专利名称：相变记录介质的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施例涉及一种相变记录介质，其通过用光束照射而可逆地改变状态来记录信息。本发明尤其是涉及这样一种相变记录介质，其中用于保持被记录信息的薄膜中的原子排列在非晶态与晶态之间变化。
背景技术：
(相变光学记录原理)在相变光学记录膜中，加热到熔点或更高的部分一般会熔化并在迅速冷却时获得非结晶原子排列。近来的研究表明有这种可能性，即该非结晶原子排列并非完全非晶态而是具有短程规则性。不过，XRD(X射线衍射)测量示出并没有晶体存在时应观察到的谱峰。因此，作为晶态基本特征的长程规则性并不存在或非常弱。因此，“加热到熔点或更高温度的部分在迅速冷却时获得的非结晶原子排列的状态”在下文中将照常称为非晶态。此外，当把材料在从结晶温度到熔点的温度范围内保持预定时间或更长时，该材料如果本来是结晶的则将保持晶态，而如果本来是非结晶的则将结晶(固相擦除模式)。根据记录膜的材料，也可以通过把记录膜的非结晶部分加热到熔点或更高温度使该部分熔化，然后逐渐冷却来使之结晶(熔化擦除模式)。
由于从非结晶部分反射的光强度不同于从结晶部分反射的光强度，因此该反射的光强度被转换成电信号强度，并通过对该电信号进行A/D转换来读出信息。这就是相变记录介质的原理。还可以通过使用如马氏体相之类的亚稳晶相与稳定晶相之间的转变或者多个亚稳晶相之间的转变代替结晶相-非结晶相转变，来记录和读出信息。
(增加密度的方法)要记录在一个记录介质上的信息量，即记录容量可通过以下两种方法增加。一种是减小轨道方向上的记录标记间距。然而，如果尺寸缩小到了一定程度，记录标记变得比用来重放的光束尺寸还小，因此重放射束点可能暂时包含两个记录标记。如果记录标记相互分开得较多，则重放信号大程度地调制，于是获得幅度较大的信号。然而，如果记录标记相互接近，则获得幅度较小的信号，从而在转化成数字数据时容易发生误差。
另一种记录密度增加方法是减小轨道间距。该方法可增加记录密度而不会受到由标记间距尺寸缩小导致的信号强度减小的太大影响。然而，该方法存在以下问题，即在轨道间距等于或小于光束尺寸的区域中，当对某一轨道的邻近轨道写入或擦除信息时该某一轨道上的信息会受到损害。即发生所谓的交叉擦除。
交叉擦除的原因是在邻近轨道上的激光束的边缘直接照射标记，在记录过程中的热流流进了邻近轨道并使邻近轨道上的标记的温度上升，从而损害该标记的形状。为增加相变记录介质的密度，必须解决这些问题。同样，要准确读取缩小了尺寸的标记并同时降低读取误差的可能性，则希望使要形成的记录标记的边缘光滑并使噪声成分最小。
(通过多层介质增加容量)另一种增加容量的方法是形成多个信息记录层并把它们层积在一起。第2000 322770号日本专利申请公开了这种方法。设计成通过层积两个层而对一个表面进行读/写信息的介质被称为单面双层介质，或简称为双层介质。在该单面双层介质中，邻近光入射侧形成的信息层(下文中称作L0)必须具有大约50％或更大的透光度，以便当访问更远信息层(下文中称作L1)时在L0中不会使光线衰减超过必须的量。为此，L0中的记录膜厚度必须很薄，即10nm或更小。
由于该膜很薄，结晶所需的保持时间延长，从而以正常速率重写(或覆写)会发生不完全擦除。第12届相变光学信息存储器研讨会论文集(PCOS2000论文集)的第36到41页公开了以Sn替代GeSbTe记录膜的一部分的方法可有效解决上述问题。同样地，第2001 232941号日本专利申请公开了以Bi、In、Sn和Pb部分地替代GeSbTe记录膜是有效的。然而，为保证上述的擦除率，仅仅改进记录膜材料还不能满足，必须在该记录膜的分界面中形成具有结晶促进作用的膜。
根据PCOS2000论文集第36到41页，氮化锗(GeN)作为“具有结晶促进作用的分界面膜”是有效的。然而，本发明人做了广泛研究并已经发现如果传统分界面膜材料如GeN与具有上述记录膜材料的10nm或更小膜厚度的极薄的膜结合，则会发生交叉擦除并且不能很好地减小轨道间距。本发明人还做了广泛研究，并已经发现报告称具有结晶促进作用的碳化硅(SiC)增加了用于下一代高密度光盘的激光束在405nm波长的光衰减系数，并造成大量光损失。另外，氮化锗(GeN)和氮化硅(SiNx)也造成光损失。另一方面，不具有分界面膜的介质可抑制熔化部分的再结晶并减少交叉擦除，但却具有整体不充分的擦除率。
(高速记录的方法)高速记录是相变光学记录的另一个必要条件。例如，当记录图像或运动时，如果可在比实际重放时间短的时间内记录该图像或运动，则可以便于所分配介质的声音复制或所谓时移功能的执行，该功能允许用户在广播记录过程中对时间溯回从而来观看先前的图像或运动。干扰相变记录中的高速记录的一个原因是当具有相对低的擦除水平的激光在覆写过程中进行结晶时信息没有完全擦除的问题，即不充分擦除率的问题。也就是说，记录标记以高速经过激光点，因此在能结晶的温度范围中没有停留充分长的时间，从而信息没有被完全擦除。
第11-213446号日本专利申请公开了一种通过在记录膜的分界面中形成如GeN的材料来促进结晶从而增加擦除率的方法。然而，本发明人使用第11-213446号日本专利申请所公开的材料作为分界面膜而不控制记录膜状态或分界面状态来做实验，结果发现熔化部分在记录过程中部分地再结晶，即为了形成具有必需尺寸的记录标记需要熔化比所述必需尺寸大的范围。该分界面膜的使用熔化了比必需区域更大的区域，因此加速了前面所述的交叉擦除，即从高密度记录观点看具有相反效果。换言之，如果以在从交叉擦除观点看所允许的范围内的激光功率来记录信息，则所形成的记录标记的宽度减小，并且所获得的载波噪声比(CNR)降低。另一方面，不具有分界面膜的介质可抑制熔化部分的再结晶并减少交叉擦除，但具有整体不充分的擦除率。因此，出现了对能在记录过程中抑制熔化部分的再结晶同时又能在擦除过程中增加结晶速率的新型分界面膜材料的需要。
(相变记录介质的膜设计)在相变记录介质中，如在“相变光学记录原理”中所说明的，通过用激光脉冲照射而在记录膜的期望部分中形成非结晶标记(即写入数据)，或通过用低功率激光照射使非结晶标记结晶来擦除数据。在前一个处理中，通过迅速冷却被激光照射的部分来形成非结晶标记。在后一个处理中，当逐渐冷却时非结晶部分被结晶。此外，该记录膜的激光吸收率越大，则记录或擦除数据所需的激光功率越低；所述吸收率越小，则记录或擦除数据所需的激光功率越高。该记录膜的吸收率由以多层膜形式形成的介质中的每一种膜材料的光特性和热特性决定。例如，可通过选择吸收率相等的膜材料来改变排列，并在快冷结构与慢冷结构之间或者在膜的纵向与横向之间产生热物理属性的各向异性。
也就是说，相变记录介质的膜设计包括光设计和热设计。对于光设计，需要掌握每个薄膜的光特性。对于热设计，需要掌握每个薄膜的热物理属性，如熔点、溶解潜热和结晶温度。薄膜的光学常数可使用如偏振光椭圆计之类的设备来测量。几项研究已暗示出纳米级膜的热物理属性与本体的热物理属性不同。然而，不可能在去掉其它因素的影响的情况下对其(薄膜的热物理属性和本体的热物理属性)进行系统地测量。因此，必须用经验参数来校正它们(校正其它因素的影响以便掌握薄膜的热物理属性)。尤其是，几乎没有测量纳米级膜之间的界面热阻或边界热阻的方法。本发明人对这些问题也做了广泛研究，并已经建立了一种热设计方法，该方法考虑到了通过使用热设计的高精度方法测量到的薄膜的热物理属性值和薄膜之间的边界热阻，从而完成本发明。
(界面层材料)
作为一种可用于替代GeN的具有结晶促进作用的分界面层材料的已知技术，例如，2003-6794号日本专利申请“在几种氧化物如Ta2O5中混合碳化物或氮化物的技术”公开了其目标是用硫(S)这种游离态的保护膜材料。第2003-6794号日本专利申请的主要目的是使用具有波长λ＝650nm的激光二极管来改进现有DVD。第2003-6794号日本专利申请的材料在使用下一代蓝紫激光二极管(λ＝405nm)时变得不透明且增加了光损失。因此该材料在下一代高密度介质中存在问题。上述GeN在λ＝405nm时也变得不透明且增加了光损失。
此外，第2003-323743号日本专利申请公开了关于(ZrO2)M(Cr2O3)100-M，即Zr Cr O体系的技术作为含有ZrO2分界面层材料的现有技术。M示出在该化合物中ZrO2的浓度。虽然在该材料体系中混合了Cr2O3，但该材料在可见光波长区域内，尤其是在λ＝405nm时具有很大的衰减系数。因此，若该材料是膜中所含的混合材料，则即使在其含量很少的情况下，也会形成具有相对大的衰减系数的薄膜。
(记录膜的材料体系)共晶体系记录膜使用前述擦除处理中的熔化擦除模式，因此覆盖层无需具有结晶促进作用。因此，没有检验记录膜的详细情况，如膜材料和微观结构。另外，由于该共晶体系使用如上所述的熔化擦除模式，因此要执行用来对槽岸(L)和沟槽(G)二者都进行信息记录和重放的所谓槽岸和沟槽记录是很困难的。这非常不利于增加记录密度。
相反，一种所谓的伪二元体系记录膜材料如Ge2Sb2Te5可不使用熔化擦除模式，而是在固相状态下快速地把它的物相从非晶态改变到晶态(固相擦除模式)。然而，如果该记录膜很薄，则结晶所需的时间相对延长，因此必须通过控制记录膜的状态或使用具有结晶促进作用的分界面层材料来增大结晶速率。这实现了槽岸和沟槽记录。
如上所述，关于使用相变体系的记录膜和分界面层材料，已经积累了大量的现象学发现、结晶学发现以及本体热物理属性和化学属性的发现，并且这些发现已经应用到介质的研究、开发和设计中。然而，目前几乎没有微观研究或几乎没有关于例如材料电子状态的研究。
S.K.Bahl等人试图分析GeTe的电子状态，GeTe目前作为相变记录膜材料还有各种问题因此大概很少被使用(J.Appl.Phys.(应用物理杂志)，卷(1970)，第2，196页)。S.K.Bahl等人的研究基于由电子转移现象如电阻率对温度的依从关系而得到的简单的能带模型，并旨在估计在晶态与非晶态之间能带结构中的大致变化。然而，由于该研究基于简单的能带模型且实验数据仅仅是电子转移现象，因此S.K.Bahl等人提出的仅仅是非常简单的能带模型。该研究当然不能有助于将GeTe应用到相变记录介质中。
此外，Ogawa等人试图通过计算来估计作为可在相变记录介质中使用的材料Ge2Sb2Te5的电子状态(PCOS1997论文集，第50页到53页)。即，Ogawa等人试图根据例如电阻率对温度的依从关系来从晶体结构计算能带结构，但计算结果与实验事实无从比较，因此不能把该材料应用到相变记录介质中。
在第2000-322770号或第2003-323743号日本专利申请、PCOS2000论文集第36到41页或PCOS1997论文集第50到53页中，执行高速、高密度记录的相变信息记录介质具有熔化区域在记录过程中再结晶的问题。此问题容易导致交叉擦除的发生，这就易于干扰槽岸和沟槽记录。此外，很难实现这样一种能够高速覆写的高密度、大容量相变记录介质，其中该相变记录介质即使在使用短波长激光(λ＝405nm或更小)时也可保证高的结晶/非结晶对比度和高CNR，具有在高线速度下的充分高的擦除比，并且有良好的覆写(OW)循环特性和环境耐性。
发明内容
本发明一个目的是实现能够高速覆写的高密度、大容量相变记录介质。
在根据本发明实施例的相变记录介质中，构成记录膜的元素从接触该记录膜的部分起在该记录膜的厚度方向上具有偏析分布或浓度分布。
