EP1141953A1 - Support d'enregistrement optique et procede de realisation de ce support - Google Patents

Support d'enregistrement optique et procede de realisation de ce support

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EP1141953A1
EP1141953A1 EP99961111A EP99961111A EP1141953A1 EP 1141953 A1 EP1141953 A1 EP 1141953A1 EP 99961111 A EP99961111 A EP 99961111A EP 99961111 A EP99961111 A EP 99961111A EP 1141953 A1 EP1141953 A1 EP 1141953A1
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EP
European Patent Office
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metal
recording medium
layer
optical recording
optical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99961111A
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German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Bechevet
Marie-Françoise Armand
Patrick Chaton
Etienne Quesnel
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G11B7/2533—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of substrates comprising resins

Definitions

  • the present invention relates to an optical recording medium and a method for producing this medium.
  • the invention finds an application in the field of recording on optical discs, for example for so-called recordable compact discs, abbreviated CD-R ("Compact Disc Recordable"), or digital recordable versatile discs, abbreviated DVD- R ("Digital Versatile Disc Recordable”) or single writing and multiple reading discs, abbreviated WORM ("Write Once Read Many").
  • CD-R Compact Disc Recordable
  • DVD- R Digital Versatile Disc Recordable
  • WORM Write Once Read Many
  • CD-R compact and recordable (or writable) disc
  • CD-R compact and recordable (or writable) disc
  • the manufacturing technique used today uses a dye polymer ("Dye Polymer”) sensitive to a specific wavelength. When exposed to high power, a reaction occurs in the organic product which makes the exposed area opaque at the wavelength used.
  • a disc of this type generally comprises a transparent substrate in which a spiral track has been formed where the information is written. The product organic is deposited on the entire surface of the disc by spreading with a spinner. A deposit of gold or silver is then made to obtain a reflective layer. Finally, on this stack is deposited a protective resin.
  • the disc is read and written through the substrate.
  • the reflectivity of the organic layer-reflective layer stack is compatible with that of CD and CD-ROM discs (high reflectivity greater than 65%, low reflectivity less than 35%).
  • CD and CD-ROM drives can read CD-Rs, which explains the interest in this type of medium.
  • the object of the present invention is precisely to remedy this drawback by proposing a new optical recording medium compatible with existing readers, that is to say having a high reflectivity before writing and low thereafter.
  • this stack comprises at least one very thin metallic layer and at least one transparent layer.
  • very thin is meant a layer with a thickness of less than about 30 nm.
  • Such metallic layers have surprising properties linked to their very small thickness. These properties, as such, have been described in the article by E. QUESNEL, P. CHATON, 0. LARTIGUE and F. BAUME entitled: "A very thin coating technology for the production of broad band absorbers” published in " Proceedings of Optical Interference Coatings ", Arlington, OSA Technical Digest Series, vol. 9, p. 346-347, 1998.
  • advantage is taken of these properties to produce an optical recording medium.
  • such very thin metallic layers have a reflectivity greater than 65% before any optical irradiation, reflectivity which falls to less than 35% or even to 5-10% after appropriate irradiation. The reflectivity therefore varies well in the direction sought.
  • the support of the invention also has the advantage that its optical properties are largely independent of the wavelength, in a range from 400 to 950 nm. This achromatism is kept for the optical index, which makes it possible to envisage different writing and reading geometries, for example at 45 °. Compatibility with DVD players and later with players using low wavelengths is thus respected. Furthermore, the recording medium of the invention is insensitive to sunlight and resists a temperature above 150 ° C (which is higher than the stability range of the plastic substrate).
  • the writing can be done in one direction or the other because the stacking can be symmetrical.
  • the subject of the present invention is an optical recording medium comprising a substrate supporting a stack of layers comprising a metal layer of thickness less than about 30 nm capable of having a reflectivity greater than about 65% before optical irradiation and less than about 35% after appropriate optical irradiation and at least one transparent layer.
  • the material of the transparent layer (s) is an oxide, or a nitride or a fluoride of the metal of the metal layer.
  • the very thin metal layer is surrounded by two transparent layers.
  • a stack of alternately metallic and transparent layers can be formed.
  • the metal of the metal layer is advantageously taken from the group consisting of aluminum, titanium, zirconium, tungsten, molybdenum, hafnium and their alloys.
  • the present invention also relates to a method for producing the support which has just been defined. According to this method, a stack is formed on a substrate of at least one metal layer of thickness less than approximately 30 nm and capable of having a reflectivity greater than approximately 65% before optical irradiation and less than approximately 35% after appropriate optical irradiation and at least one transparent layer, by sputtering.
  • the gas used for sputtering is advantageously taken from the group consisting of oxygen, nitrogen and fluorine, the metal compound then being respectively an oxide, a nitride or a fluoride of the metal.
  • Figure 1 shows a recording medium according to the invention
  • FIG. 1 shows a transparent substrate 10 (for example made of glass or plastic) under which a spiral groove has been formed by any suitable means.
  • a stack of layers is deposited on this spiral relief.
  • this stack comprises a metallic layer 20, framed by two transparent layers 21 and 22.
  • the metallic layer 20 can be made of aluminum and the transparent layers 21, 22 made of alumina (Al 2 0 3 ).
  • the thickness of the metal layer 20 is less than 30 nm and, for example, of the order of 10 nm (tests have been carried out by the Applicant at 27 nm, 15 nm and 7.5 nm).
  • the thickness of the transparent layers 21, 23 can be greater and for example of the order of 50 to 100 nm.
  • FIG. 2 shows a top view of a recording area (or point) 32 obtained by irradiation by means of a light source, for example a laser diode.
  • a light source for example a laser diode.
  • the reflectivity falls below 35% while without irradiation, the bottom 33 of the runway 12 has a reflectivity greater than 65%. The discrimination between written and unwritten areas is therefore easy.
  • FIG. 3 shows the reflectivity of the stack as a function of the wavelength ⁇ expressed in nanometer, in the case of a 10 nm layer of aluminum surrounded by two layers of alumina (A1 2 0 3 ) 50 nm thick.
  • Curve 40 corresponds to the reflectivity of the stack outside the written area (zoe 33 in FIG. 2) and curve 42 to the reflectivity of a written area (32).
  • the first is in the range of 65 to 70% and the second in the range of 5 to 10%.
  • the range in which these reflectivities present such values is very wide since it goes substantially from 400 nm to 950 nm.
  • the Applicant has thus produced recording media under the following conditions:

