專利名稱：光學(xué)記錄介質(zhì)和用該介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)記錄和重現(xiàn)信息的光學(xué)記錄介質(zhì)(其后稱為 "光學(xué)信息記錄介質(zhì)，，或"信息記錄介質(zhì)")和對該光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和 重現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
作為一種以超過重現(xiàn)所記錄信息的光學(xué)系統(tǒng)分辨率極限的記錄的周期 來重現(xiàn)高密度信息的技術(shù)，正在開發(fā)光學(xué)記錄介質(zhì)的超分辨率技術(shù)，其涉及 在介質(zhì)上的超分辨率層，其中重現(xiàn)了微小標(biāo)記或凹點(diǎn)。超分辨率層材料通常 為相變材料。例如，專利文獻(xiàn)1纟皮露了一種在相凹點(diǎn)(phase pit)上形成相變材沖+層 且在重現(xiàn)射束點(diǎn)內(nèi)使相變材料層的一部分液化，由此重現(xiàn)對應(yīng)于分辨率極限 的相凹點(diǎn)。專利文獻(xiàn)2披露了 一種提供Ge-Te合金的標(biāo)記層并且在所述掩膜層上形 成具有增加的光透射率的重現(xiàn)窗的方法，由此重現(xiàn)記錄的標(biāo)記。專利文獻(xiàn)3披露了 一種提供包含三種元素Ge、 Sb和Te作為主要組分的 光閥層(optical shutter layer)且在重現(xiàn)射束點(diǎn)內(nèi)熔化一部分光閥層，由此重 現(xiàn)記錄的標(biāo)記。專利文獻(xiàn)4披露了 一種提供Sb的掩模層且釆用重現(xiàn)束照射掩模層以在 其中形成光孔(optical aperture )，由此重現(xiàn)記錄的信息。專利文獻(xiàn)5披露了 一種超分辨率重現(xiàn)方法，其中掩模層由能夠超飽和的 吸收的染料材料制成。如從下述情況理解，現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)涉及比如掩才莫層、重現(xiàn)窗、光閥、和 光孔的術(shù)語，常規(guī)的超分辨率重現(xiàn)方法改變在超分辨率材料的一小部分重現(xiàn) 射束點(diǎn)的光學(xué)性能以減小有效的束直徑，由此來重現(xiàn)微小標(biāo)記或凹點(diǎn)。在改 變超分辨率材料一小部分重現(xiàn)射束點(diǎn)的光學(xué)性能的一種方法中使用了相變 材料作為超分辨率材料，其中在重現(xiàn)射束點(diǎn)內(nèi)的一小部分相變材料被熔化。
其后參考圖l概述了常規(guī)的超分辨率重現(xiàn)方法。圖l是光學(xué)記錄介質(zhì)的
剖面圖，該光學(xué)記錄介質(zhì)包含超分辨率材料層101、記錄層102、基板103、 記錄標(biāo)記或記錄凹點(diǎn)104、形成于超分辨率材料層中的光孔105、和激光束 106。箭頭107指示射束點(diǎn)的直徑方向，且箭頭108指示激光束移動(dòng)方向。
如圖l所示，在常規(guī)的超分辨率重現(xiàn)方法中，光孔形成在射束點(diǎn)直徑內(nèi) 貫通一部分超分辨率材料層以重現(xiàn)微小標(biāo)記。射束點(diǎn)直徑內(nèi)的區(qū)域，除了光 孔以外，由超分辨率材料層遮擋。記錄層102如從光源106觀看位于超分辨 率材料層101后。利用由超分辨率材料層阻擋的射束點(diǎn)，減小了到達(dá)記錄層 102的光量，減弱了信號的強(qiáng)度。當(dāng)為了獲得較高記錄密度使得記錄標(biāo)記或 記錄凹點(diǎn)104較小時(shí)，則光孔105必須較小。因此，射束點(diǎn)直徑的相當(dāng)大部 分由超分辨率材料阻擋，進(jìn)一步將信號的強(qiáng)度減弱到使信號可能不被檢測的 程度。
專利文獻(xiàn)1日本專利(JP-B ) No. 3361079 專利文獻(xiàn)2日本專利(JP-B ) No. 3602589 專利文獻(xiàn)3日本特開公才艮(JP-A) No. 08-306073 專利文獻(xiàn)4日本特開公報(bào)(JP-A) No. 2000-229479 專利文獻(xiàn)5日本特開公報(bào)(JP-A) No. 2003-15758
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)記錄介質(zhì)以及該光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和 重現(xiàn)方法，該光學(xué)記錄介質(zhì)允許記錄和重現(xiàn)用超過光學(xué)拾取器的分辨率極限 的周期記錄的高密度信息，其中記錄的信息被重現(xiàn)而不在超分辨率材料層中 形成光孔。這里，分辨率極限指的是超過由X/2NA計(jì)算的周期，其中人是光 波長且NA是物鏡的數(shù)值孔徑。
解決上述的問題的手段如下。
<1>一種光學(xué)記錄介質(zhì)，包含層狀結(jié)構(gòu)，具有包含相變材料的第一可變 形材料層，其在記錄波長下吸收光以發(fā)熱且經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形；和包含一 種材料的第二可變形材料層，該材料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧化 硅(SiOx; 0<x￡2)，其中在記錄信息之后，第一可變形材料層的厚度根據(jù)記 錄的信息而改變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第 二可變形材料層對應(yīng)于在第 一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改
變，且其中第 一 可變形材料層當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
<2>如以上<1>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中記錄標(biāo)記為第一和第二變形材 料層的變形的部分。
<3>如以上<1>和<2〉所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第 一可變形材料層至少 包含銻Sb和碲Te且Sb對Te的組成比例Sb/Te為1.5到5。
<4>如以上<1>到<3>的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形材料 層至少包含鋅化合物和SiOx，其中x是2或更小，且鋅化合物對SiOx的組 成比例鋅化合物/SiOx為1.5到9。
<5>如以上<4>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形材料層中的鋅化合 物通過激光照射或熱處理而結(jié)晶。
<6>如以上<4>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形材料層中的鋅化合 物通過激光照射或熱處理而硬化。
<7>如以上<1>到<6>的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中在重現(xiàn)期間通過 激光照射或加熱改變記錄標(biāo)記的形式。
<8>如以上<1>到<7>的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中光學(xué)記錄介質(zhì)包 含設(shè)置于基板和第 一可變形材料層之間的無機(jī)介電層。
