铜硅合金溅镀靶材及铜硅合金记录层

摘要

本发明提供了一种铜硅合金溅镀靶材及一种铜硅合金记录层。该铜硅合金溅镀靶材及该铜硅合金记录层均由CuaSibMc合金组成，其中，M为镍、铬、钼或钛，a为0.55至0.93，b为0.05至0.25，c为0.02至0.20，且a、b及c的总和为1。由于该铜硅合金记录层具备适当含量的铜、硅以及镍、铬、钼或钛，故其相转变温度高于150℃且低于500℃，使其应用于光记录媒体中能获得良好的记录质量、稳定性及较快的烧录速度。

说明书

技术领域

本发明关于一种铜硅合金溅镀靶材及铜硅合金记录层，尤指一种应用于光记录媒体的铜硅合金溅镀靶材及铜硅合金记录层，属于光记录媒体技术领域。

背景技术

蓝光光盘(Blu-ray Disc)是使用波长为405纳米的蓝色雷射光进行数据读写的工作，其因具备高容量的优势，故已被广泛应用于储存高容量的数据及高画质的影音档案，成为下一世代的光盘规格。

一般单次写入型蓝光光盘的层状结构依序包括：基板、反射层、第一介电层、双记录层、第二介电层及保护层。于目前常见的单次写入型蓝光光盘中，双记录层包括铜/非晶质硅双记录层与铜硅合金/非晶质硅双记录层两种。

以含有铜/非晶质硅双记录层的单次写入型蓝光光盘为例，单次写入型蓝光光盘是利用金属诱发晶格化的相转变机制(metal induced crystallization phase changemechanism)，使非晶质硅能于较低的热处理温度下，透过铜金属诱发非晶质硅进行结晶，由此提升双记录层对蓝色雷射光的实时反射率强度(real-time reflectivity)，完成数据写入的工作。

然而，铜/非晶质硅双记录层因具有高于500℃以上的相转变温度，致使含有此种双记录层的单次写入型蓝光光盘无法在较短的接触时间内发生相转变，若非晶质硅无法于一定的热处理温度下完全结晶，将影响单次写入型蓝光光盘的烧录性能，甚而劣化其电器讯号。是以，使用此种单次写入型蓝光光盘必需将写入功率提高至8毫瓦以上，使铜/非晶质硅双记录层表面产生较高的温度，才能顺利进行相转变，完成数据写入的工作；但提高写入功率会增加单次写入型蓝光光盘的烧录成本，且亦不适用于高倍速烧录的单次写入型蓝光光盘。

因此，为解决上述问题，现有技术开发另一种含有铜硅合金/非晶质硅双记录层的单次写入型蓝光光盘，利用铜硅合金层溅镀于非晶质硅层上，其易与非晶质硅层反应而产生铜硅(Cu₃Si)结晶相的性质，使铜硅合金/非晶质硅双记录层得以于较低的热处理温度下发生相转变。然而，由于铜硅合金/非晶质硅双记录层的相转变温度低于150℃，导致铜金属很容易发生自发反应与氧化作用，而降低此种单次写入型蓝光光盘的实时反射率强度，致使含有铜硅合金/非晶质硅双记录层的单次写入型蓝光光盘常有记录质量不佳的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种铜硅合金溅镀靶材及一种铜硅合金记录层，即提供一种适用于光记录媒体的铜硅合金材料，进而提升光记录媒体的记录质量及烧录速度。

为达上述目的，本发明提供一种铜硅合金溅镀靶材，其由Cu_aSi_bM_c合金组成，其中，M(抗腐蚀性元素)为镍、铬、钼或钛，a为0.55至0.93，b为0.05至0.25，c为0.02至0.20，且a、b及c的总和为1。

