CN101489793B - Mems汽泡发生器 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS汽泡发生器，其包括用于容纳液体的室和位于该室内的加热器，该加热器用于将液体加热至高于其汽泡成核点的温度以形成汽泡；其中，该加热器由超级合金制成。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS器件，具体涉及在操作过程中使液体汽化产生汽泡的MEMS器件。
背景技术
一些微机械系统(MEMS)器件处理液体或使用液体来操作。在这些含有液体的器件中，其中一类采用电阻加热器将液体加热至液体过热极限，从而形成迅速膨胀的汽泡。汽泡膨胀所产生的脉冲可用作推动液体穿过器件的机制。在热喷墨打印头中就是这种情形，其中每个喷嘴都带有产生汽泡的加热器，以将墨滴喷射到印刷媒介上。鉴于喷墨打印机的广泛应用，本发明将具体参考其在这方面的应用进行描述。但是，应当理解，本发明并不限于喷墨打印头，它还同样适用于采用电阻加热器形成汽泡来推动液体从中穿过的其它器件(例如，一些“芯片上实验室”(Lab-on-chip)器件)。
喷墨打印头中的电阻加热器在非常苛刻的环境下运行。它们必须快速地连续加热和冷却以在可喷射液体中形成气泡，所述可喷射液体通常是过热极限为约300℃的水溶性墨。在这些周期应力的条件下，在热墨、水汽、溶解氧和可能存在的其它腐蚀性物质的存在下，加热器的电阻会升高，并且在氧化和疲劳的共同作用下最终形成断路，并且腐蚀加热器或其保护性氧化物层的机制(化学腐蚀和空蚀)加速上述过程。
为了防止对加热器材料的氧化、腐蚀和空化，喷墨打印机制造商使用通常由Si3N4、SiC和Ta制成的堆叠保护层。在某些现有技术的器件中，保护层相对较厚。例如，授予Anderson等人(转让给Lexmark)的US 6,786,575具有用于～0.1μm厚加热器的0.7μm保护层。
为了在汽泡形成液中产生汽泡，必须将与汽泡形成液接触的保护层表面加热至该液体的过热极限(对水来说为～300℃)。这就需要将整个保护层厚度加热至(或在一些情况下高于)该液体的过热极限。加热该额外体积使器件的效率降低，且明显增加喷射后的余热水平。如果不能在喷嘴的连续喷射之间移除这些额外的热，则喷嘴中的墨就会连续沸腾，致使喷嘴停止以期望的方式喷射墨滴。
现在市场上的打印头的主要冷却机理为热传导，现有的打印头使用大散热器来耗散从打印头芯片上吸收的热量。这种散热器冷却喷嘴中液体的能力受喷嘴和散热器之间的热阻和喷嘴所产生的热通量限制。由于用来加热涂层加热器的保护层所需的额外能量使热通量增大，因此对打印头上的喷嘴密度以及喷嘴的喷射速率造成了更为严重的限制。这进而影响打印分辨率、打印头尺寸、打印速度和制造成本。
发明内容
因此本发明提供一种MEMS汽泡发生器，包括：
用于容纳液体的室；
位于该室中用于与所述液体热接触的加热器；其中，
该加热器由超级合金(superalloy)制成并设置为接收来自辅助驱动电路的启动信号，由此使加热器在启动后将部分液体加热至高于其汽泡成核点的温度以产生汽泡，该汽泡引起穿过液体的压力脉冲。
超级合金可以提供远高于已知热喷墨打印头中所用的常规薄膜加热器(例如钽铝、氮化钽或硼化铪)的高温强度、抗腐蚀性能以及抗氧化性能。它们在热喷墨领域的适用性到目前为止还没有被认识到。超级合金的主要优点在于它们可提供足够高的强度、抗氧化性和抗腐蚀性，以使加热器可在未施加保护涂层的条件下运行，从而从设计上避免耗费能量来加热保护层。因此，减少了形成具有特定脉冲的汽泡所需的输入能量，降低了打印头中的余热水平。大部分的余热可以通过喷射的液滴移除，该操作模式被称为“自冷却”。这种操作模式的主要优点在于其设计不依赖于热传导冷却，因此不需要散热器，并且消除了热传导冷却对喷嘴密度和喷射速率的限制，从而允许提高打印分辨率和打印速度，降低打印头的尺寸和成本。
任选地，所述室具有喷嘴口，以使压力脉冲通过该喷嘴口喷射液滴。
任选地，该室具有用于与液体供给源流体连通的进口，使来自供给源的液体流入室中以替代通过喷嘴口喷射的液滴。
任选地，该加热器通过溅射工艺沉积，以使该超级合金具有纳米结晶显微结构。
任选地，该加热器元件沉积成小于2微米厚的超级合金层。
任选地，该超级合金含有按重量计2％到35％的Cr。
任选地，该超级合金含有按重量计0.1％到8.0％的Al。
任选地，该超级合金含有按重量计1％到17.0％的Mo。
任选地，该超级合金含有按重量计总量为0.25％到8.0％的Nb和/或Ta。
任选地，该超级合金含有按重量计0.1％到5.0％的Ti。
任选地，该超级合金中含有按重量计至多5％的活性金属，该活性金属选自钇、镧和其它稀土元素。
任选地，该超级合金含有按重量计至多60％的Fe。
任选地，该超级合金含有按重量计25％到70％的Ni。
任选地，该超级合金含有按重量计35％到65％的Co。
任选地，该超级合金为MCrAlX，其中M是Ni、Co、Fe中的一种或更多种，其中按重量计M为至少50％，Cr为8％到35％，Al大于零但小于8％，X小于25％，X由零种或更多种其它元素组成，所述其它元素优选包括但不限于Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y、Hf。
任选地，该超级合金包含Ni、Fe、Cr和Al以及由零种或更多种其它元素组成的添加剂，所述其它元素优选包括但不限于Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y或Hf。
任选地，该超级合金选自：
INCONELTM合金600、合金601、合金617、合金625、合金625LCF、合金690、合金693、合金718、合金783、合金X-750、合金725、合金751、合金MA754、合金MA758、合金925，或合金HX；
INCOLOYTM合金330、合金800、合金800H、合金800HT、合金MA956、合金A-286、或合金DS；
NIMONICTM合金75、合金80A、或合金90；
BRIGHTRAY合金B、合金C、合金F、合金S、或合金35；或
