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Dokumentenidentifikation DE3883174T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0319037
Titel Optisches Informationsaufzeichnungsmedium.
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Yamada, Noboru, Hirakata-shi, JP;
Nagata, Ken'ichi, Neyagawa-shi, JP;
Nishiuchi, Kenichi, Moriguchi-shi, JP
Vertreter Zimmermann, H., Dipl.-Ing.; Graf von Wengersky, A., Dipl.-Ing.; Kraus, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Busch, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80331 München
DE-Aktenzeichen 3883174
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 02.12.1988
EP-Aktenzeichen 881201727
EP-Offenlegungsdatum 07.06.1989
EP date of grant 11.08.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse G11B 7/24

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein überschreibbares optisches Informationsaufzeichnungsmedium vom Phasenänderungstyp, bei dem das Aufzeichnen, Löschen, Wiedergeben und Überschreiben von Information durch Einstrahlen eines hochdichten Energieflusses, wie etwa Laserstrahlen, bewirkt wird.

Es ist bereits eine Technik bekannt, die umfaßt Bilden einer dünnen, lichtabsorbierenden Schicht auf einem Substrat aus einem Glas, Harz oder ähnlichen Materialien mit einer ebenen Oberfläche und dann Einstrahlen eines auf einen Mikrofleck konvergierten Laserstrahls darauf zur Veranlassung einer lokalen Änderung optischer Eigenschaften bei dem bestrahlten Abschnitt und dadurch Aufzeichnen vorprogrammierter Inforrnation. Ein Beispiel davon ist in der EP-A-0 217 293 angegeben. Bei einer derartigen Technik ist es unter Verwendung von beispielsweise einer dünnen Schicht aus bestimmten Arten von Chalkogenidgläsern auf der Grundlage von Te, Se u.dgl. oder einer dünnen Schicht aus Metallen, wie etwa AgZn und AuSb für die Aufzeichnungsschicht möglich, die vorgenannte Änderung von optischen Eigenschaften reversibel zu gestalten und dadurch das Aufzeichnen, Löschen und Überschreiben von Information wiederholt durchzuführen. Das Aufzeichnen und Löschen wird auf der Grundlage des Unterschiedes optischer Eigenschaften durch die reversible Strukturänderung auf atomarer Ebene zwischen der Kristallphase und der amorphen Phase oder zwischen der Hochtemperaturphase und der Tieftemperaturphase der Kristallphase jeweiliger Aufzeichnungsschichten bewirkt; der Unterschied in der Menge an reflektiertem Licht oder der Menge an transmittiertem Licht einer speziellen Wellenlänge wird als Signal nachgewiesen. Mit anderen Worten, das in dem Aufzeichnungsmedium absorbierte Licht wird zur Erhöhung der Temperatur des bestrahlten Bereichs in Wärme umgewandelt. Beim Aufzeichnen wird der bestrahlte Bereich auf eine erhöhte Temperatur gebracht bis er schmilzt und dann von dem geschmolzenen Zustand abgeschreckt, wodurch ein amorphen Zustand oder eine Hochtemperaturphase erhalten wird. Beim Löschen werden diese metastabilen Phasen erwärmt und im Bereich der Glasübergangstemperatur gehalten, wodurch ein Kristallzustand oder eine Tieftemperaturphase erhalten wird. Zwischen dem aufgezeichneten Zustand und dem gelöschten Zustand gibt es einen Unterschied optischer Konstanten, z.B. beim Brechungsindex und Extinktionskoeffizienten, der als Unterschied in solchen optischen Eigenschaften wie Reflektivität und Lichtdurchlässigkeit nachgewiesen werden kann. In der allgemeinen Praxis wird die Aufzeichnungsschichtlage in einer schichtweise angeordneten Struktur mit Lagen aus Dielektrika, wie etwa SiO&sub2; und ZnS verwenden, um das Verdampfen usw. der Schichtlage bei wiederholter Verwendung zu vermeiden. Beim Stand der Technik wurde die Dicke jeder Lage so gewählt, daß sie eine erhöhte Aufzeichnungsempfindlichkeit ergibt, beispielsweise um die absolute Lichtabsorptionswirksamkeit in jeweiligen Zuständen zu erhöhen und gleichzeitig einen größtmöglichen Unterschied bei der Menge an reflektiertem Licht oder durchgelassenem Licht vor und nach der Änderung zu ergeben. Bei einem Beispiel wurde eine lichtreflektierende Lage aus Au, Al u. dgl. zusätzlich auf der dielektrischen Lage auf der dem einfallenden Licht entgegengesetzten Seite benutzt.

