KR20020000630A - 소거가능성이 증가되는 광 기록 매체 - Google Patents

소거가능성이 증가되는 광 기록 매체 Download PDF

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오브신스키스탠포드알.
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마빈 에스. 시스킨드
에너지 컨버젼 디바이시즈, 아이엔씨.
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Abstract

광 기록매체는 1개 또는 그 이상의 기록층(30)을 구비한다. 기록층들(30) 중에서 적어도 한 개의 기록층은 광학 상변화 메모리 물질을 포함하고, 광학 상변화 메모리 물질은, 광학 상변화 합금과, 상변화 합금에 첨가되어 광 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시키는 적어도 한가지 변형제 성분을 포함한다.

Description

소거가능성이 증가되는 광 기록 매체{OPTICAL RECORDING MEDIA HAVING INCREASED ERASABILITY}
용융제거되지 않는(non-ablative) 광학 상변화 데이터 저장 시스템은, 광 에너지의 인가에 의해 적어도 2가지 검출가능한 상태 사이에서 전환가능한 광학 상변화 메모리 물질에 정보를 기록한다. 광학 상변화 메모리 물질은, 일반적으로 광학 상변화 메모리 물질이 기판에 의해 지지되고 보호제(encapsulant)에 의해 보호되도록 하는 구조를 갖는 광 기록매체 내부에 포함된다. 광 기록매체의 경우에, 보호제는, 예를 들어 융제방지(anti-ablation) 물질 및 층, 단열 물질 및 층, 반사방지 물질 및 층, 반사층과, 화학 절연층을 구비한다. 더구나, 다수의 층이 이들 기능 중에서 두가지 이상을 수행할 수 있다. 예를 들면, 반사방지층은 융제방지층과 단열층일 수도 있다. 광학 상변화 메모리 물질의 층 또는 층들을 포함하는 이들 층의 두께는, 상태 변화를 달성하는 것 이외에, 광학 상변화 메모리 물질의 높은 콘트라스트비, 높은 반송파대 잡음비(carrier-to-noise ratio)와 높은 안정성을 최적화하는데 필요한 에너지를 최소화하도록 조정된다.
광 기록매체의 형성은, 예를 들어 증착, 화학기상증착 및/또는 플라즈마 증착에 의해 개별 층들을 적층하는 과정을 포함한다. 본 명세서에서, 플라즈마 증착은 스퍼터링, 글로 방전 및 플라즈마 보조 화학기상증착을 포함한다.
광학 상변화 물질은, 광 에너지의 인가에 의해 한가지 검출가능한 상태로부터 다른 검출가능한 상태 또는 상태들로 전환가능하다. 상변화 변화가능한 물질의 상태는, 예를 들어 굴절률, 광 흡수, 광 반사율 또는 이들의 조합과 같은 특성에 의해 검출가능하다. 텔루르 기재의 물질은, 데이터 저장용의 상변화 물질로 사용되어 왔는데, 이때 변화는 반사율과 같은 물리적 특성의 변화에 의해 입증된다. 텔루르 기재의 상태 변화가능한 물질은, 일반적으로 단일상 또는 다중상의 시스템에 해당한다. 이와 같은 물질의 정렬 현상은, 정렬이 되지 않은 물질의 시스템을 정렬된 물질과 정렬되지 않은 물질로 이루어진 시스템으로 변환하기 위한 핵형성 및 성장 과정(동종 및 이종 핵형성의 양쪽 또는 어느 한쪽을 포함한다). 유리화(vitrification) 현상은, 정렬되지 않은 물질과 정렬된 물질의 시스템을 매우 정렬되지 않은 물질의 시스템으로 변형하기 위해 상변화가능한 물질의 고유동성 상태와 신속한 급냉(quenching)을 얻는 과정을 포함한다. 상기한 상변화와 분리는, 상의 긴밀한 연동과 전체적인 구조적 차이를 갖고, 비교적 작은 거리에 걸쳐 발생하며, 화학양론의 국부적인 변동에 매우 민감하게 영향을 받을 수 있다. 본 발명은 고유동성 상태를 통과함으로써 고속의 변형을 제공한다. 이와 같은 고유동성 상태는 상대적인 정렬도를 갖는 한가지 상태로부터 다른 상태로의 고속의 변형을 허용한다. 고유동성 상태는, 구체적으로는 용융된 상태에 해당하는 것이 아니라, 더욱정확하게는 높은 시스템 유동성을 갖는 상태에 해당한다.
일반적으로, 레이저는 광 에너지를 공급하는데 사용되어, 광학 상변화 메모리 물질에서 비정질과 결정 상태 사이의 상전이를 일으킨다. 메모리 물질에 인가된 에너지의 양은 레이저의 전력 이외에 레이저 펄스가 인가된 기간의 함수이다. 본 명세서에서, 결정화 에너지는 메모리 물질의 비정질 영역을 충분히 재결정화하는데 필요한 단위 부피당 에너지의 양으로 정의된다. 결정화 에너지는, 결정화 과정 동안 핵형성을 위해 필요한 에너지를 포함한 다수의 인자에 의존한다.
