Brevet FR2785078A1 — publié le 20000428

SUPPORT D'ENREGISTREMENT OPTIQUE ET PROCEDE DE REALISATION DE CE SUPPORT DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un support d'enregistrement optique et un procédé de réalisation de ce support. L'invention trouve une application dans l'enregistrement sur disque optique, par exemple sur un CD-RW ("Compact Disc-ReWriting") ou un DVD-RAM ("Digital Versatile Disc-Random Access Memory") (dit encore RW) de la première génération et des suivantes (de 2,6 Goctets à 40 Goctets de capacité). Etat de la technique antérieure On connaît essentiellement deux types de disques optiques ré-enregistrables : ceux qui utilisent le changement de phase d'un matériau solide (phase cristalline-phase amorphe) et ceux qui utilisent les propriétés magnéto-optiques de certains matériaux, notamment la rotation de polarisation d'un faisceau lumineux par effet KERR ou FARADAY. La présente invention se rapporte à la première catégorie. Les disques optiques à changement de phase font l'objet d'intenses recherches depuis de nombreuses années. Ces disques fonctionnement sur le principe selon lequel il est possible de faire passer, de façon réversible, un matériau d'un état amorphe à un état cristallin, selon l'intensité et la durée d'un faisceau laser qui lui est appliqué. Ce principe permet, en outre, une sur-écriture directe de nouvelles informations sur des informations déjà écrites. La zone d'enregistrement d'un disque à changement de phase se présente comme illustré sur la figure 1 annexée. On y voit des zones amorphes Za réparties dans une matrice cristalline Zc, ces zones amorphes Za représentant l'information binaire enregistrée. La lecture de ces informations se fait par voie optique. Un faisceau laser, en général guidé par un sillon, vient balayer la surface du disque et l'onde réfléchie est dirigée sur un système de détection. Comme la réflectivité des zones amorphes Za est généralement inférieure à celle de la matrice cristalline on peut déterminer si la zone éclairée était amorphe ou cristalline et retrouver ainsi l'information binaire. Les matériaux à changement de phase (CP en abrégé par la suite) généralement utilisés dans cette application sont des chalcogénures de type GeSbTe, AgInSbTe ou encore InSbTe. Des séléniures, des oxydes de tellure peuvent tre aussi utilisés. Les propriétés requises pour ces matériaux sont : -la réversibilité des deux états physiques (amorphe et cristallin), -la stabilité de ces deux états au voisinage de la température ambiante (entre environ 80 C à -40 C), -un temps d'amorphisation suffisamment faible, de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes, -un temps de cristallisation suffisamment faible, de l'ordre de quelques dizaines de nanosecondes, -un vieillissement satisfaisant et une aptitude à subir des cycles ("cyclabilité"), -une température de fusion pas trop élevée (environ 600 C). Ces matériaux devant tre utilisés dans des conditions différentes suivant le type de disque (par exemple avec un CD-RW la vitesse linéaire de déplacement est de 1,2 m/s alors que pour un DVD-RAM elle est de 6 m/s), il est rare qu'un seul matériau puisse satisfaire simultanément à tous ces critères d'autant plus qu'ils ne sont pas indépendants. Ainsi, le temps minimum de cristallisation impose souvent une composition particulière. Le matériau CP étant amené à la fusion pour l'écriture d'un point amorphe par trempe sévère (vitesse de refroidissement de l'ordre de 8 C/ns), il est encapsulé entre deux couches de matériau diélectrique ne réagissant pas avec lui. La partie active d'un support d'enregistrement optique de ce type comprend donc en général un substrat, une première couche diélectrique inerte vis-à-vis du matériau à changement de phase, la couche en matériau à changement de phase, une seconde couche de diélectrique, et enfin une couche réflectrice servant également de puits thermique. A toutes ces couches s'ajoutent des couches intermédiaires qui peuvent servir de barrière de diffusion. Elles sont situées entre les couches diélectriques et la couche en matériau à changement de phase. Elles servent aussi de catalyseur de transformation physique pour le matériau à changement de phase. Ainsi, en ajoutant une couche de 5 nm de nitrure de germanium, on a pu augmenter la possibilité d'effectuer des cycles pour des disques optiques DVD RAM comme décrit dans la publication de"Technical Digest"de la Conférence Moris/Isom 97, intitulée "Phase Change Optical Disk for DVD-RAM having an Interface Layer", (Yamada, Otoba, Kawahara, Miyagawa, Ohta, Akahira, Matsunaga), Fr-N-03, pp. 294-295. Mais ces couches intermédiaires nécessitent des opérations supplémentaires lors de la réalisation du support. La présente invention a justement pour but de remédier à cet inconvénient. Exposé de l'invention Selon l'invention, les couches intermédiaires sont en un matériau qui est un