TWI402829B - 多階記錄方法及其系統 - Google Patents

Description

多階記錄方法及其系統

本發明是有關於一種多階記錄方法及其系統，特別是有關於一種偵測記錄媒體的橢圓參數以進行多階記錄的方法及其系統。

記錄媒體可包含記憶體和碟片兩種。就記憶體的功能來說，可分成唯讀記憶體(ROM，Read Only Memory)、快閃記憶體(Flash Memory)以及隨機存取記憶體(RAM，Read Access Memory)等三種矽基記憶體。

記憶體的構造相當簡單，它是由許許多多可反覆充電的小型電晶體組成的。每一個小型電晶體會呈現帶電與沒帶電的狀態，電晶體帶電時的狀態代表"1"，電晶體沒帶電時的狀態代表"0"來記錄所記載的資料。

除了上述三種記憶體之外，亦包含新記憶層的記憶體，例如鐵電記憶體(FRAM)、相變化型記憶體(PRAM)、磁阻記憶體(MRAM)、電阻記憶體(RRAM)等。

鐵電記憶體(FRAM)是利用鐵電材料之殘留極化特性，來控制半導體材料的場效傳導率，藉此展現記憶性質。當一電場加到鐵電結晶體時，中心的原子隨著電場方向移動，由於原子的移動在其結晶體內，它通過能量障礙而產生一電壓尖峰(charge spike)，內部的的電路感應到電壓尖峰並且確定記憶。如果電場被從結晶體除去，中心的原子停留在適當位置，保護記憶的狀況。

相變化記憶體(PRAM)與一般快閃記憶體同是非揮發性記憶體(Non-volatile)，但不同之處在於資料儲存與讀取原理。相變化記憶體操作原理與光碟片非常相似，都是利用所謂的硫化合物如鍺(Ge)、銻(Sb)、碲(Te)等作為核心，透過熱能的轉變，讓材料在結晶狀態與非結晶狀態間不停的轉換，在控制加熱參數與散熱條件之下，可以改變材料的結晶狀態而衍生不同的電阻值，藉此可以用來記錄0或1的訊號。

磁阻記憶體(MRAM)內部結構由一個電晶體加一個MTJ(磁性隧道結儲存單元)構成。MTJ內部有三個層面，最上面的層為自由層，中間的是隧道結，下面的是固定層。自由層的磁場極化方向是可以改變的，而固定層的磁場方向固定不變。當自由層與固定層的磁場方向平行時，存儲單元呈現低電阻；當磁場方向相反時，呈現高電阻。MRAM通過檢測儲存單元電阻的高低，來判斷所儲存的資料是0還是1。

電阻記憶體(RRAM)的操作原理則為兩端電極外加電壓，使金屬氧化物的電阻由原來的高電阻變為低電阻狀態，利用此兩種電阻組態來完成記憶體的功能，高電阻狀態是1，低電阻狀態是0。

在碟片中，除了唯獨型光碟片其資料已預鑄在基板上而不需要記錄層外，其餘的碟片皆須藉由記錄層來達到碟片記錄的功能。記錄層大致可分為只寫一次型記錄層與重寫型記錄層兩大類。

就只寫一次記錄層而言，藉由光點的照射，使得碟片產生變化，而碟片的變化將使得光反射率改變。然而資料0和1就是靠著反射雷射光強與弱的判斷所產生出來的。只寫一次型記錄層所使用的有鑽穴式與相變式兩種記錄方式，鑽穴的方式是利用雷射光的加熱將照射的部分加以熔化，使得照射的地方變成空孔，造成雷射光的干涉現象以改變其反射強度。而相變化的方式則也是利用強雷射光使得記錄層產生非結晶與結晶的變化，改變記錄層本身的反射率。

就重寫型記錄層而言，達成的方式有磁光記錄式與相變化記錄式兩種，磁光光碟片的寫入過程主要是利用雷射光源聚焦在記錄層上時，由於鐵磁性記錄材料的熱吸收，讓被照射到的區域加熱，使其溫度上升接近於居里溫度附近，內部的磁分子排列不穩定，受熱處的磁結構會變混亂且矯頑磁力趨近於零，因此磁矩很容易隨著外加磁場的方向而轉變，在受熱處近旁通以鉛直磁場，則材料內磁分子排成向上或向下之磁化方向，當將雷射光移開使其溫度迅速下降後，矯頑力亦回復到原來的大小，該區域的磁矩便維持固定在新的方向，磁分子的排列即被固定，其向上者可代表1，向下者代表0。擦拭的方法如同寫入的方式，使碟片材料受熱，溫度升高至超過居里溫度後，將加磁場固定為向下，則可將碟片全寫為0，此即擦拭。

