KR920010454B1 - 광디스크용 기록매체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광디스크용 기록매체

제1도는 종래의 광디스크용 기록매체단면도.

제2도는 광디스크의 정보기록원리를 나타낸 정면도.

제3도는 광디스크의 정보재생원리를 나타낸 정면도.

제4도는 본 발명 광디스크용 기록매체의 단면도.

제5도는 본 발명 광디스크용 기록매체의 일시예도.

제6도는 본 발명의 광디스크용 기록매체의 환경실험에 따른 광투과율(60℃, 10% 습도) 특성도.

제7도는 본 발명 광디스크용 기록매체의 환경실험에 따른 광투과율(25℃, 95% 습도)특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 투명기판 2 : Te-Se 합금막

3 : Se 기록막 4 : bi 기록막

C/N : 캐리어잡음비 Te : 텔루륨

Se : 셀레늄 Bi : 비스무스

본 발명은 음성이나 영상 혹은 데이터등의 각종 정보신호를 기록하는데 이용되는 광디스크용 기록매체에 관한 것으로 특히 투명기판상에 Te-Se(텔루륨-셀레늄)와 Bi(비스무스) 및 Se(셀레늄)의 다층으로 이루어진 얇은 막으로 구성하여 내산화성, 내환경성등의 특성이 우수하고 낮은 에너지의 레이저빔으로 정보를 기록 및 재생특성이 우수한 기록매체를 갖도록한 광디스크용 기록매체에 관한 것이다.

오늘날 사회가 복잡하고 다양해져가는 추세로 볼 때 이에따른 정보의 양도 많아짐은 물론 다양해져가고 있다. 따라서 일상생활 및 업무에 있어서도 취급하는 정보의 양이 급속하게 증가되고 있기 때문에 기록매체의 기록용량도 대용량화 되어야할 필요를 갖게 되었다. 그러므로 고밀도 대용량의 정보를 기록할 수 있는 광디스크가 개발되어 널리 보급되고 있는바 일반적인 광디스크는 제1도에 도시한 바와 같이 유리, 폴리카보네이드(PC) 또는 PMMA와 같은 투명기판상에 Te(텔레륨)계 합금의 기록막을 형성하여서 된 것으로 이 광디스크에서의 정보기록원리는 제2도에 도시한 바와같이 투명한 기판을 통과하여 정보신호를 변조된 레이저빔을 1㎛ 이하로 아주 작제 집속시키면 그 부분은 가열되어 용해되고 일부 기화되면서 표면장력에 의하여 1㎛이하의 아주 미세한 구멍(hole)이 형성된다는 것을 이용한 것이고 기록된 정보를 재생시키는 원리는 제3도에 나타낸 바와 같이 기록시보다 낮은 에너지의 레이저빔을 기록된 부위에 연속적으로 조사시킬 때 구멍이 형성된 경우 레이저빔이 통과하여 반사가 거의 일어나지 않지만 그렇지 않을 경우 기록층에서 레이저빔이 반사되어 기록된 부위와 그렇지 않은 부위의 반사율차이가 나타나며 이 반사된 빔을 전기적신호로 변화시키는 방법을 이용한 것이다.

이와같은 원리로 정보를 기록 및 재생하는 특성은 광디스크의 기록매체의 재질 및 재생하는 특성은 광디스크의 기록매체의 재질 및 구성에 의하여 큰 영향을 미치며 결국 광디스크의 기록매체의 재질 및 구성이 광디스크전체의 특성을 좌우한다. 이와같은 광디스크의 기록매체로서 요구되는 특성은 다음과 같다.

① 낮은 용융온도

② 높은 광(레이저)흡수율

③ 적당한 반사율

④ 낮은 열전도도

⑤ 낮은 열용량

⑥ 우수한 구멍(hole)형성능력

⑦ 안정성-내산화성, 내환경성

이러한 특성들에 의하여 광디스크의 특성이 결정되게 되므로 광디스크용 기록매체의 재질과 기록막의 구조에 따라 그 특성이 달라지는 바 종래의 광디스크용 기록매체의 재질은 여러 가지가 있지만 Te계 합금이 주류를 이루고 있고 Te은 광디스크용 기록매체의 요구특성중에서 내산화성과 내환경성 이외의 특성은 비교적 잘 만족하고 있기 때문에 기록매체로 사용되고 있으나 Te로 구성된 기록매체는 적당한 반사율을 가지면서 레이저빔을 흡수하는 흡수율이 크고 기타 광기록특성이 우수한 장점을 가지고 있지만 산화성이 강하고 내환경성이 약하므로 산화가 아주 쉽게 일어나기 때문에 Te는 TeO₄의 산화물피막이 형성되면서 기록막은 광투과율이 증가하게 된다. 또한 TeO₄는 수용성물질로서 주위의 수분과 반응하여 Te의 산화가 급격하게 진행된다.

