KR20010055397A - 광 기록 매체 - Google Patents

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Abstract

고밀도 기록이 가능한 광 기록 매체에 관한 것으로, 기판 위에 형성되는 보호막과, 보호막 위에 형성되고 비정질 또는 다결정 GaN으로 이루어진 과포화흡수막과, 과포화흡수막 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록막으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 블루 대역에서 3차 비선형 효과가 나타나는 GaN 박막을 이용하므로 블루 대역에서 더욱 고밀도 기록이 가능하다.

Description

광 기록 매체{optical recording medium}
본 발명은 고밀도 기록이 가능한 광 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 CD-ROM(compact disk-read only memory)에서 시작한 광디스크 기술은 현재 발전에 발전을 거듭하고 있다.
그 결과, 재생 전용의 경우, 4.7GB의 용량을 가지는 DVD-ROM(Digital Versatile Disk-Random Access Memory)이 상품화되었고, 재기록 가능한 DVD-ROM의 경우, 2.6GB의 기록용량이 상품화되었으며, 또한, 4.7GB의 기록용량을 가지게 될 차세대 버전(version)도 곧 상품화 될 것으로 보인다.
상변화형 광디스크에서 현재 연구되는 분야도 기록밀도를 증가시키고 고속기록을 하기 위해 데이터 전송률(transfer rate)을 증가하는 것이 중심이 되고 있다.
그러나, 고밀도 기록의 경우, 회절한계 때문에 사용되는 레이저 빔스팟(spot)의 크기를 파장길이 이하로 줄일 수 없어서 고밀도화의 한계를 나타낸다.
그래서 단파장(short wavelength)의 레이저 광원을 발굴하는 연구가 진행되어 현재 청색대역의 레이저 개발이 거의 완료되었다.
고밀도 기록을 위해서 광디스크에 적용되고 있는 다른 기술로 3차 비선형 효과를 이용한 고밀도 기록이 있다.
이 비선형 광학이란 빛의 세기에 따라 어떤 물질의 성질이 선형성, 즉 세기에 1차적으로 비례하지 않고 비선형적으로 반응하는 것을 말한다.
이의 예로는 빛의 세기를 변화 시켰을 때 물질의 굴절률과 흡수율이 변화하는 현상, 매질에 강한 빛이 입사 될 때 매질의 굴절률이 빛살 세기에 따라 변화함으로써 빛의 경로가 렌즈를 통과 할 때처럼 모이거나 퍼지는 현상 등을 말한다.
비선형 광학의 이론적 배경은 다음과 같다.
전기장(빛)이 어떤 물질에 가해 졌을 때 그 물질 내부에서의 전기장의 변화상태를 나타내는 것이 P(polarization)이고, 상기 P는 다음과 같이 표시된다.
여기서,값이 선형계수이고,값이 3차 비선형성의 정도를 나타내는 계수이다.
이 3차 비선형계수는 자체가 복소수(complex number)로서 물질의 복소 굴절률(complex refractive index)과 관련이 있다.
즉, 비선형성을 고려한 물질의 복소 굴절률(complex refractive index)은 다음과 같이 표시된다.
여기서,
이다.
위 식을 살펴보면 3차 비선형성에 의한 굴절율의 변화는 결국값과 비례하는 관계임을 알 수 있다.
비선형 계수의 실수부가 양인 경우는 3차 비선형 물질이 볼록렌즈 역할을 하게 되어 3차 비선형 물질을 통과한 빛이 집속작용(focusing)되는 자기 집속(self-focusing)효과를 보이고, 실수부가 음인 경우는 3차 비선형 물질이 오목렌즈 역할을 하게 되어 3차 비선형 물질을 통과하는 빛이 퍼지는(defocusing) 효과를 보인다.
그리고, 비선형 계수의 허수부가 양인 경우는 빛의 휘도(intensity)가 클수록 흡수율이 늘어나는 성질을 가지고 있고, 허수부가 음인 경우는 빛의 휘도(intensity)가 클수록 흡수율이 줄어드는 성질을 가진다.
즉, 계수가 음인 경우 과포화흡수(saturable absorption)성질을 나타내는 자기 집속효과를 보이고 양인 경우는 퍼지는(defocusing) 효과를 보인다.
비선형물질의 이러한 자기 집속효과를 이용하여 빔을 회절한계 이하로 집속하여 고밀도 기록에 응용할 수 있다.
이와 같이 3차 비선형 물질을 이용한 종래의 상변화형 광디스크의 구조는 도 1과 같다.
