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CN1146890C - 光记录介质及其制造方法 - Google Patents

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CN1146890C CNB991028996A CN99102899A CN1146890C CN 1146890 C CN1146890 C CN 1146890C CN B991028996 A CNB991028996 A CN B991028996A CN 99102899 A CN99102899 A CN 99102899A CN 1146890 C CN1146890 C CN 1146890C
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Abstract

一种具有足够的重复记录耐久性的光学记录介质及其制造方法。第一绝缘层2设置在基底1的主表面1a上，在第一绝缘层2上形成记录层5，所述记录层5由具有不同初始结晶温度的第一层薄膜3和第二层薄膜4的两层薄膜构成。然后依次形成第二绝缘层6、反射层7和保护层8。第一层薄膜3或第二层薄膜4的其中之一优选地含有氮或氧。更理想的是紧靠基底1的第一层薄膜3含有氮或氧。第一层薄膜3和第二层薄膜4的初始结晶温度的差别为20℃或更高。更理想的是紧靠基底1的第一层薄膜3的初始结晶温度比第二层薄膜4高20℃或更高。第一层薄膜3和第二层薄膜4的厚度理想地各为3nm或更多。

Description

光记录介质及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光记录介质及其制造方法。更具体地，本发明涉及这样一种光记录介质，该光记录介质的记录层用诸如激光的光照射加热，使温度升高，使该记录层中产生相变，将信息记录成光可读的信息符号，或清除信息，本发明还涉及该光记录介质的制造方法。
背景技术
在数据记录领域，光数据记录系统的研究进展迅速。光数据记录系统有许多优点，诸如非接触记录/复制，记录密度高于磁记录系统一个数量级，并适合诸如只读、一次写入或重写存储形式的存储形式，而且作为可获得廉价的大容量文件的系统，使其从工业用途到家庭用途有着广阔的应用领域。
适合于重写存储形式的光学数据记录系统可分为磁光盘和相变光盘。
与重写存储形式相关的相变光盘具有以下结构：即在透明基底的主表面上形成透明的ZnS等的绝缘膜，随后在该膜上形成ZnS等的相变记录膜以及诸如铝膜的反射膜。
基于硫族的合金材料可分为Ge-Te基、Ge-Te-Sb基、In-Sb-Te基或Ge-Sn-Te基材料。这些材料可通过利用晶体-非晶体和晶体-晶体之间的相变进行信息记录/清除。在这些材料中，如在日本专利公开JP-A-62-53886、3-80635和63-225934以及日本专利公告JP-B-8-32482中公开的具有特定组成的Ge-Sb-Te基材料，或在日本专利公开JP-A-6-166268和4-232779中公开的具有特定组成的Ag-In-Sb-Te基材料是公知的。
当在相变光盘上记录信息时，诸如激光的光从透明基底侧照射到相变记录膜上，并以点的形式使记录膜升温，以改变部分相变记录膜的状态，从而进行记录。上述材料随加热温度不同，在快速加热或快速冷却时为非晶体，而在缓慢冷却时结晶。这样，信息就通过形成非晶体部分和晶体部分进行记录。
对于从相变光盘上复制信息，将例如不至于使相变记录膜产生变化的激光从透明基底侧照射到相变记录膜上，根据从晶体部分返回的光与从非晶体部分返回的光之间的差别来检查信息。
同时，认为上述相变光盘在信号性能或记录耐久性方面不足以满足高线速度和高记录密度的要求，因此相变光盘的性能需进一步提高。
而且，相变光盘适合于重写存储形式，因此相变光盘在记录/清除特性和重复耐久性方面需进一步改善。
发明内容
因此本发明的目的是提供这样一种光记录介质，该介质在信号性能和记录耐久性方面足以满足高线速度和高记录密度要求，并同时具有特别是重写存储所要求的足够的重复记录耐久性以及足够的记录/清除和重复特性。
本发明的另一个目的是提供这种光记录介质的制造方法。