<9>如以上<8〉所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中無機(jī)介電層至少包含ZnS和 SiOx，其中x為2或更小。
<10>—種光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，包含采用在記錄信息期間第 二可變形材料層與第一可變形材料層通過熔化一起被變形和改變的強(qiáng)度進(jìn) 行激光束照射，及檢測通過用在重現(xiàn)記錄的信息期間熔化第一可變形材料層 的強(qiáng)度進(jìn)行激光束照射導(dǎo)致的第 一可變形材料層從固態(tài)到熔化態(tài)的信號電 平的改變，其中該光學(xué)記錄介質(zhì)包含層狀結(jié)構(gòu)，具有包含相變材料的第一可 變形材料層，其在記錄波長下吸收光以發(fā)熱且經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形；和包含 一種材料的第二可變形材料層，該材料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧 化硅(SiOx; 0<x^2 )，
其中在記錄信息之后，第 一可變形材料層的厚度根據(jù)記錄的信息而改 變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第二可變形材料 層對應(yīng)于在第 一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改變，且其中第一 可變形材料層當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
<11>如以上<10>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中記錄標(biāo)記
為第 一和第二變形材料層的變形的部分。
<12>如以上<10>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中光源是半 導(dǎo)體激光，激光束功率水平在信息的記錄期間;陂調(diào)制在至少Pl和P2的兩個(gè) 水平之間，其中對應(yīng)于記錄的信息，滿足P1〉P2，且在記錄的信息的重現(xiàn)期 間激光束功率水平被設(shè)定在水平P3,其中滿足P2〉P3。
<13>如以上<12>所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中半導(dǎo)體激 光具有390nm到410nm的波長。


圖l是顯示常規(guī)的超分辨率重現(xiàn)方法的視圖。
圖2是本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)沿(未記錄的)記錄軌道的剖面圖。
圖3是本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)沿(已記錄的)記錄軌道的剖面圖。
圖4A是顯示在本發(fā)明的記錄方法中使用的光學(xué)記錄介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的視圖。
圖4B是顯示本發(fā)明的記錄方法的照射操作的視圖。
圖4C是顯示本發(fā)明的記錄方法的加熱操作的視圖。
圖4D是顯示本發(fā)明的記錄方法的冷卻操作的視圖。
圖5A是顯示本發(fā)明的重現(xiàn)方法的記錄狀態(tài)的視圖。
圖5B是顯示本發(fā)明的重現(xiàn)方法的重現(xiàn)狀態(tài)的視圖。
圖5C是顯示本發(fā)明的重現(xiàn)方法的記錄標(biāo)記的平面圖。
圖6A是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的視圖，其中未記錄 的部分用低功率重現(xiàn)。
圖6B是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的另一視圖，其中未 記錄的部分用低功率重現(xiàn)。
圖6C是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的視圖，其中未記錄 的部分用高功率重現(xiàn)。
圖6D是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的另一視圖，其中未 記錄的部分用高功率重現(xiàn)。
圖6E是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的視圖，其中記錄的 部分用高功率重現(xiàn)。
圖6F是顯示在本發(fā)明的重現(xiàn)方法中信號電平變化的視圖，其中記錄的
部分用高功率重現(xiàn)。
圖7A是解釋在本發(fā)明的記錄和重現(xiàn)方法中激光功率水平的設(shè)定方法的視圖。
圖7B是顯示圖7A中的功率水平的光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的視圖。 圖7C是顯示在本發(fā)明的記錄和重現(xiàn)方法中激光功率水平的設(shè)定方法的 視圖。
圖7D是顯示了圖7C中的功率水平的光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的視圖。 圖7E是顯示在本發(fā)明的記錄和重現(xiàn)方法中激光功率水平的設(shè)定方法的 視圖。
圖7F是顯示了圖7E中的功率水平的光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的視圖。 圖7G是顯示在本發(fā)明的記錄和重現(xiàn)方法中激光功率水平的設(shè)定方法的 視圖。
圖7H是顯示了圖7G中的功率水平的光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的視圖。 圖8是顯示了示范性記錄和重現(xiàn)設(shè)備的視圖。 圖9是顯示了示例的光學(xué)記錄介質(zhì)的結(jié)構(gòu)的視圖。 圖IO是顯示了在示例中記錄脈沖的設(shè)定方法的視圖。 圖11是顯示在重復(fù)記錄最小的標(biāo)記之后的示例中光學(xué)記錄介質(zhì)的剖面 圖像。
圖12是顯示了由ZnS-SiOx層的組成比例改變的晶態(tài)的表。
圖13是顯示了由ZnS-SiOx層的組成比例在沉積速度上的變化曲線圖。
圖14是顯示了 ZnS-SiOx層的化學(xué)鍵:接狀態(tài)的測量結(jié)果的曲線圖。
圖15是顯示了 ZnS-SiOx層的X射線衍射的測量結(jié)果的曲線圖。
圖16是顯示了由激光照射引起變形信號的示范性測量裝置的視圖。
圖17是顯示了由激光照射引起變形信號的測量結(jié)果的視圖。
圖18是顯示了在重現(xiàn)操作中光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)包含層狀結(jié)構(gòu)，具有包含相變材料的第一可變 形材料層，其吸收進(jìn)行記錄的波長下的光以產(chǎn)生熱且經(jīng)歷放熱熔化及變形； 第二可變形材料層，包含一種含有透射光的氧化硅(SiOx; 0<x$2)的材料 且經(jīng)歷熱變形和改變；和其他如需要的層。
在該光學(xué)記錄介質(zhì)中，在記錄信息后，第一可變形材料層的厚度根據(jù)記 錄的信息而改變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第 二可變形材料層對應(yīng)于在第 一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改 變，且當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)第 一可變形材料層從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
