DE69837037T2 - Wiederbeschreibbares optisches informationsmedium - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Informationsmedium zum löschbaren schnellen Aufzeichnen mittels eines Laserlichtbündels, wobei das Medium ein Substrat umfasst, das eine Schichtenfolge trägt, und wobei die Schichtenfolge eine erste dielektrische Schicht, eine Aufzeichnungsschicht aus einem Phase-Change-Material (Phasenwechselmaterial) mit einer aus Ge, Sb, Te und O bestehenden Verbindung, eine zweite dielektrische Schicht und eine Metallspiegelschicht in dieser Reihenfolge umfasst.
  • Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines derartigen optischen Informationsmediums bei Anwendungen mit hoher Speicherdichte und hoher Datenrate.
  • Die Speicherung von optischen Informationen oder Daten auf der Grundlage des Phase-Change-Prinzips ist attraktiv, da sie die Möglichkeiten des direkten Überschreibens (Direct Over Write, DOW) und hoher Speicherdichte mit einfacher Kompatibilität mit Nur-Lese-Systemen kombiniert. Optisches Aufzeichnen auf Phase-Change-Basis beinhaltet die Bildung amorpher Aufzeichnungsmarken im Submikrometerbereich in einem dünnen kristallinen Film unter Verwendung eines fokussierten Laserlichtbündels. Während des Aufzeichnens von Informationen wird das Medium in Bezug auf das fokussierte, gemäß den aufzuzeichnenden Informationen modulierte Laserlichtbündel bewegt. In Folge dessen erfolgt ein Abschrecken in der Phase-Change-Aufzeichnungsschicht und bewirkt die Bildung von amorphen Informationsbits in den belichteten Bereichen der Aufzeichnungsschicht, welche in den nicht belichteten Bereichen kristallin bleibt. Löschen von geschriebenen amorphen Marken wird durch Umkristallisieren durch Erwärmen mit dem gleichen Laser erzielt. Die amorphen Marken stellen Datenbits dar, die über das Substrat durch ein energieschwaches fokussiertes Laserlichtbündel wiedergegeben werden können. Reflexionsunterschiede der amorphen Marken in Bezug auf die kristalline Aufzeichnungsschicht führen zu einem modulierten Laserlichtbündel, das anschließend durch einen Detektor in Übereinstimmung mit den codierten aufgezeichneten digitalen Informationen in einen modulierten Fotostrom umgewandelt wird.
  • Eines der Hauptprobleme beim schnellen optischen Aufzeichnen auf Phase-Change-Basis ist die erforderliche Löschgeschwindigkeit (Umkristallisationsgeschwindig keit). Eine hohe Kristallisationsgeschwindigkeit ist insbesondere beim Aufzeichnen mit hoher Dichte und bei Anwendungen mit hoher Datenrate, wie etwa bei scheibenförmiger DVD-RAM und optischem Band, erforderlich, bei denen die Zeit für die vollständige Kristallisation (Zeit für das vollständige Löschen, complete erase time: CET) kürzer als 50 ns sein muss. Wenn die Kristallisationsgeschwindigkeit nicht hoch genug ist, um der linearen Geschwindigkeit des Mediums relativ zum Laserlichtbündel zu entsprechen, können die alten Daten (amorphen Marken) vom vorhergehenden Aufzeichnen während der DOW nicht vollständig entfernt (umkristallisiert) werden. Dies wird einen hohen Rauschpegel bewirken.
  • Ein optisches Informationsmedium der eingangs erwähnten Art ist aus der Patentschrift US 5,100,700 bekannt. Das bekannte Medium des Phase-Change-Typs umfasst ein Substrat, das eine Schichtenfolge trägt, die nacheinander eine erste dielektrische Schicht oder Schutzschicht, eine Aufzeichnungsschicht aus einer Ge-Sb-Te-Phase-Change-Verbindung mit 5 bis 20 Atom-% Sauerstoff, eine zweite dielektrische Schicht und eine Metallreflexionsschicht enthält. Eine derartige Schichtenfolge kann als eine (S)IPIM-Struktur bezeichnet werden, wobei S ein Substrat, M eine Reflexions- oder Spiegelschicht, I eine dielektrische Schicht und P eine Phase-Change-Aufzeichnungsschicht darstellt. Dieses Patent offenbart keinerlei Werte über CET oder die Löschgeschwindigkeit.
