JPH053983B2 - - Google Patents

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JPH053983B2
JPH053983B2 JP63117934A JP11793488A JPH053983B2 JP H053983 B2 JPH053983 B2 JP H053983B2 JP 63117934 A JP63117934 A JP 63117934A JP 11793488 A JP11793488 A JP 11793488A JP H053983 B2 JPH053983 B2 JP H053983B2
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JP
Japan
Prior art keywords
atomic
optical memory
erasing
recording
memory medium
Prior art date
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Application number
JP63117934A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01287836A (en
Inventor
Ryosuke Yokota
Shuji Yoshida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Publication of JPH01287836A publication Critical patent/JPH01287836A/en
Publication of JPH053983B2 publication Critical patent/JPH053983B2/ja
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  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、書き換え可能な相変化型光メモリ媒
体に関する。 [従来の技術] 書き換え可能な相変化型光メモリ媒体は、一定
の組成を有するガラス材料が非晶質状態にあると
きよりも結晶質状態にあるときのほうが光に対す
る反射率が大きいこと及び光エネルギーを印加す
ることにより非晶質状態と結晶質状態との相変化
を可逆的に行なわせることができることを利用
し、この材料を、例えば、基板に薄膜状に記録膜
として形成することにより、反射率の小さい非晶
質状態にある部分をON情報が記録された部分と
し、反射率の大きい結晶質状態にある部分を
OFF情報が記録された部分(あるいは、情報が
記録されていない部分)とすることで一定の情報
を記録し、あるいは、記録されている情報を消去
して新たな情報を記録するものである。 この種の書き換え可能な相変化型光メモリ媒体
において先ず要求されるのは、 (a) 非晶質(記録)状態における反射率と結晶質
(非記録又は消去)状態における反射率との差
が十分に大きいことである。すなわち、通常、
実用的にはコントラスト比(結晶質状態におけ
る反射率と比晶質状態における反射率との差/
結晶質状態における反射率×100%)が20%以
上、特に25%以上であることが必要とされる。 次に、光メモリ媒体が書き換え可能な光メモ
リ媒体として実用に供するためには、 (b) 一定の情報を記録し、それを消去して新たな
情報を記録するという操作を繰り返し行なつて
もコントラスト比等の性質において初期の性能
を維持できるものでなければならず、例えばコ
ンピユーターの外部メモリ用としては、この繰
り返し回数が106回以上であることが必要とさ
れる。 さらに、光メモリ媒体としては、 (c) 一定の情報を記録したままで長期間の保存に
耐えるものでなければならず、実用的には、通
常の保存条件で10年以上の保存に耐えるもので
あることが必要とされる。換言すると、情報が
記録された非晶質状態が、例えば、室温で10年
間安定に維持されることが必要とされる。これ
はガラス材料の物性面からみると熱的安定性と
いうことになるが、この熱的安定性は結晶化温
度(Tx)と結晶化の活性化エネルギー(E)
で決まり、前記の程度の安定性を得るために
は、Tx=120℃以上、E=2.0eV以上であるこ
とが必要とされる。 ところで、一般に、光メモリ媒体への情報の
記録は、レーザ光を約1μmφに集光して記録膜
に照射して記録膜の照射部分を溶融し、急冷し
て非晶質状態にすることで行なわれ、また、記
録されている情報の消去は、レーザ光の出力を
前記記録時よりも小さくして記録膜に照射し、
記録膜の融点よりも低温で、かつガラス転移点
よりも高い温度に加熱するとともに、その照射
時間を前記記録時よりも長くすることにより結
晶質状態にすることで行なわれる。 すなわち、このような相変化型光メモリ媒体
においては、記録時におけるレーザ光の照射時
間は十分に短時間にすることができるが、消去
時におけるレーザ光の照射時間は、記録膜が有
効に結晶化されるまでに一定以上の時間を要す
ることから比較的長い時間が必要である。 この記録あるいは消去に要する時間の長短
は、この種の相変化型光メモリ媒体の性能を決
める極めて重要な因子の一つであり、消去に要
する時間が長いとそれだけ性能が落ちることに
なるので、この消去時間をできるだけ短くする
ことが要請される。例えば、消去時間として数
μsec以上必要であつた従来のものでは、1μmφ
に集光される記録専用のレーザ装置と、一つの
部分に照射される時間を長くするためにビーム
を長楕円状にした消去専用のレーザ装置(例え
ば、半導体レーザ装置が用いられる)との2つ
のレーザ装置が必要であつたが、消去時間を、
例えば、0.2μsec以下にすることができれば、
これら記録・消去を1つのレーザ装置で行なう
ことができるようになり、光ヘツドの軽量・小
型化、アクセスタイムの短縮化等も可能とな
