TW462042B - Rewritable optical information medium - Google Patents

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TW462042B TW88109522A TW88109522A TW462042B TW 462042 B TW462042 B TW 462042B TW 88109522 A TW88109522 A TW 88109522A TW 88109522 A TW88109522 A TW 88109522A TW 462042 B TW462042 B TW 462042B
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462042 五、發明說明（1) 本發明與一光學資訊媒體藉一雷射光束來重寫記錄有 I關，該媒體包括一載有疊層的基材，而疊層包括一第一， ! I第二和第三介電層，一相位改變物質的記錄層位於兩介電 _層之間，相位改變物質當於結晶態時可記錄非晶質記號， 一光吸收層，和一金屬鏡層。 本發明也和使用此光學記錄媒體用於地槽記錄有關。 基於相位改變原則之光學資訊或資料儲存是挺吸引人 i的，因為它同時具有直接改寫（DOW)和與唯讀系統易相容
I 性的高儲存密度之可能性。相位改變光學記錄牽涉到在結 j 晶薄膜内使用聚焦的雷射光束形成次微米大小的非晶質記j 錄記號。在記錄資訊期間，媒體相對於根據要記錄之資訊 ;而作調整之聚焦雷射光束而移動，由於此因素，在相位改
I !變記錄層發出、驟冷而促使記錄層曝光部分有非晶質資訊位 i v 丨元之形成而未曝光部分仍為結晶態。抹去已寫入之非晶質丨
I 記號藉同一雷射加熱引起之再結晶而完成。非晶質記號戎 表資料位元，可藉低功率聚焦雷射光束於基材上再生。相 i對於結晶記錄層而產生非晶質記號反射差異造成一調節雷 !射光束之產生其根據編碼記錄的數位資訊藉一偵測器轉換i I i I成調卽的光電流。 丨 在相位改變光學記錄中之一項目是獲取高儲存容量而應 用於DVD-RAM，DVA可重寫和DVR(數位錄影機），使得此媒 體適於高密度記錄，例如在120公釐直徑碟片中超過30億 j ;位元的儲存容量。為了這目的，可能的選擇是降低雷射波j i長；I及/或增加數位孔隙（ΝΑ )，因為雷射點大小和 4 6204 2 丨五、發明說明（2) ( λ /NA )2成正比。另一選擇是應用多層記錄層。另一可能 性是將資訊軌跡記錄於媒體轨跡導引槽之間的槽内和層地 i 面上（地槽記錄）。這些槽用來導引雷射光射延著軌跡走。 ： 一相位改變光學資訊媒體之儲存密度由記號之輻射密度. 和切線密度所決定，輻射密度由軌寬決定，亦即在輻射方 ：向上相鄰槽之軌跡中心線間之距離。軌寬是由熱串音所限 !制。這表示在一軌跡中錄下資料的品質會受鄰近執跡的記 ：錄所影響。記錄記號的外形可能會變形，而造成大跳動。 |切線密度由通道位元寬度決定，而其由一事實所限制此即 當使用IPIM疊層時非晶質態（Aa)光吸收程度比結晶態（Ae)
I 要來得高。在此疊層中，I代表一介電層，P代表一相位改 |變記錄層，而Μ代表一反射或鏡層。因此，當記錄薄膜及\ 以雷射光照射、時一非晶質部分會比結晶部分加熱至較高溫 度。由此結果，在結晶區域改寫的記錄記號會比那些在非
I 晶質部份來得小。此一現象造成跳動的增加，而和通道枚 ；元寬度成反比。為克服此問題，在Α。和Aa間的差異需極小 I化，或最好A c 2 Aa。 在開始提及的光學資訊媒體型式是由美國專利 US-A-565 2 0 3 6得知。已知相位改變型之媒體有一載有疊層 |基材其包含三層介電層，一相位改變記錄層，一光吸收層 和一反射層。已敘述許多可能更換的疊層，例如一 I A I P IΜ 疊層，其中I ，Ρ和Μ如上述之意義，而Α代表光吸收層。光 吸收層由混合物形成其包含一介電物質和一金屬或半導體
