DE69929739T2

DE69929739T2 - Optisches Informationsaufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE69929739T2
Application number: DE69929739T
Authority: DE
Inventors: Mayumi Sennan-gun Uno; Noboru Hirakata-Shi Yamada; Ken'ichi Nishinomiya-shi Nagata; Hideo Hirakata-shi Kusada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: EP1005036B1; US6449239B1; CN1174399C; DE69929739D1; KR100372181B1; EP1005036A1; CN1254914A; KR20000035689A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium, auf dem Informationen mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit auf optischem Weg, z.B. Bestrahlung mit einem Laserstrahl, aufgezeichnet, wiedergegeben, gelöscht und neu geschrieben werden können.
In einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium wird die Differenz optischer Kennwerte, die durch lokale Bestrahlung mit einem Laserstrahl auf ein Aufzeichnungsmaterial verursacht wird, als Aufzeichnungszustand genutzt. Bei Gebrauch eines Materials, dessen optische Kennwerte reversibel variiert werden, ist das Löschen und Neuschreiben von Informationen möglich. Als wiederbeschreibbare Medien sind allgemein ein magneto-optisches Aufzeichnungsmedium und ein Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium bekannt. Bei diesen optischen Aufzeichnungsmedien kann ein großes Informationsvolumen aufgezeichnet werden, und das Aufzeichnen, Wiedergeben, Löschen und Neuschreiben lassen sich mit hoher Geschwindigkeit durchführen. Außerdem lassen sich solche optischen Aufzeichnungsmedien ausgezeichnet mitführen. Daher ist denkbar, daß in einer stark informationsorientierten Gesellschaft der Bedarf an solchen optischen Aufzeichnungsmedien weiter steigt, weshalb erwünscht ist, ihre Kapazität und Geschwindigkeit beim Aufzeichnen, Wiedergeben, Löschen oder Neuschreiben von Informationen in ihnen weiter zu erhöhen.
Beim Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium unterscheidet sich im Falle von Licht mit einer spezifischen Wellenlänge die von einem Abschnitt in einem kristallinen Zustand von der von einem Abschnitt in einem amorphen Zustand reflektierte Lichtmenge, und diese Differenz wird als Aufzeichnungszustand genutzt. Durch Modulieren einer Ausgangsleistung des Lasers kann das Löschen aufgezeichneter Signale und das Aufzeichnen durch Überschreiben gleichzeitig durchgeführt werden. Dadurch lassen sich Informationssignale leicht mit hoher Geschwindigkeit löschen und neu schreiben.
9 zeigt ein Beispiel für eine Schichtstruktur eines herkömmlichen Phasenänderungs-Aufzeichnungsmediums. Gemäß 9 verfügt das herkömmliche Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium über ein Substrat 1 sowie eine Schutzschicht 2, eine Aufzeichnungsschicht 4, eine Schutzschicht 8 und eine reflektierende Schicht 6, die nacheinander auf das Substrat 1 laminiert sind. Als Substrat 1 wird Harz, z.B. Polycarbonat oder PMMA, Glas o.ä. verwendet. Im Substrat 1 ist eine Führungsrille (Groove) zum Führen eines Laserstrahls gebildet. Die Aufzeichnungsschicht 4 hat Zustände, die sich in optischen Kennwerten unterscheiden, und ist aus einem Material gebildet, das zwischen den unterschiedlichen Zuständen reversibel variiert werden kann. Im Fall eines wiederbeschreibbaren optischen Phasenänderungs-Aufzeichnungsmaterials wird allgemein ein Material auf Chalkogenidbasis, das Te oder Se als Hauptkomponente enthält, als Material für die Aufzeichnungsschicht 4 verwendet. Zu Beispielen für das Material auf Chalkogenidbasis gehören Materialien, die Te-Sb-Ge, Te-Sn-Ge, Te-Sb-Ge-Se, Te-Sn-Ge-Au, Ag-In-Sb-Te, In-Sb-Se, In-Te-Se o.ä. als Hauptkomponente enthalten. Allgemein ist die reflektierende Schicht 6 aus Metall gebildet, z.B. Au, Al, Cr o.ä. oder einer Legierung daraus, und dazu vorgesehen, eine Wärmeabgabewirkung und effektive optische Absorption in der Aufzeichnungsschicht 4 herbeizuführen. Zur Verhinderung von Oxidation und Korrosion des optischen Informationsaufzeichnungsmediums oder Haftung von Staub daran wird zusätzlich eine Konfiguration mit einer Überzugsschicht auf der reflektierenden Schicht 6 oder eine Konfiguration, bei der ein Blindsubstrat mit Hilfe von ultraviolett härtendem Harz als Kleber laminiert ist, allgemein verwendet, wenngleich sie in der Zeichnung weggelassen ist. Die Schutzschichten 2 und 8 haben Funktionen zum Schützen der Aufzeichnungsschicht 4, z.B. Funktionen zum Verhindern von Oxidation, Verdampfung oder Verformung eines Materials der Aufzeichnungsschicht 4. Durch Einstellen der Dicke der Schutzschichten 2 und 8 läßt sich der Absorptionsgrad des Aufzeichnungsmediums oder die Diffe renz im Reflexionsgrad zwischen einem Aufzeichnungsabschnitt und einem Löschabschnitt (im folgenden "Reflexionsdifferenz" genannt) einstellen. Daher haben die Schutzschichten 2 und 8 auch eine Funktion zum Einstellen optischer Kennwerte des Aufzeichnungsmediums. Die Bedingungen, die das Material, das die Schutzschichten 2 und 8 bildet, erfüllen muß, sind, daß nicht nur die o.g. Zwecke erreicht werden, sondern daß auch ausgezeichnete Haftung z.B. zwischen dem Material der Aufzeichnungsschicht 4 und dem Substrat 1 erhalten werden kann und die Schutzschichten 2 und 8 selbst Filme mit ausgezeichneter Wetterfestigkeit sind, in denen keine Risse auftreten. Bei Verwendung der Schutzschichten 2 und 8 in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht 4 sollte ferner das Material der Schutzschichten 2 und 8 ein Material sein, das die optische Änderung des Materials der Aufzeichnungsschicht 4 nicht behindert. Als Material der Schutzschichten 2 und 8 wurden neben Sulfid, z.B. ZnS o.ä., Oxid, z.B. SiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃ o.ä., Nitrid, z.B. Ge-N, Si₃N₄, Al₃N₄ o.ä., oder Stickoxid, z.B. Ge-O-N, Si-O-N, Al-O-N o.ä., ein Dielektrikum, z.B. Carbid, Fluorid o.ä., oder geeignete Kombinationen daraus vorgeschlagen. Allgemein wurde ZnS-SiO₂ in vielen Fällen verwendet.
Herkömmlich ist bekannt, daß beim Löschen und Neuschreiben aufgezeichneter Signale Markierungs- bzw. Pitpositionen nach Neuschreiben leicht verschoben sind und eine Überschreibungsverzerrung auftritt. Diese Verzerrung tritt auf, da sich die Art und Weise eines Temperaturanstiegs bei Abstrahlung eines Laserstrahls in Abhängigkeit davon unterscheidet, ob der Zustand der Aufzeichnungsschicht 4 vor Neuschreiben ein amorpher Zustand oder ein kristalliner Zustand ist, wodurch neugeschriebene Pits unterschiedliche Längen gegenüber vorbestimmten Längen haben. Befindet sich anders gesagt ein Pit in einem amorphen Zustand, ist eine latente Wärme für die Phasenänderung in einen amorphen Zustand an Abschnitten erforderlich, die vor Neuschreiben in einem kristallinen Zustand waren, aber nicht an Abschnitten notwendig, die vor Neuschreiben in einem amorphen Zustand waren. Daher überführt eine Wärmeüberschußmenge einen Abschnitt, der eine vorbe stimmte Länge in der Aufzeichnungsschicht 4 überschreitet, in einen amorphen Zustand. Um dieses Problem zu lösen, kommt eine Konfiguration zum Einsatz, bei der ein Wert von Ac/Aa über 1 und in einem bestimmten Bereich gehalten wird, wobei Aa den optischen Absorptionsgrad der Aufzeichnungsschicht 4 in einem amorphen Zustand bezeichnet und Ac den optischen Absorptionsgrad der Aufzeichnungsschicht 4 in einem kristallinen Zustand darstellt. Anders gesagt kommt eine Konfiguration zum Einsatz, die eine sogenannte Absorptionskorrektur ermöglicht. Dies fördert die Temperaturzunahme an einem kristallinen Abschnitt, weshalb ein gleichmäßiger Temperaturanstieg in einem Pitbereich nach Neuschreiben erhalten werden kann. Dadurch tritt in diesem Fall eine Pitverzerrung nicht ohne weiteres auf.
Als Verfahren zum Erreichen von Ac/Aa > 1 wurden einige Verfahren vorgeschlagen. Vorgeschlagen wurde z.B. eine Konfiguration (die Rc < Ra erfüllt), bei der der Reflexionsgrad Ra eines Abschnitts in einem amorphen Zustand höher als der Reflexionsgrad Rc eines Abschnitts in einem kristallinen Zustand eingestellt ist. In diesem Fall kann ein hoher Ac/Aa-Wert auch dann erhalten werden, wenn die Reflexionsdifferenz Ra–Rc zwischen dem Abschnitt im amorphen Zustand und dem Abschnitt im kristallinen Zustand so eingestellt ist, daß sie groß ist. Konkret kann z.B. Rc < Ra erreicht werden, indem eine weitere Schicht zwischen dem Substrat 1 und der Schutzschicht 2 in 9 vorgesehen und die optische Konstante der weiteren Schicht in einem bestimmten Bereich eingestellt wird.
Auch im Fall von Rc > Ra läßt sich ferner Ac/Aa > 1 erreichen. Als Verfahren, um dies zu erreichen, sind jene bekannt, die hauptsächlich ein Medium vom optischen Durchlaßtyp und ein Medium vom optischen Absorptionstyp verwenden. Das Medium vom optischen Durchlaßtyp wird in einem Verfahren verwendet, in dem das Medium Durchlässigkeit haben kann und eine 0 < Tc < Ta erfüllende Konfiguration zum Einsatz kommt, wobei Ta den Durchlaßgrad des Mediums bezeichnet, wenn sich seine Aufzeichnungsschicht in einem amorphen Zustand befindet, und Tc den Durchlaßgrad des Mediums darstellt, wenn sich seine Aufzeichnungsschicht in einem kristallinen Zustand befindet. Das Medium vom optischen Absorptionstyp wird in einem Verfahren verwendet, in dem eine Absorption verursachende Schicht im Medium vorgesehen ist und eine 0 < Ac2 < Aa2 erfüllende Konfiguration zum Einsatz kommt, wobei Aa2 die optische Absorption in dieser Schicht bezeichnet, wenn sich die Aufzeichnungsschicht in einem amorphen Zustand befindet, und Ac2 jene darstellt, wenn sich die Aufzeichnungsschicht in einem kristallinen Zustand befindet. Konkret kann im Fall des Mediums vom optischen Durchlaßtyp Ac/Aa > 1 erreicht werden, indem z.B. die Dicke der reflektierenden Schicht 6 in 9 reduziert und optische Durchlässigkeit ermöglicht wird. Im Fall des Mediums vom optischen Absorptionstyp kann z.B. Ac/Aa > 1 erreicht werden, indem beispielsweise eine Schicht eingefügt wird, die Licht zwischen der reflektierenden Schicht 6 und der Schutzschicht 8 in 9 absorbiert.
