国外相关业者为了使光碟片超越光学解像极限取得更高的资料记录密度，陆​​续提出各种解决方案，其中又以磁气性超解像法（MSR）最受嘱目，然而MSR只能在光学磁气记录领域获得预期的超解像效果。

由于光碟片本身属于大量行销媒体（mass distribution media），加上高单价的制作成本与操作方法受到局限等因素影响，因此MSR技术并不适用于传统的读写再生型ROM光碟片。有关ROM专用超解像技术的研究，过去始终无法突破高再生稳定性的障碍，最近几年研究人员发现只要改变透明半导体氧化锌（ZnO）的温度，就可以使ZnO膜层的光学定数作可逆变化，如此一来便可以在雷射光束内形成mask，接着再透过超解像效果就能够顺利读取雷射光束绕射极限以下微小的记录符号，进而获得高再生稳定性与超过第1代Blu-ray Disc 两倍以上的线记录密度。

开发经纬

为测试光碟片的特性，因此研究人员使用两种蓝光驱动平台，分别是：

《图一 次世代光盘片的主要构造》

上述第二项驱动平台等同于Blu-ray Disc（BD）的光学读写系统（pick up head system）。 (图一)(a)是上述第一项驱动平台，亦即NA值为0.65光学系统使用的超高记录密度光碟片的断面结构。基本上它是应用RF磁控管溅镀法在PC（Poly Carbonate）材质基板上制作ZnO反射率控制膜层。

测试上为了降低光学收差，因此驱动平台特别设置厚0.5mm的保护镜片（cover glass），在此同时为观察ZnO的解像效果，所以使用PC基板/Al反射膜（厚20nm）构成的参考用光碟片作判定基准。

图一(b)是上述第二项Blu-ray Disc光学系统（以下简称为BD光学系统）使用的超高记录密度光碟片的断面结构，基本上它是在PC基板上制作SiN、Si与ZnO膜层，最上方的保护膜层则是利用UV树脂的回旋涂布（spin coating）技术制作；至于参考用光碟片的构造为PC基板/Al反射膜（厚20nm）/保护层（0.1mm ）。

《图二 波长408nm时的光学定数温度相关性》

(图二)是玻璃基板上的ZnO膜层（200nm）光学定数温度依存性，测试时使用与蓝光（BD）读写头完全相同的408nm波长雷射光。由(图二)可知折射率与消灭系数等各光学定数会随着温度作可逆性改变，换句话说ZnO光学膜层可逆性变化若应用在光碟片，理论上可以获得超解像效果。

由于ZnO的单价非常低廉而且取得容易，制作上传统的RF磁控管溅镀法就能够完成长膜作业。此外ROM光碟片属于使用量极大的消费性产品，废弃物的回收与公害问题，使得ZnO制成的超高容量、超解像效果的次世代ROM光碟片具备极佳的竞争优势。

(图三)是玻璃基板上的ZnO（130nm）/Al（200nm）堆叠膜层（相当于图一(a)的光碟片）的反射率对温度依存性测试结果，根据测试结果显示适当调整ZnO膜层厚度，再利用光学干涉原理就可以获得(图三)的温度变化，如图三所示随着温度的上升反射率则相对降低而且该变化为可逆性。

《图三 反射率的温度相关性》

(图四)是上述图一(a)光碟片超解像再生动作原理，由图可知经过雷射光束照射加热后的ZnO与Al膜层温度profile形状非常近似Gaussians分布，不过实际动作时光碟片是以高速旋转，因此高温部位的中心与雷射光束中心部位高光强度区域不同，而且两者产生明显差异，由于光碟片高温领域的反射率较低，低温领域的反射率则比较高，因此低温领域能够充分发挥高效率的读取开口率的功能，高温领域则展现mask机能，其结果造成实效性读取光束大小受到紧缩，这意味着光学读写头的光学解像极限，可以有效读取更微细的pit size。

《图四 超解像再生动作原理》

超解像光碟片的动作原理

首先使用NA＝0.65光学系统确认ZnO光碟片的超解像效果。图五是上述图一(a)光碟片与参考用（与传统ROM光碟片一样只有Al反射膜层）光碟片利用第一项驱动平台（波长408nm，NA＝0.65）进行CNR（信号噪讯比）的pit长度依存性（互动关系）比较实验获得的结果，根据测试结果显示传统只有Al反射膜层的ROM光碟片，只要追加溅镀ZnO膜层就可以获得超解像效果，至于参考用光碟片由于光学系统的绕射极限为因此CNR为0，相较之下设有ZnO膜层的光碟片，即使绕射极限低于也能够获得的CNR，此时再生雷射的功率为，当再生雷射的功率低于时CNR几乎接近0，CNR的峰值为与CNR变成0时，两者最小pit size比较结果显示，大约可以获得两倍的记录密度。

《图五 ZnO光盘片的CNR pit长度相关性》

基于ROM光碟片实用价值等考虑，上述设有ZnO膜层的高记录密度光碟片（以下简称为ZnO光碟片），必需具备高再生功率感度与高反覆使用再生稳定性等基本特性，因此研究人员再度针对ZnO光碟片进行性能改善，具体方法是在ROM基板表面依序溅镀厚150nm ZnO膜层/厚100nm Si膜层/厚120nm Al膜层，最后再用厚0.5mm玻璃保护片，制成所谓的Zn/Si光碟片。

