Bonding ZnS-SiO

(1)

第三章：樣品製程、處理與實驗結果及分析

3-1 實驗樣品製程---濺鍍機(Sputter)介紹

在本論文中，實驗用的光碟片是使用本實驗室之四靶濺鍍機 (4-gun sputter)來進行鍍膜，鍍片的工作是由博士班的朱正弘學長負責，圖 3-1-1 為本實驗室之四靶濺鍍機，圖 3-2-2 為四靶濺鍍機之示意圖：

圖3-1-1 本實驗室之四靶濺鍍機(用於本論文之樣品製程)

(2)

圖3-1-2 四靶濺鍍機(4-gun sputter)示意圖

四靶濺鍍機主要包括真空腔、碟片承載器、真空幫浦、電源供應器。真空腔又可分為主真空腔和碟片承載真空腔，主真空腔含四個靶槽及一個轉盤，轉盤上有四個可放碟片的位置。碟片承載真空腔其主要功能如下：

(1)使碟片放置和取出時不需破壞主真空腔的真空度 (2)縮短製程時間

(3)維持製程環境的真空及清潔度

在電源供應器部分可分為直流(DC)以及射頻(RF)電源供應器，射頻電源供應器又可稱為交流(AC)電源供應器，兩者的區別在於直流濺鍍法只適用在金屬靶材，而射頻濺鍍法適用於介電靶材，其中直流濺鍍法的濺鍍速率較射頻濺鍍法快。在本論文中，所有實驗用之光碟片其近場光學作用層氧化鋅(ZnOX)及相變化記錄層 GST 都是採用直流濺鍍的方式，且 GST 層皆為 as-deposited(初鍍態)，亦即其晶格排

(3)

列介於初始化(initialized)及非晶態(amorphous)之間，另外間隔層則是採用射頻方式濺鍍。

在樣品製備上，近場結構光碟片我們使用厚度為 0.6mm 的聚碳酸酯 DVD+RW 空白基版，並在基版上鍍上厚度為 130nm 的

ZnS-SiO₂、近場光學作用層 ZnO_X(15nm)、間隔層 ZnS-SiO₂(5、10、

15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、80、90、100、

150、200nm)、相變化記錄層 GST(20nm)以及 ZnS-SiO2(20nm)，最後再利用黏合劑 UV 樹脂黏合(Bonding)一層厚度為 0.6mm 的空白基版，UV 樹脂功用為可加強相變化光碟機的機械性質並減少翹曲程度，圖 3-1-3 為上述近場光碟片膜層示意圖：

Bonding ZnS-SiO

₂

(20nm)

GST(20nm) ZnS-SiO

₂

(5~200nm)

ZnO

X

(15nm) ZnS-SiO

₂

(130nm) DVD+RW Substrate

圖3-1-3 實驗用之近場光碟片膜層結構示意圖

(4)

在實驗中所用之三層結構光碟片方面，我們一樣使用厚度為 0.6mm 的聚碳酸酯 DVD+RW 空白基版，並在基版上鍍上厚度為 130nm 的 ZnS-SiO2、相變化記錄層 GST(20nm) 以及 ZnS-SiO2

(20nm)最後一樣再利用黏合劑 UV 樹脂黏合(Bonding)一層厚度為 0.6mm 的空白基版，圖 3-1-4 為上述之三層結構光碟片示意圖：

圖3-1-4 實驗用之三層結構光碟片膜層結構示意圖

Bonding ZnS-SiO

₂

(20nm)

GST(20nm)

ZnS-SiO

₂

(130nm)

DVD+RW Substrate

(5)

3-2 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 商業片的量測結果及分析

在本論文的所有實驗中記錄點的寫入都是由 DDU-1000 以 2T/2T 的寫入機制來做寫入記錄點的工作，所改變的為記錄點之寫入、讀取功率及寫入頻率(即記錄點大小)。

下列各圖為使用 DDU-1000 對 DVD+RW Commercial Disc(RiTEK)所量測出來的結果。

DDU-1000 使用紅光雷射波長為 657nm，數值孔徑 NA=0.65，根據解析極限公式 Resolving limit = λ / 4NA = 253nm。

圖3-2-1 在各個不同讀取功率下記錄點大小和CNR關係圖

由圖 3-2-1 可看出：

(1)當記錄點大小大於繞射極限時，無論讀取功率為何皆可解析出相當高的 CNR 值。

(2)當記錄點大小小於繞射極限時，在正常讀取功率下(0.7mW or

(6)

1mW)其 CNR 值皆低於 15dB 當讀取功率上升至 2mW 時，200nm 之記錄點可測量到近 3dB，主要是由於寫入功率之提升而拉高 CNR 值，但當 Pr=3mW 時相同大小之記錄點其 CNR 值卻只有 10dB，主要是由於讀取功率過高使得記錄點遭到擦拭或形變所造成。

圖3-2-2 在各不同讀取功率下寫入功率和CNR關係圖

由圖 3-2-2 可知不論讀取功率及記錄點大小為何，當 Pw 上升至 9mW 或 11mW 時就會幾近飽和狀態,亦即 CNR 隨 Pw 的變化趨於緩和。

圖3-2-3 在各個不同大小之記錄點下讀取功率和CNR之關係圖

(7)

由圖 3-2-3 可知：

(1)對大於繞射極限之記錄點而言，當讀取功率上升至 3mW 時其 CNR 會下降，主要原因是因為讀取功率過高造成記錄點被擦拭所引起。

(2)對於小於繞射極限之記錄點而言，最佳讀取功率應為 2mW 且 100nm 之記錄點完全無法被解析。

下列各圖為使用 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW Commercial Disc(RiTEK)所量測出來的結果。

ITRI Commercial Disc Driver 使用紅光雷射波長為 658nm，數值孔徑 NA=0.67，根據解析極限公式：Resolving limit=λ/4NA=246 nm

由圖 3-2-4 可看出對於商業片而言，ITRI Disc Driver 僅能讀出大於繞射極限之記錄點訊號，對於小於繞射極限之記錄點完全沒有任何解析能力。

(8)

由圖 3-2-5 可看出 Pw=9mW 可看成一臨界點在此以下幾乎無法讀出記錄點訊號，此特性和 DDU 結果相似。

(9)

由圖 3-2-6 可看出：

(1)對大於繞射極限之記錄點當 Pr 大於 1mW 後其 CNR 會隨 Pr 的上升而下降，由此可知記錄點在 Pr 大於或等於 2mW 後會遭到擦拭或產生形變。

(2) 對小於繞射極限之記錄點不論讀取功率為何,記錄點訊號完全無法被讀出。

接下來我們將比較 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 商用光碟片的相同及差異性。

圖3-2-7 在固定寫入及讀取功率下DDU和ITRI Commercial Disc Driver 之Mark Size對CNR的比較圖

由圖 3-2-7 可看出當正常讀取功率時，對小於繞射極限之記錄點，

DDU 之解析能力較 ITRI Commercial Disc Driver 要來的好，而此種現象當讀取功率增大時更為明顯。

(10)