I !物質。光吸收層A的加成效果是在記錄層之非晶質態（Aa)
第6頁 462042 i ---— 五、發明說明（3) j和結晶態（Ac)間光吸收的差異極小化，因此降低記錄記號 |的失真。已知記錄媒體的壞處之一是其不適合高密度地槽 ;記錄。這是由於一事實所造成其為在已知疊層中在結晶態 和非晶質態間之光學相位差（wa)並不接近零，其必要 性容後再敘。 本發明的一目標是要提供一適於高密度地槽記錄之可重 |寫光學資訊媒體，此表示取。-Wa (以强度表示）應為零。在 丨Ac*Aa間之差異應接近零，或最好Ac/Aa>0.95，或更好 Aa，而光學對比保持很高值。光學對比c定義為1 00(R。-Ra) j / Re，其中Rc和Ra分為結晶和非晶質態之反射係數》 | 這些目標可藉根據本發明在開始敘述之光學資訊媒體而 i達成，疊層有下列順序： —一第一介x電層， ——相位改變物質記錄層當其在結晶態可記錄非晶質位 丨元， j I ——第二介電層， ——物質有n/ k比例值0 . 5至2 0之光吸收層，其中η是折 |射率而k是消滅係數。 --第三介電層，及 —一金屬鏡層。 此疊層可視為I P I A I Μ結構，其中I ，P，I，A和Μ有如上
I 述之意義。有顯示n/k值物質光吸收層之存在確保在結晶 悲（Ae)中吸收雷射光的品質是幾乎尋於或面比在非晶質癌 | ( Aa)所吸收的。由此結果’在結晶區改寫的記錄記號和在
第7頁 462042 五、發明說明（4) 非晶質區之記號大小一樣。這效果會減少跳動；這類記錄 媒體的健存密度就大幅增加了。 對地槽記錄而言最好將光吸收層置於相位改變層和金屬 鏡層之間並夹於兩介電層之間，因為這樣排列確保光學相 位差Ψε-Ψ3(以度表示）幾乎為零。理由是反射雷射光的 調變不只由在非晶質記號和結晶記錄層間反射差異所造 成’而且是由在非晶質記號和結晶記錄層間光學相位差所 造成。在地槽記錄中，亦即於槽中及槽間之地上記錄，在 槽中和在地上記號之調變應該相等，亦即只能由反射差異 造成調變。在槽中記錄模態或地上記錄模態，亦即不是兩 記錄模態的組合，並不在意光學相位差ψ厂。 光吸收層之物質其n/k比值範圍在〇_ 5至2〇之間，最好是 0.6至16。這择值在光吸收和傳送間有一良好平衡。符人 這些條件的物質樣本可為從包含鉬鎢鈀鉑鈷鎳錳钽鉻鈦^和 铪群中選出之金屬’及從包含硫化鉛，鍺，磷化銦和石夕乏 中選出之半導體物質。最好的選擇是矽和鍺，因為它們便 立又容易加工°金屬像金銅銘和錢並不符合這條件，因為 它們n/k值超過這範圍。 光吸收層厚度最好在2至2 00奈米之間，更好是在1〇至 10 0奈米之間’以利在光吸收和傳送間達到平衡，而且視 所選金屬之n / k比值而定。例如對石夕而言厚度約為7 5齐 米’對鉬而言厚度約為3 5奈米，而對鍺而言厚度約為T5 5奈 米。 ’、 記錄層包括一相位改變物質顯示結晶〜非晶質相位轉
462042 五、發明說明（5) |
換。已知物質為例如銦-砸，銦-晒-錄，時-鍺，碎-础- I ： ! 銻，碲-鍺-硒或銀-銦-銻-碲等合金。最好是記錄層包括 !鍺銻碲化合物。特別有用的化合物是在國際專利申請文件 j :W0 97/50084 (PHN 15881)中敘述。這些化合物以下列公 式以原子百分比定義組成而顯示：Ge5QxSb4D_4QxTe6(MQx，其中 i 0.166 SxS0.444。這些組成位於鍺-銻-締三角形組成圖 中連接化合物碲化鍺和三碲化二銻之線上，而且包含化學 計量化合物〇625132丁65(又=0.445)，（}65]32丁64(又=0.286)和 ;G e S b4 T e7 ( X = 0 . 1 6 6 )。這些化合物顯示一短的完全消失時間 ! (CET) ° 其他較好的化合物敘述於未公開的歐洲專利申請文件號| |碼是97203459. 9 (PHN 16586)。這些化合物之組成於鍺- ! 銻-碲三元組威圖中之面積以原子百分比來定義，該面積 1可能形狀之頂點於下：