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
  • Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)

Abstract

Support d'enregistrement optique et procédé de réalisation de ce support. Selon l'invention, ce support comprend un empilement de couches (20, 21, 22) comprenant au moins une couche métallique très mince (20) et au moins une couche transparente (21, 22). La couche métallique (20) peut être en aluminium et les couches transparentes (21, 22) en alumine. Application à la réalisation de disques d'enregistrement optique.

Description

SUPPORT D'ENREGISTREMENT OPTIQUE ET PROCEDE DE REALISATION DE CE SUPPORT
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention a pour objet un support d'enregistrement optique et un procédé de réalisation de ce support. L'invention trouve une application dans le domaine de l'enregistrement sur disques optiques, par exemple pour les disques dits compacts enregistrables, en abrégé CD-R ("Compact Disc Recordable" ) , ou les disques polyvalents numériques enregistrables, en abrégé DVD-R ("Digital Versatile Disc Recordable") ou les disques à une seule écriture et plusieurs lectures, en abrégé WORM ("Write Once Read Many") .
Etat de la technique antérieure Le disque dit compact et enregistrable (ou inscriptible) , en abrégé CD-R, est maintenant produit industriellement et rencontre un grand succès commercial (production prévue pour 1998 : 400 millions de disques, ce qui représente un doublement par rapport à 1997) . La technique de fabrication utilisée aujourd'hui utilise un polymère à colorant ("Dye Polymer") sensible à une longueur d'onde bien déterminée. Par insolation à forte puissance, une réaction se produit dans le produit organique qui rend la zone insolée opaque à la longueur d'onde utilisée. Un disque de ce type comprend en général un substrat transparent dans lequel a été formée une piste spiralée où sont inscrites les informations. Le produit organique est déposé sur toute la surface du disque par étalement à la tournette. Un dépôt d'or ou d'argent est ensuite effectué pour obtenir une couche réfléchissante. Enfin, sur cet empilement est déposée une résine de protection.
Le disque est lu et écrit à travers le substrat. La réflectivité de l'empilement couche organique-couche réfléchissante est compatible avec celle des disques CD et CD-ROM (réflectivité forte supérieure à 65%, réflectivité faible inférieure à 35%). Ainsi, les lecteurs de CD et CD-ROM peuvent-ils lire les CD-R, ce qui explique l'intérêt pour ce type de support.
Cette technique ne va cependant pas sans poser des problèmes. Le produit organique est sensible à la lumière et vieillit. De plus, un problème de compatibilité en longueur d'onde peut se poser selon les différents types de disque. En effet, les disques DVD travaillent avec une longueur d'onde de 650 nm, et les disques CD-R ne peuvent pas être lus dans les lecteurs correspondants. C'est la raison pour laquelle beaucoup de laboratoires travaillent à remplacer le produit organique par un produit inorganique du type à changement de phase (par exemple des chalcogénures ou encore des alliages de ZnO, Ga20, GeO, etc...). Cependant, un problème essentiel reste à résoudre qui est celui d'obtenir un support à forte réflectivité avant écriture. En effet, tous ces produits inorganiques à changement de phase présentent une réflectivité intrinsèque faible, qui est rendue forte par chauffage ou destruction de la couche active. Les zones inscrites présentent alors une réflectivité forte, ce qui est l'inverse des CD-R organiques et des CD et CD-ROM. Il y a donc incompatibilité avec les lecteurs existants.
