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KR100247718B1 - 재기록가능한 다중 상-변화 기록층을 구비하는 광 데이터 저장 시스템 - Google Patents

재기록가능한 다중 상-변화 기록층을 구비하는 광 데이터 저장 시스템 Download PDF

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KR100247718B1
KR100247718B1 KR1019970010549A KR19970010549A KR100247718B1 KR 100247718 B1 KR100247718 B1 KR 100247718B1 KR 1019970010549 A KR1019970010549 A KR 1019970010549A KR 19970010549 A KR19970010549 A KR 19970010549A KR 100247718 B1 KR100247718 B1 KR 100247718B1
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KR
South Korea
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recording
layer
optical
recording layer
phase
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
KR1019970010549A
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KR970076595A (ko
Inventor
할 저비스 로센
커트 앨런 루빈
웨이드 와이-청 탕
Original Assignee
포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포만 제프리 엘, 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 filed Critical 포만 제프리 엘
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Abstract

다중 기록층을 구비하여 재기록가능한 상-변화 광 디스크 및 디스크 드라이브는 입사 레이저 광에 가장 인접한 기록층으로서 역 기록형 가역 상-변화 물질(reverse writing type of reversible phase-change material)을 사용한다. 이 디스크는, 레이저 광이 입사되는 광-투과성 기판을 구비한다. 이 기판은 적어도 두개의 공간적으로 분리된 다층 기록 스택을 지지하며, 각각의 스택은 가역 또는 재기록가능한 상-변화 물질로 이루어진 능동 기록층(active recording layer)을 포함한다. 레이저 광이 입사되는 기판에 가장 인접해 있는 기록 스택은 역 기록형 가역 상 변화 물질, 즉 비정질의 초기상(amorphous starting phase)을 갖고 레이저 가열에 의하여 기록되어 데이터 영역이 결정상(crystalline phase)으로 변환되는 상-변화 물질을 포함한다. 이러한 제1 기록층은 유전층과 접촉하고 있으며, 이 유전층은 인접한 기록층에 대하여 높은 굴절율을 가지며 광 간섭막으로서 작용하여 기록 스택에 보강 광간섭 효과를 제공한다. 광 간섭막은 기록 스택의 콘트라스트, 반사율 및 투과율을 최적화한다. 또한, 광 간섭막은 비흡수성이어서, 레이저 광이 이를 통과하여 보다 멀리 떨어진 기록 스택의 기록층에 집광될 수 있게 한다. 이로써, 적당한 레이저 전력을 사용하여 보다 멀리 떨어진 기록층에 기록을 행할 수 있게 된다.

Description

재기록가능한 다중 상-변화 기록층을 구비하는 광 데이터 저장 시스템
본 발명은 광 데이터 저장 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 기록층을 구비하는 광 매체를 사용하는 시스템에 관한 것이다.
광 디스크 드라이브와 같은 광 데이터 저장 시스템은 광 매체상에 대량의 데이터를 저장할 수 있도록 해준다. 레이저 빔을 매체의 기록층상에 집광하여 반사된 광 빔을 검출함으로써 데이터를 액세스한다.
WORM(write-once read-many) 시스템에서, 레이저는 기록층상에 영구적인 마크(mark)를 생성함으로써 데이터를 기록한다. 일단 데이터를 매체상에 기록하면 지울 수 없다. 일 예로서, 기록 재료로서 상-변화 합금(phase-change alloys)을 사용하고, 레이저 빔을 사용하여 상-변화 매체(phase-change media)를 제1 구조적 상(phase)으로부터 제2 구조적 상으로 부분적으로 변환시킴으로써 데이터를 기록하는 상-변화 WORM 시스템이 있다. 상-변화 매체는 제2 구조적 상에서 제1 구조적 상으로 다시 용이하게 변환되지 않도록 설계되므로 데이터 비트가 영구적으로 기록되어, 결국 WORM 기능이 달성된다.
이에 반해, 가역 또는 재기록가능한 상-변화 시스템은 두개의 안정한 상을 갖는 매체를 사용한다. 국소 영역을 하나의 안정한 상으로 변환시킴으로써 데이터 비트를 매체상에 기록한다. 기록된 영역을 다시 초기상으로 되돌림으로써 데이터 비트를 소거할 수 있다. 초기상은 통상적으로 결정상이며 레이저 빔은 데이터층의 재료를 안정한 비정질의 상으로 부분적으로 변환시킴으로써 데이터를 기록한다. 결정 영역이 융해점 이상으로 가열된 후 급속 냉각되어 무질서한 구조가 자리를 잡아 비정질 구조가 형성될 때, 이러한 기록이 행해진다. 나중에 비정질의 상을 다시 초기 결정상으로 변환시킴으로써 데이터 비트를 소거할 수 있다. 비정질 영역이 결정화 온도(crystallization temperature) 또는 그 이상에서 가열 및 유지되거나, 또는 그 영역이 결정화될 때까지 융해되고 천천히 냉각될 때 이러한 소거가 행해진다. 이러한 종류의 상-변화 시스템에서는 매체상의 결정 영역과 비정질 영역간의 반사율의 변화에 의하여 데이터를 판독 또는 검출한다.
가역 또는 재기록가능한 상-변화 광 기록 시스템에서는, 초기 또는 기록되지 않은 상태가 데이터층의 비정질의 상이며, 기입 또는 기록된 상태가 결정상인 것으로 알려져 있다. 이러한 종류의 광 기록 시스템은 종종 "역 기록(reverse writing)"시스템이라고 한다. 미국 특허 제5,383,172에는, 특정 패턴에 따라 레이저를 펄스화함으로써 기록된 결정상 데이터층을 소거하는 역 기록 시스템이 개시되어 있다. 구체적인 펄스의 패턴은, 소거될 기록 데이터에 가까이 인접해 있는 데이터층의 기록되지 않은 비정질 영역이 결정화되는 것을 방지할 수 있는 레이저 전력 레벨 및 펄스 지속 기간을 갖도록 선택된다.
광 디스크의 저장 용량을 증가시키기 위하여, 다중 기록층 시스템이 제안되었다. 2개 이상의 기록층을 구비하는 광 디스크는 렌즈의 초점 위치를 변화시킴으로써 공간적으로 분리된 서로 다른 기록층을 액세스할 수 있도록 되어 있다. 보다 인접한 기록층을 통하여 레이저 빔이 전달되어 보다 멀리 떨어진 기록층(들)상에서 데이터의 판독 및 기록이 이루어진다. 다중 기록층 디스크에서는, 레이저 광이 입사되는 디스크 표면과 이 디스크 표면으로부터 마지막, 즉 가장 먼 기록층간의 중간 기록층들이 광 투과성이어야 한다. 이러한 방법의 예로서는 미국 특허 제5,202,875호, 제5,097,464호 및 제4,450,553호를 들 수 있다. 1995년 6월 30일자로 출원된 IBM사의 계류중인 출원 제08/497,518호는, 개별 기록층들을 상-변화 WORM 물질로 형성하는 다중 데이터층 광 기록 시스템을 개시하고 있다.
재기록가능한 상-변화 디스크에 다중 기록층을 사용함에 따른 한 가지 문제점은, 종래의 재기록가능한 구조가 단일 기록층을 사용하는 경우를 위하여 설계되었기 때문에 투과율이 매우 적다는 점이다. 또한, 기록층의 열 발산 특성을 향상시키기 위하여, 종래의 구조는 기록층에 인접하게 배치되는 열-싱크(heat-sinking) 금속 반사층을 요한다. 종래의 재기록가능한 상-변화 구조에서의 금속 반사층은 광 투과성이 아니므로, 보다 멀리 떨어진 기록층상에는 기록을 행할 수 없다. 더욱이, 만일 이러한 구조를 광 투과성으로 만들고자 중간 기록층에 인접해 있는 금속층을 제거하면, 기록층은 결정상에서 비정질의 상으로의 상 천이에 중요한 역할을 하는 고유의 열 발산 특성을 잃어버리게 될 것이다. 이로써 기록층은 재기록가능한 상-변화 기록층으로서의 기능을 상실하게 된다.
