47545 (Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках), страница 2

Слой металла и информационный слой в CD размещены очень близко к его поверхности со стороны этикетки, а в DVD они находятся в середине диска.

Материал, который может использоваться для каждого слоя, определяется типом диска (табл. 1).

Слои, в состав которых входит органический краситель (диски -R) или фазоинверсные вещества (диски -RW) содержат данные, и поток света при прохождении через информационный слой либо пропускается, либо блокируется. Зоны информационного слоя, на которые действует лазер при записи, абсорбируются «читающим» пучком лазера при достижении последним слоя металла, а затем за счет обратного отражения пучки света падают на лазерный фотодатчик. Светлые и темные области приводят к эффекту отражения, который подобен эффекту интерференции в слое металл/подложка с «запрессованными» и «отлитыми» данными дисков типа RОМ. Отражение пучка света от красителя, пленки или от прессованной точки преобразуется в нули и единицы на приводе диска во время чтения диска лазером.

Диски ROM. Такие диски продаются уже с записью и являются так называемыми «тиражируемыми» дисками, их прессуют под давлением на специальном оборудовании. Примерами дисков CD-ROM являются Audio-CD, Video-CD, CD-i и CD+G, а также CD-диски, применяемые для записи компьютерных приложений. К DVD-ROM относятся диски DVD-Video, DVD-Audio, а также многие другие DVD для записи игр и компьютерных приложений. Фактически на CD-ROM или DVD-ROM нет отдельного слоя с данными. При литье под давлением полимера, используемого в качестве основы (подложки) диска, применяется особая форма для получения питов (углублений) и плоских участков — базы информационного слоя с данными. Затем на подготовленную таким образом поверхность напыляется или осаждается слой металла, который образует отражающий слой. Этот отражающий металлический слой в дисках RОМ и принято считать информационным, так как металл объединяется с питами и плоскими участками поликарбонатного слоя (рис. 1). Обычно в качестве металлического слоя в ROM-дисках используется алюминий, а в качестве полупрозрачного слоя в двухсторонних дисках DVD-ROM — золото, сплав серебра или кремний.

Во время считывания информации луч лазера не отражается от участка, где металл был выжжен или удалён при штамповке (пит), что соответствует логическому нулю. Там, где металл не был удалён или выжжен, луч лазера отражается, что соответствует логической единице.

R-диски. Слой для записи данных у однократно записываемых оптических дисков (CD-R, DVD-R, DVD+R) размещается между поликарбонатной подложкой и металлическим слоем (рис. 2). Биты записываются на слое красителя за счет его химического превращения под воздействием пучка света лазера [5]. Но со временем этот краситель распадается, и считать данные с диска становится невозможно. Для изготовления информационного слоя в дисках типа CD-R используют разные красители, которые придают диску определенный цвет (табл. 2.)

Диски RW и RAM. Слой для записи данных на оптических дисках для многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM) расположен между поликарбонатной подложкой и металлическим отражающим слоем (рис. 3). Информационный слой, который изготовлен из фазоинверсного материала — пленки металлического сплава (серебро, индий, сурьма или теллур), заключенной между двумя слоями диэлектрика, находится между поликарбонатной подложкой и непрозрачным или полупрозрачным слоем металла.

На этот слой при температуре выше температуры плавления фазоинверсного материала лазерный луч записывает биты (метки), за счет диэлектрических слоев происходит быстрое охлаждение фазоинверсного материала, и зона битов сохраняется в аморфном состоянии.

При нагреве этого слоя до температуры, несколько выше температуры кристаллизации, но ниже температуры плавления, происходит обратный переход вещества слоя в кристаллическое состояние и стирание записанных битов. Запись и стирание могут проводиться за один проход, при перезаписи диска.

С точки зрения материаловедения использование фазоинверсного металла в качестве информационного слоя перезаписываемых дисков можно объяснить следующим образом. Участок такого металла, в котором кристаллическая решётка идеальна, отражает кванты света почти без рассеивания, что соответствует логической единице.

Свет лазера – это электромагнитная волна и одновременно кванты, обладающие электрическим и магнитным полями. Кванты света, встретившись с большим количеством электронов идеальной кристаллической решётки, попадают в магнитные поля этих электронов, после чего кванты движутся в обратном направлении.

На тех участках фазоинверсного металла, где кристаллическая решётка деформирована (вследствие воздействия лазерным излучением более высокой мощности, чем излучение лазера при чтении диска), электронов на пути квантов света меньше и свет рассеивается (это соответствует логическому нулю).

