KR20030014651A - Ｗｏｒｍ 광 기록 요소 - Google Patents

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KR20030014651A
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올린조지러셀
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Abstract

WORM 광 기록 요소는 기판과 위상-전이 기록 층을 포함하되 위상-전이 기록 층은 SbaInbSncZndSieOfSh로 표현되는 조성물을 가지며 a>0, b>0, c>0, d>0, e>0, f>0, h>0 그리고 a+b+c+d+e+f+h=100이다.

Description

ＷＯＲＭ 광 기록 요소{PHASE-CHANGE RECORDING ELEMENT FOR WRITE ONCE APPLICATIONS}
본 발명은 특히 WORM(write-once read-many times)에 적합한 위상-전이 광 기록 요소(phase-change optical recording element)에 관한 것이다.
최근에 디지털 정보를 발행, 배포, 저장, 및 검색하는데 광 기록이 점점 더 사용되어왔다. 이것은 정보를 기록 또한/또는 판독하기 위해 레이저 빔을 보통 회전 디스크 형태의 광 기록 요소에 포커싱(focusing)함으로써 이루어진다.ROM(read-only memory) 포맷에 있어서, 정보는 요소(element)상의 부호화된 작은 피쳐(features) 형태로 공장에서 미리 제조되고, 레이저 빔은 그 정보를 되 판독(read-back)하는데 이용된다. 기록 가능 포맷에서, 레이저 빔은 다양한 물리적 기록 장치를 통해 작은 부호화된 마크를 생성하는데 이용된다. 이것은 사용자가 디스크에 그들 자신의 데이터를 기록할 수 있게 해준다. 몇몇 기록 물리적 메카니즘은 가역성이 있다. 기록된 마크는 삭제될 수 있고 반복적으로 재 생성될 수 있다. 이들 메카니즘을 이용하는 디스크는 소거 가능 또는 재 기록 가능 디스크로 불린다. 이들 물리적 메카니즘의 일부는 일 방향이고, 마크가 일단 만들어지면 그들은 탐지될 수 있는 명확히 식별가능한 트레이스(trace)를 남겨놓지 않은채 반전 또는 변경될 수 없다. 이러한 메카니즘을 이용하는 디스크는 WORM(Write-Once-Read-Many times) 디스크로 불린다. 이러한 각 포맷은 소정의 실용적인 응용에 적합하다.
최근에 WORM 디스크인 기록가능 콤팩트 디스크(CD-R)에 대한 인기는 WORM 디스크에 대한 강한 수요를 시사한다. WORM 디스크는 많은 응용에 적합하다. 이러한 응용의 일부에서, 데이터는 쉽게 탐지 가능한 트레이스를 남겨 놓지 않으면 콘텐츠에 대한 어떠한 변경도 불가능한 형태로 저장될 필요가 있다. 예를 들어, 이전에 기록된 데이터 위에 기록하려는 시도는 되-판독 데이터 지터(read-back data jitter)의 증가를 야기한다. 50%의 데이터 지터 증가는 쉽게 탐지가능하고 수정된 기록 요소를 식별하는데 이용될 수 있다. 변경 시도가 탐지되도록 하는 특징을 가진 기록 요소는 본 명세서에서 참-WORM(true-WORM)으로 지칭된다. 발행 및 데이터 배포 등과 같은 몇몇 다른 응용에서, 재기록성(rewriteability)은 불필요하고 더낮은 비용의 WORM 기록 요소가 요구된다. 게다가, 몇몇 다른 응용에 있어서 고속 기록과 같은, WORM 기록 요소의 일부 성능 장점은 재기록가능 요소보다 WORM을 선택하는데 있어서 결정적인 피쳐(feature)가 된다.
다수의 물리적 메카니즘이 WORM 기록에 사용되어 왔다. 제 1 실용적 WORM 광 기록 요소는, 펄스 레이저 빔이 기록 층에 물리적 피트(pits)를 생성하는데 사용되는 탈격 기록(ablative recording)을 이용한다. 이 메카니즘은 기록 요소가 공기 샌드위치형 구조(air-sandwiched structure)가 되어 기록 층 표면이 피트 형성 프로세스 동안 임의의 물리적 방해로부터 자유롭도록 해줄 것을 요구한다. 이것은 비용의 증가뿐만 아니라 기록 요소의 유용성(usefulness)을 엄격히 제한하는 다수의 바람직하지 못한 특성을 야기한다. 또 다른 메카니즘은 레이저 빔을 사용하여 상이한 층으로의 몇개 층의 화학적 상호 작용 혹은 퓨징(fusing)을 야기하는 것이다. 이 메카니즘은 상당히 높은 레이저 파워가 요구된다.
또 다른 접근 방식은 기록 층으로서 유기 염료(organic dye)를 사용하는 것이다. CD-R 디스크에서 성공적으로 사용됐을지라도, 이 메카니즘은 강한 파장 의존성이란 단점이 있다. 예를 들어, 650 nm에서 동작하는 DVD 장치에서 사용된 광 헤드는 780 nm의 CD 파장에 작동하도록 설계된 CD-R 디스크를 판독할 수 없다. 더 나아가, 염료-기반 기록 요소는 기록를 위해 더 많은 레이저 파워를 요구하고, 고속 기록을 지원하는 어려움을 가질 수도 있다.
