DE69127411T2

DE69127411T2 - Optische Aufzeichnung mit Phasenänderung

Info

Publication number: DE69127411T2
Application number: DE69127411T
Authority: DE
Inventors: Martin Yu-Wen Chen; Kurt Allan Rubin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2011-06-21
Also published as: EP0466670A3; EP0466670B1; DE69127411D1; JP2750018B2; JPH04229429A; EP0466670A2

Description

Technisches Gebiet

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf optische Aufzeichnungsmedien und spezieller auf optische Phasenänderungsmedien.

Beschreibung des Standes der Technik

Die zwei bekanntesten Verfahren einer reversiblen optischen Aufzeichnung sind magneto-optische Aufzeichnung und Phasenänderungsaufzeichnung. Bei der magneto-optischen Aufzeichnung weist das Aufzeichnungsmedium eine aktive oder aufzeichnende Schicht auf, die in eine entweder nach oben oder nach unten gerichtete Position magnetisiert werden kann, wenn ein Laserstrahl dasmaterial über eine bestimmte Temperatur erwärmt. Die aufgezeichneten Daten werden durch Verwendung eines mit geringer Leistung betriebenen Laserstrahls, der polarisiertes Licht bereitstellt, das von dem Medium wegreflektiert wird, von dem Medium gelesen. Die unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen in dem Medium bewirken, daß die Polarisationsebene des Lichts in der einen oder der anderen Richtung gedreht wird. Dies ist als der Kerr- Effekt bekannt. Diese Unterschiede in der Rotation werden als Datenwerte eins und null detektiert.
Im Gegensatz zur magneto-optischen Aufzeichnung verwendet die Phasenänderungsaufzeichnung direkt Unterschiede im Reflexions vermögen des Mediums, um Daten zu detektieren. Phasenänderungsmedien bestehen üblicherweise aus einem transparenten Substrat, einer Unterlage, einer aktiven Schicht und einem Überzug. Die aktive oder aufzeichnende Schicht besitzt einen kristallinen Zustand, einen flüssigen Zustand und einen amorphen Zustand. Am Anfang befindet sich die aktive Schicht im kristallinen Zustand. Der amorphe Zustand wird durch Erwärmen eines Bereichs oder Flecks der aktiven Schicht mit einem Hochleistungslaserpuls von kurzer Dauer auf eine Temperatur über seinen Schmelzpunkt erzeugt, um ihn in einen flüssigen Zustand zu ändern. Wenn der Fleck ausreichend schnell abkühlt, ändert er sich in den amorphen Zustand. Wenn ein amorpher Fleck mit einem mit niedrigerer Leistung betriebenen Laser erwärmt wird, kehrt das amorphe Material in seinen kristallinen Zustand zurück. Um das Medium zu lesen, wird ein Laser sehr niedriger Leistung von der aktiven Schicht wegreflektiert. Der kristalline Zustand besitzt ein höheres Reflexionsvermögen als der amorphe Zustand, und dieser Unterschied im Reflexionsvermögen wird als batenwert eins und null detektiert.
Einige Beispiele für optische Medien des Standes der Technik umfassen US 4 216 501, das am 5. August 1980 an Bell erteilt wurde; US 4 576 895, das am 18. März 1986 an Barton et al. erteilt wurde; US 4 635 245, das am 6. Januar 1987 an Smith erteilt wurde; US 4 644 519, das am 17. Februar 1987 an Markvoort et al. erteilt wurde; US 4 660 175, das am 21. April 1987 an Strand erteilt wurde; US 4 709 363, das am 24. November 1987 an Dirks et al. erteilt wurde; US 4 719 594, das am 12. Januar 1988 an Young et al. erteilt wurde; und US 4 839 883, das am 13. Juni 1989 an Nagata et al. erteilt wurde.