이와 같이, 금속 열-싱크층을 기록층 옆에 배치하지 않고도 적절한 레이저 전력으로 모든 기록층상에서 기록 및 소거를 행할 수 있을 뿐만 아니라, 입사 레이저 광에 보다 인접한 기록층으로부터 양호한 신호를 제공하는 다중 기록층을 구비하는 재기록가능한 상-변화 광 데이터 기록 시스템이 요구된다.
본 발명은 다중 기록층을 구비하여 재기록가능한 상-변화 광 디스크 및 디스크 드라이브를 제공한다. 본 발명의 디스크는 레이저 광이 입사되는 광-투과성 기판을 구비한다. 기판은 적어도 두개의 공간적으로 분리된 다층 기록 스택을 지지하며, 각각의 스택은 가역 또는 재기록가능한 상-변화 물질로 이루어진 능동 기록층을 포함한다. 디스크는, 각각의 기록 스택이 별개의 기판상에 지지되며 기판들이 공기 갭 만큼 분리되는 공기-갭 구조, 또는 고체 광-투과성 스페이서층이 기록 스택들을 분리하는 고체 구조로 형성된다. 레이저 광이 입사되는 기판에 가장 인접해 있는 기록 스택은 역 기록형 가역 상 변화 물질(즉, 비정질의 초기상을 갖고 레이저 가열에 의하여 기록되어 데이터 영역이 결정상으로 변환되는 상-변화 물질)을 포함한다. 이러한 제1 기록층은 유전층과 접촉하고 있고, 이 유전층은 인접한 기록층에 대하여 높은 굴절율을 가지며 광 간섭막으로서 작용하여 기록 스택에 보강 광 간섭 효과를 제공한다. 광 간섭막은 기록 스택의 콘트라스트, 반사율 및 투과율을 최적화한다. 또한 광 간섭막은 비흡수성이어서, 레이저 광이 광 간섭막을 통과하여 보다 멀리 떨어진 기록 스택의 기록층에 집광될 수 있게 한다. 이로써, 적절한 레이저 전력을 사용하여 보다 멀리 떨어진 기록층에 기록을 행할 수 있게 된다.
다음에, 본 발명의 본질 및 이점에 대한 충분한 이해를 돕고자, 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세 설명한다.
제1도는 다중 기록층의 재기록가능한 상-변화 광 디스크를 구비하는 본 발명의 광 디스크 드라이브 시스템의 개략도.
제2a도는 재기록가능한 상-변화 기록층을 구비하는 이중 기판 적층식 다중 기록층 광 디스크의 단면도.
제2b도는 재기록가능한 상-변화 기록층을 구비하는 공기-갭 다중 기록층 광디스크의 단면도.
제2c도는 재기록가능한 상-변화 기록층을 구비하는 단일 기판 적층식 다중 기록층 광 디스크의 단면도.
제3도는 광 디스크가 2개의 기록층으로 된 공기 갭 구조(two-recording-layer air-gap)의 형상으로 되어 있는 광 디스크 드라이브의 개략도.
제4도는 본 발명의 광 디스크 드라이브 시스템의 제어기 시스템의 블록도.
제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중 기판 적층식 다중 기록층 광디스크의 단면도로서, 인접한 광 간섭막을 구비하는 재기록가능한 다중 상-변화 기록층을 예시하는 도면.
제6도는 본 발명에 따른 2개의 기록층으로 된 디스크의 제1 데이터층에 대해 펄스화 소거 방법을 사용한 경우의 소거율을 소거 전력의 함수로 도시한 그래프.
제7a도는 본 발명에 따른 2개의 기록층으로 된 디스크의 제1 데이터층에 대한 레이저 기록 전력의 함수로서 리드백 데이터 지터(readback data jitter) 및 마크 길이를 도시한 그래프.
제7b도는 본 발명에 따른 2개의 기록층으로 된 디스크의 제2 데이터층에 대한 레이저 기록 전력의 함수로서 리드백 데이터 지터 및 마크 길이를 도시한 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 광 디스크 데이터 저장 시스템 12 : 디스크
14 : 스핀들 16 : 스핀들 모터
22 : 광 헤드 24 : 아암
26 : 음성 코일 모터 44 : 고체 투명 스페이서
50, 56 : 기판 90, 92 : 박막 기록 스택
200 : 레이저 다이오드 210 : 렌즈
242 : 가변 주파수 클록 254 : 레이저 드라이버
314 : 디스크 드라이브 제어기
도 1은 전체 참조 번호(10)에 의하여 지시되는 본 발명에 따른 광 디스크 데이터 저장 시스템의 개략도이다. 시스템(10)은 다중 기록층을 구비하는 광 데이터 저장 디스크(12)를 포함한다. 디스크(12)는 종래 공지된 바와 같이 클램핑 스핀들(14)상에 제거할 수 있도록 장착되는 것이 바람직하다. 스핀들(14)은 스핀들 모터(16)에 부착되며, 또한 스핀들 모터(16)는 시스템 받침대(20)에 부착된다. 모터(16)는 스핀들(14) 및 디스크(12)를 회전시킨다.
광 헤드(22)는 디스크(12) 아래에 위치된다. 헤드(22)는 아암(24)에 부착되며, 또한 아암(24)은 음성 코일 모터(26)와 같은 엑츄에이터 장치에 연결된다. 음성 코일 모터(26)는 받침대(20)에 부착되며 아암(24) 및 헤드(22)를 디스크(12) 아래에서 반지름 방향으로 이동시킨다.
도 2a는 다중 기록층 광 디스크(12)의 단면도이다. 디스크(12)는 고체 투명 스페이서(44)에 의하여 분리되는 두개의 기판(50, 56)을 구비한다. 디스크(12)의 외측면(29)에는 레이저 빔이 입사된다. 기판(50)은 유리, 폴리카보네이트, 또는 다른 중합체 재료와 같은 광 투과성 물질로 만들어질 수 있다. 기판(56)은 기판(50)과 유사한 재료로 만들어지거나, 빛이 기판(56)을 통과할 필요가 없는 실시예에서는 광투과성이 아닌 재료로 만들 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 기판(50, 56)의 두께는 0.6mm이다. 기판(50)은 박막 기록 스택(90)상에 형성되었으며, 기판(56)은 박막 기록 스택(92)상에 형성되었다. 각각의 기록 스택(90, 92)은 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 재기록가능한 상-변화 물질로 이루어진 기록층 및 적어도 하나의 투과성 유전층을 포함한다. 본 발명에서, 스택(90)에 포함되는 기록층은 역 기록형 상-변화 물질이다. 각각의 기판(50, 56)은 사출 성형, 광 중합 처리, 또는 엠보싱 처리에 의하여 기록 스택(90, 92)에 인접한 표면내에 형성되는 광 트래킹 그루브 또는 마크(optical tracking grooves or marks) 및/또는 헤더 정보(header information)를 가진다. 다른 방법으로서, 트래킹 부분은 기록층에 기록되는 마크 또는 기판에 형성되는 피트(pits)일 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 스페이서(44)는 기판(50, 56)을 함께 지지하는 역할도 하는 고도의 투과성 광 접합제로 만들어진다. 스페이서(44)의 두께는 10-300 microns인 것이 바람직하다.
펄스 폭 변조(PWM)는 마크와 같은 데이터를 광 디스크상에 기입하는 방법중의 하나이다. PWM에서, 마크는 개별 점[소위, 서브 마크(submark)]이거나 일련의 중첩 또는 연속적인 서브 마크일 수 있다. PWM은 마크의 천이부들 즉 가장자리부들간의 거리와 같은 정보를 기록한다. 천이부는 마크의 시작(선두) 또는 끝(후미) 가장자리부이다. IBM사의 미국 특허 제5,400,313호는 변조기-제어형 레이저를 사용하여 고도의 펄스화 방법으로 레이저 빔을 방출하는 PWM 자기-광 디스크 드라이브를 개시한다. 레이저 빔은 소정의 기록 클록 주기상에서 그리고 수개의 여러 전력 레벨에서 펄스화될 수 있다. 전력 레벨이 충분히 높을 때, 펄스화된 레이저는 실질적으로 동일한 크기이며 본질적으로 원형(circular)인 서브 마크를 디스크상에 기록한다. 다양한 PWM 마크 실행-길이(run-lengths)는 최단 실행-길이의 경우에는 단일의 절연된 서브 마크로서, 또는 보다 긴 실행-길이의 경우에는 일련의 연속 또는 중첩하는 서브 마크로서 디스크상에 기록된다.
