Оптический носитель информации и его использование

005347 Настоящее изобретение относится к оптическому носителю информации для многократной записи посредством луча лазерного света, с заданной длиной волны лазерного света, указанный носитель содержит подложку и слоистую структуру, сформированную на ней, слоистая структура содержит первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой, записывающий слой, выполненный с возможностью переходить из аморфного состояния в кристаллическое состояние и обратно и расположенный между первым диэлектрическим слоем и вторым диэлектрическим слоем, а также отражающий слой. Настоящее изобретение также относится к использованию такого оптического носителя информации для высокоскоростной записи. Оптический носитель информации того типа, который описан в первом абзаце, известен из статьи М. Chen, К.A. Rubin и R.W. Barton, опубликованной в Applied Physics Letters 49 (1986) 502. Носитель для оптического хранения данных на основе принципа изменения фазового состояния является предпочтительным, поскольку он объединяет в себе возможности прямой перезаписи (DOW) и высокую плотность хранения информации с легкой совместимостью с оптическими системами хранения данных, предназначенными только для считывания. Оптическая запись с изменением фазового состояния включает в себя формирование аморфных маркеров записи субмикрометрового размера в кристаллическом записывающем слое, с использованием сфокусированного луча лазерного света относительно высокой мощности. Во время записи информации, носитель перемещается по отношению к фокусированному лучу лазерного света, который модулируется в соответствии с информацией, которая должна быть записана. Маркеры записи формируются, когда луч лазерного света высокой мощности расплавляет кристаллический записывающий слой. Когда луч лазерного света выключается и/или затем перемещается по отношению к записывающему слою, имеет место гашение расплавленных маркеров в записывающем слое, после которого остается аморфный информационный маркер в экспонированных областях записывающего слоя, который остается кристаллическим в неэкспонированных областях. Стирание записанных аморфных маркеров осуществляется путем повторной кристаллизации посредством нагревания с помощью того же самого лазера, при более низком уровне мощности, без плавления записывающего слоя. Аморфные маркеры представляют собой биты данных, которые могут считываться, например, через подложку, с помощью фокусированного луча лазерного света относительно низкой мощности. Различия в отражении аморфных маркеров, по сравнению с кристаллическим записывающим слоем, обеспечивают модулированный луч лазерного света, который впоследствии преобразуется с помощью детектора в модулированный фототок, в соответствии с записанной информацией. Одним из наиболее важных требований к оптической записи с изменением фазового состояния является высокая скорость обмена данных, что означает, что данные должны записываться и перезаписываться в среде носителя со скоростью по меньшей мере 30 Мбит/с. Такая высокая скорость обмена данных требует, чтобы записывающий слой имел высокую скорость кристаллизации, то есть короткое время кристаллизации. Для обеспечения повторной кристаллизации аморфных маркеров, записанных ранее, во время прямой перезаписи, записывающий слой должен иметь соответствующую скорость кристаллизации, для согласования со скоростью движения носителя по отношению к лучу лазерного света. Если скорость кристаллизации не является достаточно высокой, аморфные маркеры от предыдущей записи, представляющие старые данные, не могут быть стерты полностью, что означает повторную кристаллизацию,во время DOW. Что вызывает высокий уровень шумов. Высокая скорость кристаллизации является особенно необходимой в оптических записывающих носителях с высокой плотностью записи информации и высокой скоростью обмена данных, например в дисках DVD+RW, DVR-красных и голубых, которые представляют собой аббревиатуры нового поколения Digital Versatile Disc+RW высокой плотности, гдеRW относится к возможности многократной записи для таких дисков, и оптических дисков для хранения информации Digital Video Recording, где красный и голубой относится к используемой длине волны лазера. Для этих дисков время полного стирания (ВПС) должно составлять, самое большее, 60 нс. ВПС определяется как минимальная продолжительность