DE69931953T2

DE69931953T2 - Verfahren zur aufzeichnung und wiedergabe von mehrwertigen digitalen signalen und mehrwertaufzeichnungsmedium des phasenwechseltyps

Info

Publication number: DE69931953T2
Application number: DE69931953T
Authority: DE
Inventors: Mitsubishi Chem. Corp. Takashi Yokohama-shi OHNO; Mitsubishi Chem. Corp. Michikazu Yokohama-shi HORIE
Original assignee: Mitsubishi Chemical Media Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Media Co Ltd
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: EP1128365A1; KR20010099753A; US20010036143A1; US6587425B2; WO2000025308A1; EP1128365B1; DE69931953D1; US6567367B2; EP1128365A4; US20020186648A1; KR100486324B1

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren und ein mehrstufiges Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium.
Mit dem zunehmenden Informationsvolumen in den letzten Jahren steigt der Bedarf an Aufzeichnungsmedien, die eine große Datenmenge mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit lesen (wiedergeben) und schreiben können. Erwartungsgemäß werden optische Aufzeichnungsmedien, insbesondere optische Platten, diesen Bedarf erfüllen. Die optischen Platten sind in zwei unterschiedlichen Arten verfügbar: eine einmal beschreibbare Art, die dem Benutzer nur das einmalige Aufzeichnen von Daten ermöglicht, und eine wiederbeschreibbare Art, die dem Benutzer ermöglicht, Daten so oft wie gewünscht aufzuzeichnen und zu löschen. Zu Beispielen für die wiederbeschreibbare optische Platte gehören ein magnetooptisches Medium, das einen magnetooptischen Effekt nutzt, und ein Phasenänderungsmedium, das eine Änderung der reflektierten Lichtstärke nutzt, die mit einer reversiblen kristallinen Zustandsänderung einhergeht.
Das Phasenänderungsmedium kann beschrieben und gelöscht werden, indem einfach die Leistung eines Laserstrahls moduliert wird, ohne daß ein externes Magnetfeld nötig ist, weshalb es den Vorteil hat, eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung verkleinern zu können. Möglich ist auch, die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen, indem eine Lichtquelle mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet wird, ohne das Material einer Aufzeichnungsschicht von Medien speziell zu ändern, die derzeit mit einer Lichtquelle mit einer verbreitet verwendeten Wellenlänge von 800 nm beschrieben und gelöscht werden.
Bei den heute verfügbaren wiederbeschreibbaren Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedien gilt der kristalline Zustand als unbeschriebener/gelöschter Zustand, und eine amorphe Markierung wird gebildet. Erzeugt wird die amorphe Markierung normalerweise durch Erwärmen der Aufzeichnungsschicht auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt und ihr schnelles Abkühlen. Löschen (Kristallisation) erfolgt durch Erwärmen der Aufzeichnungsschicht auf eine Temperatur über der Kristallisationstemperatur der Aufzeichnungsschicht, aber unter einer Temperatur knapp über dem Schmelzpunkt oder des Schmelzpunkts selbst. Bei einem sogenannten überschreibbaren Einstrahl-Phasenänderungsmedium können die Lösch- und Überschreibvorgänge nur durch Modulieren der Stärke eines fokussierten Lichtstrahls durchgeführt werden. Beim überschreibbaren Einstrahl-Phasenänderungsmedium werden die Schichtkonfiguration des Aufzeichnungsmediums und die Schaltungskonfiguration des Laufwerks einfach. Daher gilt diesem Medium Aufmerksamkeit als mögliches Medium zum Gebrauch in einem billigen Aufzeichnungssystem mit hoher Dichte und großer Kapazität.
Wie zuvor beschrieben, kann das Phasenänderungsmedium die Aufzeichnungsdichte durch Verkürzen der Wellenlänge eines fokussierten Lichtstrahls erhöhen, um seinen Durchmesser und daher die Größe aufgezeichneter Markierungen zu reduzieren. Derzeit sind Laserdioden mit einer Wellenlänge von 780 nm und einer Ausgabe von etwa 50 mW zu geringen Preisen weithin verfügbar und werden auf eine Phasenänderungs-Aufzeichnungstechnologie z. B. für wiederbeschreibbare Compact Discs (CDs) angewendet. Seit kurzem sind auch Laserdioden mit 630 bis 660 nm erhältlich, und eine wiederbeschreibbare DVD nähert sich dem praktischen Einsatz zusammen mit der Entwicklung einer leistungsstarken roten Laserdiode mit einer Ausgabe von etwa 30 mW. Angesichts des anhaltenden Bedarfs an höherer Dichte gibt es aktive Bemühungen um die Realisierung einer Aufzeichnungsdichte von etwa dem Zwei- bis Dreifachen der DVD durch Verwendung einer blauen Laserdiode (etwa 400 nm), wenngleich auf einer sehr frühen Entwicklungsstufe.
Natürlich gibt es aber eine Grenze für die Aufzeichnungsdichte, wenn eine Dichtesteigerung des Phasenänderungs mediums einfach von der Verkürzung der Wellenlänge der Lichtquelle abhängt. Zahlreiche Probleme sind bezüglich der Langlebigkeit der Laserdioden mit kurzen Wellenlängen und hohen Ausgaben zu lösen, und es wird noch Zeit erfordern, bevor solche leistungsstarken Laserdioden, obwohl experimentell erfolgreich, praktisch genutzt werden können. Ferner kommt es mit zunehmend kleinerer Fleckgröße zu Problemen, z. B. einem zunehmenden Einfluß der Schräge der Oberfläche eines fokussierten Punkts und einem reduzierten Fokusablagespielraum infolge einer flacheren Brennweite. Eine weitere Frage, ob die amorphen Markierungen stabil bleiben können, wenn sie kleiner als 0,01 μm werden, ist bisher ungelöst.
Bemühungen zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte eines magnetooptischen Aufzeichnungsmediums, die ausschließlich von der Verkleinerung der Lese-/Schreibstrahlen abhängen, stoßen natürlich auf eine Einschränkung infolge der optischen Auflösungsfähigkeit (Grenze). Besonders bei einem Phasenänderungsmedium läßt sich keine sogenannte magnetische Superauflösungserscheinung erwarten. Obwohl es einige Vorschläge zu einer Superauflösungserscheinung gibt, die eine Brechzahländerung infolge von Temperaturänderungen nutzt, wohnt diesem Verfahren das Problem inne, daß die aufgezeichneten Markierungen im Verlauf wiederholter Leseoperationen beeinträchtigt werden.
Im Mittelpunkt als eines der Verfahren, die die Beschränkung der optischen Auflösungsfähigkeit (Grenze) überwinden und eine erhöhte Dichte über die optischen Auflösungsgrenze hinaus ermöglichen, steht eine mehrstufige Aufzeichnung. Hierbei handelt es sich um eine Technologie für eine CD-ROM (Nur-Lese-Platte), die statt Modulation der Markierungslänge die Tiefe von Pits in einem Substrat in Mehrfachstufen steuert, um die Modulation in Mehrfachwerten auszudrücken ("15 GB and No Blue Laser", Data Storage, Ausgabe April 1994, Titelgeschichte und Seiten 27–32).
Eine solche mehrstufige Aufzeichnung, die die Modulation in Mehrfachwerten ausdrückt, wird im Prinzip dadurch realisiert, daß eine kontinuierliche Änderung der reflektierten Lichtstärke (Modulation) in einer endlichen Anzahl diskreter Stufen gesteuert wird. In der Folge ist es nur natürlich, das Phasenänderungsmedium auf die mehrstufige Aufzeichnung anzuwenden, das Lese- und Schreiboperationen von Informationen mit Hilfe einer Änderung der reflektierten Lichtstärke durchführt.
Gleichwohl ist derzeit kein Aufzeichnungsmedium verfügbar, das die Phasenänderungsaufzeichnung nutzt, um die Fähigkeit zum tatsächlichen Durchführen einer solchen Aufzeichnung in mehreren Stufen oder vorzugsweise zum wiederholten Überschreiben zu realisieren. Begründet ist dies darin, daß sich sowohl das Phasenänderungsmedium als auch das Aufzeichnungsverfahren, die Daten mit mehreren Modulationsstufen und guter Reproduzierbarkeit aufzeichnen, noch im Entwicklungsstadium stecken. Normalerweise handelt es sich bei den Aufzeichnungsstufen um zwei Zustände, einen kristallinen und einen amorphen Zustand, oder höchstens drei Zustände (JP-A-61-3324, 62-259229 und 10-124925).
Eine ähnliche Technologie ist in der US-A-5572502 offenbart.
Weiterhin gibt es Bemühungen um die Steuerung eines mittleren optischen Kennwerts in Mehrfachstufen durch Ändern eines Mischungsverhältnisses unterschiedlicher kristalliner Zustände oder kristalliner und amorpher Zustände.
Allerdings ist eine optische Kennwertdifferenz zwischen unterschiedlichen kristallinen Zuständen zu klein, um sie zu identifizieren, und es ist schwierig, das Mischungsverhältnis kristalliner und amorpher Zustände in Mehrfachstufen mit guter Reproduzierbarkeit zu steuern. Die vier oder mehr Stufen mit guter Reproduzierbarkeit zu erhalten ist nicht einfach. Ein solcher Mischzustand ist instabil, und der amorphe Abschnitt geht leicht in Kristall über, was ein Problem schlechter zeitlicher Stabilität aufgezeichneter Informationen aufwirft.
Lösen lassen sich die zuvor beschriebenen Probleme, indem veranlaßt wird, daß eine Rekristallisation in der Aufzeichnungsschicht während der Erstarrung der durch den Aufzeichnungsstrahl geschmolzenen Aufzeichnungsschicht auftritt, und indem die Rekristallisation beim Steuern der Größe der amorphen Markierung in Mehrfachstufen verwendet wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Rekristallisationsbeispiel während des Bildungsvorgangs einer amorphen Markierung und eine resultierende reflektierte Lichtstärke.
2 zeigt schematisch ein weiteres Rekristallisationsbeispiel während des Bildungsvorgangs einer amorphen Markierung und eine resultierende reflektierte Lichtstärke.
3 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Positionsbeziehung zwischen einem Medium und einem optischen System zur Wiedergabe zeigt.
4 zeigt schematisch eine Beispielanordnung reflektierter Lichtstärkestufen für jeden Aufzeichnungsstufenabschnitt.
5 zeigt schematisch eine weitere Beispielanordnung reflektierter Lichtstärkestufen für jeden Aufzeichnungsstufenabschnitt.
6 zeigt schematisch noch eine weitere Beispielanordnung reflektierter Lichtstärkestufen für jeden Aufzeichnungsstufenabschnitt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm eines Beispielstrahlungsmusters eines in der Erfindung verwendeten Energiestrahls.
8 ist ein erläuterndes Diagramm eines weiteren Beispielstrahlungsmusters eines in der Erfindung verwendeten Energiestrahls.
9 ist ein erläuterndes Diagramm noch eines weiteren Beispielstrahlungsmusters eines in der Erfindung verwendeten Energiestrahls.
10 ist ein schematischer Querschnitt einer Beispielschichtstruktur in einem Medium der Erfindung.
11 ist ein schematisches Diagramm eines Vergleichs zwischen einem Beispiel für eine tatsächlich wiedergegebene Signalwellenform und einer konzeptionellen Rechteckwellenform.
12 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 1 erhalten wird.
13 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 11 mW).
14 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 12 mW).
15 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 13 mW).
16 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 14 mW).
17 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die in einem weiteren Beispiel von Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 11/10,1/5,5 mW).
18 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die in einem weiteren Beispiel von Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 12/11/6 mW).
19 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die in einem weiteren Beispiel von Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 13/11,9/6,5 mW).
20 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die in einem weiteren Beispiel von Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 14/12,8/7 mW).
21 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die in einem weiteren Beispiel von Beispiel 1 erhalten wird (Pw = 15/13,8/7,5 mW).
22 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform, die im Beispiel 2 erhalten wird.
23 ist ein erläuterndes Diagramm eines bevorzugten Beispiels für ein Strahlungsmuster eines Energiestrahls in der Erfindung.
24 ist ein erläuterndes Diagramm eines weiteren bevorzugten Beispiels für ein Strahlungsmuster eines Energiestrahls in der Erfindung.
25 ist ein erläuterndes Diagramm noch eines weiteren bevorzugten Beispiels für ein Strahlungsmuster eines Energiestrahls in der Erfindung.
26 ist eine schematische Darstellung einer Form einer amorphen Markierung und eines Vorgangs zu ihrer Bildung.
27 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
28 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
29 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
30 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
31 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
32 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 3.
33 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
34 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
35 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
36 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
37 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
38 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
39 ist eine schematische Darstellung eines Rekristallisationsvorgangs.
40 ist eine schematische Darstellung eines Rekristallisationsvorgangs.
41 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
42 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
43 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
44 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
45 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
46 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke in einem weiteren Beispiel von Beispiel 3.
47 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters eines Aufzeichnungsstrahls und einer reflektierten Lichtstärke in einer mehrstufigen Aufzeichnung von Beispiel 3.
48 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform in einem Beispiel für die mehrstufige Aufzeichnung von Beispiel 3.
49 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform in einem weiteren Beispiel für die mehrstufige Aufzeichnung von Beispiel 3.
50 ist ein Diagramm eines Strahlungsmusters und einer reflektierten Lichtstärke im Beispiel 4.
51 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform in einem Beispiel für die mehrstufige Aufzeichnung von Beispiel 4.
52 ist ein Diagramm einer Wiedergabewellenform in einem weiteren Beispiel für die mehrstufige Aufzeichnung von Beispiel 4.
Zunächst wird das erfindungsgemäße mehrstufige Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren beschrieben.
Realisiert wird das erfindungsgemäße mehrstufige Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren durch Abstrahlen eines Energiestrahls, während ein normal plattenförmiges Informationsaufzeichnungsmedium in Drehung versetzt ist, um den Ener giestrahl relativ zum Medium abtasten zu lassen. Die erfindungsgemäße mehrstufige Aufzeichnung beinhaltet das Abstrahlen eines Aufzeichnungsenergiestrahls auf ein Informationsaufzeichnungsmedium, das eine Aufzeichnungsschicht hat, die ihre Phase zwischen einem kristallinen Zustand und einem amorphen Zustand bei Bestrahlung mit dem Energiestrahl ändert, um die Aufzeichnungsschicht lokal zu schmelzen, und anschließendes Abkühlen der Aufzeichnungsschicht während eines Erstarrungsvorgangs, um eine amorphe Markierung zu bilden. Im Verlauf dieses Vorgangs entspricht ein unbeschriebener Zustand oder gelöschter Zustand dem kristallinen Zustand. In der Erfindung kommt ein Grundprinzip zur Anwendung, bei dem die Rekristallisationserscheinung, die durch Kristallwachstum in einem kristallinen Gebiet während des Bildungsvorgangs einer amorphen Markierung durch die zuvor beschriebene Abkühlung eingeleitet wird, aktiv verwendet wird, um die Fläche der amorphen Markierung zu steuern, wenn sie die Erstarrung schließlich vollendet. In dieser Hinsicht unterscheidet sich das mehrstufige Aufzeichnungs-/Widergabeverfahren der Erfindung völlig von den herkömmlichen mehrstufigen Aufzeichnungsverfahren, die in den o. g. Dokumenten beschrieben sind.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Bildungsvorgang der amorphen Markierung näher beschrieben. Hierbei gilt der kristalline Zustand als unbeschriebener Zustand. Zunächst wird ein Aufzeichnungsenergiestrahl abgestrahlt, um die Aufzeichnungsschicht lokal zu schmelzen. Danach kann das praktische Entfernen einer Wärmequelle wie durch ausreichendes Senken der Stärke des Energiestrahls das geschmolzene Gebiet als Ergebnis von Wärmeleitung zu Umfangsabschnitten in der Aufzeichnungsschicht, Wärmeleitung zu anderen Schichten, z. B. einer Schutzschicht und Reflexionsschicht in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht sowie Wärmeleitung zu anderen Stellen als der Aufzeichnungsschicht, z. B. zu einem Substrat, abkühlen. Da die Aufzeichnung normalerweise durch Bewegen des Aufzeichnungsenergiestrahls relativ zum Medium erfolgt, wird die Abkühlung eines geschmolzenen Gebiets eingeleitet, wenn sich der Energiestrahl vom geschmolzenen Gebiet wegbewegt.
Eine von allgemeinen Bedingungen für die Bildung eines amorphen Zustands lautet, daß wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit der Temperatur des geschmolzenen Gebiets je Zeiteinheit einen vorbestimmten Wert übersteigt (kritische Abkühlungsgeschwindigkeit), das geschmolzene Gebiet wieder erstarrt, während eine Zufallsanordnung von Atomen wie in einem flüssigen Zustand gewahrt bleibt. Diese kritische Abkühlungsgeschwindigkeit im Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium, das in der Erfindung verwendet wird, beträgt schätzungsweise 1 bis 100 Kelvin/Nanosekunde. Liegt die Abkühlungsgeschwindigkeit des gesamten geschmolzenen Gebiets unter der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit, kann die schnelle Abkühlung das gesamte Gebiet rekristallisieren.
Die Erfindung bewirkt die Rekristallisation während der Erstarrung des geschmolzenen Gebiets und nutzt sie aktiv. Das heißt, die Erfindung macht aktiven Gebrauch von der Rekristallisationsfähigkeit der Aufzeichnungsschicht während des Schmelz-/Erstarrungsvorgangs und beseitigt dadurch die Notwendigkeit des getrennten Rekristallisierens eines Teils der amorphen Markierung, der bereits erstarrt ist und gebildet wurde, beim Steuern der Größe der Markierung. Sie steuert nicht die Fläche einer amorphen Markierung, indem sie nur die Fläche des geschmolzenen Gebiets steuert. Allerdings kann die Erfindung einhergehen mit einer Operation zum teilweisen Kristallisieren der bereits gebildeten amorphen Markierung durch Verwendung eines separaten Energiestrahls oder durch die Operation zum Steuern der Fläche des geschmolzenen Gebiets.
In der Erfindung ist der kristalline Zustand als unbeschriebener Zustand zugrunde gelegt, weshalb sich der Umfangsabschnitt des geschmolzenen Gebiets normalerweise in einem kristallinen Zustand befindet, so daß Rekristallisation während der Wiedererstarrung normalerweise vom kristallinen Umfangsgebiet aus fortschreitet. In der Erfindung bestimmt ein Konkurrenzausgleich zwischen der Kristallwachstumsgeschwindigkeit im kristallinen Umfangsgebiet und der Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets die Größe eines rekristallisierten Gebiets im Umfangsabschnitt. In der Erfindung wird die Erscheinung, bei der das geschmolzene Ge biet während seines Wiedererstarrungsvorgangs rekristallisiert, als "Selbstrekristallisation" bezeichnet.
