KR20050026477A - 다층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도 - Google Patents

다층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도 Download PDF

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KR20050026477A
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쵸우구오푸
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

기록중에 매체(20)의 입사면(16)을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔(19)을 사용하여 재기록가능한 기록을 하기 위한 다층 광 데이터 저장매체(20)가 기술된다. 이 매체(20)는, 제 1 상변화형 기록층(6)을 포함하는 제 1 기록 적층체(2) L0가 그것의 일면에 적층된 기판(1)을 구비한다. 제 1 기록 적층체(2)는 입사면(16)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 존재한다. 추가 상변화형 기록층(12)을 포함하는 적어도 1개의 추가 기록 적층체(3) Ln이 제 1 기록 적층체(2)보다 입사면(16)에 더 근접하여 위치한다. 투명 스페이서층(9)은 기록 적층체들(2, 3) 사이에 존재한다. 추가 기록 적층체(12)는, 실질적으로, 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez 으로 정의되고, 4 내지 12nm 범위에서 선택된 두께를 가지며, 추가 기록층(12)과 접촉하고 있는 5nm보다 작은 두께를 갖는 적어도 1개의 투명 결정화 촉진층(11', 13')을 가지며, 이때 0<x<15, 50<y<80, 10<z<30 및 x+y+z100이다. Ln 적층체(3)의 기록층(12)의 낮은 결정화 시간을 겸비한 높은 광 투과율이 달성되어, 상기 매체(20)를 적어도 12m/s의 선형 기록속도를 사용하는 다층 고속 기록에 상기 매체가 적합하게 사용될 수 있도록 한다.

Description

다층 광 데이터 저장매체와 이 매체의 용도{MULTI-STACK OPTICAL DATA STORAGE MEDIUM AND USE OF SUCH MEDIUM}
본 발명은, 기록중에 매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 재기록가능한 기록을 하기 위한 다층 광 데이터 저장매체로서,
- 제 1 상변화형 기록층을 구비하고, 입사면에서 가장 멀리 떨어진 위치에 존재하는 제 1 기록 적층체 L0와,
- 추가적인 상변화 기록층을 구비하고, 제 1 기록 적층체보다 입사면에 더 근접하여 존재하는 적어도 1개의 추가 기록 적층체 Ln과,
- 상기 기록 적층체들 사이에 위치하며, 상기 초점이 맞추어진 방사빔의 초점심도보다 큰 두께를 갖는 투명 스페이서층
이 일면에 적층된 기판을 구비한 다층 광 데이터 저장매체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 고속 응용에서의 이와 같은 광 기록매체의 용도에 관한 것이다.
서두에 기재된 것과 같은 형태를 갖는 광 데이터 저장매체의 일 실시예는 본 출원인에 의해 출원된 미국특허 US 6,190,750에 공지되어 있다.
상변화 원리에 기반을 둔 광 데이터 저장매체는, 직접 오버라이트(DOW) 및 고밀도의 가능성과 판독전용 광 데이터 저장 시스템과의 용이한 호환성을 겸비하므로, 이점을 갖는다. 이와 관련하여 데이터 저장은, 디지털 비디오, 디지털 오디오 및 소프트웨어 데이터 저장을 포함한다. 상변화 광 기록은, 초점이 맞추어진 비교적 높은 파워의 방사빔, 예를 들면, 초점이 맞추어진 레이저광 빔을 사용하여, 결정성 기록층에 서브미크론 크기의 비정질 기록 마크들을 형성하는 과정을 포함한다. 정보의 기록중에, 기록하고자 하는 정보에 따라 변조되는 초점이 맞추어진 레이저광 빔에 대해 매체가 움직인다. 높은 파워의 레이저광 빔이 결정성 기록층을 녹일 때, 마크들이 형성된다. 레이저광 빔의 전원이 꺼지고 및/또는 그후 기록층에 대해 이동하면, 기록층 내부에 용융된 마크들의 급속냉각(quenching)이 발생하여, 노출되지 않은 영역에 결정상태로 유지되는 기록층의 노출된 영역들 내부에 비정질 정보 마크를 남기게 된다. 기록된 비정질 마크들의 소거는, 기록층을 용해시키지 않고, 동일한 레이저를 사용하여 더 낮은 파워 레벨에서 가열을 통한 재결정화에 의해 실현된다. 비정질 마크들은 데이터 비트들을 표시하며, 이 데이터 비트들은, 예를 들면, 기판을 통해, 비교적 낮은 파워의 초점이 맞추어진 레이저광 빔에 의해 판독될 수 있다. 결정성 기록층에 대한 비정질 마크들의 반사율 차이는 변조된 레이저광 빔을 발생하며, 이 빔은 그후 검출기에 의해 기록된 정보에 따른 변조된 광전류로 변환된다.
