KR20080033422A

KR20080033422A - 광 기록 매체

Info

Publication number: KR20080033422A
Application number: KR1020087003842A
Authority: KR
Inventors: 하지메 유즈리하라; 히로유키 이와사; 가츠나리 하나오카; 기요토 시바타; 유지로 가네코
Original assignee: 가부시키가이샤 리코
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-04-16
Also published as: CN101248490A; TW200713258A; US20080145587A1; WO2007023826A1; EP1917661A4; EP1917661A1

Abstract

본 발명의 목적은, 기판과, 이 기판 상에 순서대로 배치된 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 제1 유전체층을 포함하는 광 기록 매체를 제공하는 것이며, 상기 기록층은 GeSbSnMn와 GeSbSnMnGa 중 어느 하나를 함유하는 상변화 기록 재료를 함유하고, 제2 유전체층은 Nb, Si, Ta 중 2개 이상의 원소의 산화물을 함유한다.

Description

광 기록 매체 {OPTICAL RECORDING MEDIUM}

본 발명은 레이저　빔을 이용하여 정보를 고밀도, 고속으로 기록 및 재생하는 것이 가능한 광 기록 매체에 관한 것이다.

최근, 재기록 가능형(rewritable) 광 디스크로서 상변화형(phase-change) 광 디스크를 이용하고 있다. 구체적으로는 CD-RW, DVD+RW, DVD-RW 및 DVD-RAM마다 디스크 사양이 있다. 그러나, 보다 대용량의 정보를 기록 및 재생하는 것이 가능한 광 디스크가 요구되고 있으며, 고품질, 고해상 화상을 취급하는 디지털 방송 인프라구조의 본격적인 개발, 및 화상 정보를 포함하는 대용량 파일을 사무실에 저장하기 위한 개발이 진행되고 있다. 이에, 고밀도화 및 기록 속도의 고속화가 동시에 요구되고 있다.

고밀도화에 대한 다양한 제안들이 있는데, 광 픽업(optical pickup)의 개구수(NA; Numerical Aperture)를 더욱 높여 고밀도 기록을 달성하는 방법은 차세대 DVD에 채택되어 향후 큰 시장을 형성할 것으로 예상되고 있다. 구체적으로, 광 픽업은 파장이 405㎚이고, NA가 0.65 내지 0.85이다.

상변화형 광 디스크는, 플라스틱 기판, 유전체 재료, 칼코겐계(chalcogen-based) 상변화 기록 재료, 유전체 재료 및 Al이나 Ag 합금을 포함하거나, 플라스틱 기판, Al이나 Ag 합금, 유전체 재료, 칼코겐계 상변화 기록 재료 및 유전체 재료를 포함하는 다층 구조, 또는 기록층에 접촉하는 계면층을 더 포함하는 더 많은 층으로 된 다층 구조를 갖는다. 칼코겐계 상변화 기록 재료는 열이력에 따른 결정 또는 비결정 구조를 갖고, 기록된 정보의 식별은 반사율 차이로 이루어질 수 있다.

대용량화에 따라, 정보의 고속 기록에 대한 요구가 높아지고 있다. 고속화를 위해 고려되어야 하는 사항 중 하나는 반사층의 열전도율이며, 그 외에도 표면 구조에 기인하는 저잡음화이다. 대표적인 반사층 재료로는 Ag, Au, Cu가 있으며, 고열전도율 및 저잡음화를 달성하기 위해 이들 재료는 단일 원소 대신에 합금으로서 이용된다. 그러나, 고열전도율의 반사층을 이용하는 것만으로는 충분한 기록 성능을 얻을 수 없다.

다음의 중요한 사항은 반사층과 기록층 사이의 유전체 재료이다.

기록 감도를 좌우하는 열전도율 및 비열 등의, 유전체 재료의 물성값은 더 낮을수록 바람직하다. 일반적으로 광펄스를 이용하여 기록층의 온도를 상승시킨다. 펄스 시간이 나노 오더(nano-order)이기 때문에, 기록층을 단시간에 필요한 온도까지 가열한 후 방열하는 것이 바람직하다. 대표적인 유전체 재료는 ZnS와 SiO₂의 혼합물을 포함하며, 비율이 80:20(몰%)인 혼합물을 주로 이용한다. 그리고, 기타 유전체 재료로는 광 투명도가 높은 금속 산화물, 질화물, 탄화물이 있다(특허 문헌 1).

또한, 유전체층이 ZnS과 SiO₂의 혼합물 등의 S를 포함하는 재료를 함유하고, 반사층이 Ag, 또는 Ag을 90질량% 이상 함유하는 합금을 함유하는 경우, Ag의 황화 반응에 의해 반사층이 고온, 고습 환경에서 부식된다고 하는 특유의 문제가 생기기 때문에, 이들 층 사이에 Ag의 황화 반응을 억제하는 층을 추가하는 구성도 채용되고 있다(특허 문헌 2).

반사층과 기록층 사이의 유전체층으로서 탄화물만 이용하는 경우, 산화물과 비교해서 광학 상수 k가 1자릿수에서 4자릿수로 커지는 것이 문제가 된다. 그 결과, 매체 신호로서의 반사율이 낮아질 수 있거나, 감도가 떨어질 수 있다(기록에 필요한 레이저 전력이 상승한다). 또한, 다종의 탄화물이 유리 프레스 렌즈용의 몰드 재료로서 또는 몰드의 표층으로서 이용되기 때문에, 이들 중 다수는 기록층의 칼코게나이드(chalcogenide) 재료와, 또는 기록층 재료와 접촉하는 유리 재료와 동등한 유전체층 재료와 밀착성이 좋지 않을 것으로 생각된다. 또한, 탄화물이 열 충격에는 강할지라도, 다종의 탄화물은 열전도성이 높고, 반도체 레이저로부터 인가되는 에너지 전력이 탄화물층을 통해 반사층 측으로 도피하기 때문에 높은 기록 전력이 필요할 것으로 생각된다.