1 zeigt schematisch, wie die Rekristallisation während des Bildungsvorgangs einer isolierten amorphen Markierung auftritt, und eine reflektierte Lichtstärke. 2 zeigt schematisch, wie die Rekristallisation während des Bildungsvorgangs einer kontinuierlichen amorphen Markierung eingeleitet wird, wobei nur die Breite des rekristallisierten Gebiets geändert wird, und eine reflektierte Lichtstärke. In 1 und 2 sind ein Gebiet 1 im unbeschriebenen kristallinen Zustand (kristallisiertes Anfangsgebiet) und ein Gebiet 2 in dem durch die Selbstrekristallisation gebildeten kristallinen Zustand (rekristallisiertes Gebiet) der Zweckmäßigkeit halber in unterschiedlichen Mustern oder Schattierungen dargestellt. Streng genommen sind die beiden o. g. kristallinen Zustände im Hinblick auf Kristallwachstumsgröße und Orientierung möglicherweise oft nicht gleich. In der Erfindung sind diese beiden kristallinen Zustände vorzugsweise optisch nicht unterscheidbar, da selbst eine geringe Differenz der reflektierten Lichtstärke infolge der kristallinen Zustandsdifferenz Rauschen im Wiedergabesignal verursachen kann. Somit sollten die reflektierten Lichtstärken der beiden kristallinen Zustände in einem Bereich von ±30%, stärker bevorzugt ±10%, angepaßt sein.
Wie zuvor beschrieben, werden die Größen des rekristallisierten Gebiets 2 und der amorphen Markierung 3 durch den Ausgleich zwischen der Kristallwachstumsgeschwindigkeit in einem durch die Abstrahlung eines Energiestrahls geschmolzenen Gebiet und der Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets bestimmt. Durch Steuern dieses Ausgleichs werden somit in der Erfindung amorphe Markierungen mit unterschiedlichen Breiten und Längen gemäß (I) bis (IV) in 1(a) gebildet, und kontinuierliche amorphe Markierungen mit einer sich ändernden Breite bezogen auf die Strahlabtastrichtung werden gemäß 2(a) gebildet.
Zu den Verfahren zum Steuern der Größe der amorphen Markierung beim Abtasten des Aufzeichnungsenergiestrahls über das Medium gemäß 1(a) und 2(a) gehören eines, das die Breite der amorphen Markierung bezogen auf die Abtastrichtung ändert (1(a) und 2(a)), und eines, das die Länge der amorphen Markierung bezogen auf die Abtastrichtung ändert (1(a)). Im erstgenannten Fall sollte die Breite der amorphen Markierung vorzugsweise kleiner als die Breite des Wiedergabelichtstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche im Hinblick auf die Abtastrichtung an jeder der mehrstufigen Aufzeichnungsstufen eingestellt sein. Im letztgenannten Fall sollte die Länge der amorphen Markierung vorzugsweise kleiner als die Länge des Wiedergabelichtstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche im Hinblick auf die Abtastrichtung an jeder der mehrstufigen Aufzeichnungsstufen eingestellt sein. Als Ergebnis kann eine korrekte mehrstufige Wiedergabe erfolgen. Im erstgenannten Fall erhöht aber eine zu kleine amorphe Markierung Nebensprechen, weshalb die amorphe Markierungsbreite normalerweise auf mindestens die Hälfte der Breite des Wiedergabelichtstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche im Hinblick auf die Abtastrichtung eingestellt ist.
In jedem Fall nimmt die Stärke von Licht, das vom Strahlungsgebiet des Wiedergabelichtstrahls reflektiert wird (dem Gebiet innerhalb der Umrißlinie 4 des Wiedergabelichtstrahls in 1 und 2), in der Erfindung vielfältige Werte gemäß der optischen Kennwertdifferenz zwischen dem amorphen Gebiet innerhalb des Bestrahlungsgebiets mit der amorphen Markierung 3 und dem kristallinen Gebiet 2 innerhalb des Bestrahlungsgebiets mit dem kristallisierten Anfangsgebiet und dem rekristallisierten Gebiet sowie ihren Flächen an.
Die Anzahl amorpher Markierungen im Strahlungsgebiet (Fleck) des Wiedergabelichtstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche braucht nur eine endliche Zahl zu sein, d. h. eins oder mehrere. Liegen zwei oder mehr amorphe Markierungen im Fleck, können sie insgesamt als ein Aufzeichnungsstufenabschnitt gelten, und eine einzelne reflektierte Lichtstärkestufe kann von einem Strahlungsgebiet erzeugt werden. Alternativ können individuelle amorphe Markierungen jeweils zugrunde gelegt werden, um einen Aufzeichnungsstufenabschnitt zu repräsentieren, und die reflektierte Lichtstärkestufe kann von jedem der Abschnitte erzeugt werden. Der letztgenannte Fall entspricht einem, in dem die räumliche Länge eines Aufzeichnungsstufenabschnitts kleiner als die Größe des Flecks ist. Für die Realisierung einer erhöhten Dichte ist dies bevorzugt.
Die Größe der amorphen Markierung ist normalerweise auf mindestens 0,01 nm eingestellt. Eine zu kleine amorphe Markierung kann zu einem Stabilitätsverlust führen. Andererseits sollte die Größe der amorphen Markierung normalerweise höchstens 10 μm betragen. Ist die Markierung zu groß, wird es schwierig, eine höhere Dichte zu erreichen.
Wird das geschmolzene Gebiet oder die amorphe Markierung in einem Aufzeichnungsstufenabschnitt in einem solchen Maß diskontinuierlich, daß die Markierung durch den Wiedergabelichtstrahl als zwei diskrete Markierungen optisch unterschieden werden kann, geht möglicherweise eine zufriedenstellende Wiedergabe verloren. Allerdings ist es möglich, aktiven Gebrauch von der Diskontinuität, die nur unter der Grenze des optischen Auflösungsvermögens detektierbar ist, beim Einstellen der mittleren reflektierten Lichtstärke zu machen. Die Größe der amorphen Markierung im Aufzeichnungsstufenabschnitt braucht nicht konstant zu sein, sondern kann variieren, solange die Variationen unter der optischen Auflösungsfähigkeit (Grenze) liegen. Die einzige Forderung lautet, daß die amorphe Markierung eine gleichmäßige reflektierte Lichtstärke in einem optisch unterscheidbaren Bereich bildet. Grund dafür ist folgender: Ist die Markierung in einem Grad diskontinuierlich oder ungleichmäßig, der ausreichend kleiner als die optische Auflösungsfähigkeit (Grenze) des Wiedergabelichtstrahls ist, wird die Stärke des Wiedergabelichts im Wiedergabelichtstrahl vergleichmäßigt. Die amorphe Markierung wird als größendiskontinuierlich oder -ungleichmäßig bestimmt, wenn sie kleiner als der Durchmesser r_b des Wiedergabelichtstrahls ist. Sei konkreter gesagt λ die Wellenlänge des Widergabelichtstrahls und NA eine numerische Apertur der fokussierenden Objektivlinse, muß die Größe kleiner als etwa 0,5 λ/NA, insbesondere 0,1 λ/NA, sein, damit die amorphe Markierung als diskontinuierlich oder ungleichmäßig bestimmt wird.
Zur Aufzeichnung wird normalerweise ein fokussierter Energiestrahl verwendet, d. h. ein Lichtstrahl oder Elektronenstrahl kommt zum Einsatz. Vorzugsweise wird ein Lichtstrahl verwendet. Die Größe des Strahls beträgt normalerweise höchstens 2 μm, stärker bevorzugt höchstens 1 μm, auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche. Ein zu großer Strahldurchmesser erschwert eine Dichteverbesserung. Das Lesen erfolgt am leichtesten und vorzugsweise durch ein Verfahren auf der Grundlage der Detektion einer reflektierten Lichtstärkedifferenz. Der Wiedergabestrahlfleck ist vorzugsweise etwa so groß oder etwas größer als die amorphe Markierungsgröße, vorzugsweise die Markierungsbreite. Da das reflektierte Licht sowohl durch die amorphe Markierung selbst als auch das kristalline Umfangsgebiet infolge der optischen Auflösungsfähigkeit (Grenze) beeinflußt wird, nähert sich die reflektierte Lichtstärke der, die man erhält, wenn sich die gesamte Oberfläche im amorphen Zustand befindet, wenn das Verhältnis der amorphen Markierung im Wiedergabelichtstrahlfleck zunimmt.
Das heißt, in einem schematischen Querschnitt von 3, der die Positionsbeziehung zwischen einem Medium und einem optischen Lesesystem veranschaulicht, wird die reflektierte Lichtstärke des Leselichtstrahls in der Detektion durch einen Lichtdetektor 30 bestimmt durch das Flächenverhältnis zwischen dem kristallinen Gebiet (Summe aus Gebiet 1 und Gebiet 2) im fokussierten Lichtstrahlfleck und dem amorphen Gebiet (amorphe Markierung 3) im Fleck. Grundsätzlich erhält man die reflektierte Lichtstärke durch Integrieren der reflektierten Lichtstrahlen von jedem Punkt im Strahlfleck, die durch das Objektiv fokussiert wurden. Die Interferenz infolge von Phasendifferenz zwischen dem reflektierten Licht vom kristallinen Zustand und dem reflektierten Licht vom amorphen Zustand wird beim Bestimmen der Summe des reflektierten Lichts berücksichtigt, das zum Objektiv 20 zurückkehrt. Auf der Grundlage dieser Summe wird ein Wiedergabesignal 40 erhalten. Wichtig bei der mehrstufigen Aufzeichnung in der Erfindung ist eine präzise Steuerung des Flächenverhältnisses zwischen dem kristallinen Gebiet und dem amorphen Gebiet im Lesestrahlfleck, um so eine gewünschte reflektierte Lichtstärke zu erhalten. Ist hierbei der Leselichtstrahl ein Gaußscher Strahl, z. B. ein Laserstrahl, ist sein Durchmesser r₀ als Position festgelegt, an der die Stärke mit 1/e² von der Stärke in Strahlmitte abnimmt.
Beim Vereinfachen der Vorrichtung ist bevorzugt, daß der Aufzeichnungsenergiestrahl und der Wiedergabeenergiestrahl beide Lichtstrahlen sind, insbesondere solche mit einem Fleckdurchmesser auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche von höchstens 2 μm. Diese Energiestrahlen ermöglichen die Anwendung der Phasenänderungs-Aufzeichnungstechnologie mit Hilfe der Modulation zwischen den herkömmlichen zweiwertigen kristallinen/amorphen Stufen.
Die für einen Lichtstrahl verwendete Lichtquelle ist normalerweise ein Laserstrahl, insbesondere ein Halbleiterlaserstrahl. In diesem Fall kommt vorzugsweise ein Gaußscher Strahl in der Fokussierung durch ein Objektiv mit einer NA (numerischen Apertur) von mindestens 0,4 zum Einsatz. Die Lichtstrahlen für das Lesen und Schreiben haben die gleichen Wellenlängen, und der Halbleiterlaser verwendet gewöhnlich eine Wellenlänge von etwa 600 bis 800 nm. Zwecks höherer Dichte ist es vorteilhaft, eine kürzere Wellenlänge und eine höhere NA zu verwenden, und ein blauer Laser mit einer Wellenlänge von rund 400 nm und ein optisches Nahfeldsystem mit einer NA von mindestens 1,0 können zum Einsatz kommen. Beim Gebrauch eines Laserstrahls kann eine Hochfrequenz überlagert sein, um Rauschen zu steuern.
Die Form des Flecks des fokussierten Gaußschen Lichtstrahls ist normalerweise elliptisch. Wird in der Erfindung ein elliptischer Strahl zum Schreiben und/oder Lesen verwendet, ist die Hauptachse der Ellipse vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Strahlabtastrichtung eingestellt. Dies kann die Markierungslänge reduzieren und dadurch eine erhöhte Dichte realisieren und zudem den Steuerbereich der Breite der amorphen Markierung vergrößern.
Der zuvor beschriebene elliptische Lichtstrahl erhöht die optische Auflösungsfähigkeit (Grenze) in Strahlabtastrichtung, was wiederum die Trennung zwischen einzelnen Auf zeichnungsstufen erleichtert und die Länge jedes Aufzeichnungsstufenabschnitts verkürzt.
In der folgenden Erläuterung wird angenommen, daß der gleiche fokussierte Lichtstrahl sowohl für Schreib- als auch für Leseoperationen verwendet wird, sofern nichts anderes ausdrücklich angegeben ist.
Ist die Aufzeichnungsschicht mit einer Schutzschicht kombiniert, um das Aufzeichnungsmedium in einer Mehrschichtstruktur zu bilden, ist die reflektierte Lichtstärke vom amorphen Zustand durch die Mehrschichtstruktur niedriger als die des kristallinen Zustands, obwohl die scheinbare reflektierte Lichtstärke vom amorphen Zustand und kristallinen Zustand in gewissem Maß beliebig geändert sein kann. Daher ändert sich die reflektierte Lichtstärke gemäß 1(b) und 2(b) in Abhängigkeit davon, ob die Länge oder Breite der amorphen Markierung gemäß 1(a) und 2(a) groß oder klein ist. Durch Steuern der reflektierten Lichtstärke mit einer zwei übersteigenden endlichen Anzahl von Stärkestufen kann die mehrstufige Aufzeichnung mit drei oder mehr Aufzeichnungsstufen durchgeführt werden. Eine bevorzugte Anzahl von Aufzeichnungsstufen beträgt mindestens vier. Eine zu große Anzahl von Stufen anzuwenden ist unrealistisch, und ihr Normalbereich beträgt höchstens 100, stärker bevorzugt höchstens 50. Eine Signalamplitude (Änderungsamplitude der reflektierten Lichtstärke), die durch Zugrundelegung der reflektierten Lichtstärke des kristallinen Zustands als Bezug normalisiert ist, ist als Modulation definiert. Hierbei sei angenommen, daß die stärkste reflektierte Lichtstärke Rc und die schwächste Ra ist. Bevorzugt ist, daß der Rc-Wert als Darstellung des gelöschten Zustands einen reflektierten Lichtstärkewert Rc₀ verwendet, der erhalten wird, wenn sich das gesamte Gebiet im Strahlfleck beim Lesen in einem kristallinen Zustand befindet (im folgenden kann diese Stufe als kristalline Stufe bezeichnet sein), da dies die stabilste Stärke als Bezug für das reflektierte Licht ist. In diesem Fall ist die Modulation vorzugsweise auf mindestens 0,5 eingestellt, um die reflektierten Lichtstärkestufen klarer unterscheidbar zu machen.
In der Erfindung ist die tatsächlich wiedergegebene Signalwellenform nicht unbedingt eine perfekte Rechteckwelle gemäß 1(b) und 2(b). Zum Beispiel ist in einer Konzeptdarstellung von 11, die eine Ist-Signalwellenform 111 und eine konzeptionelle Rechteckwellenform 112 zum Vergleich darstellt, die tatsächlich wiedergegebene Signalwellenform aufgrund des optischen Auflösungsgrenzwerts des Wiedergabelichtstrahls normalerweise nicht scharf ausgeprägt bzw. "abgestumpft", was die Signalwellenform 111 zeigt. Im folgenden wird ein Mehrfachstufendetektionsprinzip auf der Grundlage von Rechteckwellenformen erläutert, das nicht die "Abstumpfung" der Wellenformen berücksichtigt.
In der Erfindung gibt es die folgenden beiden möglichen Aufzeichnungsverfahren je nach dem, wie der Aufzeichnungsstufenabschnitt festgelegt ist.
Das erste Verfahren besteht darin, stets einen Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitt zu haben, der zwischen Aufzeichnungsstufenabschnitten angeordnet ist, die die entsprechenden reflektierten Lichtstärkestufen darstellen, so daß die reflektierte Lichtstärke, die jeder amorphen Markierung entspricht, eine Mehrfachstufe hat. Normalerweise verwendet der Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitt die kristalline Stufe als seine reflektierte Lichtstärkestufe.
4 und 5 sind schematische Diagramme einer Beispielanordnung reflektierter Lichtstärkestufen für jeweilige Aufzeichnungsstufenabschnitte gemäß dem ersten Verfahren. In jedem Diagramm gibt es acht reflektierte Lichtstärkestufen, Stufe 0, Stufe 1, ..., Stufe 7, in abnehmender Größenordnung. Stufe 0 stellt eine kristalline Stufe dar. Zwischen den benachbarten Aufzeichnungsstufenabschnitten T₁ bis T₈ liegt stets eine kristalline Stufe als Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitt. Das heißt, in einem Übergangsraum von einem Aufzeichnungsstufenabschnitt zum anderen, ist stets ein Aufzeichnungsstufenabschnitt vorgesehen, der dem kristallinen Zustand entspricht. In diesem Fall sind die amorphen Markierungen isoliert und vom kristallinen Zustandsgebiet umschlossen.
Im Fall von 4 ist die Länge jedes Aufzeichnungsstufenabschnitts konstant auf eine Bezugslänge T eingestellt, um die Detektion vorteilhaft erleichtern zu können.
Die Verwendung des Verfahrens gemäß 4 kann die Einflüsse der durch die optische Auflösungsfähigkeit (Grenze) verursachten "abgestumpften" Wellenform mildern, und durch einmalige Rückkehr zur Bezugsstufe vor dem Übergang zur nächsten Mehrfachstufe reduziert sie das Problem, daß ein genauer Rekristallisationsvorgang durch die Wärmeleitung der vorher und nachher gebildeten amorphen Markierungen gestört wird. Allerdings ist es schwierig, die Aufzeichnungsdichte zu verbessern. Zum Erhöhen der Aufzeichnungsdichte kann die mehrstufige Aufzeichnung durchgeführt werden, indem das Intervall zwischen isolierten Wellenformspitzen in einem Bereich einer Ganzzahl mal der Bezugslänge T geändert wird und indem zwei Variablen verwendet werden: ein Spitze-zu-Spitze-Intervall LT (L ist eine von n Ganzzahlen) und eine Aufzeichnungsstufe, die in m Schritten geändert werden kann.
Dieses Verfahren läßt sich zu einem allgemeineren Verfahren erweitern, das die isolierte Spitzenwellenform in eine Trapezwellenform mit einer Länge LT ändert und die Länge der Markierung und/oder des Zwischenraums moduliert, um die Modulation der amorphen Markierung in einer Mehrfachstufe während der allgemeinen Markierungslängenaufzeichnung darzustellen, was 5 zeigt. Das heißt, in diesem Verfahren ist eine Bezugs-Aufzeichnungsstufe stets zwischen den Aufzeichnungsstufenabschnitten angeordnet; die Aufzeichnungsstufenabschnitte sind durch Trapezwellenformen mit n unterschiedlichen Längen dargestellt; und die Länge des Trapezabschnitts und/oder die Länge des zwischen den Trapezabschnitten angeordneten Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitts wird moduliert. In 5 haben die Aufzeichnungsstufenabschnitte T₁ bis T₃ Längen mit Ganzzahlen mal dem Bezugsabschnitt T (3T, 5T und 3T in dieser Reihenfolge), und die Längen dieser Rechteckaufzeichnungsabschnitte sowie die Längen der zwischen den Aufzeichnungsabschnitten vorhandenen kristallinen Stufenabschnitte werden moduliert.
Das o. g. erste Verfahren durchläuft immer die Bezugs-Aufzeichnungsstufe, wenn es sich von einer Aufzeichnungsstufe zur anderen bewegt. Als Ergebnis können genaue Markierungen gebildet werden.
