DE69324166T2

DE69324166T2 - Tintenstrahldruckkopf

Info

Publication number: DE69324166T2
Application number: DE69324166T
Authority: DE
Inventors: Mitsuro Atobe; Masahiro Fujii; Shinichi Kamisuki; Naoki Kobayashi; Hiroshi Koeda; Shinichi Yotsuya
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-01-06
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2013-12-22
Also published as: EP0679514B1; JP3511624B2; US5734395A; EP0679514A4; WO1994015791A1; EP0679514A1; DE69324166D1

Description

(Bereich der Erfindung)

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tintenstrahlkopf, der die Hauptkomponente eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts ist, und betrifft insbesondere einen kompakten Tintenstrahlkopf hoher Dichte, der elektrostatisch betrieben ist.

(Beschreibung des Standes der Technik)

Tintenstrahlaufzeichnungsgeräte weisen zahlreiche Vorteile auf, unter anderem ein extrem leiser Betrieb während des Aufzeichnens, die Fähigkeit, schnell zu drucken, und die Möglichkeit, kostengünstiges Normalpapier zu verwenden. Das sogenannte "Tinte-auf-Anforderung-Treiberverfahren", bei dem Tinte nur ausgegeben wird, wenn sie zum Aufzeichnen benötigt wird, ist gegenwärtig am gängigsten bei derartigen Aufzeichnungsgeräten, da es nicht erforderlich ist, Tinte wiederzuverwenden, die nicht für die Aufzeichnung verwendet wird.
Die bei diesem Tinte-auf-Anforderung-Verfahren verwendeten Tintenstrahlköpfe verwenden gewöhnlich eine piezoelektrische Vorrichtung als die Treiberanordnung, wie in JP-B-51734/1990 beschrieben, oder stoßen die Tinte mittels Druck aus, der durch Erhitzen der Tinte zum Erzeugen von Blasen erzeugt wird, wie in JP-B-59911 /1986 beschrieben ist; es sind hauptsächlich diese zwei Verfahren, die heutzutage in der Praxis verwendet und in vielen Tintenstrahldruckern eingesetzt werden.
Bei dem eine piezoelektrische Vorrichtung verwendenden erstgenannten Verfahren ist jedoch der Prozeß des Verbindens des piezoelektrischen Chips mit den zum Erzeugen von Druck in der Druckkammer verwendeten Membranen kompliziert. Damit aktuelle Tintenstrahlaufzeichnungsgeräte mit vielen Düsen und einer hohen Düsendichte die Forderung nach Drucken mit hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität erfüllen können, müssen diese piezoelektrischen Vorrichtungen präzise hergestellt und mit den Membranen verbunden werden, was Prozesse sind, die extrem kompliziert sind. Mit zunehmender Düsendichte ist es schwierig geworden, die piezoelektrischen Vorrichtungen auf eine Breite von einigen zehn bis einhundert und einige zehn um zu bearbeiten. Bei der Präzision hinsichtlich der Dimension und Form, die unter Verwendung gegenwärtiger Bearbeitungsprozesse erzielbar ist, sind jedoch die Ausstoßcharakteristika der Düsen nicht-gleichförmig, und es besteht eine große Variation bei der Druckqualität; dieses Verfahren ist insbesondere als Mittel zur Schaffung eines kostengünstigen Tintenstrahlkopfs hoher Dichte ungeeignet.