3-3 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 三層結構型式光碟片的量測結果及分析

在三層結構的實驗中，我們所使用碟片膜層材料及厚度如圖 3-3-1 所示：

圖3-3-1 以ZnS-SiO2包夾GST之三層結構碟片膜層結構示意圖

下列各圖為使用 DDU-1000 對 DVD+RW 三層結構型式光碟片所量測出來的結果:

圖3-3-2在各個不同讀取功率下記錄點大小和CNR關係圖

由圖 3-3-2 可看出對於小於繞射極限之記錄點而言，只有當讀取功率大至 3mW 時才能讀出些微之 CNR 值，其餘讀取功率下接無法讀出任何 CNR 值，此種情況較商業片差。

Bonding ZnS-SiO

₂

(20nm)

GST(20nm)

ZnS-SiO

2

(130nm)

DVD+RW Substrate

(11)

由圖 3-3-3 可看出不論記錄點大小為何，其 CNR 值都會隨著寫入功率的上升而增加，但程度有所差異。

(12)

由圖 3-3-4 可看出：

(1)對大於繞射之記錄點，當讀取功率上升至 3mW 時 CNR 會有下降的情況，主要是由於讀取功率過大造成記錄點遭擦拭所造成，但整體而言，CNR 隨 Pr 的變化趨勢並不明顯。

(2)對小於繞射極限記錄點而言不論讀取功率為何皆無法被解析出。

下列各圖為使用 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 三層結構光碟片所量測出來的結果：

圖 3-3-5 在各個不同讀取功率下記錄點大小和 CNR 關係圖

由圖 3-3-5 可看出只有當讀取功率上升至 3mW 時才能讀出小於繞射極限之記錄點訊號，此種現象和 DDU 所做出的結果相同。

(13)

由圖 3-3-6 可看出不論讀取功率為何其 CNR 隨 Pw 的變化均不明顯其最佳寫入功率約為 15mW，又 Pw=7mW 時有一定程度之 CNR 值, 此點較商業片優異(商業片在 Pw=7mW 時 CNR 值非常低)。

(14)

由圖 3-3-7 可看出：

(1) 對大於繞射極限之記錄點其 CNR 隨 Pw 的變化並不明顯，只有 Mark Size=500nm 時有部分寫入參數在 Pr=2mW 處會有明顯之擦拭效應，但當讀取功率上升至 3mW 時其 CNR 值又會升高。

(2) 對小於繞射極限之記錄點只有當讀取功率上升至 3mW 時才勉強可解析出 200nm 之記錄點訊號，其餘情況皆無法讀出小於繞射極限之訊號。

接下來我們將比較 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 三層結構光碟片的相同及差異性：

圖3-3-8 在固定寫入及讀取功率下DDU和ITRI Commercial Disc Driver 之 Mark Size對CNR的比較圖

由圖 3-3-8 可看出 DDU 和 ITRI Commercial Disc Driver 對於三層結構形式之碟片有著相同的特性，此為只有當讀取功率上升至 3mW 時才能些微的讀出小於繞射極限之記錄點訊號。

(15)

3-4 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 氧化鋅近場結構光碟片的量

測結果及分析

在近場光碟片實驗中，我們所使用碟片之膜層結構如圖 3-4-1 所示：

Bonding ZnS-SiO

₂

(20nm)

GST(20nm) ZnS-SiO

₂

(40nm)

ZnO

X

(15nm) ZnS-SiO

₂

(130nm) DVD+RW Substrate

圖3-4-1 氧化鋅近場光碟片膜層結構示意圖

近場結構光碟片和前述之 ZnS-SiO2包夾 GST 之三層結構形式之光碟片不同之處在於近場光碟片多加上一光學作用層 ZnOX，加上此光學作用層之後其解析能力及容量相對於三層結構形式之光碟片和商業片有著大幅提昇的效果，在以下之實驗中將針對此種氧化鋅作為作用層之近場光碟片作分析及探討。

下列各圖為使用 DDU-1000 對 DVD+RW 氧化鋅近場光碟片所量測出來的結果。

(16)

由圖 3-4-2 可看出:

(1)當讀取功率較小時(1mW and 2mW)近場效應尚未產生，其性質與一般商業片相似，只有較大之寫入功率才能讀到小於繞射極限之記錄點訊號，但其 CNR 值也很低。

(2)當讀取功率上升至 3mW 時近場效果開始產生，此時小於繞射極限以下之記錄點可清楚的被解析出，當記錄點大小為 160nm 時，其 CNR 可達 30dB，120nm 時 CNR 可超過 20dB，100nm 時 CNR 也有 15dB。

(3)當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時，小於繞射極限之記錄點的 CNR 值會更加提升，200nm 之記錄點 CNR 可高達 40dB，100nm 之記錄點 CNR 值也可高達 25dB。

(17)

由圖 3-4-3 可看出:

(1)當讀取功率為 1mW 及 2mW 時 Mark Size=500nm 或 400nm 下其 CNR 會隨 Pw 的增加而先升後降成拱橋狀，又當 Mark Size= 300nm 時 CNR 隨著 Pw 上升而增加，但到一定值後就不再隨 Pw 變化。

(2)當讀取功率上升至 3mW 時對小於繞射極限之記錄點來說其 CNR 值並不會隨 Pw 上升而增加但當 Pr=4mW 或 5mW 時其 CNR 值會隨 Pw 上升而增加。此外針對部分參數當寫入功率過大時 CNR 會有明顯下降的情況發生，此現象主要是由於過大寫入功率所產生之熱效應對相變化記錄層 GST 造成破壞使其和 ZnS-SiO₂層發生沾黏所導致。

(18)

由圖 3-4-4 可看出：

(1)對大於繞射極限之記錄點而言，在低寫入功率下當讀取功率上升至 4mW 時，CNR 值會隨讀取功率增加而下降，在高寫入功率下則

(19)

不會有此情況產生，由此可知低寫入功率之記錄點被擦拭效果較高寫入功率明顯，但當 Mark Size 為 300nm 讀取功率上升至 5mW 時，

CNR 值卻會有上升現象發生。

(2)對小於繞射極限之記錄點而言，當讀取功率上升至 3mW 時近場解析效果開始產生，亦即 3mW 之讀取功率可被視為激發近場效果之臨限功率。

(3)對小於繞射極限之記錄點，較高之寫入功率其最佳讀取功率亦較高，較低之寫入功率其最佳讀取功率亦較低。

DDU-1000 實驗完成後接著將使用 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 氧化鋅近場光碟片做量測，以下說明 ITRI Commercial Disc Driver 在進行實驗測量上的實際情形。

