CN108136778B

CN108136778B - 节能打印头

Info

Publication number: CN108136778B
Application number: CN201680058113.4A
Authority: CN
Inventors: 陈之章; M·沙拉维; B·博尔夫; P·克劳斯
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: JP6815393B2; WO2017127069A1; EP3405349A4; JP2018534171A; EP3405349B1; US20180281425A1; EP3405349A1; CN108136778A; US10479094B2

Abstract

公开了节能打印头。示例性打印头包括衬底，其具有通道以将油墨引向打印头的多个喷嘴。该示例性打印头还包括在衬底上的钝化层。钝化层包括使用原子层沉积形成的第一介电材料的第一薄膜。

Description

节能打印头

背景技术

基于油墨的成像设备利用油墨在介质上打印图像。通常，喷墨打印设备包括一个或多个打印头，其具有多个喷嘴以将流体(例如，油墨)引至打印介质上以形成图像。热喷墨打印设备通常使用电脉冲，其在特定喷嘴处加热油墨以形成气泡，从而使油墨从喷嘴喷出。当油墨冷却并且气泡破裂时，额外的油墨被吸向喷嘴以准备发射另一墨滴。压电喷墨打印设备通常使用电脉冲来使压电元件弯曲以迫使油墨通过对应的喷嘴。热和/或机械应力以及在这种打印过程期间所涉及的化学物质的相互作用可能随着时间的流逝而在打印头上引起腐蚀和/或磨损。因此，打印头通常用钝化层制造以提供一定程度的保护以免受这些影响，从而延长其可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是示出其中可以实施本公开的教导的示例性喷墨打印机的框图。

图2是图1的示例性打印头的一部分的横截面侧视图。

图3是示出针对具有不同钝化层的打印头的发射脉冲的测量值的最佳拟合线的曲线图，该不同钝化层中的一些根据本公开的教导制造。

图4-图5是表示针对具有不同钝化层的打印头所测量的漏电的曲线图，该不同钝化层中的一些根据本公开的教导制造。

图6是示出制造图1和/或图2的示例性打印头的示例性方法的流程图。

这些附图不是按比例的。相反，为了阐明多层和多区域，层的厚度可以在附图中被放大。只要能够，在整个附图和所附的书面描述中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。如在该专利中所使用的，声明任何部分(例如，层、膜、区域或板)以任何方式定位在(例如，定位在、位于、设置在、或形成在等等)另一部分上意指引用部分与另一部分接触，或者引用部分在另一部分上方，其中一个或多个中间部分位于其间。声明任何部分与另一部分接触意指两部分之间没有中间部分。

具体实施方式

通常，用于打印机的打印头(有时被称为打印头模具或简单模具)涂覆有钝化层，该钝化层包括具有化学稳健性材料的薄膜堆叠体，以提供避免暴露于化学物质的保护并减少打印过程中所涉及的热和/或机械应力的影响。此外，钝化层通常包括介电材料以增大打印头的能量效率。过去，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来制造打印头上的钝化层以形成一氮化硅(SiN)膜，然后是碳化硅(SiC)膜。在这种已知的钝化层中，使用SiN膜是因为其强介电性能以支持所施加的电压，而SiC由于其化学稳健性而被使用以保护打印头免于在其余的模具制造过程期间以及在打印过程期间暴露于化学物质(例如，油墨中的化学物质)。

尽管打印头中的钝化层具有提供保护以防止周围环境的重要目的，但保护水平部分取决于钝化层的厚度。然而，随着钝化层的厚度增加，打印头的能量效率可能会降低。例如，在热喷墨打印应用中，钝化层通常被涂敷在热电阻器上，该热电阻器被电致动以通过打印头中的对应喷嘴发射油墨。较厚的钝化层导致从热电阻器到油墨的热传递减小，从而导致能量效率损失。另外，能量损失可能由不具有强介电性能的钝化层材料的漏电引起。因此，期望提供更薄的钝化层以提高打印头的效率，但是其也是鲁棒性的，以提供与其他已知打印头相比相同程度的保护(或更好的保护)。

