KR100205363B1 - 상변화형 광디스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 보호층과 금속반사층 사이에 형성된 Si층에 열전도도가 낮은 원소를 일부 첨가하여 광디스크의 광학적 성질을 크게 변하게 하지 않으면서 감도를 크게 함과 동시에 저속기록하에서도 비정질 마크길이의 증가 및 오버라이팅 지터 발생을 억제하여 반복 기록특성이 향상된 상변화형 광디스크를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 상변화형 광디스크는 PC 기판과, 상기 PC 기판위에 형성된 제1 유전체 보호막과, 상기 제1 유전체 보호막위에 형성된 상변화형 기록막과, 상기 기록막 위에 형성된 제2 유전체 보호막과, 상기 제2 유전체 보호막 위에 형성되고 Si를 주성분으로 하고 열전도도가 낮은 소량의 원소가 첨가되어 형성되는 Si 반사막과, 상기 Si 반사막위에 순차로 형성되는 금속반사막 및 UV 보호층을 구비함을 특징으로 하고 있다.

Description

상변화형 광디스크

본 발명은 상변화형 광디스크에 관한 것으로, 구체적으로는 광디스크의 상부 유전체 보호층 및 금속반사막 사이에 형성된 유전체 반사막에 열전도도가 낮은 금속을 첨가하여 기록시 열이 유전체 반사막의 면내방향으로 확산되어 축적되는 일이 없이 바로 금속반사막으로 확산되게 함으로써 지터발생 및 비정질 마크길이의 증가를 억제토록한 상변화형 광디스크에 관한 것이다.

상변화형 광디스크는 CD-RW나 PD 등의 기술에 의하여 그 성능이 입증되어 왔고, DVD-RAM 등의 출시를 곧 맞이하게 된다.

현재까지는 광자기 디스크에 비해 원리적으로 CD와 호환이 가능한 장점을 가진 것 이외에 기술적인 우위를 점하고 있는 부분이 있지만 고상-액상의 가역적인 변화를 거치기 때문에 재료의 열화로 야기되는 소거비나 반복 기록특성의 저하가 발생한다.

재기록이 가능한 매체의 반복 기록특성은 매체의 신뢰성을 평가하는 기준이 되므로 대단히 중요하며, 대부분의 기록막이나 유전체막의 재료나 공정의 최적화를 통해 양질의 매체를 얻고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다.

특히, 기록막의 열화의 요인으로는 액상-고상간의 반응에서 생기는 밀도의 차이를 극복하기 위하여 발생하는 핀홀의 생성이나 비정상적인 그레인의 성장 등을 꼽을 수 있고 이와 결부되어 기록막의 직접적인 손상이나 비산을 막기 위해 설계된 보호막이 치밀하지 못한 경우에는 반복되는 열충격에 의한 손상을 견디기가 무척 어렵게 된다.

기계적인 손상에 의한 디스크의 성능의 열화는 노이즈 상승으로 인한 CNR의 감소와 소거비의 열화가 이루어진다.

또 하나의 반복기록 특성에 관한 변수로서 오버라이팅 지터(Overwriting Jitter)가 있는데 물론 위의 기계적인 손상에 직접적으로 특성이 감소하는 경우도 있지만, 대체로는 재료부분의 구성이 최적화되지 못하면 지터의 제어가 곤란해진다. 특히 CD-family 에서의 EFM 변조는 PWM 기록이므로 기록마크의 정확한 위치의 제어 및 형상(Shape) 조절을 통한 지터의 제어가 매우 중요하다.

상변화 광디스크의 오버라이팅 지터의 경우에는 대부분 기록전략과 기록매체와의 대응이 관건이며 이를 위해 새로운 기록전략에 편승된 기록막의 개발과 구조가 중요한 기술이 된다,

또 상변화 재료는 선속에 대한 호환성이 없기 때문에 한 번 구축된 구조를 다른 선속에 맞게 설계하기가 용이하지 않다. 고속에서는 한 번 구축된 다른 선속에 맞게 설계하기가 용이하지 않다.