결정화 에너지가 너무 높으면, 물질을 비정질 상태로부터 결정 상태로 변환하기 위해 메모리 물질이 더 높은 전력의 레이저 펄스나 더 긴 레이저 펄스에의 노출을 필요로 한다. 한가지 또는 그 이상의 변형제 성분의 첨가를 통해 상변화 메모리 물질의 결정화 에너지를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 광 기록매체의 소거성을 증가시키는 것도 바람직하다.
발명의 요약
본 발명의 한가지 목적은 에너지 요구사항이 줄어든 광 저장매체를 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 향상된 소거성을 갖는 광 기록매체를 제공함에 있다.
본 발명의 이들 목적과 또 다른 목적은, 1개 또는 그 이상의 기록층을 구비하되, 이 기록층들 중에서 적어도 한 개의 기록층이, 광학 상변화 합금과, 상변화 합금에 첨가되어 광 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시키는 적어도 한가지 변형제 성분을 포함한 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 광 기록매체에 의해 충족된다.
또한, 본 발명의 이들 목적과 또 다른 목적은, 광 기록매체에 대해 광학 데이터를 판독, 기록 및 소거하는 광학 헤드를 갖는 광학 구동수단을 구비하되, 광 기록매체가 1개 또는 그 이상의 기록층을 구비하며, 이 기록층들 중에서 적어도 한 개의 기록층이, 광학 상변화 합금과, 광학 상변화 합금에 첨가되어 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시키는 적어도 한가지 변형제 성분을 포함한 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템에 의해 충족된다.
본 발명은 일반적으로 광 기록매체에 관한 것으로, 특히 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 기록층을 갖는 광 기록매체에 관한 것이다.
도 1은 다층 광 디스크의 단면의 개략적인 도면을 나타낸 것이다.
본 발명에서는, 광학 상변화 합금과, 광학 상변화 합금에 첨가되는 적어도 한가지의 변형제 성분을 포함한 광학 상변화 메모리 물질이 개시된다. 일반적으로, 본 발명의 광학 상변화 합금은, (1) 비정질 상태와 결정 상태를 갖고, (2) 광 에너지에 응답하여 비정질 상태와 결정 상태 사이에서 전환될 수 있으며, (3) 비정질 상태와 결정 상태 사이에서 전환될 때, 굴절률, 광 흡수 또는 광 반사율에서 검출가능한 변화를 겪는 임의의 물질일 수 있다. 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질은, 광학 상변화 합금에 적어도 한가지의 변형제 성분을 첨가하여 변형된 물질을 형성함으로써, 상기한 상변화 합금을 변형하여 형성된다. 적어도 한가지 변형제 성분의 첨가에 의해 변형되어 광학 상변화 메모리 물질을 형성하는 상변화 합금을 본명세서에서는 "해당 미변형된 상변화 합금"으로 칭한다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질은, 광학 상변화 합금과, 광학 상변화 합금에 첨가되는 적어도 한가지의 변형제 성분을 포함한다. 바람직하게는, 광학 상변화 합금에 첨가되었을 때, 변형제 성분은 광학 상변화 합금의 결정화 에너지를 적어도 5% 만큼 감소시킨다. 더욱 바람직하게는, 광학 상변화 합금에 첨가되었을 때, 변형제 성분은 광학 상변화 합금의 결정화 에너지를 적어도 10% 만큼 감소시킨다. 즉, 광학 상변화 메모리 물질은, 대응하는 상변화 합금의 결정화 에너지보다, 바람직하게는 적어도 5% 낮은, 더욱 바람직하게는 적어도 10% 낮은 결정화 에너지를 갖는다.
