DE3650546T2 - Optischer Datenträger - Google Patents

Optischer Datenträger

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Datenspeichervorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der US-A-3 778 785 beschrieben, nach der ein Te&sub8;&sub0;Ge&sub1;&sub5;As&sub5; als Chalcogenidfilm auf ein thermisch leitfähiges Substrat, z.B. aus Quarz gesputtert wird. Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmen auf einem Glassubstrat durch Sputtern und zur überwachung des Vorbereitungszustands und der optischen Charakteristika sind in der US-A-3 793 167, 4 024 291 und 4 068 016 sowie in der JP-A-6 044 809 (Zusammenfassungen) offenbart.
  • Nichtabschmelzbare zustandsveränderliche Datenspeichersysteme, z.B. optische Datenspeichersysteme zeichnen Informationen in einem zustandsveränderlichen Material auf, das zwischen wenigstens zwei erfaßbaren Zuständen geschaltet werden kann, indem Projektionsstrahlenergie, z.B. optische Energie darauf aufgebracht wird. Die Daten können reversibel oder irreversibel gespeichert werden. Wird die optische Energie zur Bestimmung des Zustands des veränderlichen Materials verwendet, dann kann die gemessene Eigenschaft das Reflexionsvermögen sein. Das Reflexionsvermögen ist eine Funktion aus Wellenlänge, Materialdicke und Brechungszahl, wobei die Brechungszahl eine Funktion des Zustands des Materials ist.
  • Eine Datenspeichervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der das Datenspeichermaterial von einem Substrat gehalten und in Kapselungsmitteln eingekapselt ist. Bei optischen Datenspeichervorrichtungen umfassen die Kapselungsmittel beispielsweise Antiabschmelzmaterialien und -schichten, thermische Isoliermaterialien und -schichten, Antireflexionsmaterialien und -schichten, reflektierende Schichten und chemische Isolierschichten. Darüberhinaus können verschiedene Schichten mehr als eine dieser Funktionen ausüben. Die Antireflexionsschichten können beispielsweise auch Antiabschmelzschichten und thermische Isolierschichten sein. Die Dicke der Schichten einschließlich der Schicht aus dem zustandsveränderlichen Datenspeichermaterial ist derart optimiert, daß die zur Zustandsänderung erforderliche Energie minimiert und das hohe Kontrastverhältnis, das hohe Träger-Rausch-Verhältnis sowie die hohe Stabilität der zustandsveränderlichen Datenspeichermaterialien maximiert sind.
  • Das zustandsveränderliche Material ist ein Material, das durch Aufbringen einer Projektionsstrahlenergie reversibel oder irreversibel aus einem erfaßbaren Zustand in einen anderen erfaßbaren Zustand oder Zustände geschaltet werden kann. Zustandsveränderliche Materialien können so aufgebaut sein, daß sich die erfaßbaren Zustände in ihrer Morphologie, der Oberfächentopographie, dem relativen Ordnungsgrad, dem relativen Unordnungsgrad, den elektrischen Eigenschaften, den optischen Eigenschaften einschließlicht der Brechungszahl und des Reflexionsvermögensindex oder Kombinationen aus einer oder mehrerer dieser Eigenschaften utnerscheiden. Der Zustand des zustandsveränderlichen Materials ist durch die elektrische Leitfähigkeit, den spezifischen elektrischen Widerstand, die spezifische optische Durchlässigkeit, die optische Absorption, die optische Brechung, das optische Reflexionsvermögen oder Kombinationen daraus erfaßbar.
  • Die Datenspeichervorrichtung wird durch Aufbringen von einzelnen Schichten beispielsweise durch verdampfende Abscheidung, chemisches Aufdampfen und/oder Plasmaabscheidung gebildet.
  • Plasmaabscheidung bedeutet hier Sputtern, Glimmentladung und plasmaunterstütztes chemisches Aufdampfen.
  • Als Materialien zur Datenspeicherung wurden Materialien auf der Basis von Tellur verwendet, wo sich die Zustandsänderung durch eine Änderung des Reflexionsvermögens bemerkbar macht. Dieser Effekt ist beispielsweise bei J.Feinleib, J.de Neufville, S.C.Moss und S.R.Ovshinsky, "Rapid Reversible Light-Induced Crystallization of Amorphous Semiconductors" in Appl.Phys.Lett., Vol 18(6), Seiten 254-257 (15. März 1971) und in der US-Patentschrift 3,530,441 "Method and Apparatus for Storing and Retrieving of Information" (S.R.Ovshinsky) beschrieben. Eine neuere Beschreibung von Tellur-Germanium-Zinn- Systemen ohne Sauerstoff findet sich bei M.Chen, K.A.Rubin, V.Marrello, U.G.Gerber und V.B.Jipson, "Reversibility ans Stability of Tellurium Albys for Optical Data Storage", Appl.Phys.Lett., Vol 46(8) Seiten 734-736 (15. April 1985). Eine neuere Beschreibung von Tellur-Germanium-Zinn-Systemen ohne Sauerstoff findet sich bei M.Takanaga, N.Yamada, S.Ohara, K.Nishiciuchi, M.Nagashima, T.Kashibara, S.Nakamura und T.Yamashita, "New Optical Erasable Medium Using Tellurium Suboxide Thin Film," Proceedings, SPIE Conference on Optical Data Storage, Arlington VA, 1984 Seiten 173-177.
  • Zustandsveränderliche Materialien auf der Basis von Tellur sind im allgemeinen Ein- oder Mehrphasensysteme, bei denen (1) die ordnungsphänomene eine Nukleation und einen Wachstumsvorgang umfassen (einschließlich homogenen und/oder heterogenen Nukleationen), um ein System von ungeordneten Materialien in ein System von geordneten und ungeordneten Materialien umzuwandeln, und (2) das Verglasungsphänomen Schmelzen und rasches Abschrekken des phasenveränderlichen Materials umfaßt, um ein System von ungeordneten und geordneten Materialien in ein System von weitgehend ungeordneten Materialien umzuformen. Die oben erwähnten Phasenveränderungen und trennungen finden über relativ kleine Entfernungen statt, wobei die Phasen innig verschachtelt sind und eine grobe Strukturunterscheidung stattfindet, und sie sind gegenüber lokalen stöchiometrischen Schwankungen hochempfindlich.
  • -Eine Haupteinschränkung liegt für optische Datenspeichervorrichtungen darin, daß der Kontrast von einem Herstellungsdurchlauf zum nächsten nicht reproduzierbar ist. Der Kontrast ist der Unterschied zwischen dem Reflexionsvermögen des optischen Datenspeichermaterials in einem Zustand und seinem Reflexionsvermögen in einem anderen Zustand. Das Reflexionsvermögen wird durch Interferenzphänomene beeinflußt. Das Reflexionsvermögen des optischen Datenspeichermediums hängt von der Dicke des Films des optischen Datenspeichermediums, der Wellenlänge der optischen Projektionsstrahlenergie, die zum Abfragen verwendet wird, sowie von der Brechungszahl des optischen Datenspeichermediums ab.
  • Die Abfrageeinrichtung besteht typischerweise aus einer monochromatischen Lichtquelle. Die Wellenlänge dieser monochromatischen Lichtquelle bestimmt die Wellenlänge für Interferenzphänomene.
  • Die Brechungszahl läßt sich durch die Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des Mediums steuern. Dabei ist beispielsweise die Kontrolle der Zusammensetzung von Sputter-Targets, Verdampfungsquellen und chemischen Aufdampfungsgasen eingeschlossen.
  • Die Dicke stellt eine Variable dar, die schwieriger als die Zusammensetzung zu kontrollieren ist. Bis jetzt wurde die Dicke von aufgebrachten Dünnfilmen z.B. gleichzeitig durch die Beschichtung des Substrats und einen Oszillator kontrolliert. Die Oszillatorfrequenz ist eine indirekte Funktion der Beschichtungsdicke. Der Unterschied der Oszillatorfrequenz ab dem Beginn eines Abscheidungsdurchlaufs bis zum Ende des Abscheidungsdurchlaufs kann mit der Abscheidungsdicke in Verbindung gebracht werden. Die Abscheidungsdicke bestimmt dann das Reflexionsvermögen der Abscheidung für eine gegebene Brechungszahl.
  • Die Dicke kann auch durch die Messung der optischen Dicke oder optischen Dichte der Abscheidung kontrolliert werden. Die US-A- 3 773 548 beschreibt beispielsweise ein Verfahren, bei dem die Beschichtungsdicke durch die Messung der optischen Dichte einer aufgedampften Beschichtung auf einem kontinuierlich vorgeschobenen Substrat kontrolliert wird. Die optische Dichte eines Punkts wird nur einmal gemessen. Diese Messung wird an einer vorgeschalteten Abscheidungsstation zur Kontrolle der Abscheidungsrate verwendet.
  • Die Dicke kann auch durch die Bestimmung der Interferenzstreifen der Beschichtung gemessen werden, wie dies beispielsweise von Alvin Goodman in "Optical Interference Method for the Approximate Determination of Refractive Index and Thickness of a Transparent Layer", Applied Optics, Vol 17 (Nr. 17) Seiten 2779-2787 (September 1978) und R.D.Pierce und W.B.Venard, "Thickness Measurements of Films on Transparent Substrates by Photoelectric Detection of Interference Fringes", Rev. Sc. Instrum., Vol 45 (Nr. 1), Seiten 14-15 (Januar 1974) beschrieben ist.
  • Ein weiteres Problem, das bis jetzt mit optischen Datenspeichervorrichtungen verbunden war, lag in den Konzentrationsgradienten bezüglich der Abscheidungstiefe. Dem wird durch "Initialisierung" nicht völlig abgeholfen.
  • Die aktuellen Systeme sind Mehrphasensysteme, bei denen die Ordnungsphänomene eine Vielzahl von Festkörperreaktionen und/oder -wechselwirkungen umfassen, um ein System aus vorherrschend ungeordneten Materialien in ein System aus geordneten und ungeordneten Materialien umzuwandeln, und bei denen die Verglasungsphänomene Reaktionen und/oder Wechselwirkungen zwischen fest-fest, fest-flüssig und flüssig-flüssig einschließliche von Reaktionen und/oder Wechselwirkungen an den Phasengrenzflächen umfassen, wodurch ein System aus ungeordneten und geordneten Komponenten in ein System mit vorherrschend ungeord neten Komponenten umgewandelt wird. Die oben erwähnten Phasentrennungen laufen über relative kleine Strecken mit inniger Verschachtelung der Phasen und grober Strukturunterscheidung ab.
