JPH0551528B2

JPH0551528B2 -

Info

Publication number: JPH0551528B2
Application number: JP59166994A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nagano; Michio Arai
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1984-08-09
Publication date: 1993-08-02
Also published as: JPS6144703A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景技術分野本発明は、耐摩耗層に関する。更に詳しくは、
硬度が高く、耐摩耗性に優れ、耐熱性に優れた耐
摩耗層で、フアクシミリ等に用いる感熱プリンタ
ー用の熱ヘツド等の種々のデバイス用保護層とし
て、そのデバイスの寿命をより長くすることので
きる耐摩耗層に関する。従来技術従来、フアクシミリ、計算機端末装置、印字装
置、記録計等の出力方式の一つとして用いる感熱
プリンター用の熱ヘツドは、例えば第１図に示さ
れるようにして構成されている。すなわち、基体２上には蓄熱用のグレーズ層３
を介し、発熱用抵抗体層４が形成され、一方、こ
の発熱用抵抗体層４には一対のリード層５１，５
３がオーミツクに接続されている。更に、最上層としては、感熱紙との摺接による
発熱用抵抗体層４とリード層５１，５３との摩
耗・破損等を防止するため、耐摩耗層６が配され
る。そして、リード層５１，５３を介して発熱用抵
抗体層４に通電することにより、リード層５１，
５３間の領域の発熱用抵抗体層４を発熱させ、こ
の熱を耐摩耗層６を介してこれに相対的に摺接さ
れる感熱紙上に与え、感熱記録が行われる。このような熱ヘツドにおいて、耐摩耗層６に
は、高い硬度を有し、耐摩耗性にすぐれ、しかも
耐熱性にすぐれ、その結果、長期に亘る感熱紙と
の摺接と繰返し発熱とを行なつても、その機能を
維持し、例えば、発熱抵抗体層の抵抗値劣化等を
招来せず、ヘツドの寿命を保持することが要求さ
れる。そこで、本発明者らは、このような点に鑑み、
先に、熱ヘツド等の耐摩耗層として、Ｂ−Ｐ−Si
薄膜が好ましい旨を提案している（特願昭55−
21950号等）。この先の提案に係る薄膜は、CVD法により形
成され、耐摩耗性、耐熱性のすぐれたものであ
る。しかし、この薄膜もヘツドにおける極めて過酷
な使用条件下においては、その耐摩耗性、耐熱性
とも未だ十分なものではなく、感熱紙との接触走
行下での荷重下における、長期に亘る繰返し発熱
により、例えば、発熱用抵抗体層の抵抗値劣化を
生じ、ついには、ヘツドの寿命を終えるに至り、
その耐摩耗層特性の更なる改良が望まれている。これは、従来のCVD法によつて熱ヘツドの保
護層を下地上に形成するときには、800〜900℃の
高温で堆積されるので、高温での熱ストレスによ
り、使用に従いクラツクが入つたり、抵抗値劣化
を生じるからである。なお、スパツタリングを用いれば、基板加熱温
度を500℃以下の低温とすることができるが、こ
のとき、巣を多く含む構造となり、層の機械的強
度、耐摩耗性が著しく低下する。発明の目的本発明の目的は、Ｂ，Ｐ，Siを含む混合ガスを
プラズマ分解（グロー放電分解）して耐摩耗層を
形成することにより、膜質が均質で、耐摩耗性お
よび耐熱性のよい薄膜を得、熱ヘツド用等の電子
部品の保護層として用いたとき、特にヘツド寿命
がより一層向上する耐摩耗層を提供することにあ
る。すなわち、第１の発明は、ホウ素化合物、リン