为了符合设计规格，上述已知的SiN/SiC钝化层通常具有大约2500埃(0.25微米)的总厚度。个体薄膜层的厚度和钝化层的总厚度由所用材料和沉积膜的方法决定的约束条件来驱使。例如，虽然SiC提供了稳健的化学保护，但它具有相对较差的介电性能，使得如果SiC具有较高的介电强度，SiN层则需要比必要的更厚。此外，PECVD工艺提供了相对有限的台阶覆盖率，并可能包括针孔缺陷，导致需要相对较厚的膜来负责膜不能快速形成的弱点。这些因素导致总厚度增加以及相应地降低了打印头的效率。

根据本公开的教导制造的示例性打印头包括钝化层，该钝化层比用于打印头的其他已知钝化层薄得多，同时提供了相似水平的防腐蚀和/或耐磨损的保护。此外，本文公开的一些示例性打印头在钝化层中使用的材料具有比现有打印头中使用的其他已知钝化层中的材料更强的介电性能。结果，本文公开的具有钝化层的示例性打印头相对于当前已知的打印头展现出增大的能量效率。此外，本文所述的较薄的钝化层能够制造具有相比以前可能的更小的覆盖区和/或更高的喷嘴密度的打印头。此外，本文所公开的示例展现出开启能量的显著降低，使得能够提高从打印头喷嘴发射油墨的速度，从而提高打印速度。

图1是示出其中可以实施本文公开的教导的示例性喷墨打印机100的框图。更具体地，示例性打印机100包括具有示例性打印头104的打印头组件102，该示例性打印头104具有使用新型混合式沉积技术制造的钝化层，该技术将第一薄膜层的PECVD与第二薄膜的原子层沉积(ALD)结合。如所例举的示例所示，打印头104具有喷嘴106阵列，其以与期望的打印图像对应的图案向打印介质108(例如，纸张)喷射墨滴。示例性打印机100还包括油墨供给部110、打印介质传送机构112和控制器114。在所例举的示例中，控制器114通常表示编程、处理器和相关联的存储器、以及控制打印机100的操作元件所需的电子电路和部件。在一些示例中，打印头组件102和油墨供给部110被作为单个单元容纳在一起。在其他示例中，打印头组件102和油墨供给部110是分离的部件。在一些示例中，打印头组件102是横跨打印介质108的宽度(例如，页宽打印条)的固定的较大单元(具有或不具有油墨供给部110)。可替代地，在一些示例中，打印头组件102是较小的单元，其在可移动托架(例如，扫描墨盒)上横跨打印介质108的宽度来回扫描。

图2是图1的示例性打印头104的一部分的横截面视图。在图2所例举的示例中，打印头104包括硅衬底202、通孔结构层204和喷嘴阵列层206。如在所例举的示例中所示，硅衬底202包括油墨通道207，其将油墨从油墨供给部110(图1)引至由通孔结构层204限定的导管或通孔208中，并且朝向在喷嘴阵列层206内形成的喷嘴106。尽管通孔结构层204显示为与硅衬底202分离的层，但是在一些示例中，通孔结构层204可与硅衬底202一体形成。在一些示例中，通孔结构层204与喷嘴阵列层206一体形成。在一些示例中，可存在在硅衬底202、通孔结构层204和/或喷嘴阵列层206中的任一者之间的一层或多层其他材料。

如所例举的示例所示，喷嘴阵列层206中的喷嘴106与设置在硅衬底202上的油墨喷射致动器209对准，以激活油墨通过相应的喷嘴106喷射。在所例举的示例中，油墨喷射致动器209是热电阻器，其响应于由控制器114(图1)产生的电脉冲将喷嘴106的区域中的油墨加热，以迫使油墨通过喷嘴106。

通过打印头反复加热和冷却以及这种打印过程的化学和机械影响而施加的热应力会随着时间的推移对打印头产生有害影响，从而降低其可靠性。为了减少打印头104上的热、化学和/或机械应力的影响，硅衬底202、通孔结构层204和/或喷嘴阵列层206的表面经历钝化过程以涂敷包括薄膜的堆叠体的保护涂层，以增加打印头104的表面的稳健性。为了本公开的目的，保护涂层在本文中被称为钝化层。

