专利名称：包括转化的超分辨率凹坑和平台的光学存储介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学存储介质，其包括基底层、数据层和具有在数据层之上布置 的超分辨率(super-resolution)结构的非线性层。数据层具体地包括具有高于拾取器的 衍射极限的尺寸的凹坑和平台和低于所述衍射极限的尺寸的凹坑和平台，所述拾取器用于 读取如在数据层上布置的数据。
背景技术：
光学存储介质是这样的介质，其中例如借助于集成在拾取器内的激光器和光学检 测器(例如，光电探测器)以光学可读方式存储数据。当读取存储介质上的数据时，检测器 用于检测激光束的反射光。同时，已知多种光学存储介质，其利用不同的激光波长操作，并 且具有不同大小用于提供从低于1吉字节直到50吉字节(GB)的存储容量。格式包括如音 频⑶和视频DVD的只读格式、如⑶-R和DVD-R的写入一次光学介质、以及像⑶_RW、DVD_RW 和DVD+RW的可重写格式。数字数据沿着介质的一层或多层的轨道存储在这些介质上。目前具有最高数据容量的存储介质是蓝光盘(BD)，其允许在双层盘上存储直到大 约50GB。为了蓝光盘的读写，使用具有405nm的激光波长和0. 85的数值孔径的光学拾取 器。在蓝光盘上，使用320nm的轨道间距和从2T到8T或9T的标记长度，其中T是信道比 特长度，并且其中2T与138-160nm的最小标记长度对应。如由阿贝定理描述的光学仪器的空间分辨率极限是大约λ /2ΝΑ，其对于具有激光 波长λ = 405nm和数值孔径NA = 0. 85的蓝光型拾取器是λ /2ΝΑ = 238nm。对于用于读 出蓝光盘的高频(HF)数据信号的拾取器的衍射极限，当激光束在蓝光盘上的轨道的凹坑 和平台上移动时，因为差分信号检测所以可以获得更高分辨率。通过提供用于HF读出信号 的参考电平，根据凹坑和平台的不同反射率，可以检测非常小的幅度改变，这允许用具有大 约λ/4ΝΑ= 120nm的尺寸的蓝光型拾取器检测凹坑。与蓝光盘相比，具有超分辨率结构的新的光学存储介质提供在一个维度上将光学 存储介质的数据密度增加2到4倍的可能性。这通过包括非线性层是可能的，该非线性层 放置在光学存储介质的数据层之上，并且其显著地减小用于从光学存储介质读取或写入光 学存储介质的光斑的有效尺寸。非线性层可以理解为标记层，因为它布置在数据层之上，并 且对于一些特定材料，仅仅激光束的高强度中心部分可以穿透标记层。此外，半导体材料 (例如，InSb)可以用作非线性层，其在聚焦的激光束的中心部分展示更高的反射率，并且 其中心反射率依赖于对应的数据层的凹坑结构。因此，超分辨率效应允许在光盘的标记中 记录数据并读取在光盘的标记中存储的数据，所述光盘的标记具有低于对应的光学拾取器 的λ/4NA的衍射极限的尺寸。非线性层通常称为超分辨率近场结构(超级RENS)层，这是因为假定对于一些特 定材料，减小激光束的有效光斑尺寸的光学效果是基于数据层和非线性层的标记和空白之 间的近场相互作用。已知包括超分辨率近场结构的超级RENS光盘，该超分辨率近场结构由 金属氧化物、聚合物化合物或包括GeSbTe或AgInSbTe的相变层形成。
发明内容
