JP2577353B2

JP2577353B2 - 情報記録媒体

Info

Publication number: JP2577353B2
Application number: JP61117965A
Authority: JP
Inventors: 克己鈴木; 直正中村; 忠小林
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPS62275336A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、光ビームにより情報を記録再生すると共
に、消去可能のいわゆるイレーザブル光ディスク等の情
報記録媒体に関する。

（従来の技術）従来、結晶と非晶質との間の相変化を利用して情報を
記録消去するイレーザブル光ディスクが開発されてい
る。この光ディスクにおいては、光ビームを記録ビット
部に照射することによって、この記録ビット部にて結晶
非晶質の相変化を生じさせ、各相における複素屈折率が
異なることを利用して情報を読取る。このため、この光
ディスクには、光ビームの照射による加熱及びその後の
急冷によって容易に非晶質になる材料が使用される。従
来、このような材料として、TeO_x及びTe−Sn−Se等のカ
ルコゲナイド系材料又はAuSi及びGeTe等の共晶合金材料
が開発されている（例えば、TeO_xについては、竹永著
「書き換え可能な大容量光ディスク］日本学術振興会第
131委員会第116回研究資料；昭和58年５月26日に解説さ
れている）。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、カルコゲナイド系材料においては、そ
の非晶質相が安定でないという問題点があり、一方、非
晶合金材料においては、結晶化に時間がかかり、情報を
高速で消去することが困難であるという欠点がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであっ
て、安定して情報を記録することができると共に、その
高速消去が可能の相変化型情報記録媒体を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明に係る情報記録媒体は、光ビームにより情報
を記録及び再生すると共に、この情報を消去可能な記録
膜を有する情報記録媒体において、この記録膜は、状態
図上で金属間化合物又は規則合金が安定相として現れる
合金系であって、その準安定相として液相線の外挿によ
り規定される共晶合金が現れる合金系の合金を、その共
晶合金が現れる組成範囲内で含ませてなることを特徴と
する。

（作用）この発明においては、金属間化合物又は規則合金が安
定相として現れる合金系であって、その金属間化合物又
は規則合金が、結晶核が形成されないとか、冷却が早く
て結晶化されないとかの事情で現れず、その替りに準安
定相として液相線の外挿により規定される共晶合金が現
れるような合金を情報記録材料として使用する。このよ
うな合金を、その共晶合金が現れる組成範囲内に成分調
整すると、その合金を一旦加熱溶融して急冷することに
より、非晶質相が得られる。この非晶質合金材料を結晶
化温度以上に加熱して結晶化することにより、記録媒体
が初期化される。そして、この記録媒体に光ビームを照
射すると、その照射領域が溶融し急冷されて非晶質相と
なる。これにより、情報が記録される。この非晶質相領
域を結晶化温度以上に加熱すると、この領域が結晶化し
て金属間化合物又は規則合金が現れる。これにより、情
報が消去される。情報の消去のためには、記録媒体全体
をヒータ等で加熱してもよいが、情報の記録時に使用す
る光ビームの出力より小さい出力の光ビームを使用して
記録ビット部のみを結晶化温度以上に加熱することも可
能である。

この発明に係る情報記録媒体用材料は、結晶化温度が
室温以上であるから、室温において、非晶質相が安定的
に存在する。この準安定相である非晶質相は結晶化温度
以上に加熱されて金属間化合物又は規則合金になる。こ
のため、結晶化に際しての原子の移動距離は短いので、
高速の情報消去が可能である。

（実施例）以下、添付の図面を参照してこの発明の実施例につい
て具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る
光ディスクを示す断面図である。基板１は透明で経時変
化が少ない材料で作られており、例えば、ガラス、PMMA
樹脂、ポリカーボネイト（PC）樹脂、エポキシ樹脂、又
は石英等の材料で作ることができる。

この基板１の上には、保護層２が形成されており、保
護層２の上には情報を記録するための記録層３が形成さ
れている。記録層３の上には保護層４が形成され、保護
層４の上には更に保護層５が形成されている。