Ein Problem, auf das man bei diesen Phasenänderungsmedien des Standes der Technik trifft, besteht darin, daß sie eine sehr begrenzte Zykluslebensdauer besitzen. Nach einer bestimmten Anzahl von Schreib- und Löschzyklen beginnen die Medien zu degradieren, bis sie nicht mehr zuverlässig beschrieben oder gelesen werden können. Es wird angenommen, daß wiederholte hohe Temperaturen während des Schreib(Amorphisierungs)-Prozesses für die begrenzte Zykluslebensdauer verantwortlich sind.
Wenn auf eine Platte geschrieben wird (sie amorphisiert wird), wird ein mit hoher Leistung betriebener Laser auf das Medium fokussiert. Das Medium befindet sich anfänglich im kristallinen Zustand. Das auf das Medium fokussierte Laserlicht weist ein gaußförmiges Intensitätsprofil auf. Die Temperatur ist im Mittelpunkt des Laserflecks auf der Platte am heißesten, während sich die Kante des geschmolzenen Flecks am Schmelzpunkt des Mediums befindet. Typischerweise ist der Durchmesser eines geschriebenen Flecks gleich dem Durchmesser des geschmolzenem Flecks, der seinerseits ungefähr gleich der Halbwertsbreite der Intensität des Laserstrahls (FWHM) ist. Der Mittelpunkt des Flecks erreicht mehr als das Doppelte der Temperatur des Schmelzpunkts.
Ein zusätzliches Temperaturproblem wird durch den Unterschied in den Reflexionsgraden der unterschiedlichen Zustände verursacht. Wenn die aktive Schicht aus (GeTe)&sub6;&sub5;Sn&sub1;&sub5;, sonst als GTS bekannt, besteht, dann liegt der Schmelzpunkt bei 725º C. Das Reflexionsvermögen des amorphen Zustands von GTS beträgt lediglich 28 % im Vergleich zu 40 % für den kristallinen Zustand. Das Reflexionsvermögen des flüssigen Zustands ist ungefähr gleich dem Reflexionsvermögen des amorphen Zustands. Dies bedeutet, daß der Fleck, sobald er flüssig wird oder schmilzt, noch mehr Licht absorbiert und noch heißer wird.
Für ein aus GTS bestehendes Medium werden Temperaturen von 1.740º C im Mittelpunkt des Flecks angenommen. Bei dieser Temperatur siedet das Medium aufgrund des Dampfdrucks der aktiven Schicht, und Verunreinigungen werden zu einem signifikanten Faktor bei der Verursachung von mechanischen Spannungen in dem Film. Außerdem können Unterschiede in der thermischen Ausdehnung wichtig werden. Einer dieser Effekte kann zu einer Delaminierung führen, die an einer der Grenzflächen zwischen den verschiedenen Schichten des Mediums auftritt. Dieser wiederholte Prozeß des Schreibens und Löschens begrenzt die Lebensdauer des Mediums. Wofür Bedarf besteht, ist ein Phasenänderungsmedium mit einer verbesserten Zykluslebensdauer.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0347801 offenbart optische Aufzeichnungsmedien, die eine aktive Schicht aus optischem Anderungsmaterial, eine über der aktiven Schicht liegende dielektrische Schicht und eine über der dielektrischen Schicht liegende reflektierende Schicht beinhalten. Das Reflexionsvermögen des Mediums im amorphen Zustand wird größer als das Reflexionsvermögen im kristallinen Zustand gemacht, indem Materialien für die aktive Schicht gewählt werden, die einen größeren Brechungsindex im amorphen Zustand besitzen. Es wird beschrieben, daß Materialien mit entgegengesetzten Brechungsindexeigenschaften (z.B. Ge- Te) zur Erzeugung der gewünschten Eigenschaften bezüglich des Reflexionsvermögens ungeeignet sind.

Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

Zu diesem Zweck und gemäß der Erfindung beinhaltet ein optisches Phasenänderungsmedium ein Substrat, eine Unterlagenschicht, eine aktive Schicht mit einem flüssigen und einem kristallinen Zustand, eine dielektrische Schicht und eine reflektierende Schicht. Die aktive Schicht weist eine Dicke auf, welche die Transmission von einfallenden Licht erlaubt. Die dielektrische Schicht weist eine Dicke derart auf, daß das durch die aktive Schicht hindurchlaufende Licht durch die reflektierende Schicht reflektiert wird und mit dem Licht, das direkt von der aktiven Schicht wegreflektiert wird, in einer Weise destruktiv interferiert, daß das Reflexionsvermögen des flüssigen Zustands höher als jenes des kristallinen Zustands ist. Das Resultat ist, daß Medien während des Schreibvorgangs eine beträchtlich reduzierte Temperatur erfahren, da die geschmolzenen Medien weniger Licht absorbieren.
Für ein vollständigeres Verständnis des Wesens und der Vorteile der vorliegenden Erfindung sollte auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Phasenänderungsmediums des Standes der Technik;
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des optischen Phasenänderungsmediums der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Dicke der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht bei verschiedenen Absorptionsverhältnissen;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Dicke des Dielektrikums für die vorliegende Erfindung;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Kontrastverhältnisses in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht für die vorliegende Erfindung;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Absorptionsverhältnisses in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht für die vorliegende Erfindung;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der minimalen Absorpti onsverhältnisse in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht für verschiedene Reflektormaterialien für die vorliegende Erfindung;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der Temperatur in Abhängigkeit von der Fleckposition; und
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm eines Datenspeichersysterns unter Verwendung des Mediums der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für ein optisches Phasenänderungsmedium des Standes der Technik, das durch das allgemeine Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Medium 10 beinhaltet ein Substrat 12, das aus Glas oder einem transparenten Kunststoff, wie Polycarbonat, besteht. Das Substrat 12 ist typischerweise 1,2 mm dick. Eine optionale Unterlagenschicht 13 befindet sich auf dem Substrat 12. Die Schicht 13 besteht aus einem dielektrischen Material und ist typischerweise 200 nm (2.000 Å) dick.
Eine aktive Schicht 14 befindet sich auf der Oberseite der Schicht 13. Die aktive Schicht 14 besteht aus einem Chalcogenid- Material. In ihrem Volumen- oder gewöhnlichen Zustand besitzen diese Materialien einen kristallinen Zustand, der stärker reflektierend ist als der amorphe oder flüssige Zustand. Mit anderen Worten ist das Volumenreflexionsvermögen des kristallinen Zustands größer als das Volumenreflexionsvermögen des amorphen Zustands. Ein derartiges Material ist GTS. Die aktive Schicht 14 ist typischerweise 40 nm bis 100 nm (400 Å bis 1.000 Å) dick.
Eine Überzugsschicht 16 befindet sich über der aktiven Schicht 14. Die Überzugsschicht 16 besteht aus einem dielektrischen Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit und hohem Schmelzpunkt, wie Glas, und ist üblicherweise ungefähr 200 nm (2.000 Å) dick. Die Überzugsschicht 16 begrenzt das Fließen der aktiven Schicht, während sie flüssig ist.
Um auf Medien 10 zu schreiben (sie zu amorphisieren), läßt man einen Laserstrahl durch das Substrat 12 hindurch zur aktiven Schicht 14 laufen. Die aktive Schicht 14 befindet sich anfänglich im kristallinen Zustand. Der Laser erwärmt einen Fleck auf der aktiven Schicht über ihren Schmelzpunkt und ändert ihn in einen flüssigen Zustand. Nach Entfernung des Laserlichts kühlt der Fleck in den amorphen Zustand ab, aus dem die Daten später gelesen werden. Für GTS liegt der Schmelzpunkt bei 725º C. GTS ist für Licht von 647 nm im flüssigen beziehungsweise kristallinen Zustand 28 % und 49 % reflektierend. Die Absorption des flüssigen und des kristallinen Zustands beträgt 72 % beziehungsweise 51 %. Die Summe des Reflexionsvermögens (R) und der Absorption (A) eines Materials ist gleich eins. Die Struktur des Laserstrahls auf der Platte besitzt ein gaußförmiges Intensitätsprofil, d.h. der Strahl ist im Mittelpunkt intensiver und an den Kanten des Flecks auf der Platte weniger intensiv.