더 바람직한 접근 방법은 비결정-결정 위상-전이 메카니즘(amorphous-crystalline phase-change mechanism)에 기반을 둔다. 위상-전이 물질은 시장에서DVD-RAM 및 DVD-RW로 소개된 재기록가능 DVD 디스크에 기초한다. 상이한 조성(composition)을 적절히 선택함으로써, 위상-전이 물질은 또한 WORM을 만들 수 있다. 위상-전이 기반 DVD-WORM 디스크는 재기록 DVD 디스크와 가장 유사한 특성을 가질 것이고, 그것은 재기록가능 디스크와 함께 동일한 제조 장비를 공유할 수 있다. 이들 양자는 매우 바람직하다. WORM 피쳐는 재기록될 수 없는 디스크를 요구하기 때문에, WORM에 대한 위상-전이 물질은 재기록가능 디스크에서 통상적으로 사용된 것과 다를 필요가 있다. 본 출원인에게 양도된 미국 특허 번호 제 4,904,577호, 제 4,798,785 호, 제 4,812,386 호, 제 4,865,955 호, 제 4,960,680 호, 제 4,774,170 호, 제 4,795,695 호, 제 5,077,181 호 그리고 제 5,271,978 호는 일회-기록 위상-전이 기록에 사용될 수 있는 다양한 합금을 개시한다. 이들 합금이 WORM 광 기록 요소를 제작하는데 이용될 경우, 기록 레이저 빔이 기록 위상-전이 물질의 분자 구조를 비결정 상태에서 결정 상태로 변화시키는데 이용된다. 통상적인 재기록가능 위상-전이 물질로부터 이들 합금을 구별하는 유일한 피쳐는 결정화 속도(crystallization rate)가 융융점 바로 아래의 상승된 온도(elevated temperature)에서 높고, 일단 물질이 결정화되면 실제로는 그 물질을 비결정 위상으로 반전하는 것은 불가능하다는 것이다. 그러므로 이들 합금에 기반을 둔 광학 요소는 참-WORM 특성을 가진다. 일단 데이터가 이들 요소에 기록되면, 그들은 탐지가능한 트레이스를 남겨두지 않으면 변경될 수 없다. 이러한 합금에 기반을 둔 광학 기록 요소, 특히 Sb100-m-nInmSnn기반 합금(m과 n은 합금에서의 In과 Sn 의 농도를나타냄)을 사용한 광학 기록 요소는 다른 WORM 광학 기록 요소에 비해 또 다른 장점을 가지고 있다. 그들은 안정적이며, 제조 비용을 극적으로 감소시키는 간단한, 단일-층 구성에 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 합금에 기반을 둔 기록 요소는 다소의 결점을 가진다. 주요 단점중에 하나는, 기록 밀도가 증가함에 따라 이러한 요소의 기록 성능이 저하된다는 것이 최근에 발견된 것이다.
디지털 세대로의 이동과 함께, 점점 더 많은 디지털 데이터가 매일 생성되고, 증가하는 이들 데이터 양을 저장해야하는 필요성도 증가한다. 그러므로 저장 장치의 밀도를 증가시킬 강한 필요성이 있다. 광학 기록 요소에 있어서, 이러한 밀도 증가는 정보의 저장을 위해 사용되는 피쳐 크기의 감소를 통해 주로 이루어진다. 피쳐 크기의 이러한 감소를 성취하기 위해, 레이저 파장은 감소되고 판독/기록 레이저 점의 크기를 감소시키 위해 초점 렌즈의 개구(aperture)의 수가 증가한다. 그러나, 작은 피쳐 크기를 지원하는 저장 매체의 용량은 보장되지 않는다. 탈격(ablative) 유형 매개체에 있어서, 탈격 마크 주위에 테두리가 종종 존재하여 작은 피쳐가 만들어지는 것을 물리적으로 방지한다. 위에서 설명된 Sb100-m-nInmSnn위상-전이 합금에 있어서, 기록된 크리스탈 마크가 더 작아질 때 노이즈는 증가한다. 이 노이즈 증가에 대한 메카니즘은 잘 이해되어 있지 않다. 전송 전자 마이크로그래프는 일반적으로 소수의 크리스탈 그레인(grains)으로 이루어진 이들 합금의 기록 마크를 도시하고, 이들 합금 막에서의 낮은 핵형성-사이트 밀도(nucleation-site density)를 제안한다. 낮은 핵형성 밀도는 더 낮은 기록 밀도에서는 문제를일으키지 않는다. 그러나, 기록 밀도가 증가할 경우, 마크는 더 작아지고 기록 레이저의 방사 시간 동안 적절한 핵형성의 가능성은 더 작아진다. 결과적으로, 기록된 마크는 덜 균일해지고 되 판독 지터는 증가한다. 산소(본 출원인에게 양도된 미국 특허 번호 제 5,271,978 호), 물, 질소, 또는 메탄(본 출원인에게 양도된 미국 특허 번호 제 5,312,664 호와 제 5,234,803 호)을 Sb100-m-nInmSnn합금에 추가시킴으로써 상황을 다소 개선시키나, 작은 마크 기록에는 여전히 문제가 있다.
Sb100-m-nInmSnn합금의 또 다른 결점은 합금의 높은 광 밀도이다. 소정의 응용에 있어서, 다-층 구조(multi-layer structure)를 구성하고, 기록 성능을 강화하기 위해 또는 기록 신호의 분극을 변경시키기 위해 광 간섭(optical interference)을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 위상-전이 기록 층, 유전체 층, 그리고 반사층을 포함하는 3-층 구조를, 또는 위상-전이 기록 층의 다른 면에 추가적인 유전체 층을 가진 4-층 구조를 이용할 수 있다. 광 간섭이 동작하려면, 상당한 양의 광이 위상-전이 층을 통해 전송되어야하고, 그러므로 위상-전이 층의 두께는 작아야한다. 요구되는 두께는 위상-전이 층의 광 밀도의 증가와 함께 감소한다. 비결정 위상에서의 3.0 보다 더 큰 광 상수 k의 허수 부분을 가진 Sb100-m-nInmSnn합금은 높은 광 흡수를 가지며 그 값은 물질이 결정화될 경우 더 높은 값으로 증가한다. Sb100-m-nInmSnn합금의 박막이 3-층 또는 4-층 기록 요소에 대한 기록 층으로서 사용되는 경우, 그것의 두께는 막의 화학적 안정성에 관련한 염려가 발생할 정도로 매우 작아야한다. 650 nm 파장에서의 동작에 대해, 예를 들어, 위상-전이 기록 층의두께는 10 nm 보다 작아야 할 필요가 있다. 유전체 층의 두께는 위상-전이 층의 광 밀도에 또한 의존적이며, 두께는 광 밀도가 증가함에 따라 증가한다. 유전체 층의 증착율은 합금의 증착율보다 더 작기 때문에, 상대적으로 두꺼운 유전체 층에 대한 필요성은 제조 산출량을 감소시키고 제품 비용을 증가시킨다. 또한 유전체 층에 대한 증착 프로세스는 합금에 대한 증착 프로세스보다 더 고온이고, 두꺼운 유전체 층에 사용된 장 시간의 증착은 기판의 원치않는 가열을 야기한다. Sb100-m-nInmSnn의 높은 광 밀도는 더 두꺼운 유전체 층의 사용을 또한 필요로한다.
