JPS6118322B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6118322B2 JPS6118322B2 JP52147448A JP14744877A JPS6118322B2 JP S6118322 B2 JPS6118322 B2 JP S6118322B2 JP 52147448 A JP52147448 A JP 52147448A JP 14744877 A JP14744877 A JP 14744877A JP S6118322 B2 JPS6118322 B2 JP S6118322B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- high resistivity
- resistivity layer
- heating resistor
- low resistivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Electronic Switches (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はジユール熱を利用して感熱記録紙を安
定に発色させるためのサーマルヘツドへ有効に活
用できるサーマルヘツド用薄膜型発熱抵抗体に関
するものである。
定に発色させるためのサーマルヘツドへ有効に活
用できるサーマルヘツド用薄膜型発熱抵抗体に関
するものである。
感熱記録方式のいくつかの方式のうち、薄膜抵
抗素子で形成する薄膜型サーマルヘツドが微細精
密パターン化が可能、良好な熱分離、小電力化が
可能等の見地から最も重要視されている。
抗素子で形成する薄膜型サーマルヘツドが微細精
密パターン化が可能、良好な熱分離、小電力化が
可能等の見地から最も重要視されている。
このサーマルヘツドに利用される発熱抵抗体と
しては、Ta2N，NiCrおよび本発明等が以前に提
案したSiと金属の合金等が知られている。
しては、Ta2N，NiCrおよび本発明等が以前に提
案したSiと金属の合金等が知られている。
しかし、Ta2N，NiCrまたはSiと金属の合金、
例えばTa―Si合金を例にとると、これらは全て
比抵抗ρが200〜500μΩcmと小さく、また小さな
所に安定領域がある。従つて、抵抗体として所定
の抵抗値（数百Ω）を得る膜厚は、100〜500Aと
非常に薄くしなければならない。このように膜厚
が薄いと、特に大きな印加電圧の高速応答（２ｍ
sec以下）に対して発熱抵抗体層３とこの下にあ
るグレーズ層２との間で熱歪を発生し、発熱抵抗
体層３に亀裂が生じる欠点がある。また、発熱抵
抗体層３の膜厚が薄い場合、その上に設けられる
電極４、保護層５に歪が発生すると、この影響に
よつて発熱抵抗体３がグレーズ層２より剥離する
欠点がある。
例えばTa―Si合金を例にとると、これらは全て
比抵抗ρが200〜500μΩcmと小さく、また小さな
所に安定領域がある。従つて、抵抗体として所定
の抵抗値（数百Ω）を得る膜厚は、100〜500Aと
非常に薄くしなければならない。このように膜厚
が薄いと、特に大きな印加電圧の高速応答（２ｍ
sec以下）に対して発熱抵抗体層３とこの下にあ
るグレーズ層２との間で熱歪を発生し、発熱抵抗
体層３に亀裂が生じる欠点がある。また、発熱抵
抗体層３の膜厚が薄い場合、その上に設けられる
電極４、保護層５に歪が発生すると、この影響に
よつて発熱抵抗体３がグレーズ層２より剥離する
欠点がある。
本発明はこのような欠点を解消し、安定な寿命
特性を有するサーマルヘツド用薄膜型発熱抵抗体
を提供するものである。以下、本発明によるサー
マルヘツド用薄膜型発熱抵抗体としてSiと金属と
の合金、特に金属としてTaを用いたTa―Si合金
薄膜を例にとつて説明する。
特性を有するサーマルヘツド用薄膜型発熱抵抗体
を提供するものである。以下、本発明によるサー
マルヘツド用薄膜型発熱抵抗体としてSiと金属と
の合金、特に金属としてTaを用いたTa―Si合金
薄膜を例にとつて説明する。
第１図に一般的な薄膜型発熱抵抗体を用いたサ
ーマルヘツドを示しており、第１図において１は
セラミツク等の絶縁性基板、２はこの基板１上に
形成したガラス等のグレーズ層、３はこのグレー
ズ層２上に形成した発熱抵抗体層、４はこの発熱
抵抗体層３に通電するための電極、５はこれらの
発熱部を保護する保護層である。