Beim zweitgenannten Verfahren, bei dem die Tinte erhitzt wird, sind die obigen Probleme nicht vorhanden, da die Treiberanordnung mittels eines Dünnfilm-Heizwiderstands gebildet ist. Der Heizwiderstand wird im Lauf der Zeit jedoch durch das wiederholte schnelle Heizen und Kühlen der Treiberanordnung und die von den kollabierenden Blasen bewirkten Beanspruchungen beschädigt, und die Lebensdauer des Tintenstrahlkopfs in der Praxis ist dementsprechend kurz.
Als weitere effektive Treiberanordnung, die diese Probleme löst, wurde in der US-4,520,375 und der JP-A-289351 /1990 ein elektrostatisch betriebener Tintenstrahlkopf vorgeschlagen; bei diesem Tintenstrahlkopf wird ein Substrat aus Silicium (Si) geätzt; eine Membran und eine Druckkammer werden einstückig auf dem Siliciumsubstrat gebildet; ein leitfähiges Substrat wird gegenüber der Rückseite der Druckkammer mit einem Spalt dazwischen gebildet; der Spalt zwischen der Membran und dem leitfähigen Substrat wird wiederholt geladen und entladen, um eine elektrostatische Kraft in ihnen zu erzeugen, die bewirkt, daß die Membran schwingt; damit wird Tinte aus der Düse durch die in der Druckkammer erzeugte Druckänderung ausgestoßen. Diese Verfahren unter Verwendung elektrostatischer Kraft als Treiberkraft haben gegenwärtig den Punkt praktischer Anwendung als Aktuator für Tintenstrahldrucker noch nicht erreicht, sie haben jedoch bei den jüngsten Fortschritten der Mikrobearbeitungsverfahren eine beträchtliche Zuverlässigkeit als Mikropumpen erlangt, die für die dosierte Abgabe von Drogen (Insulin) in den Körper implantiert werden; wenn sie als Aktuator für einen Tintenstrahldrucker verwendet werden, um Nutzen aus Merkmalen wie dem präzisen, einfachen Aufbau und der langdauernden Zuverlässigkeit zu ziehen, können Vorteile wie eine kompakte Anordnung mit hoher Dichte und eine lange Lebensdauer erzielt werden.
Wenn jedoch ein Verfahren, das elektrostatische Kraft als Treiberkraft verwendet, bei dem Aktuator eines Tintenstrahldruckers angewendet werden soll, muß es möglich sein, den Aktuator mit der gewöhnlich für Drucker, d. h. Informationsvorrichtungen, verwendeten Versorgungsspannung zu treiben, und es muß möglich sein, ein sehr schnelles Drucken zu erzielen, d. h. es muß ein Betrieb mit hoher Frequenz möglich sein; US-4,520,375 und JP-A-289351/1990 gehen jedoch nicht so weit, die Struktur eines praktischen Tintenstrahlkopfs zu lehren, der diese Anforderungen erfüllt.
Im Hinblick auf die obigen Anforderungen ist genauer gesagt das Siliciumsubstrat selbst die Struktur des Tintenstrahlkopfs und fungiert als Weg des elektrischen Stromflusses zu der Membran in US-4,520,375. Silicium ist jedoch ein Halbleiter mit einem bestimmten elektrischen Widerstand, und insbesondere am Kontakt mit der Treiberschaltung wird leicht ein sogenannter Gleichrichterkontaktzustand gebildet. Dieser Gleichrichterkontaktbereich funktioniert als eine Diode und ist deshalb für das Treiben eines Tintenstrahlkopfs nicht erwünscht, da die Ladungsbewegung auf eine einzige Richtung beschränkt ist; dies ist besonders fatal beim Drucken mit hoher Geschwindigkeit. Der hohe elektrische Widerstand des Siliciums wird zu einem Faktor, der ein sehr schnelles Treiben verhindert, da die Zeitkonstante während des Treibens durch den hohen Widerstand erhöht wird. Außerdem tritt bei Köpfen hoher Dichte ein ernsthaftes Problem auf; genauer gesagt nimmt in relativer Hinsicht die Querschnittsfläche des Siliciumsubstrats selbst ab, und der spezifische Widerstand nimmt dementsprechend zu.