据此，由于本发明的铜硅合金溅镀靶材具有适当含量的铜、硅及M，故该铜硅合金溅镀靶材能被使用于溅镀形成适用于光记录媒体的铜硅合金记录层。

在上述铜硅合金溅镀靶材中，优选地，a为0.70至0.80。

在上述铜硅合金溅镀靶材中，优选地，b为0.05至0.12。

在上述铜硅合金溅镀靶材中，优选地，c为0.15至0.20。

在上述铜硅合金溅镀靶材中，优选地，a为0.70至0.80，b为0.05至0.12，c为0.15至0.20，且a、b及c的总和为1。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述铜硅合金溅镀靶材的金相结构是由一基底相及一金属相所组成，其中，该基底相主要由铜硅合金组成，该金属相主要由M组成，所述M为镍、铬、钼或钛。

本发明的铜硅合金溅镀靶材可经由粉末冶金法或熔炼铸造法所制得；优选地，本发明的铜硅合金溅镀靶材由粉末冶金法所制得。

本发明还提供一种铜硅合金记录层，其由Cu_aSi_bM_c合金组成，其中，M为镍、铬、钼或钛，a为0.55至0.93，b为0.05至0.25，c为0.02至0.20，且a、b及c的总和为1。

据此，由于本发明的铜硅合金记录层具有适当含量的铜、硅以及镍、铬、钼或钛，故能具有高于150℃且低于500℃的相转变温度。

在上述铜硅合金记录层中，优选地，a为0.70至0.80。

在上述铜硅合金记录层中，优选地，b为0.05至0.12。

在上述铜硅合金记录层中，优选地，c为0.15至0.20。

在上述铜硅合金记录层中，优选地，a为0.70至0.80，b为0.05至0.12，c为0.15至0.20，且a、b及c的总和为1。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述铜硅合金记录层的相转变温度为150℃至320℃。更优选地，上述铜硅合金记录层的相转变温度为200℃至250℃。据此，包含该铜硅合金记录层的光记录媒体能具备较高的调变值(modulation)。

根据本发明的具体实施方式，优选地，上述铜硅合金记录层的厚度为2纳米至50纳米。

在本发明中，该铜硅合金记录层是由上述铜硅合金溅镀靶材所溅镀而成的。

本发明还提供一种单次写入型蓝光光盘，其包括上述的铜硅合金记录层。

本发明的铜硅合金记录层应用于光记录媒体中能具备下列优点：

(1)、适当的相转变温度范围：

通过调控适当含量的铜、硅及抗腐蚀性元素，并且适当降低铜硅合金记录层中的硅含量，故本发明的铜硅合金记录层能具备高于150℃且低于500℃的相转变温度。

(2)、较佳的记录质量：

本发明的铜硅合金记录层能取代现有技术的铜/非晶质硅双记录层与铜硅合金/非晶质硅双记录层，以单记录层的方式存在于光记录媒体中，使包含其的光记录媒体具有较高的调变值及对比值，进而提升光记录媒体的记录质量。

(3)、稳定性高：

本发明的铜硅合金记录层因具有高于150℃且低于500℃的相转变温度，故能避免铜金属发生自发反应与氧化作用，进而提升铜硅合金记录层的稳定性。

更进一步地，当本发明的铜硅合金记录层具有150℃至340℃的相转变温度时，该铜硅合金记录层应用于光记录媒体中更能具备下列优点：

(1)、烧录成本低：

仅需4至6毫瓦的写入功率(即，较低的热处理温度)，便能确保铜硅合金记录层发生相转变，故能有效降低光记录媒体的烧录成本。

(2)、适用于高倍速烧录的光记录媒体：

相较于现有技术的铜/非晶质硅双记录层与铜硅合金/非晶质硅双记录层，该铜硅合金记录层是以单记录层的方式存在于光记录媒体中，并且具有150℃至320℃的相转变温度，故能于较短的接触时间内发生相转变，提升光记录媒体的烧录速度达6X(216Mbit/s)至12X(512Mbit/s)。

附图说明

图1为实施例1的铜硅合金溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。

图2为比较例1的铜硅合金溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图。

图3为实施例7及比较例3的铜硅合金记录层于不同热处理温度下的实时反射率强度结果图。

主要组件符号说明：

实施例1的浅灰色相A   比较例1的浅灰色相A’

实施例1的深灰色相B   比较例1的第一深灰色相B’

比较例1的第二深灰色相C’