記錄標(biāo)記為第一和第二變形材料層的變形的部分。
圖2和3顯示了本發(fā)明的示范性光學(xué)記錄介質(zhì)。圖2是沿未記錄狀態(tài)的
記錄軌道的光學(xué)記錄介質(zhì)的剖面圖。光學(xué)記錄介質(zhì)包含第一可變形材料層
201、第二可變形材料層202、無機(jī)介電層203和基板204。無機(jī)介電層可以 被省略。
第一可變形材料層201由在記錄波長下吸收激光束的光且經(jīng)歷發(fā)熱熔化 和變形的材料制成。使用了相態(tài)在固態(tài)和熔化態(tài)之間轉(zhuǎn)換的相變材料。優(yōu)選 地，該材料具有200。C到70(TC的熔點(diǎn)。可以使用低熔點(diǎn)材料，比如Bi、 Sn、 Sb、 Zn、和Te。也可以使用金屬間化合物材料，比如InSb、 InTe、和SbSn。
更優(yōu)選地，第一可變形材料層至少包含銻(Sb)和碲(Te)且Sb到Te (Sb/Te)的組成比例為1.5到5。更優(yōu)選地，Sb/Te比為2到3。落在該范圍 內(nèi)的SbTe化合物屬于5相晶系。具有5相化合物的SbTe化合物當(dāng)被加熱時(shí) 熔化而沒有相分離或相轉(zhuǎn)移(phase transition )。碲(Te )可以為氧化碲(TeOx, 其中x為2或更小)?？梢允褂肧bTe二元系統(tǒng)材料和包含Sb和Te以外的元 素的材料，例如GeSbTe的三元系統(tǒng)材料和例如AglnSbTe的四元系統(tǒng)材料。
本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)使用了第 一可變形材料層在固態(tài)和熔化態(tài)之間 的轉(zhuǎn)變來檢測重現(xiàn)信號。因此在固態(tài)和熔化態(tài)之間的轉(zhuǎn)變的過程中的相分離 或相轉(zhuǎn)移導(dǎo)致了多個(gè)信號電平，惡化了信號質(zhì)量或使得難于檢測信號電平。 使用了僅在固態(tài)和熔化態(tài)之間轉(zhuǎn)變的以上的材料。第一可變形材料層僅在固 態(tài)和熔化態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變保證了高質(zhì)量重現(xiàn)信號。
第二可變形材料層202由在記錄波長下具有高光學(xué)透射率的材料制成。 由于具有高光學(xué)透射率，第二可變形材料層允許下面的第一可變形材料層接
收并吸收更多的光。因此，第一可變形材料層被容易地變形且第二可變形材 料層反映了第 一可變形材料層的變形。第二可變形材料層優(yōu)選地由當(dāng)被沉積 后具有低密度和/或柔性且當(dāng)被加熱后變?yōu)楣袒?或硬化。使用由這樣的材 料制成的第二可變形材料層使得可以通過根據(jù)第 一可變形材料層的變形來 使得第二可變形材料層變形，從而進(jìn)行記錄，由與光照射相關(guān)的熱引起第一
可變形材料層的變形。優(yōu)選地，第二可變形材料層具有比第一可變形材料層 更高的熔點(diǎn)。更優(yōu)選地，它們具有大的熔點(diǎn)差異。期望第二可變形材料具有
100(TC或更高的熔點(diǎn)，且第一可變形材料層具有200'C到70(TC的熔點(diǎn)，如 上所述。熔點(diǎn)上的這樣的差異阻礙了在記錄/重現(xiàn)過程中第一和第二可變形材 料層的相互擴(kuò)散，防止信號質(zhì)量的惡化。
第二可變形材料層包含鋅化合物和氧化硅(SiOx，其中x為2或更小)， 且鋅化合物對氧化硅的組成比例(鋅化合物/SiOx)在1.5到9的范圍。使用 這樣的材料減小了被變薄的殘余應(yīng)力，且可以在大面積基板上均勻地形成層 而沒有膜分離。還可以已高速進(jìn)行沉積由此減小生產(chǎn)成本。
優(yōu)選地，第二可變形材料層為包含氧化硅(SiOx,其中x為2或更小)， 和添加材料M的材料。添加材料M的示例包括硫化物，比如ZnS、 CaS、 BaS等等；硒化物，比如ZnSe、 BaSe等等；氟化物，比如CaF2和BaF2;和 氧化物，比如ZnO。包含氧化硅(SiOx，其中x為2或更小)和添加材料M 的材料可以通過賊射迅速沉積。高速沉積導(dǎo)致了生產(chǎn)光學(xué)記錄介質(zhì)的成本減 小。
更優(yōu)選地，第二可變形材料層為至少包含鋅化合物和氧化硅(SiOx，其 中x為2或更小)的材料。除了氧化鋅以外的鋅化合物的示例包括ZnS、ZnSe、 ZnTe等等。在這些鋅化合物中，ZnS是最優(yōu)選的。鋅化合物對氧化物的組成 比例，鋅化合物/SiOx在1.5到9的范圍。如果組成比例以摩爾％表達(dá)，其 在鋅化合物(60摩爾％ ) -SiOx ( 40摩爾％ )到鋅化合物(90摩爾％ ) -SiOx
(10摩爾％)的范圍。圖12顯示了由組成比例的晶態(tài)變化。已對在非晶態(tài) 或晶態(tài)的沉積層進(jìn)行了研究。假設(shè)鋅化合物為ZnS,還研究了 ZnS/SiOx的 組成比例和晶態(tài)之間的關(guān)系。ZnS-SiOx層通過RF賊射在室溫的氬氣氛中在 硅襯底上形成ZnS-SiOx層。通過X射線衍射研究了該層的晶態(tài)。使用了 一 種Philps公司的X，pert MRD的X射線衍射測量裝置，利用Cu的Ka射束 作為光源采用45kV的X射線管電壓和40mA的管電流。使用了一種層測量 方法、低角度入射非對稱衍射，其中射束以0.5。固定的角度入射到層表面， 使用光源的光學(xué)系統(tǒng)中的鏡子以控制檢測器的角度。當(dāng)假設(shè)衍射角為在X射 線衍射剖面的29時(shí)，決定為在非晶狀態(tài)，其中所有衍射峰值的半高全寬
(FWHM)為2°以上。圖12顯示了 ZnS/SiOx的組成比例和ZnS-SiOx層的 晶態(tài)之間的關(guān)系。ZnS-SiOx層的晶態(tài)由ZnS/SiOx的組成比例而變化。具有
9以下的組成比例的沉積的層為非晶狀態(tài)。處于非晶狀態(tài)減小了層的殘余應(yīng) 力且可以存大面積基板上均勻地形成層。因此，組成比例的上限為9。圖13
顯示了 ZnS-SiOx層的沉積速度。如上所述，在室溫下氬氣氛中通過RF賊射 沉積ZnS-SiOx層。沉積速度才艮據(jù)ZnS/SiOx的組成比例變化且隨著組成比例 變小而降低，如圖13所示。如果沉積速度減小過多，因?yàn)槌练e時(shí)間被不必 要地延長而不實(shí)用。因此，組成比例的下限為接近1.5。因此，使該層處于 在一定程度的高沉積速度下的非晶狀態(tài)的組成比例在1.5到9的范圍內(nèi)。示 例被示為采用ZnS作為鋅化合物；然而，其他鋅化合物也具體相同的模式。 因此，鋅化合物對硅化合物的組成比例，鋅化合物/SiOx被設(shè)定在1.5到9 的范圍內(nèi)。