Um weitere Verbesserungen der Aufzeichnungsdichte vorzunehmen, wird vorzugsweise ein zweites Verfahren verwendet, bei dem gemäß 6 ein kontinuierlicher Übergang von einem Aufzeichnungsstufenabschnitt in Entsprechung zu einer reflektierten Lichtstärkestufe zu einem weiteren Abschnitt durchgeführt wird, ohne den Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitt zu durchlaufen.
6 ist ein schematisches Diagramm einer Beispielanordnung reflektierter Lichtstärkestufen für einzelne Aufzeichnungsstufenabschnitte gemäß dem zweiten Verfahren. Hierbei handelt es sich um acht reflektierte Lichtstärkestufen, Stufe 0, Stufe 1, ..., Stufe 7, in abnehmender Größenordnung. Stufe 0 repräsentiert eine kristalline Stufe. In den Aufzeichnungsstufenabschnitten T₁ bis T₂₃ erfolgt ein kontinuierlicher Übergang von einem Aufzeichnungsstufenabschnitt zum nächsten benachbarten Aufzeichnungsstufenabschnitt, ohne die Bezugs-Aufzeichnungsstufe zu durchlaufen. In 4 und 5 wird die kristalline Stufe für den Bezugs-Aufzeichnungsstufenabschnitt verwendet, und auch in 6 gibt es Aufzeichnungsstufenabschnitte mit der kristallinen Stufe. Allerdings unterscheidet sich das Verfahren von 6 vom Verfahren von 4 und 5 dadurch, daß die kristalline Stufe als eine Aufzeichnungsstufe genauso wie andere Aufzeichnungsstufen behandelt wird und daß der Stufenübergang nicht unbedingt die kristalline Stufe durchläuft.
Das zweite Verfahren hat den Vorteil, eine Aufzeichnung mit höherer Dichte durchführen zu können. Gleichwohl sollte beachtet werden, daß die Größe der amorphen Markierung genauer als im ersten Verfahren gesteuert werden muß.
Das Verfahren zum Bestimmen der reflektierten Lichtstärkestufe beinhaltet normalerweise das Aufteilen eines vorbestimmten Bereichs der reflektierten Lichtstärke in m Teilbereiche (m > 1) und Prüfen, zu welchem Teilbereich eine erhaltene reflektierte Lichtstärke gehört. In diesem Fall ist es beim Erhöhen des Dynamikbereichs erwünscht, die m Teilbereiche so einzustellen, daß der Teilbereich mit der stärksten reflektierten Lichtstärke im vorbestimmten Bereich die stärkste reflektierte Lichtstärke Rc im Medium aufweist und daß der Teilbereich mit der schwächsten reflektierten Lichtstärke im vorbestimmten Bereich die schwächste reflektierte Lichtstärke Ra im Medium aufweist.
Die reflektierte Lichtstärkenbreite Δi (i ist eine Ganzzahl von 1 bis m) jedes Teilbereichs ist vorzugsweise auf die gleiche Größe für jedes i eingestellt, da dies die Wiedergabevorrichtung vereinfachen kann. Beispielsweise kann ein bevorzugtes Stufenentscheidungsverfahren gemäß 4 bis 6 m Teilbereiche mit gleichen reflektierten Lichtstärkebreiten Δ von Δ = (Rc – Ra)/(m – 1) vorsehen, die an Grenzen (Rc – kΔ) ± 1/2Δ (k ist eine Ganzzahl von 0 bis m – 1) getrennt sind, und kann prüfen, zu welchem dieser Teilbereiche eine erhaltene reflektierte Lichtstärke gehört. Ferner ist zu beachten, daß es mit größerem rekristallisiertem Gebiet, d. h. höherer reflektierter Lichtstärke des Aufzeichnungsstufenabschnitts, schwieriger wird, den Rekristallisationsvorgang zu steuern. Somit ist es beim Erhöhen der Redundanz für Variationen der reflektierten Lichtstärke, die durch Rekristallisationsschwankungen verursacht werden, wirksam, einen größeren Δi-Wert einzustellen, je näher das Gebiet an Rc liegt.
Beim Lesen ist bevorzugt, synchron zum Aufzeichnungsstufenabschnitt zu bestimmen, zu welcher reflektierten Lichtstärkestufe die reflektierte Lichtstärke R gehört. Dazu ist eine Taktdetektionsmarkierung für jede vorbestimmte Anzahl von Aufzeichnungsstufenabschnitten vorzugsweise aufgezeichnet. Die reflektierte Lichtstärke dieser Taktdetektionsmarkierung kann jeden Wert zwischen Ra und Rc haben. Alternativ ist sie vorzugsweise außerhalb des Bereichs von Rc bis Ra festgelegt. Um ferner eine Beeinflussung durch die Wellenformabstumpfung der benachbarten amorphen Markierungen zu vermeiden, sollte die Länge der gebildeten amorphen Markierung vorzugsweise etwas länger als nötig eingestellt sein.
Im folgenden wird das Strahlungsmuster des Aufzeichnungsenergiestrahls beschrieben, das die genaue Steuerung der amorphen Markierungsgröße zur Realisierung der zuvor beschriebenen mehrstufigen Aufzeichnung ermöglicht.
Ist die Größe des Aufzeichnungsenergiestrahls konstant und wird seine Stärke moduliert, richtet sich die Größe der amorphen Markierung hauptsächlich nach den folgenden beiden Faktoren.

(1) Fläche des geschmolzenen Gebiets, das den amorphen Markierungszustand bildet: Ist der Aufzeichnungsenergiestrahl stark, wird die Temperatur der Aufzeichnungsschicht hoch, was zu einer vergrößerten Fläche des geschmolzenen Gebiets führt.
(2) Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets: Die Fläche des rekristallisierten Gebiets beim Wiedererstarren des geschmolzenen Gebiets wird durch die Abkühlungsgeschwindigkeit im Wiedererstarrungsvorgang bestimmt. Je höher die Abkühlungsgeschwindigkeit ist, um so schmaler ist das rekristallisierte Gebiet.

In der Erfindung werden beim Bilden einer amorphen Markierung vorzugsweise mindestens zwei Strahlen mit unterschiedlichen Leistungen, einer großen und einer kleinen, verwendet, statt einen Aufzeichnungsenergiestrahl mit einer einzelnen Leistung abzustrahlen, wobei die Größen und Strahlungszeiten dieser Strahlen so gesteuert werden, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit des in der Aufzeichnungsschicht gebildeten geschmolzenen Gebiets eingestellt wird, d. h. die Größen eines oder mehrerer rekristallisierter Gebiete.
Konkreter gesagt ist bevorzugt, daß ein Teil oder die gesamte Strahlungszeit des Aufzeichnungsenergiestrahls in einem Aufzeichnungsstufenabschnitt in einen oder mehrere Aufzeichnungsimpulsabschnitte, in deren Verlauf ein Strahl mit einer ausreichend starken Leistung Pw zum Schmelzen der Aufzeichnungsschicht abgestrahlt wird, und einen oder mehrere Unterbrechungsabschnitte aufgeteilt wird, in deren Verlauf ein Strahl mit einer schwachen Leistung abgestrahlt wird.
In diesem Fall werden die Leistung Pw und die Strahlungszeitdauer Tw in den Aufzeichnungsimpulsabschnitten so betrachtet, daß sie die Größe des geschmolzenen Gebiets steu ern, und die Leistung Pb sowie die Zeitdauer Tb in den Unterbrechungsabschnitten werden so betrachtet, daß sie die Abkühlungsgeschwindigkeit steuern. Durch Ändern des Strahlungsmusters mit Pw, Pb, Tw, Tb, der Anzahl von Aufzeichnungsimpulsabschnitten und der Anzahl von Unterbrechungsabschnitten wird die Größe der amorphen Markierung gesteuert. 7 zeigt Strahlungsmuster des Energiestrahls in einem Aufzeichnungsstufenabschnitt T. In jedem Fall von 7(a), 7(b) und 7(c) hat ein Aufzeichnungsstufenabschnitt T mehrere Aufzeichnungsimpulsabschnitte und Unterbrechungsabschnitte, um eine präzisere Steuerung der amorphen Markierungsbreite zu ermöglichen.
7(a) stellt einen Fall dar, in dem drei Leistungen Pw, Pb, Pe zur Bildung einer amorphen Markierung verwendet werden. Pw ist eine ausreichend starke Leistung, um die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen, und Pb ist eine Leistung, die die Aufzeichnungsschicht nicht über den Schmelzpunkt erwärmt (Pw > Pb). Pb hängt insbesondere mit der Abkühlungsgeschwindigkeit zusammen. Mit einem geringeren Pb-Wert läßt sich die Abkühlungsgeschwindigkeit erhöhen. Die Bedingung zur Erzeugung einer guten Abkühlungswirkung lautet normalerweise Pb ≤ 0,5Pe, vorzugsweise Pb ≤ 0,2Pe. Normalerweise beträgt Pb höchstens 2 mW, kann aber auch auf null eingestellt sein, solange dies kein Problem für das Fokussier- und Spurfolgesystem aufwirft. Stärker bevorzugt ist Pb gleich der Leistung des Leselichtstrahls Pr eingestellt. Pe ist eine Leistung, die zum vollständigen Rekristallisieren der amorphen Markierung notwendig ist, und normalerweise in einem Bereich von 0,3 ≤ Pe/Pw ≤ 1,0 eingestellt. Ein zu hoher Pe-Wert macht den geschmolzenen Abschnitt der Aufzeichnungsschicht zu groß, um rekristallisiert zu werden, wodurch schließlich eine amorphe Markierung gebildet wird. Praktisch ist Pe eine Leistung, um die Aufzeichnungsschicht über die Kristallisationstemperatur in der Festphase nahe dem Schmelzpunkt zu erwärmen. Hierbei wird Pe verwendet, um die reflektierte Lichtstärkestufe des kristallinen Zustands zu erreichen, und dient nicht dazu, einen Teil der vorherigen amorphen Markierung zu rekristallisieren, die bereits gebildet wurde. Die Rekristallisation selbst wird streng durch die Selbstrekristallisation in der Steuerung wie durch Pb realisiert. 7 repräsentiert einen Fall, in dem die Größe der amorphen Markierung durch ausschließliches Ändern von Pb im Strahlungsmuster des Aufzeichnungsenergiestrahls gesteuert wird. Bewegt sich in der Darstellung der Strahl vom linken Aufzeichnungsstufenabschnitt zum rechten Aufzeichnungsstufenabschnitt, steigt Pw auf Pw' und Pw''. Wenn Pw in diesem Fall zunimmt, sinkt die Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets, so daß die amorphen Markierungen zum rechten Aufzeichnungsstufenabschnitt in der Zeichnung verkleinert werden können.
Der erste und die anschließenden Impulse lassen sich differenzieren, indem der Pw-Wert nur des ersten Impulses auf einen erhöhten Wert eingestellt wird (7(b)). Alternativ kann Pb nur am hinteren Ende der Markierung verringert werden, um die Zwischenunterbrechungsabschnitte und den Unterbrechungsabschnitt am hinteren Ende der Markierung zu differenzieren (7(c)). Diese Verfahren sind beim Einstellen der hinteren Endformen der Markierungen wirksam. Soll der Einfluß der thermischen Interferenz von den Markierungen vor und nach einer Aufzeichnungsstufenmarkierung kompensiert werden, ist das Einstellen von Pw des ersten Impulses am vorderen Ende der Markierung und von Pb des letzten Unterbrechungsabschnitts am hinteren Ende der Markierung gemäß der vorherigen und anschließenden Aufzeichnungsstufe beim Verkürzen der Länge der Markierung, d. h. der Länge eines Aufzeichnungsstufenabschnitts T, wirksam, um die Dichte zu erhöhen.
Um die kristalline Stufe zu erzeugen, braucht nur ein Strahl mit einer Löschleistung Pe abgestrahlt zu werden. Eine genauere Steuerung kann erhalten werden, indem nicht nur PE über den gesamten Abschnitt T abgestrahlt wird, sondern auch Abschnitte mit unterschiedlichen Leistungen am vorderen und hinteren Ende der Markierung vorgesehen werden.
Um die Größe der amorphen Markierung zu ändern, können die Werte von Pb und Pw geändert oder die Werte von Tb und Tw ebenfalls geändert werden. Letzteres ist bevorzugt, da es einfacher ist, die Zeit zu ändern.
Obwohl das Beispiel von 7 die Löschleistung Pe zusätzlich zu den beiden Leistungen Pb und Pw nutzt, kann die Erfindung die mehrstufige Aufzeichnung durch aktives Verwenden der "Selbstrekristallisation" realisieren, indem nicht die Leistung Pe verwendet wird und indem eine Modulation zwischen der Leistung Pw, die die Aufzeichnungsschicht schmilzt, und der Bias-Leistung Pb durchgeführt wird, die den Temperaturanstieg in der Aufzeichnungsschicht auf einen Wert unter der Kristallisationstemperatur in der Festphase begrenzt. Als Ergebnis läßt sich die Steuerschaltung für die Aufzeichnungsleistung weiter vereinfachen. Dies ist mit der Einstellung Pe = Pw in 7(a), (b) und (c) identisch. Auch in diesem Fall werden Pw und Tw so betrachtet, daß sie die Fläche des geschmolzenen Gebiets steuern, und Pb und Tb werden so betrachtet, daß sie die Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets während des Erstarrungsvorgangs steuern. Beispielsweise bewirkt das gleichmäßige Abstrahlen nur der Leistung Pw über einen Aufzeichnungsabschnitt, daß das gesamte geschmolzene Gebiet durch die Selbstrekristallisation kristallisiert wird, wodurch die kristalline Stufe erzeugt wird.
Im o. g. Fall ist Pb vorzugsweise niedrig auf einer Stufe, die praktisch keine physikalische Änderung der Aufzeichnungsschicht bewirkt. Normalerweise ist sie in einem Bereich von 0 ≤ Pb ≤ 0,2Pw eingestellt. Stärker bevorzugt ist sie im wesentlichen gleich der Leseleistung Pr eingestellt. Insbesondere ist sie vorzugsweise auf 0 ≤ Pb ≤ 2 mW eingestellt. Beim Überschreiben ist es notwendig, alle Gebiete unabhängig vom EIN/AUS-Zustand von Pw einmal zu schmelzen, weshalb eine länger als notwendige Einstellung des Aus-Impulsabschnitts Pb nicht so bevorzugt ist. Die Länge des Unterbrechungsabschnitts Tb ist vorzugsweise gleich oder kleiner als der annähernde Energiestrahldurchmesser.
8 zeigt ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Strahlungsmuster des Energiestrahls. In 8 ist der Aufzeichnungsimpulsabschnitt im Aufzeichnungsstufenabschnitt T in n Teilabschnitte aufgeteilt (Zeitspannen dieser Teilabschnitte sind Tw₁, Tw₂, ..., Tw_n), von denen jeder von einem Unterbrechungsteilabschnitt gefolgt wird (Zeitspannen dieser Unterbrechungsteilabschnitte sind Tb_l, Tb₂, ..., Tb_n). In 8(a) sind die Wiederholungszyklen der Aufzeichnungsimpuls teilabschnitte und der Unterbrechungsteilabschnitte gleich eingestellt. In 8(b) ist das Verhältnis zwischen den Aufzeichnungsimpulsteilabschnitten und den Unterbrechungsteilabschnitten gegenüber dem von 8(a) geändert. 8(c) stellt ein Beispiel dar, in dem der Wiederholungszyklus ebenfalls geändert ist. Auch im Fall von 8 kann der Strahl durch Ersetzen von Pe durch Pw gemäß der früheren Beschreibung abgestrahlt werden.
Während in der Erfindung die Längen Tw der Aufzeichnungsimpulsteilabschnitte und die Längen Tb der Unterbrechungsteilabschnitte für jeden Impuls- und Unterbrechungsabschnitt geändert werden können, ist es wirksam, nur das vordere und hintere Ende der Markierung voneinander unterschiedlich zu machen, was 8(d) zeigt. Das heißt, nur der erste Aufzeichnungsimpulsteilabschnitt wird etwas länger als andere eingestellt, indem Tw₁ > Tw₂ = Tw₃ = Tw₄ = ... = Tw_n eingestellt wird, und nur der letzte Unterbrechungsteilabschnitt wird etwas länger als andere eingestellt, indem Tb_n > Tb_l = Tb₂ = Tb₃ = ... = Tb_n-1 eingestellt wird. Dies ist vorteilhaft, da es ermöglicht, das vordere und hintere Ende der Markierung genauer zu steuern. Eine Einstellung der Länge des Aufzeichnungsimpulsteilabschnitts und der Länge des Unterbrechungsteilabschnitts am vorderen und hinteren Ende der Markierung, um den Einfluß thermischer Interferenz von der vorherigen und nachfolgenden Markierung zu kompensieren, ist beim Verkürzen der Markierungslänge, d. h. eines Aufzeichnungsstufenabschnitts T, und dadurch beim Erhöhen der Dichte wirksam.
9 zeigt ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Strahlungsmuster des Energiestrahls. Das Strahlungsmuster von 9 wird durch eine Kombination der Aufzeichnungsleistungssteuerung von 7 und der Steuerung der Aufzeichnungsimpulsabschnittslänge/Unterbrechungsabschnittslänge von 8 erzeugt. Wirksam ist eine solche komplexe Steuerung beim Durchführen von Korrekturen gemäß der vorherigen und nachfolgenden Aufzeichnungsstufe, wenn die Markierungslänge verkürzt ist. Insbesondere im Fall des zweiten Verfahrens, das einen kontinuierlichen Übergang von jeder Aufzeichnungsstufe durchführt, besteht ein erheblicher Einfluß thermischer Interferenz von einer vorherigen auf eine nachfolgende Stufe, so daß eine Folge von Strahlungsmustern gemäß der Kombination der beiden aufeinanderfolgenden Stufen gesteuert werden muß. Zum Beispiel ist bei Durchführung einer mehrstufigen Aufzeichnung mit 8 Stufen bevorzugt, daß 8 × 8 = 64 Aufzeichnungsimpulsmuster in einem ROM-Speicher gespeichert sind, um ein gewünschtes Strahlungsmuster zu erzeugen.
Es gab Fälle in der Vergangenheit, in denen Strahlungsmuster ähnlich wie die der Erfindung zum Steuern der amorphen Markierungslänge bei der optischen Phasenänderungsaufzeichnung verwendet wurden, insbesondere der Markierungslängen-Modulationsaufzeichnung. Diese dienen aber dazu, die reflektierte Lichtstärke (Modulation) in den amorphen Markierungsabschnitten so konstant wie praktisch möglich zu halten, und dazu wird die Steuerung hauptsächlich durchgeführt, um das rekristallisierte Gebiet möglichst zu verkleinern. Andererseits werden die Strahlungsmuster der Erfindung verwendet, den Rekristallisationsvorgang in jeder amorphen Markierung aktiv zu nutzen und zu steuern.
