國外相關業者為了使光碟片超越光學解像極限取得更高的資料記錄密度，陸續提出各種解決方案，其中又以磁氣性超解像法（MSR）最受囑目，然而MSR只能在光學磁氣記錄領域獲得預期的超解像效果。

由於光碟片本身屬於大量行銷媒體（mass distribution media），加上高單價的製作成本與操作方法受到侷限等因素影響，因此MSR技術並不適用於傳統的讀寫再生型ROM光碟片。有關ROM專用超解像技術的研究，過去始終無法突破高再生穩定性的障礙，最近幾年研究人員發現只要改變透明半導體氧化鋅（ZnO）的溫度，就可以使ZnO膜層的光學定數作可逆變化，如此一來便可以在雷射光束內形成mask，接著再透過超解像效果就能夠順利讀取雷射光束繞射極限以下微小的記錄符號，進而獲得高再生穩定性與超過第1代Blu-ray Disc 兩倍以上的線記錄密度。

開發經緯

為測試光碟片的特性，因此研究人員使用兩種藍光驅動平台，分別是：

《圖一　次世代光碟片的主要構造》

上述第二項驅動平台等同於Blu-ray Disc（BD）的光學讀寫系統（pick up head system）。(圖一)(a)是上述第一項驅動平台，亦即NA值為0.65光學系統使用的超高記錄密度光碟片的斷面結構。基本上它是應用RF磁控管濺鍍法在PC（Poly Carbonate）材質基板上製作ZnO反射率控制膜層。

測試上為了降低光學收差，因此驅動平台特別設置厚0.5mm的保護鏡片（cover glass），在此同時為觀察ZnO的解像效果，所以使用PC基板/Al反射膜（厚20nm）構成的參考用光碟片作判定基準。

圖一(b)是上述第二項Blu-ray Disc光學系統（以下簡稱為BD光學系統）使用的超高記錄密度光碟片的斷面結構，基本上它是在PC基板上製作SiN、Si與ZnO膜層，最上方的保護膜層則是利用UV樹脂的迴旋塗佈（spin coating）技術製作；至於參考用光碟片的構造為PC基板/Al反射膜（厚20nm）/保護層（0.1mm）。

《圖二　波長408nm時的光學定數溫度依存性》

(圖二)是玻璃基板上的ZnO膜層（200nm）光學定數溫度依存性，測試時使用與藍光（BD）讀寫頭完全相同的408nm波長雷射光。由(圖二)可知折射率與消滅係數等各光學定數會隨著溫度作可逆性改變，換句話說ZnO光學膜層可逆性變化若應用在光碟片，理論上可以獲得超解像效果。

由於ZnO的單價非常低廉而且取得容易，製作上傳統的RF磁控管濺鍍法就能夠完成長膜作業。此外ROM光碟片屬於使用量極大的消費性產品，廢棄物的回收與公害問題，使得ZnO製成的超高容量、超解像效果的次世代ROM光碟片具備極佳的競爭優勢。

(圖三)是玻璃基板上的ZnO（130nm）/Al（200nm）堆疊膜層（相當於圖一(a)的光碟片）的反射率對溫度依存性測試結果，根據測試結果顯示適當調整ZnO膜層厚度，再利用光學干涉原理就可以獲得(圖三)的溫度變化，如圖三所示隨著溫度的上升反射率則相對降低而且該變化為可逆性。

《圖三　反射率的溫度依存性》

(圖四)是上述圖一(a)光碟片超解像再生動作原理，由圖可知經過雷射光束照射加熱後的ZnO與Al膜層溫度profile形狀非常近似Gaussians分佈，不過實際動作時光碟片是以高速旋轉，因此高溫部位的中心與雷射光束中心部位高光強度區域不同，而且兩者產生明顯差異，由於光碟片高溫領域的反射率較低，低溫領域的反射率則比較高，因此低溫領域能夠充分發揮高效率的讀取開口率的功能，高溫領域則展現mask機能，其結果造成實效性讀取光束大小受到緊縮，這意味著光學讀寫頭的光學解像極限，可以有效讀取更微細的pit size。

《圖四　超解像再生動作原理》

超解像光碟片的動作原理

首先使用NA＝0.65光學系統確認ZnO光碟片的超解像效果。圖五是上述圖一(a)光碟片與參考用（與傳統ROM光碟片一樣只有Al反射膜層）光碟片利用第一項驅動平台（波長408nm，NA＝0.65）進行CNR（信號噪訊比）的pit長度依存性（互動關係）比較實驗獲得的結果，根據測試結果顯示傳統只有Al反射膜層的ROM光碟片，只要追加濺鍍ZnO膜層就可以獲得超解像效果，至於參考用光碟片由於光學系統的繞射極限為因此CNR為0，相較之下設有ZnO膜層的光碟片，即使繞射極限低於也能夠獲得的CNR，此時再生雷射的功率為，當再生雷射的功率低於時CNR幾乎接近0，CNR的峰值為與CNR變成0時，兩者最小pit size比較結果顯示，大約可以獲得兩倍的記錄密度。

《圖五　ZnO光碟片的CNR pit長度依存性》

基於ROM光碟片實用價值等考慮，上述設有ZnO膜層的高記錄密度光碟片（以下簡稱為ZnO光碟片），必需具備高再生功率感度與高反覆使用再生穩定性等基本特性，因此研究人員再度針對ZnO光碟片進行性能改善，具體方法是在ROM基板表面依序濺鍍厚150nm ZnO膜層/厚100nm Si膜層/厚120nm Al膜層，最後再用厚0.5mm玻璃保護片，製成所謂的Zn/Si光碟片。