FERRY合金或Thermo-Span
合金。
在第二方面中，本发明提供一种用于产生汽泡的MEMS器件，该MEMS器件包含：
用于容纳液体的室；
位于该室中并与所述液体热接触的加热器；其中，
该加热器具有晶粒尺寸小于100纳米的显微结构，并且设置为接收来自辅助驱动电路的启动信号，由此使加热器在启动后将一些液体加热至高于其沸点的温度以产生汽泡，该汽泡引起穿过液体的压力脉冲。
小于100nm的晶粒尺寸(“纳米结晶”显微结构)的益处在于提供良好的材料强度并同时具有高的晶界密度。与具有大得多的晶体和低得多的晶界密度的材料相比，纳米结晶结构为形成保护膜(protective scale)的元素Cr和Al提供了更高的扩散率(更快地形成膜)，并使保护膜在加热器表面上更均匀的生长，从而更为快速而有效地提供保护。所述保护膜更好地附着到纳米结晶结构，从而减少剥落。使用选自钇、镧和其它稀土元素的活性金属添加剂可以进一步提高膜的机械稳定性和附着性。
钝化加热器的氧化物膜的主要优点是它不需要额外的保护涂层。由于没有消耗能量来加热涂层，所以效率得到了提高。因此，形成具有特定脉冲的汽泡所需的输入能量减少，降低了打印头中的余热水平。大部分余热可以通过喷射的液滴移除，该操作模式被称为“自冷却”。这种操作模式的主要优点在于，该设计不依赖于热传导冷却，因此不需要散热器，并且消除了热传导冷却对喷嘴密度和喷射速率的限制，从而提高了打印的分辨率和速度，降低了打印头的尺寸和成本。
任选地，所述室具有喷嘴口，使压力脉冲通过该喷嘴口喷射液滴。
任选地，该室具有用于与液体供给源流体连通的进口，使来自供给源的液体流入室中，以替代通过喷嘴口喷射的液滴。
任选地，所述加热器由溅射工艺沉积的超级合金沉积而成。
任选地，该加热器元件沉积成小于2微米厚的超级合金层。
任选地，该超级合金含有按重量计2％到35％的Cr。
任选地，该超级合金含有按重量计0.1％到8.0％的Al。
任选地，该超级合金含有按重量计1％到17.0％的Mo。
任选地，该超级合金含有按重量计总量为0.25％到8.0％的Nb和/或Ta。
任选地，该超级合金含有按重量计0.1％到5.0％的Ti。
任选地，该超级合金中含有按重量计至多5％的活性金属，该活性金属选自钇、镧和其它稀土元素。
任选地，该超级合金含有按重量计至多60％的Fe。
任选地，该超级合金含有按重量计25％到70％的Ni。
任选地，该超级合金含有按重量计35％到65％的Co。
任选地，该超级合金为MCrAlX，其中M为Ni、Co、Fe中的一种或更多种，其中按重量计M至少为50％、Cr为8％到35％、Al大于零但小于8％、X小于25％，且X由零或更多种其它元素组成，优选包括但不限于Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y、Hf。
任选地，该超级合金包含Ni、Fe、Cr和Al以及由零或更多种其它元素组成的添加剂，该其它元素优选包括但不限于Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y或Hf。
任选地，该超级合金选自：
INCONELTM合金600、合金601、合金617、合金625、合金625LCF、合金690、合金693、合金718、合金783、合金X-750、合金725、合金751、合金MA754、合金MA758、合金925，或合金HX；
INCOLOYTM合金330、合金800、合金800H、合金800HT、合金MA956、合金A-286、或合金DS；
NIMONICTM合金75、合金80A、或合金90；
BRIGHTRAY
合金B、合金C、合金F、合金S或合金35；或
FERRY
合金或Thermo-Span
合金。
附图说明
现在将参照附图，仅以举例的方式描述本发明的优选实施方案，附图中：
图1是具有悬浮加热器元件的打印头单元格的墨室的截面示意图，其中该墨室处于其操作周期中的一个特定阶段；
图2是处于另一操作阶段的图1墨室的截面示意图；
图3是处于又一操作阶段的图1墨室的截面示意图；
图4是处于再一操作阶段的图1墨室的截面示意图；
图5是根据本发明一个实施方案的打印头的单元格截面示意图，显示了一个汽泡的皱缩；
图6是具有底部连接的加热器元件的打印头的单元格墨室的截面示意图，该墨室处于其操作周期中的一个特定阶段；
图7是处于另一操作阶段的图6墨室的截面示意图；
图8是具有顶部连接的加热器元件的打印头的单元格墨室的截面示意图，该墨室处于其操作周期中的一个特定阶段；
图9是处于另一操作阶段的图8墨室的截面示意图；
图10、12、14、15、17、18、20、23、25、27、28、30、32、34和36是本发明悬浮加热器实施方案中的打印头单元格的透视图，其处于打印头生产过程中的各个连续阶段；
图11、13、16、19、21、24、26、28、31、33和35是适用于执行如前述各个图所示的打印头生产阶段的掩模的各个平面示意图；
图37和38分别是部分完成的本发明第二实施方案的截面图和透视图，其中在CMOS上沉积有钝化层；
图39、40和41分别是显示第二实施方案中经过钝化层蚀刻到CMOS最上层的透视图、掩模和剖视图；
图42和43分别是显示第二实施方案的加热器材料沉积的透视图和截面图；
图44、45和46分别是显示第二实施方案的加热器材料的蚀刻成图的透视图、掩模和剖视图；
图47、48和49分别是显示光刻胶层的沉积以及随后用于介电蚀刻前侧墨孔的蚀刻的透视图、掩模和剖视图；
图50和51分别是显示蚀刻到晶片中用于形成前侧墨孔的介电蚀刻的透视图和剖视图；
图52和53分别是显示新光刻胶层沉积的透视图和剖面图；
图54、55和56分别是显示光刻胶层成图的透视图、掩模和剖视图；
图57和58分别是显示顶层沉积的透视图和剖视图；
图59、60和61分别是显示从喷嘴边缘蚀刻到顶层的蚀刻的透视图、掩模和剖视图；
图62、63和64分别是显示喷嘴口蚀刻的透视图、掩模和剖视图；
图65和66分别是显示保护性光刻胶外层的沉积的透视图和剖视图；
图67和68分别是显示晶片后侧蚀刻的透视图和剖视图；
