NL8005693A

NL8005693A - Optische registratie schijf.

Info

Publication number: NL8005693A
Application number: NL8005693A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1982-05-17
Also published as: US4476214A; ES506232A0; CA1168359A; EP0050388A1; KR880001226B1; JPS5794945A; JPH0440785B2; AU7634181A; ATE15166T1; HK27286A; EP0050388B1; KR830008289A; DE3172042D1; AU547516B2; ES8303784A1

Description

PHN 9861 1 N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Optische registratie schijf

De uitvinding heeft betrekking op een optische registratie-schijf waarin informatie langs optische weg kan worden ingeschreven en uitgelezen, welke een substraatplaat bevat die aan tenminste één zijde voorzien is van een ablatieve registreerlaag die de elementen telluur, 5 seleen en antimoon bevat.

Een dergelijke registratieschijf is bekend uit de gepubliceerde Nederlandse oktrooiaanvrage nr. 780565 (PHN 9130) ten name van Aanvraagster. In de bekende registratieschijf wordt een registreerlaag met de samenstelling Te^ Sb^ Se^ toegepast.

10 Onder een ablatieve registreerlaag wordt een laag verstaan waarin door bestraling met energierijk licht zoals laserlicht dat conform de te registreren informatie is gemoduleerd, gaten of uitsparingen worden gevormd. Bij registratie van informatie wordt de schijf geroteerd net een snelheid van ongeveer 150-1800 omwentelingen per minuut en be-15 licht met gepulseerd laserlicht dat op de registreerlaag is gefocusseerd.

_ g _o

De pulstijd is gering en bedraagt bij voorbeeld van 10 tot 10 seconden -7 zoals 5.10 seconden. Het vermogen van de toegepaste laser is eveneens gering en heeft bij wijze van voorbeeld een waarde van 1-20 nW op de schijf. Als gevolg van de belichting net gepulseerd laserlicht smelt de 20 registreerlaag op de belichte plaatsen. In de gevormde smeltgebiedjes trekt het registreermateriaal onder invloed van verschillen in oppervlakte energie, randvormig terug waarbij een gat of uitsparing met verdikt 1 randdeel wordt gevormd. De aldus verkregen informatiebits hebben geringe diametrale afmetingen in de orde van grootte van 0,5 - 2 ^um. De dichte 25 van de registreerlaag bedraagt globaal 15-50 nm.

De ingeschreven informatie wordt uitgelezen met laserlicht dat aanmerkelijk zwakker is dan het inschrijflaserlicht en bij voorbeeld een factor 10 minder energierijk is. De detectie van de informatiebits is gebaseerd op de veranderde reflectie of transmissie van de registreerlaag 30 ter plaatse van de uitsparingen of gaten (bits), Uitlezing in reflectie heeft het voordeel dat de heengaande en gereflecteerde laserlichtbundel grotendeels dezelfde optische weg doorlopen zodat in de inschrijf- en uitleesapparatuur met minder optische elementen zoals objectieven volstaan 8005593 « Ml PHN 9861 2 kan worden. Zowel bij inschrijving als uitlezing wordt de laserlicht-bundel bij voorkeur via de substraatplaat cp de registreerlaag gefo-cusseerd. De op het oppervlak van de substraatplaat aanwezige stofdeeltjes, krassen en dergelijke, vallen dan buiten de scherptediepte van 5 het objectief dat het laserlicht focusseert zodat dergelijke verontreinigingen geen nadelige invloed hebben pp de kwaliteit van de geregistreerde en uitgelezen informatie. De substraatplaat moet in voomoemd geval transparant zijn ten. opzichte van het; toegepaste laserlicht en bij voorbeeld vervaardigd zijn uit glas of een transparante kunststof zoals 10 polyvinylchloride en polymethylmethacrylaat. Tussen de substraatplaat en de registreerlaag kan desgewenst een hulplaag zijn aangebracht zoals een met licht geharde laklaag die voorzien is van een optisch uitlees-baar informatiespoor. Het infcrmatiespoor bevat afwisselend op hoger en lager niveau gelegen informatiegebiedj es die via de transparante sub-15 straatplaat met behulp van laserlicht, in reflectie worden uigelezen.

