包含多级数据层的光学存储介质 |
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| 申请号 | CN200980108046.2 | 申请日 | 2009-03-05 | 公开(公告)号 | CN101960522A | 公开(公告)日 | 2011-01-26 |
| 申请人 | 汤姆森特许公司; | 发明人 | 克里斯托弗·费里; 拉里萨·冯雷维尔; 盖尔·皮拉德; | ||||
| 摘要 | 一种光学存储介质，包含衬底层(2)、数据层(3)，以及具有在数据层(3)上安置的超级 分辨率 结构的非线性层(4)，其中具有用于读取数据的拾取器的衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台建立数据层的第一级和第二级(L1，L2)，而在数据层(3)的另外的级(L3，L4)上布置具有拾取器的衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台。在优选 实施例 中，在数据层的第三级(L3)上布置具有衍射极限之下的尺寸的凹坑并且在数据层的第四级(L4)上布置具有衍射极限之下的尺寸的平台。该光学存储介质具体是包含用于提供超级分辨率效应的 相变 材料 (例如AgInSbTe)的只读光盘。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种光学存储介质，包含： |
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| 说明书全文 | 包含多级数据层的光学存储介质技术领域[0001] 本发明涉及一种包含衬底层、数据层和非线性层的光学存储介质，其具有在数据层上布置的超级分辨率结构。所述数据层具体包含具有拾取器的衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台以及具有拾取器的衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台，所述拾取器用于读取数据层上布置的数据。 背景技术[0002] 光学存储介质是借助于激光和集成在拾取器内的光学检测器以光学可读的方式来存储数据的介质，所述光学检测器例如是光电检测器。检测器用于在读取存储介质上的数据时检测激光束的反射光。同时，大量种类的光学存储介质是已知的，它们以不同的激光波长来操作，并且具有用于提供从1G字节之下直至50G字节(GB)的存储容量的不同的尺寸。格式包括诸如音频CD和视频DVD之类的只读格式，诸如CD-R和DVD-R、DVD+R之类的一次写入的光学介质，以及如同CD-RW、DVD-RW和DVD+RW之类的可重新写入的格式。沿着所述介质的一个或多个层中的轨道在这些介质上存储数字数据。 [0003] 目前具有最大数据容量的存储介质是蓝光盘(BD)，其允许在双层盘上存储高至大约50GB。为了对蓝光盘进行读取和写入，使用具有405nm的激光波长和数值孔径0.85的光学拾取器。在蓝光盘上使用320nm的轨道凹坑和从2T至8T或9T的标记长度，其中T是信道比特长度并且其中2T对应于138-160nm的最小标记长度。 [0004] 如Abbe理论所描述的光学仪器的空间分辨率极限是大约lambda/2NA，对于具有激光波长lambda＝405nm和数值孔径NA＝0.85的蓝光类型的拾取器而言，lambda/2NA＝238nm。对于读出蓝光盘的高频(HF)数据信号的衍射极限，当激光束在蓝光盘上的轨道的凹坑(pit)和平台(land)上移动时，由于差分信号检测而可以获得更高的分辨率。通过提供HF读出信号的参考电平，依据凹坑和平台的不同反射率可以检测非常小的幅度变化，这理论上允许利用蓝光类型拾取器来检测尺寸大约为lambda/4NA＝120nm的凹坑。 [0005] 具有超级分辨率结构的新型光学存储介质提供了与蓝光盘相比将光学存储介质的数据密度在一维上增加到2至4倍的可能性。通过包括非线性层，这是可能的，所述非线性层放置在光学存储介质的数据层之上并且显著地减小了从光学存储介质读取或者向光学存储介质写入所使用的光点的有效尺寸。可以将非线性层理解为掩蔽层，这是因为它被布置在数据层之上并且对于某些特定材料仅仅激光束的高强度中心部分能够穿透该掩蔽层。此外，可以使用例如InSb的半导体材料作为非线性层，其在聚焦的激光束的中心部分处展示出更高的反射率，并且其中心反射率依赖于对应的数据层的凹坑结构。因此，超级分辨率效应使得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对应的光学拾取器的lambda/4NA的衍射极限之下的尺寸。 [0006] 非线性层通常被称作超级分辨率近场结构(Super-RENS)层，这是因为假定对于某些特定材料，减少激光束的有效光点尺寸的光学效应是基于数据层和非线性层的标记和间隔之间的近场相互作用。包含由金属氧化物、高分子化合物(polymer compound)或者相变层(包含GeSbTe或者AgInSbTe)形成的超级分辨率近场结构的Super-RENS光盘是已知的。 发明内容[0007] 一种光学存储介质，包含衬底层、具有在衬底层上的轨道上布置的凹坑/平台数据结构的数据层，以及具有在数据层上安置的超级分辨率结构的非线性层，其中具有用于读取数据层的数据的对应的拾取器的衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台对应于数据层的第一和第二级，并且在数据层的另外的级上布置具有拾取器的衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台。超级分辨率结构具体包含相变材料，例如，在被拾取器的高强度激光束照射时提供“孔径”类型的超级分辨率机制的硫系材料。利用具有衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台的附加级，对于光学存储介质上的最小的凹坑和平台提供了反转的数据结构，以解决在读取光学存储介质的数据时读出信号中的最小的凹坑和平台的反转信号的问题。这允许了对如在光学存储介质的数据层的轨道上布置的数据进行正确解码。 [0008] 在优选实施例中，具有衍射极限之上的尺寸的平台构成数据层的第一级，具有衍射极限之上的尺寸的凹坑构成数据层的第二级，具有衍射极限之下的尺寸的凹坑构成数据层的第三级，而具有衍射极限之下的尺寸的平台构成数据层的第四级。光学存储介质具体是只读的光盘，在其上通过使用包含对应的四级数据结构的压模来压印光盘的数据层。具有衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台具体是轨道的2T和/或3T凹坑和平台，而具有衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台是轨道的4T到8T凹坑和平台。 [0009] 对于高频数据信号的读出，当激光束在光学存储介质上的轨道的凹坑和平台上移动时，因为差分信号检测而可以获得更高的分辨率。通过为高频读出信号提供参考级，依据凹坑相对于平台的不同的反射率，可以检测非常小的幅度改变，这允许利用蓝光类型的拾取器检测具有大约lambda/4NA＝120nm尺寸的凹坑。附图说明 [0010] 现在参照示意性的附图通过示例来在以下更详细地说明本发明的优选实施例，在附图中示出： [0011] 图1为光学存储介质的剖面视图，其具有包括衬底、数据层和非线性层的层堆叠，[0012] 图2为包含非线性AgInSbTe层和非线性InSb层的超级分辨率盘的HF数据信号的频谱分布， [0013] 图3为包含20个2T凹坑(每个被2T平台所分开)的序列的AgInSbTe和InSb超级分辨率盘的信号幅度， [0014] 图4为包含InSb非线性层的超级分辨率盘的凹坑和平台的随机序列的所计算的HF信号， [0015] 图5为包含AgInSbTe非线性层的超级分辨率盘的凹坑和平台的随机序列的所计算的HF信号，以及 [0016] 图6为包含作为超级分辨率层的具有相变材料的非线性层的光学存储介质的四级数据层。 具体实施方式[0017] 在图1中以简化的方式示出了光学存储介质1的横截面。该光学存储介质例如是只读(ROM)光学存储盘。在衬底2上布置可以包含反射金属层(例如，铝或者银层)的数据层3。数据层3具有由在基本上平行的轨道上布置的标记和间隔组成的数据结构。在ROM盘的情况下，标记和间隔由凹坑和平台组成，在衬底2的表面上铸模或者压印(emboss)凹坑，其表示数据层3。在数据层3上布置第一电介质层5并且在电介质层5上布置用于提供利用超级分辨率效应的掩蔽层的功能的非线性层4。非线性层4例如是包含超级分辨率结构(例如，超级分辨率近场结构(Super-RENS))的掩蔽层。光学存储介质1具体是具有类似于BD和CD的尺寸的光盘。 [0018] 在非线性层4之上，安置第二电介质层6。作为另一层，在第二电介质层6上安置覆盖层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的顶部施加首先穿透覆盖层7的激光束。第一和第二电介质层5、6例如包含材料ZnS-SiO2(硫化锌-二氧化硅)。衬底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。