化合物およびケイ素化合物を含む混合ガスをプラ
ズマ分解して堆積したホウ素、リンおよびケイ素
を含む耐摩耗層で、熱ヘツドに設けられるもので
ある。また、第２の発明は、ホウ素化合物、リン化合
物およびケイ素化合物を含む混合ガスをプラズマ
分解して堆積したホウ素、リン、ケイ素ならびに
1at％以下の水素および／またはハロゲンを含む
耐摩耗層で、熱ヘツドに設けられるものである。発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について、詳細に説
明する。本発明の耐摩耗層は、Ｂ，ＰおよびSiを含む。この場合、耐摩耗層中のSi含量は、原子比で、
Ｂ１に対して、20以下、特に0.01〜５である。 Si／Ｂが20をこえると、導電性が生じ、絶縁膜
として不適となる。また、Si／Ｂが0.01未満となると、膜の機械的
強度が低下し、耐摩耗性の点で不十分となる。ま
た、内部歪によりクラツクが発生したり、はがれ
たりする。また、Ｐ／Ｂは、原子比で５以下、特に0.001
〜１である。Ｐ／Ｂが５をこえると、機械的強度が低下し、
また使用に従い強度が低下する。また、Ｐ／Ｂが0.001未満となると、膜の機械
的強度が低下し、耐摩耗性の点で不十分となる。
また、内部歪によりクラツクが発生したり、はが
れたりする。このようなＢとＰとSiとに加え、耐摩耗層中に
は、用いるソースに起因して、Ｈおよび／または
ハロゲンが含まれてもよい。ただし、Ｈないしハロゲン量は1at％以下であ
る。これは、1at％をこえると、抵抗が低下して
しまうからである。なお、本発明の耐摩耗層は、以上のように、
Ｂ，Ｐ，Siを必須成分とし、必要に応じＨないし
ハロゲンが含有されるものであるが、場合によつ
ては、概ね全体の１重量％以下の範囲で、更に他
の元素を含有してもよい。このような元素としては、Ge，Sn，Pb，Al，
Zr，Nb等を挙げることができる。このような組成からなる耐摩耗層は、無定形な
いし多結晶形をとる。このように、Ｂ，Ｐ，Siの３成分を必須とし、
上記の組成比からなる薄膜層を後述の条件による
グロー放電分解によつて形成すると、膜質の均質
な機械的強度、耐摩耗性の高い硬質被膜を得るこ
とができる。なお、膜質は用途に従い適宜決定すればよい
が、通常、0.1〜10μm、特に0.5〜10μmである。このようなＢ，Ｐ，Siからなる層を形成するに
は、グロー放電分解（プラズマ分解）法によつて
行う。プラズマ分解は、高周波法によつても、またマ
イクロ波法によつてもよい。高周波法に従うときには、１〜30MHz，100W
〜数KW程度の電力を投入すればよい。また、マイクロ波法に従うときには、1GHz〜
10GHz、100〜500W程度の電力を投入すればよ
い。用いる原料ガスとしては、水素化ホウ素、例え
ば、BH₃，B₂H₆等、ハロゲン化ホウ素、例えば
BCl₃、水素化リン、例えばPH₃、ハロゲン化リ
ン、例えばPCl₃、シラン系ガス、例えばSiH₄、
ハロゲン化シリコン等を用いればよい。そして、キヤリヤーとしては、水素、アルゴ
ン、ヘリウム等、特に水素を用い、原料ガスが所
定の量比となるように、反応系内に流入させれば
よい。耐摩耗層に最適な水素含量を得るには、最適な
原料ガスとキヤリアーガスの種類と流量を実験的
に求めればよい。なお、動作圧力は0.01〜5Torr程度、基体温度
は150〜500℃程度とすればよい。特に好ましくは350〜450℃の基体温度で、形成
された薄膜は膜質が均質であり、硬度が高く耐摩
耗性がよい。また、成膜速度は１〜20Å／sec程度とすれば
よい。このようにして形成された耐摩耗層は、耐摩耗
性、耐熱性が高く、各種デバイス用保護層として