其讀取資料的方法是利用磁光科爾效應。在讀取光碟上的資料時，利用線性偏極化的雷射光，入射至磁光碟片 的記錄層上，當反射光由其表面反射回來時，此入射光受到磁光材料垂直方向磁化量(M)的影響，造成反射或穿透光的偏極角與原入射偏極化的方向產生一相對的旋轉角(θ_k)，此旋轉角稱為科爾旋轉角(Kerr angle)。假設垂直於薄膜的磁化方向向上所產生的科爾旋轉角是(+θ_k)，則方向向下的磁化量所產生的旋轉角將會是(-θ_k)，利用+θ_k和-θ_k分別代表0與1的數位訊號，因此藉由偵測反射雷射光的科爾角度為正或負，即可判讀先前記錄在磁光碟片上的串列數位信號。使用者可重複「寫入、讀取、擦拭」作業，直到材料不堪使用為止。

就相變化記錄式碟片而言，透過雷射光快速的加熱與冷卻，使得碟片由反射率約為30%的結晶狀態變成反射率約15%非結晶狀態，與唯讀型碟片不同的是，可覆寫型碟片可以藉由溫度緩慢的上升與下降後，恢復其原來的結晶狀態以完成可覆寫的目的。

然而由於光反射率解析度有限，因此僅能進行0、1的二階記錄，此舉侷限了大容量記憶體儲存裝置的發展。因此需要提出一種新穎的記錄方法，以提高記憶體儲存裝置單一記錄點的記錄量。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種新穎的多階記錄方法及其系統，有效提高單一記錄點的記錄資訊量。

根據本發明之目的，提出一種多階記錄方法，適用於記錄媒體，此多階記錄方法包含下列步驟。首先，提供複 數個光束至記錄媒體之記錄層，記錄層具有第一結構和第二結構。接著，利用偵測單元偵測第一結構之第一極化反射光和第二結構之第二極化反射光，以計算出第一極化反射光和該第二極化反射光之極化角度差值。再接著，利用儲存單元儲存對應表，對應表包含極化角度差值及多階記錄之對應關係。最後，藉由處理單元查詢對應表，以進行多階記錄。

根據本發明之目的，提出一種多階記錄系統，適用於一記錄媒體，此記錄媒體具有記錄層，此記錄層包含第一結構和第二結構。此多階記錄系統包含光源、偵測單元、儲存單元及處理單元。光源係提供複數個光束至相變化碟片的第一結構和第二結構。偵測單元偵測第一結構之第一極化反射光和第二結構之第二極化反射光。儲存單元儲存對應表，此對應表包含極化角度差值及多階記錄之對應關係。處理單元連接偵測單元和儲存單元，以計算出第一極化反射光和第二極化反射光之極化角度差值，處理單元並根據極化角度差值查詢對應表，進行多階記錄。

承上所述，依本發明之多階記錄方法及其系統，其可具有一或多個下述優點：

(1)此多階記錄方法及其系統可「藉由調節記錄點寫入之雷射光強度，造成記錄媒體的記錄層不同程度的部分結晶」，由於記錄媒體的反射光極化角度與記錄層的結晶百分比有關，故本發明可藉由辨識記錄媒體記錄層的結晶狀態，並進行多階記錄。

(2)此多階記錄方法及其系統可配合適當的記錄媒體、偵測反射光的極化角度，以分辨出部分結晶狀態，進而進行多階記錄。

(3)此多階記錄方法及其系統可藉由電波、聲波、電力、磁力、應力或加熱方式，以改變記錄層的第一結構或第二結構，藉由偵測第一結構和第二結構的反射極化角度差值，進行多階記錄。