이와같이 기록막의 광투과율이 증가하면 기록시 사용하는 레이저빔의 에너지가 높아야하는 단점을 가질뿐만 아니라 사용시 광투과율이 변화하면 정보기록재생특성이 떨어지게 되는 단점을 가지고 있었다. 그러므로 Te기록막의 내산화성과 내환경성을 증가시키기 위하여 Te의 산화을 억제시킬 수 있는 Se(셀레늄)이나 S(황)과 같은 합금원소를 첨가시키는 방법이 이용되고 있으나 Se나 S의 과량첨가시 Te 자체의 고유한 특성이 감소하여 Se를 10∼20%의 범위에서 한정하여 상용되고 있는데 이러한 재질을 이용하여 광디스크를 제조할 경우 내산화성 및 내환경성 향상시키는데 한계가 있어 기록된 정보를 영구적으로 보완하기 어렵고 또한 정보를 기록하기 위해서 약 15mw에서 25mw의 높은 에너지의 레이저가 필요하게 되는 단점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 투명기판상에 Te계 합금으로 이루어진 기록막을 형성시키고 그 위에 Bi(비스무스)와 Se의 막을 각층 또는 적층으로 형성시켜서 내산화성과 내환경성 및 정보기록재생특성을 향상시킬 수 있게한 것이다.

이하 본 발명에 따른 Te 합금막의 합금원소의 특성과 Bi와 Se막에 관하여 설명하면 다음과 같다.

1)Te 계 합금 기록막

ㄱ) Te; Te는 내산화성과 내환경성 이외의 특성은 광디스크용 기록매체 요구특성을 가장 잘 만족하는 원소이므로 광디스크용 기록막 재질로 가장 널리 이용되고 있으나 산화성이 강하고 내환경성이 약한 단점을 가지고 있어 Te 단독으로 사용하기 보다는 산화를 방지하고 내환경성이 우수한 합금원소를 첨가하여 사용하는 것이 일반적이다.

ㄴ) Se ; Se는 산화성이 강한 Te 와 합금으로 되어 Te의 산화를 억제시키는 역할을 하지만 Se 가 Te 의 합금으로 되어 기록막이 형성될 때 Se의 첨가량이 증가할수록 결정립크기(Gram Size)가 커지며 레이저에 대한 민감도(Sensitivity)가 떨어지기 때문에 Se의 첨가량을 10∼20at% 범위에서 적당히 조절한다. Se는 Te의 산화를 억제시키기 위하여 첨가하지만 결정립이 초대화되는 단점을 보완하기 위해 결정립을 미세화시킬 수 있는 In, Bi, Sb, Pb …등과 같은 새로운 원소를 첨가시킨다. 또한 이 원소들은 Te-Se 기록막의 크랙킹(cracking)을 억제시킨다.

ㄷ) 기타합금원소 ; Te 계 합금막은 내산화성을 향상시키기 위하여 Se를 첨가하지만 이는 기록막의 결정립을 초대화시키고 기록막의 크랙킹현상을 초래한다. 이러한 현상은 In, Ge, As, Sb, Sn, Pb, Bi등 제3의 기타원소를 10at% 이내에서 첨가하면 효과적이다. 또한 이 원소들은 Se와 함께 내산화성을 증가시키는 역할을 한다.

2) Bi 와 Se의 기록막

Bi 와 Se의 다층구조로된 기록막은 Te 계 합금으로 된 기록막위에 형성되면서 크게 두가지 역할을 한다.