Andererseits unterscheidet sich die JP-A-289351 /1990 von der US-4,520,375 insofern, als der Tintenweg und die Membranen im Siliciumsubstrat gebildet sind, Einzelelektroden sind auf den Membranen auf der anderen Seite des Tintenwegs gebildet, und das Silicium selbst wird nicht als Weg des elektrischen Stromflusses verwendet. Während deshalb die elektrischen Charakteristika des Siliciums selbst nicht zu einem Faktor werden, der ein sehr schnelles Treiben des Tintenstrahlkopfs verhindert, werden dagegen die folgenden Überlegungen zu Faktoren, die einen sehr schnellen Betrieb verhindern.
Insbesondere wenn der Elektrodenspalt zwischen den Einzelelektroden auf den Membranen und der gegenüberliegenden gemeinsamen Elektrode klein wird, tritt dielektrischer Durchschlag zwischen den Elektroden als Ergebnis eines Elektrodenkontakts auf; es ist deshalb erforderlich, den Elektrodenspalt ausreichend groß zu machen, um einen Kontakt zwischen den Einzelelektroden und der gemeinsamen Elektrode zu verhindern, wenn jedoch der Elektrodenspalt zu groß ist, wird eine extrem hohe Spannung benötigt, um die Membran stark genug zu deformieren, um Tinte auszustoßen, und ein Treiben bei der gewöhnlich für Drucker verwendeten Versorgungsspannung ist unmöglich. Diese Beschreibung [JP-A-289351/1990] geht auf dieses Problem dahingehend ein, daß der Elektrodenspalt mit einer ferroelektrischen Substanz gefüllt wird, um die elektrostatische Kraft zu verbessern, aber derartige ferroelektrische Materialien weisen eine feste Kristallorientierung auf, d.h., es wird eine hohe Dielektrizitätskonstante in einer festen Phase erzielt, und in der Praxis wird keine zum Ausstoß von Tinte ausreichende Schwingung erzielt. Außerdem muß der Elektrodenspalt reduziert werden, wenn dielektrische Fluide verwendet werden, da sie keine ausreichende Dielektrizitätskonstante besitzen; als Ergebnis wird der viskose Widerstand des dielektrischen Fluids extrem hoch, die Frequenzantwort der Membran fällt beträchtlich ab, ein Treiben bei einer Frequenz, die für den Kopf eines Tintenstrahldruckers praktikabel ist, wird schwierig, und aus den vorgenannten Gründen wurde ein derartiger Kopf in der Praxis nicht verwendet.
Die EP-A-0 479 441 offenbart einen Tintenstrahlkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Während dieses Dokument das Problem einer Antwort bei hoher Frequenz berücksichtigt, geschieht dies nur bezüglich der Dicke der Membranen und der Elektroden, die zum Anlegen von Treibersignalen an das Halbleitersubstrat verwendet werden.
Deshalb besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die vorgenannten Probleme bei einem Tintenstrahlkopf, der elektrostatische Kraft als die Antriebsquelle verwendet, zu lösen und einen besser in der Praxis einsetzbaren Tintenstrahlkopf zu schaffen, bei dem ein sehr schnelles Drucken erzielt wird, d.h., ein Treiben mit hoher Frequenz möglich ist.

