具有提供超分辨率近场效应的掩模层的光学储存介质及相应的制造方法

xiaoxiao2020-8-1  1

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专利名称:具有提供超分辨率近场效应的掩模层的光学储存介质及相应的制造方法
技术领域
本发明涉及利用超分辨率近场效应(super resolution near field effect)在 只读区域中以高数据密度来存储数据的光学存储介质,特别是光盘,以及相 应的光学储存介质的制造方法。
背景技术
光学存储介质是以光学可读取方式例如借助激光束以及集成在拾取器 内的光电探测器来存储数据的介质,在读取数据时该光电探测器用于探测该 激光束的反射光。与此同时大量种类的光学存储介质是已知的,其用不同的 激光波长来工作,且其具有不同尺寸用于提供从低于1千兆字节直到50千 兆字节(GB)的存储容量。例如,格式包括只读格式,例如音频CD和视频 DVD; —次写入光学介质,例如CD-R和DVD-R、 DVD+R;以及可再写格 式,例如CD-RW、 DVD-RW、 DVD+RW。数字数据在介质的一层或者多层 内沿着轨道存储在这些介质上。
具有最高数据容量的存储介质目前是蓝光盘(BD),其允许存储50GB在 双层盘上。目前可以得到的蓝光盘格式为只读BD-ROM、可再写BD-RE以 及一次写入BD-R盘。使用405nm激光波长的光学拾取器用于蓝光盘的读写。 在蓝光盘上使用320nm的轨道节距和从2T到8T+9T的标记长度,这里T 是沟道位长度,且其对应于138~160nm的最小标记长度。可再写BD-RE 盘基于包含相变层的相变技术,该相变层使用例如AglnSbTe或者GeSbTe 的化合物。例如通过互联网www.blu-raydi sc.com从蓝光组可以得到关于蓝 光盘系统进一步信息。
具有超分!碎率近^为结4勾(super resolution near-field structure, Super画RENS) 的新光学存储介质提供这样的可能性,即,在一个尺度内使光学存储介质的 数据密度与蓝光盘相比增加四倍。这通过所谓的Super-RENS结构是可行的, 其置于该光学存储介质的数据层之上,且其显著地减少了用于对光学存储介 质读或写的光点的有效尺寸。该超分辨率层也称为掩模层,因为其布置在数据层之上且只有激光束的高强度中心部分可以穿透该掩模层。
该Super-RENS效应允许记录和读取存储在光盘的标记中的数据,该标 记具有低于用于在盘上读或写数据的激光束的分辨率极限的尺寸。已知,激 光束的分辨率衍射极限约为lambda/(2xNA),其lambda是波长且NA是光学 拾取器的物镜的数值孔径。
"Super-resolution and frequency dependent-efficiency of near-field optical disks with silver nanoparticles"由Ng和Liu, Optics Express, Vol. 13, No. 23, 14 November 2005, p. 9422 — 9430描述。如其所述,AgOx层内的4艮纳米颗粒产 生近场,该近场由于局域化表面等离子体激元而在纳米颗粒周围呈现强烈地 局部场增强。由于金属纳米颗粒将Y套逝波转变成远场中的可探测信号,小于 lambda/10的亚波长记录标记是可识别的。由Ng和Liu研究的super-RENS 盘包含GeSbTe相变材料,作为记录层;AgOx层,包含嵌入在该Ag(X层 内随机分布的银纳米颗粒;以及两个ZnS-Si02电介质层,作为该AgOx层的 保护层。
US 2005/0009260中描述一种可记录光盘,其包含作为数据层的相变层 或者金属层。可以使用金属氧化物层或者纳米颗粒层作为掩模层,例如具有 铂纳米颗粒的层。
EP 1724768中描述一种光学储存介质,其包含可透光的复合层,用于 提供超分辨率效应;复合层,包含具有高折射率的纳米颗粒用于增加该复合 层折射率。该复合层可以通过使用旋涂来涂布。