더 나아가, 몇몇 응용에 있어서, 추적을 위한 차동-위상 검파 신호(differential-phase detection signal:DPD)를 사용하는 것이 필요하다. Sb100-m-nInmSnn합금을 사용하는 3-층 또는 4-층 기록 요소는 신뢰성 있는 추적에 대한 적절한 DPD 신호를 가지고 있지 않다.
그러므로 더 높은 기록 밀도를 지원하는 개선된, 위상-전이 기반의 WORM 기록 요소를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
더 안정적이고 제조하기 더 쉬운 3-층 또는 4-층 구조로 WORM 기록 요소를 구성하게 해주는 더 낮은 광 밀도를 가진 개선된, 위상-전이 물질을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
개선된 차동-위상 검파(DPD) 신호를 가진 개선된, 위상-전이 기반 WORM 기록요소를 제공하는 것 또한 본 발명의 또 다른 목적이다.
이러한 목적은 기판과 위상-전이 기록 층을 포함하는 WORM 광학 기록 요소를 사용함으로써 성취되고 여기서 위상-전이 기록 층은 SbaInbSncZndSieOfSh로 표현되는 구성을 가지며 a>0, b>0, c>0, d>0, e>0, f>0, h>0 그리고 a+b+c+d+e+f+h=100 이다.
도 1은 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 WORM 광학 기록 요소(10)의 단면도를 개략적으로 보여주되 요소가 단일 층 구조를 가지는 도면,
도 2는 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 또 다른 WORM 광 기록 요소(20)의 단면도를 개략적으로 보여주되 요소가 3중 층 구조를 가지는 도면,
도 3은 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 또 다른 WORM 광 기록 요소(30)의 단면도를 개략적으로 보여주되 판독/기록 레이저 빔이 요소의 앞 표면으로부터 비춰지는 도면,
도 4는 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 또 다른 WORM 광 기록 요소(20)의 단면도를 개략적으로 보여주되 요소가 4중 층 구조를 가지는 도면,
도 5는 본 발명에 사용된 바람직한 조성 범위를 도시하는 안티몬, 인듐, 주석의 3원 구성도,
도 6은 스퍼터링 속도 비율(R) 및 위상-전이 층 두께(T)에 대한 되 판독 데이터-대-클록 지터의 의존 관계를 도시하는 도면,
도 7은 스퍼터링 속도 비율(R) 및 위상-전이 층 두께(T)에 대한 되 판독 대비의 의존 관계를 도시하는 도면,
도 8은 스퍼터링 속도 비율(R) 및 위상-전이 층 두께(T)에 대한 DPD 추적 신호의 의존 관계를 도시하는 도면,
도 9는 스퍼터링 속도 비율(R) 및 ZnS:SiO2타겟에 대한 판독된 데이터-대-클록 지터의 의존 관계를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : WORM 광학 기록 요소11 : 기판
12 : 기록 층13 : 보호층
23 : 유전체 층24 : 반사 층
도 1은 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 WORM 광학 기록 요소(10)의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 매체(10)에 대해서, 위상-전이 기록 층(12)은 기판의 일면 상에 형성된다. 또한, 위상-전이 기록 층(12)의 표면 상에 형성되는 보호층(13)이 존재할 수 있다. 기판(11)은 알루니늄, 유리 같은 금속, 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 혹은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 같은 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있다. 위상-전이 기록 층(12)이 코팅되는 표면 상에는 가이드 홈(guide groove)이 구비되어 판독/기록 레이저 빔이 이를 따르도록 할 수 있다. 보호 층(13)은 UV-소성가능 래커(UV-curable lacquer)로 이루어질 수 있다. 알루미늄 같은 불투명한 기판이 사용되는 경우에 있어서, 판독/기록 레이저 빔이 기록 층(12)의 표면 상에 조사된다. 사용된 기판(11)이 투명한 경우에 있어서, 판독/기록 빔은 기록 막(12)의 표면 상에 또는 기판(11)을 통과하며 비춰질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 다른 WORM 광 기록 요소(20)의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(21), 위상-전이 기록 층(12), 유전체 층(23), 반사 층(24), 그리고 선택적인 보호 층(25)이 있다. 기판(21)은 유리 또는 폴리카보네이트 혹은 폴리메틸 메타크릴레이트 같은 플라스틱으로 이루질 수 있다. 위상-전이 기록 층(22)이 적용된 표면 상에 가이드 홈이 존재 할 수 있다. 유전체 층(23)은 실리콘 산화물 혹은 알루미늄 산화물 같은 산화물, 실리콘 질화물 혹은 알리미늄 질화물 같은 질화물, 아연 황화물 같은 황화물일 수 있다. 유전체 층(23)은 또한 ZnS 및 SiO2의 혼합물과 같은 상이한 물질의 혼합일 수 있다. 반사 층(24)은 Al, Ag, 혹은 Ti와 같은 금속 층일 수 있다. 보호 층(25)은 UV-소성가능 래커 층일 수 있다. 위상-전이 기록 층(22) 및 유전체 층(23)의 두께는 기록 성능과 기록 대비를 최적화하도록 선택된다. 예를 들어, 650 nm 레이저 파장 응용에 있어서, 본 발명을 따른 기록 층을 가진 위상-전이 기록 층(22)은 약 15nm의 두께를 가질 수 있다. 유전체 층(23)은 약 40nm의 두께를 가질 수 있다. 이 경우에 있어서, 기록된 마크는 기록되지 않은 영역보다 더 높은 반사성을 가지고 있다. 유전체 층(23)은 또한 약 70nm가 되도록 선택될 수 있고, 이 경우에 있어서 기록된 마크는 기록되지 않은 영역의 반사성보다 더 낮은 반사성을 가지고 있다.