여기서, 3차 비선형 물질은 3차 비선형 계수의 실수부가 양이어서 자기 집속에 의해 자체 렌즈역할을 하는 물질이거나,의 허수부가 음이어서 과포화 흡수(saturable absorption)에 의한 초해상(super-resolution)효과를 나타내는 물질을 사용하였다.
의 실수부가 양이어서 자기 집속을 나타내는 물질로는 InSb, a-As2S3, a-Si 등이 알려져 있다.
이 외에 몇 가지 유기물도 알려져 있다.
의 실수부가 음이어서 과포화 흡수를 나타내는 물질은 대개 포토 블리처블 다이(Photo-Bleachable-Dye : PBD)로 알려져 있는 유기색소들이다.
그 외에 최근에 Sb 박막도 과포화흡수와 비슷한 원리로 초해상(super-resolution)이 가능하다고 보고되어 있다.
이와 같이 종래에는 자기 집속을 이용하는 경우이든 PBD 등에 의한 과포화 흡수를 이용하는 경우이든 모두 원래 레이저 빔의 빔 프로파일보다 더 샤프(sharp)한 빔 프로파일을 만듦으로써, 기록막에 작은 기록마크를 기록한다.
본 발명의 목적은 비정질 또는 다결정 GaN 박막을 포함하는 질화갈륨 화합물의 3차 비선형 물질을 이용하여 회절 한계 이상의 고밀도 기록이 가능한 광 기록 매체를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광 기록 매체를 보여주는 구조단면도
도 2 및 도 3은 본 발명 제 1, 제 2 실시예에 따른 광 기록 매체를 보여주는 구조단면도
본 발명에 따른 광 기록 매체는 기판 위에 형성되는 보호막과, 보호막 위에 형성되고 비정질 또는 다결정 질화갈륨 화합물로 이루어진 과포화흡수막과, 과포화흡수막 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록막으로 구성된다.
여기서, 기록막과 과포화흡수막 사이에는 보호막이 형성되고, 기록막 위에는 보호막 및 반사막이 순차적으로 형성될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 블루 대역에서 3차 비선형 효과가 나타나는 GaN 박막을 이용하므로 블루 대역에서 더욱 고밀도 기록이 가능하다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 개념은 비정질 또는 다결정 GaN 박막을 포함하는 질화갈륨 화합물의 3차 비선형 효과를 이용하여 고밀도의 광 디스크를 구현하는데 있다.
즉, 비정질(amorphous) 또는 다결정(polycrystal) GaN 박막의과포화흡수(saturable absorption) 성질을 이용하여 회절 한계 이상으로 고밀도 기록을 하는 것이다.
본 발명에서 사용하는 3차 비선형 물질인 GaN은 여러 가지 방면에서 다양하게 이용되어 왔는데, 그 응용 분야는 블루(blue) 대역 LED(Light Emitting Diode), 블루 대역 LD(Laser Diode) 등이다.
그러나, 이러한 응용 분야는 GaN의 3차 비선형성을 이용한 것이 아니라, 3.2eV인 GaN의 단결정 밴드 갭(band gap)을 이용한 발광 소자에 주로 응용되었다.
또한, GaN이 발광 소자에 응용되는 경우에는 제조가 매우 어렵고, 고가 장비인 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 등으로만 성막이 가능하였다.
그러나, 본 발명에서는 GaN 박막의 3차 비선형 효과(과포화흡수 효과)를 이용하여 상변화 디스크의 고밀도 기록에 응용하는 것이다.
이와 같이, GaN 박막을 상변화 디스크에 응용하면, 비정질 또는 다결정 GaN 박막은 저가이면서 간단한 성막장치인 스퍼터(sputter) 장치로 성막이 가능하다.
또한, GaN은 밴드 갭이 3.2∼3.4eV(다결정의 경우)인 약 400nm 블루 대역이므로 3차 비선형성도 블루 대역의 광에서 크다.
따라서, 향후 블루 대역의 레이저에서 더욱 큰 기록 밀도를 얻을 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명 제 1 실시예에 따른 상변화형 광 디스크를 보여주는 구조단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 기판상에 제 1 보호막, 비정질 또는 결정질GaN으로 이루어진 과포화흡수막, 제 2 보호막, 기록막, 제 3 보호막, 반사막이 순차적으로 형성된 구조로 이루어진다.
제 1 실시예의 제조 공정은 다음과 같다.
