KR100465001B1

KR100465001B1 - 가역광정보매체

Info

Publication number: KR100465001B1
Application number: KR10-1998-0701372A
Authority: KR
Inventors: 꾸오 푸 조우; 제임스 호워드 쿰스; 요한 필립 윌리엄 베아트리체 두차투
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2005-06-13
Also published as: JPH11513166A; EP0846322A1; KR19990044139A; EP0846322B1; DE69724744T2; DE69724744D1; WO1997050084A1

Abstract

본원에서는 기판(1), 제 1 유전층(2), Ge-Sb-Te에 기초한 상 변화 기록층(3), 제 2 유전층(4) 및 금속 미러층(5)을 포함하는 가역 광 정보 매체를 개시한다. 기록층(3)은 원자 퍼센트 단위로 조성 Ge_50xSb_40-40xTe_60-l0x를 가지는 합금을 포함하며, 여기에서 0.166 ≤ x ≤ 0.444이고, 상기 기록층(3)의 층 두께(d₃)는 25 nm 내지 35 nm의 범위이다. 상기와 같은 매체는 고속 기록(즉, CD 속도의 적어도 두배)에 적합하며, 적어도 10⁵ 의 직접 겹쳐쓰기 순환들의 순환성(Cyclability)을 갖는다.

Description

가역 광 정보 매체

본 발명은 레이저 광 빔에 의해 삭제 가능한 고속 기록을 위한 광 정보 매체로서, 상기 매체는 제 1 유전층과, Ge, Sb 및 Te로 구성된 합금을 포함하는 상 변화 재료의 기록층과, 제 2 유전층과, 금속 미러층을 순서대로 포함하는 적층을 가지는 기판을 구비하는 광 정보 매체에 관한 것이다.

본 발명은 또한 고용량(high storage density) 및 높은 데이터율 응용들의 광 기록 매체의 사용법에 관한 것이다.

상 변화 원리에 기초한 광 정보 또는 데이터 저장 장치는 관심을 끌고 있는데, 그 이유는 직접 겹쳐쓰기(DOW: Direct Overwrite) 및 고용량의 가능성들과 판독 전용 장치들과의 쉬운 호환성을 겸비하였기 때문이다. 상 변화 광 기록은 결정 박막 상에 집속된 레이저광 빔을 사용하여 서브마이크로미터(submicrometer) 크기의 비정질 기록 마크들을 형성함으로써 시작된다. 정보를 기록하는 동안, 매체는 기록될 정보에 따라서 변조되는 집속된 레이저광 빔에 대하여 이동한다. 이렇게되면, 상 변화 기록층에서 소거(quenching)가 발생하여 비노출 영역 내에서 결정상태로 남아있는 기록층의 노출 영역에서 비정질 정보를 형성하게 한다. 쓰여진 비정질 마크들의 삭제는 동일한 레이저를 사용한 가열을 통해 재결정화하여 이루어진다. 비정질 마크들은 데이터 비트들을 표시하며, 이는 저전력 집속된 레이저광빔을 이용하여 기판을 통해서 재생될 수 있다.

결정 기록층에 대한 비정질 마크들의 반사 차들(differences)은 변조된 레이저광 빔을 야기하고, 코딩되고 기록된 디지털 정보에 따라 검출기에 의해, 변조된 광 전류로 후속적으로 변환된다. 변조된 광 전류는 최저의 기본 주파수를 가지는 HF 신호이다. 광 전류의 피크 대 피크(peak-to-peak) 값은 Ⅰ₁₁로 표시되며, 상기 주파수와 연관된 HF 신호의 피크값은 I_peak으로 표시된다. 변조(m)는,

m = I_ll/I_peak

으로 규정되며,

M = (R_H- R_L) / R_H

로 규정되는 광학 대비(M; optical contrast)에 비례하며, 여기에서 R_H와 R_L은 각각 결정 재료와 비정질 재료의 반사들이다.

상 변화 광 기록에서의 주된 문제점은 요구되는 다수의 겹쳐쓰기 횟수(순환 성; cyclability), 즉 반복되는 쓰기(비정질화) 및 삭제(결정화) 동작들의 횟수와,적절한 결정화 속도이다. 고속의 결정화는, 예를 들어 디스크 형상의 DVD-RAM 및 광학 테이프와 같은 고용량의 기록 및 높은 데이터율 응용들에서 특히 요구되며, 이 경우에 완전한 결정화 시간은 100 ns보다 더 짧아야 하며, 바람직하게는 30 ns내지 70 ns 정도로 짧다. 결정화 속도가 레이저광 빔에 대한 매체의 선형 속도와 매칭할 만큼 충분히 높지 않다면, 이전의 기록의 구(舊) 데이터(비정질 마크들)는DOW 동안 완전하게 제거(재결정화)될 수 없다. 이는 노이즈 레벨이 높이는 결과를초래할 것이다.