상변화 광 기록에서의 가장 중요한 요구사항들 중에서 한가지는 높은 데이터 레이트로서, 이것은, 데이터가 적어도 30-50 Mbits/s의 사용자 데이터 레이트로 매체에 기록 및 재기록될 수 있다는 것을 의미한다. 높은 데이터 레이트는, 특히, 디스크 형태의 CD-RW 고속형, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, 블루레이 디스크(BD)로도 불리는 DVR-레드 및 DVR-블루 등의 고밀도 기록 및 고속 데이터 레이트 광 기록매체에 필요한데, 이때 이들 용어는 공지된 Compact Disc, 차세대의 고밀도 Digital Versatile 또는 Video Disk+RW 및 -RAM(이때, RW 및 RAM은 이 디스크들의 재기록가능성을 표시한다)과, Digital Video Recording 광 저장 디스크(이때, 레드 및 블루는 사용된 레이저 파장을 표시한다)의 약어들이다. 이와 같은 고속 데이터 레이트는 기록층이, DOW중에, 높은 결정화 속도, 즉 30ns보다 작은 결정화 시간을 갖는 것을 필요로 한다. DVD+RW에 대해서는, 33Mbit/s의 사용자 데이터 비트 레이트가 필요하고, DVR-레드에 대해서는 35Mbit/s가 필요하며, DVR-블루에 대해서는 50Mbit/s(35ns의 CET)가 필요하며, 더 높은 속도의 디스크에 대해서는 더 높은 비트 레이트가 필요하다. 완전소거시간(complete erasure time: CET)은 결정 환경에서의 기록된 비정질 마크의 완전 결정화를 위한 소거 펄스의 최소 지속시간으로 정의된다. CET는 보통 정적 테스터(static tester)를 사용하여 측정된다. AV 정보 스트림은 오디오/비디오(AV) 응용을 위한 데이터 레이트를 결정하지만, 컴퓨터 데이터 응용에 대해서는 데이터 레이트에 어떠한 제한도 적용되지 않는데, 즉 더 높을수록 더 좋다. 이들 데이터 비트 레이트들 각각은 다수의 파라미터들, 예를 들면, 기록 적층체의 열적 설계와 사용된 기록층 재료에 의해 영향을 받는 최대 CET로 변환될 수 있다.
이전에 기록된 비정질 마크들이 DOW중에 재결정화될 수 있도록 보장하기 위해서는, 기록층이 DOW중의 레이저광 빔에 대한 매체의 속도, 즉 선형 기록속도에 부합하기 위한 적절한 결정화 속도를 가져야만 한다. 결정화 속도가 충분히 높지 않으면, 오래된 데이터를 표시하는 이전의 기록에서 발생된 비정질 마크들이 완전히 소거될 수 없어, DOW중에 재결정화된다는 것을 의미한다. 이에 반해, 결정화 시간이 짧으면, 결정성 환경으로부터의 결정립 성장을 피할 수 없으므로, 비정질화가 어려워진다. 이것은 불규칙적인 모서리들을 갖는 비교적 작은 비정질 마크들(낮은 변조)을 발생하여, 높은 지터 레벨을 일으킨다. 이것은 디스크의 밀도와 데이터 레이트를 제한한다. 따라서, 기록층의 비교적 높은 냉각 속도를 갖는 적층체가 요구된다.
광 데이터 저장매체에 대한 또 다른 중요한 요구사항은 데이터 저장 용량이다. 복수의 기록 적층체를 적용하는 것이 이와 같은 용량을 증가시킬 수도 있다. 다층 설계는 심볼 Ln으로 표시될 수 있는데, 이때 n은 0 또는 양의 정수를 표시한다. 본 명세서에서, 방사빔이 입사할 때 통과하는 "추가" 적층체는 Ln으로 불리는 한편, 각각의 더 깊은 적층체는 Ln-1, …L0로 표시된다. 더 깊다는 것은, 입사하는 방사빔의 방향의 항목으로 이해되어야 한다. 이때, 다른 문헌에서는, 이와 같은 표시가 거꾸로 되어, L0가 입사면에 가장 근접한 적층체를 표시하고, Ln이 입사면으로부터 가장 먼 적층체를 표시할 수도 있다. 따라서, 이중층 구조의 경우에는, 2개의 적층체 L0 및 L1이 존재한다. 가장 깊은 "첫번째" 적층체(L0)에서의 기록을 가능하게 하기 위해서는, L1이 방사빔에 거의 투명해야 한다. 그러나, 비교적 높은 투명도를 가지면서도 충분한 냉각 및 기록 특성을 겸비한 층들을 갖는 Ln 적층체는 얻기가 곤란하다. 다층 광학 상변화 기록에서는, 추가 기록 적층체들에 충분한 냉각 성능을 갖는 투명층이 존재하기 않으므로, 추가 기록 적층체에 대한 높은 냉각속도를 충족시키는 것이 곤란하다. 더구나, 추가 기록 적층체의 기록층은 너무 얇지 않을 수도 있는데, 이것은 상기 기록층의 높은 결정화 시간을 발생할 수도 잇기 때문이다.