對于以上的材料，鋅化合物可以包含氧化鋅(ZnOx，其中x為1或更 小)。圖14為在第二可變形材料層的化學(xué)鍵接狀態(tài)的研究結(jié)果。介質(zhì)的組成 為聚碳酸酯基板/ZnS ( 80摩爾％ ) -SiOx ( 20摩爾％ ) /AglnSbTe/ZnS ( 80 摩爾％ ) -SiOx ( 20摩爾％ )。使用GammadataScienta AB公司的XPS檢測 器，在輻射設(shè)備Spring-8上利用射束線BL39XU,在光電子的掠出角為80°, 8KeV的單色高能X射線作為光源且測量的場為1000x 70(Him2的條件下通 過的光電子發(fā)射能鐠(XPS)來研究氧元素的鍵接狀態(tài)。因?yàn)楦吣躕射線被 用于樣品的測量且高能光電子被射出以到達(dá)檢測器，且沒有被表面污染物所 妨礙，所以不再需要采用Ar離子在最外表面上進(jìn)行蝕刻。在提議號為 No.2005B0842的超前大規(guī)模研究設(shè)備實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的有效提議下進(jìn)行測量。使 用了應(yīng)用軟件"XPSPEAK Ver4.1"通過峰擬合來獲得峰的半高全寬 (FWHM)。圖14顯示了氧元素的1S軌道的光電子能譜。光電子能譜由兩 個(gè)峰組成。高鍵接能的峰是具有SiOx的Si-O鍵的氧元素的光電子能譜。低 鍵接能的峰是具有氧化鋅的Zn-0鍵的氧元素的光電子能譜。因此，利用 ZnS-SiOx作為示例，顯示了包含鋅化合物和氧化硅(SiOx，其中x為2或 更小)的第二可變形材料層的化學(xué)鍵狀態(tài)。鋅化合物包含ZnS和氧化鋅， ZnOx。兩種材料之間的差異由在ZnOx中包含ZnS的一種在ZnS-SiOx中的 SiOx的中間態(tài)來緩和。通過緩和兩個(gè)異質(zhì)材料之間的差異降低了層的殘余 應(yīng)力，且可以在大面積基板上均勻地形成層。
優(yōu)選地通過激光照射或熱處理來結(jié)晶第二可變形材料層中的鋅化合物。 結(jié)晶為一種狀態(tài)，其中在第二可變形材料層的X射線散射沐f射能譜測量中， 通過激光照射或加熱，對應(yīng)于鋅化合物中的晶體結(jié)構(gòu)的表面分離的衍射或散 射峰強(qiáng)度增加。優(yōu)選地通過激光照射或熱處理來硬化第二可變形材料層中的鋅化合物。硬化為一種狀態(tài)，其中從當(dāng)由金剛石片等制成的壓頭(Berkovich壓頭)被 壓入層表面中時(shí)所獲得的壓入深度計(jì)算的硬度增加。本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄標(biāo)記通過激光照射或加熱處理而變形。記 錄標(biāo)記至少由支持基板、第一可變形材料層和第二可變形材料層的變形部分 來構(gòu)成。所述變形為一種狀態(tài)，其中通過激光照射或加熱當(dāng)壓電元件上如音 叉等的固定探針在剪切力控制下被移動(dòng)到接近介質(zhì)表面時(shí)檢測到的位移信 號被改變。無機(jī)介電層被設(shè)置在第 一可變形材料層和支持基板的交界面上。無機(jī)介 電層用于減小對于基板的熱擴(kuò)散，且防止基板在信息的記錄期間變形。其還 用于減小對于基板的熱擴(kuò)散并降低在信息重現(xiàn)期間對于重現(xiàn)信息所需的激 光功率水平。無機(jī)介電層可以由任何材料制成，只要其可以減小在第一可變形材料層中生成的熱傳導(dǎo)到基板上。例如，可以使用硅化合物，比如SiCb、 SiON和SiN;硫化物，比如ZnS、 CaS、 BaS;硒化物，比如ZnSe、 BaSe; 氟化物，比如CaF2和BaF2;和碳化物，比如SiC。優(yōu)選地，無才幾介電層由 包含氧化硅(SiOx，其中x為2或更小)和添加材料M。添加材料M可以 包括硫化物，比如ZnS、 CaS、 BaS;硒化物，比如ZnSe、 BaSe;氟化物， 比如CaF2和BaF2;和氧化物，比如ZnO。包含氧化硅(SiOx，其中x為2 或更小)和添加材料M的材料可以通過濺射迅速沉積，其高速沉積導(dǎo)致了 光學(xué)記錄介質(zhì)的生產(chǎn)成本的減小。更優(yōu)選地，材料包含鋅化合物和SiOx，其在被照射激光加熱和改變后 具有非常低的熱導(dǎo)率。使用這樣的材料的無機(jī)介電層203有效地減小了對于 基板的熱傳導(dǎo)。在第二可變形材料層202和無機(jī)介電層204由同一材料制成 的情形，可以以低成本生產(chǎn)光學(xué)記錄介質(zhì)?；?04可以為玻璃或石英基板、在半導(dǎo)體中使用的Si或SOI (絕緣體 上硅)基板、用于HDD (硬盤)的AI或脫?；牟ＡЩ?，和比如聚碳酸 酯、聚丙烯、聚烯烴、環(huán)氧、乙烯酯和聚乙烯對苯二酸酯(PET)。圖3是在記錄信息之后沿記錄軌道的光學(xué)記錄介質(zhì)的剖面圖。光學(xué)記錄 介質(zhì)包含第一可變形材料層301、第二可變形材料層302、無機(jī)介電層303
和基板304。標(biāo)號305指示記錄標(biāo)記周期。圖3顯示了重復(fù)記錄的最小周期 的記錄標(biāo)記。標(biāo)號306指示記錄標(biāo)記的中心且標(biāo)號307指示記錄標(biāo)記的端部。 這里，記錄標(biāo)記指的是第一和第二可變形材料層的變形的部分。第一可變形 材料層301具有在記錄標(biāo)記的中心的厚度308和在記錄標(biāo)記的端部的厚度 309。第二可變形材料層302在記錄標(biāo)記的中心具有厚度310和在記錄標(biāo)記 的端部的厚度311。通過變形來完成記錄且第一可變形材料層在厚度上被改 變。第一可變形材料層在記錄標(biāo)記中心306厚而在記錄標(biāo)記端部307薄。第 一可變形材4+層在記錄標(biāo)記中心突起且在記錄標(biāo)記端部凹陷。記錄標(biāo)記中心 厚度308和記錄標(biāo)記端部厚度309之間的差異為大致5nm到50nm。第二可 變形材料層302依據(jù)形成于第 一可變形成材料層上的凹凸圖案而被變形。換 言之，第二可變形材料層用作覆蓋形成于第一可變形材料層上的凹凸圖案的殼層。將參考圖4A到6F在其后描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖4顯示了本發(fā)明的記錄方法。圖4A顯示了光學(xué)記錄介質(zhì)的結(jié)果，該 光學(xué)記錄介質(zhì)包含第一可變形材料層401、第二可變形材料層402、無機(jī)介 電層403和基板404。圖4B到4D顯示了在光照射之后的介質(zhì)的變化(隨時(shí) 間順序的變化)。圖4B顯示了光照射過程。標(biāo)號305指示光。光從第二可變形材料層一 側(cè)被投射到第一和第二可變形材料層401和402的層狀結(jié)構(gòu)上。光源為激光 源，優(yōu)選地為比如GaN激光的半導(dǎo)體激光。半導(dǎo)體激光具有優(yōu)選地370nm 到780nm、更優(yōu)選地390nm到410nm的波長。使用半導(dǎo)體激光提供了廉價(jià) 的記錄方法和設(shè)備。當(dāng)在高速下調(diào)整激光束功率水平的情況下，半導(dǎo)體激光 允許高速記錄高密度信息。可以使用具有390nm到410nm的波長的短波激 光射束以形成進(jìn)行高密度信息記錄的微小激光射束。第二可變形材料層402由光透射材料制成。光405由第一可變形材料層 401吸收。第一可變形材料層401吸收光且在用光照射的點(diǎn)放熱熔化。在圖 4B中，箭頭406指示第一可變形材料層的移動(dòng)和聚集。材料當(dāng)熔化時(shí)移動(dòng) 并聚集。箭頭407指示第一可變形材料層中的記錄位置。第一可變形材料層 在其聚集時(shí)被變形。圖4B中的標(biāo)號408指示第二可變形材料層如何被變形。 第二可變形材料層具有低密度和/或是柔性的。因此，當(dāng)?shù)谝豢勺冃尾牧蠈颖?br> 變形時(shí)第二可變形材料層^皮變形。圖4C顯示了加熱過程。箭頭指示直接在光照射之后介質(zhì)內(nèi)的主要熱傳導(dǎo)。在圖4B的光照射過程中發(fā)生了相似的熱傳導(dǎo)。圖4C中的箭頭409指 示來自第一可變形材料層的熱傳導(dǎo)。第一可變形材料層吸收光并生熱。來自 第一可變形材料層的熱加熱了第二可變形材料層。圖4C中的標(biāo)號410指示 第二可變形材料層在變形之后經(jīng)歷變化。第二可變形材料層當(dāng)被加熱時(shí)被改 變。