保護層２及び４は記録層３を間に挟むように配設され
ており、光ビームによる記録消去に際して記録層３が飛
散したり、穴が開いてしまうことを防止する。この保護
層2,4は、通常、SiO₂、SiO、又はAlN等の誘電体を、蒸
着法又はスパッタリング法等を使用して成膜することに
より形成することができる。この保護層2,4の層厚は夫
々10Å乃至10μｍであることが好ましい。

保護層５は、光ディスクの取り扱い上、疵が保護層４
に発生することを防止するためのものであって、保護層
４との密着性が良好な材料で形成される。この保護層５
は紫外線硬化樹脂を保護層４の上に塗布し、この樹脂層
に紫外線を照射して硬化させることにより形成すること
ができる。この保護層５により、光ディスクが外的要因
による損傷から保護される。

記録層３は、状態図上で金属間化合物又は規則合金が
安定相として現れる合金系であって、その準安定相とし
て液相線の外挿により規定される共晶合金（以下、深い
準安定共晶合金という）が現れる合金系において、その
共晶合金が現れる組成範囲内に成分調整した合金で形成
してある。

このような深い準安定共晶合金としては、40乃至70原
子％のMgを含むAl−Mg合金、18乃至45原子％のAsを含む
Cu−As合金、10乃至70原子％のCaを含むMg−Ca合金、60
乃至85原子％のMgを含むCu−Mg合金、40乃至68原子％の
Sbを含むＫ−Sb合金、20乃至85原子％のPbを含むMg−Pb
合金、又は10乃至90原子％のSnを含むMg−Sn合金等があ
る。

第２図（ａ）は、このような準安定共晶合金が現れる
Ａ−Ｂ合金系の代表的な状態図で示す。純金属Ａと純金
属Ｂとにより構成される２元系合金において、このＡ及
びＢ成分を所定の割合いで有する金属間化合物10が存在
する。一方、液相線11,13を延長すると、点15にて交差
する。従って、この状態図において、安定相である金属
間化合物10が、結晶核が形成されないとか、冷却速度が
早すぎて結晶化されないとかの何らかの理由で形成され
ない場合に、準安定相として液相線11,13の外挿線12,14
により規定される準安定共晶合金が形成される。点15は
この準安定共晶合金の共晶点になる。この液相線11,13
の傾斜が大きい場合にこの準安定共晶は深い共晶系にな
るので、この系を深い準安定共晶合金と呼ぶことができ
る。

この第２図（ａ）に示す合金系について、温度T₁にお
ける各相の自由エネルギの変化を第２図（ｂ）に示す。
純金属Ａ及びＢの混合物の自由エネルギは純金属Ａの自
由エネルギ曲線（実線16にて示す）と純金属Ｂの自由エ
ネルギ曲線（実線17にて示す）との共通接線である実線
18により現される。一方、この温度T₁では、金属間化合
物10が最も安定であることから、金属間化合物の自由エ
ネルギの変化曲線（実線19にて示す）はその組成におい
て鋭く降下している。実線20は過冷却の液体の自由エネ
ルギ変化曲線であり、破線21は過冷却液体の自由エネル
ギ変化曲線（実線20）と純金属Ａ又はＢの自由エネルギ
変化曲線（実線16,17）との共通接線である。また、破
線22は金属間化合物の自由エネルギ変化曲線（実線19）
と純金属Ａ又はＢの自由エネルギ変化曲線（実線16,1
7）との共通接線である。なお、過冷却液体はこの温度
において純金属Ａ及びＢの相互拡散によって非晶質化し
ている。

このような自由エネルギの変化をそのヒエラルキから
考察すると、先ず、金属間化合物と純金属との自由エネ
ルギの共通接線が最も低いので、この金属間化合物が最
も安定である。しかし、実線20にて示す非晶質相の自由
エネルギ変化曲線と，実線16,17にて示す純金属A,Bの自
由エネルギ変化曲線との共通接線21は、純金属の混合物
の自由エネルギ（実線18）よりも低い。このため、非晶
質相のヒエラルキは純金属のヒエラルキよりも下にある
から、図中ａ及びｂにて示す組成範囲内においては、非
晶質相が準安定に存在する。つまり、ａとｂとの間の組
成に純金属を混合して相互拡散させると、完全な非晶質
相が準安定的に形成される。なお、このような非晶質に
なりやすい合金について、液相線に基づいて考察した論
文［アモルファス金属の熱力学］と題する文献（固体物
理第20巻第８号の第77乃至85頁）に記載されている。