стирающего импульса для полной кристаллизации записанного аморфного маркера в кристаллическом окружении, которое измеряется статически. ДляDVD+RW, который имеет плотность записи 4,7 Гбайт на 120 мм диск, требуется скорость обмена битами 33 Мбит/с, а для DVR-красного, указанная скорость составляет 35 Мбит/с. Для оптических записывающих систем с многократной записью, с изменением фазового состояния, таких как DVR-голубой, требуется скорость обмена данных пользователя, более высокая, чем 50 Мбит/с. Известный из уровня техники носитель того типа, который включает в себя изменение фазового состояния, содержит подложку, несущую на себе слоистую структуру, содержащую, последовательно, первый диэлектрический слой, записывающий слой из соединения GeTe с хорошо определенным изменением фазового состояния, второй диэлектрический слой и отражающий слой. Такая слоистая структура могут упоминаться как структура IPIM, где М представляет собой отражающий или зеркальный слой, I представляет собой первый или второй диэлектрический слой, и Р представляет собой записывающий слой с изменением фазового состояния. Записывающий слой из соединения Ge и Те имеет высокую относительную разницу коэффициентов отражения между аморфной и кристаллической фазой, в диапазоне длин волн лазерного света 350-700 нм. В дополнение к этому, записывающий слой соединения из Ge и-1 005347 Те имеет высокую термостабильность, благодаря относительно высокой температуре кристаллизации,около 180 С. Высокая термическая стабильность обеспечивает длительное время жизни при хранении,что, как правило, представляет собой одно из требований к носителям для хранения информации. Недостатком известного записывающего носителя является то, что ВПС записывающего слоя соединения из Ge и Те является исключительно чувствительной к отношению композиции. Только точное отношение 50:50 дает приемлемо короткое ВПС. Недостатком является то, что эта чувствительность приводит к плохой воспроизводимости при производстве. Целью настоящего изобретения является обеспечение оптического носителя информации того типа,который описан в первом абзаце, который является предназначенным для оптической записи с высокой скоростью обмена данных, такой как DVR-голубой, имеющего значение ВПС 50 нс или меньше, и являющегося простым в изготовлении. Эта цель достигается тем, что записывающий слой содержит соединение формулы GexTe100-x,где х представляет собой долю Ge в атомных %, и 30 х 70,первый диэлектрический слой содержит соединение, выбранное из группы, состоящей из оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl и карбидов Si, и присутствует в контакте с записывающим слоем. Обнаружено, что эти оксиды, нитриды и карбиды первого диэлектрического слоя значительно расширяют диапазон пригодных для использования композиций соединений Ge и Те, для записывающего слоя. Диапазон пригодных для использования композиций представляет собой диапазон композиций Ge и Те с низкими значениями ВПС. В дополнение к этому, когда используются эти оксиды, нитриды или карбиды, значение ВПС, неожиданно, становится гораздо более низким, например, приблизительно в 2 раза или более, для диапазона композиций 30 х 70. Широкий диапазон пригодных для использования композиций является преимущественным при производстве, поскольку композиция соединения Ge и Те может значительно изменяться, без увеличения ВПС. Точное отношение 50:50, х=50, больше не требуется для получения хороших результатов. В одном из вариантов реализации изобретения, второй диэлектрический слой, также как и первый диэлектрический слой, содержит соединение, выбранное из группы, состоящей из оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl, и карбидов Si, и присутствует в контакте с записывающим слоем. Преимуществом указанного варианта реализации является то, что обе стороны записывающего слоя находятся в контакте с диэлектрическими слоями оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl и карбидов Si, что приводит к уменьшению значений ВПС, например, приблизительно в 3 раза, и даже к еще более широкому диапазону композиций соединения записывающего слоя. Предпочтительно, первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой содержат соединение, выбранное из группы Та 2O5 и Si3N4. Преимущество указанных материалов заключается в том, что их легко производить, и, как показано, они хорошо подходят для расширения диапазона