La présente invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un nouveau support d'enregistrement optique compatible avec les lecteurs existants, c'est-à-dire présentant une réflectivité élevée avant écriture et faible ensuite.
Exposé de 1 ' invention Ce but est atteint, selon l'invention, grâce à l'utilisation d'un empilement de couches particulier. Selon l'invention, cet empilement comprend au moins une couche métallique très mince et au moins une couche transparente. Par "très mince", on entend une couche d'épaisseur inférieure à environ 30 nm. De telles couches métalliques présentent des propriétés surprenantes liées à leur très faible épaisseur. Ces propriétés, en tant que telles, ont été décrites dans l'article de E. QUESNEL, P. CHATON, 0. LARTIGUE et F. BAUME intitulé : "A very thin coating technology for the production of broad band absorbers" publié dans "Proceedings of Optical Interférence Coatings", Tucson, OSA Technical Digest Séries, vol. 9, p. 346-347, 1998. Selon l'invention, on tire profit de ces propriétés pour réaliser un support d'enregistrement optique. En effet, de telles couches métalliques très fines présentent une réflectivité supérieure à 65% avant toute irradiation optique, réflectivité qui tombe à moins de 35% voire à 5-10% après irradiation appropriée. La réflectivité varie donc bien dans le sens recherché.
Le support de l'invention présente en outre l'avantage que ses propriétés optiques sont largement indépendantes de la longueur d'onde, dans une plage allant de 400 à 950 nm. Cet achromatisme est conservé pour l'indice optique, ce qui permet d'envisager des géométries d'écriture et de lecture différentes, par exemple à 45°. Ainsi, la compatibilité avec les lecteurs de DVD et, plus tard, avec des lecteurs utilisant des longueurs d'onde basses est-elle respectée. Par ailleurs, le support d'enregistrement de l'invention est insensible à la lumière du soleil et résiste à une température supérieure à 150°C (ce qui est supérieur au domaine de stabilité du substrat plastique) .
Enfin, l'écriture peut s'effectuer dans un sens ou dans l'autre car l'empilement peut être symétrique.
De façon plus précise, la présente invention a pour objet un support d'enregistrement optique comprenant un substrat supportant un empilement de couches comprenant une couche métallique d'épaisseur inférieure à environ 30 nm apte à présenter une réflectivité supérieure à environ 65% avant irradiation optique et inférieure à environ 35% après irradiation optique appropriée et au moins une couche transparente.
De préférence, le matériau de la (des) couche (s) transparente (s) est un oxyde, ou un nitrure ou un fluorure du métal de la couche métallique.
Selon un mode de réalisation, la couche métallique très mince est encadrée par deux couches transparentes.
Selon un autre mode de réalisation, on peut constituer un empilement de couches alternativement métalliques et transparentes.
Le métal de la couche métallique est avantageusement pris dans le groupe constitué par l'aluminium, le titane, le zirconium, le tungstène, le molybdène, l'hafnium et leurs alliages.
La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation du support qui vient d'être défini. Selon ce procédé, on forme sur un substrat un empilement d'au moins une couche métallique d'épaisseur inférieure à environ 30 nm et apte à présenter une réflectivité supérieure à environ 65% avant irradiation optique et inférieure à environ 35% après irradiation optique appropriée et d'au moins une couche transparente, par pulvérisation cathodique.