Металлический (отражающий) слой

Металлический слой в оптических дисках отражает падающий на него пучок лучей от лазера и направляет их на фоточувствительную головку лазера. Обычно для этого слоя используют алюминий, золото или серебро (или сплав серебра). В двухслойных дисках DVD для получения полупрозрачных слоев иногда применяют кремний.

Диски RW, ROM и RAM. В дисках CD-RW, CD-ROM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-ROM, DVD-RAM в качестве отражающего слоя используют алюминий, главным образом потому, что это дешевый и технологичный материал, который легко наносить. Алюминий окисляется при действии кислорода атмосферного воздуха или влаги. В некоторых CD-дисках, которые выпускались раньше, вследствие низкого качества соединения дискового пакета молекулы кислорода проникали внутрь него, окисляя слой алюминия и снижая его отражательную способность. Такие диски переставали считываться лучом лазера (иногда, характеризуя данное явление, говорили «диск сгнил»). Это самая главная причина деградации RОМ-дисков под воздействием окружающих факторов. А вот в случае дисков RW и RAM пленка с фазоинверсным веществом обычно разрушается быстрее, чем окисляется алюминиевая пленка.

R-диски. Для изготовления отражающего слоя в дисках CD-R, DVD-R, DVD+R применяют золото, серебро или сплав серебра. Серебро имеет чуть более высокую отражательную способность, чем золото, но из-за коррозии или под воздействием окружающей среды она снижается. Коррозия серебра происходит в результате химического взаимодействия металла с диоксидом серы (веществом, присутствующим в атмосфере и загрязняющим ее), который может проникать в диск вместе с влагой. Золото является очень стабильным металлом, устойчивым к коррозии, обеспечивающим длительный срок службы диска, но довольно дорогим материалом. Алюминий в дисках этого типа не применяют, так как он может взаимодействовать с красителем информационного слоя. Но и серебро, и золото по стабильности превосходят краситель.

Двухслойные диски DVD-ROM. Диски DVD-ROM могут иметь два отражающих металлических слоя, обеспечивающих считывание данных с двух слоев, но с одной стороны диска. По сравнению с однослойными DVD, такие двухслойные DVD обеспечивают четырехкратную вместимость контента (видео, аудио, прикладных программ). Чтобы считать данные с полностью отражающего слоя, лазерный луч должен проходить сквозь полупрозрачный металлический слой. Внешний слой металла (кремний, золото или сплав серебра) является полупрозрачным; он отражает некоторую часть лазерного потока, позволяя остальной части потока достигнуть полностью отражающего слоя (из алюминия) и отразиться в обратном направлении. Поэтому обе части лазерного потока отражаются от соответствующих поверхностей и направляются на фотодатчик, расположенный в лазерной головке, а распознается и осуществляется фокусировка лазера только на одном слое.

На рис. 4 (слева) представлена наиболее распространенная конструкция одностороннего двухслойного диска DVD, а справа — альтернативная. Разница между ними заключается в том, что в первом случае металлические слои с данными расположены на разных сторонах (половинках) диска, а во втором на одной. Луч лазера должен проходить через полупрозрачный слой металла и слой адгезива (клея), склеивающего две половинки диска, причем адгезив не должен задерживать поток света.

DVD-ROM могут быть и двухсторонними.

На рис. 5 (слева) показан двухсторонний DVD (часто это DVD-Video, на одной стороне которого записано видеоизображения в полноэкранном формате для ТВ-приемников, а с другой — в широкоэкранном формате. Если двухсторонний DVD-диск с каждой стороны имеет по два рабочих слоя, то его емкость по сравнению с однослойным и односторонним диском DVD увеличивается почти в 4 раза

Лаковый слой дисков CD

Со стороны этикетки на диски CD наносится очень тонкий слой специального лака. Назначение этого слоя — защитить металл от воздействия окружающей среды (в дисках DVD такого слоя нет). Этот слой также обеспечивает некоторую защиту при нанесении надписей или этикетировании диска. Однако CD более чувствительны к повреждению этой стороны, чем со стороны поликарбоната. Так как металлический слой находится вблизи поверхности этикетки, острые места могут легко повредить CD, деформируя металл или подвергая его воздействию окружающих условий. Некоторые растворители могут взаимодействовать с лаком, обнажать металл и реагировать с ним. Если слой металла поврежден, то луч лазера не сможет считать информацию с испорченных участков.