DE3902262A1 - Optischer datentraeger - Google Patents

Optischer datentraeger

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Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Datenträger, in dem Daten durch Belichtung gespeichert oder wiederge­ geben werden können.
Optische Datenträger, wie optische Platten, mit einer Lage oder einem Film aus Halbleitermaterial finden weite Anwendung in industriellen und vom Verbraucher benutzten Aufnahmesystemen wie Videogeräten, digitalen Audiorecordern und digitalen Recordern für Dokumente. Auf einem optischen Datenträger wird ein Signal durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl aufgezeichnet, indem die Datenbits in eine Lage aus Halbleitermaterial ge­ schrieben werden. Der optische Datenträger erlaubt ein direktes Lesen, nachdem die Daten geschrieben worden sind, und einen beliebigen Zugriff auf die aufgezeichne­ ten Daten.
Generell ist bekannt, daß eine Lage aus Halbleitermate­ rial, wie Te, ausreichende Schreib-Empfindlichkeit aufweist, sogar wenn es mit einem Laserstrahl geringer Leistung beschrieben wird. Diese Lage aus Halbleiterma­ terial wird jedoch bei hoher Feuchtigkeit leicht oxi­ diert. Aus diesem Grunde wird ein Schutzfilm, wie SiO2, auf die Oberfläche aufgebracht, was wiederum eine Abnah­ me der Schreib-Empfindlichkeit zur Folge hat.
Ein Beispiel für einen optischen Datenträger mit verbes­ serter Schreib-Empfindlichkeit wird von C.R. Davis et al, "Proceedings SPIE, 420, 260 (1983)" angegeben. Dieser optische Datenspeicher enthält eine Zwischen­ schicht, wie einen in einem Plasma polymerisierten Film mit Fluor (F) und Kohlenstoff (C), und eine auf der Zwischenschicht aufgebrachte Aufnahmeschicht. Die Aufnahmeschicht enthält Te. Diese Aufnahmeschicht be­ kommt jedoch in einem beschleunigten Alterungstest Risse. Daher wurde diese Schicht in der Praxis nicht als Aufnahmeschicht eines optischen Datenträgers be­ nutzt.
Weiterhin beschreiben M. Mashita und N. Yasuda in "Procee­ dings SPIE, 329, 190 (1982)" eine Aufnahmeschicht, die einen Te-Film mit Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) enthält (im folgenden als Te-C-Film bezeichnet). Dieser Te-C-Film hat eine Struktur, in der Te-Ansammlun­ gen in einer C-H-Matrix verteilt sind. Dieser Te-C-Film besitzt guten Oxidationswiderstand und bewahrt die hohe Schreib-Empfindlichkeit eines Te-Films, ohne einen Schutzfilm zu verwenden. Dieser Film wird jedoch durch H2O und O2, die durch die Unterlage aus einem organi­ schen Kunstharz, wie aus dem in optischen Datenträger­ systemen im allgemeinen benutzten Polycarbonat (PC), diffundieren, oxidiert, wenn er über eine lange Zeit­ periode hoher Feuchtigkeit ausgesetzt ist.
Demnach ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesser­ ten optischen Datenträger mit verbessertem Widerstand gegen Diffusion von H2O und O2 in die Aufnahmeschicht zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen opti­ schen Datenträger zu schaffen, der gute Schreib-Empfind­ lichkeit und Antioxidationseigenschaften aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen opti­ schen Datenträger zu schaffen, der in der Lage ist, sogar unter feuchten Bedingungen die Daten zuverlässig über eine lange Zeitperiode zu speichern.
Die vorgenannten Aufgaben und andere werden erfindungs­ gemäß gelöst durch die Schaffung eines optischen Daten­ trägers mit einer Unterlage, einer auf der Unterlage gehaltenen Zwischenschicht und einer auf der Zwischen­ schicht gehaltenen Aufnahmeschicht. Die Zwischenschicht enthält Kohlenstoff und Fluor. Die Aufnahmeschicht enthält Kohlenstoff und zumindest ein Metall und/oder ein Halbleitermaterial, etwa ein Halbleiter-Element.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der die Ausfüh­ rungsbeispiele zeigenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 und 2 zeigen Schnittansichten verschiedener optischer Datenträger.