Wie zuvor beschrieben, hat ein Medium mit einer Konfiguration, die eine Reflexionsgradbeziehung von Rc < Ra erfüllt, einen großen Vorteil darin, daß eine Ac/Aa > 1 erfüllende Konfiguration leicht gestaltet werden kann. Allerdings ist die Summe des Reflexionsgrads der sich in einem amorphen Zustand und in einem kristallinen Zustand befindenden Abschnitte allgemein größer als die in einem Medium mit einer Konfiguration, die eine Reflexionsgradbeziehung von Rc > Ra erfüllt. Daher besteht ein Nachteil darin, daß das Rauschen beim Wiedergeben von Signalen unschwer ansteigt. Im Fall eines Mediums mit einer Konfiguration, die eine Reflexionsgradbeziehung von Rc > Ra erfüllt, wird ein solcher Nachteil nicht ohne weiteres verursacht. Allerdings ist das Medium dahingehend nachteilig, daß kein großer Ac/Aa-Wert erhalten werden kann. Daher ist es erwünscht, diese Verfahren in Abhängigkeit von den erforderlichen Medien ordnungsgemäß zu verwenden.
Für die Konfiguration des Mediums vom optischen Durchlaßtyp, die Rc > Ra und 0 < Tc < Ta erfüllt, wurden herkömmlich einige Verbesserungen vorgeschlagen.
Beispielsweise ist in der JP-A-8-050739 eine Technik offenbart, bei der eine Aufzeichnungsschicht und eine reflek tierende Schicht vom optischen Durchlaßtyp vorgesehen sind und eine Thermodiffusions-Hilfsschicht zum Unterstützen der Thermodiffusion in der reflektierenden Schicht vorgesehen ist, während sie mit der reflektierenden Schicht in Kontakt steht. Allerdings beschreibt diese Veröffentlichung keine Technik zur aktiven Bereitstellung optischer Effekte für die Thermodiffusions-Hilfsschicht, und es wird beschrieben, daß die Dicke der Schicht in einem Bereich eingestellt ist, in dem die optische Gestaltung nicht behindert wird. In der JP-A-9-91755 ist eine Technik zur Bereitstellung einer dielektrischen Schicht auf einer reflektierenden Schicht vom optischen Durchlaßtyp offenbart. In diesem Fall ist aber die dielektrische Schicht zur Reduzierung von Phasendifferenz vorgesehen, und es findet sich keinerlei Beschreibung zu thermischen Effekten, die durch Bereitstellung der dielektrischen Schicht erhalten werden. Außerdem beschreibt die Veröffentlichung auch nicht die optischen Wirkungen, die durch Einstellen der Dicke der Schicht erhalten werden.
Als Beispiel, in dem Medien vom optischen Durchlaßtyp angewendet werden, ist eine Technik mit einem sogenannten mehrschichtigen Aufzeichnungsmedium bekannt. Diese Technik ermöglicht den Zugriff auf alle Aufzeichnungsmedien durch Bereitstellen mindestens zweier Sätze von Aufzeichnungsmedien über eine durchlässige Trennschicht und Einfallenlassen eines Laserstrahls von nur einer Seite. Durch Verwendung dieser Technik kann die Aufzeichnungsdichte in Einfallsrichtung eines Laserstrahls erhöht werden, und die Kapazität des mehrschichtigen Aufzeichnungsmediums läßt sich insgesamt steigern.
Vorteilhaft ist die Konfiguration vom optischen Durchlaßtyp in Wiederholbarkeit oder Nachbarlöschkennwerten infolge einer relativ kleinen Wärmeüberschußmenge, die das Innere des Mediums füllt. Da aber die reflektierende Schicht dünn ist, ist es schwierig, eine Aufzeichnungsschicht schnell abzukühlen, nachdem die Schicht erwärmt wurde, weshalb Pits schwierig zu bilden sind, was ein Problem darstellte. Ferner war es besonders im Fall einer Rc > Ra erfüllenden Konfiguration grundsätzlich schwierig, einen sehr hohen Ac/Aa-Wert zu erhalten. Bei der Gestaltung eines Mediums vom optischen Durchlaßtyp, das auf einer Einfallsseite eines Laserstrahls zur Bildung eines mehrschichtigen Aufzeichnungsmediums zu positionieren ist, war es herkömmlich erforderlich, die Dicke einer Aufzeichnungsschicht zu verringern, um eine ausreichend hohe Durchlässigkeit zu erhalten. Ist aber die Aufzeichnungsschicht sehr dünn, ist eine Kristallisation schwierig. Folglich war es schwierig, die Kompatibilität zwischen hoher Durchlässigkeit und einem hohen Löschverhältnis zu erhalten. Es gibt kein Beispiel, das eine Technik zur weiteren Verbesserung wiederholter Aufzeichnungskennwerte eines Mediums vom optischen Durchlaßtyp berücksichtigt. Bedarf besteht an neuen Techniken zur weiteren Verbesserung der wiederholten Aufzeichnungskennwerte.
Die EP-A-0566107 (vgl. den Oberbegriff von Anspruch 1) offenbart ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium mit einer Thermodiffusionsschicht, die zwischen einer Aufzeichnungsschicht und einer reflektierenden Schicht angeordnet ist. Die EP-A-0810590 offenbart ein Medium, in dem eine Aufzeichnungsschicht, eine optische Interferenzschicht und eine Thermodiffusionsschicht in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
Die Erfindung zielt auf die Lösung der o.g. Probleme der herkömmlichen Technik ab, um ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium bereitzustellen, in dem die Abkühlungsleistung des Aufzeichnungsmediums verbessert sein kann, die Verzerrung überschriebener Pits verringert sein kann und die Aufzeichnung mit einer höheren Geschwindigkeit mit höherer Dichte durchgeführt werden kann, und um Aufzeichnungsmedien vom optischen Durchlaßtyp für ein mehrschichtiges Aufzeichnungsmedium bereitzustellen, in dem die Kompatibilität zwischen einem hohen Durchlaßgrad und einem/einer hohen Löschverhältnis oder Löschrate erhalten werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Gemäß der Konfiguration dieses optischen Informationsaufzeichnungsmediums kann die Abkühlungsleistung der Aufzeichnungsschicht weiter verbessert und zugleich die Überschreibungsverzerrung infolge der Verbesserung des Ac/Aa- Werts verringert werden. Daher läßt sich das Aufzeichnen mit höherer Geschwindigkeit und höherer Dichte durchführen.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die Wärmeleitfähigkeit eines die Thermodiffusionsschicht bildenden Materials mindestens 0,05 W/m·K bei 500 K beträgt. Gemäß diesem bevorzugten Beispiel kann die Abkühlungswirkung in der Thermodiffusionsschicht weiter verbessert werden.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß eine Brechzahl der Thermodiffusionsschicht mindestens 1,6 für eine Wellenlänge eines zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen verwendeten Laserstrahls beträgt. Gemäß diesem bevorzugten Beispiel läßt sich ein wirksamerer Effekt zur Erhöhung des Ac/Aa-Werts in der Thermodiffusionsschicht erreichen.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß ein Absorptionskoeffizient der Thermodiffusionsschicht höchstens 1,5 für eine Wellenlänge eines zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen verwendeten Laserstrahls beträgt. Gemäß diesem bevorzugten Beispiel kann Wärmeerzeugung in der Thermodiffusionsschicht weiter unterdrückt werden, wodurch der Abkühlungseffekt in der Thermodiffusionsschicht wirksamer sein kann.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die Thermodiffusionsschicht mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Al-N, Al-O-N, Al-C, Si, Si-N, SiO₂, Si-O-N, Si-C, TiN, TiO₂, Ti-C, Ta-N, Ta₂O₅, Ta-O-N, Ta-C, Zn-O, ZnS, ZnSe, Zr-N, Zr-O-N, Zr-C und W-C besteht.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die reflektierende Schicht mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Ag und Cu besteht. Gemäß diesem bevorzugten Beispiel kann der Ac/Aa-Wert so eingestellt werden, daß er groß ist, und zugleich läßt sich eine hohe Abkühlungsleistung infolge hoher Wärmeleitfähigkeit auch in dem Fall erhalten, in dem die reflektierende Schicht dünn ist.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die reflektierende Schicht eine Dicke zwischen 1 nm und 20 nm hat. Ist die reflektierende Schicht dünner als 1 nm, ist es schwierig, sie so zu bilden, daß sie eine gleichmäßige Schicht ist. Daher verringern sich die thermischen und optischen Effekte der reflektierenden Schicht. Ist die reflektierende Schicht dicker als 20 nm, verringert sich der Lichtdurchlaßgrad des Mediums, weshalb es schwierig ist, die optische Absorptionskorrektur (Ac/Aa > 1) zu erhalten.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die Aufzeichnungsschicht eine Dicke zwischen 3 nm und 20 nm hat. Ist die Aufzeichnungsschicht dünner als 3 nm, ist es schwierig, ein Aufzeichnungsmaterial als gleichmäßige Schicht auszubilden. Daher läßt sich eine wirksame Phasenänderung zwischen einem amorphen Zustand und einem kristallinen Zustand schwer gewährleisten. Ist die Aufzeichnungsschicht dicker als 20 nm, nimmt die Thermodiffusion in einer Ebene der Aufzeichnungsschicht zu, was leicht Nachbarlöschen bei Aufzeichnungsdurchführung mit hoher Dichte verursacht.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß die Aufzeichnungsschicht aus einem Phasenänderungsmaterial gebildet ist, das mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Te, Se und Sb besteht.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß das optische Informationsaufzeichnungsmedium einen mittleren Lichtdurchlaßgrad zwischen 40% und 80% für den Laserstrahl, stärker bevorzugt zwischen 50% und 70% hat. In diesem Fall ist der mittlere Lichtdurchlaßgrad als Durchlaßgrad in einem Zustand festgelegt, in dem Signale im Medium aufgezeichnet wurden (im folgenden wird der mittlere Lichtdurchlaßgrad einfach als "Lichtdurchlaßgrad" bezeichnet). Ist gemäß diesem bevorzugten Beispiel im Medium ein weiteres Aufzeichnungsme dium auf der der Einfallsseite eines Laserstrahls gegenüberliegenden Seite vorgesehen, können Aufzeichnung und Wiedergabe in beiden Medien nur durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl von einer Seite durchgeführt werden. Sehr bevorzugt ist, eine Konfiguration dieses sogenannten mehrschichtigen Aufzeichnungsmediums zu gebrauchen, da die Aufzeichnungskapazität des Mediums rationell erhöht werden kann.
