專(zhuān)利名稱(chēng)：高分辨率光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)信息記錄的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)人們?cè)噲D增加在光盤(pán)上記錄的信息密度時(shí)，這個(gè)目標(biāo)通常受到信息 讀取裝置的性能的限制。基本原理是寫(xiě)到光盤(pán)上的物理信息不能被很容易 地讀取，如果其尺寸小于用于讀取這個(gè)信息的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率的限度。
通常，當(dāng)用650nm波長(zhǎng)、數(shù)值孔徑為0.6的紅色激光讀取時(shí)， 一般沒(méi)有希 望能正確讀取尺寸小于0.4微米或0.3微米的信息。
然而，己經(jīng)發(fā)明出所謂的超分辨率方法來(lái)讀取物理尺寸小于或甚至遠(yuǎn) 小于波長(zhǎng)的信息。這些方法是基于特定材料的非線(xiàn)性光學(xué)特性。術(shù)語(yǔ)"非 線(xiàn)性特性"理解為該材料的特定光學(xué)性能隨著其接收的光強(qiáng)度的變化而變 化。通常導(dǎo)致這種變化的直接原因是由于照射產(chǎn)生的加熱正是讀取激光 自身將在小于讀取激光點(diǎn)的尺寸上通過(guò)熱效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、熱光效應(yīng)和/或 光電效應(yīng)局部改變?cè)摬牧系墓鈱W(xué)性能。因?yàn)樾阅苌系淖兓?，在這個(gè)非常小 容量中存在的光學(xué)信息變得可探測(cè)，而如果沒(méi)有這種變化其將不可能被探
這個(gè)現(xiàn)象原理上是基于所用的讀取激光的兩個(gè)性能
-首先，激光是非常高度集中的，從而具有極小的橫截面(波長(zhǎng)級(jí)的)， 但是其功率分布是Gaussian分布，在中心非常強(qiáng)但周邊極度減弱；以及
-其次，選擇讀取激光功率使得在一小部分橫截面上，在激光束的中心 的功率密度，顯著改變這一層的光學(xué)性能，而在這部分橫截面之外的功率 密度不顯著改變?cè)摴鈱W(xué)性能；改變?cè)摴鈱W(xué)性能使得可以讀取如果沒(méi)有這種 改變而不能被讀取的信息。
例如，所述光學(xué)性能的改變是在讀取由光盤(pán)上形成的物理標(biāo)記組成的 比特需要激光束正好透射到該物理標(biāo)記上的情況下，增加光學(xué)透射。因此將非線(xiàn)性層置于激光束透射到物理標(biāo)記的路徑中。激光束的中心可以穿過(guò) 該層直到所述標(biāo)記，因?yàn)殡S著光穿過(guò)該層，入射光的強(qiáng)度使得該層更加透 明，而激光束周邊將穿不過(guò)去，因?yàn)槠錄](méi)有足夠改變?cè)搶拥墓鈱W(xué)指數(shù)而使 其更透明。因此似乎已經(jīng)使用了穿過(guò)比其波長(zhǎng)所允許的更窄的直徑的光束。 已經(jīng)有很多理論提議來(lái)開(kāi)發(fā)這些原理，但是還沒(méi)有應(yīng)用到工業(yè)上的。
專(zhuān)利US 5153873重復(fù)了這個(gè)理論。專(zhuān)利US 5381391給出了一個(gè)具有非線(xiàn) 性反射性能的膜的實(shí)例。專(zhuān)利US 5569517提出了多種經(jīng)歷結(jié)晶相變化的材料。
目前提供最多選擇的一種技術(shù)是使用氧化鉑(PtOx)層，其夾在兩個(gè) 硫化鋅/氧化硅化合物層之間，這整個(gè)組件插在兩個(gè)AglnSbTe或GeSbTe化 合物層之間，這個(gè)組件再插在硫化鋅/氧化硅化合物層之間。所述AglnSbTe 或GeSbTe材料具有的性能包括在強(qiáng)激光照射的作用下發(fā)生相變化。在以下 文獻(xiàn)中有實(shí)例Applied Physics Letters Vol.83， No. 9， Sept 2003， Jooho Kim 等人的 "Super-Resolution by elliptical bubble formation with PtOx and AglnSbTe layers", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43， No. 7B, 2004， Jooho Kim等人的 "Signal Characteristics of Super-Resolution Near-field Structure Disc in Blue Laser System",和在同一個(gè)期刊上，DuseopYoon等人 的"Super-Resolution Read-Only Memory Disc using .super-Resolution Near-Field Structure Technology"。