On peut procéder avantageusement par pulvérisation cathodique d'un métal, pour obtenir la couche métallique très mince, et par pulvérisation cathodique du même métal en présence d'un gaz pour obtenir la
(les) couche (s) transparente (s) , qui est (sont) alors en un composé dudit métal.
Le gaz utilisé pour la pulvérisation cathodique est avantageusement pris dans le groupe constitué par l'oxygène, l'azote et le fluor, le composé du métal étant alors respectivement un oxyde, un nitrure ou un fluorure du métal.
Brève description des dessins - la figure 1 montre un support d'enregistrement conforme à l'invention ;
- la figure 2 montre un détail des pistes d'enregistrement en vue de dessus ;
- la figure 3 montre les variations de réflectivité d'un tel support en fonction de la longueur d'onde. Description détaillée de modes particuliers de réalisation
Sur la figure 1, on voit un substrat 10 transparent (par exemple en verre ou en plastique) sous lequel une gorge spiralee a été formée par tout moyen approprié. Sur ce relief spirale est déposé un empilement de couches. Dans le mode de réalisation illustré, cet empilement comprend une couche métallique 20, encadrée par deux couches transparentes 21 et 22. La couche métallique 20 peut être en aluminium et les couches transparentes 21, 22 en alumine (Al203) . L'épaisseur de la couche métallique 20 est inférieure à 30 nm et, par exemple, de l'ordre de 10 nm (des tests ont été effectués par le Demandeur à 27 nm, 15 nm et 7,5 nm) . L'épaisseur des couches transparentes 21, 23 peut être plus importante et par exemple de l'ordre de 50 à 100 nm.
Sous cet empilement, on trouve éventuellement une couche 30 de résine de protection. Les pistes dans lesquelles l'information peut être enregistrées sont référencées 12.
La figure 2 montre en vue de dessus une zone (ou point) 32 d'enregistrement obtenue par irradiation au moyen d'une source lumineuse, par exemple une diode laser. Dans une telle zone 32, la réflectivité tombe en dessous de 35% alors que sans irradiation, le fond 33 de la piste 12 présente une réflectivité supérieure à 65%. La discrimination entre zones écrites et zones non écrites est donc aisée.
La figure 3 montre la réflectivité de l'empilement en fonction de la longueur d'onde λ exprimée en nanomètre, dans le cas d'une couche de 10 nm d'aluminium encadrée par deux couches d'alumine (A1203) de 50 nm d'épaisseur. La courbe 40 correspond à la réflectivité de l'empilement hors zone écrite (zoe 33 sur la figure 2) et la courbe 42 à la réflectivité d'une zone écrite (32). On voit que la première est de l'ordre de 65 à 70% et la seconde de l'ordre de 5 à 10%. De plus, la plage dans laquelle ces réflectivités présentent de telles valeurs est très large puisqu'elle va sensiblement de 400 nm à 950 nm.
Pour réaliser le support de l'invention, on procède avantageusement par pulvérisation cathodique du matériau métallique, à la fois pour réaliser la couche métallique et la ou les couche (s) transparente (s) .
Le Demandeur a ainsi réalisé des supports d'enregistrement dans les conditions suivantes :
- Machine de pulvérisation : SCM 600 à 3 postes de pulvérisation, - Substrat en verre de 120 mm de diamètre et 1,2 mm d'épaisseur,
- Matériau transparent : A1203 d'indice optique 1,6,
- Métal : aluminium d'épaisseur 10 nm et d'indice 2,66 à (λ=780 nm) ,
- Réflectivité de l'empilement avant écriture à 780 nm supérieure à 60%,
- Puissance d'écriture : entre 10 mW et 20 mW,
- Rapport signal sur bruit à 2,4 m/s de vitesse de défilement, 1 MHz et 200 ns d'impulsion : supérieur à 46 dB.