  • Wie im Folgenden gezeigt, beeinflusst eine derartige, relativ hohe Sauerstoffkonzentration in der Aufzeichnungsschicht nicht nur den CET-Wert, sondern auch andere wichtige Parameter wie Jitter oder Wiederbeschreibbarkeit nachteilig. Die Wiederbeschreibbarkeit wird als die maximale Anzahl wiederholter Schreibvorgänge (Amorphisierungen) und Löschvorgänge (Umkristallisationen) ausgedrückt, wobei z. B. Jitter oder Änderungen des Reflexionsgrads des Aufzeichnungsmediums unterhalb eines festgelegten Werts bleiben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es unter anderem, ein wiederbeschreibbares optisches Informationsmedium bereitzustellen, das für ein schnelles optisches Aufzeichnen geeignet ist, wie z. B. DVD-RAM oder optisches Band, mit einem CET-Wert von höchstens 50 ns. Schnelles Aufzeichnen bedeutet in diesem Kontext eine lineare Geschwindigkeit des Mediums relativ zum Laserlichtbündel von wenigstens 7,2 m/s, was das Sechsfache der Geschwindigkeit gemäß dem Compact Disc Standard ist. Der CET-Wert sollte vorzugsweise kleiner als 45 ns sein, was für eine lineare Geschwindigkeit von 9,6 m/s erforderlich ist, die dem Achtfachen der CD-Geschwindigkeit entspricht, oder sogar kleiner als 35 ns sein, was für eine lineare Geschwindigkeit von 14,4 m/s erforderlich ist, die dem Zwölffachen der CD-Geschwindigkeit entspricht. Der Jitter des Mediums sollte auf einem niedrigen konstanten Pegel sein. Darüber hinaus sollte das Medium eine gute Wiederbeschreibbarkeit aufweisen.
  • Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch ein optisches Informationsmedium der eingangs erwähnten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verbindung in der Aufzeichnungsschicht eine Zusammensetzung (GeaSbbTec)1-dOd besitzt, wobei: a + b + c = 1
    0,0001 ≤ d ≤ 0,035;
    • – die erste dielektrische Schicht eine Dicke von 70 bis (70 + λ/2n) nm aufweist, wobei λ die Wellenlänge des Laserlichtbündels und n der Brechungsindex dieser Schicht ist;
    • – die Aufzeichnungsschicht eine Dicke von 10 bis 35 nm aufweist;
    • – die zweite dielektrische Schicht eine Dicke von 10 bis 50 nm aufweist und
    • – die Metallspiegelschicht eine Dicke von 60 bis 160 nm aufweist.
  • Es wurde festgestellt, dass in Ge-Sb-Te-basierten Verbindungen der CET-Wert drastisch verringert werden kann, wenn der Verbindung Sauerstoff in kleinen Mengen im Bereich von 0,01 bis 3,5 Atom-% und vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,2 Atom-% zugefügt wird. Infolge der Prozessverhältnisse, unter denen die Aufzeichnungsschicht erhalten wird – z. B. durch Sputtern in einer Schutzgasatmosphäre, wobei unvermeidlich ein Sauerstoff-Hintergrunddruck vorhanden sein wird – können niedrigere Sauerstoffwerte kaum erhalten werden. Bei einer Sauerstoffkonzentration über 3,5 Atom-% steigt der CET-Wert der Aufzeichnungsschicht auf über 50 ns an und der Jitter und die DOW-Wiederbeschreibbarkeit werden nachteilig beeinflusst. Außerdem wird die maximale Änderung der amorphen und kristallinen Reflexion während des DOW inakzeptabel. Darüber hinaus können die aufgezeichneten Daten (amorphen Marken) instabil werden, da sich bei zu hohem Sauerstoffgehalt leicht Oxide bilden.
  • Bei den Ge-Sb-Te-Verbindungen, denen Sauerstoff hinzugefügt wird, kann eine große Vielzahl von Zusammensetzungen verwendet werden. Zum Beispiel jene, die in der Patentschrift US 5,289,453 offenbart sind. In dieser Patentschrift werden Verbindungen GexSbyTez beschrieben, die sich im Dreiecksdiagramm ternärer Ge-Sb-Te-Zusammensetzungen in einem Bereich befinden, bei dem die atomaren Anteile x, y und z die folgenden Bedingungen erfüllen: 45 ≤ z ≤ 55,5, 0,5 ≤ y/(x + y) ≤ 0,72 und x + y + z = 100.