ーマルヘツドを示しており、第１図において１は
セラミツク等の絶縁性基板、２はこの基板１上に
形成したガラス等のグレーズ層、３はこのグレー
ズ層２上に形成した発熱抵抗体層、４はこの発熱
抵抗体層３に通電するための電極、５はこれらの
発熱部を保護する保護層である。
第２図に発熱抵抗体の膜の厚み方向に均一な
Ta―Si膜の比抵抗と、熱処理（525℃の２／
minN2ガス中に１時間）による面積抵抗変動率Δ
ρ／ρｓ％と、熱パルス試験（印加電力密度20W／
mm2で６ｍsecのパルスを50Hzの繰り返し周期で５
分間づつ印加して抵抗変動率ΔＲ／Ro％を測定
する。）のそれぞれの相関を示している。
Ta―Si膜の比抵抗と、熱処理（525℃の２／
minN2ガス中に１時間）による面積抵抗変動率Δ
ρ／ρｓ％と、熱パルス試験（印加電力密度20W／
mm2で６ｍsecのパルスを50Hzの繰り返し周期で５
分間づつ印加して抵抗変動率ΔＲ／Ro％を測定
する。）のそれぞれの相関を示している。
なお、Ta―Si膜の膜厚は、各比抵抗値を得る
ための制御の都合上必ずしも一定ではないが、第
２図に示した領域Ａでは約250Å、領域Ｂ，Ｃで
は約1000Åである。
ための制御の都合上必ずしも一定ではないが、第
２図に示した領域Ａでは約250Å、領域Ｂ，Ｃで
は約1000Åである。
まず、熱処理による面積抵抗変動率Δρ/ρsに
ついて考察すると、比抵抗ρが200〜1000μΩcm
の間では変動が小さく、1000μΩcm以上と200μ
Ωcm以下で急に正の方向に大きくなる。
ついて考察すると、比抵抗ρが200〜1000μΩcm
の間では変動が小さく、1000μΩcm以上と200μ
Ωcm以下で急に正の方向に大きくなる。
なお、比抵抗ρが200μΩcm以下の変動は、Ta
の酸化によるもので、1000μΩcm以上の変動は別
のメカニズム、例えばSiの結晶粗大化によるTa
の電流パルスの減少あるいはTaシリサイド結晶
の促進によるものである。
の酸化によるもので、1000μΩcm以上の変動は別
のメカニズム、例えばSiの結晶粗大化によるTa
の電流パルスの減少あるいはTaシリサイド結晶
の促進によるものである。
一方、熱パルス試験による抵抗変動率ΔＲ／
Roは第２図に示すＡ，Ｂ，Ｃの３領域に分けら
れる。領域ＡはTCR（抵抗温度係数）が正で、
かつ熱パルスによる抵抗変動率が小さい領域であ
り、領域Ｂ，ＣはTCRが負で、そして領域Ｂの
方は熱パルスによるΔＲ／Roが負に大きい領域
を、領域ＣはΔＲ／Roが逆に大きい領域を示
す。
Roは第２図に示すＡ，Ｂ，Ｃの３領域に分けら
れる。領域ＡはTCR（抵抗温度係数）が正で、
かつ熱パルスによる抵抗変動率が小さい領域であ
り、領域Ｂ，ＣはTCRが負で、そして領域Ｂの
方は熱パルスによるΔＲ／Roが負に大きい領域
を、領域ＣはΔＲ／Roが逆に大きい領域を示
す。
第３図に熱パルス試験による実際のプロフアイ
ルを示しているが、この第３図からＡ領域のう
ち、比抵抗ρがほぼ200〜250μΩcmの時には、特
に抵抗変動率ΔＲ／Roが小さく、Ｂ領域、Ｃ領
域ではΔＲ／Roが大きくなる。なお、第３図で
の試験におけるTa―Siの膜厚は、各領域におい
て第２図での試験と同様である。
ルを示しているが、この第３図からＡ領域のう
ち、比抵抗ρがほぼ200〜250μΩcmの時には、特
に抵抗変動率ΔＲ／Roが小さく、Ｂ領域、Ｃ領
域ではΔＲ／Roが大きくなる。なお、第３図で
の試験におけるTa―Siの膜厚は、各領域におい
て第２図での試験と同様である。
しかしながら、比抵抗が200〜250μΩcmと中心
としたＡ領域ではTCRが正でΔＲ／Roが小さい
が、欠点として６ｍsec（50Hz繰り返しパルス）
のパルス幅で25W／mm2（素子面積0.03〜0.045
mm2）の電力を印加した場合には、５分後にΔＲ／
Roが小さいうちにＲ＝∞となる。
としたＡ領域ではTCRが正でΔＲ／Roが小さい
が、欠点として６ｍsec（50Hz繰り返しパルス）
のパルス幅で25W／mm2（素子面積0.03〜0.045
mm2）の電力を印加した場合には、５分後にΔＲ／
Roが小さいうちにＲ＝∞となる。
これは、第４図に示すように、電流方向と直角
に発熱抵抗体層３に亀裂６が生じ、発熱抵抗体層
が破裂されるためである。この原因は絶縁性基板
１上のグレーズ層２と発熱抵抗体層３との熱膨張
係数の不一致による。
に発熱抵抗体層３に亀裂６が生じ、発熱抵抗体層