도 3은 본 발명에 따라 만들어질 수 있는 또 다른 WORM 광 기록 요소(30)의단면도를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이 경우에 있어서 뒤를 잇는 기판(31) 위에 반사 층(32)이 도포되고, 이어서 유전체 층(32), 위상-전이 기록 층(34), 선택적인 보호 층(35)이 도포된다. 이 구성에 있어서, 층의 물질과 두께는 도 2의 것과 유사할 수 있으나, 기판 물질은 불투명할 수 있고 판독/기록 레이저 빔은 보호 층(35)을 통과하며 조사되거나, 혹은 보호 층(35)이 없을 경우 위상-전이 기록 층(34) 상에 직접 조사된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현이다. 이 구현에 있어서, 기록 요소(40)는 부가적인 유전체 층(42)을 제외하고는 도 2의 것과 유사하도록 구성된다. 기판(41)으로부터 시작해서, 유전체 층(42), 위상-전이 기록 층(43), 제 2 유전체 층(44), 반사 층(45), 그리고 선택적인 보호 층(46)이 존재한다. 판독/기록 동작은 투명 기판을 통해서 이루어진다. 부가적인 유전체 층(42)은 요구되는 특성을 얻기 위해 더 나아가 기록 요소의 광 및 열 특성을 최적화하기 위해 사용된다.
다른 기록 요소는 본 발명에 따른 기록 물질을 사용하여 구성될 수 있다. 기록 요소의 상세한 구성에 따라, 레이저-유도 위상 전이는 반사성의 증가, 반사성의 감소, 혹은 기록되지 않은 영역 주변으로부터 반사된 빔의 위상 전이를 유발할 수 있다.
본 발명에 따라, 이들 요소에서의 위상-전이 기록 층은 적어도 안티몬(Sb), 인듐(In), 아연(zinc), 황(S), 실리콘(Si), 산소(oxygen) 등으로 이루진다. 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,960,680 호는 Sb100-m-nInmSnn합금을 포함하는 WORM기록 요소의 구성을 개시하되, m과 n은 각각 원자 백분율(atomic percentages)로 표현되는, 합금에서의 In과 Sn의 농도이다. m과 n의 값은 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,960,680 호에 개시된 그리고 본 발명의 도 5 및 테이블 1에 도시된 바람직한 범위에서 합금이 조성되도록 선택된다. Sb100-m-nInmSnn합금은 다수의 바람직한 특성을 가지고 있고, 그것은 몇몇 상업 제품에서 성공적으로 사용되었다. Sb100-m-nInmSnn합금에 Zn, S, Si 및 O를 첨가함으로써 기록 성능의 상당한 개선이 있음을 예기치 않게 알게되었다. 이 개선은 3 층 및 4 층 요소에 대한 고밀도 기록, 낮은 광 밀도, 높은 DPD 추적 신호를 지원하는 성능을 포함한다.
통상적인 Sb100-m-nInmSnn합금 박막은 구조에서 비결정이다. 이러한 박막이 광 기록에 사용될 경우, 기록 레이저 빔은 비결정 위상을 결정 마크(marks)로 변형하는데 이용된다. 이들 기록 마크의 전송 전자 마이크로그래프(transmission electron micrographs)는 일반적으로 그들이 소수의 결정 그레인으로 구성되어 있음을 도시한다. 이것은 이들 합금막에 있어서 낮은 핵형성 사이트를 암시한다. 낮은 핵형성 밀도는 저밀도 기록에서는 문제가 되지 않는다. 그러나, 기록 밀도가 증가할 경우, 마크는 더 작아지고 판독 레이저의 조사 시간 동안 적절한 핵형성의 가능성은 더 작아진다. 결과적으로, 기록 마크가 덜 균일해지고 되 판독 지터(read back jitter)는 증가한다. 산소(본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 5,271,978 호), 물, 질소, 혹은 메탄(본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 5,312,664 및 제 5,234,803 호)을 Sb100-m-nInmSnn합금에 첨가함으로써 다소 상황을 개선하나, 작은 마크는 여전히 문제이다. 본 발명자는 Zn, S, Si, 및 O를 Sb100-m-nInmSnn합금에 첨가하는 것이 작은 마크 지터를 개선하는데 가장 효과적이라는 것을 알게되었다.