상 변화 기록을 위한 널리 공지된 재료는 Ge-Sb-Te에 기초한다. 그러나, 공지된 기록 매체 어느 것도 상 변화 광 기록을 위한 모든 요건들, 특히 순환성 및 재결정화 속도면에 대한 요구들도 만족하지 못한다.

서두에 언급한 종류의 광 정보 매체는 미국 특허 제 5,289,453 호에서 공지되었다. 이러한 공지된 상 변화형 매체는 제 1 유전층과, 상 변화 Ge-Sb-Te 합금의 기록층, 제 2 유전층 및 금속 미러층의 순서대로 구성되는 적층을 가지는 디스크 형상의 기판을 구비한다. 상기와 같은 적층은 IPIM 구조로 지칭되며, 여기에서 M은 반사 또는 미러층을 나타내며, I는 유전층을, P는 상 변화 기록층을 나타낸다. 상기 특허는 고속 기록(즉, 8 m/s 내지 13 m/s의 상대 선형 속도)을 위한 화합물Ge_xSb_yTe_z를 개시하고 있으며, 이는 삼각형 3 상(ternary) Ge-Sb-Te 조성도에서의 영역 JKLM 내에 위치되며, 영역은 꼭지점들 J(Ge_22.5Sb₂₂Te_55.5); K(Ge_l2.5Sb₃₂Te_55.5); L(Ge_l4.5Sb_37.5Te₄₈); M(Ge₂₆Sb₂₆Te₄₈)을 가진다 이 영역은 GeTe 및 Sb₂Te₃을 연결하는 이음선으로부터 분기하여 있다. 상기 특허에 따르면, 고속 기록을 위하여, 상 변화 기록층의 두께는 12 nm 내지 35 nm의 범위이어야 하고, 바람직하게는 12 nm 내지 25 nm이다. 25 nm의 두께보다 두꺼우면, 기록 마크의 형태 왜곡의 측도(measure)인 지터(jitter)가 증가한다. 상기 특허에 따르면, 지터는 10⁵ 회 기록을 반복한 후에 초기값의 두 배까지 증가하지 않는다.

상기 공지된 기록 매체의 단점은 지터가 처음 수백 번의 DOW 순환들 동안 수용할 수 없는 레벨까지 증가한다는 점이다. 이 결과에 대해서는 후술한다.

도 1은 원자 퍼센트의 Ge-Sb-Te와 원자 퍼센트의 식 Ge_50xSb_40-40xTe_60-l0x(여기에서 본 발명에 따르면, 0.166 ≤ × ≤ 0.444)에 대응하는 선과의 3 상 조성도.

도 2는 본 발명에 따른 광 정보 매체의 개략적인 단면도.

도 3은 완전 삭제 시간(t_e: 단위 ns)과 GeSb₂Te₄ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 4는 50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화와 GeSb₂Te₄ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 5는 완전 삭제 시간(t_e: 단위 ns)과 Ge₂Sb₂Te₅ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 6은 50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화와 Ge₂Sb₂Te₅ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 7은 완전 삭제 시간(t_e: 단위 ns)과 GeSb₄Te₇ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 8은 50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화와 GeSb₄Te₇ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 9는 완전 삭제 시간(t_e: 단위 ns)과 본 발명에 따르지 않은 Ge₃₉Sb₉Te₅₂ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 10은 50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화와 본 발명에 따르지 않은 Ge₃₉Sb₉Te₅₂ 재료에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 11은 완전 삭제 시간(t_e: 단위 ns)과 기록층에 GeSb₂Te₄ 화합물에 대한 여분의 Sb(단위 원자 퍼센트)에 대한 기록층의 두께(d₃: 단위 nm) 사이의 관계를 도시한 도면.

도 12는 본 발명에 따르지 않은 디스크 형상 정보 매체(A), 및 본 발명에 따른 매체(B)에 대한 7.2 m/s의 선형 디스크 속도에서 DOW 순환의 횟수(n)의 함수로써의 지터(J: 클럭 시간(T_c)의 % 단위)를 도시한 도면.

도 13은 클럭 시간의 평균 지터가 12 퍼센트에 도달할 때, 제 1 유전층의 두께(d₂: 단위 nm)의 함수로써 순환의 최대 횟수(n)를 도시한 도면.

본 발명의 목적은, 특히, 예를 들어 DVD-RAM 및 광학 테이프와 같은 고속 광 기록에 적합하고, 기록 및 삭제 동작들을 반복하는 동안에 우수한 순환성을 가져서 양호한 DOW 특성들을 유발하는 삭제 가능한 광 정보 매체를 제공하는 것이다. 고속 기록은 매체의 선형 속도가 레이저광 빔에 대해서 적어도 2.4 m/s임을 의미하며, 이는 컴팩트 디스크 표준에 따른 속도의 두 배이다. 매체의 지터는 적어도 10⁵DOW-순환 동안 및 처음 수백 번의 순환 동안에 낮고 일정한 레벨이어야 한다.