用いたとき、そのデバイスの寿命を格段と向上せ
しめることができる。特に、本発明の耐摩耗層を、熱ヘツド用耐摩耗
層として用いたときには、このような効果は格段
と顕著なものとなり、ヘツドの使用に従い、感熱
紙摺接の際の荷重下での、非常に長期に亘る繰返
し発熱を行うときにも、発熱用抵抗体層の抵抗値
劣化量は格段と減少し、ヘツド寿命は格段と向上
する。このような場合、本発明の耐摩耗層を用いて熱
ヘツドを構成する代表的１例について触れるなら
ば、それは、以下のように行えばよい。すなわち、その基板２はアルミナ等のセラミツ
クス等を用いればよい。また、第１図に示されるように、基板２上に設
けられる蓄熱用のグレーズ層３は、通常のガラス
質から形成すればよい。なお、グレーズ層３は、
通常の場合と同様、基板上のほぼ全域に亘つて設
けられ、その厚さは15〜200μmとすればよく、更
には、ガラス質を含むペーストないしスラリーか
ら、常法に従いスクリーン印刷法、デイツプ法等
により形成すればよい。一方、グレーズ層３上には発熱用抵抗体層４が
第１図に示されるように配置される。発熱用抵抗
体層４としては、種々の方法によつて形成したも
のであつてもよいが、その特性上からは、多結晶
シリコン薄膜であることが好ましい。また、この多結晶シリコン薄膜中には、Ｐ，
As，Ｂ，Sb等の不純物が100重量％程度以下の範
囲で含まれていてもよい。そして、その抵抗は２
×10^-4〜５×10^-3Ω・cm程度とすればよい。更
に、発熱用抵抗体層は基板上に所定の形状で１つ
のみ設けられてもよいが、通常は、例えば平行細
条状となるように、多数分離されて所定の配列で
設けられるものであり、その厚みは0.1〜5μmと
するのが一般的である。この所定の形状と所定の配列を有する発熱抵抗
体層４には、一対のリード層５１，５３が所定間
隔で対向して接続される。リード層としては、各
種高融点金属から、種々の方法に従い薄膜として
形成すればよいが、アルミニウム、金、ニツケ
ル、銅、タンタル、チタン、タングステン、モリ
ブデンあるいはこれらの合金、更にはタングステ
ンシリサイド、モリブデンシリサイド等から構成
することが好ましい。この場合、リード層５１，５３は、発熱抵抗体
層４の上層に位置してもよく、また、その下層に
位置してもよい。また、リード層の厚みは、概ね
0.5〜2μmとすればよい。そして、このような積層体としての熱ヘツド下
地の上面のほぼ全域に亘つて、最上層として、本
発明の耐摩耗層６が設けられる。以上、熱ヘツドを構成する場合の代表的１例に
ついて述べてきたが、この他、熱ヘツドには種々
の介在層を設けたり、図示のように基板の発熱部
に対応する部分を凸状にしたり、種々の態様が可
能であることはいうまでもない。また、耐摩耗層を２層構成とし、上層および下
層の組成を変えたりすることもできる。発明の具体的効果本発明の耐摩耗層は非常に均質な膜であり、耐
摩耗性、耐熱性が格段と高いものである。そのため、本発明の耐摩耗層を有する熱ヘツド
は、長時間にわたつて特性の変化しない耐久性の
良い熱ヘツドを得ることができる。また、熱ヘツドのみならず、このような特性を
活かして種々のデバイス用耐摩耗層として、デバ
イスの寿命を向上せしめることができる。例えば、その耐摩耗性を活かして、透光性記録
紙と摺接せしめつつ使用する半導体光検出ヘツド
の耐摩耗層等としても有用である。本発明者は、本発明の効果を確認するため種々
実験を行つた。以下にその１例を示す。実験例第１図に示されるような熱ヘツドを作成し、本
発明の効果を確認した。先ず、基板２としては、300mm×300mm、厚さ２
mmの98％アルミナを用い、その一面上に80μm厚