Das Aufzeichnen und Löschen durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf das Aufzeichnungsmedium kann in der Praxis gemäß jedem der folgenden zwei Verfahren durchgeführt werden. Bei einem Verfahren werden zum Aufzeichnen und zum Löschen jeweils getrennte Laserstrahlen verwendet und vorher aufgezeichnete Signale werden mit Hilfe des vorhergehenden Strahls gelöscht und neue Signale werden mit Hilfe des nachfolgenden Strahls aufgezeichnet (nämlich, sogenanntes Überschreiben wird durchgeführt). Bei dem änderen Verfahren wird ein einzelner Laserstrahl verwendet, dessen Bestrahlungsleistung in zwei Schritten, nämlich zu einem Aufzeichnungsniveau und zu einem Löschniveau, geändert werden kann und wird dazwischen ansprechend auf Informationssignale moduliert und neue Signale werden direkt auf die Informationsspur mit darauf aufgezeichneten Signalen geschrieben (nämlich, sogenanntes direktes Überschreiben wird durchgeführt). Bei dem zuerst genannten Verfahren kann die Laserleistung und die Bestrahlungszeit zum Aufzeichnen und zum Löschen unabhängig gewählt werden und daher tritt durch das Überschreiben kein besonderes Problem auf. Auf der anderen Seite weist das zuletztgenannte Verfahren, welches zur vorherrschenden Anwendung gekommen ist, den Vorteil des Vereinfachens der Konstruktion optischer Köpfe auf, aber bringt auf der anderen Seiten den folgenden Nachteil mit sich. Dieser besteht darin, daß Aufzeichnungsmarkierungen unterschiedlicher Größe und atomarer Ordnung in dem Fall des Aufzeichnens auf amorphen Bereichen (das bedeutet, erneutes Amorphmachen der Bereiche) verglichen mit dem Fall des Aufzeichnens auf kristallinen Bereichen hergestellt werden. Mit anderen Worten, es tritt ein Problem auf, bei dem die Ausdehnungen von Aufzeichnungsmarkierungen sich in Übereinstimmung mit dem Zustand vor dem empfindlichen Aufzeichnen ändern und als Ergebnis hinterläßt die Signalkomponente, die zuvor gelöscht werden sollte, einige Wirkungen auf neue Signale. Das vorstehende Problem wird vorstellbarerweise durch die folgenden beiden Faktoren verursacht. Einer ist der Unterschied in der optischen Absorbanz, der zwischen dem Bereich im amorphen Zustand und dem Bereich im kristallinen Zustand besteht. Der andere ist der Unterschied in der zum Schmelzen benötigten Energie (schmelzwärme), der zwischen dem Bereich im amorphen Zustand und dem Bereich im kristallinen Zustand besteht.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung als Mittel zum Lösen des vorgenannten Problems ist die Schaffung eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums mit einer Aufzeichnungsschicht, der ansprechend auf Lichtbestrahlungszustände ein umkehrbarer Wechsel zwischen zwei optisch nachweisbaren Zuständen möglich ist, und mit einer Mehrzahl von zusätzlichen Schichten, bei dem die Mengen L von Bestrahlungslicht oder die Wärmemengen E, die zum Erhöhen der Temperatur des Aufzeichnungsmediums in den zwei Zuständen, in denen sich die Aufzeichnungsschicht jeweils in den Zuständen a und b befindet, auf eine vorgegebene Temperatur über die Gleichung La ≥ Lb oder Ea ≥ Eb in Beziehung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Eigenschaften von jeder Schicht aus der Mehrzahl von zusätzlichen Schichten als auch die Eigenschaften der Aufzeichnungsschicht so ausgewählt sind, daß sie bei der Wellenlänge des Bestrahlungslichtes optische Absorbanzen A des Aufzeichnungsmediums mit der Aufzeichnungsschicht in den jeweiligen Zuständen a und b zum Ergebnis haben, die die Gleichung Aa ≥ Ab erfüllen, und daß auf diese Weise ähnliche emperaturanstiegsprofile für beide Zustände erhalten werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine schnittansicht einer Ausführungsform des optischen Informationsaufzeichnungsmediums gemäß der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das optische Informationsaufzeichnungsmedium der vorliegenden Erfindung ist, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, aufgebaut durch Bilden einer schichtweise zwischen Dielektrika 3, wie etwa SiO&sub2; und ZnS, angeordneten Aufzeichnungslage 2 auf einem aus Harzen, wie etwa Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polykarbonat, Metallen, wie etwa Al und Cu, oder Glas hergestellten Substrat mit einer ebenen Oberfläche. Das zum Herstellen der Aufzeichnungslage verwendete Material kann ein solches sein, bei dem von der reversiblen Phasenänderung zwischen einem amorphen Zustand und einem kristallinen Zustand Gebrauch gemacht wird. typischerweise Chalkogenide auf der Grundlage von Te und Se, beispielsweise GeTe, InSe, InSeTl, InSeTlCo, GeTeSb, GeTeSn, GeTeSnAu, InTe, InSeTe, InSbTe, SbSeTe u. dgl., und ein solches, bei dem die umkehrbare Kristall-Kristall-Phasenänderung benutzt wird, beispielsweise InSb, AgZn, AuSb u. dgl. Es ist ebenfalls ein Aufbau möglich, bei dem auf der dielektrischen Lage der dem einfallenden Laserstrahl entgegengesetzten Seite zusätzlich eine lichtreflektierende Lage 4 vorgesehen ist. Für die reflektierende Lage können Au, Cu, Al, Ni, Cr, Pt, Pd und Legierungen davon benutzt wreden. Es ist ebenfalls möglich, eine Schutzlage oder eine Platte 5 mit Hilfe eines Vakuumbedampfungsverfahrens oder mittels einer haftenden Harzlage auf den obersten Teil zu laminieren.