Der Durchmesser des aufgezeichneten Flecks ist ungefähr gleich der Halbwertsbreite der Intensität (FWHM), d.h. dem Durchmesser an der Stelle der Strahlstruktur, bei der das Licht die halbe Intensität der maximalen Intensität des Lichtes im Mittelpunkt des Strahls besitzt. Die Temperatur im Mittelpunkt ist wenigstens doppelt so groß wie die Temperatur des Schmelzpunkts an der Kante. Die relative Absorption des flüssigen und des kristallinen Zustands erhöht die Temperatur sogar noch weiter. Sobald der kristalline Zustand in den flüssigen Zustand geändert ist, springt die Absorptionsrate von 51 % auf 72 %. Das Resultat ist, daß die Temperatur im Mittelpunkt der Strahlstruktur für GTS 1.740º C erreichen kann. Bei dieser Temperatur tritt eine Degradation der Medien auf, und die Zykluslebensdauer ist begrenzt.
Die vorliegende Erfindung resultiert in einer Struktur, die das Verhältnis an Licht, das von dem flüssigen oder dem amorphen Zustand (Al) absorbiert wird, zu dem Licht, das von dem kristallinen Zustand (Ax) absorbiert wird, minimiert. Dieses Verhältnis, Al/Ax, wird als Ar bezeichnet.
Eine Minimierung von Ar resultiert in einer Form von Regulierungseinrichtung für die Erwärmungsrate, die den Temperaturanstieg des geschmolzenen Bereichs während der Laserbeleuchtung reduziert. Die erfundene Struktur ist derart ausgelegt, daß die aktive Schicht Teil einer optischen Interferenzstruktur ist, die im flüssigen Zustand eine geringere Lichtabsorption als im kristallinen Zustand aufweist. Dies erlaubt es dem Laserlicht, den kristallinen Zustand schneller bis zu seinem Schmelzpunkt zu erwärmen. Sobald das Material schmilzt, absorbiert der geschmolzene Teil des Flecks mit höherem Reflexionsvermögen weniger Laserlicht, so daß die Erwärmungsrate dramatisch abfällt. Der geschmolzene Teil des Flecks erwärmt sich im weiteren nicht so schnell wie der umgebende, noch nicht geschmolzene, kristalline Bereich des Flecks.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optischen Phasenänderungsmediums der vorliegenden Erfindung, das durch das allgemeine Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Das Medium 100 beinhaltet ein Substrat 102, das aus Glas oder einem transparenten Kunststoff, wie Polycarbonat, bestehen kann. Weitere Materialien, die für das Substrat verwendet werden können, umfassen Polymethylmethacrylat, amorphes Polyolefin, Polycarbonat/Polystyrol-Mischungen, Epoxide, Poycarbonat/Monomer- Mischungen und Methylmethacrylat-Mischungen. Das Substrat 102 ist vorzugsweise 1,2 mm dick. Eine optionale Unterlagenschicht 103 kann sich über dem Substrat 102 befinden. Die bevorzugte Ausführungsform der Schicht 103 besteht aus Glas oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material und ist vorzugsweise 150 nm bis 350 nm (1.500 Å bis 3.500 Å) dick.
Eine aktive Schicht 104 befindet sich auf der Oberseite der Schicht 103. Die aktive Schicht 104 kann aus einem Chalcogenid- Material, wie GTS, bestehen. Die Schicht 104 kann in der bevorzugten Ausführungsform 10 nm (100 Å) dick sein.
Eine transparente dielektrische Schicht 106 befindet sich auf der Oberseite der Schicht 104. Die dielektrische Schicht 106 kann aus 7059 Glas oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material bestehen und ist in einer bevorzugten Ausführungsform 175 nm (1.750 Å) dick.
Eine reflektierende Schicht 108 befindet sich auf der Oberseite der Schicht 106. Die reflektierende Schicht 108 kann aus einem metallischen Material, wie Aluminium, Silber oder Kupfer, oder anderen stark reflektierenden Materialien bestehen. Die reflektierende Schicht 108 ist in der bevorzugten Ausführungsform 1.000 Å dick.
Eine Überzugsschicht 110 befindet sich auf der Oberseite der Schicht 108. Die bevorzugte Ausführungsform der Schicht 110 besteht aus Glas oder einem anderen geeigneten dielektrischen Material und ist 1 mm dick.
Das Medium 100 kann durch Aufbringen oder Sputtern jeder nachfolgenden Schicht 103 bis 108 auf das Substrat 102 hergestellt werden. Dann wird auf die Oberseite der Schicht 108 die Schutz- schicht 110 aufgebracht. Die Schicht 110 kann durch ein geeignetes Klebemittel an der Schicht 108 angebracht werden.