在其他实施例中，当使用超级分辨率近场结构时，可以省略反射金属层，超级分辨率近场结构不提供由于加热效应的透射率的增加，而是以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。具体地将存储介质1的各层布置为层堆叠。 [0019] 超级分辨率效应允许检测具有在用于读取光学存储介质的数据的对应的装置的衍射极限之下的尺寸(具体地是长度)的凹坑。已经证明了包含相变材料或者半导体材料的光盘的超级分辨率检测与非线性层4的光学属性的局部改变有关。对于相变材料，例如AgInSbTe，假定由于聚焦激光光点引起的温度增加是造成超级分辨率效应的原因，所述超级分辨率效应仅仅在激光光点的小的中心处提供孔径。先验地，这是由材料的低的热导率和强的光学非线性造成的。 [0020] 对其他硫系(chalcogenide)材料也假定该效应，所述其他硫系材料包含硫系元素，如硫、硒、碲和一种或若干种正电性更强的元素，如砷、锗、磷或者锑。硫系材料是展示两个稳定相(无定形相和结晶相)的类似玻璃的材料。通过利用高强度激光束来加热硫系材料，提供了从结晶相到无定形相的相变。对于超级分辨率光盘，调节对应的光学拾取器的激光束的强度以使得仅仅对存储介质上的激光光点的小的中心部分提供相变，所述相变用于提供“孔径类型”超级分辨率效应。 [0021] 此外，已经研究了包含作为超级分辨率结构的半导体材料的光学超级分辨率盘，并且具体地对于具有低激活阈值的III-V半导体(例如InSb)而言，可以获得良好的结果。对于半导体材料，假定激光束的高的光强度将电子从价带移动到导带，这增加了半导体材料的反射率。反射率的改变取决于在下面的数据层上的近场中布置的是凹坑还是平台。 [0022] 在包括数据层上的80nm凹坑和平台的交替图案的ROM盘的情况下，当为触发超级分辨率效应而提供足够高的激光功率时，对于作为超级分辨率结构的InSb以及对于AgInSbTe可以获得大约40db的载波-噪声比。还在随机凹坑/平台图案的情况下进行了-3测试，并且对于基于半导体的InSb盘而言，获得大约1.10 的比特错误率。但是解码基于相变的AgInSbTe盘上的数据图案是不可能的。 [0023] 当研究与超级分辨率盘的随机数据图案对应的高频(HF)数据信号的频谱分布时，如图2所示，对于具有AgInSbTe材料的盘揭示了令人吃惊的效果。信号S1是InSb超级分辨率盘的HF信号的频谱分布，其示出了10MHz之上的频率的平滑的衰减。但是对于具有AgInSbTe相变材料的盘而言，信号S2在大约18MHz处出现下探(dip)，该频率基本上对应于光学拾取器的衍射极限。此外，在30.7MHz的频率处，信号S2的幅度在信号S1的幅度之下大约7.5db，该频率对应于具有长度80nm的2T凹坑的HF信号。因此，看上去对于AgInSbTe盘，在具有拾取器的衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台的检测与具有在拾取器的衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台的检测之间出现干涉，这减少了具有在衍射极限之下的尺寸的凹坑的可检测性。 [0024] 为了获得信号S1和S2，利用具有基于40nm的信道比特长度的凹坑和平台的随机数据图案来使用超级分辨率盘。此外，测量该盘的比特错误率。对于基于半导体的盘，获得-3低至1.10 的比特错误率，而对于具有AgInSbTe相变材料的盘不可能进行解码。另外，具有AgInSbTe材料的盘展示出高的载波噪声比。 [0025] 为了更详细地研究该效应，针对两种材料InSb和AgInSbTe制造了超级分辨率盘，该超级分辨率盘包含具有2T＝100nm长度的20个凹坑的序列，每个凹坑被2T平台分开，所述20个凹坑被布置在19T平台和20T凹坑之间，所述20T凹坑后跟随有19T平台。 [0026] 图3示出了结果。如所期望的，对于具有衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台，其信号幅度比具有衍射极限之下的凹坑和平台的信号幅度大得多。InSb盘(信号S3)的19个2T平台展示了相对于2T凹坑的较高的反射率，其与两个19T平台的较高的反射率相对应，并且清楚地分辨19T平台和20T凹坑之间的20个2T凹坑。 [0027] 然而，与InSb盘(信号S3)的20个2T凹坑对比，AIST盘(信号S4)的20个2T凹坑展示了较差的表现：两个19T平台也展示了较高的反射率，但是AgInSbTe盘的20个2T平台展示了较低的反射率。因为2T凹坑的反转的信号S4，对于AgInSbTe盘而言，仅仅可以分辨19个2T凹坑。