在這些文獻(xiàn)中描述的結(jié)構(gòu)主要依賴(lài)于封閉在層之間的氧化鉑膨脹氣泡 (expansion bubble)的產(chǎn)生。這些氣泡在激光寫(xiě)入期間形成，可在讀出期 間識(shí)別，讀取激光的波長(zhǎng)甚至等于氣泡尺寸的數(shù)倍。
然而，這些氣泡很難產(chǎn)生，而且特別難以控制氣泡的體積。還特別難 以調(diào)節(jié)激光功率以獲得讀出時(shí)的超分辨率效果太低的激光功率得不到結(jié) 果，而太高的激光功率顯著降低可能的讀取周期數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單得多的結(jié)構(gòu)，其較容易操作，需要適當(dāng)?shù)淖x取 激光功率水平，并能夠經(jīng)歷很多讀取周期而沒(méi)有顯著降低讀取信號(hào)。本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)直接依賴(lài)于特定材料的非線(xiàn)性特性，而不需要使其經(jīng)受很難控制的氣泡膨脹過(guò)程。
本發(fā)明提供了一種高分辨率光學(xué)信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其包括帶有物理標(biāo)記
的基片，所述物理標(biāo)記的幾何結(jié)構(gòu)確定了所記錄的信息；在所述基片的標(biāo) 記上面的三層疊層；在這個(gè)疊層上的一個(gè)透明保護(hù)層，所述疊層包括插在 兩個(gè)硫化鋅/氧化硅(ZnS/Si02)化合物介電層之間的銻化銦或銻化鎵層。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所述銻化物層周?chē)鶽nS/Si02層的存在使得可以顯著降低在
超分辨率模式中讀取信息需要的讀取激光功率并具有滿(mǎn)意的信噪比?，F(xiàn)在 讀取功率的問(wèn)題很?chē)?yán)重，因?yàn)椋?一方面，需要較高的功率以通過(guò)光學(xué)性能
的局部改變來(lái)獲得超分辨率效應(yīng)，但是另一方面，高功率往往逐漸損壞所 記錄的信息，限制了可能的讀取周期數(shù)，而具有盡可能高的讀取周期數(shù)是 期望的。
所述基片優(yōu)選由聚碳酸酯、塑料或聚合物制成。
在所述化合物中銻的原子比為45%-55%，銦或鎵的比例為45%至達(dá)到 100%的余數(shù)之間。InsoSb5()或Ga5()Sb5()化學(xué)計(jì)量化合物是非常適合的，但是
稍稍偏離化學(xué)計(jì)量也是可接受的。
InSb或GaSb層的厚度優(yōu)選為10-50nm，最好為20-30nm。 ZnS/Si02介電層每層的厚度優(yōu)選為20-100nm，最好為50-70nm。選擇 ZnS和Si02的原子比例優(yōu)選在ZnS 85at%/Si02 15at%(85/15的比例)和ZnS 70at°/。/SiO2 30at% (70/30的比例)之間。
本發(fā)明特別適用于用通常波長(zhǎng)為約400nm的藍(lán)色激光來(lái)讀取信息，然 后在光盤(pán)上預(yù)記錄的信息能夠具有l(wèi)OOnm或更小的尺寸(寬度和長(zhǎng)度)，也 就是說(shuō)小于讀取波長(zhǎng)的四到五倍。然而，本發(fā)明也適用于用紅色激光(波 長(zhǎng)為600-800nm)讀取，這是非常有利的，因?yàn)槠渚哂信c標(biāo)準(zhǔn)分辨率的傳統(tǒng) 光盤(pán)讀出器的相容性-同一個(gè)紅色激光讀出器可以讀取裝有標(biāo)準(zhǔn)分辨率的信 息的盤(pán)，也可以讀取裝有超分辨率形式的信息的盤(pán)。在這種情況下，光盤(pán) 基片上刻的物理標(biāo)記可具有200nm或更小的尺寸(長(zhǎng)度和寬度)。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)在下面參照附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述。 -圖1顯示的是本發(fā)明的光學(xué)信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。-圖2顯示的是對(duì)該結(jié)構(gòu)測(cè)量的作為讀取激光的功率的函數(shù)的反射率曲 線(xiàn)和透射曲線(xiàn)。