图69是显示除去残余光刻胶的剥离蚀刻(release etch)的剖视图；
图70是第二实施方案的完整单元格的平面图；以及
图71是Weibull图，其显示了与TiAlN加热器相比具有纳米结晶结构的InconelTM718加热器元件的可靠度。
发明详述
在以下的描述中，在不同附图中使用的对应附图标记或对应附图标记前缀(即在一个点标记前出现的附图标记部分)涉及对应部件。有对应前缀和不同后缀的附图标记表示不同的具体实施方案中的对应部件。
发明综述和操作概述
参考图1至4，根据本发明一个实施方案的打印头单元格1包含其中带有喷嘴3的喷嘴板2和延伸穿过喷嘴板的孔5，其中所述喷嘴具有喷嘴缘4。该喷嘴板2是由氮化硅结构通过等离子体蚀刻得到的，即先采用化学气相沉积(CVD)法将氮化硅结构沉积在牺牲材料上，随后蚀刻该牺牲材料。
对于每个喷嘴3，打印头还包含支撑喷嘴板的侧壁6、由壁和喷嘴板2限定的室7、多层衬底8和穿过该多层衬底并延至其远侧(未示出)的入口通道9。环状的细长加热器元件10悬浮于室7中，使该元件呈悬浮的束状。所示打印头为微机电系统(MEMS)结构，其通过以下更详细描述的光刻工艺制备。
使用打印头时，墨11从储液器(未示出)经入口通道9进入室7，使该室充注至图1所示水平。随后，将加热器元件10加热略少于1微秒(μs)的时间，以使该加热为热脉冲的形式。应当理解，所述加热器元件10与室7中的墨11热接触，使得在加热该元件时导致在墨中产生汽泡12。因此，墨11构成了汽泡形成液。图1显示在热脉冲产生后约1μs时汽泡12的形成，即当该汽泡刚刚在加热器元件10上成核时。应当理解，由于以脉冲的形式施加热，所以产生汽泡12所需的全部能量都将在该短时间内提供。
再来看图35，其示出在以下更为详述的光刻工艺中用于形成打印头加热器14(如图34所示，该加热器包含上述元件10)的掩模13。由于掩模13用于形成加热器14，因而其某些部分的形状与元件10的形状相对应。因此掩模13为识别加热器14的各个部件提供了有用的参考。加热器14具有与掩模13上标记为15.34的部分所对应的电极15，和与掩模上标记为10.34的部分所对应的加热器元件10。操作时，在电极15之间施加电压以产生流过元件10的电流。由于电极15的厚度远大于元件10，因此大部分电阻都是由该元件提供的。这样，在产生上述热脉冲的过程中，在操作加热器14时所消耗的几乎全部能量都经由元件10耗散掉。
当以上述方式加热元件10时，汽泡12沿元件的长度方向形成，在图1所示的截面图中，该汽泡作为四个汽泡部分显示，每一个汽泡部分对应于截面图中显示的每一个元件部分。
汽泡12一经产生就增加室7内的压力，进而使墨11的液滴16通过喷嘴3喷射出去。边缘4有助于在喷射液滴16时引导液滴16的方向，以使液滴方向偏离的几率最小。
每个入口通道9只有一个喷嘴3和一个室7的原因是为了在加热元件10和形成汽泡12时，室内产生的压力波不影响相邻的室及其相应的喷嘴。但是，只要在室之间设置了压力脉冲扩散结构，经单个入口通道向若干室内输送墨也是可以的。图37至70所示的实施方案中就引入了这些用于将干扰降至可接受水平的结构。
加热器元件10悬浮而不嵌入任何固体材料中的优点将在下文论述。但是，将加热器元件接合至室的内表面上也是有优点的。这些将结合图6至9在下文中论述。
图2和3显示单元格1处于打印头操作的两个连续的靠后阶段。可以看出，汽泡12进一步发展并生长，致使墨11前进穿过喷嘴3。如图3所示，在汽泡12生长时，其形状取决于墨11的惯性动力学和表面张力的共同作用。表面张力倾向于使汽泡12的表面积最小化，因此当一定量的液体蒸发后，该汽泡基本成为盘状。
室7内压力的增加不仅将墨11向外推动而穿过喷嘴3，而且还将部分墨向后推动而穿过入口通道9。然而，入口通道9长约200到300微米，而直径仅为约16微米。因此，存在限制回流的大的惯性和粘滞阻力。结果，室7内压力升高的主要作用是迫使墨穿过喷嘴3形成喷射液滴16，而不是向后穿过入口通道9。
再来看图4，所示打印头处于又一连续的操作阶段，其中显示喷射出的墨滴16处于其脱落前的“成颈阶段”。在该阶段，汽泡12已经达到其最大尺寸并开始朝向皱缩点17皱缩，如图5更为详细示出的。
汽泡12朝向皱缩点17的皱缩将部分墨11从喷嘴3(从液滴的侧面18)内朝皱缩点牵引，并且将部分墨从入口通道9朝皱缩点牵引。以该方式牵引的墨11大部分从喷嘴3牵引，从而在液滴16脱落前在其底部形成环形颈19。
为了脱落，液体16需要一定量的动量来克服表面张力的作用。由于墨11是通过汽泡12的皱缩从喷嘴3中牵引的，所以颈19的直径减小，由此降低保持液滴的总的表面张力，因此，当液滴从喷嘴喷射出去时，液滴的动量足以使液滴脱落。
当液滴16脱落时，随着汽泡12朝皱缩点17皱缩，产生了如箭头20所示的空化力(cavitation force)。应当注意，在可能受到空化作用影响的皱缩点17附近没有固体表面。
悬浮加热器元件实施方案的制造方法
现在将参照图10～33描述根据本发明实施方案的打印头的制造方法的相关部分。
参照图10，所示为处于其生产过程中间阶段的硅衬底部分21的截面，该硅衬底部分21为MemjetTM打印头的一部分。该图与对应于单元格1的打印头部分相关。以下对制造方法的描述将与单元格1相关，但是应当理解，该方法同样适用于构成整个打印头的多个相邻单元格。
图10显示了制造方法中完成标准CMOS制造过程以及标准CMOS互连层23和钝化层24之后的下一个连续阶段，所述标准CMOS制造过程包括制造衬底部分21的区域22中的CMOS驱动晶体管(未示出)。虚线25所示的引线将晶体管和其它驱动电路(均未示出)以及与喷嘴对应的加热器元件电互连。
在互连层23的金属化中形成保护环26，以防止墨11从27所示的区域(该处将形成单元格1的喷嘴)扩散并穿过衬底部分21到达包含引线25的区域，进而腐蚀设置在区域22中的CMOS电路。
完成所述CMOS制造工艺之后的第一个步骤是蚀刻部分钝化层24以形成钝化凹槽29。
图12显示在蚀刻互连层23之后形成开口30的制造阶段，该开口30将构成通向室的墨入口通道，其将在后续步骤中形成。
