專利名稱:具有提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)的掩模層的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)及相應(yīng)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及利用超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)(super resolution near field effect)在 只讀區(qū)域中以高數(shù)據(jù)密度來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),特別是光盤,以及相 應(yīng)的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)的制造方法。
背景技術(shù):
光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)是以光學(xué)可讀取方式例如借助激光束以及集成在拾取器 內(nèi)的光電探測(cè)器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì),在讀取數(shù)據(jù)時(shí)該光電探測(cè)器用于探測(cè)該 激光束的反射光。與此同時(shí)大量種類的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)是已知的,其用不同的 激光波長(zhǎng)來工作,且其具有不同尺寸用于提供從低于1千兆字節(jié)直到50千 兆字節(jié)(GB)的存儲(chǔ)容量。例如,格式包括只讀格式,例如音頻CD和視頻 DVD; —次寫入光學(xué)介質(zhì),例如CD-R和DVD-R、 DVD+R;以及可再寫格 式,例如CD-RW、 DVD-RW、 DVD+RW。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在介質(zhì)的一層或者多層 內(nèi)沿著軌道存儲(chǔ)在這些介質(zhì)上。
具有最高數(shù)據(jù)容量的存儲(chǔ)介質(zhì)目前是藍(lán)光盤(BD),其允許存儲(chǔ)50GB在 雙層盤上。目前可以得到的藍(lán)光盤格式為只讀BD-ROM、可再寫B(tài)D-RE以 及一次寫入BD-R盤。使用405nm激光波長(zhǎng)的光學(xué)拾取器用于藍(lán)光盤的讀寫。 在藍(lán)光盤上使用320nm的軌道節(jié)距和從2T到8T+9T的標(biāo)記長(zhǎng)度,這里T 是溝道位長(zhǎng)度,且其對(duì)應(yīng)于138~160nm的最小標(biāo)記長(zhǎng)度??稍賹態(tài)D-RE 盤基于包含相變層的相變技術(shù),該相變層使用例如AglnSbTe或者GeSbTe 的化合物。例如通過互聯(lián)網(wǎng)www.blu-raydi sc.com從藍(lán)光組可以得到關(guān)于藍(lán) 光盤系統(tǒng)進(jìn)一步信息。
具有超分!碎率近^為結(jié)4勾(super resolution near-field structure, Super畫RENS) 的新光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)提供這樣的可能性,即,在一個(gè)尺度內(nèi)使光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的 數(shù)據(jù)密度與藍(lán)光盤相比增加四倍。這通過所謂的Super-RENS結(jié)構(gòu)是可行的, 其置于該光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)層之上,且其顯著地減少了用于對(duì)光學(xué)存儲(chǔ)介 質(zhì)讀或?qū)懙墓恻c(diǎn)的有效尺寸。該超分辨率層也稱為掩模層,因?yàn)槠洳贾迷跀?shù)據(jù)層之上且只有激光束的高強(qiáng)度中心部分可以穿透該掩模層。
該Super-RENS效應(yīng)允許記錄和讀取存儲(chǔ)在光盤的標(biāo)記中的數(shù)據(jù),該標(biāo) 記具有低于用于在盤上讀或?qū)憯?shù)據(jù)的激光束的分辨率極限的尺寸。已知,激 光束的分辨率衍射極限約為lambda/(2xNA),其lambda是波長(zhǎng)且NA是光學(xué) 拾取器的物鏡的數(shù)值孔徑。
