DE60305969T2

DE60305969T2 - Optischer aufzeichnungsträger welcher eine legierung aus tellurium und zink enthält

Info

Publication number: DE60305969T2
Application number: DE60305969T
Authority: DE
Inventors: Ludovic Poupinet; Berangère HYOT; Marie-Francoise Armand
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; MPO International
Current assignee: MPO International; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: EP1568022B1; JP4384604B2; AU2003298385A8; FR2848013B1; ATE329350T1; JP2006508831A; US20060056277A1; DE60305969D1; WO2004053858A1; FR2848013A1; EP1568022A1; US20100092717A1; AU2003298385A1

Description

Technischer Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Medium zur optischen Aufzeichnung, das eine aktive Schicht aus anorganischem Material aufweist und eine Vorderseite, die während Schreibvorgängen eine optische Strahlung empfangen soll, und eine Rückseite umfasst.
Stand der Technik
Optisches Aufzeichnen kann in Materialien mit Farbstoff (beispielsweise bei Anwendungen der Art «CD-R : compact disc recordable» und «DVD-R : digital versatile disc recordable»), aber ebenso in anorganischen Materialien erfolgen. Letztere können Vorteile hinsichtlich der Produktionskosten und Leistungen bei hohen linearen Geschwindigkeiten aufweisen. Es gibt unterschiedliche Methoden zum Schreiben in einer Schicht aus anorganischem Material. Die am meisten erforschte irreversible Technik war in den 80er Jahren das Herstellen von Markierungen durch Laserablation. Die Existenz der Markierung äußert sich in einer lokal verringerten Reflexion eines Laserstrahls an der Oberfläche der Disc. Diese geringere Reflexion wird mit einer geringeren Laserstärke gelesen. Wenn auch die meisten Studien über Ablationsmechanismen nur das Tellur betreffen, wurden auch andere Materialien ins Auge gefasst, beispielsweise Legierungen mit Arsen, Antimon, Selen und Schwefel, wie sie in dem Artikel «Chalcogenide thin films for laser-beam recordings by thermal creation of holes» von M. Terao et Al. (J. Appl. Phys. 50 (11), November 1979) vorgeschlagen werden. Bei den meisten dieser Studien wurden jedoch große Stärken verwendet, insbesondere bei M. Terao et Al.. Die damals durchgeführten Versuche entsprachen noch nicht den heutigen Schreibspezifikationen. Die verwendeten Laserstärken lagen nämlich bei 40 bis 300 mW und die Größe der Markierungen bei 10 μm, während die zum Beschreiben einer DVD-R verwendeten Laserstärken bei etwa 10 mW liegen müssen und die Größe einer Markierung etwa 400 μm im Durchmesser betragen muss. Darüber hinaus muss häufig eine Schutzschicht auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht werden, beispielsweise eine Polymerschicht. Die Existenz einer Schutzschicht bringt jedoch meist eine Verschlechterung der Qualität der Signale und eine größere Schreibstärke mit sich. Es wurden viele Materialien untersucht, von denen jedoch nur wenige eine gute Schreibqualität ermöglichen, insbesondere das Tellur und dessen Legierungen mit Germanium, Selen und Antimon. Leider sind mit diesen Legierungen keine Speicherdichten zu erzielen, wie sie für das DVD-Format erforderlich sind. Daher haben sich für diesen Standard Farbstoffe durchgesetzt. Nun sind die Technologien zur irreversiblen optischen Aufzeichnung in Werkstoffen mit Farbstoff manchmal jedoch sehr teuer, und zwar sind insbesondere die Preise der Farbstoffe hoch, ebenso wie die Kosten für das Personal zur Verarbeitung der Farbstoffe.
Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung will diesen Nachteilen abhelfen und genauer ein anorganisches Medium vorschlagen, mit dem eine Auflösung der Markierungen und eine Speicherdichte erreicht werden, die den Spezifikationen des DVD-Formats entsprechen.
Nach der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass das anorganische Material eine Tellur-Zink-Legierung ist, die 60 bis 70 Atom prozent Zink und 30 bis 40 Atomprozent Tellur enthält.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Legierung 65 % Zink und 35 % Tellur.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Medium eine halbreflektierende Schicht, die auf der Vorderseite der aktiven Schicht angeordnet ist und deren Dicke 6 bis 9 Nanometer beträgt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Medium eine zusätzliche Metallschicht einer Dicke von 9 bis 12 Nanometern, die auf der Rückseite der aktiven Schicht angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Medium auf der Rückseite eine Schutzschicht aus einem polymeren Material.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale gehen barer aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung hervor, die beispielhaft und nicht erschöpfend gegeben und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, in denen:
1 eine besondere Ausführungsform eines Mediums zur optischen Aufzeichnung nach der Erfindung zeigt;
2 eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mediums mit einer halbreflektierenden Schicht zeigt;
3 eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mediums mit einer zusätzlichen Metallschicht zeigt;
4 eine besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mediums mit einer Schutzschicht zeigt.
Beschreibung besonderer Ausführungsformen
In 1 umfasst ein Medium zur optischen Aufzeichnung ein Substrat 1 und eine aktive Schicht 2 aus anorganischem Material, das eine Vorderseite 3, die während Schreibvorgängen eine optische Strahlung 4 empfangen soll, und eine Rückseite 5 aufweist. Das Substrat 1 ist auf der Vorderseite 3 der aktiven Schicht 2 angeordnet. In der Regel ist die aktive Schicht 2 auf ein Kunststoffsubstrat aus beispielsweise Polycarbonat aufgebracht. Das Medium kann von beiden Seiten gelesen werden, d.h., dass die aktive Schicht 2 während der Lesevorgänge entweder auf ihrer Vorderseite 3 oder ihrer Rückseite 5 eine optische Strahlung empfangen kann. Bei dem verwendeten Schreibmechanismus handelt es sich vorzugsweise um einen Mechanismus zur Herstellung mechanischer Verformungen, beispielsweise Vertiefungen oder Erhöhun gen. Das Medium zur optischen Aufzeichnung kann insbesondere eines der irreversiblen Art sein.
