TWI488983B - 銅矽合金濺鍍靶材及銅矽合金記錄層 - Google Patents

銅矽合金濺鍍靶材及銅矽合金記錄層 Download PDF

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銅矽合金濺鍍靶材及銅矽合金記錄層
本發明關於一種銅矽合金濺鍍靶材及銅矽合金記錄層，尤指一種應用於光記錄媒體之銅矽合金濺鍍靶材及銅矽合金記錄層。
藍光光碟(Blu-ray Disc)係使用波長為405奈米之藍色雷射光進行資料讀寫之工作，其因具備高容量之優勢，故已被廣泛應用於儲存高容量的資料及高畫質的影音檔案，成為下一世代的光碟規格。
一般單次寫入型藍光光碟的層狀結構依序包括：基板、反射層、第一介電層、雙記錄層、第二介電層及保護層。於目前常見之單次寫入型藍光光碟中，雙記錄層包括銅/非晶質矽雙記錄層與銅矽合金/非晶質矽雙記錄層二種。
以含有銅/非晶質矽雙記錄層的單次寫入型藍光光碟為例，單次寫入型藍光光碟係利用金屬誘發晶格化之相轉變機制(metal induced crystallization phase change mechanism)，使非晶質矽能於較低的熱處理溫度下，透過銅金屬誘發非晶質矽進行結晶，藉以提升雙記錄層對藍色雷射光之即時反射率強度(real-time reflectivity)，完成資料寫入之工作。
然而，銅/非晶質矽雙記錄層因具有高於500℃ 以上之相轉變溫度，致使含有此種雙記錄層之單次寫入型藍光光碟無法在較短的接觸時間內發生相轉變，若非晶質矽無法於一定之熱處理溫度下完全結晶，將影響單次寫入型藍光光碟之燒錄性能，甚而劣化其電器訊號。是以，使用此種單次寫入型藍光光碟必需將寫入功率提高至8毫瓦以上，使銅/非晶質矽雙記錄層表面產生較高的溫度，才能順利進行相轉變，完成資料寫入之工作；但提高寫入功率會增加單次寫入型藍光光碟的燒錄成本，且亦不適用於高倍速燒錄的單次寫入型藍光光碟。
因此，為解決上述問題，現有技術開發另一種 含有銅矽合金/非晶質矽雙記錄層的單次寫入型藍光光碟，利用銅矽合金層濺鍍於非晶質矽層上，其易與非晶質矽層反應而產生銅矽(Cu3 Si)結晶相之性質，使銅矽合金/非晶質矽雙記錄層得以於較低的熱處理溫度下發生相轉變。然而，由於銅矽合金/非晶質矽雙記錄層的相轉變溫度低於150℃，導致銅金屬很容易發生自發反應與氧化作用，而降低此種單次寫入型藍光光碟的即時反射率強度，致使含有銅矽合金/非晶質矽雙記錄層的單次寫入型藍光光碟常有記錄品質不佳的問題。
有鑒於現有技術所面臨之技術缺陷，本發明之目的在於設計一種適用於光記錄媒體之銅矽合金材料，進而提升光記錄媒體之記錄品質及燒錄速度。
為達成前述目的，本發明提供一種銅矽合金濺 鍍靶材，其係由Cua Sib Mc 合金所組成，其中抗腐蝕性元素(M)係為鎳、鉻、鉬或鈦，a係介於0.55至0.93之間，b係介於0.05至0.25之間，c係介於0.02至0.20之間，且a、b及c之總和為1。
據此，由於本發明之銅矽合金濺鍍靶材係具有適當含量之銅、矽及M，故該銅矽合金濺鍍靶材能被使用於濺鍍形成適用於光記錄媒體之銅矽合金記錄層。
較佳的，於該銅矽合金濺鍍靶材中，a係介於0.70至0.80之間；b係介於0.05至0.12之間；c係介於0.15至0.20之間，且a、b及c之總和為1。
較佳的，該銅矽合金濺鍍靶材之金相結構係由一基底相及一金屬相所組成，其中該基底相主要由銅矽合金所組成，該金屬相主要由M所組成，所述之M為鎳、鉻、鉬、鈦。
所述之銅矽合金濺鍍靶材可經由粉末冶金法或熔煉鑄造法所製得；較佳的，該銅矽合金濺鍍靶材係由粉末冶金法所製得。
為達成前述目的，本發明另提供一種銅矽合金記錄層，其係由Cua Sib Mc 合金所組成，其中M係為鎳、鉻、鉬或鈦，a係介於0.55至0.93之間，b係介於0.05至0.25之間，c係介於0.02至0.2之間。
據此，由於該銅矽合金記錄層具有適當含量之銅、矽、鎳、鉻、鉬或鈦，故能具有高於150℃且低於500℃之相轉變溫度。
較佳的，於該銅矽合金記錄層中，a係介於0.7 至0.8之間；b係介於0.05至0.12之間；c係介於0.15至0.20之間，且a、b及c之總和為1。
較佳的，該銅矽合金記錄層之相轉變溫度係介於150℃至320℃之間。更佳的，該銅矽合金記錄層之相轉變溫度係介於200℃至250℃之間；據此，該包含該銅矽合金記錄層之光記錄媒體能具備較高的調變值(modulation)。
較佳的，該銅矽合金記錄層之厚度係介於2奈米至50奈米之間。
依據本發明，該銅矽合金記錄層係由前述銅矽合金濺鍍靶材所濺鍍而成。
本發明亦提供一種單次寫入型藍光光碟，其包括前述的銅矽合金記錄層。
依據本發明，前述之銅矽合金記錄層應用於光記錄媒體中能具備下列優點：
(1)適當的相轉變溫度範圍：藉由調控適當含量之銅、矽及抗腐蝕性元素，並且適當降低銅矽合金記錄層中的矽含量，故本發明之銅矽合金記錄層能具備高於150℃且低於500℃之相轉變溫度。