變形的第二可變形材料層被熱改變?yōu)楣袒陀不臓顟B(tài)。圖4D顯示了冷卻過程。第一可變形材料層通過自然冷卻從熔化態(tài)被固 化，例如結(jié)晶。第二可變形材料層在變形和熱改變后成為固化和/或硬化狀態(tài)。 第二可變形材料層在冷卻之后保持變形的輪廓。圖4D中的標(biāo)號411指示固 化的第一可變形材料層。圖4D中的標(biāo)號412指示被變形和改變的第二可變 形材料層。第二可變形材料層根據(jù)第 一可變形材料層的變形而被變形和改 變。在本發(fā)明中，光以熔化并變形第一可變形材料層的強(qiáng)度發(fā)射，且因此變 形并改變第二可變形材料層，產(chǎn)生了圖3或圖4D所示的記錄的狀態(tài)。圖5和圖6A到6F顯示了本發(fā)明的重現(xiàn)方法。為了重現(xiàn)記錄的信息，光 以熔化第 一可變形材料層的強(qiáng)度發(fā)射，但是不變形第二可變形材料層。圖5A為在圖3或圖4D所示的記錄的狀態(tài)中的記錄標(biāo)記的放大視圖。 其包含第一可變形材料層501和第二可變形材料層502。在層內(nèi)的熱傳導(dǎo)主 要依賴于厚度，且熱導(dǎo)率與厚度成比例地變化。第一可變形材料層在記錄標(biāo) 記端部503厚度減小。第一可變形材料層吸收光并發(fā)熱。因?yàn)樵谟涗洏?biāo)記端 部的減小的厚度，在第一可變形材料層內(nèi)的熱難于在記錄軌道方向上傳輸?shù)?相鄰的記錄標(biāo)記。換言之，熱趨于被局限于每個(gè)記錄標(biāo)記中。圖5B顯示了重現(xiàn)的狀態(tài)。其具有處于熔化態(tài)的第一可變形材料層504、 第二可變形材料層505、激光束506、和激光束507的移動(dòng)方向。根據(jù)第一 可變形材料層被變形和改變之后，第二可變形材料層處于固化和/或硬化狀 態(tài)。在重現(xiàn)的過程中，第二可變形材料層505保持其輪廓。第二可變形材料 層505形成了殼且第一可變形材料層504在殼內(nèi)熔化。根據(jù)第二可變形材料 層的殼，第一可變形材料層熔化及固化。因此，即使其在重現(xiàn)過程中熔化， 第 一可變形材料層可以反復(fù)地被重現(xiàn)而不損失其輪廓。圖5C是顯示記錄標(biāo)記的狀態(tài)的平面圖。標(biāo)號508指示激光射束的直徑。 標(biāo)號509指示激光束的移動(dòng)方向。標(biāo)號510指示位于激光射束的中心的記錄
標(biāo)記且其為熔化狀態(tài)。如圖5A所示，第一可變形材料層在記錄邊界端部503 具有減小的厚度；因此，熱區(qū)域局限于每個(gè)記錄標(biāo)記中。因此，即使在激光 射束中心的記錄標(biāo)記510處于熔化狀態(tài)，緊接在記錄標(biāo)記510之前的記錄標(biāo) 記511也可以處于固態(tài)。因此，通過在重現(xiàn)過程中的旋轉(zhuǎn)，在每個(gè)記錄標(biāo)記 中的第 一可變形材料層熔化。圖6A到6F顯示了重現(xiàn)信號電平變化。圖6A、圖6C和圖6E為光學(xué)記 錄介質(zhì)的平面圖，顯示第一可變形材料層和記錄標(biāo)記的狀態(tài)。圖6B、圖6D 和圖6F顯示了對應(yīng)于光學(xué)記錄介質(zhì)的平面圖的重現(xiàn)信號電平變化。圖6A顯示了利用低功率重現(xiàn)的未記錄的部分且圖6B顯示了對應(yīng)的重 現(xiàn)信號電平。標(biāo)號601指示激光射束直徑；標(biāo)號602為第一可變形材料層； 標(biāo)號603為激光束的移動(dòng)方向；且標(biāo)號604為信號電平的時(shí)間順序變化。信 號電平是固定的。圖6C顯示了利用高功率重現(xiàn)的未記錄的部分且圖6D顯示了對應(yīng)的重 現(xiàn)信號電平。標(biāo)號601指示激光射束直徑；標(biāo)號602為第一可變形材料層； 標(biāo)號603為激光束的移動(dòng)方向；且標(biāo)號605為第一可變形材料層的熔化部分。 利用增加的激光功率，第一可變形材料層熔化且熔化的部分被部分地落在激 光射束內(nèi)。標(biāo)號606指示信號電平的時(shí)間順序變化。信號電平是固定的。在 低功率重現(xiàn)期間，信號電平606稍低于信號電平604，因?yàn)榈谝豢勺冃尾牧?層的熔化部分605部分地在激光射束內(nèi)。圖6E顯示了利用高功率重現(xiàn)的記錄的部分且圖6F顯示了對應(yīng)的重現(xiàn)信 號電平。標(biāo)號601指示激光射束；標(biāo)號602為第一可變形材料層；標(biāo)號603 為激光束的移動(dòng)方向；且標(biāo)號605為第一可變形材料層的熔化部分；標(biāo)號607 為炫化態(tài)的記錄標(biāo)記；標(biāo)號608為固態(tài)的記錄標(biāo)記；標(biāo)號609為當(dāng)激光射束 在記錄標(biāo)記的中心時(shí)的信號電平；且標(biāo)號610為當(dāng)激光射束在記錄標(biāo)記之間 時(shí)的信號電平。如上所述，在激光射束中心的記錄標(biāo)記607處于熔化態(tài)而緊 接在前頭的記錄標(biāo)記608處于固態(tài)。熱趨于被局限在記錄標(biāo)記中。因此，第 一可變形材料層602的熔化溫度的閾值在層部分和記錄標(biāo)記部分不同。記錄 標(biāo)機(jī)部分在層部分之前炫化，且記錄標(biāo)記在射束中心熔化。如信號電平609 所示，當(dāng)記錄標(biāo)記熔化時(shí)信號電平降低。如信號電平610所示，當(dāng)激光射束 在記錄標(biāo)記之間時(shí)，位于前頭的記錄標(biāo)記608處于固態(tài)，且激光射束內(nèi)的熔 化的部分的比率被改變且信號電平增加。記錄標(biāo)記被按順序逐一熔化。激光 射束內(nèi)的熔化部分的比例根據(jù)激光射束對于記錄標(biāo)記的相對位置而變化。因 此，檢測了對應(yīng)于記錄標(biāo)記周期的周期性信號，其在高信號電平611和低信號電平612之間變化。在本發(fā)明的記錄和重現(xiàn)方法中，光在熔化和變形第一可變形材料層的強(qiáng) 度進(jìn)行照射，且因而變形和改變第二可變形材料層，由此產(chǎn)生了一種記錄模 式，其中熱容易被局限于每個(gè)記錄標(biāo)記中。為了重現(xiàn)記錄的信息，光在熔化 第一可變形材料層，但是不變形第二可變形材料層的強(qiáng)度下進(jìn)行照射。因此， 通過旋轉(zhuǎn)與在每個(gè)記錄標(biāo)記中第一可變形材料層的熔化相關(guān)的信號電平變 化，允許超過光學(xué)分辨率極限的記錄的信息的檢測。將其后參考圖7A到7H描述本發(fā)明的實(shí)施方式。圖7A、 7C、 7E和7G顯示了激光功率水平。圖7B、 7D、 7F和7H是 顯示在對應(yīng)的功率水平的光學(xué)記錄介質(zhì)的狀態(tài)的橫截面圖。圖7B顯示了功率水平705的光學(xué)記錄介質(zhì)。光學(xué)記錄介質(zhì)包含第一可 變形材料層701、第二可變形材料層702、無機(jī)介電層703和基板704。水平 705為光學(xué)記錄介質(zhì)沒有變化的功率水平。圖7D顯示了功率水平707的光 學(xué)記錄介質(zhì)。標(biāo)號710指示熔化態(tài)的第一可變形材料層。標(biāo)號711指示從第 一可變形材料層到第二可變形材料層的熱傳導(dǎo)。標(biāo)號712指示改變的狀態(tài)的 第二可變形材料層。功率水平707是將介質(zhì)溫度升高到第一可變形材料層被 熔化和變形而且第二可變形材料層被改變的閾值溫度之上的功率水平。圖7F 顯示了用于未記錄的部分的功率水平707和用于記錄的部分的增加的功率水 平709的光學(xué)記錄介質(zhì)。標(biāo)號710指示第一可變形材料層的未記錄的部分， 其處于熔化態(tài)。標(biāo)號712指示第二可變形材料層的未記錄部分，其處于改變 的狀態(tài)。標(biāo)號713指示記錄的部分。在記錄的部分中，當(dāng)?shù)谝豢勺冃尾牧蠈?熔化時(shí)，材料移動(dòng)并聚集。圖7F中的箭頭714指示材料的移動(dòng)。第二可變 形材料層根據(jù)第一可變形材料層被變形和改變。圖7F中的標(biāo)號715指示以 殼形被變形的第二可變形材料層。圖7H顯示了圖7F中的記錄標(biāo)記的重現(xiàn)。光學(xué)記錄介質(zhì)在功率水平706。 第一可變形材料層710處于熔化態(tài)。第二可變形材料層712在完成記錄時(shí)處 于改變的形式。重現(xiàn)功率水平706低于在記錄過程中照射在未記錄部分上的 功率水平707。因此，第二可變形材料層的未記錄的部分在重現(xiàn)過程中不變 化。就改變的狀態(tài)和輪廓而言，第二可變形材料層715的記錄部分713也不