Ge14. 2 S b25.8 T e60.0 (P) Ge12 7 S b27.3 T e60.0 (Q) GeI3 4 Sb29' 2 T e57.4 (R) G e丨5. ]S b27.8 T e57. i (S) Ge丨3. 2Sb26.4T e60,4 (T) | (GeSt^TedhTex ：這些化合物CET值小於50奈秒。其他較佳化合物之組成： 其中莫爾分率X符合：0.01SxS0.37。這些組成位於三元 i
組成圖中連接GeSb2Te4和碲之連接線，但位於五角形PQRST
I 面積内。這些化合物CET值小於4 5奈秒。
第9頁 4 6204 2 五、發明說明（6) 當南至原子百分比3. 5的氧加入至上述鍺-録-碎化合物 中’甚至可得到更低的CET值。 上述鍺銻碲化合物的結晶速度或CET值視記錄層之厚度 而定。當層厚度增加至1 〇奈米時CET值快速減少》當記錄 層比25奈米還厚時，CET基本上就和厚度無關了。超過35 奈米後媒體循環能力就受到不利影響。媒體循環能力是在 很大數目的DOW循環，例如1 〇5，之後藉光學對比c的相對 改變來測量。在每一循環中當新的非晶質記號寫入時舊的 非晶質記號藉雷射光束加熱引起之再結晶而消除。在理想 情形下，光學對比C在循環前後皆保持不變。循環能力基 本上直至記錄層厚度至35奈米之前均為定值。由於對CET 和循環能力的要求之下，記錄層的厚度最好保持在丨〇至3 5 奈来的範圍，、更好是在2 5至35奈米之間。擁有記錄層厚度 在25至35奈米之間之媒體在最初1〇5 DOW循環期間有一固 定低跳動值。 ， 第一，第二和第三介電層可由硫化鋅和二氧化矽的混合 物組成例如（ZnSU (Si θα〆這些層亦可由二氧化矽，二 氧化鈦，硫化鋅，四氮化三矽，氮化鋁和五氧化二鈕之混 =物構成。最好，有使用碳化物，例如碳化矽，碳化鎢， 碳化鈕，碳化锆或碳化鈦。這些物質比硫化鋅_二氧化矽 混合物有較高的結晶速度和較佳的循環能力。 對金屬鏡層而5 ，可使用金屬例如鋁鈦金鎳銅銀铑鉑鈀 鎳鈷錳和鉻，及這些金屬的合金。適合的合金例子有鈦化 鋁’路化鋁和钽化鋁。
4 6204 2 I五、發明說明（7) ~~~ 第一介電層厚度最好介於70至[70+λ/(2π)]奈米，其中 I又是雷射光束之波長，而η是介電層的折射率。若厚度小 i於70奈米，循環能力就減少很多《厚度大於Α(2η)並 ;不會導至循環能力的再增加，反而對光學對比有不利影 ;響，且製造上更昂貴。若例如波長是63 0奈米而反射率是 i 1 . 5，則厚度範圍在70至280奈米之間。 | 第二介電層防止光吸收層和記錄層間之反應（藉擴散引 起之合金反應）。它也調整結晶和非晶質相位間之吸收比 |例。其厚度最好在2至3 0奈米之間，更好是在5至1 5奈米 間。厚度小於2奈米會引起裂痕，並降低循環能力。厚度 '大於30奈米會降低記錄層之冷卻速率。 I 第三介電層防止光吸收層和金屬鏡層間之反應。它也調 I整記錄層之冷、卻速率’及寫入感光度。其厚度最好在2至 i 1 00奈米間，更好是在1 0至5 0奈米間。當厚度小於2奈米 ；時，在記錄層和金屬鏡層間之熱絕緣就受到不利影響。¥ 此結果，記錄層冷卻速率增加了 ，而因此也增加了寫入功 率□當厚度超過50奈米時，記錄層冷卻速率太低了。 金屬鏡層的厚度最好在60至160奈米之間。當厚度小於 j 6 0奈米時循環能力會受到不利影響因為冷卻速率太低了。 1當厚度是1 6 〇奈米或更厚時*循環能力更降低了，而記錄 I和消除功率一定要高因為熱傳導增加之故。更好的是，金 I屬鏡厚度在80至120奈米之間。 i 丨 反射鏡層，光吸收層和介電層皆可藉氣相沉積或濺鍍而 丨形成。