  • Besonders nützlich sind die Verbindungen, die in der internationalen Patentanmeldung WO 1997 050084-A1, eingereicht durch Anmelder, beschrieben sind. Diese Verbindungen haben eine Zusammensetzung, die in atomaren Anteilen durch die Formel Ge50xSb40-40xTe60-10x definiert ist, wobei 0,166 ≤ x ≤ 0,444. Diese Zusammensetzungen befinden sich auf der Linie, die im Dreiecksdiagramm für Ge-Sb-Te-Zusammensetzungen die Verbindungen GeTe und Sb2Te3 verbindet, und enthalten die stöchiometrischen Verbindungen Ge2Sb2Te5 (x = 0,445), GeSb2Te4 (x = 0,286) und GeSb4Te7 (x = 0,166). Diese Verbindungen besitzen einen niedrigen CET-Wert von weniger als 100 ns.
  • Bevorzugte Verbindungen sind in der europäischen Patentanmeldung EP 0951717-A1, eingereicht durch die Anmelder, beschrieben. Diese Verbindungen besitzen eine Zusammensetzung, die, in atomaren Anteilen definiert, im Diagramm ternärer Ge-Sb-Te-Zusammensetzungen in einem Bereich liegen, der eine Fünfeck-Form mit folgenden Eckpunkten besitzt:
    Ge14,2Sb25,8Te60,0 (P)
    Ge12,7Sb27,3Te60,0 (Q)
    Ge13,4Sb29,2Te57,4 (R)
    Ge15,1Sb27,8Te57,1 (S)
    Ge13,2Sb26,4Te60,4 (T)
  • Mit diesen Verbindungen können CET-Werte unter 50 ns erreicht werden.
  • Besonders nützlich sind Verbindungen mit einer Zusammensetzung (GeSb2Te4)1-xTex, wobei der molare Anteil x die Bedingung 0,01 ≤ x ≤ 0,37 erfüllt. Diese Zusammensetzungen befinden sich auf der Konode, die GeSb2Te4 und Te im Diagramm ternärer Zusammensetzungen verbindet, jedoch innerhalb des fünfeckigen Bereichs PQRST. Mit diesen Verbindungen können CET-Werte unter 45 ns erhalten werden.
  • Wenn den oben erwähnten Ge-Sb-Te-Verbindungen Sauerstoff innerhalb der Werte gemäß der Erfindung hinzugefügt wird, können sogar noch kleinere CET-Werte erhalten werden.
  • Die erste dielektrische Schicht, d. h. die Schicht zwischen dem Substrat und der Phase-Change-Aufzeichnungsschicht, schützt die Aufzeichnungsschicht vor Feuchtigkeit und das Substrat vor thermischer Beschädigung und optimiert den optischen Kontrast. Im Hinblick auf den Jitter beträgt die Dicke der ersten dielektrischen Schicht vorzugsweise mindestens 70 nm. Im Hinblick auf den optischen Kontrast ist die Dicke dieser Schicht auf (70 + λ/2n) nm begrenzt, wobei λ die Wellenlänge des Laserlichtbündels und n der Brechungsindex der ersten dielektrischen Schicht ist.
  • Der CET-Wert der oben erwähnten Ge-Sb-Te-O-Verbindungen hängt von der Schichtdicke der Aufzeichnungsschicht ab. Der CET-Wert verringert sich bei Zunahme der Schichtdicke auf bis zu 10 nm rasch. Wenn die Aufzeichnungsschicht dicker als 25 nm ist, ist der CET-Wert im Wesentlichen von der Dicke unabhängig. Über 35 nm wird die Wiederbeschreibbarkeit des Mediums nachteilig beeinflusst. Die Wiederbeschreibbarkeit des Mediums wird gemessen durch die relative Änderung des optischen Kontrasts nach einer großen Anzahl von DOW-Zyklen, z. B. 105. In jedem Zyklus werden die geschriebenen amorphen Bits durch Umkristallisation mittels Erwärmen mit einem Laserlichtbündel gelöscht, während die neuen amorphen Marken geschrieben werden. Im Idealfall bleibt der optische Kontrast nach dem zyklischen Durchlaufen unverändert. Die Wiederbeschreibbarkeit ist bis zu einer Schichtdicke der Aufzeichnungsschicht von 35 nm praktisch konstant. Als ein Ergebnis der kombinierten Forderungen in Bezug auf CET und Wiederbeschreibbarkeit sollte die Dicke der Aufzeichnungsschicht in einem Bereich von 10 bis 35 nm liegen, wobei ein Bereich von 20 bis 35 nm bevorzugt und ein Bereich von 25 bis 35 nm noch bevorzugter ist. Ein Medium, das eine Aufzeichnungsschicht mit einer Dicke von 25 bis 35 nm aufweist, hat während der ersten 105 DOW-Zyklen einen konstanten geringen Jitter.