图2所例举的示例包括示出形成在硅衬底202的表面上的示例性钝化层210的特写图。更具体地，如所例举的示例中所示，在涂敷钝化层210之前具有形成在硅衬底202上的多个层。在一些示例中，硅衬底202携带分离的钝化层211(例如，由二氧化硅(SiO₂)形成)以将耐热材料212和电导体213与硅衬底202电隔离。在所例举的示例中，使用耐热材料212来形成油墨喷射致动器209(例如，热电阻器)，以加热油墨并将其通过相关联的喷嘴106喷射。在所例举的示例中，电导体213(例如，由铝铜(AlCu)形成)向喷射致动器209(例如，由耐热材料212形成的热电阻器)提供电流。为了保护包括耐热材料212的打印头104免受由喷射致动器209的重复供电引起的应力以及与油墨中的化学物质的相互作用，示例性钝化层210设置在硅衬底202的表面上、在耐热材料212和其他层的顶部之上，如所例举的示例所示。

在图2中，示例性钝化层210包括由介电材料形成的多个薄膜的堆叠体。更具体地，在一些示例中，钝化层210包括最靠近硅衬底202的一氮化硅(SiN)薄膜214和设置在SiN薄膜214上的二氧化铪(HfO₂)薄膜216。如上所述，SiN由于其强介电强度，通常用于已知打印头的钝化层中。然而，不像其他已知的钝化层，图2的示例性钝化层210包括HfO₂而非SiC的薄膜。与SiC类似，HfO₂具有化学稳健性，并因此可以很好地替代SiC。此外，HfO₂具有比SiC更强的介电性能，从而提供比使用SiC的已知打印头可能提供的更高的能量效率，如下面更详细描述的。虽然所例举的示例是针对HfO₂来描述的，但可替代地，可以使用其它材料作为外层，例如氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)或氧化钽(Ta₂O₅)。此外，尽管在图2中仅示出了两个薄膜214、216，在其他示例中，钝化层210可以包括在SiN薄膜214之前(例如，之下)、在HfO₂薄膜216之后(例如，之上)和/或在SiN薄膜214和HfO₂薄膜216之间设置在硅衬底202上的其他薄膜层。例如，钽(Ta)、铂(Pt)、铂铱(Ptlr)或铂钌(PtRu)的一个或多个薄膜层可以沉积在HfO₂薄膜216的顶部。

在一些示例中，使用混合式钝化技术将薄膜214、216涂敷到硅衬底202的表面。更具体地，在一些示例中，使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将SiN薄膜214沉积到衬底202上，而使用原子层沉积(ALD)来沉积HfO₂薄膜216。这种混合式沉积方法不同于在打印头上仅实施PECVD形成钝化层的传统方法。也就是说，用于打印头的已知钝化层通常包括使用PECVD沉积的SiN薄膜，其类似于如上所述的图2的示例性钝化层210。然而，与示例性钝化层210不同的是，用于打印头的已知钝化层通常采用也使用PECVD沉积的第二碳化硅(SiC)薄膜形成。

因此，示例性钝化层210以至少两种方式与已知的钝化层不同。首先，使用不同的介电材料。具体地，示例性钝化层210形成为不具有SiC层的薄膜，而是使用HfO₂代替。第二，用于涂覆材料的沉积技术是不同的。具体地，不像如已知的钝化层中的SiC那样使用PECVD涂敷HfO₂，示例性钝化层210的HfO₂薄膜216使用ALD形成。与打印头中已知钝化层的这两个不同之处产生了许多显著的优点。例如，这些不同之处提供了采用较薄的薄膜堆叠体实现的较强的介电性能，这可以导致提高的能量和/或热效率、较小尺寸的打印头和/或较大的喷嘴密度、较低的成本和较快的打印速度。

测试表明，使用本文公开的混合式钝化方法形成的示例性钝化层210可以比其他已知的钝化层薄得多，同时仍然满足所需的电气规格。例如，如上所述，仅使用PECVD沉积SiN和SiC的薄膜(如同对许多现有的打印头所做的那样)，钝化层通常具有大约2500埃的厚度(其中，大约

对应于SiN，而

对应于SiC)。相比之下，基于SiN和HfO₂的PECVD/ALD混合式钝化的钝化层210可以具有小于1500埃的总厚度，并且一些应用在厚度上成功地制造得相当小。也就是说，在一些示例中，钝化层210具有大约1000埃或更小的总厚度。在一些示例中，钝化层210具有大约500埃或更小的总厚度。预计可以成功地制造出300埃的薄钝化层，同时仍然满足通常的打印应用设计规格。