이러한 목적들은 기록층이, 식 Ge_50xSb_40-40xTe_60-l0x(원자 퍼센트로)에 의해 규정된 조성의 합금을 포함하며, 여기에서 0.166≤ × ≤ 0.444이고;

상기 기록층은 25 nm 내지 35 nm의 두께를 가지고;

제 2 유전층은 15 nm 내지 50 nm의 두께를 가지고;

금속 미러층은 60 nm 내지 160 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 서두에서 설명한 바와 같은 광 정보 매체에 의해 본 발명에 따라서 달성된다.

이러한 조성은 도 1에 도시한 바와 같이, 삼각형 Ge-Sb-Te 조성도에서 화합물들 GeTe와 Sb₂Te₃을 연결하는 선의 일부 상에 위치하며, Ge₂Sb₂Te₅(x = 0.444), GeSb₂Te₄(x = 0.286) 및 GeSb₄Te₇(x = 0.166)인 화학량론적인 화합물들을 포함한다. 특히 3 상 화학량론적인 화합물들이 바람직한데, 그 이유는 이들 재료들이 결정화 동안에 편석(偏析)이 생기지 않아서 신속하게 결정화하기 때문이다.

Ge-Sb-Te 합금들의 결정화 속도는 기록층의 층 두께에 현저하게 의존한다. 중요한 파라미터는 완전 삭제 시간(t_e, 단위 ns)이고, 이는 결정화 환경에서 쓰여진비정질 마크의 결정화를 완료하기 위한 삭제 펄스의 최소 지속 구간으로 규정되며,정적으로(statically) 측정된다. 완전 삭제 시간(t_e)은 층 두께가 27 nm까지 증가함에 따라서 급격히 감소하며, 층 두께의 추가적인 증가에 대해 약 50 ns 내지 60ns의 값으로 포화되는 경향이 있다. 기록층이 27 nm보다 두꺼우면, t_e는 실질적으로 두께와는 무관하게 된다. 25 nm에서 멀어짐에 따라 t_e가 100 ns 값보다 아래로 떨어지는데, 이는 고속 기록에 필요하다. t_e의 관점에서 보자면, 기록층의 두께는 적어도 25 nm, 바람직하게는 27 nm이어야 한다.

매체의 순환성은 50000 번 순환되었을 때의 값(M₅₀₀₀₀/M₀)으로 표시될 수 있으며, 이는 500000 번과 0 번의 광학 대비의 상대 변화를 나타내는 값이다. 모든 순환에서, 쓰여진 비정질 마크들은 레이저광 빔을 사용한 가열을 통해 재결정화하여 삭제되고 새로운 비정질 마크들이 쓰여진다. 이상적인 M₅₀₀₀₀/M₀ 값은 1.0, 즉 광학대비가 순환 이후에도 변화하지 않는 것이다. 실제적인 이유들로, 상기 값은 0.7 및 1.3 사이의 값을 가져야 하는데, 그 이유는 이 범위를 벗어나게 되면 기록 재료는 더 이상 사용될 수 없기 때문이다. M₅₀₀₀₀/M₀ 값은 기록층의 두께에 의존한다는 사실은 알려져 있다. M₅₀₀₀₀/M₀ 값은 기록층의 두께가 23 nm 이상인 경우에 0.7 보다 크다. M₅₀₀₀₀/M₀ 값은 기록층의 두께가 35 nm 이하인 경우에 1.3 보다 작다. t_e와 순환성에 관한 조합된 요구의 결과로, 기록층의 두께는 25 nm 내지 35 nm의 범위이며, 바람직하게는 27 nm 내지 35 nm의 범위이다. 후술하는 바에서 명료해지겠지만, 25 nm 내지 35 nm의 두께를 가지는 기록층을 가지는 매체는 최초 10⁵ DOW 순환들 동안 일정하게 낮은 지터를 가진다.

상기 규정된 조성에서 x의 값이 0.444 보다 크게 되는 경우, t_e는 수용할 수 없을 정도로 높게 된다. 예를 들어, 기록층으로서 금속간 조성, Ge₃₉Sb₉Te₅₂(x = 0.78)을 가지는 기록 매체는 적어도 120 ns의 t_e 값을 가진다. 또한 순환성도 나빠지게 된다: 10⁴ 순환 이후에 이미 M₁₀₀₀₀/M₀ 값이 0.7 보다 아래로 떨어지게 된다. X가 0.166 보다 작아지게 되는 경우에, 결정화 온도는 수용할 수 없을 정도로 낮아지며, 즉 기록층의 열 안정성이 감소하게 된다.

t_e와 M₅₀₀₀₀/M₀ 순환값에 대한 제 1 유전층, 즉 기판과 상 변화 기록층간의 층두께가 미치는 영향은 관찰되지 않았다. 따라서 적층의 열 특성들에 영향을 미치지 않고 다른 이유, 예를 들어 광학적인 이유로 이 층의 두께를 변화시킬 수 있다. 상기 층은 기록층을 습기로부터 보호하고 기판을 열 손상으로부터 보호하고, 광학대비(M)를 최적화한다. 지터의 관점에서 보자면, 제 1 유전층의 두께는 적어도 70이 바람직한데, 이것에 대해서는 후술한다. 이를테면 광학적 대비라는 측면에서는, 상기 층의 두께는 500 nm까지로 제한된다.

