JPH02248260A - 薄膜型サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱印字記録に用いる薄膜型サーマルヘッド、
特にその薄膜発熱抵抗体に関するものである。

従来の技術 一般に、熱印字記録に用いるサーマルヘッドは、絶縁性
基板上に複数個の発熱抵抗体および発熱抵抗体に電力全
供給するための電極全役け、個４の発熱抵抗体に電力を
供給することにより、ジュル熱全発生させ、印字記録を
行う構成になっている。

これらに用いる発熱抵抗体としては、薄膜発熱１、発明
の名称 薄膜型サーマルヘッド ２、特許請求の範囲 （１）　　下層が遷移金属・炭素・珪素・酸素よジなる
主抵抗体、中間層が珪素・酸化珪素・炭化珪素のいずれ
かの材料層で構成した非抵抗体、上層が前記主抵抗体と
同一材料で構成した副抵抗体　３゜より構成される三層
構造の薄膜発熱抵抗体全備えた薄膜型サーマルヘッド。

（２）　　下層及び上層の遷移金属がチタンである特許
請求の範囲第１項に記載の薄膜型サーマルヘッド。

（３）　　下層及び上層の遷移金属・炭素・珪素・酸素
でなる主抵抗体と副抵抗体が、チタン炭化物と酸化珪素
の混合物である特許請求の範囲第１項に記載の薄膜型サ
ーマルヘッド。

（４）　　下層及び上層が、チタン炭化物と酸化珪素の
混合物でなり、中間層が珪素もＬ（は、酸化珪素でなる
三層構造の薄膜発熱抵抗体を備えた特抵抗体が熱応答性
が良く、高解像度化でき、信頼性が高く、また消費電力
が小さい等の点で優れている。

さらに、近年の熱印字記録の高速化に伴ない、高耐熱で
高比抵抗の薄膜発熱抵抗体が要望されている。サーマル
ヘッドの高速化全実現するためには、サーマルヘッドへ
の通電を数ミリ秒の短かい印字パルスにより記録を実現
することが必要であり、そのためには、薄膜発熱抵抗体
全瞬間的に４００℃以上の温度全発生させても寿命的に
問題のない高耐熱化にする必要がある。さらに、４００
℃以上の温度全発生させるためには、大電力が必要であ
るが、大電力化は、薄膜発熱抵抗体の抵抗値を大キくシ
ない限フ、必然的に電流が大きくなり、サーマルヘッド
の駆動回路の大型化（ＭＳＩチップの大型化）及び電源
の大型化につながり、コストアップの要因となる。

以上の点から、高耐熱で高比抵抗の薄膜発熱抵抗体とし
て特開昭６２−２５５１６０号公報に示す構成の薄膜発
熱抵抗体が用いられている。これは、第４図に示されて
いるような構成のサーマルヘッドである。第４図におい
て、電気的絶縁性基板６１上に、スパッタリング等の薄
膜形成技術により、ＴｉＣ−８ｉＯ２でなる下層発熱体
層６２龜と。

Ｓｉでなる上層バッファ層５２ｂから構成された薄膜発
熱抵抗体６２を形成し、この上に薄膜発熱抵抗体５２に
通電するための電極５３ｉＣｒ膜５３ａとＣｕ膜ｓ３ｂ
で形成し、この上に絶縁物・半導体等でなる保護膜６４
（保護膜６４Ｆｉ通常薄膜発熱抵抗体５２の酸化防止と
紙に印字する際の接触摩耗を防ぐために存在する）を形
成する構成である。以上のように従来の高耐熱で高比抵
抗のサーマルヘッドは、薄膜発熱抵抗体全二層構造とし
、下層発熱体層５２１Ｌは、遷移金属・炭素・珪素・酸
素でなるもの、例えばチタン炭化物と酸化珪素からなる
材料層（以降ＴｉＣ，３ｉ０２　　と略記）を選び、上
層バッファ層ｓ２ｂが、珪素・酸化珪素・炭化珪素・窒
化珪素のいずれかよりなるもの、例えば、Ｓｌでなる構
成とした二層構造の薄膜発熱抵抗体であった。

