KR100551697B1 - Super-RENS for high density optical disk - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초해상 방법을 이용한 고밀도의 광저장 매체 제조에 있어서, 기판과 기록막 사이에 자기집광효과를 가지는 칼코게나이드 박막을 두어, 입사된 레이저빔이 기록막에 집속되는 영역을 감소시켜 고밀도의 기록/재생을 가능하게 하는 광기능 소자를 제공함에 있다.According to the present invention, in the manufacture of a high density optical storage medium using a super resolution method, a chalcogenide thin film having a self-condensing effect is provided between a substrate and a recording film, thereby reducing the area where the incident laser beam is focused on the recording film. There is provided an optical function device that enables recording / reproducing of an optical device.
광저장 매체, 초해상막, 칼코게나이드 박막, 비선형 광기능 소자Optical Storage Media, Super Resolution Films, Chalcogenide Thin Films, Nonlinear Optical Functional Devices
Description
도 1은 광디스크를 나타내는 종단면도1 is a longitudinal sectional view showing an optical disc
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초해상막이 적용된 고밀도 광디스크의 종단면도2 is a longitudinal sectional view of a high-density optical disk to which a super resolution film is applied according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명에서 제안한 초해상막과 레이저빔과의 반응을 보여주는 개략도Figure 3 is a schematic diagram showing the reaction between the super-resolution film and the laser beam proposed in the present invention
도 4는 도 2에 재생/기록시의 광원으로 쓰이는 레이저 입사시 빔 진행에 대한 개략도FIG. 4 is a schematic diagram of beam progression upon laser incidence used as a light source of regeneration / oxygen in FIG.
도 5는 초해상막의 3차 비선형성을 측정하기 위한 z-scan개략도5 is a z-scan schematic for measuring tertiary nonlinearity of a super resolution membrane
도 6은 z-scan으로 얻은 투과도 변화곡선6 is a change curve of permeability obtained by z-scan
도 7은 레이저 빔사이즈의 변화량을 측정하기 위한 빔 profiler의 개략도7 is a schematic diagram of a beam profiler for measuring variation in laser beam size
1,7 : 보호층1,7: protective layer
2,8 : 반사막2,8: Reflective film
3,9 : 상부 유전체층3,9: upper dielectric layer
4,10 : 기록층4,10: recording layer
5,11:하부 유전체층5,11: lower dielectric layer
12 : 초해상막12: super resolution film
6,13 : 기판6,13: substrate
본 발명은 광저장 매체의 기록밀도를 높일 수 있는 초해상막을 얻는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to obtain a super resolution film capable of increasing the recording density of an optical storage medium.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기존의 초해상막보다 반복기록에 안전하고 레이저 빔 손실을 최소화하는 동시에 빠른 응답속도로 빔 사이즈를 줄일 수 있는 광기능소자를 제안한다.In order to achieve the above object, the present invention proposes an optical functional device that is safer for repeated recording and minimizes laser beam loss at the same time as the conventional super-resolution film, and can reduce the beam size with a fast response speed.
초해상막 기술은 광디스크의 기록막 하면에 형성되는 것으로,재료의 광학적,열적 비선형성, 상변화 특성 등을 제어하여 레이저 빔을 회절한계 이하로 줄이는 기술이다. The super-resolution film technology is formed on the lower surface of the recording film of the optical disk, and is a technology that reduces the laser beam below the diffraction limit by controlling the optical, thermal nonlinearity and phase change characteristics of the material.
재료의 여러 가지 특성을 초해상막에 적용한 사례가 있다. 흡수포화현상을 이용하여 흡수 포화량 이상의 강도를 가지는 광만을 투과시키는 차광형 초해상막을 일본국 특개평8-96412호,6-162564,6-267078호에 기재하고 있다. Co 산화물의 열적 비선형성을 이용한 초해상막은 특2001-007196에 기재되어 있고,특2000-0019987에는 비선형성을 갖는 반도체 재료 층을 이용한 초해상막이 기재되어 있다.There are examples of the application of various properties of materials to super-resolution films. A light shielding super-resolution film which transmits only light having an intensity greater than or equal to the absorption saturation by using an absorption saturation phenomenon is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-96412, 6-162564, 6-267078. A super resolution film using thermal nonlinearity of Co oxide is described in Japanese Patent Application No. 2001-007196, and a super resolution film using a semiconductor material layer having nonlinearity is described in Japanese Patent Application No. 2001-007196.