图14显示在将形成喷嘴3的位置处蚀刻衬底部分21中的孔31之后的制造阶段。在随后的制造过程中，将从衬底部分21的另一侧(未显示)蚀刻另一个孔(虚线32所示)以与孔31连接起来，从而完成通向室的入口通道。因此，不必从衬底部分21的另一侧一直蚀刻孔32至互连层23的水平面。
相反，如果一直蚀刻孔32至互连层23，则为了避免孔32的蚀刻损坏区域22中的晶体管，必须在距离该区域更远处蚀刻孔32，以为蚀刻误差保留合适的裕量(箭头34所示)。但是从衬底部分21的顶部蚀刻孔31以及由此缩短的孔32深度意味着所需要保留的裕量34减小，并且可以由此获得基本上更高的喷嘴堆积密度。
图15显示在层24上沉积4微米厚的牺牲光刻胶35之后的制造阶段。该层35填充孔31并形成打印头结构的一部分。然后，该光刻胶35利用特定图案(如图16所示的掩模所代表的)曝光后形成凹陷36和槽37。这用于形成在随后的制造过程中形成加热器元件的电极15的接触。槽37用于在随后的过程中形成限定室7的一部分的喷嘴壁6作准备。
图21显示了在层35上沉积0.5微米厚的加热器材料层38之后的制造阶段，在该实施方案中，所述加热器材料层38是具有氮化铝钛。
图18是加热器层38形成图案和蚀刻形成加热器14之后的制造阶段，该加热器14包括加热器元件10和电极15。
图20显示添加另一个约1微米厚的牺牲光刻胶39之后的制造阶段。
图22显示沉积第二加热器材料层40之后的制造阶段。在一个优选的实施方案中，与第一加热器层38一样，该层40也具有0.5微米厚的氮化铝钛。
图23显示经蚀刻后形成附图标记41所示图案的该第二个加热材料层40。在这个图中，该图案化的层不包括加热器层元件10，因此，在此意义上不具有加热器功能。但是，该加热器材料层确实有助于降低加热器14的电极15的电阻，使得在操作时电极消耗的能量减少，进而使加热器元件10消耗更多的能量并由此具有更高的效率。在图42所示的双加热器实施方案中，相应的层40确实含有加热器14。
图25显示沉积第三牺牲光刻胶42之后的制造阶段。该层的最上层水平面将构成后面形成的喷嘴板2的内表面。这也是喷嘴的喷射孔5的内部范围。该层42的高度必须足以在打印头运行期间在43所示的区域中形成汽泡12。然而，涂层42的高度决定了汽泡为喷射液滴而必须推动的墨的量。据此，本发明的打印头结构设计为使加热器元件比现有技术的打印头更为靠近喷射口。汽泡所推动的墨的量减少。产生足以喷射期望液滴的汽泡将需要较少的能量，由此提高了效率。
图27显示了沉积顶层44之后的制造阶段，该顶层44是将构成喷嘴板2的层。喷嘴板2由仅2微米厚的氮化硅形成，而不是由100微米厚的聚酰亚胺膜形成。
图28显示了形成层44的氮化硅的化学气相沉积(CVD)之后的生产阶段，该层44在标记为45的位置处被部分蚀刻，以形成喷嘴边缘4的外侧部分，该外侧部分标记为4.1。
图30显示氮化硅的CVD之后的生产阶段，该氮化硅已经在46处被一直蚀穿，并且从不再需要CVD氮化硅的47所示的位置处将其除去之后完全形成喷嘴边缘4和喷射孔5。
图32显示施用光刻胶保护层48之后的制造阶段。在这个阶段之后，从衬底部分21的另一侧(未示出)研磨衬底部分21，以将衬底部分的公称厚度从约800微米降至约200微米，然后，如前面预示的那样，蚀刻孔32。孔32被蚀刻至能够与孔31会合的深度。
然后，用氧等离子体除去每个光刻胶35、39、42和48的牺牲光刻胶，形成图34所示的结构，其中壁6和喷嘴板2共同限定室7(部分壁和喷嘴板以剖面图示出)。应当注意，这也可用于移除填充孔31的光刻胶，而使孔31与孔32(未在图34中示出)共同限定从衬底部分21的下侧延伸至喷嘴3的通道，该通道用作通向室7的墨入口通道，一般标记为9。
图36显示打印头，其中喷嘴保护和室壁被除去，以清楚地显示出加热器元件10和电极15的竖直堆叠排列。
接合的加热器元件实施方案
在其它实施方案中，加热器元件接合至室的内壁。将加热器接合至室内的固体表面可以简化蚀刻和沉积制造工艺。但是，到硅衬底的热传导可能降低喷嘴的效率，使其不再是“自冷却的”。因此，在加热器接合到室内固体表面的实施方案中，采取将加热器与衬底热绝缘的步骤是必要的。
提高加热器和衬底之间的热绝缘的一种方法是选用一种热障性能比二氧化硅更好的材料，二氧化硅是传统使用的热障材料，记载于US4,513,298中。申请人已经证实，在选择热障层时需要考虑的相关参数是热积；(ρCk)1/2。散失到接触加热器的固体下层中的能量与该下层的热积成比例，这种比例关系可以通过考虑热扩散的长度尺度和在该长度尺度上吸收的热能导出。根据该比例，可以看出，密度和热导系数较低的热障层会从加热器中吸收较少的能量。本发明的该方面着重于使用具有较低密度和导热系数的材料作为嵌入加热层下方的热障层，从而取代传统的二氧化硅层。具体地，本发明的该方面着重于使用低介电常数的电介质作为热障。
低介电常数的电介质近来被用作铜镶嵌集成电路技术的金属间电介质。当用作金属间电介质时，低介电常数的电介质的低密度和在一些情况下的多孔性有助于降低金属间电介质的介电常数、金属线间的电容和集成电路的RC延迟。在铜镶嵌应用中，低电介质密度的不期望后果是导热性差，其限制了来自芯片的热流。在热障应用中，低导热系数是理想的，因为其限制了从加热器上吸收的能量。
适用于作为热障应用的低介电常数电介质的两个例子是AppliedMaterial的Black DiamondTM和Novellus的CoralTM，它们都是CVD沉积成的SiOCH膜。这些膜的密度比SiO2低(～1340kgm-3对～2200kgm-3)，且导热系数也较低(～0.4Wm-1K-1对～1.46Wm-1K-1)。因此这些材料的热积为约600Jm-2K-1s-1/2，相比SiO2的1495Jm-2K-1s-1/2降低了60％。为了计算用这些材料代替SiO2下层后产生的有益效果，可以使用发明详述中的方程3的模型，该模型显示，当使用SiO2下层时，汽泡成核所需能量的～35％都因为热扩散到底层中而损失掉。因此，材料替换的有益效果为35％的60％，即成核能量降低了21％。本申请人通过比较汽泡在下述加热器上成核所需的能量证实了该有益效果：
