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DE60300474T2 - Optische Platte vom Nur-Lesen-Typ mit hoher Dichte - Google Patents

Optische Platte vom Nur-Lesen-Typ mit hoher Dichte Download PDF

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DE60300474T2
DE60300474T2 DE60300474T DE60300474T DE60300474T2 DE 60300474 T2 DE60300474 T2 DE 60300474T2 DE 60300474 T DE60300474 T DE 60300474T DE 60300474 T DE60300474 T DE 60300474T DE 60300474 T2 DE60300474 T2 DE 60300474T2
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optical disk
layer
substrate
optical
disk according
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In-oh Suji-eup Yongin-si Hwang
In-sik Paldal-gu Suwon-si Park
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Platte und insbesondere eine ausschließlich lesbare hochdichte optische Platte mit einer Super-Resolution-Nahfeldstruktur, die Markierungen einer Größe, die kleiner als die Auflösung eines Laserstrahls ist, lesen kann.
  • Weil optische Platten im Vergleich zu vorhandenen magnetischen Aufzeichnungsmedien einen sehr kleinen Aufzeichnungsbereich pro Aufzeichnungseinheit aufweisen, wurden sie weitgehend als hochdichte Aufzeichnungsmedien verwendet. Ihren Eigenschaften entsprechend werden optische Platten in einen Lesespeichertyp (ROM-Typ), einen WORM-Typ, der einmalig beschreibbar und beliebig oft zu lesen ist, und in einen löschbaren Typ unterteilt. Der ROM-Typ der optischen Platten kann nur im Voraus aufgezeichnete Daten lesen, der WORM-Typ einer optischen Platte ermöglicht einem Nutzer, einmalig Daten auf eine Platte zu schreiben und der löschbare Typ der optischen Platten ermöglicht einem Nutzer, Daten zu löschen und neue Daten aufzuzeichnen.
  • Ein Beispiel der optischen Platten des WORM-Typs ist eine beschreibbare CD (CD-R-Platte). Bei einer CD-R-Platte werden, wenn ein Aufzeichnungslaserstrahl mit einer Wellenlänge von 780 nm auf eine aus einem organischen Farbstoff, wie beispielsweise Cyanin und Pnthalocyanin gefertigte Aufzeichnungsschicht, fokussiert wird, Bindungen in dem organischen Farbstoff gebrochen. Gleichzeitig werden die Struktur eines Substrats und die einer Reflexionsschicht optisch verändert. Während dieses Prozesses werden die Daten auf einer CD-R-Platte aufgezeichnet. Die aufgezeichneten Daten werden mit einer geringen Leistung von 1 mW oder weniger gelesen. Eine CD-R-Platte weist eine Speicherkapazität von ungefähr 650 MB auf und wird infolgedessen weitgehend zum Aufzeichnen und zum Lesen verschiedener Datentypen, wie zum Beispiel Audiodaten und Videodaten, verwendet.
  • Die Speicherkapazität eines optischen Aufzeichnungsmediums, wie zum Beispiel einer CD-R oder CD-RW (wiederbeschreibbare CD), das eine Aufzeichnungswellenlänge von 780 nm erfordert, ist jedoch unzureichend, um dynamische Bilddaten aufzuzeichnen.
  • Aus diesem Grund ist ein derartiges Aufzeichnungsmedium mit einer kleinen Speicherkapazität in der heutigen komplexen Multimediaumgebung unpraktisch.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden DVDs (Digital Versatile Disks), die eine geringere Laserwellenlänge von 630 nm bis 680 nm erfordern, entwickelt. DVDs weisen eine Speicherkapazität von 2,7 bis 4,7 GB (auf einer Seite ) auf. Generell können DVDs in einen Typ mit ausschließlich lesbaren Speicher (DVD-ROM), einen beschreibbaren DVD-Typ (DVD-R), einen Direkzugriffspeicher-DVD-Typ (DVD-RAM) und in einem wiederbeschreibbaren DVD-Typ (DVD-RW) unterteilt werden. Das Aufzeichnen auf den DVD/R/Platten wird unter Verwendung einer Aufzeichnungsschicht in der bei Belichtung durch einen Aufzeichnungslaserstrahl Bindungen eines organischen Farbstoffs gebrochen werden, erreicht. Wie bei den DVD-RAM- und den DVD-RW-Platten, verändert die Phasenänderung einer Aufzeichnungsschicht die optischen Eigenschaften der Platten und auf diese Art und Weise werden Daten auf der Platte aufgezeichnet oder von dieser gelöscht. Insbesondere die DVD-Platten, die ein organisches Farbstoffmaterial verwenden, sind mit der DVD-ROM kompatibel, kosteneffektiv und weisen im Vergleich zu anderen Aufzeichnungsmedien eine große Speicherkapazität auf. Aus diesen Gründen werden die DVD-R-Platten gegenwärtig stark beachtet.