變化。僅第一可變形材料層716被熔化。為了記錄，激光束功率水平在P1和P2的兩個(gè)水平之間被調(diào)整，其中滿 足P1>P2且在記錄位置功率水平升到Pl 。利用水平P2照射未記錄的部分； 由此將介質(zhì)溫度升到第二可變形材料層被改變的閾值溫度之上。為了重現(xiàn)， 激光束功率水平被設(shè)定在滿足P2>P3的水平P3。在記錄過程中，重現(xiàn)射束 功率水平纟皮:沒定低于用于照射未記錄部分的功率水平，由此在重現(xiàn)過程中抑 制第二可變形材料層的變化且可以反復(fù)重現(xiàn)，而不具有信號電平波動(dòng)以改善 反復(fù)使用壽命。在其后參考圖8描述一種記錄和重現(xiàn)設(shè)備的實(shí)施方式。圖8的記錄和重現(xiàn)設(shè)備具有激光照射單元81、功率電平調(diào)整單元82、 介質(zhì)旋轉(zhuǎn)單元84、和信號檢測單元85。其還包括光學(xué)記錄介質(zhì)83和激光束 86。激光束照射單元81由激光源、聚焦激光束的物鏡、和驅(qū)動(dòng)物鏡的驅(qū)動(dòng) 器。激光源為具有370nm到780nm的波長的半導(dǎo)體激光。物鏡具有0.5到 2.0、優(yōu)選0.8到0.9的數(shù)值孔徑。優(yōu)選地，將激光束直接照射到光學(xué)記錄介 質(zhì)的層表面上。換言之，激光束照射單元可以將激光束直接照射到光學(xué)記錄 介質(zhì)上而與基板無關(guān)。功率水平調(diào)整單元82包含功率水平調(diào)整電路821和基準(zhǔn)信號產(chǎn)生電路 822。功率水平調(diào)整單元821產(chǎn)生激光功率水平調(diào)整信號87。調(diào)整信號87 被用于調(diào)整滿足P1〉P2〉P3的至少三個(gè)水平之中的功率水平。也產(chǎn)生了調(diào)整 定時(shí)信號823?；鶞?zhǔn)信號產(chǎn)生電路822基于調(diào)整定時(shí)信號823產(chǎn)生了脈沖基 準(zhǔn)信號824。介質(zhì)旋轉(zhuǎn)單元84包含用于旋轉(zhuǎn)光學(xué)記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)臺841和基準(zhǔn)信號 產(chǎn)生電路842。基準(zhǔn)信號產(chǎn)生電路842基于來自旋轉(zhuǎn)臺的信號產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)基 準(zhǔn)信號843。脈沖基準(zhǔn)信號824和旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)信號843為頻率同步的以旋轉(zhuǎn)該 旋轉(zhuǎn)臺。激光束檢測單元85包含了光學(xué)檢測器851和伺服電路852。光學(xué)檢測器 851從介質(zhì)接收信號88且產(chǎn)生聚焦和軌道誤差信號853。伺服電路852基于 誤差信號產(chǎn)生激光束照射單元驅(qū)動(dòng)信號89。基于激光束照射單元驅(qū)動(dòng)信號， 操作驅(qū)動(dòng)器以減小聚焦和軌道殘余誤差。采用以上的設(shè)備結(jié)構(gòu)，激光束功率水平根據(jù)記錄的信息在滿足 P1>P2〉P3的至少三種不同水平之間進(jìn)行改變，可完成記錄和重現(xiàn)。
接下來，將解釋本發(fā)明的另一實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，第二可變形材料層包含鋅化合物和氧化硅(SiOx，其中x是2或更小)且鋅化合物通過 激光照射或加熱處理而結(jié)晶。所述結(jié)晶為一種狀態(tài)，其中通過激光照射或加 熱，在第二可變形材料層的X射線散射/衍射能譜測量中，對應(yīng)在鋅化合物 中的晶體結(jié)構(gòu)的表面分離的衍射或散射峰強(qiáng)度增加。在圖15中顯示了第二可變形材料層的X射線衍射的測量結(jié)果。使用了 一種由Philips公司制造的 叫X'pert MRDX的射線衍射測量裝置，其利用Cu的Ka射束作為光源，X 射線管電壓為45kV且管電流為40mA。利用了一種層測量方法，低角度注 射非對稱衍射方法，其中利用光源的光學(xué)系統(tǒng)中的鏡子來調(diào)整檢測器的角度 以0.5°的固定的角度將光束射入到層表面上。第二可變形材料層被形成在 硅基板上。第二可變形材料層的材料是ZnS-Si02且厚度為100nm。在形成 時(shí)且在加熱處理之后測量了 ZnS-Si02層。在600。C的溫度的氮?dú)猸h(huán)境下在電 爐中進(jìn)行30分鐘的熱處理。在圖15中顯示了 X射線衍射分布圖。在ZnS-Si02 層形成之后的X射線衍射分布圖中可以看見接近2 6 =28.5的寬峰(距離 d=3.13A)。結(jié)果是所述ZnS-Si02層在形成后為非結(jié)晶狀態(tài)，因?yàn)樗鰧挿寰?有低的強(qiáng)度。在加熱后，ZnS-Si02層的X射線衍射分布圖中峰值的強(qiáng)度在2 6 =28.5附近增加。其結(jié)果是ZnS-Si02層的ZnS晶體通過熱處理生長或增 力口，因?yàn)檠苌浞宓奈恢脤?yīng)于鋅閃鋅礦(zinc-blende )晶體結(jié)構(gòu)的ZnS的(111) 表面分離。如上所述，被形成的第二可變形材料層處于非晶狀態(tài)。處于非晶 狀態(tài)減小了層的殘余應(yīng)力且可以在大面積基板上均勻地形成層而沒有層分 離。通過激光照射或熱處理而進(jìn)行結(jié)晶。如果所述層處于非晶狀態(tài)，存在于 層中的如不飽和鍵等的缺陷來吸收空氣中的氧和水分，且在第二可變形材料 層中產(chǎn)生了隨時(shí)間變化的質(zhì)量變化。通過進(jìn)行結(jié)晶，可以減小在第二可變形 材料層的組成元素中的比如不飽和鍵等的缺陷，且防止重現(xiàn)過程中的第二可 變形材料的惡化，從而改善了反復(fù)使用壽命。接下來，將解釋了本發(fā)明的另一實(shí)施方式。該實(shí)施方式顯示了光學(xué)記錄 介質(zhì)的機(jī)械性能。第二可變形材料層包含鋅化合物和氧化硅(SiOx，其中x 是2或更小)，且鋅化合物通過激光照射或熱處理被硬化。硬化為一種狀態(tài)， 其中當(dāng)由金剛石片等制成的壓頭(Berkovich壓頭)^C壓入層表面中時(shí)所獲 得的壓入深度計(jì)算的硬度增加。其特別地進(jìn)一步顯示了下一個(gè)狀態(tài)。最近， 納米壓痕、 一種在納米尺度上機(jī)械性能評估的方法正在吸引注意。