JPH0647292B2 - 薄膜型サ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱記録印字に用いる薄膜型サーマルヘッドに
関するものである。

従来の技術 一般に、熱印字記録に用いられ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該発熱抵抗体に
電力を供給するための電極を設け、個々の発熱抵抗体に
電力を供給することによりジュール熱を発生させ、これ
により印字記録を行なうものである。

これらに用いる発熱抵抗体としては、薄膜発熱抵抗体が
熱応答性がよく高解像度化ができ耐熱性にも優れ寿命が
長く信頼性が高い等の点で最も優れている。しかしなが
ら、近年のサーマルヘッドの熱印字記録の高速化を実現
させるためには、数ミリ秒の短い印字パルスにより記録
を行なわなければならず、そのためには、薄膜発熱抵抗
体に大電力を投入し４００℃以上もの温度を発生させる
必要がある。加えて、高電力は、薄膜発熱抵抗体の抵抗
値を大きくしない限り必然的に電流が大きくなるため、
高抵抗値を有することが必要となる。

以上の点から薄膜発熱抵抗体としては、高温安定性と、
高抵抗値の実現が可能であることの２つが最低限必要で
ある。

従来は耐熱性を考慮して前記薄膜発熱抵抗体と窒化タン
タルで形成していたが、窒化タンタルは３００〜４００
℃程度で急激に酸化し抵抗値が増大する。通常これを避
けるために前記窒化タンタルの上層に耐酸化防止層を形
成するが、それでも尚長時間駆動時の抵抗変化は大き
く、高温安定性に劣るものであった。また、前記窒化タ
ンタルは比抵抗が２５０μΩ−cm程度と小さく、大きな
抵抗値を得ようとすれば、Ｌ／Ｗ＝２（Ｌは、薄膜発熱
抵抗体のドット長、Ｗはドット幅）で、５００Ωの抵抗
値を得るため（最近の技術の流れでは、これ以上の抵抗
値も要求される）には、膜厚を１００Å程度と非常に薄
くしなければならず、製造時の制御が極めて難しくまた
膜質としても不安定となる。これを避けるためには、窒
化タンタル厚を大きくし蛇行形状等にパターン形成し前
記Ｌ長を増すことにより抵抗値を上げることも可能であ
るが、高解像化する際この方法は製造上極めて難しい。

発明が解決しようとする問題点 上述したように、従来のサーマルヘッドの薄膜発熱抵抗
体を窒化タンタルで形成したものは高温安定性と高抵抗
値の実現とが達成できず、この結果としてサーマルヘッ
ドの高速化、高耐熱化のためには尚十分な特性を有して
いない。かかる点から、本発明はサーマルヘッドの高速
化、高耐熱化のために必要な高温安定性と高抵抗値の実
現とを達成することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 そしてこの目的を達成するために本発明は、導電性を有
する遷移金属炭化物と珪素とをスパッタリングにより絶
縁性基板上に付着させて薄膜発熱抵抗体を形成したもの
である。

作 用 上述した構成における導電性を有する遷移金属炭化物
は、硬質で高融点をもち化学的に安定であるが比抵抗が
必ずしも大きくない。そこで本発明はスパッタリングに
よりこの遷移金属炭化物と珪素を絶縁性基板上に付着さ
せることにより、遷移金属炭化物と珪素を混合させたも
のであり、これにより高比抵抗で高温安定性に優れ高耐
熱性に富んだ薄膜発熱抵抗体を有する薄膜型サーマルヘ
ッドが提供できることとなる。