—种光学存储介质，包括基底层；数据层，其具有在基底层上的轨道中布置的带 有数据的凹坑/平台数据结构；以及非线性层，其具有在数据层上安排的超分辨率结构，其 中数据结构包括具有高于用于读取数据的拾取器的衍射极限的尺寸的凹坑和平台，以及具 有低于衍射极限的尺寸的凹坑和平台。具有低于衍射极限的尺寸的平台被转化为凹坑，而 具有低于衍射极限的尺寸的凹坑被转化为平台，其中转化为凹坑的平台和转化为平台的凹 坑由辅助平台和/或凹坑包围。超分辨率结构具体包括当用拾取器的高强度激光束照射 时，提供“孔径”型超分辨率机制的相变材料(例如硫族化物材料)。在转化的凹坑和平台 具有低于衍射极限的尺寸的情况下，为光学存储介质上的最小凹坑和平台提供转化的数据 结构，以便解决当读取光学存储介质上的数据时，读出信号的最小凹坑和平台的转化的信 号的问题。这允许对在光学存储介质的数据层的轨道上布置的数据的正确解码。在优选实施例中，转化的平台通过辅助平台与之前的凹坑隔开，并且通过辅助平 台与随后的凹坑隔开，而转化的凹坑通过辅助凹坑与之前的平台隔开，并且通过辅助凹坑 与随后的平台隔开，其中辅助平台和辅助凹坑具有低于衍射极限的尺寸。例如，辅助平台具 有对应于IT平台的尺寸，而辅助凹坑具有对应于IT凹坑的尺寸，并且将转化的凹坑之前的 衍射平台或之后的衍射平台缩短对应于辅助凹坑的长度的长度，而将转化的平台之前的衍 射凹坑或之后的衍射凹坑缩短对应于辅助平台的长度的长度。具有低于衍射极限的尺寸的 轨道的凹坑和平台具体地是2T和/或3T凹坑和平台，其中衍射极限被定义为λ /4ΝΑ。本发明的另一方面中的光学存储介质是ROM盘，其包括作为标记和空白的凹坑和 平台，通过使用相应的压模将凹坑模铸(mold)或压印(emboss)在基底的表面上。
下面参照示意性的附图，通过示例的方式更详细地说明本发明的优选实施例，附 图示出图1具有包括基底、数据层和非线性层的层堆叠的光学存储介质的截面视图，图2包括非线性AgInSbTe层和非线性InSb层的超分辨率盘的HF数据信号的频 谱分布，图3包括20个2T凹坑的序列的AgInSbTe和InSb超分辨率盘的信号幅度，每个 凹坑由2T平台隔开，图4包括InSb非线性层的超分辨率盘的凹坑和平台的随机序列的计算的HF信 号，图5包括AgInSbTe非线性层的超分辨率盘的凹坑和平台的随机序列的计算的HF 信号，以及图6包括根据图1的光学存储介质的转化的超分辨率凹坑和平台的数据层，以及 相应的计算的读出信号。
具体实施例方式在图1中，以放大方式的横截面示出光学存储介质1。光学存储介质1例如是只读(ROM)光学存储盘。在基底2上布置可以包括反射金属层(例如，铝层)的数据层3。数据 层3具有由在基本平行的轨道上布置的标记和空白组成的数据结构。在ROM盘的情况下， 标记和空白由凹坑和平台组成，凹坑在表示数据层3的基底2的表面上模铸或压印。在数 据层3上布置第一电介质层5，并且在电介质层5上布置非线性层4，用于提供利用超分辨 率效应的掩模层的功能。非线性层4例如是包括超分辨率结构(例如，超分辨率近场结构 (超级RENS))的掩模层。光学存储介质1具体地是具有类似于DVD和⑶的尺寸的光盘在非线性层4上布置第二电介质层6。作为另一层，在第二电介质层6上布置覆盖 层7作为保护层。为了读取数据层3的数据，在该实施例中从存储介质1的顶部施加激光 束，首先穿透覆盖层7。第一电介质层5和第二电介质层6例如包括材料ZnS-Si02。基底2 和覆盖层7可以由塑料材料组成，如从DVD和CD已知的那样。在另外的实施例中，当使用 超分辨率近场结构时，可以省略反射金属层，其不提供由于热效应引起的透射率的增加，而 是利用另一非线性效应工作，例如利用在被激光束照射时提供非线性层4的增加的反射率 的效应。存储介质1的各层具体地布置为层堆叠。超分辨率效应允许检测具有低于用于读取光学存储介质的数据的对应装置的衍 射极限的尺寸(具体地，长度)的凹坑。已经证明了包括相变材料或半导体材料的光盘的 超分辨率检测与非线性层4的光学特性的局部改变有关。