納米壓痕 是一種方法，其中比如金剛石等的壓頭被壓入層表面中以獲得負(fù)載-位移曲線且通過負(fù)載-位移曲線分析來獲得層樣品的硬度。通過使用Ulvac-Phi Inc. 公司的叫做Tribo Scope的儀器進(jìn)行了測量。在硅基板上形成第二可變形材 料層并且利用電爐在600°C的氮?dú)猸h(huán)境下加熱了 30分鐘。第二可變形材料層 由ZnS-Si02制成且厚度為100nm。 ZnS-Si02層的硬度在熱處理之前和之后 測量。在從負(fù)載-位移曲線獲得的熱處理之前的ZnS-Si02層的硬度為6GPa 且在熱處理之后ZnS-SK)2層的硬度為8GPa。如上所述，形成的第二可變形 材料層的狀態(tài)為柔性的材料且其通過熱處理來硬化。通過采用這樣的材料， 可以防止在重現(xiàn)過程中的第二可變形材料的惡化，從而改善了反復(fù)使用壽 命。本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄標(biāo)記被變形且通過激光照射或熱處理而 返回其初始狀態(tài)。記錄標(biāo)記由至少支持基板、第一可變形材料層和第二可變 形材料層的變形的部分制成。所述變形為一種狀態(tài)，其中當(dāng)比如音叉等的在 壓電元件上的固定的探針在剪應(yīng)力控制下移動(dòng)接近介質(zhì)表面時(shí)檢測的位移 信號通過激光照射或加熱來改變。圖16顯示了測量裝置。1601指示樣品、1602指示圓柱的壓電臺。1603 指示纖維探針，1604指示為音叉的晶體換能器。纖維探針固定在音叉上且振 動(dòng)。1605指示透鏡，1606指示激光束和1607指示激光二極管。激光束的波 長為650nm。 1608指示激勵(lì)激光器的激光驅(qū)動(dòng)器，且1609指示波形發(fā)生器。 1610指示激勵(lì)音叉的波形發(fā)生器，1611指示微分放大器且1612指示鎖定放 大器。1613指示PID控制電路，1614指示基準(zhǔn)電壓源且1615指示一個(gè)示波 鏡。1616指示用于壓電驅(qū)動(dòng)的雙極源。樣品1601的組成為聚碳酸酯基^/50nm的ZnS(80摩爾。/。 ) -SiOx(20 摩爾％ ) /20nm的AglnSbTe/45nm的ZnS ( 80摩爾％ ) - SiOx ( 20摩爾％ )。 通過具有帶有數(shù)值孔徑(NA )0.85的物鏡的光學(xué)拾取器的記錄設(shè)備，在405nm 的波長下形成了記錄標(biāo)記，且利用圖16中所示的設(shè)備研究了通過激光照射 的記錄標(biāo)記的變形的狀態(tài)。記錄標(biāo)記由作為第 一可變形材料層的變形的 AglnSbTe和作為第二可變形材料層的變形的ZnS-Si02制成，如圖11所示。 在以上的狀態(tài)的樣品被插入圖16的測量裝置中，且測量了通過激光照射的 記錄標(biāo)記的位移。測量結(jié)果顯示于圖17中。1701指示了輸出信號；激光脈 沖的調(diào)制信號來自波形發(fā)生器并且采用脈沖的光來照射樣品。1702指示圓柱
壓電臺1602的位移信號的變化。這是由在剪力控制下將纖維探針1603放置 獲得的位移信號，其中樣品表面和纖維探針的邊緣之間的間隔被保持固定， 且顯示了通過激光脈沖照射樣品表面產(chǎn)生了位移。從信號強(qiáng)度計(jì)算的圓柱壓 電的膨脹和收縮量大致為10nm,且其顯示了樣品的記錄標(biāo)記的高度由激光 照射改變了大致10nm。因此，通過使介質(zhì)組成中的記錄標(biāo)記由激光照射而 被變形，在重現(xiàn)過程中的光學(xué)性能和材料的形式的變化成為信號源。因?yàn)樵?信號中包括了兩種不同的變化，可以增加重現(xiàn)信號強(qiáng)度。
本發(fā)明提供了光學(xué)記錄介質(zhì)，其允許以超過光學(xué)拾取器的分辨率極限的 記錄的周期對高密度信息進(jìn)行記錄和重現(xiàn)，而在超分辨率材料層中不形成光 孔，以及其記錄和重現(xiàn)方法。
示例
其后參考示例進(jìn)一步描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于該示例。
具有圖9 (未記錄的狀態(tài)中的剖面圖)中所示的結(jié)構(gòu)的信息記錄介質(zhì)由 在聚碳酸酯基板904上通過濺射以順序地沉積50nm厚的ZnS-SiOx的無機(jī) 介電層903、 20nm厚的AglnSbTe的第一可變形材料層901、和45nm厚的 ZnS-SiOx的第二可變形材料層902來生產(chǎn)。
第一可變形材料層的濺射靶具有2.2的Sb/Te比。第二可變形材料層和 無機(jī)介電層的賊射靶為具有4的ZnS/Si02的ZnS和SK)2的混合物。
利用具有405nm的激光波長的GaN半導(dǎo)體激光在信息記錄介質(zhì)上進(jìn)行 了記錄。物鏡具有0.85的數(shù)值孔徑且線記錄速度為4.5m/秒。圖10顯示了 當(dāng)反復(fù)記錄最小的標(biāo)記時(shí)的記錄脈沖的設(shè)定方法。激光功率在滿足P^P2的 Pl=5mW和P2=1.8mW的兩個(gè)水平之間;故調(diào)整。在介質(zhì)表面測量了功率水 平。脈沖寬度W-12納秒，脈沖周期S-44納秒，且脈沖占空比W/S-27 %。
圖11是顯示反復(fù)記錄的最小標(biāo)記的剖面圖。記錄軌道由在其中心上和 周圍的聚焦離子束(FIB)裝置來處理，且在透射性電子顯微鏡(TEM)下 觀察剖面。標(biāo)號1101指示具有Ag (4原子％ )、 In(7原子％)、 Sb(61原子％)、 和Te ( 28原子％ )且2.2的Sb/Te比的組成的AglnSbTe的第一可變形材料 層。標(biāo)號1102指示ZnS-SiOx的第二可變形材料層。標(biāo)號1103指示ZnS-SiOx 的無才幾介電層。標(biāo)號1104指示200nm的最小標(biāo)記記錄周期。標(biāo)號1105指示
記錄標(biāo)記的中心且標(biāo)號1106指示記錄標(biāo)記的端部。第一可變形材料層1101在記錄標(biāo)記中心厚度4交大且在記錄標(biāo)記端部厚度較小。其在記錄標(biāo)記中心具有23nm的厚度且在記錄標(biāo)記端部具有12nm 的厚度。ZnS-SiOx的第二可變形材料層具有幾乎均勻的厚度且根據(jù) AglnSbTe的第一可變形材料層的凹凸圖案而被變形。如從該剖面圖明顯，ZnS-SiOx的第二可變形材料層產(chǎn)生了覆蓋第一可 變形材料層的凹凸圖案的殼形式的記錄。使用與記錄中相同的裝置，重現(xiàn)了反復(fù)記錄的最小標(biāo)記。重現(xiàn)功率水平 是0.2mW，且應(yīng)用了常規(guī)的重現(xiàn)條件。信號處于固定電平且沒有觀察到周期 性信號。當(dāng)設(shè)定滿足P2>P3的重現(xiàn)功率P3 = 1.3mW時(shí)，檢測到了對應(yīng)于 200nrn的記錄的標(biāo)記周期的周期性信號。重現(xiàn)信號具有60mW的信號幅度。圖18是顯示重現(xiàn)過程中介質(zhì)的狀態(tài)的剖面圖。1801指示AglnSbTe的 第一可變形材料層，標(biāo)號1802指示ZnS-SiOx的第二可變形材料層。標(biāo)號 1803指示ZnS-SiOx的無機(jī)介電層。1804和1805指示記錄標(biāo)記。第一可變 形材料層1801和第二可變形材料層1802處于變形的狀態(tài)。1806指示激光束、 1807指示激光束的移動(dòng)方向。記錄標(biāo)記1805設(shè)置于激光束的中心。1808指 示第一可變形材料層的材料AglnSbTe處于熔化狀態(tài)。1809指示位于激光束 的中心的記錄標(biāo)記1805被變形且返回初始狀態(tài)的狀態(tài)。