从通过实施本公开的教导而成为可能的用于钝化层210的示例性厚度显而易见的是，SiN薄膜214和HfO₂薄膜216两者的厚度可以明显薄于已知钝化层中对应的SiN/SiC薄膜层。例如，在一些示例中，HfO₂薄膜216具有约

的厚度。在一些示例中，HfO₂薄膜216具有低至约

的厚度，这相对于SiC的

厚度显著的减小。尽管ALD过程使得HfO₂的保护膜比已知打印头的可比较的钝化层中的SiC膜薄得多，但使用ALD沉积的HfO₂的用途还能够降低SiN薄膜所需的厚度。例如，虽然打印头中已知钝化层的SiN薄膜层通常超过

但是当如本文所公开的使用HfO₂薄膜216时，SiN薄膜214的厚度可以减小到约

和

之间的范围，同时维持钝化层210类似水平的保护和电性能。

所例举示例的示例性钝化层210比打印头的其他已知钝化层薄得多的原因的至少部分原因是因为ALD的实施提供了比PECVD更好的台阶覆盖率。台阶覆盖率也称为阴影，其是指沉积在非平面或三维(例如，包括台阶或其他不规则体)的表面上的薄膜的厚度均匀性水平。例如，图2中的特写视图示出了沿着两个平坦部分220、222之间的导体层213的边缘的成角部分218。如所例举的示例中所示，SiN薄膜214在平坦部分220上的厚度224大于SiN薄膜214在成角部分218上的厚度226，指示出较差的台阶覆盖率(由于用于沉积SiN薄膜214的PECVD工艺)。相比之下，如图2所示，HfO₂薄膜216在平坦部分220上的厚度228近似等于HfO₂薄膜216在成角部分218上的厚度230，指示出较好的台阶覆盖率(由于用于沉积HfO₂薄膜216的ALD工艺)。

更普遍地，台阶覆盖率可以量化为垂直壁或台阶的底部的薄膜厚度与台阶顶部的膜厚度之间的比率。在一些示例性打印头中，PECVD的台阶覆盖率(以百分比表示)约为50％，而ALD的台阶覆盖率约为100％。在一些示例中，ALD的台阶覆盖率大于95％。在一些示例中，ALD的台阶覆盖率范围从80％到100％。在PECVD的情况下，具有小于100％的台阶覆盖率，成角部分(诸如成角部分218)和/或其他不规则形状的表面成为钝化层的潜在弱点，使得钝化层在其它区域的总厚度必须增加到超出本来需要的水平。因此，仅使用PECVD(相对较差的台阶覆盖率)制造的用于打印头的现有钝化层总体上需要较厚，以补偿并提供对打印头表面的不规则形状部分的充分保护。相比之下，图2的示例性钝化层210包括使用ALD(具有近乎完美的台阶覆盖率)沉积的HfO₂薄膜216，用于沿着衬底202的表面的所有点处的一致性保护，从而允许总体上更薄的膜。

由ALD克服的PECVD的另一个限制是沉积薄膜中存在的针孔缺陷。虽然PECVD薄膜中针孔缺陷的特定密度可以根据工艺的条件和参数而变化，但通常存在非平凡的缺陷量。结果，可能需要增加使用PECVD制造的薄膜层的厚度，以减小针孔缺陷的负面影响，例如穿过薄膜的应力点或腐蚀路径。相比之下，ALD的过程能够沉积没有针孔缺陷的薄膜(例如，缺陷密度为零或至少低到可以忽略)，使得厚度可以远小于PECVD涂敷的膜为实现在沉积膜下面的表面相同的性能和保护水平所需的厚度。除了因为不存在对缺陷的担忧而能够使HfO₂薄膜216更薄之外，示例性钝化层210的HfO₂薄膜216的无针孔特征还导致对SiN薄膜214中的任何缺陷被暴露于外部环境的较少担忧，使得即使仍然使用PECVD涂敷，SiN薄膜214也可以更薄。

与已知的钝化层(具有大约

的厚度)相比，用较薄的钝化层210(厚度范围在大约

和

之间)实现了许多优点或益处。例如，较薄的钝化层能够使打印头的整体尺寸更小，同时保持通孔208和油墨通过的其他通道的相同尺寸。此外，如以下更全面讨论的，较薄的钝化层允许减少开启能量(例如，喷射稳定墨滴所需的能量)，从而允许打印头中的较小功率设备提供所需的电功率。结果，可以在单个硅晶片上制造更多数量(例如，大约增加8％)的打印头，从而降低生产成本。