"Super-resolution and frequency dependent-efficiency of near-field optical disks with silver nanoparticles"由Ng和Liu, Optics Express, Vol. 13, No. 23, 14 November 2005, p. 9422 — 9430描述。如其所述,AgOx層內(nèi)的4艮納米顆粒產(chǎn) 生近場(chǎng),該近場(chǎng)由于局域化表面等離子體激元而在納米顆粒周圍呈現(xiàn)強(qiáng)烈地 局部場(chǎng)增強(qiáng)。由于金屬納米顆粒將Y套逝波轉(zhuǎn)變成遠(yuǎn)場(chǎng)中的可探測(cè)信號(hào),小于 lambda/10的亞波長(zhǎng)記錄標(biāo)記是可識(shí)別的。由Ng和Liu研究的super-RENS 盤包含GeSbTe相變材料,作為記錄層;AgOx層,包含嵌入在該Ag(X層 內(nèi)隨機(jī)分布的銀納米顆粒;以及兩個(gè)ZnS-Si02電介質(zhì)層,作為該AgOx層的 保護(hù)層。
US 2005/0009260中描述一種可記錄光盤,其包含作為數(shù)據(jù)層的相變層 或者金屬層??梢允褂媒饘傺趸飳踊蛘呒{米顆粒層作為掩模層,例如具有 鉑納米顆粒的層。
EP 1724768中描述一種光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其包含可透光的復(fù)合層,用于 提供超分辨率效應(yīng);復(fù)合層,包含具有高折射率的納米顆粒用于增加該復(fù)合 層折射率。該復(fù)合層可以通過使用旋涂來涂布。
在WO 2005/098843中公開的用于高密度近場(chǎng)光學(xué)儲(chǔ)存系統(tǒng)的掩模層, 其中該掩模層包含嵌入在非線性光學(xué)材料中以改變折射率的納米顆粒。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)包含基板層;只讀數(shù)據(jù)層,包含坑結(jié)構(gòu),布 置在基板層上;掩模層,通過利用納米顆粒來提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng);以及 電介質(zhì)層,布置在數(shù)據(jù)層和掩模層之間,該電介質(zhì)層提供掩模層和數(shù)據(jù)層的 坑結(jié)構(gòu)之間確定的不均勻的距離。由電介質(zhì)層定義的掩模層和數(shù)據(jù)層之間的 距離尤其為使得其依賴于坑結(jié)構(gòu)而變化。
擇優(yōu)地選擇具有這種特性的納米顆粒當(dāng)納米顆??拷訒r(shí),其散射截 面增加,這在被納米顆粒散射的光和坑之間引起強(qiáng)相互作用。因此,將出現(xiàn)納米顆粒和坑之間的增加的信號(hào)調(diào)制,且因此可以探測(cè)到亞衍射極限的坑。
在優(yōu)選實(shí)施例中電介質(zhì)層為塑性層,其通過旋涂布置在數(shù)據(jù)層上用于提 供電介質(zhì)層的平坦表面。該光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)具體地為布置為依據(jù)藍(lán)光盤系統(tǒng)的 拾取器使用藍(lán)光盤拾取器來操作的光盤。
為了制造相應(yīng)的光盤,首先制造包含坑結(jié)構(gòu)的基板,接下來的步驟中, 例如通過濺射,在基板上布置反射性金屬層以提供只讀數(shù)據(jù)層。接著,在數(shù) 據(jù)層上布置電介質(zhì)層,其具體通過旋涂來涂布,以得到完全平坦表面用于掩 模層。因?yàn)殡娊橘|(zhì)層的厚度依賴于坑結(jié)構(gòu)而變化,因此該厚度不是均勻的。 例如與賊射相比旋涂的優(yōu)點(diǎn)在于,當(dāng)使用旋涂方法時(shí),使用材料填充負(fù) 坑,正坑相應(yīng)地被電介質(zhì)材料包圍,以及另外提供平坦表面用于掩模層。采 用濺射方法的情形不是這樣,因?yàn)樵搶拥暮穸然旧喜蛔儯乙虼擞捎诳咏Y(jié) 構(gòu)無法獲得平坦的表面。
下文參考示意圖示例性地更詳細(xì)解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,該示意圖示
出
圖1以斷面圖示出本發(fā)明的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),
圖2為用于說明包含納米顆粒的掩^t層的功能的簡(jiǎn)圖,
圖3說明本發(fā)明的第二實(shí)施例,示出包含具有負(fù)坑結(jié)構(gòu)的只讀數(shù)據(jù)層的
光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),以及
圖4說明本發(fā)明的第三實(shí)施例,示出包含含有納米顆粒的兩個(gè)掩模層的
光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)1以簡(jiǎn)化方式在圖1中以斷面圖示出。在基板2上布置只 讀數(shù)據(jù)層3,該只讀數(shù)據(jù)3包含具有坑結(jié)構(gòu)的反射性金屬層,例如鋁層。在 數(shù)據(jù)層3上布置第一電介質(zhì)層5,該第一電介質(zhì)層5由例如塑性材料組成。 在電介質(zhì)層5上布置掩模層4,該掩模層4包含用于提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng) (Super-RENS)的納米顆粒。