In der Erfindung ist zwecks Aufzeichnung mit höherer Dichte die räumliche Länge Ts des Aufzeichnungsstufenabschnitts vorzugsweise kleiner als die Länge r_b des Strahlflecks des Leselichts. In diesem Fall ist die Länge T eines Aufzeichnungsstufenabschnitts sowohl zeitlich als auch räumlich vorzugsweise konstant gemacht, da es schwierig ist, eine Längenänderung solcher kurzer Aufzeichnungsstufenabschnitte bewußt zu detektieren. Ferner ist der Durchmesser des Aufzeichnungsenergiestrahls vorzugsweise im wesentlichen gleich dem des Lesestrahls eingestellt. Allerdings ist zu beachten, daß bei zu kleiner Länge Ts eines Aufzeichnungsstufenabschnitts die Aufzeichnungsstufe optisch nicht identifizierbar sein kann. Somit ist Ts vorzugsweise größer als (1/4)r_b.
Als Verfahren zum Abstrahlen des Aufzeichnungsenergiestrahls in solch einem sehr kurzen Aufzeichnungsstufenabschnitt kann das zuvor beschriebene Abstrahlungsverfahren zum Einsatz kommen. Zwecks leichter Steuerung ist bevorzugt, daß ein Teil oder die gesamte Strahlungszeit des Aufzeichnungsenergiestrahls zur Bildung eines Aufzeichnungsstufenab schnitts in einen Aufzeichnungsimpulsabschnitt und einen Unterbrechungsabschnitt aufgeteilt wird, der vor und/oder nach dem Aufzeichnungsimpulsabschnitt vorgesehen ist; daß die Leistung des Aufzeichnungsenergiestrahls im Aufzeichnungsstufenabschnitt auf eine ausreichend starke Leistung Pw eingestellt ist, um die Aufzeichnungsschicht während des Aufzeichnungsimpulsabschnitts zu schmelzen, und auf eine Leistung Pb, die kleiner als Pw ist und zu der 0 gehört, während des Unterbrechungsabschnitts; und daß Pw, Pb, die Länge des Aufzeichnungsimpulsabschnitts und/oder die Länge des Unterbrechungsabschnitts geändert werden. Für das Strahlungsmuster gilt die vorstehende Beschreibung. Vorzugsweise sollte die Leistung Pb möglichst nahe 0 eingestellt werden, um die Selbstrekristallisation leicht zu unterdrücken.
Stärker bevorzugt ist gemäß dem Strahlungsmuster von 23 die Länge des Aufzeichnungsstufenabschnitts konstant auf T₀ eingestellt, und ein Tastverhältnis, ein Verhältnis des Aufzeichnungsimpulsabschnitts zum Aufzeichnungsstufenabschnitt, wird geändert, um die Größe der amorphen Markierung zu steuern. Dies erleichtert die Energiestrahlsteuerung und ist bevorzugt. Beträgt in diesem Fall das Tastverhältnis des Aufzeichnungsimpulsabschnitts 100%, ist ferner bevorzugt, das die "Selbstrekristallisation" durchgeführt wird, um die reflektierte Lichtstärke im wesentlichen auf die des kristallisierten Ausgangszustands zurückzuführen. Das heißt, nur zwei Leistungen Pw und Pb werden als Energiestrahlleistung verwendet.
Wird in 23 das Tastverhältnis τ des Aufzeichnungsimpulsabschnitts erhöht, erhöht ein vergrößertes geschmolzenes Gebiet die Fläche der amorphen Markierung, was zunächst die reflektierte Lichtstärke reduziert. Bei weiterer Erhöhung des Tastverhältnisses durchläuft aber die reflektierte Lichtstärke den minimalen Punkt und steigt danach monoton. Grund dafür ist, daß mit verkürztem Unterbrechungsabschnitt die Abkühlungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Gebiets sinkt, was seinerseits das rekristallisierte Gebiet vergrößert. Bei Einsatz des Aufzeichnungsverfahrens von 23 ist besonders erwünscht, daß der Abschnitt, in dem die reflektierte Licht stärke zusammen mit dem Tastverhältnis monoton steigt, verwendet wird, um die reflektierte Lichtstärke in Mehrfachstufen nur durch das Tastverhältnis zu steuern. In diesem Fall ist bevorzugt, ein Medium zu verwenden, dessen reflektierte Lichtstärke sich im wesentlichen proportional zum Tastverhältnis ändert.
Bezeichnet man mit Da (%) und Dc (%) Tastverhältnisse, bei denen die minimale reflektierte Lichtstärke Ra bzw. die maximale Lichtstärke Rc erzeugt werden, sollte das verwendete Medium vorzugsweise einen Kennwert Dc – Da ≥ 50% haben. Ist der Wert Dc – Da zu klein, wird die Änderung der reflektierten Lichtstärke in Entsprechung zu einer Änderung des Tastverhältnisses zu scharf, was die Steuerung erschwert. In der Praxis sollte das verwendete Medium vorzugsweise so sein, daß das geschmolzene Gebiet beim Aufzeichnungsimpuls-Tastverhältnis von mindestens 95% im wesentlichen perfekt rekristallisiert wird. Ist ferner ein Bereich zwischen Rc und Ra in m Teilbereiche unterteilt, um eine mehrstufige Aufzeichnung mit (m + 1) Stufen durchzuführen, wird vorzugsweise (Dc – Da)/(m + 1) ≥ 5 (%) eingestellt. In diesem Fall wird eine Stufenverschiebung mit einer Tastverhältnisänderung von 5% im Mittel abgelichen. Dies verhindert, daß Daten an unterschiedlichen reflektierten Lichtstärkestufen als Ergebnis einer kleinen Tastverhältnisänderung aufgezeichnet werden. Besonders bevorzugt ist, daß mindestens 3% Tastverhältnisänderung jedem Übergang zwischen unterschiedlichen Stufen zugewiesen sind.
Wird das Verhältnis des rekristallisierten Gebiets sehr hoch, ist es schwierig, die Fläche der amorphen Markierung genau zu steuern, was es wahrscheinlicher macht, daß die bei gleichen Tastverhältnissen erhaltenen reflektierten Lichtstärken variieren. In diesem Fall kann die Aufzeichnungsimpulsleistung Pw gemäß der Aufzeichnungsstufe zusätzlich geändert werden, um die Fläche des geschmolzenen Gebiets zu steuern. Das heißt, für ein höheres als ein bestimmtes Tastverhältnis wird der Wert Pw vorzugsweise etwas kleiner als notwendig eingestellt, um die Fläche des geschmolzenen Gebiets selbst zu verkleinern. Dieses Verfahren sorgt wirksam für mehrere Aufzeichnungsimpulsabschnitte, wenn eine amorphe Mar kierung gebildet wird, die etwas größer als der Leselichtstrahl ist.
Alternativ kann gemäß dem Strahlungsmuster von 24 der Aufzeichnungsimpulsabschnitt ferner in zwei aufeinanderfolgende Abschnitte aufgeteilt sein, und das Tastverhältnis (τ₁ + τ₂) kann in der Periode T₀ geändert werden, während ein Verhältnis τ₁/τ₂ konstant gehalten wird, wobei τ₁ eine Dauer ist, in der die Leistung Pw₁ im vorherigen Abschnitt abgestrahlt wird, und τ₂ eine Dauer ist, in der die Leistung Pw₂ im anschließenden Abschnitt abgestrahlt wird. In diesem Fall hat Pw₁ eine Rolle zum hauptsächlichen Steuern der Form und Fläche des geschmolzenen Gebiets und Pw₂ eine Rolle zum hauptsächlichen Steuern der Abkühlungsgeschwindigkeit des Geschmolzenen Gebiets. Obwohl es möglich ist, τ₁ oder τ₂ festzulegen und nur den anderen Wert zu ändern, ist aus Sicht der leichten Steuerung erwünscht, das Verhältnis zwischen Pw₁ und Pw₂ konstant zu halten. Wird die Einstellung so vorgenommen, daß der Beitrag der geringeren Leistung Pw₂ zunimmt, wenn das Tastverhältnis hoch wird, ist es möglich, eine Zunahme der Fläche des geschmolzenen Gebiets zu unterdrücken. Ferner kann gemäß dem Strahlungsmuster von 25 der Wert von Pb geändert werden, um das rekristallisierte Gebiet zu steuern.
Im mehrstufigen Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines solchen sehr kurzen Aufzeichnungsstufenabschnitts ist die amorphe Markierung in Abtastrichtung außer dort kontinuierlich, wo die reflektierte Lichtstärke zur kristallinen Stufe zurückkehrt. Dieses Verfahren ermöglicht hauptsächlich, daß sich die Breite der amorphen Markierung ändert oder isolierte Markierungen in einem Aufzeichnungsstufenabschnitt vorhanden sind. Besonders im letztgenannten Fall braucht die amorphe Markierung nicht elliptisch zu sein, sondern kann bei Bedarf eine Pfeilfederform annehmen. Wird die Rekristallisation während des Erstarrungsvorgangs durch den Fortschritt des Kristallwachstums im kristallinen Umfangsgebiet bestimmt, verläuft die Erstarrung vom hinteren Ende der Markierung, wodurch die amorphe Markierung leicht in Pfeilfederform gemäß 26 gebildet wird. Betrachtet man in der Konzeptdarstellung von 26, in der die Form der amorphen Markierung und ihr Bildungsvorgang veranschaulicht sind, einen Fall, in dem sich der Aufzeichnungsenergiestrahl in Abtastrichtung bewegt, wird ein Teil eines kristallisierten Anfangsgebiets 1 bei seiner Erstarrung aus dem geschmolzenen Zustand rekristallisiert, wodurch ein rekristallisiertes Gebiet 2 entlang der Abtastrichtung des Strahls gebildet wird. Hierbei sei der Vorgang betrachtet, in dem die amorphe Markierung 3 gebildet wird. Das geschmolzene Gebiet selbst wird im wesentlichen als elliptisch angenommen. Unter Einfluß der Wärme des nachfolgenden Aufzeichnungsimpulses verläuft das Kristallwachstum relativ leicht von der Grenze mit einem kristallinen Festphasengebiet 262 am hinteren Ende der Markierung. Am vorderen Endteil des geschmolzenen Gebiets wird andererseits die Abkühlungsgeschwindigkeit durch das Entweichen von Wärme zur Vorderseite gewährleistet, wodurch das geschmolzene Gebiet in einen amorphen Zustand übergeht, während die Form des geschmolzenen Gebiets im wesentlichen gewahrt bleibt. Als Ergebnis ist die amorphe Markierung pfeilfederförmig.
Das o. g. Verfahren ist beim Steuern der Fläche einer amorphen Markierung hoher Dichte wirksam, da die Länge der pfeilfederförmigen amorphen Markierung in der Größenordnung von 0,01 μm gut gesteuert werden kann. Ist ein Aufzeichnungsstufenabschnitt kleiner als der Strahldurchmesser, ist er gegenüber der Wärme der Aufzeichnungsleistungen im vorherigen und nachfolgenden Aufzeichnungsstufenabschnitt anfällig, wodurch es notwendig sein kann, das o. g. Tastverhältnis und auch Pw, Pw₁, Pw₂ und Pb usw. unter Berücksichtigung des vorherigen und nachfolgenden Aufzeichnungsstufenabschnitts zu korrigieren. Eine Feineinstellung von T₀ gemäß der vorherigen und anschließenden Stufe, statt den Wert konstant zu halten, ist auch ein wirksamer Korrekturansatz.
Obwohl das mehrstufige Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren der Erfindung auf ein Medium angewendet werden kann, dessen Aufzeichnungsschicht sich in einem kristallinen Zustand über die gesamte Oberfläche befindet, wird es vorzugsweise zum Überschreiben verwendet. Beim wiederholten Aufzeichnen beseitigt dieses Verfahren die Notwendigkeit, die Löschoperation der gebildeten amorphen Markierung zusätzlich zur Auf zeichnungsoperation durchzuführen. Insbesondere erfolgt das Überschreiben der amorphen Markierung durch Abstrahlen des Aufzeichnungsenergiestrahls auf das Gebiet, in dem die amorphe Markierung bereits gebildet ist, um die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen und dadurch die amorphe Markierung zu löschen, und dann durch Neubilden eines amorphen Gebiets und eines rekristallisierten Gebiets während der Erstarrung.
Das mehrstufige Aufzeichnungsmedium der Erfindung kann durch die bereits etablierte mehrstufige Aufzeichnungs-/Wiedergabetechnologie gelesen werden. Allgemein ist die reflektierte Lichtstärke nicht als perfekte Rechteckwellenform gemäß einer Bezugszahl 112 in 11 dargestellt, sondern ist aufgrund der Grenze der optischen Auflösungsfähigkeit des Leselichtstrahls als "abgestumpfte" Wellenform gemäß 111 dargestellt. Auch anhand einer solchen abgestumpften Wellenform läßt sich eine ursprüngliche reflektierte Lichtstärkestufe detektieren, indem die Wellenform durch eine geeignete Wiedergabeschaltung zur Korrektur geführt wird, was in der Literatur beschrieben ist (SPIE, Vol. 3109 (1997), Seiten 98–104 u. a.).
Nach Korrektur der optischen Abstumpfung werden die reflektierten Lichtstärkestufen detektiert. Ein solches Detektionsverfahren ist grundsätzlich mit einem Analog-Digital-Umwandlungsverfahren identisch. Einzelheiten dieses Detektionsverfahrens finden sich in der JP-A-8-236693. Das Wiedergabeverfahren, bei dem die Länge eines Aufzeichnungsstufenabschnitts kleiner als der Leselichtstrahldurchmesser r_b ist, ist in der US-A-5818805 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Phasenänderungsmedium zur mehrstufigen Aufzeichnung hat eine Aufzeichnungsschicht, die ihre Phase zwischen dem kristallinen Zustand und dem amorphen Zustand ändert. Vorzugsweise hat ein für die Aufzeichnungsschicht ausgewähltes Material eine erhebliche Rekristallisationsfähigkeit während der Wiedererstarrung aus dem geschmolzenen Zustand. Insbesondere sollte das geeignete Material so sein, daß die Kristallwachstumsgeschwindigkeit nahe dem Schmelzpunkt groß ist und daß die Kristallkeimerzeugungsgeschwindigkeit und die Kristallwachstumsgeschwindigkeit bei relativ geringen Temperaturen langsam sind. Das bevorzugte Material hat ein solches erhebliches Rekristallisationsvermögen, daß wenn das geschmolzene Gebiet der Aufzeichnungsschicht etwa die gleiche Größe wie der Aufzeichnungsstrahl hat, der Hauptabschnitt des geschmolzenen Gebiets durch die Rekristallisation zur kristallinen Stufe zurückkehrt. In diesem Material, besonders wenn die Aufzeichnungsleistung Pw, die ausreichend stark ist, die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen, kontinuierlich abgestrahlt wird (auf die Art wie ein Gleichstrom), rekristallisiert das geschmolzene Gebiet im wesentlichen perfekt. Nur wenn die Aus-Leistung Pb, die die Aufzeichnungsschicht auf eine Temperatur weit unter der Rekristallisationstemperatur in einer Festphase erwärmt, nach der Aufzeichnungsleistung Pw abgestrahlt wird, kehrt das geschmolzene Gebiet wirklich in einen amorphen Zustand zurück. Wird daher nur die Leistung Pw gleichstromartig abgestrahlt, läßt sich nachweisen, daß die reflektierte Lichtstärke im wesentlichen auf die gleiche Stufe wie der unbeschriebene kristalline Zustand zurückkehrt.
In einer solchen Aufzeichnungsschicht ist bevorzugt, daß die Rekristallisation aus dem geschmolzenen Zustand durch das Kristallwachstum im wesentlichen vom kristallinen Bereich aus fortschreitet.
Zu Beispielen für Materialien für die Aufzeichnungsschicht gehören Sb-haltige Legierungen, insbesondere Sb-haltige eutektische Legierungen. Besonders bevorzugte Materialien sind eutektische Legierungen, die Sb über die Zusammensetzung des eutektischen Punkts hinaus enthalten. Insbesondere basiert das Material auf einer Zwei-Element-Legierung, die Sb über die Sb_0,6Te_0,4-Zusammensetzung hinaus enthält und als Zusatzmetalle M, mindestens einen Bestandteil aus In, Ga, Zn, Ge, Sn, Si, Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Pb, Bi, Cr, Co, O, S, N, Se, Ta, Nb, V, Zr, Hf und einem Seltenerdmetall aufweist. Eine solche Zusammensetzung wird normalerweise als M_x(Sb_yTe_1-y)_1-x ausgedrückt (0 < x ≤ 0,2, 0,6 ≤ y). In diesem Ausdruck liegt y vorzugsweise im Bereich von 0,65 ≤ y ≤ 0,85, und x liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,1. Ein zu großer x-Wert kann eine Phasentrennung induzieren. Unter den oben auf geführten Zusatzmetallen M sind Ag, In, Ga und Ge bevorzugt. von diesen ist Ge am stärksten bevorzugt. Eine Ge, Sb und Te enthaltende Metallzusammensetzung, wobei Ge 0,1 bis 15 Atomprozent der Gesamtmenge von Ge-, Sb- und Te-Zusätzen ausmacht, ist besonders bevorzugt, da sie die zeitliche Stabilität des amorphen Zustands erhöhen kann, ohne den sehr schnellen Rekristallisationskennwert zu beeinträchtigen. Ferner ist eine Ge, Sb, Te, In und/oder Ga enthaltende Zusammensetzung, z. B. eine durch M'_αGe_β(Sb_γTe_1-γ)_1-α-β ausgedrückte (M' ist In und/oder Ga, α = 0,001 bis 0,1, β = 0,001 bis 0,15, γ = 0,65 bis 0,85), bevorzugt, da sie Korngrenzenrauschen unterdrücken kann.
Bevorzugt ist auch eine Ag, In, Sb und Te enthaltende Metallzusammensetzung, da sie einen niedrigen Rauschpegel hat. Das Element In hat eine Fähigkeit zur Erhöhung der zeitlichen Stabilität durch Steigern der Rekristallisationstemperatur. Um für eine Speicherstabilität bei Raumtemperatur zu sorgen, werden normalerweise mindestens 3 Atomprozent In bezogen auf die Gesamtmenge von Ag, In, Sb und Te zugegeben. Zu viel In läßt aber Phasentrennung leicht auftreten, was eine Segregation als Ergebnis wiederholten Überschreibens bewirkt. Somit beträgt der Normalgehalt von In höchstens 8 Atomprozent. Ag hat eine Fähigkeit zur Erleichterung der Initialisierung des amorphen Films unmittelbar nach der Bildung des Films. Normalerweise beträgt sein Gehalt höchstens 10 Atomprozent bezogen auf die o. g. Gesamtmenge von Zusatzstoffen, und zu viel Ag kann die zeitliche Stabilität beeinträchtigen. Beim Unterdrücken der Segregation während des wiederholten Überschreibens ist bevorzugt, daß der Gehalt von Ag und In in Kombination auf höchstens 13 Atomprozent der o. g. Gesamtmenge eingestellt ist.