(Zusammenfassung der Erfindung)

Diese Aufgabe wird mit einem Tintenstrahlkopf gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Tintenstrahlkopf dieser Erfindung umfaßt ein Halbleitersubstrat, welches einstückig einen Teil der in Verbindung mit Düsen stehenden Ausstoßkammern und in einem Teil der Ausstoßkammern angeordnete Membranen enthält und als Schicht an einem Substrat angeordnet ist, welches Einzelelektroden gegenüber den Membranen mit einem Spalt dazwischen bildet. Eine Erhöhung der Zeitkonstante, die durch die Kapazität des durch die Membran und die Elektrode gebildeten Kondensators sowie den Widerstand des Halbleitersubstrats bestimmt ist, wird dadurch vermieden, daß der spezifische Widerstand des Halbleitersubstrats auf 20 Ω cm oder weniger eingestellt wird. Damit wird eine Verschlechterung der Tintenausstoßcharakteristika verhindert, die daher stammt, daß die Membranen nicht ausreichend zu den Einzelelektroden gezogen werden, wenn die Zeitkonstante zunimmt.
Vorzugsweise ist auf der ganzen oder einem Teil der Halbleitersubstratoberfläche mit Ausnahme der Fläche gegenüber den Elektroden ein Metallüberzug in mehreren Schichten, die eine erste Schicht aus Chrom (Cr) oder Titan (Ti) sowie eine zweite Schicht aus Gold (Au), Rhodium (Rh) oder Platin (Pt) umfassen, oder ein eine Einzelschicht bildender Metallüberzug aus Aluminium (Al), Zinn (Sn) oder Indium (In) vorgesehen.
Eine Treiberschaltung ist an die Metallüberzugsschicht und die Elektroden zum Treiben eines Tintenstrahlkopfs angeschlossen. Ein elektrischer Impuls wird zwischen die Metallüberzugsschicht auf dem Halbleitersubstrat und die Einzelelektroden angelegt, um eine die Membranen auslenkende elektrostatische Kraft zu erzeugen, um Tinte auszustoßen.
Ladung kann sich im Kontaktbereich einfach bewegen, da der Kontaktbereich der Metallüberzugsschicht und des Halbleitersubstrats unabhängig von der Polarität der an den Metallüberzug angelegten Spannung mit niedrigem Widerstand gebildet werden kann (Ohmscher Kontakt). Deshalb ist ein Treiben mit niedriger Spannung möglich, da die Ohmschen Verluste niedrig sind und die Effizienz hoch ist, und es ist sehr schnelles Treiben des Tintenstrahlkopfs möglich, da die Zeitkonstante während des Treibens reduziert werden kann. Die Erfindung ermöglicht es ferner, eine hohe Düsendichte zu erzielen.
Außerdem kann der Kontaktbereich der Metallüberzugsschicht und des Halbleitersubstrats mit noch niedrigerem Widerstand gebildet werden, indem ein Element der Gruppe III zumindest bis zu dem Teil der Halbleitersubstratoberfläche dotiert wird, wo der Metallüberzug gebildet ist, wenn das Halbleitersubstrat ein p-leitender Halbleiter ist, und indem ein Element der Gruppe V zumindest bis zu dem Teil der Halbleitersubstratoberfläche dotiert wird, wo der Metallüberzug gebildet ist, wenn das Halbleitersubstrat ein n-leitender Halbleiter ist.
Es ist ferner möglich, die Widerstände, die jeweils durch einen Abstand zwischen der Treiberschaltung und den einzelnen Membranen definiert sind, gleich zu machen und die Variation bei den Ausstoßcharakteristika der einzelnen Düsen zu reduzieren, indem der Metallüberzug äquidistant zu allen Membranen auf dem Halbleitersubstrat gebildet wird.

(Kurze Beschreibung der Zeichnungen)

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in teilweiser Explosionsdarstellung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten kompletten Tintenstrahlkopfs.
Fig. 3 ist eine Ansicht längs Linie A-A in Fig. 2.
Fig. 4 ist ein detaillierter Querschnitt des Bereichs der gemeinsamen Elektrode bei der obigen Ausführungsform.
Fig. 5 ist ein detaillierter Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform des Bereichs der gemeinsamen Elektrode bei der obigen Ausführungsform.
Fig. 6 sind Ersatzschaltbilder während des Tintenstrahlkopftreibens abhängig von der Art des Kontaktes zwischen der gemeinsamen Elektrode und dem Halbleitersubstrat.
Fig. 7 ist eine Kennlinie, die die Beziehung zwischen der Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm und der Anzahl n getriebener Düsen zeigt.
Fig. 8 ist ein Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist ein Diagramm eines Herstellungsprozesses für das Substrat des in Fig. 8 gezeigten Tintenstrahlkopfs.
Fig. 10 ist ein Diagramm eines Herstellungsprozesses für das Substrat des in Fig. 8 gezeigten Tintenstrahlkopfs.
Fig. 11 zeigt die Konfiguration der Steuertreiberschaltung der obigen Ausführungsform.
Fig. 12 ist eine Übersicht über einen Drucker, bei dem der Tintenstrahlkopf der obigen Ausführungsform eingesetzt ist.
Fig. 13 ist ein Ersatzschaltbild der Treiberschaltung beim Test der Charakteristika des Tintenstrahlkopfs der obigen Ausführungsform.
Fig. 14 ist eine Kennlinie, die durch Beobachtung der Treiberwelle der obigen Treiberschaltung unter Verwendung eines Oszilloskops erhalten wurde.
Fig. 15 ist ein Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Draufsicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 ist ein Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