본 명세서에서, "결정화 에너지"는 상변화 물질의 비정질화된 부피를 충분히 재결정화하기 위한 단위 부피당 에너지 양에 해당한다. 일정한 부피의 상변화 물질을 결정화하는데 필요한 에너지는 전력 P와 펄스폭 W를 갖는 레이저 빔 펄스에 의해 공급될 수 있다. 비정질화된 부피에 전달되는 에너지의 양 E는 P x W이다. (1) 본 발명의 상변화 메모리 물질과 (2) 해당 미변형된 상변화 합금 사이의 결정화 에너지의 차이 백분율은, (1) 및 (2)의 시료 부피를 전력 P와 펄스폭 W를 갖는 레이저 빔으로 조사하고 이들 시료의 광 반사율을 측정함으로써, "정적" 테스트 조건에서 측정될 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질은, 광학 상변화 합금과, 이 상변화 합금에 첨가된 적어도 한가지의 변형제 성분을 포함한다. 본 발명에서는, 1개 또는 그 이상의 기록층을 구비한 광 기록매체가 개시된다. 이들 기록층중에서 적어도 한 개의 기록층은 전술한 광학 상변화 메모리 물질을 포함한다(즉, 광학 상변화 메모리 물질은 광학 상변화 합금과, 상변화 합금에 첨가된 적어도 한가지의 변형제 성분을 포함한다). 본 발명의 일 실시예에 있어서, 각각의 기록층은 전술한 광학 상변화 메모리 물질을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 광 기록매체는, 각각의 기록층이 해당 미변형된 광학 상변화 합금으로부터 형성된 (동일한 구조를 갖는) "미변형된" 광 기록매체의 소거성보다 적어도 3 dB 큰 소거성을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 광 기록매체는 미변형된 광 기록매체의 소거성보다 적어도 5 dB 큰 소거성을 갖는다. 전술한 특성값을 갖는 어떤 광 기록매체도 본 발명의 범주에 속한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 광 기록매체는 한 개의 기록층을 갖는다. 이 기록층은 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질(즉, 적어도 한가지의 변형제 성분의 첨가로 변형된 광학 상변화 합금)로부터 형성된다. 바람직하게는, 이와 같은 광 기록매체는, 기록층이 해당 미변형된 상변화 합금으로 형성된 (동일한 구조를 갖는) "미변형된" 광 기록매체의 소거성보다 적어도 3 dB 큰 소거성을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 이 광 기록매체의 소거성은, 미변형된 광 기록매체의 소거성보다 적어도 5 dB 크다. 전술한 특성값을 갖는 어떤 광 기록매체도 본 발명의 범주에 속한다.
또 다른 실시예에 있어서, 본 발명의 광 기록매체는 2개 또는 그 이상의 기록층을 갖는다. 이들 기록층 중에서 적어도 한 개의 기록층은 본 발명에서 개시된 광학 메모리 물질(즉, 적어도 한가지의 변형제 성분의 첨가로 변형된 광학 상변화 합금)을 포함한다. 바람직하게는, 이와 같은 광 기록매체는, 각각의 기록층이 해당미변형된 상변화 합금으로부터 형성된 "미변형된" 광 기로개체의 소거성보다 적어도 3dB 큰 소거성을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 이 광 기록매체의 소거성은, 미변형된 광 기록매체의 소거성보다 적어도 5 dB 크다. 전술한 특성값을 갖는 어떤 광 기록매체도 본 발명의 범주에 속한다.
본 발명에서, "소거성"은 광 기록매체의 기록된 신호의 반송파대 잡음비("기록 CNR")와 소거 후의 반송파대 잡음비("소거" CNR)의 차이로서 정의된다(즉, 소거성 = 기록 CNR - 소거 CNR). 기록 CNR은 기록매체의 잡음 레벨의 전력에 대한 기록매체 상에 기록된 반송파 주파수 신호의 전력의 비율에 해당한다. 이것은 통상적으로 다음과 같이 표현된다: 기록 CNR = 20*log10(기록된 신호의 rms 전압/rms 잡음 전압). 소거 CNR은, 신호가 기록된 기록매체의 부분이 소거 과정을 겪은 후에 기록매체에 기록된 신호의 반송파대 잡음비에 해당한다.
기록 CNR과 소거 CNR의 값은 사용된 기록 전력 PW에 따라 변화한다. 따라서, 소거성 측정값도 기록 전력 PW에 따라 변한다. 전술한 것과 같이, 광학 상변화 합금에의 변형제 성분의 첨가는 광 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시킨다. 이와 같은 3 dB(또는 그 이상)의 증가는, 적어도 "임계 전력" Pthreshold와 "융제 전력(ablation power)" Pablation사이의 값을 갖는 일부의 기록 전력 PW에서 발생한다. 본 발명에서, 임계 전력 Pthreshold는, 그 값 아래에서는, 잡음과 구별할 수 있는 측정가능한 기록신호가 존재하지 않는 전력으로 정의된다. 본 발명에서, 융제 전력Pablation은, 그 값 위에서는, 물질이 용융제거되기 시작하여 기능을 하지 못하게 되는 전력으로 정의된다. 바람직하게는, 소거성 측정은 "최적 기록 전력" Popt에서 행해진다. 소거성 측정이 행해질 수 있는 광 기록 전력 Popt의 예는, 제 2 고주파 기록 CNR이 최소가 되는 기록 전력이다.