  • Ein optimaler Bereich für die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht, d. h. der Schicht zwischen der Aufzeichnungsschicht und der Metallspiegelschicht, wurde bei 10 bis 50 nm, vorzugsweise 20 bis 40 nm, ermittelt. Wenn diese Schicht zu dünn ist, wird die Wärmeisolierung zwischen der Aufzeichnungsschicht und der Metallspiegelschicht nachteilig beeinflusst. Folglich wird die Abkühlgeschwindigkeit der Aufzeichnungsschicht erhöht, was zu einem langsamen Kristallisationsprozess und einer schlechten Wiederbeschreibbarkeit führt. Die Abkühlgeschwindigkeit wird durch Erhöhung der Dicke der zweiten dielektrischen Schicht verringert.
  • Der CET-Wert ist nicht empfindlich auf die Dicke der Metallspiegelschicht, im Bereich von 20 bis 200 nm. Die Wiederbeschreibbarkeit wird jedoch nachteilig beeinflusst, wenn die Metallspiegelschicht dünner als 60 nm ist, da die Abkühlgeschwindigkeit zu niedrig ist. Wenn die Metallspiegelschicht eine Dicke von 160 nm oder mehr hat, verschlechtert sich die Wiederbeschreibbarkeit weiter und die Aufzeichnungs- und Löschleis tung muss wegen der erhöhten Wärmeleitung hoch sein. Die Dicke der Metallspiegelschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 120 nm.
  • Die erste und die zweite dielektrische Schicht können aus einer Mischung aus ZnS und SiO2, z. B. (ZnS)80(SiO2)20, hergestellt sein. Alternativen sind z. B. SiO2, TiO2, ZnS, AlN, Si3N4 und Ta2O5. Vorzugsweise wird ein Carbid verwendet, wie z. B. SiC, WC, TaC, ZrC oder TiC. Diese Materialien ergeben eine höhere Kristallisationsgeschwindigkeit und eine bessere Wiederbeschreibbarkeit als ein ZnS-SiO2-Gemisch.
  • Für die Metallspiegelschicht können Metalle, wie etwa Al, Ti, Au, Ag, Cu, Rh, Pt, Pd, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, W, Hf und Ta, einschließlich Legierungen hiervon verwendet werden. Beispiele geeigneter Legierungen sind AlTi, AlCr und AlTa.
  • Sowohl die reflektierenden Schichten als auch die dielektrischen Schichten können durch Aufdampfen oder Sputtern (Vakuumzerstäuben) gebildet werden.
  • Das Substrat des Informationsmediums ist zumindest für die Laserwellenlänge transparent und wird z. B. aus Polycarbonat, Polymethylmethacrylat (PMMA), amorphem Polyolefin oder Glas hergestellt. In einem typischen Beispiel ist das Substrat scheibenförmig und hat einen Durchmesser von 120 mm und eine Dicke von 0,1, 0,6 oder 1,2 mm.
  • Das Substrat kann alternativ in Form eines flexiblen Bands aus Kunstharz sein, das z. B. aus einer Polyesterfolie hergestellt wird. Auf diese Weise wird ein optisches Band zur Verwendung in einem optischen Bandrecorder erhalten, der z. B. auf einem sich schnell drehenden Polygon beruht. Bei einer derartigen Einrichtung führt das reflektierte Laserlichtbündel Querabtastungen über die Bandoberfläche durch.