(1)ITRI Commercial Disc Driver 雖為利用軟體控制電子電路運作之電控系統，但在實際操作上由於線速度控制系統在最初設計時有不足之處，因此在進行實驗時都是採用手動之方式將線速度調整至我們所需之速度(3.5m/sec)，故有時測量數據會花相當長的時間。

(2)由於 ITRI Commercial Disc Driver 對於反射光之增益值（gain value）容忍性十分低亦即敏感度非常高，只要增益值稍有偏差就無法順利聚焦、鎖軌以及抓線速度，因此隨著寫入功率、讀取功率、記

(20)

錄點大小、軌道位置的不同都需要對應不同的增益值，此種情況會造成數據量測上的速度非常緩慢。

(3)ITRI Commercial Disc Driver 為一電控系統，因此當使用者每次更改不同讀取功率進行量測時都必須將程式重新跑過一次並且重新進行 compile，模擬器也會重新模擬 8051 的動作，此種複雜的操作程序所耗費的時間與 DDU-1000 可直接於控制面板上進行各項參數的變更有著十分懸殊的差距。

(4)ITRI Commercial Disc Driver 不同於 DDU-1000 可直接在控制面板上設定所要寫入或讀取的軌道，ITRI Commercial Disc Driver 是利用手動的方式來選擇所要進行量測的軌道，因此在寫入記錄點時也必須寫下寬約 4mm 的 band 才能進行手動對軌之動作，故此耗費的時間會較長。

(21)

下列各圖為使用 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 氧化鋅近場光碟片所量測出來的結果。

由圖 3-4-5 可看出以下特性：

(1)當讀取功率為 0.7mW 及 1mW 時，由於讀取功率太小，因此對小於繞射極限之記錄點完全無任何解析能力，此時的行為表現和商業片相似。

(2)當讀取功率上升至 2mW 時開始可解析出小於繞射極限之記錄點，當記錄點大小為 200nm 時，其 CNR 值可將近 20dB。

(3)當讀取功率上升至 3mW 時繞射極限以下之記錄點可清楚的被工研院商用光碟測試機所讀出，當記錄點大小為 200nm 時其 CNR 值

(22)

可高達 30dB，180nm 時其 CNR 值也可超過 20dB，160nm 時 CNR 為 15dB，又 3mW 為最佳讀取功率。

(4)當讀取功率為 4mW 時，200nm 之記錄點 CNR 值可超過 25dB，

180nm 則 CNR 可近 20dB。

(5)當讀取功率升至最高 5mW 時，200nm 之記錄點 CNR 可達 30dB，

180nm 之記錄點 CNR 也可達 20dB。

由上列記錄點大小對 CNR 的關係圖可看出工研院商用光碟測試機完全無法讀出 140nm 及其以下之記錄點的任何訊號，其原因是由於工研院商用光碟測試機為針對一般市售 DVD 所設計之光碟讀取機台，其設計時完全是為了配合一般 DVD 市售片，而 DVD 商業片之記錄點大小為 400nm，因此本機台的濾波器裝置會針對大於繞射極限之記錄點(低頻訊號)進行增強作用，亦即會拉高其 CNR 值，但對於小於繞射極限之記錄點(高頻訊號)而言，未避免高頻雜訊的干擾，

因此其濾波裝置會進行抑制之動作，亦即會壓低其原有之 CNR 值，

因此對小於繞射極限之記錄點而言，其讀取效果不如 DDU-1000 優異，儘管此濾波裝置會壓抑小於繞射極限之記錄點訊號，但由於氧化鋅近場光碟片擁有高儲存容量的特性，因此小於繞射極限之記錄點訊號依然能清楚的被讀出。

(23)

由圖 3-4-6 可看出以下特性：

(1)當讀取功率為 0.7mW 及 1mW 時，記錄點訊號之 CNR 值隨寫入功率的改變而變化的趨勢並不明顯。

(2)當讀取功率為 2mW 時，對大於繞射極限之記錄點而言其 CNR 值隨寫入功率的變化趨勢並不明顯，但小於繞射極限之記錄點其變動幅度會較大。

(3)當讀取功率上升至 3mW 至 5mW 時，對小於繞射極限之記錄點，

CNR 隨寫入功率的變化並無一定的趨勢，但應避免使用 Pw=9mW 之寫入參數。

(24)

由圖 3-4-7 可看出:

(1)對於大於繞射極限之記錄而言，其 CNR 值隨讀取功率的變化趨勢並不十分顯著。

(2)對 200nm 大小之記錄點而言，當讀取功率上升至 2mW 時，即可

(25)

讀出其近場效應，但對 180nm 及 160nm 之記錄點而言，讀取功率必須上升至 3mW 其記錄點訊號才可被讀出。

接下來我們將比較 DDU-1000 及 ITRI Commercial Disc Driver 對 DVD+RW 氧化鋅近場結構光碟片的相同及差異性。

圖3-4-8 DDU和ITRI Commercial Disc Driver之Mark Size對CNR的比較圖

由圖 3-4-8 可看出:

(1) 當 Pr＝1mW 時，兩者所讀出的特性都和商業片相似。

(2)當 Pr=2mW 時，對小於繞射極限的記錄點 ITRI Commercial Disc Driver 的表現略優於 DDU。

(3)當 Pr 大於或等於 3mW 時，針對小於繞射極限之記錄點，DDU 的

(26)

讀取結果明顯的較 ITRI Commercial Disc Driver 優異，其原因為前述之濾波裝置所導致。

圖3-4-9 在固定讀取功率及記錄點大小下DDU和ITRI Commercial Disc Driver 之Pw對CNR的比較圖

由圖 3-4-9 可看出不論是 DDU 還是 ITRI Commercial Disc Driver 當讀取功率上升時，其 CNR 隨 Pw 變動幅度都會跟著加大。

(27)

3-5 改變氧化鋅近場光碟片間隔層厚度的實驗結果及分析(改變記錄點大小之討論)

在前面的章節中以針對氧化鋅近場結構光碟片的特性做了基本的實驗量測及分析，而在本節中我們將更進一步改變氧化鋅近場光碟片間隔層(spacer) ZnS-SiO₂的厚度(5~200nm)來觀察其 CNR 的變化趨勢，進而從中找出最優異之間隔層厚度。

下圖為本節實驗中之氧化鋅近場光碟片膜層結構圖:

Bonding ZnS-SiO

₂

(20nm)

GST(20nm) ZnS-SiO

₂

(5~200nm)

ZnO

_X

(15nm) ZnS-SiO

₂

(130nm) DVD+RW Substrate

圖3-5-1 改變間隔層厚度之氧化鋅近場結構光碟片膜層結構圖

下列各圖為利用 DDU-1000 對不同間隔層厚度之氧化鋅近場光碟片所量測出之結果:

(28)

圖3-5-2 spacer=5nm時Mark Size 對CNR之關係圖

由圖 3-5-2 可看出當 spacer=5nm 時:

(1)當讀取功率為 1mW 至 3mW 時，其近場效果尚未產生，此時氧化鋅近場光碟片的行為表現和商業片相同。

(2)當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時，近場效果開始產生，小於繞射極限之記錄點可明顯的被讀出，當記錄點大小為 160nm 時 CNR 值可達 30dB，但當記錄點更縮小時其 CNR 值會迅速下降，由此可看出間隔層太薄時其表現非常不理想。

(29)

(1)當讀取功率為 1mW 或 2mW 時，近場效果尚未產生，此時氧化鋅近場光碟片之表現和一般商業片相似，且不論間隔層厚度為何此現象都會存在，因此以後就不再特別加以闡述。

(2)當讀取功率為 3mW 時近場效果開始產生但並不顯著。

(3)當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時，小於繞射極限之記錄點很清楚的被讀出，200nm 大小之記錄點 CNR 可高達 40dB，120nm 及 100nm 之記錄點 CNR 分別也可達 20dB 及 15dB。

(4)對小於繞射極限之記錄點而言，當間隔層厚度從 5nm 上升至 10nm 時其 CNR 值明顯的上升。

(30)

(1)當讀取功率為 3mW 時近場效果開始產生但並不優異，對 100nm 之記錄點完全無任何解析能力。

(2)讀取功率上升至 4mW 時開始有明顯之近場效果，且當讀取功率為 5mW 時 CNR 可達 20dB。

(31)

由圖 3-5-5 可看出 spacer=20nm 時，當讀取功率為 3mW 依然完全無法解析出 100nm 大小之記錄點，又當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時對較大之寫入功率小於繞射極限之記錄點可得到不錯之 CNR 值。

(32)

由圖 3-5-6 可看出當 spacer 上升至 25nm 時，Pr=3mW 情況下首次可解析出 100nm 之記錄點，又當 Pr=4mW and 5mW 時在高寫入功率下其小於繞射極限之記錄點表現非常優異，100nm 記錄點可達近 25dB。

(33)

由圖 3-5-7 看出 spacer=30nm 時，當 Pr=4mW 或 5mW 且

Pw>=19mW 情況下，對 200nm 及其以下之記錄點有非常高的 CNR 值，且 100nm 記錄點 CNR 依然可近 25dB。

(34)

由圖 3-5-8 出 spacer=35nm 時，當 Pr=4mW 或 5mW 情況下，Mark Size=160nm 時 CNR 尚可達 35dB 但其後卻迅速下降，至 100nm 時 CNR 只有不到 20dB。

(35)

由圖 3-5-9 出 spacer=40nm 時，當 Pr=3mW 且 Pw=23mW 時 100nm 之記錄點首次可達 15dB 且當 Pr=4mW 或 5mW 時，對小於繞射極限之記錄點而言高寫入功率有較優異的表現，在 100nm 時 CNR 可達 25dB。

(36)

由圖 3-5-10 看出 spacer=45nm 時，當 Pr=3mW，100nm 記錄點 CNR 可超過 15dB 但當 Pr＝4mW 或 5mW 時，100nm 之記錄點會較 spacer=40nm 之參數的 CNR 低大約 5dB，但 120nm 之記錄點兩者 CNR 大小則相同。

(37)

由圖 3-5-11 看出 spacer=50nm 時，當 Pr=3mW 下已有非常明顯之近場效果且 100nm 之記錄點 CNR 首次超過 20dB，又當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時，100nm 大小之記錄點 CNR 可超過 30dB，

由此可看出當間隔層較厚時小記錄點訊號之 CNR 值會較高且最佳寫入功率應為 23mW。

(38)

由圖 3-5-12 看出 spacer=55nm 時最佳寫入功率為 23mW，當 Pr=3mW 時 100nm 之記錄點 CNR 已可達 23dB，當 Pr=4mW 時 100nm 大小記錄點其 CNR 值依然可超過 30dB。

(39)

由圖 3-5-13 看出 spacer=60nm 時最佳寫入功率依然為 23mW，當 Pr=3mW 時 100nm 之記錄點 CNR 首次可高達 25dB，當 Pr=4mW 時 100nm 大小之記錄點 CNR 可達 33dB 且為目前為止之最大值。

(40)

由圖 3-5-14 可看出當 spacer=70nm 時對小於繞射極限之記錄點，在高寫入(20mW 以上)及高讀取(4mW 或 5mW)功率下，200nm 大小之記錄點其 CNR 可超過 40dB，100nm 之記錄點 CNR 也可達 30dB 但相對於 spacer=60nm 時，100nm 之記錄點其 CNR 值有些微的下降。

此外當讀取功率上升至 5mW 時，CNR 值從 Mark Size=200nm 至 100nm 下降不到 10dB。

(41)

(1)當讀取功率較低 (1mW 及 2mW) 時其性質和一般商業片相似，只有當寫入功率為 23mW 記錄點大小從 400nm 下降至 300nm 時 CNR 值會不降反升。

(2)當讀取功率升高時（3mW 及其以上）在高寫入及高讀取功率下記錄點大小下降至 160nm 時依然有超過 40dB 之 CNR 值，又記錄點為 100nm 時其 CNR 值為 25dB（較 spacer=70nm 時下降 4dB）。 (3)當 spacer=80nm 時最佳寫入功率為 25mW。

(42)

(1)當讀取功率較小(1mW 及 2mW)時其性質和商業片相似，但寫入功率為 23mW 記錄點大小從 400nm 下降至 300nm 時 CNR 值會有上升的情況，此情形和 spacer=80nm 時相同。

(2)當讀取功率升高至 5mW 時，200nm 大小之記錄點其 CNR 值可高達 45dB，又 100nm 記錄點之最大值相較於 spacer=80nm 時並無上升或下降情形產生。

(3) spacer=90nm 時最佳寫入功率為 25mW，與 spacer=80nm 相同。

(43)

(1)當讀取功率較小(1mW 及 2mW)時其性質和商業片相似，但寫入功率為 23mW 記錄點大小從 400nm 下降至 300nm 時 CNR 值會有上升的情況，此情形和 spacer 等於 80nm 及 90nm 時相同。

(2)當讀取功率上升至 5mW 時 100nm 之記錄點 CNR 可達 27dB(和 spacer=80nm 及 90nm 時相差不多)，且記錄點大小從 200nm 縮小至 100nm 時其 CNR 值下降不到 10dB。

(3) spacer=100nm 時其最佳寫入功率為 23mW 及 25mW。

(44)

(1)當讀取功率較小(1mW 及 2mW)時，近場效果無法產生其性質和商業片相似。

(2)對 100nm 大小之記錄點而言，當讀取功率上升至 5mW 時會有最佳表現，其 CNR 值可達 23dB，較 spacer=100nm 時下降約 4dB。

又在 5mW 的讀取功率下，120nm 大小之記錄點其 CNR 值可達 28dB，200nm 之記錄點 CNR 值可超過 42dB。

(45)