Im Betrieb läuft Laserlicht durch das Substrat 102 und die Schicht 103 hindurch und erreicht die aktive Schicht 104. Ein Teil des Lichtes wird an der Schicht 104 reflektiert, ein Teil wird durch die Schicht 104 absorbiert, und das verbleibende Licht läuft durch die Schicht 104 und durch die dielektrische Schicht 106 hindurch und wird an der reflektierenden Schicht 108 reflektiert. Dieses Reflexionslicht kehrt dann durch die Schichten 106 und 104 zurück und interferiert dann destruktiv mit dem Licht, das von der Schicht 104 direkt wegreflektiert wurde. Durch Wahl der Materialien und der Dicken der Schichten 106 und 104 ist das erzielte Ar kleiner als 1. Mit anderen Worten sind die Reflexionsgrade des flüssigen und des kristallinen Zustands bezüglich ihrer Volumenwerte und jenen des Standes der Technik umgekehrt. In der bevorzugten Ausführungsform des oben beschriebenen Mediums beträgt das Reflexionsvermögen des flüssigen und des kristallinen Zustands 60 % beziehungsweise 35 %. Dieser Unterschied im Reflexionsvermögen ist für eine Datendetektion durch einen Standardtyp eines Plattenlaufwerks ausreichend. Gleichzeitig begrenzt das Medium nun automatisch die Temperatur, da der flüssige Zustand, während es schmilzt, mehr Licht reflektiert und weniger Licht absorbiert. Wenn das Laserlicht entfernt wird, kühlt das Medium in den amorphen Zustand ab, der ungefähr das gleiche Reflexionsvermögen wie der flüssige Zustand besitzt.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Dicke der aktiven Schicht in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht bei verschiedenen Absorptionsverhältnissen (Ar). Die Struktur des in Fig. 3 verwendeten Mediums bestand aus einem Glassubstrat, einer aktiven Schicht aus GTS, einer dielektrischen Schicht aus 7059 Glas und einer reflektierenden Schicht aus 100 nm (1.000 Å) dickem Aluminium. Die optionale Unterlagenschicht war nicht vorhanden. Es wurde angenommen, daß Licht einer Wellenlänge von 647 nm senkrecht durch das Substrat auf die aktive Schicht einfällt. Die Dicke sowohl der aktiven als auch der dielektrischen Schicht wurde systematisch variiert, und das Verhältnis Ar wurde für jede Dickenkombination berechnet.
Die Resultate für das Ar sind, wie in Fig. 3 gezeigt, daß die dickeren aktiven Schichten mehr Licht im flüssigen Zustand absorbieren. Es gibt einen Satz von Werten für die Dicken der aktiven Schicht und der dielektrischen Schicht, bei dem Ar gleich eins ist. Die Struktur, die so aufgebaut ist, daß die Dicke der aktiven Schicht und der dielektrischen Schicht auf jene Linie (Ar = 1) fällt, weist eine identische Absorption für den flüssigen und den kristallinen Zustand auf. Es handelt sich jedoch um ein Gebiet, in dem kein Kontrast beobachtet wird. Der beste Betriebsbereich liegt dort, wo Ar minimal ist. In Fig. 3 ist Ar kleiner als 0,6 für dünne aktive Schichten und für eine Dicke der zwischenliegenden dielektrischen Schicht zwischen ungefähr 160 nm und 180 nm (1.600 Å und 1.800 Å). Das Resultat ist, daß die Erwärmungsrate des geschmolzenen Teils des bestrahlten-- Flecks weniger als 60 % des umgebenden kristallinen Bereichs beträgt. Dies steht im Gegensatz zu einer herkömmlichen Struktur (Ar = 1,5), bei der die Erwärmungsrate des geschmolzenen Bereichs um bis zu 60 % über diejenige des kristallinen Bereichs zunimmt.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die dielektrische Schicht, wenn die aktive Schicht mit 10 nm (100 Å) Dicke gewählt wird, ungefähr 175 nm (1.750 Å) dick sein sollte, um Ar zu minimieren. Die Reflexionsgrade des flüssigen und des kristallinen Zustands sind 60 % beziehungsweise 35 %. Das Reflexionsvermögen des amorphen Zustands ist ungefähr gleich dem Reflexionsvermögen des flüssigen Zustands. Diese Reflexionsgrade sind zur tatsächlichen Detektion durch ein Plattenlaufwerk ziemlich angemessen. Es wird ermöglicht, daß ausreichend Licht zum Fokussieren, zum Spurhalten und zur Datendetektion reflektiert wird, und erfordert nicht zu viel Leistung zum Schreiben und Löschen von Daten.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Reflexionsvermögens in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht sowohl für den kristallinen als auch den flüssigen Zustand. Die verwendeten Medien waren die gleichen, wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, mit einer 10 nm (100 Å) dicken aktiven Schicht aus GTS. Bei einer Dicke von 175 nm (1.750 Å) der dielektrischen Schicht weist der flüssige Zustand den maximalen Unterschied seines Reflexionsvermögens gegenüber dem kristallinen Zustand auf.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung des Kontrastverhältnisses in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht. Das verwendete Medium ist das gleiche wie jenes in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene. Das Kontrastverhältnis ist das Reflexionsvermögen des amorphen Zustands (RA) abzüglich des Reflexionsvermögens des kristallinen Zustands (RX), dividiert durch die Summe der Reflexionsgrade des amorphen und des kristallinen Zustands. Das Kontrastverhältnis wird bestimmt, indem die Platte gelesen wird, nachdem sie beschrieben wurde. Daher liegt der amorphe Zustand und nicht der flüssige Zustand vor. Das Reflexionsvermögen des amorphen Zustands ist jedoch ungefähr gleich dem Reflexionsvermögen des flüssigen Zustands. Der maximale Kontrast von 0,2 wird bei einer Dicke des Dielektrikums von 175 nm (1.750 Å) erzielt.