Das anorganische Material der aktiven Schicht 2 ist eine Tellur-Zink-Legierung mit 60 bis 70 Atomprozent Zink und 30 bis 40 Atomprozent Tellur. Diese Legierung hat vorteilhafte Eigenschaften zur Bildung der Markierungen mit Laser, beispielsweise die Verformung der Schicht, die Bildung einer Erhöhung und die Bildung einer Vertiefung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Legierung 65 % Zink und 35 % Tellur. Die aktive Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von 15 bis 50 Nanometern. Die Dicke muss so gewählt sein, dass ihr eine angemessene Schreibkraft mit ausreichender Reflexion erhalten bleibt. Die Markierungen, beispielsweise Vertiefungen oder Hohlräume, müssen groß genug sein, um den erforderlichen Reflexionskontrast zu schaffen, dürfen aber auch nicht zu groß sein, um das Lesegeräusch zu begrenzen. Nun nimmt die Größe der Markierungen jedoch mit der Dicke der Schicht zu. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der aktiven Schicht 2 20 bis 25 Nanometer, sodass ein Reflexionseffizient von 15 bis 20 % erreicht wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der aktiven Schicht 2 40 Nanometer, sodass ein Reflexionskoeffizient von 25 bis 35 % erreicht wird.
Wie in 2 dargestellt kann das Medium zur optischen Aufzeichnung eine halbreflektierende Schicht 6 umfassen, die auf der Vorderseite 3 der aktiven Schicht 2 angeordnet ist. Diese Schicht sollte möglichst wenig Licht absorbieren. Da die halbreflektierende Schicht 6 von der optischen Strahlung durchquert wird, die die aktive Schicht 2 erreichen soll, muss ihre Dicke optimal gewählt sein, um die Reflexion zu erhöhen, ohne die Schreibschwelle wesentlich heraufzusetzen. Die halbreflektierende Schicht 6 hat vorzugsweise eine Dicke von 4 bis 10 Nanometern. So kann der Reflexionskoeffizient der Einheit aus aktiver Schicht 2 und halbreflektierender Schicht 6 an die Erfassungsvorrichtung angepasst werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die halbreflektierende Schicht 6 aus einem Metall, das aus der aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zink, Titan, Nickel und deren Legierungen gebildeten Gruppe ausgewählt ist. Diese Metalle gehören zu den Standardmaterialien der Dünnschichttechnologien und können ausreichend hohe Reflexions- und Transmissionskoeffizienten im Bereich der Wellenlängen aufweisen, die üblicherweise für die Lesevorgänge verwendet werden. Aluminium scheint ein besonders geeignetes Metall zu sein, da es eine hohe Reflexion im gesamten optischen Spektrum aufweist.
In 3 umfasst das Medium zur optischen Aufzeichnung eine zusätzliche Metallschicht 7, die auf der Rückseite 5 der aktiven Schicht 2 angeordnet ist. Die zusätzliche Metallschicht ermöglicht während der Schreibvorgänge eine größere Wärmeableitung in der aktiven Schicht 2. So kühlt die aktive Schicht 2 schneller ab, insbesondere auf der Rückseite. Dies begrenzt die Verformung des geschmolzenen Materials während der Herstellung einer Markierung und somit die endgültige Größe der Markierungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die zusätzliche Metallschicht 7 eine Dicke von 9 bis 12 Nanometern. Die bevorzugte Dicke der zusätzlichen Metallschicht 7 beträgt 10 Nanometer. Die wesentliche Eigenschaft der zusätzlichen Metallschicht 7 ist die Wärmeleitfähigkeit. Das Material der zusätzlichen Metallschicht 7 ist vorzugsweise aus der aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer und deren Legierungen gebildeten Gruppe ausgewählt. Diese Metalle haben nämlich unter den Standardmaterialien der Dünnschicht-Technologien eine gute Wärmeleitfähigkeit.
Das Medium, das die aktive Schicht 2 und die zusätzliche Metallschicht 7 umfasst, ermöglicht eine Durchführung der Schreibvorgänge mit einer Kraft, die kompatibel ist mit den von den Schreibnormen verlangten Kräften. So übersteigt das Maß der Markierungen nicht das in den Schreibspezifikationen geforderte Maß. Bei Anwendung größerer Schreibkräfte nimmt die Größe der Markierungen zu und übersteigt das zulässige Maß.
Die Existenz der zusätzlichen Metallschicht 7 geringer Dicke kann eine Verringerung der Reflexion des ganzen Mediums zur Folge haben, im Gegensatz zu einer dickeren Metallschicht (etwa 100 Nanometer), die zur Verstärkung der Reflexion gelegentlich auf der Rückseite der aktiven organischen Schicht bei den Technologien auf Basis organischer Farbstoffe angeordnet wird. Die Übergangsfläche zwischen einer Metallschicht und einer organischen Schicht hat nämlich andere Reflexionseigenschaften als die Übergangsfläche zwischen der aktiven Schicht 2 aus anorganischem Material und der zusätzlichen Metallschicht 7, da die organische Schicht lichtdurchlässig ist, während die aus einer Legierung bestehende anorganische aktive Schicht 2 lichtundurchlässig ist.
In 4 umfasst das Medium zur optischen Aufzeichnung auf der Rückseite 5 ferner eine Schutzschicht 8 aus vorzugsweise verformbarem Material, beispielsweise aus einem polymeren Material, wodurch die Disc gegen chemisch-physikalische Veränderungen, beispielsweise Oxidation, und mechanische Veränderungen, beispielsweise Kratzer, geschützt wird. Die Schutzschicht 8 ist vorzugsweise eine auf Basis von Polydimethylsiloxan und hat vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 100 Mikrometern. Das Verbinden der Schutzschicht 8 mit einem Medium, das eine aktive Schicht 2 aus einer Zink-Tellur-Legierung mit den erfindungsgemäßen Prozentsätzen umfasst, ist nicht schwierig, und die Existenz einer Polymerschicht führt zu keiner Verschlechterung des Schreibsignals. Die Schicht 8 kann durch eine Klebeschicht von 20 bis 100 Mikrometern Dicke ersetzt werden, auf der eine Kunststoffschicht angeordnet ist, beispielsweise eine Polycarbonatschicht einer Dicke von 0,6 mm Dicke.
Medien zur optischen Aufzeichnung nach der Erfindung wurden unter Bedingungen getestet, die der DVD-R-Norm entsprechen. So wurden Markierungen einer Mindestlänge von 400 nm und einer Höchstlänge von 1866 nm durch optische Strahlungsimpulse entsprechender Dauer eingebrannt, insbesondere einer Mindestdauer von 3T und einer Höchstdauer von 14T, wobei T die Pulsdauer des Impulsgebers des Erzeugers des optischen Signals ist. Da die Länge der Markierungen geringer ist als die Wellenlänge der verwendeten optischen Strahlung kann die Länge der Markierungen durch mikroskopische Betrachtung nicht gemessen werden. Die Länge der Markierungen kann jedoch in bekannter Weise von der Strahlungsmenge abgezogen werden, die von einer Folge von Markierungen reflektiert wird, die von einer optischen Strahlung abgetastet wird. Auf diese Weise kann ein Histogramm der gemessenen Längen der Markierungen erstellt werden. Die Standardabweichung jedes Histogramms («jitter») der kürzesten Markierung (3T) und der längsten Markierung (14T) liegt unter 8 %.

