KR20000019987A - 고밀도 광기록매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학적으로 정보가 기록되거나 재생될 수 있는 고밀도 광기록 매체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광기록매체는 기판과 기록막 사이에 형성되어 비선형성을 갖는 반도체 재료층과, 기록막과 반도체 재료층 사이에 형성되는 유전체층을 구비한다.
본 발명의 고밀도 광기록매체는 입사광에 대하여 셀프-포커싱 효과를 가지는 비선형 물질층을 기판과 하부유전체층 사이에 형성하고 하부 유전체층의 두께를 1500Å 이하로 제한하여 3차 비선형 효과를 최적으로 함으로써 기록막에 집광되는 광스폿이 회절한계 이하로 집광되게 하여 기록밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

고밀도 광기록매체(High Density Optical Recording Medium)
본 발명은 광학적으로 정보가 기록되거나 재생될 수 있는 고밀도 광기록 매체에 관한 것이다.
통상, 광기록매체는 기록 트랙에 광빔 스폿이 조사되어 정보가 기록되거나 기록 트랙으로부터 반사된 반사광을 이용하여 정보가 재생되어진다. 광기록매체의 기록용량을 늘리기 위해서 기록 트랙의 밀도를 크게하는 즉, 트랙간 간격(트랙피치)을 좁게 하는 추세에 있다. 한편, 기록 트랙에 집광되는 광 스폿의 크기는 광원의 파장 λ 및 대물렌즈의 개구수 NA에 의존하여 λ/NA에 비례하는 값(소위 "회절 한계치"라 함)보다 작게되는 것이 제한된다. 이러한 한계를 넘는 좁은 트랙피치로 정보가 기록되면 복수의 트랙의 마크(피트)로부터 정보가 동시에 검출되어 정보를 정확하게 재생하는 것이 어렵게 된다.
기록 가능한 매체 예를 들면, 한 번 기록 가능한 WORM 타입(CD-R, DVD-R 등), 반복 기록 가능한 RAM 타입(CD-RW, DVD-RAM 등) 및 광자기 디스크(MOD) 등에 있어서도 레이저 광빔의 회절한계에 의해 기록밀도를 향상시키는 것이 제한되고 있다. 기록 가능한 광기록매체의 일반적 구조는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 기판(6) 위에 순차적으로 형성되는 하부유전체층(5), 기록막(4), 상부유전체층(3), 반사막(2) 및 보호층(1)으로 이루어진다. 기판(6)은 광기록매체 전체를 지지하는 역할을 하며 입사광을 투과시키는 광투과성 재료로 제작된다. 하부유전체층(5)은 레이저 광빔의 강한 열에너지에 의해 기판(6)이 변형되는 것을 방지하고 그 두께가 조절됨으로써 입사광의 광학적 특성을 조정하는 역할을 하게 된다. 상부유전체층(3)은 기록막(4)의 온도가 충분히 올라갈 수 있도록 함과 아울러 과도한 열에 의해 기록막(4)의 손상을 방지하도록 열전달 조절층 역할을 하게 된다. 기록막(4)에는 2진 정보로 표현되는 입사광의 광스폿에 의해 기록 마크(피트)들이 형성됨으로써 정보가 기록된다. 반사막(2)은 기록막(4)에 조사된 광빔이 광로를 역행하도록 광빔을 반사시키고 기록막(4)에 대하여 열배출구 역할을 하게 된다. 그리고 보호층(1)은 외부 오염원에 의한 오염과 긁힘 등의 손상으로부터 반사막(2)을 보호하는 역할을 하게 된다.
DVD-RAM의 경우, 가장 작은 길이(3T)의 마크는 0.6 μm 정도로 제한되고 이 마크와 부호화 알고리즘에 의해 기록 밀도가 결정된다. 따라서, 마크 사이즈가 작아지면 기록밀도가 증가하게 되지만 마크의 크기는 레이저 광빔의 회절한계에 의해 제한된다. 이러한 한계를 극복하기 위하여, 비선형 특성을 갖는 재료를 이용하여 레이저 광스폿경보다도 고해상도로 기록할 수 있는 방안이 제안된 바 있다.(예를 들면, 일본 공개특허 5-40963, 6-111372) 그러나 위와 같은 방안은 기록 가능한 매체에 대하여는 구체적으로 적용된 예를 개시하고 있지 않고 있다.