る。従つて書き換え可能な相変化型光メモリ媒
体は、 (d) 結晶化時間が短かく、消去時間が例えば
0.2μsec以下と短いものであることも要請され
る。 以上のような条件(a)、(b)、(c)及び(d)を満たすべ
く、従来から種々の元素および組成の書き換え可
能な相変化型光メモリ媒体の開発が試みられてお
り、例えば、 (イ) 前田佳均らは、三元化合物であるIn3SbTe2
が、結晶として析出する組成において高速消去
が可能であることを報告している(昭和62年電
子通信学会半導体材料部門全国大会講演論文
集、分冊1の第39頁参照)。 また、そのほかにも、 (ロ) QxSbyTez(ただし、QはIn又はGa、x=34
〜44原子%、y=51〜62原子%、z=2〜9原
子%)なる組成を有するものが提案されている
(特開昭62−241145号公報参照)。 また最近では、 (ハ) Sb,Ge及びTeのそれぞれの単品を正三角形
の頂点とする三角組成図において、Sb,Ge及
びTeがSb2Te3化合物とGeTe化合物を結ぶ線
上又はこの線の近傍にある、Sb−Te−Ge記録
膜を有する光メモリ媒体も報告されている(昭
和63年春季応用物理学会講演予稿集、第3分
冊、第838頁、講演番号28p−ZQ−1及び第839
頁、講演番号28p−ZQ−2参照)。 [発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記従来例(イ)、(ロ)及び(ハ)は、書
き換え可能な相変化型光メモリ媒体として要請さ
れる条件(a)、(b)、(c)及び(d)のうちのある条件は満
たすものの、これら条件を全て満たすことはでき
ないものであつた。 例えば、前記従来例(イ)においては、コントラス
ト比が5.0%であり、実用上必要とされる20%に
は、はるかに及ばず、前記条件(a)さらには条件(b)
を満たさない。 また、前記従来例(ロ)においては、繰り返し回数
が103回以下であり、実用上必要とされる106回以
上には、はるかに及ばず、前記条件(c)を満たさな
い。 また前記従来例(ハ)は、前記従来例(イ)、(ロ)に比べ
改良されているものの、記録、消去を繰り返す
と、コントラスト比が徐々に低下することに問題
がある。このコントラスト比の低下は、結晶化
(消去)のときに析出する結晶粒子がその周辺の
結晶粒子よりも大きいことに起因するものであ
る。そして記録、消去を繰り返すことによる、こ
のコントラストの低下により、繰り返し回数106
回以上という上述の条件(b)の達成が困難になる。 従つて本発明の課題は、上述の条件(a)、(b)、(c)
及び(d)の全てを満たす書き換え可能な相変化型光
メモリ媒体を提供することにある。 [課題を解決するための手段] 本発明は上述の課題を達成するためになされた
ものであり、本発明の書き換え可能な相変化型光
メモリ媒体は、 一般式 Gex(Sb+Bi)yMz () (式中、Geの割合を示すxは12〜39原子%で
あり、 (Sb+Bi)の割合を示すyは12〜37
原子%であり、 Bi/(Sb+Bi)の原子比は、xが12
原子%〜20原子%未満では0.50以下
(但し0は含まない)であり、xが20
原子%〜39原子%では0.80以下(但し
0は含まない)であり、 MはTe又は(Te+Se)であり、 Mの割合を示すzは45〜61原子%であ
り、 Mが(Te+Se)の場合、Se/(Te+
Se)の原子比は0〜0.10である) で示される組成の材料からなる記録層を有するこ
とを特徴とする。 また本発明の光メモリ媒体を構成する記録層
は、Zr,Mo,Ir及びPtからなる群から選択され
る金属元素の少なくとも1種を含有することもで
きる。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明の書き換え可能な相変化型光メモリ媒体
において、記録層を構成する材料は、前記の一般
式()より明らかなように、 Ge−(Sb+Bi)−M (M=Te又はTe+Se) からなる多元合金である。 すなわち、上述の従来例(ハ)の光メモリ媒体にお
ける記録層はGe−Sb−Te系合金からなり、繰り
返し回数106回以上という上述の条件(b)を達成す
ることが困難であつたが、本発明の光メモリ媒体
の記録層においては、Ge−Sb−Te系又はGe−
Sb−Te−Se系合金に更にBiを加えることによ
り、初期におけるコントラスト比を上げ、また結
晶化(消去)のときに析出する結晶粒子がその周
辺の結晶粒子よりも大きくなることを抑え、その
結果、高いコントラスト比を長く維持することが
できるようになり、繰り返し回数106回以上とい
う上述の条件(b)を達成したものである。これは、
前記Biを含有する記録層は、結晶質状態の結晶
系が六方晶となり、結晶質状態の反射率が高くな
るからである。 本発明の光メモリ媒体の記録層を構成する一般
式()の材料において、金属元素の割合は下記
の如く限定される。 Geの量(x)=12〜39原子% (Sb+Bi)の量(y)=12〜37原子% M(Te又はTe+Se)の量(z)=45〜61原子% ここにGeの量(x)を12〜39原子%に限定し
た理由は、12原子%未満では結晶化温度が120℃
未満となり、また39原子%超えると消去時間が
0.2μsecより長くなるからである。 また(Sb+Bi)の量(y)を12〜37原子%に
限定した理由は、12原子%未満では消去時間が
0.2μsecより長くなり、また37原子%を超えると
同様に消去時間が0.2μsecより長くなるからであ
る。 さらにM(Te又はTe+Se)の量(z)を45〜
61原子%に限定した理由は、45原子%未満では消
去時間が0.2μsecより長くなり、また61原子%を
超えると同様に消去時間が0.2μsecより長くなる
からである。 本発明は上述の如く、従来例(ハ)のGe−Sb−Te
系合金においてそのSbの一部をBiで置き換え初
期のコントラスト比を著しく上昇させたことを特
徴とする。Bi/(Sb+Bi)の原子比はGeの割合