  • Die Oberfläche des scheibenförmigen Substrats auf der Seite der Aufzeichnungsschicht ist vorzugsweise mit einer Servospur versehen, die optisch abgetastet werden kann. Diese Servospur ist häufig durch eine spiralförmige Rille gebildet und wird im Substrat mittels einer Form während des Spritzgießens oder des Pressens ausgebildet. Diese Rille kann alternativ in einem Replikationsprozess in einer Kunstharzschicht, z. B. einer mittels UV-Licht gehärteten Schicht aus Acrylat, gebildet werden, die auf dem Substrat separat vorgesehen ist. Beim Aufzeichnen mit hoher Dichte hat eine derartige Rille einen Abstand von z. B. 0,6–0,8 μm und eine Breite von 0,5 μm.
  • Optional wird die äußerste Schicht der Schichtenfolge durch eine Schutzschicht z. B. aus mittels UV-Licht gehärtetem Polymethacrylat von der Umgebung abgeschirmt.
  • Das Aufzeichnen mit hoher Dichte und das Löschen können erreicht werden, indem ein Laser mit kurzer Wellenlänge, z. B. mit einer Wellenlänge von höchstens 675 nm (rot bis blau), verwendet wird.
  • Die Phase-Change-Aufzeichnungsschicht kann durch Vakuumaufdampfung, Elektronenstrahl-Vakuumaufdampfung, chemische Aufdampfung, Ionenplattierung oder Sputtern aufgebracht werden. Wenn das Sputtern angewendet wird, kann ein Sputtertarget mit der gewünschten Menge Sauerstoff angewendet werden oder es kann ein Ge-Sb-Te-Target verwendet werden, wodurch die Menge des Sauerstoffs im Sputtergas gesteuert wird. In der Praxis liegt die Sauerstoffkonzentration im Sputtergas im Bereich von nahezu 0 bis 1 Vol.-%. Die aufgedampfte Schicht ist amorph und besitzt eine geringe Reflexion. Um eine geeignete Aufzeichnungsschicht zu bilden, die eine hohe Reflexion besitzt, muss diese Schicht zuerst vollständig kristallisiert sein, was gewöhnlich als Initialisierung bezeichnet wird. Zu diesem Zweck kann die Aufzeichnungsschicht in einem Ofen auf eine Temperatur über der Kristallisationstemperatur der Ge-Sb-Te-O-Verbindung, z. B. 180 °C, erwärmt werden. Alternativ kann ein Kunstharzsubstrat wie etwa Polycarbonat durch ein Laserlichtbündel mit ausreichender Energie erwärmt werden. Dies kann z. B. in einem Recorder durchgeführt werden, wobei in diesem Fall das Laserlichtbündel die sich bewegende Aufzeichnungsschicht abtastet. Die amorphe Schicht wird dann lokal auf die Temperatur erwärmt, die für die Kristallisation der Schicht erforderlich ist, ohne dass das Substrat einer ungünstigen Wärmebelastung ausgesetzt wird.
  • Wenn erwünscht, können eine zusätzliche dünne Metallschicht und eine dielektrische Schicht zwischen dem Substrat und der ersten dielektrischen Schicht eingefügt werden, wodurch eine so genannte (S)IMIPIM-Struktur gebildet wird. Wenngleich die Struktur komplizierter wird, erhöht die zusätzliche Metallschicht die Abkühlgeschwindigkeit der Aufzeichnungsschicht sowie den optischen Kontrast.
  • Die Kristallisationsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden, wenn die oben genannten Materialien in einer Schichtenfolge II+PI+IM oder II+PIM verwendet werden, wobei I+ ein Carbid, Nitrid oder Oxid ist. Experimente zeigen, dass der CET-Wert einer II+PI+IM-Schichtenfolge weniger als 70 % des CET-Wertes einer IPIM-Schichtenfolge beträgt.
  • Die Erfindung wird mittels beispielhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen optischen Informationsmediums;
  • 2 die Abhängigkeit der Zeit für das vollständige Löschen (CET in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht 3;
  • 3 die Abhängigkeit der Keimbildungszeit t (in ns) und des CET-Werts (in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht;
  • 4 die Abhängigkeit des Jitters J (in % Tc) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht nach 1000 DOW-Zyklen;
  • 5 die Anzahl n von DOW-Zyklen als eine Funktion von [O] in Atom-% in der Aufzeichnungsschicht;
  • 6 die Kristallisationstemperatur Tx (°C) als eine Funktion von [O] (in Atom-%);
  • 7 die relative Änderung R4000/R0 der kristallinen Reflexion R als eine Funktion von [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht und
  • 8 die Abhängigkeit der Keimbildungszeit t (in ns) und des CET-Werts (in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht.