전술한 바와 같이, 상변화형 광 기록 매체가 고속화됨에 따라 반사층 재료로서 열전도율이 높은 Ag 또는 Ag 합금을 이용한다. 유전체 재료로서 ZnS와 SiO₂의 혼합물을 이용하는 경우, 고온, 고습 환경에서 황화로 인한 매체 결함을 없애기 위해서, 유전체층과 반사층의 사이에 배리어층을 배치할 필요가 있다. 또한, 고속 기록을 위해서는 기록층의 재료와 조성만으로 충분한 기록 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다. 이 경우에, 결정화 속도를 보다 고속화하여 오버라이트 성능(overwriting performance)을 향상시킬 필요가 있다. 또한, 기록층에 접촉하며 결정화를 촉진하는 효과를 나타내는 유전체 층을 추가하고, 경우에 따라서 그 유전체층을 기록층의 양측에 배치할 필요가 있다. 그 경우, 층수가 점점 증가하게 되어 결국 광 기록 매체의 높은 제조 비용이 문제가 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제10-208299호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-74746호 공보

본 발명의 목적은 고속 기록이 가능하며 기록 성능 및 저장 신뢰성을 확보할 수 있는 저비용의 광 기록 매체를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 반사층과 기록층의 사이에 이용되는 대표적인 유전체 재료인, 황(S)을 함유하는 ZnS과 SiO₂의 혼합물을 다른 유전체 재료로 대체하여, Ag이나 Ag 합금의 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 제1 유전체층을 포함하는 4층 구조의 광 기록 매체를 얻는 방법에 대해 연구하고 있다. 그 결과, 적합한 기록 성능을 갖춘 기록층으로서 GeSbSnMn 또는 GeSbSnMnGa을, 기록층에 접촉한 제2 유전체층으로서 Nb, Si, Ta 중 2개 이상의 원소의 산화물의 조합을 이용하여, 선속(linear velocity) 20m/s 근방 또는 그 이상에서 적절한 특성을 얻었을 뿐만 아니라, 기록 마크의 저장 신뢰성도 확보하였다.

또한, 전술한 바와 같은 조성에 대하여 레이저 파장이 650㎚, 대물 렌즈 NA가 0.65인 광학계를 이용하여 기록한 경우, 제2 유전체층으로서 ZnS과 SiO₂의 혼합물을 이용한 경우와 비교해서 기록 감도가 실질적으로 떨어지고, 그 외에도 불충분한 초기 기록 성능 및 반사율의 저하로 그 광 기록 매체는 실용화될 수 없었다. 그러나, 레이저 파장이 405㎚, 대물 렌즈 NA가 0.85인 광학계를 이용하여 기록이 이루어진 광 기록 매체의 경우, Nb, Si, Ta 중 2개 이상의 원소의 산화물의 조합인 제2 유전체층 재료와, Sb를 50원자% 이상 함유하는 GeSb계 상변화 기록 재료를 조합하여, 약 20m/s의 기록 선속 또는 더 높은 선속에서 충분한 기록 성능을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

본 발명은 발명자들의 지식을 기반으로 하며, 전술한 문제들을 해결하기 위한 대책은 다음과 같다.

<1> 기판, 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 및 제1 유전체층을 포함하는 광 기록 매체에 있어서, 상기 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 및 제1 유전체층은 이 순서대로 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기록층은 GeSbSnMn과 GeSbSnMnGa 중 어느 하나를 함유하는 상변화 기록 재료를 함유하고, 상기 제2 유전체층은 Nb, Si, Ta 중 2개 이상의 원소의 산화물을 함유한다.

<2> 상기 <1>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 그 광 기록 매체는 광 조사측에서부터, 광투과층, 제1 유전체층, 기록층, 제2 유전체층, 반사층, 및 기판을 이 순서대로 포함한다.

<3> 상기 <1>과 <2>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 제2 유전체층의 산화물은 Nb₂O₅와 SiO₂, Ta₂O₅와 SiO₂ 중 어느 하나로 이루어진다.

<4> 상기 <3>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, Nb₂O₅ 또는 Ta₂O₅의 성분비 α (몰%)와, SiO₂의 성분비 β (몰%)는 다음의 수학식, 30≤α≤85, β= 100-α를 만족한다.

<5> 상기 <1>과 <2>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 제2 유전체층의 산화물은 Nb₂O₅, SiO₂, Ta₂O₅이다.

<6> 상기 <5>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, Nb₂O₅의 성분비 α' (몰%)와, SiO₂의 성분비인 β'(몰%), 및 Ta₂O₅의 성분비 γ'(몰%)는 다음의 수학식, 30≤α'≤85, 10≤β'≤50, γ'=100-(α'+β')를 만족한다.

<7> 상기 <1> 내지 <6>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 제2 유전체층의 두께는 3㎚ 내지 15㎚이다.

<8> 상기 <1> 내지 <7>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 제1 유전체층은 ZnS와 SiO₂를 포함하고, SiO₂의 비율은 15몰% 내지 40몰%이다.

<9> 상기 <1> 내지 <8>에 기재한 광 기록 매체에 있어서, 반사층은 Ag와 Ag 합금 중 어느 하나를 포함한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 광 기록 매체를 도시하는 개략도이다.

