JP2005510824A - 光記憶媒体の記録層においてマークを記録する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は相変化型記憶媒体においてマーク(1)を記録する方法及び記録装置に関する。一般に、nTマーク(1)がn-1以下の書き込みパルスの列によって記録される。低速冷却スタックにおいては、これは低品質マークをもたらす。本発明は書き込みパルスの列におけるマルチ・パルス間の冷却期間を、パルス持続期間がTmp<4nsで、Twが基準クロック周期時間でTw<40nsの場合、負荷サイクルがTmp/Twのマルチ・パルス(3)を加えることによって、増加させることを企図する。このようにして、非常に良好な品質のマーク(1)が、多数の直接上書き(DOW)サイクル後も、記録電力及び記録速度の広い範囲で取得される。
Description
本発明は、記憶媒体において、nが1より大きい整数を表してTWが基準クロックの1周期の長さを表す場合、n*TWの時間長を有するマークを記録する方法に関し、該記憶媒体は記録層を有し、該記録層は、該記録層をパルス放射ビームによって照射することによって結晶相とアモルファス相との間で転移し得る、相可逆材料を有し、各マークは、mが1以上でn-1以下の整数を表す場合、第1パルス及び後続のmのマルチ・パルスを有するパルス列によって書き込まれる。
本発明は更に、上記の方法を実施することができる、光記憶媒体においてマークを記録する、記録装置に関し、該記憶媒体は、結晶相とアモルファス相との間で転移し得る相可逆材料を有する、記録層を有する。
結晶相とアモルファス相との間で転移し得る相変化材料を有する記録層は一般に、相変化層として知られる。光信号の記録動作は、この層における記録材料が放射ビームの照射条件を変化させることで結晶相とアモルファス相との間で可逆的に相転移されることによって、相変化層において信号を記録するような方法で、行われる一方、記録信号の再生動作は相変化層の結晶相とアモルファス相との間の光特性における差異を検出することで記録信号を生成することによって行われる。そのような相変化層によって情報が記録されて消去されることを、書き込み電力レベルと消去電力レベルとの間で放射ビームの電力を調節することによって、可能にする。
光記憶媒体の相変化層において情報を記録する上記の方法を記載したものがある(特許文献1参照。)。該文献においては、nTマークが実質的に50%に近い負荷サイクルを有するn-1の書き込みパルスの列によって記録される。記録されるマーク間に先行して記録されたマークは消去電力を該列間に加えることによって消去されて、この方法を直接上書きモード(DOW)、すなわち、記録される情報を記憶媒体の記録層に記録すると同時に記録層に先行して記録された情報を消去する、モードにおいて用いることを可能にする。記録される後続マークに対して先行する記録の間における加熱を調節するよう、パルス列における最後の書き込みパルスに対する最初の書き込みパルスの書き込み電力レベルはその列の残りの書き込みパルスのものよりも高いものである。加熱は記録マークの歪みをもたらす。これらのマークは、例えば、低減されたマーク長を有する。更に、これらのマークが再生時における再生記録信号のモジュレーションの低減をもたらすことが観られることがよくある。モジュレーションはマークを有する記録層上の領域から生じる信号の振幅とマークを有しない記録層上の領域から生じる信号の振幅との差異のことである。一般に、相変化光記憶媒体は記録層に最も近い金属反射層を有する記録スタックを有する。該スタックから金属反射層を除くことは記録層の光特性に影響を及ぼすのみならず、その熱特性に影響を及ぼすことが明らかである。該金属は干渉層及び相変化層よりもずっと高い熱伝導率を有する。この金属反射層の熱伝導率はアモルファス・マークの実際の書き込み処理において有益であるように見える。書き込み処理中に、相変化材料は書き込みパルスによってその溶解点を超えるまで加熱される。その後、相変化材料は該溶融(すなわち、アモルファス)材料の再結晶化を防ぐよう急速に冷却される。この処理が成功するには、冷却時間が再結晶化時間よりも短いことが必要である。金属反射層の熱伝導率及び熱容量が高いことは溶解相変化材料から熱を急速に排出するのに役立つ。しかしながら、そのような冷却金属反射層の、ない、又は、低減された量のある、(半)透過記録層においては、冷却時間が長くなるように見え、相変化材料に再結晶化する時間を与えてしまう。これは結果として低品質のマークをもたらす。