Zn, S, Si, 및 O를 Sb100-m-nInmSnn합금에 첨가하는 것은 여러 방법으로 행하여질 수 있다. 적어도 첨가의 효과를 연구하는데 있어서, 가장 편리한 방법 중에 하나는 코-스퍼터링(co-sputtering) 기술을 이용하여 기록 층을 준비하는 것이다. 기록 층은 두개의 타겟(하나는 Sb100-m-nInmSnn합금을 포함하고 다른 하나는 ZnS와 SiO2의 혼합물을 포함함)으로부터 스퍼터링(sputtering)에 의해 동시에 마련된다. 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,960,680 호에 개시되 바와 같이, Sb100-m-nInmSnn합금은 도 5에 도시된 다각형내의 조성을 갖도록 선택된다. ZnS와 SiO2는 위상-전이 기록 층을 제조하는데 통상 사용되는 유전 물질이다. 이러한 방식으로 마련된 기록 층의 구성은 식(Sb100-m-nInmSnn)100-x((ZnS)100-y(SiO2)y)x으로 표현될 수 있되, x는 유전체를 최종 합금에 혼합한 양의 측정치이고 y는 그 유전체의 조성을 나타낸다. 최종 합금의 조성은 두개의 타겟으로부터 상대적인 스퍼터링 속도를 변화시키는 것뿐만 아니라 초기 타겟의 조성을 변경함으로써 조정될 수 있다. 이후의 예로 설명되는 것처럼, 기록 성능의 개선은 큰 범위의 x와 y값에 걸쳐 보여진다.
코-스퍼터링된 위상-전이 막은 두 기판으로부터 나열된 모든 원자종(atomic species)의 혼합을 포함하는 구조에서 비결정이다. 본래의 ZnS, SiO2, 혹은(Sb100-m-nInmSnn)100-x항등식의 존재에 대한 증거가 없다. 그러므로, 본 발명자는 Zn, S, Si,및 O를 (Sb100-m-nInmSnn)100-x에 혼합하는 다른 방법이 또한 가능할 것이라고 예상한다. 본 발명자는 또한 Zn:S 혹은 Si:O의 다른 비율도 또한 효과적일 것이라고 예상한다. 그러나, ZnS, SiO2, Zn, Si를 혹은 O만 첨가하면 기록 성능에서 요구되는 개선을 생성하지 않지만, 부가된 요소들(elements) 사이에서는 상승 작용 효과가 있는 것으로 여겨진다. 그러므로 요구되는 위상-전이 기록 층은 포뮬러 SbaInbSncZndSieOfSh로 표현되며 a>0, b>0, c>0, d>0, e>0, f>0, h>0 그리고 a+b+c+d+e+f+h=100 이다.
작은 마크 기록 성능의 개선 외에, Zn, S, Si 및 O를 SbSnIn 합금에 첨가하는 것은 광 기록 요소 구성에 유익하게 사용될 수 있는 다른 변이를 야기한다. 첨가의 유익한 한가지 효과는 위상-전이 기록 층의 광 상수를 변경시키는 것이다. 3.0 이상의 흡광(extinction) 계수 k를 가진 SbSnIn 합금 박막은 광학적으로 조밀하다. Zn, S, Si 및 O의 첨가는 k의 큰 감소를 야기하고 따라서 막은 광학적으로 더 투명하다. 이러한 k의 감소는 바람직하다. 예를 들어, 이들 막이 도 2의 최적화된 3 층 요소(20)를 구성하는데 사용될 경우, 더 작은 k를 가진 기록 층이 사용되는 경우보다 위상-전이 기록 층(22)의 두께는 더 크고 유전체 층(23)의 두께는 더 작다. 매우 얇은 위상-전이 막이 그들의 벌크 혹은 두꺼운 위상-전이 막으로부터 상이하게 작용하는 경향이 있고 더 얇은 막은 산화작용 및 부식 작용이 더 쉬운 경향이 있기 때문에 더 두꺼운 위상-전이 막이 바람직하다. 다른 한편, 유전 막이 일반적으로 제조에 있어서 낮은 제조 처리량을 유발하는 낮은 증착 속도를 가지기 때문에, 더 얇은 유전체 층이 바람직하다. 게다가, 유전 막을 제조하는데 사용되는 RF-스퍼터링 프로세스는 대량의 열을 발생시킨다. 두꺼운 막이 RF-스퍼터링 프로세스에 의해 제조되는 경우 기판의 가열과 그 결과 왜곡은 과도할 수 있다. 이러한 인자들은 바람직하지 못하다.
Zn, S, Si 및 O를 SbSnIn 합금에 첨가하는 것은 또한 낮은 반사성 마크를 생성하도록 구성된 3 층에서 차동 위상 검파(DPD) 추적 신호를 개선한다. DPD는 DVD 포맷 디스크에 대해 표준 추적 방법이다. SbSnIn 합금으로 구성된 기록 요소는 일반적으로 너무 작은 DPD 신호 진폭을 가져서 DVD 사양을 만족시키지 못한다. 비록 메카니즘이 잘 이해되지 않을지라도, Zn, S, Si 및 O를 SbSnIn 합금에 첨가하는 것은 DPD 진폭을 크게 증가시키고 기록 요소가 DVD 사양을 만족할 수 있게 해준다.
본 발명의 실행은 뒤의 예에 더 상세히 설명된다. 비록 예가 Zn, S, Si 및 O를 부가하는 베이스(basis)로서 오로지 Sb75In15Sn15 조성물만을 사용했을지라도, 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제 4,960,680 호에 개시된 범위내의 모든 조성이 본 발명에 적용하기에 실용적이다는 것이 예상된다는 것을 유의해야한다. 도 5는 Sb, Sn, In 합금 시스템내에서 조성의 바람직한 범위를 도시하는 조성도이고 표 1은 정점(vertices)의 조성을 도시한다.