(x)によつて異なり、xが12原子%〜20原子%
未満の場合、0.50以下(但し0は含まない)であ
り、一方xが20原子%〜39原子%の場合、0.80以
下(但し0は含まない)である。その理由は、
SbをBiで置換していくと、Biの量が増すに従つ
て初期コントラスト比が上昇するとともに結晶化
温度が低下するが、この結晶化温度の低下の度合
は、xが少ないほど著しいので、xが12原子%〜
20原子%未満の場合、Bi/(Sb+Bi)の原子比
を0.50以下にとどめ、結晶化温度120℃以上を維
持する必要があるのに対し、xが20原子%〜39原
子%の場合には、Biの量が増加しても結晶化温
度の低下の度合が少ないので、Bi/(Sb+Bi)
の原子比を0.80まで上げても結晶化温度120℃が
維持されるからである。 またMがTe+Seの場合、Se/(Te+Se)の原
子比は0〜0.10に限定される。その理由は、0.10
を超えると、コントラスト比が25%未満となるか
らである。 また上述の如く本発明の好ましい態様によれ
ば、上記の一般式()の記録層材料にZr,
Mo,IrおよびPtからなる群から選択される金属
元素を少なくとも1種添加することができる。 これらの金属元素は、核化剤として働き、結晶
化速度を速くするだけでなく、結晶化時に析出す
る結晶の粒径を小さくそろえる作用をするので、
記録の消し残りの問題が解消し、コントラスト比
の低下を防止することができる。 これらの金属元素の好ましい添加量は、その種
類によつて異なり、Zrの場合、一般式()の
合金に対して1〜8原子%、特に2〜7原子%で
あり、Moの場合、0.5〜10原子%、特に2〜8原
子%であり、Ir又はPtの場合、0.3〜5原子%、
特に0.5〜4原子%である。その理由は、Zrが1
原子%未満、Moが0.5原子%未満、Ir又はPtが0.3
原子%未満の場合には、その量が少なくて核化剤
として有効に働かず、またZrが8原子%を超え、
Moが10原子%を超え、Ir又はPtが5原子%を超
える場合は、結晶化速度が速くなりすぎて、非晶
質化(記録化)が不能になるからである。 次に本発明の光メモリ媒体の製法について述べ
ると、先ず、基板として、ガラス基板又はプラス
チツク基板を用意し、この上に、通常のスパツタ
リング法、真空蒸着法等によつて前記一般式
()の材料からなる記録層を形成する。 スパツタリング法を用いる場合、スパツタター
ゲツトとしては、例えば、以下のようにして合成
したものを用いる。すなわち、純度5N以上のゲ
ルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)、ビスマス
(Bi)及びテルル(Te)さらに必要に応じてセレ
ン(Se)を、透明石英ガラス製のアンプルの中
に所定の組成になるようにして入れ、次に、これ
を10-5Torrの真空に排気して封じる。次いで、
これを揺動炉で850℃で15時間よく混合しながら
溶融し、しかる後、冷却してスパツタターゲツト
材を得る。このようにして得たスパツタターゲツ
ト材をArガス中に溶融し、ステンレス製の金型
に流し込み、冷却・固化後、研磨して例えば75〜
100mmφ、厚さ5mm程度の円盤状のターゲツトを
形成する。 記録膜の成膜のためのスパツタリング法として
は、例えば高周波マグネトロンスパツタリング法
が用いられ、これは高周波マグネトロン型スパツ
タ装置に前記合金製ターゲツトを取り付け、所定
の真空度(例えば2×10-6〜0.3×10-6Torr)で、
Arガスを所定の分圧(例えば7×10-3〜3×
10-3Torr)となるように導入し、高周波電力
(例えば10〜50W)を印加することにより行なわ
れる。 また基板と記録層との間及び/又は記録層の上
にSiO2,GeO2等の誘電体物質からなる保護層を
設けても良く、この保護層は、記録層の記録、消
去の繰り返しによる基板の劣化や記録膜の湿気に
よる劣化を防ぐものである。 [発明の作用] 本発明の光メモリ媒体において、前記一般式
()で表わされる組成の材料からなる記録層は、
結晶質状態の結晶系が六方晶となることがX線回
折により確認されており、結晶質状態における反
射率が高いので、初期コントラスト比を後述の実
施例から明らかなように例えば38〜40%の如く高
くすることができる。従つて、前記条件(a)を満足
する。 また、前記記録層においては、 () 前述の如く初期コントラスト比が高くな
り、かつ結晶化(消去)のときに析出する結晶
粒子がその周辺の結晶粒子よりも大きくなるこ
とを抑え、高いコントラスト比を長く維持でき
ること、 () 必要に応じてZr,Mo,Ir,Ptからなる
核化剤を含有させることができるので、結晶化
時に析出する結晶の粒径を小さくそろえること
ができ、記録の消し残りの問題が解消し、コン
トラスト比の低下を防止できること 等の理由により、例えば106回をはるかに超える
回数の繰り返しが可能になり、前記条件(b)も満足
する。 さらに、前記記録層においては結晶化温度
(Tx)が例えば120〜160℃と高く、結晶化の活性
化エネルギー(E)も例えば、2.0〜2.2eVと高
い。さらに核化剤を添加すると結晶化温度は165
℃まで上昇する。従つて熱的安定性にすぐれてお
り、室温で10年以上の記録の保存が可能である。
従つて前記の条件(c)も満足する。 さらにまた、前記一般式()で表わされる組
成の材料からなる記録層においては、結晶時にお
いて結晶化せずに残存する非晶質の割合が極めて
少ないので、記録、消去の相変化において分相を
伴なわず、その結果、消去時間を例えば0.2μsec
以下の如く極めて短かくすることができる。特に
核化剤を用いた場合には、例えば0.06μsecと極め
て著しく短くすることができる。従つて前記の条
件(d)も満足する。 [実施例] 以下、本発明を実施例により更に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例 1 基板として、ガラス基板を用い、この基板上
に、通常のスパツタリング法により膜厚1000Åの