根据实验结果显示即使绕射极限低于，Zn/Si光碟片也能够获得的CNR，此时再生雷射的功率为，它比上述ZnO光碟片低。

一般认为Zn/Si光碟片的再生功率感度获得有效改善，主要原因是Si膜层发挥吸光效果，使得入射的雷射光束有效被吸收并将热量传至ZnO膜层，迅速达到预期的动作温度进而提升再生功率的感度。

(图六)是Zn/Si光碟片进行反覆再生稳定性测试获得的结果，具体测试方法是针对Zn/Si光碟片连续照射功率为的再生雷射，接着评鉴连续pit列再生时的CNR值，在此同时以的再生功率，测试ZnO光碟片取得相同的CNR值，根据测试结果显示Zn/Si光碟片的再生稳定性比ZnO光碟片高，Zn /Si光碟片经过次的再生仍然维持的CNR，相较之下ZnO光碟片的CNR值却略降一点，主要原因如图二、图三所示，ZnO本身对热变化非常稳定，CNR值略降可能是基板本身的热变形所造成，不过只要追加Si膜层仍然可以获得高再生功率感度与高反覆使用再生稳定性。

《图六 ZnO光盘片与ZnO/Si光盘片的影像再生稳定性》

Blu-rayDisc光碟片的超解像特性

(图七)是利用上述第二项驱动平台（NA＝0.85，波长407nm蓝光雷射，光学绕射极限0.12μm对物镜片），针对ZnO光碟片（以下简称为NA-0.85 ZnO光碟片）与参考用光碟片，进行CNR空间分解能特性测试获得的结果。

此处为提高再生功率感度，因此断热层使用SiN膜层取代传统的Al膜层，主要理由是SiN的热传导率比Al低，从Si生成的热能可以更有效传导至Zn0膜层，此时只需要使用低再生功率雷射，同样可以使Zn0膜层的温度上升。

根据图七的测试结果可知BD光学系统同样可以使NA-0.85 ZnO光碟片获得超解像特性，利用比再生光束解像极限更小的pit size，测试镀有Al膜层参考用光碟片时，它的CNR值几乎是0，相较之下高再生功率时NA-0.85 ZnO光碟片的CNR值则高达，此时解像极限为，这意味着NA-0.85 ZnO光碟片可作两倍记录密度的资料再生，大幅超过目前BD光学系统的再生密度。

《图七 BD读写系统的CNR pit长度相关性》

为探讨Zn0膜层的超解像动作机制，因此研究人员对相当于Zn0膜层能隙（ban​​d gap）波长附近的光学定数变化产生兴趣。(图八)与(图九)分别是光学定数频谱在20℃与30℃时的变化状况，根据上述两图表显示波长附近，蓝光雷射波长的光学定数温度变化较大，红光雷射波长的光学定数温度变化几乎毫无动静，一般认为它与ZnO半导体的物性有关，因为ZnO属于透明状半导体，室温时的能隙大约是，若换算成波长等于是，如果温度上升到200℃时能隙大约是，相当于的波长，因此极易引发波长为蓝光雷射的光学定数温度变化。

《图八 ZnO的光学定数频谱温度变化》

《图九 ZnO的穿透频谱温度变化》

此处为佐证上述推论，因此分别利用波长为的红光雷射，与波长为的蓝光雷射针对ZnO光碟片进行测试，根据(图十)的测试结果显示蓝光雷射可以利用绕射极限以下的pit，获得大约是两倍的再生记录线密度，这与上述图五的测试结果几乎一致；至于红光雷射光学系统，由于绕射极限为0因此完全无法显示超解像特性，换句话说超解像现象的动作起源，基本上是温度造成能隙发生可逆性变化所致，例如波长为的蓝光雷射的光学定数变化量，极易受到能隙的温度变化变大，红光雷射的光学定数变化则接近静止状。

《图十 红光与蓝光雷射光学系统的ZnO光盘片解像效果比较》

接着研究人员使用下列能隙相异的三种透明半导体材料，进行超解像效果确认实验，分别是：

《图十一 各种膜层的穿透频谱温度相关性》

(图十一)是各种能隙相异的透明膜层穿透率与频谱温度依存性，由图可知蓝光雷射在波长附近的穿透率变化量，在膜层亦即吸收端最接近蓝光雷射的膜层穿透率变化量最大。因此研究人员依照上述特性，特别在反射膜层上溅镀制成ROM光碟片，(图十二)是利用蓝光雷射光学系统测试该光碟片的超解像特性获得的结果，根据测试结果显示透明半导体膜层的光学吸收端位置，若未超越再生雷射光的波长范围内，越接近再生波长穿透率的温度变化越大，而且越容易获得更大的超解像效果。

《图十二 各种膜层的解像效果比较》

结论

以上介绍ZnO膜层制成兼具高反覆再生稳定性与超解像特性的ROM光碟片，该光碟片在蓝光雷射读写光学系统环境下具备两倍的线记录密度，利用的pit长度，可以获得的CNR与次高稳定再生性，若使用Blu-ray Disc光学系统，的pit长度可以获得的CNR，相当于传统Blu-ray Disc光碟片单层25GB记录容量的两倍。此外ZnO膜层的光学吸收端波长位置与超解像特性有密切关系，尤其是波长比蓝光雷射更短更接近吸收端波长的膜层，非常适合应用在超解像特性ROM光碟片。

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