对于相变材料，例如AgInSbTe，假 定由于聚焦激光光斑引起的温度增加是超分辨率效应的原因，超分辨率效应提供仅在激光 光斑的小的中心的孔径。由于材料的低导热性和强光学非线性，这是先验的。对于其它硫族化物材料也假定该效应，所述硫族化物材料包括像硫磺、硒、碲的硫 族化物元素，以及像砷、锗、磷或锑的一个或若干多个正电性元素。硫族化物材料是玻璃状 材料，其示出两个稳定相，非晶和结晶相。通过用高强度激光束加热硫族化物材料，提供从 结晶到非晶相的相变。对于超分辨率光盘，调整对应的光学拾取器的激光束的强度，使得 仅对于在存储介质上的激光光斑的小的中心部分提供相变，用于提供“孔径型”超分辨率效 应。此外，已经研究了包括作为超分辨率结构的半导体材料的光学超分辨率盘，并且 具体地对于具有低激活阈值的III-V半导体(例如，InSb)，可以获得好的结果。对于半导 体材料，假定激光束的高的光强度将电子从价带(valence)移动到导带，这增加了半导体 材料的反射率。反射率的改变依赖于在数据层之下的近场布置的是凹坑还是平台。在包括数据层上SOnm凹坑和平台的交替模式的ROM盘的情况下，当为触发超分辨 率效应提供足够高的激光功率时，可以为作为超分辨率结构的InSb以及AgInSbTe获得大 约40db的载波噪声比。此外，在随机凹坑/平台模式的情况下进行了测试，为基于半导体 的InSb盘获得大约1. 10_3的比特错误率。但是不可能解码在基于相变的AgInSbTe盘上的 数据模式。当研究对应于超分辨率盘的随机数据模式的高频(HF)数据信号的频谱分布时， 对具有AgInSbTe材料的盘揭示了惊人的效果，如图2所示。信号Sl是InSb超分辨率盘的 HF信号的频谱分布，其示出对于高于IOMHz的频率的平滑衰减。但是对于使用AgInSbTe相 变材料的盘，信号S2在大约18MHz处出现骤降，该频率基本对应于光学拾取器的衍射极限。 此外，在30. 7MHz的频率处，该频率对应于具有SOnm的长度的2T凹坑的HF信号，信号S2 的幅度大约低于信号Sl的幅度7. 5db。因此，看起来对于AgInSbTe盘，在具有高于拾取器的衍射极限的尺寸的凹坑和平台的检测和具有低于拾取器的衍射极限的尺寸的凹坑和平 台的检测之间出现干扰，这降低了具有低于衍射极限的尺寸的凹坑的可检测性。为了获得信号Sl和S2，使用具有基于40nm的信道比特长度的凹坑和平台的随机 数据模式的超分辨率盘。此外，对盘测量比特错误率。对于基于半导体的盘，获得低至1.10_3 的比特错误率，而对于使用AgInSbTe相变材料的盘不可能进行解码。另外，使用AgInSbTe 材料的盘示出高载波噪声比。为了更详细研究该效应，为两种材料InSb和AgInSbTe制造超分辨率盘，其包括具 有2T = IOOnm的长度的20个凹坑的序列，每个凹坑由2T平台隔开，所述20个凹坑布置在 19T平台和之后跟随有19T平台的20T凹坑之间。该结果在图3中示出。如所预期的，对 于具有高于衍射极限的尺寸的凹坑和平台，信号幅度远大于低于衍射极限的凹坑和平台。 InSb盘的19个2T平台示出相对于与2个19T平台的较高反射率对应的信号S3的2T凹坑 的较高反射率，并且清楚地分辨19T平台和20T凹坑之间的20个2T凹坑。但是与InSb盘的20个2T凹坑(信号S3)相对照，AIST盘的20个2T凹坑(信 号S4)示出更坏的情况2个19T平台也示出较高反射率，但是AgInSbTe盘的20个2T平 台示出较低反射率。因为2T凹坑的转化的信号S4，对于AgInSbTe盘仅可以分辨19个2T 凹坑。因此，当提供具有低于衍射极限的凹坑和高于衍射极限的凹坑的数据的随机序列时， 不能为AgInSbTe盘正确地解码数据。