첫째, Bi 와 Se는 내산화성이 큰 재질로 Te계 합금막위에 형성되어 Te계 합금막이 공기와 접촉하는 것을 막아주면서 Te계 합금의 내산화성을 향상시킨다. 둘째, 이 Bi 와 Se 기록막은 서로 혼합할 때 화학적으로 안정된 Bi₂Se₃의 화합물이 형성되는데 이 화합물의 형성은 발열반응을 일으킨다. 이때 형성되는 열은 기록시 외부에서 가해주는 레이저빔의 에너지를 절약할 수 있는 효과를 가지므로 낮은 에너지(Bwer)의 레이저빔을 이용할 수 있는 장점을 가진다. 또한 Bi 와 Se의 연속된 기록막은 기록시 구멍(Hole)형성능력을 가지고 있어 광디스크 기록매체로 이용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나 Bi와 Se만으로 구성된 기록막의 경우 Bi와 Se의 기록막에서 광흡수율이 낮고 반사율이 낮아 정보기록 및 재생특성이 좋지 않다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

제4도에 도시한 바와 같이 폴리카보네이트의 투명기판(1)상에 두께 110Å, 비율 90:10으로 Te-Se 합금막(2)을 형성시킨 후 이 Te-Se 합금막(2)상에는 두께 120Å의 Bi(비스무스) 및 두께 130Å의 Se(셀레늄)을 스퍼터링법을 이용하여 2Å/초 속도로 막(3)(4)을 형성하거나 제5도에 도시한 바와 같이 폴리카보네이트의 투명한 기판(1)상에 두께 110Å, 90:10비율로 Te-Se 합금막(2)을 형성시킨후 이 합금막(2)상에 두께 60Å의 Bi 기록막(3) 및 두께 65Å의 Se기록막(4)을 스퍼터링법으로 2Å/초 속도로 다층막을 적층시켜 조성하고 Se(셀레늄)원소비를 0∼20at%, Pb(납)원소비를 0∼15at%성분범위로 하여 AES로 성분 및 두께를 분석하고 광투과율과 30kHz 주파수에서 C/N비를 측정하였던바 표1에 도시된 바와 같은 실험결과를 나타났다.

[표 1]

즉 실험결과 광투과율은 17∼21% 범위에서 조성과 두께에 관계없이 거의 비슷하지만 C/N비는 Te 계 합금막이 적당히 두꺼우면서 Bi 와 Se막이 얇은 경우가 크게 나타남을 알 수 있다. 특히 시료 14의 경우 C/N는 57dB로 우수한 기록특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 그러나 기록막의 전체두께가 400Å 이상이 될 경우 특성이 점차 나빠짐을 알 수 있다. 또한 예비실험결과에서는 Pb 대신에 In, Sn, Sb, Bi 등과 같은 원소를 선택하여 제작한 경우 거의 유사한 특성을 나타냈고 본 발명 시료의 정보기록 및 재생특성은 기존의 Te 계 합금으로 구성된 단일막 기록매체와 비교하여 거의 비슷하거나 오히려 약간 우수함이 나타났다.

[실시예 2]

(실시예 1)에서 제조한 시료를 60℃, 10% 습도일때와, 25℃, 95% 습도의 조건에서 각각 산화성과 환경성 실험을 실시한 바 제6도에서는 Te 단일성분의 단층구조로 된 시료와 Te에 Serk 10at%이고 Pb가 5at%첨가된 시료와 본 발명의 시료중 12번, 13번, 14번 시료를 25℃, 10% 습도에서 항온항습시료 실험한 결과 시간에 따른 광투과율변화를 나타낸 것이다.

이 결과에 따르면 Te만으로된 시료는 광투과율이 시간에 따라 초기에는 급격하게 변화되며 점차 산화막이 안정되면서 일정한 값을 갖는다. 또한 Te와 Se 및 Pb로된 시료는 Te에 비하여 광투과율 변화량이 적지만 시간에 따라 투과율변화가 일어난다. 그러나 본 발명의 시료 12,13,14의 경우 광투과율변화가 발생되지 않음을 나타내고 있다.

제7도는 제6도의 시료를 25℃, 95%의 습도에서 실험한 결과를 나타낸 것으로 제6도와 비교하여 온도가 낮고 습도가 높은 조건에서 광투과율변화가 더 크게 나타나고 있다. 이는 Te의 산화피막이 외부의 습기에 의해 파괴되기 때문에 산화가 급속하게 진행되었기 때문이다. 제7도에서 Te만으로 구성된 경우는 제6도에서와 같이 급격한 산화가 발생되며 Te-Se-Pb의 합금으로된 시료도 산화가 급격하게 일어나지만 본 발명의 12번, 13번, 14번 시료는 광투광류변화가 미소하게 일어나고 있어 내산화성 및 내환경성 측면에서 본 발명 시료가 훨씬 우수함을 알 수 있다.