US 특허 6,190,750의 상기한 종래의 매체는, 비교적 두껍고 높은 광학 반사율을 가지며, 비교적 얇으면서 비교적 높은 광 투과율과 상당한 양의 열전도율을 각각 갖는 2개의 금속 반사층들 M1 및 M2를 구비한 재기록형 상변화 기록을 위한 ｜IP2IM2I+｜S｜IP1IM1｜ 구조를 갖는다. 이때, I는 유전층을 표시하고, I+는 추가 유전층을 표시한다. P1 및 P2는 상변화 기록층을 표시하고, S는 투명 스페이서층을 표시한다. 이와 같은 구조에서는, 레이저광 빔이 먼저 P2를 포함하는 적층체를 통해 입사한다. 금속층들은 방사층으로서의 역할을 수행할 뿐만 아니라. 기록중에 비정질 위상을 급속냉각하기 위해 신속한 냉각을 확보하기 위한 히트싱크로서의 역할을 수행한다. P1층은 P1층의 상당한 냉각을 일으키는 비교적 두꺼운 금속 거울층 M1 에 근접하여 존재하는 한편, P2층은 제한된 히트싱크 특성을 갖는 비교적 얇은 금속층 M2에 인접하여 존재한다. 이미 설명한 것과 같이, 기록층의 냉각 거동은 기록중의 비정질 마크들의 정확한 생성을 크게 좌우한다. 기록중에 적절한 비정질 마크 생성을 확보하기 위해서는 충분한 히트싱크 작용이 필요하다.
L1 적층체의 투과율을 증진시키기 위해, US 6,190,750에 공지된 매체에서는 추가적인 두꺼운 M 및 I 층들이 도입되었다. 화학양론적 또는 화합물 Ge-Sb-Te 물질들, 예를 들면, Ge2Sb2Te5가 공지된 기록매체, 예를 들면, DVD-RAM 디스크에 대한 기록층으로 사용된다. 이들 화학양론적 조성들(도 3의 영역 31)은 핵형성 지배적인(nucleation-dominated) 결정화 과정을 갖는다. 이것은, 기록된 비정질 마크의 소거가 마크 내부의 핵형성과 그후의 성장에 의해 발생한다는 것을 의미한다. 기록층의 비교적 높은 광 투과율은, 그것의 두께가 15nm보다 작을 때에만 달성될 수 있다. 그러나, 이들 GeSbTe 화합물의 완전소거시간(CET)이 8nm 이하의 두께에서 500ns보다 크고, 2개의 얇은 SiC층 사이에 삽입되었을 때, 30ns로 줄어들기 때문에, L1 적층체의 기록층의 데이터 레이트가 매우 낮다. 여전히 이들 수치들이 허용될 수 없게 높다. 다수의 기록층 응용을 위해서는, 기록/판독 레이저광 빔의 입사면에 가장 근접한 기록층들이 비교적 높은 광 투과율과 이에 따라 비교적 작은 두께를 가져, 낮은 CET를 겸비하면서 하지층인 기록층들에서의 기록 및 판독을 허용하는 것이 바람직하다.
결국, 본 발명의 목적은, 12nm보다 작은 추가 기록층의 두께에 대응하는 비교적 높은 광 투과율과, 최대 35ns의 CET를 갖는 추가 기록층을 가져, 고속 기록에 적합한, 서두에 기재된 종류의 재기록형 광 저장매체를 제공함에 있다. 고속 기록이란, 적어도 12m/s의 직선 기록속도, 즉 광 데이터 저장매체에 대한 초점이 맞추어진 방사빔의 속도에서 기록하는 것으로 이해되어야 한다.
상기한 목적은, 본 발명에 따르면, 상기 추가 기록층은, 실질적으로, 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez으로 정의되는 합금으로 이루어지고, 이때 0<x<15, 50<y<80, 10<z<30 및 x+y+z=100이고, 4 내지 12nm의 범위에서 선택되는 두께를 가지며, 5nm보다 작은 두께를 갖는 적어도 1개의 투명 결정화 촉진층이 상기 추가 기록층과 접촉하여 존재하는 것을 특징으로 하는, 광 저장매체에 의해 달성된다.
이들 재료는, Ge로 도핑된 공융혼합물(eutectic) Sb70Te30을 둘러싸고 포함하는 영역으로서 생각될 수 있으며, 성장 지배적인(growth-dominated) 결정화 과정을 갖는다. 이것은, 마크가 기록된 비정질 마크와 결정성 환경 사이의 모서리로부터의 직접적인 성장에 의해 발생한다는 것을 의미한다. 이와 같은 성장이 완료하기 전에는, 기록된 비정질 마크 내부에서의 핵형성이 일어나지 않는다. 이들 재료의 CET는 처음에는 층 두께의 증가에 따라 급격하게 감소한 다음, 층 두께를 더 증가시에 다시 상승한다. 가장 짧은 결정화 시간은 약 10nm의 두께에 위치하는 것으로 확인되었다.