기록층과 금속 미러층 사이의 층인 제 2 유전층에 대한 최적의 두께 범위는15 nm 내지 50 nm의 범위이며, 바람직하게는 20 nm 내지 40 nm이다. 이 층이 너무얇으면, 기록층과 금속 미러층 사이의 열 절연이 악영향을 받게 된다. 따라서, 기록층의 냉각 속도가 증가하고 되고, 이는 결정화 과정을 늦추게 하고 불량한 순환성을 가져온다. 냉각 속도는 제 2 유전층의 두께를 증가시킴으로써 감소될 것이다.

시간(t_e)은 20 nm 내지 200 nm의 범위 내에서는 금속 미러층의 두께에 민감하지 않다. 하지만, 순환성은 금속 미러층이 60 nm보다 얇아지는 경우 악영향을 받게 되는데, 그 이유는 냉각 속도가 너무 느리기 때문이다. 금속 미러층이 160nm 이상의 두께인 경우, 순환성은 더욱 열화되고, 증가된 열 전도 때문에 기록 및 삭제 전력은 높아야 한다. 바람직하게는 금속 미러층의 두께는 80 nm 내지 120 nm이다.

제 1 및 제 2 유전층들은 ZnS 및 SiO₂의 혼합물, 예를 들면 (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀으로 형성될 수 있다. 대안적인 것으로는, 예를 들면 SiO₂, TiO₂, ZnS, AIN 및 Ta₂O₅가 있다. 바람직하게는 카바이드가 사용되는데, 예를 들면 SiC, WC, TaC, ZrC 또는 TiC를 들 수 있다. 이들 재료들은 ZnS-SiO₂ 혼합물 보다 고속 결정화와 양호한 순환성을 제공한다.

금속 미러층에 대해서는, Al, Ti, Au, Ni, Cu, Ag, Cr, Mo, W 및 Ta와 같은 금속들 및 상기 금속들의 합금들이 사용될 수 있다.

반사층들 및 유전층들의 양자는 증착 또는 스퍼터링에 의해 제공될 수 있다.

정보 매체의 기판은 적어도 레이저의 파장에 대해서 투명하며, 이를테면 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA), 비정질 폴리올레핀 또는 유리와같은 것으로 만들어진다. 전형적인 예에서, 기판은 디스크 형상이며 직경은 120㎜, 두께는 1.2 mm이다.

대안으로는, 기판은 예를 들어 폴리에스터 필름으로 형성되는 합성 수지의 가요성 테이프의 형태일 수 있다. 이와 같은 방법으로 광학 테이프 기록 장치용의, 예를 들어 고속 스피닝 폴리곤(fast spinning polygon)에 기초하는 광학 테이프가 얻어질 수 있다. 상기와 같은 장치에서는 반사된 레이저광 빔은 테이프 표면을 가로질러 가로 방향으로 스캔하게 된다.

기록층 측면 상의 디스크 형상의 기판 표면에는, 바람직하게는, 광학적으로 스캔할 수 있는 서보 트랙(servotrack)이 제공된다. 이러한 서보 트랙은 흔히 나선형 상의 홈으로 구성되며, 주입 몰딩 또는 프레스 동안에 몰딩에 의해 기판 내에 형성된다. 상기 홈은 대안적으로, 기판 상에 별도로 제공되는, 예를 들어 W 광경화 아크릴레이트층(light-cured layer of acrylate)과 같은 합성 수지층 내에서 복사 과정 동안에 형성될 수도 있다. 고밀도 기록에서 상기와 같은 홈은, 예를 들어 0.7㎛ 내지 0.8 ㎛의 피치와 0.5 ㎛의 폭을 가진다.

선택적으로, 적층의 가장 바깥쪽 층은 W 경화 폴리(메트)아크릴레이트(poly(meth)acrylate)의 보호층에 의해 주위 환경으로부터 차단된다.

고밀도 기록 및 삭제는, 예를 들어 675 nm 이하(적색에서 청색까지)의 파장을 가지는 단파장 레이저를 사용하여 수행할 수 있다.