예컨데, 현재 실용화된 단면 2.6GB의 DVD-RAM은 고화질 텔레비젼(HD TV)에 대응하는 해상도의 화상을 2시간 이상 수용할 수 없다. 이와 같은 대용량 정보를 수용하기 위해서, 광기록매체는 최소 10GB 이상의 기록용량이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기록밀도를 향상시키도록 한 고밀도 광기록매체를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 광기록매체를 나타내는 종단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고밀도 광기록매체의 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1,11 : 보호층 2,12 : 반사막
3,13 : 상부유전체층 4,14 : 기록막
5,15 : 하부유전체층 6,16 : 기판
17 : 3차 비선형층
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광기록매체는 기판과 기록막 사이에 형성되어 비선형성을 갖는 반도체 재료층과, 기록막과 반도체 재료층 사이에 형성되는 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광기록매체는 기판과 기록막 사이에 형성되어 비선형성을 갖는 반도체 재료층과, 기록막과 반도체 재료층 사이에 1500Å 이하의 두께로 형성되는 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광기록매체를 나타내는 종단면도이다.
도 2의 구성에서, 본 발명에 따른 광기록 매체는 기판(16) 위에 순차적으로 형성되는 3차 비선형층(17), 하부유전체층(15), 기록막(14), 상부유전체층(13), 반사막(12) 및 보호층(11)을 구비한다.
기판(16)은 polycarbonate, PMMA, glass, amorphos polyolefine 등의 광투과성 물질로 이루어져 광기록매체 전체를 지지하는 역할을 하며 입사광을 3차 비선형층(17) 쪽으로 투과시키게 된다. 3차 비선형층(17)은 자신에게 입사되는 광에 대하여 셀프 포커싱(self focusing) 효과를 가지는 물질로서 기판(16) 위에 증착되어 자신에게 입사되는 빔스폿을 줄여 기록막(14) 쪽으로 투과시키게 된다. 3차 비선형층(17)이 기판(16)과 하부유전체층(15) 사이에 위치하여야 함은 다음과 같다. 첫째, 다른 층에 대한 3차 비선형층(17)의 열적인 영향을 줄이기 위함이다. 3차 비선형층(17) 위에 열절연층 역할을 하는 하부유전체층(15)이 형성되므로 3차 비선형층(17)의 열적인 영향은 기록막(14) 등 다른 층에 대하여 최소화되고 광학적으로만 3차 비선형 효과(셀프 포커싱)에 의해 회절한계보다 작은 광스폿을 만들게 된다. 둘째, 3차 비선형층(17)과 기록막(14) 등 다른 층과의 상호 확산(inter-diffusion)에 의한 열화를 방지하기 위함이다. 3차 비선형층(17)이 기판(16)과 하부유전체층(15) 사이에 위치하지 않고 기록막(14) 바로 아래에 위치하게 된다면 반복기록시 고온으로 가열되는 기록막(14)에 의해 상호 확산이 발생하게 되어 디스크 특성이 열화된다. 또한, 3차 비선형층(17)이 기록막(14) 바로 아래에 위치하게 된다면 3차 비선형층(17) 위에 기록막(14)을 성막하는 단계에서 경계면 상에서 믹싱(mixing) 현상이 발생하기 쉽다. 이 경우, 3차 비선형층(17)과 기록막(14) 사이의 경계면이 불명확하게 되므로 디스크 특성 제어가 어렵게 된다. 이와 달리, 실시예처럼 3차 비선형층(17)과 기록막(14) 사이에 하부유전체층(15)이 형성되면 하부유전체층(15)이 3차 비선형층(17)과 기록막(14) 사이를 명확하게 구분짓게 하여서 반복사용에 의한 열화나 성막시의 층간 믹싱을 방지할 수 있게 된다.
3차 비선형층(17)에 의한 셀프-포커싱효과를 상세히 설명하면 다음과 같다. 일반적으로, 전자기파인 외부 전기장 E가 가해졌을 때 물질의 분극(Polarization) P가 비선형적으로 반응하게 된다. 이를 수학적으로 표현하면 수학식1과 같다.