예 1
연속적인 7개의 기록 층이 두개의 스퍼터링 타겟으로부터 코-스퍼터링에 의해 준비되었다. 제 1 타겟은 Sb75In15Sn15의 조성을 가진 합금이었고 제 2 타겟은 ZnS: 20% SiO2의 조성을 가졌다. DC 스퍼터링은 Sb75In15Sn15에 대해 사용되었고 RF 스퍼터링은 ZnS:20% SiO2타겟에 대해 사용되었다. ZnS:20% SiO2타겟으로부터의 비율, R 에서 Sb75In15Sn15타겟으로부터의 비율, R까지의 스퍼터링 속도가 0 내지 약 1.31까지의 값 사이에서 변화도록 스퍼터링 파워는 조정되었다. 스퍼터링은 Ar의 약 7m 토르에서 수행되었고 위상-전이 층의 두께는 약 200 nm이었다. 이들 막은 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방법을 사용하여 화학적 조성에 대해 분석되었고 그 결과는 표 2에서 요약된다. ICP 방법은 막에 있는 금속 및 반도체 요소를 검출해는 것만 할 수 있다는 것을 유의하자. 표에 기록된 값은 산소와 황을 배제한 금소 및 반도체 요소를 기반으로하여 계산된 백분율이다. 타겟 물질의 조성을 기반으로 하여, 막에서 산소의 농도는 약 Si의 절반으로 기대되고 황의 농도는 Zn의 농도와 대략 동일한 것으로 기대된다.
이번 예는 코-스퍼터링이, Zn, S, Si 및 O를 SbSnIn 합금에 첨가하는데 그리고 모든 관련 요소를 포함하는 기록 층을 생성하는데 효과적인 방법이라는 것을 보여준다. 그것은 또한 스퍼터링 속도 비율, R이 2 개의 고정된 타겟으로부터 코-스퍼터링에 의해 준비된 막의 조성을 효과적으로 나타내는 표시기임을 보여준다.
예 2
WORM 광학 기록 요소(10)는 도 1에 따라 구성되었다. 디스크 모양의 기판(11)은 약 0.6 nm의 두께를 가진 주조된 폴리카보네이트를 주입함으로써 만들어졌다. 디스크의 일 표면 상에는, 디스크의 내부 직경에서부터 디스크이 외부 직경까지 연장되는, 주조된 연속적인 나선형의 홈이 존재하였다. 이 홈은 레이저 빔이 데이터를 기록 및 되 판독하도록 안내하는데 이용되었다. 홈은 DVD 포맷 디스크에서 사용된 것과 유사한, 약 0.74μm의 트랙-피치(track-pitch)를 가졌다. 이 홈이 파인 표면 상에서, 위상-전이 기록 층(12)은 2 개의 스퍼터링 타겟으로부터 코-스퍼터링에 의해 증착되었다. 제 1 타겟은 Sb75In15Sn15의 조성을 가진 합금이었고 제 2 타겟은 ZnS: 20% SiO2의 조성을 가졌다. DC 스퍼터링은 Sb75In15Sn15에 대해 사용되었고 RF 스퍼터링은 ZnS:20% SiO2타겟에 대해 사용되었다. ZnS:20% SiO2타겟으로부터의 비율, R 에서 Sb75In15Sn15타겟으로부터의 비율, R까지의 스퍼터링 속도가 약 0.65가 되도록 스퍼터링 파워는 조정되었다. 스퍼터링은 Ar의 약 7m 토르에서 수행되고 위상-전이 층의 두께는 약 84 nm이었다. 끝으로, UV-소성가능 래커 층(13)이 기록 요소에 대해 기계적 보호를 제공하는 위상-전이 층 위에 도포되었다.
비교를 위해, 또 다른 WORM 기록 요소(10')가 도 1에 따라 준비되었다. 모든 성분과 절차는, 기록 층이 Sb75In15Sn15타겟으로부터의 스퍼터링에 의해 준비된 것만 제외하고는 위에서 설명된 것과 유사하였다. 그러므로 기록 층은 타겟의 구성과 유사한, 그리고 R=0인, Sb75In15Sn15의 조성을 가졌다.
기록 요소(10, 10')의 기록 성능은 상업적으로 이용가능한 635nm 파장 레이저 및 0.6 NA 대물 렌즈가 장착된 펄스텍(pulstec) DDU-1000 DVD 테스터를 사용해서 평가되었다. 8.8m/s의 선형 속도(표준 DVD 디스크의 판독 속도의 약 2.5배)를 생성하도록 회전하는 동안 임의의 EFM+ 데이터 패턴이 디스크 상에 기록되었다. 멀티-펄스 기록-방법(multi-pulse write-strategy)이 기록하는데 사용되었다. 가장 짧은 3T 마크에 대해 단일 층 펄스가 사용되었고 더 긴 nT 마크에 대해서는, 부가적이(n-3) 펄스가 추가되었다. 펄스 기간은 최소 되-판독 지터 값을 생성하도록 최적화되었다. 기록 펄스에 대한 클록 비율은 상이한 크기의 기록 마크를 생성하기 위해 변하였다. 그런 후 기록 데이터는 650nm 파장 레이저 및 0.6 NA 대물 렌즈가 장착된 또 다른 펄스텍 DDU-1000 DVD 테스터에서 판독되었다. DVD 매체를 사양(specifications)에 대해 테스트하기 위해 후자의 테스터가 기준 테스터에 대해 교정(calibrate)되었다. 평가에 사용된 메리트 피거(figure of merit)는 되 판독 데이터-대-클록 지터이다. 데이터-대-클록 지터 숫자는 불확실한 되 판독 측정치 및 기록 데이터의 복호화 측정치이다. 이 양은 10억분의 1초로 표현되고 지터 숫자가 더 작을수록 기록 성능은 더 좋아진다.
표 3은 기록 요소의 두가지 유형에 대한 3T 마크 크기의 되 판독 데이터-대-클록 지터의 의존 관계를 10억분의 1초로 도시한다. R=0인 것은 종래 기술 Sb75In15Sn15조성을 사용하고 R=6.25인 것은 본 발명을 따른 위상-전이 기록 층을 사용한다. R=0.65인 기록 요소(10)에 대해 측정된 데이터-대-클록 지터가 R=0인 기록 요소(10')에 대한 것보다 항상 더 낮다는 것이 분명하게 보여진다.
