieren den Schicht 56 angeordnet ist, könnte unter Verwendung eines 650-nm-Lasers (entsprechend der DVD-ROM-Spezifikation) gele sen werden.

Dadurch könnte eine Platte 52 zwei Versionen der glei chen Software enthalten: eine kürzere, einfachere Version im zweiten Pitmuster 59 zum Lesen durch ein CD-ROM-Laufwerk und eine längere, vollkommenere bzw. kompliziertere Version im ersten Pitmuster 55 zum Lesen durch ein DVD-ROM-Laufwerk. So mit könnte ein Softwareentwickler eine einzelne Platte ver treiben, die von jedermann im Besitz eines CD-ROM- oder DVD- ROM-Laufwerks erworben werden könnte. Dies könnte überaus nützlich sein, da die Industrie für bespielte Platten den Übergang von CD-ROM-Laufwerken zu DVD-ROM-Laufwerken einlei tet.

Indes ist das Erkennen der Vorteile einer solchen Platte nicht mit ihrer Gestaltung identisch. Eine solche Platte muß einen Reflexionsgrad über 0,2 (20%) bei 650 nm für die teil weise reflektierende Schicht 56 haben, um die DVD-ROM- Spezifikation zu erfüllen, und zudem einen Reflexionsgrad über 0,7 (70%) bei 780 nm für die stark reflektierende Schicht 60, um die CD-ROM-Spezifikation zu erfüllen. Im Rah men der Erfindung wurde ermittelt, daß Antimonsulfid diese Kriterien erfüllt.

Fig. 6 ist eine computergenerierte Kurve zur Simulation des Reflexionsgrads der stark reflektierenden Schicht 60 bei 780 nm (Hohlkreise) und der teilweise reflektierenden Schicht 56 bei 650 nm (Vollkreise) für die in Fig. 4 modellierte gleiche optische Schichtung für verschiedene Sb₂S₃-Dicken. Es interessieren Dicken, für die der Reflexionsgrad der stark reflektierenden Schicht 60 bei 780 nm größer als 70% ist und für die der Reflexionsgrad der teilweise reflektierenden Schicht 56 bei 650 nm über 20% liegt. Dies tritt bei Sb₂S₃- Dicken zwischen 128 nm und 140 nm auf.

Zudem ist Sb₂S₃ ein erwünschtes Material für die teil weise reflektierende Schicht infolge seines relativ hohen Schmelzpunkts (550°C), was das Beschichtungsverfahren, z. B. Sputtern, recht einfach und den resultierenden Film thermisch stabil macht, besonders unter einem Laserstrahl zum Lesen, obwohl der Absorptionskoeffizient von Sb₂S₃ bei typischen Laserwellenlängen sehr gering ist. Der Literatur zufolge wird Sb₂S₃ als Hauptkomponente bei der Herstellung von Sicher heitszündhölzern verwendet. Sb₂S₃ benötigt viel weniger Lei stung zum Sputtern als Siliciumcarbid (SiC), ein weiteres teilreflektierendes Material, vermutlich wegen seines relativ niedrigen Schmelzpunkts und höheren Dampfdrucks. Aufgrund von Dissoziation kann der sublimierte Film geringfügig nichtstö chiometrisch sein.

Obwohl Sb₂S₃ in den beschriebenen Prüfungen und Simula tionen zum Einsatz kam, hätten andere Stöchiometrien von An timonsulfid ähnliche physikalische Eigenschaften. Angenommen wird, daß die Erfindung auf Stöchiometrien von Antimonsulfid im Bereich von etwa Sb₂S₃ bis Sb₂S₅ anwendbar ist. Sb₂S₅ scheint einen höheren Dampfdruck als sein Gegenstück Sb₂S₃ zu haben, beurteilt man ihre Abscheidungsgeschwindigkeit. Sublimierter Sb₂S₅-Film scheint eine geringere Absorption im betreffenden Spektralbereich (600 bis 800 nm) zu haben.