在WO 2005/098843中公开的用于高密度近场光学储存系统的掩模层, 其中该掩模层包含嵌入在非线性光学材料中以改变折射率的纳米颗粒。

发明内容
根据本发明光学储存介质包含基板层;只读数据层,包含坑结构,布 置在基板层上;掩模层,通过利用纳米颗粒来提供超分辨率近场效应;以及 电介质层,布置在数据层和掩模层之间,该电介质层提供掩模层和数据层的 坑结构之间确定的不均匀的距离。由电介质层定义的掩模层和数据层之间的 距离尤其为使得其依赖于坑结构而变化。
择优地选择具有这种特性的纳米颗粒当纳米颗粒靠近坑时,其散射截 面增加,这在被纳米颗粒散射的光和坑之间引起强相互作用。因此,将出现纳米颗粒和坑之间的增加的信号调制,且因此可以探测到亚衍射极限的坑。
在优选实施例中电介质层为塑性层,其通过旋涂布置在数据层上用于提 供电介质层的平坦表面。该光学储存介质具体地为布置为依据蓝光盘系统的 拾取器使用蓝光盘拾取器来操作的光盘。
为了制造相应的光盘,首先制造包含坑结构的基板,接下来的步骤中, 例如通过溅射,在基板上布置反射性金属层以提供只读数据层。接着,在数 据层上布置电介质层,其具体通过旋涂来涂布,以得到完全平坦表面用于掩 模层。因为电介质层的厚度依赖于坑结构而变化,因此该厚度不是均匀的。 例如与賊射相比旋涂的优点在于,当使用旋涂方法时,使用材料填充负 坑,正坑相应地被电介质材料包围,以及另外提供平坦表面用于掩模层。采 用溅射方法的情形不是这样,因为该层的厚度基本上不变,且因此由于坑结 构无法获得平坦的表面。


下文参考示意图示例性地更详细解释本发明的优选实施例,该示意图示

图1以断面图示出本发明的光学储存介质,
图2为用于说明包含纳米颗粒的掩^t层的功能的简图,
图3说明本发明的第二实施例,示出包含具有负坑结构的只读数据层的
光学储存介质,以及
图4说明本发明的第三实施例,示出包含含有纳米颗粒的两个掩模层的
光学储存介质。
具体实施例方式
光学储存介质1以简化方式在图1中以断面图示出。在基板2上布置只 读数据层3,该只读数据3包含具有坑结构的反射性金属层,例如铝层。在 数据层3上布置第一电介质层5,该第一电介质层5由例如塑性材料组成。 在电介质层5上布置掩模层4,该掩模层4包含用于提供超分辨率近场效应 (Super-RENS)的纳米颗粒。
电介质层5布置有其上放置纳米颗粒的平坦表面,且因此提供掩模层4 的纳米颗粒和数据层3之间的确定距离,其中该厚度依赖于坑结构而变化。在掩模层4的上方布置第二电介质层6,其包含例如ZnS-Si02材料。作为另 外的层,覆盖层7布置在电介质层6上作为保护层。为了读取数据层3的数 据,从储存介质1的顶部应用穿透第一覆盖层7的激光束。
光学储存介质1具体地为光盘。从例如DVD和CD的传统ROM盘已 知,只读数据层3可以具有压制坑结构,该压制坑结构具有正标记或者负标 记,
图2中示出包含数据层3的第一实施例,该数据层3具有带坑结构,标 记布置为例如深度大于30nm,例如约40nm的坑8。数据层3的坑8可以通 过例如压模来制造。具有纳米颗粒的掩模层4示为布置在均匀平面内的点。 掩模层4可以具有例如1 ~ 30nm范围内的厚度,且电介质层5的厚度在20 ~ 50nm范围内。
为了获得掩模层4的这一均匀平面,布置在数据层3和掩模层4之间的 电介质层5包括用于掩模层4的纳米颗粒的完全平坦的表面。当数据层3中 存在坑8时,掩模层4的纳米颗粒和数据层3之间的距离因此改变。掩模层 4和坑8的底部之间的距离9具体为大于50nm,在没有坑的情况下,该距离 IO具体为小于50nm。
纳米颗粒的特性因此将依赖于电介质层5的非均匀厚度而改变,且择优 地纳米颗粒的特性选择为使得当纳米颗粒靠近坑时其散射截面增加。在此情 形下,被纳米材料散射的光和坑之间存在强相互作用,且因此坑引起的信号 调制将增加且亚衍射极限的坑可以被探测,由此提供超分辨率近场效应。
假定当激光照射时,纳米颗粒依赖于数据层的坑结构产生局域化表面等 离子体激元,该局域化表面等离子体激元在远场中产生可探测信号,这与如 本说明书开篇引用的Ng和Liu的文章"Super-resolution and frequency dependent-efficiency of near-field optical disks with silver nanoparticles"所述的 AgOx层的纳米颗粒效应 一致。