発明が解決しようとする課題 しかし、この二層構造の薄膜発熱抵抗体は、前述した高
耐熱で高比抵抗の問題点全解決する反面、以下の問題点
を生じるものであった。

第４図に示すように、電極６３と下層発熱体層６２＆は
、バッファ層５２ｂｉ介してコンタクトしているためバ
ッファ層６２ｂである上層のＳｉ層は１００Å以下に制
御してトンネル効果により、電極６３と下層発熱体層５
２１Ｌとのコンタクトを実現するため、上層のＳｉ層厚
の制御性及びバラツキ、あるいは上層Ｓ１の酸化と言っ
た問題により、コンタクト抵抗がパワツキ、ヘッド内及
びヘッド間の抵抗値パブツキ金主じ、印字記録時の濃度
バラツキの原因となっていった。

さらに、バッファ層５２ｂである上層のＳｉ層は、下層
発熱体層６２１Ｌの耐酸化性を向上し、製造プロセスに
おける下層発熱体層６２！Ｌの膜減りを防止して、プロ
セス変動を防止するものであジ。

このために近年用いられている、ヘッド間の抵抗値を均
一化して、電源電圧を一定化する。抵抗値補正技術。（
４）射的にはパルストリミングが用いられている）が採
用できないため、サーマルヘッド間の抵抗値にバラツキ
音生じ、装置へのヘッド組込みあるいは保守時のサーマ
ルヘッド交換に際し、電圧調整が必要となり作業能率低
下の原因となっていた。

かかる点から本発明は、サーマルヘッドの高速化のため
に必要な条件、即ち高抵抗値従って高比抵抗で高温安定
性に優れ、高耐熱性を有し、かつ電極とのコンタクト性
が良好で、かつ抵抗値補正が可能な薄膜発熱抵抗体を備
えた薄膜型サーマルヘッドを提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、薄膜発熱抵抗
体全三層構造とし、下層は遷移金属・炭素・珪素・酸素
でなるもの、特に、チタン炭化物と酸化珪素でなるもの
を主抵抗体とし、中間層は。

珪素・酸化珪素・炭化珪素のいずれかで構成した非抵抗
体とし、上層は前記主抵抗体と同一材料で形成した副抵
抗体とした薄膜発熱抵抗体音用いた構成としたものであ
る。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、薄膜発熱抵抗体全三層構造とし、下層は遷移
金属・炭素・珪素・酸素でなるもの、特にチタン炭化物
と酸化珪素でなる材料層（以降ＴｉＣ−８ｉｎ２と略記
）を主抵抗体とし、中間層は、珪素・酸化珪素・炭化珪
素のいずれかたとえば珪素で構成した非抵抗体とし、上
層は前記主抵抗体と同一材料で形成した副抵抗体とする
ことにより、たとえば、抵抗値の比率を主抵抗体が９０
％、副抵抗体が１０％を分担する膜厚比率で形成した場
合に、主抵抗体のＴｉＣ−８ｉＯ□膜の上層に中間層と
して珪素を形成することにより、主抵抗体（抵抗値の９
０％占有）の耐酸化及びプロセス変動全防止すると共に
、電極とのコンタクト性は、上層のτ１ｃ−８ｉＯ□で
良好なコンタクト性を確保することが可能となり、コン
タクト抵抗のバラツキによる抵抗バラツキ全防止するこ
とができる。

さらに、上層のＴｉＣ−８ｉ０２からなる副抵抗体は、
抵抗値補正技術（パルストリミング）により副抵抗体全
酸化して抵抗値を増大させ、主抵抗体と副抵抗体の抵抗
分担比率である初期の９０％と１０％の比率’ｉ１００
％と０％の比率の間で可変（酸化度合で異なるが完全に
酸化した場合副抵抗体の１０％分、全体抵抗が上昇）す
ることが可能となり、ヘッドの抵抗値の均一化が可能と
なる。

以上の通ジ、下層にＴｉｅ−８ｉ０２．中間層に珪素、
上層にＴｉｅ−８ｉＯ□からなる三層構造の薄膜発熱抵
抗体を用いることにより、コンタクト性が良好で、抵抗
値補正が可能な、高抵抗で、高温安定性・耐酸化性に優
れ、高耐熱性に富んだ薄膜型サーマルヘッドが可能とな
る。