具体实施方式

以下，将通过下列具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可经由本说明书的内容轻易地了解本发明所能达成的优点与功效，并且于不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的内容。

制备铜硅合金溅镀靶材

实施例1：Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17合金溅镀靶材

将1195.76克的铜粉、56.37克的硅粉、221.78克的铬粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500巴(bar)的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约75原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约8原子百分比；铬占整体铜硅合金溅镀靶材约17原子百分比。

请参阅图1所示，该Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17合金溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图；于图1中，实施例1的浅灰色相A(基底相)为CuSi合金；实施例1的深灰色相B(金属相)为铬金属相。

实施例2：Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17合金溅镀靶材

将1213.20克的铜粉、57.20克的硅粉、254.06克的镍粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约75原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约8原子百分比；镍占整体铜硅合金溅镀靶材约17原子百分比。

实施例3：Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17合金溅镀靶材

将1110.59克的铜粉、52.36克的硅粉、189.75克的钛粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约75原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约8原子百分比；钛占整体铜硅合金溅镀靶材约17原子百分比。

实施例4：Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17合金溅镀靶材

将955.77克的铜粉、181.04克的硅粉、42.07克的钼粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约75原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约8原子百分比；钼占整体铜硅合金溅镀靶材约17原子百分比。

实施例5：Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20合金溅镀靶材

将960.63克的铜粉、181.96克的硅粉、22.92克的铬粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约75原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约5原子百分比；铬占整体铜硅合金溅镀靶材约20原子百分比。

实施例6：Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02合金溅镀靶材

将1069.76克的铜粉、153.34克的硅粉、23.66克的铬粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约74原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约24原子百分比；铬占整体铜硅合金溅镀靶材约2原子百分比。

比较例1：Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材

将973.98克的铜粉、174.69克的硅粉、34.65克的铬粉均匀混合，于600℃至800℃的温度及500bar的压力下，持续热压3小时，制得Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材。

于所制得的铜硅合金溅镀靶材中，铜占整体铜硅合金溅镀靶材约69原子百分比；硅占整体铜硅合金溅镀靶材约28原子百分比；铬占整体铜硅合金溅镀靶材约3原子百分比。

请参阅图2所示，其为Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材的扫描式电子显微镜影像图；于图2中，比较例1的浅灰色相A’为Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材的基底相，其主要由铜硅合金组成；且比较例1的第一深灰色相B’与比较例1的第二深灰色相C’为Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材的化合物相，其主要由硅铬合金及硅组成。

相较于实施例1的扫描式电子显微镜影像图，由于本比较例1的Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材的硅含量较高，故比较例1的浅灰色相A’(基底相)主要为铜硅合金，且比较例1的第一深灰色相B’与比较例1的第二深灰色相C’(化合物相)则分别为硅铬合金及硅等成分。

制备单次写入型蓝光光盘的铜硅合金记录层

实施例7：Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17记录层

本实施例是使用实施例1所制得的Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17合金溅镀靶材，再经由直流溅镀法，于压力约3毫托(mtorr)的真空腔体中，在单次写入型蓝光光盘的介电层上溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17记录层。

实施例8：Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17记录层

本实施例是使用实施例2所制得的Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17记录层。

实施例9：Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17记录层

本实施例是使用实施例3所制得的Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17记录层。

实施例10：Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17记录层

本实施例是使用实施例4所制得的Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17记录层。

实施例11：Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20记录层

本实施例是使用实施例5所制得的Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20记录层。

实施例12：Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02记录层

本实施例是使用实施例6所制得的Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02记录层。

比较例2：铜/非晶质硅双记录层

本比较例是使用纯铜溅镀靶材，以直流溅镀法，于压力约3mtorr的真空腔体中，在单次写入型蓝光光盘的介电层上先溅镀形成一厚度约2-50纳米的铜记录层；接着，再使用非晶质硅溅镀靶材，以直流溅镀法，于该铜记录层上形成一厚度约50纳米的非晶质硅层。

据此，本比较例的记录层为铜/非晶质硅双记录层。

比较例3：Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03记录层

本比较例是使用比较例1所制得的Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03合金溅镀靶材，并大致上经由如同实施例7所述的方法溅镀形成一厚度约50纳米的Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03记录层。