도 3은 PWM 광 디스크 드라이브의 일 실시예의 개략도를 도시하며, 디스크(12), 광 헤드(22), 및 레이저 제어 수단을 도시한다. 광 헤드(22)는 레이저 다이오드(200)를 포함하며, 이 레이저 다이오드(200)는 고정된 파장의 광(202)의 1차 빔을 발생시키는 인듐-알루미늄-갈륨-인화물 다이오드 레이저일 수 있다. 레이저 다이오드(200)는 적어도 두 전력 레벨, 즉, 기록층을 상 변화시킬 만큼 충분히 높은 제1 전력 레벨, 및 기록층의 비정질 및 결정상 영역으로부터의 반사에 의하여 데이터를 판독하는 보다 낮은 제2 판독 전력 레벨에서 작동할 수 있다. 통상, 전술된 '313 특허에 개시된 바와 같이, 레이저 다이오드(200)는 수개의 여러 기록 전력 레벨에서도 작동할 수 있어서 마크 가장자리부를 정확히 위치 결정시킨다.
본 분야에 공지된 바와 같이, 디스크 드라이브 제어기(314)는 다양한 드라이브 기능들에 연결되어 이들을 위한 전반적인 제어를 행한다. 제어기(314)는 레이저 드라이버(254) 및 가변 주파수 클록(242)에 접속된다. 제어기(314)는 디스크(12)에 대한 헤드(22)의 반지름 방향 위치에 의거하여 클록(242)의 클록킹(clocking) 속도를 적절히 조절한다. 클록(242)은 특정 클록 사이클 시간 Tc을 갖는 타이밍 신호를 발생시키며, 디스크 드라이브의 데이터 판독 및 기록 타이밍을 제어한다. 주파수 신시사이저라고도 하는 가변 주파수 클록(242)은 본 분야에 공지되어 있다. 스핀들 모터(16)는 일정한 각속도로 회전하도록 제어되며, 디스크(12)에 대한 광 빔의 선속도는 광 헤드(22)의 반지름 방향 위치에 의거하여 변화할 것이다.
클록(242)는 PWM 인코더(250)에 접속된다. 인코더(250)는 호스트 컴퓨터부터의 디지탈 데이터 신호를 수신하여 이것을 소정의 PWM 코드로 부호화한다. 인코더(250)는 (1, 7) 실행-길이 제한형(RLL) PWM 인코더일 수 있다. PWM 인코더는 본 분야에 공지되어 있으며 다양한 PWM 코드를 이행한다. 디지탈 데이터를 PWM 마크 및 갭으로 부호화하는데 사용할 수 있는 여러 가지의 부호화 구성이 본 분야에 공지 되어 있다. 가장 널리 사용되는 종류의 부호화 구성은 실행-길이 제한형(RLL) 코드를 사용한다. 이러한 RLL 코드는, 여러 조합들에 사용될 때 디지탈 데이터의 특정 패턴을 부호화하는 작은 세트의 실행-길이를 사용한다. (1, 7) 인코더의 일 예가 IBM 사의 미국 특허 제4,488,142호에 개시된다. 인코더(250)는 변조기(252)에 접속된다. 변조기(252)는 PWM 코드를 수신하며, 레이저(200)가 레이저 드라이버(254)를 거쳐 적절한 레이저 전력 레벨에서 디스크의 데이터층에 소정의 데이터 패턴을 기록하게 한다.
기록 동작시, 인코더(250), 클록(242)으로부터의 클록 사이클에 의하여 그 타이밍이 제어되는 한편, 호스트 컴퓨터로부터의 디지탈 데이터를 PWM (1, 7)RLL-부호화 디지탈 데이터 신호로 부호화한다. 이렇게 부호화된 데이터 신호는 변조기(252)로 전송되며, 이 변조기(252)는 그 신호를 소정의 펄스화된 패턴을 기록하기 위한 레이저 드라이버(254)에 대한 명령으로 변환시킨다. 레이저(200)는 레이저 드라이버(254)에 응답하여 펄스화되며(임계 레벨로부터 보다 높은 기록 레벨로) 소정의 전력 레벨에서 펄스화된 광 빔을 제공한다.
판독 동작시, 제어기(314)에 의하여, 레이저 드라이버(254)는 레이저(200)에 에너지를 부여하여 저 전력 판독 레벨 빔을 발생시킨다.
빔(202)은 렌즈(203)에 의하여 조준되고, 원형화 장치(204)에 의하여 원형화되며, 빔 분할 장치(beamsplitter)(205)를 통과한다. 빔(202)의 일부는 빔 분할 장치(205)에 의하여 렌즈(206) 및 광 검출기(207)에 반사된다. 검출기(207)를 사용하여 레이저 빔(202)의 전력을 감시한다. 다음에 빔 분할 장치(205)로부터의 빔(202_은 거울(208)을 통과하며 이에 의해 반사된다. 그리고 빔(202)은 초점 렌즈(210)를 통과하며 기록 스택(90, 92) 중 하나의 회절-제한 점(diffraction-limited spot)에 집광된다. 렌즈(210)는, 음성 코일 모터일 수 있는 초점 엑츄에이터 모터(216)에 의하여 디스크(12)에 대하여 조절되는 위치의 지지 장치(214)에 장착된다. 초점 엑츄에이터 모터(216)에 의하여 렌즈(210)가 이동함으로써, 집광되는 점을 디스크(12)의 기판(50, 56)상의 두 기록 스택(90, 92) 사이로 이동시킨다.
금속 열 발산 반사층(metallic heat dissipation reflective layer)을 갖는 종래의 단일 기록층을 구비하여 재기록가능한 상-변화 구조에서, 기록층의 초기상은 결정상이며 기록 비트들은 보다 낮은 반사율을 갖는 비정질의 상이다. 그러나, 본 발명의 디스크(12)에서, 비정질의 상이 광원, 즉, 스택(90)에서 가장 인접한 기록층의 초기상으로서 선택된다. 제1 기록 스택(90)은 비정질의 초기상(결정상의 기록 비트)을 갖는 기록층을 구비하는 반면, 제2 기록 스택(92)은 결정 초기상(비정질의 상의 기록 비트)를 갖는 기록층을 구비한다. 이것은, 각각의 기록 스택에 저장되는 헤더 정보 비트가 제공되어 각각의 기록 스택에 어떤 반사 레벨의 기록 비트가 있는가를 드라이브에 알리는 경우 실행할 수 있다. 따라서 광 헤드는 기록 펄스 전력 레벨을 조절할 수 있어서 결정상 및 비정질의 상 양자의 데이터 비트를 기록할 수 있을 것이다. 중간 기록층에 역 기록(비정질에서 결정상으로의) 기록을 사용하고 가장 먼기록층에 종래의 기록(결정에서 비정질의 상으로의) 기록층을 사용하면, 나중에 설명되는 바와 같이, 모든 기록층상의 신호-대-노이즈 비를 최적화하는 고 전송 기록 스택을 설계하는 것이 보다 자유롭게 된다.
도 4는 광 디스크 드라이브 시스템의 제어기 시스템의 블록도이며 전체 참조 번호(300)에 의하여 지시된다. 다요소 검출기(multielement detecter)(234)(도 3)는 데이터 신호, 초점 오류 신호(FES) 및 트래킹 오류 신호(TES)를 제공하는 출력 신호를 발생시킨다. 신호는 신호 증폭기(236)에 의하여 증폭된다. 데이터 신호는 디지탈 출력 데이터를 발생시키는 PWM 디코더(311)에 전송된다. FES 및 TES는 제어기(314)에 직접 전송된다. 피크 검출기(310)도 FES를 수신하며, 피크 검출기(312)도 TES를 수신한다. 제어기(314)도 FES 피크 검출기(310), TES 피크 검출기(312) 및 레이저 전력 검출기(207)로부터의 입력 신호를 수신한다. 제어기(314)는 마이크로 프로세서계 디스크 드라이브 제어기이다. 제어기(314)도 레이저 변조기(252), 레이저 드라이브(254), 가변 주파수 클록(242), 헤드 모터(26), 스핀들 모터(16) 및 초점 엑츄에이터 모터(216)에 접속되어 이들을 제어한다.
