JPS61117745A - 光学式データ記憶装置とその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は、光学式データ記憶装置及びその形成方法に係
９、より評しくは、例えば相変化可能材料、すなわちビ
ームエネルギを与えることにより少なくとも二つの検出
可能状態の間で切り換えられ得る材料にデータが記憶さ
れる光学式データ記憶装置に係る。

非融蝕性で相変化可能な光学式データ記憶システムでは
、例えば光学エネルギ、粒子ビームエネルギ等の入射ビ
ームエネルギのようなエネルギを与えることくより、少
なくとも二つの検出可能な状態の間で切り換えることの
できろ相変化可能材料中に情報を記録する。

相変化可能な光学的データ記憶材料は光学式データ記憶
装置において、その光学的データ記憶材料が基板に支持
され、かつ封人材により封入された状態で存在する。封
人材には入射ビーム源とデータ記憶媒体の間の抗融蝕材
料、断熱材料および層、反射防止層、また光学的データ
記憶媒体と基板との間の反射層等が含まれる。各種の看
がこれらの機能の７つ以上を遂行するようにしても良い
。

光学的データ記憶材料層も含めて各層の厚さは、相変化
可能データ記憶材料の信号対雑音比および安定性を高（
保ちながら、その材料の相変化に必要なエネルギを最小
化するべく最適化される。

相変化可能材料とは、入射ビームエネルギの付与により
、検出可能なある状態から別の状態へと切り換えられ得
る材料である。相変化可能材料とは、その形態乃至モフ
オロジー、相対的秩序度、相対的無秩序乃至不規則度な
どで検出可能状態が変わり、また導電率、電気抵抗率、
光透過率、光吸収性、光反射率、またはこれらの任意の
組合せなどでその状態を検出できろものである。

光学的データ記憶材料は通常の場合例えば蒸着、化学蒸
着、プラズマ堆積等（よって無秩序性乃至不規則性材料
として堆積される。プラズマ堆積にはスパッタリング、
グロー放電、プラズマＣＶＤ乃至化学堆積が含まれる。

光学的データ記憶材料は通常、多元系カルコゲナイド合
金であり、大抵の場合検出可能状態の間を反覆させると
局所的結合の変化および／または相の分離など局所的な
秩序性乃至規則性かある程度変化する。ということは、
消去された状態は少な（とも当初の反覆の閘異なる特性
を示すということである。あの堆積されたままの無秩序
乃至不規則材料を５砂ねばならない。すなわち、記憶材
料は、１ｍ−データが無秩序乃至不規則（−進でｌの）
状態に記憶されようとする場合、そのデータを受けるよ
５に％また一消去およびＶぎ込＆動作を何サイクルも（
何度も）繰返した後、局所的結合および／または相分離
の変化などの局所的秩序性乃至規則性の変化が安定の記
憶セル全部を気相から堆積され急冷されたままのものか
ら、−進でＯに対応する秩序性乃至規則的状態に変換す
ることを意味する。この規則的状態は、消去、書込み動
作を何度も繰返す中で生じる局所的結合および／または
相分離の望ましくない変化のように、局所的規則性に有
害な変化が生じた場合でも、それに対して安定し℃いる
。

形成には、データ記憶材料を４進のｌＫ：対応する〆気
相から堆積、急冷したままの不規則状態から、より規則
的な状１１＄ｃｆ換する必要がある。形成は（１）気相
から堆積急冷したままの状態から直接形成（二進のＯ）
状態にしても、（２）気相から堆積急冷したままの状態
から中間的な規則的状態を経て、この規則的状態から液
相を急冷した不規則状態とした後、形成（２道のＯ）状
態とするか、あるいは（３）気相から堆積、急冷したま
まで堆積したま＼の状態から、液相を急冷して形成され
る状態としても良い、形成後に液相から急冷した不規則
状態は、気相から堆積、急冷した不規則状態と異なるも
のである。

圓堆積状態から１接的に形成（二進のＯの）状態へ変換
する場合であれ、あるいはｆｂｌ初期の不規則状態から
比較的規則的な状態、すなわち暗色化状態とした後、さ
らに規則的な状態を紐て、不変的な局在化結合および／
または相分港特性を有する形成状ｎに変換する場合でも
、堆積材料の形成（は光学的データ記憶材料の単位体積
あたりあるぎろレーザビームなどによって達成すること
ができろ。このレーザビームは、例えば光学式データ記
憶システムで消去（結晶化）と書込み（溶融とガラス化
）Ｋ用いるのと同じ集束レーザビームで良い。レーザビ
ームは、トラックの上を何回も走らせて、その上にある
材料を堆積したままの不規則状態から、より規則的なも
のに変換する際、一度に一本のトラックを形成する。中
間的不規則状態を形成する場合は溶融と凝固が形成に含
まれる場合もあり、レーザの出力密度、ディスクの回転
速度、全露光、／トラックあたりの回転数のバランスを
とる必要がある。これらの変数のバランスが逼正に行わ
れていないと、結果的に得られる材料の形態乃至モフオ
ロジーが適正なものとならず。

形成の基礎の役割を果すことができない、不適当な形成
を行うと、相分離が異なる、結晶粒が大きくなる。コン
トラスト特性が悪くなるなどの不都合な結果が生じる。

形成は、ｊｌｌｌ造工程の中でｆ’ｆ！＠な制御を必要
とするエネルギ集約的な段階であるというだけでなく、
一度に／）ラックずつ行う、時間のかかる生産性の低い
段階でもある。

光学的データ記憶材料の形成に伴う問題は、本発明の方
法によって解決することができる。

先に述べたように、データ記憶装置の中の堆積されたま
まの無秩序乃至不規則材料は、実質的にその全部が光学
的データ記憶材料に入射される単一の秩序化乃至規則化
パルスによって秩序性乃至一実施例によると、例えば堆
積されたままの（気相から急冷された）状態とレーザガ
ラス化された状態との関に局在化した規則性または結合
の差異がない場合は、形成パルスが堆積されたままの材
料を直接形成（２進のＯの）材料に変化する。

別の実施例では、堆積して気相急冷したままの材料を、
より規則的な状態に結晶化した後、例えば堆積されたま
まの状態とは異なる不規則材料にガラのが望ましい。結
晶化パルスは、材料を溶融させずに材料を結晶化させる
程度のエネルギのものである。不規則化エネルギパルス
は、規則化された材料を溶融させ、それを不規則化材料
として凝固し得るはと高二えルギのものでなければなら
ない。