предназначенных для использования композиций и понижения значения ВПС. В предпочтительном варианте реализации, первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой имеют толщину, самое большее, 15 нм. Поскольку теплопроводность Та 2O5 и Si3N4 является лучшей, чем у (ZnS)80(SiO2)20, который представляет собой используемый материал для диэлектрического слоя, чувствительность к мощности записывающего слоя, имеющего контакт со слоем Ta2O5 или Si3N4, является более низкой. Тем не менее, воздействие на чувствительность к записывающей мощности отсутствует или едва заметно, когда используется слой Ta2O5 или Si3N4, который является более тонким, чем 15 нм. В более предпочтительном варианте реализации, первый диэлектрический слой и второй диэлектрический слой имеют толщину в диапазоне 2-10 нм. Слой с толщиной в диапазоне 2-10 нм не оказывает заметного воздействия на чувствительность к записывающей мощности. Слой, более тонкий, чем 2 нм,сложно производить с достаточной надежностью, поскольку контроль толщины такого тонкого слоя вызывает проблемы, и вероятность возникновения сквозных отверстий в таком тонком слое является более высокой. Предпочтительным является выполнение условия 40 х 60, где х представляет собой значение из формулы соединения GexTe100-x, для записывающего слоя. Этот диапазон значений х является особенно преимущественным для использования при получении низких значений ВПС, которые требуются для записи с высокой скоростью обмена данных. Запись с высокой скоростью обмена данных требует записи с высокой скоростью, поскольку размер маркера на оптическом записывающем носителе информации,по существу определяется размером пятна записи, который является относительно постоянным, для данной длины волны лазерного света и числовой апертуры записывающей линзы. Высокоскоростная запись,как подразумевается, означает, в контексте указанного описания, линейную скорость носителя, по отношению к лучу лазерного света, по меньшей мере, 7,2 м/с, что превосходит в шесть раз скорость, соответствующую стандарту Compact Disc. Предпочтительно, значение ВПС должно быть ниже 45 нс, необходимых для линейной скорости 9,6 м/с, что соответствует восьмикратной скорости для CD, или даже ниже, чем 35 нс, необходимых для линейной скорости 14,4 м/с, что соответствует двенадцатикратной скорости для CD. Искажения носителя должны находиться на низком, постоянном уровне. Более того, носитель должен иметь хорошую термическую стабильность.-2 005347 Соединение записывающего слоя, в дополнение к этому, может содержать О или N, в количестве до 5 атомных %. Добавление как О, так и N, приводит к сокращению значений ВПС до 1,5 раз. Значение ВПС может быть значительно понижено, когда в соединении присутствуют кислород или азот, в малых количествах, находящихся в пределах между 0,01 и 5 атомными %, предпочтительно между 1,5 и 2,0 атомными %. Значения для кислорода или азота, более низкие, чем 0,01 атомного %, получать трудно,из-за условий процесса, в которых получается записывающий слой, например путем напыления в атмосфере инертного газа, когда обязательно должно присутствовать фоновое давление кислорода или азота. При концентрации кислорода или азота выше 5 атомных %, значение ВПС для записывающего слоя возрастает выше 50 нс, и это отрицательно влияет на искажения и циклируемость DOW. Кроме того, максимальное изменение отражения при переходе между аморфным и кристаллическим состоянием во времяDOW становится неприемлемо малым. Более того, записанные аморфные маркеры могут стать нестабильными, из-за легкости образования оксидов или нитридов, когда содержание кислорода или азота является слишком высоким. Отражающий слой может содержать, по меньшей мере, один из металлов, выбранных из группы,состоящей из Al, Ti, Au, Аg, Сu, Rh, Ft, Pd, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, W, Hf и Та, включая их сплавы. Дополнительные диэлектрические слои могут присутствовать рядом с первым и/или вторым диэлектрическими слоями, для защиты записывающего слоя от влажности, для термической изоляции записывающего слоя от подложки и/или отражающего слоя и для оптимизации оптического контраста. Как правило, лазерный свет сначала проходит через второй диэлектрический слой, до того, как он достигает записывающего слоя. В частности, третий диэлектрический слой может присутствовать, то есть находиться рядом с первым диэлектрическим