본 출원인이 출원한 미공개된 유럽 특허출원 02075496.6(PHNL020099)에서는, DVD+RW, DVR-레드 및 블루 등의 고속 데이터 레이트와 고밀도 광 기록 시스템에서 사용하기 위해 7 내지 18nm의 두께 범위가 제안되었다. 이들 "공융"(성장형) 물질은, 기록 비정질 마크 크기가 감소함에 따라 결정화 시간이 줄어들기 때문에, 단일 및 이중층 DVD 및 블루레이 디스크(BD)로도 불리는 DVR 기록 시스템에서 고속 데이터 레이트 및 고밀도 기록에 가장 적합하다. "공융"이란 공융 화합물 Sb70Te30 을 의미하며, 도 3에 도시된 것과 같은 영역 32를 의미한다. 더 높은 기록밀도의 이중층 E는 다층 DVD에 대해서는, 기록밀도가 2배 이상이 될 수 있으므로, DVR 시스템이 매우 바람직하다. 이중층 DVD/DVR 디스크의 L1 적층체에서는, 높은 투과율을 허용하기 위해, 기록층의 두께가 가능한한 얇아야 하는데, 바람직하게는 3nm이어야 한다. 도핑된 "공융" Sb-Te(성장형) 기록 물질의 가장 짧은 CET는 약 10nm에서 얻어진다. 더 얇은 층에서의 짧은 CET가 필요하다. 결정화 촉진층과 접촉하고, 바람직하게는, Si, Al 및 Hf의 질화물, 산화물 등의 2개의 결정화 촉진층들 사이에 삽입되는 공융 Ge 도핑된 SbTe를 기록층으로 사용하는 것이 제안된다. 결정화 촉진층들의 사용은, 기록층의 결정화 속도를 증가시켜, 약 5nm의 두께와 Ge7.0Sb76.4Te16.6의 기록층 조성에서 약 30ns의 CET를 제공하는 것이다. 또한, 저-CET 윈도우(window)가 개선된다.
이들 "공융"-GeSbTe 조성의 결정화 시간의 두께 의존성은 다음과 같이 이해될 수 있다: 상변화층의 증가에 따른 CET의 강한 감소는, 계면물질과 벌크 물질의 기여도 사이의 경합의 결과이다. 층이 비교적 얇으면, 계면에 배치된 물질의 부피 분율이 커지며, 이것은, 벌크 형태와 구조적으로 다른, 예를 들면 더욱 더 많은 결함을 갖는 경우가 빈번하다. 층 두께의 증가에 따라, 벌크 형태로 존재하는 물질의 분율이 증가하고, 특정한 두께 이상에서는, 벌크 형태가 물질의 거동을 좌우하게 된다. 명백하게, 벌크 물질은 계면물질보다 더욱 유리한 성장 속도를 갖는다. 상변화 층 두께에 따른 CET의 증가는 이 물질의 부피 증가에 기인할 수 있다. 청구항 1에 기재된 것과 같은 Ge-Sb-Te 층의 결정화 과정은 성장 지배적이다. 결정화하고자 하는 물질의 부피가 중요하게 된다. 결정립의 크기는 보통 10nm이다. 층이 더 두꺼워지면, 3차원 성장이 필요하여, 당연히 더 긴 시간이 필요하다. cm이 얇으면, 2차원 성장이 필요하며, 이것은 더 짧은 시간을 필요로 한다.
그러나, 기록층이 예를 들어 수 nm 정도로 너무 얇아지면, 계면이 주요한 역할을 수행하게 되며, 성장속도를 줄일 수도 있다. 계면의 향상은 결정화 속도의 상당한 향상을 초래한다.
바람직하게는, 투명 결정화 촉진층은, Si, Al 및 Hf의 질화물, 산화물의 그룹으로부터 선택된 물질을 주로 함유하며, 더욱 더 바람직하게는, Al의 질화물과 Si의 질화물의 그룹으로부터 선택된 물질을 함유한다. Al과 Si의 질화물들, 예를 들면, Si3N4가 매우 양호한 결정화 촉진 거동을 갖는다.
본 발명에 따른 광 저장매체의 바람직한 실시예에서는, 상기 추가 기록층이 4 내지 8n 범위에서 선택되는 두께를 갖는다. 이와 같은 범위의 하한값에서는, 50%보다 큰 L1 적층체의 광 투과율이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 광 저장매체의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서는, 상기 합금이 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez로 정의되는 조성을 갖고, 이때 5<x<8, 70<y<80, 15<z<20 및 x+y+z=100이다. 이와 같은 범위에 있는 조성을 갖는 기록층은 10nm의 광학 두께에서 25ns만큼 낮은 우수한 CET 값을 갖는 것으로 판명되었다.
또 다른 실시예에 있어서는, 방사빔에 대해 반투명한 금속 반사층이 상기 추가 기록 적층체 내부에 존재한다. 이와 같은 반사층은, 비교적 큰 열전도율과 비교적 높은 광 투명도를 겸비한다. 열전도율은, 특히 본 발명에 따른 성장 지배적 기록층 물질을 사용할 때, 비정질 마크 형성과정에 유리하다. 특히, Cu가 바람직한데, 이것은 Cu가, 예를 들어, Ag에 비해 우수한 열전도율과 비교적 낮은 화학 반응성을 겸비하기 때문이다. 높은 열전도율은 기록 적층체의 기록층을 냉각시키는데 유리하다.