  • Wie der Beschreibung oben entnommen werden kann, ist das wichtigste Problem bei einer optischen Platte, wie die Speicherkapazität erhöht werden kann. Unter diesem Aspekt wurden viele Versuche unternommen, die Speicherkapazität zu erhöhen. Die Speicherkapazität der optische Platte ist hauptsächlich von der Anzahl von sehr kleinen Pits auf einer vorgegebenen Fläche der optischen Platte und von den Eigenschaften eines Laserstrahls, der verwendet wird, um die Pits korrekt zu lesen, abhängig. Generell verbreitet sich das von einer Laserdiode emittierte Licht wegen der Strahlenbeugung, trotz der Verwendung der Objektivlinse eines optischen Pickups, in Form eines Strahls mit einer bestimmten Breite aus. Diese Strahlgröße wird als „Beugungsbegrenzung" bezeichnet.
  • Generell haben optische Platten eine Leseauflösungsbegrenzung, die durch den Ausdruck λ/4NA gegeben ist, wobei λ die Wellenlänge einer Lichtquelle ist und NA die numerische Apertur einer Objektivlinse ist. Wie aus dem oben genannten Ausdruck ersehen werden kann, kann durch das Verkürzen der Wellenlänge einer Lichtquelle oder durch das Verwenden eine Objektivlinse mit einer größeren NA die Speicherkapazität von optischen Platten vergrößert werden. Die Begrenzungen bestehen jedoch darin, dass die gegenwärtige Lasertechnologie einen derartigen Laser mit kürzerer Wellenlänge nicht bereitstellen kann und dass eine Objektivlinse mit größerer NA teuer ist. Des Weiteren wird, während sich die NA einer Objektivlinse vergrößert, ein Abstand (Arbeitsabstand) zwischen einem Pickup und einer Platte beachtlich verkürzt und infolgedessen könnten der Pickup und die Platte miteinander kollidieren. Im Ergebnis könnten Schäden an der Oberfläche der Platte verursacht werden, woraus Datenverluste resultieren würde.
  • Um die Leseauflösungsbegrenzung zu überwinden, wurden optische Platten mit einer Super-Resolution-Nachfeldstruktur (super-RENS) untersucht. Bei optischen Platten mit einer derartigen super-RENS wird hauptsächlich eine aus Silberoxid gefertigte Maskenschicht verwendet. Die 1 zeigt schematisch eine optische Platte mit einer Silberoxid-Maskenschicht. Bei optischen Platten mit der Struktur der 1 wird für die Datenaufzeichnung Silberoxid in Silberpartikel und Sauerstoff dissoziiert. Hingegen werden zum Datenlesen Plasmons auf der Oberfläche der Silberpartikel gebildet. Solche Oberflächen-Plasmons veranlassen das Nahfeldlesen (NFR).
  • Deshalb können über die Beugungsbegrenzung hinaus sehr kleine Markierungen gelesen werden.
  • Bei den optischen Aufzeichnungsmedien des WORM-Typs kann eine aus Metalloxid, wie zum Beispiel Silberoxid, gefertigte Maskenschicht verwendet werden, wobei für die Datenaufzeichnung Silberoxid in Silberparikei und Sauerstoff dissoziiert wird. Dieses bedeutet, dass während eines Aufzeichnungsprozesses Metallpartikel, die einen Super-Resolution-Effekt enthalten, erzeugt werden. Aus diesem Grund besteht ein Problem darin, dass in optischen Platten des ROM-Typs, die Daten in der Form von Pits auf ihren Substraten, anstelle eines Aufzeichnungsprozesses speichern, eine Silberoxid-Maskenschicht nicht verwendet werden kann.