一方面，本发明提供这样一种光记录介质，该记录介质至少具有在基底上的第一绝缘层、记录层、第二绝缘层和反射层，记录介质中的记录层可从晶体状态向非晶体状态、或从非晶体状态向晶体状态可逆变化，以记录或清除信息，其中记录层由具有不同初始结晶温度的两层薄膜制成。
现在参照图5所示时间和温度之间的关系对初始结晶温度加以说明。在图5中，横坐标表示时间，纵坐标表示温度和反射率水平，虚线表示温度变化状态，实线表示反射率水平变化状态。初始结晶温度是对应于从非晶体状态向晶体状态转变时，反射率水平突然变化的点R1的温度T1。
构成记录层的两层薄膜的具体实例是由例如基于硫族的合金材料形成的相变记录膜。基于硫族的合金材料可分为Ge-Te基、Ge-Te-Sb基、In-Sb-Te基和Ge-Sn-Te基材料。最优选的是Ag-In-Sb-Te基材料。
在本发明的光记录介质中，构成记录层的两层薄膜中的一层优选地含有氮或氧。
在制造本发明的光记录介质中，构成记录层的两层薄膜可在含有不超过15％的氮的氩气氛下、或在含有不超过15％氧的气氛下溅射形成。
而且，在本发明的光记录介质中，基底侧的记录层薄膜更优选地包含氮或氧。在制造该光记录介质中，基底侧的记录层薄膜的初始结晶温度也更优选地比另一侧薄膜的初始结晶温度高不小于20℃。
此外，在本发明的光记录介质中，记录层的两层薄膜的厚度优选地不小于3nm。
在本发明的光记录介质中，其中记录层适合于通过将记录层从晶体状态向非晶体状态、或从非晶体状态向晶体状态的可逆变化来记录或清除信息，该记录层由具有不同初始结晶温度的两层薄膜构成，该光记录介质的记录/清除特性可通过较高初始结晶温度的薄膜保证，而重复耐久性可通过较低初始结晶温度的薄膜保证。这种相互作用保证了理想的重复记录耐久性。
附图说明
图1表示本发明光记录介质实施方案结构的剖面示意图。
图2表示该光记录介质结构的剖面示意图。
图3表示重复记录/复制次数与波动之间的关系图。
图4表示氮气含量、初始结晶温度和沟纹反射率之间关系的图。
图5表示作为一方面的时间和作为另一方面的温度和反射率水平之间关系的图。
本发明优选的实施方案将参照附图详细说明。需要指出的是，本发明在此涉及一种光盘及其制造方法。
本实施方案的光盘具有以下结构，即在盘状基底1的主表面1a上形成第一绝缘层2，在第一绝缘层2上有由具有不同初始结晶温度的第一层薄膜3和第二层薄膜4组成的记录层5，在记录层5上按顺序进一步形成第二绝缘层6、反射层7和保护层8。
所用的基底1由例如聚碳酸酯或玻璃制成，激光可从该基底穿过。第一绝缘层2和第二绝缘层6优选地由至少含有ZnS的材料形成，例如含有ZnS-SiO2的材料。反射层7可由例如铝制成，而保护层8可由例如可紫外光固化的树脂制成。
在本实施方案的光盘中，基本的是第一层薄膜3和第二层薄膜4是具有不同初始结晶温度的两个薄膜。第一层薄膜3和第二层薄膜4可由例如基于硫族的合金材料制成的相变记录膜。最优选的是Ag-In-Sb-Te基材料。
在本实施方案的光盘中，组成记录层5的第一层薄膜3或第二层薄膜4的其中之一优选地含有氮或氧。更优选地，紧靠基底1的第一层薄膜3含有氮或氧。
而且，在本发明实施方案的光盘中，在构成记录层5的第一层薄膜3和第二层薄膜4的初始结晶温度的差别优选不小于20℃。更优选地，紧靠基底1的第一层薄膜3的初始结晶温度比相对侧的第二层薄膜4的初始结晶温度高20℃或更多。
当在本发明实施方案的光盘上记录信息时，将例如激光从基底1向记录层5照射，以点的方式升高记录层5的温度，使构成记录层5的第一层薄膜3和第二层薄膜4的某一部分发生状态变化，从而进行记录。第一层薄膜3和第二层薄膜4的上述材料在快速加热或快速冷却时为非晶体，而在缓慢冷却时结晶，视加热温度而定。这样，信息就通过非晶体部分和晶体部分的形成进行记录。
另一方面，为了在本发明实施方案的光盘上复制信息，将例如不会使记录层产生变化的激光从基底侧照射到记录层5上，根据从晶体部分返回的光与从非晶体部分返回的光之间的差别来检查信息。
在本发明实施方案的光盘中，其中记录层5适合于通过在晶体状态和非晶体状态之间的可逆变化来记录或清除信息，该记录层由具有不同初始结晶温度的第一层薄膜3和第二层薄膜4构成，该光盘的记录/清除特性可通过具有较高初始结晶温度的薄膜保证，而重复耐久性可通过具有较低初始结晶温度的薄膜保证。