상 변화 기록층은 적절한 타겟에 증착 또는 스퍼터링에 의해 기판에 인가될수 있다. 이렇게 해서 증착된 층은 비정질이며, 반사율이 낮다. 고반사율을 가지는 적절한 기록층을 구성하기 위해서는, 상기 층이 먼저 완전히 결정화되어야 하는데, 이 과정은 대개 초기화로 지칭된다. 이를 수행하기 위해서는, 기록층은 Ge-Sb-Te 합금의 결정화 온도보다 높은 온도, 예를 들어 180 ℃ 까지 용광로 내에서 가열될 수 있다. 폴리카보네이트와 같은 합성 수지 기판은 대안적으로 충분한 전력을 가진 레이저 빔을 사용하여 가열한다. 상기와 같은 과정은, 예를 들어 기록 장치 내에서, 레이저광 빔이 이동하는 기록층을 스캔하는 경우에 실현된다. 비 정질층은 이후에 기판이 불리한 열 부하(heat load)에 영향을 받지 않고, 층을 결정화하는데 요구되는 온도까지 국부적으로 가열된다.

원한다면, t_e는 GeTe와 Sb₂Te₃ 사이의 연결선 상의 Ge-Sb-Te 합금들에 최대 3 원자 퍼센트까지의 Sb를 추가함으로써 상기 연결선에서 이탈시켜서 증가될 수 있다. 3 원자 퍼센트를 GeSb₂Te₄에 추가함으로써 t_e는 60 ns에서 100 ns로 증가한다. 이와 같은 추가는 기록 감도의 증가, 즉 용해 문턱값 전력(P_m)을 낮춘다.

원한다면, 부가의 박막 금속층을 기판과 제 1 유전층 사이에 삽입시켜, 소위MIPIM 구조를 형성할 수도 있다. 구조가 복잡해지기는 하지만, 부가의 금속층은 광학 대비(M)뿐만 아니라 기록층의 냉각 속도를 증가시킨다.

<제 1 실시예>

도 2는 본 발명에 따른 광 정보 디스크의 단면도의 일부를 도시한다. 참조부호(1)는 직경 120 mm이고 두께 1.2 mm인 유리 디스크 형상의 기판을 나타낸다. 기판(1)은 다음과 같은 구조,

두께(d₂)가 20 nm인 (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀ 유전층(2)과,

두께(d₃)의 Ge-Sb-Te 기록층(3)과,

두께(d₄)가 20 nm인 (ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀ 유전층(4)과,

두께(d₅) 100 nm의 Al 금속 미러층(5)의 IPIM 적층 구조로 형성된다.

모든 층은 스퍼터링에 의해 제공된다. 기록층(3)의 초기 결정화 상태는 증착된 비정질 합금을 오븐에서 180 ℃ 까지 어닐링시켜서 얻는다.

정보를 기록, 재생 및 삭제하기 위한 레이저광 빔은 기판(1)을 통해서 기록 층(3)으로 입사된다. 상기 빔은 화살표(6)로 개략적으로 나타내었다. 비정질 마크는 전력(P_w) 1.25 P_m(P_m은 용해 문턱값 전력)과 지속 시간 100 ns의 단일 레이저 펄스로 기록된다. 삭제 전력은 P_w/2이다.

조성(GeSb₂Te₄)에 대한 상 변화층의 nm 단위의 두께(d₃)에 미치는 ns 단위의t_e(즉, 기록 비정질 마크의 결정화가 완성되었을 때의 시간)의 의존성을 도 1(주어진 원자 퍼센트 x = 0.286에서 Ge_l4.3Sb_28.6Te_57.1)을 참조하여 도 3에 도시한다. 도 3에서 명백한 것은 t_e는 d₃이 약 27 nm까지 증가함에 따라 급속하게 감소하며, d₃의추가적인 증가에 대해 약 60 ns의 낮은 값에서 포화되는 경향이 있다.

50000 순환 이후와 0 순환의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화에 대한 d₃의존성을 도 4에 도시하였다. d₃이 25 nm 내지 35 nm인 경우, M₅₀₀₀₀/M₀은 1.0 ± 0.1, 즉 광학적 대비는 실제적으로 변화하지 않는다.

도 3 및 도 4의 조합에서 알 수 있는 것은 d₃이 25 nm 내지 35 nm인 경우, 고속의 결정화 속도가 얻어지며, 이는 고속의 광 기록과 적어도 50000 순환의 양호한 순환성에 필수적이다.

<제 2 실시예>

예시적인 제 1 실시예가 반복되며, Ge₂Sb₂Te₅의 조성을 가지는(도 1을 참조.여기에서 x = 0.444로써 원자 퍼센트 Ge_22.2Sb_22.2Te_55.6이다) 기록층(3)을 사용하였다. 도 5는 기록층의 두께(d₃)에 대한 t_e의 의존성을 도시한다. 도 5에서는 두께(d₃)가25 nm일 때 t_e가 100 ns 보다 아래로 떨어지고, d₃을 최고 27 nm까지 증가시킬 때 추가적으로 더 감소한다는 것을 알 수 있다. t_e는 d₃의 추가적인 증가시 약 50 ns의 낮은 값까지 포화되는 경향이 있다.

50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화에 대한 d₃의 의존성에 대해서 도 6에 도시하였다. d₃이 20 nm 내지 35 nm인 경우, M₅₀₀₀₀/M₀은 1.0 ± 0.3이며, 이 범위 내에서 기록 매체는 실제 사용 가능하다.