-圖3是對(duì)InSb的情況和GaSb的情況分別測(cè)量的作為讀取激光的功率 的函數(shù)的兩個(gè)反射率曲線(xiàn)。
-圖4是基片的原子力顯微鏡圖，在該基片中預(yù)形成了間隔最小80nm 的尺寸最小為80nm的標(biāo)記。
-圖5是顯示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中信噪比的曲線(xiàn)。
-圖6是位于銻化銦層兩邊的各種介電物質(zhì)的信噪比對(duì)比曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是本發(fā)明的光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)的一般結(jié)構(gòu)。它包括基片10, 其優(yōu)選是通常用于光盤(pán)的有機(jī)材料，特別是聚碳酸酯。所述基片在實(shí)踐中 是扁平圓盤(pán)的形式，傳統(tǒng)上是將信息沿著近同心磁道寫(xiě)入盤(pán)中。由箭頭20 表示的讀取激光束置于圓盤(pán)前面，在圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)將看到信息穿過(guò)它。
基片IO包括確定所記錄的信息的物理標(biāo)記，在這個(gè)實(shí)施例中，所述物 理標(biāo)記是浮雕的形式印在基片的上表面上。該浮雕例如是由凹槽形成，其 寬度對(duì)于所有寫(xiě)入的信息都是大致固定的，但其長(zhǎng)度和在信息運(yùn)行方向上 的間距確定了所寫(xiě)入信息的內(nèi)容。信息是通過(guò)分析由該結(jié)構(gòu)反射的激光束 的相來(lái)讀取的，所述相在開(kāi)始時(shí)和通過(guò)每個(gè)物理標(biāo)記后發(fā)生了變化。所述 凹槽可通過(guò)例如用鎳模壓制聚碳酸酯或塑料基片來(lái)預(yù)刻，所述鎳模用非常 高分辨率的電子束蝕刻工具來(lái)制造。
物理標(biāo)記的寬度、長(zhǎng)度和間距可以低于用于讀取它們的光學(xué)讀取系統(tǒng) 的理論光學(xué)分辨率。通常，約400nm波長(zhǎng)的藍(lán)色激光與數(shù)值孔徑為0.85的 聚焦光學(xué)器件一起使用，小心的話(huà)分辨率的理論物理限值為約120nm。這 里，從長(zhǎng)度或間距方面來(lái)說(shuō)，標(biāo)記可以用小于80nm的分辨率來(lái)進(jìn)行預(yù)刻。
在傳統(tǒng)的光盤(pán)中，所述浮雕會(huì)用簡(jiǎn)單的鋁層覆蓋，但是這種鋁層不能 使藍(lán)色激光探測(cè)尺寸和間距為80nm的標(biāo)記。
根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)記用一個(gè)三疊層覆蓋，所述三疊層順序由ZnS/SK)2化 合物的介電層12、銻化銦(InSb)或銻化鎵(GaSb)層14和ZnS/Si02化 合物的介電層16構(gòu)成。所有這些用一個(gè)透明保護(hù)層18覆蓋。所述InSb或GaSb層14是具有非線(xiàn)性光學(xué)性能的層，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該三疊 層結(jié)構(gòu)-GaSb或InSb層兩邊有兩層ZnS/Si02介電層-的反射率可以非常顯著 的增加，當(dāng)其用功率為1-2毫瓦(實(shí)踐中相當(dāng)于每平方微米約7毫瓦的功率 密度)的激光束照射時(shí)。
圖2顯示的是基片+三疊層+保護(hù)層18結(jié)構(gòu)的反射率變化(上部曲線(xiàn)R) 和透射率變化(下部曲線(xiàn)T)作為405nm照射激光的功率的函數(shù)的曲線(xiàn)圖。 下層ZnS/Si02層12具有70nm的厚度，含有約80%ZnS對(duì)20%SiO2 (原子 比)。上層16具有相同的組成，厚度為50nm。中間層是由厚度為20nm、 基本相同化學(xué)計(jì)量組成的InSb構(gòu)成。這個(gè)測(cè)量實(shí)施例表明疊層結(jié)構(gòu)的反射 率隨著照射功率變化很大。因此，對(duì)于約1.3mW功率的讀取激光，因?yàn)榧?光束能量的Gaussian分布，在聚焦點(diǎn)中心和周邊之間反射率將發(fā)生很大變 化，因此有非常顯著的超分辨率效應(yīng)的可能性。
