论文部分内容阅读
光盘由于存储容量大、交互性强和移动性好而成为高清影音发行和大容量数据管理中最重要的信息载体。光盘从最初的CD(Compaet Disc)发展到DVD(Digital Versatile Disc)，再向BD(Blu-ray Disc)过渡，都是沿着不断提高光盘存储容量的方向发展。为了提高单位面积盘片的存储容量，需要不断减小记录点尺寸以提高记录密度。采用蓝光激光器和增大物镜数值孔径来提高光盘存储密度已经成为光存储界的共识，因此，开发适合蓝光可录存储的无机记录材料是一项十分迫切的任务。本论文主要包括三部分：第一部分对用于蓝光可录存储的无机记录材料的研究现状和发展趋势进行总结；第二部分研究溅射参数和退火对氧化铋薄膜组成、结构和光谱性质等的影响，在此基础上研究了氧化铋薄膜的蓝光静态存储特性；第三部分探讨Fe掺杂对氧化铋薄膜蓝光可录存储特性的影响。
论文首先对用于蓝光可录存储的无机材料进行回顾和总结，在分析各类记录材料优缺点的基础上，考虑到氧化物薄膜具有一些短波长记录优点，如对蓝紫光敏感；薄膜的光学性质可以通过掺杂其他元素或控制溅射工艺参数来调节；同时，氧化物薄膜由于有氧的存在，稳定性较好。从而提出本研究课题。
用反应直流磁控溅射法在K9玻璃上制备了不同氧分压比(20％，50％，70％)的氧化铋薄膜。对薄膜溅射工艺参数研究后发现，薄膜的沉积速率随氧分压比的增加而降低。对不同氧分压比条件制备的薄膜的组成和结构的研究表明，氧分压比为20％条件制备的薄膜主要由晶态的Bi2O2.75和晶态的Bi组成；氧分压比为50％条件制备的薄膜由非晶态的Bi2O3、晶态的Bi2O2.75和晶态的Bi组成。当氧分压比增加到70％后，薄膜完全氧化成Bi2O3，沉积态薄膜是非晶结构。此外，氧分压比对薄膜的反射光谱和吸收光谱也有较大影响。不同氧分压比条件制备的氧化铋薄膜退火前后的性质变化表明薄膜发生组成和结构变化所需的温度在300℃左右，与记录激光热辐射的温度相近。同时退火前后薄膜的组成和结构变化导致了其反射光谱和吸收光谱发生改变，这是记录材料在光存储系统中写入和读出信号的基础。
在以上基础上，研究了三种氧分压比(20％，50％，70％)条件制备的氧化铋薄膜在蓝光可录存储中的记录和读出特性(测试条件采用406.7nm波长的蓝紫光和数值孔径为0.90的物镜)，得到如下结论：(1)三种氧分压比条件制备的氧化铋薄膜都具有蓝光可录记录和读出特性，其中以氧分压比为50％条件制备的薄膜具有较好的记录特性(即高的反射率对比度)；(2)氧分压比为50％条件制备的薄膜记录后反射率增加，属于反射率由低到高型(Low to High：LTH)可录蓝光光盘记录材料；(3)氧分压比为50％条件制备的薄膜在记录激光作用后得到了清晰的圆形记录点，最小记录点直径约为450nm。在优化后的写入功率和写入脉宽条件下，其反射率对比度大于20％。稳定性测试表明同一记录点经过10000次的读出，反射信号强度没有出现明显的变化。氧化铋薄膜的记录机理与其在激光辐射后的组成和结构变化有关。
第三部分研究Fe掺杂对氧化铋薄膜蓝光可录存储特性的影响，发现Fe的掺入使氧化铋薄膜的记录功率增加，同时也提高了记录点的读出稳定性；在优化后的写入功率和写入脉宽条件下，得到了较好的反射信号读出特性曲线和清晰圆形的记录点；此外，通过掺杂改善了薄膜的表面形貌，减小了记录点尺寸，记录点直径从未掺杂时的450nm左右减小到掺杂后的200nm左右。对Fe掺杂氧化铋薄膜的记录机理及其减小记录点的机理进行了分析。研究结果表明Fe掺杂氧化铋薄膜有潜力用于蓝光可录存储的记录介质。