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung des Absorptionsverhältnisses (Ar) in Abhängigkeit von der Dicke der dielektrischen Schicht. Das Medium ist das gleiche wie jenes in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene.
Ein Teil des Standes der Technik, zum Beispiel das an Bell erteilte US 4 216 501, verwendet ebenfalls dielektrische und Reflektorschichten hinter der aktiven Schicht. Diese Vorrichtungen des Standes der Technik weisen jedoch sämtlich ein Ar > 1 auf und sind tatsächlich so ausgelegt, daß Ar maximiert wird, um die Daten eins und null besser zu unterscheiden. Durch Maximieren von Ar weisen die Medien des Standes der Technik jedoch die früher erörterten Temperaturprobleme auf, da der flüssige Zustand viel mehr Licht absorbiert als der kristalline Zustand.
Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Erfindung die optischen Eigenschaften der aktiven Schicht, der dielektrischen Schicht und der reflektierenden Schicht, um Ar zu minimieren. Der flüssige Zustand der aktiven Schicht der vorliegenden Erfindung absorbiert viel weniger Licht als der kristalline Zustand. Dies löst das Temperaturproblem und ermöglicht eine längere Lebensdauer der Medien.
Die Dicke der dielektrischen Schicht ist so gewählt, daß das Verhältnis (Ar) der Lichtabsorption des flüssigen zum kristallinen Zustand minimiert wird. Diese Dicke kann in ganzzahligen Vielfachen von λ/2n (wobei λ = Wellenlänge und n = Brechungsindex der dielektrischen Schicht 106) erhöht werden und resultiert weiterhin in dem optischen Effekt (Ar < 1). Die Dicke der aktiven Schicht kann so eingestellt werden, daß verfahrenstechnischen Überlegungen genügt wird, vorausgesetzt, sie ist dünn genug, um optische Interferenz zu erlauben, um das Reflexionsvermögen des flüssigen und des kristallinen Zustands bezüglich ihrer Volumenwerte umzukehren.
Die vorliegende Erfindung funktioniert auch mit anderen Materialien als denjenigen, die in der bevorzugten Ausführungsform spezifiziert sind. Die Vorgehensweise zum Wählen der Dicke der aktiven Schicht und der Dicke der dielektrischen Schicht ist die gleiche. Eine Berechnung des Verhältnisses der Lichtabsorption durch den flüssigen und den kristallinen Zustand wird unter Verwendung der optischen Konstanten der gewählten Materialien durchgeführt. Die Dicke der Schichten wird so gewählt, daß dieses Verhältnis minimiert wird. In der reflektierenden Schicht kann jedes beliebige stark reflektierende Spiegelmaterial verwendet werden. Beispiele umfassen Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Platin und Chrom.
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung des minimalen Absorptionsverhältnisses in Abhängigkeit von der Dicke einer aktiven Schicht aus GTS für verschiedene Materialien der reflektierenden Schicht. Das Medium weist ein Glassubstrat, eine aktive Schicht aus GTS, eine 175 nm (1.750 Å) dicke dielektrische Schicht aus 7059 Glas und eine 100 nm (1.000 Å) dicke reflektierende Schicht auf. Silber ergibt den niedrigsten Wert für Ar. Wird beispielsweise eine Struktur gleich gehalten, mit der Ausnahme, daß eine reflektierende Schicht aus Aluminium durch eine aus Silber ersetzt wird, wird ein niedrigerer Wert für Ar von 0,41 für eine 10 um (100 Å) dicke aktive Schicht erzielt. Die Erwärmungsrate des geschmolzenen Zustands beträgt 41 % derjenigen des kristallinen Zustands.
Für die dielektrische Schicht kann eine Anzahl von Materialien verwendet werden, solange sie angemessen transparent sind, damit optische Interferenz auftreten kann. Einige Materialien umfassen SiO&sub2;, ZnS, MgF&sub2; und Al&sub2;O&sub3; oder Gemische derselben.