Fig. 3 stellt als schematisches Diagramm eine Sput­ ter-Vorrichtung zum Herstellen eines optischen Datenträgers dar.
Fig. 4 zeigt in einem Schaubild ein von einem op­ tischen Datenträger hervorgebrachtes Signal, das die maximalen und minimalen Reflektivitäts­ werte zeigt.
Fig. 5 zeigt in einem Schaubild die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Schreibleistung eines Laserstrahls.
Fig. 6 zeigt ein Schaubild der Beziehung zwischen Reflektivität und Testdauer.
Der optische Datenträger 10 aus Fig. 1 kann als Medium für einen Computerspeicher, als Medium zum Aufzeichnen von Bildern für eine Bildinformationsdatei und ähnliches benutzt werden. Der optische Datenträger 10 enthält eine transparente Unterlage 11, eine Zwischenschicht 12 und eine Aufnahmeschicht 13.
Die Unterlage 11 wird aus einem organischen Kunstharz gebildet, wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Zwischenschicht 12 befindet sich auf der Unterlage 11 und enthält einen in einem Plasma polymerisierten Film mit Kohlenstoff (C) und Fluor (F). Die Zwischen­ schicht 12 hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwi­ schen 20 und 1000 Angström, um eine hohe Schreib-Empfind­ lichkeit sowie eine gute Langzeitstabilität zu erzielen.
Die Aufnahmeschicht 13 ist auf der Zwischenschicht 12 gebildet. Sie enthält:
  • (i) Zumindest ein Metall und/oder ein Halbleiter- Element, darunter zumindest ein Element, das aus der Gruppe Te, Se, Ge, Sb, Pb, Sn, Ag, In und Bi, ausgewählt ist, und
  • (ii) Kohlenstoff und Wasserstoff.
Die Daten können in der Aufnahmeschicht 13 durch Formen von Vertiefungen (nicht gezeigt) mittels eines Laser­ strahls aufgezeichnet werden. So werden die Daten in der Aufnahmeschicht 13 durch Hitze unter Gebrauch eines Laserstrahls aufgezeichnet.
Die Aufnahmeschicht 13, die zumindest ein Metall und/oder ein Halbleiterelement wie in (i) festgelegt zusammen mit Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, weist gute Schreib-Empfindlichkeit und Antioxidationseigenschaften auf.
Im optischen Datenträger 10 gemäß der Erfindung hat die Aufnahmeschicht 13 eine Dicke, die infolge eines Vielfach-Interferenzeffekts an der Aufnahmeschicht 13 einen lokalen Maximalwert der Reflektivität für das reproduzierende Licht vorsieht. Gemäß der Erfindung hat die Aufnahmeschicht 13 vorzugsweise eine Dicke von 2000 Angström oder weniger, und die Dicke liegt insbesondere im Bereich zwischen 100 und 800 Angström.
Im optischen Datenträger 10 kann die Zwischenschicht 12 eine Sperre für H2O und O2 bilden, die von der Unter­ lage 11 in die Aufnahmeschicht 13 diffundieren. Daher wird die Aufnahmeschicht 13 in einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit über eine lange Zeitperiode nicht oxidiert. Der optische Datenträger 10 hat ausgezeichnete Antioxidationseigenschaften. Da sowohl die Zwischen­ schicht 12 als auch die Aufnahmeschicht 13 Kohlenstoff (C) enthalten, liegt eine gute Adhäsion zwischen diesen Schichten vor. In der Aufnahmeschicht 13 des optischen Datenträgers 10 treten keine Risse auf, wenn er für eine lange Zeitperiode in einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit gelassen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der optische Datenträger 20, wie in Fig. 2 gezeigt,
eine Unterlage 11, eine zweite Zwischenschicht 21, eine erste Zwischenschicht 22 und eine Aufnahmeschicht 13. Die zweite Zwischenschicht 21 ist auf der Unterlage 11 gebildet und die erste Zwischenschicht 22 ist zwischen der zweiten Zwischenschicht 21 und der Aufnahmeschicht 13 gebildet. Die zweite Zwischenschicht 21 enthält einen in einem Plasma polymerisierten Film mit Kohlen­ stoff (C) und Wasserstoff (H). Die erste Zwischenschicht 22 enthält einen in einem Plasma polymerisierten Film mit Kohlenstoff (C) und Fluor (F). Die erste und die zweite Zwischenschicht 22 und 21 haben vorzugsweise jeweils eine Dicke im Bereich zwischen 20 und 500 Ang­ ström, um eine hohe Schreib-Empfindlichkeit und eine gute Langzeitstabilität zu erzielen. Die Haftfestigkeit zwischen der Unterlage 11 und der zweiten Zwischenschicht 22 kann durch die Verwendung eines in einem Plasma polymerisierten C-F-Films erhöht werden.