이외에 Te합금막의 재질에 따른 특성은 Te₁-x-y, Sex, My에서 (M은 In, Ge, Sn, Sb, Bi, Pb, As 등 중 1개 이상을 포함한 경우)x가 0에서 20at%이고 y가 0에서 15at% 범위를 가진 경우 비교적 Te 합금계의 두께는 50Å 이상 230Å 범위이면서 Bi와 Se가 각각 30Å에서 150Å 범위에서 비교적 우수한 특성을 갖고 있음을 알 수 있었다.

[표 2]

C/N비는 30kHz의 기록주파수에서 측정한 값이다.

[실시예 3]

본 발명의 시료를 종래 기록막의 Te-Se합금막의 Bi와 Se로 구성된 막으로된 기록매체의 특성을 비교하면 표2에 나타난 바와같이 본 발명의 실시예에서 제작된 시료는 다른 시료에 비하여 낮은 15mw의 레이저빔을 사용하여도 30kHz의 기록주파수에서 49dB의 C/N비를 얻을 수 있었으며 Te-Se 기록막의 두께와 Bi와 Se층의 두께 및 층의 수를 변화시켜 30kHz의 기록주파수에서 15mw의 레이저빔으로 최고 56dB의 C/N 비를 얻을 수 있었다.

또한 환경실험은 산소분위기에서 60℃로 가열하여 실험하였는데 Te-Se막으로만 구성된 경우 20일 이후 그 특성이 변화하기 시작하였으나 Te-Se막과 Bi와 Se의 다층으로 구성되어진 경우 50일이 경과해도 특성 변화가 없었다. 표 2에 나타난 바와 같이 Bi와 Se만으로 구성된 경우 기록전의 반사율이 낮아 기록후 반사율차이가 적어 기록매체로 사용하기 어렵다는 것을 알 수 있다.

본 발명에서 실시한 실험결과를 종합하여 보면 Te-Se의 단일막으로 구성된 경우 산화성에 문제가 있어 장기적으로 사용하는데 문제가 있으며 높은 에너지의 레이저가 필요하다. 또한 Bi와 Se만으로 구성된 경우 반사율이 낮고 정보기록재생특성인 C/N비가 낮다. 그러나 본 발명의 시료인 Te-Se막과 Bi와 Se의 다층구조로된 경우 내산화성과 내환경성이 양호하고 정보기록재생특성이 우수한 매체를 기록할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명 광디스크용기록매체는 기존의 광디스크용 Te계 합금으로된 단일층 기록막에 비하여 Bi와 Se가 Te계 합금막위에 구성됨으로써 Te계 합금막의 산화를 억제시킬 수 있으며 내환경성을 증가시키고 Bi와 Serk 기록시 혼합될 때 Bi₂Se₃의 화합물이 형성되면서 발열반응을 일으키며 이때 발생되는 열은 기록레이저빔의 에너지를 보상할 수 있어 낮은 에너지의 보상할 수 있어 낮은 에너지의 레이저를 이용할 수 있으며 또한 Bi와 Se기록막을 Te계 합금막이 없어 사용하는 경우 Bi와 Se의 기록막은 광디스크용 기록매체로 이용하기 어렵지만 Te계 합금막위에 구성함으로써 우수한 정보기록재생특성을 제공해 줄 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 투명기판(1)의 상면에 Te계 합금(2)이 증착되어 있는 광디스크용 기록매체에 있어서 상기 Te-Se합금막(2)상에 Bi(비스무스)기록막(3)과 Se(셀레늄)기록막(4)을 스퍼터링법을 이용하여 2Å/초의 속도로 다층으로 증착하여 형성시켜서된 것을 특징으로 하는 광디스크용 매체.
2. 제1항에 있어서 Te-Se합금막(2)에 첨가물 In, Sn, As, Bi, Pb, Ge중 그 하나를 참가하되 Te-Se기록막(2)의 Se 원자비를 0∼22%로 하고 첨가물의 원자비를 0∼15% 범위로 하여서된 것을 특징으로 하는 광디스크용 기록매체.
3. 제1항에 있어서 Te-Se기록막(2)의 두께를 20Å∼250Å으로 하여서 된것을특징으로 하는 광디스크용 기록매체.
4. 제1항에 있어서 Bi기록막(3)의 Se 기록막(4)의 두께를 20Å∼200Å으로 하여서된 것을 특징으로 하는 광디스크용 기록매체.

Images