De detectie van de informatiegebiedj es is gebaseerd op phaseverschillen tussen de heengaande en gereflecteerde laserlichtbundel. Het niveauverschil tussen de gebiedjes bedraagt een kwart golflengte van het laserlicht waarmede wordt uitgelezen zoals bij voorbeeld 0,15 ^um. De lengte 20 afmetingen van de inf ormatiegebiedj es variëren overeenkomstig de opgeslagen informatie en bedragen omstreeks 0,2 tot 3^um. De opgeslagen informatie bevat bij voorbeeld gegevens voor de besturing van de laserlichtbundel waarmee informatie wordt ingeschreven zoals gegevens ten aanzien van de snelheid en plaats van registratie.

25 De samenstelling van de registreerlaag is van essentieel belang voor het verkrijgen van goede resultaten waarbij kleine veranderingen in de samenstelling het complexe gebeuren van de gat-(bit) vorming op verschillende punten beïnvloeden. Op grond van het door Aanvraagster verworven inzicht in de bij de gatvorming optredende processen en proces-30 parameters,, is een optische registratieschijf met; ablatieve registreerlaag ontwikkeld welke optimale resultaten geeft tpn aanzien van onder meer houdbaarheid, gevoeligheid voor laserlicht en bitdefinitie.

Meer in het bijzonder verschaft de uitvinding een optische registratieschijf van het in de aanhef genoemde type dat hierdoor is ge-35 kenmerkt dat de samenstelling van de registreerlaag beantwoordt aan de formule Τβχ Se^ Sb2 waarin x= 55-85 at.%, y = 13-30 at.%, z= 1-12 at.%, q= 0-10 at.% en x + y + z + q=100 8 0 0 5 6 S 3 ' ' '% _ .

PHN 9861 3

De registreerlaag toegepast in de optische registratieschijf volgens de uitvinding heeft vooral een gunstig hoge absorptie van laserlicht in het zichtbare en infrarode deel van het spectrum. Hierdoor kan met voordeel een AlGaAs laser toegepast warden welke een emissiegolf-5 lengte van circa 800-850 nm heeft en vooral interessant is vanwege de relatief lage kostprijs en de gunstige inbouwmogelijkheden.

Het telluurgehalte in de registreerlaag bepaalt in hoge mate de laserlichtgevoeligheid van de laag. Hce hoger het telluurgehalte, des te gevoeliger is de laag, dat wil zeggen des te minder laserlichtenergie 10 is nodig cm een gat (bit) aan te brengen in de laag. Nu is telluur sterk vocht- en oxydatiegevoelig waarbij transparante telluuroxyden worden gevormd zodat de gevoeligheid van telluur als gevolg van deze ontleding, sterk afneemt met de tijd. Deze instabiliteit van telluur wordt grotendeels onderdrukt door het in de registreerlaag aanwezige seleen 15 in de hierboven aangegeven hoeveelheid. Hierbij geldt dat bij hoger seleengehalte de stabiliteit van de registreerlaag ook groter is ten koste van een relatief:': gering verlies aan gevoeligheid. Een terzake kundige kan binnen de hierboven aangegeven marges in telluur- en seleengehalte een keuze doen ten aanzien van een gewenste gevoeligheid en sta- 20 biliteit. Is de levensduur van de registreerlaag een eerste vereiste, zoals in het geval dat de registreerlaag informatie bevat die zeer lange tijd bewaard moet worden bij voorbeeld informatie die betrekking heeft op of bestaat uit röntgenbeelden van patiënten, waarbij in de regel een bewaartijd van 30 jaar wordt geeist, dan kiest men voor een relatief 25 hoog seleengehalte van circa 22-30 at.% en een telluurgehalte van ongeveer 55-65 at. %. Is daarentegen de gevoeligheid een eerste vereiste en kan met een geringe levensduur van bij voorbeeld 10 jaren worden volstaan, dan wordt de voorkeur gegeven aan een registreerlaag met een relatief hoog telluurgehalte van 70-85 at.% en een seleengehalte van 30 13-22 at.%.