광 기록매체의 구조에 대해 다양한 예가 존재한다. 한가지 형태의 광 기록매체에서는, 기록층이 제 1 유전층과 제 2 유전층 사이에 삽입된다. 이와 같은 형태의 광 기록매체의 일 실시예에 있어서, 광 기록매체는, 적어도 기판과, 기판 위에 적층된 제 1 유전층과, 제 1 유전층 위에 적층된 기록층과, 기록층 위에 적층된 제 2 유전층을 구비한다. 다층 광 기록매체의 일례를 도 1에 도시하였다. 이 예에서, 저장매체(1)는, 기판(10)과, 기판(10) 위에 적층된 제 1 유전층(20)과, 제 1 유전층(20) 위에 적층된 기록층(30)과, 기록층 위에 적층된 제 2 유전층(40)과, 제 2 유전층(40) 위에 적층된 반사층(50)과, 제 2 유전층 위에 적층된 보호 코팅층(60)을 구비한다. 기판은 폴리카보네이트 또는 다른 유사한 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 기판(10)은 대체로 광학적으로 불변이고, 대체로 광학적으로 등방성을 갖는 투명한 시이트이다. 바람직한 두께는 약 0.6mm 내지 약 1.2mm이다. 기판(10)은 통상적으로는 주입성형되지만, 다른 방법으로 형성될 수 있다. 레이저 발생원에 의해 전달된 빛을 안내하기 위해 복수의 그루브(groove)가 기판 내부에 배치될 수 있다. 이들 그루브는 기판(10) 내부에 중합되거나, 몰딩되거나, 주입성형되거나, 주조될 수 있다. 바람직하게는, 이들 그루브의 두께는 약 200 내지 약 1000 옹스트롬의 범위에 놓일 수 있다.
제 1 및 제 2 유전층(20, 40)은 기록층(30)을 사이에 끼운다. 제 1 및 제 2 유전층(20, 40)의 주 기능은, 광원의 반사율을 최적화하여 상기한 광원으로부터 메모리 물질로 전달된 광 에너지의 양을 최대화하는 것이다. 최적화에는, 제 1 및 제 2 유전층(20, 40)의 "광학 두께"애 대한 적절한 선택을 필요로 한다. 물질의 층의 광학 두께는 그 물질의 굴절율에 그 층의 물리적 두께를 곱한 값으로 정의된다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 유전층은 1.5 내지 2.5의 광학 굴절률을 갖는 유전물질로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 굴절률은 2.0 내지 2.0의 값에서 선택된다. 제 1 및 제 2 유전층으로 사용될 수 있는 물질은, 산화 게르마늄(GeO2), 이산화 실리콘(SiO2), 황화 아연(ZnS), 이산화 알루미늄, 산화 티타늄 및 질화 실리콘을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 물질은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 기록층(30)으로의 확산을 피하기 위해, 이들 유전층(20, 40)의 한 개 또는 모두는 층이 형성되거나 단계적으로 형성(graded)될 수 있다.
제 1 및 제 2 유전층(20, 40)은, 광원의 반사율을 최적화하는 것 이외에, 기록층(30)을 단열시키는 수단을 제공한다. 그러나, 이들 층은 메모리 물질을 화학적으로 변화시킬 수 있는 약품이 기록층(30)으로 침투하는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다. 더구나, 이들 층은, 기록 또는 소거 과정중에 메모리 물질이 광원에 의해 가열될 때, 기판(10)이 변형되는 것을 방지할 수도 있다.
반사층(50)은 제 2 유전층(40)의 위에 적층될 수 있다. 반사층(50)은 메모리층으로 들어가는 반사된 빛의 양을 증가시킨다. 또한, 이것은 근속 냉각을 촉진하는 방열체(thermal sink)를 제공함으로써 메모리층의 열적 환경에도 영향을 미친다. 일반적으로, 반사층은 박막 금속으로 형성된다. Al, Au, Ag, Pt, Cu, Ti, Ni, Pd 또는 이들의 합금과 같은 고반사율의 물질이 바람직하다. 반사층은 바람직하게는 약 30 내지 약 150 nm 두께를 갖는다. 반사층은 바람직하게는 스퍼터링과 증발과 같은 물리적 증착방법에 의해 형성된다.
긁힘 방지와 부식 방지를 증진시킬 목적으로, 반사층(50) 위에 보호층(60)이 적층될 수 있다. 이 보호층은 바람직하게는 아크릴레이트와 같은 유기 물질로 형성된다. 더욱 바람직하게는, 보호층(60)은 방사선(통상적으로 전자 방사선 및 자외 방사선)에의 노출에 의해 경화되는 방사선 경화 화합물 및 조성물로부터 형성된다. 보호층(60)은 바람직하게는 약 0.1 내지 약 15 마이크로미터의 두께를 갖는다. 이 층은 스핀 코팅, 그라비어(gravure) 코팅 또는 분사 코팅을 포함하는 통상적인 코팅법 중에서 임의의 바람직한 한가지를 사용하여 형성될 수 있다.