[발명을 수행하기 위한 최량의 모드]

본 발명의 광 기록 매체는, 기판과, 그 기판 상에 배치된 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 제1 유전체층을 포함하고, 필요하다면 다른 층들을 더 포함한다.

이 경우에 있어서, 광 기록 매체는 광 조사측에서부터, 광투과층, 제1 유전체층, 기록층, 제2 유전체층, 반사층, 기판을 이 순서대로 포함한다.

- 기록층 -

고선속도 20m/s 이상에서의 기록에 적합한 기록 재료가 기록층에 이용된다. 종래로부터 이용되고 있는 기록 재료인 GeSbTeInAg은, SbTe 공정계 근방 조성(eutectic-like composition)에 Ge, In, Ag을 첨가하여 신뢰성을 향상시킨다. 여기서, SbTe의 공정계 근방 조성이란 70≤Sb≤80과 20≤Te≤ 30을 만족하는 SbTe 공정계 근방 조성이다. 기록 재료가 15m/s 미만의 비교적 느린 선속 범위에 적합하기 때문에, 고밀도 기록용으로 조정되어 온, 레이저 파장 405㎚, 대물 렌즈 NA가 0.65를 넘는 광학계에는 적응할 수 없다. 또한, 기록 신호를 재생하기 위한 재생 전력이 상승하는 경우, 첨가 원소 In은 재생 특성을 급격하게 떨어뜨린다. 또, 기록 선속이 상승함에 따라, 고온, 고습 환경하의 기록 마크의 안정성이 떨어져 마크가 소실할 수도 있다. 전술한 과제들을 해결하기 위한 대책으로서, 기타 첨가 원소를 첨가하여 그 문제를 억제하는 방법을 채용할 수도 있지만, 선속이 20m/s 내지 30m/s 이상이 되면 여전히 안정성의 문제가 존재한다.

한편, GeSb 기록 재료는 Ge가 10원자% 내지 15원자%, Sb가 85원자% 내지 90원자%인 범위에서는 고선속 기록에 적합하지만, 변조도가 작고 반사율도 낮기 때문 에 GeSb의 이원계(binary system)로서 이용하기에 실용적이지 않다. 그러나, 기록 마크를 약 5m/s의 저선속에서 기록하여 수백 시간 동안 고온 환경에 두더라도 신호는 거의 열화되지 않는 것을 알 수 있었다. 그래서, 고선속에서의 기록에 적용하도록 특성을 향상시키기 위하여 제3 첨가 원소로서, Sn, In, Ga, Ag, Zn, Bi에 대해 연구하였다.

그 결과, Sn의 첨가가 효과적이며, 고선속에서의 기록과 특성 향상을 Sn가 15원자% 내지 25원자%인 범위에서 동시에 추구할 수 있음을 알 수 있었다. Sn가 25원자%를 넘으면 고선속에서의 적절한 특성을 얻을 수 없었기 때문에, Ge와 Sb의 함량비로 조정하였지만, 20m/s를 넘는 선속에서는 조성 변화에 따라 특성도 변하기 쉽다. In을 더 첨가하는 것도 시도해 보았지만, 특성 열화가 반복 재생 횟수에 대하여 명백하였다. Bi의 경우도 마찬가지였다. 또한, Ag과 Zn도 고선속에는 적합하지 않음이 판명되었다.

Ge양을 삭감하고, 그 만큼 Mn을 첨가하였을 때, 고선속에서의 특성이 변하지 않았고, 고온, 고습 환경에서의 데이터 저장 능력도 적절함이 판명되었다. 또한, 기록 전력에 대한 전력 마진이 넓어지고 조성 변화로 인한 특성 변동도 작음이 판명되었다. 바람직한 조성 범위는 1원자% 내지 10원자%이다.

더욱이, Ga를 첨가하여 기록 성능이 더 향상되었다.

이상의 연구 결과로부터, 최적의 기록 재료는 GeSbSnMn과 GeSbSnMnGa임을 알 수 있었다. 각 원소의 최적 조성 범위(원자%)는 기록 선속 15m/s 내지 30m/s에 대하여, 5≤Ge≤15, 55≤Sb≤70, 15≤Sn≤25, 1≤Mn≤7, 0≤Ga≤7이다.

- 제2 유전체층 -

기록 성능을 더욱 향상시키기 위해서, 전술한 기록 재료를 이용하여, 제2 유전체층에 대해 연구하였다. 종래로부터 이용되고 있는 ZnS와 SiO₂의 혼합물에 있어서, 레이저 파장이 405㎚, 대물 렌즈 NA가 0.85인 광학계를 이용하여 기록하는 경우, ZnS와 SiO₂의 혼합물을 이용한 층의 두께가 얇아짐에 따라 기록 성능이 향상될 가능성이 있다. 그러나, 그 두께가 수 ㎚만큼 얇아지면, 특성은 더 이상 좋아지지 않고 감도는 떨어진다. 그리고, 기록 특성이 원하는 값에 도달하지 않기 때문에, ZnS과 SiO₂의 혼합물에 대한 대안으로서 방열 성능이 더 높은 재료에 대해 연구하였다. 그 재료는, ZnS과 SiO₂의 혼합물보다 열전도율이 높고, 금속과 합금보다 열전도율이 낮은 것이 바람직하다. 이에, 산화물을 중심으로 연구하였다.

단일 탄화물을 이용하는 경우에, 제2 유전체층과 Ag 반사층과의 밀착성이 떨어지고, 매체가 고온, 고습 환경에 방치된 경우에, 막 부유, 막 박리가 많이 생길 수 있다. 동시에, 단일 탄화물로 이루어진 박막은 광학 상수 k 값이 크기 때문에 반사율이 낮아지고, ZnS:SiO₂=80:20(몰%)과 비교해서 열전도율이 10배 정도 높기 때문에, 기록 감도 및 기록 특성이 모두 떨어진다. 같은 경향이 단일 질화물의 경우에도 관찰된다.