圖3表示其它的測(cè)量，也就是上一段落限定的結(jié)構(gòu)和同樣的用GaSb代 替InSb的結(jié)構(gòu)的反射率對(duì)比測(cè)量。GaSb的結(jié)果較差，因?yàn)樗鼈冃枰^高的 讀取功率，不過(guò)可用的功率范圍更大。
圖4顯示的是，在沉積三疊層12、 14、 16，也就是長(zhǎng)度和間距可變的 盲孔之前信息可預(yù)記錄在基片上。箭頭指示的是基片在讀取激光下面運(yùn)行 的方向。
圖5顯示的是，測(cè)量的以分貝表示的CNR (載噪比)作為讀取激光的 功率的函數(shù)，對(duì)于在其上已形成尺寸為80nm和間距為80nm的固定標(biāo)記的 基片，因此在理論上帶來(lái)激光讀取系統(tǒng)固定頻率的輸出信號(hào)。這些標(biāo)記被 上述三疊層覆蓋，20nm活性層為InSb或GaSb。如果標(biāo)記用25-40nm的鋁 (如在ROM光盤(pán)中)而不是本發(fā)明的三疊層覆蓋，CNR比為0 (根本沒(méi)有 探測(cè)到標(biāo)記)。這些曲線(xiàn)再次表明從功率上來(lái)說(shuō)，銻化銦比銻化鎵更有利， 因?yàn)閷?duì)于1.3mW功率CNR接近35dB，而對(duì)于GaSb為得到相同的CNR功 率卻為2mW。
圖6表示的是在三個(gè)具有固定間距為80nm的預(yù)刻80nm標(biāo)記的基片試 樣上對(duì)比測(cè)量CNR，這些標(biāo)記在這三個(gè)試樣上是一樣的。僅左側(cè)的曲線(xiàn)使 用ZnS/Si02化合物介電層，右側(cè)的兩條曲線(xiàn)分別使用二氧化硅Si02和氮化 硅Si3N4作為介電層。這里非線(xiàn)性光學(xué)層是銻化銦InSb。可以看出在本發(fā)明ZnS/Si02層的情況下需要低得多的讀取功率來(lái)實(shí)現(xiàn)高的CNR。
最后，通過(guò)對(duì)因此記錄的同一信息進(jìn)行多次讀取操作來(lái)對(duì)三種結(jié)構(gòu)的 讀取行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究， 一種結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，另外兩種使用Si02或 SisN4作為介電層。對(duì)于Si02，在2.74毫瓦的功率下可以讀取具有足夠信噪 比的信息，但是卻觀察到在34個(gè)讀取周期后讀取信號(hào)降低。對(duì)于Si3N4， 用2.26毫瓦的功率可以讀取，但是在240個(gè)讀取周期后觀察到信號(hào)降低。 然而，對(duì)于本發(fā)明的ZnS/Si02層，可以用1.66毫瓦的功率讀取信息，并且 僅在8000個(gè)讀取周期后才觀察到顯著的信號(hào)降低。因此這也使得本發(fā)明的 結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比很重要，盡管其已經(jīng)有預(yù)料不到的特征，因?yàn)樗敲?顯基于該結(jié)構(gòu)的反射率的超分辨率的增加，而不是透射的增加，這對(duì)于需 要讀取位于三疊層結(jié)構(gòu)下的物理標(biāo)記，被認(rèn)為是比反射更有利的。
所進(jìn)行的測(cè)試已經(jīng)證明對(duì)于藍(lán)色激光正如紅色激光一樣，本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)的最佳層厚度如下
下層ZnS/Si02層約50-70nm;
GaSb或InSb層約20-30nm;
上層ZnS/Si02層約50-60nm。
ZnS/Si02化合物優(yōu)選的原子組成為約80%ZnS對(duì)20%SiO2。 這些層的沉積沒(méi)有什么特別的問(wèn)題。它們可以通過(guò)陰極濺射包含這些
材料的靶或者通過(guò)等離子體增強(qiáng)氣相沉積來(lái)進(jìn)行常規(guī)沉積，對(duì)活性層和介
電層的沉積都一樣好。
權(quán)利要求