以上説明したように、金属間化合物又は規則合金が現
れる合金系において、その液相線の外挿線が深い共晶系
となるような合金においては、安定相として金属間化合
物又は規則合金が現れ、準安定相として非晶質相が現れ
る。この発明においては、このような深い準安定共晶合
金を記録層３に使用する。

この記録層３の層厚は10Å乃至５μｍであることが好
ましい。また、この合金からなる記録層３は、この合金
をターゲットに使用した通常のスパッタ法、各純金属を
ターゲットに使用した２元同時スパッタ法、又は各金属
を使用した２元同時蒸着法等により形成することができ
る。

次ぎに、具体的に本発明の情報記録媒体を製造する方
法について説明する。また、ポリカーボネートからなる
基板上にスパッタリング法によりAlNからなる厚さ1000
オングストロームの第１の保護層を形成する。次いで、
第１の保護層上に同様のスパッタリング法によりMg₄₀Sn
₆₀からなる厚さ300オングストロームの記録層を形成す
る。次いで、記録層上に同様のスパッタリング法により
AlNからなる厚さ1000オングストロームの第２の保護層
を形成する。最後に、第２の保護層上に紫外線硬化樹脂
を塗布し、この樹脂に紫外線を照射して硬化させること
により厚さ５μｍの第３の保護層を形成する。

次ぎに、このように構成された光ディスクの動作につ
いて説明する。この光ディスクにおいては、第１図に示
すように、光ビーム８が集束レンズ７により集束されて
基板１側から記録層３に照射される。

初期化成膜後の記録層３は非晶質であるので、この光ディス
クを使用する前に、記録層３を結晶質にする。この記録
層の結晶化による光ディスクの初期化は、ヒータにより
ディスクの全体を結晶化温度以上に加熱することにより
おこなってもよいし、また、光ビームを記録層３に順次
照射してこの光ビームにより記録層３を加熱することに
よりおこなってもよい。

記録光ディスクに対する情報の記録においては、記録層３
に光ビーム８を短時間照射し、この照射領域６を一旦溶
融させた後急冷することにより非晶質に相変化させる。
光ビームとしては、50n秒乃至２μ秒の早いパルス状の
レーザビームを使用することが好ましい。また、このレ
ーザビームの出力は、例えば、その１パルスで深い準安
定共晶合金を溶融させることができるものであればよい
が、通常、５乃至20mWである。このような深い準安定共
晶合金の溶融急冷による非晶質化により、情報が記録層
３に書込まれる。

再生記録層３に書込まれた情報は、この記録ビット（領域
６）に光ビームを照射し、その反射光の強度を検出する
ことにより読取る。つまり、結晶相と非晶質相とで、光
ビームを照射したときの表面反射率が異なることを利用
し、反射光の強度を検出することにより、光ビームの照
射領域が結晶相であるか、非晶質相であるかを判別す
る。

消去記録層３の記録ビット（領域６）に情報記録時の光ビ
ームの出力より小さな出力で光ビームを照射し、記録層
３を形成する合金の融点より低い温度であって、結晶化
温度より高い温度に記録層３を加熱する。これにより、
記録層の記録ビットは結晶化し、情報が消去される。こ
の発明においては、非晶質相を金属間化合物に相変態さ
せることにより情報を消去するので、従来の共晶合金を
使用した場合に比して、高速で情報を消去することが可
能である。このため、従来の共晶合金を使用した場合の
ように、光の照射時間を長くすることなく、光ビームの
照射出力を記録時の出力より単に小さくするだけで情報
を消去することができる。つまり、従来のように、消去
用に惰円状の光ビームを使用する必要がなく、この発明
においては、その出力を調整するのみで記録用の光ビー
ムをそのまま消去に使用することができる。