  • Beispielhaft für dieses Reaktionssystem innerhalb des Films aus Phasenänderungsmaterial ist im Stand der Technik die Reaktion der ungeordneten Germanium-Tellur-Sauerstoff-Systeme unter "kristallisierenden" Bedingungen zur Bildung von Germaniumoxiden einschließlich Suboxiden und nichtstöchiometrischen Oxiden, Tellur und verschiedenen Germanium-Tellur-Verbindungen, wo das Tellur kristallin ist.
  • Eine weitere Haupteinschränkung für die Verwendung von Zustandsänderungsmaterialien zur optischen Datenspeicherung liegt im Abwägen zwischen der thermischen Stabilität und der Kristallisierungsrate. Außerdem liegt eine Einschränkung in der Zyklusgeschichtenabhängigkeit des Kontrastverhältnisses, wenn zwischen phasenveränderlichen Materialien Grenzflächenwechselwirkungen stattfinden. Eine subtilere Einschränkung liegt im beobachteten Anstieg des Signal-Rausch-Verhältnisses für das gelöschte Signal bezüglich der Zeit im eingeschriebenen Zustand vor dem Löschen. Dies liegt daran, daß das Reflexionsvermögen auch eine Funktion der Kristallitorientierung ist. Das "Lösch"- Signal-Rausch-Verhältnis steigt an, wenn bestimmte bevorzugte Nukleationen beginnen und/oder während der Lagerung bei Zimmertemperatur Neuanordnungen des Nukleationsorts ablaufen.
  • Eine weitere Einschränkung für die Verwendung von Zustandsänderungsmaterialien zur optischen Datenspeicherung liegt in der Empfindlichkeit des optischen Datenspeichermediums gegenüber lokalen stöchiometrischen Änderungen. Ist die mit dem zustandsveränderlichen Speichermaterial aus einem Chalcogen in Kontakt stehende Einkapselungsschicht beispielsweise Germaniumoxid, dann muß das Germaniumoxid im wesentlichen stöchiometrisch GeO&sub2; sein, um die Diffusion von Germanium in das zustandsveränderliche Chalcogenid-Datenspeichermedium oder die Diffusion von Sauerstoff aus dem zustandsveränderlichen Chalcogen-Datenspeichermedium in das GeOx zu vermeiden. Im wesentlichen stöchiometrisches Germaniumoxid ist zwar in geschichteten optischen Datenspeicherstrukturen nützlich, es ist aber wasserdurchlässig.
  • Die Datenspeicherungsrate ist weiter durch die langsame Ordnungs- oder Löschzeit begrenzt. Ein Aspekt der langsamen Ordnungszeit liegt darin, daß sie gegenüber Variablen wie der Herstellungsgeschichte und der Entladungsgeschichte, d.h. der Geschichte des Ordnung-Unordnungszyklus empfindlich sind. Um beispielsweise hohe Ordnungsraten in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Mikrosekunden zu erreichen, ist es manchmal erforderlich, die Vorrichtung nach dem Aufbringen der Chalcogenid-Zustandsänderungsschicht, aber vor dem Aufbringen von nachfolgenden Schichten wie z.B. Sperr- und Einkapselungsschichten altern zu lassen. Ein weiterer Aspekt dieses Problems liegt darin, daß die Schalt- oder Ordnungszeit mit der Zunahme der Ordnungs- Unordnungszyklen ansteigen kann. Diese Zunahme der Schalt- oder Ordnungszeit mit den Ordnungs-Unordnungszyklen wird mit der zunehmenden Unordnung in dem geordneten Material oder Abschnitten davon identifiziert.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Reproduzierbarkeitsrate des Kontrasts zwischen dem Reflexionsvermögen in einem Zustand und in einem anderen Zustand auf einfache Weise zu steigern. Außerdem liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Ordnungs- oder Löschzeit zu erhöhen, um hohe Ordnungsraten zu erzielen.
  • Die Erfindung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und in der folgenden Beschreibung angegeben.
  • Nach den hier vorliegenden überlegungen ist eine Projektionsstrahldatenspeichervorrichtung mit einem Speichermaterial vorgesehen, d.h. einem Datenspeichermedium, das durch Aufbringen der Projektionsstrahlenergie zwischen erfaßbaren Zuständen schaltbar ist. Das Datenspeichermaterial besitzt ein Signal- Rausch-Verhältnis für den "gelöschten" Zustand, das bezüglich der Speicherzeit im wesentlichen unveränderlich ist. Die "Speicherzeit" ist die Zeit, die in einem früheren "eingeschriebenen" Zustand abläuft. Das Datenspeichermedium besitzt ein Kontrastverhältnis, das bezüglich der Zyklusgeschichte im wesentlichen unveränderlich ist. Die "Zyklusgeschichte" umfaßt entweder die Anzahl von Zyklen oder die Zeit in jedem Zustand oder beide. Das Datenspeichermedium besitzt eine schnelle Löschrate, d.h. eine schnelle Kristallisierungsrate, z.B. in der Größenordnung von weniger als 1 Mikrosekunde. Das hier betrachtete Datenspeichermedium weist ein Chalcogenid oder Chalcogenide, ein oder mehrere Vernetzungsmittel und gegebenenfalls einen Schaltmodulator auf.
  • Das Speichermaterial kann (a) reversibel zwischen erfaßbaren Zuständen geschaltet werden und ist (b) aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand einstellbar und daraus reversible. Geschaltet wird beispielsweise durch optische Energie, Teilchenstrahlenergie oder ähnliches. Beispielhafte Materialien zum Bilden der schaltbaren Phase sind Chalcogene, die Vernetzungsmittelmaterialien enthalten, die weitere Materialien enthalten können. Beispielhafte Speichermaterialien umfassen z.B. Tellur, wobei das Tellur mit einem Vernetzungsmittel oder mitteln vorliegt. Das Speichermaterial kann also reversibel zwischen (1) einem ersten System aus einer ersten, amorphen Zusammensetzung oder aus Zusammensetzungen von Tellur und Vernetzungsmittel und (2) einem zweiten System aus (a) einem kristallinen Tellur und (b) einer zweiten, amorphen Zusammensetzung oder aus Zusammensetzungen von Tellur und Vernetzungsmittel geschaltet werden. Die Zusammensetzungen aus dem kristallinen Tellur und dem ungeordneten zweiten Tellur und dem Vernetzungsmittel führen bei der Kristallisierung der amorphen, ersten Zusammensetzung aus Tellur und dem Vernetzungsmittel wirksam eine Phasentrennung durch. Der Unterschied zwischen den optischen Eigenschaften der beiden Zustände reicht aus, um sie unterscheiden zu können.
  • Nach der hier beschriebenen Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Datenspeichervorrichtung mit einem optischen Datenspeichermedium vorgesehen, das von dem Substrat gehalten wird. Dieses Verfahren der Erfindung liegt darin, daß der Vorläufer des optischen Datenspeichermediummaterials aus einer Quelle vorgesehen wird, daß dem Substrat der optischen Datenspeichervorrichtung bezüglich der Quelle mit dem Vorläufer des optischen Datenspeichermediummaterials eine periodische Bewegung verliehen wird, und daß der Vorläufer des optischen Datenspeichermediummaterials auf eine darunterliegende Schicht der optischen Datenspeichervorrichtung aufgebracht wird, um einen Film aus einem kondensierten optischen Datenspeichermedium zu bilden. Nach diesem Verfahren der Erfindung wird das Problem einer mangelhaften Reproduzierbarkeit von Durchlauf zu Durchlauf dadurch umgangen, daß während der Abscheidung im wesentlichen kontinuierlich und/oder wiederholt eine optische Eigenschaft des Films aus dem aufgebrachten optischen Datenspeichermedium gemessen wird, um dadurch die optischen Eigenschaften eines repräsentativen Bereichs des aufgebrachten optischen Datenspeichermediums zu messen. Diese gemessene optische Eigenschaft wird mit einem vorbestimmten Wert der optischen Eigenschaft verglichen, und die Abscheidung wird abgeschlossen, wenn der gemessene Wert der optischen Eigenschaft im wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert der optischen Eigenschaft ist.
  • Ebenso kann die Dicke der dielektrischen Schicht oder beider Schichten gemessen werden. Die obere dielektrische Schicht wird auf die gleiche Weise behandelt, wie dies für die zustandsveränderliche Schicht beschrieben wurde. Im Falle der dielektrischen Bodenschicht wird das Reflexionsvermögen der Abscheidung während des Abscheidungsvorgangs an einer Bezugsprobe überwacht, die eine bereits aufgebrachte Schicht aus zustandsveränderlichem Material aufweisen kann. Auf diese Weise läßt sich die Abscheidung der dielektrischen Bodenschicht beispielsweise durch Überwachung ihres Reflexionsvermögens unter tatsächlichen Verwendungsbedingungen, einer zustandsveränderlichen Schicht am nächsten liegend steuern.
  • Das Datenspeichermedium kann hergestellt werden, indem die Materialien so aufgebracht werden, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Abscheidung gebildet wird. Die Abscheidung kann von etwa 10 bis etwa 150 nm oder mehr dick sein.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umgeht das Problem von Gradienten in durch Verdampfungsabscheidung gebildeten Filmen. Diese Gradienten können gesteuert und sogar beseitigt werden, indem innerhalb einer Vakuumabscheidungseinrichtung (1) eine erste Quelle mit einem im wesentlichen nicht konvektierenden Mehrkomponentenchalcogenid und (2) eine zweite Chalcogenquelle angeordnet wird. Die erste Quelle ist bevorzugt im wesentlichen eine Einphasenquelle. Dies kann eine feste Quelle oder eine flüssige Quelle sein. Gegebenenfalls kann eine dritte, Sauerstoff enthaltende Quelle vorgesehen sein. Nach dem Verfahren der Erfindung wird das im wesentlichen nicht konvektierende Einphasen-Mehrkomponentenchalcogenidmaterial in einen nicht kondensierten Zustand, z.B. ein Gas, umgewandelt, wobei im wesentlichen Äquivalenz zwischen der Quelle/dem nicht kondensierten Zustand vorliegt. Dann wird das Material im wesentlichen mit Äquivalenz zwischen dem nicht kondensierten Zustand/der Abscheidung auf das Substrat aufgebracht. Das sich ergebende Speichermaterial kann reversibel aus einem erfaßbaren Zustand in den anderen geschaltet werden.
  • Ein gegebenenfalls vorhandener Schaltmodulator ist ein wirksamer Nukleationsort im eingeschriebenen Zustand, um im gelöschten Zustand einen hohen Volumenanteil von kleinen Kristalliten und statistischer Kristallitorientierung vorzusehen. Damit kann die Kristallisierungsrate erhöht werden, und relativ geordnete und relativ ungeordnete Zustände lassen sich unterscheiden, um ein relativ unveränderliches Signal-Rausch-Verhältnis für das "gelöschte" Signal bezüglich der Zeit im vorhergehenden "eingschriebenen" Zustand vorzusehen.