が破裂されるためである。この原因は絶縁性基板
１上のグレーズ層２と発熱抵抗体層３との熱膨張
係数の不一致による。
このような現象は、Ａ領域のTa―Siに限定さ
れた問題ではなく、0.1μ以下の薄い抵抗体によ
くみられる。例えば、Ａ―Ti―Ｎ，NiCr，
Ta2NもΔＲ／Roの大小があるが、亀裂が生じて
破壊される。
れた問題ではなく、0.1μ以下の薄い抵抗体によ
くみられる。例えば、Ａ―Ti―Ｎ，NiCr，
Ta2NもΔＲ／Roの大小があるが、亀裂が生じて
破壊される。
Ta―Si合金の場合、Ｂ領域のようにTaの粗大
粒子化によりΔＲ／Roが負に大きくなる場合
は、亀裂が生じない。
粒子化によりΔＲ／Roが負に大きくなる場合
は、亀裂が生じない。
すなわち、本発明ではこのような亀裂による素
子破壊を防ぐことにより、耐印加電力性（耐熱パ
ルス性）を大きくするものであり、比抵抗ρが
200〜400μΩcmを中心とするＡ領域の発熱抵抗体
の下面に比抵抗ρが5000μΩcm以上の高比抵抗層
を設けることにより達成するものである。
子破壊を防ぐことにより、耐印加電力性（耐熱パ
ルス性）を大きくするものであり、比抵抗ρが
200〜400μΩcmを中心とするＡ領域の発熱抵抗体
の下面に比抵抗ρが5000μΩcm以上の高比抵抗層
を設けることにより達成するものである。
第５図に本発明の一実施例による発熱抵抗体層
を用いたサーマルヘツドを示している。
を用いたサーマルヘツドを示している。
この第５図に示すものは、グレーズ層２上に形
成した比抵抗ρが5000μΩcm以上の高い比抵抗の
高比抵抗層７ａと、この高比抵抗層７ａ上に形成
した比抵抗ρが200〜400μΩcmの低い比抵抗の低
比抵抗層７ｂと発熱抵抗体層７を構成したもので
ある。
成した比抵抗ρが5000μΩcm以上の高い比抵抗の
高比抵抗層７ａと、この高比抵抗層７ａ上に形成
した比抵抗ρが200〜400μΩcmの低い比抵抗の低
比抵抗層７ｂと発熱抵抗体層７を構成したもので
ある。
発熱抵抗体層７において、電流通過層として有
効であるのは、低比抵抗層７ｂであるが、印加電
力が大きくなり、温度が上昇して500〜600℃とな
り、Ａ領域だけだと第４図に示すような形で破壊
してしまう電力近くになると、新しく設けた高比
抵抗層７ａと低比抵抗層７ｂとの間に反応が生
じ、この中でTaの粗大粒子化が促進し、第３図
のＡ―ＣBまたはＣS―Ａ―ＣB構造のもののよう
に亀裂が生じることなく、ΔＲ／Roがゆるやか
に負の方向に大きくなり、25W／cm2程度の電力で
破壊したものが40W／mm2程度の電力まで破壊しな
くなる。
効であるのは、低比抵抗層７ｂであるが、印加電
力が大きくなり、温度が上昇して500〜600℃とな
り、Ａ領域だけだと第４図に示すような形で破壊
してしまう電力近くになると、新しく設けた高比
抵抗層７ａと低比抵抗層７ｂとの間に反応が生
じ、この中でTaの粗大粒子化が促進し、第３図
のＡ―ＣBまたはＣS―Ａ―ＣB構造のもののよう
に亀裂が生じることなく、ΔＲ／Roがゆるやか
に負の方向に大きくなり、25W／cm2程度の電力で
破壊したものが40W／mm2程度の電力まで破壊しな
くなる。
なお、第３図において、ＣBはグレーズ層２側
の高比抵抗層、ＣSは低比抵抗層上に設けた高比
抵抗層、Ａは低比抵抗層である。
の高比抵抗層、ＣSは低比抵抗層上に設けた高比
抵抗層、Ａは低比抵抗層である。
また、第６図に低比抵抗層７ｂ全面に反応が進
み、亀裂がみられない状態を示しており、８は反
応領域である。
み、亀裂がみられない状態を示しており、８は反
応領域である。
このように反応することにより、グレーズ層２
と発熱抵抗体層７との間に熱膨張的なバツフア層
が形成されたことになり、亀裂が生じないのであ
る。また、高比抵抗層は200Å程度の低比抵抗層
に対して200Åより大で、1000Åまでの厚みとす
ることにより充分な効果を得ることができる。こ
のことは、525℃、１時間の熱処理によつても理
解することができる。すなわち、比抵抗ρがほぼ
200〜250μΩcmのもののみでは、Ｃ〜４％程度の
熱処理による面積抵抗変動率がＡ―ＣB（ＣS―Ａ
―ＣB）構造にすると、−10〜−20％に増大し、
Taの粗大粒子化が促進されることからもわか
る。
と発熱抵抗体層７との間に熱膨張的なバツフア層
が形成されたことになり、亀裂が生じないのであ
る。また、高比抵抗層は200Å程度の低比抵抗層