P=χ(1)E+χ(2)E2+χ(3)E3+…
여기서, χ(1)은 선형 서셉티빌리티(Susceptibility)이고, χ(2),χ(3)는 각각 2차, 3차 비선형 서셉티빌리티이다. 3차 비선형 서셉티빌리티 χ(3)는 빛의 세기(intensity)에 비례하게 된다. 이는 아래의 수학식2에 의해 명확하게 알 수 있다.
여기서 , n0는 선형 굴절율(Linear Refractive Index), n2는 비선형 굴절율(Nonlinear Refractive Index), I는 입사광의 세기(W/cm2) 및 ε은 유전율이다. 즉, 빛의 세기에 따라 굴절율 n이 변하게 된다.(소위, "Kerr 효과"라 함)
셀프-포커싱이라 함은 3차 비선형 물질의 비선형 굴절율 n2가 양(positive)일 때 서로 다른 점으로 입사되는 광이 3차 비선형 물질을 통과하게 되면 3차 비선형 물질이 마치 볼록렌즈와 같은 역할을 하여 입사광을 초점 맺히게 하는 것을 말한다. 이 때, 3차 비선형 물질은 빛의 세기에 따라 초점의 위치를 조절하게 된다.
이와 같은 셀프-포커싱 효과에 의해 3차 비선형층(17)을 경유하여 기록막(14)에 집속되는 레이저광은 회절한계 이하의 광스폿으로 집속될 수 있으므로 아주 작은 마크(피트)를 기록막(14)에 형성시킬 수 있게 된다.
3차 비선형층(17)으로서 사용되는 물질은 a-Si, InSb, AlGaAs, InP, Ge, Sn, GaAs, Sb, As, P, CdTe, TlBi, Gap, Ge, Sn 등과 같은 반도체 물질이다. 여기서, a-Si의 예를 들면 a-Si은 선형 굴절율 n0가 3.5, 3차 비선형 서셉티빌리티 χ(3)가 10-3esu, 비선형 굴절율 n2가 3.23×10-6cm2/W의 특성을 가지게 된다.
한편, 3차 비선형층(17)의 두께는 두꺼울수록 셀프-포커싱 효과가 크지만 그만큼 광에너지 손실이 많게 되므로 광에너지를 높여야한다. 이를 위하여, 3차 비선형층(17)의 두께는 대략 200∼1000Å 이 바람직하고 최적 두께는 300∼700Å이다.
하부유전체층(15)은 ZnS-SiO2 등의 물질로서 3차 비선형층(17) 위에 증착되어 3차 비선형층(17)과 기록막(14) 사의를 구분함으로써 반복기록에 의한 열화나 층간 믹싱을 방지하게 된다. 하부유전체층(15)의 두께를 조절함으로써 광학적 특성을 변화시킬 수 있음은 전술한 바와 같다. 도 1과 같은 구성의 종래의 광기록매체에서는 기판손상 방지 및 반복 기록 횟수 확보를 위하여 하부유전체층(5)의 두께를 1500∼2000Å 정도로 하고 있다. 본 발명에서는 하부유전체층(15)의 두께가 종래와 같이 1500Å 이상으로 하게 되면 기록막(14)에 대한 3차 비선형층(17)의 셀프-포커싱 효과가 줄어들게 되어 미소 광스폿을 형성할 수 없음이 실험적으로 밝혀진 바, 미소 광스폿을 형성하기 위해서 하부유전체층(15)의 두께는 1500Å 이하가 되어야 한다. 하부유전체층(15)의 최적 두께는 500∼1000Å이다.
기록막(14)은 GeSbTe 등의 물질로서 하부유전체층(15) 위에 증착되어 2진 정보로 표현되는 입사광의 광스폿에 의해 기록 마크(피트)들이 형성됨으로써 정보가 기록된다. 상부유전체층(13)은 하부유전체층(15)과 동일한 유전체 물질 또는 다른 유전체 물질로서 기록막(14) 위에 증착되어 기록막(14)의 온도가 충분히 올라갈 수 있도록 함과 아울러 과도한 열에 의해 기록막(14)의 손상을 방지하도록 열보호층 역할을 하게 된다. 반사막(12)은 Al 등 반사계수와 열전도율이 높은 금속물질로서 상부유전체층(13) 위에 증착되어 기록막(14)에 조사된 광빔이 광로를 역행하도록 광빔을 반사시키고 기록막(14)에 대하여 열배출구 역할을 하게 된다. 그리고 보호층(1)은 반사막(12) 위에 스핀코팅되어 외부 오염원에 의한 오염과 긁힘 등의 손상으로부터 반사막(12)을 보호하는 역할을 하게 된다.