(Bevorzugte Ausführungsformen zur Realisierung der Erfindung)

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Teilexplosionsdarstellung. Es ist zu beachten, daß, während diese Ausführungsform als Randausstoßtyp gezeigt ist, bei dem Tintentröpfchen von Düsen ausgestoßen werden, die am Rand des Substrats vorgesehen sind, die Erfindung auch auf einen Flächenausstoßtyp angewendet werden kann, bei dem die Tinte aus Düsen ausgestoßen wird, die an der oberen Oberfläche des Substrats vorgesehen sind. Fig. 2 ist ein Querschnitt des kompletten zusammengebauten Tintenstrahlkopfs, und Fig. 3 ist eine Ansicht längs der Linie A-A in Fig. 2. Der Tintenstrahlkopf 10 in dieser Ausführungsform ist ein geschichteter Aufbau aus drei Substraten 1, 2, 3, welcher wie nachstehend ausführlich beschrieben aufgebaut ist.
Das erste Substrat 1 ist ein Silicium-Wafer und umfaßt, um mehrere Düsen 4 zu bilden, mehrere parallele Düsenkanäle 11, die an der Oberfläche des ersten Substrats 1 in gleichen Abständen von einem Rand des Substrats 1 aus gebildet sind; Ausnehmungen 12, die sich an den jeweiligen Düsenkanal 11 anschließen und Ausstoßkammern 6 bilden, deren Boden eine Membran 5 ist; schmale Kanäle 13, die als die Tinteneinlässe fungieren und Öffnungen 7 bilden, die an der Rückseite der Ausnehmungen 12 vorgesehen sind; und eine Ausnehmung 14, die einen gemeinsamen Tintenbehälter 8 zum Liefern von Tinte an die einzelnen Ausstoßkammern 6 bildet. Ausnehmungen 15, die Schwingungskammern 19 zum Anordnen der nachstehend beschriebenen Elektroden bilden, sind unterhalb der Membranen 5 vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Spaltbildungsanordnung durch die in der Bodenfläche des ersten Substrats 1 gebildeten Schwingungskammerausnehmungen 15 derart gebildet, daß der Spalt zwischen der Membran 5 und der ihr gegenüberliegend angeordneten Einzelelektrode, d. h. die Länge G (vgl. Fig. 2; nachstehend die "Spaltlänge") des Spaltabschnitts 16, gleich der Differenz zwischen der Tiefe der Ausnehmung 15 und der Dicke der Elektrode ist. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Tiefe der Ausnehmung 15 0,6 um. Es ist zu beachten, daß das Rastermaß der Düsenkanäle 11 0,72 mm und die Breite 70 um beträgt.
Ferner ist eine gemeinsame Elektrode 17 auf dem ersten Substrat 1 aus einem Vielschichtmetallüberzug mit einer ersten Schicht aus Cr oder Ti und einer zweiten Schicht aus Au, Rh oder Pt oder aber aus einem Einschichtmetallüberzug aus Al, Sn oder In gebildet.
Borsilikatglas wird für das zweite Substrat 2 verwendet, das mit der Bodenfläche des ersten Substrats 1 verbunden ist; dieses Verbinden des zweiten Substrats 2 bildet Schwingungskammern 9. Einzelelektroden 21 sind durch Sputtern von Gold auf das zweite Substrat 2 an Positionen entsprechend den Membranen 5 auf eine Dicke von 0,1 um in einem Muster gebildet, das im wesentlichen mit der Form der Membranen 5 übereinstimmt. Jede Einzelelektrode 21 umfaßt ein Zuleitungselement 22 und ein Anschlußelement 23. Ein Pyrex-Sputterfilm ist auf der gesamten Oberfläche des zweiten Substrats 2 mit Ausnahme der Anschlußelemente 23 mit einer Dicke von 0,2 um gebildet, um eine Isolierschicht 24 zu bilden, wodurch ein Überzug zum Verhindern eines dielektrischen Durchschlags und eines Kurzschlusses während des Betriebs des Tintenstrahlkopfs gebildet wird.