本发明可实现能够高速覆写的高密度、大容量相变记录介质。
本发明的其它目的和优点将在下面的描述中阐明，并且部分地从该描述中变得明显或者通过实践本发明来得知。本发明的目的和优点可借助于下文中特别指出的手段及其结合来实现和获得。
并入且构成说明书一部分的
了本发明的实施例，并与上面给出的总描述和下面给出的实施例的详细描述一同用来说明本发明的原理。
图1是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的截面结构实例的示图；图2是示出用来测量记录膜的价带状态密度(DOS)的样本的排列实例的示图；图3是用来说明用于制造根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的设备的示图；图4是用来说明制造根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的步骤的流程图；图5A到5C是分别示出其中构成根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)记录膜的元素(例如，Ge和Te)具有偏析分布或浓度分布的状态实例的图形；图6是示出根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的分界面层(上分界面膜和/或下分界面膜)的材料的实例的示图；图7是示出当GeN用作所述分界面层材料时Ge与N的组成比的实例的示图；图8是示出根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的记录膜(L0和/或L1)材料的实例的示图；图9是示出用来说明没有分界面层的对比实例1、使用SiO2作为分界面层的对比实例2和使用Y2O3作为分界面层的对比实例3的示图；图10是示出对于分界面层材料的各种组合，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图20中的au11/au12)的测量结果的示图；注意，从价带DOS峰值所在的能级到更深能级的方向，例如在图20中横坐标(x轴)结合能上增大的方向，即，朝横坐标左边的方向是从价带DOS峰值所在起能级的较低侧；图11是示出对于与在图10中所示的那些不相同的分界面层材料的组合(包括其中没有形成分界面层的情况)，晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图19中的au01/au02)的测量结果的示图；图12是示出用于以槽岸和沟槽记录方法来评价记录膜的评价条件实例的示图；图13是示出多个样本的记录膜评价结果(CNR、SbER和ER)的示图；图14是示出多个样本的其它记录膜评价结果(以不同线速度的擦除比ER)的示图；图15是示出具有各种组成的记录膜的评价结果(CNR和SbER)的示图；图16是示出当向具有各种组成的记录膜添加少量N时的评价结果(CNR和SbER)的示图；图17是示出没有分界面层的对比实例4、使用SiO2作为分界面层的对比实例5和使用Y2O3作为分界面层的对比实例6的评价结果(CNR、SbER和ER)的示图；图18是示出分别使用SiO2和Y2O3作为分界面层的对比实例5和6的其它评价结果(以不同线速度的ER)的示图；图19是用来说明对于其中没有形成分界面层的情况，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的图形；图20是用来说明对于其中形成了分界面层的情况，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的图形；
图21是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的优选组成范围的GeSbTe三元体系相图；图22是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的优选组成范围的GeBiTe三元体系相图；以及图23是(当在图21中示出的Ge和/或Sb由Sn和/或Bi替代时)用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的优选组成范围的Ge/Sn Sb/Bi Te三元体系相图。
具体实施例方式
下文将参照附图描述根据本发明的各种实施例。通常，根据本发明的一个实施例，在根据本发明实施例的相变记录介质中，构成记录膜的元素从接触记录膜的部分起在记录膜的厚度方向上具有偏析分布或浓度分布。
根据实施例，图1示出根据本发明实施例的光学记录介质(RW或RAM类型相变记录光盘)100的层排列实例。光学记录介质100是具有多个(在本实施例中为两个，即L0和L1)信息层的多层光盘。当从激光束入射那一侧看时，该光学记录介质100包括L0信息层19、夹层分离层(粘合层)18和L1信息层20。通过在对要使用的激光束(具有405nm或更小波长的短波长激光)透明的基片1a上顺序地层积第一干涉膜(下文也称作保护膜或电介质膜)11a、下分界面膜12a、L0记录膜13a、上分界面膜14a、第二干涉膜15a、反射膜16a和第三干涉膜17a来形成L0信息层19。相反，通过在透明基片1b上顺序地层积反射膜16b、第二干涉膜15b、上分界面膜14b、L1记录膜13b、下分界面膜12b和第一干涉膜11b来形成L1信息层20。根据本实施例的光学记录介质(RW或RAM类型相变记录光盘)100具有其中使用夹层分离层18作为粘合剂来粘合L1信息层20的第一干涉膜11b和L0信息层19的第三干涉膜17a的结构。
在L0信息层19的多层结构中，第三干涉膜17a还用作有助于光增强和/或热扩散的电介质膜(例如ZnS+SiO2)。
在L0记录膜13a的上表面和下表面的至少一个(最好两个)上形成具有预定厚度(大约0.1到1.0nm的平均厚度)的极薄氧化膜21a。在L1记录膜13b的上表面和下表面的至少一个(最好两个)上形成具有预定厚度(大约0.1到1.0nm的平均厚度)的极薄氧化膜21b。极薄氧化膜21a和21b由记录膜13a和13b的相同构成元素(例如，Ge和Te)构成。
注意在图1中由除去后缀“a”和“b”的相同参考数字表示的组分基本表示具有相同功能的组分。例如，L0记录膜13a和L1记录膜13b是物理上不同的组分，但是具有作为用来记录信息的记录膜的同一功能。然而，第一干涉膜11a和11b都是电介质膜，但并不具有作为保护膜的同一功能(因此，它们也称作“保护膜或电介质膜”)。即，当在基片1b上形成L1信息层20时(在由粘合层18粘合之前)，第一干涉膜11b可用作(对记录膜的)保护层。然而，当在基片1a上形成L0信息层19时，第一干涉膜11a不需要用作保护层(因为基片1a覆盖了第一干涉膜11a)。在此情况下，第三干涉膜17a在由粘合层18粘合之前可用作保护层。另外，在如干涉膜和分界面膜之类的术语中使用的“膜”严格来说应根据所说明的部分被称作“层”，但在它们之间没有本质上的不同。此外，没有后缀“a”和“b”的参考数字代表由具有后缀“a”和“b”的相同参考数字所表示的组分(例如，干涉膜11表示干涉膜11a或11b)。
根据本发明此实施例的相变记录介质的排列并不局限于图1中所示。例如，在第二干涉膜15a或15b与反射膜16a或16b之间还可形成另一个电介质膜(未示出)。所有干涉膜11a、1ib、15a、15b、17a和17b还可以用分界面膜12a和12b或者14a和14b的材料来取代，从而省略干涉膜。反射膜16a或16b还可由多个层积的金属膜形成。在反射膜16a或16b上还可形成电介质膜(未示出)。
在如图1中所示的两层介质中，形成了各自具有上述排列的接近光入射表面的第一信息层(L0信息层)19面和远离光入射表面的第二信息层(L1信息层)20面、并且由粘合层18将其粘合，从而通过该粘合层18把它们隔离开。该结构类似地应用到具有三层或更多层的多层介质中(虽然未示出，但当信息层的数目是三层时，在图1所示的基片1a和1b之间层积第二夹层分离层和L2信息层；当信息层的数目是四层时，在图1所示的基片1a和1b之间层积第二和第三夹层分离层以及L2和L3信息层)。
还可以在基片1a和/或基片1b上形成各种类型的膜，并在这些膜上粘合大约0.1mm厚的薄透明片(未示出)，从而获得这样的介质，在该介质上光线穿过该透明薄片(假设该介质与具有大约0.85的高NA的物镜一起使用)。这是因为(当使用0.6mm厚的透明基片时)即使当在光入射侧形成大约0.1mm厚的薄透明覆盖层时，在图1所示的实施例中使用的记录膜材料、分界面层材料、保护膜材料和反射膜材料所需的特性之间也没有太大不同。
有利于实施本发明的光学记录介质(相变光盘)具有以下排列和/或特性。
<1>在具有基片1a和1b以及多层结构19和20的记录介质100中，所述多层结构19和20包括干涉膜(保护膜或电介质膜)11a和11b、能可逆地改变原子排列的记录膜13a和13b、与记录膜接触的结晶促进膜12a、12b、14a和14b、以及反射膜16a和16b，并且其中在记录膜13a和13b上可逆地记录或擦除信息，构成记录膜13a和13b的元素(例如，Ge和Te)从接触记录膜13a和13b的部分21a和21b起在记录膜13a和13b的厚度方向上具有如图5所示的偏析分布或浓度分布。
<2>在接触记录膜13a和13b的部分21a和21b中，形成了由记录膜13a和13b的构成元素(例如Ge和Te)构成的平均厚度为0.1(包含)到1(包含)nm的极薄的所述元素的氧化膜21a和21b。
<3>多层结构19包括有助于光增强和/或热扩散的电介质膜(例如ZnS+SiO2)11a、15a和17a。
<4>干涉膜(保护膜或电介质膜例如图1中的11b)用作对记录膜(如图1所示13b)的保护膜。
<5>在比记录膜13a和13b的价带DOS峰值所在(例如图20中结合能为0(eV)的部分)的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图20中的au11/au12)为1.0(包含)到2.5(包含)。
<6>在比记录膜13a和13b的价带DOS峰值所在(其结合能为0(eV))的能级低0.25到1.0(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图20中的au13/au14或au15/au16)也为1.0(包含)到2.5(包含)。价带的最高能量习惯以通过XPS等测量时的结合能＝0(eV)来表示。这并不表明原子间的结合能是0。使用XPS等的价带的能级可根据作为参考的已知谱峰来校正。
<7>由分别与记录膜13a和13b中相应那个记录膜的一个表面相接触的上分界面膜14a和14b以及分别与记录膜13a和13b中相应那个记录膜的另一个表面相接触的下分界面膜12a和12b来形成结晶促进膜12a、12b、14a和14b，并且控制(设置)上分界面膜14a和14b以及下分界面膜12a和12b使得在记录膜13a和13b之上和之下的结晶速率不同。