그러나 상기한 바와 같은 초해상 재료에서는 고밀도 광저장 매체에 실제 적용하기에 충분한 반응속도를 얻을 수 없다.일반적으로 반응시간은 10-8sec보다 작아야 광디스크에 적용되어 고밀도효과를 얻을 수 있다.However, in the super-resolution material as described above, it is not possible to obtain a sufficient reaction rate for actual application to a high density optical storage medium. In general, the reaction time should be less than 10 −8 sec to be applied to the optical disk to obtain a high density effect.
본 발명에서는 재료의 비공명형 비선형성을 이용한 초해상막 제조에 관한 것으로,상기 재료는 균질계 유리의 순수한 전자분극효과를 이용하는 비공명형 비선형 특성을 갖기 때문에 실여기를 동반하지 않는다.따라서 광흡수 손실이 적고, 응답속도가 pico sec order로 빠른 이점을 가지고 있다.The present invention relates to the preparation of a super resolution film using non-resonant nonlinearity of a material, and the material does not accompany the excitation because it has a non-resonant nonlinear characteristic utilizing the pure electron polarization effect of the homogeneous glass. It has the advantage of low absorption loss and fast response time in pico sec order.
정보량의 증가에 따라 광디스크의 고밀도 기록/재생이 요구되고 있다. 광 디스크의 저장용량은 레이저 빔의 집속점 크기와 매체의 기하학적인 형태에 직접적으로 관련되므로, 고밀도화를 위한 가장 일반적인 방법은 레이저 빔 집속점 크기를 작게 하는 것이다. 그러나, 기존의 far-field recording을 이용한 광학계는 빛의 회절한계라는 문제점으로 인해 레이저의 빔 직경의 감소가 제한된다. 또한 SIL(Solid Immersion Lens)기술 및 NSOM(Near-field Scanning Optical Microscope)기술 등 광학계에서 near-field를 이용하여 고밀도화가 모색되고 있으나,수nm~수십nm정도의 헤드/매체간 정밀간격 제어,정보전송 속도,optical probe의 가열 등 개별 구성 기술들이 가지는 문제점과 기존의 광저장 시스템과의 호환성이 어려움으로 실용화에는 난관이 예상된다.As the amount of information increases, high density recording / reproducing of optical discs is required. Since the storage capacity of the optical disk is directly related to the focal point size of the laser beam and the geometrical shape of the medium, the most common method for densification is to reduce the laser beam focal point size. However, in the conventional optical system using far-field recording, the beam diameter of the laser is limited due to the problem of diffraction limit of light. In addition, the optical system, such as SIL (Solid Immersion Lens) technology and NSOM (Near-field Scanning Optical Microscope) technology, is seeking high density using near-field.However, precise gap control between head and medium of several nm to several tens of nm Difficulties are expected in practical use due to the problems of individual construction techniques such as transmission speed, optical probe heating, and incompatibility with existing optical storage systems.
본 발명은 기반 광학계를 그대로 사용하면서도 매체재료를 통해 기록밀도를 향상시킬 수 있는 매체형 기술이다.초해상막(12)은 기판(6),하부유전체층(5),기록층(4),상부유전체층(3),반사막(2),보호막(1)으로 이루어지는 기존의 광디스크 구조에서 기판(13)과 하부유전체층(11) 사이에 놓이게 된다. 레이저빔이 기판(13)으로 입사하여 초해상막(12)을 지나서 기록층(10)으로 가게 되는 구조로 초해상막은 빔직경을 회절한계 이하로 줄이고 하부유전체층(11)은 근접자장을 유지해주는 역할을 한다.The present invention is a medium type technology capable of improving recording density through media materials while using the base optical system as it is. The
본 발명의 목적은 반복 기록/재생에도 안정하고,빠른 반응속도로 레이저 빔 사이즈를 줄여 고밀도의 저장매체를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a high-density storage medium which is stable even in repetitive recording / reproducing and reduces the laser beam size at a fast reaction speed.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은 고밀도 저장매체로 자기집광 특성을 가지는 칼코게나이드 박막을 이용하는 것에 있다. 3차 비선형이 큰 칼코게나이드 박막을 이용하면 자기집광 효과가 매우 빠른 속도로 일어나므로 기존의 초해상막에서 제기되는 반응속도의 문제를 해결함과 동시에 고밀도화에 충분한 레이저빔 집속 영역의 감소 효과가 있다.