도 2b는 시스템(10)의 디스크(12)를 대신할 수 있는 다중 기록층 기록 디스크(112)의 제1 실시예의 단면도이다. 디스크(112)의 요소들은 도 2a의 디스크(12)의 요소들과 유사하지만, 디스크(112)는 기판(190, 192)들 사이에 고체 스페이서를 구비하지 않는다. 그 대신, 공기-갭(78)이 기판(150, 156)을 분리시킨다. 외경(OD) 림(rim)(152) 및 내경(ID) 림(154)은 기판(150, 156)들의 사이에 부착된다. OD 및 ID 림(152, 154)은 플라스틱 재료로 만들어지는 것이 바람직하며 대략 50-300 microns의 두께를 가진다. 림(152, 154)은 접착제, 접합체, 초음파 접합, 용매 접합, 또는 다른 종래의 접합 처리에 의하여 기판(150, 156)에 부착될 수 있다. 다른 방법으로서, 림(152, 154)은 기판 성형 공정시 기판(150, 156)에 일체 형성될 수 있다. 이때, 림(152, 154)은 기판(150, 156)들의 사이에 고리 형상의 공기-갭(78)을 형성한다. 스핀들 구멍(80)은 ID 림(154) 내측의 디스크(112)를 통과하여 스핀들(14)을 수용한다. 복수의 통로(82)가 ID 림(154)에 제공되어 구멍(80)과 공간부(78)를 연결하여 공간부(78)와 디스크 드라이브의 주위 환경간의 압력을 균일화 시킨다. 복수의 저 임피던스 필터(84)는 통로(82)에 부착되어 공기 중의 특정 물질에 의한 공간부(78)의 오염을 방지한다. 필터(84)는 석영 또는 유리 섬유일 수 있다. 다른 방법으로서, 통로(82) 및 필터(84)는 OD 림(152)상에 위치될 수 있다. 각각의 기판(150, 156)상의 기록 스택(190, 192)은 재기록가능한 상-변화 기록층을 포함하는 한편, 스택(190)은 역 기록 상-변화 물질로 형성되는 기록층을 포함한다.
도 2c는 시스템(10)의 디스크(12)를 대신할 수 있는 다중 기록층 디스크(412)의 제2 실시예의 단면도이다. 디스크(412)의 요소들은 도 2a의 디스크(12)의 요소들과 유사하다. 그러나, 디스크(412)는 이전의 실시예에서와 마찬가지로 두개의 분리된 기판을 사용하지 않지만, 단일 기판(450)상에 제조되는 다층 구조이다. 재기록 가능한 상-변화 기록 스택(490, 492)은 고체 스페이서층(422)에 의하여 분리된다. 스택(490)은 역 기록 상-변화 물질로 형성되는 기록층을 포함한다. 스페이서층(422)은 기판(450)상의 기록 스택(490) 위에 적층 또는 피착[광-중합체 처리(photo-polymer process) 또는 스핀 코팅과 같은]에 의하여 형성되는 광-투과성층이다. 바람직한 실시예에서, 광-투과성 스페이서층(422)은 광 중합체와 같은 중합체 재료로 만들어진다. 층(422)의 상부 표면에는 광-중합체 처리 또는 엠보싱에 의하여 그 표면에 형성되는 트래킹 그루브 및/또는 헤더 정보가 마련되어 있다. 그리고 제2 재기록가능한 상-변화 기록 스택(492)는 스페이서층(422)의 상부에 피착된다. 그리고 자외선(UV) 방사형의 경화가능한 스핀-코팅식 아크릴레이트, 또는 접착 코팅체를 갖는 폴리카보네이트와 같은 중합체 재료의 최종 보호층(456)이 기록 스택(492)상에 형성된다. 디스크(492)와 같은 두 디스크는 서로 대면하는 각각의 층(456)과 함께 접합되어 양면 디스크를 형성할 수 있다. 이러한 종류의 구조에서, 양면 디스크는 디스크 드라이브로부터 제거되어 뒤집혀져, 드라이브가 양측의 데이터층을 액세스할 수 있게 해준다.
다음에, 도 2a의 디스크 구조에 관하여 재기록가능한 다중 상-변화 기록층 및 그의 제조 방법을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 재기록가능한 다중 상-변화 기록층 시스템은 도 2b 내지 도 2c에 도시 설명된 나머지 기타의 디스크 구조와도 호환할 수 있다.
도 5는 다중 기록 스택(90, 92)을 구비하는 광 데이터 저장 디스크(12)의 단면도이며, 각각은 재기록가능한 상-변화 기록층(53, 64)을 각각 포함한다. 디스크(12)는, 레이저 광 빔이 입사되는 외측면(49)을 갖는 기판(50)을 구비한다. 기판(50)은 폴리카보네이트, 비정질 폴리오레핀(APO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 또는 유리로 만들어지는 것이 바람직하며 기록 파장에서 비흡수성이다. 기판(50)은 0.6mm의 두께를 가지나, 다른 두께도 사용할 수 있다. 레이저 광 빔의 트래킹 서보(tracking servo)를 위한 사전-어드레스(pre-addresses) 및 사전-그루브(pre-grooves)는 외측면(49)에 대향하는 기판(50)의 표면상에 형성될 수 있다. 유전박막(51)은 스퍼터링 또는 증착에 의하여 기판(50)상에 피착된다. 유전층(51)은 보호층으로서 작용하여, 기록 및 소거시 기록층(53)이 겪게 되는 높은 온도로 인하여 기판(50)이 변형되지 않게 한다. 또한 유전층(51)은 광 간섭층으로서 역할하여 입사광 빔에 보다 인접한 제1 기록 스택(90)의 투과율을 최적화함으로써 데이터가 보다 멀리 떨어진 기록 스택(92)에 기록 및 판독될 수 있게 한다.
역 기록형 가역 상-변화 물질의 층(53)은 스퍼터링 또는 증착에 의하여 유전층(51)에 피착되어 제1 스택(90)의 기록층으로서 역할한다. 층(53)용으로 바람직한 재료는 두께 5-50nm의 GexTeySbz(10〈x〈15, 45〈y〈55, 38〈z〈48, x+y+z=100%)의 상-변화형 합금이다. 이러한 종류의 역 기록형 가역 상-변화 합금은 앞서 언급된 미국 특허 제5,383,172호에 개시된다. 그러나, 상기 특허에 개시된 바와 같은 구성의 경우, 기록층을 재기록할 수 있게 하기 위해서는 기록층에 인접해 있는 금속 열-싱크 층이 있어야 한다. 통상, 10nm 이상의 두께를 갖는 알루미늄(Al)층이 사용되지만, 이러한 층은 10% 이하의 광 투과율을 가진다. 이로써, 이러한 종래의 기록 스택은, 광 투과율이 대략 30% 이상이어야 하는 다중 기록층 광 디스크에는 적합하지 않다. 광 투과율을 증진시키기 위하여 금속 열 싱크 층을 제거하는 것은 또 다른 문제점을 초래한다. 그 이유는, 역 기록형 기록층(53)(GeSbTe)의 구성 및 두께가 다시 최적화될 필요가 있고, 인접한 유전층이 다시 형성될 필요가 있어서, 기록층의 결정화 시간 및 온도가 균형을 이루어, 소거시 다시 비정질의 상으로 재료를 변환시킬 수 있게 하기 때문이다.
본 발명에서, 광 간섭층(55, 59) 및 반투명 비금속 열 발산층(57)과 같은 하나 또는 그 이상의 층이 기록층(53)상에 추가적으로 피착된다. 박막의 광 간섭 효과를 이용하여, 각각의 층의 두께를 변화시킴으로써 다층 기록 스택(90)[기록층(53), 유전층(51, 55, 59) 및 비금속 열 발산층(57)]의 투과율, 반사율 및 흡수율을 조절할 수 있다. 층(51, 53, 55, 57, 59)들은 다 함께 간섭 구조를 형성한다. 각각의 층의 굴절율의 실수부(n) 및 두께에 의거하여, 층의 두께가 적당히 선택되면 보강 간섭이 발생한다. 인접해 있는 층[기록층(53)]의 굴절율에 대하여 층(51, 55, 57, 59)에 대한 n의 값의 큰 차이는 주어진 층 두께에 대한 간섭 효과를 증가시키며 기록 스택(90)의 반사율 및 신호 콘트라스트를 최적화할 것이다. 광 간섭막(51, 55, 57, 59)은 또한 낮은 흡수율(굴절율의 낮은 허수부, 즉, 낮은 감쇠 인자 k)을 가져서, 광 점이 제2 기록층(64)상에 집광될 때, 기록층(53) 및 층(51, 55, 57, 59)을 통하여 광 점을 최소흡수율로 전달시킬 것이다.