  • Gemäß der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren, wie in den angehängten Patentansprüchen dargelegt, bereitgestellt. Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung offensichtlich.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine hochdichte ausschließlich lesbare optische Platte mit einer großen Speicherkapazität bereit. Die optische Platte kann ohne das Verringern der Wellenlänge einer Laserdiode oder das Erhöhen der numerischen Apertur einer Objektivlinse erhalten werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine hochdichte ausschließlich lesbare optische Platte bereitgestellt, die Folgendes umfasst: ein Substrat mit Pits und mit einer Maskenschicht oder mit mehreren Maskenschichten, die aus einem Gemisch aus dielektrischem Material und Metallpartikeln besteht bzw. bestehen, mit einer Super-Resolution-Nahfeldstruktur.
  • Das dielektrische Material kann Metalloxid, Nitrid, Sulfit, Fluorid oder ein Gemisch davon sein. Vorzugsweise ist das dielektrische Material ZnS-SiO2.
  • Die optische Platte kann des Weiteren eine reflektierende Schicht oder mehre reflektierende Schichten umfassen.
  • Die optische Platte kann des Weiteren dielektrische Schichten auf den oberen und den unteren Flächen der Maskenschicht umfassen.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungen derselben in die Praxis umgesetzt werden, wird im Folgenden anhand von Beispielen Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen, in denen
  • 1 eine schematische Ansicht einer optischen Platte mit einer konventionellen Struktur ist,
  • 2 eine schematische Ansicht einer optischen Platte, mit der wie in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung definierten Struktur, ist und
  • 3 ein Diagramm ist, das die Ergebnisse der Leistungsbewertung für die in den Beispielen 1-3 gefertigten optischen Platten und für das Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
  • Die 2 zeigt eine optische Platte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine optische Platte der 2 umfasst ein transparentes Substrat 10 mit Pits 17 und einer Maskenschicht 11, die systematisch auf dem Substrat 10 gebildet sind. Das Substrat 10 ist für die Wellenlänge eines Aufzeichnungslasers sehr transparent. Das Substrat 10 wird durch ein konventionelles Substratfertigungsverfahren, wie zum Beispiel Spritzgießen, unter Verwendung eines Materials mit sehr hoher Schlagfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Witterungsbeständigkeit gebildet. Beispiele des Substratmaterials schließen Polycarbonat, Polymethylmethacrylate, Epoxydharz, Polyester und amorphes Polyolefin ein.
  • Die Maskenschicht 11 der vorliegenden Erfindung wird anstatt durch die Verwendung eines konventionellen Silberoxids unter Verwendung von feinen Metallpartikeln, die in einem dielektrischen Material dispergiert sind, gebildet. Die Größe der feinen Metallpartikel ist kleiner als die eines Laserstrahls. Die Maskenschicht 11 wirkt wegen des Selbstfokussierungseffekts als eine Apertur für ein Nahfeldlicht.
  • Deshalb können unter Verwendung eines Lasers mit einer Wellenlänge von 680 nm feine Markierungen mit einer Größe von 100 nm oder kleiner gelesen werden. Da die feinen Metallpartikel gemäß der vorliegenden Erfindung als Quelle eines Oberflächenplasmons verwendet werden, sind sie für ausschließlich lesbare Platte geeignet.
  • Das dielektrische Material, das in der Maskierungsschicht 11 zu verwenden ist, ist ein Metalloxid, ein Nitrid, ein Sulfid, ein Fluorid oder ein Gemisch davon. Beispielsweise können SiO2, Al2O2, Si3N4, SiN, ZnS oder MgF2 verwendet werden. Vorzugsweise werden die in der Maskierungsschicht 11 zu verteilenden Metallpartikel aus einem Edelmetall, wie zum Beispiel Gold, Platin, Rhodium oder Palladium, abgeleitet. In diesem Fall kann die Originalform der feinen Metallpartikel erhalten werden, da das dielektrische Material und die Metallpartikel chemisch nicht aufeinander reagieren. Die Verwendung von Silberpartikeln ist jedoch nicht vorzuziehen. Dies deshalb, weil die Silberpartikel mit dem Schwefel des dielektrischen Materials reagieren und dadurch die Eigenschaften der Maskenschicht 11 verschlechtern.