(2)較佳的記錄品質：本發明之銅矽合金記錄層能取代現有技術之銅/非晶質矽雙記錄層與銅矽合金/非晶質矽雙記錄層，以單記錄層之方式存在於光記錄媒體中，使包含其之光記錄媒體具有較高的調變值及對比值，進而提升光記錄媒體之記錄品質。
(3)穩定性高：該銅矽合金記錄層因具有高於150℃且低於500℃的相轉變溫度，故能避免銅金屬發生自發反應與氧化作用，進而提升銅矽合金記錄層之穩定性。
更進一步地，當銅矽合金記錄層具有介於150℃至340℃之間的相轉變溫度時，該銅矽合金記錄層應用於光記錄媒體中更能具備下列優點：
(1)燒錄成本低：僅需4至6毫瓦之寫入功率(即，較低的熱處理溫度)，便能確保銅矽合金記錄層發生相轉變，故能有效降低光記錄媒體之燒錄成本。
(2)適用於高倍速燒錄的光記錄媒體：相較於現有技術之銅/非晶質矽雙記錄層與銅矽合金/非晶質矽雙記錄層，該銅矽合金記錄層係以單記錄層的方式存在於光記錄媒體中，並且具有介於150℃至320℃之間的相轉變溫度，故能於較短的接觸時間內發生相轉變，提升光記錄媒體之燒錄速度達6X(216 Mbit/s)至12X(512 Mbit/s)。
A‧‧‧淺灰色相
A’‧‧‧淺灰色相
B‧‧‧深灰色相
B’‧‧‧深灰色相
C’‧‧‧深灰色相
圖1為實施例1之銅矽合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡影像圖。
圖2為比較例1之銅矽合金濺鍍靶材的掃描式電子顯微鏡影像圖。
圖3為實施例7及比較例3之銅矽合金記錄層於不同 熱處理溫度下的即時反射率強度結果圖。
以下，將藉由下列具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
《製備銅矽合金濺鍍靶材》 實施例1：Cu 0.75 Si 0.08 Cr 0.17 合金濺鍍靶材
將1195.76克之銅粉、56.37克之矽粉、221.78克之鉻粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500巴(bar)之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.75 Si0.08 Cr0.17 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約75原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約8原子百分比；鉻佔整體銅矽合金濺鍍靶材約17原子百分比。
請參閱圖1所示，該Cu0.75 Si0.08 Cr0.17 合金濺鍍靶材之掃描式電子顯微鏡影像圖；於圖1中，淺灰色相A(基底相)為CuSi合金；深灰色相B(金屬相)為鉻金屬相。
實施例2：Cu 0.75 Si 0.08 Ni 0.17 合金濺鍍靶材
將1213.20克之銅粉、57.20克之矽粉、254.06克之鎳粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu 0.75 Si 0.08 Ni 0.17 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅 矽合金濺鍍靶材約75原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約8原子百分比；鎳佔整體銅矽合金濺鍍靶材約17原子百分比。
實施例3：Cu 0.75 Si 0.08 Ti 0.17 合金濺鍍靶材
將1110.59克之銅粉、52.36克之矽粉、189.75克之鈦粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.75 Si0.08 Ti0.17 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約75原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約8原子百分比；鈦佔整體銅矽合金濺鍍靶材約17原子百分比。
實施例4：Cu 0.75 Si 0.08 Mo 0.17 合金濺鍍靶材
將955.77克之銅粉、181.04克之矽粉、42.07克之鉬粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.75 Si0.08 Mo0.17 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約75原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約8原子百分比；鉬佔整體銅矽合金濺鍍靶材約17原子百分比。
實施例5：Cu 0.75 Si 0.05 Cr 0.20 合金濺鍍靶材