Zudem ist in diesem Fall bevorzugt, daß mindestens ein anderes optisches Informationsaufzeichnungsmedium auf der der Einfallsseite des Laserstrahls gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist. Gemäß diesem bevorzugten Beispiel läßt sich ein Medium mit noch höherer Aufzeichnungsdichte erhalten.
In der Konfiguration des erfindungsgemäßen optischen Informationsaufzeichnungsmediums ist bevorzugt, daß eine Grenzflächenschicht mit einem Effekt zur Erleichterung der Kristallisation der Aufzeichnungsschicht vorgesehen ist, während sie mit mindestens einer Seite der Aufzeichnungsschicht in Kontakt steht.
Besonders bei Gestaltung eines Mediums vom optischen Durchlaßtyp auf solche Weise, daß es einen hohen Lichtdurchlaßgrad hat, wird die Aufzeichnungsschicht sehr dünn, weshalb die Kristallisation der Aufzeichnungsschicht vielfach schwierig ist. Ist aber die Grenzflächenschicht in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht vorgesehen, ist es möglich, die zur Kristallisation des Materials der Aufzeichnungsschicht erforderliche Zeit zu verkürzen, wodurch mit höherer Geschwindigkeit aufgezeichnet werden kann.
Ferner ist in diesem Fall bevorzugt, daß die Grenzflächenschicht aus einem Material gebildet ist, das mindestens N enthält. Ein N-haltiges Material hat ausgezeichnete Dichte, was die zur Kristallisation des Materials der Aufzeichnungsschicht erforderliche Zeit stark verkürzt.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Filmbildungsvorrichtung, die zur Herstellung eines opti schen Informationsaufzeichnungsmediums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
3 zeigt die Berechnungsergebnisse der Beziehung zwischen Dicke und optischen Kennwerten einer Thermodiffusionsschicht in einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt die Berechnungsergebnisse der Beziehung zwischen Dicke und Ac/Aa-Wert der Thermodiffusionsschicht im optischen Informationsaufzeichnungsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt die Berechnungsergebnisse der Beziehung zwischen Dicke und optischen Kennwerten einer Thermodiffusionsschicht in einem weiteren optischen Informationsaufzeichnungsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt die Berechnungsergebnisse der Beziehung zwischen Dicke und Ac/Aa-Wert der Thermodiffusionsschicht in den weiteren optischen Informationsaufzeichnungsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur eines mehrschichtigen Aufzeichnungsmediums gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur eines mehrschichtigen Aufzeichnungsmediums, das aus zwei Sätzen von Medien gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Schichtstruktur eines herkömmlichen Phasenänderungs-Aufzeichnungsmediums.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsformen näher erläutert.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Querschnittsansicht einer Schichtstruktur eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß 1 verfügt ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium dieser Ausführungsform über ein Substrat 1 sowie eine Schutzschicht 2, eine Grenzflächenschicht 3, eine Aufzeichnungsschicht 4, eine Grenzflächenschicht 5, eine reflek tierende Schicht 6 vom optischen Durchlaßtyp und eine Thermodiffusionsschicht 7, die nacheinander auf das Substrat 1 laminiert sind. In diesem Fall ist die Aufzeichnungsschicht 4 aus einem Material gebildet, dessen optische Kennwerte durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl reversibel variiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf diese Struktur beschränkt. Alle Strukturen können akzeptabel sein, solange sie die Aufzeichnungsschicht 4, die reflektierende Schicht 6 vom optischen Durchlaßtyp und die Thermodiffusionsschicht 7 aufweisen, die mit der reflektierenden Schicht 6 in Kontakt steht. Beispielsweise kann die Erfindung auf verschiedene Strukturen, z.B. auf eine mit einer weiteren Schicht, z.B. einer Schutzschicht zwischen der Grenzflächenschicht 5 und der reflektierenden Schicht 6, auf eine, in der die gesamte Schutzschicht 2 durch die Grenzflächenschicht 3 ersetzt ist, oder auf eine ohne Grenzflächenschicht 3, statt auf die Struktur gemäß 1 angewendet werden.
Bevorzugt ist die Verwendung von Harz, z.B. Polycarbonat oder PMMA, Glas o.ä. als Material des Substrats. Ferner ist bevorzugt, daß Führungsrillen (Grooves) zum Führen eines Laserstrahls im Substrat 1 gebildet sind.
Die Schutzschicht 2 ist hauptsächlich zwecks Einstellung optischer Kennwerte vorgesehen, z.B. um eine wirksame optische Absorption in der Aufzeichnungsschicht 4 zu ermöglichen. Als Material der Schutzschicht 2 wird ein Material verwendet, mit dem dieser Zweck erreicht werden kann. Zu Beispielen für ein solches Material zählen Sulfid, z.B. ZnS o.ä., Oxid, z.B. SiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃ o.ä., Nitrid, z.B. Ge-N, Si₃N₄, Al₃N₄ o.ä., Stickoxid, z.B. Ge-O-N, Si-O-N, Al-O-N o.ä., ein Dielektrikum, z.B. Carbid, Fluorid o.ä., oder geeignete Kombinationen daraus (beispielsweise ZnS-SiO₂).
Die Grenzflächenschichten 3 und 5 dienen zum Schützen der Aufzeichnungsschicht 4, z.B. durch Verhindern von Oxidation, Korrosion oder Deformation der Aufzeichnungsschicht 4, und spielen ferner die beiden im folgenden dargestellten wichtigen Rollen, indem sie in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht 4 vorgesehen sind.
Eine erste wichtige Rolle der Grenzflächenschicht ist, Atomdiffusion zwischen der Aufzeichnungsschicht 4 und der Schutzschicht 2 zu verhindern sowie, insbesondere wenn die Schutzschicht 2 Schwefel oder Sulfid enthält, eine solche Komponente daran zu hindern, in die Aufzeichnungsschicht 4 zu diffundieren. Durch Verhindern dieser Atomdiffusion wird die Wiederholbarkeit des Mediums stark verbessert. Die Grenzflächenschicht kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Aufzeichnungsschicht 4 positioniert sein. Um die Atomdiffusion wirksamer zu verhindern, ist aber bevorzugt, die Grenzflächenschicht auf beiden Seiten der Aufzeichnungsschicht 4 vorzusehen. Ist die Grenzflächenschicht nur auf einer Seite der Aufzeichnungsschicht 4 vorgesehen, läßt sich die Wirkung zur Unterdrückung der Atomdiffusion verbessern, indem die Grenzflächenschicht auf der Seite vorgesehen ist, die größerer Wärmebelastung ausgesetzt ist, d.h. auf der Seite, auf der die Temperatur beim Aufzeichnen und Löschen stärker steigt als auf der anderen Seite (vielfach die Seite, auf die ein Laserstrahl einfällt). Ferner können in der Grenzflächenschicht enthaltene Komponenten in die Aufzeichnungsschicht 4 nach wiederholter Informationsaufzeichnung diffundieren. Aber auch in einem solchen Fall ist es möglicherweise unproblematisch, wenn ein Material, das die optische Änderung der Aufzeichnungsschicht 4 kaum behindert, als Material der Grenzflächenschicht verwendet wird.
Eine zweite wichtige Rolle der Grenzflächenschicht ist, eine Wirkung zur Erleichterung der Kristallisation eines Aufzeichnungsmaterials zu zeigen, ohne die Wärmestabilität von Aufzeichnungspits (amorphen Abschnitten) zu beeinträchtigen, wenn die Grenzflächenschicht in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht 4 vorgesehen ist. Da die Grenzflächenschicht eine so wichtige Rolle spielt, wird Löschen mit höherer Geschwindigkeit möglich. Dieser Effekt wird signifikant, besonders wenn die Grenzflächenschicht auf der Seite vorgesehen ist, die schneller als die andere Seite der Aufzeichnungsschicht nach Bestrahlung durch einen Laserstrahl abgekühlt wird, oder auf der Seite, auf der sich ein kristalliner Kern leichter als auf der anderen Seite bildet, d.h. vielfach auf einer Grenzfläche der Aufzeichnungsschicht auf der der Einfallsseite des Laserstrahls gegenüberliegenden Seite.
Beschreibungsgemäß ist es angesichts der beiden Rollen der Grenzflächenschicht bevorzugt, die Grenzflächenschicht auf beiden Seiten der Aufzeichnungsschicht 4 vorzusehen, um sowohl für ausgezeichnete Neuschreibkennwerte mit hoher Geschwindigkeit als auch für ausgezeichnete Wiederholbarkeit zu sorgen. Allerdings ist die Grenzflächenschicht möglicherweise in einigen Fällen nicht sonderlich notwendig, wenn die Aufzeichnungsbedingungen des Mediums nur geringe Spezifikationen erfordern, z.B. wenn zu den Aufzeichnungsbedingungen geringe Lineargeschwindigkeit und geringe Dichte gehören oder wenn keine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit speziell erforderlich ist.
Als Material zur Bildung der Grenzflächenschichten 3 und 5 können Materialien akzeptabel sein, die die o.g. Rollen spielen können. Gleichwohl ist bevorzugt, daß das Material ein Material ist, das Nitrid, Oxid-Nitrid, Oxid, Carbid oder Fluorid als Hauptkomponente enthält. In einigen Fällen können Sulfid oder Selenid eingemischt sein. Beispielsweise können Ge-N, Cr-N, Si-N, Al-N, Nb-N, Mo-N, Ti-N, Zr-N, Ta-N o.ä. als Nitrid verwendet werden. Als Oxid-Nitrid können Ge-O-N, Cr-O-N, Si-O-N, Al-O-N, Nb-O-N, Mo-O-N, Ti-O-N, Zr-O-N, Ta-O-N o.ä. verwendet werden. Als Oxid können SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, Zr-O o.ä. verwendet werden, und Ge-C, Cr-C, Si-C, Al-C, Ti-C, Zr-C, Ta-C o.ä. können als Carbid verwendet werden. Ferner können Li-F, Ca-F o.ä. als Fluorid verwendet werden. Alternativ kann eine geeignete Mischung daraus verwendet werden. Bei Einmischung einer geeigneten Menge von Sulfid oder Selenid, können ZnS, ZnSe o.ä. verwendet werden. In allen Fällen kann das für die Grenzflächenschichten 3 und 5 verwendete Material ein Material sein, das in die Aufzeichnungsschicht 4 kaum dispergiert oder das die optische Änderung der Aufzeichnungsschicht 4 kaum behindert, auch wenn es in die Aufzeichnungsschicht 4 dispergiert, und das die Kristallisation der Aufzeichnungsschicht 4 erleichtert, wenn es in Kontakt mit der Aufzeichnungsschicht 4 vorgesehen ist.