電介質(zhì)層5布置有其上放置納米顆粒的平坦表面,且因此提供掩模層4 的納米顆粒和數(shù)據(jù)層3之間的確定距離,其中該厚度依賴于坑結(jié)構(gòu)而變化。在掩模層4的上方布置第二電介質(zhì)層6,其包含例如ZnS-Si02材料。作為另 外的層,覆蓋層7布置在電介質(zhì)層6上作為保護(hù)層。為了讀取數(shù)據(jù)層3的數(shù) 據(jù),從儲(chǔ)存介質(zhì)1的頂部應(yīng)用穿透第一覆蓋層7的激光束。
光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)1具體地為光盤。從例如DVD和CD的傳統(tǒng)ROM盤已 知,只讀數(shù)據(jù)層3可以具有壓制坑結(jié)構(gòu),該壓制坑結(jié)構(gòu)具有正標(biāo)記或者負(fù)標(biāo) 記,
圖2中示出包含數(shù)據(jù)層3的第一實(shí)施例,該數(shù)據(jù)層3具有帶坑結(jié)構(gòu),標(biāo) 記布置為例如深度大于30nm,例如約40nm的坑8。數(shù)據(jù)層3的坑8可以通 過例如壓模來制造。具有納米顆粒的掩模層4示為布置在均勻平面內(nèi)的點(diǎn)。 掩模層4可以具有例如1 ~ 30nm范圍內(nèi)的厚度,且電介質(zhì)層5的厚度在20 ~ 50nm范圍內(nèi)。
為了獲得掩模層4的這一均勻平面,布置在數(shù)據(jù)層3和掩模層4之間的 電介質(zhì)層5包括用于掩模層4的納米顆粒的完全平坦的表面。當(dāng)數(shù)據(jù)層3中 存在坑8時(shí),掩模層4的納米顆粒和數(shù)據(jù)層3之間的距離因此改變。掩模層 4和坑8的底部之間的距離9具體為大于50nm,在沒有坑的情況下,該距離 IO具體為小于50nm。
納米顆粒的特性因此將依賴于電介質(zhì)層5的非均勻厚度而改變,且擇優(yōu) 地納米顆粒的特性選擇為使得當(dāng)納米顆??拷訒r(shí)其散射截面增加。在此情 形下,被納米材料散射的光和坑之間存在強(qiáng)相互作用,且因此坑引起的信號(hào) 調(diào)制將增加且亞衍射極限的坑可以被探測(cè),由此提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)。
假定當(dāng)激光照射時(shí),納米顆粒依賴于數(shù)據(jù)層的坑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局域化表面等 離子體激元,該局域化表面等離子體激元在遠(yuǎn)場(chǎng)中產(chǎn)生可探測(cè)信號(hào),這與如 本說明書開篇引用的Ng和Liu的文章"Super-resolution and frequency dependent-efficiency of near-field optical disks with silver nanoparticles"所述的 AgOx層的納米顆粒效應(yīng) 一致。
為了讀取只讀數(shù)據(jù)層3的數(shù)據(jù),具體地可以使用依據(jù)藍(lán)光盤系統(tǒng)具有 405nm的藍(lán)色激光二極管的拾取器。具有這樣波長(zhǎng)的激光允許現(xiàn)有的光學(xué)數(shù) 據(jù)盤具有最高可能的數(shù)據(jù)密度。當(dāng)使用具有不同波長(zhǎng)的激光二極管時(shí),則不 得不相應(yīng)地改變電介質(zhì)層5的厚度。
本發(fā)明的第二實(shí)施例在圖3中示出,其包含具有負(fù)坑結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)層3, 坑11因此布置成正標(biāo)記或者凸點(diǎn)。因此坑11和掩^^莫層4之間的距離12小,且距離13相應(yīng)地大。布置在掩模層4和數(shù)據(jù)層3之間的電介質(zhì)層5也設(shè)置 有完全平坦表面,在該表面上布置掩模層4的納米顆粒。
對(duì)于本實(shí)施例,數(shù)據(jù)層3例如包含大于30nm,例如約40nm的高度的 負(fù)標(biāo)記,且在沒有凸點(diǎn)的情形下,掩模層4和數(shù)據(jù)層3之間的距離13大于 50nm。例如掩模層4和存在于數(shù)據(jù)層3處的坑11之間的距離12小于50nm。 因此電介質(zhì)層5的厚度依賴于坑結(jié)構(gòu)而在例如20 ~ 50nm范圍內(nèi)的最小距離 和例如大于50 ~ 60nm的最大距離之間變化。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在圖4中示出,其除了包含第一掩模層4之外還 包含第二掩模層17,納米顆粒14直接布置在數(shù)據(jù)層3表面上。電介質(zhì)層13 的納米顆粒14因此也位于坑18的底部。電介質(zhì)層15布置在納米顆粒層17 和4之間,該電介質(zhì)層15具有平坦表面,以在均勻平面內(nèi)提供掩模層4的 納米顆粒16的排布。距離9、 10以及坑18的深度與使用在圖2的實(shí)施例中 的值類似。第二掩模層17的厚度具體地是不變的。與前述實(shí)施例相應(yīng),電 介質(zhì)層15的厚度也因此依賴于坑結(jié)構(gòu)而在最小距離和最大距離之間變化。