Es wurde erwähnt, daß das Medium des Standes der Technik Temperaturen der aktiven Schicht aufweist, die annähernd 1.740º C betragen. Bei Verwenden der Struktur der vorliegenden Erfindung mit einem Silberreflektor, einer 175 nm (1.750 Å) dicken dielektrischen Schicht aus 7059 Glas und einer 10 um (100 Å) dicken aktiven Schicht aus GTS erreicht die Temperatur im Mittelpunkt des geschmolzenen Flecks lediglich 1.015º C, wenn die Kante, definiert durch den FWHM-Durchmesser des einfallenden Strahls, 725º C erreicht. Diese Reduktion der maximalen Temperatur um 725º C ist recht signifikant und führt zu einer viel längeren Lebensdauer der Medien. Dies wird erreicht, ohne die Laserleistung zu reduzieren und unter Erhaltung der gleich großen Fleckausdehnung.
Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung der Temperatur in Abhängigkeit von der Position in einem Strahlfleck, der auf eine aktive Schicht fokussiert ist. Eine Linie 150 repräsentiert die Medien des Standes der Technik (Ar = 1,5). Es wird eine Temperatur von 1.740º C im Mittelpunkt des Flecks erhalten. Eine Linie 152 repräsentiert Medien, bei denen die Reflexionsgrade des kristallinen und des flüssigen Zustands die gleichen sind (Ar = 1,0). Im Mittelpunkt wird eine Temperatur von 1.450º C erhalten. Eine Linie 154 repräsentiert das Medium 100 der vorliegenden Erfindung (Ar = 0, 6). Die Temperatur im Mittelpunkt erreicht lediglich 1.015º C.
Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm eines Datenspeichersysterns, das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 200 bezeichnet ist. Das Laufwerk 200 ist zur Verwendung mit einem Plattenmedium der vorliegenden Erfindung ausgelegt. Eine Platte 210 ist gezeigt, die ähnlich wie das Medium 100 von Fig. 2 hergestellt ist.
Eine Laserdiode 220 führt einem optischen Kollirnator 222, wie einer Linse, Licht zu. Das kollimierte Licht läßt man dann zu einem polarisierenden Strahlteiler 224 laufen und führt es durch ein Lambdaviertelplättchen 226 und eine Objektivlinse 228. Die Objektivlinse 228 fokussiert das Licht auf die Platte 210.
Das von der Platte 210 wegreflektierte Licht läuft durch die Linse 228, das Lambdaviertelplättchen 226 und den polarisierenden Strahlteiler 224 zu einer Detektorlinse 230. Die Linse 230 fokussiert das zurückkehrende Licht auf einen optischen Detektor 232. Der optische Detektor 232 detektiert die empfangenen unterschiedlichen Lichtintensitäten, die den aufgezeichneten amorphen und kristallinen Bereichen auf der Platte entsprechen.
In der vorliegenden Erfindung sind die Reflexionsgrade des amorphen und des kristallinen Zustands bezüglich derjenigen des Standes der Technik umgekehrt. Die Signale von dem Detektor 232 läßt man durch einen Hochgeschwindigkeitsinverter 240 hindurchlaufen. Die resultierenden Datensignale, die den Inverter 240 verlassen, sind somit den Datensignalen ähnlich, die von einem normalen optischen Phasenänderungs-Plattenlaufwerk des Standes der Technik empfangen werden.
Die Verwendung der Platte 210 der vorliegenden Erfindung in dem Laufwerk 200 weist mehrere Vorteile auf. Das Schreiben von Rauschen ist ein unerwünschtes Ergebnis der Variation der Position oder Abmessung des geschriebenen Datenflecks. Eine Quelle für das Schreiben von Rauschen besteht in unvorhersagbaren Temperaturfluktuationen. Diese resultieren aus einer Schwankung der Laserleistung oder der optischen Absorption des Mediums. Die invertierte Struktur der vorliegenden Erfindung ist weniger empfindlich für das Schreiben von Rauschen. Dies ist in der Tatsache begründet, daß der flüssige oder amorphe Zustand nicht so viel einfallendes Licht absorbiert, so daß er für eine gegebene Fluktuation der Leistung oder der optischen Absorption weniger Temperaturschwankungen (und damit Schwankungen der Fleckabmessung) erfährt.
Es können Materialien, die schneller kristallisieren, wie GeTe oder GeTeSb, in der aktiven Schicht der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Abkühlrate des geschmolzenen Flecks ist höher, da die durch die Flüssigkeit erreichten maximalen Temperaturen nicht so hoch sind wie bei einer herkömmlichen Struktur. Es muß weniger Wärme aus dem geschmolzenen Fleck herausdiffundieren, bevor er auf die kritische Glasübergangstemperatur abkühlt und in einen amorphen Zustand abgeschreckt wird. Dies erlaubt, daß Materialien, wie GeTe oder GeTeSb, in den amorphen Zustand abgeschreckt werden, anstatt sofort zu kristallisieren. Vor der vorliegenden Erfindung wären diese Materialien so schnell kristallisiert, daß sie nicht hätten in den amorphen Zustand überführt werden können, und waren somit zur Verwendung in der aktiven Schicht ungeeignet. Mit diesen Materialien kann die Platte schneller rotiert werden, und es kann eine größere Mediengeschwindigkeit erreicht werden. Dies ermöglicht, daß Daten mit einer höheren Geschwindigkeit aufgezeichnet werden.