  • Die Maskenschicht 11 kann durch einen Zerstäubungsprozess abgeschieden werden. Das Target des Zerstäubungsprozesses ist ein Gemisch aus dem dielektrischen Material und den feinen Metallpartikeln. Dafür können die feinen Metallpartikel mit einer Größe, die kleiner als ein Laserstrahl ist, unter Verwendung eines Zerstäubungsprozesses in dem dielektrischen Material dispergiert werden.
  • Obwohl nicht in der 2 gezeigt, kann eine optische Platte der vorliegenden Erfindung eine reflektierende Schicht oder mehrere reflektierende Schichten umfassen. Die reflektierende Schicht wird benutzt, um ein hohes Reflexionsvermögen zu gewährleisten, wenn Daten aufgezeichnet oder gelesen werden. In Hinblick darauf ist es vorzuziehen, als das Material für die reflektierende Schicht ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und mit hohem Reflexionsvermögen zu verwenden. Die reflektierende Schicht kann aus einem aus einer Gruppe, die aus Au, Al, Cu, Cr, Ag, Ti, Pd, Ni, Zn, Mg und aus einer Legierung davon, besteht , gefertigt werden. Die reflektierende Schicht wird mittels eines konventionellen Verfahrens, wie beispielsweise Vakuumaufdampfen, Elektronenstrahl und Zerstäuben, zu einer Dicke von 50 nm bis 150 nm ausgebildet. Um ein ausreichendes Reflexionsvermögen und Funktionssicherheit zu gewährleisten, ist es vorzuziehen, die Dicke der reflektierenden Schicht auf einen Bereich von 60 nm bis 120 nm zu begrenzen.
  • Des Weiteren kann die optische Platte der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Schicht zwischen der Maskenschicht und dem Substrat, zwischen der Maskenschicht und der reflektierenden Schicht oder auf den oberen und auf den unteren Flächen der Maskenschicht umfassen. Eine dielektrische Schicht zwischen der Maskenschicht und dem Substrats wirkt, um thermische Schädigung an dem Substrat zu verhindern. Hingegen wirkt eine dielektrische Schicht zwischen der Maskenschicht und der reflektierende Schicht als eine Schicht zum Verhindern von Diffusion.
  • Eine optische Platte der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren eine Schutzschicht umfassen. Die Schutzschicht wirkt, um anderen Schichten, insbesondere die reflektierende Schicht, zu schützen. Die Schutzschicht kann unter Verwendung eines konventionellen Verfahrens, wie beispielsweise durch Rotationsbeschichtung (Spin-Coating), gebildet werden. Im Einzelnen wird ein epoxy- oder acrylatbasierendes mit ultraviolettem Licht gehärtetes Kunstharz (ein transparentes Material, das eine hohe Schlagfestigkeit aufweist, und das unter Verwendung eines ultravioletten Lichts gehärtet wird) auf die reflektierende Schicht aufgeschleudert, gefolgt vom Härten durch ultraviolettes Licht, um dadurch eine Schutzschicht zu bilden.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele ausführlicher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiel beschränkt.
  • Beispiel 1
  • Ein Polycarbonatsubstrat (PC-Substrat) mit einer Dicke von 0,6 mm wurde bereitgestellt. Das Substrat hatte Pits und einen Spurabstand von 0,74 μm, welches derselbe wie bei einer DVD ist. Ein ZnS-SiO2-Target und ein Pt-Target wurden jeweils durch Co-Sputtering bei 400 W und bei 160 W abgeschieden, um eine gemischte Dünnschicht zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Ar-Gas mit einer Geschwindigkeit von 20 sccm zugeführt, ein Abscheidedruck war 200 mPa (1,5 mTorr) und das Volumenverhältnis von ZnS-SiO2 zu Pt in der Dünnschicht war 80 zu 20.
  • Beispiel 2
  • Ein Polycarbonatsubstrat (PC-Substrat) mit einer Dicke von 0,6 mm wurde bereitgestellt. Das Substrat hatte Pits und einen Spurabstand von 0,74 μm. Eine dielektrische ZnSiO2-Schicht und eine ZnS-SiO2+Pt-Maskenschicht wurden durch Sputtering auf das Substrat abgeschieden. Dann wurde eine reflektierende Ag-Schicht mit einer Dicke von 100 nm durch Zerstäubung abgeschieden. Dann wurde eine auf lichtgehärtetem Kunstharz basierende Schutzschicht auf die reflektierenden Schicht aufgeschleudert. Die resultierende Struktur wurde bei 40° C für 12 Stunden in einem Vakuumofen getrocknet, um eine optische Platte anzufertigen. In diesem Fall wurde die ZnS-Si-O2+Pt-Maskenschicht durch Co-Sputtering eines ZnS-SiO2-Targets und eines Pt-Targets bei jeweils 400 W und 160 W in Form einer gemischten Dünnschicht mit einer Dicke von 50 nm gebildet. Ein Ar-Gas wurde mit einer Geschwindigkeit von 20 sccm zugeführt, ein Abscheidedruck war 200 mPa (1,5 mTorr) und das Volumenverhältnis von ZnS-SiO2 zu Pt in der Dünnschicht war 80 zu 20.