(1)當讀取功率較低(1mW 及 2mW)時其近場效果尚未產生

又當寫入功率等於 23mW 時記錄點大小從 400nm 縮小至 300nm 時 CNR 值會不降反升，此現象和 spacer=80nm、90nm、100nm 時相同。

(2)當讀取功率上升至 5mW 時對 100nm 大小之記錄點來說會有最佳之 CNR 值可達 23dB 和 spacer=150nm 時數值幾乎相同。又 120nm 大小之記錄點其 CNR 值可超過 30dB。

(46)

接下來將探討不同間隔層厚度、記錄點大小及 CNR 的關係。

圖3-5-20各不同間隔層厚度下mark size vs CNR之關係圖(Pr=1mW、2mW)

由圖 3-5-20 可得知當讀取功率較低時(1mW 及 2mW)不論寫入功率大或小對於繞射極限以下之記錄點幾乎都沒有解析能力。

由前述可知在高讀取及高寫入參數條件下會有較佳之 CNR 值，因此圖 3-5-21 為 Pr=3mW~5mW 及 Pw=17mW~25mW 下的關係圖：

(47)

圖3-5-21 在各個不同間隔層厚度下mark size vs CNR 之關係圖(Pr=3mW~5mW)

(48)

圖 3-5-22 為 mark size=100nm 及最佳寫入和讀取條件下間隔層厚度和 CNR 的關係圖：

圖 3-5-22 mark size=100nm 最佳寫入及圖 3-5-23 mark size=100nm 時讀取條件下間隔層厚度和 CNR 的關係圖間隔層厚度和記錄點面積關係圖實驗出處：吳寶忠,國立台灣師

範大學光電科技研究所碩士論文.第三章 (2007). [8]

Spacer thickness Pw Pr CNR

10nm 23 mW 4 mW 14.49 dB

20nm 25 mW 5 mW 16.83 dB

30nm 23 mW 5 mW 22.92 dB

40nm 23 mW 5 mW 25.89 dB

50nm 23 mW 4 mW 31.83 dB

60nm 23 mW 4 mW 30.72 dB

70nm 23 mW 5 mW 29.08 dB

80nm 25 mW 5 mW 25.08 dB

90nm 23 mW 5 mW 25.47 dB

100nm 23 mW 5 mW 26.94 dB

150nm 21 mW 5 mW 22.67 dB

200nm 19 mW 5 mW 23.19 dB

圖 3-5-24 mark size=100nm 時不同間隔層厚度下最佳寫入及讀取功率對照表

由圖 3-5-22 可看出當 mark size=100nm 時：

(1)spacer=10nm~60nm 時，隨著間隔層厚度的增加 CNR 值也會跟著上升。

(49)

(2)spacer=60nm~80nm 時，隨著間隔層厚度的增加 CNR 值會下降。

(3)spacer=80nm~200nm 時，CNR 值隨間隔層厚度而變化的趨勢並不明顯。

由圖 3-5-23 可看出在 Pw=21mW 下欲寫出 100nm 之記錄點當間隔層厚度從 20nm 上升至 50nm 時其記錄點面積會逐漸加大，對應至圖 3-5-22 可看出在此區間內 CNR 值也是一路上升，當間隔層厚度從 60nm 上升至 100nm 時其記錄點面積會逐漸縮小，對應至圖 3-5-22 可看出在此區間內 CNR 值亦會下降。

從圖 3-5-23 可知當記錄點大小為 100nm 時，我們採用的是 2T/2T 的寫入機制，但實際上寫下之記錄點大小並非真的為 100nm，事實上記錄點的大小會隨著間隔層厚度的不同而有所改變。

在看完上述之實驗結果後，我們可以歸納出以下幾個現象：

(1) 對小於繞射極限之記錄點而言我們可看出：

a.當讀取功率為 1mW 及 2mW 時幾乎完全無法解析出任何訊號。

b.當讀取功率上升至 3mW~5mW 時，若要得到較佳之 CNR 值則不適宜使用較薄之間隔層(40nm 及其以下)。

c.若欲獲得較高之 CNR 值，特別是針對較小之記錄點(100nm)較適合採用較厚之間隔層(50nm、55nm 及 60nm)，若再將間隔層

(50)

厚度增加(70nm 及其以上)則對 CNR 值的提升並不會有所助益，甚至會有降低的現象。

d.在 Pr=3mW、mark size=100nm 下可看出當 spacer<=20nm 時無任何 CNR 值故可知氧化鋅近場碟片不適用於較薄之間隔層。

e.在 Pw=21mW、mark size=100nm 的情況下經實驗證實間隔層厚度的改變對 CNR 值的影響主要是由於在不同間隔層厚度下寫下記錄點的面積大小有所不同所造成，從實驗中可看出間隔層厚度對記錄點面積及對 CNR 值的變化趨勢情況相符合。

(2)當間隔層厚度大於 200nm 時，實驗用機台 DDU-1000 就無法順利的進行 focus 的動作，因此本實驗所做之最厚間隔層厚度為 200nm。

(3)實驗起初設計間隔層參數取的較細(5nm~60nm)，而後發現間隔層間距取的較大(60nm~200nm)會較能看出 CNR 的變化趨勢。

(51)

3-6 改變氧化鋅近場光碟片間隔層厚度的實驗結果及分析(改變寫入功率大小之討論)

在上一節中已討論過在不同間隔層厚度下 Mark Size 跟 CNR 值的關係，接著在本節中將討論 writing power 與 CNR 之間的關係。

圖3-6-1 spacer=10nm時writing power對CNR之關係圖

由圖 3-6-1 可看出 spacer=10nm 時：

(1)當記錄點大於繞射極限時，隨著讀取功率的增加，CNR 隨寫入功率上升而增加的趨勢越來越明顯。

(2)當記錄點小於繞射極限且讀取功率大於或等於 4mW 時，其 CNR 明顯的會隨寫入功率上升而增加，且越小之記錄點需要越大的寫入功率其記錄點訊號才可被讀出。

(52)

由圖 3-6-2 可看出 spacer=20nm 時：

(1) 當記錄點大於繞射極限時，隨著讀取功率的增加，CNR 隨寫入功率上升而增加的趨勢越來越明顯，此情況和 spacer=10nm 時相同。

(2) 當記錄點小於繞射極限時讀取功率要大於或等於 3mW 其記錄點訊號才可被讀出，又當 Pr=3mW 時其 CNR 值並不會隨寫入功率的上升而增加，且過大之寫入功率會造成 CNR 值下降，其原因主要是由於過高雷射寫入功率之熱效應造成 GST 層的破壞使其和 ZnS-SiO2

形成沾黏所造成。又當 Pr=4mW or 5mW 時其 CNR 會隨寫入功率上升而增加且 5mW 較 4mW 時更為明顯，且在較高讀取功率下，當寫入功率較大時其 CNR 並不會有明顯的下降情形產生。

(53)

