Brevet FR2929747A1 — publié le 20091009

Disque optique à super-résolution à stabilité de lecture élevée L'invention concerne un disque optique à super-résolution à stabilité de lecture élevée, c'est-à-dire un disque à super-résolution acceptant un grand nombre de cycles de lecture. L'invention s'applique notamment à la réalisation de disques à super-résolution de ultra-haute densité, en particulier à la réalisation des disques à super-résolution préenregistrés. Les disques optiques préenregistrés ou ROM, selon l'acronyme anglo-saxon � Read Orily Memory �, comportent un substrat structuré recouvert d'une couche réfléchissante, la structure du substrat comprenant une série de marques suffisamment grandes pour être détectées par une tête de lecture optique. Pour certains disques, appelés disques à super-résolution, la structure du substrat comprend des marques théoriquement trop petites pour être détectées par une tête de lecture optique. Aussi, pour rendre possible la détection de ces petites marques, le substrat est recouvert d'un empilement de couches minces, cet empilement étant parfois qualifié d' � empilement actif � car au moins une couche de l'empilement a des propriétés non linéaires optiques. A titre d'exemple, un disque à super-résolution comporte des petites marques d'une longueur de 80 nm et un empilement actif comprenant une couche de matériau semi-conducteur InSb encapsulée entre deux couches de matériau diélectrique ZnS-SiO2. Le passage d'un laser de haute puissance sur l'empilement actif permet de détecter les petites marques du substrat structuré. Cependant, un problème est posé lorsque des marques d'un disque sont lues un grand nombre de fois car la lecture du disque à haute puissance produit une élévation de la température de l'empilement actif sous le spot laser. La répétition de cet échauffement à chaque cycle de lecture est susceptible de provoquer des changements structurels irréversibles dans les matériaux constituant le disque, et peut se traduire, in fine, par une dégradation de lecture du signal obtenu. Après un nombre de cycles de lecture donné, plusieurs dégradation peuvent survenir, notamment une diffusion de matière entre les couches de l'empilement actif, un décollement progressif des couches minces constituant l'empilement, une modification de la microstructure cristalline du matériau à propriétés non linéaires optiques, ou encore une déformation des marques du substrat structuré. Ainsi, contrairement aux disques ROM n'ayant pas de capacités de lecture par super-résolution, qui peuvent être lus quasiment indéfiniment, les disques ROM à super-résolution acceptent un nombre de cycles de lecture limité. Ce phénomène est particulièrement critique dans le cas de disques à super-résolution. Un but de l'invention est d'améliorer la stabilité de lecture d'un disque optique à super-résolution, la qualité du signal délivré lors de sa lecture, et globalement le nombre de cycles de lecture possibles au cours de la vie du disque. A cet effet, l'invention a pour objet un disque de stockage optique à lecture par super-résolution comprenant au moins une couche de protection en surface, un substrat sur lequel est déposé un empilement comprenant au moins une couche active aux propriétés non linéaires réversibles, la couche active étant intercalée entre au moins une première couche diélectrique déposée sous la couche de protection et une seconde couche diélectrique déposée sur le substrat, le disque étant caractérisé en ce qu'au moins une couche d'interface est intercalée entre au moins une des deux couches diélectriques et la couche active, la couche d'interface étant constituée d'un matériau choisi parmi les matériaux suivants : ZrO2 ; HfO2 ; TiO2 ; Cr2O3 Si3N4. La présence de cette couche d'interface entre la couche active et la couche diélectrique permet notamment de limiter la dégradation du signal lors de l'augmentation du nombre de cycles de lecture effectués. De préférence, le matériau choisi pour la couche d'interface est le ZrO2. Selon un mode de réalisation, ladite couche d'interface est déposée entre la première couche diélectrique et la couche active. Selon un autre mode de réalisation, elle est déposée entre la deuxième couche diélectrique et la couche active. Selon un troisième mode de réalisation, une première couche d'interface est déposée entre la première couche diélectrique et la couche active, et une deuxième couche d'interface est déposée entre la deuxième couche diélectrique et la couche active. Selon un mode de réalisation, chaque couche diélectrique a une épaisseur sensiblement égale à 50 nm, la couche active a une épaisseur sensiblement égale à 20 nm, et la (ou les) couche(s) d'interface a (ont) une épaisseur comprise entre 3 nm et 20 nm. Selon un mode de réalisation, la somme des épaisseurs de couches d'interface et de couches diélectriques au-dessus de la couche active est sensiblement égale à la somme des épaisseurs de couches d'interface de couches diélectriques en dessous de la couche active. Selon un mode de réalisation, les couches diélectriques comprennent du ZnS-SiO2. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, un premier mode de réalisation vu en coupe d'une structure de disque selon l'invention, la figure 2, un deuxième mode de réalisation vu en coupe d'une structure de disque selon l'invention. La figure 1 présente un premier mode de réalisation d'une structure utilisée dans un disque optique selon l'invention. Le disque comprend un substrat 110 recouvert d'un empilement 120 de couches minces, une couche protectrice transparente 102 étant déposée sur l'empilement. A titre illustratif, des valeurs numériques sont données pour le disque de la figure 1. Le disque est adapté à être lu par une tête optique d'ouverture numérique égale à 0.85, dont la limite de résolution est 120 nm, la tête produisant un faisceau laser dont la longueur d'onde est égale à 405 nm. L'information portée par le disque est formée par le substrat structuré, celui-ci comprenant des séquences codées sous la forme de marques espacées, les marques ayant des longueurs comprises entre 2T et 9T, T étant une dimension élémentaire égale, dans l'exemple, à 40 nm, contre 160 nm pour le format classique Blu-Ray. Les petites marques, dont la longueur est égale à 2T ou 3T, ont donc une longueur respectivement égale à 80 nm et 120 nm, inférieure ou égale à la limite de résolution de la tête optique. Par conséquent, l'effet de super-résolution est nécessaire à la détection de ces petites marques. Le substrat 110 est formé, par exemple, d'un matériau polymère comme le polycarbonate;, ou de verre qui porte des marques physiques en creux et bosses représentant l'information stockée. La couche protectrice 102 est formée, dans l'exemple, d'un polycarbonate, de préférence d'une épaisseur de l'ordre de 100 micromètres. L'empilement 120 de couches minces comprend une première couche diélectrique 104a, une couche d'interface 106, une couche active 108, et une seconde couche diélectrique 104b, dans l'ordre, du côté de la couche protectrice 102 vers le côté substrat 110. L'empilement 120 permet d'obtenir l'effet de super-résolution souhaité en étant modifié sous l'effet d'un laser haute puissance. Plus précisément, c'est la couche active 108 qui permet d'obtenir cet effet de super-résolution car elle présente des propriétés non linéaires optiques à la longueur d'onde de travail. La couche active 108 de l'exemple est constituée du composé InSb ; cette couche 108 peut également comprendre un ou plusieurs autres matériaux semi-conducteurs dopés ou non, tels que les composés GaSb ou ZnO. Selon un autre mode de réalisation, la couche active 108 comprend des matériaux à changement de phase tels que le composé AgInSbTe ou le composé GeSbTe. Dans l'exemple, la couche active 108 a une épaisseur de 20 nm. Quant aux couches diélectriques 104a, 104b encadrant la couche active 108, elles permettent notamment d'ajuster les propriétés optiques du disque, mais également d'isoler thermiquement la couche active 108. Dans l'exemple les couches diélectriques 104a, 104b sont formées du composé ZnS-SiO2. D'autres matériaux sont envisageables pour constituer ces couches diélectriques 104a, 104b, ces matériaux étant de préférence, des matériaux diélectriques tels que les composés Si3N4, AIN, HfO2, TiO2 ou encore SiO2. Dans l'exemple, la première couche diélectrique 104a a une épaisseur égale à 35 nm et la seconde couche diélectrique 104b a une épaisseur sensiblement égale à 50 nm. Contrairement aux disques à super-résolution classique, le disque 35 selon l'invention comporte une couche d'interface 106 intercalée de préférence entre la première couche diélectrique 104a et la couche active 108, mais la couche d'interface pourrait aussi, bien que ce soit moins favorable, être intercalée entre la deuxième couche diélectrique 104b et la couche active 108. C'est la présence de cette couche d'interface 106 qui permet, d'une part, d'augmenter la qualité du signal de lecture et, d'autre part, d'améliorer la stabilité en lecture du disque et donc le nombre de cycles de lecture possible au cours de la durée de vie du disque. La couche d'interface 106 présente une faible absorption, de manière à ne pas perturber le processus optique permettant la lecture du disque à super-résolution. Dans l'exemple, cette couche est en ZrO2. Selon un autre mode de réalisation, la couche d'interface 106 comprend un ou plusieurs matériaux diélectriques choisis parmi les oxydes HfO2, TiO2, Cr203, ou Si3N4. L'épaisseur de la couche d'interface 106 est comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence entre 5 nm et 20 nm. Dans l'exemple, l'épaisseur de cette 15 couche d'interface 106 est égale à 15 nm, l'épaisseur de la première couche diélectrique 104a étant ajustée en fonction de l'épaisseur de la couche d'interface 106, de sorte que l'épaisseur totale de matériaux diélectriques de chaque côté de la couche active 108 est égale à 50 nm. Selon un autre mode de réalisation, plusieurs couches d'interface 20 sont disposées entre la première couche diélectrique 104a et la couche active 108. Pour un disque réalisé selon cette configuration et lu à la vitesse de 2,65 m/s, le taux d'erreur binaire TEB (bit error rate BER en anglais) du signal de lecture obtenu est égal à 4.103. En fixant le taux d'erreur maximum 25 TEBmax acceptable à 6.10-3, la stabilité de lecture du disque est ici comprise comme le nombre de cycles de lecture admis avant que le taux d'erreur TEB du signal dépasse TEBmax. Or, avec un disque à super-résolution classique, c'est à dire avec un empilement actif sans couche d'interface 106, la stabilité de lecture du disque est de l'ordre de 3000 cycles de lecture. La stabilité 30 augmente avec une couche d'interface située entre la deuxième couche diélectrique et la couche active. Elle augmente encore et atteint plus de 20000 cycles si la couche d'interface est située entre le laser et la couche active donc entre la première couche diélectrique et la couche active. De plus, la qualité du signal de lecture est améliorée lors des premiers cycles. 35 Par ailleurs, comme l'illustre la figure 2 présentant un deuxième mode de réalisation vu en coupe d'une structure de disque selon l'invention, la couche active 108 peut être encadrée par deux couches d'interface 106a, 106b placées respectivement au-dessus de la couche active 108 et au- dessous d'icelle. Ainsi, par rapport au premier mode de réalisation présenté en figure 1, une deuxième couche d'interface 106b, placée du côté du substrat 110 a été ajoutée. Cette deuxième couche d'interface 106b permet d'améliorer le gain sur l'amplitude du signal de lecture et d'améliorer encore le nombre de 10 lectures possibles. La lecture des disques à super-résolution implique généralement le traitement de signaux d'amplitude très faible, signaux parfois difficilement exploitables avec des circuits électroniques conventionnels. Un avantage de 15 la structure du disque selon l'invention est que la qualité du signal de lecture est améliorée, y compris lors des premiers cycles de lecture, ce qui facilite le traitement des signaux. 20 REVENDICATIONS1. Disque de stockage optique à lecture par super-résolution comprenant au moins une couche de protection (102) en surface, un substrat (110) sur lequel est déposé un ernpilement (120) comprenant au moins une couche active (108) aux propriétés non linéaires réversibles, la couche active (108) étant intercalée entre au moins une première couche diélectrique (104a) déposée sous la couche de protection et une seconde couche diélectrique déposée sur le substrat (110), le disque étant caractérisé en ce qu'au moins une couche d'interface (106) est intercalée entre au moins une des deux couches diélectriques (104a, 104b) et la couche active (108), la couche d'interface (106) étant constituée d'un matériau choisi parmi les matériaux suivants : ZrO2 ; HfO2 ; TiO2 ; Cr2O3 ; Si3N4. 2. Disque de stockage optique selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que ladite couche d'interface (106a) est déposée entre la première couche diélectrique (104a) et la couche active (108). 3. Disque de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'interface (106b) est déposée entre la deuxième couche 20 diélectrique (104b) et la couche active (108). 4. Disque de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première couche d'interface (106a) est déposée entre la première couche diélectrique (104a) et la couche active, et une deuxième couche d'interface 25 (106b) est déposée entre la deuxième couche diélectrique (104b) et la couche active. 5. Disque de stockage optique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque couche diélectrique (104a, 104b) a une 30 épaisseur sensiblement égale à 50 nm, la couche active (108) a une épaisseur sensiblement égale à 20 nm, et la couche d'interface (106a, 106b) a une épaisseur comprise entre 3 nm et 50 nm, de préférence entre 5 et 20 nm. 6. Disque de stockage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme des épaisseurs de couches d'interfaces (106) et de couches diélectriques (104a) au-dessus de la couche active (108) est sensiblement égale à la somme des épaisseurs de couches d'interfaces (106) et de couches diélectriques (104b) en dessous de la couche active (108). 7. Disque de stockage optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches diélectriques (104a, 104b) comprennent du ZnS-SiO2.