のグレーズ層３を形成した。次いで、化学気相成長法に従い、ソースとして
シランとジボラン、キヤリアガスとして水素を用
い、ホウ素を１重量％含む1μm厚の多結晶シリコ
ン薄膜を被着し、写真食刻法により、間隔30μm
で、100μm幅の平行細条状の複数個の多結晶シリ
コン薄膜発熱用抵抗体層４を形成した。この後、この上に1.5μm厚のＷ薄膜を被着し、
やはり写真食刻法により、上記各細条状発熱用抵
抗体層４上において、その中央部に100×230μm
の窓が形成されるようにして、Ｗリード層５１，
５３を形成した。次に、このうに形成した熱ヘツド下地積層体８
種に対し、本発明の、あるいは比較用の耐摩耗層
を、それぞれ1μmの厚さで、その全面に被着し
た。この場合、ヘツドＢ〜Ｇについては、B₂H₆，
PH₃およびSiH₄をソースとして、H₂キヤリヤに
て、400℃の基板温度で、13.56MHz，180W，
1Torrにてグロー放電分解を行い、その際、各ソ
ースの流量比を変更して耐摩耗層形成を行つたも
のである。得られた４種の薄膜をＸ線マイクロアナライザ
ー、オージエ分光分析およびエスカにより組成解
析を行つたところ、下記第１表に示される組成を
有していることが確証された。また、ヘツドＨは、B₂H₆，PH₃およびSiH₄を
ソースとして用い、H₂キヤリアにて、900℃の基
板温度で、ソース流量比を変えて気相成長
（CVD）を行つたものである。このようにして得た８種のヘツドＡ〜Ｈにつ
き、公知の方法に従いダイオードマトリツクスを
構成し、感熱紙を通常の圧力で接触走行させつ
つ、ヘツドの各発熱用抵抗体層にリード層対を介
し、10msecの間隔で、0.5msecのパルス通電を繰
返した。この場合、通電電力は感熱紙の飽和濃度必要量
とした。このような感熱紙走行下でのパルス通電
を２×10⁸回行い、その後の全発熱体層の抵抗値
劣化（％）を測定し、これを平均して第１表に示
される結果を得た。

【表】この場合、本発明を適用したヘツドＤ，Ｅで
は、抵抗値劣化は５％以下である。一方、本発明外の組成の薄膜保護層を用いるヘ
ツドＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇでは10％以上の抵抗値劣化を
示す。また、ヘツドではリーク状態となつてしまう。そして、従来のCVD法（Ｈ）では、やはりリ
ークが生じる。すなわち、本発明の耐摩耗層が熱ヘツドの寿命
向上に大きな効果を発揮することがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、耐摩耗層を熱ヘツドに適用するとき
の、代表的１例を示す一部省略断面図である。１……熱ヘツド、２……基体、３……グレーズ
層、４……発熱用抵抗体層、５１，５３……リー
ド層、６……耐摩耗層。

Claims

【特許請求の範囲】１ホウ素化合物、リン化合物およびケイ素化合
物を含む混合ガスをプラズマ分解して堆積したホ
ウ素、リンおよびケイ素を含む耐摩耗層。２リン／ホウ素の原子比が５以下、ケイ素／ホ
ウ素の原子比が20以下である特許請求の範囲第１
項に記載の耐摩耗層。３熱ヘツドに設けられる特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の耐摩耗層。４ホウ素化合物、リン化合物およびケイ素化合
物を含む混合ガスをプラズマ分解して堆積したホ
ウ素、リン、ケイ素ならびに1at％以下の水素お
よび／またはハロゲンを含む耐摩耗層。５リン／ホウ素の原子比が５以下、ケイ素／ホ
ウ素の原子比が20以下である特許請求の範囲第４
項に記載の耐摩耗層。６熱ヘツドに設けられる特許請求の範囲第４項
または第５項に記載の耐摩耗層。