<8>还可以由分别与记录膜13a和13b中相应那个记录膜的一个表面相接触的上分界面膜14a和14b或者分别与记录膜13a和13b中相应那个记录膜的另一个表面相接触的下分界面膜12a和12b来形成结晶促进膜12a、12b、14a和14b，并控制(排列)上分界面膜14a和14b或者下分界面膜12a和12b使得在记录膜13a和13b之上和之下的结晶速率不同。
<9>结晶促进膜12a、12b、14a和14b可由氮化锗(GeN)、氮化锗铬(GeCrN)、氧化锆(ZrO2)、稳定氧化锆+氧化铬(ZrO2+Cr2O3)、稳定氧化锆+二氧化硅+氧化铬(ZrO2+SiO2+Cr2O3)、锆石+氧化铬(ZrSiO4+Cr2O3)、或氧化铪(HfO2)制成。结晶促进膜还可由含有铪(Hf)、氧(O)和氮(N)的化合物(HfO(2-x)Nx)制成。结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和钇(Y)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝0)制成。结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和铌(Nb)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝1)制成。结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)、钇(Y)和铌(Nb)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中0＜z＜1)制成。结晶促进膜还可由氧化铬(Cr2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锌+氧化钽(ZnO+Ta2O5)、氧化锌+氧化钽+氧化铟(ZnO+Ta2O5+In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锡+氧化锑(SnO2+Sb2O3)、氧化锡+氧化钽(SnO2+Ta2O5)或氧化锡+氧化铌(SnO2+Nb2O5)制成。
注意，本发明实施例有关的氧化锆(ZrO2)是一般以其中Y2O3的摩尔浓度为3到5mol％的ZrO2+Y2O3所表示的稳定氧化锆。稳定氧化锆并不局限于ZrO2+Y2O3，还可以是ZrO2+Nb2O5或ZrO2+MgO。如果单使用ZrO2，则热膨胀系数会由于例如温度改变所引起的晶体结构的相变而发生骤变，从而造成各种问题。因此，为减少或几乎消除这些问题而经历了各种措施的氧化锆(ZrO2)在本说明书中被称为稳定氧化锆。
<10>从记录膜13a或13b的两个表面将记录膜夹在中间的上分界面膜14a或14b和下分界面膜12a或12b中的一个可由氮化锗(GeN)、氮化锗铬(GeCrN)、氧化锆(ZrO2)、稳定氧化锆+氧化铬(ZrO2+Cr2O3)、稳定氧化锆+二氧化硅+氧化铬(ZrO2+SiO2+Cr2O3)、锆石+氧化铬(ZrSiO4+Cr2O3)、或氧化铪(HfO2)制成。上结晶促进膜或下结晶促进膜还可由含有铪(Hf)、氧(O)和氮(N)的化合物(HfO(2-x)Nx0.1≤x≤0.2)制成。上结晶促进膜或下结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和钇(Y)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝0)制成。上结晶促进膜或下结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和铌(Nb)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝1)制成。上结晶促进膜或下结晶促进膜还可由含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)、钇(Y)和铌(Nb)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中0＜z＜1)制成。
上分界面膜14a或14b和下分界面膜12a或12b中的另一个可由氧化铬(Cr2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锌+氧化钽(ZnO+Ta2O5)、氧化锌+氧化钽+氧化铟(ZnO+Ta2O5+In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化锡+氧化锑(SnO2+Sb2O3)、氧化锡+氧化钽(SnO2+Ta2O5)或氧化锡+氧化铌(SnO2+Nb2O5)制成。
<11>当记录膜13a和13b含有锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)且此组成以GexSbyTez表示并且其中x+y+z＝100时，记录膜13a和13b可具有例如图21所示的GeSbTe三元体系相图上由x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54定义的区域中如图21所示的组成A1，或具有在那个区域上如图21所示的组成B1。
<12>可向具有上述组成的GeSbTe基化合物添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮(N)。
<13>当记录膜13a和13b至少含有锗(Ge)、铋(Bi)和碲(Te)且此组成以GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，记录膜13a和13b可具有例如图22所示的GeBiTe三元体系相图上由x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54定义的区域中如图22所示的组成A2，或具有在那个区域上如图22所示的组成B2。
<14>可向具有上述组成的GeBiTe基化合物添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮(N)。
<15>当记录膜13a和13b的组成中的一部分被铋(Bi)和/或铟(In)和/或锡(Sn)替代，并且替代后的组成以(Ge(1-w)Snw)x(Sbv(Bi(1-u)Inu)(1-v))yTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成中的w、v和u可满足0≤w＜0.5，0≤v＜0.7和0≤u≤1。
<16>可向具有上述组成的由GeSnSbTe、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeSbTeBi、GeBiTeIn、GeSnSbTeBi和GeSnSbTeBiIn表示的化合物中添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮(N)。
下面将说明单面双层介质的实施例和实例。同样，如典型光盘的测量数据，在L0和L1的每个槽岸(L)和沟槽(G)上的每个实验的最差值被用作代表值。使用分光光度计来测量每个典型光学记录介质的透光度、反射率等。使用分析法，如ICP(感应耦合等离子体法)、RBS(卢瑟福背散射能谱分析法)、SIMS(二次离子质谱法)、TOF SIMS或XPS(X射线光电子能谱法)来测量薄膜中的每种元素的浓度。膜中元素的结合形式由例如XPS或IR(红外光谱法)测量来检测。薄膜的导热率和热扩散率以及层积薄膜之间的边界热阻用热反射率法来评价。记录膜的价带DOS可使用XPS、UPS或HX PES(硬X射线光电子能谱法)测量。关于DOS的信息还可通过测量电子比热等来获得。
图2是示出用来测量记录膜的价带DOS的样本排列实例的示图。图2中所示基片1由聚碳酸酯(PC)等制成。使用溅镀设备在基片1的沟槽形成表面上形成之后的层。即，在靠近激光束入射侧而形成的L0信息层中，例如在图1中以参考数字19代表的层中，顺序地形成干涉膜(ZnS+SiO2)15、分界面层14、记录膜层13、分界面层12、干涉膜(ZnS+SiO2)11等。在远离光入射侧而形成的L1信息层中，例如在图1中以参考数字20代表的层中，在基片上顺序地形成反射膜(Ag合金)16、干涉膜(ZnS+SiO2)15、分界面层14、记录膜层13、分界面层12、干涉膜(ZnS+SiO2)11等。
在本发明的实施例中，记录膜的价带DOS主要通过使用HXPES(硬X射线光电子能谱法)或XPS来测量。由HX PES执行的记录膜的价带DOS的测量使用如图2中所示样本，该样本中在基片1上形成了能可逆地改变原子排列的记录膜13、与记录膜13接触并具有结晶促进作用的膜12和14、保护膜11和反射膜16。记录膜13在沉积时是非结晶的。当使用聚碳酸酯(PC)基片时，使用初始化设备来进行结晶(激光退火)。当使用Si或玻璃基片时，可通过在电炉等中加热到结晶温度或更高温度并持续预定的时间来执行结晶。
价带DOS的最高能量等于在导电体中的费米能量。在半导体中，费米能量主要存在于价带与传导带之间的能带隙的中心。在半导体中，本地能级有时根据是掺杂施主杂质还是受主杂质来形成。在此情况下，费米能级升高或降低的很少。
其能级低于处在晶态和非晶态下的记录膜的价带DOS峰值所在的能级的晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的控制方法的实例是(i)轻微改变在记录膜厚度方向上的组成的方法(微偏析)，(ii)恰当选择排列在记录膜上方和下方的分界面层材料，从而改变从分界面层轻微地掺入到记录膜中的元素的方法(微反应)，以及(iii)在接触记录膜的部分中由构成记录膜的元素形成平均厚度为0.1(包含)到1(包含)nm的极薄氧化膜的方法。
还可以通过例如下面的方法来使记录膜上方和下方的结晶速率不同(i)轻微改变在记录膜的厚度方向上的组成和/或(ii)恰当选择排列在记录膜上方和下方的分界面层材料，从而改变从分界面层轻微地掺入到记录膜中的元素。
例如，在微偏析模型中，如果GeSbTe系的膜中的元素Ge偏析，则Ge的量很大和很小的部分或者其它元素(Sb和Te)的量很大和很小的部分起到晶核的作用，从而与没有偏析的记录膜相比增加了晶核的数量。这样大概有助于高速结晶。然而，如果偏析程度达到相分离的程度，则该方法无效，因此所述的偏析必须是只能由精确分析检测到的微偏析。由于微偏析的元素取决于所使用的记录膜和分界面层以及取决于它们的处理，因此该方法可通过恰当选择这些因素来控制。
另一方面，在微反应模型或微掺杂模型中，在例如GeBiTe系的膜中Te比Ge和Bi更难于氧化。即，使Ge和Bi氧化或反应比使Te氧化或反应更容易。例如，当Ge和Bi轻微氧化时，未氧化的Te起到晶核的作用，或者轻微氧化后的GeOx和BiOx起到晶核的作用，从而与传统记录膜相比增加了晶核的数量。这样也许有助于高速结晶。由于微偏析的元素取决于所使用的记录膜和分界面层以及取决于它们的处理，因此该方法可通过恰当地选择这些因素来控制。这使得可以使在记录膜上方或下方的结晶速率不同，这显然大概很难控制。
(i)轻微改变在记录膜厚度方向上的组成的方法可通过几种手段来达到，例如通过在从溅镀开始到结束期间改变排放气量和/或放出能量。该排放气的量可通过例如在排放过程中混合其它气体来改变。