为了解释该情况，已经对孔径型超分辨率盘(即，AgInSbTe)进行了数字仿真，其 产生了这样结果，当凹坑和平台低于衍射极限时，反射率在凹坑上增加而在平台上降低，并 且当它们具有高于衍射极限的尺寸时，反射率对于凹坑降低并且对于平台增加。当凹坑具 有对应于衍射极限的尺寸时，对于材料AgInSbTe，在负责检测较大凹坑的衍射读出和负责 检测低于衍射极限的凹坑的超分辨率机制之间存在竞争。关于包括InSb层的超分辨率盘， 不管凹坑和平台是具有低于还是高于衍射极限的尺寸，结果与凹坑的衍射读出一致，其对 平台提供增加的反射率并且对凹坑提供降低的反射率。因此，AgInSbTe超分辨率盘的2T凹 坑的信号关于20T凹坑被转化，如图3可见的那样。在图4中，对于包含InSb掩模层的超分辨率盘，为凹坑和平台的随机序列(曲线 图S5)示出计算的HF信号S6。曲线图S6的凹坑和平台具有如所指示的从2T到5T的尺寸， 由逻辑“1”表示平台和由“0”表示凹坑。仿真结果(曲线图S6)清楚地示出对于具有高于 和低于衍射极限的尺寸的凹坑的较低反射，并且示出对于所有尺寸的平台的较高反射。因 此，当读取在InSb超分辨率盘的轨道上布置的曲线图S5的数据时，所有的凹坑可以由拾取 器清楚地分辨并且因此进行检测。对于包括AgInSbTe掩模层作为超分辨率层的超分辨率盘的情况在图5中示出曲 线图S7对应于图4的曲线图S5的相同的凹坑和平台序列，而信号S8示出AgInSbTe盘的 相应的计算的HF信号。5T和3T平台具有对应于较高反射率的较高幅度，而4T凹坑具有对 应于较低反射率的较低幅度。但是由于如上所述的对于具有低于衍射极限的尺寸的凹坑和 平台的信号的转化，2T凹坑示出较高反射率，而2T平台示出较低反射率，因此，它们不能被 解码，这是因为它们的信号被包括在较大的凹坑和 平台中。不能分辨信号S8中包括的2T 凹坑和2T平台。为了克服该问题，具有低于衍射极限的尺寸的平台被转化为凹坑并且由辅助平台包围，而低于衍射极限的尺寸的凹坑被转化为平台并且由辅助凹坑包围。以相同方式，具有 低于衍射极限的尺寸的一组连续平台、连续凹坑或连续凹坑和平台对于所述组的所有标记 被转化为一组凹坑和/或平台并且由辅助凹坑或平台包围。通过以相对于具有高于衍射极 限的尺寸的凹坑和平台的转化方式来在光学存储介质上布置具有低于衍射极限的尺寸的 平台和凹坑，对于包括使用相变材料的非线性层的光学存储介质，补偿如前所述的转化机 制。
关于图6说明优选实施例，其包括用于提供相变超分辨率光盘的正确读出的转化 的凹坑和平台。曲线图S9示出包括具有高于对应的光学拾取器的衍射极限的尺寸的凹坑 和平台以及具有低于衍射极限的尺寸的2T凹坑和2T平台的数据序列，如关于图4和5的 曲线图S5和S7所述的。数字数据的序列S9被编码为根据本发明的另一数字数据的序列 SlO0曲线图S9的2T平台2TL被转化为凹坑IL，其通过辅助平台AL与之前凹坑隔开，并且 通过辅助平台AL与随后凹坑隔开。之前和随后凹坑(2个4T凹坑)被相应地缩短，并且现 在由曲线图SlO上的2个3T凹坑表示。当读取曲线图S9的数据序列的数据时，由于具有 低于衍射极限的尺寸的平台的转化的读出信号，转化的平台IL将产生具有较高幅度的反 射信号，其对应于具有高于衍射极限的尺寸的平台的较高幅度，并且转化的平台IL因此可 以与之前和之后的4T凹坑区分开。2T凹坑2TP被转化为平台IP，并且通过辅助凹坑AP与之前凹坑隔开，以及通过辅 助凹坑AP与随后平台隔开。之前和随后凹坑(3T和5T凹坑)被相应地缩短1T，以便在光 学存储介质上获得相同的数据密度。