此外，钝化层210增加了打印头相对于已知打印头的能量效率和热效率，因为减小的厚度提高了从喷射致动器209(例如，热电阻器)到油墨的热传递。此外，较薄的钝化层210能够降低通过喷嘴106喷射油墨所需的最大温度。例如，具有2500埃厚的SiN/SiC钝化层的已知打印头的热建模表明膜堆叠体的温度达到大约473℃来用于稳定的墨滴喷射。相比之下，图2的具有1000埃厚的钝化层(例如，

的SiN和

的HfO₂)的示例性打印头104可以在小于400℃(例如，低于370℃)的最大温度下实现稳定的墨滴喷射。在一些示例中，由于较薄的钝化层210而造成的较低温度和改善的热传递导致开启电压(例如，发射墨滴所需的电压)降低(多达7％)。另外地或可替代地，在一些示例中，由于较薄的钝化层210而造成的较低温度和改善的热传递导致施加到喷射致动器209的电流减少(多达9％)。此外，在打印头104中使用的降低的电压和/或电流可降低成本和/或增加打印机100中向打印头104提供电力的其他部件的效率。

另外，示例性钝化层210的减小的厚度可以增加打印头104的发射频率，从而产生提高打印速度的可能性。具体地，发射频率受从喷嘴106喷射油墨所需的最大温度的限制，因为在发射脉冲之后、在可以开始另一发射脉冲之前必须冷却油墨。随着用于喷射油墨的温度降低，油墨冷却所需的时间将减少，从而可以增加发射频率。另外，正如油墨在其最大温度越低时花费冷却的时间越少一样，油墨可在较短时间内被加热到所需温度以稳定喷墨，从而进一步提高了发射频率。

此外，加热油墨的时间量减少表明必须将电力施加到喷射致动器209(例如，热电阻器)的时间量减少，从而使得打印头104更加节能。用于通过喷嘴发射油墨的能量被称为开启能量，并且与发射脉冲的持续时间(例如，在喷射致动器209被初始通电之后其发射油墨的时间)成比例。图3是示出对于具有不同钝化层的打印头的发射脉冲的测量值的最佳拟合线的曲线图。如在图3中所示，横轴代表喷射致动器209在油墨从喷嘴106喷射之前被通电的发射脉冲或时间量(以微秒为单位测量)。图3的视图中的纵轴表示在发射脉冲之后从喷嘴喷射的墨滴的重量。如图3所示，较小的墨滴(较小的重量)通常比较大的墨滴发射更快。

在图3的示例性视图中，实线表示针对从样本打印头发射的油墨测量的典型发射脉冲，该样本打印头具有仅使用PECVD形成有SiN和SiC的已知PECVD钝化层302。图3的曲线图中的三条虚线示出针对从具有示例性ALD混合式钝化层304、306、308的样本打印头发射的油墨测量的典型发射脉冲，该示例性ALD混合式钝化层304、306、308与图2中的钝化层210相类似地来制造，其中该钝化层210具有使用PECVD形成的SiN薄膜214和使用ALD形成的HfO₂薄膜216。如图3所示，ALD混合式钝化层304、306、308中的每一个的HfO₂薄膜216具有相同的厚度

但是对于三个ALD混合式钝化层304、306、308中的每个，SiN薄膜214分别从

变到

再变到

如图3的曲线图所示，ALD混合式钝化层304、306、308中的每个的发射脉冲可以短至约0.6微秒(对于墨滴重量接近0纳克(ng))，并且对于稳定的墨滴喷射大约0.82微秒(从拐点310处开始)。相比之下，从具有已知PECVD钝化层302的打印头针对低重量墨滴的发射脉冲大约为0.72微秒，其中，稳定的墨滴喷射从大约0.96微秒处开始。因为开启能量与发射脉冲成比例，所以对比这些测量的发射脉冲表明，对于测试的特定打印应用，ALD混合式钝化层304、306、308将开启能量减少大约15％。在测试以产生图3的曲线图的特定样本中，除了SiN薄膜214和HfO₂薄膜216之外，钝化层还包括钽(Ta)薄膜。预期可以用更薄的Ta层来实现开启能量甚至更大的增加。