(ii)在接触记录膜13a或13b的部分中由构成记录膜的元素(例如Ge和Te)形成平均厚度为0.1(包含)到1(包含)nm的极薄氧化膜21a或21b的方法可通过例如使用具有与分界面层12a或12b以及14a或14b的材料相同的高氧化能力的材料、或者轻微氧化记录膜13a或13b的表面来达到。
本发明通过结合了各种分析方法和对机理广泛研究来达到这些传统上不可想象的复杂微观反应。
图3是用来说明用于制造根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的设备的示图。在真空容器100A中的如图3所示的上部附近，安置一个如图3所示的用来支撑PC基片的盘形旋转基部102A，来使得旋转表面水平(垂直于该图的表面)。旋转基部102A的下表面支撑PC基片，电机110A旋转该基片(该基片不旋转的实施例也是可以的)。
在真空容器100A的如图3所示的下部附近，安置其上具有溅镀源(靶材料)的阳极板104A来正对上部的旋转基部102A。可旋转磁铁111A安置在阳极板104A下方。旋转基部(阴极板)102A接地。当执行RF溅镀时阳极板104A连接到射频电源112A。(当执行DC溅镀时阳极板104A连接到DC电源。)溅镀过程中，电源112A在接地的阴极板102A和阳极板104A之间施加输出电压。
真空容器100A通过排气口113A连接到抽气装置114A。当执行溅镀时，汽缸116通过进气口115A和控制阀118A向已被抽气装置114A抽空的真空容器100A中喷出微量溅镀气体(例如惰性气体氩气)。附在真空容器100A上的内压传感器(真空计)108A检查溅镀气体的喷射量。溅镀控制器120A即计算机对基片旋转电机110A、磁铁111A、溅镀电源112A、抽气装置114A和控制阀118A进行控制。
具有膜厚度测量功能的监控装置106A安置在阳极板104A上的溅镀源的上方。控制器120A的CPU使监控装置106A监控从溅镀源到基片的溅镀量。即，控制器120A的CPU编程来在对溅镀到基片上的薄膜进行监控的同时调节从电源112A到阳极板104A的RF电源，因此薄膜层具有预定组成(或预定膜厚度)。注意，图3中所示的真空容器100A具有在溅镀期间相互独立地工作的真空交换室和制程室(均未示出)。
图4是用来说明制造根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的步骤的流程图。首先，基片1a或1b被(手工或用机械手)装载到溅镀设备的预定部分(ST100)，并且对真空容器100A的真空交换室抽气(ST102)。如果内压传感器108A感测到真空交换室中的真空程度例如是1×10-3(Pa)或更低(ST104中为是)，则将基片移入真空容器100A中的制程室中(ST106)。当基片已经移到面对预定靶材料的位置时，旋转阴极板102A上的基片和阳极板104A上的磁铁111A(ST108)。
之后，汽缸116A向制程室供给溅镀气体(ST110)，并且启动电源112A来开始等离子点火(ST112)。这样，在基片上均匀地形成对应于靶材料的成分的薄膜(ST114)。如果膜厚度计106A通过监控检测到已形成了具有期望厚度的薄膜，则停止向制程室供气(ST116)，一个薄膜的形成过程完成。
为了在同一基片上形成另一个薄膜(ST118中为是)，再次执行ST106到ST116的处理。如果要形成的薄膜的成分不同，则以相应靶材料替换该靶材料，并且要供给制程室的气体组分也根据需要而改变。例如，可以根据成膜的类型来仅仅供给氩气或氩气和氮气的混合气体。
如果在同一基片上完全形成了所有的膜(ST118中为否)，则停止在阴极板102A上的基片和在阳极板104A上的磁铁的旋转(ST120)。之后，将已形成膜的基片转移到真空交换室(ST122)，吹扫气体(例如N2)或空气被放入真空交换室来消除真空状态，并把已形成膜的基片1a或1b(通过手工或用机械手)卸载(ST124)。接着，如图1等所示的那样粘合已形成膜的基片1a和1b，从而完成单面多层光盘(例如，用于高密度记录的DVD RW或DVD RAM)。
图5A到5C是分别示出其中构成根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的记录膜的元素(例如Ge和Te)具有偏析分布或浓度分布的状态的示图。除Ge和Te之外还有多种元素构成记录膜，并且图8示出了实例。然而，为了清楚地说明每种构成元素的偏析分布或浓度分布，仅仅示出元素Ge和Te作为范例。
图5A示意性地示出以下范围内的元素浓度(at.％)从记录膜13a或13b与下分界面膜12a或12b之间的分界面到下分界面膜的大约几nm的范围；从记录膜13a或13b与上分界面膜14a或14b之间的分界面到上分界面膜的大约几nm的范围；以及位于上述范围之间的距离记录膜13a或13b的分界面大约10nm的范围。即，使记录膜的构成元素中的一种(例如Ge)向着记录膜范围内的高浓度侧以一定方式偏析，并且使记录膜的构成元素中的其它元素(例如Te)向着记录膜范围内的高浓度侧以另一种方式偏析。
图5B和5C示意性地示出偏析方式的其它实例。在图5B中的Ge和Te的元素浓度之间的差异小于在图5A中所示的浓度差异。此外，例如在图5C的水平方向上Ge和Te的元素浓度的变化位置与在图5A中所示的相反。虽然未示出，但如果记录膜相对较厚，则在记录膜厚度方向上靠近中心位置的每种构成元素的浓度还可以低于在肩状部分中的浓度。
图6是示出根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的分界面层(上分界面膜和/或下分界面膜)的材料的实例的示图。图7是示出当GeN用作所述分界面层材料时Ge与N的组成比的实例的示图。图8示出根据本发明实施例的光学记录介质(相变光盘)的记录膜(L0和/或L1)材料的实例。图9是示出用来说明没有分界面层的对比实例1、使用SiO2作为分界面层的对比实例2和使用Y2O3作为分界面层的对比实例3的示图。
通过把图6和图8所示的材料应用到具有如图2所示的排列的样本中来进行实验。在图6中所示的分界面层材料之一被放置在光入射侧(层12那一侧)，其它分界面层材料有选择地设置在反射膜侧(膜16那一侧)。注意，组成可变的化合物如GeN和GeCrN含有不同组成的适当组合。图7示出不同GeN组成的实例。作为对比实例，对图9中所示分界面层材料进行实验。
图10是示出对于分界面层材料的各种组合，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图20中的au11/au12)的测量结果的示图。图11是示出对于与在图10中所示的那些不相同的分界面层材料的组合(包括其中没有形成分界面层的情况)，晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS例如，在图19中的au01/au02)的测量结果的示图。
图10和图11分别示出在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的测量结果。对于图10中所示的每种组合，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)是1.0(包含)到2.5(包含)。另一方面，在图11中所示的每个对比实例的这个比值是4或更大。在高速相变中，把在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)控制在1.0(包含)到2.5(包含)是很重要的。
图19是用来说明对于其中没有形成分界面层的情况，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的图形。图20是用来说明对于其中形成了分界面层的情况，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)的图形。
一种记录介质具有良好特性，该记录介质可使用光来可逆地记录和擦除信息，并包含基片、能可逆地改变原子排列的记录膜、与所述记录膜接触并具有结晶促进作用的膜、保护膜、反射膜和有助于光增强和/或热扩散的电介质膜，并且在该记录介质中在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)是1.0(包含)到2.5(包含)。图10和图13到16示出实例。这符合这样的事实在示出形成分界面层的情况的图20中，au11/au12(或au13/au14或au15/au16)落在1.0(包含)到2.5(包含)的DOS比的范围内。相反，在其中没有形成分界面层的图19中所示的情况下，DOS比(au01/au02、au03/au04或au05/au06)超过了2.5，因此该结果不好(图9、11、17和18)。
为方便起见假设价带DOS的最高能量是费米能量(费米能级)从而来进行下述说明。在室温时，费米能量具有大约25(meV)的波动。注意，本发明人使用比价带DOS的最高能量低0.5(eV)的能级作为参考，但发现比价带DOS的最高能量低大约1.0(eV)的能级(包括比价带DOS的最高能量低0.25(eV)的能级)也具有相同趋向。然而，本发明人搜索了高S/N比的条件，确定上述参考(比价带DOS的最高能量低0.5(eV)的能级)是最适合的条件之一。
当在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)为2.5或更低时，就电子状态而言，晶态和非晶态相互很接近，并且非晶态的短程规则性增强。这有利于晶态与非晶态之间的相变，从而允许它们之间发生高速相变。
当在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)为1.0时，就电子状态而言，晶态和非晶态完全相同，并且非晶态的短程规则性进一步增强。这更增加了晶态与非晶态之间的相变速度。
另一方面，如果在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)高于2.5，那么就晶体状态和电子状态两者而言，晶态和非晶态都相互不同，并且非晶态的短程规则性大大减弱。由于非晶态几乎没有长程规则性，因此需要高能量来引发晶态与非晶态之间的相变，因此高速相变是不可能的。
因此，这样的光学记录介质最好其中在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)是1.0(包含)到2.5(包含)。当与记录膜接触地形成具有结晶促进作用的膜，例如图1中所示的分界面膜12a或12b以及14a或14b时，晶态与非晶态之间的相变速度进一步增加。