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。先ず、電気的な絶縁性基板１上に、スパッタ
リングにより、導電性を有する遷移金属炭化物と珪素と
を付着させて薄膜発熱抵抗体２を形成し、次にこの上に
前記薄膜発熱抵抗体に通電するための電極３を形成し、
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、次にこの上に絶縁物、半導体等でなる保護膜４（保
護膜４は、通常、薄膜発熱抵抗体の酸化防止と、紙に印
字する際の接触摩耗を防ぐために存在する）を形成し
た。本実施例では、導電性を有する遷移金属炭化物と珪
素でなる薄膜発熱抵抗体２として、ＴｉＣとＳｉでなる
薄膜発熱抵抗体について述べるものとする。ＴｉＣとＳ
ｉでなる薄膜発熱抵抗体は、スパッタリング技術を用い
て容易に形成することができる。第２図には、スパッタ
リングターゲットの一例として、本実施例で用いたスパ
ッタリングターゲットを示す。１５０mmφＴｉＣターゲ
ット５上に、Ｓｉ板６を各々面積比として１０％、２０
％、３０％、４０％と変えて、Ａｒガスにより１．５×
１０^-2Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー４００Ｗ、基板温度３００
℃で、高周波スパッタリングを行い、電気的絶縁基板１
上にＴｉＣとＳｉでなる薄膜発熱抵抗体を形成した。第
３図には前記方法により得られたＴｉＣとＳｉでなる薄
膜発熱抵抗体の比抵抗と抵抗温度係数を示す。同図で
は、横軸にＳｉターゲット面積比をとり、縦軸に比抵
抗、抵抗温度係数をとっている。また、曲線７、曲線８
は各々基板温度３００℃スパッタリング直後の比抵抗、
抵抗温度係数であり、曲線９、曲線１０は各々スパッタ
リング後、６５０℃２時間の真空熱処理を施した後の比
抵抗、抵抗温度係数である。第３図より明らかな通り、
３００〜６５０℃の間で比抵抗変動は殆んどなく、ま
た、抵抗温度係数の変動も極めて小さく、従ってスパッ
タリング時基板温度制御が極めて容易に作成でき、比抵
抗制御等も容易で工業的価値は、極めて大きいと言え
る。また、比抵抗２０００μΩ−cmで、抵抗温度係数−
２５０ｐｐｍ／ｄｅｇというのは、従来の窒化タンタル
に比して比抵抗で１０倍程度、抵抗温度係数で同程度で
あり、窒化タンタルに比して格段の特性改善になってい
る。ちなみに、第１図に示す通りの構造として、サーマ
ルヘッドとした後、これにパルス幅１ｍ sec，パルス周
期１０ｍ secで連続パルス印加を行い、６×１０⁴回パ
ルスを印加した際に、抵抗値変動＋１０％を与える印加
電力（Ｗ／mm²）（破断電力を呼ぶ）を、ＴｉＣとＳｉ
でなる薄膜発熱抵抗体および、窒化タンタル薄膜発熱抵
抗体について示すと下の表１の通りとなる。

表より、耐熱性の面でもＴｉＣとＳｉでなる薄膜発熱抵
抗体は窒化タンタルに比して格段に改善されていること
は明らかである。

このようにＴｉＣとＳｉで構成される薄膜発熱抵抗体
は、高比抵抗で高温安定性に優れ耐熱性に富んでおり、
これに用いた薄膜型サーマルヘッドは高速化，高耐熱化
に適応できる。

尚、本実施例では、導電性を有する遷移金属炭化物を構
成する遷移金属としてチタンを用いたが、チタン以外の
遷移金属例えば、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ムニオブ、タンタル、モリブデン、タングステンのうち
の一種または合金を用いてもこれらの炭化物は硬質で高
温安定性を有し化学的にも安定であり、同様の効果を得
ることができる。

発明の効果 以上述べてきたように本発明は導電性を有する遷移金属
炭化物と珪素とをスパッタリングにより絶縁性基板上に
付着させて薄膜発熱抵抗体を形成したものである。つま
り上記構成における導電性を有する遷移金属炭化物は、
硬質で高融点をもち化学的に安定であるが比抵抗が必ず
しも大きくない。そこで本発明はスパッタリングにより
この遷移金属炭化物と珪素を絶縁性基板上に付着させる
ことにより、遷移金属炭化物と珪素を混合させたもので
あり、これにより高比抵抗で高温安定性に優れ高耐熱性
に富んだ薄膜発熱抵抗体を有する薄膜型サーマルヘッド
が提供できることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における薄膜型サーマルヘッドの基本
構造を示す断面図、第２図，第３図は、本発明の一実施
例としての薄膜発熱抵抗体形成に用いるスパッタリング
ターゲット形状を示す平面図、薄膜発熱抵抗体の比抵抗
と抵抗温度係数を示す特性図である。 ２……本発明における導電性を有する遷移金属炭化物と
珪素からなる薄膜発熱抵抗体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性基板上に形成した薄膜発熱抵抗体に
   通電して発熱させ、感熱記録を行なう薄膜型サーマルヘ
   ッドにおいて、前記薄膜発熱抵抗体は、絶縁性基板上
   に、導電性を有する遷移金属炭化物と珪素をスパッタリ
   ングにより付着させて形成したことを特徴とする薄膜型
   サーマルヘッド。
2. 【請求項２】導電性を有する遷移金属炭化物を構成する
   遷移金属が、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、
   バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングス
   テンのうちから選ばれたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の薄膜型サーマルヘッド。