JPS6191901A - 薄膜保護層 - 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】 技術分野 本発明は薄膜保護Ｍに関し、特にサーマルヘッド等にお
ける薄膜保護層に関する。

従来技術 従来、ファクシミリ、コンピュータ端末、゛ワードプロ
セッサ、記録計等の出力方式の一つ′として用いられて
いる感熱プリンターのサーマルヘッドは、基本的には例
えば第１図のように、磁器等の基板２に蓄熱用のグレー
ズ（ガラス）層３を設け、その表面に抵抗発熱体層４を
形成し、さらにその両端に通電のためのリード層５．６
を設けた上、最上層として、感熱紙との摺接による発熱
体層４やリード層５．６の摩耗、破損を防止するため、
保護層７が設けられる。使用においそ、リード層５．６
間に通電すれば抵抗発熱体層４は発熱してこの熱を保護
層７を介して感熱紙上に与ｔ　、感熱記号を行う。

サーマルヘッドの保護層としては、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、その結果感
熱紙との長期間にわたる摺接及び長期間にわたる発熱に
対して十分にその機能を発揮できるものが要求される。

このような厳しい条件下に使用される保ｍＪＮ材料とし
ては、従来無定形又は多結晶リン・ホウ素化合物、す／
゛・ホウ素・ケイ素化合物、或いはホウ素・ケイ素化合
物など（特開昭５６−１２０５１．２号）、或いは窒化
ケイ素、酸化タンタル、炭化ケイ素等（特開昭５５−１
１１６８０号）などが提案されているが十分に満足なも
のではない。本発明は特に無定形リン・ホウ素・ケイ素
化合物を用いた耐摩耗保護層の改良に関するものである
。

水出ハ人が先きに提案したリン・ホウ素・ケイ素化合物
は、原子比で表わして、ホウ素１に対してリンが０〜０
．５であり、しかもホウ素に対してケイ素を２倍以下の
量で含むものである。この化合物は従来の他の保護膜よ
りも耐摩耗性や耐熱性がすぐれていると考えられている
。しかし、本発明者の研究によると、発熱体層のパルス
性通電による熱衝撃に対してクラックを生じ易いことが
分った。

発明の目的 本発明は、耐クラツク性の高い簿膜保護層を提供するこ
とを目的とする。本発明は特に苛酷な熱的及び機械的（
摩耗性）条件下で使用できる、耐熱性、耐摩耗性の高い
薄膜保護層を提供することを目的とする。

発明の概要 本発明は、原子比で表わして、ホウ素１に対して、リン
含有量が０〜０．５、ケイ素含有景が２倍より多く７倍
より少い（好ましくは５まで）ホウ素・リン・ケイ素化
合物より成る薄膜保護層である。

本発明の薄膜保護層は、すぐれた耐熱性とすぐれた耐摩
耗性とすぐれた耐クラツク性を有する。

本発明の保護層と特開昭５６−１２０５１２号公報に記
載されたホウ素・リン・ケイ素保護層との大きなちがい
はケイ素の含有率のみである。しかし、同公報には、ケ
イ素が２より大きい場合には保護層特性が劣化して使用
できないと記載されている。同公報の実施例によるとホ
ウ素・ケイ素化合物ではケイ素がホウ素に対して２以上
になるとクラックが発生すること（サンプルＥ）、また
ホウ素・リン・ケイ素化合物ではケイ素がホウ素に対し
て２以上になると逆に導電性が高くなりリークを生じた
り（サンプルＮ）、逆にクラックが発生したりしくサン
プルＭ）、安定性を著しく欠いた結果が示されている。

しかしながら、本発明によるとこのような事実はなく、
耐熱性及び耐摩耗性のすぐれた保護層を提供できた。

本発明の他の利点はケイ素の量が従来よりも多量にでき
たために、高価なホウ素の使用量を減じることができる
点ｌある。

本発明の薄膜保護層は通常は無定形であり、場合によっ
ては多結晶体をとるものである。また、その層厚は１１
〜１０μｍ粒度に下地デバイス上に保護層として形成さ
れるものである。

このような本発明の薄膜保護層をサーマルヘッド等の所
定の下地デバイス上に形成するには、通常、気相成長法
（ＣＶＤ）、或いはスパッタリングを用いれば良い。好
ましい方法は気相成長法である。