第11頁 4 6204 2 丨五、發明說明（8) | 相位改變記錄層可以真空沉積，電子束真空沉積’化學 I氣相沉積，離子板鍍或濺鍍於基材之上。沉積之層是非晶 I質且有低反射。為了要建構一有高反射之合適的記錄層’ 丨此層必須先完全結晶化，即一般視為起始作用。由於此目 :的，記錄層可放進烤箱溫度加熱至高於鍺銻碲化合物之結 ! I晶溫度之上，例如1 8 0 °c。當使用合成樹脂基材時，例如
I |聚破酸鹽，記錄層亦可用有足夠功率之雷射光束來加熱。 |這可以由，例如在錄音機中，理解，其中雷射光束掃描過 I移動記錄層。非晶質層然後被局部加熱至層結晶所需之溫 I度，而不使基材承受不利的熱負擔》
I ; 資訊媒體的基材至少要對雷射波長是透明的，而且是 I由’例如’聚碳酸鹽，聚甲基甲基丙烯酸鹽（PMMA)，非晶 |質聚石蠟或破V璃所構成。在一基本例子中，基材是碟狀而 |其直控1是120公釐厚度是0.1 ，〇·6或〗2公釐。當使用厚度 丨0.6或1.2公釐的基材時，施加於基材上之層由第一介電廣 ;開始’然後記錄層 ；層。在基材上之疊 始。最後一層之介 楚之透明層所構成 |疊層。 等等。雷射光東由 層次序也可反過來 電層則由上述基材 。雷射光束從此透 基材進入面進入疊 ，亦即從金屬鏡層開 物質之一厚度0, 1公 明層之進入面而進入 媒體提供於同心或螺旋軌跡 作光學掃描。此槽於射出成 材_形成。此槽亦可於合成 女’—單獨提供於基材上之 I 為了要執行地槽記錄，記錄 !引導槽中。此槽能以雷射光束 |型或壓縮期間以成型方式在基 丨樹脂層中以複製製程形成，例
4 6 204 2 修正 案號 88109522 五、發明說明（9) 紫外光照射之丙烯酸鹽層。在高密度記錄中此槽槽間卷度 有例如0 . 6至1 . 2微米而槽寬約為槽間寬度之一半。 可選擇的是，以保護層的方法，例如，紫外光照射之聚 (曱基）丙烯酸鹽，將疊層最外層與外界隔離。 高密度記錄和抹去可藉使用一短波長雷射，例如波長 670奈米或更短（红至藍光）而達成。 圖式簡單說明： 本發明可藉範例並參考惟一附圖（圖1 )而得以詳加敘 瑪其申： .附圖顯示根據本發明具有一 I P I A I Μ結構的疊層之光學資訊 媒體之載面圖。 示範實施例1 圖形顯示根據本發明一光學資訊碟片之部份戴面圖。參 考數字1代表一聚碳酸鹽碟狀基材其直徑120公釐而厚度 為0 . 6公釐。基材1提供有下列結構之I Ρ I A I Μ疊層2 : ——（ZnS)SQ(Si02)2G之第一介電層3其厚度為81奈米，
GeSb2Te4 相位改變化 以原子百分比為Ge14.3Sb28.6Te„. 合物之記錄層4其厚度為2 0奈米， --(ZnS)sa(Si02)2()之第二介電層5其厚度為5奈米， --矽（n/k = 15.2)光吸收層6其厚度為75奈米， ——（ZnS)SQ(Si02)2Q之第三介電層7其厚度為20奈米， ——鋁金屬鏡層98其厚度為100奈米， 疊層2以一紫外光之聚丙烯酸鹽保護層9覆蓋。 所有層，除了保護層外，皆以濺鍍形成。 記錄層4之起始結晶態是以記錄器中聚焦雷射光束將沉