出願人によって出願された公開されていない欧州特許出願(出願番号第01201531.9号(PHNL010294))においては、例えば、α=2又は3で、n/αパルス・ストラテジを用いた光記憶媒体の相変化層において情報を記録する上記の方法が記載されていて、該方法においてはnTマークを書き込む書き込みパルスの数はn/α以上の最寄りの整数に設定される。この方法によって書き込みパルス列における2つの連続する書き込みパルスの間における冷却期間を更に長くすることを可能にするが、それは更に大きな距離では更に少ないパルスが用いられるからである。この冷却期間を増加することは例えば、n-1ストラテジー、を用いる場合よりも良好な品質を有するマークをもたらし得るからである。そのようなストラテジーにおいては、αが3に設定された場合、4T、5T及び6Tは全て2つの書き込みパルスの列によって記録される。このため、書き込みパルスを更に微調節することが必要になる。これらの調節はパルス電力、パルス持続期間、及びパルス位置の調節によって行い得る。ほとんどの場合、該調節はマーク長及び記録速度毎に異なるので、実施するのが困難である。したがって、このストラテジーは放射ビームの電力変動の影響を受けやすくてマーク長の調節が比較的困難である。
米国特許第5732062号明細書
本発明の目的は上記の種類のマークを記録する方法を設けることにあり、該方法は、良好な品質(すなわち、正確なマーク位置、マーク長及びマーク幅)の記録マークを結果としてもたらし、実施するのが容易で、広い、すなわち、最適記録電力の0.9−1.25倍の、パワー・マージンを有し、該方法は多数の、例えば、1000以上の、直接上書きモード(DOW)サイクル中に、かつ、広い記録速度範囲、例えば、3.5m/sと14m/sとの間で、良好でかつ一定の品質のままの記録マークをもたらす。
この目的は上記の方法が、マルチ・パルスがパルス持続期間Tmp<4nsを有する一方、Tw<40nsで第1パルスがパルス持続期間Tfirst≧Tmpを有することによって、特徴付けられる場合に実現される。
マルチ・パルスのパルス持続期間を短縮する場合、マーク形成品質が多数のDOWサイクルをまたがって実質的に一定であることが見られた。短縮パルスは放射ビーム、例えば、半導体レーザ、からの更に高い電力レベルを必要とするが、これは該レーザの負荷サイクルが低減されてレーザ飽和の危険性なしで電力レベルを更に高くすることを可能にするので実行できる。従来の書き込みストラテジーにおいては、レーザにおける平均負荷サイクルは50%かこの値に近いものである。この負荷サイクルでは、最大利用可能レーザ電力は、約10%の寿命マージンの補正が施された場合、約21mWである(図9曲線91参照。)。短パルスを用いる、すなわち、低負荷サイクルの、場合、該レーザの熱負荷が更に低いことは最大利用可能レーザ電力が更に高くなる、例えば、30mWになる、ことをもたらす(図9、曲線93参照。)。スペースが更に長くなるという企図された効果の他に、短パルス書き込みストラテジーは以下の:
レーザの熱負荷が更に低くなり、潜在寿命が更に長くなる(図9);
書き込みによってディスクの熱負荷が更に低くなり、更に長い寿命(更に多くのDOWサイクル)をもたらして、隣接トラック間の熱クロストークが更に少なくなる(図2及び図3);
書き込み電力範囲が更に広くなる(図4);
読み出し中に、マークのジッタが低くて(図5及び7)マークのモジュレーションが更に高くなる;及び
記録速度範囲が広い;
効果を有する。第1パルスは一般に、Tmpよりも大きいパルス持続期間を有し、それは、熱の、例えば、第1パルスは先行するマークにおける先行するパルスの影響を「感じない」か、ほとんど「感じない」一方、マルチ・パルスは第1パルスの影響を「感じる」、影響を補正するのに有益である。
レーザの熱負荷が更に低くなり、潜在寿命が更に長くなる(図9);
書き込みによってディスクの熱負荷が更に低くなり、更に長い寿命(更に多くのDOWサイクル)をもたらして、隣接トラック間の熱クロストークが更に少なくなる(図2及び図3);
書き込み電力範囲が更に広くなる(図4);