слоем и между первым диэлектрическим слоем и отражающим слоем, на стороне,удаленной от записывающего слоя. Толщина, как правило, находится в пределах между 10 и 50 нм,предпочтительно, между 15 и 35 нм. Когда этот слой является слишком тонким, происходит отрицательное воздействие на термическую изоляцию между записывающим слоем/первым диэлектрическим слоем и следующим слоем, то есть отражающим слоем. Вследствие этого, скорость охлаждения записывающего слоя возрастает, что приводит к медленному процессу повторной кристаллизации или стирания и плохой циклируемости. Скорость охлаждения будет уменьшаться при увеличении толщины третьего диэлектрического слоя. Четвертый диэлектрический слой может присутствовать, то есть находиться рядом со вторым диэлектрическим слоем, на стороне, удаленной от записывающего слоя. С точки зрения искажений, общая толщина диэлектрического слоя или соседних диэлектрических слоев, через которые сначала проходит лазерный свет, предпочтительно составляет, по меньшей мере, 70 нм. С точки зрения оптимального оптического контраста для считывания аморфных маркеров записи в кристаллическом окружении, толщина этого слоя или этих слоев устанавливается на оптимальном значении, превышающем 70 нм, в зависимости от используемой длины волны лазерного света и коэффициента преломления диэлектрического слоя или слоев. Необязательно, самый крайний слой из слоистой структуры, противоположный подложке, защищается от окружающей среды посредством защитного покровного слоя, например, из поли(мет)акрилата, отверждаемого УФ-светом. Подложка и покровный слой могут быть взаимозаменяемыми, в этом случае лазерный свет сначала проходит через подложку, перед проникновением в слоистую структуру. Значение ВПС является в очень малой степени чувствительным к толщине отражающего слоя, когда она находится в пределах от 20 до 200 нм. Но циклируемость подвергается отрицательному воздействию, когда отражающий слой является более тонким, чем 60 нм, поскольку скорость охлаждения является слишком малой. Когда отражающий слой составляет 160 нм или более, циклируемость дополнительно ухудшается, и мощность записи и стирания должна быть высокой, из-за увеличения теплопроводности. Предпочтительно, толщина отражающего слоя находится в пределах между 80 и 120 нм. Дополнительные диэлектрические слои, то есть третий и четвертый диэлектрические слои, могут состоять из смеси ZnS и SiO2, например, (ZnS)80(SiO2)20. Как отражающие слои, так и диэлектрические слои, могут быть сформированы путем осаждения из паровой фазы или напыления. При прохождении луча лазерного света сначала через подложку носителя информации, она является, по меньшей мере, прозрачной для этой длины волны лазера, и изготавливается, например, из поликарбоната, полиметилметакрилата (РММА), аморфного полиолефина или стекла, в типичном примере,подложка имеет форму диска с диаметром 120 мм и толщину 0,1, 0,6 или 1,2 мм. Поверхность подложки, со стороны записывающей слоистой структуры, предпочтительно обеспечивается контрольной дорожкой, которая может сканироваться оптически. Эта контрольная дорожка часто представляет собой бороздку в форме спирали и создается в подложке посредством штамповки во время инжекционного формования или прессования. Альтернативно, эти бороздки могут формироваться в процессе реплицирования, в слое синтетической смолы из прозрачного материала, например, в слое отверждаемого УФ-светом акрилата, который-3 005347 отдельно формируется на подложке. При высокой плотности записи такая бороздка имеет шаг, например, 0,6-0,8 мкм, и ширину 0,5 мкм. Запись с высокой плотностью информации и стирание могут быть достигнуты путем использования лазера с короткой длиной волны, например, с длиной волны 670 нм или менее. Записывающий слой с изменением фазового состояния может быть нанесен на подложку с помощью вакуумного осаждения, вакуумного осаждения с помощью электронного луча, химического осаждения из паровой фазы, ионного осаждения или напыления. Когда используется напыление, может быть использована мишень для напыления из Ge-Te, имеющая заданное количество кислорода или азота, или может использоваться мишень из Ge-Te, при этом контролируется количество кислорода или азота в газе для напыления. На практике, концентрация кислорода или азота в газе для напыления будет находиться в пределах между практически нулем и 10% объемными. Слой после