Ein Pseudo-Zwei-Element-Material mit GeTe-Sb₂Te₃, das als überschreibbares Phasenänderungsmaterial einer Aufzeichnungsschicht weithin bekannt ist, hat eine Kristallisationstemperatur Tc von 150 bis 200°C und initiiert die Rekristallisation eines amorphen Gebiets nur in der Festphase bei einer Temperatur über Tc, aber 50 bis 100°C unter dem ungefähren Schmelzpunkt (etwa 600°C). In diesem Material ist die Re kristallisationsgeschwindigkeit etwa am Schmelzpunkt oder während des Schmelz-/Wiedererstarrungsvorgangs sehr langsam. In einem Medium, das dieses Material für die Aufzeichnungsschicht verwendet, schreitet somit die Rekristallisation der amorphen Markierung in vielen Fällen kaum fort, sofern nicht nach Bildung der amorphen Markierung der Energiestrahl weiter abgestrahlt wird, um die amorphe Markierung über die Kristallisationstemperatur in der Festphase, aber weit unter dem Schmelzpunkt zu erwärmen. Schwierig ist auch, die pfeilfederförmige amorphe Markierung gemäß der schematischen Darstellung in 26 zu erzeugen.
In der Erfindung befindet sich die Aufzeichnungsschicht nach der Bildung normalerweise in einem amorphen Zustand. Daher wird die gesamte Oberfläche der Aufzeichnungsschicht normalerweise kristallisiert, um für einen initialisierten Zustand (unbeschriebenen Zustand) zu sorgen. Die o. g. bevorzugte Aufzeichnungsschicht hat im wesentlichen keinen Keim zum Kristallwachstum unmittelbar nach Bildung der Schicht, was es oft erschwert, die Schicht in einer Festphase zu kristallisieren. Gleichwohl kann sie durch den Schmelz-/Rekristallisationsvorgang initialisiert werden. Hierbei ist die Zeit, in der die Aufzeichnungsschicht lokal zu schmelzen ist, vorzugsweise auf nur etwa höchstens 1 Millisekunde eingestellt. Ist das geschmolzene Gebiet breit oder ist die Schmelzzeit oder Abkühlungszeit zu lang, kann ein Teil des Mediums selbst beschädigt oder verformt werden.
Um die Aufzeichnungsschicht mit der zuvor beschriebenen thermischen Vorgeschichte zu versehen, ist bevorzugt, daß ein Hochleistungs-Halbleiterlaserstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 600 bis 1000 nm, der auf eine Form mit einer Hauptachse von 100 bis 300 μm und einer Nebenachse mit 1 bis 3 μm fokussiert ist, abgestrahlt und mit einer Lineargeschwindigkeit von 1 bis 10 m/s zum Abtasten geführt wird, wobei die Nebenachse in Abtastrichtung orientiert ist. Ist der fokussierte Lichtstrahl zu nahe an einem Kreis, wird das geschmolzene Gebiet zu breit, so daß Rekristallisation leicht auftritt, was eine größere Beschädigung des Mediums verursacht.
Normalerweise ist die Aufzeichnungsschicht höchstens 100 nm, vorzugsweise höchstens 30 nm dick. Eine zu dünne Aufzeichnungsschicht 3 erschwert es, einen zufriedenstellenden Kontrast zu erhalten, und neigt zur Verzögerung der Rekristallisationsgeschwindigkeit, was wiederum das schnelle Aufzeichnen/Löschen erschwert. Andererseits ist die Aufzeichnungsschicht normalerweise mindestens 1 nm, vorzugsweise mindestens 5 nm dick. Eine zu dicke Aufzeichnungsschicht erschwert es, einen optischen Kontrast zu erhalten, und macht sie rißanfälliger.
Um ferner einen großen Kontrast zu erreichen, so daß (Rc – Ra)/Rc ≥ 0,5 ist, liegt die praktische Dicke besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 30 nm. Zur Verbesserung der Jitterbeständigkeit an den Markierungsenden und der Dauerbeständigkeit bei wiederholtem Überschreiben ist am stärksten erwünscht, daß die Aufzeichnungsschicht auf höchstens 20 nm eingestellt ist.
Ferner hat die Aufzeichnungsschicht vorzugsweise eine Rohdichte ρ von mindestens 80%, stärker bevorzugt mindestens 90%. Die hier erwähnte Rohdichte läßt sich natürlich durch tatsächliches herstellen eines Metallstücks messen, kann aber anhand der folgenden Gleichung (1) bestimmt werden. ρ = Σmiρi (1),(wobei mi ein Atomprozentsatz einer Komponente i und ρi ein Atomgewicht der Komponente i ist).
Zur Erhöhung der Dichte der Aufzeichnungsschicht ist im Fall von Sputtern bevorzugt, daß die Menge von energiereichem Argon, das auf die Aufzeichnungsschicht abgestrahlt wird, erhöht wird, z. B. durch Senken des Drucks eines Sputtergases (Edelgases, z. B. Ar) während des Abscheidungsverfahrens oder Anordnen eines Substrats nahe an der Vorderseite eines Targets. Beim energiereichen Ar, das das Substrat erreicht, handelt es sich entweder um den Teil der Ar-Ionen, die auf das Target zum Sputtern abgestrahlt werden und zum Substrat abprallen, oder um Ar-Ionen in Plasma, die durch die Hüllenspannung der gesamten Oberfläche des Substrats zum Substrat beschleunigt werden. Den Effekt der Bestrahlung mit einem solchen energiereichen Edelgas bezeichnet man als atomaren Peening-Effekt. Beim Sputtern des verbreitet verwendeten Ar-Gases bewirkt der atomare Peening-Effekt, daß Ar in den gesputterten Film eindringt. Schätzen läßt sich der atomare Peening-Effekt durch Prüfen der Menge von Ar im Film.
Das heißt, eine kleine Ar-Menge bedeutet, daß der Effekt der energiereichen Ar-Bestrahlung klein ist, was die Bildung eines Films mit grober Dichte wahrscheinlicher macht. Ist andererseits die Ar-Menge groß, kommt es trotz der Dichteerhöhung durch die intensive Bestrahlung mit energiereichem Ar dazu, daß im Film eingefangenes Ar beim wiederholten Überschreiben in Form von Hohlräumen ausscheidet, was zu einer beeinträchtigten Dauerbeständigkeit beim wiederholten Überschreiben führt (J. Appl. Phys., Vol. 78 (1995), Seiten 6980–6988).
Eine geeignete Ar-Menge in der Aufzeichnungsschicht beträgt 0,1 bis 1,5 Atomprozent. Der Einsatz von Hochfrequenzsputtern ist gegenüber Gleichstromsputtern bevorzugt, da er die eingebaute Ar-Menge reduziert und einen Film hoher Dichte erzeugt. Die gleichzeitige Zugabe von 0,1 bis 5 Atomprozent O, N, S und Se ermöglicht eine Feineinstellung der optischen Konstanten der Aufzeichnungsschicht. Allerdings kann die Zugabemenge über 5 Atomprozent hinaus die Kristallisationsgeschwindigkeit senken und die Löschleistung beeinträchtigen.
Im folgenden wird ein Beispiel für die Schichtstruktur in einem in der Erfindung verwendeten Phasenänderungsmedium beschrieben. Die Aufzeichnungsschicht ist normalerweise auf dem Substrat vorgesehen. Das Substrat kann transparentes Harz, z. B. Polycarbonat, Acryl und Polyolefin, und ein transparentes Glas verwenden. Das Polycarbonatharz ist am stärksten bevorzugt, da es für CDs das am weitesten verbreitete und billig ist. Insbesondere verfügt gemäß einem schematischen Querschnitt von 10 die Schichtstruktur über ein Substrat 100, eine untere Schutzschicht (Dielektrikum) 200, eine Aufzeichnungsschicht 300, eine obere Schutzschicht (Dielektrikum) 400 und eine Reflexionsschicht 500. Ein ultravioletthärtendes oder wärmehärtendes Harz oder eine Harzbahn (Schutzdeckschicht 600) ist vorzugsweise über der Schichtstruktur aufgetragen.
Normalerweise kommt dieser Aufbau in einem System zum Einsatz, in dem die Lese-/Schreiblichtstrahlen durch das Substrat abgestrahlt werden. Möglich ist auch die Verwendung einer Schichtstruktur, in der das Substrat mit der Reflexionsschicht, der unteren Schutzschicht, der Aufzeichnungsschicht und der oberen Schutzschicht in dieser Reihenfolge und abschließend mit einem normalerweise 0,1 μm bis 0,1 mm dicken Schutzüberzug über der oberen Schutzschicht gebildet ist. Diese Struktur wird normalerweise in einem System verwendet, in dem die Lese-/Schreiblichtstrahlen von der Seite der oberen Schutzschicht abgestrahlt werden.
Die Aufzeichnungsschicht, die Schutzschicht und die Reflexionsschicht werden normalerweise durch Sputtern gebildet. Um Oxidation und Verunreinigung der Schichten zu vermeiden, erfolgt die Filmherstellung vorzugsweise mit Hilfe einer in sich geschlossenen Vorrichtung, in der ein Aufzeichnungsfilmtarget, ein Schutzfilmtarget und bei Bedarf ein Reflexionsschichttarget in derselben Vakuumkammer eingebaut sind.
Um Verformungen infolge von hohen Temperaturen während der Aufzeichnung zu verhindern, ist mindestens eine der Oberflächen, vorzugsweise beide Oberflächen, der Aufzeichnungsschicht normalerweise mit einer Schutzschicht versehen. Normalerweise ist eine Reflexionsschicht zur effizienten Ableitung von Wärme vorgesehen, die in der Aufzeichnungsschicht erzeugt wird. Das heißt, in einer bevorzugten Schichtstruktur sind Schutzschichten über und unter der Aufzeichnungsschicht vorgesehen, und eine Reflexionsschicht ist über der Oberfläche einer Schutzschicht vorgesehen, die auf der Gegenseite zur Aufzeichnungsschicht liegt. Die Schutzschicht zwischen der Aufzeichnungsschicht und der Reflexionsschicht hat eine Funktion zum Verhindern gegenseitiger Diffusion der Aufzeichnungsschicht und der Reflexionsschicht und effizienten Freisetzen von Wärme zur Reflexionsschicht, während die Verformung der Aufzeichnungsschicht unterdrückt wird.
In der Erfindung ist eine als schnell abkühlende Struktur bezeichnete Schichtstruktur besonders bevorzugt. Mit der schnell abkühlenden Struktur, die die Wärmeableitung beschleunigen kann, um die Abkühlungsgeschwindigkeit während der Wiedererstarrung der Aufzeichnungsschicht zu erhöhen, ist es möglich, eine hohe Löschdämpfung aufgrund der schnellen Kristallisation zu realisieren, während das Problem von Rekristallisation vermieden wird, die zum Steuern übermäßig groß ist. Dazu ist die Filmdicke zwischen der Aufzeichnungsschicht und der Reflexionsschicht normalerweise auf höchstens 60 nm eingestellt. Eine zu dicke Schutzschicht erhöht die Verformung infolge der Wärmedehnung der Schutzschicht selbst, und eine Signalbeeinträchtigung als Ergebnis wiederholter Aufzeichnung kann erheblich werden. Ist die Schutzschicht zu dünn, bricht sie leicht durch ihre Verformung während des Schmelzens der Aufzeichnungsschicht, und infolge einer übermäßigen Wärmeableitungswirkung ist eine unnötig große Leistung zur Aufzeichnung erforderlich. Daher ist die Schutzschicht mindestens 5 nm dick.
Die Materialien der Schutzschicht können allgemein Dielektrika sein, die aus Oxiden, Sulfiden, Nitriden und Carbiden von Metallen oder Halbleitern mit hoher Transparenz und hohem Schmelzpunkt sowie Fluoriden von Ca, Mg, Li usw. und Mischungen aus diesen hergestellt sind. Vorzugsweise weist die Schutzschicht S-Atome in Form von Sulfiden auf. Stärker bevorzugt ist sie ein Verbunddielektrikum, das aus einer wärmebeständigen Verbindung hergestellt ist, die 50 bis 90 Mol-% ZnS, ZnO und TaS₂ oder Seltenerdsulfide in Reinstofform oder Mischung enthält und einen Schmelzpunkt oder Zersetzungspunkt von mindestens 1000°C hat. Insbesondere ist die Schutzschicht vorzugsweise aus einem Verbunddielektrikum gebildet, das 60 bis 90 Mol-% Sulfide von Seltenerdelementen, z. B. La, Ce, Nd und Y, enthält. Die Gehalte von ZnS, ZnO oder Seltenerdsulfiden liegen vorzugsweise im Bereich von 70 bis 90 Mol-%.
Beispiele für wärmebeständige Verbindungen mit einem Schmelzpunkt oder Zersetzungspunkt von mindestens 1000°C, die mit den o. g. Verbindungen gemischt sind, sind Oxide, Nitride und Carbide von Mg, Ca, Sr, Y, La, Ce, Ho, Er, Yb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Zn, Al, Si, Ge und Pb sowie Fluoride von Ca, Mg und Li. Materialien, die mit ZnO zu mischen sind, sind vorzugsweise Sulfide oder Mischungen aus Sulfiden und Oxiden von Seltenerdelementen, z. B. Y, La, Ce und Nd. Diese Oxide, Sulfide, Nitride, Carbide und Fluoride brauchen keine stöchiometrischen Zusammensetzungen anzunehmen, und wirksam ist, die Zusammensetzungen zur Brechzahlsteuerung zu steuern oder zu mischen.
Unter Berücksichtigung der wiederholten Aufzeichnungseigenschaft beträgt die Dichte der Schutzschicht vorzugsweise mindestens 80% der Dichte im Rohzustand aus Sicht der mechanischen Festigkeit (Thin Solid Films, Nr. 278, Vol. (1996), Seiten 74–81). Soll ein dielektrischer Mischungsdünnfilm verwendet werden, wird eine theoretische Dichte in der Festlegung durch die nächste Gleichung (1) als Rohdichte ρ verwendet. ρ = Σmiρi (1),(mi: Molarität, ρi: einfache Rohdichte).
Das Material der Reflexionsschicht ist vorzugsweise eine Legierung, die hauptsächlich Al, Ag oder Au aufweist. Ein besonders bevorzugtes Material ist eine Al-Legierung oder Ag-Legierung. Diese Materialien haben hohe Wärmeleitfähigkeit und können wirksam Wärme aus der Aufzeichnungsschicht durch die Schutzschicht abführen und die Abkühlungsgeschwindigkeit während der Wiedererstarrung der Aufzeichnungsschicht auf einen Wert erhöhen, der zur Bildung amorpher Markierungen hoch genug ist. Ferner sind in einer Schichtstruktur, die die obere und untere Schutzschicht sowie die Aufzeichnungsschicht kombiniert, diese Materialien beim Erhöhen der Modulation durch den optischen Mehrfachinterferenzeffekt wirksam, da ihre reflektierten Lichtstärken hoch sind. Der Wärmeableitungseffekt ist durch die Filmdicke und die Wärmeleitfähigkeit festgelegt. Die Wärmeleitfähigkeit einer dünnen Reflexionsschicht ist oft eine oder zwei Größenordnungen kleiner als die im Rohzustand und ist auch schwierig zu messen. Somit kann ein spezifischer Schichtwiderstand, der leicht zu messen ist, als Kriterium für die Wärmeableitungswirkung verwendet werden. Der spezifische Schichtwiderstand ist ein spezifischer Volumenwiderstandskennwert des Materials dividiert durch die Dicke des Films.
Da der spezifische Volumenwiderstand als im wesentlichen umgekehrt proportional zur Wärmeleitfähigkeit betrachtet wird, gilt der durch Dividieren des spezifischen Volumenwiderstands durch die Filmdicke erhaltene Wert als proportional zur Wärmeleitfähigkeit multipliziert mit der Filmdicke und kann verwendet werden, den Wärmeableitungseffekt der Reflexionsschicht direkt zu bewerten. In der Erfindung ist erwünscht, die Wärmeableitungswirkung der Reflexionsschicht zu erhöhen, weshalb der spezifische Schichtwiderstand der Reflexionsschicht vorzugsweise reduziert ist. Normalerweise liegt der spezifische Schichtwiderstand im Bereich von 0,1 bis 0,6 Ω/Flächeneinheit.
Beispiele für bevorzugte Aluminiumlegierungen, die für die Reflexionsschicht verwendet werden können, sind Aluminiumlegierungen, die 0,2 bis 2 Atomprozent mindestens eines Zusatzelements enthalten, das aus Ta, Ti, Co, Cr, Si, Sc, Hf, Pd, Pt, Mg, Zr, Mo und Mn ausgewählt ist. Diese Legierungen haben einen spezifischen Volumenwiderstand, der proportional zur Konzentration des Zugabeelements steigt, und verbessern bekanntlich die Hillock-Beständigkeit (Nihon Kinzoku Gakkai Journal, Vol. 59 (1995), Seiten 673–678 und J. Vac. Sci. Tech., A14 (1996), Seiten 2728–2735). Liegt die Menge des Zugabeelements unter 0,2 Atomprozent, ist die Hillock-Beständigkeit oft nicht ausreichend. Liegt sie über 2 Atomprozent, läßt sich möglicherweise keine hohe Wärmeleitfähigkeit erhalten, die zur Bildung der amorphen Markierung notwendig ist.
Zur Erhöhung der zeitlichen Stabilität ist das Zugabeelement vorzugsweise Ta. Steht die Reflexionsschicht in Kontakt mit der Schutzschicht, die insbesondere ZnS enthält, ist eine 0,5 bis 0,8 Atomprozent Ta enthaltende AlTa-Legierung bevorzugt, da sie alle Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit, innigen Kontakt und hohe Wärmeleitfähigkeit mit gutem Ausgleich erfüllt. Bei der Verwendung von Ta erzeugt seine Zugabe mit nur 0,5 Atomprozent eine bevorzugte Wirkung zur Erhöhung der Abscheidungsrate um 30 bis 40% verglichen mit dem reinen Al und der Al-Mg-Si-Legierung.
Bei Gebrauch der o. g. Al-Legierung als Reflexionsschicht beträgt eine bevorzugte Dicke 50 bis 300 nm. Ist die Filmdicke zu klein, kann auch Rein-Al keinen ausreichenden Wärmeableitungseffekt erzeugen. Ist sie zu dick, entweicht Wärme in senkrechter Richtung statt in waagerechter Richtung, was nicht zu einer Verbesserung der Wärmeverteilung in waagerechter Richtung beiträgt. Ein weiteres Problem der zu großen Dicke ist, daß die Wärmekapazität der Reflexionsschicht selbst groß ist, wodurch die Abkühlungsgeschwindigkeit der Aufzeichnungsschicht verzögert ist, was wiederum die Bildung der amorphen Markierungen blockieren kann.
Beispiele für bevorzugte Ag-Legierungen, die für die Reflexionsschicht zum Einsatz kommen können, sind Ag-Legierungen, die 0,2 bis 5 Atomprozent mindestens eines Zugabeelements enthalten, das aus Ti, V, Ta, Nb, W, Co, Cr, Si, Ge, Sn, Sc, Hf, Pd, Rh, Au, Pt, Mg, Zr, Mo und Mn ausgewählt ist. Bevorzugte Zugabeelemente zur Erhöhung der zeitlichen Stabilität sind Ti, Mg und Pd.