因为如上所述的包括相变材料的非线性层的转化机 制，当读取曲线图S9的数据信号时，转化的2T凹坑IP将被检测为凹坑，因此，可以识别和 正确地解码3T平台和5T平台之间的2T凹坑。在曲线图Sll中示出曲线图SlO的数据序 列的计算的HF数据信号，其清楚地示出对于转化的平台IL和转化的凹坑IP的响应信号。可替代地，转化的凹坑IP前后的3T和5T平台可以保持它们的长度，此外，转化的 平台IL之前和之后的4T凹坑也是如此，但是然后光学存储介质的存储容量将根据在光学 存储介质上使用的辅助凹坑和平台的量而降低。辅助凹坑AP和辅助平台AL具体地具有低于光学拾取器的衍射极限的尺寸，并且 可以大于或甚至小于对应的IT平台或IT凹坑。如曲线图SlO所示，2T凹坑2TP之前的曲线图S9的3T平台由于辅助凹坑AP而被 缩短到2T的长度，其落入超分辨率状态(regime)。然后因为曲线图SlO的数据结构中包括 的所有2T平台必须被转化，因此将不能正确解码该3T平台。因此，必须避免该情况。这可 以通过使用合适的调制来进行，其例如避免2T凹坑之后或之前的3T平台，并且避免2T平 台之后或之前的3T凹坑，或者通过使用调制算法来进行，其不包括任何3T凹坑和平台。另 一可能性将是将2T凹坑和平台扩展到3T凹坑和平台。如关于图6描述的实施例包括具有低于对应的光学拾取器的衍射极限的尺寸的 2T凹坑和平台，以及具有高于衍射极限的尺寸的3T凹坑和平台以及更大的凹坑和平台。可 替代地，可以设计凹坑和平台，使得3T凹坑和平台也具有低于拾取器的衍射极限的尺寸。 在此情况下，对应于关于图6描述的实施例，3T凹坑和平台也将在存储介质上被转化，并且 分别通过辅助凹坑和平台与具有高于衍射极限的尺寸的之前和/或之后的凹坑或平台隔 开。
通过这样调整辅助平台和凹坑的尺寸，以便防止由于缩短最小衍射标记和空白而 使得它们落入低于衍射极限，以使其利用衍射读出可读取，也可以找到之前问题的解决方 案。这里必须考虑辅助平台或凹坑的最小可应用长度和最大可用长度之间的折衷，以便防 止最小衍射标记长度落入低于衍射极限。当凹坑直接跟随在平台之后，两者具有低于衍射极限的尺寸时，或者具有低于衍 射极限的尺寸的若干凹坑和平台彼此直接跟随时，则根据本发明它们全部被相应地转化， 但是在具有低于衍射极限的尺寸的平台和凹坑之间不需要辅助平台和辅助凹坑。例如，当 转化的2T平台直接跟随有转化的2T凹坑时，辅助平台在表示2T平台的凹坑之前，表示2T 平台的凹坑跟随有表示2T凹坑的平台。在表示2T凹坑的平台之后，当随后平台具有高于 衍射极限的尺寸时，包括辅助凹坑以便将2T平台与随后的平台隔开。在转化的平台和随后 的转化的凹坑之间不包括辅助平台。包括具有如关于图6描述的数据结构的轨道的光学存储介质具体是只读光盘。为 了生产根据本发明的光盘，要求对应的压模，在压模上对相应的数据结构进行镜像。因此， 必须要注意，通过压模在光盘上清楚再现小的辅助凹坑和平台。因此，必须小心地选择辅助 凹坑和平台的尺寸。此外，本领域的技术人员可以利用本发明的其它实施例而不脱离本发明的精神和 范围。因此，本发明要求保护的在于权利要求书。
权利要求
一种光学存储介质，包括基底层(2)，数据层(3)，其具有在所述基底层(2)上的轨道中布置的带有数据的凹坑/平台数据结构，以及非线性层(4)，其具有在所述数据层(3)上安排的超分辨率结构，其中所述数据结构包括具有高于用于读取数据的拾取器的衍射极限的尺寸的凹坑和平台(3T 5T)和具有低于所述衍射极限的尺寸的凹坑和平台(2T)，其特征在于具有低于所述衍射极限的尺寸的平台(2TL)被转化为凹坑(IL)，而具有低于所述衍射极限的尺寸的凹坑(2TP)被转化为平台(IP)，其中转化为凹坑(IL)的平台(2TL)和转化为平台(IP)的凹坑(2TP)由辅助平台(AL)和/或凹坑(AP)包围。