Bevorzugt ist, daß die Grenzflächenschichten 3 und 5 eine Dicke von mindestens 1 nm haben, da der Effekt zur Verhinderung der Atomdispersion beeinträchtigt ist, wenn die Grenzflächenschichten 3 und 5 dünner als 1 nm sind.
Als Material der Aufzeichnungsschicht 4 wird ein Material verwendet, dessen optische Kennwerte reversibel variieren. Bei einem Phasenänderungs-Aufzeichnungsmedium ist es bevorzugt, ein Material auf Chalkogenidbasis zu verwenden, das Te oder Se als Hauptkomponente enthält. Zu Beispielen für ein solches Material gehören jene, die Te-Sb-Ge, Te-Sb, Te-Sb-Zn, Te-Sb-Ag, Te-Bi-Ge, Te-Sb-Ge-Se, Te-Sn-Ge-Au, Te-Sb-Ag-In, Se-In-Sb oder Te-Se-In als Hauptkomponente enthalten.
In einigen Fällen kann die Aufzeichnungsschicht 4 Sputtergaskomponenten, z.B. Ar, Kr o.ä., und H, C, H₂O o.ä. als Verunreinigungen enthalten. Möglicherweise gibt es aber keine Probleme, solange die Gehalte solcher Verunreinigungen so niedrig gehalten werden, daß Signalaufzeichnung und -wiedergabe nicht behindert werden. Für verschiedene Zwecke kann eine kleine Menge (unter etwa 10 Atom-%) anderer Materialien der Hauptkomponente der Aufzeichnungsschicht 4 in einigen Fällen zugegeben sein. Ähnlich sind in diesem Fall aber solche anderen Materialien akzeptabel, wenn ihre Gehalte so niedrig gehalten werden, daß Signalaufzeichnung und -wiedergabe nicht behindert werden.
Bevorzugt ist, daß die Aufzeichnungsschicht 4 eine Dicke zwischen 3 nm und 20 nm hat. Die Gründe sind nachfolgend aufgeführt. Das Aufzeichnungsmaterial läßt sich schwer zu einer gleichmäßigen Schicht ausbilden, wenn die Aufzeichnungsschicht 4 dünner als 3 nm ist, weshalb eine effektive Phasenänderung zwischen einem amorphen Zustand und einem kristallinen Zustand schwierig zu gewährleisten ist. Ist die Aufzeichnungsschicht 4 mindestens 20 nm dick, nimmt die Thermodiffusion in einer Ebene der Aufzeichnungsschicht zu, was leicht Nachbarlöschen beim Aufzeichnen von Informationen mit hoher Dichte verursacht.
Als Material der reflektierenden Schicht 6 wird ein Material verwendet, das Au, Ag und/oder Cu enthält. Der Grund für die Verwendung eines solchen Materials ist, daß seine op tische Konstante dahingehend vorteilhaft ist, daß es einen hohen Ac/Aa-Wert hat und daß infolge hoher Wärmeleitfähigkeit eine hohe Abkühlungsleistung auch bei Verwendung eines Dünnfilms erhalten werden kann. Alternativ kann als Material der reflektierenden Schicht 6 eine Mischung aus Au, Ag und/oder Cu und einem weiteren Material oder eine Legierung verwendet werden. Diese anderen Materialien kommen zum Einsatz, damit Korrosion verhindert werden kann oder die optische Gestaltung effektiver ist. Insbesondere gehören zu solchen Materialien Cr, Pt, Pd, Al, Mg, W, Ni, Mo, Si, Ge o.ä. Freilich kann auch ein Material verwendet werden, das entsprechend dem beabsichtigten Gebrauch geeignet ausgewählt ist.
Bevorzugt ist, daß die reflektierende Schicht 6 eine Dicke zwischen 1 nm und 20 nm hat. Die Gründe sind nachfolgend dargestellt. Die reflektierende Schicht 6 läßt sich nur schwer als gleichmäßige Schicht ausbilden, wenn sie dünner als 1 nm ist, wodurch thermische und optische Effekte der reflektierenden Schicht 6 beeinträchtigt sind. Ist die reflektierende Schicht 6 dicker als 20 nm, nimmt die optische Durchlässigkeit des Mediums ab. Dadurch ist es schwierig, die o.g. optische Absorptionskorrektur (Ac/Aa > 1) zu erhalten.
Im folgenden wird die Thermodiffusionsschicht 7 beschrieben, die die Erfindung hauptsächlich kennzeichnet. Die Thermodiffusionsschicht 7 spielt die folgenden beiden wichtigen Rollen:
Eine erste Rolle der Thermodiffusionsschicht 7 ist, die in der Aufzeichnungsschicht 4 erzeugte Wärme abzukühlen. Bei Verwendung einer Dünnschicht vom optischen Durchlaßtyp als reflektierende Schicht 6, sinkt der Abkühlungseffekt der reflektierenden Schicht 6. Um dies zu kompensieren, ohne optische Kennwerte des Mediums zu beeinträchtigen, d.h. unter Wahrung des Durchlaßgrads des Mediums, sollte Thermodiffusion in der Thermodiffusionsschicht 7 wirksam auftreten. Daher muß der Absorptionsgrad eines Laserstrahls in der Thermodiffusionsschicht 7 in dem zur Aufzeichnung und Wiedergabe verwendeten Wellenlängenbereich des Laserstrahls ziemlich gering sein. Ist eine komplexe Brechzahl der Thermodiffusionsschicht 7 in der zur Aufzeichnung und Wiedergabe verwendeten Wellen länge des Laserstrahls durch n-ik dargestellt, ist bevorzugt, daß ein Absorptionskoeffizient k die Beziehung k ≤ 1,5 erfüllt. Um einen größeren Abkühlungseffekt in der Thermodiffusionsschicht 7 zu erhalten, ist es besser, daß das die Thermodiffusionsschicht 7 bildende Material die höchstmögliche Wärmeleitfähigkeit hat. Als Standard ist bevorzugt, ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,05 W/m·K bei 500 K zu verwenden. Durch den Abkühlungseffekt dieser Thermodiffusionsschicht 7 kann das C/N-Verhältnis (Träger-Rausch-Verhältnis) eines Aufzeichnungssignals erhöht werden. Da zusätzlich die Wärmebelastung des Mediums verringert werden kann, lassen sich auch wiederholte Aufzeichnungskennwerte verbessern.
Eine zweite Rolle der Thermodiffusionsschicht 7 ist, den Ac/Aa-Wert weiter zu erhöhen, wenn das Medium den gleichen Reflexionsgrad wie in dem Fall hat, in dem keine Thermodiffusionsschicht 7 vorgesehen ist, indem ihre Dicke d gesteuert wird. Möglich ist dies, wenn die Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 im Bereich 0 < d ≤ (5/16)λ/n oder (7/16) λ/n ≤ d ≤ (1/2)λ/n liegt, da ein hoher Ta- und Tc-Wert (wobei Ta den Durchlaßgrad des Mediums mit der Aufzeichnungsschicht 4 in einem amorphen Zustand bezeichnet und Tc den Durchlaßgrad des Mediums mit der Aufzeichnungsschicht 4 in einem kristallinen Zustand darstellt) erhalten werden kann, wenn die Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 im zuvor beschriebenen Bereich liegt. In dem Fall, in dem keine Absorption in den anderen Schichten als der Aufzeichnungsschicht 4 und der reflektierenden Schicht 6 auftritt, zeigt sich theoretisch der Effekt einer Erhöhung des Ac/Aa-Werts, wenn die Dicke d 0 < d ≤ (1/4)λ/n erfüllt. Ist aber z.B. der Absorptionsgrad in einer Grenzflächenschicht o.ä. ungleich null, kann dieser Optimalbereich in Abhängigkeit von der Schichtstruktur des Mediums etwas verschoben sein. Der o.g. Bereich der Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 ist unter Berücksichtigung dieser Verschiebung von etwa (1/16)λ/n geschätzt. Wenn zusätzlich der Absorptionsgrad in den anderen Schichten als der Aufzeichnungsschicht 4 und der reflektierenden Schicht 6 nicht null ist, wenn z.B. der Absorptionsgrad in den Grenzflächenschichten 3 und 5 und der Thermodiffusionsschicht 7 ungleich null ist, kann der Effekt einer Erhöhung des Ac/Aa-Werts in einem schmaleren Bereich (z.B. 0 < d < λ/4) als dem o.g. Bereich in einigen Fällen erhalten werden. Wird aber viel mehr Gewicht auf den o.g. Abkühlungseffekt als auf den Effekt einer Erhöhung des Ac/Aa-Werts gelegt, lassen sich ausgezeichnete Plattenkennwerte mit einer dickeren Dicke d auch dann erhalten, wenn die Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 etwas außerhalb des optimalen optischen Bereichs liegt. Unter umfassender Berücksichtigung der vorstehenden Darstellung ist es daher denkbar, daß der o.g. Bereich als optimaler Bereich der Dicke d geeignet ist.
Um eine wirksamere Erhöhung des zuvor beschriebenen Ac/Aa-Werts in der zweiten Rolle der Thermodiffusionsschicht 7 zu erhalten, ist bevorzugt, daß eine Brechzahl n der Thermodiffusionsschicht 7 die Beziehung n > 1,60 erfüllt, da mit größerer Brechzahl n der Thermodiffusionsschicht 7 eine stärkere Wirkung zur Erhöhung von Ta und Tc erhalten werden kann. In diesem Fall ist der Wert 1,60 eine ungefähre Brechzahl einer Schicht (z.B. einer Überzugsschicht, einer UV-Harzschicht oder eines Blindsubstrats), die auf der der Einfallsseite des Laserstrahls gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist und mit der reflektierenden Schicht 6 in einer Struktur ohne Verwendung der Thermodiffusionsschicht 7 in Kontakt steht.