더욱이, ZnS과 SiO₂의 혼합물의 대안으로서, 황을 함유하지 않는 재료를 이용하면, 제1 유전체층, 기록층, 제2 유전체층, 반사층을 포함하는 4층 구조로, 층 수를 적게 할 수 있는 장점이 있다. 제2 유전체층과 반사층의 사이에 황화 억제층을 배치하거나, 제1 유전체층과 기록층의 사이에 계면층을 배치하는 것과 같이, 상변화형 광 기록 매체의 층수가 증가하고 있다. 따라서, 층수를 줄이는 것이 비용면에서 유리하다. 그러나, 4층 구조로 기록 성능이 만족스럽지 못한 경우, 층수 삭감의 장점을 유지하는 것이 고려되어야 하지만 필요에 따라 다른 층을 배치할 수도 있다.

열전도율이 ZnS과 SiO₂의 혼합물보다는 높고 단일 탄화물과 단일 질화물보다는 낮으며, 융점이 높고, 투명하다는 점 때문에, Nb, Si, Ta 중 2종 이상의 산화물을 주성분으로 함유하는 재료가 본 발명에 이용된 제2 유전체층 재료의 재료로서 탁월한 것을 알게 되었다. 본 명세서에서 주성분이 된다는 것은 각 산화물의 특성을 나타내는데 양적으로 충분함을 의미한다. 일반적으로 70몰% 이상이 바람직하다.

일반적으로, 상기 원소들의 산화물만 함유하는 재료를 이용하지만, 필요하다면 후술하는 기록 성능을 향상시키기 위한 화합물 또는 성막 속도를 높이기 위한 원소 등을 첨가할 수도 있다.

일반적으로, Nb, Si, Ta 중 2종 이상의 산화물은 혼합물로서 이용된다.

또한, Nb, Si, Ta의 산화물이 S 원소를 함유하지 않기 때문에, 저장 신뢰성은 주성분으로서 Ag를 함유하는 반사층이 산화물과 접촉하여 이용되는 경우에 적절하다.

열전도율 및 굴절율은 Nb, Si, Ta의 비율을 변경함으로써 조정될 수 있다. 예컨대 Nb의 비율을 높게 하면, 즉 Nb₂O₅의 비율을 높게 하면, 굴절율이 높아진다(귤절율은 Nb₂O₅ 단독으로 약 2.1 내지 2.3이 된다). Ta₂O₅의 경우도 마찬가지이다. 이와 반대로 SiO₂의 비율이 높아지면, 굴절율은 약 1.4까지 떨어진다.

조합물의 예로는 (Nb₂O₅, SiO₂), (Ta₂O₅, SiO₂), (Nb₂O₅, SiO₂, Ta₂O₅) 등이 있다.

(Nb₂O₅, SiO₂)과 (Ta₂O₅, SiO₂)의 각 산화물의 비율은 Nb₂O₅ 또는 Ta₂O₅의 성분비를 α(몰%)로, SiO₂의 성분비를 β(몰%)로 할 때, 30≤α≤85와 β= 100-α의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. α<30이면, 기록 감도와 기록 특성이 떨어지고, α>85이면, 기록 감도와 오버라이트 성능이 떨어진다.

(Nb₂O₅, SiO₂, Ta₂O₅)의 산화물의 비율은 Nb₂O₅의 성분비를 α'(몰%)로, SiO₂의 성분비를 β'(몰%)로, Ta₂O₅의 성분비를 γ'(몰%)로 할 때, 30≤α'≤85, 10≤β'≤50, γ'=100-(α'+β')의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. α'<30이면, 기록 감도와 기록 특성이 떨어지고, α'>85이면, 기록 감도와 오버라이트 성능이 떨어질 수 있다. 또한, β'>50이면, 기록 감도와 기록 성능이 떨어지고, β'<10이면, 오버라이트 성능이 떨어진다. 바람직한 범위는 Nb₂O₅(α')의 경우 40 내지 80, SiO₂(β')의 경우 10 내지 30, 그리고 Ta₂O₅(γ')의 경우 5 내지 50이다.

전술한 조성의 산화물을 이용하고, 스퍼터링용 타깃을 이용하여 제작된 제2 유전체층의 조성에서의 산소량은 Nb₂O_(5-δ), SiO_(2-δ) 등의 목표량보다 적은 양을 포함한다. δ로서 바람직한 값은 최대 0.5원자%이다.

또한, 금속이나 반도체의 산화물, 황화물, 질화물, 탄화물 등의 투명도와 융점이 높은 재료를 제2 유전체층용 재료에 첨가할 수 있다. 구체적인 예로는 ZnO, SnO₂, Al₂O₃, TiO₂, In₂O₃, MgO, ZrO₂, CeO₂ 등의 금속 산화물, Si₃N₄, AlN, TiN, BN, ZrN 등의 질화물, ZnS, TaS₄ 등의 황화물, SiC, TaC, B₄C, WC, TiC, ZrC 등의 탄화물이 있다. 예컨대, 결정성 ZnO나 CeO₂를 첨가하여 열팽창 계수를 상승시킴으로써, 오버라이트 성능이 향상할 수 있다. 기타 첨가물에 있어서, 반사율은 저하하지만 기록 성능이 TiO와 TiC의 혼합물에 의해 비교적 적절하였다.