1.直接沉积到SiO2上的加热器和
2.直接沉积到Black DiamondTM上的加热器。
以水为试验流体，在一个开放池沸腾结构中频闪观测汽泡的形成，运行结果发现后者的开始汽泡成核所需的能量要少20％。该开放池沸腾超过10亿次启动的时间，成核能量没有任何变化且汽泡也没有劣化，这说明底层在至多～300℃(即水的过热极限)下是热稳定的。实际上，这种底层在至多550℃下也能保持热稳定，如在使用这些膜作为Cu扩散阻挡层的研究中记载的(见“Physical and Barrier Properties ofAmorphous Silicon-Oxycarbide Deposited by PECVD fromOctamethylcycltetrasiloxane”，Journal of The Electrochemical Society，151(2004)by Chiu-Chiu Chiang et.al.)。
将多孔性结构引入电介质可以进一步降低导热系数、热积和汽泡成核所需的能量，如Trikon Technologies，Inc.所完成的，他们采用的是密度为～1040kgm-3且导热系数为～0.16Wm-1K-1的ORIONTM2.2多孔SiOCH膜(见IST 200030043，“Final report on thermal modeling”，来自IST项目“Ultra Low K Dielectrics For Damascene CopperInterconnect Schemes”)。具有～334Jm-2K-1s-1/2热积的这种材料比SiO2底层少吸收78％的能量，由此使汽泡成核所需的能量降低了78×35％＝27％。但是多孔结构的引入可能会影响材料的防潮性能，进而影响热性能，这是因为水的热积是1579Jm-2K-1s-1/2，接近SiO2的热积。在加热器和绝热层之间可以增加一个防潮层，但是该层的热吸收可能会降低整体效率：在一个优选的实施方案中，热障层与加热器底侧直接接触。如果不是直接接触，则热障层与加热层的距离优选不超过1μm，否则几乎没有效果(以SiO2为例，热脉冲在～1μs的时间尺度内热扩散的长度尺度为～1μm)。
在不使用多孔结构的情况下进一步减小导热系数的另一替代方案是采用旋涂电介质，例如Dow Corning的SiLKTM，该电介质的导热系数为0.18Wm-1K-1。旋涂膜也可以制成多孔的，但与CVD膜一样，可能会影响防潮性能。SiLK的热稳定性至多450℃。关于旋涂电介质，需要考虑的一点是它们通常具有大的热膨胀系数(CTEs)。事实上，看起来降低介电常数通常就会增大CTE。这在“A Study of CurrentMultilevel Interconnect Technologies for 90nm Nodes and Beyond，byTakayuki Ohba，Fujitsu magazine，Volume 38-1，paper 3”中已给出了启示。例如，SiLK的CTE为～70ppm.K-1。这可能远大于上层加热器材料的CTE，因此，由于将水基墨加热至其过热极限～300℃可能造成大的应力和分层。另一方面，SiOCH膜具有合适的～10ppm.K-1的低CTE，这在本申请人的装置中与TiAlN加热器材料的CTE相匹配：在本申请人的开放池测试中，在10亿次汽泡成核后也没有观察到加热器的分层。由于在喷墨应用中使用的加热器材料的CTE可能为约～10ppm.K-1，因此，相比旋涂膜而言优选CVD沉积膜。
关于该应用，所关心的最后一点涉及有关热障的横向界定。在US5,861,902中，在热障层沉积后对其进行修饰，使得在加热器下方存在具有低的热扩散系数的区域，同时还存在具有高的热扩散系数的区域。该构造设计用于解决两个相互矛盾的要求：
1.加热器与衬底热绝缘以减少喷射的能量，和
2.打印头芯片通过从其后面向外传热而降温。
在本申请人的设计为自冷却(即芯片所需释放的热量仅仅是喷射的液滴带走的热量)的喷嘴中，这种构造是不必要的。就字面上讲，“自冷却的”或“自冷却”喷嘴可以定义为指喷射可喷射液体的液滴所需的能量小于该液滴可带走的最大热能量的喷嘴，该最大热能量即将与液滴体积相同的可喷射流体从流体进入打印头时的温度加热至可喷射流体的不均相沸点所需的能量。在这种情况下，不管喷嘴密度、喷射速率或存在或不存在传导散热器，打印头芯片的稳态温度将低于可喷射流体的不均相沸点。如果喷嘴是自冷却的，则热量通过喷射液滴从打印头正面除去，而不需要传到芯片的后面。因此不需要使热障层形成图案而将其限制在加热器下方的区域。这就简化了器件的加工。实际上，可以只将CVD SiOCH插入CMOS的顶层钝化层和加热层之间。这将在下文结合图6至9进行描述。
顶部接合和底部接合的加热器元件
图6至9示意性示出两个接合加热器的实施方案；在图6和7中，加热器10接合至室7的底部，而在图8和9中，加热器接合至室的顶部。这些图与图1和2相对应，它们都显示了汽泡12的成核以及早期生长阶段。为简便起见，省略了与显示连续生长和液滴喷射的图3和5相对应的图。
首先看图6和7，其中加热器元件10接合至墨室7底部。在该情况下，在蚀刻钝化凹陷29(最佳显示于图10)之后、蚀刻墨入口孔30和31以及沉积牺牲层35(示于图14和15中)之前，将加热器层38沉积至钝化层24上。这种制造顺序的重置防止加热器材料38沉积到孔30和31内。在这种情况下，加热器层38位于牺牲层35之下。这就使顶层50沉积在牺牲层35上，而不是像在悬浮加热器实施方案中那样沉积在加热器层38上。如果加热器元件10接合在室底部就不需要其它牺牲层，但悬浮加热器实施方案则需要沉积并随后蚀刻第二个牺牲层42，如上文结合图25至35描述的。为了保持打印头的效率，可以在钝化层24上沉积低热积层25，使其位于加热器元件10和衬底8的其余部分之间。材料的热积及其使加热器元件10热绝缘的能力已在前面讨论，并将结合方程3在下文做更详细的论述。然而，实质上，它降低了在热脉冲期间散失到钝化层24中的热损失。