在制造本发明实施方案的光盘中，其中构成记录层5的第一层薄膜3或第二层薄膜4的其中之一含有氮或氧，由两层薄膜构成的记录层5在形成第一绝缘层2后形成，所述绝缘层2通过制造此类光盘所采用的常规方法在基底1上形成，如果记录层5的两层薄膜之一通过在含有15％或更少氮的氩气氛下、或在含有15％或更少氧的氩气氛下溅射形成，接着用制造此类光盘所采用的常规方法依次形成第二绝缘层6、反射层7和保护层8，那么上述方法足以用于制造所述光盘。
如果紧靠基底1的第一层薄膜3含有氮或氧，那么通过在含有15％或更少氮的氩气氛下、或在含有15％或更少氧的氩气氛下溅射形成第一层薄膜3就足以满足要求。
具体实施方式
为证实本发明的效果，在此实际制造了光盘，并对这些光盘的重复记录耐久性进行了研究。
本发明试样1制备下，用直流溅射在第一绝缘层上形成8nm厚的第二层薄膜作为记录膜。
当所获得的组合膜在真空状态下保持时，通过RF溅射在记录层上形成含有20％摩尔)SiO2的35nm厚的第二绝缘层。在第二绝缘层上形成120nm厚的AlTi反射层，从而提供本发明试样1。
本发明试样1的第一记录层的第一层薄膜的初始结晶温度约为220℃，第二层薄膜的初始结晶温度约为190℃。
这些初始结晶温度用以下方式测定。即当在基底上形成薄膜的同时，在分开提供的载玻片试样上分别形成这些薄膜，并测量在这些载玻片试样上形成的薄膜的初始结晶温度。作为测量初始结晶温度的装置，可以使用一台这样的装置，该装置包括具有温度控制功能的红外加热炉，和分别用波长780nm的激光测量位于红外加热炉中的试样反射率的测量单元。在红外加热炉中放置载有分别与基底上的薄膜相似的薄膜的载玻片试样。以每分钟20℃的速度升温，同时检测薄膜反射率水平的变化。
如上所述，测得由于薄膜从非晶体状态向晶体状态转变而导致反射率水平突然变化时的温度，并作为初始结晶温度。
<本发明试样2的制备>
然后，按如上所述制备本发明试样1的相同方式制备本发明试样2，所不同的是在用直流溅射制备记录层的第一层薄膜时采用的气氛气体改为含有5％氮的氩气，第一层薄膜的厚度改为3nm，第二层薄膜的厚度改为25nm。
构成本发明试样2的记录层的第一层薄膜和第二层薄膜的初始结晶温度分别为约210℃和约190℃。
<本发明试样3的制备>
然后，按如上所述制备本发明试样1的相同方式制备本发明试样3，所不同的是在用直流溅射制备记录层的第一层薄膜时采用的气氛气体改为含有4％氧的氩气。
构成本发明试样3的记录层的第一层薄膜和第二层薄膜的初始结晶温度分别为约210℃和约190℃。
<本发明试样4的制备>
然后，按如上所述制备本发明试样1的相同方式制备本发明试样4，所不同的是在用直流溅射制备记录层的第一层薄膜时采用的气氛气体改为含有5％氮的氩气，第一层薄膜的厚度改为25nm，第二层薄膜的厚度改为3nm。
构成本发明试样4的记录层的第一层薄膜和第二层薄膜的初始结晶温度分别为约210℃和约190℃。
<对比试样1的制备>
首先，制备由聚碳酸酯树脂形成的0.6mm厚的基底，在基底的主表面上用RF溅射形成含有20％(摩尔)SiO2、厚100nm的第一绝缘层。
然后形成记录层。在这里，用Ag8In6Sb58Te28作靶子，使纯氩气在真空装置中以70sccm的流动速度流动。在该条件下和4×10-3Torr的气体总压下，用直流溅射形成28nm厚的记录膜。
当所获得的组合膜在真空状态下保持时，通过RF溅射在记录层上形成含有20％(摩尔)SiO2、厚35nm的第二绝缘层。在第二绝缘层上形成120nm厚的AlTi反射层，作为比较试样1。
比较试样1的初始结晶温度约为220℃。
特别地，比较试样1包括盘状基底11的主表面11a上的第一绝缘层12，和在该层上依次形成的第二绝缘层16和反射层17，如图2所示。如果需要，在反射层17上可形成保护层18。
<对比试样2的制备>
对比试样2的制备方法与对比试样1的制备方法相同，所不同的是将直流溅射形成记录层时的气氛气体改为氩气。
对比试样2的初始结晶温度约为190℃。
对重复记录耐久性的研究
然后，本发明试样1到4和对比试样1、2的重复记录耐久性按以下方法测试。即用波长680nm、数值孔径0.6、线速度4.8米/秒和记录功率等于每个试样理想功率的光学系统作为评估装置，重复记录/复制随机EFM信号。检测分别对应于由窗口宽度校准的时钟的每一个标记边缘的标准偏差，作为波动。在这种条件下，如果波动不大于15％，就可进行校正。从这一点考虑，波动不大于15％的情况就评价为具有满意的重复记录耐久性。