고속에서는 매체가 레이저를 받는 시간이 매우 짧기 때문에 기록소거가 빨리 이루어지는데, 짧은 시간에 소거는 상대적으로 어려운 반면, 기록은 급냉률이 증가하기 때문에 효과를 거둘 수 가 있다.

따라서 결정화 속도가 빠른 재료로 소거를 잘 행하게 하여야 한다. 반대로 저속에서는 레이저를 받는 시간이 길어지므로 소거는 유리하나 냉각률이 낮아 기록이 불리한 단점을 갖는다. 즉 매체에 쌓이는 열량이 증가하여 기록이 효율적으로 이루어지지 않는다. 따라서 이를 위해 선속에 맞는 재료를 대응시키는 일이 매우 중요하고, GeSbTe계에서는 냉각률이 높은 재료인 Sb를 증가시켜 기록을 행하고 있다.

이런 재료를 구축한 디스크의 구조는 열적인 충격을 덜 수 있으며 적게 받기 위해 매체에 열이 축적되는 것을 방지하는 급냉구조로써, 하부 유전체 보호층, 기록막, 상부 유전체 보호층 및 반사막을 기본구조로 하는 4층막이 대부분이다.

그러나 결정질과 비정질의 반사도의 차이에 대응하여 흡수도 역시 비정질이 높고 결정질이 낮게 설계되기 때문에 흡수도를 역전시키는 것은 불가능하다. 흡수도를 역전시키거나 대등하게 설계하는 것은 오버라이팅 지터를 줄이는데 현저한 역할을 한다. 왜냐하면 일반적으로 상기 4층막 디스크에서는 비정질의 흡수도가 결정질의 흡수도보다는 높기 때문에 오버라이팅시의 마크의 왜곡과 소거비의 감소를 일으킨다.

오버라이팅 지터를 극복하기 위해서는 5층막의 간섭효과를 노리는 것으로 기판위에 적응한 Au층을 더 형성한 구조로서 Au층은 가시광 영역에서는 반투명해서 입사하는 광량을 임의로 조절할 수 있다.

두 번째는 이중 반사막(Si/Al)이나 유전체 반사막(Si)을 4층막 디스크에 더 형성하여 역시 간섭효과를 노리는 것이 있다.

Si 반사막은 가시광 영역에서는 투명하기 때문에 Si 층의 두께조절을 통해서 광의 효율을 조정할 수 있다.

특히 Si 층은 비록 금속에 비해서는 열전도도는 낮지만 일반적인 유전체보다는 높은 열전도도를 갖고 있기 때문에 냉각층으로 사용하기에도 무리가 없다. 단 이 경우에는 열량의 유입이 상대적으로 작은 고속에서는 효과적이다.

도1은 종래의 Si 층이 삽입된 5층 구조의 디스크를 도시한 것이다. PC기판(1)위에 제1유전체막(2)과 기록막(3), 제2 유전체막(4)과 금속 Si층(5) 및 반사층(6) 및 보호 코팅층(7)이 순차적으로 형성되어 있다.

Si 층(5)은 디스크의 광학효율을 고려해 두께를 달리 설계할 수 있으며 대략 1000Å내외가 효과적인 것으로 알려져 있다. 22m/s의 선속에서도 기록 및 소거가 가능한 것으로 보고되었다(1995년 ISOM).

따라서 Si층(5)은 고속기록에서는 금속반사층(6)으로 가는 열적응력에 의한 기계적 손상을 효과적으로 방지하는 역할을 한다.