(分界面膜)与记录膜接触地形成并具有结晶促进作用的分界面膜的材料的实例是这些元素、化合物以及这些元素和/或化合物的组合，比如i)氮化锗(GeN)，ii)氮化锗铬(GeCrN)，iii)氧化锆(ZrO2)，iv)稳定氧化锆+氧化铬(ZrO2+Cr2O3)，v)稳定氧化锆+二氧化硅+氧化铬(ZrO2+SiO2+Cr2O3)，vi)锆石+氧化铬(ZrSiO4+Cr2O3)，vii)氧化铪(HfO2)，viii)含有铪(Hf)、氧(O)和氮(N)的化合物(HfO(2-x)Nx)，ix)含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和钇(Y)的化合物((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝0)，x)含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)和铌(Nb)的化合物((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中z＝1)，xi)含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)、钇(Y)和铌(Nb)的化合物((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中0＜z＜1)，xii)氧化铬(Cr2O3)，xiii)氧化锌(ZnO)，xiv)氧化锌+氧化钽(ZnO+Ta2O5)，xv)氧化锌+氧化钽+氧化铟(ZnO+Ta2O5+In2O3)，xvi)氧化锡(SnO2)，xvii)氧化锡+氧化锑(SnO2+Sb2O3)，xviii)氧化锡+氧化钽(SnO2+Ta2O5)，以及xix)氧化锡+氧化铌(SnO2+Nb2O5)。对这些组合中任何一种的使用都使本发明实施例的特征更为显著。
同样，当位于所述记录层两面上的分界面层中的一个含有从以下材料组成的一个组中选出的至少一种材料、并且分界面层中的另一个含有从以下另外的材料组成的另一组中选出的至少一种材料时，可通过在形成非结晶标记时在再结晶状态下标记缩小而进一步获得与从前相比更高密度，更高记录、重写和擦除速度的效果，以及再结晶促进功能的提高，即再结晶速率的增加，所述一个组的材料是i)氮化锗，ii)氮化锗铬，iii)氧化锆，iv)稳定氧化锆和氧化铬，v)稳定氧化锆、二氧化硅和氧化铬，vi)锆石和氧化铬，vii)氧化铪，viii)铪、氧和氮，ix)锆、氧、氮和钇，x)锆、氧、氮和铌，以及xi)锆、氧、氮、钇和铌；所述另一组的材料是xii)氧化铬，xiii)氧化锌，xiv)氧化锌和氧化钽，xv)氧化锌，氧化钽和氧化铟，xvi)氧化锡，xvii)氧化锡和氧化锑，xviii)氧化锡和氧化钽，以及xix)氧化锡和氧化铌。
注意，已知与Zr在同一族中的Hf和Ti以及与Hf在同一族中的Zr和Ti是难以相互分离的元素，并且在分别提纯Zr以及提纯Hf的过程中不免会混合。但尽管这些元素不可避免会稍微混合，本发明实施例的效果也不会受到明显影响。
(记录膜)当记录膜由GeSbTe制成且其组成位于所谓的伪二元体系相线上或可由(GeTe)-(Sb2Te3)和类似组成表示的结线上时，本发明的分界面膜的效果十分显著。更优选的是，当记录膜由含有上述的(GeTe)-(Sb2Te3)组成和类似组成且其中Ge的组成比是30at.％或更多的合金记录膜材料制成时，本发明的分界面膜的效果尤为显著。虽然传统上认为只有记录膜的组成重要，但在本发明中记录膜的电子状态与组成同样重要。下面将说明该组成。
当作为上述GeSbTe成分的Ge部分地由Sn替代，或者GeSbTe中的Sb部分地由Bi和/或In替代，且使用早先描述的分界面膜时，本发明的效果更加显著。在此情况下，Sn对Ge的替代比优选的是Sn/Ge＜0.5，并且Bi对Sb的替代比优选的是Bi/(Bi+Sb)＜0.7。In对Sb或Bi的量的比优选的是0.7或更小，更优选的是0.5或更小，最优选的是0.25或更小。这些替代元素的量不仅与结晶促进作用十分相关，而且与结晶温度和熔点相关。因此，即使最佳条件依照该介质的设计而改变，从上述范围中作出选择也是有利的。
同样，当记录膜由GeBiTe制成且其组成位于所谓的伪二元体系相线上或可由(GeTe)-(Bi2Te3)和类似组成表示的结线上时，本发明的分界面膜的效果十分显著。更优选的是，当记录膜由含有上述的(GeTe)-(Bi2Te3)组成和类似组成且其中Ge的组成比是30at.％或更多的合金记录膜材料制成时，本发明的分界面膜的效果尤为显著。
(每种记录膜的氮化)当记录膜含有氮(N)时，该膜可由(GeTe)-(Sb2Te3)N，即把氮(N)添加到(GeTe)-(Sb2Te3)中获得的组成来表示。即，通过把氮(N)添加到伪二元体系(GeTe)-(Sb2Te3)中获得该组成。更简单的是此排布可由GeSbTe N表示。当使用该氮化记录膜时，本发明分界面膜的效果十分显著。更优选的是，当该膜用作含有上述组成(GeTe)-(Sb2Te3)和类似组成且其中Ge的组成比是30at.％或更多的合金记录膜材料时，本发明分界面膜的效果尤为显著。
当上述组成GeSbTe N中的Ge部分地由Sn替代，或GeSbTe N中的Sb部分地由Bi和/或In替代，且使用早先描述的分界面膜时，本发明的效果更加显著。在此情况下，Sn对Ge的替代比优选的是Sn/Ge＜0.5，并且Bi对Sb的替代比优选的是Bi/(Bi+Sb)＜0.7。In对Bi的量的比优选的是0.7或更小，更优选的是0.5或更小，最优选的是0.25或更小。这些替代元素的量不仅与结晶促进作用十分相关，而且与结晶温度和熔点相关。因此，即使最佳条件依照该介质的设计而改变，从上述范围中作出选择也是有利的。
同样，当记录膜含有把氮(N)添加到(GeTe)-(Bi2Te3)中获得的组成， 即具有位于所谓的伪二元体系相线上的组成或位于由(GeTe)-(Bi2Te3)N及类似组成表示的结线上的组成(更简单的是由GeBiTe N表示的组成)时，本发明的效果十分显著。更优选的是，当记录膜是由含有上述组成(GeTe)-(Bi2Te3)和类似组成且其中Ge的组成比是30at.％或更多的合金记录膜材料制成时，本发明分界面膜的效果尤为显著。
另外，虽然本发明的效果显得与记录膜的膜厚度无关，但当记录膜的膜厚度是20nm或更小时，更优选的是10nm或更小时，该效果更加显著。
此外，当把本发明应用到接近于记录介质(单面双层类型记录介质)的光入射侧的层中的记录膜时，本发明的效果十分显著，所述记录介质允许通过从一个表面进入的光来访问两个不同信息层。这种情况下的性能特征是该记录膜的膜厚度可减小到10nm或更小。使用根据本发明实施例的分界面层改善了对短波长激光束透明度增加和对比度增加的性能。
本发明人通过使用已知的作为具有促进记录膜结晶效果的分界面膜材料的如氮化锗(GeN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si-N)和Ta2O5+SiC的材料来进行实验。结果，本发明人已经发现了使得在不控制记录膜状态而使用具有优异的结晶促进效果的材料时CNR减小、以及具有高CNR的材料结晶促进效果比较差这两者之间达到折衷的办法。此外，这些材料中除开Si-N之外的任何一种对要在下一代DVD中使用的蓝紫激光二极管的波长λ＝405nm都具有相对大的吸收率(即，大的光衰减系数)。如果存在这种光损失，那么要发射的激光能量必须相应增加。光损失还使得难以增加L0记录膜的透明度，并减小L1记录膜的灵敏度和对比度。即，该双层介质出现许多问题。
很遗憾，当使用传统的均匀记录膜层和具有结晶促进作用的分界面层材料，如GeN时，特别是在低线速度时会发生强烈的再结晶，因此不会形成高质量的非结晶标记。这使得不可能减小位间距并增加密度。
首先，形成具有与图2所示相同的排列的两个光学记录介质。在一个光学记录介质中记录膜处在晶态，而在另一个光学记录介质中记录膜处在非晶态。使用HX PES来测量每个记录膜的价带DOS。
通过使用如图3所示的溅镀设备按照如图4所示的制造步骤来形成干涉膜(ZnS+SiO2)、分界面膜、所述记录膜、分界面膜和干涉膜(ZnS+SiO2)。通过在具有2×10-3Pa或更小的真空度的真空室中放置聚碳酸酯(PC)基片，并在0.1到2Pa气压的氩气环境中使基片保持在室温来进行溅镀。在Ar和O2的混合气体或Ar和N2的混合气体中进行溅镀。
下面的体系用作记录膜和分界面层。
在实验中使用的记录膜体系GeSbTe、GeSnSbTe、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeSbTeBi、GeSnSbTeBi、GeSnSbTeBiIn、GeBiTeIn、GeBiTe、GeSbTe N、GeSbTeBi N、GeBiTe N、GeSbInTe N、GeSbTeBiInN、和GeBiInTe N。
在实验中使用的分界面层体系氮化锗(GeN)，氮化锗铬(GeCrN)，氧化锆(ZrO2)，稳定氧化锆+氧化铬(ZrO2+Cr2O3)，稳定氧化锆+二氧化硅+氧化铬(ZrO2+SiO2+Cr2O3)，锆石+氧化铬(ZrSiO4+Cr2O3)，氧化铪(HfO2)，含有铪(Hf)、氧(O)和氮(N)的化合物(HfO(2-x)Nx，其中0.1≤x≤0.2)，含有锆(Zr)、氧(O)、氮(N)、钇(Y)和铌(Nb)的膜((ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y，其中0＜x≤0.2，0＜y≤0.1，并且0≤z≤1)，氧化铬(Cr2O3)，氧化锌(ZnO)，氧化锌+氧化钽(ZnO+Ta2O5)，氧化锌+氧化钽+氧化铟(ZnO+Ta2O5+In2O3)，氧化锡(SnO2)，氧化锡+氧化锑(SnO2+Sb2O3)，氧化锡+氧化钽(SnO2+Ta2O5)，以及氧化锡+氧化铌(SnO2+Nb2O5)。
作为上面实验的实例，对于通过选择性地使用由图6所示分界面层材料以如图10所示方式组合在一起的材料以及具有如图8所示组成的记录膜材料来形成其排列与图2所示相同的光学记录介质，图10示出了在比记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比的测量结果。对GexN(1-x)应用如图7所示的各种组成比，并且图10示出通过使用含有100at.％的Ge的靶材料所获得的结果。在Ar和N2的混合气体中执行成膜操作，但可在仅有Ar或Ar和N2的混合气体中通过使用GeN靶材料或Ge+GeN靶材料进行溅镀来执行成膜操作。此外，当对一个分界面层应用其中一种分界面层材料时，则对另一个分界面层应用另一种分界面层材料。
作为对比实例，具有如图2所示相同排列的光学记录介质类似地通过应用如图11所示组合的分界面层材料来形成，并且以与上述相同的方法来测量在比记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比。
结果，当使用含有如图10所示组合的分界面层中的任何一种时，在比记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比是1.0(包含)到2.5(包含)。然而，如对比实例所指示，当两个分界面层由相同材料制成以及当没有形成分界面层时，该比值是4或更大，这导致了在高密度记录中结晶促进作用不充分、结晶速度低或在形成标记时当进行再结晶时标记缩小的缺点。
使用与槽岸和沟槽记录方法(a)以及沟槽记录方法(b)两者相对应的基片。在槽岸和沟槽记录方法(a)中，使用由注射模塑形成的0.59mm厚的聚碳酸酯(PC)基片。由于以0.68μm的沟槽间距形成沟槽，因此当在槽岸(L)和沟槽(G)两者上记录数据时轨道间距是0.34μm。在沟槽记录方法(b)中，使用由注射模塑形成的0.59mm厚的聚碳酸酯(PC)基片，但沟槽间距是0.4μm。