Het in de registreerlaag volgens de uitvinding aanwezige:- antimoon heeft, in de aangegeven hoeveelheid, een bijzondere betekenis voor en invloed op de eigenschappen van de registreerlaag. Het antimoon verhoogt verrassenderwijs de gevoeligheid van de registreerlaag in aanzien- oc lijke mate, terwijl hovendien de stabiliteit van de laag niet wordt aangetast, ja zelfs een verbetering te zien geeft. Dit bijzondere gedrag van antimoon treedt op bij een toegepaste hoeveelheid van 1—12 at.%. Beneden de grens van 1 at.% is de hoeveelheid antimoon te gering voor een duide- 8005693 * 'u' PHN 9861 4 lijk significant effect. Bij toepassing van meer dan 12 at. % antimoon wordt de gevoeligheid en stabiliteit van de laag juist minder.

Het bovenbeschreven gunstige fenomeen laat zich moeilijk verklaren. Vast staat dat in de laag mengkr is tallen van Sb2 Se^ en 5 Sb2 S3 (indien S aanwezig is in de laag) worden gevormd. Diffusie van Sb bevattende verbindingen naar het oppervlak en oxidatie tot anti-moonoxiden zoals Sb203 en Sb20,- doet de oppervlaktespanning van de laag toenemen, waardoor de gevoeligheid voor laserlicht toeneemt.

De verhoogde oppervlakte energie heeft tot gevolg dat langs de 10 omtreksrand van een onder invloed van laserlicht in de registreerlaag gevormd smeltgebiedje, een sprong in de oppervlakte energie optreedt waardoor het smeltgebiedje bij geringere diameter en dus bij toepassing van minder laserlichtenergie wordt opengetrokken onder vorming van een gat. De genoemde sprong in de oppervlakte energie is een gevolg van 15 het feit dat in het smeltgebiedje een menging van bestanddelen van de registreerlaag plaatsvindt waardoor de oppervlakte energie van de gesmolten delen van de registreerlaag lager is dan die van de vaste delen van de laag.

De registreerlaag mag desgewenst een maximale hoeveelheid 20 van 10 at. % zwavel bevatten. Bij toepassing van zwavel wordt het amorfe karakter van de laag minder. De indruk bestaat dat gebiedjes van fijne kristallen in een amorfe matrix ontstaan. De gevoeligheid en stabiliteit van de laag wordt bij toepassing van zwavel verhoogd. Opgemerkt wordt dat bij een zwavelpercentage van meer dan de bovengenoemde 25 10 at. %, de groei van grovere kristallieten toeneemt. De laag wordt dan beduidend ongevoeliger en heeft een lagere gat (bit)-kwaliteit.

In een gunstige uitvoeringsvorm van de registratieschijf volgens de uitvinding wordt een registreerlaag toegepast van de hierboven vermelde formule 30 Tex Sey Sbz Sq waarin x, y,z en g de eerder aangegeven betekenis hebben en voorts y voldoet aan de voorwaarde y = a. x + 1,5 z - q waarin a de waarde 0,15 tot 0,30 heeft.

35 Deze voorkeursvorm is gebaseerd op het door Aanvraagster verworven inzicht dat een optimale levensduur verkregen wordt indien naast het aan antimoon gebonden seleen (Sb2 Se3) nog 15-30 at.% vrij seleen, berekend ten opzichte van de hoeveelheid telluur, aanwezig is 8005693 EHN 9861 5 * * dat'inhet telluur kan oplossen.