Die Bedingungen, die für die Thermodiffusionsschicht 7 erforderlich sind, die die o.g. beiden wichtigen Funktionen erfüllt, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Erwünscht ist, daß die Dicke d im Bereich von 0 < d ≤ (5/16)λ/n oder (7/16) λ/n ≤ d ≤ (1/2)λ/n liegt. Ist ferner eine komplexe Brechzahl durch n-ik dargestellt, ist bevorzugt, daß die Beziehung n > 1,60 und k ≤ 1,5 erfüllt wird. Die Wärmeleitfähigkeit ist möglichst hoch, und bevorzugt ist, daß die Wärmeleitfähigkeit mindestens 0,05 W/m·K bei 500 K beträgt. Zusätzlich sollte natürlich die Thermodiffusionsschicht 7 aus einem ausgezeich neten Film gebildet sein, in dem keine Rißbildung, Korrosion, Ablösung o.ä. auftritt.
Zu konkreten Materialien, die diese Bedingungen erfüllen, zählen z.B. Al-N, Al-O-N, Al-C, Si, Si-N, SiO₂, Si-O-N, Si-C, Ti-N, TiO₂, Ti-C, Ta-N, Ta₂O₅, Ta-O-N, Ta-C, Zn-O, ZnS, ZnSe, Zr-N, Zr-O-N, Zr-C und W-C. Alternativ können Mischungen daraus, Mischungen aus solchen Materialien und einer geeigneten Menge von Metall oder Halbmetall oder Legierungen verwendet werden.
Da das erfindungsgemäße optische Informationsaufzeichnungsmedium so gebildet ist, daß es ein Medium vom optischen Durchlaßtyp ist, kann ein mehrschichtiges Aufzeichnungsmedium gebildet werden, in dem durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl von einer Seite Informationen aufgezeichnet und wiedergegeben werden können. Dies sorgt für ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium, in dem die Aufzeichnung mit höherer Dichte durchgeführt werden kann.
7 zeigt ein Strukturbeispiel für ein mehrschichtiges Aufzeichnungsmedium gemäß dieser Ausführungsform. Wie 7 zeigt, verfügt das mehrschichtige Aufzeichnungsmedium dieser Ausführungsform über ein Substrat 23 und n (eine natürliche Zahl, die n ≥ 2 erfüllt) Sätze von Medien 16, 18, ..., 20, 22, die nacheinander auf das Substrat 23 über Trennschichten 17, 19, 21 u.ä. laminiert sind. In diesem Fall sind die Medien 16, 18, ..., 20 bis zum Medium, das an der (n – 1)-ten Position in der Zählung von der Einfallsseite des Laserstrahls liegt (im folgenden wird das Medium an der n-ten Position in der Zählung von der Einfallsseite des Laserstrahls als "n-tes Medium" bezeichnet), aus Medien vom optischen Durchlaßtyp gebildet.
Die Trennschichten 17, 19, 21 u.ä. sind aus Harz, z.B. ultravioletthärtendem Harz oder Harz mit verzögerter Wirkung, Dielektrika o.ä. gebildet, und sind durchlässige Schichten für einen zu verwendenden Laserstrahl. In diesem Fall kann durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl nur von einer Seite Aufzeichnung und Wiedergabe auf dem k-ten Medium (k ist eine natürliche Zahl, die 1 < k ≤ n erfüllt) durch das erste bis (k – 1)-te Medium erfolgen. In der Praxis ist erwünscht, daß das mehrschichtige Aufzeichnungsmedium aus zwei Sätzen von Medien (d.h. n = 2) gebildet ist.
Jedes Medium vom ersten bis n-ten kann ein Medium, das ausschließlich zur Wiedergabe (ROM (Lesespeicher)) verwendet wird, oder ein Medium vom Typ zum einmaligen Beschreiben sein.
Als Beispiel wird im folgenden ein mehrschichtiges Aufzeichnungsmedium näher beschrieben, das aus zwei Sätzen von Medien (d.h. n = 2) gebildet ist.
8 zeigt ein Strukturbeispiel für ein aus zwei Mediensätzen gebildetes mehrschichtiges Aufzeichnungsmedium. Gemäß 8 verfügt dieses mehrschichtige Aufzeichnungsmedium über ein Substrat 100 sowie ein erstes Medium 101, eine Trennschicht 109 und ein zweites Medium 201, die nacheinander auf das Substrat 100 laminiert sind. Das erste Medium 101 verfügt über eine Schutzschicht 102, eine Grenzflächenschicht 103, eine Aufzeichnungsschicht 104, eine Grenzflächenschicht 105, eine Schutzschicht 106, eine reflektierende Schicht 107 und eine Thermodiffusionsschicht 108, die nacheinander von der Seite des Substrats 100 laminiert sind. Das zweite Medium 201 verfügt über eine Schutzschicht 202, eine Grenzflächenschicht 203, eine Aufzeichnungsschicht 204, eine Grenzflächenschicht 205, eine Schutzschicht 206 und eine reflektierende Schicht 207, die nacheinander von der Seite der Trennschicht 109 laminiert sind. Die gleichen Materialien, die bezüglich des in 1 dargestellten Mediums beschrieben sind, können für die Schutzschichten 102, 106, 202 und 206, die Grenzflächenschichten 103, 105, 203 und 205, die Aufzeichnungsschichten 104 und 204, die reflektierenden Schichten 107 und 207 und die Thermodiffusionsschicht 108 verwendet werden.
Die Trennschicht 109 ist hauptsächlich zwecks optischer Trennung des ersten Mediums 101 und des zweiten Mediums 201 vorgesehen. Gebildet ist die Trennschicht 109 aus einem Material, das ermöglicht, daß der optische Absorptionsgrad für einen zur Aufzeichnung und Wiedergabe verwendeten Laserstrahl möglichst gering ist. Als solches Material kann aus einem organischen Material hergestelltes Harz, z.B. ultravioletthärtendes Harz und Harz mit verzögerter Wirkung, eine doppelsei tige Klebebahn für eine optische Platte, ein anorganisches Dielektrikum, z.B. SiO₂, Al₂O₃, ZnS o.ä., oder ein Glasmaterial verwendet werden.
Die Trennschicht 109 muß eine Dicke haben, die mindestens gleich einer Brennweite ΔZ eines Laserstrahls ist, so daß beim Aufzeichnen und Wiedergeben auf/von einem Medium Nebensprechen vom anderen Medium so niedrig gehalten werden kann, daß es zu vernachlässigen ist. Legt man in diesem Fall 80% der Stärke eines Brennpunkts als Referenz in dem Fall zugrunde, in dem keine Aberration auftritt, läßt sich die Brennweite ΔZ annähernd durch die folgende Formel ausdrücken: ΔZ = λ/{2 × (NA)2},wobei NA die numerische Apertur einer Objektivlinse bezeichnet und λ die Wellenlänge eines bei Aufzeichnung und Wiedergabe verwendeten Laserstrahls darstellt. Ist z.B. λ = 400 nm und NA = 0,60, so ist die Brennweite ΔZ = 0,56 μm. Daher ist es in diesem Fall notwendig, die Dicke der Trennschicht 109 so einzustellen, daß sie dicker als mindestens 1,20 μm ist, da der Bereich von etwa ± 0,60 μm in die Brennweite fällt.
Ferner ist erwünscht, daß die Dicke der Trennschicht 109 in einer akzeptablen Toleranz der Objektivlinse liegt, so daß der Abstand zwischen zwei Medien in einem Bereich liegt, in dem die Objektivlinse einen Laserstrahl fokussieren kann.
Aufzeichnung und Wiedergabe im zweiten Medium 201 erfolgen durch Durchlassen eines Laserstrahls durch das erste Medium 101. Daher kann ein Reflexionsgrad r2 des zweiten Mediums 201, wenn die Wiedergabe durch das erste Medium 101 erfolgt, durch die folgende Formel ausgedrückt werden: r2 = R2 × T1 × T1,wobei T1 einen Durchlaßgrad des ersten Mediums 101 für die zur Aufzeichnung und Wiedergabe verwendete Wellenlänge des Laserstrahls bezeichnet, R1 den Reflexionsgrad und R2 den Reflexionsgrad nur des zweiten Mediums 201.
Ähnlich gilt für eine Signalamplitude die Relativgleichung Δr2 = ΔR2 × T1 × T1, wobei ΔR2 die Reflexionsdifferenz nur im zweiten Medium 201 bezeichnet und Δr2 die Reflexionsdifferenz im zweiten Medium 201 bei Wiedergabe vom zweiten Medium 201 durch das erste Medium 101 darstellt.
Sind z.B. ΔR2 = 24% und T1 = 50%, so beträgt die Reflexionsdifferenz Δr2 im zweiten Medium 201 bei Wiedergabe vom zweiten Medium 201 durch das erste Medium 101 24% × 0,5 × 0,5 = 6%.
Wie aus der vorstehenden Darstellung hervorgeht, ist es zum Erhalten ausreichender Signale vom zweiten Medium 201 notwendig, den höchstmöglichen Durchlaßgrad T1 des ersten Mediums 101 und die größtmögliche Signalamplitude im zweiten Medium 201 zu haben. Zugleich muß die Reflexionsdifferenz im ersten Medium 101 ziemlich groß sein, und die Aufzeichnungsempfindlichkeit des zweiten Mediums 201 muß sehr hoch sein. Die optische Gestaltung des ersten Mediums 101 und des zweiten Mediums 201 muß so festgelegt sein, daß alle diese Faktoren ausgewogen sind.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel für optische Gestaltungen beschrieben. Als Beispiel wurde ein Medium so gestaltet, daß die Aufzeichnungsschicht 104 des ersten Mediums 101 einen Reflexionsgrad R1c von 7,5% in einem kristallinen Zustand und einen Reflexionsgrad R1a von 0,5% in einem amorphen Zustand hatte, die Aufzeichnungsschicht 204 des zweiten Mediums 201 einen Reflexionsgrad R2c von 15% in einem kristallinen Zustand und einen Reflexionsgrad R2a von 43% in einem amorphen Zustand hatte und das erste Medium 101 einen Durchlaßgrad von 50% hatte, wenn die Aufzeichnung nur im ersten Medium erfolgte. Ein optischer Gestaltungswert wurde eingestellt, indem die Dicke hauptsächlich der Aufzeichnungsschicht 104, der Schutzschichten 102 und 106 und der reflektierenden Schicht 107 variiert wurde.