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462042 修正 案號 88109522 五、發明說明（10) 積之非晶質合金加熱而得。 _ 基材1藉紫外光將丙烯酸鹽層於一複製製程中予以於基 材之一面形成螺旋狀軌跡引導槽《槽1 〇和地1 1以此法形 成。此槽之槽間寬度為0. 8微米而槽寬約為槽間寬度之一 半。 用於資訊記錄，再製和抹去波長為6 7 0奈米之雷射光束 1 2經由一聚焦鏡1 3和基材1而進入疊層2。非晶質記號以具 有功率匕=1 . 25 Pffi(Pm=熔化臨界功率）及持續時間100奈秒 之一或多個雷射脈衝而寫入。抹去功率是Pw/2。記錄可以 在槽1 0内（槽内記錄），在地1 1上（地上記錄）或同時在槽内 及槽間之地上（地槽記錄）進行。 下表中將範例1之結果摘要顯示出來，第三行是光學對 比C ，已於前面定義過。結果顯示在非晶質態（Aa)和結晶 態（Ac)間光吸收之差異很小。這降低了在DOW期間溫度上 升之差異，因此得到最小變形的記錄記號，並改善了抹去 和跳動的特性。當記錄媒體使用於高密度記錄時此點特別 有用。光學相位差¥a幾乎是零，使得在地和槽中由記 錄記號引起之調變會相等。因此，根據本發明之記錄媒體 是適用於地槽記錄。
O:\58\58S98.ptc 第14頁 2001.07.23. 014 462042 五、發明說明（π) 範例 Α物質 C(%) Aa(%) Ac(%) A从 (rad) 1 矽 89.5 76.40 74.85 0.980 -0.006 2 鍺 85.6 69.50 69.85 1.005 -0.003 鉬 85.0 67.60 68.78 1.018 -0,091 4 - 88.0 91.28 78.02 0.855 -0.228 5 金 91.8 96.28 80.19 0.833 -0.052 6 矽 81.4 87.54 77.57 0.886 -0.636 7 鍺 78.4 83.82 75.94 0.906 -0.706 8 鉬 81.3 76.16 68.97 0.906 -0.479 9 _ 金 88.3 89.95 76.63 0.852 -0.061 示範實施例2 使用鍺（n/k = 6.5)作為光吸收層6之物質厚度為55奈米， ； ! |重覆示範實施例1之操作°第一介電層厚度為7 5奈米。範 :例2結果示於参中。A。和八3間之差異幾乎是零，Ae甚至大於 Aa。Ψ，Wa幾乎為零。 示範實施例3 . ! 使用鉬（n/k=l. 0)作為光吸收層6之物質厚度為35奈米，| 重覆示範實施例1之操作。第一介電層厚度為2 2 0奈米。範I 例3結果示於表中。Ac *Aa間之差異幾乎是零；Ae甚至大於
Aa。Ψ。- 幾乎為零。 範例1至3是根據本發明來操作。所有範例皆顯示良好對^ 比C。下列範例4至9並未遵循本發明。 丨
. I 示範實施例4 (未遵循本發明） 重覆示範實施例1之操作，但省略光吸收層和第三介電 層。由此結果，此疊層有I Ρ I Μ之結構。範例4結果示於表
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中。Aa &AC要大，促使在D0讲期間溫度上升有一差值出現而 因此使記錄記號變，，而得到較僵的抹去和跳動特性。因 此，此記錄媒體對南雄度s己錄而言並不好用。光學相位差 wc- 非常大，使得在地和槽内之記錄記號引起之調變並 不相等。因此，此記錄媒體並非適用於地槽記錄。 示範實施例5 (未遵循本發明、 五、發明說明（12) 使用金（n/k = 0.〇3)作為光吸收層6之物質厚度為”奈 米’重覆示範實施例1。第-介電層厚度為1〇〇奈米。範例 5結果示於表中。Aa叫要A，促使在刚期間溫度上升有 一差值出現而因此使記錄記號變形’而得到較差 =動特性。因1此記錄媒體對高密度記錄而言並不好 主_範實施例(未遵循太^^ J覆示範實施例i之操作，但將光吸收人 電層和相位改變層之間。最後叠 '苐一" 層厚度為5奈米。第―，第二：第層=PIM結構。光吸收 5和25夺米。第八责场「1 第—；丨笔層厚度分為100, 於表中。 不木。範例6之結果示 ’重覆示範實施 範例7結果示於表 ’重覆示範實施 範例8結果示於表 使用鍺作為光吸收層物質厚度為3奈米 例6之操作’第—介電層厚度為9 9奈米。 中。 使用鉬作為光吸收層物質厚度為2奈米 例6之操作。第—介電層厚度為84奈米„ 中。