광 기록매체의 구조의 또 다른 실시예에 있어서, 광 기록매체는, 저어도 기판, 제 1 보호층, 기록층과 제 2 보호층을 구비할 수 있다. 이와 같은 형태의 다층 구조의 예는 U.S. 특허 제 5,063,097호에 기재되어 있으며, 이것의 발명내용은 참조를 위해 본 명세서 내부에 통합된다. 광 기록매체의 구조의 또 다른 실시예에 있어서, 기록매체는 적어도 기판, 하부 유전층, 기록층, 제 1 상부 유전층 및 제 2 상부 유전층을 구비할 수 있다. 이와 같은 형태의 다층 구조는 U.S. 특허 제 5,498,507호에 기재되어 있으며, 이것의 발명내용은 참조를 위해 본 명세서 내부에통합된다. 광 기록매체의 구조의 또 다른 실시예에 있어서, 기록매체는 적어도 기판, 제 1 반사층, 제 1 유전층, 기록층, 제 2 유전층과 제 2 반사층을 구비할 수 있다. 본 발명의 광 기록매체는 한 개 또는 그 이상의 기록층을 구비한다. 본 발명의 광 기록매체는 1개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 2개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 3개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 4개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 5개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 6개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 7개의 기록층을 가질 수 있다. 광 기록매체는 8개의 기록층을 가질 수 있다. 본 발명의 광 기록매체는 8개보다 많은 기록층을 가질 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질은, 광학 상변화 합금과, 상변화 합금에 첨가된 적어도 한가지의 변형제 성분을 포함한다. 전술한 것과 같이, 본 발명의 광학 상변화 합금은, (1) 비정질 상태와 결정 상태를 갖고, (2) 광 에너지에 응답하여 비정질 상태와 결정 상태 사이에서 전환될 수 있으며, (3) 비정질 상태와 결정 상태 사이에서 전환될 때, 굴절률, 광 흡수 또는 광 반사율에서 검출가능한 변화를 겪는 임의의 물질일 수 있다.
바람직하게는, 변형제 성분은 V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Ta, W, Re, Os 및 Ir로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 변형제 성분은 Fe, Cr 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 변형제 성분은 Fe이다.
본 발명에서, 원소의 "원자 백분율"은, 광학 상변화 메모리 물질 내부에 있는 그 원소의 원자수당 백분율에 해당한다. 일 실시예에 있어서, 변형제 성분은, 변형제 성분의 원자 백분율이 0.06 내지 1.0의 값이 되도록 광학 상변화 합금에 첨가된다.
변형제 성분으로서 Fe가 사용될 때, Fe의 원자 백분율은 0.06 내지 1.0인 것이 바람직하고, Fe의 원자 백분율이 0.08 내지 0.8인 것이 더욱 바람직하며, 원자 백분율이 약 0.3인 것이 가장 바람직하다. 또 다른 실시예에 있어서, Fe의 원자 백분율은 약 0.1이다.
전술한 것과 같이, 물질의 결정화 에너지는 상변화 물질의 비정질화된 부피를 충분히 재결정화하는데 필요한 단위 부피당 에너지의 양에 해당한다. 결정화는 다음과 같은 2개의 기본적인 단계로 나뉜다: (1) 핵의 형성과 (2) 상기한 핵의 결정으로의 성장. 핵형성 공정은 동종 핵형성 또는 이종 핵형성일 수 있다. 일반적으로, 이종 핵형성을 위해 필요한 에너지의 양은 동종 핵형성을 위해 필요한 것보다 작다. 이론에 의해 구속되는 것은 원치 않지만, 변형제 성분은 광학 상변화 합금에 이종 핵형성 위치를 추가하는 것으로 생각된다. 이종 핵형성 위치의 추가는, 핵성형에 필요한 에너지의 양을 줄임으로써, 상변화 물질의 결정화 에너지를 줄인다. 더구나, 상변화 물질의 결정화 에너지의 감소는 상변화 물질을 사용하는 광 기록매체의 소거성을 증가시킨다. 약 0.06 이하의 원자 백분율에서는, 변형제 성분이 물질의 핵형성 특성에 유리하게 영향을 미치는데 충분한 이종 핵형성 위치를 제공하지 않으며, 약 1.0 이상의 원자 백분율에서는, 변형제 성분이 추가적인 유익한 영향을 미치지 않으며, 몇몇 경우에는 상변화 물질의 바람직한 특성에 악영향을 미칠 수 있는 것으로 생각된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광학 상변화 합금은 Ge, Sb 및 Te를 포함한다. 본 발명에서, 이것은 GeSbTe 상변화 합금으로 정의된다. 일 실시예에 있어서, Ge 원자대 Sb 원자대 Te 원자의 비율(즉, Ge:Sb:Te)은 "4:1:5 합금"을 형성하도록 약 4:1:5로 선택된다. 바람직하게는, 광학 상변화 합금은, GewSbxTey의 비율로 Ge, Sb, Te를 함유하는데 이때 36≤w≤42, 7≤x≤13 및 48≤y≤54이다. 더욱 바람직하게는, w+x+y=100%이다. 변형제 성분이 GeSbTe 상변화 합금에 첨가되어, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질을 생성한다.
또 다른 실시예에 있어서, 원자 Ge:Sb:Te의 비율은 "1:2:4 합금"을 형성하도록 약 1:2:4로 선택된다. 바람직하게는, 광학 상변화 합금은 GewSbxTey의 비율로 Ge, Sb, Te를 포함하는데, 이때 11≤w≤17, 25≤x≤31 및 53≤y≤59이다. 더욱 바람직하게는, w+x+y=100%이다. 변형제 성분이 GeSbTe 상변화 합금에 첨가되어, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질을 생성한다.