GeO2膜を形成した。 次にスパツタターゲツトとして、式 Ge22.2(Sb+Bi)22.3Te55.5 (式中の数字は原子%を示し、Bi/(Sb+Bi)
の原子比は0.25である) で表わされる組成の合金製ターゲツトを用い、こ
れを高周波マグネトロン型スパツタ装置内の所定
位置に取り付け、2×10-7Torr以下の真空度で、
Arガスを5×10-3Torrの分圧となるように導入
し、20W以下の高周波電力を印加することによ
り、前記のGeO2膜付き基板上に前記合金からな
る膜厚600Åの記録層を形成した。 次にこの記録層の上に、通常のスパツタリング
法により膜厚2000ÅのGeO2の保護膜を形成し、
光メモリ媒体を得た。 得られた光メモリ媒体は、その記録層が非晶質
状態と結晶質状態の中間の状態になつているた
め、これを結晶質状態にする必要がある。これは
初期化と呼ばれ、本実施例では以下のようにして
行なつた。すなわち、前記記録層に半導体レーザ
パルスを照射してこれを溶融、急冷し、非晶質化
することによつて前記中間状態を解消し、しかる
後、これを弱い光で加熱する(真空中で加熱して
もよい)ことによつて結晶化した。 この初期化後の光メモリ媒体について、コント
ラスト比、記録、消去の繰り返し回数、結晶化温
度(Tx)及び結晶化の活性化エネルギー(E)
並びに記録の消去時間を求めたところ、下記の通
りであり、全ての物性において満足すべきもので
あつた。 コントラスト比 39% 繰り返し回数 106回 結晶化温度(Tx) 130℃ 結晶化の活性化 エネルギー(E) 2.1eV 消去時間 0.1μsec なお、上述の各種物性の測定方法は下記の通り
である。 コントラスト比…非晶質状態における反射率
(Ra)と結晶質状態における反射率(Rc)とを
測定し、下記式により求めた。 コントラスト比(%)=Rc−Ra/Rc×100 繰り返し回数…記録した後、その反射率(Ra)
を測定し、次に消去した後、その反射率(Rc)
を測定する。これを繰り返し、コントラスト比が
15%に低下するまでの回数をもつて繰り返し回数
とした。 結晶化温度(Tx)…理学電機(株)製の高感
度示差走査熱量計DSC8240Bにより測定した(昇
温速度10℃/min)。 結晶化の活性化エネルギー(E)…5,10及び
20℃/minの3種類の昇温速度を用いて結晶化温
度を求め、キツシンジヤープロツトにより算出し
た。 (なお、上述の如く、結晶化温度(Tx)と結
晶化の活性化エネルギー(E)とにより、記録の
保存性が評価され、Tx=120℃以上、E=2.0eV
以上の時、室温で10年以上の記録の保存性が保証
される。) 消去時間…8mWの出力を有するレーザビーム
を記録層に照射し、溶融・急冷して非晶質化した
後、これにパルス幅を0.05μsecづつ順次増加させ
た結晶化(消去)レーザパルスを照射して各部分
を次々と結晶化させる。結晶化処理が終わつた
ら、次にこの結晶化処理を施した部分に0.5mW、
1μsecの再生用レーザパルスを順次照射していき、
その反射光を測定する。反射光の強度が飽和する
部分における前記結晶化レーザパルスのパルス幅
を求めれば(前記結晶化レーザの照射位置と再生
用レーザの照射位置とを対応づけておくことによ
り求めることができる)、それがすなわちこの条
件下での求めるべき消去時間である。このような
測定をレーザ出力を変えて種々行ない、各条件下
における消去時間を求め、こうして求めた消去時
間のうち最小のものをこの記録層の消去時間とし
た。 実施例 2〜12 Ge,Sb,Bi,Te及びSeを本発明の限定範囲内
で表−1に示したように種々変動させた以外は実
施例1と同様にして光メモリ媒体を得た。 得られた実施例2〜12の光メモリ媒体は、その
各種物性値を表−1に示すように、実施例1の光
メモリ媒体と同等又はそれ以上のすぐれた性能を
有していた。 実施例 13〜16 核化剤として所定量のZr,Mo,Ir及びPtをそ
れぞれ加えた以外は実施例11と同様にして4種の
光メモリ媒体を得た。 得られた実施例13〜16の光メモリ媒体は、その
各種物性値を表−2に示すように、いずれもコン
トラスト比が40%であり、繰り返し回数が106
をはるかに超え、結晶化温度が160℃であり、結
晶化の活性化エネルギーが2.2eVであり、消去時
間が0.06μsecであつて、実施例1〜12の光メモリ
媒体に比べてすぐれていた。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a rewritable phase change optical memory medium. [Prior Art] A rewritable phase-change optical memory medium is characterized in that a glass material having a certain composition has a higher reflectance to light when it is in a crystalline state than when it is in an amorphous state, and that the optical energy Taking advantage of the fact that a phase change between an amorphous state and a crystalline state can be caused reversibly by applying a The part in the amorphous state with a low reflectance is the part where the ON information is recorded, and the part in the crystalline state with a high reflectance is the part where the ON information is recorded.