Im Fall des o.g. Beispiels beträgt bei Aufzeichnung und Wiedergabe auf dem zweiten Medium 201 durch das erste Medium 101 die Reflexionsdifferenz Δr2 (43 – 15) × 0,5 × 0,5 = 7%, und die Reflexionsdifferenz im ersten Medium 101 beträgt auch 7,5–0,5 = 7%. Somit ist erwünscht, daß die Reflexionsdif ferenzen, d.h. Signalamplituden, im ersten Medium 101 und im zweiten Medium 201 nahezu gleich sind. Eine solche Gestaltung kann verhindern, daß das Tracking (Spurnachführung) infolge extremer Änderung von Signalamplituden instabil wird, wenn zwischen dem ersten Medium 101 und dem zweiten Medium 201 als Medium, auf dem aufzuzeichnen oder von dem wiederzugeben ist, gewechselt wird.
Da es sehr schwierig ist, die Kompatibilität zwischen dem hohen Durchlaßgrad des ersten Mediums und der hohen Reflexionsdifferenz im zweiten Medium zu erhalten, ist die Reflexionsdifferenz nach Gestaltungsabschluß relativ klein, weshalb die Signalamplitude vielfach relativ klein wird. In diesem Fall ist bevorzugt, einen Leistungspegel P3 von Wiedergabelicht so einzustellen, daß er etwas höher als in einem herkömmlichen Beispiel ist, um eine große Wiedergabesignalamplitude zu erhalten. Ist aber der Pegel P3 zu hoch eingestellt, werden Aufzeichnungspits thermisch beeinträchtigt, weshalb sich Wiedergabesignale verschlechtern. Daher muß der Pegel P3 in einem Bereich eingestellt werden, in dem keine Signalbeeinträchtigung durch das Wiedergabelicht verursacht wird. Zusätzlich wäre ein Unterschied der Wiedergabeleistungspegel im ersten Medium 101 und zweiten Medium 201 kein Problem. Ferner können die Wellenlängen jeweiliger Laserstrahlen, mit denen die Wiedergabe vom ersten Medium 101 und zweiten Medium 201 erfolgt, unterschiedlich sein, wobei aber allgemein Laserstrahlen mit dem gleichen Wellenlängenwert verwendet werden.
Bei Wiedergabe vom zweiten Medium 201 ist erwünscht, daß das erste Medium 101 einen Lichtdurchlaßgrad zwischen 40% und 80%, stärker erwünscht zwischen 50% und 70% hat. Wie zuvor beschrieben, erhält man die Signalamplitude, wenn Aufzeichnung und Wiedergabe auf/vom zweiten Medium 201 durch das erste Medium 101 erfolgt, durch Multiplizieren eines Quadrats des Durchlaßgrads T1 des ersten Mediums 101. Hat daher das erste Medium 101 einen Lichtdurchlaßgrad unter 40%, ist die Signalamplitude kleiner als das 0,16-fache, was recht gering ist. Ist andererseits der Lichtdurchlaßgrad des ersten Mediums 101 sehr gering, sinkt die durchgelassene Lichtmenge, die das zweite Medium 201 erreicht, stark, was die Aufzeichnungsempfindlichkeit des zweiten Mediums 201 beeinträchtigt. Daher ist erwünscht, daß der Lichtdurchlaßgrad des ersten Mediums 101 auf mindestens 40%, stärker bevorzugt mindestens 50% eingestellt ist. Ist aber der Lichtdurchlaßgrad des ersten Mediums 101 zu hoch, ist es schwierig, eine große Reflexionsdifferenz im ersten Medium zu erhalten. Daher ist erwünscht, den Lichtdurchlaßgrad des ersten Mediums 101 auf höchstens 80%, stärker erwünscht auf höchstens 70%, einzustellen.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen optischen Informationsaufzeichnungsmediums anhand eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums mit einer Struktur gemäß 1 als Beispiel beschrieben. Zu Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Filme, die das o.g. optische Informationsaufzeichnungsmedium bilden, gehören ein Sputterverfahren, Vakuumbedampfung, CVD u.ä. Im vorliegenden Fall wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Sputterverfahren verwendet wird. 2 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Filmbildungsvorrichtung.
Gemäß 2 ist eine Vakuumpumpe (in der Darstellung nicht gezeigt) mit einem Vakuumsbehälter 9 über einen Luftauslaß 15 verbunden, so daß ein Hochvakuum im Vakuumsbehälter 9 aufrechterhalten werden kann. Ferner ist der Vakuumsbehälter 9 mit einem Gaszufuhranschluß 14 versehen, so daß Edelgase, Stickstoff, Sauerstoff oder deren Mischgase aus dem Gaszufuhranschluß 14 mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden können. In 2 bezeichnet die Bezugszahl 10 ein im Vakuumsbehälter 9 positioniertes Substrat, und dieses Substrat 10 ist an einem Antrieb 11 zum Umlaufenlassen des Substrats 10 auf seiner eigenen Achse oder zum Drehen des Substrats 10 befestigt. Die Bezugszahl 12 bezeichnet mehrere Sputtertargets, die gegenüber dem Substrat 10 im Vakuumsbehälter 9 positioniert sind. Diese Sputtertargets 12 sind jeweils mit Kathoden 13 verbunden. In diesem Fall sind die Kathoden 13 mit einer Gleichstromversorgung oder Hochfrequenz-Stromversorgung (in der Darstellung nicht gezeigt) über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schalter verbunden. Der Vakuumsbehälter 9 und das Substrat 10 werden durch Erden des Vakuumsbehälters 9 auf einer positiven Ladung gehalten.
Als Filmbildungsgas wird ein Edelgas oder ein Mischgas aus einem Edelgas und einer sehr kleinen Menge von Stickstoff, Sauerstoff o.ä. fallabhängig selektiv verwendet. Als Edelgas kann ein Gas verwendet werden, das einen Film zu bilden vermag, z.B. Ar, Kr o.ä. Allgemein ist bekannt, daß bei Verwendung eines Mischgases aus einem Edelgas und einer sehr kleinen Menge von Stickstoff oder Sauerstoff zur Bildung der Aufzeichnungsschicht 4 und der Schutzschicht 2 Stoffübergang bei wiederholter Aufzeichnung auf einem Medium unterdrückt werden kann, was die Wiederholbarkeit verbessert.
Beim Gebrauch von Nitrid oder Oxid für die Grenzflächenschichten 3 und 5 oder die Thermodiffusionsschicht 7 lassen sich Filme mit ausgezeichneter Qualität durch Sputtern mit Hilfe eines reaktiven Sputterverfahrens erhalten. Wird z.B. Ge-Cr-N für die Grenzflächenschichten 3 und 5 verwendet, wird Ge-Cr oder ein Ge, Cr und O enthaltendes Material für Targets genutzt, und ein Mischgas aus einem Edelgas und Stickstoff kommt als Filmbildungsgas zum Einsatz. Alternativ kann ein Stickstoffatome enthaltendes Gas, z.B. N₂O, NO₂, NO, N₂ o.ä., oder ein Mischgas aus einer geeigneten Kombination daraus und einem Edelgas verwendet werden. Im Fall eines harten Films, einer hohen Filmspannung o.ä. läßt sich eine Schicht mit einer ausgezeichneten Filmqualität erhalten, indem eine sehr kleine Sauerstoffmenge in ein Filmbildungsgas nach Bedarf eingemischt wird.
Im folgenden wird ein Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren und ein Löschverfahren in einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium beschrieben, das beschreibungsgemäß gebildet ist. Verwendung beim Aufzeichnen, Wiedergeben oder Löschen von Signalen finden ein optischer Kopf, auf dem eine Laserstrahlquelle und eine Objektivlinse angeordnet sind, ein Antrieb zum Führen eines Laserstrahls zu einer vorbestimmten Position, die zu bestrahlen ist, eine Tracking-Steuereinheit und eine Fokussiersteuereinheit zum Steuern von Positionen in einer Tracking-Richtung und einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche, eine Laseransteuerung zum Modulieren einer Laserleistung und eine Drehsteuereinheit zum Drehen des Mediums.
Aufgezeichnet oder gelöscht werden Signale durch Drehen des Mediums mit Hilfe der Drehsteuereinheit und anschließendes Fokussieren eines Laserstrahls auf einen winzigen Fleck mit Hilfe eines optischen Systems, um das Medium mit dem Laserstrahl zu bestrahlen. Aufzeichnungspits oder gelöschte Abschnitte werden durch Modulieren der Laserleistung zwischen P1 und P2 gebildet, wobei P1 einen Leistungspegel zum Erzeugen eines amorphen Zustands bezeichnet, durch den ein lokaler Teil der Aufzeichnungsschicht 4 durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen amorphen Zustand reversibel überführt werden kann, und ähnlich stellt P2 einen Leistungspegel zum Erzeugen eines kristallinen Zustands dar, durch den ein Teil der Aufzeichnungsschicht 4 durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl in einen kristallinen Zustand reversibel überführt werden kann. Dadurch wird das Aufzeichnen, Löschen und Überschreiben von Informationen durchgeführt. Allgemein wird der durch einen Laserstrahl mit der Leistung P1 zu bestrahlende Abschnitt durch eine Impulskette gebildet, d.h. einen sogenannten Mehrfachimpuls.
Ein Wiedergabeleistungspegel P3 ist so eingestellt, daß er niedriger als beide zuvor beschriebenen Leistungspegel P1 und P2 ist, um nicht einen optischen Zustand eines Aufzeichnungspits durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl, der den Leistungspegel aufweist, zu beeinflussen und um einen ausreichenden Reflexionsgrad zur Wiedergabe von Aufzeichnungspits von einem Medium durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl zu erhalten. Signale, die vom Medium durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl mit dem Leistungspegel P3 erhalten werden, werden von einem Detektor gelesen, wodurch Informationssignale wiedergegeben werden.
Beispiel
Nachstehend wird ein geeignetes Beispiel für die Erfindung beschrieben.
In diesem Beispiel wurde ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium mit der Struktur von 1 gebildet, wobei folgendes verwendet wurde: plattenförmiges Polycarbonatharz mit 0,6 mm Dicke und 120 mm Durchmesser als Substrat 1, ein durch Mischen von 20 Mol-% SiO₂ in ZnS hergestelltes Material für eine Schutzschicht 2, Ge₂₁SB₂₅Te₅₄ für eine Aufzeichnungsschicht 4, Ge-Cr-O-N für Grenzflächenschichten 3 und 5, Au für eine reflektierende Schicht 6 und Al-O-N für eine Thermodiffusionsschicht 7.