Der wesentliche Gesichtspuntk der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Temperaturanstiegsprofile der beiden Zustände (Aufzeichnungszustand und Löschzustand) vor und nach dem Aufzeichnen im wesentlichen gleich zueinander zu gestalten, was durch geeignete Wahl der Filmdicke jeweiliger Lagen bei dem vorgenannten Aufbau erreicht werden kann. Die Schichtdicke jeweiliger Lagen kann bestimmt werden durch Berechnen unter Verwendung von beispielsweise des auf Seite 69 in "OPTICAL PROPERTIES OF THIN FILMS OF THE SOLID FILMS" (geschrieben von Heavens, veröffentlicht 1965 von Dover Co.,Ltd.) beschriebenen Matrixverfahrens auf der Grundlage der optischen Konstante (Brechungsindex oder Extinktionskoeffizient). In der GB-A-2 148 148 ist ebenfalls ein Verfahren zur numerischen Optimierung der Schichtdicke jeweiliger Lagen bezüglich optischer Konstanten eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums angegeben. Die Wahl der zu berechnenden Einzelheiten geht über das bekannte Verfahren einen Schritt hinaus; nämlich nicht nur die Absolutwerte der optischen Absorbanz des aufgezeichneten Bereichs und des nicht aufgezeichneten Bereichs sondern auch die relative Beziehung zwischen den beiden Werten wird in Betracht gezogen. Mit anderen Worten, es werden vorzugsweise Bedingungen gewählt, bei denen der Unterschied zwischen den beiden Werten selbst dann gering ist, wenn ihre Absolutwerte etwas gering sind, oder bei denen, wie nachstehend beschrieben wird, die Absorbanz des schwieriger schmelzbaren Zustandes höher ist.