以上のように、この発明は、情報記録媒体として、深
い準安定共晶合金を利用する。この深い準安定共晶合金
に光ビームを照射することにより、これが溶融しその後
急冷して生成する非晶質は準安定相であるが、この結晶
化温度が室温以上であることから、室温において常に安
定である。従って、情報を安定して記録させることがで
きる。一方、この非晶質に光ビームを照射すると、結晶
化して金属間化合物又は規則合金が生成する。これによ
り、情報が消去される。従来の非晶質形成能がある共晶
合金を使用した場合には、その結晶化で共晶反応が生じ
るために結晶化が２段階になる。しかし、この深い準安
定共晶合金の場合には、短範囲の原子の拡散移動のみ
で、１段階で結晶化が生じる。このため、この発明は、
従来の共晶合金に比して、高速消去が可能である。

また、深い準安定共晶合金においては、金属間の結合
が強く、化学的に安定であるため、酸化等による劣化が
ないのに加え、例えば、温度が60℃、相対湿度が80％の
環境下においても、反射率等の光学的特性が１月を超え
ても変化しない。

このような深い準安定共晶合金として、第３図乃至第
11図にその状態図を示すものが考えられる。第３図は約
40乃至70原子％のMgを含むAl−Mg合金、第４図は約18乃
至45原子％のAsを含むCu−As合金（この合金系において
はCu₃As規則合金及びCu₅As₂金属間化合物が安定相とし
て存在する）、第５図は約10乃至70原子％のCaを含むMg
−Ca合金（この合金系においてはMg₂Ca金属間化合物が
安定相として形成される）、第６図は約60乃至85原子％
のMgを含むCu−Mg合金（この合金系においてはMg₂Cu金
属間化合物が安定相として形成される）、第７図は約40
乃至68原子％のSbを含むＫ−Sb合金（この合金系におい
ては安定な金属間化合物としてK₅Sb₄、KSb、KSb₂が形成
される）、第８図は約20乃至85原子％のPbを含むMg−Pb
合金（この合金系においてはMg₂Pb金属間化合物が形成
される）、第９図は約10乃至90原子％のSnを含むMg−Sn
合金（この合金系においてはMg₂Snが安定な金属間化合
物として形成される）、第10図は約45乃至60原子％のSb
を含むNa−Sb合金（安定相としてNaSb金属間化合物が形
成される）、第11図は約30乃至90原子％のTeを含むSb−
Te合金（Sb₂Te₃規則合金が安定相である）が、夫々、深
い準安定共晶系の合金であることを示している。この発
明においては、このような組成の準安定共晶合金を記録
層に使用することができる。

［発明の効果］この発明によれば、非晶質相として情報が記録される
記録ビットは極めて安定であり、しかも、この記録情報
を高速で消去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る光ディスクを示す断面
図、第２図（ａ）は２元系合金の状態図、第２図（ｂ）
は同じくその自由エネルギ変化曲線を示す模式図、第３
図乃至第11図はこの発明に使用される合金系の状態図で
ある。 1;基板、2,4,5;保護層、3;記録層、10;金属間化合物、1
1,13;液相線、12,14;外挿線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームにより情報を記録及び再生すると
共に、この情報を消去可能な記録膜を有する情報記録媒
体において、前記記録膜は、状態図上で金属間化合物又
は規則合金が安定相として現れる合金系であって、その
準安定相として液相線の外挿により規定される共晶合金
が現れる合金系の合金を、その共晶合金が現れる組成範
囲内で含ませてなることを特徴とする情報記録媒体。
【請求項２】前記記録膜は、40乃至70原子％のMgを含む
Al−Mg合金、18乃至45原子％のAsを含むCu−As合金、10
乃至70原子％のCaを含むMg−Ca合金、60乃至85原子％の
Mgを含むCu−Mg合金、40乃至68原子％のSbを含むＫ−Sb
合金、20乃至85原子％のPbを含むMg−Pb合金、10乃至90
原子％のSnを含むMg−Sn合金、45乃至60原子％Sbを含む
Na−Sb合金、及び30乃至90原子％のTeを含むSb−Te合金
から選択された少なくとも１種の合金を有していること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の情報記録媒
体。