読み出し中に、マークのジッタが低くて(図5及び7)マークのモジュレーションが更に高くなる;及び
記録速度範囲が広い;
効果を有する。第1パルスは一般に、Tmpよりも大きいパルス持続期間を有し、それは、熱の、例えば、第1パルスは先行するマークにおける先行するパルスの影響を「感じない」か、ほとんど「感じない」一方、マルチ・パルスは第1パルスの影響を「感じる」、影響を補正するのに有益である。
実施例においては、Tfirst=Tmpである。この場合、第1パルスを広くすることは、例えば、記録層の特定の材料特性が理由で、必要でない。この効果は全てのパルスが同様なパルス持続期間を有するので、実施するのに更に容易であることにある。
別の実施例においては、Tmp/Tw<0.30、Tmp/Tw<0.15、又はTmp/Tw<0.075である。光記憶媒体におけるマークの線形記録速度によって、Tmp/Twの値は変わってくる。例えば、基準クロックが9.55nsでパルス持続期間が2.7nsで、レーザの線形記録速度が13.96m/s(DVD(ディジタル多用途ディスク)4倍速)の場合、比率Tmp/Twは0.283に等しくなる。基準クロックの1周期の長さは通常、マーク長を一定にするよう、線形記録速度に反比例するものとして設定される。基本的に、最小パルス持続期間はレーザのドライバ・エレクトロニクスとレーザ自体の最大物理的出力との組み合わせによって制限される。更に低い線形記録速度、例えば、3.49m/s(1倍速)、では、パルス持続期間が2.7nsでのTmp/Twの値は0.0707に等しくなる。6.98m/s(DVD2倍速)の線形記録速度を有する、図2及び3において記載された実施例においては、マーク形成品質は、1,000DOWサイクルを超えるまで、良好でかつ一定のままであることを特筆する。将来の記録システムにおいては、超高電力半導体レーザが商用で入手可能になって経済的に実行可能である場合、パルス持続期間及び負荷サイクルを短縮し得る。
好適実施例においては、マルチ・パルスの数mはn-2の値を有する。これは合計n-1パルスが書き込まれて、それはn-1ストラテジーに相当するという効果を有する。このストラテジーは特に記録速度を変化させる場合、耐性が高いことが知られている。N-1ストラテジーは更に高い記録速度でも可能である。最大速度はパルスにおいて利用可能なレーザ電力量並びに、したがって、レーザの容量、及び、当然、媒体及びドライブの機械的制約によって制限される。
別の実施例においては、パルス列の少なくとも1つのパルスの電力がTwに応じて設定されるか、又は、パルス列の少なくとも1つのパルスの持続期間がTwに応じて設定される。時折、記録マークを適切に書き込むよう、1つ以上のパルスを調節又は微調節する必要があり得る。記録スタックの構造の制約、記録材料、レーザ・ドライバ・エレクトロニクスにおける制約及び/又はレーザ自体における制約の理由で、それがあり得る。
特定の実施例においては、マルチ・パルスはパルス高さPwを有し、Pcが放射ビームの一定の消去レベルである場合、Pwより小さいがPcより高いパルス高さを有する別のパルスが存在する。これはこの別のパルスがアモルファス・マークを取り巻く結晶環境の後方の成長の量を調節する効果を有する。後方の成長は、記録層材料の温度が相対的に上昇されるがその溶解点よりはずっと下である場合の、アモルファス・マークのエッジからの再結晶化のことである。例として、図10では、パルス列の末尾に結晶構造の後方の成長を調節する別のパルスBがある。
本発明による方法は有益的に、冷却時間が決定的になる場合、相変化型の単層の記録層又は多層の記録層を有する記憶媒体を用いたどのような高速光記録システムにも用い得ることを特筆する。これらのシステムにおいては、記録中の冷却時間は、書き込みパルスの列が急速である理由で更に短くなる。本発明による方法によって冷却期間を更に長くすることを可能にする。
本発明の別の目的は本発明による方法を実施する記録装置を設けることにある。
この別の目的は更に、上記の記録装置が、該記録装置が本発明による方法の何れかを実施する装置を有することによって特徴付けられる場合、実現される。
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び効果は以下の本発明の実験結果及び実施例の更に詳しい説明、更に添付図面、からわかるものである。
