高密度光記憶装置構造

专利摘要:
本発明は高密度光データ記憶構造に関する。本構造は物理的マークを備えた基板（１１０）を含み、前記物理的マークは少なくとも１つの活性層（１１２）により覆われ、活性層の物理状態はレーザービームにより照射されると修正され、基板は交互に窪み突出する隣接トラックから構成され、物理的マークはランドトラック（１０１ｂ）内のピット（１０３）と溝トラック（１０１ａ）内のバンプ（１０２）とから構成される。本発明は、特に、高記憶容量光ディスクの製造に適用可能であり、より詳細には予め記録された光ディスクの製造に適用可能である。
公开号:JP2011513886A
申请号:JP2010549107
申请日:2009-02-27
公开日:2011-04-28
发明作者:ピション、ジョセフ
申请人:コミシリア ア レネルジ アトミック エ オ エナジーズ オルタネティヴズ；ソシエテ デ ムラージュ プラスティクス ドゥ ルウエスト；
IPC主号:G11B7-24

专利说明:

[0001] 本発明は高密度光記憶装置構造に関する。本発明は、特に、高記憶容量光ディスクの製造に適用可能であり、より詳細には予め記録された光ディスクの製造に適用可能である。]
背景技術

[0002] 以下の説明を簡単にするために、説明される記憶媒体は光ディスクとする。]
[0003] 従来、予め記録された光ディスクは、データを格納するように可変寸法バンプまたはピットの形式を取り得る物理的マークで成型されるポリカーボネートで作られることが多い基板を含む。物理的マークは、一定距離で互いに分離された仮想トラックに沿ってグループ化される。このようなディスクの読み取りシステムは、ディスクの平面上にレーザービームを集束することによりその寸法がビームの波長λを対物レンズの開口数Ｎａで割った商にほぼ等しい集束レーザースポットを形成する対物レンズを含む。スポットサイズ（λ／ＮＡ）は、理論上、λ／４ＮＡより小さなマークが読み取られるのを妨げる解像限界を課する。]
[0004] より高い記憶密度光媒体を製造するためにこの限界を越えるという願望は、採用されつつあるいわゆる超解像技術に至った。]
[0005] この技術は、ある材料の非線形光学特性に基づく。用語「非線形特性」は、材料のある光学特性が照射光の強度に依存して変化するということを指すものと理解される。読み取りレーザー自体により引き起こされる熱的、光学的、熱光学的および／または光電子的効果により、レーザー読み取りスポットの寸法より小さなスケールで材料の光学特性を局所的に修正する。これは、光学特性が変化し、この変化無しには検知できなかったであろうこの極めて小さな容積内に存在するデータが検知可能になるからである。]
[0006] 利用する現象は、使用される読み取りレーザーの次の２つの特性に主に基づく。
−一つには、レーザーは、極めて小さな断面（波長のオーダー）を有するが断面の出力分布がガウス性となる（すなわち、中心では非常に高く周囲では非常に弱くなる）ように非常に厳密に集光される。
−他方では、レーザー読み取り出力は、断面の小部分（すなわちビームの中心）における出力密度が層の光学特性を実質的に修正するが断面のこの小部分の外側の出力密度はこれらの特性を実質的に修正しないように選択される。光学特性は、この修正無しでは読み取り不可能であろうデータを読み取り可能にする傾向があるやり方で修正される。例えば、光学特性の変化は透過率増加をもたらしてもよい。]
[0007] データビットが光ディスク上に形成される物理的マーク（このマークは光ディスクを覆う非線形層を構成する）から構成される場合、レーザービームにより照射されている層の反応は、透過率増加であってもよいしあるいは反射率増加であってもよい（これらに優先度はない）。なお、この増加は非線形性のためにレーザービームの周囲ではなく中心で生じる。このとき、あたかも、波長により課される限界よりはるかに小さな直径上に集光されるビームが使用されたかのようになる。]
[0008] これらの原理を実施するための様々な理論的提案が提唱されてきたが、工業的開発を生み出すものは一つもなかった。米国特許第５１５３８７３号明細書ではその理論を精査している。米国特許第５３８１３９１号明細書では非線形反射率特性を有する膜の例を挙げている。米国特許第５５６９５１７号明細書は様々な結晶相変化材料を提供する。]
[0009] 現在公知の技術のうち最も有望なものは、硫化亜鉛酸化シリコン化合物の２層間にはさまれる酸化白金（ＰｔＯｘ）の層の全体アセンブリがＡｇＩｎＳｂＴｅまたはＧｅＳｂＴｅの化合物の２層間に挿入され、このアセンブリが硫化亜鉛／酸化シリコン化合物の層間に再度挿入されるものを使用する。ＡｇＩｎＳｂＴｅまたはＧｅＳｂＴｅ材料は強力レーザー光で照射されると位相を変化させる。これらの例は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．９，Ｓｅｐｔ．２００３，Ｊｏｏｈｏ Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｙ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｂｕｂｂｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＰｔＯｘ ａｎｄ ＡｇＩｎＳｂＴｅ ｌａｙｅｒｓ”、日本応用物理学会誌、４３巻、Ｎｏ．７Ｂ、２００４、Ｊｏｏｈｏ Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｉｇｎａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｉｓｋ ｉｎ Ｂｌｕｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ”、日本応用物理学会誌、４３巻、Ｎｏ．７Ｂ、２００４，Ｄｕｓｅｏｐ Ｙｏｏｎ ｅｔ ａｌ．“Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ Ｄｉｓｃ Ｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”に見出すことができる。]
[0010] これらの記事に記載の構造は、酸化白金の膨張により気泡が形成されこれら気泡を囲い層がトラップすることに主に基づいている。これらの気泡は書き込みレーザーにより形成され、気泡の寸法の数倍の読み取りレーザー波長でも読み取り中に認識され得る。]
[0011] したがって本出願人により所有される先行特許出願（仏国特許出願第０７００９３８号明細書）は、超解像記憶構造として硫化亜鉛酸化シリコン（ＺｎＳ−ＳｉＯ２）化合物の２つの誘電体層間に挿入されたアンチモン化インジウムまたはアンチモン化ガリウムの層を含む重層を使用することを提案している。]
[0012] このとき、非常に小さくかつ近接配置した物理的マークを記録することができる。青色レーザーの読み取り波長（通常は約４００ナノメートル）より例えば４〜５倍小さい１００ナノメートル以下の寸法（長さと幅）を有するマークを記録してその後読み取ることができる。したがって、データ密度を、ＢＤ（ブルーレイディスク）標準規格に準拠する媒体に比べ約３倍増加することができる。]
[0013] このためこの技術は非常に有利である。しかしながら、この技術はマークを読み取りレーザー下のマークの走行方向にさらに密集して配置できるようにするが、マークを走行方向に垂直な方向に密集して配置することはできない（すなわちトラック間の距離をマーク間の距離と同じだけ縮小することができない）ということが認められた。]
[0014] まさに超解像の原理はマークより大きい読み取りレーザービームを使用することにあるので、このレーザービームの周辺部は当然隣接トラックのマークを照射する。この照射は、隣接トラックのマークの活性層の特性を修正するのに十分ではないとしても、読み取られているトラックのマークにより生成される信号と干渉する一定量のクロストークを生成する反射信号を生成する。]
[0015] また、トラックの密度を増加させることにより、ディスクを読み取ることが不可能ではないにしろ困難にするトラッキングエラーをもたらす。]
発明が解決しようとする課題