为了读取只读数据层3的数据,具体地可以使用依据蓝光盘系统具有 405nm的蓝色激光二极管的拾取器。具有这样波长的激光允许现有的光学数 据盘具有最高可能的数据密度。当使用具有不同波长的激光二极管时,则不 得不相应地改变电介质层5的厚度。
本发明的第二实施例在图3中示出,其包含具有负坑结构的数据层3, 坑11因此布置成正标记或者凸点。因此坑11和掩^^莫层4之间的距离12小,且距离13相应地大。布置在掩模层4和数据层3之间的电介质层5也设置 有完全平坦表面,在该表面上布置掩模层4的纳米颗粒。
对于本实施例,数据层3例如包含大于30nm,例如约40nm的高度的 负标记,且在没有凸点的情形下,掩模层4和数据层3之间的距离13大于 50nm。例如掩模层4和存在于数据层3处的坑11之间的距离12小于50nm。 因此电介质层5的厚度依赖于坑结构而在例如20 ~ 50nm范围内的最小距离 和例如大于50 ~ 60nm的最大距离之间变化。
本发明的另一个实施例在图4中示出,其除了包含第一掩模层4之外还 包含第二掩模层17,纳米颗粒14直接布置在数据层3表面上。电介质层13 的纳米颗粒14因此也位于坑18的底部。电介质层15布置在纳米颗粒层17 和4之间,该电介质层15具有平坦表面,以在均匀平面内提供掩模层4的 纳米颗粒16的排布。距离9、 10以及坑18的深度与使用在图2的实施例中 的值类似。第二掩模层17的厚度具体地是不变的。与前述实施例相应,电 介质层15的厚度也因此依赖于坑结构而在最小距离和最大距离之间变化。
为了读取图2~4中示出的光学储存介质的只读数据层3的数据,具体 地可以使用依据蓝光盘系统具有405nm蓝色激光二极管的拾取器。具有这样 波长的激光允许现阶段的光学数据盘具有最高可能的数据密度。当使用具有 不同波长的激光二极管时,则不得不相应地改变电介质层5的厚度。
为了制造储存介质1,特别是光盘,首先制造包含坑结构的基板2,例 如通过溅射在该基板2上布置反射性金属层作为数据层3。有利地使用旋涂 方法,用于在数据层3上提供具有完全平坦表面的电介质层5。溅射方法不 能用于电介质层5,因为该层5随后具有恒定的厚度,且因此将无法提供平 坦表面给具有纳米颗粒的掩模层4。例如电介质层5是具有20 ~ 50nm范围 内厚度值的薄塑性层,其可通过旋涂容易地制造。
在下一个步骤中,例如通过溅射,将掩模层4的纳米颗粒布置在电介质 层5上。如US 2005/0009260中所述,例如通过反应溅射,可以产生具有纳 米颗粒的掩模层4。随后,例如通过旋涂方法,将覆盖层7布置在该盘上。 此外,可以在掩模层4和覆盖层7之间布置第二电介质层6。
精神和范围。本发明具体地不限于使用包含蓝光盘型拾取器的拾取器单元。 本发明因此在于在此处所附的权利要求中。
权利要求
1.光学存储介质(1),包含基板层(2);只读数据层(3),包含坑结构且布置在所述基板层(2)上;掩模层(4),包含当使用激光束照射时通过产生表面等离子体激元来提供超分辨率近场效应的纳米颗粒;以及电介质层(5),布置在所述数据层(3)和所述掩模层(4)之间,其中所述电介质层(5)具有依赖于所述坑结构而变化的厚度(9、10)。
2. 如权利要求1所述的光学存储介质,其中所述电介质层(5)的厚度在 20 50nm的范围内。
3. 如权利要求1或2所述的光学存储介质,其中所述只读数据层(3)被 反射性金属层覆盖。
4. 如权利要求1至3其中一项所述的光学存储介质,其中所述数据层 (3)包含坑深度大于30nm的正坑(8),在存在坑的情形下,所述掩模层(4)和所 述数据层(3)之间的距离(9)大于50nm,且在所述数据层(3)的位置不存在坑的 情形下,所述掩模层(4)和所述数据层(3)之间的距离(10)小于50nm。
5. 如权利要求1至3其中一项所述的光学存储介质,其中所述数据层 (3)包含坑高度大于30nm的负坑或者凸点(ll),在不存在坑的情形下,所述 掩模层(4)和所述数据层(3)之间的距离(13)大于50nm,且所述掩模层(4)和在 所述数据层(3)的位置存在的坑之间的距离(12)小于50nm。