將960.63克之銅粉、181.96克之矽粉、22.92克之鉻粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.75 Si0.05 Cr0.20 合金濺 鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約75原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約5原子百分比；鉻佔整體銅矽合金濺鍍靶材約20原子百分比。
實施例6：Cu 0.74 Si 0.24 Cr 0.02 合金濺鍍靶材
將1069.76克之銅粉、153.34克之矽粉、23.66克之鉻粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.74 Si0.24 Cr0.02 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約74原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約24原子百分比；鉻佔整體銅矽合金濺鍍靶材約2原子百分比。
比較例1：Cu 0.69 Si 0.28 Cr 0.03 合金濺鍍靶材
將973.98克之銅粉、174.69克之矽粉、34.65克之鉻粉均勻混合，於600℃至800℃之溫度及500 bar之壓力下，持續熱壓3小時，製得Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 合金濺鍍靶材。
於所製得之銅矽合金濺鍍靶材中，銅佔整體銅矽合金濺鍍靶材約69原子百分比；矽佔整體整體銅矽合金濺鍍靶材約28原子百分比；鉻佔整體銅矽合金濺鍍靶材約3原子百分比。
請參閱圖2所示，其係為Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 合金濺鍍靶材之掃描式電子顯微鏡影像圖；於圖中，淺灰色 相為Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 合金濺鍍靶材之基底相，其主要由銅矽合金所組成；且該深灰色相為Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 合金濺鍍靶材之化合物相，其主要由矽鉻合金及矽所組成。
相較於實施例1之掃描式電子顯微鏡影像圖，由於本比較例1之Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 合金濺鍍靶材的矽含量較高，故其淺灰色相A’(基底相)主要為銅矽合金，且深灰色相B’及C’(化合物相)則分別為矽鉻合金及矽等成分。
《製備單次寫入型藍光光碟之銅矽合金記錄層》 實施例7：Cu 0.75 Si 0.08 Cr 0.17 記錄層
本實施例係使用實施例1所製得之Cu0.75 Si0.08 Cr0.17 合金濺鍍靶材，再經由直流濺鍍法，於壓力約3毫托mtorr)之真空腔體中，在單次寫入型藍光光碟之介電層上濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.75 Si0.08 Cr0.17 記錄層。
實施例8：Cu 0.75 Si 0.08 Ni 0.17 記錄層
本實施例係使用實施例2所製得之Cu0.75 Si0.08 Ni0.17 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.75 Si0.08 Ni0.17 記錄層。
實施例9：Cu 0.75 Si 0.08 Ti 0.17 記錄層
本實施例係使用實施例3所製得之Cu0.75 Si0.08 Ti0.17 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.75 Si0.08 Ti0.17 記錄層。
實施例10：Cu 0.75 Si 0.08 Mo 0.17 記錄層
本實施例係使用實施例4所製得之Cu0.75 Si0.08 Mo0.17 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.75 Si0.08 Mo0.17 記錄層。
實施例11：Cu 0.75 Si 0.05 Cr 0.20 記錄層
本實施例係使用實施例5所製得之Cu0.75 Si0.05 Cr0.20 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.75 Si0.05 Cr0.20 記錄層。
實施例12：Cu 0.74 Si 0.24 Cr 0.02 記錄層
本實施例係使用實施例6所製得之Cu0.74 Si0.24 Cr0.02 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.74 Si0.24 Cr0.02 記錄層。
比較例2：銅/非晶質矽雙記錄層
本比較例係使用純銅濺鍍靶材，以直流濺鍍法，於壓力約3 mtorr之真空腔體中，在單次寫入型藍光光碟之介電層上先濺鍍形成一厚度約2-50奈米之銅記錄層；接著，再使用非晶質矽濺鍍靶材，以直流濺鍍法，於該銅記錄層上形成一厚度約50奈米之非晶質矽層。