  • Man nimmt an, daß der Schaltmodulator so arbeitet, daß Nukleationsorte z.B. durch Einbringen von Störstellenzuständen oder bändern in die elektronische Chalcogenidphasenstruktur vorgesehen werden, wodurch elektrisch aktive Zentren in den Chalcogenidphasen gebildet werden, wobei lokalisierte elektrisch aktive Orte als Nukleationsorte wirken können. Der Schaltmodulator kann alternativ oder zusätzlich als Kristallwachstumsaktivator dienen, um die ungeordneten Chalcogenidketten abzuschließen.
  • Der Schaltmodulator ist ein Übergangsmetall oder ein Halogen. Die Übergangsmetalle der linken Spalte der Gruppe VIII, Ni, Pd, Pt sowie Gemische daraus und insbesondere Ni sind bevorzugt. Der Schaltmodulator liegt in der Zusammensetzung in einer Konzentration von etwa 0,1 bis 20 Atomprozent und bevorzugt mit etwa 1 bis 10 Atomprozent vor. Außerdem können z.B. mit dem Übergangsmetall als Schaltmodulator ein Halogen wie F, Cl, Br, I oder Gemische daraus anwesend sein. bd ist der bevorzugte Halogenschaltmodulator.
  • Der Atomanteil des Schaltmodulators liegt bei 0,1 bis 20 Atomprozent und bevorzugt bei 1 bis 10 Atomprozent.
  • Das Datenspeichermedium kann dadurch gebildet werden, daß die Materialien so aufgebracht werden, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Abscheidung gebildet wird. Die Abscheidung kann etwa 50 bis etwa 150 nm dick sein. Die Abscheidung kann als Einzelschicht oder aus mehreren Schichten gebildet sein, z.B.aus einem Chalcogenid mit einer Dicke von etwa 20 bis 30 nm und einem Dielektrikum wie GeO&sub2;, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; oder ähnlichem mit einer Dicke von etwa 5 bis 10 nm.
  • Das Datenspeichermedium kann durch verschiedene Mittel aufgebracht werden, so durch Sputtern, Cosputtern, reaktives Sputtern, reaktives Cosputtern, Verdampfung oder Coverdampfung.
  • Nach dem Aufbringen können eine Reihe von Verglasungs- oder Kristallisierungs- und Verglasungsschritten durchgeführt werden, um die "Initialisierung" in einen gleichmäßigen "gelöschten" Zustand durchzuführen.
  • Nach einer weiteren beispielhaften Darstellung ist der dielektrische Film, der das Datenspeichermedium einkapselt, ein zusammensetzungsmäßig abgestuftes oder geschichtetes Dielektrikum, allgemein ein Oxid. D.h., der Film ist bezüglich des Abstandes von dem Chalcogen-Datenspeichermedium zusammensetzungsmäßig abgestuft oder geschichtet. Zusammensetzungsmäßig abgestufte Oxide bedeutet hier sowohl monoton als auch schrittweise abgestufte, d.h. geschichtete Oxide. Das Oxid in Kontakt mit dem Chalcogen-Speichermedium ist ein im wesentlichen stöchiometrisches Dielektrikum, z.B. Germaniumdioxid GeO&sub2;. Das von dem Chalcogenid-Datenspeichermedium entfernte Dielektrikum, z.B. Germaniumoxid, ist ein im wesentlichen nichtstöchiometrisches Dielektrikum, z.B. Germaniumsuboxid.
  • Die dielektrische Sperrschicht, beispielsweise Germaniumoxid und -suboxid, kann als thermische Isolierschicht, optische Kopplungschicht und als chemische Sperre, insbesondere als Feuchtigkeitssperre dienen. Das Dielektrikum kann aus Siliciumnitrid, Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Gemischen daraus bestehen; Germaniumoxid ist allerdings bevorzugt. Germaniumsuboxid mit der Stöchiometrie GeOx mit x von etwa 1,5 bis 1,95 ist beispielsweise eine Feuchtigkeitssperre, die die Diffusion von Wasser in das Chalcogenid verhindert. Allerdings steht Germaniumsuboxid mit der Diffusion von Germanium in das Chalcogenid- Datenspeichermedium und/oder der Diffusion von Sauerstoff aus dem Chalcogenid-Datenspeichermedium in Verbindung. Während das Problem der Diffusion zwischen dem Chalcogenid-Datenspeichermedium und der dielektrischen Schicht durch die Verwendung von im wesentlichen stöchiometrischem GeO&sub2; umgangen wird, ist im wesentlichen stöchiometrisches GeO&sub2; eine wirkungslose Feuchtigkeitssperre, da es eben für Feuchtigkeit durchlässig ist. Die durch das im wesentlichen stöchiometrische GeO&sub2; diffundierende Feuchtigkeit schädigt das Chalcogen-Datenspeichermedium dauerhaft. Diese Probleme sind dort umgangen, wo die Einkapselungsschicht oder Sperrschicht aus Germaniumoxid im wesentlichen stichiometrisches Germaniumdioxid in der Nähe des Chalcogen- Datenspeichermediums und ein nichtstöchiometrisches Germaniumsuboxid entfernt von dem Datenspeichermedium ist.
  • Nach einer weiteren, hier betrachteten beispielhaften Ausführung der Erfindung ist eine Datenspeichervorrichtung mit einem Chalcogen-Datenspeichermedium vorgesehen, wobei wenigstens eine, die Morphologie verbessernde Komponente z.B. in das Chalcogen-Datenspeichermedium eingebettet oder zwischen dem Chalcogen-Datenspeichermedium und einer der dielektrischen Schichten aufgebracht ist und damit in Kontakt steht. In der vorliegenden Verwendung umfaßt der Begriff "Komponente" eine getrennte kontinuierliche Schicht, eine getrennte diskontinuierliche Schicht oder diskrete Inseln aus einem die Morphologie verbessernden Material, die innerhalb einer anderen Schicht dispergiert sind.
  • Man nimmt an, daß die die Morphologie verbessernde Komponente die Geschwindigkeit des Ordnungsphänomens, z.B. der Kristallisierung erhöht, indem Kristallkeime oder Nukleationsorte vorgesehen werden, und das Kristallwachstum steuert, indem speziell die Größe, Orientierung, der Volumenanteil oder die Wachstumsrate der Kristalle gesteuert werden. Man nimmt also an, daß die Komponente durchgängige und sogar bevorzugte Orientierugen vorsieht und die Zeit zum Umschalten aus dem weniger geordneten erfaßbaren Zustand in den geordneteren erfaßbaren Zustand zu reduzieren.
  • Darüber hinaus nimmt man an, daß die die Morphologie verbessernde Komponente bei einer beispielhaften Ausführung der Erfindung die Änderung der Ordnung des geordneten Materials reduziert, die von der Zyklusgeschichte abhängt, indem Kristallkeime oder Nukleationsorte vorgesehen werden, die selbst nicht einer Zyklus- oder Zustandsänderung unterliegen.
  • Die die Morphologie verbessernde Komponente ist nach einer beispielhaften Ausführung eine Chalcogen-Schicht. Ist dem so, dann muß die Schicht nur einen Zyklus aushalten, was der Herstellung hilft, die Notwendigkeit des Alterns aufhebt und die Initialisierung erleichert. Das Chalcogen kann das gleiche Chalcogen wie in der Chalcogenidschicht sein, d.h. eine Tellurschicht in Kontakt mit einer zustandsveränderlichen Telluridschicht. Alternativ kann es ein anderes Chalcogen sein, so Selen-Tellur oder eine Tellur-Schwefelschicht in Kontakt mit einer zustandsveränderlichen Telluridschicht. Die Schicht kann alternativ einen höheren Sauerstoffgehalt als die zustandsveränderliche Schicht aufweisen. Die zustandsveränderliche Schicht kann beispielsweise Te&sub7;&sub9;Sn&sub6;Ge&sub5;O&sub1;&sub0; mit einer Kristallisierungstemperatur von etwa 90ºC sein, und die morphologieverbessernde Schicht kann eine 3 nm dicke Schicht aus Te&sub5;&sub9;Sn&sub6;Ge&sub5;O&sub3;&sub0; sein. Man nimmt an, daß die Chalcogenschicht so funktioniert, daß Kristallkeirne oder Nukleationsorte vorgesehen sind, die z.B. aus einem mikrokristallinen Chalcogen bestehen, das sich mit der ungeordneten Chalcogenidschicht in Kontakt befindet.
  • Nach einer alternativen beispielhaften Ausführung besteht die morphologieverbessernde Komponente aus einer Schicht oder einer Abscheidung oder aber eingebetteten Teilchen aus einem hochschmelzenden Metall, z.B. Wolfram, Molybdän, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Titan, Zirconium, Hafnium, Niobium, Tantal, hochschmelzende Verbindungen daraus einschließlich ihrer Chalcogenide oder Gemischen daraus bestehen. Es können auch andere hochschmelzende Materialien einschließlich Chalcogeniden verwendet werden. Man nimmt an, daß die Schicht oder der Dünnfilm aus morphologieverbesserndem Material einen Ort für Epitaxiewachstum oder die heterogene Nukleation des Chalcogenid- Phasenänderungsmaterials vorsieht. Man nimmt ferner an, daß die Nukleation entlang von Ebenen mit sechseckiger oder dreizähliger Symmetrie stattfindet, also den (001)-Ebenen von sechseckig dicht gepackten Materialien oder den (111)-Ebenen von kubisch dicht gepackten oder kubisch-raumzentrierten Materialien, die die Dünnfilmschicht bilden. Wird hier auf eine Schicht bezüglich ihrer kristallographischen Merkmale verwiesen, dann versteht sich auch, daß Einschlüsse innerhalb des Phasenänderungsmaterials damit umfaßt sind.
    • DIE ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist insbesondere unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu verstehen.
  • Fig. 1 ist eine teilweise ausgeschnittene isometrische Ansicht einer optischen Datenträgervorrichtung in nicht maßstabsgerechten, übertrieben großen und vertikalen Maßstab.
  • Fig. 1A ist ein detaillierter Ausschnitt des Teils der optischen Speicherdatenvorrichtung von Fig. 1, die die Beziehung zwischen den verschiedenen Schichten zeigt.
  • Fig. 2A bis 2C zeigen das Reflexionsvermögen "wie aufgebracht" sowie "kristallisiert" für verschiedene Dicken des optischen Datenspeichermediumfilms aus Tellund.
  • Fig. 3 ist eine Darstellung des Kontrastverhältnisses ((R kristallin - R amorph)/R kristallin + R amorph) bei Verwendung eines 830-Nanometer-Lasers als Funktion der Dicke.
  • Fig. 4 ist eine Darstellung des Reflexionsvermögens bei Verwendung eines 830-Nanometer-Lasers im aufgebrachten Zustand der Chalcogenidschicht als Funktion der Dicke.
  • Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Darstellung eines Abscheidungssystems der Erfindung.
  • Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer alternativen beispielhaften Darstellung eines Abscheidungssystems der Erfindung.
  • Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines Vakuumabscheidungssystem, das bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung nützlich ist.
  • Fig. 8A und 8B sind Graphen zur Messung der Chalcogenid- Kristallitorientierung im gelöschten Zustand als Funktionen von (1) dem Nickel- oder Sauerstoffgehalt und (2) der Speicherzeit im eingeschriebenen Zustand.
  • Fig. 9, 10 und 11 sind Graphen des relativen Reflexionsvermögens und der Schaltzeiten im eingeschriebenen und gelöschten Zustand gegen die Anzahl von Zyklen mit verschiedenen Ni- Gehalten für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub5;Ni&sub5;, Te&sub8;&sub8;Ge&sub5;, Sn&sub5;Ni&sub2; sowie Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;.
  • Fig. 12, 13 und 14 sind Graphen des Reflexionsvermögens gegen die Temperatur für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub5;, Te&sub8;&sub8;Ge&sub5;Sn&sub5;Ni&sub2; sowie Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;.
  • Fig. 15 ist eine graphische Darstellung der Germaniumoxid- Stöchiometrie als Funktion des Abstands von der Chalcogendatenspeichermediumsschicht.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nach der hier beschriebenen Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Projektionsstrahldatenspeichervorrichtung mit einem Datenspeichermedium vorgesehen, das durch Aufbringen von Projektionsstrahlenergie zwischen erfaßbaren Zuständen schaltbar ist.
  • Fig. 1 und 1A zeigen eine Projektionsstrahldatenspeichervorrichtung 1 mit einem Substrat, z.B. einem Kunststoffsubstrat 11, einer ersten dielektrischen Einkapselungsschicht 21, z.B. eine erste Einkapselungsschicht aus Germaniumoxid, einer Chalcogen-Datenspeichermediumsschicht 31, einer zweiten dielektrischen Schicht 41, z.B. einer zweiten Schicht 41 aus Germaniumoxid sowie einem zweiten Substrat, z.B. einem Kunststoffsubstrat 51.
  • Fig. 2A zeigt einen Abschnitt der Datenspeichervorrichtung 1 von Fig. 1 im einzelnen. Dort ist gezeigt, daß das Substrat 11 eine Polymertafel, z.B. eine Polymethylmethacrylattafel ist. Das Substrat 11 ist eine optisch unveränderliche, optisch isotrope transparente Tafel mit einer solchen Dicke, daß die optische Interferenz mit dem Projektionsstrahldatenspeichermedium aus fettigen oder öligen Filmen oder Einschlüsse von Schmutz, Staub, Fingerabdrücken oder Frerndmaterial verhindert werden. Die bevorzugte Dicke liegt bei etwa 1 mm bis etwa 1,5 mm.
  • Auf der Substrattafel 11 liegt eine zweite Tafel 13, z.B. eine photomituerte, polymerisierte Acryltafel. In die photoinitiierte, polymerisierte Acryltafel 13 können Nuten polymerisiert, geformt oder gegossen sein. Sind Nuten vorhanden, dann können sie eine Dicke von etwa 50 bis etwa 100 nm aufweisen. Die photomituerte, polymerisierte Acryltafel 13 besitzt eine Dicke von etwa 30 bis etwa 200 µm und bevorzugt von etwa 50 bis etwa 100 µm.
  • Auf der photopolymerisierten Tafel 13 ist eine dielektrische Sperrschicht 21 aufgebracht. Die dielektrische Sperrschicht 21 z.B. aus Germaniumoxid ist etwa 50 bis etwa 200 nm dick. Die dielekrische Sperrschicht 21 besitzt eine oder mehrere Funktionen. Sie soll verhindern, daß oxidierende Mittel zu der aktiven Chalcogenschicht 31 gelangen und sie verhindert die Verformung des Kunststoffsubstrats aufgrund lokaler Erwärmung der Chalcogenidschicht 31, z.B. während der Aufzeichnung oder während des Löschens. Die Sperrschicht 21 dient auch als Antireflexionsbeschichtung zur Erhöhung der optischen Empfindlichkeit der aktiven Chalcogenschicht 31.
  • Weitere Dielektrika können die Einkapselungsschichten 21, 41 vorsehen. Die Einkapselungsschichten können beispielsweise aus Siliciumnitrid bestehen und geschichtet oder abgestuft sein, um die Diffusion von Silicium in die Chalcogenidschicht 31 zu verhindern. Die dielektrischen Einkapselungsschichten 21, 41 können alternativ auch Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder ein anderes Dielektrikum sein.
  • Das Chalcogenid-Datenspeichermedium 31 besitzt eine Dicke von etwa 10 bis etwa 150 nm. Die genaue Dicke des Chalcogenid- Datenspeichermediums ist eine Funktion der Wellenlänge des Abfragelasers und der Brechungszahlen der Zustände des Chalcogenids.
  • Auf der Chalcogenidschicht 31 und in Kontakt mit der entgegengesetzten Seite liegt eine zweite dielektrische Schicht 41, z.B. eine Germaniumoxidschicht. Die zweite dielektrische Schicht 41 kann, muß aber nicht die gleiche Dicke wie die erste Schicht 21 besitzen. Eine zweite Photopolymerschicht 49 und eine zweite Substratschicht 51 befinden sich in Kontakt mit der entgegengesetzten Seite der Einkapselungsschicht 41.
  • Die Polyacrylatschichten 13, 49 werden vor Ort gegossen oder geformt. Diese Schichten 13, 49 können vor Ort, z.B. durch Aufbringen von UV-Licht polymerisiert werden. Die Sperrschichten 21, 41 werden beispielsweise durch Verdampfung von Germanium- und Germaniumoxidmaterialien oder durch Sputtern einschließlich reaktivem Sputtern aufgebracht, wobei der Sauerstoffgehalt des beim reaktiven Sputtern verwendeten reaktiven Gases kontrolliert wird. Der Chalcogenidfilm 31 kann durch Verdampfung, Sputtern oder chemisches Aufdampfen hergestellt werden.
  • Fig. 2A, 2B und 2C veranschaulichen die Wirkungen der Dicke der aufgebrachten Beschichtung auf die einzelnen Reflexionsvermögen und demnach auf das Kontrastverhältnis.
  • Fig. 2A zeigt das relative Reflexionsvermögen bei einer willkürlich ausgewählten Schicht mit einer Dicke von 90 nm gegen die Wellenlänge des Laserstrahls sowohl für das ungeordnete Material wie aufgebracht als auch für das kristallisierte Material. Bei einer Abscheidungsdicke von 90 nm weisen das abgeschiedene Material und das kristallisierte Material im wesentlichen das gleiche Reflexionsvermögen auf.
  • Fig. 2B zeigt das Reflexionsvermögen gegen die Wellenlänge für eine Abscheidung mit einer Dicke von 1000 nm. Bei 830 nm ist das Reflexionsvermögen des abgeschiedenen Materials wesentlich niedriger als das Reflexionsvermögen des kristallisierten Materials.
  • Fig. 2C zeigt das Reflexionsvermögen gegen die Wellenlänge für eine Schicht mit einer Dicke von 110 nm. Bei 110 nm sind die Reflexionsverrnögenskurven sogar noch weiter verschoben, so daß sie im wesentlichen parallel liegen und sogar übereinandergelegt werden können, und die Reflexionsvermögen für die optische Energie von 830 nm sind wieder im wesentlichen gleich.
  • Fig. 3 zeigt das Kontrastverhältnis (Rkristallin-Ramorph/Rkristallin+Ramorph) mit einem 830 nm-Laserstrahl als Funktion der Dicke der Chalcogenidschicht. Dort ist gezeigt, daß das Kontrastverhältnis be einer Dicke von etwa 100 nm eine relative Spitze erreicht, wobei es ziemlich scharf zu 90 sowie 110 nm abfällt.
  • Fig. 4 zeigt das Reflexionsvermögen des abgeschiedenen Materials in willkürlichen Einheiten gegen die Dicke für ein 830 nm- Laserlicht. Das Reflexionsvermögen des abgeschiedenen Films erreicht bei etwa 100 nm ein relatives Minimum.
  • Nach einer hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung wird die Dicke während der Abscheidung des Materialvorläufers, d.h. des Vorläufers des optischen Datenspeichermediummaterials wie von Chalcogenen wie Tellur mit Legierungselementen aus einer oder mehreren Quellen auf die darunterliegende Schicht wiederholt oder im wesentlichen kontinuierlich überwacht, um einen Film aus dem kondensierten Material, z.B. ein optisches Datenspeichermedium zu bilden. Damit ist eine periodische Messung der optischen Eigenschaften eines ausgewählten Bereichs des Films möglich. Die optische Eigenschaft kann die grundlegende optische Eigenschaft, d.h. das Reflexionsvermögen sein. Ist diese optische Eigenschaft das Reflexionsvermögen, dann wird die Abscheidung dadurch kontrolliert, daß das Reflexionsvermögen des aufgebrachen Materials, z.B. des optischen Datenspeichermediums kontinuierlich gemessen wird, um damit das Reflexionsvermögen eines speziellen Bereichs von Interesse periodisch zu messen. Die optische Eigenschaft, d.h. das Reflexionsvermögen eines Bereichs steht für die gleichen optischen Eigenschaften der gesamten Abscheidung.
  • Die Messung der optischen Eigenschaft, z.B. des Reflexionsvermögens wird weitergeführt, bis ein vorbestimmter Wert erreicht ist, beispielsweise ein Minimum oder ein relatives Minimum, das nach Fig. 4 einer Dicke von 100 nm entspricht. Ist der vorbestimmte Wert erreicht, z.B. bezüglich der zeitlichen Verzögerungen der Meß und Abscheidungssysteme, dann wird die Abscheidung des optischen Datenspeichermaterials beendet.
  • Dem Substrat der optischen Datenspeichervorrichtung wird bezüglich der Abscheidungsquelle eine solche periodische Bewegung verliehen, daß die Bereiche der Vorrichtung periodisch augenblicksweise der Quelle mit dem Materialvorläufer, z.B. dem Vorläufer des optischen Datenspeichermaterials ausgesetzt werden, und daß die gesamte Oberfläche der optischen Datenspeichervorrichtung über einen längeren Zeitraum bezüglich des Zeitraums der periodischen Bewegung im wesentlichen gleichmäßig der Quelle mit dem Materialvorläufer, z.B. dem Vorläufer des optischen Datenspeichermediummaterials ausgesetzt wird. Die Abscheidung pro Drehung beträgt weniger als etwa ein Prozent der gesamten Dicke des eigentlichen Materialfilms, z.B. des optischen Datenspeichermediums. Der optische Sensor kann im wesentlichen kontinuierlich eine ganze Spur einer sich drehenden oder sich hinund herbewegenden Datenspeichervorrichtung derart abtasten, daß die Spur im wesentlichen kontinuierlich überwacht wird und ein spezieller Bereich im wesentlichen periodisch augenblicklich überwacht wird. Die Dicke der Abscheidung wird durch dieses Hilfsmittel im wesentlichen kontinuierlich bezüglich der Zeit profiliert.