実施例 第１図に本発明における薄膜型サーマルヘッドの基本構
成を示す。本実施例では、下層の主抵抗体としてＴｉＣ
−５ｉＯ□、中間層の非抵抗体としてＳｌ、上層の副抵
抗体としてＴｉＣ−８ｉＯ□からなる三層構造の薄膜抵
抗体音用いている。

第１図において、電気的絶縁性基板１上に、スパッタリ
ング等の薄膜形成技術により、下層はＴｉＣ−８ｉｎ２
でなる主抵抗体２ａ、中間層はＳｌでなる非抵抗体２ｂ
、上層はＴｉｅ−８ｉｎ２でなる副抵抗体２０から構成
された薄膜発熱抵抗体２を形成し、この上に薄膜発熱抵
抗体２に通電するための電極３ｉＣｒ膜３ａとＣｕ膜３
ｂの２層膜で形成した。その後、フォトリソグラフィー
技術により、パターン形成し、この上に絶縁物、半導体
等でなる保護膜４を形成した。尚、主抵抗体２ａと副抵
抗体２ｂとの膜厚比率は９：１とし抵抗値の９０％を主
抵抗体２ａが分担する構成とする。

次に、この実施例における作用を説明する。

第２図は従来の二層構造と本発明の三層構造によるコン
タクト抵抗の特性図である。第２図の横軸は二層構造に
おける上層ｓ２ｂの８１厚、及び三層構造における中間
層２ｂのＳｉ厚を示し、縦軸はコンタクト抵抗を示す。

曲線６は、二層構造の場合、曲線６は、三層構造の場合
である。同図に示すように、三層構造の場合は、Ｓｉ層
厚に対するコンタクト抵抗は、従来の２層構造に比べて
約猶の上昇にすぎなく、コンタクト性が改善されたこと
金示している。このことは、従来の２層構造の薄膜抵抗
体５２が上層バッファ層ｓ２ｂである８１層からなる半
導体物質（Ｓｉｎ２の場合は絶縁物）と電極６３である
Ｏｒ膜５３１Ｌからなる導電性物質とのコンタクトに対
して１本発明の三層構造の薄膜発熱抵抗体が副抵抗体２
ＣであるＴｉｅ／５ｉｎ２からなる抵抗材料（導電性物
質）と電極３であるＯｒ膜３１Ｌからなる導電性物質で
構成することにより、コンタクト抵抗を低減している。

さらに、二層構造、三層構造の薄膜発熱抵抗体の両方と
もスパッタリング等の薄膜形成技術により、６００℃前
後の高温で連続的に各層を順次形成するために、三層構
造の場合は、主抵抗体２ａ及び副抵抗体２ｃの両層の導
電性物質であるＴｉＣが、非抵抗体２ｂであるＳｉ層へ
拡散・析出することによりＳｉ層の実質膜厚が低下して
コンタクト性は良好となる。なお、非抵抗体２ｂの膜厚
は、主抵抗体２ａと副抵抗体２Ｃの両層から。

前述の拡散・析出層がＳｉ層の両面に各３０人程度形成
されることにより、従来より約６０人程度膜厚全厚くす
ることが可能となり、膜厚比で従来よシロ割程度厚くな
り、膜厚の制御性が改善されると共に、非抵抗体２ｂは
、主抵抗体２１Ｌと副抵抗体２ｔ３ｆ形成してサンドイ
ンチ構造としていることより、薄膜発熱抵抗体２の形成
後のプロセスによる酸化が発生せず、コンタクト性が向
上する。