Bei Verwendung dieser Ag-Legierungen als Reflexionsschicht beträgt eine bevorzugte Dicke 20 bis 150 nm. Ist die Filmdicke zu klein, kann auch Rein-Ag keinen ausreichenden Wärmeableitungseffekt erzeugen. Ist sie zu dick, entweicht Wärme in senkrechter Richtung statt in waagerechter Richtung, was nicht zu einer Verbesserung der Wärmeverteilung in waagerechter Richtung beiträgt. Zudem senkt ein unnötig dicker Film die Produktivität.
Die Zugabeelemente zu Al und die Zugabeelemente zu Ag erhöhen den spezifischen Volumenwiderstand proportional zur Konzentration der Zugabeelemente. Allgemein geht man davon aus, daß die Zugabe von Verunreinigungen die Kristallwachstumsgrößen reduziert, um die Elektronenstreuung an den Korngrenzen zu erhöhen und dadurch die Wärmeleitfähigkeit zu senken. Das Einstellen der Menge zugegebener Verunreinigungen ist wirksam, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, die dem Material selbst innewohnt, durch Erhöhen der Kristallwachstumsgröße zu gewährleisten.
Normalerweise wird die Reflexionsschicht durch Sputtern und Vakuumbedampfung gebildet. Bevorzugt ist, daß auch Wasser und Sauerstoff, die während des Abscheidungsvorgangs gemischt werden, zur Gesamtverunreinigungsmenge zusätzlich zu den Ver unreinigungen des Targets und des Abscheidungsmaterials selbst gehören und daß die Gesamtverunreinigungsmenge auf höchstens 2 Atomprozent eingestellt ist. Dazu ist der Enddruck in der Verfahrenskammer auf höchstens 1 × 10^–3 Pa eingestellt.
Obwohl die Verunreinigungsmenge vorzugsweise klein eingestellt ist, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit wie zuvor beschrieben zu erhalten, sollte aufgrund der Tatsache, daß das Reinmetall, z. B. Al und Ag, zu unzureichender Korrosionsbeständigkeit und Hillock-Beständigkeit neigt, ein Ausgleich dieser Faktoren beim Bestimmen der optimalen Zusammensetzung berücksichtigt werden.
Um eine höhere Wärmeleitfähigkeit und Zuverlässigkeit zu erhalten, ist es wirksam, die Reflexionsschicht in Mehrfachschichten zu bilden. In diesem Fall ist mindestens eine Schicht vorzugsweise aus der Al-Legierung, Ag-Legierung oder Au-Legierung gebildet, um praktisch als Wärmeableitungsschicht zu wirken, wobei andere Schichten verwendet werden, die Korrosionsbeständigkeit, den innigen Kontakt mit der Schutzschicht und die Hillock-Beständigkeit zu verbessern. In diesem Fall beträgt die Dicke der mindestens einen Schicht vorzugsweise mindestens 50% der Gesamtdicke der Reflexionsschicht.
Ag, das die höchste Wärmeleitfähigkeit und den niedrigsten spezifischen Volumenwiderstand unter den Metallen hat, bildet keine gute Grenzfläche mit der S-haltigen Schutzschicht und hat Tendenzen, daß die Beeinträchtigung der Reflexionsschicht aufgrund von wiederholtem Überschreiben etwas schnell verläuft und daß die Reflexionsschicht in einer Umgebung für beschleunigte Prüfungen bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit leicht korrodiert. Somit kann eine bevorzugte mehrschichtige Reflexionsschicht das Ag vorteilhaft verwenden und eine hauptsächlich aus Al gebildete Schicht als Grenzflächenschicht zwischen der Ag-Schicht und der Schutzschicht vorsehen. Die Al-Legierung kann der zuvor beschriebenen ähneln.
Ist die Grenzflächenschicht zu dick, kann die Schutzwirkung unzureichend werden. Ist sie zu dünn, kann der Wärmeab leitungseffekt nicht ausreichen. Daher liegt die Grenzflächenschichtdicke vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 nm. Da ferner bei Bildung einer mehrschichtigen Reflexionsschicht aus einer Ag-Legierung und einer Al-Legierung Ag und Al relativ leicht ineinander diffundieren, sollte die Al-Oberfläche vorzugsweise oxidiert sein, um eine oxidierte Grenzflächenschicht vorzusehen. Ist die oxidierte Grenzflächenschicht zu dick, erzeugt sie einen Wärmewiderstand und kann das Wärmeableitungsvermögen beeinträchtigen. Somit beträgt die Dicke der oxidierten Grenzflächenschicht normalerweise höchstens 10 nm, vorzugsweise höchstens 5 nm.
Die Bildung der Reflexionsschicht in einer Mehrschichtstruktur ist wirksam beim Kombinieren eines Materials mit einem hohen spezifischen Volumenwiderstand und eines Materials mit einem niedrigen spezifischen Volumenwiderstand, um einen gewünschten spezifischen Schichtwiderstand für eine gewünschte Schichtdicke zu erzeugen. Soll der spezifische Volumenwiderstand durch Verwendung einer Legierung eingestellt werden, kann dies die Targetherstellungskosten und das Materialkostenverhältnis des Mediums erhöhen. Zum Beispiel ist das Kombinieren einer reinen Al- oder Ag-Schicht und der zuvor beschriebenen Zugabeelementschicht in einer Mehrschichtstruktur auch ein wirksames Verfahren zum Erhalten eines gewünschten spezifischen Volumenwiderstands. Dies kann die Mediumkosten begrenzen.
Das Medium der Erfindung ist in seiner Form nicht eingeschränkt und kann als rechtwinklige Karte oder kreisförmige Platte gebildet sein. Zum Lesen und Schreiben müssen sich der Schreibenergiestrahl und der Leseenergiestrahl relativ zum Medium bewegen. Ist das Medium plattenförmig, kann diese Relativbewegung durch Rotieren des Mediums leicht erreicht werden. Auf diese Weise wird die Lichtstärke moduliert, während der Schreibstrahl bewegt wird, um eine Folge amorpher Markierungen zu bilden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Zu beachten ist, daß die Erfindung nicht auf die nachfolgenden Beispiele, beschränkt ist, solange der Grundgedanke der Erfindung nicht überschritten wird.
BEISPIEL 1
Ein 1,2 mm dickes spritzgegossenes Polycarbonatharzsubstrat, das eine Spurrille mit einem Spurabstand von 1,6 μm, einer Rillenbreite von 0,5 μm und einer Rillentiefe von 37 nm hat, wurde nacheinander mit einer 110 nm dicken unteren Schutzschicht aus (ZnS)₈₅(SiO₂)₁₅, einer 17 nm dicken Phasenänderungs-Aufzeichnungsschicht aus Ag₅In₅Sb₆₁Te₂₉, einer 46 nm dicken oberen Schutzschicht aus (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀ und einer 220 nm dicken Reflexionsschicht aus Al_99,5Ta_0,5 durch Sputtern versehen. Ein ultravioletthärtendes Harz wurde durch das Schleuderbeschichtungsverfahren über der Reflexionsschicht in einer Dicke von 4 μm aufgetragen, um eine Schutzschicht zu bilden. Danach wurde ein Halbleiterlaserstrahl, der auf einen Fleck mit einer Hauptachse von etwa 70 μm und einer Nebenachse von etwa 1 μm fokussiert war und eine Wellenlänge von etwa 830 nm hatte, abgestrahlt und zum Abtasten über die Aufzeichnungsschicht in Nebenachsenrichtung mit einer Lineargeschwindigkeit von 2,5 m/s geführt, um die Aufzeichnungsschicht zu kristallisieren (initialisieren).
Für die Lese-/Schreibbewertung kam ein Prüfgerät DDU1000 von Pulstec Industrial Co., Ltd. zum Einsatz (Laserwellenlänge 780 nm, NA = 0,55), um die Rillen mit einer Lineargeschwindigkeit von 2,4 m/s zu beschreiben und auszulesen. Der Fleck des Laserstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche war eine Ellipse mit 1,27 μm Länge in Abtastrichtung und 1,23 μm Breite senkrecht zur Abtastrichtung. Eine Stufe 0, dargestellt durch die maximale reflektierte Lichtstärke, wurde als Löschstufe zugrunde gelegt (kristalliner Zustand). Die Aufzeichnungsstufe wurde nacheinander von der Stufe 0 geändert, um die reflektierte Lichtstärke zu geringeren Stufen zu verschieben, wodurch eine mehrstufige Modulation in 8 Schritten von Stufe 0 bis Stufe 7 durchgeführt wurde.
Die Stufe 0 wurde als kristalline Stufe durch Abstrahlen eines Laserstrahls mit einer Löschleistung Pe = 6,5 mW erzeugt. Andere Stufen wurden durch Ändern eines Strahlungsmusters gemäß 7(a) mit Hilfe einer Aufzeichnungsleistung Pw = 13 mW und einer Bias-Leistung Pb = 0,8 mW erzeugt. Eine Impulsbreite Tw, in deren Verlauf ein Laser mit der Aufzeich nungsleistung von 13 mW abzustrahlen hatte, und eine Impulsbreite Tb, in deren Verlauf ein Laser mit der Bias-Leistung Pb abzustrahlen hatte, wurden entsprechend der Stufe gemäß Tabelle 1 geändert. Die Länge des Aufzeichnungsstufenabschnitts T war auf 1 μs im wesentlichen konstant eingestellt (Markierungslänge: 2,4 μm). Was die Anzahl, der Aufzeichnungsimpulsabschnitte und der Unterbrechungsimpulsabschnitte betraf, wurden Tw und Tb kombiniert und als ein Satz gezählt, und die Anzahl N von Sätzen wurde im Bereich von etwa 14 bis 50 so eingestellt, daß N(Tw + Tb) nahezu 1 μs betrug.
Tabelle 1
12 zeigt eine anhand der vorstehenden Erläuterung erhaltene Wiedergabewellenform.
Gemäß 12 wurden achtwertige Aufzeichnungsstufen von Stufe 0 in Entsprechung zu Rc bis Stufe 7 in Entsprechung zu Ra auf geordnete Weise beobachtet. Diese Wellenform wurde nach 10 Überschreibungen erhalten.
Die auf diese Weise beschriebene Aufzeichnungsschicht wurde abgelöst und mit einem Transmissionselektronenmikroskop untersucht. Festgestellt wurde, daß eine amorphe Markierung in Abtastrichtung ohne Unterbrechung verlief, wobei sich die Breite der amorphen Markierung etwa alle 2,4 μm änderte, was einem Aufzeichnungsstufenabschnitt T entsprach. Bei der Beobachtung wurde auch festgestellt, daß die amorphe Markierung und ein polykristallines Gebiet deutlich getrennt waren und daß sie keine Mischung aus dem amorphen und polykristallinen Zustand darstellten.
Unter Beibehaltung des Impulsaufteilungsverfahrens von Tabelle 1 wurde die Aufzeichnungsimpulsleistung Pw geändert, und die Wiedergabewellenform wurde ähnlich beobachtet. In 13 bis 16 sind die Ergebnisse dargestellt. Im Fall von Pw = 13 mW (15) wurden 8 Stufen deutlich beobachtet. Ist Pw = 11 mW (13), Pw = 12 mW (14) und Pw = 14 mW (16), wird deutlich, daß die Wellenform nahe Rc oder Ra verzerrt ist, was die Unterscheidung zwischen den benachbarten Stufen unklar macht. Je näher man Stufe 0 kommt, um so größer wird das Verhältnis des rekristallisierten Gebiets und um so größer sind die Variationen. Als nächstes wurde die Aufzeichnungsleistung für die Stufe 1 und Stufe 2 als Pw₁ zugrunde gelegt, die Aufzeichnungsleistung für die Stufe 3 bis Stufe 7 als Pw₂ und die Aufzeichnungs- (Lösch-) Leistung für Stufe 0 als Pe. Sie wurden konstant so eingestellt, daß Pw₂/Pw₁ = 12/11 und Pe/Pw₂ = 0,5 waren, und das Impulsaufteilungsverfahren von Tabelle 1 wurde verwendet, um die Aufzeichnungsleistung zu ändern. In 17 bis 21 sind die so erhaltenen Wiedergabewellenformen gezeigt. Wie die Überschrift jeder Darstellung zeigt, sind die Werte von Pw₁, Pw₂ und Pe für den in jedem Beispiel verwendeten Aufzeichnungsstrahl wie folgt: 11/10,1/5,5, 12/11/6, 13/11,9/6,5, 14/12,8/7 sowie 15/13,8/7,5 (Pw₂/Pw₁/Pe in mW). Diese Darstellungen zeigen, daß im Vergleich mit den Wellenformen von 13 bis 16 klar definierte achtwertige Stufen in einem breiteren Bereich (Pw₂ = 12 bis 14 mW) für Änderungen von Pw beibehalten werden.
Bei gleichstromartiger Abstrahlung jedes der im Beispiel 1 verwendeten Pw-Werte auf das Medium war die erhaltene reflektierte Lichtstärke im wesentlichen gleich der im unbeschriebenen kristallinen Anfangszustand aufgrund der Rekristallisation nach Schmelzen. Hierbei bedeutet "im wesentlichen gleich", daß die reflektierten Lichtstärken in einem Bereich von ±30% übereinstimmen.
BEISPIEL 2
Ein 0,6 mm dickes spritzgegossenes Polycarbonatharzsubstrat, das eine Spurrille mit einem Spurabstand von 0,74 μm, einer Rillenbreite von 0,3 μm und einer Rillentiefe von 35 nm hat, wurde nacheinander mit einer 64 nm dicken unteren Schutzschicht aus (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀, einer 18 nm dicken Phasenänderungs-Aufzeichnungsschicht aus Ge₅Sb₆₉Te₂₆, einer 20 nm dicken oberen Schutzschicht aus (ZnS)₈₅(SiO₂)₁₅ und einer 200 nm dicken Reflexionsschicht aus Al_99,5Ta_0,5 durch Sputtern versehen. Ein ultravioletthärtendes Harz wurde durch das Schleuderbeschichtungsverfahren über der Reflexionsschicht in einer Dicke von 4 μm aufgetragen, um eine Schutzschicht zu bilden. Ein weiteres 0,6 mm dickes Substrat mit einer ähnlichen Schichtstruktur wurde hergestellt, und die beiden Substrate wurden miteinander verklebt, wobei die Aufzeichnungsschichtoberflächen innen angeordnet waren, indem ein verzögert ultravioletthärtender Kleber (Sony Chemical SK7000) verwendet wurde. Danach wurde ein Halbleiterlaserstrahl, der auf einen Fleck mit einer Hauptachse von etwa 70 μm und einer Nebenachse von etwa 1 μm fokussiert war und eine Wellenlänge von etwa 830 nm hatte, abgestrahlt und über die beiden Aufzeichnungsschichten in Nebenachsenrichtung mit einer Lineargeschwindigkeit von 2,5 m/s zum Abtasten geführt, um die Aufzeichnungsschichten zu kristallisieren (initialisieren).
Für die Lese-/Schreibbewertung kam ein Prüfgerät DDU1000 von Pulstec Industrial Co., Ltd. zum Einsatz (Laserwellenlänge 637 nm, NA = 0,63), um die Rillen mit einer Lineargeschwindigkeit von 2,4 m/s zu beschreiben und auszulesen. Der Fleck des Laserstrahls auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche hatte eine Breite von 0,87 μm sowohl in Abtastrichtung als auch senkrecht zur Abtastrichtung. Eine Stufe 0 wurde als Löschstufe zugrunde gelegt (kristalliner Zustand). Die Aufzeichnungsstufe wurde nacheinander von der Stufe 0 geändert, um die reflektierte Lichtstärke zu geringeren Stufen zu verschieben, wodurch eine mehrstufige Modulation in 8 Schritten von Stufe 0 bis Stufe 7 durchgeführt wurde.
Die Stufe 0 wurde als kristalline Stufe durch Abstrahlen eines Laserstrahls mit einer Löschleistung Pe = 6,0 mW erzeugt. Andere Stufen wurden durch Ändern eines Strahlungsmusters gemäß 7(a) entsprechend dem Impulsaufteilungsverfahren von Tabelle 2 erzeugt. Das heißt, die Aufzeichnungsleistung wurde auf Pw = 9,7 mW für die Stufen 1, 2, 3 und 4 und Pw = 13 mW für die Stufen 6 und 7 eingestellt, und eine Bias-Leistung wurde auf Pb = 0,5 mW für alle Stufen eingestellt. Die Länge T des Aufzeichnungsstufenabschnitts war auf 400 ns im wesentlichen konstant eingestellt (Markierungslänge: 0,96 μm). Was die Anzahl der Aufzeichnungsimpulsabschnit te und der Unterbrechungsimpulsabschnitte betraf, wurden Tw und Tb kombiniert und als ein Satz gezählt, und die Anzahl N von Sätzen wurde im Bereich von etwa 7 bis 14 so eingestellt, daß N(Tw + Tb) nahezu 400 ns betrug.
Tabelle 2
22 zeigt eine anhand der vorstehenden Beschreibung erhaltene Wiedergabewellenform.
Gemäß 22 wurden achtwertige Aufzeichnungsstufen von Stufe 0 in Entsprechung zu Rc bis Stufe 7 in Entsprechung zu Ra auf geordnete Weise beobachtet. Diese Wellenform wurde nach 10 Überschreibungen erhalten.
Bei gleichstromartiger Abstrahlung jedes der im Beispiel 2 verwendeten Pw-Werte auf das Medium war die erhaltene reflektierte Lichtstärke im wesentlichen gleich der im unbeschriebenen kristallinen Anfangszustand aufgrund der Rekristallisation nach Schmelzen.
Hierbei bedeutet "im wesentlichen gleich", daß die reflektierten Lichtstärken in einem Bereich von ±30% übereinstimmen.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel zeigt, daß das Aufzeichnungsmedium und das Aufzeichnungsverfahren die Rekristallisation während des Schmelz-/Wiedererstarrungsvorgangs der Aufzeichnungsschicht aktiv nutzen und daß die Fläche einer amorphen Markierung durch die Konkurrenz zwischen dem Rekristallisationsvorgang und dem Amorphisierungsvorgang im Wiedererstarrungsprozeß beim Bilden der amorphen Markierungen gesteuert wird.
Ein 1,2 mm dickes spritzgegossenes Polycarbonatharzsubstrat, das eine Spurrille mit einem Spurabstand von 1,6 μm, einer Rillenbreite von 0,5 μm und einer Rillentiefe von 37 nm hat, wurde nacheinander mit einer 92 nm dicken unteren Schutzschicht aus (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀, einer 19 nm dicken Phasenänderungs-Aufzeichnungsschicht aus In₈Ge₅Sb₆₄Te₂₃, einer 35 nm dicken oberen Schutzschicht aus (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀ und einer 250 nm dicken Reflexionsschicht aus Al_99,5Ta_0,5 durch Sputtern versehen. Ein ultravioletthärtendes Harz wurde durch das Schleuderbeschichtungsverfahren über der Reflexionsschicht in einer Dicke von 4 μm aufgetragen, um eine Schutzschicht zu bilden. Danach wurde ein Halbleiterlaserstrahl, der auf einen Fleck mit einer Hauptachse von etwa 70 μm und einer Nebenachse von etwa 1 μm fokussiert war und eine Wellenlänge von etwa 830 nm sowie eine Leistung von etwa 700 mW hatte, über die Aufzeichnungsschicht durch das Substrat abgestrahlt, während der Strahl mit etwa 3 m/s bewegt wurde, um die Aufzeichnungsschicht zu kristallisieren (initialisieren). Die reflektierte Lichtstärke des kristallisierten Anfangszustands war im wesentlichen gleich der, die man erhielt, wenn die Aufzeichnungsschicht durch das folgende Prüfgerät geschmolzen und rekristallisiert wurde. In der Praxis wurde die Aufzeichnungsschicht nach dem Schmelzen während des Wiedererstarrungsvorgangs rekristallisiert und initialisiert. Der spezifische Schichtwiderstand der Reflexionsschicht betrug 0,5 Ω/Flächeneinheit. Die Messung des spezifischen Widerstands erfolgte mit Hilfe eines Geräts Loresta MP, hergestellt von Dia Instruments Co., Ltd. Das Meßverfahren stimmt mit JIS K7194 überein.
