JPS6254402A - 薄膜型サ−マルヘツド - 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、この発熱抵抗
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。

従来薄膜発熱抵抗体としては、例えば、特開昭５２−１
４３８４１号公報にある通り、Ｔａ−８ｉ合金等が、耐
熱性に優れている。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
秒の短かい印字パルスにより、記録を行わなければなら
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
、高電力化は、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次の２つの問題を
生じる。１つは、薄膜発熱抵抗体の抵抗値に対して、こ
の薄膜発熱抵抗体に電力を供給する電極の抵抗値が無視
できなくなるため、この電極の長さの差異により、各薄
膜発熱抵抗体の発熱量が異なり、記録パターンに濃度差
を生じたりまた特に、高解像度化した際に、電極におけ
る電力消費が問題になる。これを避けるには、電極の厚
さを極端に大きくすることが考えられるが、このとき構
造上、大きな不都合を生じる。もう１つは、加熱用電源
、スイッチング回路等の駆動系の電流容量を大きくしな
ければならない等の問題が生じる。

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。これらの点から前記Ｔａ−８ｉ　合金を考える
と、ＴＩＬ−８ｉ合金は、耐熱性が比較的安定な領域が
、比抵抗２００〜２６０μΩ−ｃｍ程度と小さく、従っ
て、大きな抵抗値を得ようとすれば、例えばＬ／Ｗ＝２
（Ｌは発熱抵抗体長さ。

Ｗは巾）で、ＳＯＯΩ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ている）には
、膜厚が１００八程度と非常に薄く、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、Ｔａ−８ｉ合金の厚みを大きくし、蛇行
形状等にパターン形成し、前記り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、高解像度化する際
９、この方法は、製造上極めて難しい。

まだ、Ｔａ−３ｉ合金は、短パルス巾駆動時の耐熱性が
尚十分でなく、従ってＴａ　−Ｓｉ合金は、サーマルヘ
ッドに要求される高速化、高耐熱化の点で十分なもので
はなかった。

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
材料であるＴａ−３ｉ合金は、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φ高耐
熱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、高耐熱性を有する薄膜発熱抵
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。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、上記問題点を解決するために、薄膜発熱抵抗
体として、遷移金属硼化物と炭化珪素でなるもの、特に
、遷移金属硼化物を構成する遷移金属が高融点なＺｒ、
Ｏｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ。

Ｔａ、Ｖ、Ｌａのうちから選ばれたものを用いた薄膜型
サーマルヘッドを構成したものである。

作用 上述した構成における高融点遷移金属の硼化物は、融点
が高く硬質でかつ比較的耐酸化性が強い。

しかしながら、この高融点遷移金属硼化物は、これのみ
では、比抵抗が小さい。従って、これに、高温安定性、
化学的安定性を有する炭化珪素を混合して、比抵抗を上
げ、安定化させ、薄膜発熱抵抗体としたもので、これは
、高比抵抗で高温安定性に優れ、高耐熱性に富んでいる
。従って、この薄膜発熱抵抗体を用いることで、高速化
、高耐熱化に適応した薄膜型サーマルヘッドが構成でき
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、遷移金属硼化物と炭化珪素で
なる薄膜発熱抵抗体として、ＺｒＢ２とＳｉＣでなるも
のを用いた。

さて、第１図において、電気絶縁性基板１上にスパッタ
リング等の薄膜形成技術により、ＺｒＢ２とＳｉＣでな
る（以降ＺｒＢ２−８ｉＣと呼ぶ）薄膜発熱抵抗体２を
形成し、この上に前記薄膜発熱抵抗体２に通電するため
の電極３を形成した後、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
保護層４（保護層４は、通常薄膜発熱抵抗体２の酸化防
止と、紙に印字する際の接触摩耗を防ぐだめに存在する
）を形成した構成をとる。

第２図に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Ｚｒ　Ｂ２−　Ｓｉ　Ｇ薄膜発熱抵抗体２
の作成時のスパッタリングターゲットを示す。

１５０φｓｉ、ｃ　ｐ−ゲットＳ上に、ＺｒＢｚ板６を
配置した構成を取る。このとき、ＺｒＢ２板６の数を変
化させ、ＺｒＢ２　、　ＳｉＣのターゲツト面積比を変
化させて、人ｒガス圧１．５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒ、ＲＦ
パワー４ｏｏＷ　、基板温度３００’Ｃ（一定）でＲＦ
スパッタリングを行ない、電気的絶縁性基板１上に薄膜
発熱抵抗体２を形成した。

第３図に、このときのＺｒ　Ｂ２　ターゲット面積比（
横軸）と、比抵抗（ρ）、抵抗温度係数（ＴＯ！（）（
縦軸）の関係を示す。同図で、曲線７，８は、各々基板
温度３０ｏ℃でスパッタリングした直後の膜（＝　ｈｓ
　５ｐｕｔｔθｒ膜）の比抵抗、抵抗温度係数であり、
曲線９．１０は、各々スパッタリング後に別真空中で６
５０’Ｃ（２時間）の真空熱処理を施した後の膜（−ａ
ｎｎｅａｌ膜）の比抵抗と抵抗温度係数である。