Daher ist es wichtig, daß die optischen Absorbanzen der beiden Zustände gleich zueinander gemacht werden sollten wenn kein Unterschied bei der inneren Energie zwischen den beiden Zuständen vor und nach dem Aufzeichnen (nämlich, Aufzeichnungszustand und Löschzustand) besteht und, wenn durch den Unterschied in der inneren Energie ein Unterschied in der Schmelzleichtigkeit besteht, sollte die Absorbanz des schwierig schmelzbaren Zustands vergleichsweise höher gemacht werden, um dadurch in beiden Zuständen ähnliche Temperaturanstiegsprofile bezüglich sowohl Zeit, als auch Raum zu erhalten. Verglichen mit dem amorphen Zustand weist der kristalline Zustand eine geringe innere Energie auf und benötigt daher entsprechenderweise eine höhere Energie beim Schmelzen. Ähnlich, wenn die Hochtemperaturphase in der Kristallphase mit der Niedrigtemperaturphase verglichen wird, benötigt die zuletztgenannte Phase eine höhere Energie zum Schmelzen. Demgemäß, wenn von der Phasenänderung zwischen dem amorphen Zustand und dem kristallinen Zustand oder von der Phasenänderung zwischen der Hochtemperaturphase und der Niedrigtemperaturphase Gebrauch gemacht wird, wird die optische Absorbanz der Kristallphase oder der Tieftemperaturphase jeweils höher gemacht als diejenige der amorphen oder Hochtemperaturphase, so daß die jeweils zuerstgenannten Phasen eine größere Energiemenge absorbieren können. Tabelle 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Aufzeichnungsmedium als sogenannte optische Platte geformt ist, dessen Aufzeichnungslage aus GeSb&sub2;Te&sub4;, dessen dielektrische Lagen aus CnS und dessen reflektierende Lage aus Au gebildet ist. Das Substrat besteht aus Polykarbonat, auf dem zur Lichtführung spiralförmige Spuren gebildet sind. Bei dieser Aufzeichnungsschicht ist die Schmelzwärme der kristallinen Phase um etwa 6 cal/g höher als diejenige der amorphen Phase und daher wird erwartet, daß dieser Unterschied durch Steuern der optischen Absorbanz für beide Zustände aufgehoben werden muß. In der Tabelle ist dargestellt, daß die jeweilige optische Absorbanz des aufgezeichneten Bereichs und des gelöschten Bereichs abhängig von der Wahl der Filmdicke jeweiliger Lagen in Bezug aufeinander höher oder geringer wird. Zur vergleichenden Untersuchung des CN-Verhältnisses und des Löschverhältnisses wurden Auswertungen auf einer dynamischen Testvorrichtung, die eine einzelne Laserdiode mit einer Wellenlänge von 830 nm aufweist, durchgeführt.

In Tabelle 1 zeigt (a) einige Beispiele von Filmdickenaufbauten und (b) zeigt die optische Absorbanz und Reflektivität vor und nach dem Aufzeichnen für eine Wellenlänge von 830 nm, und auch das CN Verhältnis und das Löschverhältnis dieser Beispiele.

Jeder Aufbau hat die folgenden Eigenschaften. In der Tabelle weisen die Proben Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 jeweils eine Aufzeichnungslage mit einer Dicke von 40 nm auf und Proben Nr. 4, Nr. 5 undNr. 6 weisen eine Aufzeichnungslage mit einer Dicke von 20 nm auf. In jeder Probengruppe war die Beziehung zwischen der optischen Absorbanz Aa in dem amorphen Bereich und der Absorbanz Ab in dem kristallinen Bereich so gewählt, daß in der Reihenfolge der Probennummer galt: Aa> Ab, Aa = Ab und Aa< Ab. Bei der Bestimmung wurden Aufzeichnungssignale mit einer linearen Geschwindigkeit von 15 m/sek und abwechselnd mit einer Frequenz von 7 MHz oder 5 MHz überschrieben. Das Laserleistungsniveau betrug 12 bis 20 mW zum Aufzeichnen (amorphisieren) und 5 bis 10 mW zum Löschen (kristallisieren). Die Tabelle zeigt die besten Werte beim CN Verhältnis (CNR) und beim Löschverhältnis in dem vorstehend genannten Bereich von Leistungsniveaus bei 7 MHz. Die Tabelle offenbart, daß kein zufriedenstellendes Löschverhältnis erhalten wird, wenn die optische Absorbanz im amorphen Zustand höher ist als in dem kristallinen Zustand obwohl das CNR hoch ist und wenn die optische Absorbanz in dem kristallinen Zustand gleich derjenigen in dem amorphen Zustand oder höher als diejenige in dem amorphen Zustand ist kann gleichzeitig ein hohes CNR und ein hohes Löschverhältnis erhalten werden.