由圖 3-6-3 spacer=30nm，對小於繞射極限之記錄點當 Pr=3mW 時 CNR 較不會隨寫入功率增加而有上升的情況且過高之寫入功率會造成 CNR 值下降；當讀取功率上升至 5mW 時，CNR 隨寫入功率上升而增加的情形較為明顯且較大之寫入功率並不會造成 CNR 值下降。

(54)

由圖 3-6-4 可看出 spacer=40nm 時對小於繞射極限之記錄點而言當 Pr=3mW 時其 CNR 值並不會隨寫入功率的上升而增加且較大之寫入功率產生的熱效應會造成 GST 層的破壞，因此 CNR 值會下降，又當 Pr=4mW 或 5mW 時其 CNR 值會隨寫入功率上升而增加且在較大之寫入功率下，CNR 值下降的情況並不像 Pr=3mW 時那麼嚴重。

(55)

圖3-6-5 spacer=50nm時writing powerr對CNR之關係圖

由圖 3-6-5 可看出 spacer=50nm 時對小於繞射極限之記錄點而言，

當 Pr=3mW 時其 CNR 並不會隨寫入功率上升而增加且過高之寫入功率會造成 CNR 值的下降，又當 Pr=4mW 或 5mW 時 CNR 會隨寫入功率的增加而上升且較高之寫入功率所造成 GST 層被破壞的情況較 Pr=3mW 時輕微。

(56)

由圖 3-6-6 可看出 spacer=60nm 時對小於繞射極限的記錄點而言當 Pr=4mW 或 5mW 時 CNR 會隨寫入功率的上升而一直增加但

Pr=3mW 時則不會有此現象。又在低讀取功率下(3mW)較高之寫入功率會非常明顯的降低 CNR 值而高讀取功率下(4mW 或 5mW)此情況則較為和緩。

(57)

(1)當讀取功率較小時(1mW 及 2mW)，其 CNR 隨寫入功率的變化趨勢並不顯著。

(2)當 Pr=4mW or 5mW 時其 CNR 隨寫入功率上升而增加的趨勢較 Pr=3mW 時明顯，此點和間隔層厚度小於或等於 60nm 時情況相同。

(3)當間隔層厚度增加至 70nm 時在 Pr=3mW 且高寫入功率下(20mW 以上)其 CNR 的驟降情形會較間隔層小於及等於 60nm 時和緩很多, 故此現象可以 spacer=60nm 當作分水嶺。

(58)

(1)當間隔層厚度上升至 80nm 時，在 Pr=3mW 下其 CNR 值會隨寫入功率上升而有所增加，此現象在間隔層小於或等於 70nm 時較不會發生。

(2)Pr=4mW or 5mW 時，其 CNR 隨寫入功率上升而增加的趨勢較 Pr=3mW 明顯，此現象和間隔層厚度小於或等於 70nm 時情況相同。

(3)當 Pr=3mW 時在高寫入功率下(大於 20mW)其 CNR 值不會有明顯的下降情況產生。

(59)

(1)當讀取功率較小時(1mW 及 2mW)，寫入功率上升至 23mW 或 25mW 時其 CNR 值會產生驟降，此情況和 spacer=80nm 時相同，

其原因是由於熱效應使 GST 層遭到破壞所致。

(2)當 Pr=3mW 時隨著寫入功率的上升，其 CNR 值會有些微的增加，

但其上升的趨勢並不如 Pr=4mW 或 5mW 時來的明顯。

(3)當 Pr=3mW 時在高寫入功率下其 CNR 值不會有明顯下降的情況。

(60)

(1)當讀取功率較小(1mW 及 2mW)且寫入功率上升至 23mW 或 25mW 時，其 CNR 值會發生驟降。

(2)當 Pr=3mW 時隨著寫入功率的上升，CNR 值會有些微的增加，但其上升的趨勢並不如 Pr=4mW 或 5mW 時來的明顯。

(3)Pr=3mW 時在高寫入功率(大於 20mW)下，CNR 值不會有明顯下降的情況發生，此現象和間隔層較薄時不同。

(61)

(1)讀取功率較小(1mW 及 2mW)的情況下，當寫入功率上升時，對大於繞射極限之記錄點而言，其 CNR 值會略為增加但幅度並不大。

(2)對小於繞射極限之記錄點而言，當 Pr=4mW 或 5mW 時，其 CNR 值隨寫入功率上升而增加的趨勢會較 Pr=3mW 時明顯。

(3)當 Pr=3mW 時在高寫入功率下，其 CNR 值不會像間隔層較薄時有明顯驟降的現象。

(62)

(1)當讀取功率較低(1mW 及 2mW)，寫入功率過大時(大於或等於 23mW)，其 CNR 值會有明顯的下降現象產生，此情況和 spacer

=80nm、90nm、100nm 相同。

(2)對小於繞射極限之記錄點而言，當 Pr=4mW 或 5mW 時，其 CNR 值隨寫入功率上升而增加的趨勢會較 Pr=3mW 時明顯。

(3)當 Pr=3mW 時在高寫入功率下，其 CNR 值不會像間隔層較薄時會有明顯驟降的現象。

(63)

在看完上述之實驗結果後，我們可以歸納出以下幾個現象：

(1) 對小於繞射極限之記錄點而言可看出：

a.不論間隔層厚度為何，當讀取功率較大時(4mW 及 5mW)，其 CNR 值隨寫入功率增加而上升的現象會較讀取功率小時 (3mW)明顯。

b.讀取功率為 3mW 時且在高寫入參數條件下(20mW 以上)，當間隔層厚度小於或等於 60nm 時，其 CNR 值會發生驟降的現象，推估其原因為當寫入功率較大時，熱效應會使相變化記錄層 GST 被破壞，因此發生 CNR 降低的現象，但當間隔層厚度大於或等於 70nm 時此現象則不會發生，故可將 spacer=

60nm 視為一分水嶺。

(2)對大於繞射極限之記錄點而言，當間隔層厚度大於或等於 50nm 時，在高寫入功率下其 CNR 值會發生下降的情況，特別當間隔層厚度大於或等於 80nm 時此現象更為明顯，推估此時 GST 層已經被過高之寫入功率所造成之熱效應給破壞。

(64)

3-7 改變氧化鋅近場光碟片間隔層厚度的實驗結果及分析(改變讀取功率大小之討論)

在本節中我們將討論不同間隔層厚度下讀取功率對 CNR 的關係。

圖3-7-1 spacer=10nm時read power對CNR之關係圖

由圖 3-7-1 可看出 spacer=10nm 時對小於繞射極限的記錄點而言，

當寫入功率上升，若要得到較高之 CNR 值則讀取功率也應跟著上升。

(65)

由圖 3-7-2 可知 spacer=20nm 時對小於繞射極限之記錄點而言，在較低之寫入功率(19mW 及其以下)下，高讀取功率會對記錄點產生擦拭(erase)效果造成 CNR 下降，而在高寫入功率(21mW 及其以上)情況下，高讀取功率較不會對記錄點造成擦拭效應，因此 CNR 值不降反升。