Für die Lese-/Schreibbewertung kam ein Prüfgerät DDU1000 von Pulstec Industrial Co., Ltd. (Wellenlänge 780 nm, NA = 0,55) zum Schreiben und Lesen mit einer Lineargeschwindigkeit von 4,8 m/s zum Einsatz. Ein Laser als Lichtquelle mit einer Wellenlänge von etwa 780 nm wird durch eine Linse mit einer NA = 0,55 fokussiert und durch das Substrat über die Aufzeichnungsschichtoberfläche abgestrahlt. Ein Fleck des fokussierten Lichtstrahls hat eine Länge von 1,27 μm in Rillenrichtung und eine Breite von 1,23 μm in senkrechter Richtung zur Rille (Radialrichtung).
Die Aufzeichnungsleistung Pw wurde gleichstromartig auf das Medium abgestrahlt. Ein Spurfolgesystem wurde aktiviert, um den fokussierten Lichtstrahl auf eine Rille abzustrahlen, die auf einer Platte an einer Radialposition 30 bis 50 mm von einer Mitte kontinuierlich gebildet war. Gleichzeitig wurde Pw konstant eingestellt, während die Platte eine Drehung vollführte, und der fokussierte Lichtstrahl wurde relativ zur Platte mit einer Lineargeschwindigkeit von 4,8 m/s bewegt. Aus Sicht vom Strahldurchmesser wurde Pw für eine im wesentlichen unendliche Länge kontinuierlich abgestrahlt. Nur an einem Punkt wurde die Aufzeichnungsleistung unterbrochen und für eine Dauer Tb auf Pb = 0,8 mW gesenkt. Die Leistung Pb ist ausreichend klein, so daß die Aufzeichnungsschicht nur auf eine Temperatur weit unter der Kristallisationstemperatur in einer Festphase erwärmt wird. Die Leselichtleistung war auf 0,8 mW eingestellt, die mit Pb identisch ist.
27 bis 32, 33 bis 38 und 41 bis 46 zeigen Strahlungsmuster und Variationen der reflektierten Lichtstärke. Die waagerechte Linie stellt eine Zeitachse dar. Eine untere Hälfte der Ordinate repräsentiert ein Taktsignal zum Umschalten der abgestrahlten Laserleistung von Pw auf Pb, und eine obere Hälfte stellt eine Ausgangsspannung dar, die proportional zur Stärke des reflektierten Wiedergabelichts ist. Ist das Taktsignal tiefpeglig, wird Pb abgestrahlt; und ist es hochpeglig, wird Pw abgestrahlt. Hierbei ist zu beachten, daß trotz nicht gleichzeitiger Durchführung der Bestrahlung mit der Aufzeichnungsleistung/Bias-Leistung und des Lesens auf der Grundlage des Wiedergabelichts die Wiedergabewellenform mit der durch die Bias-Leistung Pb bestrahlten Position synchronisiert wird. Somit wird eine Änderung der Aufzeichnungsschicht, die durch Abstrahlen des Lichtstrahls mit der Leistung Pb für eine Dauer Tb verursacht wird, als Änderung der reflektierten Widergabelichtstärke synchron detektiert.
27 bis 32 zeigen Strahlungsmuster und reflektierte Lichtstärken, wenn die Leistung an einer Position von Pw auf Pb unmittelbar reduziert wird, wobei die Bias-Leistung Pb danach abgestrahlt wird. 33 bis 38 zeigen Strahlungsmuster und reflektierte Lichtstärken, wenn Pw geändert wird, wobei Tb konstant auf Tb = 200 ns bleibt. Hierbei ist die erforderliche Zeit zum Umschalten der Leistung von Pw auf Pb, die Anstiegszeit der Laserstrahlleistung, kürzer als etwa 2 ns, weshalb man das Umschalten so betrachten kann, als erfolge es im wesentlichen sofort. 27 bis 32 und 33 bis 38 entsprechen jeweils Pw = 7, 8, 10, 12, 14 und 16 mW in dieser Reihenfolge. Nur wenn in jedem Fall Pw mindestens 8 mW beträgt, wird eine Verringerung der reflektierten Lichtstärke infolge der amorphen Zustandsbildung beobachtet. Die Aufzeichnungsschicht gilt für mindestens 8 mW als geschmolzen.
Nur wenn in 27 bis 32 Pw mindestens 8 mW beträgt, tritt eine Reduzierung der reflektierten Lichtstärke nahe dem Punkt auf, an dem die Leistung von Pw auf Pb umgeschaltet wird. Vor und nach der Reduzierung der reflektierten Lichtstärke bleibt hierbei die reflektierte Lichtstärke in jedem Fall von 27 bis 32 und 33 bis 38 auf einer im wesentlichen konstanten Stufe. Insbesondere im Fall von 27 bis 32, in dem ein Strahl mit einer Leistung Pb gleichstromartig abgestrahlt wird, wird ein Abschnitt in der Aufzeichnungsschicht, in dem nur die Leistung Pb abgestrahlt wird, so betrachtet, daß er keine Änderung erzeugt und den kristallinen Anfangszustand beibehält.
Die Tatsache, daß die gleichstromartige Abstrahlung von Pw und die gleichstromartige Abstrahlung von Pb beide die gleichen reflektierten Lichtstärken erzeugen, verweist darauf, daß im Fall der gleichstromartigen Abstrahlung von Pw die geschmolzenen Aufzeichnungsschichten während der Wiedererstarrung alle rekristallisiert und in den gleichen kristallinen Zustand wie den kristallinen Anfangszustand in einem solchen Maß zurückgeführt werden, daß ihre Unterschiede zumindest optisch nicht identifiziert werden können. Der Vorgang dieser Rekristallisation ist in 39 und 40 schematisch dargestellt. 39 repräsentiert einen Fall, in dem die Leistung von Pw auf Pb reduziert und danach auf Pb belassen wird. Auch wenn der Strahl mit der Leistung Pw gleichstromartig abgestrahlt wird, hat ein in einem bestimmten Moment geschmolzenes Gebiet etwa die Größe eines Durchmessers des abgestrahlten Strahls, und das geschmolzene Gebiet mit konstant gehaltener Form wird so betrachtet, daß es sich von links nach rechts in der Zeichnung in Abtastrichtung und dem Strahl folgend bewegt. In einem Gebiet, in dem Pw gleichstromartig abgestrahlt wird, wird das geschmolzene Gebiet vollständig zu einem rekristallisierten Gebiet 2 als Teil des kristallisierten Anfangsgebiets 1 rekristallisiert, nachdem es geschmolzen wieder verfestigt wurde. Nahe einem Punkt, an dem die Leistung unmittelbar von Pw auf Pb umgeschaltet wird, wird die Abkühlungsgeschwindigkeit der Aufzeichnungsschicht vorübergehend groß und übersteigt die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit für die amorphe Zustandsbildung, weshalb die Aufzeichnungsschicht an diesem Abschnitt in den amorphen Zustand überführt wird, was eine amorphe Markierung 3 bildet. In einem Gebiet 5, in dem der Strahl mit der Leistung Pb gleichstromartig abgestrahlt wird, tritt das Schmelzen selbst nicht in der Aufzeichnungsschicht auf, weshalb das Gebiet 5 das kristallisierte Anfangsgebiet 1 bleibt. Obwohl in 39 das rekristallisierte Gebiet und das kristallisierte Anfangsgebiet mit unterschiedlichen Mustern verschiedenartig dargestellt sind, sind diese beiden kristallinen Zustände praktisch nicht unterscheidbar, solange sie nahezu die gleichen reflektierten Lichtstärken haben.
Andererseits zeigt 40 schematisch einen Fall, in dem die Leistung von Pw auf Pb nur für eine Dauer Tb geändert und danach auf Pw zurückgeführt wird. In diesem Fall neigt das hintere Ende der amorphen Markierung dazu, etwas kürzer als im Fall von 39 zu sein. Man geht davon aus, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß die Erwärmungswirkung der Leistung Pw, die nach Tb erneut abgestrahlt wird, eine Zunahme der durch Tb erzeugten Abkühlungsgeschwindigkeit unterdrückt. Das Gebiet, das der amorphen Markierung folgt, unterscheidet sich von dem in 39 dadurch, daß es zum rekristallisierten Gebiet 2 ausgebildet ist. Das heißt, in 40 bewegt sich das "derzeit geschmolzene Gebiet 6" nach rechts in der Zeichnung mit fortschreitendem Strahl, wird aber wie im Fall von 39 durch die Selbstrekristallisation während der Erstarrung vollständig zum rekristallisierten Gebiet 2 kristallisiert.
41 bis 46 zeigen Strahlungsmuster und reflektierte Lichtstärken, wenn Tb geändert wird, während Pw und Pb mit Pw = 12 mW und Pb = 0,8 mW konstant bleiben. 41 bis 46 ent sprechen Tb = 10, 30, 50, 100, 200 bzw. 400 ns in dieser Reihenfolge. beträgt Tb mindestens etwa 5 ns, lag die Abkühlungsgeschwindigkeit der Aufzeichnungsschicht am hinteren Ende des geschmolzenen Gebiets auf der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit, weshalb eine amorphe Markierung gebildet wurde. Mit steigendem Tb-Wert vergrößert sich die Fläche des geschmolzenen Gebiets selbst, was die Fläche der amorphen Markierung erhöht (mit dem Ergebnis einer erheblichen Verringerung der reflektierten Lichtstärke). Für Tb über 200 ns bleibt die amorphe Markierung konstant. Daraus wird deutlich, daß im Tb-Bereich von höchstens etwa 200 ns nur ein Teil des geschmolzenen Gebiets, das unmittelbar vor der Leistungsänderung von Pw auf Pb existiert, in einen amorphen Zustand übergeht und daß sich die Fläche des amorphen Zustands nach der Abkühlungsgeschwindigkeit richtet, die durch die Aus-Leistung Pb und ihre Dauer Tb bestimmt wird. Beträgt Tb etwa 200 ns oder mehr, gilt die durch die Temperaturänderungssteuerung unter Verwendung des Aus-Impulses beeinflußte Fläche als begrenzt, so daß auch bei gesteigerter Abkühlungsgeschwindigkeit die Größe des rekristallisierten Gebiets am hinteren Ende der amorphen Markierung konstant bleibt.
Deutlich wird, daß die Fläche der amorphen Markierung von einem Mechanismus bestimmt wird, der die "Selbstrekristallisation", die der Aufzeichnungsschicht selbst innewohnt, mit Hilfe der Abkühlungsgeschwindigkeit während des Aus-Impulsabschnitts Tb teilweise begrenzt und dadurch das Rekristallisationsgebiet steuert, und daß die amorphe Markierung, die sich bildete und erstarrte, nicht durch den anschließenden Aufzeichnungsimpuls getrennt gelöscht wird.
Bei der Beobachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop wurde festgestellt, daß das Gebiet, in dem die reflektierte Lichtstärke in 27 bis 32, 33 bis 38 und 41 bis 46 fällt, eine amorphe Markierung mit 0,01 bis 1 μm Länge in Abtastrichtung der Lese-/Schreibstrahlen ist. In jedem Fall kommt das hintere Ende der Markierung in seiner Form einer Pfeilfeder nahe. Außerdem zeigte die mikroskopische TEM-Beobachtung, daß die Bereitstellung eines Aus-Impulses Pb eine amorphe Markierung erzeugt, die ein kontinuierli ches Gebiet belegt. Dies verweist darauf, daß die Rekristallisation während des Wiedererstarrungsvorgangs durch das Kristallwachstum unter Verwendung des kristallinen Gebiets in der Umfangsfläche des geschmolzenen Gebiets als Keim fortschreitet. Dies unterscheidet sich grundsätzlich vom mehrstufigen Aufzeichnungssystem, das den Kristallisationsgrad durch die Keimerzeugung und das Keimwachstum im geschmolzenen Gebiet oder vom Inneren der erstarrten amorphen Markierung aus steuert.
Durchgeführt wurde ferner eine mehrstufige Aufzeichnung durch Verwendung eines Mediums, das den zuvor beschriebenen ähnelte, und unter Nutzung der "Selbstrekristallisation" auf der Grundlage der zweiwertigen Pw/Pb-Modulation. Dabei wurde die reflektierte Lichtstärkestufe in Mehrfachstufen durch Ändern der Pb-Strahlungszeit Tb gesteuert, und zugleich wurden auch die Intervalle zwischen den Strahlungsabschnitten des Strahls mit der Leistung Pb geändert, um die Intervalle zwischen isolierten Spitzen zu modulieren.
Die Abtastung mit den Lese-/Schreibstrahlen erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 4,8 m/s, und die zeitliche Länge und räumliche Länge des Aufzeichnungsstufenabschnitts T waren auf 1000 ns bzw. 4,8 μm eingestellt. Das Strahlungsmuster gepaarter Pw/Pb-Aufzeichnungsstrahlen war mit Aufzeichnungsimpulsabschnitten und Unterbrechungsabschnitten gemäß der unteren Hälfte von 47 versehen, wobei Pw konstant auf 12 mW und Pb auf 0,8 mW eingestellt war.
Eine Gesamtzeit T_t0 als ein Aufzeichnungsimpulsabschnitt mit seinem begleitenden Unterbrechungsabschnitt wurde auf T_t0 = 125 ns konstant eingestellt, und 8T_t0 bildete einen Aufzeichnungsstufenabschnitt. Die reflektierte Lichtstärkestufe wurde geändert, indem nur das Verhältnis der Pw-Strahlungszeit zu T_t0, d. h. das Tastverhältnis, geändert wurde. Resultierende Änderungen der reflektierten Lichtstärke sind in der oberen Hälfte von 47 dargestellt.
48 zeigt einen Beispielfall, in dem eine achtwertige mehrstufige Aufzeichnung durch die zuvor beschriebene Steuerung des Tastverhältnisses durchgeführt wird. Ein Aufzeichnungsstufenabschnitt weist acht isolierte amorphe Mar kierungen auf, die durch acht Sätze von Pw und Pb gebildet sind. In einem Aufzeichnungsstufenabschnitt kann die reflektierte Lichtstärke im wesentlichen konstant auf einem Mittelwert dieser acht reflektierten Lichtstärken gehalten werden (durch das Mitteln, das die Abstumpfung der optischen räumlichen Auflösungsfähigkeit des Wiedergabelichtstrahls nutzt).
Das Tastverhältnis, das zur Bildung einzelner Aufzeichnungsstufen verwendet wird, ist in 48 als Verhältnis (%) des Pw-Strahlungsabschnitts zur Zeit T_t0 gezeigt. Deutlich wird, daß einfaches Ändern der zweistufigen Pw/Pb-Aufzeichnungsleistungsstufen zur Steuerung ihres Tastverhältnisses eine achtwertige mehrstufige Aufzeichnung auf geordnete Weise realisieren kann. Festgestellt wurde auch, daß das Tastverhältnis von mindestens 95% bewirken kann, daß die reflektierte Lichtstärke im wesentlichen vollständig auf die kristalline Anfangsstufe zurückkehrt. Zu sehen ist, daß das Tastverhältnis, das die minimale reflektierte Lichtstärke erzeugt, 44% beträgt und das Tastverhältnis, das die maximale reflektierte Lichtstärke erzeugt, 96% beträgt und daß sich die reflektierte Lichtstärke im Tastverhältnisbereich von mindestens 50% ändert.
49 zeigt eine Wiedergabewellenform, wenn die Länge eines Aufzeichnungsstufenabschnitts durch Ändern der Anzahl von T_t0 auf der Grundlage der o. g. achtwertigen Stufen geändert wird. In der Zeichnung sind Tastverhältnisse (%) gezeigt, die verwendet werden, um die zugehörigen Stufen und die Anzahl von T_t0 (dargestellt durch eine Multiplikationszahl nach %) zu erzeugen. Beispielsweise gibt 64% × 16 an, daß ein Abschnitt T_t0, in dem Pw mit einem Tastverhältnis von 64% abgestrahlt wird, 16 mal nacheinander gebildet wird. In diesem Beispiel wurde wiederholtes Überschreiben 100 mal durchgeführt, und jede reflektierte Lichtstärke behielt den Anfangszustand bei.
BEISPIEL 4
Ein 0,6 mm dickes spritzgegossenes Polycarbonatharzsubstrat, das eine Spurrille mit einem Spurabstand von 0,74 μm, einer Rillenbreite von 0,3 μm und einer Rillentiefe von 30 nm hat, wurde nacheinander mit einer 68 nm dicken unteren Schutzschicht aus (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀, einer 18 nm dicken Phasenänderungs-Aufzeichnungsschicht aus In₃Ge₅Sb₆₉Te₂₃, einer 20 nm dicken oberen Schutzschicht aus (ZnS)₈₅(SiO₂)₁₅ und einer 250 nm dicken Reflexionsschicht aus Al_99,5Ta_0,5 durch Sputtern versehen. Ein ultravioletthärtendes Harz wurde durch das Schleuderbeschichtungsverfahren über der Reflexionsschicht in einer Dicke von 4 μm aufgetragen, um eine Schutzschicht zu bilden. Ein weiteres 0,6 mm dickes Substrat mit einer ähnlichen Schichtstruktur wurde hergestellt, und die beiden Substrate wurden miteinander verklebt, wobei die Aufzeichnungsschichtoberflächen innen angeordnet waren, indem ein Heißschmelzkleber verwendet wurde. Danach wurde ein Halbleiterlaserstrahl, der auf einen Fleck mit einer Hauptachse von etwa 70 μm und einer Nebenachse von etwa 1 μm fokussiert war und eine Wellenlänge von etwa 830 nm hatte, abgestrahlt und über die beiden Aufzeichnungsschichten mit einer Lineargeschwindigkeit von 3 bis 4 m/s zum Abtasten geführt, um die Aufzeichnungsschichten zu kristallisieren (initialisieren).
Für die Lese-/Schreibbewertung kam ein Prüfgerät DDU1000 von Pulstec Industrial Co., Ltd. zum Einsatz (Wellenlänge 660 nm, NA = 0,6), um die Rillen mit einer Lineargeschwindigkeit von 3,5 m/s zu beschreiben und auszulesen. Die Lesestrahlleistung Pr war auf 0,7 mW eingestellt. Die Lese-/Schreibstrahlen hatten einen Fleck mit 0,97 μm Länge in Abtastrichtung und 0,94 μm Breite senkrecht zur Abtastrichtung.