하나 또는 그 이상의 S, Se 및 Te와 혼합되는 Zn 및/또는 Cr과 같은 유전성 재료가 광 간섭막(51, 55, 57, 59)용으로 바람직하다. 이러한 재료는 스퍼터링, 증착, 또는 스핀 코팅에 의하여 기판(50) 위에 피착될 수 있다. SiOx, TiOx, ZrOx및 CuxO(여기서, x는 1 내지 2.1임)와 같은 유전성 재료, SiN, SiC, 비정질 Si, 또는 유기 중합체 또는 여러 유전체의 혼합물 등도 사용할 수 있다. 광 간섭막(51, 55, 57, 59)용으로 적합한 다른 재료로는 Al, Ti, Zr, Cu, Hf, Ta, Nb, Cr 및 W로 구성된 군으로부터 선택된 원소의 산화물 및 질화물이 있다. 이러한 재료, 또는 이러한 재료의 혼합물은 비정질 또는 결정상일 수 있다. 만일 비정질의 상이면, 넓은 범위의 구성들이 허용될 수 있다. 예를 들어, SiOX는 1〈x〈2.1를 만족하는 조성을 가질 수 있다. 광 간섭 효과는, 예를 들어, 오. 에이치. 헤븐스에 의한 고체 박막의 광학적 특성, 아카데믹 프레스, 1955에 기재된 바와 같은 표준 박막 간섭 계산법을 사용하여 계산한다.
층(51, 59)의 열전도성은 낮아야 하는 반면, 층(55, 57)의 열전도성은 열 발산 목적을 위하여 높아야 한다. 층(51)은 기록/소거 처리시의 변형으로부터 기판(50)을 보호하도록 사용되므로, 층(51)의 유전성 재료는 높은 융해점 및 낮은 열 전도성을 가져야 한다. 기록 스택(90)에는 금속 열 발산층이 없으므로, 기록층(53)의 결정화 온도 및 결정화 시간은 기록층(53)의 구성 및 층(55, 57)의 두께를 적절히 선택함으로써 균형을 잘 이루어야 한다. 따라서, 층(53)에 인접해 있는 열 발산층(55)은 열적으로 안정하며 높은 열 전도성을 갖게 된다. 열적 안정성은, 기록/소거 처리시 용해 상태에 있는 동안 기록층(53)의 이동을 방지하여 소거 순환성(cyclability)을 증가시키기 위하여 필요하게 된다. 그러나, 만일 층(55)용으로 단단하고, 투과율이 높으며, 열-전도성이 높은 유전체가 사용되지 않으면, 이러한 기능들은 층(55, 57)에 의하여 공유될 수 있다. 예를 들어, 층(55)은, 만일 그 두께가 스택(90)의 열 전도성에 유해한 영향을 미치지 않을 만큼 충분히 작으면 높은 열 전도성을 가질 필요가 없는 안정성 있고, 투과율 높은 유전체일 수도 있다. 그리고 층(57)은 투과성 열 전도체로 형성되어 유전층(55)을 통하여 층(53)에 발생된 열을 발산시킬 수 있다. 그러나, 만일 층(57)이 높은 강도 및 열 전도성 양자를 갖춘다면, 유전층(55)은 필요없게 된다. 일반적으로, 0.05 W/cm-K 이하의 열 전도성을 갖는 비흡수성 재료가 층(51)용으로 사용될 수 있다. 층(55, 57)의 경우, 0.01 이상의 열 전도성이 바람직하다. 예를 들어, SiOx는 400°K에서 0.015 W/cm-K의 열 전도성을 가진다. 층(59)은 기록 스택(90)의 광 간섭 효과를 최대화하고자 하는 목적으로 작용하므로, 높은 k값을 가져야 한다. 간섭층(59)의 다른 기능은 기록층(53)의 기록 영역 및 기록되지 않은 영역의 반사율 콘트라스트를 최적화하는 것이다.
고체 스페이서층(44)는 광 간섭막(59)에 인접하며 두 기록 스택(90, 92)을 분리시킨다. 스페이서층(44)은 각각의 기록 스택(90, 92)과 함께 두 기판(50, 56)을 접합하는 스핀-코팅식 광-중합체(UV-경화가능한 아크릴레이트) 또는 광 투명 접합제와 같은 비흡수성인 것이 바람직하다. 제2 기록 스택(92)은 제2 기록층(64)상에 스퍼터링 또는 증착된 단단한 투과성 유전층(62)을 포함한다. 기록층(64)은 기판(56)상에 피착된 열 발산층(68)에 인접해 있는 다른 단단한 유전층(66)상에 피착된다. 스택(92)은 다중 기록층 광 디스크의 마지막 기록 스택이며 광 투과성일 필요가 없으므로, 금속막이 층(68)용으로 사용될 수 있다. 종래의 열 발산층(68)을 사용하여, 제2 기록층(64)의 구성 및 두께가 조절되며 제1 기록층(53)과 상이하게 구성될 것이다. 제2 기록층(64)의 스택(92), 유전층(62, 66) 및 금속층(68)은 제2 기판(56)상에 피착된다. 기판(56)은 기판(50)과 동일한 재료, 또는 불투명 플라스틱 재료 및 알루미늄과 같은 금속 재료와 같은 불투명 재료로 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광 디스크(12)의 바람직한 실시예에서, 레이저는 650nm 파장에서 조작되며, 기판(50, 56)은 0.6mm 두께의 폴리카보네이트이다. 단단한 제1 유전층(51)은 ZnS 또는 SiO2, 또는 양자의 혼합물이며, 70-150nm의 두께를 가진다. 제1 기록층(53)은 15nm 두께의 Ge11Te47Sb42이다. 유전층(55)은 ZnS 또는 SiO2, 또는 양자의 혼합물이며, 10nm의 두께를 가진다. 열 발산층(57)은 두께 50nm의 비정질 Si이다. 광 간섭막(59)은 두께 60nm의 Si3N4이다. 이러한 층들을 구비하는 스택(90)의 투과율은, 기록층(53)이 비정질(즉, 기록되지 않은)의 상인 경우 31%이며, 결정(즉 기록)상인 경우 15% 이다. 만일 종래의 재기록가능한 상-변화물질(초기상과 같은 결정상)이 스택(90)의 기록층으로서 사용되면, 스택(90)을 통하여 제2 기록 스택(92)상에 기록하는데 요구되는 레이저 전력이 너무 높아지므로, 기록 스택(90)은 허용가능한 투과율을 가질 수 없다. 그러나, 비정질의 초기상(결정상의 기록 비트)을 갖는 역 기록형 상-변화 물질을 사용하면 보다 멀리 떨어진 기록 스택(92)의 기록층(64)에 기록하는데 요구되는 레이저 전력이 감소된다. 데이터 비트가 기록층(53)에 기록될 때, 층(53)은 더이상 완전한 비정질의 상태가 아니다. 그러나, 기록 트랙 폭/트랙 피치는 통상 1/2이며 그래서 비트간의 비정질 영역이 있음을 고려하면, 완전히 기록된 층이라도, 여전히 비정질의 상인 기록층의 비율은 여전히 70% 이상일 것이다.