Der Fachmann wird erkennen, daß die Medien 12 und 52 der Erfindung nicht auf bespielte Medien beschränkt sind. Zum Beispiel könnten die zweiten Datenpitmuster 19 und 59 durch Rillen- oder Pitmuster ersetzt werden, die Nachführinforma tionen für das Laufwerk liefern. Bei Einsatz eines stark re flektierenden, aufzeichnungsfähigen Materials für die stark reflektierenden Dünnfilmschichten 20 und 60 könnten die Medi en 12 bzw. 52 vorab aufgezeichnete Informationen im ersten Datenpitmuster 15 und 55 enthalten, während Daten durch den Benutzer in den Schichten 20 und 60 aufgezeichnet werden könnten. Dadurch hätten in diesem Fall die Medien 12 und 52 jeweils eine Schicht mit vorab aufgezeichneten Daten und eine Schicht mit Informationen, die der Benutzer aufzeichnen kann.

Claims

1. Optisches Speichermedium (12), das in der angegebenen Reihenfolge aufweist:
ein transparentes Substrat (14) mit einem Pitmuster (15) in einer Hauptfläche davon;
eine zu dem Substrat benachbarte, teilweise reflektie rende Schicht (16), die Antimonsulfid aufweist;
eine transparente Zwischenschicht (18); und
eine stark reflektierende Schicht (20).

2. Medium nach Anspruch 1, wobei das Medium eine Platte und wobei das Pitmuster ein erstes Datenpitmuster ist, fer ner mit einem zweiten Datenpitmuster (19) zwischen der Zwischenschicht und der stark reflektierenden Schicht.

3. Optisches Speichersystem (10) mit:
einem optischen Speichermedium (12), das in der angege benen Reihenfolge aufweist:
ein transparentes Substrat (14) mit einem Pitmuster (15) in einer Hauptfläche davon;
eine teilweise reflektierende Schicht (16), die An timonsulfid aufweist;
eine transparente Polymerzwischenschicht (18); und
eine stark reflektierende Schicht (20);
einem fokussierten Strahl eines Lasers (30), der so po sitioniert ist, daß er durch das Substrat in das Medium eintritt;
einer Einrichtung zum Einstellen der Fokalposition des Laserstrahls, wodurch der Strahl auf die teilweise re flektierende Schicht oder die stark reflektierende Schicht fokussiert werden kann; und
einem Fotodetektor (32), der so positioniert ist, daß er den das Medium verlassenden reflektierten Laserstrahl detektiert.

4. Erzeugnis nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die teilweise reflektierende Schicht eine Dicke innerhalb der Bereiche von etwa 27 bis 80 nm oder von etwa 128 bis 140 nm hat.

5. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die teilweise reflektierende Schicht zum Pitmuster benach bart ist.

6. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Antimonsulfid durch Sputtern oder Vakuumsublimation ab geschieden ist.

7. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Antimonsulfid Antimon(III)-sulfid, Sb₂S₃, oder Antimon (V)-sulfid, Sb₂S₅, aufweist.

8. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die teilweise reflektierende Schicht im wesentlichen aus An timonsulfid besteht.

9. Medium nach Anspruch 2, wobei das erste Datenpitmuster ein Format enthält, das zur Verwendung mit einem ersten Plattenlaufwerk mit einem ersten Strahl eines Lasers (74) mit einer ersten Wellenlänge λ₁ vorgesehen ist, und wobei das zweite Datenpitmuster ein zweites anderes Format enthält, das zur Verwendung mit einem zweiten an deren Plattenlaufwerk mit einem zweiten anderen Strahl eines Lasers (70) mit einer zweiten anderen Wellenlänge λ₂ vorgesehen ist, wobei λ₂ < λ₁ ist.

10. System nach Anspruch 3, wobei das Substrat eine Dicke von etwa 0,6 mm hat und wobei ein auf das Substrat auf treffender Lichtstrahl (70) mit einer Wellenlänge von 780 nm an der stark reflektierenden Schicht mit einem Reflexionsgrad R₁ reflektiert wird, wobei R₁ < 0,7 ist, und wobei ein auf das Substrat auftreffender Lichtstrahl (74) mit einer Wellenlänge von 650 nm an der teilweise reflektierenden Schicht mit einem Reflexionsgrad R₂ re flektiert wird, wobei R₂ < 0,2 ist.