제2 유전체층의 두께는 3㎚ 내지 15㎚인 것이 바람직하고, 5㎚ 내지 10㎚인 것이 더 바람직하다. 두께가 3㎚ 미만이면, 기계적 강도가 저하하여 그 매체는 재기록에 적합하지 않을 수 있다. 또한, 레이저 에너지의 대부분이 반사층에 전달되기 때문에, 용융 영역이 작아지게 되어 변조도도 낮아지고 기록 감도도 떨어진다. 한편, 두께가 15㎚를 넘으면, 방열 효과가 저하하여 급냉 담금질 구조(quenching structure)를 얻는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 인접 트랙 간의 크로스 소거 또는 연속 마크 간의 열 간섭도 증대할 수 있다.

제2 유전체층은, 예컨대 혼합 산화물의 타깃을 이용하여 스퍼터링함으로써 제작될 수 있다. 그러나, 그 혼합 산화물의 성막 속도는, ZnS와 SiO₂의 혼합물의 성 막 속도의 1/4 이하만큼 느리고, 생산성면에서도 비용이 증대하게 된다. 즉, 단위 시간당 생산수가 저하한다. 그래서, V, Ni, Zr, W, Mo, Nb를 첨가하여 성막 속도를 높이는 것이 바람직하다. 그 중에서도 Ni가 가장 효과적이다. 첨가 원소의 첨가량은 3원자% 내지 7원자%인 것이 바람직하다.

본 발명의 광 기록 매체는, 레이저 파장이 405㎚, 대물 렌즈 NA가 0.85인 광학계를 이용하는 고밀도 기록용 매체에 이용되는 것이 바람직하다.

도 1에서는 광 조사측에서 볼 때, 광투과층(7), 제1 유전체층(2), 기록층(3), 제2 유전체층(4), 반사층(5), 및 기판(1)이 이 순서대로 형성되어 있다.

- 기판 -

본 발명의 광 기록 매체의 기판은, 기판측에서 빛을 조사하도록 구성되지 않기 때문에 투명할 필요가 없다. 기판 재료의 예로는 유리, 세라믹, 수지가 있고, 수지 기판이 성형성과 비용면에서 우수하므로 적합하다. 수지의 예로는 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 실리콘 수지, 불소계 수지, ABS 수지, 우레탄 수지가 있으며, 폴리카보네이트 수지와 아크릴계 수지가 성형성, 광학 특성, 비용면에서 우수하므로 바람직하다. 또한, 수지는 종이나 식물로부터 추출된, 예컨대 콘스타치(cornstarch) 재료로 이루어질 수도 있다.

관리 표준을 충족하는 크기, 두께, 홈 형상을 갖도록 형성되는 기판이 이용된다.

- 제1 유전체층 -

제1 유전체층용 재료의 예로는, SiO, SiO₂, ZnO, SnO₂, Al₂O₃, TiO₂, In₂O₃, MgO, ZrO₂ 등의 산화물, Si₃N₄, AlN, TiN, BN, ZrN 등의 질화물, ZnS, TaS₄ 등의 황화물, SiC, TaC, B₄C, WC, TiC, ZrC 등의 탄화물, 또는 이들의 혼합물이 있다. 이 가운데, 비율이 ZnS:SiO₂=60:40 내지 85:15(몰%)인 ZnS와 SiO₂의 혼합물이 바람직하고, 열전도율이 더 높은 ZnS:SiO₂=70:30(몰%)의 혼합물이 오버라이트 성능면에서 특히 바람직하다.

제1 유전체층의 두께는 반사율, 변조도, 기록 감도에 실질적으로 영향을 주기 때문에, 제1 유전체층의 두께와 관련하여, 매체 반사율 값이 최소값 근방에 가까운 두께가 바람직하다. 기록 감도는 이 두께 영역에서 적절하고 오버라이트 성능이 향상될 수 있다. 또한, 두께 변동이 있더라도 특성이 안정적이기 때문에 바람직하다. 따라서, 제1 유전체층의 두께는 30㎚ 내지 50㎚인 것이 바람직하다. 두께가 30㎚ 미만이면, 오버라이트 특성이 떨어질 수 있고, 반사율이 감소할 수 있다. 두께가 50㎚를 넘으면, 반사율은 상승할 수 있지만 기록 감도는 떨어질 수 있다.

- 반사층 -

Ag, Au, Cu를 주성분으로서 함유하는 금속이 반사층에 이용된다. 열전도율이 높고 비교적 저렴한 Ag가 바람직하지만, 단일 Ag로 이루어진 막은 입자 직경이 크기 때문에, 각 입자의 경계 부분의 두께가 변하여, 표면 거칠기가 생긴다. 신호 잡음이 반사층의 표면 형상에 영향을 받기 때문에, Cu, Pd, Nd, Pt, Bi 등의 원소의 5원자% 이하를 Ag에 첨가하여 표면을 평탄화하면 표면 거칠기로 인한 잡음이 감소하고, 기록 성능이 향상한다.

반사층 두께는 80㎚ 내지 200㎚의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 그 두께가 80㎚ 미만이면, 열전도율이 떨어지고 기록 성능이 떨어진다. 그러나, 기록 성능은 두께가 200㎚를 넘는 경우라도 변하지 않지만, 두께가 250㎚를 넘으면 광 기록 매체의 휘어짐과 변형이 증가하기 때문에 기계 특성이 떨어지고 기록 성능도 떨어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 기판 상에 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 제1 유전체층을 형성한 다음, 이들 층 위에, CD와 DVD의 기판부에 해당하는 광투과층을 형성하여 광 기록 매체를 제작한다.