30% 이상의 투과율과 10% 이상의 반사율을 갖는 이러한 역 기록형의 재기록가능한 상-변화 기록 구조체는 현재의 레이저 다이오드 소스를 구비하여 양호한 신호 대 노이즈를 갖는 신뢰할 수 있는 조작을 위하여 요구된다. 스페이서층(44)은 200 microns의 두께를 갖는 UV-경화성, 스핀-코팅식 광-중합체이다. 스택(92)용 유전층(62)은 ZnS 또는 SiO2, 또는 양자의 혼합물이며, 100nm의 두께를 가진다. 스택(91)의 제2 기록층(64)는 25nm의 두께로 종래의 재기록가능한 상-변화 물질(GeTeSb의 비 역 기록형 합금)로 형성된다. 제2 유전층(66)은 ZnS 또는 SiO2, 또는 양자의 혼합물이며, 15nm의 두께를 가진다. 금속 열 발산층(68)은 100nm의 두께를 갖는 Al이다. 만일 레이저 광이 보다 짧은 파장을 가지면, 점의 크기를 줄이고 이에 의해 기록 밀도를 증가시키기 위하여, 열 발산층(57) 및 유전층(59)의 두께를 조절해야 한다. 예를 들어, 500nm의 파장을 갖는 레이저 광인 경우, 층(57, 59)의 최적의 두께는 각각 25nm 및 65nm이다.
도 5에 의하여 도시 설명되는 상술된 바람직한 실시예와 유사한 이중 기록층 디스크의 반투명 기록 스택(90)의 특정예에서, 기록 스택(90)용 기록층(53)은 Ge11Te47Sb42로 형성되었다. 투명 유전층(51, 55)은 SiO2로 형성되었다. 반투명 열발산층(57)은 비정질 Si로 형성되었으며 광 간섭막(59)은 Si3N4로 형성되었다. 스택(90)은 폴리카보네이트 기판(50)상에 피착되었다. 유전층(51)은 기판(50)상에 70nm의 두께로 스퍼터링 피착되었다. 기록층(53)은 15nm의 두께를 가지며 층(51)상에 스퍼터링 피착되었다. 1nm의 두께를 갖는 제2 유전층(55)은 층(53)상에 스퍼터링되었다. 층(57)은 유전층(55)상에 스퍼터링된 50nm의 두께를 갖는 비정질 Si이었다. 광 간섭층(59)은 75nm의 두께를 가지며 유전층(57)상에 스퍼터링되었다. 기록 스택(92)의 경우, 기록층(64)은 GeTeSb의 비 역 기록형 합금으로 형성되었다. 투명 유전층(62, 66)은 ZnS(80%)+SiO2(20%)의 혼합물로 형성되었다. 금속 열 발산층(68)은 Al로 형성되었다. 스택(92)은 폴리카보네이트 기판(56)상에 피착되었다. 두 기록 스택(90, 92)은 780nm의 파장에서 다음의 표 1에 도시된 바와 같은 투과율, 반사율 및 흡수율을 가졌다:
Figure kpo00002
이러한 두개의 기록층을 구비하는 디스크는 동적 시험대에서 시험되었다. 780nm의 파장을 갖는 레이저 빔은 0.55 구경 렌즈를 통하여 집광되었다. 국부 매체 속도가 10.7m/s가 되도록 디스크가 회전되었다. 스택(90)의 층(53)의 초기상은 비정질의 상이므로, 기록된 데이터 비트는 결정상이었다. 클록 사이클 길이(8Tc)의 레이저 펄스가 사용되어 PWM 데이터를 기록하였다. 각각의 클록 사이클(Tc)은 30ns 이었다. 제1 기록층(53)에서 이러한 데이터 비트를 소거하고 기록된 영역을 다시 초기 비정질의 상으로 변환시키기 위하여, 67%의 듀티 사이클을 갖는 20ns 펄스 열(train)이 사용되었다. 소거시, 레이저의 전력 레벨은 최고 기록 전력 레벨로 설정되지만, 각각의 소거 펄스의 지속 기간은 기록 펄스에 비하여 짧다. 이러한 펄스화 소거 방법에 의하여, 기록된 결정상 영역에 인접해 있는 기록되지 않은 비정질의 상 영역은 소거시 결정화되지 않는다. 스택(92)의 제2 기록층(64)의 경우, 기록층(64)의 초기상은 결정상이었다. 이러한 제2 기록층을 위한 초기상의 선택은 중요한 것은 아니며, 비정질의 상도 초기상으로서 사용될 수 있다. 그러나, 각각의 특정 초기상에 대하여, 기록 스택으로부터의 반사율 및 신호 콘트라스트가 최적화되도록 광 간섭 구조가 설계되어야 한다. 20ns의 레이저 펄스를 사용하여 8Tc의 길이를 갖는 PWM 데이터를 제2 기록층(64)에 기록하였다. 각각의 클록 사이클(Tc)은 35.4ns이었다.
도 6은 펄스화 소거 방법에 의한 제1 기록층(53)의 소거율(db)을 도시한다. 소거율은 기록된 상태로부터 소거된 상태까지의 신호 강도의 변화율을 나타낸다. 일반적으로 대략 25db 이상이면 소거율이 우수하다고 할 수 있다. 도 6에서, 30db 이상의 소거율을 얻을 수 있음을 도시하며, 이로써 제1 기록 스택에 역 기록형의 재기록가능한 상-변화 물질을 펄스화 소거 방법에 의하여 유리하게 소거할 수 있음을 알 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 레이저 기록 전력의 함수인 각각의 두 기록층에 대한 마크의 선단부 대 후단부(LE-TE) "지터(jitter)"의 리드 백 데이터의 그래프이다. 지터란 디스크상에서 기록된 마크가 이상적인 위치로부터 변동한 편차를 측정한 것이다. 정확한 마크 길이를 나타내는 낮은 마크 길이 지터는, 오류를 최소화하면서 데이터를 리드 백하는 것을 보장하기 위하여 중요하다. 도 7a-7b에 도시된 바와 같이, 양 기록층상의 리드 백 데이터는, 8Tc의 정확한 마크 길이에서, 허용가능한 레벨의 지터를 나타내었다. 기록 빔은 36%의 투과율을 갖는 제1 기록 스택(90)을 통과해야 하므로, 이러한 낮은 지터를 달성하는데 필요한 기록 전력은 제2 기록 스택(92)에 비하여 더 높다. 50mW의 레이저 전력은, 특히 20ns의 짧은 펄스가 필요하므로, 현재 유용한 반도체 레이저에 더욱 적당하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도 2a에 도시된 바와 같은 구조에 대하여 설명되었으나, 도 2b-2c에 도시된 다른 디스크 구조체와도 충분히 호환할 수 있다. 본 발명은 두개의 기록 스택만을 구비하는 다중 기록층 디스크에 대하여 도면에 도시 및 설명되었다. 그러나, 2개 이상의 기록 스택을 구비할 수도 있다. 재기록가능한 상-변화층 및 이와 관련된 광 간섭막을 구비하는 하나 또는 그 이상의 기록 스택이 제1 및 제2 기록 스택(90, 92)의 사이에 추가적으로 위치될 수 있다. 그러나, 기록층에 인접한 실효 열 전도체를 구비하여 기록층이 비정질 및 결정상 사이를 효과적으로 전환할 수 있게 하는 것이 중요하다. 이러한 열 전도체 층은 기록 파장에서 매우 낮은 흡수율을 가져야 한다.
보다 멀리 떨어진 기록 스택(92)에 사용되는 종래의 가역 상-변화 물질용으로 바람직한 재료는 GexTeySbz의 합금이다. 그러나, 가역 비정질-결정 변환이 이루어지며 이러한 두개의 구조적으로 서로 다른 상태에서 반사율이 서로 다른 기타의 재료 조성이 기록층(64)용으로 사용될 수도 있다. 적당한 조성을 선택할 수 있게 일반적인 원리는, 가역 상-변화 물질이 화학식대로의 구성이거나 또는 그에 가깝게 되게 하는 것이다. 이러한 구성에 따르면, 결정화하는 동안 상 분리가 거의 또는 전혀 발생하지 않아서 비정질의 상 및 결정상 사이에 다수의 사이클을 얻을 수 있다. 직접 접촉하는 열 발산층이 없으면 재료의 결정화 속도가 느린 것이 바람직하다. 결정화 속도가 빠른 재료의 경우에는, 기록층과 직접 접촉하거나 또는 얇은(예를 들어, 대략 30nm 이하의) 유전층에 의하여 분리되어 있는, 대단히 투과적인 열전도층과 같은 높은 열 전도성 재료인 것이 좋다.