Zur Herstellung der optischen Datenträger 10 und 20 können Verfahren wie Sputtering und ähnliche verwendet werden. Beispielsweise kann der optische Datenträger 10 durch Gebrauch der in Fig. 3 gezeigten Sputter-Vor­ richtung hergestellt werden.
Die Sputter-Vorrichtung enthält eine Kammer 40, Gas-Zu­ führungen 42, 44 und 46, eine Öl-Vorpumpe 48, eine Cryopumpe 50 und ein Auswahl-Ventil 52. Die Gaszuführun­ gen 42, 44 und 46 sind an der Bodenwand der Kammer 40 angebracht und werden so betrieben, daß sie C3F8-Gas, CH4-Gas bzw. Ar-Gas in die Kammer 40 leiten. Die Pumpen 48 und 50 zum Einstellen des Unterdrucks in der Kammer 40 sind über das Ventil 52 an die Kammer 40 gekoppelt. Die Kammer 40 enthält die Unterlage 11, die von einem Haltebauteil 54 gehalten wird, das durch einen Motor (nicht gezeigt) gedreht wird. Die Kammer 40 weist auch einen Verschluß 56, ein Te-Target 58 und eine Spule 59 auf. Das Te-Target 58 ist unterhalb des Verschlusses 56 angebracht und an das Netzgerät 60 angeschlossen.
Die Spule 59 zum Erzeugen einer Glimmentladung ist ebenso an ein Netzgerät 62 angeschlossen.
In der vorliegenden Erfindung ist eine bevorzugte Sput­ ter- Methode eine Magnetron-Sputter-Methode, wobei sich ein Magnet unterhalb des Targets 58 befindet. In dieser Vorrichtung werden die Elektronen im Plasma nahe dem Target 58 konzentriert und erreichen praktisch nicht die Unterlage 11. Dies ist besonders nützlich, wenn für die Unterlage ein organisches Kunstharz verwen­ det wird, das schlechte thermische Widerstandseigen­ schaften aufweist.
Beispiel 1
Gemäß des unten beschriebenen Verfahrens wurde ein optischer Datenträger der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung hergestellt.
Die ein Polycarbonat-Kunstharz enthaltende Unterlage 11 wurde in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 130 mm und einer Dicke von etwa 1,2 mm vorge­ sehen. Die Unterlage 11 wurde gereinigt und auf dem Haltebauteil 54 befestigt. Die Unterlage 11 wurde dann mit etwa 60 Umdrehungen pro Minute gedreht. Zunächst wurde die Luft über Ventil 52 abgepumpt, bis auf der Seite der Öl-Vorpumpe 48 ein Druck von 0,5 m Torr vorlag. Die Luft wurde zum Erzielen eines Unterdrucks in der Kammer 40 von etwa 5×10-6 Torr oder weniger abgepumpt. Dann wurde C3F8-Gas über die Fluorcarbon-Gasleitung 42 in die Kammer 40 geladen, und die Flußrate wurde eingestellt, um einen eine Glimmentladung erlaubenden Druck zu erzielen. Die Flußrate von C3F8-Gas wurde auf 8 Standard-cm3 pro Minute eingestellt. Wenn der Druck in Kammer 40 0,1 Torr betrug, wurde das Ventil 52 von der Cryopumpe 50 auf die Öl-Vorpumpe 48 geschal­ tet. An die Hochfrequenzspule 59 wurde über das Netzge­ rät 61 eine Leistung von 150 Watt geliefert, um eine Glimmentladung zu erzeugen. In dieser Atmosphäre wurde das C3F8-Gas reduziert, und es fand eine Plasma-Polymeri­ sationsreaktion statt. So wurde die Zwischenschicht 12 mit einem in einem Plasma polymerisierten Film mit Kohlenstoff (C) und Fluor (F) auf der Unterlage 11 gebildet, und die Dicke der Zwischenschicht 12 wurde auf etwa 1000 Angström eingestellt.