또 다른 실시예에 있어서, 원자 Ge:Sb:Te의 비율은 "2:2:5 합금"을 형성하도록 약 2:2:5로 선택된다. 바람직하게는, 광학 상변화 합금은 GewSbxTey의 비율로 Ge, Sb, Te를 포함하는데, 이때 19≤w≤25, 19≤x≤25 및 53≤y≤59이다. 더욱 바람직하게는, w+x+y=100%이다. 변형제 성분이 GeSbTe 상변화 합금에 첨가되어, 본 발명의 광학 상변화 메모리 물질을 생성한다.
변형제 성분 Fe는 광학 상변화 합금에 첨가되어, Ge, Sb, Te 및 Fe를 포함하는 광학 상변화 메모리 물질을 형성할 수 있다. 전술한 것과 같이, Fe의 원자 백분율은 바람직하게는 0.06 내지 1.0 퍼센트이며, 더욱 바람직하게는 0.08 내지 0.8 퍼센트이고, 가장 바람직하게는 약 0.3 퍼센트이다. 상기한 상변화 합금을 포함하는 광학 상변화 메모리 물질의 특정한 실시예는, (Ge39Sb10Te51)99.7Fe0.3, (Ge14Sb28Te56)99.7Fe0.3,(Ge22Sb22Te56)99.7Fe0.3을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 광학 상변화 합금은 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함한다. 본 발명에서, 이것은 GeSbTeSe 상변화 합금으로 정의된다. 참조를 위해 본 명세서 내부에 통합된 U.S. 특허 제 5,278,011호에 설명된 것과 같이, 원소 Se는 상변화 합금의 결정화 공정을 늦추어, 비정질 상을 형성하는 것을 더욱 용이하게 하는데 사용될 수 있다. Se는, 물질이 고유동성 상태로부터 완화되는 동안 그것의 최종 구조를 생성할 때, 유리화 공정 중에 결정 생성을 저해한다. 바람직하게는, Se는 Te를 치환하며, 결과적으로 얻어진 조성물의 약 5 내지 15 원자 백분율을 구성하도록 상변화 합금에 첨가된다. 더욱 바람직하게는, 셀레늄은 조성물의 약 5 내지 11 원자 백분율을 구성하도록 첨가된다. 가장 바람직하게는, 셀레늄은 조성물의 약 7 내지 10 원자 백분율을 구성하도록 첨가된다. 일 실시예에 있어서, 셀레늄은 조성물의 7 원자 백분율을 구성한다. 또 다른 실시예에 있어서, 셀레늄은 조성물의 약 8 퍼센트를 구성한다. 또 다른 실시예에 있어서, 셀레늄은 조성물의 약 9 퍼센트를 구성한다. 또 다른 실시예에 있어서, 셀레늄은 조성물의 약 10 퍼센트를구성한다.
셀레늄은 비정질 상태에서 결정의 생성을 저해한다. 약 15 원자 백분율보다 높은 Se의 농도를 갖는 조성물은 너무 낮은 결정화 속도를 갖는다. 더구나, 약 5 원자 백분율보다 낮은 Se의 농도를 갖는 조성물은, 결정상의 생성을 촉진하는 더 높은 결정화 속도를 가짐으로써, 비정질화를 위한 더 높은 전력을 필요로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서는, 전술한 4:1:5 합금에서 Te 대신에 5 내지 11 원자 백분율의 Se를 치환함으로써 광학 상변화 합금이 형성된다. 따라서, 상변화 합금은, 36≤w≤42, 7≤x≤13, 48≤y≤54 및 5≤z≤11인 GewSbxTey-zSez의 비율로 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, w+x+y+z=100%이다.
또 다른 실시예에 있어서는, 전술한 1:2:4 합금에서 Te 대신에 5 내지 11 원자 백분율의 Se를 치환한다. 상변화 합금은, 11≤w≤17, 25≤x≤31, 53≤y≤59 및 5≤z≤11인 GewSbxTey-zSez의 비율로 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, w+x+y+z=100%이다.
또 다른 실시예에 있어서는, 전술한 2:2:5 합금에서 Te 대신에 5 내지 11 원자 백분율의 Se를 치환한다. 상변화 합금은, 19≤w≤25, 19≤x≤25, 53≤y≤59 및 5≤z≤11인 GewSbxTey-zSez의 비율로 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, w+x+y+z=100%이다.