  • Erreicht die Dicke der Abscheidung einen Wert, der dem vorbestimmten Reflexionsvermögen des abgeschiedenen Materials entspricht, dann wird die Abscheidung beendet, indem beispielsweie eine Öffnung eines Verdampfungssystems geschlossen wird, indem die Energiezufuhr zu einem Sputtersystem unterbrochen wird oder indem die Energie oder die Reaktandenströmung oder beide durch ein chemisches Aufdampfungssystem unterbrochen werden.
  • System zur Durchführung des Abscheidungsverfahrens nach der Erfindung sind in Fig. 5 und 6 gezeigt. Dort ist dargestellt, daß ein System 101 zur Herstellung der oben beschriebenen optischen Datenspeichervorrichtung 1 vorgesehen ist. Das System 101 umfaßt Mittel 111, z.B. Drehmittel zum Halten der optischen Datenspeichervorrichtung 1. Die Quellenmittel 121a, 121b und 121c sind vorgesehen, um kontrollierbar einen Materialvorläufer, z.B. einen Vorläufer für das Material des optischen Datenspeichermediums für die nachfolgende Abscheidung auf der optischen Datenspeichervorrichtung 1 im kondensierten Zustand vorzusehen. Die Quellenmittel 121a, 121b und 121c können einzelne oder mehrfache Sputter-Targets, einzelne oder mehrfache erhitzte Schmelztiegel oder einzelne oder mehrfache Quellen mit Reaktanden zur chemischen Aufdampfung sein.
  • Das System umfaßt ferner Mittel 131, um der optischen Datenspeichervorrichtung 1 bezüglich der Quellenmittel 121a, 121b und 121c eine periodische Bewegung zu verleihen. Fig. 5 und 6 zeigen diese Mittel zwar als Drehmittel 131 zum Drehen der Quellenmittel, die Mittel zum Verleihen der Relativebewegung können aber auch Mittel zum Verleihen alternativer Arten einer periodischen Bewegung umfassen, so sich hin- und herbewegende oder sich drehende Mittel.
  • Das System umfaßt ferner Mittel, um im wesentlichen kontinuierlich eine optische Eigenschaft der kondensierten Materialabscheidung, d.h. des Materials des optischen Datenspeichermediums auf die optische Datenspeichervorrichtung 1 zu messen. In Fig. 5 ist dies durch einen Diodenlaser 141 mit einer charakteristischen Wellenlänge von 830 Nanometern erreicht. Der Diodenlaser 141 liefert Licht an ein optisches System, das einen Strahlungsteiler 151 umfaßt. Das von der optischen Datenspeichervorrichtung 1 reflektierte Licht geht zu einem Photosensor 161 und einer Komparatorschaltung 171. Ist ein vorbestimmter Wert für das Reflexionsvermögen erreicht, dann schließt ein Regler Mittel 191 über den Quellenmitteln 121a, 121b, 121c für den Vorläufer des Materials für die optische Datenspeichervorrichtung.
  • Ein in Fig. 6 gezeigtes alternatives System mißt das Reflexionsvermögen durch das Substrat und die Sperrschicht zur Chalcogenidschicht. Das in Fig. 6 gezeigte System 101 umfaßt ferner Strahlungsteilermittel 151, Photosensormittel 161, Vergleichsschaltungsmittel 171 und Reglermittel 181.
  • Nach einer hier betrachteten weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Datenspeichervorrichtung vorgesehen. Die optische Datenspeichervorrichtung besitzt eine optische Datenspeichermediumschicht, die aus einem Dünnfilm gebildet ist und von einem Substrat gehalten wird. Das optische Datenspeichermedium kann zwischen optisch erfaßbaren Zuständen umgeschaltet werden, indem Projektionsstrahlenergie darauf aufgebracht wird.
  • Nach der hier betrachteten Erfindung wird der Mediumvorläufer aus einer Quelle oder Quellen aufgebracht. Die Quellen können Dampfquellen sein, z.B. zum Sputtern, Verdampfen oder zur chemischen Aufdampfung. Bei dem Verfahren zum Abscheiden des Materials, z.B. des optischen Datenspeichermediums auf die Vorrichtung wird der Vorrichtung bezüglich der Quelle eine periodische Bewegung verliehen. Die Quelle kann beispielsweise eine bewegliche Quelle sein; oder aber die Quelle kann eine stationäre Quelle mit einer beweglichen Öffnung oder einem beweglichen Verteiler sein; sie kann aber auch stationär sein, und die Vorrichtung selbst kann sich bezüglich der Quelle bewegen. Die Bewegung kann eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung sein. Die periodische Bewegung kann dem Vorrichtungssubstrat bezüglich der Quelle z.B. derart verliehen werden, daß die Bereiche der Vorrichtung periodisch augenblicksweise und bevorzugt der Quelle mit dem Materialverläufer, z.B. dem Vorläufer des optischen Datenspeichermaterials ausgesetzt werden. Auf diese Weise wird die gesamte Oberfläche der Vorrichtung über einen längeren Zeitraum bezüglich der periodischen Bewegung im wesentlichen gleichmäßig der Quelle mit dem Materialvorläufer, d.h. dem Vorläufer des optischen Datenspeichermaterials ausgesetzt.
  • Der während einer Periode oder Drehung aufgebrachte Film macht weniger als etwa ein Prozent der Gesamtdicke des schließlich aufgebrachten Films aus.
  • Das Datenspeichermedium wird auf die Vorrichtung aufgebracht, um darauf einen Materialfilm, z.B. aus einem optischen Speichermedium aufzubringen. Nach dem Verfahren der Erfindung wird eine optische Eigenschaft des Films aus dem aufgebrachten Material im wesentliche kontinuierlich gemessen. Daraus ergibt sich eine periodische Messung der optischen Eigenschaft des Abscheidungsbereichs. Die gemessene optische Eigenschaft wird mit einem vorbestimmten Wert für die optische Eigenschaft verglichen, und die Materialabscheidung wird abgeschlossen, wenn der gemessene Wert der optischen Eigenschaft im wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert ist.
  • Üblicherweise werden die optisch erfaßbaren Zustände des optischen Datenspeichermediums durch sein Reflexionsvermögen nachgewiesen, und eben das Reflexionsvermögen wird während der Abscheidung gemessen.
  • Nach einer weiteren beispielhaften Ausführung der Erfindung ist ein System zum Herstellen einer optischen Datenspeichervorrichtung vorgesehen, die ein Substrat und eine aufgedampfte Schicht aus einem zustandsveränderlichen optischen Datenspeichermedium aufweist. Das Abscheidungssystem umfaßt Mittel zum Halten der optischen Datenspeichervorrichtung sowie Quellenmittel, die eine oder mehrere einzelne Quellen umfassen können. Die Quellenmittel liefern steuerbar einen Materialvorläufer, z.B. einen Vorläufer für das optische Datenspeichermediummaterial zur Abscheidung auf der optischen Datenspeichervorrichtung im kondensierten Zustand. Das System umfaßt ferner Mittel zum Vorsehen einer periodischen Bewegung für die optische Datenspeichervorrichtung bezüglich der Quellenmittel. Die Quelle kann beispielsweise eine bewegliche Quelle sein. Alternativ kann die Quelle eine stationäre Quelle mit einer sich bewegenden Öffnung sein. Die Datenspeichervorrichtung bewegt sich alternativ und bevorzugt in einer Dreh- oder Hin- und Herbewegung.
  • Das System umfaßt ferner Mittel, um im wesentlichen kontinuierlich (1) eine optische Eigenschaft des Films, d.h. der kondensierten Materialabscheidung auf der optischen Datenspeichervorrichtung zu messen, (2) die gemessene optische Eigenschaft mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen und (3) die Quellenmittel dazu zu steuern, z.B. die Abscheidung zu beenden, wenn der gemessene Wert im wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist.
  • Die Mittel zum Vorsehen der periodischen Bewegung der optischen Datenspeichervorrichtung bezüglich Quellenmittel bilden die Drehmittel. Die Drehmittel verleihen der optischen Datenspeichervorrichtung bezüglich der Quellenmittel eine Drehbewegung. Die Bereiche der Vorrichtung werden also periodisch augenblicksmäßig und bevorzugt den Quellenmitteln ausgesetzt, und die gesamte Oberfläche der Vorrichtung wird über einen längeren Zeitraum bezüglich der periodischen Bewegung im wesentlichen gleichmäßig den Quellenmitteln ausgesetzt. Die Periode der periodischen Bewegung ist bezüglich der Abscheidungsrate derart eingestellt oder geregelt, daß die Abscheidung des optischen Datenspeichermediums pro Periode weniger als etwa ein Prozent der Gesamtdicke des endgütligen Films des optischen Datenspeichermediums ausmacht.
  • Die Quellenmittel können Verdampfungsmittel, Sputtermittel oder chemische Aufdampfungsmittel sein. Die gemessene optische Eigenschaft ist bevorzugt das Reflexionsvermögen. Die Mittel zum Messen des Reflexionsvermögen umfassen Lasermittel. Das aufgebrachte Material kann ein optisches Speichermedium sein. Alternativ kann es ein dielektrisches Einkapselungsmaterial sein.
  • Nach einer weiteren, hier betrachteten beispielhaften Ausführung der Erfindung ist ein Verfahren zur Bildung einer Schicht aus Speichermaterial für die Projektionsstrahldatenspeichervorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfaßt die Abscheidung eines phasenveränderlichen Mehrkomponenten-Chalcogenidmaterials auf einem Substrat zur Bildung einer Abscheidung, z.B. einer im wesentlichen gleichmäßigen Abscheidung. Nach der hier betrachteten Erfindung werden die Reagenzien in einer Vakuumabscheidungseinrichtung vorgesehen. Die Reagenzien umfassen eine im wesentlichen nichtkonvektierende erste Mehrkomponenten- Chalcogenidquelle. Die erste Quelle kann ein Festkörper oder eine Flüssigkeit, z.B. eine im wesentlichen nichtkonvektierende Flüssigkeit sein. Die erste Quelle ist im wesentlichen ein Einphasenmaterial. Weitere gegebenenfalls anwesende Reagenzien können u.a. eine Chalcogenquelle oder -reagens, eine Vernetzungsmittelquelle oder ein -reagens sowie eine Sauerstoff enthaltende Quelle sein.