광투과층의 두께는, 조사되는 광을 기록층에 집광시키기 위해 0.1㎜에 설정되는 것이 바람직하다. 이에 따라 수차가 최소로 억제되고 성능 마진이 광 기록 매체의 기울기에 대하여 넓어진다. 광투과층의 두께는 광 기록 매체 전체 표면에서 균일한 것이 바람직하며, ± 2㎛의 정밀도가 요구된다. 그러나, 이것만으로는 여전히 충분하지 않기 때문에, 기록 장치의 광학계에 수차 보정계를 설치하여, 두께 변동에 대하여 안정된 성능을 얻는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 레이저 파장이 405㎚, 대물 렌즈 NA가 0.85인 광학계를 이용하여 기록 및 재생하는 것이 가능하고, 고선속 기록 시에도 우수한 기록 성능을 나타내며, 적절한 저장 신뢰성을 갖는 광 기록 매체를 제공할 수 있다. 또한, 제1 유전체층의 ZnS와 SiO₂의 조성비를 최적화하여 고선속 기록 시에도 적절한 오버라이트 성능을 나타내는 광 기록 매체를 제공할 수 있다.

[실시예]

본 발명에 대해 이하의 실시예 및 비교예를 참조하여 구체적으로 설명할 것이며, 이하의 실시예 및 비교예는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

(실시예 1 내지 5)

- 광 기록 매체의 제작 -

기판은 직경 12㎝, 두께 1.1㎜이고, 폴리카보네이트 수지로 이루어지며, 그 위에 홈이 형성되어 있는 것을 이용하였다. 홈 간의 피치는 0.32㎛이고, 정보가 기록되는 피치의 폭은 0.165㎛이며, 홈의 깊이는 22㎚이었다.

그 기판 상에는 Unaxis사에서 제조한 마그네트론 스퍼터링 장치 DVD-Sprinter를 이용하여 순서대로 막을 형성하였다.

먼저, Ag-Bi(Bi 함량: 0.5원자%)의 타깃을 이용하여 140㎚ 두께의 반사층을 형성하였다.

다음에, 그 반사층 위에, Nb₂O₅:SiO₂=85:15(몰%)의 타깃을 이용하여, 표 1에 나타낸 바와 같이 5개의 상이한 두께의 제2 유전체층을 각각 형성하였다.

그리고, 5개의 상이한 두께의 제2 유전체층 위에, 조성이 Ge₉ _.5Sb₆₆Sn₁₈Mn₆ _.5(원자%)인 타깃을 이용하여 14㎚ 두께의 기록층을 형성하였다.

이어서, 그 기록층 위에, ZnS:SiO₂=70:30(몰%)의 타깃을 이용하여 40㎚ 두께의 제1 유전체층을 형성하였다.

마지막으로, 그 제1 유전체층 위에, 폴리카보네이트 수지로 이루어진 75㎛ 두께의 시트(Teijin Chemicals사에서 제조한 “PURE-ACE")를 25㎛ 두께의 UV 경화형 수지(Nippon Kayaku사에서 제조한 DVD003)로 접착하였다. 전술한 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 광 기록 매체를 제작하였다.

- 초기화 -

다음에, (Hitachi Systems & Services사에서 제조한)초기화 장치를 이용하여, 선속 3m/s, 전력 800mW, 헤드 이송 36㎛의 조건 하에서 각 광 기록 매체의 기록층을 결정화하였다.

<평가>

파장 405㎚, NA 0.85의 픽업 헤드를 갖는 기록/재생 장치(Pulstec Industrial사에서 제조한 DDU-1000)를 이용하여, 전술한 광 기록 매체 각각마다 신호 특성을 평가하였다.

기록 선속은 19.86m/s이고, 기록 전력(Pw)은 10mW 내지 12 mW이며, 소거 전력(Pe)은 Pw의 30%의 값으로 설정하였다. Pw를 조사하는 펄스와, 재생 전력 이하와 동등한 하부 전력(Pb)을 조사하는 펄스를 한 쌍으로 하여, 길이 2T의 최단 기록 마크로부터 길이 8T의 기록 마크까지 각 마크를 랜덤하게 기록하였다. 최단 마크 길이 2T는 0.149㎛에 해당한다. 2T, 3T, 4T, 5T, 6T, 7T, 8T의 각 펄스마다 쌍의 수 는 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4로서 설정되었다. 각 펄스의 조사 시간은 기록 성능을 최적화하도록 조정되었다. 마크 간 공간에는 소거 전력이 연속으로 조사되었다.

기록 특성으로서 지터를 측정하였다. 다이렉트 오버라이트 10회 후의 최적 기록 전력(Pw)[mW]과 지터를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

표 1에 나타낸 결과로부터, 실시예 1 내지 3의 경우 제2 유전체층의 두께가 3㎚ 내지 15㎚의 범위 안에 있고, 지터 값은 9% 이하임이 판명되었다. 한편, 실시예 4와 5의 경우 제2 유전체층의 두께가 그 범위 밖에 있기 때문에, 지터 값은 9%를 초과하였다.

더욱이, 실시예 1 내지 5의 광 기록 매체에 대해, 각 매체를 기록 후, 80℃, 85% RH의 환경에서 300 시간 동안 방치한 뒤에 지터를 측정하였을 때 변화가 관찰되지 않았다.

(실시예 6)

- 광 기록 매체의 제작 -

기판 상에는 Unaxis사에서 제조한 마그네트론 스퍼터링 장치 DVD-Sprinter를 이용하여 순서대로 막을 형성하였다.

다음에, 그 반사층 위에, Nb₂O₅:SiO₂=85:15(몰%)의 타깃을 이용하여 8㎚ 두께의 제2 유전체층을 형성하였다.