Die Isolierschicht 24 ist nicht notwendigerweise auf den Einzelelektroden 21 vorgesehen, und es kann ein Film aus beispielsweise Siliciumdioxid (SiO&sub2;) auf der gesamten Oberfläche des ersten Substrats 1 als ein Isolierfilm gebildet sein. In diesem Fall wird der Kontaktbereich eine MOS- Struktur, und ein Kondensator wird gebildet, wenn der Oxidfilm im Bereich der gemeinsamen Elektrode gebildet wird, und deshalb ist es bevorzugt, die Oxidschicht im Bereich der gemeinsamen Elektrode nicht zu bilden.
Außerdem werden die im ersten Substrat 1 angeordneten Schwingungskammern 9 nicht notwendigerweise im ersten Substrat 1 gebildet, und wie nachstehend beschrieben wird (Fig. 8), ist es möglich, die im ersten Substrat 1 angeordneten Schwingungskammern 9 wegzulassen und Aussparungen mit einer vorbestimmten Tiefe im zweiten Substrat zu bilden, um die Schwingungskammern zu erhalten.
Das oberste dritte Substrat 3, das mit der oberen Oberfläche des ersten Substrats 1 verbunden ist, verwendet Borsilikatglas, gleich wie das zweite Substrat 2. Durch dieses Verbinden des dritten Substrats 3 werden Düsen 4, Ausstoßkammern 6, Öffnungen 7 und der Tintenbehälter 8 gebildet. Ferner ist eine Tinteneinlaßöffnung 31 im dritten Substrat 3 gebildet, die sich an den Tintenbehälter 8 anschließt. Die Tinteneinlaßöffnung 31 ist unter Verwendung einer Anschlußleitung 32 und einer Röhre 33 mit einem Tintentank (in der Figur nicht gezeigt) verbunden.
Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 werden bei 300 bis 500ºC durch Anlegen einer Spannung von 500 bis 800 V anodisch verbunden, und das erste Substrat 1 sowie das dritte Substrat 3 werden unter denselben Bedingungen verbunden, um den Tintenstrahlkopf zusammenzubauen, wie in Fig. 3 gezeigt. Nach dem anodischen Verbinden ist die zwischen den Membranen 5 und den Einzelelektroden 21 auf dem zweiten Substrat 2 gebildete Spaltlänge G die Differenz zwischen der Tiefe der Ausnehmung 15 und der Dicke der Einzelelektroden 21 und beträgt bei dieser Ausführungsform 0,5 um. Der Spalt G1 zwischen den Membranen 5 und der die Einzelelektroden 21 bedeckenden Isolierschicht 24 beträgt 0,3 um.
Nach dem derartigen Zusammenbau des Tintenstrahlkopfs wird eine Treiberschaltung 102 über Zuleitungen 101 zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und den Anschlußelementen 23 der Einzelelektroden 21 angeschlossen, wodurch ein Tintenstrahldrucker gebildet wird. Diese elektrischen Verbindungen zwischen den Elektroden 17 und 23 und den Zuleitungen 101 werden durch Löten oder Hartlöten, durch Bilden eines anisotropen leitfähigen Films und Verbinden durch Thermokompressionsbonden, durch Verbinden mit einem leitfähigen Klebstoff oder durch ein anderes Verfahren hergestellt. Von diesen Verfahren ist die Verbindung durch Löten oder Hartlöten hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit und des Senkens des Kontaktwiderstands bevorzugt, aber ein Verfahren unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Films ist hinsichtlich des Reduzierens der Größe und des Erhöhens der Dichte und Anzahl der Düsen im Kopf am meisten bevorzugt. Tinte 103 wird durch die Tinteneinlaßöffnung 31 vom Tintentank (nicht gezeigt in den Figuren) in das erste Substrat 1 geliefert, um den Tintenbehälter 8 und die Ausstoßkammern 6 zu füllen. Die Tinte in der Ausstoßkammer 6 wird zu einem Tintentropfen 104, der aus den Düsen 4 ausgestoßen und auf Aufzeichnungspapier 105 gedruckt wird, wenn der Tintenstrahlkopf 10 getrieben wird.