この段階を安定した「書込み」特性が得られるまで、数
回繰返すことが望ましい。

規則化エネルギは大学的データ記憶媒体に対し、例えば
実質的に媒体の全表面Ｋ、メモリセル１つき１回だけ、
単一パルスとして付与される。パルスは材料をその結晶
化温度以上に加熱するが、この時間は結晶化に必要な時
間より長（続ける。

標本的なテルルをベースとする合金の場合、結晶化温度
は７００℃から７３０℃まで、結晶化時間は０．１−１
０マイクロ秒程度である。このような合金については、
結晶化パルスは約０．／〜ｌジエール／ｃｌｌ”であり
、タングステンまたはキセノン約ｇｏナノ秒からＩＯマ
イク−ｅの持続時間のものである。これによって堆積さ
れたままの不規則材料が規則的材料に変換され、光透過
率は約１０％から１１未満となり、反射率は３０％以下
、例えばコＯ〜コＳ％から３０％以上１例えば３９〜４
Ｉ−！〜となる。好適な実施例では、透光率１％、反射
率ｅ、ｙ％の状態が、以上の如くして得られる形成状態
となる。

イ＜誓約実施例では、こうして得られた規則的状態が十
分に暗色化されておらず、その最初の規則的状態が次に
不規則状！ＩＫ変換された後、２進の用いる場合、光源
のエネルギ密度を１０〜１００ミリジ工−ル／ｃｍ”、
持続時間をｌＯ〜１００ナノ秒とする。これＫよって比
較的規則的な材料が不規則状態となり、それに伴って波
長ＩＪＯナノメートルの光で測定した場合の光透過率が
例えば−％から７〜ｔ％に１反射率が例えば少なくとも
７７％、望ましくは３５〜亭Ｑ％から３０％未満、望ま
しくはコｌ−コダ％に変化する。この材料を形成状態に
するために、もつと強力な規則化エネルギを付与し、こ
れが光透過率を約１％に１反射率を参〇〜ｇｏ％に変え
る０反射率は界面特性であるが、ここで用いる場合の反
射高は特に示さない限り、光学的データ記憶媒体と空気
との界面の反射率を指す。

本発明の方法によると、光エネルギなどの入射ビームエ
ネルギ源を用いて使用されるディスクなどのデータ記憶
装置が提供される。この装置ｉは二つの基板を有する。

第一の基板またはその上の被覆または珊に同心的な溝を
設ける。溝の深さは約９００オングストローム、幅は約
へ５〜コ、ｊミクロン、ピッチは約コ、Ｑ〜Ｊ、コミク
ロンであり、陵部（ランド）乃至メサの幅が約０．ｊ〜
０．クミクロンとなる０例えば尊光炊ポリマーなどのポ
リマーからなる第一の接着層を基板上に堆積する。この
層は前記溝を与え、また基板を活性材料に付着さからな
る三層などの多層構造の形で形成されている。活性多重
層は、第−封入材料が接着層に結合された状態で溝付基
板に整合される故、また接着層および溝付基板に整合す
る。状態変化可能なメモリ材料は第一封入層との界面を
形成してこれと整合する。活性な状態変化可能材料の反
対側には第二対人材料がある。第二対人材料は活性状態
変化可能材料との界面を形成してこれと整合する。

例えば光ポリマ一層などの第二接着層が第二封入層と第
二基板との間に設けられろ。

本発明によると、形成後−組の陵部または４明の谷部の
うち一方が結晶性であり、その他はアモルファス乃至非
晶質である。

添付図面を参照すると本発明を詳細ＶＣ理解τろことが
できる。

ここに記載の本発Ｂ１１Ｋよると、相変化可能な材料、
すなわち相変化可能な光学的データ記憶材料の形成が、
同時に％実質的に全部の相変化可能な光学的データ記憶
材料を、初期の堆積したままの不規則状態からより規則
的な状態へと切り換えることＫよって行われる。適正な
エネルギ密度、出力密度、および！光時間な宵する単独
の規則化パルスによって、該パルスの入射するメモリ材
料部分を実質的に完全に規則化するため、例えば一本の
トラック上を一連のパルスで繰返し規則化する必要が無
くなる。ここに記載する発明によると、トラック毎の多
数の形成が不要となり、光学式データ記憶装置の露元蘭
の実質的忙全部が堆積されたままの状態からより規則的
な状態へと変換される。すなわち、単一乃至単独の規則
化パルスで相互に近付けて並べられた複数のメモリセル
、また装置の個別メモリセルの全部でさえ規則化できる
のである６その後、材料は堆積されたままの不規則状態
とは異なる第二の不規則状態としての比較的規則的でな
い状態に変換された後、規則的状態に変換される。

秩序、無秩序（規則・非規則）対温度履歴の関係と反射
高対温度履歴の関係については、それぞれ第１人図、Ｗ
ｈｌＢ図、第−Ａ図、第２８図を参照すると良く理解す
ることができる。藁ｌＡ図と第−人間に示されているの
は、ここでは個々のメそりセルである適当な分量のメモ
リ材料（関して規則・不規則変化対温度履歴の前提乃至
仮定モデルを示した概略図である。第１Ｂ図と第２８図
に示されているのは、相対反射率対温度履歴冥測値の概
略図である。

堆積されたままの状態は４ｇ／Ａ図および第一中 人１モは符号αＤ（堆積したま＼）　Ｉ！／　ａ図およ
び第２Ｂ図中では符号Ｒ３゜（堆積したま＼）で表わさ
れる不規則状態であり、例えば３０％未満の低い反射率
と、例えば約５％以上の高い光透過率を有しているｅ　
′ｒｘｏで表される結晶化温度を有する不規則材料が、
第１人図〜第コＢ図中点線の規則化パルスＰ０で表され
るエネルギパルスによって、例えば約３０％以上と高い
反射率と、例えば約−％未満と低い透過率を有する規則
材料に変換されるｅ規則化ノ（ルスはメ檀すセル内のメ
モリ材料を最小限の相分離で結晶化させるに十分な時間
結晶化温度’ｒｚ。以上に昇温させるに十分に高エネル
ギ、すなわち高いエネルギ密度と電力密度のものである
が、メモリ材料を溶融させるほど高エネルギではない、
丁なわちそれ程エネルギ密度千電力密度が高くない。規
則化パルスとは、適切な体積乃至量、例えば個々のメモ
リセルの中のメモリ材料をその結晶化温度Ｔｘよりも高
く昇温するに十分に強力乃至高エネルギであるが、その
溶融温度Ｔｍ以上に昇温する程強力乃至高エネルギでは
ないパルスのことを指す。