composé du matériau à changement de phase. Il peut s'agir, par exemple, d'un nitrure, d'un oxyde, d'un composé chloré, fluoré, etc... du matériau CP. La méthode d'élaboration de ces couches devient alors très simple puisqu'il suffit d'introduire dans 1'enceinte de pulvérisation généralement utilisée pour le dépôt du matériau à changement de phase, le gaz approprié, qui avec le matériau à changement de phase présent dans 1'enceinte, donnera le composé recherché. En choisissant convenablement le composé, on peut en outre améliorer le rapport signal sur bruit et/ou le caractère effaçable et réduire le décalage de position ("jitter"). De façon plus précise, la présente invention a donc pour objet un support d'enregistrement optique comprenant une couche d'enregistrement en un matériau à changement de phase, au moins une couche intermédiaire déposée sur cette couche en matériau à changement de phase et au moins une couche diélectrique déposée sur la (les) couche (s) intermédiaire (s), caractérisé en ce que la (les) couche (s) intermédiaire (s) est (sont) en un matériau qui est un composé du matériau à changement de phase. De préférence, le matériau de la (des) couche (s) intermédiaire (s) est un nitrure, ou un oxyde, ou un composé chloré ou fluoré du matériau de la couche à changement de phase. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un support d'enregistrement optique tel qu'il vient d'tre défini. Dans ce procédé, on forme par pulvérisation cathodique, dans une enceinte appropriée, une couche en matériau à changement de phase, au moins une couche intermédiaire déposée sur la couche en matériau à changement de phase et au moins une couche diélectrique sur la (les) couche (s) intermédiaire (s), ce procédé étant caractérisé en ce qu'on dépose la (les) couche (s) intermédiaire (s) en utilisant l'enceinte de pulvérisation du matériau à changement de phase et en introduisant dans celle-ci un gaz susceptible de former avec le matériau à changement de phase un composé. De préférence, on introduit dans 1'enceinte de pulvérisation de l'azote, ou de l'oxygène, ou de gaz chlorés ou fluorés pour la formation de la (des) couche (s) intermédiaire (s). Brève description des dessins -la figure 1, déjà décrite, montre un support d'enregistrement optique à changement de phase ; -la figure 2 illustre schématiquement et en coupe un support d'enregistrement optique conforme à l'invention ; -la figure 3 montre schématiquement une zone à changement de phase ; -la figure 4 illustre un procédé de réalisation d'un support conforme à l'invention ; -la figure 5 donne des courbes de recristallisation pour des disques en GeSbTe et permet d'apprécier la réduction du temps de cristallisation obtenue grâce à l'invention. Description de modes particuliers de réalisation On voit, sur la figure 2, en coupe, un support d'enregistrement optique conforme à l'invention. Le support représenté comprend un substrat S, par exemple en verre, ou en plastique de type polycarbonate, d'indice optique voisin de 1,5, une première couche Dl de diélectrique d'indice optique voisin de 2, par exemple en composé ZnS-Si02, d'épaisseur 100 nm, et une première couche intermédiaire I1, par exemple en nitrure du matériau à changement de phase, d'épaisseur comprise entre 1 et 10 nm, une couche CP en matériau à changement de phase, une seconde couche intermédiaire 12, par exemple en nitrure du matériau CP et d'épaisseur comprise entre 1 nm et 5 nm, une seconde couche D2 de diélectrique, par exemple d'épaisseur et de composition identiques à celles de la première (mais ce n'est pas obligatoire) et enfin une couche R de matériau réflecteur, par exemple en AlCr d'épaisseur 120 nm. Le support selon l'invention peut ne comprendre qu'une seule couche diélectrique Dl. Dans ce cas, on peut utiliser une seule couche intermédiaire Il entre la couche CP et la couche diélectrique unique Dl ou deux couches intermédiaires I1, I2 encadrant la couche CP. La figure 3 illustre la forme et les dimensions d'une zone d'enregistrement. La longueur L est au minimum de 0,66 mm, la largeur 1 est de l'ordre de 740 nm et l'épaisseur e de la couche à changement de phase de l'ordre de 20 nm. La surface Sp de la paroi latérale (perpendiculaire au support) est donc de l'ordre de 56.103 nm2 alors que la surface Sf des deux faces de la couche CP et de 976.103 nm2. Le rapport de ces surfaces, Sf/Sp, est donc de l'ordre de 17, ce qui explique le rôle important joué par les couches intermédiaires I1, I2. Le procédé de réalisation d'un support d'enregistrement conforme à l'invention est particulièrement simple puisqu'on peut utiliser l'installation de pulvérisation du matériau à changement de phase pour réaliser les couches intermédiaires. Par exemple, dans une machine à plusieurs postes de pulvérisation, les couches intermédiaires peuvent tre réalisées avec la cible CP en début de cycle ou en fin de cycle ou en début