폴리카보네이트(polycarbonate), PMMA(polymethylmethacrylate), 유리(glass) 등 투명한 물질로 이루어진 기판 위에 박막을 성막하여 디스크를 제조하는데, 박막 성막방법으로는 스퍼터링(sputtering), CVD(chemical vapor deposition), e-빔 증착(e-beam deposition) 등 일반적인 박막 성막장치가 사용될 수 있다.
먼저, 기판 위에 제 1 보호막을 입힌다.
이때, 보호막으로는 사용되는 레이저의 파장대에서 투명한 유전체 물질을 사용하는데, ZnS-SiO2, SiO2, Si3N4, Al2O3등이 있다.
이어, 제 1 보호막 위에 비정질 또는 결정질 GaN으로 이루어진 과포화흡수막을 성막한다.
여기서, 비정질 또는 결정질 GaN 박막용 타겟은 GaN, Ga, GaAs 등이고, Ga, GaAs 타겟의 경우는 N2프로세스(process) 가스로 반응성 스퍼터링(reactive sputtering)하면 GaN 박막을 얻을 수 있다.
그리고, 과포화흡수막 위에 제 1 보호막과 동일한 물질 또는 다른 물질로 제 2 보호막을 도포한다.
이어, 제 2 보호막 위에 기록막을 성막한다.
여기서, 기록막은 Ge2Sb2Te5, Ge1Sb4Te7, Ge1Sb2Te4, AgInSbTe 합금, GeTe 합금, SbTe 합금 등 비정질과 결정질의 반사계수(refractive index) 차이가 큰 물질은 다 사용 가능하다.
그리고, 이 기록막 위에 제 1 또는 제 2 보호막의 물질과 같거나 다른 유전체 물질로 제 3 보호막을 성막하고, 제 3 보호막층 위에 반사막을 성막하여 디스크를 제작을 완료한다.
여기서, 반사막은 Al 합금(Al-3% Cr, Al-2% Ti 등), Au, Ag, Cu 등 열전도율이 좋고 반사도가 높은 금속 물질을 사용한다.
본 발명 제 1 실시예의 구체적인 구현 예는 다음과 같다.
먼저, 랜드/그루브(land/groove)가 있는 폴리카보네이트 기판 위에 ZnS-SiO2유전체 박막을 RF 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)으로 성막한다.
그리고, 기판 그 위에 GaN 박막을 RF 마그네트론 스퍼터링으로 성막하고, 다시 ZnS-SiO2유전체 박막을 동일한 방법으로 성막한다.
그 위에 Ge2Sb2Te5기록막을 DC 마그네트론 스퍼터링으로 성막하고, 다시 ZnS-SiO2유전체 박막을 성막한다.
이어, 그 위에 Al-3% Cr 박막을 DC 마그네트론 스퍼터링으로 성막하고, 다시 스핀-코팅으로 UV-레진(resin) 보호막을 입혀 제작한다.
이러한 구조 이외에도 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 보호막만이 생략된 구조로 이루어질 수 있다.
이 경우, 각 층의 재료는 제 1 실시예와 같은 재료를 사용한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 3차 비선형 효과가 현저히 큰 GaN 박막을 이용하여 고밀도 상변화형 디스크를 구현하는 것이다.
특히, 블루 대역에서 3차 비선형 효과가 나타나므로 향후 블루 대역에서 기록할 때, 더욱 고밀도로 기록할 수 있다.
따라서, 본 발명은 향후 블루 대역 기록이 사용화될 때, 초고밀도 상변화 디스크를 구현할 수 있게 한다.
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 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (3)

  1. 기판 위에 형성되는 보호막;
    상기 보호막 위에 형성되고, 비정질 또는 다결정 질화갈륨 화합물로 이루어진 과포화흡수막; 그리고,
    상기 과포화흡수막 위에 형성되어 정보를 기록하는 기록막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 기록 매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기록막과 과포화흡수막 사이에는 보호막이 형성되는 것을 특징으로 하는 광 기록 매체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기록막 위에는 보호막 및 반사막이 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 기록 매체.
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