  • Beispielhafte Ausführungsform 1
  • 1 zeigt schematisch einen Teil eines Querschnitts einer optischen Informationsplatte gemäß der Erfindung. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein scheibenförmiges Polycarbonat-Substrat mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Dicke von 1,2 mm. Das Substrat 1 ist mit einer IPIM-Schichtenfolge der folgenden Struktur versehen:
    • – erste dielektrische Schicht 2 aus (ZnS)80(SiO2)20 mit einer Dicke d2 = 135 nm,
    • – Aufzeichnungsschicht 3 aus einer Legierung aus Ge-Sb-Te-O mit einer Dicke d3 = 27 nm,
    • – zweite dielektrische Schicht 4 aus (ZnS)80(SiO2)20 mit einer Dicke d4 = 26 nm,
    • – Metallspiegelschicht 5 aus Al mit einer Dicke d5 = 80 nm.
  • Alle Schichten werden durch Sputtern geschaffen. Der Sauerstoffgehalt in der Aufzeichnungsschicht 3 wird durch das Hinzufügen einer Menge an Sauerstoff zum Argon-Sputtergas gesteuert. Aufzeichnungsschichten werden mit einer Sauerstoffmenge zwischen 0,01 und 7,0 Atom-% abgeschieden. Der Sauerstoffgehalt in der Aufzeichnungsschicht 3 wird durch XRF-Analyse und Auger-Elektronenspektroskopie ermittelt. Wenn dem Sputtergas kein Sauerstoff hinzugefügt wird, liegt die Menge an Sauerstoff in der Auf zeichnungsschicht 3 unter 0,01 Atom %. Die Zusammensetzung der Aufzeichnungsschicht 3 lautet dann in atomaren Anteilen: Ge13,75Sb27,40Te58,85. Diese Zusammensetzung entspricht dem Beispiel 2 in der oben erwähnten europäischen Patentanmeldung EP 0951717-A1. Wenn der Aufzeichnungsschicht Sauerstoff hinzugefügt wird, wird die (gerundete) Zusammensetzung zu: (Ge0,14Sb00,27Te0,59)1-dOd.
  • Der anfängliche kristalline Zustand der Aufzeichnungsschicht 3 wird durch Erwärmen der abgeschiedenen amorphen Legierung mit einem fokussierten Laserlichtbündel in einem Recorder erhalten.
  • Ein Laserlichtbündel zum Aufzeichnen, Wiedergeben und Löschen von Informationen tritt über das Substrat 1 in die Aufzeichnungsschicht 3 ein. Dieses Bündel ist schematisch durch einen Pfeil 6 dargestellt. Die amorphen Marken werden mit einem einzelnen Laserimpuls mit der Leistung Pw = 1,25 Pm (Pm = Leistungsschwellenwert zum Schmelzen) und der Dauer 100 ns geschrieben. Die Löschleistung beträgt Pw/2.
  • Kurve A in 2 zeigt die Abhängigkeit der Zeit für das vollständige Löschen (CET in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht 3. Der CET-Wert ist definiert als die minimale Dauer des Löschimpulses zur vollständigen Kristallisation einer geschriebenen amorphen Marke in einer kristallinen Umgebung, die statisch gemessen wird. Der CET-Wert der Aufzeichnungsschicht ohne hinzugefügten Sauerstoff beträgt 43 ns. Das Hinzufügen von bis zu 2 Atom-% Sauerstoff (d = 0,02) zur Aufzeichnungsschicht verringert den CET-Wert auf 33 ns, der niedrig genug für eine lineare Geschwindigkeit von 14,4 m/s oder das Zwölffache der Geschwindigkeit gemäß dem CD-Standard ist.
  • Kurve C in 3 zeigt die Abhängigkeit der Keimbildungszeit t (in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom %) in der Aufzeichnungsschicht. Die Keimbildungszeit ist die Zeit, die verstreicht, bevor die ersten Kristallite beobachtet werden können; sie ist kürzer als die Zeit, die für die vollständige Kristallisation erforderlich ist (Kurve A). Kurve A in 3 zeigt den CET-Wert (in ns), der derselbe wie in 2 ist. Es ist ersichtlich, dass die Keimbildungszeit nahezu unabhängig von [O] ist.