바람직하게는, 상기 추가 기록 적층체의 기록층과, 이 추가 기록 적층체와 접촉하고 있는 1개 또는 2개의 결정화 촉진층들은 추가 유전층들 사이에 삽입된다. 예를 들면, 기록층과 금속 반사층 사이에 있는 유전층에 대한 최적의 두께가 3 내지 30nm, 바람직하게는 4 내지 20nm인 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 유전층은 기록 적층체의 광학특성을 조정하는데 사용될 수 있다. 이 층이 비교적 얇을 때, 기록층과 금속 반사층 사이의 단열이 감소한다. 그 결과, 기록층의 냉각 속도가 증가한다. 유전층의 두께를 증가시키면 냉각 속도가 감소한다.
입사면에 가장 근접한 기록 적층체측에 있는 추가적인 유전층에 대한 최적의 두께 범위는 50 내지 200nm이다. 제 1 유전층이 50nm보다 작은 두께를 가질 때, 이 적층체의 광학 특성이 악영향을 받을 수도 있다. 200nm보다 큰 두께는 층에 응력을 일으킬 수도 있으며, 적층하는데 더 비싸다.
본 발명에 따른 광 기록매체의 특정한 실시예에서는, 제 1 기록층이 추가 기록층과 동일한 조성을 갖는다. 제 1 기록층은 상기 추가 기록층의 유전층들과 마찬가지로 유전층들 사이에 삽입될 수 있다. 제 1 기록층과 접촉하는 결정화 촉진층들이 존재할 수도 있지만, 이것은 선택적이다. 제 1 기록층이 높은 광학 투명도를 가질 필요가 없으므로, 이 제 1 기록층은 12nm보다 두꺼울 수도 있다.
유전층들은 ZnS와 SiO2의 혼합물, 예를 들면, (ZnS)80(SiO2)20의 혼합물로 구성될 수도 있다. 이에 대한 대안으로는, 예를 들면, SiO2, TiO2, ZnS, AlN 및 Ta2 O5를 들 수 있다. 바람직하게는, 제 1 기록 적층체의 유전층들은 SiC, WC, TaC, ZrC 또는 TiC 등의 탄화물을 포함한다. 이들 물질은, ZnS-SiO2 혼합물보다 더 높은 결정화 속도와 더 양호한 순환성(cyclability)을 제공한다.
금속 반사층에 대해서는, Al, Ti, Au, Ni, Cu, Ag, Cr, Mo, W 및 Ta 등의 금속과 이들 금속들의 합금들이 사용될 수 있다.
데이터 저장매체의 기판은, 레이저 파장에 대해 적어도 투명하고, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 비정질 폴리올레핀 또는 유리로 제조된다. 레이저광 빔이 기판의 입사면을 통해 기록 적층체에 입사되는 경우에만, 기판의 투명도가 요구된다. 전형적인 예에서는, 기판이 디스크 형태를 갖고, 120mm의 직경과 0.1, 0.6 또는 1.2mm의 두께를 갖는다. 레이저광 빔이 기판면과 반대면을 통해 적층체에 입사할 때, 기판이 불투명할 수도 있다. 후자의 경우에는, 적층체의 금속 반사층이 기판에 인접하여 존재한다. 이것은 반전된 적층체로도 불린다. 반전된 적층체는, 예를 들면, DVR 디스크에서 사용된다.
기록 적층체들측에 있는 디스크 형태의 기판의 표면은, 바람직하게는, 광학적으로 주사될 수 있는 서보트랙을 구비한다. 이와 같은 서보트랙은, 나선형 그루브로 구성되는 경우가 많으며, 주입성형이나 프레싱 중에 몰드를 사용하여 기판 내부에 형성된다. 이와 달리, 이들 그루브는, 스페이서층의 합성수지, 예를 들면, UV 광경화가능한 아크릴레이트로 복제공정으로 형성될 수 있다.
선택적으로, 적층체의 최외층은, UV 광경화 폴리(메타)아크릴레이트의 보호층을 사용하여 외부 영향으로부터 차폐된다. 레이저광 빔이 보호층을 통해 기록층에 입사할 때, 보호층은 양호한 광학 품질을 가져야 하는데, 즉 광학수차가 거의 없어야 하고 두께가 거의 균일해야 한다. 이와 같은 경우에, 보호층은, 레이저광 빔에 대해 투명하며, 커버층으로도 불린다. DVR 디스크에 대해, 이와 같은 커버층은 0.1mm의 두께를 갖는다.
기록 적층체들의 기록층들에서의 데이터의 기록 및 소거는, 예를 들면, 660nm 이하의 파장(적색 내지 청색)을 갖는, 단파장 레이저를 사용하여 달성될 수 있다.