3 zeigt Simulationsergebnisse optischer Kennwerte in diesem Fall. Die Aufzeichnungsschicht 4 hatte eine Dicke von 10 nm, die Grenzflächenschichten 3 und 5 hatten Dicken von 10 nm bzw. 30 nm, und die reflektierende Schicht 6 hatte eine Dicke von 10 nm, die jeweils konstant sind. Durch Variieren der Dicke der Schutzschicht 2 und der Thermodiffusionsschicht 7 von 0 bis λ/2n (wobei λ eine Wellenlänge des Laserstrahls bezeichnet und n eine Brechzahl jeder Schicht für eine Wellenlänge λ darstellt) werden optische Berechnungen für den Absorptionsgrad Aa und Ac und den Reflexionsgrad Ra und Rc in der Aufzeichnungsschicht 4, den Absorptionsgrad Aa–RL und Ac–RL in der reflektierenden Schicht 6 und den Durchlaßgrad Ta und Tc des Mediums durchgeführt, wenn sich die Aufzeichnungsschicht 4 in einem amorphen Zustand und in einem kristallinen Zustand befindet. In 3 bezeichnet die waagerechte Achse die Dicke (Einheit: × λ/64n) der Thermodiffusionsschicht 7 und zeigt den erhaltenen Wert, wenn der Ac/Aa-Wert in Konfigurationen maximal ist, die Ra ≤ 5% und Rc ≥ 15% erfüllen. Im vorliegenden Fall betrug die Dicke der Schutzschicht 2 etwa (26 bis 30)λ/64n. Als Vergleichsbeispiel sind Berechnungsergebnisse ohne vorgesehene Thermodiffusionsschicht 7 an der Position 0 auf der waagerechten Achse im Diagramm dargestellt. 4 zeigt die Variation des Werts von Ac/Aa, die man durch die o.g. optischen Berechnungen erhält. Erfüllt gemäß 3 und 4 die Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 (Al-O-N) 0 < d ≤ λ/4n, erhöht sich der Wert von Ac/Aa bei annähernd gleichem Rc- und Ra-Wert verglichen mit dem Fall, in dem keine Thermodiffusionsschicht 7 (Al-O-N) vorgesehen ist.
Praktisch wurden drei Medien mit der Struktur gemäß 1 unter Verwendung der o.g. Materialien hergestellt. Die Dicken der jeweiligen Schichten waren wie folgt: In den jeweiligen Medien hatte die Schutzschicht 2 eine Dicke von 100 nm, die Aufzeichnungsschicht 4 eine Dicke von 10 nm, die Grenzflächenschichten 3 und 5 Dicken von 10 nm bzw. 30 nm und die reflektierende Schicht 6 eine Dicke von 10 nm. Die Thermodiffusionsschichten 7 in den drei Medien hatten Dicken von 40 nm (8λ/64n), 60 nm (12λ/64n) bzw. 80 nm (16λ/64n), und diese Medien sind mit den Zahlen (1), (2) und (3) bezeichnet.
Als Vergleichsbeispiel wurde ein Medium (0) mit der gleichen Struktur wie das Medium (1) mit Ausnahme dessen hergestellt, daß keine Thermodiffusionsschicht 7 vorgesehen war.
In diesem Fall erfolgte die Bildung der Aufzeichnungsschicht 4 und Schutzschicht 2 durch Zuführen eines Gases, das durch Mischen von 2,5% Stickstoff in Ar bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit hergestellt war, um jeweilige Gesamtdrücke von 1,0 mTorr und 0,5 mTorr zu erhalten, und Anlegen einer Gleichstromleistung von 1,27 W/cm² bzw. einer HF-Leistung von 5,10 W/cm² an Kathoden. Die reflektierende Schicht 6 wurde durch Zuführen eines Ar-Gases, um einen Gesamtdruck von 3,0 mTorr zu erhalten, und Anlegen einer Gleichstromleistung von 4,45 W/cm² gebildet. Bei Bildung der Grenzflächenschichten 3 und 5 wurde Ge-Cr als Targetmaterial und ein Mischgas aus Ar und Stickstoff als Sputtergas verwendet, der Sputtergasdruck war auf 1 mTorr eingestellt, der Stickstoffpartialdruck im Sputtergas auf 40% und die Sputterleistungsdichte auf 6,37 W/cm².
Bewertet wurden Kennwerte der Platte im Hinblick auf Reflexionsgrad, Träger-Rausch-(C/N-)Verhältnis und Überschreiblöschverhältnis.
Als Signalmodus bei Aufzeichnung kam ein (8–16)-Modulationsmodus zum Einsatz, und die Aufzeichnung wurde mit Hilfe eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 650 nm und einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0,60 durchgeführt. Die kürzeste Bitlänge betrug 0,28 μm (d.h., die kürzeste Pitlänge beträgt 0,41 μm), und die Drehzahl der Platte war so eingestellt, daß eine Lineargeschwindigkeit von 8,2 m/s erhalten wurde. Verwendung als Substrat 1 fand ein Substrat mit einem Track-Abstand von 1,20 μm, d.h. ein Sub strat, in dem Groove-Abschnitte (Rillenabschnitte) und Land-Abschnitte (dazwischen liegende Erhöhungen) alle 0,60 μm abwechselnd gebildet waren.
Das C/N-Verhältnis wurde bewertet durch Aufzeichnen eines Pits mit einer Länge von 3T (im folgenden als "3T-Pit" bezeichnet) im (8–18)-Modulationsmodus und Messen des C/N-Verhältnisses. Die Bewertung der Löschkennwerte erfolgte durch Aufzeichnen eines 3T-Pits im (8–16)-Modulationsmodus mit einer geeigneten Laserleistung, sein anschließendes Überschreiben mit einem Pit mit 11T Länge (im folgenden "11T-Pit" genannt) und Messen des Löschverhältnisses des 3T-Pits (im folgenden als "3T-Löschverhältnis" bezeichnet) sowie dem Löschverhältnis des 11T-Pits (im folgenden als "11T-Löschverhältnis" bezeichnet), wenn ein 11T-Pit mit einem 3T-Pit überschrieben wurde. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse der Medien (0) bis (3).
Tabelle 1
Wie aus der vorstehenden Tabelle 1 deutlich wird, sind alle C/N-Verhältnisse, die in den Medien (1) bis (3) mit den Thermodiffusionsschichten erhalten wurden, erhöht, vergleicht man sie mit dem im Medium (0) ohne Thermodiffusionsschicht. Denkbar ist, daß eine Abkühlungswirkung der Thermodiffusionsschicht 7 (Al-O-N) in jedem der Medien (1) bis (3) zum Tragen kommt. In den Medien (1) bis (3) sind sowohl das 3T-Löschverhältnis als auch das 11T-Löschverhältnis erhöht. Dies weist auf die Ac/Aa-Verbesserung in den Medien hin. In der vorstehenden Tabelle 1 bezeichnet Ta den Durchlaßgrad, wenn sich die Aufzeichnungsschicht 4 in einem amorphen Zustand befindet, und Tc stellt den Durchlaßgrad dar, wenn die Aufzeichnungsschicht 4 in einem kristallinen Zustand ist. Die Messung des Durchlaßgrads der Medien erfolgte durch Herstellung von Platten mit vollkommen gleichen Strukturen wie diejenigen der Medien (0) bis (3) auf Spiegelsubstraten sowie Messung des Durchlaßgrads dieser Platten mit Hilfe eines Spektroskops. Gemäß Tabelle 1 ist jeder in den Medien (1) bis (3) mit Thermodiffusionsschichten erhaltene Durchlaßgrad höher als im Medium (0) ohne Thermodiffusionsschicht.
Im folgenden wird ein Medium mit der gleichen Struktur wie das Medium (1) mit Ausnahme dessen beschrieben, daß Grenzflächenschichten 3 und 5 aus Cr-Al-O-N und Thermodiffusionsschichten 7 aus Si hergestellt waren. 5 und 6 zeigen Simulationsergebnisse der optischen Kennwerte. In diesem Fall hatte eine Aufzeichnungsschicht 4 eine Dicke von 10 nm, Grenzflächenschichten 3 und 5 Dicken von 20 nm bzw. 35 nm und eine reflektierende Schicht 6 eine Dicke von 15 nm. Erfüllt gemäß 6 und 7 die Dicke d der Thermodiffusionsschicht 7 (Si) 0 < d ≤ 12λ/64n, erhöht sich der Wert von Ac/Aa bei annähernd gleichem Rc- und Ra-Wert verglichen mit dem Fall, in dem keine Thermodiffusionsschicht 7 (Si) vorgesehen ist.
Ein Medium (4) wurde mit der gleichen Struktur wie das Medium (1) mit der Ausnahme hergestellt, daß eine Schutzschicht 2 eine Dicke von 120 nm hatte, Grenzflächenschichten 3 und 5 aus Cr-Al-O-N mit Dicken von 20 nm bzw. 35 nm hergestellt waren, eine reflektierende Schicht 6 aus Au mit 15 nm Dicke gebildet war und eine Thermodiffusionsschicht 7 aus Si mit einer Dicke von 30 nm (8λ/64n) hergestellt war.
Als Vergleichsbeispiel in diesem Fall wurde ein Medium (0)' mit der gleichen Struktur wie das Medium (4) mit der Ausnahme hergestellt, daß keine Thermodiffusionsschicht 7 vorgesehen war. Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die gleichen Bewertungsergebnisse für die Medien (4) und (0)' wie jene für die Medien (0) bis (3).
Tabelle 2
Gemäß Tabelle 2 sind ähnlich auch in diesem Fall das C/N-Verhältnis und die Löschverhältnisse bei vorgesehener Thermodiffusionsschicht 7 erhöht, vergleicht man sie mit denen, wenn keine Thermodiffusionsschicht 7 vorgesehen war.
Zweite Ausführungsform
Im folgenden wird die Erfindung, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurde, unter Verwendung einer weiteren Ausführungsform anhand von 8 beschrieben.
In dieser Ausführungsform erfolgte die Herstellung eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums mit der in 8 dargestellten Struktur unter Verwendung von plattenförmigem Polycarbonatharz mit 0,6 mm Dicke und 120 mm Durchmesser als Substrat 100, einem durch Mischen von 20 Mol-% SiO₂ in ZnS hergestellten Material für Schutzschichten 102, 106, 202 und 206, Ge-Cr-N für Grenzflächenschichten 103, 105, 203 und 205, einer AgPdCu-Legierung für reflektierende Schichten 107 und 207, TiO₂ für eine Thermodiffusionsschicht 108 und Ge₄Sb₂Te₇ für Aufzeichnungsschichten 104 und 204. Die Aufzeichnungsschichten 104 und 204 haben Dicken von 6 nm bzw. 9 nm, alle Grenzflächenschichten 103, 105, 203 und 205 eine Dicke von 2 nm, die reflektierenden Schichten 107 und 207 Dicken von 10 nm bzw. 80 mm, die Thermodiffusionsschicht 108 eine Dicke von 40 nm, die Schutzschichten 102 und 106 Dicken von 110 mm bzw. 34 nm und die Schutzschichten 202 und 206 Dicken von 90 nm bzw. 40 nm.