图3表示每个试样的重复记录/复制次数与波动之间的关系。在图3中，●、△、
Figure C9910289900081
、□、○和X分别表示本发明试样1到4和对比试样1和2的结果。
从图3的结果可见，具有由初始结晶温度不同的两层薄膜形成的记录层的本发明试样1到4可承受超过100次的重复记录/复制，表现出足够的重复记录耐久性，而具有由单一薄膜形成的记录层的对比试样1和2的重复记录/复制次数仅为约100次。
同时，本发明试样1和3可承受2000次或更多的重复记录/复制，而本发明试样2和4可承受500次或更多的重复记录/复制。
从本发明试样1到4的结果还可看出，如果构成记录层的两层薄膜的每一层的厚度不小于3nm，就可保证具有足够的重复记录耐久性。
从本发明试样3的结果同样可看出，如果构成记录层的薄膜中含有的氮由氧代替，就能改变初始结晶温度，从而提高重复记录耐久性。
从本发明试样1到4的结果又可看出，如果在采用含有不少于5％的氮或氧的氩气的情况下溅射，就能改变构成记录层的薄膜的初始结晶温度，从而提高重复记录耐久性。
从对比试样1和2的结果可进一步看出，具有较高初始结晶温度的对比试样1具有较低的波动值。
以下现象起因于上述发现。即如果构成记录层的薄膜中含有氮或氧，初始结晶温度就升高，从而改善转换因子并减小晶粒尺寸，产生低的波动特性。这一点在本发明实施方案中高线速度和高记录密度时带来足够的信号特性和记录耐久性，同时保证了代表重写存储所要求关键性能的记录和清除特性。如果如上所述不含有氮或氧，就保证了代表重写存储所要求关键性能的重复耐久性。
根据本发明，如果上述两层薄膜共同构成记录层，就能降低整体波动值，从而能保证重复耐久性。并且，在重复记录/复制过程中，薄膜中含有的氮或氧就向不含有这些元素的薄膜中扩散，以避免波动值随着重复记录/复制过程的进行而升高。结果本发明试样1到4的重复记录耐久性得到提高。
尽管如上所述如果构成记录层的薄膜中含有氮或氧，就能改变初始结晶温度，仍然需要从光学记录介质特性方面研究氮或氧含量可能的上限值。那么，现在就考虑氮或氧含量的上限值。
特别地，在形成构成记录层的薄膜时，在不同氮含量的溅射气体下制备薄膜，并检测溅射气体中氮含量与初始结晶温度的关系，以及溅射气体中氮含量与反射率的关系。结果示于图4中，图中横坐标表示氮气含量(％)，纵坐标表示初始结晶温度和沟纹反射率(V)，●表示初始结晶温度，△示沟纹反射率。
从图4的结果可见，溅射气体中氮含量越高，初始结晶温度越高。需要较高的初始结晶温度，因为这可带来满意的波动特性。然而，同样从图4可见，溅射气体中氮含量越高，沟纹反射率越低。在这种光记录介质中，需要使用一定量的侍服信号。从这一点考虑，溅射气体中氮含量优选地不超过15％。

Claims (7)

1、一种光学记录介质，其中在基底上至少设置有第一绝缘层、记录层、第二绝缘层和反射层，其中所述记录层可从晶体状态向非晶体状态、或从非晶体状态向晶体状态可逆地变化，以记录和/或清除信息；
其中所述记录层由具有不同初始结晶温度的两层薄膜构成，并且所述记录层的两层薄膜中紧靠基底的薄膜的初始结晶温度比另一层薄膜高20℃或更高。
2、根据权利要求1的光学记录介质，其中构成记录层的薄膜的其中之一含有氮或氧。
3、根据权利要求2的光学记录介质，其中记录层的两层薄膜中紧靠基底的薄膜含有氮或氧。
4、根据权利要求1的光学记录介质，其中记录层的两层薄膜的初始结晶温度的差别为20℃或更高。
5、根据权利要求1的光学记录介质，其中记录层的两层薄膜的每一层的厚度为3nm或更多。
6、根据权利要求1的光学记录介质，其中记录层的两层薄膜由Ag-In-Sb-Te基材料形成。
7、制造光学记录介质的方法，该方法为在基底上设置至少第一绝缘层、由具有不同初始结晶温度的两层薄膜形成的记录层、第二绝缘层和反射层，其中，在含有不大于15％氮的氩气氛中、或在含有不大于15％氧的气氛下溅射，以形成所述记录层的两层薄膜之一。
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