금속 반사층과 유전층들 모두는 증발이나 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
상변화 기록층은 진공증착을 사용하여 기판에 도포될 수 있다. 공지된 진공증착공정으로는, 증발(E-빔 증발, 도가니로부터의 저항 열 증발), 스퍼터링, 저압 화학기상증착(CVD), 이온 도금, 이온빔 지원 증착, 플라즈마 증진 CVD를 들 수 있다. 통상적인 가열 CVD 공정은, 너무 높은 반응온도로 인해 적용이 불가능하다. 이과 같이 적층된 층은, 비정질로, 낮은 반사율을 나타낸다. 높은 반사율을 갖는 적절한 기록층을 구성하기 위해서는, 이 층이 먼저 완전히 결정화되어야 하는데, 이것은 보통 초기화로 불린다. 이를 위해, 기록층은 가열로에서 Ge-Sb-Te 합금의 결정화 온도 이상의 온도, 예를 들면, 180℃로 가열될 수 있다. 이와 달리, PC 등의 합성수지 기판이 충분한 파워를 갖는 특수한 레이저광 빔에 의해 가열될 수도 있다. 이것은, 예를 들면, 특수한 레코더 내부에서 구현될 수 있는데, 이 경우에는 특수한 레이저광 빔이 이동하는 기록층을 주사한다. 그후, 기판이 불리한 열 부하를 겪지 않으면서, 비정질 층이 이 층을 결정화하는데 필요한 온도로 국부적으로 가열된다.
고밀도 기록 및 소거는, 예를 들면, 670nm 이하의 파장(적색 내지 청색)을 갖는, 단파장 레이저를 사용하여 달성될 수 있다.
다음의 첨부도면을 참조하는 예시적인 실시예들에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다:
도 1은 본 발명에 따른 광 저장매체의 개략적인 단면도이고,
도 2는 결정화 촉진층을 갖는 Ge7Sb76.4Te16.6 물질과 결정화 촉진층을 갖지 않는 Ge7Sb76.4Te16.6 물질에 대한 L1 또는 L0 적층체의 기록층의 CET(단위 ns)와 두께 d(단위 nm) 사이의 관계를 나타낸 것이며,
도 3은 Ge-Sb-Te의 3상도를 나타낸 것이다.
도 1에는, 재기록가능한 기록을 위한 다층 광 데이터 저장매체(20)가 도시되어 있다. 670nm의 파장을 갖는 초점이 맞추어진 방사빔(19)이 기록중에 매체(20)의 입사면(16)을 통해 입사한다. 이 매체는, 120mm의 직경과 0.6mm의 두께를 갖는 PC로 제조된 기판(1)을 갖고, 이 기판의 일면에는 제 1 상변화형 기록층(6)을 포함하는 제 1 기록 적층체(2)가 적층된다. 제 1 기록 적층체(2)는 입사면(16)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 존재한다. 추가 상변화형 기록층(12)을 포함하는 추가 기록 적층체(3)가 제 1 기록 적층체보다 입사면(16)에 더 근접하여 존재한다. 투명 스페이서층(9)은 기록 적층체들(2, 3) 사이에 존재한다. 투명 스페이서층(9)은 30㎛의 두께를 갖고, 스핀코팅에 의해 설치된 당업계에 공지된 UV 경화 수지, 또는 예를 들어, 압력 감지 접착제(pressure sensitive adhesive: PSA)층을 포함하는 PMMA 또는 PC로 이루어진 플라스틱 시이트로 제조될 수 있다. 추가 기록층(12)은, 원자 백분율로 화학식 Ge7Sb76.4Te16.6로 정의되는 합금으로 실질적으로 구성되고, 5nm의 두께를 갖는다. 2nm의 두께를 갖는 2개의 투명 결정화 촉진층(11', 13')이 상기 추가 기록층(2)과 접촉하여 존재한다. 투명한 결정화 촉진층들(11', 13')은 주로 물질 Si3N4를 함유한다. 방사빔(19)에 대해 반투명한 금속 반사층(14)이 추가 기록 적층체(3) 내부에 존재하며, 주로 원소 Cu를 함유하며, 6nm의 두께를 갖는다.
기록 및 판독은 레이저광 빔(19)을 사용하여 행해진다. 각각 5 및 160nm의 두께를 갖는 (ZnS)80(SiO2)20으로 이루어진 추가 유전층들 11 및 13이 존재한다. 기록층(12)의 두께는 4 내지 20nm 사이에서 변동될 수 있다. CET에 대한 이와 같은 변화의 효과의 결과를 도 2에 나타내었다.
제 1 기록층(6)은 실질적으로 원자 백분율로 화학식 Ge7Sb76.4Te16.6으로 정의되는 합금으로 이루어지며, 10nm의 두께를 갖는다. 2nm의 두께를 갖는 2개의 선택적인 투명 결정화 촉진층(5', 7')이 제 1 기록층과 접촉하여 존재한다. 투명 결정화 촉진층들(5', 7')은 주로 Si3N4를 함유한다. 제 2 금속 반사층(4)은, 제 1 기록 적층체(3) 내부에 존재하고, 주로 원소 Cu를 함유하며 100nm의 두께를 갖는다. 기록과 판독은 레이저광 빔(19)을 사용하여 행해진다. 각각 20 및 90nm의 두께를 갖는 (ZnS)80(SiO2)20을 제조된 추가 유전층들 5 및 7이 존재한다. 기록층(6)의 두께 d는 4 내지 20nm 사이에서 변화할 수 있다. CET에 대한 이와 같은 변동의 효과의 결과를 도 2에 나타내었다.