보다 멀리 떨어진 기록층(64)으로서 사용하기에 적합한 재료들 가운데에는, 2원 재료(binary meterials) GeTe, SnTe, PbTe, SbSe, Sb2Se3, Sb(1-x)Se(0〈x〈0.4), Bi2Se, Sbi2Se3, Bi2Te, BiTe, Bi2Te3, Sb2Te, SbTe, Sb2Te3, TeSi, Ag2Se, AgSe2, Ag2Te, Ag3Te2, AgTe2, Au2Se3, AuTe2, GaSb 및 GeSe, 또는 이들의 화합물이 있다. 또한 GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5및 GeSb4Te7과 같은 의사-2원(pseudo-binary) GeTe-Sb2Te3대응선(tieline)상의 조성을 갖는 3원 화합물(ternary compounds) 및 InSb-GaSb 대응선상의 조성을 갖는 물질도 유용하다. 게다가, 이러한 구조들은 Sb, Ti, Pd, Sn 또는 Cr과 같은 뉴클리에이팅제(nucleating agents)를 첨가함으로써 화학식에서 약간 벗어날 수 있으며 지극히 신속하게 결정화할 수 있다. 다른 재료는 In3SbTe2및 (AgSbTe)x(In1-ySby)1-x를 포함한다. 이러한 각각의 재료마다, 비흡수층(51, 55, 57, 59, 62, 66)에 대한 새로운 두께는 상술된 내용에 의거하여 결정된다.
보다 인접한 기록층(53)으로서 바람직한 재료는 GexTeySbz(10〈x〈15, 45〈y〈55, 38〈z〈48이며, x+y+z=100%)의 역 기록형 가변 상-변화 물질이다. 역 기록형 상-변화 물질로서 대략 0.25 microseconds에 비하여 긴 결정화 시간을 갖는 재료를 선택할 수도 있다. 본 예에서, 데이터 트랙의 특정 선속도 즉 5m/s에 대하여, 이러한 0.25 microseconds의 시간은, 특정한 물리적 위치가 결정상으로부터 비정질의 상으로 진행하는 것을 방지하는 동일한 물리적 위치를 후속 레이저 펄스가 강타하지 않을 정도로 충분히 긴 시간이다. 층(55, 57)의 열 발산이 보다 느리기 때문에, 이렇게 결정화 시간이 보다 긴 것이 바람직하다. 대조적으로, 층(64)의 경우에는 효율적인 열 발산 금속층(68)의 이점을 가지므로, 보다 멀리 떨어진 층(64)은 결정화 시간이 길 필요가 없으며 짧은 결정화 시간이 허용된다. 이러한 추가적인 역 기록 재료는 보다 멀리 떨어진 기록층(64)으로서 사용하는 전술된 재료를 포함하는 반면, 원하는 결정화 시간을 제공하는 구성으로 변화된다.
본 발명은 광 디스크 드라이브의 실시예에 관하여 설명되었다. 그러나, 본 발명을 적용할 수 있는 또 다른 종류의 광 데이터 저장 시스템도 있다. 이러한 시스템은 대개 데이터가 저장되는 매체를 제거할 수 있는 특징을 가진다. 보통의 시스템은 테이프 또는 카드 형상의 광 매체를 사용하는 것들이다. 테이프 또는 카드를 사용하는 드라이브는 데이터의 판독 및 기록을 위하여, 디스크인 경우의 회전을 대신하여, 병진에 의하여 테이프 또는 카드를 이동시킨다. 재기록가능한 상-변화 물질로 이루어진 다중 기록층을 사용함으로써 광 테이프 및 카드의 데이터 저장 용량을 증가시키는 것도 바람직하다. 광 테이프 또는 카드에서, 다중 기록 스택은 불투명 기판상에 지지될 수 있으며, 레이저 광이 입사되는 투명 보호층으로 덮일 수 있다. 이러한 경우, 보호층은 전술된 디스크 기판과 같이 기능한다. 테이프 또는 카드 보호층 및 디스크 기판 양자는 투명 부재이며, 이 투명 부재의 외측 표면상에 레이저 광이 입사되며 이 외측 표면을 통하여 레이저 광이 기록 스택으로 전해진다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되었으나, 다음의 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에 대한 수정 및 개선이 이루어질 수 있음은 자명하다.

Claims (36)

  1. 광 데이터 저장 시스템에 있어서, 1) 소정 파장의 레이저 광을 발생시키기 위한 레이저 광원, 2) 광 매체로서, (a) 상기 레이저 광이 입사되는 매체의 외측면을 형성하는 제1 표면을 가지는 광 투과성의 제1 부재, (b) 비정질의 초기상(amorphous starting phase)을 가지며 상기 부재에 의하여 상기 매체의 외측면으로부터 이격되어 있는 가역 상-변화 물질(reversible phase-change material)로 이루어진 제1 기록층, (c) 상기 제1 기록층과 접촉하며 광투과성인 광 간섭막 - 상기 광 간섭막은 제1 기록층의 굴절율과 현저히 상이한 굴절율 및 보강 광 간섭을 제공하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 기록층 및 상기 제1 기록층과 접촉하는 상기 광 간섭막은 광 투과성임-, 및 (d) 상기 제1 기록층으로부터 이격되어 있으며 가역 상-변화 물질로 이루어진 제2 기록층을 포함하는 광 매체, 3) 상기 레이저 광원 및 상기 부재의 제1 표면 사이에 위치되어 상기 레이저 광을 한 점(spot)에 집광하기 위한 렌즈, 및 4) 상기 렌즈에 연결되어 상기 매체에 대하여 상기 렌즈를 이동시켜, 상기 집광된 점이 하나의 기록층으로부터 다른 기록층으로 이동될 수 있도록 하는 수단을 포함하며, 상기 점이 상기 제2 기록층상에 집광되어 상기 제2 기록층내의 물질의 상을 변화시킬 때, 상기 레이저 광은 상기 제1 기록층 및 상기 제1 기록층과 접촉하는 상기 광 간섭층을 통하여 전달되는 광 데이터 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 데이터 저장 시스템은 광 디스크 드라이브 시스템이고, 상기 광 매체는 광 디스크이며, 상기 레이저 광이 입사되는 상기 제1 부재는 기판인 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 기록층은 비정질의 초기상을 갖는 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크는 광 투과성 스페이서층을 더 포함하며, 상기 광 투과성 스페이서층은 상기 제1 및 제2 기록층의 사이에 위치되어 상기 스페이서층의 두께 만큼 상기 제1 및 제2 기록층을 분리시키는 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 기록층은 상기 스페이서층상에 형성되는 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제2 기록층상에 접촉 형성되는 금속 광 반사막을 더 포함하는 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크는 제2 기판을 더 포함하고, 상기 제2 기록층은 상기 제2 기판상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 기판은 공기 갭 만큼 이격되는 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 디스크의 외측면에 대향하는 상기 기판의 표면상에 형성되어 상기 제1기록층의 가열시 상기 기판을 보호하기 위한 유전층을 더 포함하며, 상기 제1 기록층은 상기 기판상의 상기 유전층상에 접촉 형성되고, 상기 광 간섭막은 상기 제1 기록층상에 접촉 형성되며, 상기 광 간섭막은 상기 기판상에 형성된 상기 유전막에 비하여 높은 열 전도성을 갖는 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 광 간섭막상에 접촉 형성되는 제2 광 간섭막을 더 포함하는 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 제1 기록층에 있는 가역 상-변화 물질은 GexTeySbz형(여기서, 10〈x〈15, 45〈y〈55, 38〈z〈48이며, x+y+z=100%)의 조성을 갖는 합금인 시스템.
  11. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 제2 기록층에 있는 상-변화 물질은 GeTe, SnTe, PbTe, SbSe, Sb2Se3, Sb(1-x)Se(여기서, 0〈x〈0.4), Bi2Se, Bi2Se3, Bi2Te, BiTe, Bi2Te3, Sb2Te, SbTe, Sb2Te3, TeSi, Ag2Se, AgSe2, Ag2Te, Ag3Te2, AgTe2, Au2Se3, AuTe2, GaSb 및 GeSe로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 재료를 포함하는 시스템.