A feature of the present invention for achieving the above object is to use a chalcogenide thin film having self-condensing characteristics as a high density storage medium. When the chalcogenide thin film with a large third nonlinearity is used, the self-condensing effect occurs at a very high speed, thereby solving the problem of the reaction speed in the conventional super-resolution film and reducing the laser beam focusing area sufficient for high density. have.
본 발명에서는 칼코게나이드 유리 중 3차 비선형계수가 큰 AsXSe(100-X)(X=30~50)조성의 유리를 초해상막으로 적용한다.도 3에 본 발명의 개념도를 나타낸다.In the present invention, a glass of As X Se (100-X) (X = 30-50) having a large third order nonlinear coefficient among chalcogenide glass is applied as a super-resolution film. FIG. 3 shows a conceptual diagram of the present invention.
본 발명에서 제안한 초해상막은 3차 비선형 효과를 가지는 광 기능 소자로 기판으로부터 입사 되는 레이저 빔과 반응하여 빔 직경을 감소하는 역할을 하게 된다.초해상막과 기록막 사이에 유전체 막을 형성하여 초해상막과 기록막 사이에 일정한 거리를 유지하도록 하여 초해상 효과를 증진시킨다.이는 NSOM의 air gap과 같은 역할을 하므로 초해상막이 near-field의 광학계를 구현하는데 주요한 역할을 한다.The super resolution film proposed in the present invention is an optical functional element having a tertiary nonlinear effect, and serves to reduce the beam diameter by reacting with a laser beam incident from a substrate. A super resolution is formed between a super resolution film and a recording film. By maintaining a constant distance between the film and the recording film to enhance the super-resolution effect, which acts like the air gap of the NSOM, so the super-resolution film plays a major role in realizing near-field optics.
3차 비선형 효과는 빛의 세기에 따라 굴절률이 변하는 것으로 다음 식과 같다.The third order nonlinear effect is that the refractive index changes according to the light intensity.
n=n0+n2In = n 0 + n 2 I
여기서 n0는 선형 굴절률이고, n2는 비선형 굴절률이고, I는 강도이다.Where n 0 is the linear refractive index, n 2 is the nonlinear refractive index, and I is the intensity.
n2가 양의 값을 갖는 경우 빛의 세기가 강한 레이저가 매질에 입사하면 굴절률이 빔의 강도에 따라 증가하는 변화를 겪게 되어 도4와 같이 빔의 진행방향이 변하게 된다. 입사하는 빛의 공간적인 세기분포가 Gaussian분포를 가진다면 물질의 굴절률 변화량 역시 같은 분포를 가질 것이며, 이 분포에 따라 시료를 통과하는 빛의 광경로가 바뀌게 되어 시료는 얇은 볼록 렌즈처럼 작용하는데 이러한 현상이 자기 집광현상이다. 이 때 레이저빔은 기존의 차광형 초해상막과는 달리 빔의 손실이 거의 없이 빔 사이즈를 줄일 수 있다. 비선형을 가지는 박막이 초해상막으로 응용되기 위해서는 10-11 m2/W 이상의 3차 비선형계수를 가져야 하며, 비선형 굴절 계수가 양의 값을 가지고 있어야 한다.When n 2 has a positive value, when a laser having a strong light intensity enters the medium, the refractive index increases with the beam intensity, and thus the direction of the beam changes as shown in FIG. 4. If the spatial intensity distribution of the incident light has a Gaussian distribution, the change in the refractive index of the material will have the same distribution, and the distribution changes the light path of the light passing through the sample, which acts as a thin convex lens. This is a self-condensing phenomenon. In this case, unlike the conventional light-shielding super-resolution film, the laser beam can reduce the beam size with little beam loss. In order to be applied as a super resolution film, the nonlinear thin film must have a third order nonlinear coefficient of 10 -11 m 2 / W or more, and the nonlinear refractive index must have a positive value.