et en fin de cycle. Ce procédé permet d'éviter un poste de pulvérisation spécialement dédié à la couche intermédiaire. La figure 4 montre, à titre d'exemple, un cycle d'opérations où le temps figure en abscisses et est compté en secondes, et la puissance de pulvérisation P où l'entrée de gaz E figurent en ordonnées. La ligne 10 montre l'évolution de la puissance de pulvérisation du matériau CP, la ligne 12 l'entrée d'argon dans 1'enceinte de pulvérisation (gaz neutre) et la ligne 14 l'entrée d'azote (pour produire une nitruration). Lorsqu'il y a concomitance entre la pulvérisation du matériau CP et l'azote, il y a formation d'un nitrure du matériau CP et dépôt d'une couche intermédiaire en nitrure de CP. Pour le diagramme de la figure 4, ce dépôt a lieu en début et en fin de cycle (intervalles marqués I1 et 12). Entre les deux se situe le dépôt de la couche CP (intervalle marqué CP). On pourrait ne procéder à l'introduction d'azote qu'en début de cycle ou qu'en fin de cycle si on limitait à 1 le nombre de couches intermédiaires. Dans le cas où le composé des couches intermédiaires n'est pas un nitrure mais, par exemple, un oxyde (ou un composé chloré ou fluoré), on remplacerait l'azote par de l'oxygène (ou un gaz chloré ou fluoré). Pour tester les performances du support selon son invention, le Demandeur a réalisé deux disques d'enregistrement, l'un sans couche intermédiaire et l'autre avec une ou deux couches intermédiaires en nitrure du matériau CP. Les conditions d'élaboration étaient les suivantes : -machine de pulvérisation à 4 postes de pulvérisation ; -substrats d'épaisseur 1,2 mm ou 0,6 mm, en verre ou en plastique ; indice optique : ; diamètre des disques : 120 mm ; -diélectrique des couches Dl, D2 : Z5S-SiO2 (70/30) ; épaisseur de la couche diélectrique en contact avec le substrat : environ 100 ; épaisseur de l'autre couche : environ 30 ; -matériau à changement de phase en Ge20lSb235Tes6l ; épaisseur de la couche CP de l'ordre de 20 nm ; -réflecteur en AlCr : épaisseur 120 ; -couche intermédiaire arrière : épaisseur 5 ; -composition de la couche intermédiaire : (Ge2o, lSb23, 8Te56, l) xNy ou X/Y représente le rapport stoechiométrique dépendant de la quantité d'azote introduite pendant la pulvérisation de la couche CP ; -réflectivité de 1'empilement à 780 nm : environ 20% ; -puissance d'écriture : environ 11 ; -puissance d'effacement : environ 6 ; -rapport signal sur bruit, à 6 m/s, à 3 MHz et à 120 ns d'impulsion : supérieur à 46 dB ; -rapport signal sur bruit d'effacement : supérieur à 30 dB ; -vitesse de cristallisation du matériau CP dans l'empilement : inférieur à 120 ns. La figure 5 donne le temps de cristallisation d'un support sans couches intermédiaires (courbe 20), d'un support avec une couche intermédiaire (courbe 22) et d'un support avec deux couches intermédiaires (courbe 24). Le temps figure en abscisses et est compté en nanosecondes alors que le taux de recristallisation relatif R/Rc figure en ordonnées. Il est clair que le temps de cristallisation est fortement diminué par la présence de la couche intermédiaire. D'autre part, l'effaçabilité est aussi améliorée sans dégradation de la cyclabilité. Ainsi, la présence de ces couches permet-elle d'améliorer nettement les propriétés du disque. REVENDICATIONS 1. Support d'enregistrement optique comprenant une couche d'enregistrement (CP) en un matériau à changement de phase, au moins une couche intermédiaire (I1, 12) déposée sur cette couche en matériau à changement de phase et au moins une couche diélectrique (D1, D2) déposée sur la (les) couche (s) intermédiaire (s) (I1, 12), caractérisé en ce que la (les) couche (s) intermédiaire (s) (I1, 12) est (sont) en un matériau qui est un composé du matériau à changement de phase. 2. Support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel le matériau de la (des) couche (s) intermédiaire (s) (Il, 12) est un nitrure, ou un oxyde, ou un composé chloré ou un composé fluoré du matériau de la couche à changement de phase (CP). 3. Procédé de fabrication d'un support d'enregistrement optique selon la revendication 1, dans lequel on forme par pulvérisation cathodique dans une enceinte appropriée une couche en matériau à changement de phase (CP), au moins une couche intermédiaire (I1, 12) sur la couche en matériau à changement de phase (CP) et au moins une couche diélectrique (D1, D2) sur la (les) couche (s) intermédiaire (s), caractérisé en ce qu'on dépose la (les) couche (s) intermédiaire (s) (I1, 12) en utilisant l'enceinte de pulvérisation du matériau à changement de phase (CP) et en introduisant dans celle-ci un gaz susceptible de former avec le matériau à changement de phase un composé. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on introduit dans 1'enceinte de l'azote, ou de l'oxygène, ou un composé chloré, ou un composé fluoré au moment du dépôt de la (des) couche (s) intermédiaire (s) (I1, 12).