A certain amount of information can be recorded by making the part where OFF information is recorded (or a part where no information is recorded), or the recorded information can be erased and new information can be recorded. The first requirements for this type of rewritable phase-change optical memory medium are: (a) a sufficient difference between the reflectance in the amorphous (recording) state and the reflectance in the crystalline (non-recording or erasing) state; This is a big deal. That is, usually
In practical terms, the contrast ratio (the difference between the reflectance in the crystalline state and the reflectance in the specific crystalline state/
Reflectance in a crystalline state x 100%) is required to be 20% or more, particularly 25% or more. Next, in order for an optical memory medium to be put to practical use as a rewritable optical memory medium, (b) the contrast ratio will be low even if the operation of recording a certain amount of information, erasing it, and recording new information is performed repeatedly. It must be possible to maintain the initial performance in terms of properties such as, for example, for external memory of a computer, the number of repetitions is required to be 10 6 times or more. Furthermore, as an optical memory medium, (c) it must be able to withstand long-term storage with a certain amount of information recorded; in practical terms, it must be able to withstand storage for more than 10 years under normal storage conditions; something is required. In other words, the amorphous state in which information is recorded is required to be stably maintained at room temperature for 10 years, for example. This is called thermal stability from the perspective of the physical properties of the glass material, and this thermal stability is determined by the crystallization temperature (Tx) and crystallization activation energy (E).
In order to obtain the above-mentioned stability, it is necessary that Tx = 120° C. or higher and E = 2.0 eV or higher. By the way, information is generally recorded on an optical memory medium by focusing a laser beam to a diameter of about 1 μm and irradiating it onto the recording film, melting the irradiated portion of the recording film, and rapidly cooling it into an amorphous state. Furthermore, to erase the recorded information, the recording film is irradiated with a laser beam whose output is lower than that during the recording, and
This is carried out by heating the recording film to a temperature lower than its melting point and higher than its glass transition point, and making the irradiation time longer than that during recording to bring it into a crystalline state. In other words, in such phase-change optical memory media, the irradiation time of laser light during recording can be made sufficiently short, but the irradiation time of laser light during erasing is such that the recording film cannot effectively crystallize. Since it takes more than a certain amount of time to complete the process, a relatively long time is required. The length of time required for this recording or erasing is one of the extremely important factors that determines the performance of this type of phase change optical memory medium, and the longer the erasing time, the lower the performance. It is required to shorten the erasing time as much as possible. For example, in the conventional method, which required erasing time of several microseconds or more, 1μmφ
There are two types of laser devices: a recording-only laser device that focuses the beam on a single area, and an erasing-only laser device (for example, a semiconductor laser device is used) that makes the beam elongated in order to extend the time that it irradiates one area. Although two laser devices were required, the erasing time was
For example, if it can be reduced to 0.2μsec or less,
These recording and erasing operations can now be performed with a single laser device, making it possible to reduce the weight and size of the optical head and shorten access time. Therefore, a rewritable phase change optical memory medium has (d) a short crystallization time and an erase time of e.g.
It is also required that it be as short as 0.2μsec or less. In order to satisfy the above conditions (a), (b), (c), and (d), attempts have been made to develop rewritable phase change optical memory media with various elements and compositions. (a) Yoshitoshi Maeda et al. discovered that the ternary compound In 3 SbTe 2
reported that high-speed erasing is possible in compositions that precipitate as crystals (see Proceedings of the National Conference of the Semiconductor Materials Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers in 1988, Volume 1, page 39). In addition, (b) Q x Sb y Te z (however, Q is In or Ga, x=34
-44 at.%, y=51-62 at.%, z=2-9 at.%) has been proposed (see JP-A-62-241145). Recently, (c) In a triangular composition diagram in which Sb, Ge, and Te are the vertices of an equilateral triangle, Sb, Ge, and Te are located on the line connecting the Sb 2 Te 3 compound and the GeTe compound or in the vicinity of this line. An optical memory medium with an Sb-Te-Ge recording film has also been reported (Proceedings of the 1985 Spring Conference of the Japan Society of Applied Physics, Volume 3, page 838, lecture numbers 28p-ZQ-1 and 839).
page, lecture number 28p-ZQ-2). [Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional examples (a), (b), and (c) do not meet the conditions (a), (b), and (c) required for a rewritable phase-change optical memory medium. Although some of the conditions in ) and (d) were satisfied, it was not possible to satisfy all of these conditions. For example, in the conventional example (a), the contrast ratio is 5.0%, which is far below the practically required 20%, and the contrast ratio is far below the practically required 20%.
does not satisfy. Further, in the conventional example (b), the number of repetitions is 10 3 or less, which is far below the practically required 10 6 or more, and does not satisfy the condition (c). Further, although the conventional example (c) is improved compared to the conventional examples (a) and (b), there is a problem in that the contrast ratio gradually decreases when recording and erasing are repeated. This decrease in contrast ratio is due to the fact that crystal grains precipitated during crystallization (erasing) are larger than surrounding crystal grains. Due to this decrease in contrast due to repeated recording and erasing, the number of repetitions is 10 6
It becomes difficult to achieve the above-mentioned condition (b) of more than 10 times. Therefore, the problem of the present invention is to satisfy the above conditions (a), (b), and (c).