집광현상을 가지는 광기능 소자로는 공명형의 3차 비선형 물질과 비공명형의 물질로 나눌 수 있다. 반도체나 dopant를 매질에 분산한 재료는 공명형 비선형 물질로 레이저와 같이 강한 빛이 입사하는 경우 매질내 전자들의 여기로 인해 비선형을 나타나게 된다. 반면,비공명형 비선형 물질에는 균질계 유리인 칼코게나이드 유리나 텔루라이트 유리등이 있다. 이들 물질의 비선형 광학 특성은 유리 조성과 구조에 의해 결정되며, 분극 이온의 충진 밀도가 클수록, 결합의 공유결합성이 강할수록, 굴절률의 분산이 클수록 우수한 비선형 특성을 가진다. 비공명형 비선형 물질은 순수한 전자 분극 효과를 이용하므로 응답속도가 공명형 물질보다 빠르다.Optical functional devices having a condensing phenomenon can be classified into three-dimensional nonlinear materials and non-resonant materials. A material in which a semiconductor or dopant is dispersed in a medium is a resonance nonlinear material. When a strong light such as a laser is incident, the material is nonlinear due to excitation of electrons in the medium. Non-resonant nonlinear materials, on the other hand, include homogeneous glass chalcogenide glass or tellurite glass. The nonlinear optical properties of these materials are determined by the glass composition and structure, and the higher the packing density of polarized ions, the stronger the covalent bond of the bond, and the larger the dispersion of the refractive index, the better the nonlinear properties. Non-resonant nonlinear materials use a pure electron polarization effect, resulting in faster response times than resonant materials.
본 발명에서는 비공명형 비선형 물질중에서 3차 비선형 굴절계수가 큰 양의 값을 가져 자기 집광 효과가 큰 AsXSe(100-X)(X=30~50)조성의 유리를 초해상막으로 적용한다.In the present invention, the glass of As X Se (100-X) (X = 30 ~ 50) composition having a high value of the third order nonlinear refraction coefficient among the non-resonant nonlinear materials and having a large self-collecting effect is applied to the super-resolution film. .
상기의 As-Se계 칼코게나이드 유리는 비공명형의 비선형을 가지고 있으므로 pico second order의 반응속도를 가진다.응답시간이 빨라야 광저장 매체가 고속으로 회전하여도 큰 굴절률 변화가 얻어진다. 비선형 굴절률이 크더라도 응답시간이 느리게 되면 겉보기의 굴절률 변화량은 작아지게 된다.As-Se-based chalcogenide glass has a non-resonant nonlinearity, and thus has a reaction rate of pico second order. A fast response time results in a large refractive index change even when the optical storage medium rotates at a high speed. Even if the nonlinear refractive index is large, when the response time is slow, the apparent change in refractive index becomes small.
초해상 효과를 얻기 위해서는 비선형 굴절률이 10-11 m2/W 이상이어야 하는데, As-Se계 칼코게나이드 유리의 비선형 굴절률은 650nm 파장대에서 10-5~10-7 m2/W 으로 자기집광효과가 크다.In order to obtain the super resolution effect, the nonlinear refractive index must be 10 -11 m 2 / W or more. The non-linear refractive index of As-Se chalcogenide glass is 10 -5 ~ 10 -7 m 2 / W in the 650 nm wavelength range. Is large.
본 발명에서 자기집광효과가 레이저 빔 크기에 미치는 효과는 도 7의 빔 프로파일러를 이용하여 확인할 수 있다. 빔 프로파일러에 사용된 레이저의 파장은 650nm이므로, 현재 광디스크의 광픽업으로 사용되는 것과 동일하다. 유리기판에 초해상막을 성막하기 전과 성막한 후를 초해상막 두께에 따라 비교하여 보면, 300nm 두께의 초해상막이 있는 경우 레이저 빔직경의 크기가 반정도로 감소함을 확인할 수 있다. 따라서, 상기한 초해상막을 통해 2배 이상의 기록밀도 향상이 가능하다.In the present invention, the effect of the self-condensing effect on the laser beam size can be confirmed using the beam profiler of FIG. The wavelength of the laser used in the beam profiler is 650 nm, which is the same as that currently used for optical pickup of optical discs. Comparing before and after the deposition of the super resolution film on the glass substrate according to the thickness of the super resolution film, it can be seen that the size of the laser beam diameter is reduced by half when there is a 300 nm thick super resolution film. Therefore, the recording density can be improved by twice or more through the super resolution film.
본 발명에서 제시한 초해상막의 효과는 보다 단파장의 청색레이저를 디스크의 광픽업으로 사용할 때에도 충분히 나타난다. 비선형성은 단파장의 레이저에서 더 큰 값을 가지므로, 자기 집광효과도 더 크게 나타난다.The effect of the super-resolution film proposed in the present invention is sufficiently exhibited even when the shorter wavelength blue laser is used as the optical pickup of the disk. Nonlinearity has a larger value in the short wavelength laser, so the self-collecting effect is also greater.
(실시예)(Example)
본 발명의 실시 예를 이용하여 상세히 설명하겠다.It will be described in detail by using an embodiment of the present invention.