材料によって、第１人図および第１Ｂ図に示すように「
規則化パルス」−「不規則化パルス」−ｒ　ｉ　則化パ
ルス」の３つのパルスヲ順次用いて、またはこれを繰返
して形成を行５ｐ＞、あるいは第−人口および第２８図
に示すように単一のパルスによって行うことができる。

第７人図と第１Ｂ図に示す実施例によると、反射率Ｒα
（堆積したま＼）を有する不規則材料が結晶化温度Ｔｘ
０と反射１１Ｒｏ（事前暗色化した規則化状ＩＩＩ）を
もつ規則化状態に結晶化される０次にこの反射１１Ｒｏ
（事前暗色化した規則化状１１）をもつ規則的メモリ材
料が、反射ｇＲ♂（“／ｎ乃至ガラス質状態）を有する
不規則状態に変換される。第１人図および第７Ｂ図中符
号Ｐｄで表されている７つまたはそれ以上の不規則化パ
ルスを規則化材料に与えることによって変換が行われる
。

不規則化パルスはメモリセルをその溶融温度以上に昇温
するに十分強力乃至高エネルギ、すなわち高いエネルギ
密度で出力密度のものである。不規則化パルスとは溶融
材料が凝固してより規則的でない材料になる条件下で規
則的材料を溶融するパルスである。溶融メモリ材料は急
速に冷却凝固。

すなわちガラス化して、反射率Ｒ（Ｚｖを有する不規則
材料を形成する。この結果得られた不規則状態は１進の
７に相当するもので、ＷＬ／人図人間Ｖ（ガラス化した
ま＼）と第１Ｂ図中”ＣＬｖ　Ｃ”またはガラス賀状！
りとによって表されている。

この不規則材料は、堆積されたままの不規則材料の結晶
化温度Ｔｘ０よつ低い結晶化温度Ｔｘ、を有する材料で
良い。あるいはまた、堆積したままの材料の結晶化温度
ＴＩ。より高い結晶化温度Ｔｘ。

をもつ材料としても艮い。あるいは、不規則化材料の中
に低い結晶化温度Ｔｘ、の材料と高い結晶化ｆｉ反Ｔ＋
：、の材料の包含物、領域および／または帯域を含ませ
【も良い。

不規則材料は一進のｌに相当し、反射ＩＫＲαを有する
。これが消去パルスｐｅによって消去、すなわち反射率
Ｒ１の一進法ＯＩＫ、対応する規則的状態に変換される
。Ｗ、／Ａ図およびＷ、／Ｂ図中ｐｓｉくよって表され
ろ消去パルスは、適当な体積乃至分量の不規則メモリ材
料の少なくともいくらかを規則的材料に変換できるだけ
のエネルギを有する規則化パルスである。ここで用いる
消去パルスとは、不規則材料を溶融材料の形成を伴わず
に規則的材料に変換する規則化パルスのことである。

消去、すなわち不規則材料を規則的材料に変換するため
のエネルギパルスは、不規則材料を結晶化できる程度に
強力でなければならない、すなわちその程度に高いエネ
ルギ密度と電力密度のものでなければならないが、材料
の溶融を１生じない程度に低いエネルギ、すなわちその
程度に低いエネルギ密度および／または電力密度のもの
として、約ｌ！Ｏオングストローム以上の大きさの結晶
乃至晶子が形成されるよ５にすると共に、有害な相分離
を最小化、できれば防止するようくしなければならない
。その結果、高い結晶化温度の材料、すなわちＴｘ２で
表される結晶化温度を有する不規則材料が存在している
ことから、消去パルスは規則化パルスより高くする必要
がある場合もある。

同じ理由により、溶融温度の高い包含物を含む高溶融温
度の相が存在することから、書込みパルスＰアが不規則
化パルスＰ６より強力でなければならないこともある。

第１Ｂ図において、”（Ｚｖの状態からＲ，Ｊの状態へ
の変化には、必要に応じて、又ｉ末所望により規則化パ
ルスＰＯまたは消去パルスＰａが用いられる。

第２Ａ図とｉｕＢ図に示した代替的な好適実施例におい
ては、第−Ａ図中ＴＩ０で表され【いる結晶化温度と、
＠ＪＢ図中ＲａＤ（堆積されたま＼）で表されている反
射率とを有する堆積されたままの不規則材料が、規則化
パルスを与えることによって、２進の０に対応する規則
的材料ＫＷ接的に形成される。

ここで考える光学式データ記憶装置は第３因と第参図に
示される元ディスク手段によって実施される。第３図の
装置ｌ／は、封入された相変化可能な光学的データ記憶
材料コｌを少なくとも支持する剛性基板１３を有する。

データ記憶材料２１の個にのメモリセルまたはビットの
中にデータが記憶される。個々のメモリセルは、平行ト
ラックに沿って、中心から中心までの距離をａり〜ダミ
クロンあけて配列乃至整列され工おり、トランクとトラ
ックの間隔は約ｌ−ψミクロンである。個々のメモリセ
ルの表面積は典型的にはｏ、５−ＬＩム２であり、０．
７〜ｌコｕ３０表面積を利用する。

ダ相変化可能な光学的データ記憶材料コｌは耐融触被覆
１９と反射性被覆コｊの間で動作し得るように封入され
工いる。耐融触被覆Ｉｆは入射エネルギビームと相変化
可能な光学的データ記憶材料−／との間にある。反射性
被覆コＪは相変化可能な光学的データ記憶材料コｌの反
対側で、相変化可能な光学的データ記憶材料２１と基板
／Ｊとの間にある。耐融触被覆／ｆと相変化可能な光学
的データ記憶媒体メモリコ／と反射性被覆コＪとで成る
三層をさらに外側透明保護層／ｊと基板／Ｊとの間に（
カプセル）封入しても良い。