本発明の保護層はホウ素・リン・ケイ素化合物より成り
、その原子比が１−二〇〜０．５　：　２．１〜７（好
ましくは２１〜５）であることはすでに述べた。リンが
原子比０．５を超えると保護層が脆くなりクラックの原
因となる。一方、ケイ素の量が２以下であると同様に熱
応力によるクラックの発生の原因となる。一般にケイ素
の量が多いほどじん性が高まり耐クラツク性が高くなる
。ケイ素の量が多くなると硬度が減じて摩耗量が増大す
る傾向があるが、感熱転写に必要な最小硬度よりもなお
はるかに大きい硬度を有するからこの面からは全く問題
が生じない。ケイ素の原子比が７倍を超えると、電流リ
ークの問題を生じる。

なお、このような組成を有する薄膜保護膜には、通常他
の添加元素を含ませる必要はｆｒ−いが、場合によって
は必要に応じて１重量％以下の範囲でＧｅ、　Ｓｎ、　
Ｐｂ、　ＡＩ、　Ｚｒ、　Ｎｂ等が含まれても良い。

本発明の薄膜保護層を気相成長法（ＣＶＤ）により製造
する場合は、揮発性物質として、ジポラン（ｆｊ２Ｈ６
）、三塩化ホウ素（ＢＣＩ、　）等をホウ素ソースとし
、ホスフィン（ＰＨ，）　、三塩化リン（）’Ｃ１３）
等ヲリｙソーｘト１−．、又シ’ｙ　ｙ　（５ｉＨ４）
、４塩化ケイ素（Ｓ＋Ｃ１４）等をケイ素ソースとすれ
ばよい。なお、他の添加元素を更に薄膜保護層中に含有
せしめるときには、対応する塩化物、水素化物等をその
ソースとすればよい。一方これら各社発生物質の流量比
は、所定の薄膜組成に応じて、容易に実験から求めるこ
とができる。仙方、用いるキャリヤガスとしては、Ｈ２
、Ｈｅ、Ａｒ　　等を用いることができる。そして、キ
ャリヤガスの流量比、全流量等も、上記同様、実験から
求めることができ、組成に応じた条件を適宜用いればよ
い。

なお、反応温度としては、一般に４００〜１３００℃程
度とすればよい。

これに対し、スパッタリングに従うときは、例えば薄膜
保護層の組成に対応し、各原料粉体を混合し、圧縮成型
し、それをターゲットとして、Ａｒ中にて５　ｍ　Ｔｏ
ｒｒ　　程度の条件１でＲ，Ｆスパッタを行う等、常法
に準じて行えはよい。

このようにして、気相成長法、あるいはスパッタリング
により、熱ヘッド等の所定下地デバイス上には、本発明
の薄膜保護層が形成されることになる。

このようにして形成された薄膜保護層は、その耐摩耗性
が高く、ケイ素を含有しない組成のものと比較して、適
用するデバイスの寿命を格段と向上させる。

特に熱ヘツド用の保護層として用いたときＫは、長期に
亘る苛酷な使用条件下においても良好な保護層性能を発
揮し、熱ヘッドの長期使用に基づく発熱用抵抗体層の抵
抗値劣化等の特性劣化は格段と減少し、熱ヘッドの寿命
が長くなる。

この場合、本発明の薄膜保護層を用いて熱ヘッドを構成
する代表的１例について触れるならば、それは以下のよ
うにして行う。

すなわち、第１図を参照しつつ説明すれば、その基板２
は、アルミナ等のセラミックスを用いればよい。又、基
板２上に設けられるグレーズ層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って設けられ、又その厚
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、ディッ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ＩＰ４４が配置
される。発熱用抵抗体層４としては、様々の方法によっ
て形成した薄膜であってもよいが、その特性上からは、
公知の化学気相成長法に従い形成されたシリコン多結晶
薄膜であることが好ましい。又、この場合、シリコン多
結晶ｌＩｒ膜中には、Ｐ、Ａｓ、Ｂ等の不純物が１ｏｏ
ｚ景％以下程度含まれてもよい。そして、その抵抗は概
ね２×１０−’−５Ｘ１０−５０・α程度であればよい
。更に発熱用抵抗体層４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、例えば千行細粂状とな
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０．１〜５μ＋１１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゛る発熱用抵抗体層
４には、一対のリード層５．６が接続される。リード層
としては、各種高融点金属から、種種の方法に従い薄膜
；きとして形成すればよいが、このうち、ＷまたはＭＯ
あるいはこれらの合金、さらにはこれらのケイ化物等か
ら構成することが好ましい。この場合、リード層に発熱
用抵抗体層の下層に位置してもよいが、通常はその上層
に積層される方が好ましい。又、その厚みは一般に１ｌ
Ｌ５〜２μｍ程度である。