图8和9中显示热器元件10接合至墨室7顶部。关于参照图10至36描述的悬浮加热器制造方法，加热器层38沉积在牺牲层35上方，因此直到加热器层38形成图案和蚀刻之后制造顺序才发生改变。届时，顶层44中会沉积在被蚀刻的加热器层38上方，而不需要插入牺牲层。顶层44可包含低热积层25，以使加热器层38与该低热积层接触，从而降低在热脉冲期间散失到顶部50的热损失。
接合加热器元件的制造方法
图6至9所示的单元格是大致示意性的，在可能的情况下有意与图1至4所示的单元格相对应，以便突出接合加热器元件和悬浮加热器元件之间的区别。图37至70所示的是一个更详细和更复杂的接合加热器实施方案的制备步骤。在这个实施方案中，单元格21有四个喷嘴，四个加热器元件和一个墨入口。这种设计通过从一个墨入口供给多个喷嘴室、采用椭圆形喷嘴口和较薄的加热器元件、交错排列各个喷嘴来提高喷嘴的堆积密度。较高的喷嘴密度提供较高的打印分辨率。
图37和38显示部分完成的单元格1。为简便起见，将从完成晶片8上的标准CMOS制造之时起开始描述。该CMOS互连层23是四个金属层，相互之间存在中间层电介质。最上方的金属层M4层50(虚线所示)已经形成图案而形成由钝化层24覆盖的加热电极接头。M4层实际上由三层组成：TiN、Al/Cu(＞98％Al)层和作为抗反射涂层(ARC)的TiN层。ARC在随后的曝光步骤中阻止光线散射。TiN ARC具有适用于加热器材料的电阻率(如下文所述)。
钝化层可以是沉积在互连层23上的单个二氧化硅层。任选地，所述钝化层24可以是两个二氧化硅层之间的氮化硅层(称作“ONO”叠层)。钝化层24呈平面结构，使其在M4层50上的厚度优选为0.5微米。该钝化层将CMOS层与MEMS结构分开，并且还用作下述墨入口蚀刻的硬掩模。
图39和41显示利用图40所示掩模52蚀刻到钝化层24中的窗54。通常，将光刻胶层(未示出)旋涂到钝化层24上。曝光透明色掩模52-深色区域表示UV光穿过该掩模，并且使光刻胶在正显影液中显影以除去曝光的光刻胶。随后使用氧化物蚀刻器(例如，AppliedMaterials的Centura DPS(去耦等离子体源)蚀刻器)蚀穿钝化层24。蚀刻需要在TiN ARC顶层停止，或蚀刻至部分TiN ARC层中，而不蚀刻到下方的Al/Cu层中。然后用标准CMOS灰化器中的O2等离子体将光刻胶层(未示出)剥除。
图42和43显示0.2微米的加热器材料层56的沉积。合适的加热器材料，例如TiAl、TiAlN以及InconelTM718在说明书的其它部分进行了描述。如图44和46所示，加热器材料56使用图45中的掩模58形成图案。与前述步骤一样，光刻胶层(未示出)通过掩模58曝光并显影。应当理解，掩模58是透明色的掩模，其中的透明色区域表示该处下方的材料暴露于UV光并用显影液除去。然后，蚀刻掉不必要的加热器材料层56，只留下加热器。用O2等离子体将余下的光刻胶再次灰化。
之后，将光刻胶层42再次旋涂到图47所示的晶片8上。图48所示的深色掩模60(深色区域阻挡UV光)使光刻胶曝光，该光刻胶随后被显影并除去以界定钝化层24上的墨入口31的位置。如图49所示，光刻胶42在墨入口31位置的移除暴露出准备好进行介电蚀刻的钝化层24。
图50和51显示介质蚀刻穿过钝化层24和CMOS互连层23并进入底部晶片8。这是采用标准CMOS蚀刻器(例如，Applied MaterialsCentura DPS(去耦等离子体源)蚀刻器)的深反应性离子蚀刻(DRIE)，并进入晶片8中约20到30微米的深度。在所示的实施方案中，前侧墨入口的蚀刻深约25微米。前侧蚀刻的准确度是重要的，这是因为后侧蚀刻(如下所述)必须深到足以到达前侧蚀刻，以形成通向喷嘴室的墨通道。墨入口31前侧蚀刻后，利用O2等离子体(未示出)使光刻胶42灰化。
在除去光刻胶层42之后，将另一个光刻胶层35旋涂至如图52和53所示的晶片上。由于该层将作为后续沉积室顶材料(如下所述)的支架，所以必须小心地控制其厚度。在本实施方案中，光刻胶层35厚8微米(其堵塞墨入口31的地方除外，最佳示于图53)。接下来，根据图55所示的掩模62使光刻胶层35形成图案。该掩模是一个透明色掩模，其中深色区域表示暴露于UV光的区域。曝光的光刻胶被显影并被除去，以使层35按照图54形成图案。图56是形成图案后的光刻胶层35的剖面图。
利用限定室顶和支撑壁的光刻胶35，将诸如氮化硅的顶部材料层沉积到牺牲支架上。在图57和58所示的实施方案中，顶部材料层44为3微米厚(壁与柱状部件处除外)。
图59、60和61显示了喷嘴边缘4的蚀刻。将光刻胶层(未显示)旋涂至顶层44上并在透明色掩模64(深色区域暴露于UV)下方曝光。然后将顶层44蚀刻至2微米深，留下凸起的喷嘴边缘4和气泡出口部66。随后灰化掉残留的光刻胶。
图62、63和64显示穿透顶层44的喷嘴孔蚀刻。将光刻胶层(未示出)再次旋涂至该顶层44上。随后用深色掩模68使其形成图案(暴露透明色区域)，显影除去曝光的光刻胶。然后利用标准CMOS蚀刻器将下方的SiN层蚀刻至下方的光刻胶层35。这形成了喷嘴孔3。气泡出口孔66也在这一步骤中蚀刻形成。同样利用O2等离子体除去残留的光刻胶。
图65和66显示了保护性光刻胶涂层74的应用。这防止在其它操作过程中破坏精细的MEMS结构。同样，支架光刻胶35仍处于适当的位置以便支撑顶层44。
然后翻转晶片8以便可以蚀刻“后侧”70(见图67)。接着用导热胶带等将晶片8的前侧(更具体来讲，光刻胶涂层74)粘到玻璃操作晶片上。应当理解，刚开始时晶片的厚度为约750微米。为了减小该厚度，进而减小在晶片前后两侧之间形成流体连通所需的蚀刻深度，所以研磨晶片背面70直到晶片厚约160微米，随后采用DRIE蚀刻以除去研磨表面中的任何蚀损斑。接着在背面涂覆光刻胶层(未示出)以准备蚀刻通道32。透明色掩模72(图68所示)置于进行曝光和显影的背侧70上。然后光刻胶限定通道32的宽度(在施方案中为约80微米)。随后用DRIE(深反应离子蚀刻)蚀刻通道32，向下蚀刻到阻塞的前侧墨入口31，并且留有裕量。然后用O2等离子体灰化背侧72上的光刻胶，并且再次翻转晶片8以对保护涂层74和支架光刻胶35的进行前侧灰化。图69和70显示了完整的单元格1。图70是平面图，被顶部遮盖的部件都以实线显示以便说明。