[0016] 本発明の１つの目的は、格納されたデータの読み取りを困難にすることなく、光学媒体上に格納されるデータの密度を増加させることである。]
課題を解決するための手段

[0017] この目的を達成するために、本発明の課題の１つは、超解像読み取りを可能にする可逆的かつ非線形光学特性を有する少なくとも１つの活性層により覆われた物理的マークを備える基板を含む高解像光データ記憶構造であって、読み取りレーザービームの小さな中央部分の作用により活性層の特性を局所的に修正することが可能であり、基板は溝トラックとランドトラックとが交互となった隣接トラックから構成され、物理的マークはランドトラック内のピットと溝トラック内のバンプとから構成される、ことを特徴とする構造を提供することである。基板はポリカーボネートで作られると有利である。]
[0018] 超解像効果を生じるように設計された活性層を使用して、溝とランドから構成された構造を組み合わせることにより、特に、読み取られる物理的マークより広いレーザービームにより読み取るという原理に特有なクロストークの増加を劇的に低減させる。]
[0019] 一実施形態によると、読み取りレーザーが約４００ナノメートルの波長の青色レーザーである場合、２つの隣接トラックの中心を分離する距離は２４０ナノメートル〜３２０ナノメートルであり、本発明による構造は特に２４０ナノメートルで良好な読み取り性能を提供する。]
[0020] 一実施形態によると、物理的マークのそれぞれの長さは基本長Ｔの２倍〜９Ｔである。マークは、好ましくは２Ｔまたはそれよりわずかに大きい幅を有する。Ｔの値（約２５ナノメートル）は、ＢＤ標準規格（７０〜８０ナノメートル）に従って現在記録されているディスクの同等値よりはるかに小さい。]
[0021] 本発明は高記憶容量光ディスクの製造に適用可能である。]
[0022] 本発明の他の特徴は、非限定例として記載された以下の詳細説明を読み、添付図面を参照すると明らかになる。]
図面の簡単な説明