(66)

由圖 3-7-3 可知 spacer=30nm 時：

(1)對大於繞射極限之記錄點，當讀取功率較大時，其記錄點被擦拭的情況以低寫入功率較高寫入功率明顯。

(2)對小於繞射極限之記錄點較小寫入功率 (7mW 或9mW)其最佳讀取功率為 3mW 而較大寫入功率(25,23, 21mW)其最佳讀取功率為4mW 或5mW。

(67)

由圖 3-7-4 可知 spacer=40nm 時對小於繞射極限的記錄點，當記錄點尺寸較大時(200nm~160nm)若要得到較佳之 CNR，高寫入功率較適合高功率讀取，而低寫入功率較適合低功率讀取。

(68)

由圖 3-7-5 可知 spacer=50nm 時

(1)對大於繞射極限之記錄點而言，拉高讀取功率只會對 CNR 值產生負面的影響，並不會有助於 CNR 的提升。

(2)對小於繞射極限之記錄點而言其最佳讀取功率為 4mW 或 5mW。

(69)

由圖 3-7-6 可知 spacer=60nm 時：

(1) 對大於繞射極限之記錄點而言，在高功率讀取的狀況下，高寫入功率之記錄點較低寫入功率之記錄點抗擦拭的能力強。

(2) 對小於繞射極限之記錄點，其最佳讀取功率應為 4mW 或 5mW。

(70)

由圖 3-7-7 可知當 spacer=70nm 時：

(1)對低寫入功率(9mW~13mW)之參數而言在讀取功率從 4mW 上升至 5mW 的情況下隨著記錄點的縮小，其 CNR 值會從下降轉為上升。

(2)小於繞射極限之記錄點，其最大之 CNR 值皆發生在高讀取功率下。

(71)

由圖 3-7-8 可知當 spacer=80nm 時：

(1) 對大於繞射極限之記錄點，在高功率讀取下，低寫入功率其 CNR 值會下降而高寫入功率較不會有此現象。

(2)最佳讀取狀況來說 CNR 值的下降主要發生在 Mark =140~100nm。

(72)

由圖 3-7-9 可知當 spacer=90nm 時：對小於繞射極限之記錄點，當記錄點大小在 200nm 到 140nm 時，對高寫入功率(20mW 以上)而言只要低讀取功率(3mW)就可激發出其近場效果，但當記錄點縮小至 120nm 及 100nm 時則高寫入功率較適合搭配高讀取功率。

(73)

由圖 3-7-10 可知當 spacer=100nm 時：在低寫入功率(7mW~11mW) 下當讀取功率從 4mW 上升至 5mW 時：

(1) 記錄點為 200nm 及 180nm 時，部分寫入參數上升部份下降。

(2) 記錄點為 160nm 到 100nm 時，全部寫入參數之 CNR 值都會下降。

(74)

由圖 3-7-11 可知 spacer=150nm 時，當記錄點大小為：

(1)對大於繞射極限的記錄點，當讀取功率上升至 4mW 或 5mW 時對低寫入參數而言其 CNR 值會下降但高寫入參數並不會有此現象。

(2)對小於繞射極限的記錄點，在固定記錄點大小下，高寫入功率會有較佳之表現且較適合搭配高讀取功率(4mW 或 5mW)。

(75)

由圖 3-7-12 可知當 spacer=200nm 時，對小於繞射極限之記錄點且在 25mW 的寫入條件下，當記錄點大小為 200nm 及 180nm 時需採用較高之讀取功率(4mW 或 5mW)，但當記錄點大小下降時(160nm 及其以下) 則對高低讀取功率的差異較不敏感。

(76)

在看完上述的實驗後，我們可歸納出以下幾個現象：

(1) 對小於繞射極限之記錄點而言我們可看出：

a. 當讀取功率較小時(1mW 及 2mW)近場效果尚未產生，對小於繞射極限之記錄點訊號幾乎沒有解析能力，此時的行為表現和一般商業片相似。

b. 當讀取功率上升至 3mW 時，近場效果開始產生，故可將 Pr=3mW 視為激發近場效應之臨界功率，又當讀取功率上升至 4mW 及 5mW 時，其效果更為明顯。

c. 整體而言，若記錄點小於繞射極限時欲得到較佳之 CNR 值則要將寫入及讀取功率都往上提昇，一般而言採用 4mW 或 5mW 之讀取功率會有較佳的表現。

(2)對大於繞射極限之記錄點而言，在高讀取功率下(3mW~5mW)，較低之寫入參數其 CNR 值會下降，而較高之寫入參數則不會有此現象產生。整體而言將讀取功率向上提昇對 CNR 值的影響是負面的。

(77)

3-8 近場結構光碟片與商業片及三層結構光碟片之比較(in DDU-1000)

圖3-8-1 氧化鋅近場光碟片和商業片之比較圖(mark size vs CNR)

由圖 3-8-1 可看出：當 Pr=3mW 時開始可看出對小於繞射極限之記錄點近場光碟片較商業片有明顯較佳之解析能力，又當讀取功率上升至 4mW 或 5mW 時此現象更為明顯，在 mark size=100nm 時商業片完全無法讀到任何訊號而近場光碟片可得到 33dB 之 CNR 值。

Pr=1mW(NFOD) Pr=2mW(NFOD)

Pr=5mW(NFOD)

(78)

圖3-8-2 氧化鋅近場光碟片和三層結構光碟片之比較圖(mark size vs CNR)

由圖 3-8-2 可看出：當 Pr=3mW 時未加上氧化鋅近場光學作用層之碟片完全無法解析出任何小於繞射極限之記錄點訊號，但氧化鋅近場光碟片此時擁有非常強之解析能力，又當讀取功率上升至 4mW 或 5mW 時此現象更加明顯，當 mark size=200nm 時兩者的 CNR 值差距可達 40dB，又 mark size=100nm 時兩者差距亦可高達 33dB，因此加上氧化鋅近場光學作用層後碟片解析能力可獲得大幅度的提升。

Pr=0.7mW(Three-layer) Pr=1mW(NFOD)

(79)

3-9 近場結構光碟片與商業片及三層結構光碟片之比較(in ITRI Commercial Disc Driver)

在本節中我們將探討利用工研院商用光碟測試機對近場結構光碟片及商業片和三層結構光碟片所做出實驗結果的差異性，以下先將近場光碟片和商業片來做比較：

圖 3-9-1 及 3-9-2 為本節中所使用之近場光碟片和三層結構光碟片之膜層結構圖：

Bonding ZnS-SiO

2

(20nm)

GST(20nm) ZnS-SiO

₂

(40nm)

ZnO

X

(15nm) ZnS-SiO

₂

(130nm) DVD+RW Substrate

圖3-9-1 近場光碟片膜層結構圖

圖3-9-2 三層結構光碟片之膜層結構圖

Bonding ZnS-SiO

2

(20nm)