도 5와 도 6은 합하여, d₃이 25 nm 내지 35 nm 범위일 때, 고속의 결정화 속도가 얻어진다는 것을 도시하고 있으며, 이는 고속 광 기록 및 적어도 50000 순환의 양호한 순환성에 필수적이다.

<제 3 실시예>

예시적인 제 1 실시예가 반복되며, GeSb₄Te₇의 조성을 가지는(도 1을 참조.여기에서 x = 0.166으로써 원자 퍼센트 Ge_8.3Sb_33.3Te_58.4이다) 기록층(3)을 사용하였다. 도 7은 기록층의 두께(d₃)에 대한 t_e의 의존성을 도시한다. 도 7에서는 두께(d₃)가 24 nm일 때 t_e가 100 ns 보다 아래로 떨어지고, d₃을 최고 27 nm까지 증가시킬 때 추가적으로 더 감소한다는 것을 알 수 있다. t_e는 d₃의 추가적인 증가시 약 70 ns의 낮은 값까지 포화되는 경향이 있다.

50000 순환 이후와 0 순환에서의 광학 대비(M₅₀₀₀₀/M₀)의 상대적인 변화에 대한 d₃의 의존성에 대해서 도 8에 도시하였다. d₃이 25 nm보다 큰 경우, M₅₀₀₀₀/M₀은 0.8 보다 커진다. 그러나, 결정 및 비정질 사이의 광학 대비는 기록층의 두께가 35 nm보다 커지는 경우 수용할 수 없을 정도로 낮아진다. 이런 관점에서, 기록층의 두께(d₃)는 35 nm를 초과해서는 안된다.

<(본 발명에 따르지 않는) 비교예>

예시적인 제 1 실시예가 반복되며, GeTe-Sb₂Te₃의 연결선 상에 있는Ge₃₉Sb₉Te₅₂의 원자 조성을 가지는(도 1을 참조 여기에서 x = 0.78) 기록층(3)을 사용하였지만, 이는 청구범위를 벗어난다. 도 9는 기록층의 두께(d₃)에 대한 t_e의 의존성을 도시한다. 완전 삭제 시간(t_e)은 기록층의 두께(d₃)가 증가함에 따라 증가하며, 이는 d₃ ≥ 45 nm의 값들에 대해 높은 값에서 일정해지는 경향이 있다. t_e가 100 ns 보다 아래일 때, 고속 기록에 필요한 d₃의 값은 없다. 또한 순환성도 나쁘다. 가장 양호한 두께는 25 nm 내지 47 nm 범위이며, 이때는 단지 10000 순환 이후의 M₁₀₀₀₀/M₀ 값이 0.7 ± 0.1이다(도 10을 참조). 이는 기록 재료가 위와 같은 상대적으로 제한된 횟수의 순환들 이후에 퇴화(degrade)된다는 것을 의미한다.

<제 4 실시예 내지 제 9 실시예>

본 실시예에서는 제 2 유전층(4)의 두께(d₄: 단위 nm)가 완전 삭제 시간(t_e)및 순환성(M₅₀₀₀₀/M₀)에 미치는 영향을 조사한다. 결과는 표 1에 정리되어 있다. 실험에서, IPIM 적층의 다른 층들(d₂, d₃ 및 d₅)의 두께는 일정하게 유지하였다. 층들(2, 4 및 5)에 대해서는 제 1 실시예와 동일한 재료들을 사용하였다. 기록층(3)에 대해서는 GeSb₂Te₄ 화합물이 사용되었다.

표 1은 d₄가 15 nm 또는 그 보다 더 두꺼울 때 t_e와 M₅₀₀₀₀/M₀의 양자가 최적화된 것을 나타낸다. 기록층(3)의 냉각 속도가 제 2 유전층의 두께(d₄)가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 두께(d₄)를 50 nm 이하로 제한되는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 유전층(4)에 대한 가장 바람직한 두께 범위는 15nm 내지 50nm의 범위이며, 바람직하게는 20 nm 내지 40 nm이다.

<제 10 실시예 내지 제 15 실시예>

본 실시예에서는 제 1 유전층(2)의 두께(d₂: 단위 nm)가 완전 삭제 시간(t_e)및 순환성(M₅₀₀₀₀/M₀)에 미치는 영향에 대해서 조사한다. 결과는 표 2에 정리되어 있다. 실험에서 IPIM 적층의 다른 층들(d₃, d₄ 및 d₅)의 두께는 일정하게 유지하였다. 층들(2, 4 및 5)에 대해서는 제 1 실시예에서 사용된 것과 동일한 재료를 사용하였다. 기록층(3)에 대해서는 GeSb₂Te₄ 화합물을 사용하였다.