請參閱第1圖，其係為本發明之多階記錄系統之示意圖。如圖所示，此多階記錄系統1適用於一記錄媒體12，記錄媒體12具有一記錄層121，且記錄層121上具有第一結構1211和第二結構1212，且第一結構1211和第二結構1212係為相異之結構。記錄媒體12可為一相變化碟片，因此第一結構1211和第二結構1212可分別為結晶相結構和非晶相結構。完全結晶時，碟片反射光極化角度為q_c，完全非晶時，碟片反射光極化角度為q_a，碟片反射光極化角度與記錄層的結晶百分比有關。因此可藉由改變記錄層的結晶程度，以改變反射光的極化角度。

上述實施例的記錄媒體12係以相變化碟片進行說明，然而本發明的記錄媒體12並不僅限於碟片，亦可為其他形式呈現，如記憶體或其他用以記錄資料之媒體。此外，本發明所述的第一結構1211和第二結構1212並非限於微觀角度因原子排列方式不同所造成的結構差異，亦可為巨觀角度的外觀結構差異，也可為不同濃度或不同相等結構差異。另，本發明所述之第一結構1211和第二結構 1212除了透過提供不同強度的雷射光源以改變記錄層的結晶狀態外，亦可透過電波、聲波、電力、磁力、應力、加熱或其他方式以改變記錄層的第一結構和第二結構。

此多階系統1包含光源11、偵測單元13、處理單元14及儲存單元15。光束11可為一雷射光，以提供一雷射光至記錄媒體12。偵測單元13用以偵測第一結構1211之第一極化反射光12111和第二結構1212之第二極化反射光12121。處理單元14連接偵測單元13，以計算第一極化反射光12111和第二極化反射光12121的極化角度差值141。儲存單元15儲存一對應表151，此對應表151包含極化角度差值141及多階記錄之對應關係。處理單元14讀取儲存單元15內的對應表151，以進行多階記錄。

其中，偵測單元13可由一橢圓儀所實現，但不以此為限，只要能偵測極化反射光的器件皆可作為本發明的偵測單元。由於橢圓儀的量測誤差值為0.2度，因此當本發明透過橢圓儀進行量測時，可精準測出反射光的極化角度差值，進而進行多階記錄。

值得注意的是，本發明除了透過偵測單元(如橢圓儀偵測極化光橢圓參數)透過推算的方式，計算出反射光極化角度外，亦可直接偵測反射光極化角度，無論是直接偵測反射光極化角度，或是間接推算出反射光極化角度，皆為本發明所欲請求的範圍。

請一併參閱第2圖及表一，其係分別為本發明之多階記錄 系統之第一實施例示意圖及7種不同摻混濃度的GeSb₉-Te薄膜。在此實施例中，以三種不同入射角度(如65度、70度及75度)的光入射記錄媒體12的記錄層121，記錄層121可摻混不同濃度的元素至化合物或合金。此化合物可為氧化物、氮化物、碳化物、矽化物或硫屬化合物(即包含硫、或硒、或碲、或釙的化合物)，此合金可為銻基、砷基、鉍基或鐵基。

以此實施例為例，記錄層121為一碲(Te,tellurium)摻雜GeSb₉的薄膜，如下表一，為7種不同摻混濃度的GeSb₉-Te薄膜。

如第2圖所示，未摻混Te的GeSb₉薄膜與摻混Te的GeSb₉薄膜的極化角度差值是相當不同的，前三條線的極化角度差值是接近零的，原因在於Te的摻混濃度不高，可視為一純的GeSb₉薄膜。對於高摻雜Te的GeSb₉薄膜而言，極化角度差值為負值，且極化角度差值的變化大小係根據Te的摻混濃度而變大。因此本發明可藉由改變相變化碟片的記錄層成分，如提高Te的摻混濃度，進而改變極化角度差值。就技術手段而言，本發明之記錄層可例如為摻混Te的GeSb₉薄膜，且其化學式可表示為 _100-x-yTe_y，其中8.1≦x≦9.5、0≦y≦7.8。

此外，當光束的波長大於500奈米時，偵測單元13可偵測出的極化角度差值141皆大於0.2度。當光束的波長位於近紅外光區時，偵測單元可偵測的極化角度差值141接近2.5度，因此本發明可以事先儲存一對應表151於儲存單元15中，以進行多階記錄。