осаждения является аморфным и проявляет низкий коэффициент отражения. Для получения предназначенного для использования записывающего слоя, имеющего высокий коэффициент отражения, это слой сначала должен быть полностью кристаллизован, что обычно упоминается как инициализация. Для этой цели, записывающий слой может нагреваться в печи до температуры, превышающей температуру кристаллизации соединения Ge-Te, GeTe-O или Ge-Te-N, например, 190 С. Подложка из синтетической смолы, такой как поликарбонат, может,альтернативно, нагреваться с помощью луча лазерного света достаточной мощности. Это может осуществляться, например, в записывающем устройстве, в этом случае, луч лазерного света сканирует движущийся записывающий слой. Затем аморфный слой локально нагревается до температуры, требуемой для кристаллизации слоя, при этом подложка не подвергается нежелательной тепловой нагрузке. Оптический носитель информации в соответствии с настоящим изобретением будет описываться более подробно посредством примерного варианта реализации и со ссылками на прилагаемые чертежи,на которых фиг. 1 - изображает схематический вид в поперечном сечении оптического носителя информации в соответствии с настоящим изобретением. Масштаб размеров не соблюдается; фиг. 2 - два графика с зависимостью времени полного стирания (ВПС в нс) от значения х в записывающем слое GexTe100-x, сравнивающих значение ВПС для известного из уровня техники носителя со значением ВПС для носителей в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 3 - график с зависимостью полного времени стирания (ВПС в нс) от количества кислорода в записывающем слое Ge49,5Te50,5, для носителя в соответствии с настоящим изобретением. Описание предпочтительного варианта реализации изобретения На фиг. 1 носитель информации 20 для многократной записи посредством луча лазерного света 10 содержит подложку 1. На ней формируется слоистая структура 2. Слоистая структура 2 содержит первый диэлектрический слой 5 и второй диэлектрический слой 7, записывающий слой 6, который способен переходить из аморфного состояния в кристаллическое состояние и обратно. Записывающий слой располагается между первым диэлектрическим слоем 5 и вторым диэлектрическим слоем 7. Присутствует отражающий слой 3. Записывающий слой 6 содержит соединение формулы Gе 49,5 Те 50,5. Соединение записывающего слоя 6 может дополнительно содержать О или N, в количестве до 5 атомных %. Записывающий слой имеет толщину 28 нм, оптимизированную для длины волны лазерного света 670 нм. Первый диэлектрический слой 5 и второй диэлектрический слой 7, выполненные из Si3N4, находятся в контакте с записывающим слоем 6. Хорошую альтернативу для Si3N4 составляет Ta2O5. Первый диэлектрический слой 5 и второй диэлектрический слой 7 имеют толщину 5 нм. Отражающий слой 3 выполнен из Аl с толщиной 100 нм. Третий диэлектрический слой 4 и четвертый диэлектрический слой 8, например, из (ZnS)80(SiO2)20,присутствуют, соответственно, рядом с первым диэлектрическим слоем 5 и вторым диэлектрическим слоем 7. Толщина третьего диэлектрического слоя составляет 20 нм, а толщина четвертого диэлектрического слоя составляет 90 нм. В такой слоистой структуре, на длине волны лазерного света 670 нм, коэффициент отражения аморфного материала Ra составляет 3,8%, а коэффициент отражения кристаллического материала Rc составляет 36,5%. Подложка 1 представляет собой подложку из поликарбоната в форме диска, имеющего диаметр 120 мм и толщину 0,6 мм. Покровный слой 9, изготовленный, например, из УФ отверждаемой смолы Daicure SD645, с толщиной 100 мкм, присутствует рядом с четвертым диэлектрическим слоем 8. При использовании длины волны лазерного света 405 нм, оптимальная толщина записывающего слоя 6 составляет 15 нм, а третий и четвертый диэлектрические слои 4, 8 имеют толщину 20 и 135 нм,соответственно. Другие слои слоистой структуры 2 и подложка 1 остаются неизменными. В такой слоистой структуре 2, на длине волны лазерного света 405 нм, коэффициент отражения аморфного материалаRa составляет 0,8%, а коэффициент отражения кристаллического материала Rc составляет 22,9%. Фиг. 2 изображает график 21 зависимости полного времени стирания (ВПС) от значения х в записывающем слое GexTe100-x, в контакте с первым и вторым диэлектрическим слоем из Si3N4, в слоистой структуре II'PI'IM, согласно фиг. 1, но без добавления кислорода в записывающий слой 6. Для