為了讀取圖2~4中示出的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)的只讀數(shù)據(jù)層3的數(shù)據(jù),具體 地可以使用依據(jù)藍(lán)光盤系統(tǒng)具有405nm藍(lán)色激光二極管的拾取器。具有這樣 波長(zhǎng)的激光允許現(xiàn)階段的光學(xué)數(shù)據(jù)盤具有最高可能的數(shù)據(jù)密度。當(dāng)使用具有 不同波長(zhǎng)的激光二極管時(shí),則不得不相應(yīng)地改變電介質(zhì)層5的厚度。
為了制造儲(chǔ)存介質(zhì)1,特別是光盤,首先制造包含坑結(jié)構(gòu)的基板2,例 如通過濺射在該基板2上布置反射性金屬層作為數(shù)據(jù)層3。有利地使用旋涂 方法,用于在數(shù)據(jù)層3上提供具有完全平坦表面的電介質(zhì)層5。濺射方法不 能用于電介質(zhì)層5,因?yàn)樵搶?隨后具有恒定的厚度,且因此將無法提供平 坦表面給具有納米顆粒的掩模層4。例如電介質(zhì)層5是具有20 ~ 50nm范圍 內(nèi)厚度值的薄塑性層,其可通過旋涂容易地制造。
在下一個(gè)步驟中,例如通過濺射,將掩模層4的納米顆粒布置在電介質(zhì) 層5上。如US 2005/0009260中所述,例如通過反應(yīng)濺射,可以產(chǎn)生具有納 米顆粒的掩模層4。隨后,例如通過旋涂方法,將覆蓋層7布置在該盤上。 此外,可以在掩模層4和覆蓋層7之間布置第二電介質(zhì)層6。
精神和范圍。本發(fā)明具體地不限于使用包含藍(lán)光盤型拾取器的拾取器單元。 本發(fā)明因此在于在此處所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(1),包含基板層(2);只讀數(shù)據(jù)層(3),包含坑結(jié)構(gòu)且布置在所述基板層(2)上;掩模層(4),包含當(dāng)使用激光束照射時(shí)通過產(chǎn)生表面等離子體激元來提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)的納米顆粒;以及電介質(zhì)層(5),布置在所述數(shù)據(jù)層(3)和所述掩模層(4)之間,其中所述電介質(zhì)層(5)具有依賴于所述坑結(jié)構(gòu)而變化的厚度(9、10)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),其中所述電介質(zhì)層(5)的厚度在 20 50nm的范圍內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),其中所述只讀數(shù)據(jù)層(3)被 反射性金屬層覆蓋。
4. 如權(quán)利要求1至3其中一項(xiàng)所述的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),其中所述數(shù)據(jù)層 (3)包含坑深度大于30nm的正坑(8),在存在坑的情形下,所述掩模層(4)和所 述數(shù)據(jù)層(3)之間的距離(9)大于50nm,且在所述數(shù)據(jù)層(3)的位置不存在坑的 情形下,所述掩模層(4)和所述數(shù)據(jù)層(3)之間的距離(10)小于50nm。
5. 如權(quán)利要求1至3其中一項(xiàng)所述的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),其中所述數(shù)據(jù)層 (3)包含坑高度大于30nm的負(fù)坑或者凸點(diǎn)(ll),在不存在坑的情形下,所述 掩模層(4)和所述數(shù)據(jù)層(3)之間的距離(13)大于50nm,且所述掩模層(4)和在 所述數(shù)據(jù)層(3)的位置存在的坑之間的距離(12)小于50nm。
6. 如前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述電介質(zhì)層 (5)包含平坦表面,用于提供所述掩模層(4)和所述數(shù)據(jù)層(3)之間的確定距離。
7. 如前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述電介質(zhì)層 (5)為塑性層且通過旋涂布置在所述數(shù)據(jù)層(3)上。
8. 如前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述掩模層(4) 的厚度在l~30nm的范圍內(nèi),且其中包含在所述掩模層(4)中的納米顆粒含 有貴金屬。
9. 如前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述電介質(zhì)層 (5)的厚度依賴于坑結(jié)構(gòu)在例如20 ~ 50nm范圍內(nèi)的最小3巨離和例如大于 50nm的最大距離之間變化。
10. 如前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述光學(xué)儲(chǔ)存 介質(zhì)為只讀光盤(l)。