Zeer gunstige resultaten worden bereikt bij toepassing van een registreerlaag roet de samenstelling Te^0 Se^^ Sb^Q S,., ^e75 Se15 Sb10 of ^75 Se15 Sb5 S5’ 5 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van het uitvoe- ringsvoorbeeld en de tekening waarbij fig. 1 een dwarsdoorsnede is van een optische registratie-schijf volgens de uitvinding, en fig. 2 het grafisch verband weergeeft tussen de laserlicht-transmissie van de schijf volgens de 'uitvinding en een bekende schijf als functie van het aantal testdagen in een cyclische vochttest.

Uitvoeringsvoorbeeld 15 Een in figuur 1 met het verwijzingscijfer 1 aangeduide sub- straatplaat met. een dikte van 1,3 rrm wordt aan één zijde voorzien van een roet licht gehard laklaag 2 op basis van acrylzure esters. Laklaag 2 heeft een dikte van 30^um en is over een deel van het oppervlak voorzien van een met laserlicht uitleesbaar optisch informatiespoor 3, ook 20 wel servospoor genoemd, dat informatie bevat met betrekking tot de registratie van gegevens zoals informatie omtrent de snelheid en plaats van registratie. Daartoe heeft het informatiespoor een kanteelvormig profiel van qp hoger niveau gelegen informatiegebiedjes 4 en op lager niveau gelegen informatiegebiedjes 5. Het hoogteverschil van de ge-25 biedjes is 1/4 golflengte van het uitleeslaserlicht en bedraagt circa 0,15yUm. De lengte afmetingen variëren overeenkomstig de opgeslagen informatie en bedragen circa 0,3-3 ^ura. Laklaag 2 is af gedekt met een registreerlaag 6 bestaande uit Te^ Se2^ Sb^ S^, met een dikte van 30 nm. Ten behoeve van registraite van gegevens wordt registreerlaag 6 30 in de niet van het servospoor voorziene delen belicht met laserlicht dat ongeveer een factor -10 energierijker dan het uitleeslaserlicht dat het servospoor aftast. Het registratie laserlicht wordt via sub-straatplaat 1 op de registreerlaag gefocusseerd en is overeenkomstig de te registreren informatie gepulseerd. De pulstijd is 100 ns. De in laag 35 6 geregistreerde gegevens hebben een binair karakter waarbij de infor- matiebits bestaat uit in de registreerlaag 6 gevormde gaatjes 7.

Testen zijn uitgevoerd met de bovenomschreven informatieschijf volgens de uitvinding alsmede met een schijf die in plaats van de voor- 8005393 PHN 9861 6 melde registreerlaag een registreerlaag van ïe33 Sb33 Se^ bevatte.

In een eerste reeks proefnemingen werd de drempelgevoelig-heid van de registratieschijf bepaald. Hiertoe werd de registreerlaag belicht met gepulseerd laserlicht (pulstijd = 100 ns) van toenemende 5 energie totdat in de registreerlaag een gaatje werd gevormd. Vastgesteld werd dat de drempelgevoeligheid van de in de schijf volgens de uitvinding toegepaste registreerlaag van Te^ Se25 Shj0 S5 een waarde had van 0,5 nJ per puls en die van de bekende registreerlaag (Te23 Sb^^ ^34) 0611 waarde van 0,80 nJ per puls. Eenzelfde testserie 10 werd uitgevoerd voor de bepaling van de gevoeligheid voor een in de registreerlaag aangébracht gat met een diameter van 0,7 ^um. De gevoeligheid voor een 0,7 ^um gat in de Te^ Se25 Sb^ registreerlaag bedroeg 0,91 nJ per puls. De gevoeligheid van een Te^ Sb33 Se34 registreerlaag was hoger dan 1,10 nJ per puls.