図1では、DVD+RW(書き換え可能なディジタル多用途ディスク)及びCD-RW(書き換え可能なコンパクト・ディスク)に対する書き込みストラテジーの例を表す。DVD+RW及びCD-RW標準によれば、この図に表す種々の電力レベル及び持続時間が考えられる。このストラテジーによって、上の図に概略を示した、6*Twの時間長を有する、マーク1は、記憶媒体、ここでは光記憶媒体、の記録層において記録される。Twは基準クロックの1周期の長さを表す。6*Twマーク1は第1パルス2及び後続する4つのマルチ・パルス3を有するパルス列によって書き込まれる。本発明によれば、マルチ・パルス3はパルス持続期間Tmp<4nsである一方、Tw<40nsで第1パルス2はパルス持続期間Tfirst≧Tmp
を有する。
を有する。
以下の図は、相変化型記録層を有する、実験的光記録媒体、サンプル番号725(図2乃至4)、828(図5)及び210(図8)、における記録に関する。これらの媒体は全て実質的に、図8の説明に記載した設計のものである。記録は図9にて記載した半導体レーザによって行われる。以下の図では本発明による全ての短パルス(SP)ストラテジーはいわゆるn-1ストラテジーである。当該n/2ストラテジーは全て、通常の「長」パルス(10ns)書き込みストラテジーである。しかしながら、本発明は更にn/2ストラテジーに形成し得る。
短(3ns)及び長(10ns)書き込みパルスを比較するよう、n-1及びn/2ストラテジーが選択される。高速DVD+RW(>6X)については、おそらく短パルスによるn/2ストラテジーが必要になるので、重要なことは書き込みストラテジーのパルスの数ではなくて、むしろ、パルス長(Tmp)である。
図2では、直接上書き(DOW)サイクルの数の関数として、既知のn/2パルス・ストラテジーを用いて、平均ジッタJavgが(%で)表される(グラフ21)。グラフ22では、この関係は、19.2nsの基準クロック周期時間Twで、パルス持続期間2.7nsを用いた、両方のパラメータとも本発明による、短パルスn-1ストラテジーについて表される。記録速度は6.98m/s(2倍速)である。使用媒体はサンプル725である。15nsの平均ジッタ・レベルに達するまでのDOWサイクルの数は、本発明による短パルス・ストラテジーを用いる場合、実質的に、すなわち、約3,000から約10,000まで、増加されることを特筆する。
図3では、熱クロストーク特性が、短パルス戦略(グラフ32)と通常のパルス・ストラテジー(グラフ31)との両方についてのDOWサイクルの数の関数として比較される(グラフ31及び32)。ストラテジー・パラメータは図2のグラフ21及び22において用いられたものと同様なものである。使用媒体はサンプル725である。熱クロストークは、トラックx+1におけるDOWサイクルの、トラックxの記録マークのサイズに及ぼす影響のことで、トラックx+1におけるDOWサイクルの数の関数として読み出される。トラックxにおけるマークのサイズがトラックx+1におけるDOWサイクルによって影響される場合、トラックxのマークのジッタ・レベルは増加する。通常、マークのサイズはエッジでのマークの後方の成長(再結晶化)が理由で縮小する。後方の成長は相変化材料の長すぎる温度上昇によるそのようなマークのエッジから開始するアモルファス・マークの再結晶化である。図3では、まさに最初のDOWサイクルでは、トラックxのマークにおける(%による)測定ジッタJavgにおけるわずかな増加が起き、それは両方のストラテジーについて等しいものであることが非常によくわかる。しかしながら、これらの第1サイクル後、通常のパルス・ストラテジーを用いたJavgは増加し続ける(グラフ31)一方、本発明による短パルス・ストラテジーを用いたJavgは一定でかつ低レベルのままである。
図4では、グラフ41及び42は(%による)Javgを既知のパルス・ストラテジー及び本発明による短パルス・ストラテジー各々についての、最適書き込み電力に関する分数(Pw/Pwo)の関数として表す。ストラテジー・パラメータは図2のグラフ21及び22において用いられたものと同様なものである。使用媒体はサンプル725である。最適電力からの偏差のマージンは本発明による短パルス・ストラテジーのほうがずっと大きいことがわかる。これによって当該書き込み処理のレーザの書き込み電力への決定的に依存する度合いがずっと低くなる。