そして、このような積層体の上面のほぼ全域に亘って、
最上層として、本発明の薄膜保護層７が設けられる。

以上、本発明の薄膜保護層を用い、熱ヘッドを構成する
場合の代表的１例について詳述し【きたが、この他、熱
ヘッドを構成するには、種々の機能を発揮する中間層を
設けたり基板２上の発熱部に対応する領域を凸状にした
りする、様々の態様が可能であることはいうまでもない
。又、薄膜保護層を２層以上の重層構成として、それぞ
れの組成を変化させることもできる。

なお、本発明の薄膜保護層は、上述したように耐摩耗性
、耐熱性が高く、このような特質を活かして種々のデバ
イス用保護層としてきわめて良好な特性を発揮し、その
寿命を長いものとする。例えばその耐摩耗性を活かして
、透光性記録紙と摺接させつつ使用する半導体光検出ヘ
ッドの保護１（として用いる等である。

本発明者は、本発明の効果を確認するため種々実験を行
った。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ッドを構成し本発明の効果
を確認した。

先ず、基板２としては、３００Ｘ３００諷、厚さ２ｍの
アルミナを用い、その−面上に８０μｍ厚のグレーズ層
３を形成した。久いで、化学気相成長法に従い、ソース
としてシランとジボラン、キャリヤとしてＨ２を用い、
８５０℃でＢを１ｗｔ％含む１μｍ厚のシリコン多結晶
薄膜を被鬼し、与真食刻法により、間隙３０μｍで、１
００μｍ幅の千行細条状のシリコンからなる発熱用抵抗
体層４を形成した。この後、１５μｍ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１００×２００μｍの
窓が形成されるようにして、Ｗリード層５．６を形成し
た。

次に、このようにして形成した熱ヘツド１下地に本発明
に属する、あるいは比較用の薄膜保護層をその全面に厚
さ１μｍで形成した。キャリヤとしてＨ２を２Ｏ８ＣＭ
、Ｈｅを１１０５Ｃの流量で流し、ソースとして５ＸＢ
２Ｈ６／Ｈ２をｓｏｏｓｃＣＭ、２５％ＰＨ門／馬を１
　ｏｏｓｃｃＭ、２０％ＳｉＨ４／　Ｈ６を４００〜２
０００８ＣＣＭの流量で流し、常圧、７００℃の条件で
ケイ素比率が広く変化する保護膜を成膜した。この条件
はＢｊＰｏｌＳｉｘの膜を生成する条件である。このよ
うにして製造した薄膜保＠膜のマイクロビッカース硬度
及びクラック強度に相当するじん性（Ｋｉｃ　）を測定
したところ第２図に示す結果を得た。

同図から、硬度はケイ素の含有量が増大するにつれて低
下することが分る。しかしサーマルヘッドにおいて紙に
よる摩耗に十分耐える硬度は５００に９／１ｍ２以上あ
れば良いから、１２００ゆ／鱈２以上の硬度が確保でき
る本発明では十分である。一方、じん性に関してはケイ
素が多い程良いことが分るが、ケイ素がホウ素に対して
７倍よりも大きくなると導電性が増してリークを生じる
ので好ましくない。

次に、リン及びケイ素の含有量を変えて往々の保Ｑ　％
’（を製造し、実際にサーマルヘッドを構成して耐クラ
ツク性を試験したところ、表の結果を得た。ただし、試
験は次の方法によった。すなわち、発熱体のドツト密度
はＭ８クラス（８本／　１　ｍ程度）とし、３０ｍの走
行を行った後のクラックを観察した。パルス周期は１０
１ｒＬ秒、パルス印字時間は０．５ｒｒＬ秒、サーマル
よラド消費電力はｌｏｇｉｃ５■±■で１０ｍＡ、印字
電源ピークは８〜１５Ａ０走行線密度は１７本／−、デ
ータ転送速度はｉＭＨｚ／秒であった。なお次表中組成
は１ｊを１とした場合の相対値である。

表 以−ヒのように１本発明によると耐クラツク性の良い、
すぐれた保護膜が提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーマルヘッドの杖念を示す断面図、及びｆｐ
、　２図は本発明の保護膜の特性を示すグラフである。 第２図 ＢＰＡＳＩＸ　　→Ｘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子比で、ホウ素１に対しリン含有量が０〜０．５
   、ケイ素が２倍よりも大きく７倍以下であるホウ素・リ
   ン・ケイ素化合物より成る薄膜保護層。 ２、ケイ素がホウ素１に対して２．１〜５である前記第
   １項記載の薄膜保護層。 ３、サーマルヘッド用である前記第１項記載の薄膜保護
   層。