  • 4 zeigt die Abhängigkeit des Jitters J (in % Tc) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht nach 1000 DOW-Zyklen für zwei unterschiedliche Aufzeichnungsgeschwindigkeiten, und zwar bei 7,2 m/s (das Sechsfache der CD-Geschwindigkeit), angegeben durch Kurve D, und bei 9,6 m/s (das Achtfache der CD-Geschwindigkeit), angegeben durch Kurve E. Während des DOW werden neue amor phe Bits geschrieben und gleichzeitig werden die Bereiche zwischen den neuen amorphen Bits während desselben Durchgangs des Laserpunkts kristallisiert. Jitter, der die Standardabweichung der Differenz zwischen den Flanken einer aufgezeichneten Marke und der Position darstellt, die der Taktdauer wiederhergestellter Daten entspricht, ist ein Standardparameter, der zum Beurteilen der Wiederbeschreibbarkeit einer Platte verwendet wird. Der Jitter muss unter 13 % der Taktdauer Tc liegen, d. h. 30 ns bei CD-Geschwindigkeit (1,2 m/s; Taktdauer 230 ns). Sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Flanken der Marken werden gemessen. Für dieses Experiment werden die Platten auf einer Seite des Substrats mit einer spiralförmigen Servospur in Form einer Rille versehen und im Recorder initialisiert. Die Rille wird in einer mittels UV-Licht gehärteten Schicht aus Acrylat durch einen Replikationsprozess erzeugt. Aus 4 ist ersichtlich, dass der DOW-Jitter um mehr als 0,5 % der absoluten Zeit Tc verringert ist, was ein Anzeichen dafür ist, dass ein kürzeres Kanalbit aufgezeichnet werden kann. Dies ist sehr wichtig im Hinblick darauf, eine größere tangentiale Aufzeichnungsdichte zu erreichen.
  • 5 zeigt die Anzahl n von DOW-Zyklen als eine Funktion von [O] in Atom-% in der Aufzeichnungsschicht. Die Anzahl n ist definiert als die Anzahl der DOW-Zyklen, wenn der Jitter 13 % Tc bei einer linearen Geschwindigkeit von 7,2 m/s erreicht. Die Kurve zeigt, dass die Anzahl der DOW-Zyklen durch die Hinzufügung von 2 Atom % Sauerstoff zur Aufzeichnungsschicht um einen Faktor 3 verbessert werden kann.
  • In 6 zeigt Kurve A die Kristallisationstemperatur Tx (°C) als eine Funktion von [O] (in Atom-%). Die Kurve zeigt, dass Tx signifikant ansteigt, was bedeutet, dass ein kleinerer Spurabstand ohne verstärkte Querlöschung erreicht werden kann.
  • 7 zeigt die relative Änderung R4000/R0 der kristallinen Reflexion R als eine Funktion von [O] (in Atom-%), wobei R4000 die kristalline Reflexion nach 4000 Zyklen und R0 die kristalline Reflexion bei 0 Zyklen ist. In jedem Zyklus werden die geschriebenen amorphen Bits durch Umkristallisation mittels Erwärmung mit einem Laserlichtbündel gelöscht, während neue amorphe Marken geschrieben werden. Im Idealfall bleibt die Reflexion R nach dem zyklischen Durchlaufen unverändert. Aus praktischen Gründen sollte die relative Änderung vorzugsweise unter 15 % liegen. Aus der Kurve folgt, dass für diesen Aspekt [O] kleiner als 3 Atom-% sein sollte.
  • Beispielhafte Ausführungsform 2
  • Die beispielhafte Ausführungsform 1 wird wiederholt, unter Verwendung einer Aufzeichnungsschicht 3 mit der Zusammensetzung (Ge0,15Sb00,29Te0,56)1-dOd. Ohne Hinzufügung von Sauerstoff entspricht diese Zusammensetzung dem Beispiel 17 in der oben erwähnten europäischen Patentanmeldung EP 0951717-A1.