An object of the present invention is to provide a rewritable phase-change optical memory medium that satisfies all of (d). [Means for Solving the Problems] The present invention has been made to achieve the above-mentioned problems, and the rewritable phase change optical memory medium of the present invention has the following general formula: Ge x (Sb+Bi) y M z ( ) (In the formula, x indicating the proportion of Ge is 12 to 39 atomic %, and y indicating the proportion of (Sb + Bi) is 12 to 37
atomic%, and the atomic ratio of Bi/(Sb+Bi) is when x is 12
atomic% to less than 20 atomic%, it is 0.50 or less (however, 0 is not included), and x is 20
At % to 39 atomic %, it is 0.80 or less (however, 0 is not included), M is Te or (Te + Se), z indicating the proportion of M is 45 to 61 atomic %, and M is (Te + Se). If Se/(Te+
The atomic ratio of Se) is 0 to 0.10). Further, the recording layer constituting the optical memory medium of the present invention can also contain at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Mo, Ir, and Pt. The present invention will be explained in detail below. In the rewritable phase change optical memory medium of the present invention, the material constituting the recording layer is a multi-component material consisting of Ge-(Sb+Bi)-M (M=Te or Te+Se), as is clear from the above general formula (). It is an alloy. That is, the recording layer in the optical memory medium of the conventional example (c) described above is made of a Ge-Sb-Te alloy, and it is difficult to achieve the above-mentioned condition (b) of repeating 106 times or more. In the recording layer of the optical memory medium of the present invention, Ge-Sb-Te system or Ge-
By further adding Bi to the Sb-Te-Se alloy, the initial contrast ratio is increased, and the crystal grains that precipitate during crystallization (erasing) are suppressed from becoming larger than the surrounding crystal grains. As a result, a high contrast ratio can be maintained for a long time, and the above-mentioned condition (b) of 10 6 or more repetitions is achieved. this is,
This is because the recording layer containing Bi has a hexagonal crystal system in the crystalline state, and the reflectance in the crystalline state becomes high. In the material of the general formula () constituting the recording layer of the optical memory medium of the present invention, the proportion of the metal element is limited as follows. Amount of Ge (x) = 12 to 39 at% Amount of (Sb + Bi) (y) = 12 to 37 at% Amount of M (Te or Te + Se) (z) = 45 to 61 at% Here is the amount of Ge (x ) is limited to 12 to 39 at%, because if it is less than 12 at%, the crystallization temperature will be 120℃.
If it becomes less than 39 atomic%, and if it exceeds 39 atomic%, the erasure time will be reduced.
This is because it is longer than 0.2 μsec. Also, the reason why the amount (y) of (Sb + Bi) was limited to 12 to 37 at% is that if it is less than 12 at%, the erasure time will be longer.
This is because the erasing time becomes longer than 0.2 μsec, and if it exceeds 37 atomic %, the erasing time also becomes longer than 0.2 μsec. Furthermore, the amount (z) of M (Te or Te + Se) is 45 ~
The reason why it is limited to 61 atomic % is that if it is less than 45 atomic %, the erasing time will be longer than 0.2 μsec, and if it exceeds 61 atomic %, the erasing time will also be longer than 0.2 μsec. As mentioned above, the present invention is based on the conventional example (c) of Ge-Sb-Te.
It is characterized by replacing part of the Sb with Bi in the alloy, significantly increasing the initial contrast ratio. The atomic ratio of Bi/(Sb+Bi) varies depending on the Ge ratio (x), where x is 12 at% to 20 at%
If x is less than 0.50 (excluding 0), and if x is 20 atomic % to 39 atomic %, it is 0.80 or less (excluding 0). The reason is,
As Sb is replaced with Bi, as the amount of Bi increases, the initial contrast ratio increases and the crystallization temperature decreases, but the degree of decrease in the crystallization temperature is more significant as x decreases. x is 12 atomic% ~
When x is less than 20 atom%, it is necessary to keep the atomic ratio of Bi/(Sb+Bi) below 0.50 and maintain the crystallization temperature of 120℃ or higher, whereas when x is between 20 atom% and 39 atom% , even if the amount of Bi increases, the degree of decrease in crystallization temperature is small, so Bi/(Sb+Bi)
This is because the crystallization temperature of 120°C is maintained even if the atomic ratio of is increased to 0.80. Further, when M is Te+Se, the atomic ratio of Se/(Te+Se) is limited to 0 to 0.10. The reason is 0.10
This is because if the contrast ratio exceeds 25%, the contrast ratio becomes less than 25%. Further, as described above, according to a preferred embodiment of the present invention, Zr,
At least one metal element selected from the group consisting of Mo, Ir, and Pt can be added. These metal elements act as nucleating agents, not only increasing the crystallization rate but also reducing the grain size of the crystals that precipitate during crystallization.
This solves the problem of unerased recordings and prevents a decrease in contrast ratio. The preferable addition amount of these metal elements varies depending on the type, and in the case of Zr, it is 1 to 8 atomic %, especially 2 to 7 atomic %, based on the alloy of general formula (), and in the case of Mo, it is 0.5 atomic %. ~10 atom%, especially 2 to 8 atom%, in the case of Ir or Pt, 0.3 to 5 atom%,
In particular, it is 0.5 to 4 at%. The reason is that Zr is 1
Less than atomic%, Mo less than 0.5 atomic%, Ir or Pt 0.3
If the Zr content is less than 8 atomic %, the amount is too small to work effectively as a nucleating agent, and if the Zr content exceeds 8 atomic %,
This is because if Mo exceeds 10 atomic % and Ir or Pt exceeds 5 atomic %, the crystallization rate becomes too fast and amorphization (recording) becomes impossible. Next, the method for manufacturing the optical memory medium of the present invention will be described. First, a glass substrate or a plastic substrate is prepared as a substrate, and a material of the general formula () is deposited thereon by a conventional sputtering method, vacuum evaporation method, etc. Form a recording layer consisting of: When using the sputtering method, a sputter target synthesized as follows, for example, is used. In other words, germanium (Ge), antimony (Sb), bismuth (Bi), and tellurium (Te) with a purity of 5N or higher, and selenium (Se) if necessary, are placed in a transparent quartz glass ampoule to a specified composition. Then, it is evacuated to 10 -5 Torr and sealed. Then,
This is melted in a rocking furnace at 850°C for 15 hours with thorough mixing, and then cooled to obtain a sputter target material. The sputter target material obtained in this way is melted in Ar gas, poured into a stainless steel mold, cooled and solidified, and then polished, e.g.