변형제 성분은 GeSbTeSe 상변화 합금에 첨가될 수 있다. 특히, Fe는 전술한광학 상변화 합금에 첨가되어, Ge, Sb, Te, Se 및 Fe를 함유하는 조성을 갖는 광학 상변화 메모리 물질을 생성할 수 있다. 바람직하게는, Fe의 원자 백분율은 0.06 내지 1.0이다. 더욱 바람직하게는, Fe의 원자 백분율은 0.08 내지 0.8이다. 가장 바람직하게는, Fe의 원자 백분율은 약 0.3이다. 또 다른 실시예에 있어서, Fe의 원자 백분율이 약 0.1이 되도록 Fe가 광학 상변화 합금에 첨가될 수 있다. 본 발명의광학 상변화 메모리 물질의 특정한 실시예는, (Ge39Sb10Te44Se7)99.7Fe0.3, (Ge22Sb22Te47Se9)99.7Fe0.3, (Ge14Sb28Te47Se9)99.7Fe0.3을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 광 데이터 저장 및 검색 시스템이 개시된다. 광학 데이터 저장 및 검색 시스템은, 광 기록매체에 대해 광학 데이터를 판독, 기록 및 소거하는 광학 헤드를 갖는 광학 구동수단을 구비한다. 광학 헤드는 레이저를 구비할 수 있다. 광학 헤드는, 광 기록매체에 데이터를 저장하거나 이 기록매체로부터 데이터를 소거하는데 사용된다. 이 기록매체는, 전술한 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 기록층을 갖는다. 광 기록매체는, 착탈가능하거나 착탈불가능할 수 있으며, 보호 카트리지 케이스에 수납되거나 독립(freestanding)될 수 있다(즉, 보호 케이스 내부에 수납되지 않을 수 있다).
실시예
기판, 기판 위에 형성된 제 1 유전층, 제 1 유전층 위에 형성된 기록층과,기록층 위에 형성된 제 2 유전층을 갖는 디스크 구조에 대해 실험을 수행하였다. 제 1 유전층, 기록층과 제 2 유전층은, 광 에너지의 발생원으로 사용된 레이저 빔의 780nm 파장의 1/4, 1/2 및 1/2와 동일한 광학 두께를 갖는다. 제 1 및 제 2 유전층은 ZnS와 SiO2의 혼합물로 형성된다. 디스크 반경은 3.207cm이고, 디스크 회전 속도는 29.8Hz이며, 디스크 선속도는 6m/s이고, 기록 전력은 2 내지 15 mW 사이에서 변하며, 기록 주파수는 4MHz이고, 펄스 폭은 100ns이며, 소거 전력은 5mW이고, 판독 전력은 1.499mW이다. 표 1은 2 내지 15 mW의 기록 전력대 기록 CNR, 소거 CNR 및 소거성(기록 CNR - 소거 CNR)을 나타낸 것이다. 표 1의 기록층은 조성 Ge40Sb10Te41Se9를 갖는 상변화 합금으로 형성된다. 또한, 표 2는 2 내지 15 mW의 기록 전력대 기록 CNR, 소거 CNR 및 소거성(기록 CNR - 소거 CNR)을 나타낸 것이다. 표 2에서, 광학 상변화 메모리 물질은 0.3%의 Fe가 첨가된 상변화 합금 Ge40Sb10Te41Se9으로 형성된다(따라서, 조성은 (Ge40Sb10Te41Se9)99.7Fe0.3이다). 표 3은 표 2 및 표 3의 소거성의 비교결과를 나타낸 것이다. 이와 같은 특정한 실시예에 있어서, 7 내지 13 mW의 기록 전력에 대해, 광학 상변화 합금과 0.3%의 변형제 성분 F를 포함하는 광학 상변화 물질로부터 형성된 기록층을 갖는 기록매체의 소거성은, 추가적인 변형제 성분이 없이 합금만으로 형성된 기록매체의 소거성에 비해 최소한 3 dB 커졌다는 점에 주목하기 바란다. 전술한 것과 같이, 7 내지 13 mW의 기록 전력은 임계 전력 Pthreshold보다 높으며, 융제 전력 Pablation보다 낮다.
상변화 메모리 물질이 G40Sb10Te41Se9인 경우
기록 전력 mW 기록 CNR dB 소거 CNR dB 소거성 dB3
2 10.3 9.0 1.3
3 10.1 9.9 0.2
4 10.4 9.0 1.4
5 9.0 9.0 0.0
6 31.0 18.5 12.5
7 36.2 24.6 11.6
8 37.9 19.0 18.9
9 39.6 21.5 18.1
10 41.2 24.5 16.7
11 40.7 28.7 12.0
12 42.8 30.7 12.1
13 42.2 33.3 8.9
14 42.5 35.3 7.2
15 43.2 35.6 7.6
상변화 메모리 물질이 (G40Sb10Te41Se9)99.7Fe0.3인 경우
기록 전력 mW 기록 CNR dB 소거 CNR dB 소거성 dB3
2 10.8 8.5 2.3
3 8.6 10.1 -1.5
4 9.5 10.3 -0.8
5 10.5 9.3 1.2
6 19.2 9.5 9.7
7 26.0 9.2 16.8
8 31.4 9.2 22.2
9 35.0 9.3 25.7
10 35.8 11.5 24.3
11 35.6 15.2 20.4
12 36.5 20.3 16.2
13 36.4 22.5 13.9
14 3.6 2.9 0.7
15 2.5 2.4 0.1
소거성 비교결과
기록 전력 mW 소거성(Fe 없음) 소거성(Fe 있음) 변화
2 1.2 2.3 1.1
3 0.2 -1.5 -1.7
4 1.4 -0.8 -2.2
5 0.0 1.2 -1.2
6 12.5 9.7 -2.8
7 11.6 16.8 5.2
8 18.9 22.2 3.3
9 18.1 25.7 7.6
10 16.7 24.3 7.6
11 12.0 20.4 8.4
12 12.1 16.2 4.1
13 8.9 13.9 5.0
14 7.2 0.7 -6.5
15 7.6 0.1 -7.5
본 발명을 바람직한 실시예 및 처리과정과 연계하여 설명하였지만, 본 발명을 전술한 실시예 및 처리과정에 제한하도록 의도된 것이 아니라는 것은 자명하다. 오히려, 다음에 첨부된 청구범위에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범주에 포함될 수 있는 모든 대안, 변형 및 균등물을 포괄하도록 의도된 것이다.