使用时，墨从背侧70送入通道32中，并进入前侧入口31中。气泡易于在通向打印头的墨供给线上形成。这是由于除气作用造成的，即溶解的气体从溶液中释放出来并聚集成气泡。如果这些气泡随墨被送进室7，它们会阻碍喷嘴喷射墨。可压缩的气泡吸收通过使汽泡在加热器元件10上成核所产生的压力，由此使压力脉冲不足以将墨从孔3中喷出。由于室7中充满了墨，所以任何夹带的气泡都倾向于沿墨入口31两侧的柱状部件移动，并被推向气泡出口66。气泡出口66的尺寸确定为使墨的表面张力防止墨的渗漏，但夹带的气泡却可以排出。每个加热器元件10都有三个侧面被室壁封住，而其第四个侧面则被另外的柱状部件封住。这些柱状部件将辐射的压力脉冲扩散以将低的室7间干扰。
超级合金加热器
超级合金是一类开发应用于高温条件下的材料。它们通常是基于周期表中的VIIA族元素，主要用于需要高温材料稳定性的应用，例如喷气发动机、电站涡轮等。它们在热喷墨领域的适用性直到现在都没有被认识到。超级合金可以提供远远高于在已知热喷墨打印头中使用的常规薄膜加热器(例如钽铝、氮化钽或硼化铪)的高温强度、抗腐蚀性能和抗氧化性能。超级合金的主要优点是其可以具有足够高的强度、抗氧化和抗腐蚀性能，使加热器可以在未施加保护层的条件下操作，从而从设计上避免消耗能量来加热保护层-如在母案说明书USSN 11/097308中论述的。
实验表明，在一些情况下，超级合金的使用寿命远优于未加保护层的常规薄膜材料。图71是在开放池沸腾中测试的两种不同加热器材料的加热器可靠度的Weibull图(加热器只在开放水池中，即不在喷嘴中启动)。本领域技术人员应当理解，Weibull图是公认的加热器可靠性的度量。该图绘出了失效概率或不可靠度与启动次数对数标尺的关系。应当注意，图71所示的解答(Key)也指出了每种合金的失效次数和中止数据点。例如，解答中Inconel 718下方F＝8是将测试中使用的8个加热器测试到其断路失效点，而S＝1是指测试加热器之一中止，或换言之，当测试中止时它仍在运行。将已知的加热材料TiAlN与超级合金Inconel 718进行了比较。注册商标Inconel的拥有者是Hutington AlloysCanada Ltd(2060Flavelle Boulevard，Mississauga，Ontario L5K 1Z9Canada)。
本申请人之前的研究表明，抗氧化性与加热器的使用寿命密切相关。将Al添加到TiN中制成TiAlN大幅提高加热器的抗氧化性(加热炉处理后通过氧含量的Auger深度剖析测定)，并且还大幅延长了加热器的寿命。Al扩散至加热器的表面并形成氧化物薄膜，该氧化物薄膜具有对氧的进一步渗透而言非常低的扩散系数。正是该氧化物膜钝化了加热器，从而保护加热器免受氧化性或腐蚀性环境的进一步侵害，并使其在没有保护层的情况下运行。溅射Inconel 718也提供这种形式的保护，并且也包含Al，但它还具有另外两个进一步增强抗氧化性的优点，即含有Cr且具有纳米结晶结构。
铬以与作为添加剂的铝类似的方式起作用，即，通过形成氧化铬的保护膜来提供自钝化功能。在材料中联合使用Cr和Al被视为在隔离方面比单独使用其中之一要好，这是因为氧化铝膜的生长比氧化铬膜的生长慢，但最终提供更好的保护。添加Cr是有利的，这是因为氧化铬膜在氧化铝膜生长的时候提供短期保护，从而降低了短期保护所需要的材料中的Al浓度。而降低Al的浓度是有利的，因为用于增强氧化保护的高Al浓度会损害材料的相稳定性。
X射线衍射和电镜研究表明溅射Inconel 718具有晶体显微结构，其晶粒尺寸小于100nm(“纳米结晶”显微结构)。Inconel 718的纳米结晶显微结构是有利的，其原因是它提供了良好的材料强度并同时保持高的晶界密度。与具有大得多的晶体和低得多的晶界密度的材料相比，纳米结晶结构为形成保护膜的元素Cr和Al提供了更高的扩散系数(更快的成膜)，并使保护膜在加热器表面上更均匀的生长，从而提供更为快速和有效的保护。所述保护膜更好地附着到纳米结晶结构上，从而减少剥落。使用选自钇、镧和其它稀土元素的活性金属作为添加剂还可以进一步提高膜的机械稳定性和附着。
应当注意，超级合金通常是通过浇铸或锻造制成的，因此这不产生纳米结晶显微结构：纳米结晶结构的优点是在本申请的MEMS加热器制造过程中使用的溅射工艺所特有的。还应当注意，超级合金作为加热器材料的优点并不仅与抗氧化性有关：利用添加剂精细地改变它们的显微结构以促进提供高温强度和疲劳抗力的相的形成。可能的添加包括添加铝、钛、铌、钽、铪或钒以形成Ni基超级合金γ’(gamma prime)相；添加铁、钴、铬、钨、钼、铼或钌以形成γ相，或添加C、Cr、Mo、W、Nb、Ta、Ti以形成晶界间的碳化物。还可加入Zr和B来增强晶界。控制这些添加剂和材料制备工艺还可以抑制不期望的老化引起的拓扑密排相(Topologically Closed Packed，TCP)，例如σ相、η相、μ相，这些相可引起脆化，进而降低材料的机械稳定性和延展性。避免形成这些相的原因还在于它们会消耗原本可以用于形成有利的γ相和γ’相的元素。因此，虽然对于加热器材料而言优选提供氧化保护的Cr和Al，但是一般可以将超级合金视为可以从中选择加热器备选材料的优异材料，这是因为已经投入了比为提高MEMS中使用的常规薄膜加热器材料而投入的多得多的努力来设计超级合金来获得高温强度、抗氧化和抗腐蚀性。
本发明人的研究结果表明以下超级合金：
Cr的含量按重量计为2％到35％；
Al的含量按重量计为0.1％到8.0％；
Mo的含量按重量计为1％到17.0％；
Nb+Ta的含量按重量计为0.25％到8.0％；
Ti的含量按重量计为0.1％到5.0％；
Fe的含量按重量计至多60％；
Ni的含量按重量计为26％到70％；和/或，
Co的含量按重量计为35％到65％；
可能适合用作MEMS汽泡发生器中的薄膜加热器元件，并且确保通过在具体器件设计(例如悬浮加热器元件、接合加热器元件等等)中的功效测试。
具有通式MCrAlX的超级合金，其中：
M是Ni、Co、Fe中的一种或更多种，其中M按重量计为至少50％；