[0023] 本発明による記憶構造を備える光ディスクの拡大透視図である。
本発明による記憶構造を備えるディスク部分の拡大平面図である。
本発明による記憶構造の拡大断面図である。]
実施例

[0024] 図１には、本発明による記憶構造を備える光ディスク部の拡大透視図を示す。] 図１
[0025] ディスク構造はディスクの半径にほぼ垂直なトラックの並置で構成され、これらのトラックのそれぞれは交互に隆起／下降される。より正確には、第１の引き下げられたトラック１０１ａが溝を形成し、第１のトラック１０１ａに隣接する第２のトラック１０１ｂがランド（本例では第１のトラック１０１ａに対し５０ナノメートルに等しい高さＨを有する）を形成する。２つの隣接トラック１０１ａ、１０１ｂにより形成される溝−ランドパターンは、溝トラック１０１ａとランドトラック１０１ｂの交番がトラックにより占められる幅全体にわたって生じるようにディスクの半径の長さに沿って繰り返される。]
[0026] 図２には、本発明による記憶構造を備えるディスク部分の拡大平面図を示す。図２の例では、ディスクは２つの隣接する螺旋１０１ａ、１０１ｂから構成され、一方は溝に対応し他方はランドに対応する。２つの螺旋は、２つの溝または２つのランドの放射状並置が不可能となるように相互に巻かれる。] 図２
[0027] 図３には、本発明による記憶構造の拡大断面図を示す。基板１１０（その表面はエッチング溝とランドを交互にし、かつ溝内およびランド内にエッチングされたマークのパターンで作られる）は、本例では３つの薄膜層１１１、１１２、１１３から構成される光学的に非線形の多層積層（以下、単に「活性多層」と呼ぶ）で覆われる。第１の層１１１と第３の層１１３は誘電体であり、第１の層１１１と第３の層１１３間にはさまれる第２の層１１２は活性層である。より正確には、この第２の層１１２の透過率または反射率は十分に強力なレーザービームにより照射されると非線形に増加し、平均レーザービーム出力はビームの中心における出力密度だけがこの変化を引き起こすように選択される。] 図３
[0028] 本構造に非対称性を持ち込まないようにするために、溝トラックの半値全幅はランドトラックの半値全幅と等しくなるように選択された。また、データは、溝トラック内に形成されるかあるいはランドトラック内で形成されるかに依存して違ったやり方で生成される物理的マークを介しディスク上に記録される。溝トラック上では物理的マークはバンプ１０２の形式の突出部であり、ランドトラック上では物理的マークはピット１０３の形式を取る。]
[0029] 図３に示す例では、溝上のバンプ１０２の高さとランド下のピット１０３の深さはランドトラック１０１ｂの真ん中の高さに近い。別の実施形態では、溝トラック１０１ａ上に存在するバンプ１０２の高さはランドトラック１０１ｂの高さと等しくなるように選択され、ランドトラック１０１ｂ内に形成されるピット１０３の深さは溝トラック１０１ａのレベルに達する。] 図３
[0030] 接線方向すなわちマークの走行方向の各物理的マーク１０２、１０３の長さは基本長Ｔの倍数であって例えば２Ｔと９Ｔの間で変化する。例示として、従来の２３．３ＧバイトフォーマットのＢＤの長さＴが８０ナノメートルに等しいのに比較して、本構成のＴは２５ナノメートルに等しい。本構成では、最も小さな物理的マーク（長さ２Ｔ）が５０ナノメートル（ＢＤ標準規格の１６０ナノメートルに比較し）あり、最大のマーク（長さ９Ｔ）は４２５ナノメートル（ＢＤ標準規格の７２０ナノメートルに比較し）ある。]
[0031] また、走行方向に垂直な半径方向の物理的マーク１０２、１０３のそれぞれの半値全幅は溝トラックとランドトラック１０１ａ、１０１ｂの半値全幅より小さい。本例では、物理的マークのこの半値全幅は長さ２Ｔのマークの半値長と等しくなるように選択される。別の実施形態によると、長さ２Ｔの物理的マークは半径方向にわずかに細長く、物理的マークのそれぞれの半値全幅はそれらの長さよりわずかに大きく（例えば１０％から３０％大きい）、したがってこれらの小さなマークの信号対雑音比は改善される。]
[0032] また、ランド／溝構造は十分なプッシュプル信号を保証する。良好なプッシュプル信号は、特に、１６０ナノメートル〜３２０ナノメートルのトラック間分離距離により得られ、得られるトラッキングは読み取りヘッドのレーザースポットがランドトラック上に集光される場合と溝トラック上に集光される場合とで同等に満足できるものである。]