A disk-shaped target with a diameter of 100 mm and a thickness of about 5 mm is formed. As a sputtering method for forming a recording film, for example, a high-frequency magnetron sputtering method is used, in which the alloy target is attached to a high-frequency magnetron type sputtering device and the sputtering method is set to a predetermined degree of vacuum (for example, 2×10 -6 ~0.3×10 -6 Torr),
Ar gas is heated to a predetermined partial pressure (e.g. 7×10 -3 to 3×
10 −3 Torr) and applying high frequency power (for example, 10 to 50 W). Further, a protective layer made of a dielectric material such as SiO 2 or GeO 2 may be provided between the substrate and the recording layer and/or on the recording layer, and this protective layer can be used to protect the recording layer from repeated recording and erasing. This prevents deterioration of the substrate and recording film due to moisture. [Operation of the invention] In the optical memory medium of the invention, the recording layer made of a material having a composition represented by the general formula () is:
It has been confirmed by X-ray diffraction that the crystal system in the crystalline state is hexagonal, and the reflectance in the crystalline state is high, so the initial contrast ratio is set to 38 to 40%, for example, as is clear from the examples below. It can be made as high as Therefore, the above condition (a) is satisfied. In addition, in the recording layer, () the initial contrast ratio is high as described above, and the crystal grains precipitated during crystallization (erasing) are suppressed from becoming larger than the surrounding crystal grains, and the contrast ratio is high. () If necessary, a nucleating agent consisting of Zr, Mo, Ir, and Pt can be included, so the grain size of the crystals precipitated during crystallization can be made small, and records can be easily erased. Because the remaining problems are resolved and a decrease in contrast ratio can be prevented, it is possible to repeat the process far more than 10 6 times, and the above condition (b) is also satisfied. Further, in the recording layer, the crystallization temperature (Tx) is high, for example, 120 to 160° C., and the crystallization activation energy (E) is also high, for example, 2.0 to 2.2 eV. Further addition of nucleating agent increases the crystallization temperature to 165
The temperature rises to ℃. Therefore, it has excellent thermal stability, and records can be stored for more than 10 years at room temperature.
Therefore, the above condition (c) is also satisfied. Furthermore, in a recording layer made of a material having the composition represented by the general formula (), the proportion of amorphous material that remains without crystallization during crystallization is extremely small, so phase separation occurs during phase changes during recording and erasing. As a result, the erasing time is reduced to 0.2μsec, for example.
It can be made very short as shown below. In particular, when a nucleating agent is used, the time can be extremely shortened to, for example, 0.06 μsec. Therefore, the above condition (d) is also satisfied. [Example] Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to Examples.
The present invention is not limited to these examples. Example 1 A glass substrate was used as the substrate, and a film with a thickness of 1000 Å was deposited on this substrate by the usual sputtering method.
A GeO 2 film was formed. Next, as a sputter target, use the formula Ge 22.2 (Sb + Bi) 22.3 Te 55.5 (the numbers in the formula indicate atomic %, Bi/(Sb + Bi)
(The atomic ratio of
By introducing Ar gas to a partial pressure of 5×10 -3 Torr and applying a high frequency power of 20 W or less, a recording layer of 600 Å thick made of the alloy was formed on the substrate with the GeO 2 film. Formed. Next, a GeO 2 protective film with a thickness of 2000 Å was formed on this recording layer by the usual sputtering method.
An optical memory medium was obtained. Since the obtained optical memory medium has a recording layer in a state intermediate between an amorphous state and a crystalline state, it is necessary to bring it into a crystalline state. This is called initialization, and in this embodiment, it was performed as follows. That is, the intermediate state is eliminated by irradiating the recording layer with a semiconductor laser pulse to melt it, rapidly cool it, and make it amorphous, and then heat it with weak light (in a vacuum). (may be heated) to crystallize. Regarding the optical memory medium after this initialization, the contrast ratio, number of repetitions of recording and erasing, crystallization temperature (Tx), and crystallization activation energy (E)
In addition, the recording erasing time was determined as shown below, and all physical properties were satisfactory. Contrast ratio 39% Number of repetitions 10 6 times Crystallization temperature (Tx) 130°C Crystallization activation energy (E) 2.1 eV Erasing time 0.1 μsec The methods for measuring the above-mentioned various physical properties are as follows. Contrast ratio: The reflectance (Ra) in the amorphous state and the reflectance (Rc) in the crystalline state were measured and determined by the following formula. Contrast ratio (%) = Rc - Ra / Rc x 100 Number of repetitions...After recording, reflectance (Ra)
After measuring and then erasing its reflectance (Rc)
Measure. Repeat this until the contrast ratio is
The number of repetitions was defined as the number of times it took for the test to drop to 15%. Crystallization temperature (Tx): Measured using a high-sensitivity differential scanning calorimeter DSC8240B manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. (heating rate 10° C./min). Crystallization activation energy (E)...5, 10 and
The crystallization temperature was determined using three types of heating rates of 20° C./min, and calculated by Kitsinjar plot. (As mentioned above, the storage stability of records is evaluated based on the crystallization temperature (Tx) and crystallization activation energy (E). Tx = 120℃ or higher, E = 2.0eV
In the above cases, the preservation of records for more than 10 years at room temperature is guaranteed. ) Erasing time: The recording layer is irradiated with a laser beam with an output of 8 mW to melt and rapidly cool it to become amorphous, and then a crystallizing (erasing) laser pulse with a pulse width of 0.05 μsec increasing is applied to the recording layer. It is irradiated to crystallize each part one after another. After the crystallization process is completed, apply 0.5mW to the crystallized area.