図5では、パルス時間Tmpの(%による)Javgへの影響をサンプル725(グラフ51)及びサンプル828(グラフ53)について表す。サンプル725については、ジッタ・レベルはパルス持続期間を削減すると低減する傾向があることがわかる。サンプル828については、ジッタ・レベルは極めて低いが、パルス持続期間を低くする場合、わずかに増加する傾向にある。この増加はこのサンプルの相変化記録材料の極めて高い再結晶化速度によるものである。更に、サンプル725(グラフ52)及び828(グラフ54)の両方について、n/2ストラテジーを用いた記録の平均ジッタ・レベルを点線によって示す。n/2ストラテジーを用いたジッタ・レベルは図3に表すように多数のDOWサイクル後に実質的な増加を表すことを強調する。
図6では、記録速度Vrの書き込みマークのモジュレーションの深さMへの読み出し中の影響を高速DVDレコーディング・ディスク(サンプル210)について、2つの異なる書き込みストラテジー:長パルス長による「標準」DVD+RW n-1ストラテジー(グラフ62);及び本発明による高電力短パルス(SP)n-1ストラテジー(グラフ61);に関して、表す。DVD+RWは最近発表された、いわゆる、書き換え可能ディジタル多用途(又はビデオ)ディスク用フォーマットの略称である。モジュレーションの深さMは、Rwが書き込みマークから反射された集束放射ビームの強度を表し、Ruはマークが書き込まれていない所でのこの反射された集束放射ビームの強度を表し、RmaxがRwとRu何れかの最大値を表す場合、│Rw−Ru│/Rmとして定義される。通常、RuはRwよりも大きい。長パルス(グラフ62)によれば、モジュレーション・レベルMはわずかになるが、これはマークの後方の成長によるものである。高電力SPストラテジー(図61)は記録速度に無関係の、14m/sを超える(DVD+RW>4倍速、CD+RW>12倍速)記録速度までの高モジュレーション・レベルをもたらす。最小許容値と考えられる、0.60のM値は横点線によって示す。
図7では、記録速度(Vr)の(%による)Javgへの影響を高速DVDレコーディング・ディスク(サンプル210)について2つの異なる書き込みストラテジー:長パルス長による「標準」DVD+RW n-1ストラテジー(グラフ72);及び本発明の高電力短パルス(SP)n-1 ストラテジー(グラフ71);に関して表す。長パルスのストラテジーは比較的高いレベルのJavgをもたらす一方、高電力SPストラテジーは、14m/sを超える記録スピード(DVD+RW>4倍速、CD-RW>12倍速)まで9%未満のレベルのJavgをもたらす。良好値と考えられる、この9%レベルは横点線によって示す。更に強力なレーザを用いて短パルスにおけるピーク電力を高くすることが可能になる場合又は更に高感度の記録材料が利用可能になる場合、超高速記録が可能になる。
図8では、実験媒体725(図2乃至4)、828(図5)及び210(図6及び7)の構造を表す。記載例において用いられた相変化材料はIn及びGeによって注入された化学量論組成のSb2Te型のものである。層構造は以下:
0.6mmのポリカーボネート(PC)の基板81;
(ZnS)80(SiO2)20でできた80nmの絶縁層82;
組成GeaInbSbcTedの13nmの相変化材料83並びに
0(%)<a<7(%)、
0(%)<b<10(%)、
60(%)<c<75(%)、
20(%)<d<30(%);
(ZnS)80(SiO2)20でできた25nmの絶縁層84;
Agによる150nmの反射層85;及び
0.6mmのポリカーボネート(PC)の基板81;
のようになっている。該層はスパッタリングを用いて注入された。相変化記録層は比較的高い再結晶化速度を有する。
0.6mmのポリカーボネート(PC)の基板81;
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Agによる150nmの反射層85;及び
0.6mmのポリカーボネート(PC)の基板81;
のようになっている。該層はスパッタリングを用いて注入された。相変化記録層は比較的高い再結晶化速度を有する。