位于激光束的中心 的記錄標(biāo)記1805被加熱，并且在第一可變形材料層發(fā)生光學(xué)常數(shù)的改變， AglnSbTe處于熔化態(tài)，且通過熔化AglnSbTe發(fā)生了記錄標(biāo)記1805的瞬間 變形1809。因?yàn)楣鈱W(xué)常數(shù)和機(jī)械變形的兩種不同的變化成為重現(xiàn)信號的來 源，可以增加信號強(qiáng)度且超過光學(xué)拾取器的分辨率極限地重現(xiàn)高密度信息。工業(yè)可應(yīng)用性本發(fā)明的光學(xué)記錄介質(zhì)包含第一可變形材料層和第二可變形材料層的 至少一層狀結(jié)構(gòu)，第一可變形材料層，其包含在記錄波長下吸收光以發(fā)熱且 經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形的材料；和第二可變形材料層，其包含一種材料，該材 料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧化硅(SiOx; 0<x^2)。其優(yōu)選地被用 作光學(xué)記錄介質(zhì)，該光學(xué)記錄介質(zhì)允許以超過光學(xué)分辨率極限地記錄和重現(xiàn) 高密度信息而不在超分辨率材料層中形成光孔。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)記錄介質(zhì)，包含層狀結(jié)構(gòu)，包括包含相變材料的第一可變形材料層，其在記錄波長下吸收光以發(fā)熱且經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形；和包含一種材料的第二可變形材料層，該材料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧化硅(SiOx；0＜x≤2)，其中在記錄信息之后，第一可變形材料層的厚度根據(jù)記錄的信息而改變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第二可變形材料層對應(yīng)于在第一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改變，且其中當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)第一可變形材料層從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中記錄標(biāo)記為第一和第二 變形材料層的變形的部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第一可變形材料層 至少包含銻Sb和碲Te且Sb對Te的組成比例Sb/Te為1.5到5。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形 材料層至少包含鋅化合物和SiOx，其中x是2或更小，且鋅化合物對SiOx 的組成比例，鋅化合物/SiOx為1.5到9。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形材料層中的 鋅化合物通過激光照射或熱處理而結(jié)晶。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中第二可變形材料層中的 鋅化合物通過激光照射或熱處理而硬化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中在重現(xiàn)期間 通過激光照射或加熱改變記錄標(biāo)記的形式。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到7的任一所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中光學(xué)記錄介 質(zhì)包含設(shè)置于基板和第 一可變形材料層之間的無機(jī)介電層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)記錄介質(zhì)，其中無機(jī)介電層至少包含ZnS 和SiOx,其中x為2或更小。
10、 一種光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，包含采用在記錄信息期間第二可變形材料層與第 一可變形材料層的變形一 起通過熔化:f皮變形和改變的強(qiáng)度進(jìn)行激光束照射，及檢測通過用在重現(xiàn)記錄的信息期間熔化第 一可變形材料層的強(qiáng)度進(jìn)行 激光束照射導(dǎo)致的第 一可變形材料層從固態(tài)到熔化態(tài)的信號電平的改變，其中該光學(xué)記錄介質(zhì)包括層狀結(jié)構(gòu)，包括包含相變材料的第一可變形材料層，其在記錄波長下吸 收光以發(fā)熱且經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形；和包含一種材料的第二可變形材料層， 該材料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧化硅(SiOx; 0<xS2),其中在記錄信息之后，第 一可變形材料層的厚度根據(jù)記錄的信息而改 變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第二可變形材料 層對應(yīng)于在第一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改變，且其中當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)第 一可變形材料層從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中記 錄標(biāo)記為第 一和第二變形材料層的變形的部分。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中光 源是半導(dǎo)體激光，激光束功率水平在信息的記錄期間被調(diào)制在至少Pl和P2 的兩個(gè)水平之間，其中對應(yīng)于記錄的信息，滿足P1〉P2，且在記錄的信息的 重現(xiàn)期間激光束功率水平被設(shè)定在水平P3，其中滿足P2>P3。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)記錄介質(zhì)的記錄和重現(xiàn)方法，其中半 導(dǎo)體激光具有390nrn到410nm的波長。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)記錄介質(zhì)，其包含層狀結(jié)構(gòu)，包括包含相變材料的第一可變形材料層，其在記錄波長下吸收光以發(fā)熱且經(jīng)歷發(fā)熱熔化和變形；和包含一種材料的第二可變形材料層，該材料包含透射光且經(jīng)歷熱變形和改變的氧化硅(SiOx；0＜x≤2)。在記錄信息之后，第一可變形材料層的厚度根據(jù)記錄的信息而改變，使得記錄的標(biāo)記的中心比端部厚，且基于記錄的信息，第二可變形材料層對應(yīng)于在第一可變形材料層上形成的凹凸圖案被變形和改變，且當(dāng)重現(xiàn)信息時(shí)，第一可變形材料層從固態(tài)改變到熔化態(tài)。
文檔編號G11B7/24065GK101128875SQ20068000482
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者三宮俊, 三浦博, 豐島伸朗, 巖田周行, 林嘉隆 申請人:株式會社理光