Die jeweiligen Schichten werden unter den gleichen Bedingungen wie die in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform gebildet.
Kennwerte der Platte wurden bewertet durch Messen eines C/N-Verhältnisses, eines Überschreiblöschverhältnisses und von Zykluskennwerten sowohl für ein erstes Medium 101 als auch für ein zweites Medium 201.
Als Signalmodus bei Aufzeichnung kam ein (8–16)-Modulationsmodus zum Einsatz, und die Aufzeichnung und Wiedergabe wurde für das erste Medium 101 und das zweite Medium 201 mit Hilfe eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 405 nm und einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0,65 durchgeführt. Die kürzeste Pitlänge betrug 0,26 μm, und die Drehzahl der Platte war so eingestellt, daß eine Lineargeschwindigkeit von 8,2 m/s erhalten wurde. Verwendung als Substrat 100 fand ein Substrat mit einem 0,39 μm großen Track- Abstand, d.h. ein Substrat, in dem Groove-Abschnitte und Land-Abschnitte alle 0,195 μm abwechselnd gebildet waren.
Das C/N-Verhältnis wurde bewertet durch zehnfaches Aufzeichnen eines Pits mit einer Länge von 3T (im folgenden als "3T-Pit" bezeichnet) mit einer geeigneten Laserstrahlleistung im (8–16)-Modulationsmodus und Messen der C/N-Verhältnisse. Die Bewertung der Überschreiblöschkennwerte erfolgte durch neunfaches Aufzeichnen eines 3T-Pits mit einer geeigneten Laserleistung im (8–16)-Modulationsmodus, anschließendes einmaliges Überschreiben des 3T-Pits mit einem Pit mit 11T Länge (im folgenden "11T-Pit" genannt) mit der gleichen Leistung und Messen des Löschverhältnisses des 3T-Pits (im folgenden als "3T-Löschverhältnis" bezeichnet). Die Bewertung der Zykluskennwerte wurde durchgeführt, indem bewertet wurde, wie stark sich der Jitter-Wert bei Aufzeichnung von Zufallssignalen verringerte, wenn die Aufzeichnungshäufigkeit zunahm.
Die zur Wiedergabe von Signalen verwendete Leistung war sowohl für das erste Medium 101 als auch für das zweite Medium 201 auf 1,0 mW eingestellt. Die Aufzeichnung und Wiedergabe für das zweite Medium 201 erfolgte der Zweckmäßigkeit halber in dem Zustand, in dem keine Signale im ersten Medium 101 aufgezeichnet waren.
Das zuvor beschriebene zweischichtige Aufzeichnungsmedium wird als Medium (5) bezeichnet. Zum Vergleich wurde ein zweischichtiges Aufzeichnungsmedium (6) mit der gleichen Struktur wie das Medium (5) mit der Ausnahme hergestellt, daß keine Thermodiffusionsschicht 108 vorgesehen war. Die nachstehende Tabelle 3 zeigt Bewertungsergebnisse für die Medien (5) und (6).
Tabelle 3
In Tabelle 3 oben bezeichnet L1 das erste Medium 101, und L2 stellt das zweite Medium 201 dar. Für das C/N-Verhältnis ist der Fall, in dem mindestens 50 dB erhalten wurden, mit O bezeichnet, und der Fall, in dem weniger als 50 dB er halten wurden, ist mit X bezeichnet. Ähnlich ist für die Löschkennwerte der Fall, in dem ein 3T-Löschverhältnis von mindestens 33 dB erhalten wurde, mit 0 bezeichnet, und der Fall, in dem ein 3T-Löschverhältnis unter 33 dB erhalten wurde, ist mit X bezeichnet. Bezüglich der Zykluskennwerte ist bei 10.000-facher wiederholter Aufzeichnung von Zufallssignalen mit einer geeigneten Laserleistung der Fall, in dem der Beeinträchtigungsbetrag des Jitter-Werts verglichen mit dem, wenn Signale zehnfach wiederholt aufgezeichnet wurden, höchstens 2% betrug, mit O bezeichnet, und der Fall, in dem er größer als 2% war, mit X.
Gemäß Tabelle 3 wurden im Medium (5) mit der Thermodiffusionsschicht 108 hohe C/N-Verhältnisse und Löschverhältnisse sowohl für das erste Medium 101 (L1) als auch für das zweite Medium 201 (L2) erhalten. Dagegen waren für das erste Medium 101 (L1) des Mediums (6) ohne Thermodiffusionsschicht sowohl das C/N-Verhältnis als auch das Löschverhältnis geringer als im Medium (5).
Der Grund dafür läßt sich wie folgt beschreiben: Im Medium (6) ohne Thermodiffusionsschicht ist es schwierig, einen hohen Wert der optischen Absorptionskorrektur (einen Wert von Ac/Aa) zwischen einem kristallinen Zustand und einem amorphen Zustand gemäß der vorstehenden Beschreibung zu erhalten. Daher ist das Löschverhältnis gering, und auch das C/N-Verhältnis eines 3T-Signals nach 10-facher Überschreibaufzeichnung ist im Medium (6) verringert.
Im Medium (5) mit der Thermodiffusionsschicht 108 können nicht nur ein hohes C/N-Verhältnis und ein hohes Löschverhältnis, sondern gleichzeitig auch ein hoher Lichtdurchlaßgrad für das erste Medium 101 (L1) erhalten werden. Dadurch lassen sich auch ausgezeichnete Kennwerte des zweiten Mediums 201 (L2) erhalten.
Beim Vergleich des Mediums (5) und des Mediums (6) stellt man fest, daß die Thermodiffusionsschicht 108 eine Verbesserungswirkung auf die Zykluskennwerte hat. Denkbar ist, daß die Abkühlungsleistung, die durch Gebrauch der dünnen reflektierenden Schicht beeinträchtigt wurde, durch die Thermodiffusionsschicht 108 kompensiert und die Wärmebela stung des Mediums bei wiederholter Aufzeichnung im Medium (5) verringert war.
Als weiteres Beispiel wurden zweischichtige Aufzeichnungsmedien (7) bis (10) unter Verwendung der gleichen Struktur wie im Medium (5) mit Ausnahme dessen hergestellt, daß die Thermodiffusionsschichten 108 aus Ti-N, Ta₂O₅, Si-N bzw. Zr-N gebildet waren. Die gleichen Bewertungen wurden für die Medien (7) bis (10) durchgeführt, und es wurden die gleichen ausgezeichneten Kennwerte wie beim Medium (5) erhalten. Da in den Medien (7) bis (10) ähnlich die Thermodiffusionsschichten 108 vorgesehen waren, erzielte man die Kompatibilität zwischen hohem Durchlaßgrad und hoher Absorptionskorrektur, und die Zykluskennwerte waren stark verbessert.
Wie zuvor beschrieben, wird erfindungsgemäß ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsschicht, deren optische Kennwerte durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl reversibel variiert werden, einer reflektierenden Schicht, die den Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ durchläßt, und einer Thermodiffusionsschicht bereitgestellt, die in Kontakt mit der reflektierenden Schicht vorgesehen ist. Im Medium wurde eine Dicke d der Thermodiffusionsschicht so eingestellt, daß sie in einem Bereich von 0 < d ≤ (5/16)λ/n oder (7/16)λ/n ≤ d ≤ (1/2)λ/n liegt, wobei n eine Brechzahl der Thermodiffusionsschicht bezeichnet. Daher kann die Abkühlungsleistung der Aufzeichnungsschicht weiter verbessert werden, und zugleich läßt sich durch Erhöhung des Ac/Aa-Werts eine Überschreibungsverzerrung verringern. Dadurch kann die Aufzeichnung mit höherer Geschwindigkeit und höherer Dichte durchgeführt werden. Infolge der Abkühlungswirkung der Thermodiffusionsschicht kann zusätzlich das C/N-Verhältnis eines Aufzeichnungssignals erhöht werden. Da zudem die thermische Belastung des Mediums verringert werden kann, lassen sich auch wiederholte Aufzeichnungskennwerte verbessern.

Claims

Optisches Informationsaufzeichnungsmedium mit: einer Aufzeichnungsschicht (4), deren optische Kennwerte durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl reversibel variiert werden; einer reflektierenden Schicht (6), die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge λ durchläßt; und einer Thermodiffusionsschicht (7), die in Kontakt mit der reflektierenden Schicht vorgesehen ist, wobei eine Dicke d der Thermodiffusionsschicht (7) in einem Bereich von 0 < d ≤ (5/16)λ/n oder (7/16)λ/n ≤ d ≤ (1/2)λ/n liegt, wobei n eine Brechzahl der Thermodiffusionsschicht bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht (6) zwischen der Thermodiffusionsschicht (7) und der Aufzeichnungsschicht (4) liegt.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitfähigkeit eines die Thermodiffusionsschicht (7) bildenden Materials mindestens 0,05 W/m·K bei 500 K beträgt.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brechzahl der Thermodiffusionsschicht (7) mindestens 1,6 für eine zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen verwendete Wellenlänge des Laserstrahls beträgt.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Absorptionskoeffizient der Thermodiffusionsschicht (7) höchstens 1,5 für eine zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen verwendete Wellenlänge des Laserstrahls beträgt.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Thermodiffusionsschicht (7) mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Al-N, Al-O-N, Al-C, Si, Si-N, SiO₂, Si-O-N, Si-C, Ti-N, TiO₂, Ti-C, Ta-N, Ta₂O₅, Ta-O-N, Ta-C, Zn-O, ZnS, ZnSe, Zr-N, Zr-O-N, Zr-C und W-C besteht.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die reflektierende Schicht (6) mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Au, Ag und Cu besteht.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die reflektierende Schicht (6) eine Dicke zwischen 1 nm und 20 nm hat.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aufzeichnungsschicht (4) eine Dicke zwischen 3 nm und 20 nm hat.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Aufzeichnungsschicht (4) aus einem Phasenänderungsmaterial gebildet ist, das mindestens eine Komponente enthält, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Te, Se und Sb besteht.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das optische Informationsaufzeichnungsmedium für den Laserstrahl einen mittleren Lichtdurchlaßgrad zwischen 40% und 80% hat.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 10, wobei mindestens ein anderes optisches Informationsaufzeichnungsmedium auf der der Einfallsseite des Laserstrahls gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist.
Medium nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das optische Informationsaufzeichnungsmedium ferner eine Grenzflächenschicht (3, 5) aufweist, die eine Wirkung zur Erleichterung der Kristallisation der Aufzeichnungsschicht (4) hat und die in Kontakt mit mindestens einer Seite der Aufzeichnungsschicht (4) steht.
Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 12, wobei die Grenzflächenschicht (3, 5) aus einem Material gebildet ist, das mindestens N enthält.