Claims

Medium zur optischen Aufzeichnung, das eine aktive Schicht (2) aus anorganischem Material umfasst und eine Vorderseite (3), die während Schreibvorgängen eine optische Strahlung (4) empfangen soll, und eine Rückseite (5) aufweist, ein Medium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das anorganische Material eine Tellur-Zink-Legierung mit 60 bis 70 Atomprozent Zink und 30 bis 40 Atom prozent Tellur ist.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 65 % Zink und 35 % Tellur umfasst.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht (2) eine Dicke von 15 bis 50 Nanometern hat.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine halbreflektierende Schicht (6) umfasst, die auf der Vorderseite (3) der aktiven Schicht (2) angeordnet ist und eine Dicke von 4 bis 10 Nanometern hat.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die halbreflektierende Schicht (6) aus einem Metall besteht, das aus der aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Zink, Titan, Nickel und deren Legierungen gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zusätzliche Metallschicht (7) aufweist, die auf der Rückseite (5) der aktiven Schicht (2) angeordnet ist.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Metallschicht (7) eine Dicke von 9 bis 12 Nanometern hat.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das Material der zusätzlichen Metallschicht (7) vorzugsweise aus der aus Aluminium, Gold, Silber und Kupfer gebildeten Gruppe ausgewählt ist.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der Rückseite (5) eine Schutzschicht (8) aus einem polymeren Material umfasst.
Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) vorzugsweise eine auf Basis von Polydimethylsiloxan ist und eine Dicke von 10 bis 100 Mikrometern hat.
Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (8) verformbar ist.