  • Eine für das Verfahren der Erfindung nützliche Vakuumabscheidung ist in Fig. 7 gezeigt. Das System 101 umfaßt ein Vakuumgefäß 111. Innerhalb des Gefäßes sind drei Schmelztiegel, Öfen oder "Boote", z.B. die im wesentlichen inerten keramischen Schmelztiegel 131, 132 und 133 angeordnet, die durch die Heizelemente 141, 142 und 143 erhitzt werden. Die Heizelemente werden einzeln durch die Regler- und Stromversorgung 161, 162, 163 gesteuert. Ein Gefäß 131 enthält eine im wesentlichen nichtkonvektierende erste Quelle mit einem festen Mehrkomponentenchalcogenid. Ein Gefäß 132 kann eine zweite Chalcogenquelle, z.B. Tellur enthalten. Ist ein drittes Gefäß 133 vorgesehen, dann kann dieses eine Sauerstoff enthaltende Quelle aufweisen. Das Gefäß 111 wird über die Vakuumleitung 118 von der Vakuumpumpe 119 ausgepumpt.
  • Bei der Durchführung dieses Verfahrens werden alle drei Quellen einschließlich der ersten Quelle, d.h. der im wesentlichen nichtkonvektierenden, das Chalcogenid enthaltenden Mehrkomponentenquelle in einen nichtkondensierten Zustand, z.B. ein Gas umgewandelt, das im wesentlichen Äquivalenz zwischen dem kondensierten/nichtkondensierten Zustand aufweist. Die Quelle ist im wesentlichen eine Einphasenquelle und kann fest oder flüssig sein. Das Quellenmaterial wird dann als Substrat 121 auf ein Substrat oder eine darüberliegende Schicht aufgebracht, um eine Abscheidung zu bilden, die im wesentlichen Äquivalenz zwischen dem nichtkondensierten Zustand/der Abscheidung aufweist und bei der im wesentlichen keine vertikalen Konzentrationsgradienten voliegen. Die Quelle ist kongruent sublimierend oder kongruent verdampfend. D.h., sie weist zusammensetzungsmäßig im wesentlichen Äquivalenz zwischen dem kondensierten Zustand/dem nichtkondensierten Zustand auf.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird das Substrat 121 gedreht. Die Drehung findet mit hoher Geschwindigkeit statt. Daraus ergibt sich eine gleichmäßige Beschichtung.
  • Im üblichsten Fall enthält die erste Quelle Vernetzungsmittel, z.B. Germanium und/oder Zinn, wahlweise mit Blei und das Chalcogen, z.B. Tellur. Um eine kongruente Sublimation, d.h. die zusammensetzungsmäßige Äquivalenz zwischen dem kondensierten Zustand/dem nichtkondensierten Zustand zu erreichen, sind die Komponenten als Telluride anwesend, z.B. Germaniumtellurid und Zinntellurid. Das Tellund kann als Mischtellund (GexSn1-x)Te vorliegen, worin x von 0 bis 1,0 beträgt. Das Tellur beträgt etwa 50 Atomprozent des ersten Quellenmaterials, wodurch Äquivalenz zwischen dem festen/dem nichtkondensierten Zustand vorgesehen ist.
  • Die zweite Quelle kann beispielsweise Tellur oder Telluroxid, Germanium oder Germaniumoxid sein.
  • Ist die dritte, Sauerstoff enthaltende Quelle zur Bildung einer oxidartigen Schicht vorgesehen, dann heißt dies, daß das Material in dem Schmelztiegel 127 ein Festkörper wie Germaniumoxid, Telluroxid, Zinnoxid und ein Gemisch daraus sein kann. Ist die dritte Quelle Germaniumoxid, dann dies ein äquimolares Gemisch aus Ge- und GeO&sub2;-Teilchen mit relativ niedrigem Dampfdruck in starker Zerteilung, z.B. weniger als 0,02 mm sein. Bei Temperaturen von 600ºC bis 800ºC führt dies zur Bildung von GeO unter relativ hohem Dampfdruck. Alternativ kann die Sauerstoff enthaltende Quelle eine gasförmige Quelle wie O&sub2; oder NO&sub2; sein. Die Schicht aus Speichermaterial 15 wird gebildet, indem das Zustandsänderungsmaterial nach den Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird.
  • Die Reagenzien, z.B. das Tellurid, das Tellur und gegebenenfalls das Oxid werden durch Erwärmung bis zu Verdampfung einschließlich der Sublimation in einen nichtkondensierten Zustand umgewandelt. In Fig. 7 sind beispielsweise die Widerstandsheizeinrichtungen 141, 142, 143 zur Beheizung der einzelnen Schmeltiegel 121, 122, 123 gezeigt.
  • Die resultierende Abscheidung des phasenveränderlichen Materials ist ein Dünnfilm z.B. mit einer Dicke in der Größenordnung 50 Ångström bis 2000 Ångström.
  • Probleme mit optischen Datenspeichervorrichtungen können umgangen werden, indem in dem Speichermedium ein Schaltmodulator vorgesehen wird. Der Schaltmodulator ist ein Übergangsmetall, gegebenenfalls mit einem Halogen. Bevorzugte Schaltmodulatoren sind die Übergangsmetalle der rechten Spalte der Gruppe VIII, Ni, Pd und Pt. Das gegebenenfalls anwesende Halogen kann F, Cl, Br oder 1 sein, wobei Br und I bevorzugt sind.
  • Die Vernetzungsmittel sind Elemente der Gruppen IIIB, IVB und VB des Periodensystems.
  • Beispielhafte Vernetzungsmittel aus den Gruppen IIIB, IVB und Vb umfassen Al, In und Ga aus der Gruppe IIIB, Si, Ge und Sn aus der Gruppe IVB, N, P, As, Sb und Bi aus der Gruppe VB und Gemische daraus. Das üblichste Vernetzungsmittel ist Ge oder Sn mit einem oder mehreren aus Sn, As oder Sb.
  • Die Chalcogenidzusammensetzung des Datenspeichermediums kann außerdem ein oder mehrere Chalcogenide wie Schwefel, Selen oder Gemische daraus sowie weitere Vernetzungsmittel wie Zinn, Arsen oder Antimon sowie kontrastverbessernde Zusätze wie Gallium oder Zinn und ähnliches aufweisen.
  • Bei einer bevorzugten beispielhaften Ausführung ist das Datenspeichermedium im wesentlichen frei von Sauerstoff, das Chalcogenid ist Tellur, das Vernetzungsmittel ist Germanium alleine oder mit zusätzlichen Vernetzungsmitteln, z.B. Silicium, Zinn, Arsen und/oder Antimon, der Schaltmodulator ist Nickel, das Atomverhältnis des(der) Vernetzungsmittel(s) zur Gesamtzusammensetzung ist von etwa 1 Prozent bis etwa 20 Prozent, der Atomanteil des Schaltmodulators liegt bei 1 bis 20 Prozent und bevorzugt bei 1 bis 10 Prozent. Das Datenspeichermedium kann ferner kontrastverbessernde Zusätze wie Zinn mit einem Verhältnis zwischen kontrastverbesserndem Zusatz zur Gesamtzusammensetzung von etwa 2 Prozent zu etwa 10 Prozent aufweisen.
  • Die Einzelmengen an Schaltmodulator und Vernetzungsmittel sowie die Gesamtmengen an Schaltmodulator und Vernetzungsmittel sind relativ kritisch, um (1) die Kristallisierungsrate zu verbessern, (2) eine optimale Unveränderlichkeit des Signal-Rausch- Verhältnisses für das "Lösch"-Signal bezüglich der "eingeschriebenen" Speicherzeit und der statistischen Kristallitonentierung zu erhalten, (3) ein optimales Kontrastverhältnis bezüglich der Zyklusgeschichte, (4) eine Unterdrückung des Kristallitwachstums im eingeschriebenen Zustand und (5) die Unterscheidung zwischen dem "gelöschten" und "eingeschriebenen" Zustand verbessert.
  • Nach der hier betrachteten beispielhaften Ausführung der Erfindung sollt der Atomanteil des Schaltmodulators hoch genug sein, um eine hohe Dichte von Nukleationsorten zu erhalten, d.h. über etwa 0,1 Atomprozent und bevorzugt über 2 Atomprozent. Dadurch wird die Körnchengröße gesteuert und im gelöschten Zustand eine statistische Kristallitorientierung vorgesehen. Allerdings sollte die Konzentration des Schaltmodulators unter etwa 20 Atomprozent und bevorzugt unter etwa 10 Prozent liegen, um die Unterscheidung zwischen erfaßbaren Zuständen zu ermöglichen. Die Wirkung des Schaltmodulators über einem Schwellenwirkwert ist durch eine Steigerung der Kristallisierungsgeschwindigkeit und durch eines oder mehrere der folgenden Phänomene nachgewiesen: (a) eine Reduzierung des Signal-Rausch-Verhältnisses für das "gelöschte" Signal als Funktion der "eingeschriebenen" Speicherzeit, (b) eine Verkleinerung der Körnchengröße nach der Bestimmung durch Raman-Spektroskopie und/oder (c) eine Abnahme der bevorzugten Orientierung der Körnchen, die durch Röntgenbeugung nachgewiesen wurde.
  • Wir haben herausgefunden, daß sowohl (1) die Speicherstabilität im eingeschriebenen Zustand als auch (2) die statistische Verteilung der nachfolgenden Chalcogenidkristallisierung im gelöschten Zustand durch den Sauerstoffgehalt beeinträchtigt wird. Die Wirkungen eines Sauerstoff- und eines Nickelschaltmodulators auf (1) die Speicherstabilität im eingeschriebenen Zustand und (2) die statistische Verteilung der nachfolgenden Chalcogenidkristallisierung im gelöschten Zustand sind zum Vergleich in Fig. 2A und 2B gezeigt.
  • In Fig. 8A und 8B ist der Logarithmus des Verhältnisses (1) der Intensität von 100-orientierten "gelöschten" Chalcogenidkristalliten zu (2) der Intensität der 101-orientierten "gelöschten" Chalcogenidkristalliten in der Bestimmung durch Rontgenstrahlbeugung als Funktion (3) des Sauerstoff und/oder Nickelgehalts und (4) der Speicherzeit im eingeschriebenen Zustand eingetragen. Die Änderung der Kristallorientierung beim Speichern steht mit mangelhafter Speicherstabilität im eingeschriebenen Zustand und hohen Signal-Rausch-Verhältnissen im gelöschten Zustand in Verbindung, während die statistische Verteilung mit einer guten Speicherstabilität im eingeschriebenen Zustand und niedrigen Signal-Rauschverhälntissen im gelöschten Zustand in Verbindung steht. Verhältnisse von 0,1 zu 1,0 und insbesondere etwa 0,2 für die Orientierungsintensität sind bevorzugt.