これより、Ｚｒ　Ｂ２組成に対する比抵抗、抵抗温度係
数の変化は、比較的緩やかであり、また、３ｏｏ〜８５
０℃の間で、比抵抗、抵抗温度係数は、若干変化する程
度である。このような点から、ＺｒＢ２−３ｉＣ薄膜発
熱抵抗体は、形成温度制御範囲を広く取ることが可能と
考えられ、作成時の制御は、容易と考えられる。これら
は、ＺｒＢ２．ＳｉＣが、各々化合物状態で安定であり
、グレイン成長しにりく、またＺｒＢ２．ＳｉＣ共に酸
化しにくり、特にＳｉＣは、容易に他元素と化合しない
等、化学的安定性が良好である点等によるものと考えら
れる。

ところで、第３図より、比抵抗２０００μΩ−ｃｍで、
抵抗温度係数−２５０ｐｐｍ　／ｄｅｇ　は、従来のＴ
ａ−−３ｉ合金に比して、同様な抵抗温度係数に対し、
１０倍の比抵抗増となっている。

ちなみに、第１図に示す構造としてサーマルヘッドとし
た後、これにパルス巾１　ｍ５ｅｃ　、パルス周期１０
ｍ５ｅｃで連続パルス印加を行い、６Ｘ１０’回パルス
を印加した際に抵抗値変動＋１０係を与える薄膜発熱抵
抗体の単位面積当りの印加電圧（Ｗ〆−）（＝破断電力
と呼ぶ）を、Ｔａ−３ｉ合金。

ＺｒＢ２−３ｉＣ（ｅ　６０　’Ｃ熱処理後）について
下表に示す。

ＺｒＢ２−８１Ｇ　、！：　Ｔａ−３ｉ合金の耐熱性衣
より、耐熱性の面でも、ＺｒＢ２−３ｉＣは、従来のＴ
ａ−５ｉ合金に比して格段に改善されていることは、明
らかである。

また、第４図に抵抗変化特性の一例として、パルス巾１
　ｍ５６Ｑ、パルス周期２０　ｍ５ｅｃ、印加電力６４
Ｗ／―で連続パルス印加した際の抵抗変化率を示す。同
図で、横軸はパルス印加回数、縦軸は抵抗変化率を表わ
す。

曲線１１ば、Ｔａ−５ｉ合金薄膜発熱抵抗体、曲線１２
は、ＺｒＢ２−３ｉＣ薄膜発熱抵抗体の各々抵抗変化特
性を示す。

同図より、従来のＴａ−３ｉ合金薄膜では、比較的早い
パルス回数で、抵抗変化が負方向に急激に変位し、（Ｔ
ａ−３ｉのグレイン成長による）これによる過剰な電力
の投入により、破壊が生じやすくなるのに対し、本発明
のＺｒＢ２−５ｉＣ薄膜では、ＺｒＢ２．ＳｉＣが特に
、Ｂ２Ｏ３の生成に依り酸素の拡散路を封じることによ
り、酸化に対し安定で、まだ、グレイン成長もしにくい
ため、抵抗変化特性が格段に改善される。

このように、Ｚｒ　Ｂ２とＳｉＣで構成される薄膜発熱
抵抗体は、高比抵抗で高温安定性、耐熱性に優れるだめ
、これを用いた薄膜型サーマルヘッドは、高速化、高耐
熱化に容易に対応できる。

尚、本実施例では、遷移金属硼化物として、ＺｒＢ２を
用いたが、これ以外の高融点遷移金属硼化物、例えば、
ＣｒＢ２　、　Ｈｆ’Ｂ２　、ＴｉＢ２　、Ｍｏ２Ｂ５
．Ｗ２Ｂ５．　ＮｂＢ７　。

Ｔ２ＬＢ２　＋　ＶＢ２　＋　Ｌ＋ＬＢ６　’ｌどを用
イテも、これらは、耐酸化性が強く、硬質で高温安定性
を有し、化学的にも安定であるため、これらにＳｉＣを
適切に混合し、薄膜発熱抵抗体を構成することで、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、遷移金属硼化物と炭
化珪素で構成される高比抵抗でかつ熱安定度が高く、耐
熱性に富む薄膜発・熱抵抗体を備えた薄膜型サーマルヘ
ッドであり、これによりサーマルヘッドの高速化、高耐
熱化に容易に対応でき、その工業的価値は、非常に高い
。

【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ソドの基本
構造を示す断面図、第２図〜第４図は、各々本発明の一
実施例としての薄膜発熱抵抗体のスパッタリングターゲ
ット形状の一例を示す平面図ならびに比抵抗と抵抗温度
係数、抵抗変化特性を示す特性図である。 １・・・・・・電気的絶縁性基板、２・・・・・・遷移
金属硼化物と炭化珪素でなる薄膜発熱抵抗体、３・・・
・・・電極、４・・・・・・保護層。 、代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第
１図 第２図 第３図 ＺＦ３２　ＡＡｔｆ（幻 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）遷移金属硼化物と炭化珪素でなる薄膜発熱抵抗体
   を備えたことを特徴とする薄膜型サーマルヘッド。
2. （２）遷移金属硼化物を構成する遷移金属がＺｒ、Ｃｒ
   、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｌａのうち
   より選ばれたもの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。