표 2에서 제 1 유전층(2)의 두께(d₂)가 결정화 속도(t_e) 및 순환성(M₅₀₀₀₀/M₀)에 미치는 영향을 발견할 수 없었다. 그러나, 상기 유전층(2)은 습기에서 기록층(3)을, 열 손상에서 기판(1)을 보호하며, 광학 대비(M)를 최적화한다. 따라서, 다른 이유, IPIM 적층의 열 특성에 영향을 미치지 않고도 예를 들면 광학적인 이유로 두께(d₂)를 변경시킬 수 있다. 다른 이유, 즉 지터에 대해서는 d₂는 바람직하게는 적어도 70 nm이며, 이는 제 27 실시예에서 설명되는 바와 같다.

<제 16 실시예 내지 제 24 실시예>

본 실시예에서는 금속 미러층(5) 두께(d₅: 단위 nm)가 완전 삭제 시간(t_e) 및 순환성(M₅₀₀₀₀/M₀)에 미치는 영향에 대해서 조사한다. 결과는 표 3에 정리되어 있다. 실험에서 IPIM 적층의 다른 층들(d₂, d₃ 및 d₄)의 두께는 일정하게 유지하였다. 층들(2, 4 및 5)에 대해서는 제 1 실시예에서 사용된 것과 동일한 재료를 사용하였다. 기록층(3)에 대해서는 GeSb₂Te₄ 화합물을 사용하였다.

표 3은 완전 삭제 시간(t_e)이 금속 미러층의 두께(d₅)가 20 nm 내지 200 nm내에서는 별로 영향을 받지 않는 것을 나타낸다. 그러나 순환성은 금속층이 60 nm보다 얇아지게 되는 경우 악화하기 시작한다. 금속 미러층(5)이 160 nm 이상으로 두꺼워지는 경우, 순환성은 다시 나빠지게 되며, 레이저광 빔의 기록 및 삭제 전력은 증가된 열 전도 때문에 높아져야 한다. 따라서, 금속 미러층(5)의 두께 범위는60 nm 내지 160 nm 범위 이내로, 바람직하게는 80 nm 내지 120 nm 이내여야 한다.

<제 25 실시예>

본 발명의 예시적인 제 1 실시예에 따른 광 정보 매체에서, 두께(d₃)가 25 nm인 기록층(3)이 사용되었다. 기록층의 GeSb₂Te₄ 화합물에 여분의 Sb가 추가되었다. 도 11은 추가된 Sb 양(원자 퍼센트)이 증가될 때 완전 삭제 시간(t_e)이 증가된다는 것을 나타낸다. 완전 삭제 시간(t_e)은 Sb가 추가되지 않았을 때(y = 0) 80 ns가 되는 한편, GeSb₂Te₄ 화합물에 3 원자 퍼센트(y = 3)의 Sb를 추가하였을 때는 t_e가 100 ns로 증가되어 버린다. 상기 화합물에 여분의 Sb를 추가하면, 3 상 상태도(도 1 참조)의 GeSb₂Te₄와 Sb를 연결하는 연결선을 따라가게 된다. 본 실험에서 기록층의 Ge-Sb-Te 화합물 조성이 GeTe 및 Sb₂Te₃을 연결하는 연결선에서 벗어나지 않는 것이 바람직하다. 최대 3 원자 퍼센트 여분이 상기 화합물에 추가될 수 있다.

<제 26 실시예>

본 실시예에서는 지터에 대해서 알아본다. EFM 변조 코드(CD 코드)를 임의 난수 데이터를 생성하는 데 사용하였다. 지터(J)는, 기록된 마크의 에지와 회복된 데이터 클럭 타임의 차이의 표준 편차로써, 디스크의 순환성을 판단하는 데 사용되는 표준 변수이다. 지터는 클럭 타임(T_c)의 12 퍼센트보다 아래이어야 하며, 즉 CD속도에서 30 ns(1.2 m/s; 클럭 타임 230 ns)이다. 광학 디스크의 수명은 따라서 지터(J)가 클럭 타임(T_c)의 12 퍼센트에 도달할 때의 시간이다. 마크의 선단과 종단의 양자 모두를 측정한다.

두 개의 기록 디스크들(A 및 B)을 표 4에 따라서 준비하였으며, 예시적인 제1 실시예의 층에 사용한 재료를 사용하였다. 디스크 양자는 홈 형태의 나선형 서 보 트랙을 가진 기판의 한쪽 면에 형성하였으며, 기록 장치 내에서 초기화하였다. 홈은 복사 과정을 통해서 아크릴레이트의 UV 광 경화층 내에 형성하였다. 상기 두개의 디스크는 기록층의 두께(d₃)가 서로 다르도록 설계되었지만, 기판(1)과 기록층(3) 사이의 제 1 유전층(2)의 두께(d₂)를 조정하여 열 특성과 광학적 특성은 거의 동일하게 하였다.

디스크(A)는 본 발명에 따르지 않는 것인데, 기록층의 두께(d₃)가 청구된 범위를 벗어나기 때문이다.