Als nächstes wurde Luft über das auf die Cryopumpe 50 geschaltete Ventil 52 abgepumpt, um einen Vakuum­ druck von etwa 5×10-6 Torr oder weniger in der Kammer 40 zu erreichen, und CH4-Gas und Ar-Gas wurden mit einer Flußrate von 10 Standard-cm3 pro Minute über die Gaszuführung 44 bzw. 46 in die Kammer 40 geladen. Außerdem wurde das Ventil 52 zum Erzielen eines Unterdrucks von 5×10-3 Torr innerhalb der Kammer 40 eingestellt, und der Verschluß 56 war geschlossen. In dieser Atmophäre wurde das Te-Target 58 durch Liefern einer Leistung von 80 Watt aus dem Gleichstrom-Netzgerät 60 gesputtert. Der Verschluß 56 wurde nach einer Minute geöffnet. So wurde die Aufnahmeschicht 13 auf der Zwi­ schenschicht 12 gebildet, und die Dicke der Aufnahme­ schicht 13 wurde auf etwa 250 Angström eingestellt. Es wurde überprüft, daß die resultierende Aufnahme­ schicht 13 Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Te enthielt.
Wie in Fig. 4 dargestellt, zeigt der optische Datenträ­ ger ein durch Lesen von Daten erhaltenes Wiedergabe­ signal; die Daten wurden in die Aufnahmeschicht unter Benutzung eines GaAs-Halbleiterlasers mit einer Impuls­ dauer von 60 ns und einer Leistung von 8 mW geschrie­ ben.
Das Kontrastverhältnis des Signals kann als das in Fig. 4 gezeigte B/A-Verhältnis angegeben werden. Das Kontrastverhältnis ist für wachsendes B/A-Verhältnis hoch. Man erkennt, daß das Kontrastverhältnis der Aufnah­ meschicht gemäß der Erfindung, welche infolge eines Vielfach-Interferenzeffekts ein lokales Maximum der Reflektivität aufweist, am höchsten war.
Als nächstes wurde die Beziehung zwischen der Laserlei­ stung während des Schreibens und des B/A-Verhältnisses der ausgelesenen Signale für Ausführungsformen 1, 2 und 3 hergeleitet. Die Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. Die Ausführungsform 1 war ein optischer Datenträger gemäß der Erfindung. Die Ausführungsform 2 war ein optischer Datenträger mit einem auf die Unterlage aufge­ brachtem Te-C-Film. Die Ausführungsform 3 war ein op­ tischer Datenträger mit einem auf die Unterlage aufge­ brachten Te-Film.
Das Schreiben wurde mit einem Halbleiterlaser-Strahl einer Wellenlänge von 830 nm und einer Impulsdauer von 60 Ins vorgenommen, während der optische Datenträ­ ger mit einer linearen Geschwindigkeit von 5 m/s gedreht wurde. Man erkennt, daß die Ausführungsform 1 über­ raschenderweise im Vergleich zu den Ausführungsformen 2 und 3 eine viel bessere Schreib-Empfindlichkeit auf­ wies.