耐融触被覆／ｆが例えば光エネルギ等の入射ビームエネ
ルギの熱エネルギへの変換を高めて、ピットや融触が相
変化可能な光学的データ記憶材料コｌ中に形成されるの
を妨げる。被覆／９は入射される消去、読取り、書込み
パルスビームに対し、シ て実質的透明である。耐融触被覆１９は断熱材でもある
誘電材料で形成するのが望ましい。例な挙げると二酸化
シリコンや二酸化ゲルマニウムなどである。粒子ビーム
がレーザビームである場合、耐融触被覆の厚さはレーザ
の波長、またはその高調波の波長、すなわちｎが／〜１
０の場合、波長なコｎで割ったもの程度とする。一般に
耐融触被覆の厚さは約０．７〜０゜５ミクロンであるが
、相変化可能なメモリ材料層コｌと反射層または被覆コ
３の厚さと最適化して、光学データ記憶装置／／内部の
エネルギ関係を最適化する。

耐融触被覆／？の上に、厚さ約５００オングストローム
から約−〇ミクσンで静電荷を絶縁する働きをする透明
誘電体膜−一を任意１一般けても良い。誘電体膜ココは
透明封入膜／ｌと耐融蝕被覆ｌデの間に配置されろ。

例えばアルミニウム酸化物やゲルマニウム酸化物などの
誘電体乃至絶縁体被覆のような反射性被覆コＪの厚さは
約１００オングストロームから約コミクロンである。反
射性被覆コ３が相変化可能な光学的データ記憶材料コ／
の光学的効率を高める。

峠 さらに、光ホ争−タ記憶材料コｌと反射体コ３（＝りと
の間で光学的データ記憶材料−／の反対側に断熱層乃至
熱バリアコ参を設けて、粒子エネルギから熱エネルギへ
の変換を高めるようにしても良い。断熱層コダを設けろ
場合、その厚さは約０２７〜２０ミクロンとし、二酸化
珪素または酸化ゲルマニウムで形成する。

封入用透明膜／ｌは特に水、水蒸気などの環境から保護
する働きをしており、典型的には透明な金Ａｌｌ！化物
または有機ポリマー、例えばポリメチルメタクリレート
などである。さらに基板と断熱層の間に、例えばポリメ
チルメタクリレートで形成した下塗り層を設け℃も良い
。

耐融触被覆／９、光学的データ記憶材料コｌ。

透明誘電性バリアココ（設けた場合）、反射層２３、断
熱ＮＪコダ（設けた場合）を光学的に結合して最適化す
る。ｆなわち、各層の厚さと光学的特性を最適化して、
反射防止特性を最適化し、読出しモードでは高い反射率
を、「消去」および「書込み」モードでは高い吸収を賦
与するようにする。このように光学的結合を最適化した
場合、与える全エネルギ量が減少する。

第参図に示す代替的実施例では、基板／／３に例えば酸
化ゲルマニウム、酸化テルルなどの酸化物で形成した反
射性断熱膜、被覆または層ｌコダを設けた光学式デ−タ
記憶装置／ｌ／が示されている。この断熱性反射層ｌコ
ダの厚さは約０．／〜約０．２ミクロンである０反射性
断熱層／２４ｍの上に、厚す約２００−約２０００オン
グストロームの相変化可能な光学的データ記憶材料ｌコ
／がある。光学的データ記憶材料の層ｌコ／の上に、耐
融蝕性反射防止材料の層／／？がある０反融蝕性反射防
止被覆／／テもまた、酸化ゲルマニウムなどの金属黴化
物その他の金属化合吻のような透明誘電体で形成され、
厚さを約ｏ、ｉ〜約（７，Ｊミクロンとする。それに接
着樹脂膜／コ０で接着されているのが、ポリメチルメタ
クリレートなどの、厚さ約０．コよ〜約−ｎの封入用ポ
リマ一層／／Ｅで５０オングストロームから約コミクロ
ン、特に約５００オングストロームから約２０００オン
グストローム、＊に好適な実施例では約１００〜約／！
ＤＯオングストロームである。

「続出し」、「書込み」、「消去」能力を有する可逆シ
ステムにおいては、相変化可卵材料コｌ。

ｌコミ、ココｌは相変化の際凹凸形状の変化なしに可逆
的であり、その信号対雑音比が約５０デシベル、望まし
くは約５０デシベルまたはそれ以上である。

相変化可卵材料コ／、／ユ１．ココｌは複数の検出可能
な状態の間、すなわち不規則状態またはアモルファス状
態と規則的状野とで例示される二つまたはそれ以上の状
態の閣、あるいは検出可能な局在的秩序性の相対的程度
の異なる状態の間で相変化できる。

相変化可能な光学的データ記憶材料コ／、／コミ。

ココｌの安定した検出可能状態は１反射率、屈折能（軍
）、吸収率、透過率などによって光学的に検出できる。

あるいはまた、抵抗や容量によって電気的に検出しても
良い。

（以下余日） 本発明の特に好適な実施例によると、例えば第５図（Ａ
）及びＣＢ）Ｋ示した光学式データ記憶ディスクのよう
なデータ記憶装置２１１が提供される。

このディスクは、例えばレーザなどの入射ビームエネル
ギ源と共に使用するように構成したものである。

装置２１１は、２つの基板２１３．２１８を有する。

基板２１３．２１８はポリメチルメタクリレートの如き
ポリマー材料のような透明材料で形成される。

基板２１３の上に、例えば光重合されたアクリル層など
の層２３１がらる。光ポリマ一層２３１の中には、１合
化して成型または注型した同心円状の溝がらる。この溝
は、深さがλを入射エネルギの波長とする時、関数λ／
８で表される深さ、例えは約９００オングストロームで
あり、谷部の４が約１゜５〜約２．５ミクロン、望まし
くは約２．０でろシ、陵部の幅が約０５〜約０．７ミク
ロン、望ましくは約０５又Ｆｉ５ミクロンであり、ピッ
チが約２．０〜約３．２ミクロン、望ましくは約２．５
ミクロンである。

無機質対人材料２２３、活性状態変化材料２２１、第二
の無機質対人材料２１９で成る多重層のような活性材料
が二つの基板２１３と２１８の間にある。無機質封入層
２１９は接着層２３３を介して基板２１８に接着されて
いる。接着層２３３と層２１９．２２１．２２３は溝付
ｆｔ、ポリマー１２３１の中の溝に整合している。