сравнения,-4 005347 изображен другой график 22, когда материалы первого и второго диэлектрического слоя заменены стандартным материалом (ZnS)80(SiO2)20. В результате, в среде носителя в соответствии с настоящим изобретением, с использованием первого и второго диэлектрических слоев по настоящему изобретению, достигается уменьшение значения ВПС приблизительно в 3 раза. Фиг. 3 изображает график 23 воздействия на значение ВПС (в нс) присутствия О в соединенииGe49,5Te50,5 записывающего слоя 6, в количестве до 3,5 атомных %, в слоистой структуре согласно фиг. 1. Подобные же эффекты получаются при добавлении азота. Таким образом, оптимальное воплощение записывающего слоя 6 имеет формулу Ge49,5Te50,5, в котором присутствует 1,87 атомного % кислорода. В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается оптический носитель информации для многократной записи с изменением фазового состояния, такой как DVR-голубой, с записывающим слоем из соединения Ge-Te, в контакте по меньшей мере с одним диэлектрическим слоем, содержащим соединение из оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl или карбидов Si, с широким диапазоном предназначенных для использования композиций, и по этой причине, простой при изготовлении, имеющий низкие значения полного времени стирания (ВПС), и который является пригодным для использования при прямой перезаписи и записи с высокой скоростью обмена данных, и демонстрирует хорошую циклируемость и низкие искажения при линейной скорости 7,2 м/с или более. Присутствие кислорода или азота в записывающем слое дает дополнительное уменьшение ВПС до значений, более низких, чем 45 нс. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Оптический носитель информации (20) для многократной записи посредством луча лазерного света (10), содержащий подложку (1) и слоистую структуру (2), сформированную на ней, причем слоистая структура (2) содержит первый диэлектрический слой (5) и второй диэлектрический слой (7), записывающий слой (6), выполненный с возможностью перехода из аморфного состояния в кристаллическое состояние и обратно, расположенный между первым диэлектрическим слоем (5) и вторым диэлектрическим слоем (7), и отражающий слой (3),отличающийся тем, что записывающий слой (6) выполнен из соединения с формулойGеxТе 100-x,где х представляет собой долю Ge в ат.% и 30 х 70, при этом первый диэлектрический слой (5) выполнен из соединения, выбранного из группы, состоящей из оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl и карбидов Si, и находится в контакте с записывающим слоем (6). 2. Оптический носитель информации (20) по п.1, отличающийся тем, что второй диэлектрический слой (7) выполнен из соединения, выбранного из группы, состоящей из оксидов Та и Si, нитридов Si и Аl и карбидов Si, и находится в контакте с записывающим слоем (6). 3. Оптический носитель информации (20) по п.2, отличающийся тем, что первый диэлектрический слой (5) выполнен из соединения, выбранного из группы Ta2O5 и Si3N4, и второй диэлектрический слой(7) выполнен из соединения, выбранного из группы Ta2O5 и Si3N4. 4. Оптический носитель информации (20) по п.3, отличающийся тем, что первый диэлектрический слой (5) и второй диэлектрический слой (7) имеют толщину, самое большее, 15 нм. 5. Оптический носитель информации (20) по п.4, отличающийся тем, что первый диэлектрический слой (5) и второй диэлектрический слой (7) имеют толщину в диапазоне 2-10 мкм. 6. Оптический носитель информации (20) по п.1, отличающийся тем, что 40 х 60. 7. Оптический носитель информации (20) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что соединение записывающего слоя (6) дополнительно содержит О в количестве до 5 ат.%. 8. Оптический носитель информации (20) по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что соединение записывающего слоя (6) дополнительно содержит N в количестве до 5 ат.%. 9. Оптический носитель информации (20) по п.1, отличающийся тем, что отражающий слой (3) содержит по меньшей мере один из металлов, выбранных из группы, состоящей из Al, Ti, Au, Аg, Сu, Rh,Pt, Pd, Ni, Co, Mn, Cr, Mo, W, Hf и Та, включая их сплавы. 10. Способ высокоскоростной записи оптического носителя информации (20), в котором относительная скорость луча лазерного света и носителя составляет по меньшей мере 7,2 м/с, отличающийся тем, что в указанном способе используется оптический носитель информации по любому из пп.1-9.