예 3
WORM 광 기록 요소(20)는 도 2에 따라 구성되었다. 디스크 모양의 기판(21)은 약 0.6 nm의 두께를 가진 주조된 폴리카보네이트를 주입함으로써 만들어졌다. 디스크의 일 표면 상에는, 디스크의 내부 직경에서부터 디스크이 외부 직경까지 연장되는, 주조된 연속적인 나선형의 홈이 존재하였다. 이 홈은 레이저 빔이 데이터를 기록 및 되 판독하도록 안내하는데 이용되었다. 홈은 DVD 포맷 디스크에서 사용된 것과 유사한, 약 0.74μm의 트랙-피치를 가졌다. 홈이 파인 표면 상에서, 위상-전이 기록 층(22)은 2 개의 스퍼터링 타겟으로부터 코-스퍼터링에 의해 증착되었다. 제 1 타겟은 Sb75In15Sn15의 조성을 가진 합금이었고 제 2 타겟은 ZnS:20% SiO2의 조성을 가졌다. DC 스퍼터링은 Sb75In15Sn15에 대해 사용되었고 RF 스퍼터링은 ZnS:20% SiO2타겟에 대해 사용되었다. ZnS:20% SiO2타겟으로부터의 비율, R 에서 Sb75In15Sn15타겟으로부터의 비율, R까지의 스퍼터링 속도가 약 0.61이 되도록 스퍼터링 파워는 조정되었다. 스퍼터링은 Ar의 약 7m 토르에서 수행되었고 위상-전이층의 두께는 약 12 nm이었다. 위상-전이 기록 층(22) 상에서, 유전체 층(23)은 ZnS:20% SiO2타겟으로부터 RF 스퍼터링되었다. 스퍼터링 압력은 약 7m 토르이었고 층의 두께는 대략 73nm 이었다. 유전체 층(23) 상에서, 반사 층(24)은 Al:1%Cr 타겟으로부터 DC 스퍼터링되었다. 스퍼터링 압력은 약 5m 토르이었고 층의 두께는 약 100nm 이었다. 끝으로, UV-소성가능 래커 층(25)은 기록 요소에 대해 기계적 보호를 제공하는 반사 층(24) 위에 도포되었다.
비교를 위해, 또 다른 WORM 기록 요소(20')가 도 2에 따라 준비되었다. 모든 성분과 절차는 기록 층이 Sb75In15Sn15타겟으로부터의 스퍼터링에 의해 준비된 것만 제외하고는 위에서 설명된 것과 유사하였다. 그러므로 기록 층은 타겟의 구성과 유사한, 그리고 R=0인, Sb75In15Sn15의 조성을 가졌다.
기록 요소(20, 20')의 기록 성능은 상업적으로 이용가능한 635nm 파장 레이저 및 0.6 NA 대물 렌즈가 장착된 펄스텍 DDU-1000 DVD 테스터를 사용해서 평가되었다. 8.8m/s의 선형 속도(표준 DVD 디스크의 판독 속도의 약 2.5배)를 생성하도록 회전하는 동안 임의의 EFM+ 데이터 패턴이 디스크 상에 기록되었다. 멀티-펄스 기록-방법이 사용되었다. 가장 짧은 3T 마크에 대해서는 단일 층 펄스가 사용되었고 더 긴 nT 마크에 대해서는, 부가적이(n-3) 펄스가 추가되었다. 펄스 기간은 최소 되-판독 지터 값을 생성하도록 최적화되었다. 기록 펄스에 대한 클록 비율은 상이한 크기의 기록 마크를 생성하기 위해 변하였다. 그런 후 기록 데이터는 650nm 파장 레이저 및 0.6 NA 대물 렌즈가 장착된 또 다른 펄스텍 DDU-1000 DVD 테스터에서판독된다. DVD 매체를 사양에 대해 테스트하기 위해 후자의 테스터가 기준 테스터에 대해 교정되었다. 평가에 사용된 메리트 피거는 되 판독 데이터-대-클록 지터이었다. 데이터-대-클록 지터 숫자는 불확실한 되 판독 측정치 및 기록 데이터의 복호화 측정치이다. 이 양은 10억분의 1초로 표현되고 지터 숫자가 더 작을수록 기록 성능은 더 좋아진다.
표 4는 기록 요소의 두가지 유형에 대한 3T 마크 크기의 되 판독 데이터-대-클록 지터의 의존 관계를 10억분의 1초로 도시한다. R=0인 요소(20')는 종래 기술의 Sb75In15Sn15조성을 사용하고 R=6.25인 요소(20)는 본 발명을 따른 위상-전이 기록 층을 사용한다. R=0.61인 기록 요소에 대해 측정된 데이터-대-클록 지터가 R=0인 기록 요소에 대한 것보다 항상 더 낮다는 것이 분명하게 보여진다. 더 작은 마크가 만들어질 경우 그 차이는 더 커진다. 표 4는 또한 두 요소에 대한 캐리어-대-노이즈 비율(CNR)의 비교를 나열한다. CNR은 단일-음색(single-tone), 3T 크기의 마크 기록에서 측정된다. 본 발명을 사용한, R=0.61인 요소(20)는 종래 기술을 사용한 요소(20')보다 훨씬 더 큰 CNR을 도시한다. 양 요소에 대해, 기록 마크는 기록되지 않은 영역보다 더 낮은 반사성을 가진다.