Cr按重量计为8％到35％；
Al按重量计大于零但小于8％；并且
X按重量计小于25％，其中X由零种或更多种元素组成，所述元素选自Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y、Hf；
在开放池测试(如前所述)中获得了良好的效果。
特别是，含有Ni、Fe、Cr和Al以及具有包含Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y或Hf中的零种或多种的添加剂的超级合金表现出优异的效果。
采用这些标准，用于热喷墨打印头的合适超级合金材料可以选自：
INCONELTM合金600、合金601、合金617、合金625、合金625LCF、合金690、合金693、合金718、合金X-750、合金725、合金751、合金MA754、合金MA758、合金783、合金925，或合金HX；
INCOLOYTM合金330、合金800、合金800H、合金800HT、合金MA956、合金A-286、或合金DS；
NIMONICTM合金75、合金80A、或合金90；
BRIGHTRAY
合金B、合金C、合金F、合金S、或合金35；或
FERRY
合金或Thermo-Span合金。
Brightray、Ferry和Nimonic是英国Sp ecial Metals Wiggin Ltd(Holmer Road HEREFORD HR49FL UNITED KINGDOM)的注册商标。
Thermo-Span是Carpenter Technology Corporation的子公司CRSholdings Inc.的注册商标。
本文中只是以举例的方式对本发明进行了描述。本领域的普通技术人员会容易地认识到许多不脱离本发明宽泛构思的精神和范围的变化方案和修改方案。
Claims (17)
1.一种MEMS汽泡发生器，包括：
用于容纳液体的室；和
位于所述室内用于与所述液体热接触的加热器，其中
所述加热器由具有晶粒尺寸小于100纳米的纳米结晶显微结构的超级合金形成。
2.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述室具有喷嘴口，以使所述压力脉冲通过所述喷嘴口喷射所述液体的液滴。
3.根据权利要求2所述的MEMS汽泡发生器，其中所述室具有用于与所述液体的供给源流体连通的进口，以使来自所述供给源的所述液体流入所述室中，以替代通过所述喷嘴口喷射的所述液滴。
4.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述加热器通过溅射工艺沉积，以使所述超级合金具有纳米结晶显微结构。
5.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述加热器元件沉积成小于2微米厚的所述超级合金的层。
6.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计2.0％到35.0％的Cr。
7.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计0.1％到8.0％的Al。
8.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计1.0％到17.0％的Mo。
9.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计总量为0.25％到8.0％的Nb和/或Ta。
10.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计0.1％到5.0％的Ti。
11.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计至多5％的活性金属，所述活性金属选自钇、镧和其它稀土元素。
12.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计至多60％的Fe。
13.根据权利要求丑所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计25％到70％的Ni。
14.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金含有按重量计35％到65％的Co。
15.根据权利要求亚所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金为MCrAlX，其中M是Ni、Co、Fe中的一种或Ni、Co、Fe中的多种，按重量计M为至少50％，Cr为8％到35％，Al大于零但小于8％，并且X小于25％，其中X由选自Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y、Hf中的一种或多种元素组成。
16.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金包含Ni、Fe、Cr和Al以及添加剂，所述添加剂由选自Mo、Re、Ru、Ti、Ta、V、W、Nb、Zr、B、C、Si、Y、Hf中的一种或多种元素组成。
17.根据权利要求1所述的MEMS汽泡发生器，其中所述超级合金选自：INCONELTM合金600、合金601、合金617、合金625、合金690、合金693、合金718、合金X-750，合金783、合金725、合金751、合金MA754、合金MA758、合金925或合金HX；
INCOLOYTM合金330、合金800、合金800H、合金800HT、合金MA956、合金A-286或合金DS；
NIMONICTM合金75、合金80A或合金90；
BRIGHTRAY
合金B、合金C、合金F、合金S或合金35；或
FERRY
合金或Thermo-Span
合金。
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