溅镀设备用来在这些PC基片中的每一个的沟槽形成面上形成例如以下的层，从而形成如图1所示的光学记录介质。首先，在接近于光入射侧形成的L0信息层19中，顺序地形成干涉膜(ZnS+SiO2)15a、分界面层14a、记录膜层13a、分界面层12a、干涉膜(ZnS+SiO2)11a、反射膜16a、干涉膜17a。另一方面，在远离光入射侧形成的L1信息层20中，在PC基片上顺序地形成反射膜(Ag合金)16b、干涉膜(ZnS+SiO2)15b、分界面层14b、记录膜层13b、分界面层12b和干涉膜(ZnS+SiO2)11b。该实例使用GeSbTeBi系的记录膜作为记录膜、使用ZrO2作为位于光入射侧的分界面层、以及使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层。使用通过在ZnS中混合SiO2所获得的靶材料来形成ZnS+SiO2膜(干涉膜)。
在形成每个介质之后，以分光光度计测量该介质的反射率和透明度。
所使用的溅镀设备是所谓的单晶片溅镀设备，其通过溅镀在不同的成膜室中形成单个的层。单晶片溅镀设备包含例如用于装载基片的真空交换室、传送室、和用于形成每个膜的制程室。图3示出制程室配置的实例。制程室包含用于对该室抽气的设备、真空计、压力传感器、膜厚度计、作为成膜材料的溅镀靶材料、和载入的基片。稀薄气体如Ar主要用作溅镀气体，而必要时也使用氧气或氮气。根据例如成膜材料或需要的膜品质而使用RF电源、DC电源等来在溅镀期间放电。成膜工艺流程在图4中示出。
在该实例中，通过在0.1到2Pa气压的氩气环境、Ar和O2的混合气体或Ar和N2的混合气体中将基片保持在室温来进行溅镀。根据靶材料从DC或RF电源中以100到3,000W来放电。在L0信息层19中顺序地形成干涉膜(ZnS+SiO2)15a、分界面层14a、记录膜层13a、分界面层12a、干涉膜(ZnS+SiO2)11a。在L1信息层20中，在PC基片上顺序地形成反射膜(Ag合金)16b、干涉膜(ZnS+SiO2)15b、分界面层14b、记录膜层13b、分界面层12b和干涉膜(ZnS+SiO2)11b。注意，可根据溅镀条件使用另一种设备，并且本发明不局限于上面的条件。
图21是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的组成范围实例的GeSbTe三元体系相图。记录膜层13a和13b由Ge、Sb和Te构成。当该组成以GexSbyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeSbTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。
图22是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的组成范围实例的GeBiTe三元体系相图。记录膜层13a和13b由Ge、Bi和Te构成。当该组成以GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeBiTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。虽然本发明人试验了很多种组成，但图22只示出一个实例。
图23是用来说明根据本发明实施例的光学记录介质的记录膜的组成范围实例的Ge/Sn Sb/Bi Te三元体系相图。例如，在图21中示出的Ge和/或Sb由Sn和/或Bi替代。注意该记录膜的膜厚度是10nm或更小。
ZrO2用作位于光入射侧的分界面层，而Cr2O3用作位于反射膜那一侧的分界面层。使用在ZnS中混合SiO2而获得的靶材料来形成ZnS+SiO2膜。所使用的溅镀设备是所谓的多功能溅镀设备，其通过溅镀在不同的成膜室中形成单个的层。在形成每个介质之后，以分光光度计测量该介质的反射率和透明度。
图12是示出当以槽岸和沟槽记录方法评价记录膜时的评价条件实例的示图。通过初始化设备(未示出)来使每个层的整个介质表面上的记录膜结晶。初始化之后，通过使用UV树脂粘合来形成夹层分离层并使得成膜表面处在内部。夹层分离层的厚度是25μm。使用由PULSTEC制造的ODU 1000盘评价系统来进行评价。该系统包括具有405nm波长的蓝紫半导体激光二极管和NA＝0.65的物镜。以槽岸和沟槽记录方法来进行记录实验。图12示出标准实验条件。
用于评价盘性能的实验大致分成以下三种。
(1)位误码率(SbER仿真位误码率)的测量一种是用于测量数据误码率的位误码率(SbER仿真位误码率)的测量。另一种是用于评价读出信号质量的模拟测量。在SbER测量中，随机包括从2T到13T的样式的标记序列首先被重写10次。随后，在感兴趣轨道的两个邻近轨道上重写10次相同的随机样式。之后，测量中间轨道的SbER。
(2)模拟测量模拟测量按如下方式执行。首先，随机包括从2T到13T的样式的标记序列类似地被重写10次。随后，在标记序列上重写一次9T的单个样式，并使用光谱分析器测量该9T标记的信号频率的载波噪声比(下文称为CNR)。接着，在盘旋转一次时发射擦除能级的激光束，从而擦除记录标记。该9T标记的信号密度的减少被测量来作为擦除比(ER)。之后，将读写头移动到分隔开的轨道来测量交叉擦除(E X)。
(3)覆写(OW)测试覆写(OW)性能实验作为第三种测量来进行。在该实验中，在相同轨道上覆写(OW)随机信号的同时来测量CNR。根据CNR是否从覆写2,000次或更多的初始值减少了2dB或更多来进行评价。即，该实验并不为了检查最大OW数。必需的OW数对于视频记录是大约1,000次，对于PC数据记录是10,000次或更多。然而，由于视频记录的标记非常庞大，因此通过对视频记录附加重要性来执行该评价。
注意，除了在图12中所示的这些测量以外，还通过降低线速度(v＝4.4m/s，这进一步增加了10％或更多的容量)、进一步降低位间距和进一步增加密度来执行评价。还进行了指示可有更高密度的实验。在该实验中，该性能改善得比传统性能更好。这些结果都被示出。另外，在环境测试中没有发生问题。
注意，上述SbER测量的最佳能力定义为该介质的灵敏度。为测量L0的灵敏度和透明度，另外还准备了把具有该实例的排列的L0与没有膜的空白盘粘合所获得的介质以及把L1和没有膜的空白盘粘合所获得的介质。除非另有规定，在5.4m/s的线速度(恒定速度)下以槽岸和沟槽记录方法(a)、和在6.61m/s的线速度(恒定速度)下以沟槽记录方法(b)来进行每个评价。
下面说明的所有实例使用与上面相同的条件。要作为范例说明的以下实例指示了来自上述评价结果的最差数据。例如，槽岸和沟槽记录方法(a)的记录密度比沟槽记录方法(b)的记录密度高，因此方法(b)的性能整体比方法(a)的性能好。对于SbER这种倾向尤其比对于CNR或ER突出。在某个实例中，与方法(a)相比，对于相同的配置在方法(b)中SbER为大约1/10到1/100或几乎不发生误码。
图13是示出多个样本的记录膜的评价结果(CNR、SbER和ER)的示图。图13示出除开OW计数结果的其它评价结果。对于槽岸和沟槽两者的SbER都是1.8×10-6或更小，OW计数是2,000或更大，即获得实用的性能。当通过执行10,000次或更多次OW用于参考来仅仅评价该实例的OW性能时，大约10,000次OW是可能的。随后进行模拟数据比较。在该介质中，对于槽岸和沟槽两者CNR都是52.9dB或更大，擦除比是33.8dB或更小，交叉擦除是0.1dB或更小，即该结果极佳。
通过在注射模塑制成的1.1mm厚的聚碳酸酯(PC)基片上形成该实例的膜结构，以及在该基片上形成75μm厚的透明覆盖层来形成一张盘。该介质的记录/擦除性能用包括了波长为405nm的蓝紫半导体层和NA＝0.85的物镜的评价系统来评价。该基片的沟槽间距是0.32μm，并以沟槽记录来进行评价。即，使用上述的沟槽记录方法(b)。评价结果非常良好，即CNR是52dB或更大，擦除比是30dB或更小，以及OW计数是2,000或更大。因此，不考虑基片厚度和位于光入射侧的覆盖层的厚度，本发明实例的分界面层材料大概是很适合的。
图14是示出多个样本的记录膜的其它评价结果(线速度改变时的ER)的示图。在实例2到9中，擦除比也通过改变线速度来测量。图14示出结果。每个样本示出良好的擦除性能。
当使用XPS法来分析按照与上面评价介质相同的过程制造的介质时，该介质具有如图5A、5B或5C所示的偏析分布或浓度分布。注意，俄歇能谱仪、SIMS、HX PES等可用来代替XPS法。即，在一侧例如图5A左侧的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。图5A为了简明仅仅示出元素Ge和Te。
下面将说明对比实例。除开应用如图11所示对比实例1到3的分界面层材料的组合之外，按照与实例2中相同的过程来形成使用SiO2和Y2O3作为分界面层的盘以及没有分界面层的盘。在所获得的盘上进行如实例2的相同实验。图17和18示出结果。
图17是示出没有分界面层的对比实例4、使用SiO2作为分界面层的对比实例5和使用Y2O3作为分界面层的对比实例6的评价结果(CNR、SbER和ER)的示图。图1 8示出分别使用SiO2和Y2O3作为分界面层的对比实例5和6的其它评价结果(当线速度改变时的ER)。如图1 7和18所示，CNR、SbER和擦除比中的一个不令人满意。因此，没有评价OW性能。
通过使用GeCrN作为位于光入射侧的分界面层和使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2中相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者的每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是52dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得实用的性能。