462042 五、發明說明（13) 使用金作為光吸收層物質厚度為5奈米，重覆示範實施 例6之操作，第一介電層厚度為7 0奈米。範例9結果示於表 中 。 範例6至9，疊層均有I A IP I Μ結構，且Aa值大於A。。此效 果使得在DOW期間溫度上升有一差值而因此使記錄記號變 形，而得到較差的抹去和跳動特性。因此，此記錄媒體對 高密度記錄而言並不好用。 甚者，範例6至8每一例皆顯示光學相位差Ψ〆Ψ3彳艮大， 使得在地和槽内記錄記號引起之調變並不相等。因此，這 些記錄媒體並不很適用於地槽記錄。 根據本發明提供一有I Ρ I A IΜ結構之改寫相位改變光學資 訊媒體，例如對DVD-RAM，DVD-改寫，或DVR等機器，其適 用於DOW和高寧度記錄，及甚者適用於地槽記錄。
第17頁
58&98.ptc 第17a頁 2001.07. 25.018

Claims (1)

  1. 4 6204 2 丨六、申請專利範圍 1 1. 一種藉雷射光束用於重寫記錄之光學資訊媒體，該媒 體包括一載有疊層之基材，該疊層包括下列順序： ——第一介電層， ——相改變物質之記錄層，當·其在結晶態可記錄非晶質. 丨位元} ——第二介電層， --具有n / k比例值0. 5至2 0之光吸收層物質，其中n是 I ：折射率而k是消失係數， ! — 一第三介電層，及 : —一金屬鏡層。 2. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 光吸收層包括選自钥、鶴、免、姑、鈷、鎳、ί孟、紐、 ; I 鉻、鈦和給之、金屬，或選自硫化錯，錯，麟化姻和5夕之半 導體物質。 3. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於< 丨光吸收層厚度在2至200奈米之間。 I ; 4. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 :記錄層包括一錯録碲化合物。 ί , 5.如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 i |記錄層厚度在10至35奈米之間，較佳是在25至35奈米之 間。 6.如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 i 丨第一介電層厚度在70至[70+ λ/(2η)]奈米之間，其中；I是 丨雷射光束之波長，而η是介電層之折射率。
    第18頁 462042 六、申請專利範圍 丨 ! 7. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 第二介電層厚度在2至30奈米之間。 8. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 第三介電層厚度在2至1 0 0奈米之間。 9. 如申請專利範圍第1項之光學資訊媒體，其特徵在於 金屬鏡層厚度在60至160奈米之間。 i 1 0.使用如前述任一項申請專利範圍之光學資訊媒體於 地槽記錄。
    第19頁
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