11. 用于制造光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)的方法,包含下述步驟提供基板層(2),所述基板層上布置有具有坑結(jié)構(gòu)的只讀數(shù)據(jù)層(3); 提供電介質(zhì)層(5),所述電介質(zhì)層具有有賴于所述坑結(jié)構(gòu)而變化的厚度; 在所述電介質(zhì)層(5)上提供掩模層(4),其中所述掩模層(4)包含納米顆粒;以及在所述掩模層(4)上提供覆蓋層(6)作為保護(hù)層。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法,其中所述電介質(zhì)層(5)為通過旋涂而布 置在所述數(shù)據(jù)層(3)上的塑性層。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的方法,包含在所述掩模層(4)和所述覆蓋 層(7)之間提供第二電介質(zhì)層(6)的附加步驟。
14. 光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)(l),包含 基板層(2);只讀數(shù)據(jù)層(3),包含坑結(jié)構(gòu)且布置在所述基板層(2)上; 掩才莫層(4),包含用于提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)的納米顆粒;以及 電介質(zhì)層(5、 15),布置在所述數(shù)據(jù)層(3)和所述掩模層(4)之間,其中 所述電介質(zhì)層(5)具有依賴于所述坑結(jié)構(gòu)而變化的厚度(9 、 10)。
15. 如權(quán)利要求14所述的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì),其中所述只讀數(shù)據(jù)層(3)被反 射性金屬層覆蓋。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述電介質(zhì)層(5、 15)包含平坦表面,用于提供所述掩模層(4)和所述數(shù)據(jù)層(3)之間的確定距離。
17. 如前述權(quán)利要求14至16其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述 電介質(zhì)層(5、 15)為塑性層且通過旋涂布置在所述數(shù)據(jù)層(3)上。
18. 如前述權(quán)利要求14至17其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中包含 在所述掩模層(4)中的納米顆粒含有貴金屬,用于在使用激光束照射時(shí)產(chǎn)生表 面等離子體激元誘發(fā)的超分辨率效應(yīng)。
19. 如前述權(quán)利要求14至18其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述 電介質(zhì)層(5、 15)的厚度依賴于所述坑結(jié)構(gòu)在例如20 ~ 50nm范圍內(nèi)的最小距 離和例如大于50nm的最大距離之間變化。
20. 如前述權(quán)利要求14至19其中一項(xiàng)所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中包含用于提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)的納米顆粒的第二掩模層(l 7)布置在所述只讀凝: 據(jù)層(3)上,位于所述數(shù)據(jù)層(3)和所述電介質(zhì)層(15)之間。
21.如權(quán)利要求209所述的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì),其中所述第二掩模層(n)具 有恒定厚度(9、 10)。
全文摘要
光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)(1),特別是只讀光盤,包含基板層(2);只讀數(shù)據(jù)層(3),包含坑結(jié)構(gòu)且布置在基板層(2)上;掩模層(4),包含用于提供超分辨率近場(chǎng)效應(yīng)的納米顆粒;以及電介質(zhì)層(5),布置在數(shù)據(jù)層(3)和掩模層(4)之間。電介質(zhì)層(5)具有依賴于坑結(jié)構(gòu)而變化的厚度(9、10、12、13),且例如是塑性層,該塑性層具有用于提供納米顆粒均勻排布的完全平坦表面。對(duì)于相應(yīng)的光學(xué)儲(chǔ)存介質(zhì)的制造,有利地通過旋涂將電介質(zhì)層(5)布置在數(shù)據(jù)層(3)上。
文檔編號(hào)G11B7/257GK101583999SQ200880002221
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者喬基姆·尼特爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司