由於偵測單元可能會有量測上的角度誤差，因此表二選用間距為0.5度作為劃分的依據，以進行多階記錄。舉例來說，當處理單元14計算第一極化反射光12111和第二極化反射光12121的極化角度差值141小於0.5，則多階記錄系統1進行一階記錄。當處理單元14計算極化角度差值141介於0.5-1度，則多階記錄系統1進行二階記錄，以此類推，本實施例可進行六階記錄。因此本發明藉由選用適當的記錄媒體及偵測並推算出反射光的極化角度，以分辨出記錄層的結晶狀態，進而進行2階以上的記錄。

以單位面積n個記錄點的碟片而言，於六階記錄時，平均 每個記錄點能記錄的資訊量是二階記錄時的(log6/log2)倍，相當於2.585倍，即等同於單位面積2.585*n個記錄點的二階記錄碟片，即面密度增加至2.585倍，以典型CD-RW的650MB(650*10⁶B)為例，相同碟片在六階記錄時，密度可提高至1.68GB(1.68*10⁹B)，以4.7GB的DVD-RAM為例，相同碟片在六階記錄時，密度可提高至12.15GB。

再另一實施例中，本發明亦可選用1度作為劃分的依據，以進行多階記錄。如下表三，當處理單元14計算極化角度差值141小於1度，則多階記錄系統1進行一階記錄。當處理單元14計算極化角度差值141介於1-2度，則多階記錄系統1進行二階記錄，當處理單元14計算極化角度差值141介於2-3度，則多階記錄系統1進行三階記錄。

以單位面積n個記錄點的碟片而言，於三階記錄時，平均每個記錄點能記錄的資訊量是二階記錄時的(log3/log2)倍，相當於1.585倍，即等同於單位面積1.585*n個記錄點的二階記錄碟片，即面密度增加至1.585倍，以典型CD-RW的650 MB(650*10⁶B)為例，相同碟片在三階記錄時，密度可提高至1.03GB(1.03*10⁹B)，以4.7GB的DVD-RAM為例，相同碟片在三 階記錄時，密度可提高至7.45GB。

請參閱第3圖，其係為本發明之多階記錄方法之步驟流程圖。步驟S1，提供複數個光束至記錄媒體之記錄層，記錄層具有第一結構和第二結構。其中，第一結構和第二結構可為巨觀的外觀結構差異、微觀的原子排列不同、不同的相、或不同濃度之薄膜。步驟S2，利用偵測單元偵測第一結構之第一極化反射光和第二結構之第二極化反射光，以計算出第一極化反射光和該第二極化反射光之極化角度差值。步驟S3，利用儲存單元儲存對應表，對應表包含極化角度差值及多階記錄之對應關係。步驟S4，藉由處理單元查詢對應表，以進行多階記錄。

本發明可藉由不同強度的光源以改變記錄層的結晶狀態，當結晶狀態被改變時，則碟片的折射率進而受到影響。由於折射率受到影響，因此偵測單元偵測到的橢圓參數(極化反射光的振幅或相位差)也會跟著改變，因此本發明可藉由變化光源的強度或記錄媒體的記錄層成分，以進行多階記錄。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧多階記錄系統

11‧‧‧光源

12‧‧‧記錄媒體

121‧‧‧記錄層

1211‧‧‧第一結構

12111‧‧‧第一極化反射光

1212‧‧‧第二結構

12121‧‧‧第二極化反射光

13‧‧‧偵測單元

14‧‧‧處理單元

141‧‧‧極化角度差值

15‧‧‧儲存單元

151‧‧‧對應表

S1-S4‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之多階記錄系統之示意圖；第2圖係為本發明之多階記錄系統之第一實施例示意圖；以及第3圖係為本發明之多階記錄方法之步驟流程圖。

S1-S4‧‧‧步驟

Claims (26)