도 12에서, 디스크 양자에 대해서, 7.2 m/s(CD 속도의 6 배)의 선형 디스크속도에서 DOW 순환의 횟수(n)의 함수로써의 지터(J, T_c의 퍼센트)를 도시하였다. DOW 실험 중에, 새로운 비정질 마크가 기록되고 동시에 새로운 비정질 마크 사이의 영역이 동일한 레이저 스폿이 진행하는 동안에 재결정화된다. 도 12에서, 디스크(A)에 대한 큰 지터 돌출부(bump)가 최초 1000 DOW 순환에서 발견되었다. J의 최대값은 4 DOW 순환 이후에 12 퍼센트를 초과하였다. 이는 바로 2 배의 DOW 순환이후에는 더 이상 디스크를 사용할 수 없다는 것을 의미한다. 이는 나머지 데이터, 즉 이전 기록에서 남아있는 비정질 흔적에 의해 초래되는 것이다. 이것은 이전 기록에서의 비정질 마크가 DOW 동안에 완전히 결정화되지 않았음을 뜻한다. 1000 DOW 순환 이후에 지터는 제 1 순환값으로 접근한다. 청구된 범위 내의 두께(d₃)를 가지는 디스크(B)에서, 상기와 같은 지터 돌출부는 발생하지 않는다. 지터(J)는 낮고 일정한 값이며, DOW 순환의 전체 수는 12 퍼센트의 지터 상한 값에 이르기 전에 2 x 10⁵를 초과한다.

<제 27 실시예>

본 실시예에서는, 지터에 대한 제 1 유전층(2)의 두께(d₂, 단위 nm)에 대해서 알아보기로 한다. 층에서 사용된 재료와, 층의 두께는 층(2)만 제외하고 제 10 실시예 내지 제 15 실시예의 것과 동일하다. 파장 780 nm를 사용하여 기록 장치내에서 기록 실험한 결과는 도 13에 도시하였다. 상기 도면은 d₂의 함수로써의 DOW 순환의 최대 횟수(n)를 도시한다. n 값은 평균 지터((선단 지터 + 종단 지터) /2)가 클럭 타임(T_c)의 12 퍼센트에 도달했을 때의 겹쳐쓰기 회수로 규정된다. d₂가 증가함에 따라 순환의 최대 횟수(n)가 증가하고, d₂가 70 nm 또는 그 보다 더 두꺼워질 때 10⁵를 초과하는 값으로 접근하는 것을 알 수 있다.

제 10 실시예 및 제 15 실시예에서, t_e 및 M₅₀₀₀₀/M₀이 d₂에 민감하지 않다는 사실을 알 수 있다. 그러나 지터가 제품 수명 측정 수단이라면 d₂가 70 nm보다 낮을 때 의외로 순환성은 d₂에 민감하다.

본 발명에 따르면, 7.2 m/s의 선형 속도에서 적어도 2 x 10⁵ DOW 순환의 순환성을 가지는, 직접 겹쳐쓰기 및 고속 기록에 적합한 삭제 가능한 DVD RAM 및 광학 테이프와 같은 광 정보 매체가 제공된다.

Claims

레이저 광 빔에 의해 삭제 가능한 고속 기록을 위한 광 정보 매체로서, 상기매체는 제 1 유전층과, Ge, Sb 및 Te로 구성된 합금을 포함하는 상 변화 재료(phase-change material)의 기록층과, 제 2 유전층과, 금속 미러층을 순서대로 포함하는 적층을 가지는 기판을 구비하는 광 정보 매체에 있어서,

상기 합금은 식 Ge_50xSb_40-40xTe_60-l0x(원자 퍼센트로)에 의해 규정된 조성을 가지며, 여기에서 0.166 ≤ x ≤ 0.444이고;

상기 기록층은 25 nm 내지 35 nm의 두께를 가지고;

상기 제 2 유전층은 15 nm 내지 50 nm의 두께를 가지고;

상기 금속 미러층은 60 nm 내지 160 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 기록층은 27 nm 내지 35 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유전층은 20 nm 내지 40 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유전층은 70 nm 내지 500 nm의 두께를 가지는것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 미러층은 80 nm 내지 120 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 합금은 Ge₂Sb₂Te₅, GeSb₂Te₄ 및 GeSb₄Te₇로 구성되는 그룹에서 선택된 화학량론적인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 0 내지 3 원자 퍼센트의 Sb가 상기 합금에 추가되는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 미러층은 Al, Ti, Au, Ni, Cr, Mo, W 및 Ta로 구성되는 그룹에서 선택된 하나 이상의 금속들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 정보 매체.
제 1 항에 있어서, 상기 기판은 디스크 또는 테이프인 것을 특징으로 하는,광 정보 매체.
고속으로 기록하기 위하여, 레이저광 빔과 상기 매체 사이의 상대 속도가 적어도 2.4 m/s인, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 광학 매체를 사용하는 방법.