当以XPS法来分析按照与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜分界面附近Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用ZrO2+Y2O3+Cr2O3作为位于光入射侧的分界面层和使用SnO2+Sb2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者的每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是52dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用ZrSiO4+Cr2O3作为位于光入射侧的分界面层和使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用ZrO2+Y2O3+SiO2+Cr2O3作为位于光入射侧的分界面层和使用ZnO+Ta2O5+In2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用(ZrO(2-x)Nx)(1-y)((Y2O3)(1-z)(Nb2O5)z)y((x，y，z)＝(0.05，0.05，0))作为位于光入射侧的界面层和使用SnO2+Nb2O5作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用HfO(2-x)Nx(x＝0.1)作为位于光入射侧的分界面层和使用GeN作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是52dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用GeN作为位于光入射侧的分界面层和使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用HfO(2-x)Nx(x＝0.1)作为位于光入射侧的分界面层和使用ZrSiO4+Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用Cr2O3作为位于光入射侧的分界面层和使用ZnO+Ta2O5作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是51dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用GeN作为位于光入射侧的分界面层和使用SO2+Ta2O5作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
通过使用ZrO2+Y2O3+Cr2O3作为位于光入射侧的分界面层和使用ZnO+Ta2O5+In2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘，并进行与实例2相同的实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
使用与早先描述的槽岸和沟槽记录方法(a)以及沟槽记录方法(b)相对应的基片。在槽岸和沟槽记录方法(a)中，使用由注射模塑形成的0.6mm厚的聚碳酸酯(PC)基片。由于以0.68μm的沟槽间距形成沟槽，因此当在槽岸(L)和沟槽(G)两者上记录数据时轨道间距是0.34μm。在沟槽记录方法(b)中，使用由注射模塑形成的0.59mm厚的聚碳酸酯(PC)基片，且沟槽间距是0.4μm。
溅镀设备用来在这些PC基片中的每一个的沟槽形成面上从光入射侧开始顺序地形成ZnS+SiO2、SiO2、ZnS+SiO2、分界面层、记录膜层、分界面层、ZnS+SiO2和Ag合金。随后，使用UV固化树脂来粘合其上没有形成膜的所谓的空白盘。以与实例2相同的方式使用的溅镀设备是所谓的单晶片溅镀设备，其通过溅镀来在不同的成膜室中形成单个的层。
所述记录膜层由Ge、Sb和Te构成。当该组成以GexSbyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeSbTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。此外，记录膜层由Ge、Sb、Te和Bi或Sn构成，且GeSbTe组成中的一部分用Bi和/或In和/或Sn来替代。当替代后的组成由(Ge(1-w)Snw)x(Sbv(Bi(1-u)Inu)(1-v))yTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从w、v和u满足0≤w＜0.5、0≤v＜0.7和0≤u≤1.0的GeSnSbTe、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeSbTeBi、GeBiTeIn、GeSnSbTeBi和GeSnSbTeBiIn中选择。另外，记录膜层由Ge、Bi和Te构成。当该组成以GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeBiTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。
虽然本发明人试验了很多组成，但本实例只示出使用GeSbTeBi系的记录膜的情况。注意该记录膜的膜厚度是10nm或更小。
GeN用作位于光入射侧的分界面层，并且Cr2O3用作位于反射膜那一侧的分界面层。使用通过在ZnS中混合SiO2所获得的靶材料来形成ZnS+SiO2膜。使用的溅镀设备是所谓的单晶片溅镀设备，其通过溅镀来在不同的成膜室中形成单个的层。在形成每个介质之后，以分光光度计测量该介质的反射率和透明度。
通过初始化设备(未示出)来将每个层的整个介质表面上的记录膜结晶。初始化之后，使用UV树脂粘合来形成夹层分离层，并使得成膜表面处在内部。夹层分离层的厚度是20μm。使用前述的ODU 1000盘评价系统来进行评价。该系统包括具有波长为405nm的蓝紫半导体激光二极管和NA＝0.65的物镜。以与实例2相同的过程通过槽岸和沟槽记录方法来进行记录实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是53dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。此外，在与记录膜接触的层的分界面上检测到0.1到0.6nm厚的极薄氧化锗和氧化锑。
使用与早先描述的槽岸和沟槽记录方法(a)以及沟槽记录方法(b)相对应的基片。在槽岸和沟槽记录方法(a)中，使用由注射模塑形成的0.6mm厚的聚碳酸酯(PC)基片。由于以0.68μm的沟槽间距形成沟槽，因此当在槽岸(L)和沟槽(G)两者上记录数据时，轨道间距是0.34μm。在沟槽记录方法(b)中，使用由注射模塑形成的0.59mm厚的聚碳酸酯(PC)基片，且沟槽间距是0.4μm。溅镀设备用来在这些PC基片的每一个的沟槽形成面上从光入射侧开始顺序地形成ZnS+SiO2、SiOC、ZnS+SiO2、分界面层、记录膜层、分界面层、ZnS+SiO2和Ag合金。随后，使用UV固化树脂来粘合其上没有形成膜的所谓的空白盘。通过使用SiC系的靶材料和Ar/O2混合气体的反应离子刻蚀来获得了SiOC膜，并具有类似于SiO2的低折射率。按照与实例2相同的过程来进行实验。结果，如图13所示，对于槽岸和沟槽二者，每个样本的SbER都处在10-6数量级上，即获得良好的误码率。对于槽岸和沟槽二者，作为每个样本的模拟数据的CNR也都是51dB高或更高。同样地，每个介质的OW计数是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。
(记录膜最佳组成范围的选择)通过使用GeN作为位于光入射侧的分界面层和使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层，或者在所述两侧都使用GeN来形成具有与实例2相同排列的盘。所述记录膜层由Ge、Sb和Te构成。当该组成以GexSbyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeSbTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。此外，记录膜层由Ge、Sb、Te和Bi或Sn构成，且GeSbTe组成中的一部分用Bi和/或In和/或Sn替代。当替代后的组成由(Ge(1-w)Snw)x(Sbv(Bi(1-u)Inu)(1-v))yTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从满足0≤w＜0.5、0≤v＜0.7和0≤u≤1.0的GeSbTeBi、GeSbTeSn、GeSbTeBiSn、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeBiTeIn、和GeSnSbTeBiIn中选择。另外，记录膜层由Ge、Bi和Te构成。当该组成以GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeBiTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝1 0·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。虽然本发明人试验了很多组成，但本实例只示出使用了其范例在图8中示出的GeSbTe基、GeSbTeSn基和GeBiTe系的记录膜的盘。按照与实例2相同的过程进行实验。图15示出结果。
图15是示出具有各种组成的记录膜的评价结果(CNR和SbER)的示图。如图15所示，CNR和SbER都示出良好性能。OW计数也是2,000或更大，即获得了实用的性能。
当以XPS法来分析以上述评价介质相同方式制造的介质时，在记录膜的分界面附近，Ge、Sb和Bi含量高而Te含量低。此外，在与记录膜接触的层的分界面上检测到0.1到0.4nm厚的极薄氧化锗、氧化锑和氧化铋。
(记录膜最佳组成范围的选择)增加N2通过使用GeCrN作为位于光入射侧的分界面层和使用Cr2O3作为位于反射膜那一侧的分界面层来形成具有与实例2相同排列的盘。所述记录膜层由Ge、Sb、Te和N(氮)构成；其选自对下述化合物添加1at.％到5at.％的N(氮)而获得的材料，其中，当由Ge、Sb和Te构成的化合物的组成以GexSbyTez(其中x+y+z＝100)表示时，所述化合物是在GeSbTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的组成范围中的GeSbTe系化合物。此外，记录膜层由Ge、Sb、Te、Bi和/或In和/或Sn以及N(氮)构成，且GeSbTe组成中的一部分被Bi和/或Sn替代。当替代后的组成由(Ge(1-w)Snw)x(Sbv(Bi(1-u)Inu)(1-v))yTez表示并且其中x+y+z＝100时，在通过对满足0≤w＜0.5、0≤v＜0.7和0≤u≤1.0的GeSbTeBi、GeSbTeSn、GeSbTeBiSn、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeBiTeIn、和GeSnSbTeBiIn添加0.1at.％到10at.％的N(氮)而获得的材料中选择组成。另外，记录膜层由Ge、Bi和Te构成。当该组成以GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，该组成从在GeBiTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的范围内的组成中选择。此外，记录膜层由Ge、Sb、Te和N(氮)构成；其选自对下述化合物添加0.1at.％到10at.％的N(氮)而获得的材料，其中，当由Ge、Sb和Te构成的化合物的组成以GexSbyTez(其中x+y+z＝100)表示时，所述化合物是在GeSbTe三元体系相图上被x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所包围的组成范围中的GeSbTe系化合物。