尽管图2的示例性打印头104相对于其它已知打印头的上述优点和改进方案由于钝化层210的厚度减小而被部分实现，然而，在钝化层210中使用的材料也在提高示例性打印头104的能量效率方面发挥作用。具体地，钝化层210的HfO₂薄膜216提高了示例性打印头104的效率，因为HfO₂表现出比用在其他已知钝化层中的SiC更强的介电性能。即，相比通过现有打印头中的钝化层所发生的，通过图2的钝化层210的能量损失更少。此外，由于钝化层210支持的电负载可以在SiN膜和HfO₂膜之间共享，而不是主要依赖于SiN膜层，所以该性能可以在SiN薄膜214的厚度的减小中起作用。图2的示例性钝化层210的介电性能的改善在图4和图5的曲线图中示出。

图4是表示针对在0和100伏之间操作的具有不同钝化层的打印头测量的漏电的曲线图。更具体地，图4的曲线图表示从具有已知PECVD钝化层402的样本打印头测量的漏电，该已知PECVD钝化层402仅使用PECVD由SiN和SiC形成。另外，图4表示从具有示例性ALD混合式钝化层404、406、408的样本打印头测量的漏电，该示例性ALD混合式钝化层404、406、408与图2中的具有使用PECVD形成的SiN薄膜214和使用ALD形成的HfO₂薄膜216的钝化层210相类似地来制造。如图4中所示，ALD混合式钝化层404、406、408中的每一个的HfO₂薄膜216具有相同的厚度

但针对三个ALD混合式钝化层404、406、408中的每个，SiN薄膜214分别从

变到

再变到

如图4中所示，在小于约40V的电压下，ALD混合式钝化层404、406、408中的每一个展现出小于或等于已知的PECVD钝化层402的漏电。许多打印头的操作范围在大约28V与33V之间。因此，在大多数打印机的预期操作范围内，根据本公开的教导制造的示例性打印头相对于已知打印头将减少能量损失。

图5是类似于图4的曲线图，但表示从具有已知PECVD钝化层502、504、506、508的样本打印头测量的漏电，该已知PECVD钝化层502、504、506、508具有范围在

和

之间的不同厚度的SiN薄膜层。图5还示出了从具有根据本公开的教导制造的示例性ALD混合式钝化层510的相同打印头测量的漏电。在图5的示例性曲线图中，具有总厚度为

的已知PECVD钝化层508的样本打印头对应于具有在图4的曲线图中表示的PECVD钝化层402的样本打印头。类似地，具有图5的ALD混合式钝化层510的样本打印头对应于具有图4的ALD混合式钝化层406的样本打印头。如图5中所示，已知的PECVD钝化层502、504、506、508的不同厚度在打印头低于40V的预期操作范围内都经历比ALD混合式更大的漏电。此外，ALD混合式钝化层510具有与已知的PECVD钝化层506相同厚度的SiN。比较这两个钝化层(具有相同的SiN薄膜厚度)表明ALD混合式钝化层510的漏电保持小于或等于PECVD钝化层506的漏电直到约65V。

图6是示出制造图1和/或图2的示例性打印头的示例性方法的流程图。从框602开始，示例性过程包括为打印头(例如，打印头104)开发硅衬底(例如，图2的硅衬底202)。在框604处，示例性过程包括使用PECVD在硅衬底202上形成第一介电材料的第一薄膜。在一些示例中，第一介电材料是SiN。在框606处，示例性过程包括使用ALD在第一薄膜上形成第二介电材料的第二薄膜。在一些示例中，第二介电材料是HfO₂。在框608处，示例性过程包括完成打印头104的制造，由此图6的示例性过程结束。

包括图2中的使用本文公开的PECVD和ALD技术的混合由SiN和HfO₂的薄膜堆叠体形成的钝化层210的示例性打印头(和相关联的方法)是基于介电性能、化学稳健性和所涉及材料的沉积方法之间的折衷，以实现成本有效、节能、并满足所需规格的可靠打印头。因此，薄膜层的特定厚度、使用的材料和/或沉积这些材料的方法可随着应用和相关联要求的变化而变化。例如，以上示例已经针对油墨被反复加热和冷却的热喷墨打印机进行了描述。然而，压电打印头经受不同的应力，使得例如压电打印头的薄膜层的厚度、材料和/或布置可以适当地适配。