GST(20nm)

ZnS-SiO

₂

(130nm)

DVD+RW Substrate

(80)

圖3-9-3 氧化鋅近場光碟片和商業片之比較圖(mark size vs CNR)

由圖 3-9-3 可看出：

(1)當近場光碟片讀取功率等於 1mW 時，兩種碟片之行為表現幾乎相同，對小於繞射極限以下之記錄點皆無任何解析能力。

(2)當近場光碟片讀取功率大於或等於 2mW 時兩種類型之碟片差異性可明顯看出，商業片對於小於繞射極限之記錄點毫無任何解析能力，而近場光碟片卻可非常清楚的將其解析出，當 mark size=200nm 時兩者之 CNR 值最多可相差達 30dB。

Pr=5mW(NFOD)

(81)

接著介紹近場結構光碟片和三層結構光碟片實驗結果之比較：

圖3-9-4 氧化鋅近場光碟片和三層結構光碟片之比較圖(mark size vs CNR)

由圖 3-9-4 可看出：

(1)當近場光碟片讀取功率等於 1mW 時，兩種碟片之行為表現幾乎相同，對小於繞射極限以下之記錄點皆無任何解析能力。

(2)當近場光碟片讀取功率大於或等於 2mW 時，對小於繞射極限之記錄點而言可明顯看出近場光碟片之優異性，由此可知加上氧化鋅近場光學作用層後，光碟片之解析能力及容量可獲得大幅度的提升。

(82)

3-10 實驗結果之原因探討

在改變氧化鋅近場光碟片的間隔層厚度實驗中，我們可歸納出一些特定的結果，以下針對這些實驗結果的成因來做分析及推測，我們將分別從記錄點大小、寫入功率及讀取功率三方面來做探討。

(1)記錄點大小和 CNR 值的關係：當記錄點尺寸小於繞射極限時，特別在 mark size=100nm 下，當間隔層從 10nm 上升至 50nm 或 60nm 的過程中其 CNR 值會不斷增加的主要原因是由於在相同的寫入條件下記錄點面積會隨著間隔層的厚度增加而變大，又當間隔層從 60nm 上升至 100nm 的過程中，CNR 值的趨勢會下降，其原因為寫下記錄點面積隨著間隔層的厚度增加而縮小所造成，再者當間隔層厚度大於 100nm時，由於間隔層已經過厚，因此已無近場效應產生，故碟片性質和前述之三層結構碟片相同，在高讀取功率下(4mW 或 5mW)，其 CNR值也有不錯的表現，但記錄點會有被擦拭的情況產生。

(2)寫入功率和 CNR 值的關係：對小於繞射極限之記錄點而言，有以下兩種現象我們在此分別就其成因做討論：

a.當讀取功率較大時(4mW 及 5mW)其 CNR 值隨寫入功率增加而上升的現象會較讀取功率小時(3mW)明顯，其原因是由於在較高之寫入功率下熱擴散效應會較為明顯故被打下的記錄點面積會較大，因此抗高功率擦拭效應能力較佳，且在高功率(4mW 及 5mW)讀取下反射光

(83)

強度會較強，故 CNR 值的上升趨勢會比較明顯。

b.在 Pr=3mW 且高寫入功率(20mW 以上)下可以 spacer=60nm 做分界，當間隔層厚度小於或等於 60nm 時其 CNR 值會產生驟降的現象，推測原因為此時間隔層較薄，故雷射光之熱量經間隔層傳到 GST 上的能量較大，亦即等效寫入功率會較高，故會將相變化記錄層 GST 破壞而產生 CNR 值的驟降。又當間隔層厚度大於 60nm 時 CNR 值不會有驟降的情況發生，推測是由於此時間隔層較厚，因此光經間隔層後傳到 GST 上的熱量較微弱，亦即等效寫入功率較低，故不會造成 GST 層的損壞及 CNR 值的驟降。

(3)讀取功率和 CNR 值的關係：經實驗結果發現部分情況下，小寫入功率之記錄點訊號較適合採用低功率(3mW)做讀取，而高寫入功率之記錄點訊號較適合採用高功率(4mW 或 5mW)做讀取，此種情況形成的原因為當寫入功率較低時打下之記錄點面積亦較小，此時若採用較高之讀取功率則記錄點會遭到擦拭或是產生形變，因此須採用較低之讀取功率，又當寫入功率較高時打下之記錄點面積較大，此時記錄點抗擦拭能力較強，故採用高功率做讀取可有效地提昇 CNR 值。

在固定的寫入條件下(寫入頻率、功率)，記錄點面積會隨著間隔層厚度及寫入功率的改變而有所不同，在 2T/2T 的寫入機制下可能會產生下列兩個問題：

(84)

圖 3-10-1 改變間隔層厚度及寫入功率時記錄點大小變化示意圖

a. 當記錄點大小由於間隔層厚度及寫入功率的不同使得其尺寸和我們原先所設定之中心頻率不同時，我們在頻譜分析儀上依然可使用原中心頻率讀到記錄點訊號其原因如下：

週期 T=距離/速度，又頻率 f=1/T，此處之距離為一個週期即紅線所標示之長度，速度 CLV=3.5m/sec，由圖 3-10-1 可看出當記錄點的尺寸和我們原先所欲寫下之大小不同時其距離及速度依然不會改變，故週期 T 和頻率 f 也不會有所變化，故在頻譜分析儀上我們可使用原先所設定之中心頻率來讀出其記錄點訊號。

b. 當實際所寫下的記錄點頻率比原先所設定之中心頻率較低時(即記錄點較大)有可能會產生記錄點覆蓋的現象，而我們卻依然可讀出被覆蓋之記錄點的載子雜訊比，其原因如下：

當我們寫下記錄點時相變化材料的晶格排列會和未寫下記錄點的區

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域不同，因此造成對光訊號反射率高低的差異，藉由此差異我們即可分辨出記錄點所在的位置，由圖 3-10-1 可看出當記錄點產生覆蓋現象時未被覆蓋的區域和遭覆蓋的區域兩者晶格排列之散亂度勢必有所不同，故對光訊號的反射率亦會有所不同，因此我們依然能讀出其載子雜訊比。

氧化鋅近場光碟片之所以擁有超高之解析能力及超大容量，我們推測原因如下：當讀寫頭的雷射光經過光學作用層氧化鋅及間隔層 ZnS-SiO2後會聚焦於相變化記錄層GST上，記錄層由於雷射光的熱效應溫度會升高，接著記錄層會傳熱至氧化鋅近場光學作用層使得氧和鋅會分離，當鋅原子再受雷射光照射後，會產生極強的區域性表面電漿子效應使穿透雷射光中央發生區域性增強，以讀出先前在記錄層上所寫下之小於繞射極限的記錄點訊號並且擁有很高之CNR值。