记录层的特性测试

试验例1：相转变温度

于本试验例中，使用实时反射率量测设备仪，分别以每分钟提高100℃的升温速率，获得实施例7至12的铜硅合金记录层、比较例2的铜/非晶质硅双记录层及比较例3的铜硅合金记录层的实时反射率强度对热处理温度的曲线图(如图3所示)；再经由分析各样品的曲线图，以其最大斜率(利用数学积分计算)为相转变温度，各样品的量测结果如下表1所示。

表1：实施例7至12与比较例2及3的记录层的相转变温度量测结果。

编号记录层相转变温度实施例7Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17记录层205℃实施例8Cu_0.75Si_0.08Ni_0.17记录层220℃实施例9Cu_0.75Si_0.08Ti_0.17记录层230℃实施例10Cu_0.75Si_0.08Mo_0.17记录层235℃实施例11Cu_0.75Si_0.05Cr_0.20记录层160℃实施例12Cu_0.74Si_0.24Cr_0.02记录层300℃

比较例2铜/非晶质硅双记录层500℃比较例3Cu_0.69Si_0.28Cr_0.03记录层330℃

如上表1所示，由于实施例7至12的铜硅合金记录层是经由具有适当含量的铜、硅及抗腐蚀性元素的铜硅合金溅镀靶材所溅镀而成，故实施例7至12的铜硅合金记录层中的铜、硅及抗腐蚀性元素的含量亦能被控制于适当的范围内，由此获得高于150℃且低于500℃的相转变温度。更具体而言，实施例7至12的铜硅合金记录层皆具有150℃至300℃的相转变温度。

因此，当实施例7至12的铜硅合金记录层应用于一单次写入型蓝光光盘时，由于铜硅合金记录层的相转变温度为150℃至300℃，故该类铜硅合金记录层能于较短的时间内发生相转变，并且进行完全的结晶反应；是以，含有实施例7至12的铜硅合金记录层的单次写入型蓝光光盘能以6X至12X的高倍速烧录速度进行烧录，并且确保数据写入的工作得以顺利进行，维持其电器讯号。

尤其，当铜硅合金记录层的Cu_aSi_bM_c合金的a为0.75，b为0.08，且c为0.17时，即，实施例7至10的铜硅合金记录层，该类铜硅合金记录层因具有200℃至250℃的相转变温度，故实施例7至10的铜硅合金记录层能于较短的时间内发生相转变，并且进行完全的结晶反应，因此更能适用于高倍烧录的单次写入型蓝光光盘。

反观比较例2的铜/非晶质硅双记录层，由于其相转变温度高达500℃，当其应用于一单次写入型蓝光光盘时，铜/非晶质硅双记录层无法于短接触时间内快速地由非结晶态转变为结晶态，因而无法适用于高倍烧录的单次写入型蓝光光盘。

此外，经由实施例7至12与比较例3的相转变温度的量测结果证实，降低铜硅合金记录层中的硅含量，能有利于控制相转变温度在150℃至300℃，避免相转变温度过高而不利于单次写入型蓝光光盘无法发生完全的结晶反应的问题。

试验例2：调变值

于本试验例中，先使用实时反射率量测设备仪获得实施例7及比较例3的铜硅合金记录层于不同热处理温度下的实时反射率强度，其结果如图3所示。于此，该调变值是经由下列数学式所计算而得：

调变值(%)=[(最高实时反射率强度-最低实时反射率强度)/最高实时反射率强度]×100%

实施例7的铜硅合金记录层的调变值达60%，显示Cu_0.75Si_0.08Cr_0.17记录层已符合单次写入型蓝光光盘的调变值规格(即，超过40%)。

经由实验结果证实，本发明的铜硅合金记录层能取代现有技术的铜/非晶质硅双记录层与铜硅合金/非晶质硅双记录层，以单记录层的方式存在于单次写入型蓝光光盘中，并使其符合单次写入型蓝光光盘的调变值规格，确保单次写入型蓝光光盘具备一定的记录质量。