據此，本比較例之記錄層為銅/非晶質矽雙記錄層。
比較例3：Cu 0.69 Si 0.28 Cr 0.03 記錄層
本比較例係使用比較例1所製得之Cu0.69 Si0.78 Cr0.03 合金濺鍍靶材，並大致上經由如同實施例 7所述之方法濺鍍形成一厚度約50奈米之Cu0.69 Si0.28 Cr0.03 記錄層。
《記錄層之特性測試》 試驗例1：相轉變溫度
於本試驗例中，係使用即時反射率量測設備儀，分別以每分鐘提高100℃之升溫速率，獲得實施例7至12之銅矽合金記錄層、比較例2之銅/非晶質矽雙記錄層及比較例3之銅矽合金記錄層的即時反射率強度對熱處理溫度之曲線圖(如圖3所示)；再經由分析各樣品之曲線圖，以其最大斜率(利用數學積分計算)為相轉變溫度，各樣品之量測結果係如下表1所示。
如上表1所示，由於實施例7至12之銅矽合 金記錄層係經由具有適當含量之銅、矽及抗腐蝕性元素的銅矽合金濺鍍靶材所濺鍍而成，故實施例7至12之銅矽合金記錄層中的銅、矽及抗腐蝕性元素之含量亦能被控制於適當的範圍內，藉此獲得高於150℃且低於500℃之相轉變溫度。更具體而言，實施例7至12之銅矽合金記錄層皆具有介於150℃至300℃之間的相轉變溫度。
因此，當實施例7至12之銅矽合金記錄層應 用於一單次寫入型藍光光碟時，由於銅矽合金記錄層之相轉變溫度係介於150℃至300℃之間，故該等銅矽合金記錄層能於較短的時間內發生相轉變，並且進行完全的結晶反應；是以，含有實施例7至12之銅矽合金記錄層的單次寫入型藍光光碟能以6X至12X之高倍速燒錄速度進行燒錄，並且確保資料寫入之工作得以順利進行，維持其電器訊號。
尤其，當銅矽合金記錄層之Cua Sib Mc 合金的a 介於0.85至0.93之間，b介於0.07至0.15之間，且c介於0.85至0.9之間時，即，實施例7至10的銅矽合金記錄層，該等銅矽合金記錄層因具有介於200℃至250℃之間的相轉變溫度，故實施例7至10之銅矽合金記錄層能於較短的時間內發生相轉變，並且進行完全的結晶反應，因此更能適用於高倍燒錄的單次寫入型藍光光碟。
反觀比較例2之銅/非晶質矽雙記錄層，由於其 相轉變溫度高達500℃，當其應用於一單次寫入型藍光光碟時，銅/非晶質矽雙記錄層無法於短接觸時間內快速地由非結晶態轉變為結晶態，因而無法適用於高倍燒錄的單次 寫入型藍光光碟。
此外，經由實施例7至12與比較例3之相轉 變溫度的量測結果證實，降低銅矽合金記錄層中的矽含量，能有利於控制相轉變溫度介於150℃至300℃之間，避免相轉變溫度過高而不利於單次寫入型藍光光碟無法發生完全的結晶反應之問題。
試驗例2：調變值
於本試驗例中，係先使用即時反射率量測設備 儀獲得實施例7及比較例3之銅矽合金記錄層於不同熱處理溫度下的即時反射率強度，其結果係如圖3所示。於此，該調變值係經由下列數學式所計算而得：
調變值(%)=[(最高即時反射率強度-最低即時反射率強度)/最高即時反射率強度]×100%
實施例7之銅矽合金記錄層的調變值達60%，顯示Cu0.75 Si0.08 Cr0.17 記錄層已符合單次寫入型藍光光碟的調變值規格(即，超過40%)。
經由實驗結果證實，本發明之銅矽合金記錄層能取代現有技術之銅/非晶質矽雙記錄層與銅矽合金/非晶質矽雙記錄層，以單記錄層之方式存在於單次寫入型藍光光碟中，並使其符合單次寫入型藍光光碟的調變值規格，確保單次寫入型藍光光碟具備一定之記錄品質。

Claims (11)

  1. 一種銅矽合金濺鍍靶材，其係由Cua Sib Mc 合金所組成，其中M係為鎳、鉻、鉬或鈦，a係介於0.55至0.93之間，b係介於0.05至0.25之間，c係介於0.02至0.20之間，且a、b及c之總和為1。
  2. 如請求項1所述之銅矽合金濺鍍靶材，其中b係介於0.05至0.12之間。
  3. 如請求項2所述之銅矽合金濺鍍靶材，其中c係介於0.15至0.2之間。
  4. 如請求項3所述之銅矽合金濺鍍靶材，其中a係介於0.70至0.80之間。
  5. 一種銅矽合金記錄層，其係由Cua Sib Mc 合金所組成，其中M係為鎳、鉻、鉬或鈦，a係介於0.55至0.93之間，b係介於0.05至0.25之間，c係介於0.02至0.2之間，且a、b及c之總和為1。
  6. 如請求項5所述之銅矽合金記錄層，其中該銅矽合金記錄層之相轉變溫度係介於150℃至320℃之間。
  7. 如請求項5所述之銅矽合金記錄層，其中b係介於0.05至0.12之間。
  8. 如請求項7所述之銅矽合金記錄層，其中c係介於0.15至0.20之間。
  9. 如請求項8所述之銅矽合金記錄層，其中a係介於0.70至0.80之間。
  10. 如請求項9所述之銅矽合金記錄層，其中該銅矽合金記錄層之相轉變溫度係介於200℃至250℃之間。
  11. 如請求項5至10中任一項所述之銅矽合金記錄層，其中該銅矽合金記錄層之厚度係介於2奈米至50奈米之間。
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