예 4
ZnS:SiO2(20%) 첨가의 효과를 더 예시하기 위해, 연속적인 33개의 디스크가 예 3에서 설명된 구조 및 조건을 사용해서 만들어졌. 이들 디스크는 6개의 그룹으로 분할되었고, 각 그룹은 5개 혹은 6개의 디스크를 포함하였다.각 그룹은 0에서부터 1.0 까지 약 0.2씩 증가하는 상이한 스퍼터링 속도 비율(R)을 가졌다. 각 그룹내에서, 위상-전이 기록 층(23)의 두께(T)는 디스크에서부터 디스크까지 약 8nm 내지 약 20nm까지 변하였다. 위상-전이 기록 층(23)의 광학 상수는 스퍼터링 속도 비율(R)에 의존적이었기 때문에, 유전체 층(22)의 두께는 각 R 값에 대한 최적 성능을 달성하도록 조정되었다. 유전체 층의 두께는 R=0에 대한 약 86nm에서부터 R=1.0에 대한 약 54nm까지 변하였다. 이들 33개의 디스크의 성능은 예 3에 설명된 것와 같은 동일한 방식으로 테스트되었고, 그 결과는 도 6에 요약된다.
모든 33개의 디스크에 대해, 기록 마크는 기록되지 않은 영역보다 더 낮은 반사성을 가졌다. 도 6은 되 판독 데이터-대-클록 지터와, 스퍼터링 속도 비율(R) 및 위상-전이 두께(T)의 의존 관계를 도시한다. 6개의 곡선은 상이한 스퍼터링 속도 비율을 가진 디스크의 6개 그룹을 나타내고, 곡선 상의 각 점은 상이한 위상-전이 층의 두께를 나타낸다. R=0인, 혼합이 없는 디스크는 매우 높은 지터 값을 가지고, 그 지터 값이 너무 커서 저장 장치로서는 이용할 수 없다. Zn, S, Si 및 O를 SbSnIn 합금에 첨가할 경우 지터 값의 상당한 개선이 관찰된다. 그 개선은 R=0.2일 때 분명해지고 더 작은 R 값을 가질지라고 약간의 개선은 예상된다. 그 개선은 더높은 R 값을 가질경우 더 두드러진다. 데이터-대-클록 지터 값은 본 예에서 사용된 값의 범위 내에서 위상-전이 기록 층 두께에 비교적 독립적임이 밝혀진다. 그러나, 다른 특성은 위상-전이 두께에 의존적이다.
도 7은 위상-전이 기록 층 두께에 대한 되 판독 대비(read-back contrast)의 의존 관계를 도시한다. 대비에 대한 최적의 위상-전이 기록 층 두께는 R=0인 8nm보다 더 작은 것으로 밝혀졌고, 그것은 R을 증가시킴에 따라 증가하였다. R=0에 대해서는, 그것은 14nm보다 더 컸다. 최적의 위상-전이 두께의 이러한 변화는, Zn, S, Si, 및 O를 Sb100-m-nInmSnn합금에 첨가할 경우 광밀도 감소의 결과이다. DPD 추적 신호는 되 판독 대비처럼 유사한 위상-전이 기록 층 두께 의존성을 갖는다는 것이 또한 밝혀졌다. 도 8은 디스크의 각 6개의 그룹에 대한 최대 DPD 신호 대 이들 그룹의 R값의 비를 도시한다. Zn, S, Si, 및 O를 Sb100-m-nInmSnn합금에 첨가하는 것은 DPD 신호 세기를 개선하는한다는 것이 이 도면을 통해 분명해진다.
예 5
4 연속 기록 요소(four series of recording element)는 예 3에 사용된 것과 유사한 구조와 절차를 사용해서 구성되었다. 그러나, ZnS:0%SiO2에서부터 ZnS:30%SiO2까지의 범위를 갖는, 각 기록 요소에 대한 ZnS:SiO2타겟의 구성은 상이하였다. 각 연속내에서, 스퍼터링 속도 비율(R)은 변하였다. 요소는 예 3에서 사용된 것과 유사한 방식으로 평가되었고 그 결과는 도 9에서 요약된다. ZnS로 혼합하는 것은 데이터-대-클록 지터의 개선을 유발하나, SiO2가 제 2 타겟에 존재할 경우 더 많은 개선이 관찰된다는 것을 이들 결과로부터 알게되었다. ZnS:7%SiO2와 ZnS:30%SiO2사이에서 큰 성능 차이는 없고 이들 결과는, ZnS:SiO2의 SiO2농도의 이용가능한 범위는 이 예에서 연구된 범위보다 더 넓다는 것을 시사한다. 본 발명에 따른 바람직한 조성 범위는 식(Sb100-m-nInmSnn)100-x((ZnS)100-y(SiO2)y)x으로 표현되는 것에 의해 평가되고, 여기서 70>x>10, 40>y>1, 그리고 m 및 n은 Sb100-m-nInmSnn합금이 도 5의 조성 범위를 만족하도록 선택된다.
본 발명에 따르면, 더 높은 기록 밀도를 지원하는 개선된, 위상-전이 기반의 WORM 기록 요소를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판과 위상-전이 기록 층을 포함하되 상기 위상-전이 기록 층은 SbaInbSncZndSieOfSh로 표현되는 조성을 가지며 a>0, b>0, c>0, d>0, e>0, f>0, h>0 그리고 a+b+c+d+e+f+h=100인
    WORM 광 기록 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Sb, In, 및 Sn 조성 성분이 조성도를 만족시키는 비율을 갖되
    정점(vertices)은 아래에서 열거되는
    WORM 광 기록 요소.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상-전이 기록 층은 식(Sb100-m-nInmSnn)100-x((ZnS)100-y(SiO2)y)x으로 표현되는 조성을 갖고, 상기 m 및 n은 Sb100-m-nInmSnn합금이 제 2 항의 상기 구성 범위, 70>x10, 40>y>1을 만족시키도록 선택되는
    WORM 광 기록 요소.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상-전이 기록 층은 기록 전에는 비결정 상태이고 기록된 마크는 결정 상태인
    WORM 광 기록 요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기록된 마크는 기록되지 않은 영역보다 더 낮은 반사성(reflectivity)을 가지는
    WORM 광 기록 요소.
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