因此，当提供具有数据的随机序列时，在具有衍射极限之下的凹坑和衍射极限之上的凹坑的情况下，对于AgInSbTe盘而言，不能正确解码该数据。 [0028] 为了解释该表现，对于孔径类型的超级分辨率盘(即AgInSbTe)已经进行了数字模拟，其得出了以下结果：当凹坑和平台在衍射极限之下时，反射率在凹坑上增加而在平台上减小，当凹坑和平台具有衍射极限之上的尺寸时，对于凹坑而言反射率降低而对于平台而言反射率增加的。对于材料AgInSbTe而言，当凹坑具有对应于衍射极限的尺寸时，在负责检测较大的凹坑的衍射读出和负责检测衍射极限之下的凹坑的超级分辨率机制之间存在竞争。关于包含InSb层的超级分辨率盘，结果与凹坑的衍射读出是一致的，这提供了平台的增加的反射率和凹坑的减小的反射率，而与平台和凹坑具有衍射极限之下还是衍射极限之上的尺寸无关。因此，如从图3中可见的是，AgInSbTe超级分辨率盘的2T凹坑的信号相对于20T凹坑反转。 [0029] 在图4中，示出了对包含InSb掩蔽层的超级分辨率盘的凹坑和平台的随机序列(图形S5)所计算的HF信号S6。如所指示的，图形S5的凹坑和平台具有从2T到5T的尺寸，由逻辑“1”表示平台，而由“0”表示凹坑。模拟结果图形S6清楚地示出了对于具有衍射极限之上和之下的尺寸的凹坑的较低的反射率，并且示出了对于所有尺寸的平台的较高的反射率。因此，当对在InSb超级分辨率盘的轨道上布置的图形S5的数据进行读取时，所有凹坑可以被清楚地分辨并且因此可以被拾取器检测。 [0030] 在图5中示出了包含作为超级分辨率层的AgInSbTe掩蔽层的超级分辨率盘的情况：图形S7对应于与图4的图形S5相同的凹坑和平台，而信号S8示出了对于AgInSbTe盘相应计算的HF信号。5T和3T平台具有对应于较高反射率的较高的幅度，4T凹坑具有对应于较低反射率的较低的幅度。但是，如上述的，由于具有衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台的信号的反转，2T凹坑示出了较高的反射率，而2T平台示出了较低的反射率，因此，因为它们的信号被包括在较大的凹坑和平台中，所以它们不能被解码。不能分辨在信号S8中包括的2T凹坑和2T平台。 [0031] 为了克服该问题，在光学存储介质的数据层的另外的级上布置具有对应的光学拾取器的衍射极限之下的尺寸的凹坑和平台。例如，在数据层的第三级上布置具有衍射极限之下的尺寸的凹坑，而在数据层的第四级上布置具有衍射极限之下的尺寸的平台。 [0032] 在图6中示出了具有四级数据层的光学存储介质的示例。如关于图4和图5的图形S5和S7所描述的，图形S9示出了包含具有对应的光学拾取器的衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台以及具有衍射极限之下的尺寸的2T凹坑和平台的数据序列。在光学存储介质上将数据信号S6编码进具有由图形S10示出的四级数据层的轨道。在通过利用压模(stamper)在衬底层上压印与图形S9对应的凹坑结构而生成数据层之前，平台级L1是对应于衬底层的平面的光学存储介质的参考平面。平台级L1表示轨道的具有衍射极限之上的尺寸的平台，在所示的实施例中图形S9的3T和5T平台表示逻辑“1”。 [0033] 数据层的第二级是凹坑级L2，其表示具有衍射极限之上的尺寸的凹坑，在该示例中，图形S9的4T凹坑表示逻辑“0”。在平台级L1上将具有衍射极限之下的尺寸的2T凹坑布置为凸起(bump)B，其表示数据层的第三级L3(超级分辨率凹坑级)。图形S6的2T平台被表示为在凹坑级L2之下的凹坑P，其表示第四级L4(超级分辨率平台级)。因此，凸起B和凹坑P相对于图形S6的2T凹坑以及数据层S8的具有衍射极限之上的尺寸的凹坑和平台而反转，这导致四级数据层。 [0034] 当读取包含作为超级分辨率层的AgInSbTe掩蔽层以及图6所示数据层的光学存储介质的数据时，数据层S8的2T凹坑和平台的数据信号如关于图3所描述的那样被反转，并且因为2T凹坑和平台的反转的凹坑和凸起结构，将因为双重反转而解码正确的数据信号S9。因此数据层(图形S10)的解码的信号将对应于如图4所示出的图形S6，而不是对应于图5中所示出的图形S8。 [0035] 为了生产如关于图6所描述的光学存储介质的四级数据层，可以使用具有四级凹坑和平台结构的对应的压模。 [0036] 此外，本领域技术人员可以利用本发明的其他实施例，而不脱离本发明的精神和范围。所描述的光学存储介质具体地是只读光盘，但是本发明还可以应用于包含三级或者四级可记录数据层的可记录光学存储介质。因此，本发明的保护范围在于其权利要求书。 |
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