[0033] さらに、集束レーザースポット下の積層１１１、１１２、１１３の反射率の局所的および可逆的増加を生ずる超解像効果は、プッシュプル信号にほとんど影響を与えず、したがってランド溝構造のトラッキングを妨げない。]
[0034] 一方、実験は、ランドトラック１０１ｂ上のピット１０３の系列から生じる信号が溝トラック上のバンプ１０２から得られる信号１０１ａと同等であるということ、そして特に、解像限界より小さなマークの場合、後者は超解像効果の検知を必要とするということを示す。]
[0035] 他方、トラックの密度を増加することにより顕著となるクロストーク現象は、本発明に従って構成されたディスクの読み取り中に十分に低いままであり、読み取り中に信号対雑音比は低減されなく、このことは、高読み取り出力における（すなわち超解像出力における）ように、低読み取り出力において（すなわち超解像効果なし）も同等に真である。]
[0036] したがって、予め記録されたランド／溝構造上に形成される半径および接線方向にコンパクトな物理的マークの系列は、従来のディスクから得られるものと同様の性能でもって読み取られ得る。特に、トラック１０１ａ、１０１ｂが２００ナノメートル〜３２０ナノメートルの分離距離により半径方向で分離される場合、本発明による構造の読み取り性能は満足できるものとなる。具体的には、実験は、超解像読み取り性能が、本発明に従って構成されたディスク（トラック分離距離が２４０ナノメートル）の特にクロストークと信号対雑音比の観点からランド／溝構造のないディスク（３２０ナノメートルのトラック分離距離を有する）の超解像読み取り中に得られるものと同等に良好であるということを示した。]
[0037] 例示として、満足できる読み取り性能は、特に、次のものを使用することにより得られる。
−約１２０ナノメートルの解像限界に対応して、４０５ナノメートルに等しい波長の青色レーザーと０．８５に等しい開口数とを備える光学的読み取りヘッド。
−２４０ナノメートルに等しい距離により分離されるトラックと、高さ５０ナノメートルに等しいランドと、ランドから溝へ走る側面の傾斜が６０°。
−すべてのマーク（２Ｔ〜９Ｔ）に対し、２Ｔ＝５０ナノメートルから９Ｔ＝４２５ナノメートルまで変化する半値長および５０ナノメートルに等しい半値幅の５０ナノメートル寸法（すなわちバンプと深さピットの高さ）の物理的マーク。
−２２％に等しい低出力反射率と４４％に等しい高出力反射率を生ずる活性多層（超解像効果の源）。]
[0038] 本発明による構造において、高出力レーザービームで照射されると非線形かつ可逆的に変化する光学特性を有する活性薄膜多層を使用することの利点の内、以下の点を特に指摘することができる。
−予め記録された小さなマークにより発せられる信号の検出は、これらのマークが溝に形成されたかあるいはランド上に形成されたかにかかわらず可能である。
−クロストーク現象が低減されるので、トラックの読み取り信号雑音比が改善される。
−満足できるトラッキングが行なわれるのに十分なプッシュプル信号が維持される。]

权利要求:

請求項1
超解像読み取りを可能にする可逆的かつ非線形光学特性を有する少なくとも１つの活性層（１１２）により覆われた物理的マーク（１０２、１０３）を備えた基板（１１０）を含む高解像光データ記憶構造であって、読み取りレーザービームの小さな中央部分の作用により前記活性層の特性を局所的に修正することが可能であり、前記基板は溝トラックとランドトラックとが交互となった隣接トラックから構成され、前記物理的マークは前記ランドトラック（１０１ｂ）内のピット（１０３）と前記溝トラック（１０１ａ）内のバンプ（１０２）とから構成されることを特徴とする構造。
請求項2
２つの隣接トラックの中心を分離する距離が２４０ナノメートル〜３２０ナノメートルであることを特徴とする請求項１に記載の構造。
請求項3
前記物理的マーク（１０２、１０３）のそれぞれの長さは基本長Ｔの２倍〜９Ｔであり、長さ２Ｔのマークはその長さに等しいかあるいはそれよりわずかに大きい半値全幅を有することを特徴とする請求項１または２に記載の構造。
請求項4
前記基板（１１０）はポリカーボネートで作られることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造。
請求項5
請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造の、高記憶容量光ディスクの製造への適用。