  12. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 제2 기록층에 있는 상기 상-변화 물질은 GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5, GeSb4Te7, In3SbTe2및 (InSb)1-x(GaSb)x[여기서, 0.5〈x
    Figure kpo00003
    1]로 구성된 군으로부터 선택된 물질로 필수적으로 구성되는 시스템.
  13. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 광 간섭막은 Si 산화물, Si 질화물, Si 탄화물, 비정질 Si 및 인듐-주석산화물로 구성된 군으로부터 선택된 물질인 시스템.
  14. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 광 간섭막은 Al, Ti, Zr, Cu, Hf, Ta, Nb, Cr 및 W로 구성된 군으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물을 포함하는 시스템.
  15. 제2항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 광 간섭막은 S, Se 및 Te로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소와 혼합된 Zn 또는 Cr을 포함하는 시스템.
  16. 광 데이터 기록 매체에 있어서, (a) 입사 레이저 광을 수용하는 외측면을 형성하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 제1 광 투과성 기판, (b) 상기 제1 기판의 상기 제2 표면상에 형성되며 상기 제1 기판의 두께 만큼 상기 기판의 외측면으로부터 이격되어 있으며 역 기록형 가역 상-변화 물질(reverse writing type of reversible phase-change material)로 이루어진 제1 기록층, (c) 상기 제1 기록층과 접촉하며 광투과성인 광 간섭막 - 상기 광 간섭막은 상기 제1 기록층의 굴절율과 현저히 상이한 굴절율 및 보강 광 간섭을 제공하기에 충분한 두께를 가지며, 상기 제1 기록층 및 상기 제1 기록층과 접촉하는 상기 광 간섭막은 광 투과성임 -, 및 (d) 상기 제1 기록층으로부터 이격되어 있는 가역 상-변화 물질로 된 제2 기록층을 포함하는 광 데이터 기록 매체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 광 매체는 광 디스크인 광 데이터 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 광 디스크는 광 투과성 스페이서층을 더 포함하며, 상기 광 투과성 스페이서층은 상기 제1 및 제2 기록층의 사이에 위치되어 상기 스페이서층의 두께 만큼 상기 제1 및 제2 기록층을 분리시키는 광 데이터 기록 매체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 기록층은 상기 스페이서층상에 형성되는 광 데이터 기록 매체.
  20. 제17항에 있어서, 제2 기판을 더 포함하며, 상기 제2 기록층은 상기 제2 기판상에 형성되며 상기 제1 및 제2 기판은 공기 갭 만큼 이격되어 있는 광 데이터 기록 매체.
  21. 제17항에 있어서, 상기 디스크의 외측면에 대향하는 상기 기판의 상기 표면상에 형성되어 상기 제1 기록층의 가열시 상기 기판을 보호하기 위한 유전층을 더 포함하며, 상기 제1 기록층은 상기 기판상의 상기 유전층상에 접촉 형성되고, 상기 광 간섭막은 상기 제1 기록층상에 접촉 형성되며, 상기 광 간섭막은 상기 기판상에 형성된 상기 유전막에 비하여 높은 열 전도성을 갖는 광 데이터 기록 매체.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제1 광 간섭막상에 접촉 형성되는 제2 광 간섭막을 더 포함하는 광 데이터 기록 매체.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제1 층에 있는 가역 상-변화 물질은 GexTeySbz형(여기서, 10〈x〈15, 45〈y〈55, 38〈z〈48이며, x+y+z=100%)의 조성을 갖는 합금인 광 데이터 기록 매체.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제2 기록층에 있는 상-변화 물질은 GeTe, SnTe, PbTe, SbSe, Sb2Se3, Sb(1-x)Se(여기서, 0〈x〈0.4), Bi2Se, Bi2Se3, Bi2Te, BiTe, Bi2Te3, Sb2Te, SbTe, Sb2Te3, TeSi, Ag2Se, AgSe2, Ag2Te, Ag3Te2, AgTe2, Au2Se3, AuTe2, GaSb 및 GeSe로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 재료를 포함하는 광 데이터 기록 매체.
  25. 제17항에 있어서, 상기 제2 기록층에 있는 상기 상-변화 물질은 GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5, GeSb4Te7, In3SbTe2및 (InSb)1-x(GaSb)x[여기서, 0.5〈x
    Figure kpo00004
    1]로 구성된 군으로부터 선택된 물질로 필수적으로 구성되는 광 데이터 기록 매체.
  26. 제17항에 있어서, 상기 광 디스크의 상기 광 간섭막은 Si 산화물, Si 질화물, Si 탄화물, 비정질 Si 및 인듐-주석-산화물로 구성된 군으로부터 선택된 물질인 광 데이터 기록 매체.
  27. 제17항에 있어서, 상기 광 간섭막은 Al, Ti, Zr, Cu, Hf, Ta, Nb, Cr 및 W로 구성된 군으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물을 포함하는 광 데이터 기록 매체.
  28. 제17항에 있어서, 상기 광 간섭막은 S, Se 및 Te로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소와 혼합된 Zn 또는 Cr을 포함하는 광 데이터 기록 매체.
  29. 다중 데이터 층 광 기록 디스크에 있어서, (a) 입사 레이저 광을 수용하는 외측면을 형성하는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 제1 광 투과성 디스크 기판, (b) 상기 기판의 상기 제2 표면상에 형성되는 제1 광 투과성 기록 스택 - 상기 제1 기록 스택은 상기 기판의 상기 제2 표면상에 형성되는 제1 유전층, 상기 제1 유전층상에 형성되는 비정질의 초기상을 갖는 가역 상-변화 물질로 이루어진 제1 기록층, 및 상기 제1 기록층상에 형성되며 상기 제1 유전층에 비하여 높은 열 전도성을 갖는 제2 유전층, 및 상기 제2 유전층상에 형성되어 상기 제1 기록층과의 보강 광 간섭을 제공하기 위한 제3 유전층을 포함함 -, (c) 상기 제1 기록 스택상의 광 투과성 스페이서층, 및 (d) 상기 스페이서층상에 있는 제2 기록 스택 - 상기 제2 기록 스택은 상기 스페이서층상의 제4 유전층, 상기 제4 유전층상에 있는 가역 상-변화 물질의 제2 기록층 및 상기 제2 기록층상에 있는 제5 유전층을 포함함 - 을 포함하는 다중 데이터층 광 기록 디스크.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제2 기록층은 상기 초기상과 같은 상기 비정질의 상을 갖는 다중 데이터 층 광 기록 디스크.
  31. 제29항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기록층의 상기 가역 상-변화 물질은, Ge, Te 및 Sb를 포함하는 합금인 다중 데이터 층 광 기록 디스크.
  32. 제29항에 있어서, 상기 제2 기록층의 상기 상-변화 물질은 GeTe, SnTe, PbTe, SbSe, Sb2Se3, Sb(1-x)Se(여기서, 0〈x〈0.4), Bi2Se, Bi2Se3, Bi2Te, BiTe, Bi2Te3, Sb2Te, SbTe, Sb2Te3, TeSi, Ag2Se, AgSe2, Ag2Te, Ag3Te2, AgTe2, Au2Se3, AuTe2, GaSb 및 GeSe로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 재료를 포함하는 다중 데이터 층 광 기록 디스크.
  33. 제29항에 있어서, 상기 제2 기록층의 상기 상-변화 물질은 GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5, GeSb4Te7, In3SbTe2및 (InSb)1-x(GaSb)x[여기서, 0.5〈x
    Figure kpo00005
    1]로 구성된 군으로부터 선택된 물질로 필수적으로 구성되는 다중 데이터 층 광 기록 디스크.
  34. 제29항에 있어서, 상기 제2 유전층은 Si의 산화물, 질화물 및 탄화물을 포함하는 다중 데이터 중 광 기록 디스크.
  35. 제29항에 있어서, 상기 제2 유전층은 Al, Ti, Zr, Cu, Hf, Ta, Nb, Cr 및 W로 구성된 군으로부터 선택된 원소의 산화물 또는 질화물을 포함하는 다중 데이터 층 광 기록 디스크.
  36. 제29항에 있어서, 상기 제2 유전층은 S, Se 및 Te로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 원소와 혼합된 Zn 또는 Cr을 포함하는 다중 데이터 층 광기록 디스크.
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