虽然本发明人试验了很多组成，但本实例只使用把1at.％到5at.％的N(氮)添加到图9所示范例中而获得的材料。本实例示出使用把N(氮)添加到GeSbTe、GeSbTeSn和GeBiTe中而形成的记录膜的盘。以双倍线速度，即10.8[m/sec]的线速度实行与实例2相同的实验来进行评价。图16示出结果。
图16是示出当向具有各种组成的记录膜添加少量N时的评价结果(CNR和SbER)的示图。如图16所示，CNR和SbER都示出良好性能。OW计数也是2,000或更大，即获得了实用的性能，并且在环境测试之后没有发现膜剥落。N(氮)的量优选的是1at.％到5at.％，更优选的是3at.％。
当以XPS法来分析以与上述评价介质相同的方式制造的介质时，在与记录膜接触的层的分界面中检测到0.1到0.9nm厚的极薄氧化锗和氧化铋。
根据本发明实施例的基本需要条件是在一种通过使用可逆地改变原子排列的记录膜来记录信息的相变光学记录介质中，在比所述记录膜价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上晶态DOS与非晶态DOS之比(晶态DOS/非晶态DOS)是1.0(包含)到2.5(包含)。因此，其它膜等不局限于所述实例中说明的材料。只要不破坏通过实施本发明而获得的效果，所述记录膜材料还可变化。即，例如微量的Co、V和Ag可被添加到GeSbTe或GeBiTe中。
同样，上述实例根本不限制基片厚度和成膜顺序。即，本发明同样可应用于以下的介质，即允许光穿过其上形成有膜的基片的介质或者允许光穿过粘合在其上形成有膜的基片上的透明薄片的介质。例如，从上面的说明显而易见的是本发明对于记录介质达到了它的效果，所述记录介质使用具有大约0.85的高NA的物镜并且其中在光入射侧的透明薄片厚度减小到大约0.1mm。另外，要使用的激光的波长不局限在大约405nm。即，所述分界面层材料的光学特性使得所述层在更短波长，即从350nm到大约250nm下基本透明。因此，通过在该波长范围内实施本发明可获得所述效果。
如上所述，一种通过使用可逆地改变原子排列的记录膜来记录信息的相变光学记录介质，其包含基片、能可逆地改变原子排列的记录膜、与所述记录膜接触并具有结晶促进作用的膜、保护膜或电介质膜、和反射膜，并且形成所述记录膜的元素从接触所述记录膜的部分起在记录膜的厚度方向上具有偏析分布或浓度分布。这样，在高密度、高速记录介质中进行记录期间可获得期望的标记宽度而不发生任何再结晶。这使得可以确保高CNR和低位误码率，并获得高擦除比和优良的交叉擦除性能。因而，可以实现一种能够在比传统介质更高的速度和密度下记录和重写信息的相变记录介质。
根据必要结晶速率和介质灵敏度以及该介质的如反射率、对比度和透明度之类的光学特性可选择这些记录膜的材料体系和组成。
可通过实施本发明实施例之一来实现这样一种相变记录介质，其几乎不引起交叉擦除、具有高的结晶/非结晶比、具有在高线速度下的高擦除比、具有优良覆写(OW)周期特性和高环境耐性、或具有高密度和大容量并能高速覆写。
注意，当在目前实施或根据未来可使用的技术在未来实施时，本发明不局限于上述实施例，且在不脱离本发明精神和范围的情况下可有各种修改。例如，在实施本发明时使用的信息存储介质不局限于通过粘合了0.6mm厚的基片而获得的光盘，还可以是通过在1.2mm厚的基片的表面上形成0.1mm厚的保护层(或透明薄片)而获得的光盘(即，还可以是通过把0.1mm厚的透明薄片粘合到具有记录层等的1.1mm厚的基片上而获得的光盘)。该信息存储介质还可以是通过在形成该光盘的0.6mm厚的基片的一个或两个表面上形成0.1mm厚的透明保护层(或透明薄片)而获得的光盘。同样，本发明实施例示出了具有0.1(包含)到1(包含)nm的平均厚度的极薄氧化膜，但只要必要的数字控制有可能，则该下限还可小于0.1nm。而且，指示该极薄氧化膜平均厚度的上下限可具有由一个有效数字定义的某一确定宽度。更具体地说，0.1到1nm的平均厚度在批量生产中可具有±20％到30％的误差范围。同样，极薄氧化膜有时具有所谓的岛状纹理，因此在一些情况下科学地称为不均匀膜。然而，本发明以平均膜厚度来指示膜厚度，因此即使有所述岛状纹理也不会有损本发明的效果。
实施例还可尽可能多地进行适当结合，在这些情况下获得结合的效果。另外，实施例包括各种阶段的发明，因此可适当地结合多个公开的组成部件来提取各种发明。例如，即使当省略实施例的所有组成部件中的一些时，省略了这些组成部件的配置也可提取为发明。
另外的优点和修改对于所属技术领域的技术人员是显而易见的。因此，在更宽方面的本发明不局限于具体细节和这里示出和描述的代表实施例。因此，可在不脱离以所附权利要求及其等同物定义的总发明概念的精神和范围的情况下作出各种修改。
权利要求
1.一种光学记录介质，其包含基片和多层结构，所述多层结构包括干涉膜、配置来可逆地改变原子排列的记录膜、与所述记录膜接触的结晶促进膜、和反射膜，并且在所述光学记录介质中通过使用光可以将信息可逆地记录在所述记录膜上或从所述记录膜上擦除，所述光学记录介质的特征在于构成所述记录膜的元素从接触所述记录膜的部分起在所述记录膜的厚度方向上具有偏析分布和浓度分布中的一种分布。
2.如权利要求1所述的介质，其特征在于在所述的接触记录膜的部分中形成一种元素的极薄氧化膜，所述元素由所述记录膜的构成元素构成，所述氧化膜具有0.1(包含)到1(包含)nm的平均厚度。
3.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述多层结构包括电介质膜，所述电介质膜有助于光增强和/或热扩散。
4.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述干涉膜起到所述记录膜的保护膜的作用。
5.如权利要求1所述的介质，其特征在于在比所述记录膜的价带DOS峰值所在的能级低0.5(eV)的能级上，晶态DOS与非晶态DOS之比是1.0(包含)到2.5(包含)。
6.如权利要求1所述的介质，其特征在于在比所述记录膜的价带DOS峰值所在的能级低0.25到1.0(eV)的能级上，晶态DOS与非晶态DOS之比是1.0(包含)到2.5(包含)。
7.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述结晶促进膜包含与所述记录膜的一个表面接触的上分界面膜，以及与所述记录膜的另一个表面接触的下分界面膜，并且控制所述上分界面膜和所述下分界面膜来使得结晶速率在所述记录膜的厚度方向上不同。
8.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述结晶促进膜包含与所述记录膜的一个表面接触的上分界面膜，以及与所述记录膜的另一个表面接触的下分界面膜，并且所述结晶促进膜含有从由以下材料组成的组中选择出的至少一种材料i)氮化锗，ii)氮化锗铬，iii)氧化锆，iv)稳定氧化锆和氧化铬，v)稳定氧化锆、二氧化硅和氧化铬，vi)锆石和氧化铬，vii)氧化铪，viii)铪、氧和氮，ix)锆、氧、氮和钇，x)锆、氧、氮和铌，xi)锆、氧、钇和铌，xii)氧化铬，xiii)氧化锌，xiv)氧化锌和氧化钽，xv)氧化锌、氧化钽和氧化铟，xvi)氧化锡，xvii)氧化锡和氧化锑，xviii)氧化锡和氧化钽，以及xix)氧化锡和氧化铌。
9.如权利要求8所述的介质，其特征在于所述上分界面膜和所述下分界面膜中的一个含有从由以下材料组成的组中选择出的至少一种材料i)氮化锗，ii)氮化锗铬，iii)氧化锆，iv)稳定氧化锆和氧化铬，v)稳定氧化锆、二氧化硅和氧化铬，vi)锆石和氧化铬，vii)氧化铪，viii)铪、氧和氮，ix)锆、氧、氮和钇，x)锆、氧、氮和铌，以及xi)锆、氧、钇和铌，并且所述上分界面膜和所述下分界面膜中的另外一个含有从由以下材料组成的组中选择出的至少一种材料xii)氧化铬，xiii)氧化锌，xiv)氧化锌和氧化钽，xv)氧化锌，氧化钽和氧化铟，xvi)氧化锡，xvii)氧化锡和氧化锑，xviii)氧化锡和氧化钽，以及xix)氧化锡和氧化铌。
10.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述记录膜含有锗、锑和碲，并且当所述记录膜的组成用GexSbyTez表示并且其中x+y+z＝100时，所述记录膜具有在GeSbTe三元体系相图上由x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所定义的范围内的组成。
11.如权利要求10所述的介质，其特征在于向所述GeSbTe系化合物添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮。
12.如权利要求1所述的介质，其特征在于所述记录膜含有锗、铋和碲，并且当所述记录膜的组成用GexBiyTez表示并且其中x+y+z＝100时，所述记录膜具有在GeBiTe三元体系相图上由x＝55·z＝45、x＝45·z＝55、x＝10·y＝28·z＝42、以及x＝10·y＝36·z＝54所定义的范围内的组成。
13.如权利要求12所述的介质，其特征在于向所述GeBiTe系化合物添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮。
14.如权利要求1所述的介质，其特征在于当所述记录膜的组成中的一部分被铋和/或铟和/或锡替代、并且替代后的组成用(Ge(1-w)Snw)x(Sbv(Bi(1-u)Inu)(1-v))yTez表示且其中x+y+z＝100时，该组成中的w、v和u满足0≤w＜0.5，0≤v＜0.7和0≤u≤1。
15.如权利要求14所述的介质，其特征在于所述记录膜含有从由以下化合物组成的组中选择的化合物GeSnSbTe、GeSnSbTeIn、GeSbTeIn、GeSbTeBiIn、GeSbSnTeBiIn、GeSbTeBi、GeBiTeIn、GeSnSbTeBi、和GeSnSbTeBiIn，并且向所述化合物添加原子百分比为1at.％到5at.％的氮。
16.一种信息记录/重放设备，其包含以下装置用于在权利要求1所述的光学记录介质的记录膜上记录信息的装置，以及用于从已被记录了信息的所述记录膜中重放信息的装置。
17.一种信息记录/重放方法，该信息记录/重放方法被配置为在权利要求1所述的光学记录介质的记录膜上记录信息，并从已被记录了信息的所述记录膜中重放信息。
全文摘要
一种相变光盘，其具有基片(1a，1b)和包括干涉膜、相变记录膜、分界面膜和反射膜的多层结构(19，20)，在该相变光盘中可使用光可逆地把信息记录到记录膜上或从记录膜上擦除，构成相变记录膜的元素(例如，锗或碲)从接触相变记录膜(13a，13b)的部分(21a，21b)起在记录膜的厚度方向上具有偏析分布或浓度分布。
文档编号G11B7/004GK101013586SQ20071000335
公开日2007年8月8日 申请日期2007年2月2日 优先权日2006年2月2日
发明者中居司, 大间知范威, 芦田纯生, 中村直正, 柚须圭一郎, 佐藤裕广 申请人:株式会社东芝