1. 一種多階記錄方法，係適用於一記錄媒體，該多階記錄方法包含下列步驟：提供複數個光束至該記錄媒體之一記錄層，該記錄層係具有一第一結構和一第二結構；利用一偵測單元偵測該第一結構之一第一極化反射光和該第二結構之一第二極化反射光；藉由一處理單元計算出該第一極化反射光和該第二極化反射光之一極化角度差值；利用一儲存單元儲存一對應表，該對應表係包含該極化角度差值及多階記錄之對應關係；以及藉由該處理單元查詢該對應表，以進行多階記錄。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中更提供該複數個光束至該記錄媒體之該記錄層之前，更包含下列步驟：利用不同強度之該光束入射該記錄媒體，以改變該記錄層之該第一結構和該第二結構之步驟。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中更包含利用不同角度的該光束以入射該記錄媒體之該記錄層之步驟。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中更包含摻混不同濃度之元素至一化合物或一合金，以形成該記錄層之步驟。
5. 如申請專利範圍第4項所述之多階記錄方法，其中該化合物係為氧化物、氮化物、碳化物、矽化物或硫屬化合物。
6. 如申請專利範圍第4項所述之多階記錄方法，其中該合金係為銻基、砷基、鉍基或鐵基。
7. 如申請專利範圍第4項所述之多階記錄方法，其中更包含利用碲(Te)摻雜銻化鍺(GeSb₉)以形成該記錄層之步驟，且該記錄層之化學式為Ge_xSb_100-x-yTe_y，其中8.1≦x≦9.5、0≦y≦7.8。
8. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中更包含利用一相變化碟片作為該記錄媒體之步驟。
9. 如申請專利範圍第8項所述之多階記錄方法，其中該第一結構和該第二結構係分別為一結晶相結構和一非晶相結構。
10. 如申請專利範圍第9項所述之多階記錄方法，其中更包含利用該偵測單元偵測該相變化碟片之該結晶相結構之該第一極化反射光和該非結晶結構之該第二極化反射光之步驟。
11. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中該第一結構和該第二結構係為微觀角度原子排列不同的結構差異、巨觀角度的外觀結構差異、不同濃度的結構差異或不同相的結構差異。
12. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中更包含利用電波、聲波、電力、磁力、應力或加熱以改變該記錄層的該第一結構或該第二結構。
13. 如申請專利範圍第1項所述之多階記錄方法，其中該偵測單元係為一橢圓儀。
14. 一種多階記錄系統，係適用於一記錄媒體，該記錄媒體具有一記錄層，該記錄層具有一第一結構和一第二結構，該 多階記錄系統係包含：一光源，係提供複數個光束至該記錄媒體的該第一結構和該第二結構；一偵測單元，係偵測該第一結構之一第一極化反射光和該第二結構之一第二極化反射光；一儲存單元，係儲存一對應表，該對應表係包含該極化角度差值及多階記錄之對應關係；以及一處理單元，係連接該偵測單元和該儲存單元，以計算出該第一極化反射光和該第二極化反射光之一極化角度差值，該處理單元並根據該極化角度差值查詢該對應表，進行多階記錄。
15. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該光源係提供不同強度的該光束至該記錄媒體，以改變該記錄層之該第一結構和該第二結構。
16. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該光源係提供不同角度的該光束以入射該記錄媒體之該記錄層。
17. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該記錄層係由不同濃度的元素摻混一化合物或一合金所構成。
18. 如申請專利範圍第17項所述之多階記錄系統，其中該化合物係為氧化物、氮化物、碳化物、矽化物或硫屬化合物。
19. 如申請專利範圍第17項所述之多階記錄系統，其中該合金係為銻基、砷基、鉍基或鐵基。
20. 如申請專利範圍第17項所述之多階記錄系統，其中該記錄層係為一碲(Te)摻雜銻化鍺(GeSb₉)的薄膜，且該記錄層之化學式為Ge_xSb_100-x-yTe_y，其中8.1≦x≦9.5、0≦y≦7.8。
21. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該記錄媒體係為一相變化碟片。
22. 如申請專利範圍第21項所述之多階記錄系統，其中該第一結構和該第二結構係分別為一結晶相結構和一非晶相結構。
23. 如申請專利範圍第22項所述之多階記錄系統，其中該偵測單元偵測該相變化碟片之該結晶相結構之該第一極化反射光和該非結晶結構之該第二極化反射光。
24. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該第一結構和該第二結構係為微觀角度原子排列不同的結構差異、巨觀角度的外觀結構差異、不同濃度的結構差異或不同相的結構差異。
25. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該第一結構或該第二結構係利用電波、聲波、電力、磁力、應力或加熱方式產生。
26. 如申請專利範圍第14項所述之多階記錄系統，其中該偵測單元係為一橢圓儀。