Sequentially irradiate with 1μsec reproduction laser pulses,
The reflected light is measured. If the pulse width of the crystallization laser pulse at the portion where the intensity of the reflected light is saturated is determined (it can be determined by associating the irradiation position of the crystallization laser with the irradiation position of the reproduction laser), then In other words, is the erasing time to be found under this condition. Such measurements were carried out in various ways by changing the laser output, and the erasing time under each condition was determined, and the minimum erasing time among the erasing times thus determined was taken as the erasing time of this recording layer. Examples 2 to 12 Optical memory media were obtained in the same manner as in Example 1, except that Ge, Sb, Bi, Te, and Se were varied as shown in Table 1 within the limited range of the present invention. The obtained optical memory media of Examples 2 to 12 had excellent performance equivalent to or better than that of the optical memory medium of Example 1, as shown in Table 1 for various physical properties. Examples 13 to 16 Four types of optical memory media were obtained in the same manner as in Example 11, except that predetermined amounts of Zr, Mo, Ir, and Pt were added as nucleating agents. As shown in Table 2, the obtained optical memory media of Examples 13 to 16 had a contrast ratio of 40%, a repetition rate far exceeding 10 6 times, and a crystallization temperature of 40%. was 160° C., the activation energy for crystallization was 2.2 eV, and the erasing time was 0.06 μsec, which were superior to the optical memory media of Examples 1 to 12.

【表】【table】

【表】 定される。
[Table] Defined.

【表】 [発明の効果] 以上詳述した通り、所定割合のGeと(Sb+
Bi)とM(Te又はTe+Se)とからなる材料で記
録層を構成した本発明の光メモリ媒体は、 (a) 記録状態と消去状態における反射率差が大き
い、 (b) 記録、消去を極めて多数回繰り返して行なう
ことができる、 (c) 記録を長期間に亘り安定に保存することがで
きる、 (d) 記録の消去時間が極めて短かい 等の種々の利点を有する。 また前記記録層に必要に応じてZr,Mo,Ir及
びPtから選ばれる核化剤を含有させると、上記
(a)、(b)、(c)、(d)の利点は更に顕著になる。
[Table] [Effects of the invention] As detailed above, when a predetermined proportion of Ge and (Sb+
The optical memory medium of the present invention, in which the recording layer is made of a material consisting of Bi) and M (Te or Te+Se), has (a) a large difference in reflectance between the recorded state and the erased state, and (b) an extremely large number of recording and erasing operations. (c) Records can be stored stably for a long period of time; (d) Records can be erased in an extremely short time. Further, if the recording layer contains a nucleating agent selected from Zr, Mo, Ir and Pt as necessary, the above-mentioned
The advantages of (a), (b), (c), and (d) become even more pronounced.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一般式 Gex(Sb+Bi)yMz () (式中、Geの割合を示すxは12〜39原子%で
あり、 (Sb+Bi)の割合を示すyは12〜37原子%で
あり、 Bi/(Sb+Bi)の原子比は、xが12原子%〜
20原子%未満では0.50以下(但し0は含まない)
であり、 xが20原子%〜39原子%では0.80以下(但し0
は含まない)であり、 MはTe又は(Te+Se)であり、 Mの割合を示すzは45〜61原子%であり、 Mが(Te+Se)の場合、Se/(Te+Se)の原
子比は0〜0.10である)で示される組成の材料か
らなる記録層を有することを特徴とする書き換え
可能な相変化型光メモリ媒体。 2 前記一般式()で示される組成の材料に、
Zr,Mo,Ir及びPtからなる群から選択される金
属元素を少なくとも1種加えた、請求項1に記載
の光メモリ媒体。
[Claims] 1 General formula Ge x (Sb+Bi) y Mz () (wherein, x indicating the proportion of Ge is 12 to 39 atom%, and y indicating the proportion of (Sb+Bi) is 12 to 37 atoms %, and the atomic ratio of Bi/(Sb+Bi) is 12 atomic % to x
Less than 20 atomic% is 0.50 or less (excluding 0)
and when x is 20 to 39 atom%, it is less than 0.80 (however, 0
), M is Te or (Te + Se), z indicating the proportion of M is 45 to 61 atomic %, and when M is (Te + Se), the atomic ratio of Se / (Te + Se) is 0 1. A rewritable phase change optical memory medium, comprising a recording layer made of a material having a composition represented by (~0.10). 2 In the material having the composition represented by the general formula (),
The optical memory medium according to claim 1, further comprising at least one metal element selected from the group consisting of Zr, Mo, Ir and Pt.
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