2.根据权利要求1所述的光学存储介质，其中转化的平台(IL)由辅助平台(AL)包围， 而转化的凹坑(IP)由辅助凹坑(AP)包围。
3.根据权利要求1或2所述的光学存储介质，其中转化的凹坑(IP)之前的平台(3T) 和之后的平台(5T)被缩短对应于辅助平台(AL)的长度的长度，而转化的平台(IL)之前的 凹坑(3T)和之后的凹坑(4T)被缩短对应于辅助凹坑(AP)的长度的长度。
4.根据权利要求1、2或3所述的光学存储介质，其中所述辅助平台(AL)和辅助凹坑 (AP)具有低于所述衍射极限的尺寸。
5.根据权利要求4所述的光学存储介质，其中所述辅助平台(AL)具有对应于IT平台 的尺寸，而所述辅助凹坑(AP)具有对应于IT凹坑的尺寸。
6.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，其中所述超分辨率结构包括相变材料。
7.根据权利要求6所述的光学存储介质，其中所述相变材料是硫族化物材料，例如 GeSbTe 或AgInSbTe。
8.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，还包括所述非线性层(4)之上的覆盖 层(7)，所述存储介质被设计为利用首先穿透所述覆盖层(7)的激光束来操作。
9.根据权利要求8所述的光学存储介质，还包括在所述非线性层(4)和所述数据层 (3)之间布置的第一电介质层(5)和在所述非线性层(4)和所述覆盖层(7)之间布置的第 二电介质层(6)。
10.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，其中具有低于所述衍射极限的尺寸 的轨道的凹坑(2TP)和平台(2TL)是2T和/或3T凹坑和平台。
11.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，其中用于读取数据的拾取器的衍射 极限被定义为λ/4ΝΑ，λ是激光波长，并且NA是所述拾取器的数值孔径。
12.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，其特征在于在转化的平台和随后的 转化的凹坑之间以及在转化的凹坑和随后的转化的平台之间不包括辅助平台或辅助凹坑。
13.根据前述权利要求1-11之一所述的光学存储介质，其中转化的平台(IL)通过辅 助平台(AL)与之前的凹坑隔开，并且通过辅助平台(AL)与随后的凹坑隔开，而其中转化的 凹坑(IP)通过辅助凹坑(AP)与之前的平台隔开，并且通过辅助凹坑(AP)与随后的平台隔 开。2
14.根据前述权利要求之一所述的光学存储介质，其特征在于所述光学存储介质是只读光盘。
全文摘要
一种光学存储介质，包括基底层；数据层，其具有在基底层上的轨道中布置的带有数据的凹坑/平台数据结构；以及非线性层，其具有在数据层上安排的超分辨率结构，其中具有低于衍射极限的尺寸的平台(2TL)被转化为凹坑(IL)并且由辅助平台(AL)包围，而具有低于衍射极限的尺寸的凹坑(2TP)被转化为平台(IP)并且由辅助凹坑(AP)包围。光学存储介质具体地是包括用于提供超分辨率效应的例如AgInSbTe的相变材料的只读光盘。
文档编号G11B7/013GK101960521SQ200980107975
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月7日
发明者克里斯托弗·费里, 拉里萨·冯雷维尔, 盖尔·皮拉德, 赫伯特·霍尔兹曼 申请人:汤姆森特许公司