層２３１と２３３ハ光ポリマーなどの光によって初期化
されるポリマーで形成される。溝付層２３１は第一基板
２１３に接着されている。接着層２３３が第二基板２１
８に接着されている。接着層２３３の厚さは約１０００
オングストロームから１００ミクロンであシ、溝付層２
３１の厚さは釣魚〜約２５００オンゲスト■−ムである
。

装置２１１ＣＩ活性部分には第−封入層２２３、活性状
態変化可能メモリ材料層２２１、第二封入層２１９が含
まれる。この三つの層２１９．２２１．２２３は溝付の
第一基板２１３に整合している。封入層２１９．２２３
の厚さは約１５００〜約２５００オングストロームとす
る。活性の状態変化可能な材料層２２１の厚さは約５０
０〜約２０００オングストロームである。封入層２１９
．２２３はそれぞれ単層としても多重層としても良い。

封入材料は、典型的にはゲルマニウム酸化物で例示され
る誘電体である。活性の状態変化材料はカルコゲナイド
である。

本発明によると、陵部乃至山部（凸部）の組または谷部
（凹部）の組のうち何れか一方が、例えば結晶性状態な
どの規則的状態にある。山部または谷部の組が本発明の
方法によシ比較的規則的状！ＩＫ変換された後、その後
の規則・不規則または消去・書込みの反覆により実質的
にガラス化されることがない。

とのよ５な相変化可能な光学的データ記憶材料２１．１
２１．２２１を提供するのく有用な材料は、検出可能な
特性を有する相の変化が生じる材料である。検出可能な
特性に対応する状態は、記憶乃至蓄積および動作中に遭
遇する温度で安定している。通常の場合、これらの材料
はテルル系合金などのカルコメナイドであるが、例えば
、金属、あるいは非化学量的割合の酸化物６１Ｆ６ａ＋
化物、あるいはその他の化合物、組成物、合金などであ
ってもよい。最も普通の場合、カルコゲナイドは酸素、
イオウ、セレン、第１Ｂ族の元素、第１ＶＢ族の金属お
よび半金属、第ＶＢ族の半金属、融点の低い材料などの
成分と合金化したテルルで構成される。

カルコゲナイド、テルル、テルル・セレン合金等、およ
びそれらを組合せたものに、第１Ｂ族元素が加えられて
いてもよい。典型的な第１Ｂ族付加元素および添加剤の
中ＫＦｉホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム
が含まれる。カルコゲナイド、テルル、テルル・セレン
合金、およびこれらの組合せは、炭素、ケイ素、ゲルマ
ニウム、スズ、鉛、およびその組合せを含む第１ＹＢ族
の金属および半金属と組み合わせ乃至結合してもよい。

有用な第１Ｂ族付加成分の中には、謎素、リン、ヒ素、
アンチモン、ビスマスが含まれる。第１ｉ族付加物とそ
の他の添加成分との組合せは、カルコゲナイドが（１１
ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、またはその組合せ、
および＋２１　（ａＪ第１Ｂ族成分と、（ｂ＋第１７Ｂ
族成分と、（Ｃ）その組合せとで成る群から選択した１
つまたはそれ以上の添加成分と共に存在するものでもよ
い。

第１Ｂ族と第ＶＢ族の添加成分の典型的な組合せ例とし
て、ガリウムヒ素とインジウムアンチモンが挙げられる
。その他の組合せとしては（１）テルル・ゲルマニウム
、＋２１テルル・ゲルマニウムトカリウムヒ素、（３）
テルル・ゲルマニウムとガリウムヒ素および鉄、（４）
テルル・アンチモン、（５）テルル・鉛がある。上に挙
げた化合物、組成物、および合金は、酸素、イオウ、ま
たは酸素とイオウも含んでも良く、また酸化物、亜酸化
物、硫化物、亜硫化物、酸硫化物、亜酸硫化物のみなら
ず非化学量論的割合の化合物の形で存在しても良い。

カルコゲナイドにせよそｏｒｓ化物または硫化物にせよ
、例えばバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト
、タングステン、チタタなどの金属、またはその酸化物
、または硫化物のような遷移金属添加物と共に存在して
も良い。

光学的データ記憶材料層２１．１２１．２２１は、比較
的不規則な材料を結果的に形成するいろいろな技術によ
って堆積することができる。この中には蒸着や各種プラ
ズマ法が含まれる。プラズマ法の一例がスパッタリング
で、堆積物を固体として導入して、合金ターゲットから
堆積したシ、複数のターゲットからコスノｑツタリング
したり、および／またはガスを用いて反応性スパッタリ
ングまたはコスノ耐ツタリングする方法である。あるい
はまたプラズマ法を、スタンフォード・凡・オプシンス
キーとアラン・マダンの米国特許第４，２２６．８９８
号、「結晶裡半導体と郷価のアモルファス半導体」と、
スタン７オード・オプシンスキーと７ラン・マダンの米
国特許第４．２１７，３７４号、「結晶ＩＬＩＥ半導体
と等価の非晶質半導体」に開示されているようなよく知
られているグロー放電法としてもよい。

プラズマ法はＤＣ（直Ｒ）法でも、バイアス毛かけたＤ
Ｃ（直Ｒ）法でも几Ｆ（高周波）バイアス法でも、マイ
クロ波法でもよい。

上記の方法で堆積されたままの層２１．１２１．２２１
は不規則なものである。すなわち、層内にある材料は、
堆積物内に短距離秩序性すなわち最近接原子間の規則性
はあるけれども、実質的に長距離秩序性がなく、長距離
無秩序乃至不規則性があることで特徴づけられる。