6. 如前述权利要求其中一项所述的光学储存介质,其中所述电介质层 (5)包含平坦表面,用于提供所述掩模层(4)和所述数据层(3)之间的确定距离。
7. 如前述权利要求其中一项所述的光学储存介质,其中所述电介质层 (5)为塑性层且通过旋涂布置在所述数据层(3)上。
8. 如前述权利要求其中一项所述的光学储存介质,其中所述掩模层(4) 的厚度在l~30nm的范围内,且其中包含在所述掩模层(4)中的纳米颗粒含 有贵金属。
9. 如前述权利要求其中一项所述的光学储存介质,其中所述电介质层 (5)的厚度依赖于坑结构在例如20 ~ 50nm范围内的最小3巨离和例如大于 50nm的最大距离之间变化。
10. 如前述权利要求其中一项所述的光学储存介质,其中所述光学储存 介质为只读光盘(l)。
11. 用于制造光学储存介质的方法,包含下述步骤提供基板层(2),所述基板层上布置有具有坑结构的只读数据层(3); 提供电介质层(5),所述电介质层具有有赖于所述坑结构而变化的厚度; 在所述电介质层(5)上提供掩模层(4),其中所述掩模层(4)包含纳米颗粒;以及在所述掩模层(4)上提供覆盖层(6)作为保护层。
12. 如权利要求11所述的方法,其中所述电介质层(5)为通过旋涂而布 置在所述数据层(3)上的塑性层。
13. 如权利要求11或12所述的方法,包含在所述掩模层(4)和所述覆盖 层(7)之间提供第二电介质层(6)的附加步骤。
14. 光学储存介质(l),包含 基板层(2);只读数据层(3),包含坑结构且布置在所述基板层(2)上; 掩才莫层(4),包含用于提供超分辨率近场效应的纳米颗粒;以及 电介质层(5、 15),布置在所述数据层(3)和所述掩模层(4)之间,其中 所述电介质层(5)具有依赖于所述坑结构而变化的厚度(9 、 10)。
15. 如权利要求14所述的光学存储介质,其中所述只读数据层(3)被反 射性金属层覆盖。
16. 如权利要求14或15所述的光学储存介质,其中所述电介质层(5、 15)包含平坦表面,用于提供所述掩模层(4)和所述数据层(3)之间的确定距离。
17. 如前述权利要求14至16其中一项所述的光学储存介质,其中所述 电介质层(5、 15)为塑性层且通过旋涂布置在所述数据层(3)上。
18. 如前述权利要求14至17其中一项所述的光学储存介质,其中包含 在所述掩模层(4)中的纳米颗粒含有贵金属,用于在使用激光束照射时产生表 面等离子体激元诱发的超分辨率效应。
19. 如前述权利要求14至18其中一项所述的光学储存介质,其中所述 电介质层(5、 15)的厚度依赖于所述坑结构在例如20 ~ 50nm范围内的最小距 离和例如大于50nm的最大距离之间变化。
20. 如前述权利要求14至19其中一项所述的光学储存介质,其中包含用于提供超分辨率近场效应的纳米颗粒的第二掩模层(l 7)布置在所述只读凝: 据层(3)上,位于所述数据层(3)和所述电介质层(15)之间。
21.如权利要求209所述的光学储存介质,其中所述第二掩模层(n)具 有恒定厚度(9、 10)。
全文摘要
光学储存介质(1),特别是只读光盘,包含基板层(2);只读数据层(3),包含坑结构且布置在基板层(2)上;掩模层(4),包含用于提供超分辨率近场效应的纳米颗粒;以及电介质层(5),布置在数据层(3)和掩模层(4)之间。电介质层(5)具有依赖于坑结构而变化的厚度(9、10、12、13),且例如是塑性层,该塑性层具有用于提供纳米颗粒均匀排布的完全平坦表面。对于相应的光学储存介质的制造,有利地通过旋涂将电介质层(5)布置在数据层(3)上。
文档编号G11B7/257GK101583999SQ200880002221
公开日2009年11月18日 申请日期2008年1月21日 优先权日2007年1月23日
发明者乔基姆·尼特尔 申请人:汤姆森特许公司

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