Beispiel 2
Ein optischer Datenträger wurde wie in Beispiel 1 be­ schrieben hergestellt, jedoch war das Target 58 nun ein Sputter-Target, das zumindest eines der Elemente Se, Ge, Sb, Pb, Sn, Ag, In oder Bi enthielt. Daraus resultierend wurde eine Se, Ge, Sb, Pb, Sn, Ag, In oder Bi sowie Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) enthal­ tende Aufnahmeschicht auf der Kohlenstoff (C) und Fluor (F) enthaltenden Zwischenlage gebildet.
Die Kontrastverhältnisse dieser Aufnahmeschichten waren im wesentlichen dieselben wie das der Te, Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) enthaltenden Aufnahmeschicht. Daher zeigte ein optischer Datenträger mit einer Zwischen­ lage, die Kohlenstoff (C) und Fluor (F) enthielt, und einer auf der Zwischenschicht gebildeten Aufnahmeschicht, die ein Element aus der aus Se, Ge, Sb, Pb, Sn, Ag, In und Bi bestehenden Gruppe enthielt, ebenfalls eine hohe Schreib-Empfindlichkeit.
Beispiel 3
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde ein optischer Datenträger gemäß der Erfindung (Ausführungsform 1) hergestellt. Ebenso wurden optische Datenträger der Ausführungsformen 2 und 3, wie in Beispiel 1 beschrie­ ben, hergestellt.
Um die Dauerhaftigkeit zu testen, wurden die Aufnahme­ schichten der so erhaltenen optischen Datenträger Bedin­ gungen mit hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Die Reflektivitäten der Aufnahmeschichten nach einem beschleunigten Alterungstest in einer Atmosphä­ re von etwa 65°C und etwa 90% relativer Feuchtigkeit sind in Fig. 6 gezeigt. Die Reflektivität der Aufnahme­ schicht der Ausführungsform 3 war nach mehr als 10 Stunden merklich niedriger. Ebenso war die Reflektivität der Aufnahmeschicht der Ausführungsform 2 nach etwa 1000 Stunden merklich niedriger. In der Aufnahmeschicht der Ausführungsform 1 wurde jedoch nach mehr als 1000 Teststunden keine Änderung beobachtet. Dies demonstriert die Langzeitstabilität der Aufnahmeschicht gemäß der Erfindung.
Nach einem beschleunigten Alterungstest für 1000 Stunden wurden die Oberflächen der Aufnahmeschichten mit einem optischen Mikroskop und mit einem Scanning-Elektronen­ mikroskop (SEM) beobachtet. Die Aufnahmeschichten der Ausführungsformen 2 und 3 waren vollständig oxidiert und transparent geworden. In der Aufnahmeschicht der Ausführungsform 1 wurden jedoch keine Sprünge beobach­ tet, und die ursprüngliche Bedingung der Oberfläche wurde bewahrt. Man erkennt somit, daß die Aufnahme­ schicht gemäß der Erfindung eine hohe Schreib-Empfind­ lichkeit und gute Antioxidationseigenschaften aufweist.

Claims (7)

1. Optischer Datenträger mit einer Unterlage, einer Zwischenschicht und einer Aufnahmeschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12) Kohlen­ stoff und Fluor enthält und auf der Unterlage (11) gehalten ist; und daß die Aufnahmeschicht (13) Kohlenstoff und wenigstens ein Metall und/oder ein Halbleitermaterial aufweist und auf der Zwischen­ lage (12) gehalten ist.
2. Optischer Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial ein Halbleiterelement umfaßt und daß das Metall und das Halbleiterelement eines oder mehrere der folgen­ den Elemente umfassen: Te, Se, Ge, Sb, Pb, Sn, Ag, In und Bi.
3. Optischer Datenträger nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeschicht (13) Wasserstoff enthält.
4. Optischer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme­ schicht (13) eine Dicke von etwa 100 bis etwa 800 Angström hat.
5. Optischer Datenträger nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12) eine Dicke von etwa 20 bis etwa 1000 Angström hat.
6. Optischer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite, Kohlen­ stoff und Wasserstoff enthaltende Zwischenschicht (21) zwischen der Unterlage (11) und der Zwischen­ schicht (12, 22).
7. Optischer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme­ schicht (13) Te enthält.
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