[发明专利]电子、光子引发可逆相变的光记录介质

说明书

一、本发明属光盘存储技术领域，是直接重写或可擦重写相变光盘记录介质的材料设计。

二、传统可擦重写相变光盘记录介质

相变光盘是否稳定可靠，材料是关键。而材料设计能否满足高数据传输速率的要求，又取决于记录介质能否在两个稳定态之间实现快速可逆相变。迄今为止，相变光盘的材料设计都是基于介质在激光脉冲的热诱导下发生的晶化与非晶化的可逆变化。非晶化过程用液相快淬实现，晶化过程通过晶核形成、晶粒长大来完成;前者对应于记录介质信息的写入，后者对应信息的擦除。对材料的要求是：

1、光响应灵敏度高

2、非晶态的热稳定性好

3、晶化速率快

4、两态之间的反衬度高

为满足要求1，通常采用硫系元素为基，例如碲（Te）基、硒（Se）基或（TeSe）基。一是由于它是具有二度配位的共价键结构，属欠约束;二是由于它具有孤对电子，孤对电子价带位于成键电子价带之上，所以孤对电子容易因激发而使介质发生相结构的变化。

为满足要求2，需要在硫系元素为基的材料中加入Ⅲ族（如In）、Ⅳ族（如Ge）或Ⅴ族（Sb）等元素，以加强链间的联结或变链结构为稳定性较强的拓朴网络，以加强非晶态的热稳定性。

为满足要求3，在制备过程中还要掺入能起成核或催化作用的元素，以解决增强稳定性和提高晶化速率的矛盾。

为满足要求4，有时还掺入能提高两态间反衬度的元素。

这样配制而成的多元系相变介质，处于材料的无定形态，要付诸使用，还有一系列的问题有待解决。

1、初始化问题：

介质的无定形态是不稳定的，往往会通过结构弛豫向着自由能更低的状态过渡。为使介质稳定在一定的状态，要通过初始化过程。或者通过晶化过程进入晶态，或者通过玻璃化过程进入玻璃态。记录介质的可逆相变发生在晶态与玻璃态之间（见图1a）。一般讲来，处于无定形态的介质要经过写擦激光脉冲的十几次循环动作，才能进入晶态或玻璃态。这样带来光盘盘机设计的困难和使用的极大不便。

2、玻璃态的热稳定性愈好，要使它向晶态转变就愈困难，因而晶化速率就愈慢。增强热稳定性和提高晶化速率的矛盾始终存在。

3、多元系相变介质，在晶化过程中往往发生相分离，兼有原子扩散，因而拖长晶化过程。为此在实际过程中，要求用长椭圆光斑来完成晶化过程，也就是用长脉冲激光来擦除信息，这样擦除激光和写入激光不能兼容，增加光盘机设计的难度，并降低系统的可靠性。而且相分离的发生，会大大降低材料的擦/写循环数。这也就是通常所说的“热疲劳”问题。

本发明致力于解决传统材料设计所无法摆脱的上述困难，在完全不同的基础上建立材料设计的新构思、新方法，这就是激光的光晶化，以及随后发现的光致突发晶化。基于光致突发晶化作用的材料，既非碲基，亦非硒基，而是以对激光的响应特性为出发点的二元（或三元）化合物为单元，并以一组这样的单元组成多元准共晶系记录介质，这种多元准共晶介质在实际应用中，表现出一系列明显的特征：

1、只用一次擦除操作，就可完成初始化过程，（见图1b）。

2、不存在增强热稳定性和提高晶化速率的矛盾。

介质的组分不同，晶化激活能△E和相转变方式指数n都相差很大。△E大的介质玻璃态的热稳定性好;n大的介质相转变速率高，擦除时间短。同类单元组成的介质，以符合化学计量比的共晶组分△E最大，而且相转变方式指数n也最高，因而擦除时间最短。

3、多元准共晶相变介质，在晶化过程中，不发生相分离，亦无原子扩散，因而晶化过程很短，只有几十纳秒的量级。为此在实际过程中，擦除激光脉冲可以和写入激光脉冲的脉宽兼容，这样可以缩短擦除时间，提高光盘的数字传输速率，并大大简化光盘机光学单元的设计。

综上所述，证实本发明采用新构思设计的材料能解决传统材料无法摆脱的困难。

三、多元准共晶系相变记录介质

如上所述，传统相变记录介质基于激光的热效应，也就是写入信息时，用高功率、短脉冲激光使介质中光照斑点处（以下简称介斑）的温升超过熔点，然后通过液相快淬完成从晶态到玻璃态的相转变。擦除信息时，用中功率、长脉宽激光使用介斑的温升略低于熔点，然后通过晶核形成-晶粒长大的过程返回晶态。