그런 다음, 그 제2 유전체층 위에, 조성이 Ge₅ _.5Sb₆₆Sn₁₈Mn₆ _.5Ga₄(원자%)인 타깃을 이용하여 14㎚ 두께의 기록층을 형성하였다.

마지막으로, 그 제1 유전체층 위에, 폴리카보네이트 수지로 이루어진 75㎛ 두께의 시트(Teijin Chemicals사에서 제조한 “PURE-ACE")를 25㎛ 두께의 UV 경화형 수지(Nippon Kayaku사에서 제조한 DVD003)로 접착하였다. 전술한 바와 같이, 실시예 6의 광 기록 매체를 제작하였다.

- 초기화 -

다음에, (Hitachi Systems & Services사에서 제조한)초기화 장치를 이용하여, 선속 3m/s, 전력 800mW, 헤드 이송 36㎛의 조건 하에서 기록층을 결정화하였 다.

<평가>

파장 405㎚, NA 0.85의 픽업 헤드를 갖는 기록/재생 장치(Pulstec Industrial사에서 제조한 DDU-1000)를 이용하여, 전술한 광 기록 매체의 신호 특성을 평가하였다.

기록 선속은 19.86m/s이고, 기록 전력(Pw)은 10mW 내지 12 mW이며, 소거 전력(Pe)은 Pw의 30%의 값으로 설정하였다. Pw를 조사하는 펄스와, 재생 전력 이하와 동등한 하부 전력(Pb)을 조사하는 펄스를 한 쌍으로 하여, 길이 2T의 최단 기록 마크로부터 길이 8T의 기록 마크까지 각 마크를 랜덤하게 기록하였다. 최단 마크 길이 2T는 0.149㎛에 해당한다. 2T, 3T, 4T, 5T, 6T, 7T, 8T의 각 펄스마다 쌍의 수는 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4로서 설정되었다. 각 펄스의 조사 시간은 기록 성능을 최적화하도록 조정되었다. 마크 간 공간에는 소거 전력이 연속으로 조사되었다.

다이렉트 오버라이트 10회 후에 측정된 지터는 7%이었고, 이것은 Ga의 추가로 그 특성이 추가 향상되었음을 나타낸다.

(실시예 7 내지 28)

다음에, 그 반사층 위에, Nb₂O₅·SiO₂, Ta₂O₅·SiO₂, 및 Nb₂O₅·SiO₂·Ta₂O₅ 각각의 타깃을 이용하여 8㎚ 두께의 제2 유전체층을 형성하였다.

마지막으로, 그 제1 유전체층 위에, 폴리카보네이트 수지로 이루어진 75㎛ 두께의 시트(Teijin Chemicals사에서 제조한 “PURE-ACE")를 25㎛ 두께의 UV 경화형 수지(Nippon Kayaku사에서 제조한 DVD003)로 접착하였다. 전술한 바와 같이, 실시예 7 내지 28의 광 기록 매체를 제작하였다.

- 초기화 -

다음에, Hitachi Systems & Services사에서 제조한 초기화 장치를 이용하여, 선속 3m/s, 전력 800mW, 헤드 이송 36㎛의 조건 하에서 기록층을 결정화하였다.

<평가>

파장 405㎚, NA 0.85의 픽업 헤드를 갖는 기록/재생 장치(Pulstec Industrial사에서 제조한 DDU-1000)를 이용하여, 전술한 광 기록 매체 각각마다 신호 특성을 평가하였다. 기록 선속은 19.86m/s이고, 기록 전력(Pw)은 10mW 내지 12 mW이며, 소거 전력(Pe)은 Pw의 30%의 값으로 설정하였다. Pw를 조사하는 펄스와, 재생 전력 이하와 동등한 하부 전력(Pb)을 조사하는 펄스를 한 쌍으로 하여, 길이 2T의 최단 기록 마크로부터 길이 8T의 기록 마크까지 각 마크를 랜덤하게 기록하였다. 최단 마크 길이 2T는 0.149㎛에 해당한다. 2T, 3T, 4T, 5T, 6T, 7T, 8T의 각 펄스마다 쌍의 수는 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4로서 설정되었다. 각 펄스의 조사 시간은 기록 성능을 최적화하도록 조정되었다. 마크 간 공간에는 소거 전력이 연속으로 조사되었다.

기록 특성으로서 지터를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2]

표 2에 나타낸 결과로부터, 실시예 7 내지 19의 경우 다이렉트 오버라이트 10회 후의 지터 값이 9% 이하임이 판명되었다.

또한, 실시예 20 내지 28의 경우, 제2 유전체층의 산화물의 성분비가 바람직한 범위 밖에 있기 때문에, 다이렉트 오버라이트 10회 후의 지터 값은 9%를 넘었지만, 10.5% 안에 있었다.

(실시예 29 내지 33)

다음에, 그 반사층 위에, Nb₂O₅:SiO₂= 80:20(몰%)의 타깃을 이용하여 8㎚ 두께의 제2 유전체층을 형성하였다.

그런 다음, 그 제2 유전체층 위에, 조성이 Ge₉ _.5Sb₆₆Sn₁₈Mn₆ _.5(원자%)인 타깃을 이용하여 14㎚ 두께의 기록층을 형성하였다.

다음에, 그 기록층 위에, 표 3의 실시예 18 내지 20에 나타낸 바와 같이, 3개의 다른 조성의 ZnS:SiO₂ 타깃을 이용하여 두께 40㎚의 제1 유전체층을 형성하였 다.