  • Die Nickel enthaltenden Filme wurden gemeinsam von (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;)- und Ni-Targets gesputtert. Die Sauerstoff enthaltenden Proben wurden in einer Ar-He-Atmosphäre von (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;)-Targets gesputtert. Nach dem Sputtern wurden die resultierenden Filme für Röntgenstrahlbeugungsuntersuchungen durch weite Zyklen von Verglasung -Kristallisierung geführt, d.h. durch "Schreib" - "Lösch"-Zyklen. Die Verglasung, d.h. die Aufzeichnung fand durch einen Laserimpuls mit 30-40 Milliwatt für 35 Nanasekunden über einer Fläche von 1 cm mal 1 cm statt. Die Kristallisierung, d.h. das Löschen fand durch einen Impulse mit 0,5 Joule/cm² für 50 Mikrosekunden über einer Fläche von 1 cm mal 1 cm statt. Die Röntgenstrahlbeugungsuntersuchungen wurden nach der Kristallisierung, d.h. dem "Löschen" durchgeführt.
  • Die in Fig. 2A gezeigten (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;)1-xOx-Proben, bei denen x von 0 bis 0,20 liegt, zeigen eine zunehmende Chalcogenid- Kristallitorientierung mit zunehmendem Sauerstoffgehalt und eine zunehmende Chalcogenid-Kristallitorientierung mit zunehmender Speicherzeit im eingeschriebenen Zustand.
  • Die in Fig. 2B gezeigten (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;)1-xNix-Proben zeigen eine abnehmende Chalcogenid-Kristallitorientierung mit zunehmendem Ni und eine Unabhängigkeit der Chalcogenid-Kristallitorientierung bezüglich der Speicherzeit im eingeschriebenen Zustand. Nickel verminderte die Chalcogenid-Kristallitorientierungen, d.h. Nickel erhöhte die statistische Verteilung der Chalcogenidkristalliten beim Löschen.
  • Fig. 9, 10 und 11 sind Graphen des relativen Reflexionsvermögens und der Schaltzeiten im eingeschriebenen und gelöschten Zustand gegen die Anzahl von Zyklen bei verschiedenen Ni- Konzentrationen für kogesputterte Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;-Targets auf einem Glassubstrat 8 von 1cm mal 1cm mal 11 mil in einer Argon- Atmosphäre. Die Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;-Proben wurden in einer Argon- Atmosphäre auf die Targets gesputtert.
  • Dann wurden die Proben in einer Zustandstestvorrichtung getestet, wo eine Zelle von 1 Mikron mal 1 Mikron wiederholt durch die Zyklen geführt wurde.
  • Fig. 9 zeigt die relativen Reflexionsvermögen einer Te&sub8;&sub9;Sn&sub9;Ge&sub2;- Zelle über 10000 Zyklen für den eingeschriebenen und den gelöschten Zustand. Der Löschvorgang wurde mit einem 1,5 Milliwatt-Impuls für 2 Mikrosekunden und der Schreibvorgang mit einem 10 Milliwatt-Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt. Fig. 10 zeigt die relativen Reflexionsvermögen für die eingeschnebene und gelöschte Platte einer Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub2;-Zelle über 10000 Zyklen. Der Löschvorgang wurde mit einem 3-Milliwatt-Impuls für 0,8 Mikrosekunden und der Schreibvorgang mit einem 8-Milliwatt- Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt. Fig. 11 zeigt die relativen Reflexionsvermögen einer Te&sub8;&sub8;G&sub2;Sn&sub5;Ni&sub5;-Zelle über 10000 Zyklen. Der Löschvorgang wurde mit einem 1,5-Milliwatt-Impuls von 0,8 Nanosekunden und der Einschreibvorgang wurde mit einem 8-Milliwatt-Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt.
  • Fig. 12, 13 und 14 zeigen das Reflexionsvermögen gegen die Temperatur für gesputterte Te-Ge-Sn-Filme mit und ohne Ni vor und nah der Laser-Verglasung. Die Diskontinuität stellt die Kristallisierungstemperatur dar. Die Filme wurden durch gleichzeitiges Sputtern von Te-Ge-Sn und Ni in einer Argon-Atmosphäre hergestellt. Die Kurve des Reflexionsvermögens gegen die Temperatur für die erste Kristallisierung ist als Kurve "wie vorbereitet" gezeigt. Die Verglasung wurde mit einer Reihe von "Schreib"- und "Lösch"-Zyklen durchgeführt, bis konstante Ventile mit eingeschriebenem und gelöschtem Reflexionsvermögen erhalten wurden. Die Kurve des Reflexionsvermögens gegen die Temperatur ist als die Kurve "laser-verglast" gezeigt.
  • Fig. 12 zeigt eine 103ºC-Kristallisierungstemperatur für das Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9; wie abgeschieden und eine Kristallisierungstemperatur von 98ºC wie verglast. Dies ist eine Differenz von fünf Grad. Fig. 7 zeigt eine 110ºC-Kristallisierungstemperatur wie verglast. Dies ist eine Differenz von elf Grad. Fig. 8 zeigt eine 102ºC-Kristallisierungstemperatur für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub5; wie abgeschieden und eine 91ºC-Kristallisierungstemperatur wie verglast. Dies ist auch eine Differenz von elf Grad.
  • Die Beseitigung des Sauerstoffs und die Verwendung des betrachteten Schaltmodulators, z.B. eines Übergangsmetalls und/oder Halogens wie Nickel, Platin, Palladium, Brom, bd oder Gemischen daraus hängt mit der stark verbesserten Speicherzeit im eingeschriebenen (ungeordneten) Zustand für das Signal-Rausch- Verhältnis im gelöschten (kristallinen) Zustand zusammen und bei einer beispielhaften Ausführung mit einem Signal-Rausch- Verhältnis für den gelöschten Zustand, das im wesentlichen gegenüber der Speicherzeit im geschriebenen Zustand unveränderlich ist.
  • Exemplarische Datenspeichermediumformulierungen umfassen beispielhaft und nicht einschränkend TeGeSnNi, TeSiSnNi, TeGeAlNi, TeGeNi, TeSeINi und TeGeMoNi.
  • Nach einer beispielhaften Ausführung werden die Materialien z.B. durch Verdampfung, Koverdampfung, reaktives Sputtern oder reaktives Kosputtern aufgebracht oder miteinander aufgebracht., um eine im wesentlichen gleichmäßige Abscheidung zu bilden. Die Verdampfung umfaßt Elektronenstrahlverdampfung und thermische Verdampfung. Die resultierende Beschichtung ist etwa 50 bis 150 nm oder dicker, wobei die genaue Dicke experimentell bestimmt wird, um den Kontrast bei den Laser-Wellenlängen von Interesse zu optimieren.
  • Die Einkapselung kann unter Vakuum durchgeführt werden. Auf diese Weise gelangt das Datenspeichermedium nicht mit atmosphärischem Sauerstoff in Kontakt.
  • Die Formung, d.h die stabilisierte Phasentrennung kann entweder innerhalb oder außerhalb der Abscheidungskammer oder nach dem Aufbringen des Films oder nach dem Aufbringen der Isolier-, Abschmelz- und Schutzschichten durchgeführt werden. Die Formung sieht außer der Phasentrennung auch den Vorteil vor, daß das im Film gefangene Argon freigesetzt wird, wenn der Film durch Argon-Sputtern hergestellt wird.
  • Hier wird angenommen, daß die dielektrishe Schicht 21 z.B. im Sauerstoffgehalt abgestuft oder geschichtet ist, um ein inertes chemisches Verhalten und Stabilität in Kontakt mit der optischen Datenspeichermediumschicht 31 sowie Undurchlässigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Wasserlöslichkeit entfernt davon vorzusehen. Im Falle von Germaniumoxid liegt ein Zusammensetzungsgradient von GeO&sub2; an der Grenzfläche mit dem Chalcogenid und GeOx vor, wo x etwa 1,5 bis etwa 1,95 liegt, und zwar fern von der aktiven Schicht 31 und in Kontakt mit den Kunststoffschichten 13, 49.
  • Der Germaniumoxidfilm besitzt einen Zusarnmensetzungsgradienten wie er beispielsweise in Fig. 15 gezeigt wird. In Fig. 15 ist die Stöchiometrie eines Films mit einer Dicke von etwa 200 nm vom Typ GeOx gezeigt. Der Stöchiometrieparameter x ist gegen den Abstand d eingezeichnet. Die Stöchiometrie angrenzend an das Chalcogenid ist im wesentlichen stöchiometrisch GeO&sub2;, und danach kann die Stöchiometrie durch eine Schrittfunktion, z.B. Schichtung wie bei "a" oder eine glatte Funktion wie bei "b" von etwa x 2,00 an einer Grenze bis zu x = 1,50 bis 1,95 an der anderen Grenze abgestuft werden.
  • Weitere Dielektrika können die Einkapselungsschichten 21, 41 bilden. Die Einkapselungsschichten können beispielsweise aus Siliciumnitrid bestehen, das geschichtet oder abgestuft ist, um die Diffusionvon Silicium in die Chalcogenidschicht 31 zu verhindern. Die dielektrischen Einkapselungsschichten 21, 41 können alternativ Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder ein anderes Dielektrikum sein. Die dielektrische Sperrschicht 21 z.B. aus Germaniumoxid ist von etwa 50 bis 200 nm dick. Die dielektrische Sperrschicht 21 besitzt eine oder mehrere Funktionen. Sie soll vermeiden, daß oxidierende Mittel zur aktiven Chalcogenschicht 31 gelangen, und verhindern, daß sich das Kunststoffsubstrat aufgrund einer lokalen Erwärmung der Chalcogenidschicht 31 verformt, z.B. während der Aufzeichnung oder des Löschens. Die Sperrschicht 21 dient auch als Antireflexionsbeschichtung, wobei die optische Empfindlichkeit der aktiven Chalcogenidschicht 31 erhöht wird.
  • Ist die morphologieverbessernde Komponente eine im wesentlichen permanene Komponente, um die Ordnungsbildung zu verbessern, dann ist die Komponente aus Wolfram, Molybdän, Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Titan, Zirconium, Hafnium, Niobium, Tantal, hochschmelzenden Verbindungen einschließlich der Chalcogenide oder Gemischen daraus gebildet.