第３図は１本発明の薄膜発熱抵抗体２の抵抗成分である
主抵抗体２！Ｌ、副抵抗体２ｏの材料であるＴｉｅ　／
　ＳｉＯ□＝　ｅ　ｏ　／　４０の組成比の場合の膜厚
と表面抵抗の特性図である。第３図の横軸はＴｉＣ／５
ｉｎ２の膜厚、縦軸は表面抵抗の関係金示す。第３図に
示すように、膜厚と表面抵抗どの関係は、１００Å以上
の膜厚では、直線的に変化することより、薄膜抵抗体の
膜厚が１００Å以上であれば、膜厚を変化させて１種々
の表面抵抗を得ることができることを示している。尚、
表面抵抗ｃｐｓ＞と発熱部の幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）よｐ
抵抗値ＲはＲ＝ρｓＸＬ／Ｗ　でもとまる。また、薄膜
発熱抵抗体２の材料であるＴｉＣ／５ｉｎ２　は、酸化
により表面抵抗は増大する特性金有する。ざらに、非抵
抗体２ｂであるＳｉ層は、従来例に示すバッファ層ｓ２
ｂと同様主抵抗体２１Ｌの酸化防止効果？有する。以上
の、膜厚と表面抵抗の関係、酸化による表面抵抗増大、
Ｓｉ層の酸化防止効果全利用して、第１図に示す薄膜発
熱抵抗体２の副抵抗体２Ｃのみ全抵抗補正技術（パルス
トリミング）により酸化して、薄膜発熱抵抗体２の抵抗
信金補正することが可能となり、サーマルヘッド間の抵
抗値バラツキを補正して、ヘッド間で同一抵抗値にする
ことにより、装置へのヘッド組込み、あるいは保守時の
サーマルヘッド交換に際し、電圧調整が不要となり、作
業能率を向上することができる。

なお、この実施例では、主抵抗体２ａ、副抵抗体２Ｃと
してＴｉＣｊ／１３１０□を用いたが、これ以外の遷移
金属・炭素・珪素・酸素の混合物を用い。

中間層２ｂとしてＳｉの代りに酸化珪素・炭化珪素を用
いても、同様の効果を有する。

発明の効果 以上のように本発明は、薄膜発熱抵抗体全三層構造とし
、下層が遷移金属・炭素・珪素・酸素でなるもの、中間
層が、珪素・酸化珪素・炭化珪素のいずれかで構成した
非抵抗体とし、上層が前記主抵抗体と同一材料で形成し
た副抵抗体とした薄膜発熱抵抗体を用いることにより、
高比抵抗で高温安定性に優れ、高耐熱性を有し、かつ電
極とのコンタクト性が良好で、さらに抵抗値補正が可能
な薄膜発熱抵抗体を備えた薄膜型サーマルヘッドを提供
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる薄膜型サーマルヘッ
ドの基本構成を示した断面図、第２図は従来例と本発明
のコンタクト抵抗を示した特性図。 第３図は膜厚と表面抵抗の特性図、第４図は従来例の断
面図である。 ２ａ・・・・・・主抵抗体、２ｂ・・・・・・中間層、
２ｃ・・・・・・副抵抗体、２・・・・・・薄膜発熱抵
抗体。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１各部１
図 栗　２　図 Ｓム鏝厚＜Ａ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）下層が遷移金属・炭素・珪素・酸素よりなる主抵
   抗体、中間層が珪素・酸化珪素・炭化珪素のいずれかの
   材料層で構成した非抵抗体、上層が前記主抵抗体と同一
   材料で構成した副抵抗体より構成される三層構造の薄膜
   発熱抵抗体を備えた薄膜型サーマルヘッド。
2. （２）下層及び上層の遷移金属がチタンである特許請求
   の範囲第１項に記載の薄膜型サーマルヘッド。
3. （３）下層及び上層の遷移金属・炭素・珪素・酸素でな
   る主抵抗体と副抵抗体が、チタン炭化物と酸化珪素の混
   合物である特許請求の範囲第１項に記載の薄膜型サーマ
   ルヘッド。
4. （４）下層及び上層が、チタン炭化物と酸化珪素の混合
   物でなり、中間層が珪素もしくは、酸化珪素でなる三層
   構造の薄膜発熱抵抗体を備えた特許請求の範囲第１項に
   記載の薄膜型サーマルヘッド。
5. （５）下層及び上層が、チタン炭化物と酸化珪素の混合
   物でなり、中間層が、珪素もしくは酸化珪素でなり、中
   間層膜厚が１６０Å以下である三層構造の薄膜発熱抵抗
   体を備えた特許請求の範囲第１項に記載の薄膜型サーマ
   ルヘッド。