초해상막의 제조는 Thermal evaporation방법을 이용하여 박막으로 증착시킨다. As2Se3칼코게나이드 유리를 타겟으로 하여 이와 반응하지 않는 텅스텐보트에서 Thermal evaporation방법으로 증착시킨다.타겟으로 이용한 As2Se3칼코게나이드 유리는 비정질이며,성막한 As2Se3칼코게나이드 박막 또한 X선 회절법(X-ray Diffraction)으로 조사한바, 비정질이다. 증착시 챔버의 진공도는 10-6torr이하로 유지하고,증착 속도는 5ㅕ/s로 하여 표면 거칠기가 우수한 박막을 형성한다. 두께가 고르게 증착되기 위해서 기판은 6rpm의 속도로 회전하며 증착시킨다.The super resolution film is deposited into a thin film using a thermal evaporation method. As 2 Se 3 chalcogenide glass is targeted and deposited by thermal evaporation on a tungsten boat that does not react. As 2 Se 3 chalcogenide glass used as target is amorphous, and as 2 Se 3 chalcogenide is deposited. The thin film was also amorphous by X-ray diffraction. During deposition, the vacuum degree of the chamber is maintained at 10 −6 torr or less, and the deposition rate is 5 μs / s to form a thin film having excellent surface roughness. In order to deposit the thickness evenly, the substrate was deposited while rotating at a speed of 6 rpm.
다음으로 막의 비선형 굴절률을 평가하였다. 비선형 광학특성의 평가는 유리 기판상에 As2Se3를 성막하여 633nm He-Ne 레이저광을 조사하여 투과도 변이를 측정하는 도 5의z-scan법을 이용하였다.Next, the nonlinear refractive index of the film was evaluated. The evaluation of the nonlinear optical characteristics was performed by using the z-scan method of FIG. 5 in which As 2 Se 3 was deposited on a glass substrate and irradiated with 633 nm He-Ne laser light to measure transmittance variation.
도 6에 z-scan의 실험결과가 나타나 있다.As2Se3의 3차 비선형 susceptibility는 7.42х10-7 m2/W, 비선형 굴절률은 1.268х10-5 m2/W 으로 자기집광효과가 크다.The experimental results of the z-scan are shown in FIG. 6. The third order nonlinear susceptibility of As 2 Se 3 is 7.42х10 -7 m 2 / W, and the nonlinear refractive index is 1.268х10 -5 m 2 / W, which has a high self-condensing effect.
다음으로 본 발명에서 제안한 초해상막과 레이저 빔과의 반응에 따른 집광 효과를 평가하였다.레이저 빔 profiler를 이용하여 유리 기판 위에 As2Se3를 성막하여 레이저빔집속 영역을 비교한 결과 100nm 성막시는 레이저빔의 면적이 34%감소하고, 300nm 성막시에는 55% 감소한다.따라서,300nm 두께의 As2Se3초해상막을 통해 2배 이상의 기록밀도 향상이 가능하다Next, the light condensing effect according to the reaction between the super-resolution film and the laser beam proposed in the present invention was evaluated. As 2 Se 3 was deposited on the glass substrate using the laser beam profiler, the laser beam focusing area was compared. The laser beam area is reduced by 34% and decreases by 55% when forming 300 nm. Thus, the recording density can be more than doubled by using a 300 nm thick As 2 Se 3 super resolution film.
본 발명으로부터, 기존의 광 저장매체에 초해상막을 적용시켜 현행 광저장 시스템과 호환성을 가짐과 동시에 탈착성을 유지하고 기록밀도의 향상을 기대 할 수 있다.From the present invention, by applying a super-resolution film to an existing optical storage medium, it is possible to maintain compatibility with existing optical storage systems, maintain detachability and improve recording density.
본 발명의 초해상막은 비공명의 비선형 광학 현상을 가지므로 빠른 응답속도를 가질 뿐만 아니라, 반복 기록/재생에도 열화 되지 않는 특성을 가진다. 비선형 특성을 갖는 초해상막은 단파장의 레이저빔에 더 큰 변화를 가지므로,차세대 광저장 매체에서 청색의 단파장 레이저를 사용하는 기록 시스템에도 적용할 수 있다.
Since the super-resolution film of the present invention has a non-linear non-optical optical phenomenon, it not only has a fast response speed but also has a characteristic of not deteriorating even in repetitive recording / reproducing. Since the super-resolution film having nonlinear characteristics has a larger change in the short wavelength laser beam, it can be applied to a recording system using a blue short wavelength laser in the next generation optical storage medium.
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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