に対して200Åより大で、1000Åまでの厚みとす
ることにより充分な効果を得ることができる。こ
のことは、525℃、１時間の熱処理によつても理
解することができる。すなわち、比抵抗ρがほぼ
200〜250μΩcmのもののみでは、Ｃ〜４％程度の
熱処理による面積抵抗変動率がＡ―ＣB（ＣS―Ａ
―ＣB）構造にすると、−10〜−20％に増大し、
Taの粗大粒子化が促進されることからもわか
る。
別の考え方で説明すると、低比抵抗層７ｂに高
比抵抗層７ａを重ねることによつて、比抵抗を下
げることなく、実質的に発熱抵抗体層７の膜厚を
大きくすることができ、低比抵抗層７ｂと高比抵
抗層７ａが同じ物質あるいは少くとも一種同じ物
質で構成されているので、低比抵抗層７ｂと高比
抵抗層７ａとの間で熱歪を発生して低比抵抗層７
ｂに亀裂が入ることはない。また、発熱抵抗体層
７が厚くなつたので、電極４、保護層５に歪が発
生しても、発熱抵抗体層７がグレーズ層２より剥
離することはない。また、蒸着によつて層７ａ，
７ｂを形成する場合、層７ａにSiを含む場合、Si
のゲツタ効果により蒸着槽内のガス（O2，H2，
N2）が吸着されるため、次に蒸着される層７ｂに
ガスが吸着されず、純粋な抵抗膜が得られ、熱パ
ルスによる劣化が少ない。
比抵抗層７ａを重ねることによつて、比抵抗を下
げることなく、実質的に発熱抵抗体層７の膜厚を
大きくすることができ、低比抵抗層７ｂと高比抵
抗層７ａが同じ物質あるいは少くとも一種同じ物
質で構成されているので、低比抵抗層７ｂと高比
抵抗層７ａとの間で熱歪を発生して低比抵抗層７
ｂに亀裂が入ることはない。また、発熱抵抗体層
７が厚くなつたので、電極４、保護層５に歪が発
生しても、発熱抵抗体層７がグレーズ層２より剥
離することはない。また、蒸着によつて層７ａ，
７ｂを形成する場合、層７ａにSiを含む場合、Si
のゲツタ効果により蒸着槽内のガス（O2，H2，
N2）が吸着されるため、次に蒸着される層７ｂに
ガスが吸着されず、純粋な抵抗膜が得られ、熱パ
ルスによる劣化が少ない。
さらに、以上の説明では、Ta―Si合金の同一
物質で組成比の違う場合について説明したが、
Taの代りに他の金属を用いても同様な結果を得
ることができる。なお、高比抵抗層は良く知られ
ているようにSiリツチな組成であるため、Taが
他の金属と置きかわつても熱的特性にほとんど変
化を生じない。また、Si―金属系以外でも、低比
抵抗領域の元素が高比抵抗領域の元素中に拡散
し、結晶粗大化を生じるようであれば、基本的に
はどのような組合せでもよい。
物質で組成比の違う場合について説明したが、
Taの代りに他の金属を用いても同様な結果を得
ることができる。なお、高比抵抗層は良く知られ
ているようにSiリツチな組成であるため、Taが
他の金属と置きかわつても熱的特性にほとんど変
化を生じない。また、Si―金属系以外でも、低比
抵抗領域の元素が高比抵抗領域の元素中に拡散
し、結晶粗大化を生じるようであれば、基本的に
はどのような組合せでもよい。
以上のように、本発明は絶縁基板上にグレーズ
層を形成し、このグレーズ層の上に比抵抗が5000
μΩcm以上の高比抵抗を有するSiを主体として構
成された高比抵抗層を形成し、この高比抵抗層の
上に比抵抗が200〜500μΩcm程度の低比抵抗を有
するTa―Siからなり、前記高比抵抗層の熱膨張
係数に近い熱膨張係数を有し、前記高比抵抗層よ
りも厚みが薄い低比抵抗層を形成し、この低比抵
抗層の上に電極を介して保護層を形成したサーマ
ルヘツド用薄膜型発熱抵抗体であり、高比抵抗層
を設けることによつて、低比抵抗層に流れる電流
による発熱によつて低比抵抗層が熱破壊してしま
うことがなく、また、保護層を形成するときに低
比抵抗層に加わる歪力によつて薄膜抵抗体とグレ
ーズ層間に剥離が起ることがない。さらに、真空
容器中で薄膜抵抗体を設ける場合、真空容器中の
残留ガスはすべて高比抵抗層に吸収されるので、
純粋な低比抵抗層が得られるものである。
層を形成し、このグレーズ層の上に比抵抗が5000
μΩcm以上の高比抵抗を有するSiを主体として構
成された高比抵抗層を形成し、この高比抵抗層の
上に比抵抗が200〜500μΩcm程度の低比抵抗を有
するTa―Siからなり、前記高比抵抗層の熱膨張
係数に近い熱膨張係数を有し、前記高比抵抗層よ
りも厚みが薄い低比抵抗層を形成し、この低比抵
抗層の上に電極を介して保護層を形成したサーマ