光学的データ記憶材料２１．１２１．２２１の「堆積さ
れたままの」形態は、結晶性または規則的材料にエネル
ギを付与して不規則状態としたものの形態とは異なるも
のである。すなわち、データエントリ乃至登碌の点から
言うと、２進数で１に相当する不規則状態（規則的な方
の状態は２進数でＯＫ対応する）は、堆積されたままの
不規則状態と異なる。従って、堆積されたｔまの材料を
より規則的な材料に変換するという、ここに記載の方法
を用いる必要があるのである。堆積されたままの材料の
変換は、製造工程中に、トポグラフィ−ＫＦ′ｉ融蝕や
融触を生じない条件下でエネルギを付与することによっ
て行われる。この工８は、対人材料の後、例えば反射防
止、熱絶縁、誘電性及び環境からの密封用封入層を堆積
または形成後に行うことができる。あるいはまた、製造
工程のもつと早い段階、例えば堆積室の中で光学データ
記憶材料層２１．１２１．２２１を堆積した直後の、そ
のｑＬＫｉだどの層も堆積していない状態で行ってもよ
い。

本発明によると、上述のように投影乃至入射エネルギビ
ームを付与することによって少なくとも２つの検出可能
状態の間で切換可能な光学的データ記憶媒体２１．１２
１．２２１を組み入れておシ、このデータ記憶媒体は、
装置１１．１１１．２１１において堆積されたままで形
成前の第一の不規則状態で存在する。ここで言う形成は
、多くのメモリ七ルに対して、望ましくけデータ記憶材
料２１．１２１．２２１の全表面に対して同時に単一の
規則化エネルギを付与することによシ、光学データ記憶
媒体２１％１２１．２２１を堆積したままの不規則状態
から、よシ規則的な状態へと変換する段階からなる。そ
の後、一実施例の場合、不規則化エネルギパルスを光学
的データ記憶媒体２１．１２１．２２１にあてて、この
光学的データ記憶媒体を中間的な規則状態から第二の不
規則状態、すなわち堆積されたままの不規則状態とは異
なる不規則状態に変換する。

不規則化パルスの後に第二の規則化、ｅレスを用いて、
この第二不規則状態を第１Ｂ図に示した反射率Ｒ１ａ　
　（ｒＯＪに形成後（すなわち初期化した後）の規則的
状態）を有する規則的状態（第２Ｂ図の場合、この状態
に対応するのは反射′４Ｒ１で表わされる状態である）
に変換する。規則化エネルギパルスのエネルギは、１ｃ
ＩＬ！あたシ約０．１〜約１ジュールである。規則化エ
ネルギパルスは光学的データ記憶媒体に対して約０．１
〜約１００マイクロ秒の間付与される。これよシ／ｑル
スＯ時間が短かいと十分に規則的状態に変換できない結
果となるし、またこれよシ長いと、結晶化の間に実質的
な相分離が生じる。規則化、Ｑ）レスは単色性エネルギ
、Ｒレスでも非単色性エネルギパルスでもよい。非単色
性である場合は、キセノンまたはタングステン閃光放電
管のよりな非単色性光エネルギ源から与えられる。また
単色性の場合はルビーレーザ、アレキチン−ライトレー
ザ、ＹＡＧレーザ、またはエキシマレーザ等から与えら
れる。第６図は光学式データ記憶装置に関して、形成パ
ルス、すなわち規則化、ｅレスをキプノン閃光灯により
加え不規則化、ＲレスをＹＡＧレーザによって加えた場
合の反射率対反覆回数のグラフである。第６図中５０は
秩序化乃至規則化を指し、６０は無秩序化乃至不規則化
を指す。

鈎 代％実施例では、堆積されたままの光学データ記憶材料
を規則化して形成された比較的規則的な光学的データ記
憶材料２１．１２１．２２１　が形成状態となる。

本発明の特に好適な実施例によると、ｌｌ！素の存在下
でゲルマニウムの反応性スパッタリングを行って、ポリ
メトルメタクリレートの薄膜の上に厚さ約７００〜１５
００オングストロームのゲルマニウム酸化物膜を形成す
ることにより溝付きのブランク基板の上に光学式データ
記憶装置が作製される。この膜の上には、配素雰囲気中
でゲルマニウム、テルルおよびスズを反応性コスパッタ
リングすることにより厚さ約７００〜約１５００オンス ゲストロームのテルル・スズ・ゲ）イウム酸化物の膜が
形成される。厚さ７００〜１５００オングストロームの
この相変化可能材料の上には、反応性スパッタリング（
よシ、厚さ約１５００〜３０００オングストロームのゲ
ルマニウム酸化物膜が付着される。この膜の上に厚さ約
０．０５〜０．２鵡の接着層が付着され、厚さ約０．５
〜約２１ｓ（Ｄ！　リメチルメタクリレート板が対人材
として付着される。

スパッタリングしたままのテルル・ゲルマニウム・スズ
酸化物は、反射率２１チ、光透過率１０−の不規則状１
１にある。この層に対してキセノン放電灯から、１ｃｍ
！あたシのエネルギ約０．５ジユール、閃光持続時間約
５０マイクロ秒の入射ビームエネルギを加えるととくよ
って、層が比較的規則的な状態となる。この結果得られ
る′規則状態は「事前暗色化したもの」として特徴づけ
られ、反射率が３９チ、光透過率は２チである。

結果的に得た規則的な光学的データ記憶媒体層（対して
その後、エネルギ密度約２０〜約５０ミリジユール／ｃ
ｍ！、閃光持続時間的１５すス秒のＹＡＧレーザからエ
ネルギを与えることによって、前記１を堆積されたまま
の不規則状態とは異なる第二の不規則状態に変化する。

その結果得られる不規則材料は反射率２４チ、光透過率
７チである。

その後、この不規則材料に対して持続時間５０マイクロ
秒の０．６ジユール／α２キセノン閃光灯を当てること
によって、不規則材料が「形成」状態、すなわち「消去
」状態に変換される。この結果得られる「初期」状態は
、反射率４３％、光透過率１チである。このことが第６
図に示されている。

以上本発明を２進法データに関連づけて説明して来たが
、本発明の方法は他の形式のデータ例えば周波数変調信
号やグレースケール信号などにも用いることができるも
のであると理解されるべきである。