마지막으로, 그 제1 유전체층 위에, 폴리카보네이트 수지로 이루어진 75㎛ 두께의 시트(Teijin Chemicals사에서 제조한 “PURE-ACE")를 25㎛ 두께의 UV 경화형 수지(Nippon Kayaku사에서 제조한 DVD003)로 접착하였다. 전술한 바와 같이, 실시예 29 내지 33의 광 기록 매체를 제작하였다.

- 초기화 -

<평가>

기록 특성으로서 지터를 측정하였다. 기록 전력 11 mW에서, 다이렉트 오버라 이트 횟수 0회째(첫번째 기록, DOW0), 10회째(DOW10), 100회째(DOW100), 1000회째(DOW1000)의 각 특성을 표 3에 나타낸다.

[표 3]

표 3에 나타낸 결과로부터, 실시예 29 내지 31의 경우 모든 지터 값이 DOW1000에서 9% 이하임이 판명되었다.

더욱이, 실시예 32 내지 33의 경우, 제1 유전체층의 ZnS와 SiO₂의 혼합물에서의 SiO₂의 비율이 바람직한 범위, 즉 15몰% 내지 40몰% 밖에 있기 때문에, DOW1000에서의 지터 값이 9%를 약간 넘었다.

(비교예 1)

기판 위에는 Unaxis사에서 제조한 마그네트론 스퍼터링 장치 DVD-Sprinter를 이용하여 순서대로 막을 형성하였다.

다음에, 그 반사층 위에, ZnS:SiO₂= 80:20(몰%)인 타깃을 이용하여 8㎚ 두께의 제2 유전체층을 형성하였다.

마지막으로, 그 제1 유전체층 위에, 폴리카보네이트 수지로 이루어진 75㎛ 두께의 시트(Teijin Chemicals사에서 제조한 “PURE-ACE")를 25㎛ 두께의 UV 경화형 수지(Nippon Kayaku사에서 제조한 DVD003)로 접착하였다. 전술한 바와 같이, 비교예 1의 광 기록 매체를 제작하였다.

- 초기화 -

다음에, Hitachi Systems & Services사에서 제조한 초기화 장치를 이용하여, 선속 3m/s, 전력 800mW, 헤드 이송 36㎛의 조건 하에서 비교예 1의 광 기록 매체의 기록층을 결정화하였다.

<평가>

파장 405㎚, NA 0.85의 픽업 헤드를 갖는 기록/재생 장치(Pulstec Industrial사에서 제조한 DDU-1000)를 이용하여, 전술한 광 기록 매체의 신호 특성 을 평가하였다.

기록 선속은 19.86m/s이고, 기록 전력(Pw)은 10mW이며, 소거 전력(Pe)은 Pw의 30%의 값으로 설정하였다. Pw를 조사하는 펄스와, 재생 전력 이하와 동등한 하부 전력(Pb)을 조사하는 펄스를 한 쌍으로 하여, 길이 2T의 최단 기록 마크로부터 길이 8T의 기록 마크까지 각 마크를 랜덤하게 기록하였다. 최단 마크 길이 2T는 0.149㎛에 해당한다. 2T, 3T, 4T, 5T, 6T, 7T, 8T의 각 펄스마다 쌍의 수는 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4로서 설정되었다. 각 펄스의 조사 시간은 기록 성능을 최적화하도록 조정되었다. 마크 간 공간에는 소거 전력이 연속으로 조사되었다. 기록 특성으로서 지터를 측정하였고, 10회째 기록(DOW10) 후의 결과값 지터는 9.5%이었다.

제작된 광 기록 매체를 80℃, 85% RH의 환경에서 300시간 방치한 후에 지터를 측정하였을 때, 결과값 지터는 1% 증가하여 10%이었다.

Claims

기판과,

반사층과,

제2 유전체층과,

기록층과,

제1 유전체층

을 포함하며,

상기 반사층, 제2 유전체층, 기록층, 및 제1 유전체층은 이 순서대로 상기 기판 상에 배치되고,

상기 기록층은 GeSbSnMn과 GeSbSnMnGa 중 어느 하나를 함유하는 상변화 기록 재료를 함유하며,

상기 제2 유전체층은 Nb, Si, Ta 중 2개 이상의 원소의 산화물을 함유하는 것인 광 기록 매체.
제1항에 있어서, 상기 광 기록 매체는 광 조사측에서부터, 광투과층, 제1 유전체층, 기록층, 제2 유전체층, 반사층, 및 기판을 이 순서대로 포함하는 것인 광 기록 매체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 유전체층의 산화물은 Nb₂O₅와 SiO₂, Ta₂O₅와 SiO₂ 중 어느 하나로 이루어진 것인 광 기록 매체.
제3항에 있어서, 상기 Nb₂O₅ 또는 Ta₂O₅의 성분비 α (몰%)와, 상기 SiO₂의 성분비 β (몰%)는 다음의 수학식 30≤α≤85, β= 100-α를 만족하는 것인 광 기록 매체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 유전체층의 산화물은 Nb₂O₅, SiO₂, Ta₂O₅인 것인 광 기록 매체.
제5항에 있어서, 상기 Nb₂O₅의 성분비 α' (몰%)와, 상기 SiO₂의 성분비인 β' (몰%), 및 상기 Ta₂O₅의 성분비 γ' (몰%)는 다음의 수학식 30≤α'≤85, 10≤β'≤50, γ'= 100-(α'+β')를 만족하는 것인 광 기록 매체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 유전체층의 두께는 3㎚ 내지 15㎚인 것인 광 기록 매체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 ZnS와 SiO₂ 를 함유하고, 상기 SiO₂의 비율은 15몰% 내지 40몰%인 것인 광 기록 매체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층은 Ag와 Ag 합금 중 어느 하나를 함유하는 것인 광 기록 매체.