在一些示例中，不使用上述混合式钝化方法，而是可以使用ALD来涂敷钝化层210的SiN薄膜214和HfO₂薄膜216两者。目前，使用ALD涂敷SiN并不是一个可行的选择，因为成本过高并且难以成功完成，这就是为什么PECVD用于所例举的示例中的原因。然而，随着进行进一步的研究和ALD技术的发展，预计仅使用ALD过程(例如，对于SiN和HfO₂两者)可以允许具有甚至更小厚度的钝化层，同时保持相同水平的稳健性和电性能。类似地，随着技术的进步，预期可以使用ALD来涂敷SiC薄膜层，以提供比不使用HfO2的目前已知的钝化层更好的台阶覆盖率和无针孔缺陷。然而，这种方法目前不是一个可行的选择，并涉及提供比由HfO2所提供的更低的介电强度的折衷。

在其他示例中，钝化层可以仅由HfO₂薄膜形成，而没有SiN薄膜层，因为HfO₂提供强介电性能和化学稳健性。然而，这样的示例涉及权衡当前ALD过程比PECVD慢得多，从而增加成本。此外，没有SiN薄膜的单层HfO₂可能会引入更大的机械应力。

从前述内容可以理解的是，上面公开的方法、装置和制造物品能够生产出比当前使用现有方法更节能的打印头。更具体地，使用ALD代替PECVD来将薄膜涂敷到硅衬底提高了台阶覆盖率并导致了无针孔膜。这些特性使得能够形成更薄的钝化层，其与其他已知的钝化层一样保持期望的稳健性。较薄的钝化层提高了越过钝化层的热传递，从而能够在较低的温度下、以降低的电压和/或电流、以较高的频率进行油墨喷射。此外，使用HfO₂代替SiC改善了钝化层的介电性能，从而进一步提高了能量效率。

虽然本文已经公开了某些示例性方法、装置和制造物品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求范围内的所有方法、装置和制造物品。

Claims

1.一种打印头，包括：

衬底，其具有通道以将油墨引向所述打印头的多个喷嘴；以及

钝化层，其在所述衬底上，并且用于保护所述衬底，所述钝化层包括使用原子层沉积形成的第一介电材料的第一薄膜和使用等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上形成的第二介电材料的第二薄膜，其中，所述第二介电材料是SiN并且所述钝化层不包括碳化硅，使得所述钝化层具有比SiN/SiC钝化层强的介电性能。

2.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述钝化层的厚度小于或等于1500埃。

3.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述第一薄膜的厚度小于或等于200埃。

4.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述钝化层包括设置在所述衬底和所述第一薄膜之间的所述第二薄膜。

5.根据权利要求1所述的打印头，其中，所述第一介电材料是二氧化铪。

6.一种用于保护打印头的衬底的钝化层，包括：

使用等离子体增强化学气相沉积在所述打印头的所述衬底之上沉积的第一介电材料；以及

使用原子层沉积在所述第一介电材料之上沉积的第二介电材料，其中，所述第一介电材料是SiN并且所述钝化层不包括碳化硅，使得所述钝化层具有比SiN/SiC钝化层强的介电性能。

7.根据权利要求6所述的钝化层，其中，所述第二介电材料是二氧化铪。

8.根据权利要求6所述的钝化层，其中，所述第一介电材料和所述第二介电材料的组合厚度的范围在300埃与1000埃之间。

9.根据权利要求6所述的钝化层，其中，所述第二介电材料的厚度的范围在50埃与200埃之间。

10.一种打印头，包括：

衬底，其用于将油墨引至所述打印头中的喷嘴以喷射所述油墨；以及

用于保护所述衬底的钝化层，所述钝化层包括以大于80％的台阶覆盖率沉积的第一介电材料的第一薄膜和使用等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上形成的第二介电材料的第二薄膜，其中，所述第二介电材料是SiN并且所述钝化层不包括碳化硅，使得所述钝化层具有比SiN/SiC钝化层强的介电性能。

11.根据权利要求10所述的打印头，其中，所述第一薄膜没有针孔缺陷。

12.根据权利要求10所述的打印头，其中，所述钝化层的厚度小于或等于500埃。

13.根据权利要求10所述的打印头，其中所述第一薄膜对应于使用原子层沉积在所述衬底上形成的二氧化铪。