また、特定の好適実施態様、およびその実施例に関して
本発明を説明して来たが、それＫよって本発明の範囲を
限定しようとするものではない。

【図面の簡単な説明】 第１Ａ図は、形成工程の一部として事前に暗色化を行う
必要のある個々のメモリセルの温度とメモリ状態との間
の前提とする関係を概略的に表した説明図、第１Ｂ図は
、形成工程の一部として事前に暗色化を行う必婁嘆る個
々のメモリセルの温度と反射率との間の関係を概略的に
表した説明図、第２人図は、堆積したままの状態から形
成できる個々のメモリセルの温度とメモリ状態との間の
前提とする関係を概略的に表す説明図、第２Ｂ図は堆積
したままの状態から初期化できる個々のメモリセルの仮
定の温度と反射率との間の関係を概略的に表す説明図、 第３図は光学式データ記憶装置を緯度方向の寸法と垂直
スケールとを誇張して示した一部切欠きの等角投影説明
図、第４図は単純化した光学式データ記憶装置を緯度方
向の寸法と垂直スケールを誇張して示した一部切欠きの
勢角投影説明図、第５図は光学式データ記憶装置の変形
例の説明図であり、第５図中第５図囚は変形例の装置の
緯度方向の寸法と垂直スケールとを誇張して示した一部
切欠きの等角投影説明図、第５図（６）は第５図の光学
データ記憶装置の一部分の拡大断薗説明図、第６図はキ
セノン閃光ランプ光源によって形成用または規則化用ノ
ｔルスを与え、ＹＡＧレーザによって不規則化用７Ｒル
スを与えた光学式データ記憶システムに関して、反射率
及び透過率と反覆回数との関係を示すグラフである。 ｕ、　１１１．２１１・・・光学式データ配達装置、１
３、１１３．２１３．２１８・・・基板、　　１８．１
１８・・・カプセル封入膜、　１９，１１９・・・反融
触被膜、２１、１２１．２２１・・・光学データ記憶材
料、２１３・・・第一の基板、　２１８・・・第二の基
板、２１９．２２３・・・光学的データ記憶媒体無機質
対人材料、２１９・・・第二の無機質封人材科、 ２２３・・・第一の無機質対人材料、 ２３１・・・溝付層、感光性ポリマ一層、２３３・・・
接着層。 ＦＩＧ、　ＩＡ ＦＩＧ、　ＩＢ ＦＩＧ、　　２Ａ ＦＩＧ、　２Ｂ ＦＩＧ、　４