전술한 도 1의 매체의 L1 적층체(3)의 층 구조는 다음과 같이 요약될 수 있다:
I(160)-N(2)-P(5)-N(2)-I(5)-M(6)-I(80), 이때 부호 I는 유전층 11 또는 13을 표시하고, N은 결정화 촉진층 11' 또는 13'을 표시하며, P는 기록층(12)을 표시하고, M은 금속층을 표시하는 한편, 괄호 안의 수치는 각각의 층의 nm 단위를 갖는 두께를 나타낸다. 이와 같은 구조에 따르면, L1 적층체(3)의 다음과 같은 광 투과율(T), 반사율(R) 및 콘트라스트값이 얻어진다:
Tc=0.352, Ta=0.531, Rc=0.145, Ra=0.028, 이때 c 및 a는 위상, 즉 기록층(12)의 결정질 또는 비정질을 표시한다. 콘트라스트=(Rc-Ra)/Rc=0.807이다.
도시되지 않은 또 다른 실시예에서는, L1의 구조가 다음과 같다:
I(60)-N(2)-P(5)-N(2)-M(6)-I(80). 이때, 도 1과 비교할 때, 금속층(14)과 결정화 촉진층(11') 사이의 유전층(11)이 삭제되었다는 점에 주목하기 바란다. 이와 같은 삭제는, 기록층(12)과 금속층(14) 사이의 거리가 감소되므로, 적층체 33의 냉각 거동을 증가시킬 수 있다. 이러한 삭제는, 광 투과율, 반사율과 콘트라스트와 관련된 적층체의 광학 특성에도 영향을 미친다. 이것의 이점은, 더 적은 수의 층이 필요하여, 경제적으로 제조할 수 있다는 것이다. 이와 같은 구조를 사용할 때, 다음과 같은 L1 적층체(3)의 광 투과율, 반사율 및 콘트라스트 값들이 얻어진다:
Tc=0.460, Ta=0.624, Rc=0.144 Ra=0.056, 콘트라스트=(Rc -Ra)/Rc=0.611.
상변화 기록층들 6 및 12는 적절한 타겟의 증착 또는 스퍼터링에 의해 기판에 도포된다. 이와 같이 증착된 층들은 비정질로서, 초기화기로도 불리는 특수한 레코더 내부에서 초기화, 즉 결정화된다. 스페이서층(9)과 커버층(15)을 제외한 다른 층들도, 적절한 타겟의 증착이나 스퍼터링에 의해 설치된다. 정보를 기록, 재생 및 소거하기 위한 방사빔(19)은 투명 커버층(15)을 통해 기록층 6 또는 12에 입사한다. 투명 커버층(15)은, 0.1mm의 두께를 갖고, 스핀코팅에 의해 형성된 UV 경화 수지로 제조된다. 커버층(15)은, 압력 감지 접착제(PSA)층을 포함하는 플라스틱 시이트를 도포하여 설치될 수도 있다.
도 2에는, 화합물 Ge7Sb76.4Te16.6에 대한 상변화 기록층 6 또는 12의 nm 단위를 갖는 두께 d에 대한 ns 단위를 갖는 CET의 의존성이 도시되어 있다. 그래프 21은 결정화 촉진층들을 갖지 않는 경우의 관계를 나타내고, 그래프 22는 기록층 6 또는 12가 Si3N4로 제조되고 2nm의 두께를 갖는 2개의 결정화 촉진층들 사이에 삽입될 때의 관계를 표시한다. 곡선 21로부터, CET가 d=10nm에서 최소값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 더구나, 결정화 촉진층들을 적용함으로써, 기록층들 6, 12의 d=4nm의 두께에서도 CET가 35ns 아래로 유지된다는 것을 알 수 있다.
도 3에서, 3상도(30)는, 예를 들면, DVD+RW, DVR 또는 BD 디스크들에 대한 기록층으로서 사용되고 영역 31에 위치한 화학양론적 조성들로부터 멀리 떨어진 "공융" GexSbyTez(x+y+z=100) 물질을 나타내는 영역 32이다. 영역 32의 조성을 갖는 물질들은, Ge로 도핑된 공용 Sb70Te30으로 생각할 수 있으며, 성장 지배적인 결정화 공정을 갖는다. 이것은, 기록된 비정질 마크와 결정성 환경 사이의 모서리에서의 직접적인 성장에 의해 마크 소거가 발생한다는 것을 의미한다. 기록된 비정질 마크 내부에서의 핵형성은, 이와 같은 성장이 완료하기 전에 발생하지 않는다. 이들 물질의 CET는 처음에는 층 두께가 증가함에 따라 급격하게 감소하지만, 도 2에 도시된 것과 같이, 층 두께가 더 증가시에 다시 증가한다. 가장 짧은 결정화 시간은 약 10nm의 두께에서 존재한다. 이들 공융(성장 지배적인) 물질들은, 기록 비정질 마크 크기의 감소에 따라 결정화 시간이 감소하므로, 단일층 및 이중층 DVD 및 DVR 기록 시스템에서의 고속 데이터 레이트 및 고밀도 기록에 가장 적합하다.