  • Kurve B in 2 zeigt die Abhängigkeit der Zeit für das vollständige Löschen (CET in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht 3. Der CET-Wert der Aufzeichnungsschicht ohne hinzugefügten Sauerstoff beträgt 75 ns. Das Hinzufügen von bis zu 2 Atom-% Sauerstoff (d = 0,02) zur Aufzeichnungsschicht verringert den CET-Wert auf 43 ns, was niedrig genug für eine lineare Geschwindigkeit von 9,6 m/s oder das Achtfache der Geschwindigkeit gemäß dem CD-Standard ist.
  • In 6 zeigt Kurve B die Kristallisationstemperatur Tx (°C) als eine Funktion von [O] (in Atom-%). Die Kurve zeigt, dass Tx signifikant ansteigt, wenn [O] ansteigt, was bedeutet, dass ein kleinerer Spurabstand ohne verstärkte Querlöschung erreicht werden kann.
  • Kurve F in 8 zeigt die Abhängigkeit der Keimbildungszeit t (in ns) von der Sauerstoffkonzentration [O] (in Atom-%) in der Aufzeichnungsschicht. Kurve B zeigt den CET-Wert (in ns), der derselbe wie in 2 ist.
  • Gemäß der Erfindung wird ein wiederbeschreibbares optisches Phase-Change-Informationsmedium geschaffen, wie etwa eine DVD-RAM oder ein optisches Band, mit einem CET-Wert von höchstens 50 ns, welches zum direkten Überschreiben und schnellen Aufzeichnen geeignet ist und eine gute Wiederbeschreibbarkeit sowie einen geringen Jitter bei einer linearen Geschwindigkeit von 7,2 m/s oder mehr aufweist. Das Hinzufügen von Sauerstoff erhöht die Kristallisationsgeschwindigkeit der Ge-Sb-Te-Materialien beträchtlich, sodass diese Materialien zum Aufzeichnen mit hoher Datenrate verwendet werden können. Folglich kann der Sauerstoffgehalt von Ge-Sb-Te verwendet werden, um die Kristallisationsgeschwindigkeit auf den gewünschten Wert abzustimmen.
  • Inschrift der Zeichnung
    • 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
    • atom% Atom-%

Claims (8)

  1. Optisches Informationsmedium zum löschbaren schnellen Aufzeichnen mittels eines Laserlichtbündels, wobei das Medium ein Substrat umfasst, das eine Schichtenfolge trägt, und wobei die Schichtenfolge eine erste dielektrische Schicht, eine Aufzeichnungsschicht aus einem Phase-Change-Material (Phasenwechselmaterial) mit einer aus Ge, Sb, Te und O bestehenden Verbindung, eine zweite dielektrische Schicht und eine Metallspiegelschicht in dieser Reihenfolge umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass – die Verbindung eine Zusammensetzung (GeaSbbTec)1-dOd besitzt, wobei: a + b + c = 1 0,0001 ≤ d ≤ 0,035, – die erste dielektrische Schicht eine Dicke von 70 bis (70 + λ/2n) nm aufweist, wobei λ die Wellenlänge des Laserlichtbündels und n der Brechungsindex dieser Schicht ist, – die Aufzeichnungsschicht eine Dicke von 10 bis 35 nm aufweist, – die zweite dielektrische Schicht eine Dicke von 10 bis 50 nm aufweist und – die Metallspiegelschicht eine Dicke von 60 bis 160 nm aufweist.
  2. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verbindung gilt: 0,001 ≤ d ≤ 0,020.
  3. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnungsschicht eine Dicke von 20 bis 35 nm und vorzugsweise von 25 bis 35 nm aufweist.
  4. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite dielektrische Schicht eine Dicke von 20 bis 40 nm aufweist.
  5. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallspiegelschicht eine Dicke zwischen 80 und 120 nm aufweist.
  6. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallspiegelschicht mindestens eines der Metalle umfasst, die aus einer Gruppe gewählt werden, welche aus Al, Ti, Au, Ag, Cu, Rh, Pt, Pd, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, W, Hf und Ta einschließlich Legierungen hiervon besteht.
  7. Optisches Informationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Platte oder ein Band ist.
  8. Verwendung eines optischen Mediums zum schnellen Aufzeichnen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die relative Geschwindigkeit zwischen dem Laserlichtbündel und dem Medium mindestens 7,2 m/s beträgt.
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