図9では、パルス電流Ipulseの関数として三菱ML120G8-22型半導体レーザの光レーザ出力電力を表す。レーザ光の波長は658nmである。グラフ91では、パルスの負荷サイクル(DC)は50%である。240mAの85%近くでは、レーザは飽和して光出力電力が低下する。37.5%の負荷サイクルを用いる場合、飽和は240mAの90%のレベルで起こる。負荷サイクルが25%の場合、飽和は起こらず、32.5mWの最大レーザ出力電力が実現する。半導体レーザの潜在寿命は低い、例えば、<1/3の、負荷サイクルを用いる場合、増加する。
図10では、6*Twマークを書き込む、4倍速DVD+RW記録モードに対する本発明による書き込みストラテジーの例を表す。この例におけるマルチ・パルス長(Tmp)は3.2nsである。第1パルス102も3.2nsのパルス長を有する。4つのマルチ・パルス103はパルス高さPwを有し、参照番号104で示した、別のパルスBはPwよりも小さいがPcよりも高いパルス高さを有する。Pcはレーザ・ビームの一定の消去電力レベルPcである。パルス列の末尾にある別のパルスBは結晶の後方の成長を調節するのに存在する。パルスBのパルス長は3.2nsで、相対電力レベルP/Pwは0.33である。
上記の実施例は本発明を限定するよりもむしろ例示するものであって、当業者は本特許請求の範囲から逸脱することなく代替例を企図することができることを特筆する。本発明を実施するのに用いられる媒体の層の厚さ及び層の組成は本発明の範囲から逸脱することなく変更し得る。本発明はn-1又はn/2パルスを利用する書き込みストラテジーにおける利用に限定されないものであることを特筆する。更に、上記のように、本発明は超高速記録システムに形成された場合にも、特に有益である。
Claims (10)
- nが1より大きい整数を表してTwが基準クロックの1周期の長さを表す場合に、n*Twの時間長を有するマークを、記録層を有する記憶媒体に記録する方法であって、該記録層は、該記録層をパルス放射ビームによって照射することによって結晶相とアモルファス相との間で転移可能な、相可逆材料を有し、各マークは、mが1以上でn-1以下の整数を表す場合、第1パルス及び後続するmのマルチ・パルスを有するパルス列によって書き込まれ、該マルチ・パルスがパルス持続期間Tmp<40nsを有する一方、Tw<40nsで前記第1パルスがパルス持続期間Tfirst≧Tmpを有することを特徴とする方法。
- 請求項1記載の方法であって、Tfirst=Tmpであることを特徴とする方法。
- 請求項1又は2記載の方法であって、Tmp/Tw<0.30であることを特徴とする方法。
- 請求項3記載の方法であって、Tmp/Tw<0.15であることを特徴とする方法。
- 請求項4記載の方法であって、Tmp/Tw<0.075であることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至5何れか記載の方法であって、mはn-2の値を有することを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6何れか記載の方法であって、前記パルス列における少なくとも1つのパルスの電力がTwに応じて設定されることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6何れか記載の方法であって、前記パルス列における少なくとも1つのパルスの持続時間がTwに応じて設定されることを特徴とする方法。
- 請求項1記載の方法であって、前記マルチ・パルスがパルス高さPwを有し、Pwよりも小さいが、前記放射ビームの一定の消去レベルであるPcよりも高いパルス高さを有する別のパルスが存在することを特徴とする方法。
- nが1より大きい整数を表してTwが基準クロックの1周期の長さを表す場合、n*Twの時間長を有するマークを、記録層を有する記憶媒体に記録する記録装置であって、該記録層は、該記録層をパルス放射ビームによって照射することによって結晶相とアモルファス相との間で転移可能な、相可逆材料を有し、各マークは、mが1以上でn-1以下の整数を表す場合、第1パルス及び後続するmのマルチ・パルスを有するパルス列によって書き込まれ、請求項1乃至9何れか記載の方法を実行する装置を有することを特徴とする記録装置。
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