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射ビームエネルギが与えられることによつて少
   なくとも二つの検出可能な状態の間で切り換えられ得る
   光学的データ記憶媒体を有する光学式データ記憶装置で
   あつて、前記光学式データ記憶装置は相互に近接した複
   数のメモリセルを有しており、前記光学的データ記憶媒
   体は、形成前においては、気相から堆積、急冷されたま
   まの第一の無秩序状態にあり、該光学的データ記憶媒体
   は該光学的記憶媒体に対して単一の秩序化エネルギパル
   スが与えられることによつて形成され、それによつて該
   エネルギパルスが入射する相互に近接した複数のメモリ
   セルが同時により秩序性の状態に変換される光学式デー
   タ記憶装置。
2. （２）光学的データ記憶媒体に対して、１ｃｍ＾２あた
   り約０．１〜１ジュールの秩序化エネルギパルスが約０
   ．０５〜１００マイクロ秒の間与えられる特許請求の範
   囲第１項に記載の光学式データ記憶装置。
3. （３）前記秩序化エネルギパルスが光学的データ記憶媒
   体に対して約０．１〜１００マイクロ秒の間与えられる
   非単色性エネルギパルスである特許請求の範囲第２項に
   記載の光学式データ記憶装置。
4. （４）前記秩序化パルスが光学的データ記憶媒体に対し
   て０．０５〜１０マイクロ秒の間与えられる単色性エネ
   ルギパルスである特許請求の範囲第２項に記載の光学式
   データ記憶装置。
5. （５）その後前記光学的データ記憶媒体に対して約１０
   〜１００ミリジュール／ｃｍ＾２の無秩序化エネルギパ
   ルスが与えられる特許請求の範囲第１項に記載の光学式
   データ記憶装置。
6. （６）前記無秩序化エネルギパルスが前記光学的データ
   記憶媒体に対して約１０〜１００ナノ秒の間与えられる
   特許請求の範囲第５項に記載の光学式データ記憶装置。
7. （７）前記データ記憶媒体が、検出可能な状態の間で可
   逆的に切り換えられ得る特許請求の範囲第１項に記載の
   光学式データ記憶装置。
8. （８）前記データ記憶媒体が、前記第一の無秩序状態に
   おいて、８３０ナノメートルで３０％未満の光反射率を
   有しており、第二の形成後のより秩序性の状態において
   を３０ナノメートルで少なくとも３０％の光反射率を有
   している特許請求の範囲第１項に記載の光学式データ記
   憶装置。
9. （９）平行なトラックに沿つて相互に近接して配列され
   た複数のメモリセルを有している特許請求の範囲第１項
   に記載の光学式データ記憶装置。
10. （１０）入射ビームエネルギ源と共に用いられるべく構
    成されており、 （ａ）第一の基板と、 （ｂ）該第一の基板に対して接着性で第一の基板に整合
    しており、同心的に溝が形成さ れており、その中に陸部と谷部とを有し ている層と、 （ｃ）該同心円状溝付層に接着されており、溝付層に整
    合している第一の無機質封入層 と、 （ｄ）該第一無機質封入層との界面を形成しておりかつ
    第一封入層に整合している状態 変化可能な記憶材料層であつて、該状態 変化可能な記憶材料層は同心円状溝付き 層によつて規定されている一組の同心円 状陸部と一組の同心円状谷部とを有して おり、前記陸部の組と前記谷部の組とは 堆積後形成前はアモルファスであるが、 形成後は前記陸部の組と前記谷部の組の 何れか一方が実質的に結晶性である状態 変化可能な記憶材料層と、 （ｅ）該状態変化可能な記憶材料層の上にこれと整合す
    るように堆積されており、該状 態変化可能なメモリ材料層との界面を形 成している第二の無機質封入層と、 （ｆ）該第二の無機質封入層との界面を形成しており、
    かつ第二の無機質封入層に整合 している接着層と、 （ｇ）該接着層に接着性の第二の基板とを有している特
    許請求の範囲第１項に記載のデ ータ記憶装置。
11. （１１）前記谷部の組が入射ビームエネルギ源に関して
    実質的に結晶性である特許請求の範囲第１０項に記載の
    データ記憶装置。
12. （１２）前記第一基板が実質的に透明である特許請求の
    範囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
13. （１３）前記第一基板が、ポリマーとガラスとで構成さ
    れる群から選択された材料で形成されている特許請求の
    範囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
14. （１４）前記溝の深さが約９００オングストロームであ
    り、その谷部の幅が１．５〜２．５ミクロンであり、該
    溝の陸部の幅が約０．５〜０．７ミクロンであり、溝が
    ２．０〜３．２ミクロン当り一つのピッチである特許請
    求の範囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
15. （１５）前記接着層および前記同心円状溝付層が光ポリ
    マーを含んでいる特許請求の範囲第１０項に記載のデー
    タ記憶装置。
16. （１６）前記光ポリマーが、ポリアクリレートとポリエ
    ポキシドとで構成される群から選択されている特許請求
    の範囲第１５項に記載のデータ記憶装置。
17. （１７）前記接着層の厚さが約１０００オングストロー
    ムから約１００ミクロンである特許請求の範囲第１０項
    に記載のデータ記憶装置。
18. （１８）該同心円状溝付層の厚さが約５００〜２５００
    オングストロームである特許請求の範囲第 １０項に記載のデータ記憶装置。
19. （１９）前記無機質封入層が誘電材料からなる特許請求
    の範囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
20. （２０）前記誘電材料がゲルマニウムの酸化物からなる
    特許請求の範囲第１９項に記載のデータ記憶装置。
21. （２１）無機質封入層が多数の層からなる特許請求の範
    囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
22. （２２）無機質封入層の厚さが約１５００〜２５００オ
    ングストロームである特許請求の範囲第 １０項に記載のデータ記憶装置。
23. （２３）前記状態変化可能材料層の厚さが約１５００〜
    ２０００オングストロームである特許請求の範囲第１０
    項に記載のデータ記憶装置。
24. （２４）前記状態変化可能材料層がテルルを含む特許請
    求の範囲第１０項に記載のデータ記憶装置。
25. （２５）前記状態変化可能材料層がさらに架橋結合剤を
    含む特許請求の範囲第１４項に記載のデータ記憶装置。
26. （２６）前記架橋結合剤がゲルマニウムである特許請求
    の範囲第２５項に記載のデータ記憶装置。
27. （２７）（ａ）第一の実質的に透明な基板と、（ｂ）陸
    部と谷部とを有しており厚さが約１５００〜２５００オ
    ングストロームの第一のポ リマー接着層であつて、溝の深さが約 ９００オングストロームであり、該溝の 谷部の幅が約１．５〜２．５ミクロンであり、該溝の陸
    部の幅が約０．５〜０．７ミクロンであり、該溝のピッ
    チが約２．０〜３．２ミクロンであり、ポリアクリレー
    トとポリ エポキシドで構成される群から選択され るポリマー材料を含んでおり、該第一基 板に接着されている第一のポリマー接着 層と、 （ｃ）該同心円状溝付きポリマー層に接着されて該ポリ
    マー層と整合しており、ゲルマ ニウムの誘電性の酸化物を含んでいる厚 さ約１５００〜２５００オングストローム の第一の無機質封入層と、 （ｄ）該第一の無機質封入層との界面を形成してそれと
    整合している厚さ約５００〜 ２０００オングストロームの状態変化可 能なカルコゲナイド記憶材料層であつて、 該状態変化可能な記憶材料層は第一無機 質封入層によつて規定された一組の同 心円状陸部と一組の同心円状谷部とを有 しており、前記陸部の組と谷部の組とは 堆積後で形成前は実質的にアモルファス であるが、形成後は前記谷部の組が実質 的に結晶性である状態変化可能な記憶材 料層と、 （ｅ）該状態変化可能な記憶材料層の上に堆積されてこ
    れと整合し、該状態変化可能な 記憶材料層との界面を形成しているゲル マニウムの誘電性酸化物を含んでいる厚 さ約１５００〜２５００オングストローム の第二の無機質封入層と、 （ｆ）ポリアクリレートとポリエポキシドで構成される
    群から選択されたポリマー材料 を含んで成り、前記第二無機質封入層と の界面を形成してこれと整合している厚 さ約１０００オングストロームから約 １００ミ クロンの接着層と、 （ｇ）該接着層に接着されている実質的に透明の第二の
    基板とを有する特許請求の範囲 第１０項に記載の光学式データ記憶装置。
28. （２８）入射ビームエネルギを与えることによつて少な
    くとも二つの検出可能な状態間で切り換えられ得る光学
    的データ記憶媒体を内蔵しており、相互に近接して複数
    のメモリセルを有している光学式データ記憶装置であつ
    て、前記データ記憶媒体が形成前において気相から堆積
    され、急冷されたままの第一の無秩序状態にある特許請
    求の範囲第１項に記載の光学式データ記憶装置の形成方
    法であつて、前記光学データ的記憶媒体に対して単一の
    秩序化エネルギパルスを与えることによつて、該エネル
    ギパルスの入射するメモリの相互に近接する複数のメモ
    リセルを、同時に、より秩序性の状態に変換する方法。
29. （２９）前記光学的データ記憶媒体に対して約０．１〜
    １ジュール／ｃｍ＾２の秩序化エネルギパルスを与える
    特許請求の範囲第２８項に記載の方法。
30. （３０）前記秩序化エネルギパルスが、光学的データ記
    憶媒体に対して約０．１〜１００マイクロ秒の間与えら
    れる非単色性エネルギパルスである特許請求の範囲第２
    ９項に記載の方法。
31. （３１）前記秩序化パルスが光学的データ記憶媒体に対
    して０．０５〜１０マイクロ秒の間与えられる単色性エ
    ネルギパルスである特許請求の範囲第２９項に記載の方
    法。
32. （３２）その後前記光学的データ記憶媒体に対して約１
    ０〜１００ミリジュール／ｃｍ＾２の単色性無秩序化エ
    ネルギパルスを約１０〜１００ナノ秒の間与えることを
    含む特許請求の範囲第２８項に記載の方法。
33. （３３）前記データ記憶媒体が、検出可能な状態間で可
    逆的に切り換えられ得る特許請求の範囲第２８項に記載
    の方法。
34. （３４）前記第一の無秩序状態にあるデータ記憶媒体の
    光反射率が８３０ナノメートルで３０％未満であり、形
    成後のより秩序性の状態における光反射率が８３０ナノ
    メートルで少なくとも３０％である特許請求の範囲第２
    ８項に記載の方法。