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要旨集●Vol.38 No.3（2003年6月発行）
特集：New Thin Film Multilayered Systems for Recordable
Optical Disc Memory Compatible with CD and DVD
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Review
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P.1
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Archival data on the CD-R, which has
been explosively popularized in the past five years,
cannot be read with DVD-ROM drives or up-coming Blu-ray
disc drives if these drives are equipped with a single
laser of 650 nm or 405 nm in wavelength. To overcome
this inconvenience inevitable in the near future, we
developed a new class of recordable optical disc memories
in collaboration with DENSO Corporation. The research
activities reviewed here involve (1) proposal of a new
recording mechanism, (2) observation of transient phenomena
in the new recording mechanism, (3) materials design
of thin-film multilayered systems, (4) optimal pre-groove
design of optical disc substrates, whose details are
described in the research reports in this special issue.
The newly developed recordable optical discs were compatible
with the conventional CD-R and could be also played
with DVD-ROM drives, unlike conventional CD-R. Taking
advantage of this first realization of DVD-compatibility,
the new medium has already been used in software development
for car navigation systems via built-in DVD-ROM drives.
This "future compatibility", being an essential requisite
for archival purposes, should see numerous applications
of various types and shapes.
追記型光ディスクCD-Rがこの5年ほどで急速に普及した。しかし，DVD-ROMドライブや近い将来市場投入が予想されるBlu-ray
discドライブで，それぞれ650nmや405nmの単一波長の読み出しレーザー光しかない場合には，CD-R上に記録された情報は読み出せないことになる。この不便を解消するため，我々は(株)デンソーと共同で，新しいタイプの追記型光記録ディスクを開発した。この中で行われた，(1)新しい記録機構の提案，(2)新しい記録機構における過渡現象の観察，(3)薄膜多層構造系の材料設計，(4)光ディスク用基盤の案内溝の最適形状設計については，この特集中の各研究報告で詳細に報告する。開発した追記型光ディスクは，従来のCD-Rと同様に使うことができ，さらに従来のCD-Rでは不可能なDVD-ROMドライブによる再生ができることがわかった。この世界初のDVD互換性を活かし，開発した光ディスクを用いてDVDカーナビ用ソフトの開発が既に行われた。この「将来互換性」は記録保存用途には本質的に必要な条件であり，様々な形でのさらなる応用展開が期待される。
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Research
Report
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P.8
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A new optical recording mechanism based on an interface
reaction in thin film multi-layered systems was proposed.
Its three basic concepts are (1) use of an interface
exothermic redox reaction between a high reflective
metal mirror layer and an inorganic dielectric transparent
layer triggered by a recording laser irradiation and
maintained by the exothermic heat of reaction, (2)
reduction by thermal dissipation and enhancement of
reactivity by simultaneous melting of the metal mirror
layer at the recording laser irradiation, (3) disuse
of poisonous materials. The performance of this new
recording mechanism for write-once type optical disc
memories was studied. Sufficient sensitivity was obtained
with the interface reaction between the transparent
GeS2 layer and the highly reflective, low-melting
In or Sn-57wt.%Bi eutectic alloy layer. The resultant
systems showed monotonous wavelength dependences of
the reflectance in contrast to specific optical absorption
features of the organic dyes in conventional CD-R
and DVD-R. This feature allows potential application
to a write-once type disc memory compatible with CD
(780 nm) and DVD (635 nm).
多層薄膜系の界面反応に基づく新しい光記録メカニズムを提案した。その3つの基本コンセプトは以下の通り。(1)
高反射金属鏡層と無機誘電体透明層間の界面で，記録レーザー光照射によって開始し，その反応が反応熱によって継続可能な酸化還元発熱反応を利用する。(2)
記録レーザー光が照射されると瞬間的に金属鏡層が融解し，熱拡散率が落ちて反応性が向上することを利用する。(3)
毒性物質を使用しない。この多層薄膜系の性能を，追記型光ディスク用記録層として調べた。GeS 2透明層と高反射率で低融点のInまたはSn-57wt.%Bi共晶合金の鏡層との積層構造の場合に良好な記録感度が得られた。市販のCD-RやDVD-Rで用いられている有機色素の特有な光吸収特性とは対照的に，この追記型光ディスクの反射率は単調な波長依存性を示した。これらの特徴はCD
(780nm)， DVD (635nm) など広い波長範囲で互換性の有る追記型光ディスクへ応用の可能性を示している。
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P.14
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We constructed an apparatus for measuring rapid
changes in reflectance of optical recording materials
during a recording laser irradiation with a time resolution
of less than 10 ns. This newly constructed apparatus
enabled rapid screening of material candidates, using
not optical disc samples but rather small flat test
pieces. We applied the apparatus to the metal candidates
in GeS2/metal bilayer systems for recordable
optical discs. Differences in the profiles of the
reflectance changes during the laser irradiation were
clearly elucidated depending on the metal layer materials.