기록기준을 2.6GB DVD-RAM 규격(선속도 6m/s, 1T=34ns)으로 하여 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 광기록 매체와 도 2에 도시된 본 발명의 광기록매체에 3T 사이즈의 기록 마크를 형성하여 그 기록마크의 사이즈를 비교한 결과는 표1과 같다. 도 2에 도시된 광기록매체에 있어서, 3차 비선형층(17)의 물질은 비정질 실리콘으로서 a-Si, 상/하부유전체층(13,15)의 물질은 ZnS-SiO2, 기록막(14)은 GeSbTe 및 반사막(12)은 Al으로 제작되었다.
폭(μm) 길이(μm)
종래의 광기록매체 0.73 0.69
0.69 0.69
0.72 0.65
평균 0.71 0.68
3차 비선형층이 삽입된 광기록매체 0.42 0.64
0.42 0.61
0.40 0.65
평균 0.41 0.63
3T 사이즈의 마크 길이 0.61
표1에서 알 수 있는 바, 3차 비선형층(17)이 삽입된 광기록매체에 형성된 마크 사이즈가 종래의 광기록매체에 형성되는 마크의 사이즈보다 휠씬 작은 것을 확인할 수 있다. 특히, 마크의 길이에는 크게 차이가 않지만 마크의 폭에 있어서는 종래와 대비할 때 3차 비선형층(17)이 삽입된 광기록매체의 마크폭이 대략 57%에 불과하게 되므로 트랙피치를 그만큼 좁게 할 수 있게 된다. 또한, 마크 형상에 있어서도 3차 비선형층(17)이 삽입된 광기록매체에서는 3T 사이즈의 마크가 막대모양(즉, 타원원)으로 형성되는 반면, 종래의 광기록매체에서는 3T 사이즈의 마크모양이 원형으로 형성된다. 이에 따라, 종래에는 3T 사이즈의 마크모양을 더 이상 작게 할 수 없게 되지만 본 발명에서는 원형이 될 때까지 마크의 길이를 줄일 수 있으므로 기록밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 하부유전체층(17)의 두께를 1700Å으로 하게 되면 18mW의 기록파워에도 기록이 잘 않된다는 것이 실험적으로 밝혀졌다. 이는 3차 비선형 효과가 유지되는 거리에 한게가 있어서 3차 비선형층(17)을 투과한 광이 1500Å 이상 진행하게 되면 3차 비선형효과를 잃게 되고 광이 퍼지기(dispersed) 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 고밀도 광기록매체는 입사광에 대하여 셀프-포커싱 효과를 가지는 비선형 물질층을 기판과 하부유전체층 사이에 형성하고 하부 유전체층의 두께를 1500Å 이하로 제한하여 3차 비선형 효과를 최적으로 함으로써 기록막에 집광되는 광스폿이 회절한계 이하로 집광되게 하여 기록밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

  1. 기판과 기록막 사이에 형성되어 비선형성을 갖는 반도체 재료층과,
    상기 기록막과 상기 반도체 재료층 사이에 형성되는 유전체층을 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 재료층은 입사광을 집속시키는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록 매체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 재료층은 셀프포커싱 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 재료층은 200 내지 1000Å 사이의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 재료층은 a-Si, InSb, AlGaAs, InP, Ge, Sn, GaAs, Sb, As, P, CdTe, TlBi, Gap, Ge, Sn 중 어느 하나의 재료에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체층은 1500Å 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기록막에 집광되는 광을 반사시키기 위한 반사막과,
    상기 기록막과 상기 반사막 사이에 형성되는 상부유전체층과,
    상기 반사막 위에 형성되는 보호층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고밀도 광기록매체.
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