50 zeigt eine reflektierte Lichtstärke (in einer oberen Hälfte) und ein Strahlungsmuster (in einer unteren Hälfte), wenn Pw gleichstromartig abgestrahlt wird, wobei die Aufzeichnungsleistung Pw auf 12 mW und die Bias-Leistung Pb auf 0,7 mW eingestellt sind und die Leistung in einem bestimmten Moment auf Pb umgeschaltet wird. Deutlich wird, daß nur unmittelbar nach Änderung der Leistung die reflektierte Lichtstärke fällt und eine amorphe Markierung gebildet wird. Bei weiterer Abstrahlung der Leistung Pw wird die reflektierte Lichtstärke auf der Stufe des kristallinen Anfangszustands nach Schmelzen wiederhergestellt, was darauf verweist, daß dieses Medium ein hohes "Selbstrekristallisations"-Vermögen hat.
Das Medium wurde mit dem im folgenden dargestellten Strahlungsmuster beschrieben. Das heißt, die reflektierte Lichtstärke wurde gesteuert, indem zwei Leistungen Pw = 13 mW und Pb = 0,7 mW verwendet wurden und das Verhältnis zwischen dem Aufzeichnungsimpulsabschnitt, in dem die Leistung Pw abzustrahlen war, und einem Unterbrechungsabschnitt geändert wurde, in dem die Leistung Pb abzustrahlen war. Der Aufzeichnungsimpulsabschnitt und der Unterbrechungsabschnitt werden kombiniert, um einen Aufzeichnungsstufenabschnitt zu bilden, der T₀ = 110 ns dauert (Länge: 0,385 μm). In 52 sind erhaltene Reflexionsgrade gezeigt. Erhalten wurden dreizehn reflektierte Lichtstärkestufen. Jede Stufe wird durch achtfaches Wiederholen der T₀-Aufzeichnung erhalten, weshalb man davon ausgehen kann, daß der Aufzeichnungsstufenabschnitt die Länge von 8T₀ = 880 ns hat. Das heißt, der Aufzeichnungsstufenabschnitt kann so betrachtet werden, daß er 3,08 μm lang und durch Verwendung einer Kombination aus acht Paaren von Aufzeichnungsimpulsen und Aus-Impulsen gebildet ist.
Das Tastverhältnis für jeden Aufzeichnungsimpulsabschnitt, der zur Erzeugung der entsprechenden Stufe dient, ist in 52 gezeigt. Insbesondere sind die Tastverhältnisse zum Erzeugen der einzelnen Aufzeichnungsstufen von der niedrigsten Aufzeichnungsstufe L1 bis zur höchsten Aufzeichnungsstufe L13 wie folgt: 27,3% für L1, 36,4% für L2, 45,5% für L3, 50,0% für L4, 54,5% für L5, 59,1% für L6, 63,6% für L7, 68,2% für L8, 72,7% für L9, 77,3% für L10, 81,9% für L11, 86,4% für L12 und 90,9% für L13. In diesem Fall bestätigte die mikroskopische TEM-Beobachtung, daß jede amorphe Markierung pfeilfederförmig gemäß 39 ist und daß die Mehrheit der amorphen Markierungen isoliert und vom kristallinen Gebiet umgeben ist. Bei größeren amorphen Markierungen wurde festgestellt, daß ein Teil ihres hinteren Endes mit einer weiteren amorphen Markierung im angrenzenden Aufzeichnungsstufenabschnitt verbunden war.
51 zeigt die Änderungen des Reflexionsgrads, wenn im o. g. Beispiel das Tastverhältnis für jede T₀ = 110 ns geändert wird, um die Aufzeichnungsstufe zu verschieben. Abschnitte, die von links nach rechts mit L1–L5, L5–L8, L9–L11 bezeichnet sind, entsprechen jeweils Gebieten, in denen die Aufzeichnungsstufe zwischen zwei Stufen L1 und L5, zwischen L5 und L8 und zwischen L9 und L11 abwechselnd für jede T₀ verschoben wird. In der rechten Hälfte der Darstellung sind die mit L4, L5, L6, ..., L10 bezeichneten Abschnitte jene, in denen die Aufzeichnungsstufe alle 8T₀ verschoben wird, wobei mit L4 begonnen wird und die Verschiebung nach oben bis zu L10 erfolgt. Die für alle 8T₀ gebildeten Aufzeichnungsstufen werden als mittlere Stufen als Ergebnis optischer Interferenz mit den vorhergehenden und anschließenden Stufen wiedergegeben. Andererseits wird bei Änderung der Aufzeichnungsstufe alle 110 ns festgestellt, daß einzelne Stufen geändert werden, aber ihre reflektierten Lichtstärken nicht unbedingt mit denen in dem Fall übereinstimmen, in dem die Aufzeichnungsstufe alle 8T₀ geändert wird. Wie zuvor beschrieben, ist die Wiedergabelichtwellenform vom Aufzeichnungsstufenabschnitt, der kleiner als der Durchmesser des Wiedergabestrahls ist, abgestumpft. Somit ist es möglich, eine elektronische Schaltung unter Berücksichtigung einer Umkehrfunktion der optischen Modulationsübertragungsfunktion oder ein softwarebasiertes Filter gemäß der Beschreibung in der o. g. US-A-5818806 aufzubauen und Rohwellenformen durch dieses Filter zur Wiedergabe zu führen, um sie geeigneten reflektierten Lichtstärken L1 bis L13 zuordnen zu lassen und die Ausgangssignale wiederherzustellen.
In diesem Beispiel betrug die Modulation (in diesem Fall (Rc – Ra)/(Rc × 100) mindestens 50%.
Gemäß der zuvor beschriebenen Erfindung werden ein mehrstufiges Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren und ein mehrstufiges Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium auf der Grundlage eines neuen Prinzips bereitgestellt, das das Phasenänderungsmedium im mehrstufigen Aufzeichnungssystem nutzt. Dieses mehrstufige Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren stabilisiert die amorphe Markierung und kann eine optische Kennwertdifferenz zwischen Mehrfachaufzeichnungsstufen erhöhen und die Grenze der amorphen Markierung klar herausstellen, was wiederum ermöglicht, die amorphe Markierung mit kleineren Größen zu bilden.

Claims

Mehrstufiges Aufzeichnungsverfahren mit den folgenden Schritten: Abstrahlen eines Aufzeichnungsenergiestrahls auf ein Informationsaufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsschicht, um die Aufzeichnungsschicht lokal zu schmelzen, wobei die Aufzeichnungsschicht geeignet ist, eine Phasenänderung zwischen einem kristallinen Zustand und einem amorphen Zustand beim Bestrahlen mit einem Energiestrahl zu erzeugen; und Bilden einer amorphen Markierung durch Abkühlen während eines Erstarrungsvorgangs, um Informationen auf dem Medium aufzuzeichnen; wobei die Größe der amorphen Markierung in einer einzelnen Aufzeichnungsschicht in drei oder mehr Mehrfachaufzeichnungsstufen hauptsächlich durch eine Konkurrenz zwischen einem Rekristallisationsvorgang und einem Amorphisierungsvorgang während des Erstarrungsvorgangs gesteuert wird.
Mehrstufiges Aufzeichnungsverfahren, wobei ein Wiedergabelichtstrahl auf die amorphe Markierung abgestrahlt wird, die gemäß dem mehrstufigen Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1 aufgezeichnet wurde, und eine Stärke von reflektiertem Licht von dem durch den Wiedergabelichtstrahl bestrahlten Gebiet in drei oder mehr Mehrfachaufzeichnungsstufen gemäß einer optischen Kennwertdifferenz zwischen einem kristallinen Gebiet und einem amorphen Gebiet und ihren Flächen gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Aufzeichnungsenergiestrahl auf ein mit der amorphen Markierung gebildetes Gebiet abgestrahlt wird, um die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen und dadurch die amorphe Mar kierung zu löschen, und während des Erstarrungsvorgangs ein amorphes Gebiet und ein rekristallisiertes Gebiet neu gebildet werden, um die amorphe Markierung zu überschreiben.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Aufzeichnungsenergiestrahl und der Wiedergabeenergiestrahl Fleckdurchmesser auf einer Aufzeichnungsschichtoberfläche von höchstens 2 μm haben.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Aufzeichnungs- und Widergabelichtstrahl elliptische Flecke auf der Aufzeichnungsschichtoberfläche haben, deren Hauptachsen im wesentlichen in senkrechter Richtung zur Strahlabtastrichtung orientiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beim Abtasten des Aufzeichnungsenergiestrahls relativ zum Aufzeichnungsmedium zum Bilden geschmolzener Gebiete, um amorphe Markierungen in Abtastrichtung zu bilden, die Größe der amorphen Markierung durch Ändern einer auf die Abtastrichtung bezogenen Breite der amorphen Markierung gesteuert wird und die Breite der amorphen Markierung kleiner als die auf die Abtastrichtung bezogene Breite des Wiedergabeenergiestrahls an jeder der Mehrfachaufzeichnungsstufen gemacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei beim Abtasten des Aufzeichnungsenergiestrahls relativ zum Aufzeichnungsmedium zum Bilden geschmolzener Gebiete, um amorphe Markierungen in Abtastrichtung zu bilden, die Größe der amorphen Markierung durch Ändern einer auf die Abtastrichtung bezogenen Länge der amorphen Markierung gesteuert wird und die Länge der amorphen Markierung kleiner als die auf die Abtastrichtung bezogene Länge des Wiedergabeenergiestrahls an jeder der Mehrfachaufzeichnungsstufen gemacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei einem Übergang von einem Aufzeichnungsstufenabschnitt zu einem weiteren der Übergang stets einen Aufzeichnungsstufenabschnitt durchläuft, der einem kristallinen Zustand entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die amorphen Markierungen umgeben von einem kristallinen Gebiet isoliert werden und Intervalle zwischen reflektierten Lichtstärkespitzen, die den isolierten amorphen Markierungen entsprechen, mit einer Bezugslänge T konstant gemacht werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Intervall zwischen isolierten reflektierten Lichtstärkespitzen eine Ganzzahl mal die Bezugslänge T ist und eine mehrstufige Aufzeichnung durch Verwendung zweier Variablen durchgeführt wird, die aus einem Spitze-zu-Spitze-Intervall LT (L ist n Arten von Ganzzahlen) und einer Aufzeichnungsstufe in m Schritten bestehen.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei der Aufzeichnungsstufenabschnitt eine Trapezwellenform mit n Arten von Längen hat und mindestens die Länge des Trapezabschnitts oder ein Intervall zwischen den Trapezabschnitten moduliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei bei einem Übergang von einem Aufzeichnungsstufenabschnitt zu einem weiteren der Übergang kontinuierlich erfolgt, ohne die Bezugsaufzeichnungsstufe zu durchlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Teil oder die gesamte Strahlungszeit des Aufzeichnungsenergiestrahls in einem Aufzeichnungsstufenabschnitt in einen oder mehrere Aufzeichnungsimpulsabschnitte und einen oder mehrere Unterbrechungsabschnitte aufgeteilt wird, die Leistung des Aufzeichnungsenergiestrahls im Aufzeichnungsstufenabschnitt auf eine Leistung Pw, die stark genug ist, die Aufzeichnungsschicht während des Aufzeichnungsimpulsabschnitts zu schmelzen, und eine Leistung Pb einschließlich 0, die kleiner als Pw ist, während des Unterbrechungsabschnitts eingestellt wird und die Größe der amorphen Markierung durch Ändern eines Strahlungsmusters des Aufzeichnungsenergiestrahls in der Strahlungszeit gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Leistung Pb des während des Unterbrechungsabschnitts abgestrahlten Aufzeichnungsenergiestrahls eine Bedingung 0 ≤ Pb ≤ 0,2Pw erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Strahlungsmuster des Aufzeichnungsenergiestrahls in der Strahlungszeit durch Ändern der Größen von Pb und Pw geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Strahlungsmuster des Aufzeichnungsenergiestrahls in der Strahlungszeit durch Ändern der Längen des Aufzeichnungsimpulsabschnitts und/oder des Unterbrechungsabschnitts geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Durchmesser r_b des Wiedergabelichtstrahls mindestens gleich einer räumlichen Länge Ts des Aufzeichnungsabschnitts eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Teil oder die gesamte Strahlungszeit des Aufzeichnungsenergiestrahls zur Bildung eines Aufzeichnungsstufenabschnitts in einen Aufzeichnungsimpulsabschnitt und einen den Aufzeichnungsimpulsabschnitt davor oder danach begleitenden Unterbrechungsabschnitt aufgeteilt wird, die Leistung des Aufzeichnungsenergiestrahls im Aufzeichnungsstufenabschnitt auf eine Leistung Pw, die stark genug ist, die Aufzeichnungsschicht während des Aufzeichnungsimpulsabschnitts zu schmelzen, und eine Leistung Pb einschließlich 0, die kleiner als Pw ist, während des Unterbrechungsabschnitts eingestellt wird und die Größe der amorphen Markierung durch Ändern von Pw, Pb, der Aufzeichnungsimpulsabschnittslänge und/oder der Unterbrechungsabschnittslänge gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine Länge des Aufzeichnungsstufenabschnitts mit einer Bezugslänge T konstant ist und die Größe der amorphen Markierung durch Ändern eines Tastverhältnisses des Aufzeichnungsimpulsabschnitts zum Aufzeichnungsstufenabschnitt gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Anzahl von Aufzeichnungsstufen mindestens vier beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei ein reflektierter Lichtstärkebereich mit einer stärksten reflektierten Lichtstärke Rc und einer schwächsten reflektierten Lichtstärke Ra in m Teilbereiche (m > 1) aufgeteilt wird, die m Teilbereiche so eingestellt werden, daß ein Teilbereich mit einer maximalen reflektierten Lichtstärke die stärkste reflektierte Lichtstärke Rc aufweist und ein Teilbereich mit einer minimalen reflektierten Lichtstärke die schwächste reflektierte Lichtstärke Ra aufweist, und welcher Stufe eine erhaltene reflektierte Lichtstärke entspricht durch Prüfen bestimmt wird, zu welchem der m Teilbereiche die reflektierte Lichtstärke gehört.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die m Teilbereiche zueinander gleiche Größen der reflektierten Lichtstärke haben.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Größe jedes der m Teilbereiche mit größerer Nähe des Teilbereichs zu Rc zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das Informationsaufzeichnungsmedium ein Medium ist, bei dem die Rekristallisation aus dem geschmolzenen Zustand in der Aufzeichnungsschicht im wesentlichen vom kristallinen Gebiet aus durch das Kristallwachstum fortschreitet.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Informationsaufzeichnungsmedium ein Medium ist, bei dem im Zustand für die mehrstufige Aufzeichnung i) wenn die Aufzeichnungsleistung Pw, die stark genug ist, die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen, kontinuierlich abgestrahlt wird (auf eine Weise wie ein Gleichstrom), das geschmolzene Gebiet im wesentlichen perfekt rekristallisiert, und ii) nur wenn die Aus-Leistung Pb, die die Aufzeichnungsschicht auf eine Temperatur weit unter der Rekristallisationstemperatur in einer Festphase erwärmt, nach der Aufzeichnungsleistung Pw abgestrahlt wird, das geschmolzene Gebiet in einen amorphen Zustand übergeht.
Mehrstufiges Aufzeichnungsmedium, das zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25 geeignet ist, mit einer Aufzeichnungsschicht, wobei die Aufzeichnungsschicht ihre Phase zwischen einem kristallinen Zustand und einem amorphen Zustand bei Bestrahlung mit einem Energiestrahl ändert und eine Rekristallisation aus einem geschmolzenen Zustand in der Aufzeichnungsschicht im wesentlichen durch ein Kristallwachstum von einem kristallinen Gebiet aus fortschreitet.
Mehrstufiges Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 26, wobei in dem die mehrstufige Aufzeichnung durchführenden Zustand i) wenn die Aufzeichnungsleistung Pw, die stark genug ist, die Aufzeichnungsschicht zu schmelzen, kontinuierlich abgestrahlt wird (auf eine Weise wie ein Gleichstrom), das geschmolzene Gebiet im wesentlichen perfekt rekristallisiert, und ii) nur wenn die Aus-Leistung Pb, die die Aufzeichnungsschicht auf eine Temperatur weit unter der Rekristallisationstemperatur in einer Festphase erwärmt, nach der Aufzeichnungsleistung Pw abgestrahlt wird, das geschmolzene Gebiet in einen amorphen Zustand übergeht.
Medium nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Aufzeichnungsschicht eine Legierungszusammensetzung hat, die Sb enthält.
Medium nach Anspruch 28 mit einer SbTe-Legierungszusammensetzung, die Sb über einen eutektischen Punkt hinaus enthält.
Medium nach Anspruch 28 oder 29, wobei die Aufzeichnungsschicht die folgende Zusammensetzung aufweist: M_x(Sb_yTe_1-y)_1-x,wobei 0 < x ≤ 0,2, 0,6 ≤ y ist und M mindestens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus In, Ga, Zn, Ge, Sn, Si, Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Pb, Bi, Cr, Co, O, S, N, Se, Ta, Nb, V, Zr, Hf und Seltenerdmetallen besteht.
Medium nach Anspruch 30, wobei die Aufzeichnungsschicht die folgende Zusammensetzung aufweist: M'_αGe_β(Sb_γTe_1-γ)_1-α-β,wobei M' In und/oder Ga ist und 0,001 ≤ α ≤ 0,1, 0,001 ≤ β ≤ 0,15 und 0,65 ≤ γ ≤ 0,85 gilt.
Medium nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei Schutzschichten über und unter der Aufzeichnungsschicht vorgesehen sind und eine Reflexionsschicht über der O berfläche einer der Schutzschichten vorgesehen ist, die auf der Gegenseite der Aufzeichnungsschicht liegt.
Medium nach Anspruch 32, wobei die Aufzeichnungsschicht eine Dicke von 1 nm bis 30 nm hat, die zwischen der Aufzeichnungsschicht und der Reflexionsschicht vorgesehene dielektrische Schutzschicht eine Dicke von höchstens 60 nm hat und die Reflexionsschicht eine hauptsächlich Al, Ag oder Au aufweisende Legierung ist.
Medium nach Anspruch 32 oder 33, wobei die Reflexionsschicht einen spezifischen Schichtwiderstand von 0,1 bis 0,6 Ω/Flächeneinheit hat.
Medium nach einem der Ansprüche 26 bis 34, das im Verfahren nach Anspruch 19 verwendet wird, wobei die reflektierte Lichtstärke eine im wesentlichen lineare Änderung als Reaktion auf eine Änderung des verwendeten Tastverhältnisses zeigt.
Medium nach einem der Ansprüche 26 bis 35, das im Verfahren nach Anspruch 19 verwendet wird, wobei bei einem Tastverhältnis von 95% oder mehr die amorphe Markierung nicht gebildet wird.
Medium nach Anspruch 35 oder 36, wobei wenn das Tastverhältnis, bei dem die minimale reflektierte Lichtstärke Ra erhalten wird, Da (%) ist und das Tastverhältnis, bei dem die maximale reflektierte Lichtstärke Rc erhalten wird, Dc (%) ist, Dc – Da ≤ 50% gilt.