15 In een derde serie proeven werd de gemiddelde dagelijkse toe name van de zogenaamde bit-error rate (AB.E.R.) bepaald. Hiermede wordt bedoeld de gemiddelde toename per dag van de verhouding tussen het aantal fouten en het aantal registraties (bits). Fouten bij voorbeeld in de vorm van zogenaamde pinholes dat wil zeggen kleine gaatjes, 20 kunnen ontstaan doordat de registratielaag plaatselijk loslaat en beschadigd wordt of doordat bij voorbeeld de laag als gevolg van oxidatie plaatselijk transparant wordt. Voor de bepaling van de bits-error rate werd de registratieschijf volgens de uitvinding alsmede een registratieschijf die voorzien is van een bekende registreerlaag bestaande uit 25 fe33 s^33 Se34 onderworpen aan een standaard verouderingstest de zogenaamde cyclische vochttest.

Volgens deze test wordt de registratieschijf bij een constante relatieve luchtvochtigheid van 95% per etmaal onderworpen aan de volgende terrpe-ratuurcyclus: 12 uren bewaren bij 25° C, 2 uren verwarmen van 25 tot 30 65° C, 2 uren bewaren bij 65° C, 2 uren afkoelen van 65 tot 25° C, 2 uren verwarmen van 25 tot 65° C, 2 uren bewaren bij 65° C en 2 uren afkoelen van 65 tot 25° C. De resultaten tonen aan dat de schijf volgens de uitvinding met een registreerlaag van Te^ Se25 Sb^ onder de voomoemde omstandigheden een gemiddelde dagelijkse toename van de -7 35 bit-error rate heeft van 2.10 . De registratieschijf met de bekende laag van Ute^ Sb33 Se34 heeft een gemiddelde dagelijkse toename van de bit-error rate die 2,5 maal zo hoog ligt en een waarde heeft van -7 5x10 . Hxeruit mag worden geconcludeerd dat de stabiliteit van de 8005693 ' e· EHN 9861 7 schijf volgens de uitvinding beduidend hoger is dan die van de bekende optische registratieschij f.

Dit gunstige aspect van de optische registratieschijf volgens de uitvinding blijkt voorts uit een verdere testserie waarbij de schijf 5 werd onderworpen aan dé bovenomschreven cyclische vochttest en periodiek de laserlicht transmissie (A- = 750 nm) werd bepaald. De resultaten zijn weergegeven in figuur 2. In de grafiek is horizontaal het aantal dagen van de cyclische vochttest uitgezet tegen vertikaal het percentage laserlicht.transmissie. De ononderbroken.lijn geeft de 10 situatie weer van een registratieschijf volgens de uitvinding met een registreerlaag van TegQ Se2g Sb^Q Sy terwijl de onderbroken lijn betrekking heeft qp een registratieschijf met een registreerlaag van Te22 Se34» <^e grafiek kan worden afgeleid dat de schijf vol gens de uitvinding een beduidend geringere toename van de transmissie ver-15 toont dan de bekende schijf. Dit betékent dat de degradatie van de registreerlaag toegepast in de registratieschijf volgens de uitvinding zeer veel langszamer verloopt dan bij de bekende schijf. De toename van transmissie moet Immers zijn belangrijkste oorzaak vinden in de omzetting ofwel ontleding van het telluur bestanddeel in de registreer-20 laag tot transparante telluuroxiden.

25 30 35 8005693

Claims

2. Optische registratieschijf volgens conclusie 1, met het ken merk, dat voorts voldaan wordt aan de voorwaarde y = a.x +1,5 z-q waarin x, y, z en q de in conclusie 1 aangegeven betekenis hebben en a de waarde 0,15 - 0,30 heeft.
3. Registratieschijf volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de registreerlaag de samenstelling Te^Se^Sb-j qS^ heeft.
4. Registratieschijf volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de registreerlaag de samenstelling Te^Se^Sb^ heeft.
5. Registratieschijf volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 20 de registreerlaag de samenstelling Te^Se^S^S,. heeft. 25 30 8 0.0 5 6 03 35