根據實驗結果顯示即使繞射極限低於，Zn/Si光碟片也能夠獲得的CNR，此時再生雷射的功率為，它比上述ZnO光碟片低。

一般認為Zn/Si光碟片的再生功率感度獲得有效改善，主要原因是Si膜層發揮吸光效果，使得入射的雷射光束有效被吸收並將熱量傳至ZnO膜層，迅速達到預期的動作溫度進而提升再生功率的感度。

(圖六)是Zn/Si光碟片進行反覆再生穩定性測試獲得的結果，具體測試方法是針對Zn/Si光碟片連續照射功率為的再生雷射，接著評鑑連續pit列再生時的CNR值，在此同時以的再生功率，測試ZnO光碟片取得相同的CNR值，根據測試結果顯示Zn/Si光碟片的再生穩定性比ZnO光碟片高，Zn/Si光碟片經過次的再生仍然維持的CNR，相較之下ZnO光碟片的CNR值卻略降一點，主要原因如圖二、圖三所示，ZnO本身對熱變化非常穩定，CNR值略降可能是基板本身的熱變形所造成，不過只要追加Si膜層仍然可以獲得高再生功率感度與高反覆使用再生穩定性。

《圖六　ZnO光碟片與ZnO/Si光碟片的影像再生穩定性》

Blu-rayDisc光碟片的超解像特性

(圖七)是利用上述第二項驅動平台（NA＝0.85，波長407nm藍光雷射，光學繞射極限0.12μm對物鏡片），針對ZnO光碟片（以下簡稱為NA-0.85 ZnO光碟片）與參考用光碟片，進行CNR空間分解能特性測試獲得的結果。

此處為提高再生功率感度，因此斷熱層使用SiN膜層取代傳統的Al膜層，主要理由是SiN的熱傳導率比Al低，從Si生成的熱能可以更有效傳導至Zn0膜層，此時只需要使用低再生功率雷射，同樣可以使Zn0膜層的溫度上升。

根據圖七的測試結果可知BD光學系統同樣可以使NA-0.85 ZnO光碟片獲得超解像特性，利用比再生光束解像極限更小的pit size，測試鍍有Al膜層參考用光碟片時，它的CNR值幾乎是0，相較之下高再生功率時NA-0.85 ZnO光碟片的CNR值則高達，此時解像極限為，這意味著NA-0.85 ZnO光碟片可作兩倍記錄密度的資料再生，大幅超過目前BD光學系統的再生密度。

《圖七　BD讀寫系統的CNR pit長度依存性》

為探討Zn0膜層的超解像動作機制，因此研究人員對相當於Zn0膜層能隙（band gap）波長附近的光學定數變化產生興趣。(圖八)與(圖九)分別是光學定數頻譜在20℃與30℃時的變化狀況，根據上述兩圖表顯示波長附近，藍光雷射波長的光學定數溫度變化較大，紅光雷射波長的光學定數溫度變化幾乎毫無動靜，一般認為它與ZnO半導體的物性有關，因為ZnO屬於透明狀半導體，室溫時的能隙大約是，若換算成波長等於是，如果溫度上升到200℃時能隙大約是，相當於的波長，因此極易引發波長為藍光雷射的光學定數溫度變化。

《圖八　ZnO的光學定數頻譜溫度變化》

《圖九　ZnO的穿透頻譜溫度變化》

此處為佐證上述推論，因此分別利用波長為的紅光雷射，與波長為的藍光雷射針對ZnO光碟片進行測試，根據(圖十)的測試結果顯示藍光雷射可以利用繞射極限以下的pit，獲得大約是兩倍的再生記錄線密度，這與上述圖五的測試結果幾乎一致；至於紅光雷射光學系統，由於繞射極限為0因此完全無法顯示超解像特性，換句話說超解像現象的動作起源，基本上是溫度造成能隙發生可逆性變化所致，例如波長為的藍光雷射的光學定數變化量，極易受到能隙的溫度變化變大，紅光雷射的光學定數變化則接近靜止狀。

《圖十　紅光與藍光雷射光學系統的ZnO光碟片解像效果比較》

接著研究人員使用下列能隙相異的三種透明半導體材料，進行超解像效果確認實驗，分別是：

《圖十一　各種膜層的穿透頻譜溫度依存性》

(圖十一)是各種能隙相異的透明膜層穿透率與頻譜溫度依存性，由圖可知藍光雷射在波長附近的穿透率變化量，在膜層亦即吸收端最接近藍光雷射的膜層穿透率變化量最大。因此研究人員依照上述特性，特別在反射膜層上濺鍍製成ROM光碟片，(圖十二)是利用藍光雷射光學系統測試該光碟片的超解像特性獲得的結果，根據測試結果顯示透明半導體膜層的光學吸收端位置，若未超越再生雷射光的波長範圍內，越接近再生波長穿透率的溫度變化越大，而且越容易獲得更大的超解像效果。

《圖十二　各種膜層的解像效果比較》

結論

以上介紹ZnO膜層製成兼具高反覆再生穩定性與超解像特性的ROM光碟片，該光碟片在藍光雷射讀寫光學系統環境下具備兩倍的線記錄密度，利用的pit長度，可以獲得的CNR與次高穩定再生性，若使用Blu-ray Disc光學系統，的pit長度可以獲得的CNR，相當於傳統Blu-ray Disc光碟片單層25GB記錄容量的兩倍。此外ZnO膜層的光學吸收端波長位置與超解像特性有密切關係，尤其是波長比藍光雷射更短更接近吸收端波長的膜層，非常適合應用在超解像特性ROM光碟片。

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