Claims (27)

1개 또는 그 이상의 기록층을 구비하되,
상기 기록층들 중에서 적어도 한 개의 기록층이,
광학 상변화 합금과,
상기 상변화 합금에 첨가되어 상기 광 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시키는 적어도 한가지 변형제 성분을 포함한 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은 동종 핵형성 위치를 제공하는 동종 핵형성제인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Ta, W, Re, Os 및 Ir로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은, Fe, Cr 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은 Fe인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 5항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분의 원자 백분율은 0.06 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 6항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분의 원자 백분율은 0.08 내지 0.8인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb 및 Te를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 8항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은, GewSbxTey의 비율로 Ge, Sb, Te를 포함하고, 원자 백분율 (w, x, y) 세트는 (36≤w≤42, 7≤x≤13, 48≤y≤54), (11≤w≤17, 25≤x≤31, 53≤y≤59) 및 (19≤w≤25, 19≤x≤25, 53≤y≤59)로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 10항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은, GewSbxTey-zSez의 비율로 Ge, Sb, Te, Se를 포함하고, 원자 백분율 (w, x, y, z) 세트는 (36≤w≤42, 7≤x≤13, 48≤y≤54, 5≤z≤11), (11≤w≤17, 25≤x≤31, 53≤y≤59, 5≤z≤11) 및 (19≤w≤25, 19≤x≤25, 53≤y≤59, 5≤z≤11)로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb 및 Te를 포함하고, 상기 적어도 한가지 변형제 성분은 0.06 내지 1.0의 원자 백분율을 갖는 Fe인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
제 1항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하고, 상기 적어도 한가지 변형제 성분은 0.06 내지 1.0의 원자 백분율을 갖는 Fe인 것을 특징으로 하는 광 기록매체.
광 기록매체에 대해 광학 데이터를 판독, 기록 및 소거하는 광학 헤드를 갖는 광학 구동수단을 구비하되,
상기 광 기록매체가 1개 또는 그 이상의 기록층을 구비하며,
상기 기록층들 중에서 적어도 한 개의 기록층이,
광학 상변화 합금과,
상기 광학 상변화 합금에 첨가되어 상기 기록매체의 소거성을 적어도 3 dB 만큼 증가시키는 적어도 한가지 변형제 성분을 포함한 광학 상변화 메모리 물질을 포함하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은 동종 핵형성 위치를 제공하는 동종 핵형성제인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은, V, Cr, Mn, Fe, Co, Mo, Ru, Rh, Ta, W, Re, Os 및 Ir로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은, Fe, Cr 및 Mo로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분은 Fe인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 18항에 있어서,
상기 적어도 한가지 변형제 성분의 원자 백분율은 0.06 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb 및 Te를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 20항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은, GewSbxTey의 비율로 Ge, Sb, Te를 포함하고, 원자 백분율 (w, x, y) 세트는 (36≤w≤42, 7≤x≤13, 48≤y≤54), (11≤w≤17, 25≤x≤31, 53≤y≤59) 및 (19≤w≤25, 19≤x≤25, 53≤y≤59)로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은 Ge, Sb, Te 및 Se를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 22항에 있어서,
상기 광학 상변화 합금은, GewSbxTey-zSez의 비율로 Ge, Sb, Te, Se를 포함하고, 원자 백분율 (w, x, y, z) 세트는 (36≤w≤42, 7≤x≤13, 48≤y≤54, 5≤z≤11), (11≤w≤17, 25≤x≤31, 53≤y≤59, 5≤z≤11) 및 (19≤w≤25, 19≤x≤25, 53≤y≤59, 5≤z≤11)로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 광학 데이터 저장매체는 독립적인 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 광학 데이터 저장매체는 상기 광학 구동수단 내부에 놓이고 착탈불가능한 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 14항에 있어서,
상기 광학 데이터 저장매체는 보호 카트리지 케이스 내부에 수납된 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
제 26항에 있어서,
상기 보호 케이스와 상기 수납된 광학 데이터 저장매체는, 그것의 능동적인 판독, 기록 및 소거를 위해 상기 광학 구동수단 내부에 놓이며, 운송을 위해 착탈가능한 것을 특징으로 하는 광학 데이터 저장 및 검색 시스템.
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