Daher wurde es gemäß dem optischen Informationsaufzeichnungsmedium nach der vorliegenden Erfindung möglich, unter Beibehaltung eines hohen CNR und eines hohen Löschverhältnisses durch Verwenden eines einzigen Laserstrahls Überschreiben durchzuführen.

Tabelle 1(a)
Proben Nr. Untere Beschichtungslage Aufzeichnungslage Obere Beschichtungs lage Reflektionslage
Tabelle 1 (b) Vergleich von Eigenschaften der einzelnen Platten
Proben Nr. amorph kristallin Löschverhältnis Reflektivität Absorbanz


Anspruch[de]

1. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium mit einer Aufzeichnungsschicht, der ansprechend auf Lichtbestrahlungszustände ein umkehrbarer Wechsel zwischen zwei optisch nachweisbaren Zuständen möglich ist, und mit einer Mehrzahl von zusätzlichen Schichten, bei dem die Mengen L von Bestrahlungslicht oder die Wärmemengen E, die zum Erhöhen der Temperatur des Aufzeichnungsmediums in den zwei Zuständen, in denen sich die Aufzeichnungsschicht jeweils in den Zuständen a und b befindet, auf eine vorgegebene Temperatur über die Gleichung La ≥ Lb oder Ea ≥ Eb in Beziehung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Eigenschaften von jeder Schicht aus der Mehrzahl von zusätzlichen Schichten als auch die Eigenschaften der Aufzeichnungsschicht so ausgewählt sind, daß sie bei der Wellenlänge des Bestrahlungslichtes optische Absorbanzen A des Aufzeichnungsmediums mit der Aufzeichnungsschicht in den jeweiligen Zuständen a und b zum Ergebnis haben, die die Gleichung Aa ≥ Ab erfüllen, und daß auf diese Weise ähnliche Temperaturanstiegsprofile für beide Zustände erhalten werden.

2. Optisches Informationsaufzeichnungsmediuin nach Anspruch 1, bei dem die Dicke jeweiliger Schichten des optischen Informationsaufzeichnungsmediums so ausgewählt ist, daß bei der Wellenlänge des Bestrahlungslichtes optische Absorbanzen A des Aufzeichnungsmediums mit der Aufzeichnungsschicht in jeweiligen Zuständen a und b erhalten werden, die die Gleichung Aa ≥ Ab erfüllen.

3. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aufzeichnungsschicht (2) auf einem Substrat (1) zwischen Dielektrika (3) angeordnet ist.

4. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 3, bei dem die Dielektrika (3) ausgewählt sind aus SiO&sub2; und ZnS.

5. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 3, bei dem das Substrat (I) gebildet ist aus einem Material ausgewählt aus Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Al, Cu und Glas.

6. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem auf der dem Laserstrahl entgegengesetzten Seite zusätzlich eine lichtreflektierende Schicht auf der dielektrischen Schicht vorgesehen ist.

7. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 6, bei dem die lichtreflektierende Schicht gebildet ist aus einem der Materialien ausgewählt aus Au, Cu, Al, Ni, Cr, Pt, Pd und Legierungen davon.

8. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Schutzlage oder eine Platte auf dem obersten Teil laminiert ist durch Vakuumbedampfen oder mittels einer haftenden Harzschicht.

9. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Zustand a ein Kristallphasenzustand der Aufzeichnungsschicht ist und der Zustand b ein amorpher Zustand ist.

10. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 9, bei-dem zur Bildung der Aufzeichnungsschicht Chalcogenide auf der Grundlage von Te und Se benutzt werden.

11. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem beide Zustände a und b der Aufzeichnungsschicht Kristallphasenzustände sind.

12. Optisches Informationsaufzeichnungsmedium nach Anspruch 11, bei dem zur Bildung der Aufzeichnungsschicht benutzt wird eines der Materialien ausgewählt aus InSb, AgZn und AuSb.







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