1.高分辨率光學(xué)信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其包括帶有物理標(biāo)記的基片(10)，所述物理標(biāo)記的幾何結(jié)構(gòu)確定了所記錄的信息；在所述基片的標(biāo)記上面的三層疊層(12、14、16)；以及在這個(gè)疊層上的一個(gè)透明保護(hù)層(18)，所述疊層包括插在兩個(gè)硫化鋅/氧化硅(ZnS/SiO2)介電層(12、16)之間的銻化銦或銻化鎵層(14)。
2. 權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述銻化物層(14)中銻的原子比為45°/。-55%，銦或鎵的比例為45%至達(dá)到100%的余數(shù)。
3. 權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銻化物層(14)是化學(xué)計(jì)量的InSb或GaSb層。
4. 權(quán)利要求1-3之一的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述InSb或GaSb銻化物層的厚度為10-50nm。
5. 權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述InSb或GaSb銻化物層的厚度為20-30nm。
6. 權(quán)利要求1-5之一的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述每個(gè)ZnS/Si02介電層都具有20-100nm的厚度。
7. 權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其特征在于，覆蓋所述基片上的標(biāo)記的下層ZnS/Si02層(12)具有約50-70nm的厚度。
8. 權(quán)利要求6或7的結(jié)構(gòu)，其特征在于，上層ZnS/Si02層(16)具有約50-60nm的厚度。
9. 權(quán)利要求l-8之一的結(jié)構(gòu)，其特征在于，選擇ZnS和Si02的原子比例在ZnS 85at°/。/Si02 15at% (85/15的比例)和ZnS 70at%/SiO2 30at% (70/30的比例)之間。
10. 權(quán)利要求l-9之一的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基片由聚碳酸酯制成。
11. 權(quán)利要求1-10之一的結(jié)構(gòu)，其特征在于，刻在基片上的所述物理標(biāo)記是沖壓的凹槽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的結(jié)構(gòu)在制造用于通過(guò)藍(lán)色激光讀取器超分辨率讀取的光盤(pán)上的用途， 一些物理標(biāo)記具有的長(zhǎng)度和寬度小于麵nm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的結(jié)構(gòu)在制造用于通過(guò)紅色激光讀取器超分辨率讀取的光盤(pán)上的用途， 一些物理標(biāo)記具有的長(zhǎng)度和寬度小于200nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及信息的光學(xué)存儲(chǔ)。本發(fā)明提供一種高分辨率光學(xué)信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其包括帶有物理標(biāo)記的基片(10)，所述物理標(biāo)記的幾何結(jié)構(gòu)確定了所記錄的信息；在所述基片的標(biāo)記上面的三層疊層；在這個(gè)疊層上的一個(gè)透明保護(hù)層(18)，所述疊層包括插在兩個(gè)ZnS-SiO₂介電層(12、16)之間的銻化銦或銻化鎵層(14)。所述信息可以高于讀取激光波長(zhǎng)所允許的理論讀取分辨率的分辨率(尺寸和間距)預(yù)記錄在基片上。如果正確選擇激光功率，所述三層疊層的非線(xiàn)性行為使得能夠讀取信息。
文檔編號(hào)G11B7/257GK101606201SQ200880004507
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者B·安德烈, B·霍特, L·普皮內(nèi), P·沙東 申請(qǐng)人:原子能委員會(huì)