Claims

1. Optisches Aufzeichnungsmedium mit:

einer aktiven Schicht (104), die aus einem optischen Phasenänderungsmaterial besteht, das in der Lage ist, Licht zu transmittieren, und eine kristalline Phase besitzt, die in der Lage ist, zu einer flüssigen Phase zu schmelzen und dann zu einer amorphen Phase abzukühlen, wobei die kristalline Phase ein größeres Volumenreflexionsvermögen als die amorphe und die flüssige Phase aufweist, wobei die aktive Schicht aus einem.von (GeTe)&sub8;&sub5;Sn&sub1;&sub5;, GeTe oder GeTeSb besteht;

einer dielektrischen Schicht (106), die über der aktiven Schicht liegt, wobei die dielektrische Schicht eine derartige Dicke besitzt, daß die amorphe und die flüssige Phase ein höheres Reflexionsvermögen als die kristalline Phase für Licht besitzen, das auf das Medium einfällt, und

einer reflektierenden Schicht (108), die über der dielektrischen Schicht liegt.

2. Medium, wie in Anspruch 1 beansprucht, das des weiteren beinhaltet:

ein Substrat (102), das sich auf einer Seite der aktiven Schicht befindet.

3. Medium, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die dielektrische Schicht, die über der aktiven Schicht liegt, im wesentlichen transparent ist und eine Dicke derart besitzt, daß Licht, das durch die aktive Schicht hindurchläuft, von der reflektierenden Schicht reflektiert wird und destruktiv mit Licht interferiert, das von der aktiven Schicht wegreflektiert wird, so daß die flüssige Phase mehr Licht reflektiert als die kristalline Phase.

4. Medium, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht derart ist, daß die Differenz des Reflexionsvermögens der flüssigen Phase und der kristallinen Phase maximal ist.

5. Medium, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die aktive Schicht ungefähr 10 nm (100 Å) dick und die dielektrische Schicht ungefähr 175 nm (1.750 Å) dick ist.

6. Medium, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die aktive Schicht aus (GeTe)&sub8;&sub5;Sn&sub1;&sub5; und die dielektrische Schicht aus Glas besteht.

7. Verfahren zur Herstellung eines optischen Aufzeichnungsmediums, das die Schritte umfaßt:

Aufbringen einer aktiven Schicht (104) auf ein Substrat, wobei die aktive Schicht aus einem Material besteht, das einen nicht-kristallinen Zustand und einen kristallinen Zustand aufweist, wobei das Material eines von (GeTe)&sub8;&sub5;Sn&sub1;&sub5;, GeTe oder GeTeSb ist;

Aufbringen einer dielektrischen Schicht (106) auf die aktive Schicht, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht derart ist, daß der nicht-kristalline Zustand der aktiven Schicht mehr Licht reflektiert als der kristalline Zustand der aktiven Schicht; und Aufbringen einer reflektierenden Schicht (108) auf die dielektrische Schicht.

8. Verfahren, wie in Anspruch 7 beansprucht, das des weiteren die Schritte umfaßt:

Aufbringen einer Unterschicht (103) auf das Substrat vor dem Aüfbringen einer aktiven Schicht; und

Anbringen einer Überschicht (110) auf die reflektierende Schicht.

9. Verfahren, wie in Anspruch 7 oder 8 beansprucht, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht derart ist, daß die Differenz des Reflexionsvermögens des nicht-kristallinen Zustands und des kristallinen Zustands ungefähr bei einem Maximum liegt.

10. Optisches Datenaufzeichnungs-Plattenspeichersystem mit:

einem Aufzeichnungsmedium (100), das ein Substrat (102) beinhaltet; einer aktiven Schicht (104) aus einem optischen Phasenänderungsmaterial, das einen nicht-kristallinen Zustand und einen kristallinen Zustand aufweist und über dem Substrat liegt, wobei der kristalline Zustand ein Volumenreflexionsvermögen besitzt, das größer als dasjenige des nicht-kristallinen Zustands ist, und die aktive Schicht aus einem von (GeTe)&sub8;&sub5;Sn&sub1;&sub5;, GeTe oder GeTeSb besteht; einer dielektrischen Schicht (1Q6), die über der aktiven Schicht liegt; und einer reflektierenden Schicht (108), die über der dielektrischen Schicht liegt, wobei die dielektrische Schicht eine Dicke derart besitzt, daß der nichtkristalline Zustand mehr Licht reflektiert als der kristalline Zustand;

lichterzeugenden Mitteln (220) zum Erzeugen eines kollimierten ersten Lichtstrahls;

optischen Transmissionsrnitteln (222, 228), um den ersten Lichtstrahl zu dem Medium zu führen;

optischen Separationsmitteln (228, 226, 224), um den ersten Lichtstrahl und einen reflektierten Lichtstrahl von dem Medium zu empfangen und den ersten Strahl von dem reflektierten Strahl zu separieren; und

Photodetektormitteln (232), um den reflektierten Lichtstrahl von den optischen Separationsmitteln zu empfangen und ein darauf ansprechendes Datensignal zu erzeugen.

11. System, wie in Anspruch 10 beansprucht, das des weiteren beinhaltet:

einen Inverter (240), der mit den Photodetektormitteln verbunden ist, um das Datensignal zu invertieren

12. System, wie in Anspruch 10 oder 11 beansprucht, wobei die optischen Transmissionsmittel und die optischen Separationsmittel einen polarisierenden Strahlteiler (224), ein Lambdaviertel-Plättchen (226) und eine Linse (228) beinhalten.