저속인 경우에서는 펄스를 받는 시간이 길어져 고속 기록보다는 열축적의 가능성이 높다. Si층(5)은 이제 금속반사층(6)만큼의 히트싱크(Heat Sink) 역할을 하지는 못하지만 높은 열전도도로 인하여 이 Si층(5)내에 열이 축적될 가능성이 높고 축적된 열은 결국 기록막이 고온으로 상승하는 것을 돕게 되어 마크 길이의 증가를 야기시키는 것으로 발명자는 확인하였다. 즉, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 기록막(3)에 집속된 레이저 빔에 의하여 이루어진 열은 아래 위의 유전체막(2, 4)으로 흘러가고 이 경우 유전체막(4)은 열전도도가 작기 때문에 Si층(5)이 없는 4층 구조의 디스크에서는 바로 위쪽의 금속반사층(6)으로 가게 된다.

그러나 Si층(5)이 존재하면 이 Si층(15)의 열전도도가 결코 낮지 않기 때문에 열이 면내 방향으로 빨리 확산되어 순간적으로 집적이 된다. 물론 대부분은 금속반사층(6)으로 나가지만 이 Si층(5)의 두께가 두꺼워지면 상대적으로 축적되는 열량이 많아지게 된다.

따라서, 종래의 Si층이 삽입된 5층 구조의 디스크를 저속 환경에서 구동하게 되면 축열현상이 심하게 되므로 지터의 억제효과를 얻을 수 없고 비정질 마크의 길이가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 상부 유전체 보호층과 금속반사층 사이에 형성된 Si층에 열전도도가 낮은 광디스크의 광학적 성질을 크게 변하게 하지 않으면서 감도를 크게함과 동시에 저속기록하에서도 비정질 마크길이의 증가 및 오버라이팅 지터 발생을 억제하여 반복기록 특성이 향상된 상변화형 광디스크를 제공하기 위한 것이다.

제1도는 종래의 광디스크의 단면을 모식적으로 나타낸 도면.

제2도는 종래의 광디스크의 열흐름 구조를 모식적으로 나타낸 도면.

제3도는 본 발명의 광디스크의 단면을 모식적으로 나타낸 도면.

제4도는 본 발명의 광디스크의 열흐름 구조를 모식적으로 나타낸 도면.

제5도는 본 발명 및 종래의 광디스크의 Si 반사막에 의한 반복기록 특성을 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명 및 종래의 광디스크의 Si 반사막에 의한 마크길이의 제어효과를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 10 : 기판 2, 11 : 하부 유전체층(제1 유전체 보호층)

3, 12 : 기록막 4, 13 : 상부 유전체층(제2 유전체 보호층)

5, 14 : Si 반사막 6, 15 : 금속 반사막

7, 16 : UV 수지 보호층

이와 같은 목적을 달성하기 위한 상변화형 광디스크는 PC 기판과, 상기 PC 기판위에 형성된 제1 유전체 보호막과, 상기 제1 유전체 보호막 위에 형성된 상변화형 기록막과, 상기 기록막 위에 형성된 제2 유전체 보호막과, 상기 제2 유전체 보호막 위에 형성되고 Si를 주성분으로 하고 열전도도가 낮은 소량의 원소가 첨가되어 형성되는 Si 반사막과, 상기 Si 반사막 위에 순차로 형성되는 금속반사막 및 UV 보호층을 구비함을 특징으로 하고 있다.

상기 열전도도가 낮은 원소로 Ti, V, Zr, Co, Cr 중에서 선택된 적어도 하나의 원소가 바람직하다.

또한, 상기 선택되어 첨가되는 원소의 함유량은 5at% 이하가 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.