이때, 전술한 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이라기보다는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 첨부된 청구항들의 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 다양한 다른 실시예가 설계될 수 있다는 것에 주목하기 바란다. 청구항들에서, 괄호 안에 놓인 참조번호들은 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 용어 "포함한다"는 청구항에 나열된 것 이외의 구성요소들이나 단계들의 존재를 배제하는 것이 아니다. 구성요소 앞의 용어 "a" 또는 "an"은 이와 같은 복수의 구성요소의 존재를 배제하는 것이 아니다. 특정한 구성이 서로 다른 종속항들에서 반복된다는 단순한 사실이, 이들 구성의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 시사하는 것도 아니다.
본 발명에 따르면, 기록중에 매체의 입사면을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔을 사용하여 재기록가능한 기록을 하기 위한 다층 광 데이터 저장매체가 기술된다. 이 매체는, 제 1 상변화형 기록층을 포함하는 제 1 기록 적층체 L0가 그것의 일면에 적층된 기판을 구비한다. 제 1 기록 적층체는 입사면으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 존재한다. 추가 상변화형 기록층을 포함하는 적어도 1개의 추가 기록 적층체 Ln이 제 1 기록 적층체보다 입사면에 더 근접하여 위치한다. 투명 스페이서층은 기록 적층체들 사이에 존재한다. 추가 기록 적층체는, 실질적으로, 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez으로 정의되고, 4 내지 12nm 범위에서 선택된 두께를 가지며, 추가 기록층과 접촉하고 있는 5nm보다 작은 두께를 갖는 적어도 1개의 투명 결정화 촉진층을 가지며, 이때 0<x<15, 50<y<80, 10<z<30 및 x+y+z100이다. Ln 적층체의 기록층의 낮은 결정화 시간을 겸비한 높은 광 투과율이 달성되어, 상기 매체를 적어도 12m/s의 선형 기록속도를 사용하는 다층 고속 기록에 상기 매체가 적합하게 사용될 수 있도록 한다.

Claims (8)

  1. 기록중에 매체(20)의 입사면(16)을 통해 입사하는 초점이 맞추어진 방사빔(19)을 사용하여 재기록가능한 기록을 하기 위한 다층 광 데이터 저장매체로서,
    제 1 상변화형 기록층(6)을 구비하고, 입사면(16)에서 가장 멀리 떨어진 위치에 존재하는 제 1 기록 적층체(2) L0와,
    추가적인 상변화 기록층(12)을 구비하고, 제 1 기록 적층체(2)보다 입사면(16)에 더 근접하여 존재하는 적어도 1개의 추가 기록 적층체(3) Ln과,
    상기 기록 적층체들(2, 3) 사이에 위치하며, 상기 초점이 맞추어진 방사빔(19)의 초점심도보다 큰 두께를 갖는 투명 스페이서층(9)
    이 일면에 적층된 기판(1)을 구비한 다층 광 데이터 저장매체에 있어서,
    상기 추가 기록층(12)은, 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez으로 정의되는 합금으로 이루어지고, 이때 0<x<15, 50<y<80, 10<z<30 및 x+y+z=100이고, 4 내지 12nm의 범위에서 선택되는 두께를 가지며, 5nm보다 작은 두께를 갖는 적어도 1개의 투명 결정화 촉진층(11', 13')이 상기 추가 기록층(12)과 접촉하여 존재하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  2. 제 1항에 있어서,
    투명 결정화 촉진층(11', 13')은, Si, Al 및 Hf의 질화물, 산화물의 그룹으로부터 선택된 물질을 주로 함유하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  3. 제 2항에 있어서,
    투명 결정화 촉진층(11', 13')은, Al의 질화물과 Si의 질화물의 그룹으로부터 선택된 물질을 주로 함유하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 추가 기록층(12)은 4 내지 8n 범위에서 선택되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 합금은, 원자 백분율로 화학식 GexSbyTez로 정의되는 조성을 갖고, 이때 5<x<8, 70<y<80, 15<z<20 및 x+y+z=100인 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  6. 제 1항에 있어서,
    방사빔(19)에 대해 반투명한 금속 반사층(14)이 상기 추가 기록 적층체(3) 내부에 존재하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 금속 반사층(14)은 원소 Cu를 주로 함유하는 것을 특징으로 하는 다층 광 데이터 저장매체(20).
  8. 12m/s보다 높은 기록속도를 사용한 고속 기록용으로서의 선행하는 청구항 중에서 어느 한 항에 기재된 광 저장매체(20)의 용도.
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