Claims

REVENDICATIONS
1. Support d'enregistrement optique comprenant un substrat supportant un empilement de couches comprenant une couche métallique (20) d'épaisseur inférieure à environ 30 nm apte à présenter une réflectivité supérieure à environ 65% avant irradiation optique et inférieure à environ 35% après irradiation optique appropriée et au moins une couche transparente (21, 22) .
2. Support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel le matériau de la (des) couche (s) transparente (s) (21, 22) est un oxyde, ou un nitrure ou un fluorure du métal de la couche métallique .
3. Support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel la couche métallique (20) est encadrée par deux couches transparentes (21, 22).
4. Support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel l'empilement comprend une alternance de couches métalliques (20) et de couches transparentes (21, 23) .
5. Support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel le métal de la couche métallique (20) est pris dans le groupe constitué par l'aluminium, le titane, le zirconium, le tungstène, le molybdène, l'hafnium et leurs alliages.
6. Support d'enregistrement optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il présente la forme d'un disque avec une piste d'enregistrement (12).
7. Disque optique enregistrable (CD-R), caractérisé en ce qu'il comprend un support selon la revendication 6.
8. Disque optique polyvalent numérique enregistrable (DVD-R), caractérisé en ce qu'il comprend un support selon la revendication 6.
9. Disque optique à une seule écriture et à plusieurs lectures (WORM) , caractérisé en ce qu'il comprend un support selon la revendication 6.
10. Procédé de réalisation d'un support d'enregistrement optique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme sur un substrat (10) un empilement d'au moins une couche métallique d'épaisseur inférieure à 30 nm et apte à présenter une réflectivité supérieure à environ 65% avant irradiation optique et inférieure à environ 35% après irradiation optique appropriée (20) et d'au moins une couche transparente (21, 22), par pulvérisation cathodique.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on procède par pulvérisation cathodique d'un métal pour obtenir la couche métallique (20) et par pulvérisation cathodique du même métal en présence d'un gaz pour obtenir la (les) couche (s) transparente (s) (21, 22), qui est (sont) alors en un composé dudit métal.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le gaz utilisé pour la pulvérisation cathodique est pris dans le groupe constitué par l'oxygène, l'azote et le fluor, le composé du métal étant alors respectivement un oxyde, un nitrure, ou un fluorure du métal.
13. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on pulvérise au moins un métal pris dans le groupe constitué par l'aluminium, le titane, le zirconium, le tungstène, le molybdène, l'hafnium.
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