  • Beispiel 3
  • Eine ausschließlich lesbare Platte wurde auf die gleiche Art und Weise wie in dem Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass zwischen der Maskenschicht und der reflektierenden Schicht ferner eine ZnS-SiO2-Schicht gebildet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Polycarbonatsubstrat (PC-Substrat) mit einer Dicke von 0,6 mm wurde bereitgestellt. Das Substrat hatte Pits und einen Spurabstand von 0,74 μm. Durch Zerstäuben wurde eine reflektierende Ag-Schicht auf das Substrat abgeschieden. Dann wurde eine auf lichtgehärtetem Kunstharz basierende Schutzschicht auf die reflektierenden Schicht aufgeschleudert. Im Ergebnis war eine ausschließlich lesbare optische Platte ohne Maskenschicht gebildet.
  • Versuch Beispiel 1
  • Die Leistungen der Platten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden unter Verwendung eines Auswertungsgeräts für DVDs mit einer Strahlwellenlänge von 635 nm und einem Pickup mit einer numerischen Apertur von 0,60 ausgewertet. Dazu wurde) bei einer Lineargeschwindigkeit von 6 m/s und einer Leseleistung von 4 mW ein Träger-Rausch-Verhältnis (C/N gemessen. Das Ergebnis wird in der 3 gezeigt. Wie in der 3 gezeigt, war eine Leseauflösungsbegrenzung (λ/4NA) 265 nm und die geringste Pit-Länge der DVD war 400 nm. Bei der optischen Platte des Vergleichbeispiels 1 wurden bei den 250-nm-Pits und 200-nm-Pits, kleiner als die Leseauflösungsbegrenzung (265 nm), keine Werte erhalten. Jedoch wurde bei der optischen Platte des Beispiels 1 bei einem 250-nm-Pit ein C/N-Wert von ungefähr 40 dB, welches ein geeigneter Pegel ist, erhalten. Dieses Versuchsergebnis beweist, dass in einer optischen Platte der vorliegenden Erfindung ein Super-Resolution-Effekt erzielt werden kann.
  • Wie aus der Beschreibung oben offensichtlich, stellt die vorliegende Erfindung eine ausschließlich lesbare, hochdichte optische Platte mit einer großen Speicherkapazität bereit. Die optische Platte kann ohne das Verringern der Wellenlänge einer Laserdiode oder das Erhöhen der numerischen Apertur einer Objektivlinse realisiert werden.
  • Obwohl einige bevorzugte Ausführungen gezeigt und beschrieben wurden, werden die Fachleute in dieser Technik anerkennen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden könnten, ohne den Geltungsbereich der Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims (7)

  1. Hochdichte ausschließlich lesbare optische Platte, umfassend: ein Substrat (10) mit Pits (17) und eine Maskenschicht oder mehrere Maskenschichten, die aus einer Mischung aus dielektrischem Material und Metallpartikeln (16) besteht bzw. bestehen, mit einer Super-Resolution-Nahfeldstruktur.
  2. Optische Platte nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Material Metalloxid, Nitrid, Sulfit, Fluorid oder eine Mischung davon ist.
  3. Optische Platte nach Anspruch 1 oder 3, wobei das dielektrische Material ZnS-SiO2 ist.
  4. Optische Platte nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Metallpartikel (16) aus Gold, Platin, Palladium oder einer Mischung davon gewonnen werden.
  5. Optische Platte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallpartikel (16) Platinpartikel sind.
  6. Optische Platte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren eine reflektierende Schicht oder mehrere reflektierende Schichten enthaltend.
  7. Optische Platte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren dielektrische Schichten auf den oberen und unteren Flächen der Maskenschicht umfassend.
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