GeS2/In and GeS2/Sn-Bi (Sn-Bi:
Sn-57wt.%Bi eutectic alloy) samples showed the largest
and the most rapid decreases in the reflectance with
low laser power absorbed in the samples. These results
were consistent with those of the examination using
optical disc samples.
記録レーザー光が照射される間の光記録材料の反射率変化を10 ns 以下の時間分解能で測定，評価できる装置を作製した。この装置により，光ディスクまで作らなくとも小さなテストピースを用いて，候補材料をスクリーニングすることが可能となった。この装置を用いて，GeS 2/金属積層膜の追記型光ディスク用記録材料としての性能を調べた。レーザー照射中の反射率変化のプロファイルが金属層材料の種類によって明らかに異なる様子が観測された。GeS 2
/In および GeS 2 /Sn-Bi ( Sn-Bi：Sn-57wt.%Bi共晶合金
) の試料は，低いレーザーパワーで最も大きく速い反射率の変化を示した。これは，光ディスク試料を用いた評価結果と一致する結果であった。
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P.21
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We have developed a new type of recordable optical
disc memory using an inorganic thin film multilayered
system: substrate/GeS2/ZnS-SiO2/
Ge-doped Sn-Bi. The recording mechanism utilized in
the system is based on a redox reaction between GeS2
and Sn-Bi. Insertion of the ZnS-SiO2 layer
suppressed the reaction between GeS2 layer
and Ge-doped Sn-Bi layer during the deposition processes,
and improved the reflectance of the disc. Use of Sn-57wt.%Bi
eutectic alloy resulted in fine crystalline grains
and reduced the white noise level of the disc in playing
with the drive. The Ge doping into Sn-Bi alloy improved
durability of the disc. The disc employing the newly
developed multilayered system could be used for recording
with commercially available CD-R drives and could
be played with CD-ROM drives. It had a monotonous
dependence of reflectance on wavelength over a wide
range and showed rather high reflectance at both the
wavelengths used in CD and DVD drives.
我々は，基板/GeS 2/ZnS-SiO 2/Geドープ Sn-Bi
の構成をもつ無機系多層膜系の新規な追記型光ディスクを開発した。このディスクの記録機構は，GeS 2とSn-Biの酸化還元反応に基づいている。ZnS-SiO 2障壁層の導入により，成膜時のGeS 2とSn-Bi間の反応が抑制され，反射率が向上した。また，Sn-57wt.%Bi共晶合金を用いることにより，結晶粒が微細化され，白色ノイズレベルが低減した。Sn-Bi合金へのGeの添加により，記録保存の耐久性が向上した。開発された光ディスクは，市販CD-Rドライブによるデータの記録，およびCD-ROMドライブによる再生が可能であった。このディスクは，広い波長範囲において反射率の単調な波長依存性を示し，CD及びDVDドライブに用いられるレーザー波長において，高い反射率を有した。
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P.27
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We have developed a new recordable optical disc,
named CD-Rc, which can be recorded with commercially
available CD-R drives equipped with 780 nm-laser diodes,
and played with DVD-ROM drives equipped with 650 nm-laser
diodes as well as with CD-ROM drives. By theoretical
analysis we have found an appropriate shape of the
pre-groove on the substrate to realize a system for
tracking of the optical pickup which works well when
a CD-Rc is inserted into any of the above-mentioned
drives. The recording material used in the CD-Rc is
a three-layered system consisting of substrate/GeS2/ZnS-SiO2/Ge-doped
Sn-Bi fabricated by successive sputter-deposition.
The three-layered system shows moderate wavelength-dependence
of reflectance from the visible to near-infrared ranges.
We optimized the thickness of each layer to attain
a reflectance high enough to enable playing at both
780 nm and 650 nm. This feature contrasts with the
inability of a commercially available CD-R to be played
by a DVD-ROM drive, because of very low reflectance
at 650 nm.
新規な追記型光ディスク「CD-Rc」を開発した。CD-Rcは，波長780nmの半導体レーザーを備えたCD-Rドライブにより記録が可能，かつCD-ROMドライブおよび波長650nmの半導体レーザーを備えたDVD-ROMドライブにより再生可能であるという特長を有している。我々は，光ディスクに用いられる基板上のプリグルーブの適切な形状を理論的に求め，上記全てのドライブにおいて光ピックアップのトラッキングを可能とした。CD-Rcに用いられた記録材料は，スパッタ製膜により形成された
( 基板/GeS 2/ZnS-SiO 2/Ge-doped Sn-Bi
) である。この3層システムの反射率は可視から近赤外にわたる広い範囲において緩やかに変化する。我々は，波長650nm，780nmの両方において充分な反射率が得られるよう，各層の膜厚の最適化を行い，両波長での再生を可能とした。このような特徴をもつCD-Rcは，波長650nmにおいては反射率が極めて低いため再生が困難なCD-Rと対照的である。
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