  • Soll die morphologieverbessernde Komponente nur für einen Zyklus halten, womit die Herstellung erleichtert, die Notwendigkeit des Alterns aufgehoben ist, und die Intialisierung erleichtert wird, dann kann die morphologieverbessernde Komponente ein Chalcogen sein. Sie kann auch weitere Legierungsmittel und sogar Sauerstoff enthalten. Beispielsweise kann ein Te&sub5;&sub9;Sn&sub6;Ge&sub5;O&sub3;&sub0;-Film auf einen Te&sub7;&sub9;Sn&sub6;Ge&sub5;O&sub1;&sub0;-Phasenänderungsfilm aufgebracht werden. Durch den Chalcogenoxidfilm muß der darunterliegende Phasenänderungsfilm vor dem Aufbringen des Sperrschichtfilms nicht gealtert werden.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung.
    • BEISPIELE Beispiel 1
  • Eine Reihe von Tests wurden durchgeführt, um die Relativwirkungen von Sauerstoff und Nickel auf (1) die gelöschte Chalcogenid-Kristallitorientierung und (2) die Speicherzeit im geschriebenen Zustand zu bestimmen.
  • Für jeden Test wurden Targets aus (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;) und Ni verwendet. Bei den Ni enthaltenden Proben wurden die Targets zusammen auf ein Glassubstrat mit 25cm mal 2,5cm mal 0,28 mm gesputtert. Für die Sauerstoff enthaltenden Proben wurde das Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9; reaktiv in einer Sauerstoff-Argon-Atmosphäre auf ein Glassubstrat von 2,5 mal 2,5 cm mal 0,28 mm gesputtert. Das Sputtern wurde in einem R.D.Mathis-Sputtermodul durchgeführt, das 10 cm von dem Sputter-Target entfernt war. Das Sputtermodul besaß eine SG-1250-Stromversorgung mit einer Betriebsfrequenz von 13,56 MHz über zwei Hochfrequenzelektroden.
  • Das Sputtermodul wurde auf eine 10&supmin;&sup6;-Atmosphäre gebracht und dann mit Argon oder Argon und Sauerstoff auf 3-5 Millitorr unter Druck gesetzt. Dann wurde das Sputtern 15 Minuten lang mit einer Vorspannung von 800 V und einer Hochfrequenz-Targetleistungsdichte von 0,5 Watt/cm² durchgeführt. Das Sputtern von den (Te&sub8;&sub4;Ge&sub2;Sn&sub9;)- und Ni-Targets wurde in einer Argon- Atmosphäre durchgeführt. Das reaktive Sputtern von dem (Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;)-Target wurde in einer Argon-Atmosphäre mt 0,5 Atornprozent Sauerstoff durchgeführt.
  • Die Proben wurden dann einem Formungsprozeß unterworfen, bei dem die Filme einmal durch einen Excimer-Laser geschmolzen wurden. Dies wurde mit einer Impulsdauer von 35 Nanosekunden und einer Energiedichte von 30-40 Millijoule pro Quadratzentimeter durchgeführt.
  • Die Proben wurden über Zellen von 1 cm mit einem Durchmesser von 1 cm einem Lebensdauertest mit Kristallisierung-Verglasung (Löschen-Einschreiben) unterworfen. Bei diesen Zyklustests wurde zur Verglasung (zum Einschreiben) ein Excimer-Laser verwendet. Der Laserimpuls war 30-40 Millijoule/cm² für 35 Sekunden.
  • Nach jedem "Schreib"-Impuls wurden die Proben 15-20 Stunden gelagert und dann durch eine Xenon-Blitzlampe "gelöscht". Die Blitzlampe besitzt eine Energiedichte von 0,5 Joule/cm² und eine Blitzdauer von 50 Mikrosekunden. Die "gelöschten" Proben wurden durch Röntgenstrahlbeugung geprüft, um die Kristallitorientierung zu bestimmen.
  • Man erhielt die in den folgenden Tabellen I und II und in Fig. 2A und 2B gezeigten Ergebnisse. Die Ergebnisse zeigen eine Zunahme der isotropen Kristallitorientierung mit zunehmendem Nikkelgehalt. Tabelle I Verhältnis der Intensität der [100]-Chalcogenidkristalliten zur Intensität von [101]-Chalcogenidkristalliten bei (Te&sub8;&sub9;Ge&sub5;Sn&sub6;)1-xOx unendlich Tabelle II Verhältnis der Intensität der [100]-Chalcogenidkristalliten zur Intensität von [101]-Chalcogenidkristalliten bei (Te&sub8;&sub9;Ge&sub5;Sn&sub9;)1-xNix
    • Beispiel II
  • Eine Reihe von Tests wurden durchgeführt, um die relativen Reflexionsvermögen "eingeschrieben" und "gelöscht" für gesputterte Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub2;, Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub5;Ni&sub5;- und Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;-Filme zu bestimmen.
  • Die Nickel enthaltenden Proben wurden durch Cosputtern von einem Ni- und einem Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;-Target auf ein Glassubstrat von 1 cm mal 1 cm mal 0,28 mm in einer Argon-Atmosphäre vorbereitet. Die Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9;-Proben wurden in einer Argon-Atmosphäre auf die Targets gesputtert.
  • Die Proben wurden dann in einem Zustandstestgerät getestet, wo eine Zelle mit 1µm mal 1µm wiederholt durch den Zyklus geführt wurde. Ein Diodenlaser wurde verendet, um die Zelle mit einem 1,5-3,0-Milliwatt-Löschimpuls für 0,8 bis 2,0 Mikrosekunden und einem 8-10-Milliwatt-Schreibimpuls für 200 Nanosekunden durch den Zyklus zu führen. Die Proben mit Nickel wurden mit einem 0,8-Mikrosekunden-Löschimpuls gelöscht. Die Probe ohne Nickel erforderte einen 2-Mikrosekunden-Löschimpuls.
  • Fig. 8 zeigt die relativen Reflexionsvermögen des eingeschriebenen und gelöschten Zustands einer Te&sub8;&sub9;Sn&sub9;Ge&sub2;-Zelle über 10000 Zyklen. Das Löschen wurde mit einem 1,5-Milliwatt-Irnpuls für 2 Mikrosekunden und das Schreiben mit einem 10-Milliwatt-Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt. Fig. 9 zeigt die relativen Reflexionsvermögen des eingeschriebenen und gelöschten Zustands einer Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub2;-Zelle über 10000 Zyklen. Das Löschen wurde mit einem 3-Milliwatt-Impuls für 0,8 Mikrosekunden und das Schreiben mit einem 8-Milliwatt-Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt. Fig. 10 zeigt die relativen Reflexionsvermögen des eingeschriebenen und gelöschten Zustands einer Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Ni&sub5;- Zelle über 10000 Zyklen. Das Löschen wurde mit einem 1,5- Milliwatt-Impuls für 0,8 Nanosekunden und das Schreiben mit einem 8-Milliwatt-Impuls für 200 Nanosekunden durchgeführt.
  • Fig. 11 zeigt eine 103ºC-Kristallisierungstemperatur für das Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9; wie abgeschieden und eine Kristallisierungstemperatur von 98ºC wie verglast. Dies ist eine Differenz von fünf Grad. Fig. 7 zeigt eine 110ºC-Kristallisierungstemperatur für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub2; wie abgeschieden und eine 99ºC-Kristallisierungstemperatur wie verglast. Dies ist eine Differenz von elf Grad. Fig. 13 zeigt eine 102ºC-Kristallisierungstemperatur für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub5; wie abgeschieden und eine 91ºC-Kristallisierungstemperatur wie verglast. Dies ist ebenfalls eine Differenz von elf Grad.
    • Beispiel III
  • Eine Reihe von Tests wurde durchgeführt, um das Zyklusleben und die Löschzeit für Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub8;Ni&sub2;, Te&sub8;&sub8;Ge&sub2;Sn&sub5;Ni&sub5; und Te&sub8;&sub9;Ge&sub2;Sn&sub9; zu bestimmen. Die Proben wurden wie beim Beispiel 1 vorbereitet und wie im Beispiel II getestet. Die unten gezeigten Ergebnisse wurden erhalten. Die Ergebnisse von M.Chen, V.A.Rubin, V.Marello, U.G.Gerber und V.B.Jipson "Reversibility and Stability of Tellurium Alloys for Optical Data Storage Applications", Appl.Phys.Lett. Vol. 46(8), Seiten 734-736 (15. April 1985), auf die hier Bezug genommen wird, sind zum Vergleich gezeigt: Probe Phase Zyklen Löschzeit u-sec uneingekapselt amorph
  • Die Erfindung ist zwar unter Bezug auf bestimmte bevorzugte beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, sie ist jedoch dadurch nicht eingeschränkt, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche.

Claims (9)

1. Datenspeichervorrichtung (1) mit einem Chalcogenid- Datenspeichermedium (31) einschließlich eines Vernetzungsmittels, einem das Datenträgermedium (31) haltenden Substrat sowie einer dielektrischen Schicht (21, 41), die das Chalcogenid- Datenspeichermedium (31) einkapselt, um eine Feuchtigkeitssperre vorzusehen, die die Diffusion von Wasser in das Chalcogenid verhindert, wobei das Datenspeichermedium (31) durch Aufbringen von Projektionsstrahlenergie reversibel zwischen erfaßbaren Zuständen zu schalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein reversibel schaltbares Chalcogenid mit einer morphologieverbessernden Komponente in Kontakt mit dem Datenspeichermedium steht, um die Ordnungsschaltzeit des Datenspeichermediums zu reduzieren, wobei als morphologieverbessernde Komponente ein oder mehrere Metalle mit hohem Schmelzpunkt aus der Gruppe von Titan, Zirconium, Hafnium, Niobium, Wolfram, Molybdän, Eisen, Kobalt, Nickel und Platin verwendet werden, und daß die rnorphologieverbessernde Komponente entweder eine im wesentlichen kontinuierliche Schicht ist oder diskrete Inseln aus morphologieverbesserndem Material aufweist, die in der zustandsveränderlichen Chalcogenidschicht eingebettet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologieverbessernde Komponente das Epitaxialwachstum des Chalcogenids in dem zustandsveränderlichen Chalcogenid- Datenspeichermedium (31) fördert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Chalcogenid im wesentlichen senkrecht zu der morphologieverbessernden Komponente aufgewachsen wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit der morphologieverbessernden Komponente eine dicht gepackte, hexagonale oder trigonale Symmetrie besitzt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologieverbessernde Komponente und das Datenspeichermedium im wesentlichen nicht miteinander reagierend und ineinander unlöslich sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die morphologieverbessernde Komponente eine Schicht mit einer Dicke von etwa 1-100 nm ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (21, 41) Germaniumoxid aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (21, 41) im wesentlichen stöchiometrisches Germaniumdioxid in der Nähe des Datenspeichermediums (31) und ein nichtstöchiometrisches Germaniumsuboxid von dem Datenspeichermedium (31) entfernt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Chalcogenidmaterial TeGeSn aufweist.
DE3650546T 1985-06-10 1986-05-28 Optischer Datenträger Expired - Fee Related DE3650546T2 (de)

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