ルヘツド用薄膜型発熱抵抗体であり、高比抵抗層
を設けることによつて、低比抵抗層に流れる電流
による発熱によつて低比抵抗層が熱破壊してしま
うことがなく、また、保護層を形成するときに低
比抵抗層に加わる歪力によつて薄膜抵抗体とグレ
ーズ層間に剥離が起ることがない。さらに、真空
容器中で薄膜抵抗体を設ける場合、真空容器中の
残留ガスはすべて高比抵抗層に吸収されるので、
純粋な低比抵抗層が得られるものである。
第１図は一般的な薄膜型サーマルヘツドを示す
断面図、第２図はTa―Si合金の比抵抗に対する
熱処理または熱パルス試験による抵抗変動率を示
す特性図、第３図はTa―Si合金の熱パルス試験
結果を示す特性図、第４図は従来のサーマルヘツ
ド用薄膜型発熱抵抗体の破壊状態を示す図、第５
図は本発明によるサーマルヘツド用薄膜型発熱抵
抗体を用いた薄膜型サーマルヘツドを示す断面
図、第６図は本発明によるサーマルヘツド用薄膜
型発熱抵抗体の破壊に近い状態を示す図である。 ７…発熱抵抗体層、７ａ…高比抵抗層、７ｂ…
低比抵抗層。
断面図、第２図はTa―Si合金の比抵抗に対する
熱処理または熱パルス試験による抵抗変動率を示
す特性図、第３図はTa―Si合金の熱パルス試験
結果を示す特性図、第４図は従来のサーマルヘツ
ド用薄膜型発熱抵抗体の破壊状態を示す図、第５
図は本発明によるサーマルヘツド用薄膜型発熱抵
抗体を用いた薄膜型サーマルヘツドを示す断面
図、第６図は本発明によるサーマルヘツド用薄膜
型発熱抵抗体の破壊に近い状態を示す図である。 ７…発熱抵抗体層、７ａ…高比抵抗層、７ｂ…
低比抵抗層。
Claims (1)
- １ 絶縁基板上にグレーズ層を形成し、このグレ
ーズ層の上に比抵抗が5000μΩcm以上の高比抵抗
を有するSiを主体として構成された高比抵抗層を
形成し、この高比抵抗層の上に比抵抗が200〜500
μΩcm程度の低比抵抗を有するTa―Siからな
り、前記高比抵抗層の熱膨張係数に近い熱膨張係
数を有し、前記高比抵抗層よりも厚みが薄い低比
抵抗層を形成し、この低比抵抗層の上に電極を介
して保護層を形成したサーマルヘツド用薄膜型発
熱抵抗体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14744877A JPS5479497A (en) | 1977-12-07 | 1977-12-07 | Thin film heating resistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14744877A JPS5479497A (en) | 1977-12-07 | 1977-12-07 | Thin film heating resistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5479497A JPS5479497A (en) | 1979-06-25 |
| JPS6118322B2 true JPS6118322B2 (ja) | 1986-05-12 |
Family
ID=15430569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14744877A Granted JPS5479497A (en) | 1977-12-07 | 1977-12-07 | Thin film heating resistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5479497A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5995127A (en) * | 1994-09-13 | 1999-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thermal print head and manufacturing method thereof |
-
1977
- 1977-12-07 JP JP14744877A patent/JPS5479497A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5479497A (en) | 1979-06-25 |
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