0.6mmt 혹은 1.2mmt 폴리카보네이트 기판(10)과, 상기 기판(10)위에 증착된 ZnS-SiO₂의 하부 유전체막(11)과, 상기 하부 유전체막(11)위에 Ge-Sb-Te계, AgInSbTe계의 어느 하나의 상변화형 기록용 합금으로 증착되게 형성되는 기록막(12)과, 상기 기록막(12)위에 상기 하부 유전체막(11)과 동일 조건으로 증착된 ZnS-SiO₂의 상부 유전체막(13)과, 상기 상부 유전체막(13) 위에 Si를 주성분으로 하고 열전도도가 낮은 Ti, V, Zr, Co, Cr의 원소중에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소로 되고 그의 조성이 5at%가 되게 첨가되어 형성된 두께 1000Å 미만의 유전체 반사막(13)과, 상기 Si 반사막(13) 위에 Al 합금(또는 Au)층으로 형성된 금속 반사막(14)과, 상기 금속반사막(14)위에 형성된 UV 수지 도포층의 보호층(15)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 상변화형 광디스크에 의하면 Si 반사막(14)은 주성분으로는 Si와 이에 첨가되는 Ti, V, Zr, Co, Cr의 원소는 표1에 나타나는 바와 같이, Si가 열전도도가 단위면적당(㎠) 0.353(cal/sec)인데 비하여 Ti, V, Zr, Co, Cr은 각각 0.094(cal/sec), 0.074(cal/sec), 0.0505(cal/sec), 0.165(cal/sec), 0.16(cal/sec)으로서, Si에 비하여 상기 첨가원소의 열전도도가 대단히 낮다.

따라서 Si에 이들 원소중의 적어도 어느 하나가 5at% 이하로 첨가될 경우 (5at% 이상 첨가되면 광학적으로 굴절율이 감소하고 광흡수도가 증가한다) 도4에 도시된 바와 같이 Si 반사막(14)의 층방향(면내방향)으로의 열확산이 방지되어 Si 반사막(14)내에 열축적이 없게 되어 급냉이 충분히 되기 때문에, 특히 GeSbTe계에서 문제로 되어 왔던 마크길이가 증가하는 문제점이 쉽게 해결된다.

즉, 도6에 도시된 바와 같이, 마크길이는 가장 긴 EFM 신호인 11T의 경우 0.06㎛ 범위에서 허용되고 있는 것으로, 본 발명은 모든 실시한 기록파워에서 적절한 마크길이를 가지는 것으로 나타나지만, Si에 열전도도가 낮은 원소가 첨가되지 않는 종래의 경우는 상기 허용치를 크게 벗어남을 알 수 있다.

또한, 도5에 도시된 바와 같이 본 발명은 지터 특성에 의한 오버라이트 사이클(Overwrite Cycle)에서도 열전도와 광학적 특성이 적절히 조합되어 종래의 광디스크보다 초기의 지터값이 작고 또한 반복기록의 기준지터(15ns 이하)로 200회 이상됨을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 상변화형 광디스크에 의하면 Si층의 Si에 열전도도가 낮은 소량(5at% 이하)의 원소(Ti, V. Zr, Co, Cr)를 첨가함으로써 상변화형 광디스크는 광학적 열적특성이 확보되어, 광학적으로는 결정질과 비정질 반사도의 차이가 크면서도 광흡수율은 오히려 역전되어 광감도가 크게 되고, 열적으로는 열전도도가 감소하여 이 Si층에 열축적이 없어 급냉이 충분히 되기 때문에 마크길이의 문제를 쉽게 극복할 수 있고 흡수율이 역전되어 광디스크의 소거비가 증가하고 특히 오버라이팅 지터가 크게 감소하게 되어 반복기록 특성이 크게 개선된다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. PC기판과, 상기 PC 기판위에 형성된 제1 유전체 보호막과, 상기 제1 유전체 보호막 위에 형성된 상변화형 기록막과, 상기 기록막 위에 형성된 제2 유전체 보호막과, 상기 제2 유전체 보호막 위에 형성되고 Si를 주성분으로 하고 열전도도가 낮은 소량의 원소가 첨가되어 형성되는 Si 반사막과, 상기 Si 반사막 위에 순차로 형성되는 금속반사막 및 UV 보호층을 구비한 상변화형 광디스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 열전도도가 낮은 원소는 Ti, V, Zr, Co, Cr 중에서 선택된 원소중의 적어도 하나인 상변화형 광디스크.
3. 제2항에 있어서, 상기 선택되어 첨가되는 원소의 함유량은 5at% 이하인 상변화형 광디스크.