Die elektrischen Verbindungen eines wie vorstehend beschrieben aufgebauten Tintenstrahlkopfs werden als nächstes beschrieben.
Wenn der Halbleiter und das Metall im Bereich der Elektrode einander an der Grenzfläche berühren, wird abhängig von der Art des Halbleiters und des Metalls ein Zustand gebildet, bei dem der elektrische Widerstand nach Maßgabe der Polarität der an den Kontaktbereich angelegten Spannung unterschiedlich ist, d. h. ein Gleichrichterkontakt (Diode).
Ob ein Gleichrichterkontakt oder ein Ohmscher Kontakt, bei dem der elektrische Widerstand nicht nach Maßgabe der Polarität der an den Kontakt angelegten Spannung unterschiedlich ist, in dem Kontakt gebildet wird, wird von der Beziehung der Austrittsarbeit des Metalls und des Halbleiters beeinflußt. Falls das Halbleitersubstrat ein p-leitender Halbleiter ist, besteht die Tendenz, daß ein Ohmscher Kontakt im Kontaktbereich gebildet wird, wenn die Austrittsarbeit des Metalls größer als die Austrittsarbeit des Halbleiters ist, und daß ein Gleichrichterkontakt gebildet wird, wenn das Gegenteil der Fall ist, und von n-leitenden Halbleitern ist bekannt, daß sie den p-leitenden Halbleitern entgegengesetzte Eigenschaften aufweisen.
Fig. 4 ist ein detaillierter Teilquerschnitt des Bereichs der gemeinsamen Elektrode bei der obigen Ausführungsform. Fig. 4(a) zeigt die gemeinsame Elektrode 17, die auf dem ersten Substrat 1 p aus p-leitenden Silicium, das beispielsweise mit Bor mit einer vorbestimmten Konzentration dotiert ist, über die gesamte Oberfläche des Siliciums gebildet ist, und Fig. 4(b) zeigt die gemeinsame Elektrode 17, die auf dem n-leitenden Siliciumsubstrat 1n, welches beispielsweise mit Phosphor mit einer vorbestimmten Konzentration dotiert ist, über die gesamte Oberfläche des Siliciums gebildet ist; 17b und 17d sind eine erste Schicht aus Cr oder Ti, 17a und 17c sind eine zweite Schicht aus Au, Rh oder Pt, und 19 ist eine Isolierschicht aus einem Oxidfilm, der auf der Oberfläche mit Ausnahme derjenigen Stellen gebildet ist, wo die gemeinsame Elektrode 17 auf dem ersten Substrat 1 gebildet ist.
Wenn das Halbleitersubstrat ein p-leitender Halbleiter ist, wird aus den obigen Gründen ein Ohmscher Kontakt im Kontaktbereich gebildet, wenn das Metall Au, Rh oder Pt ist, und mit Cr oder Ti wird ein Gleichrichterkontakt gebildet. Es ist somit bevorzugt, ein Metall aus Au, Rh oder Pt direkt mit dem Halbleitersubstrat zu kontaktieren, aber die Haftfähigkeit dieser Metalle an beispielsweise S1 oder einem Halbleiter ist schlecht, und es kann keine für eine Elektrode ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit erzielt werden. Cr und Ti weisen dagegen eine gute Haftfähigkeit an S1 und anderen Halbleitern sowie Metallen wie Au, Rh oder Pt auf und werden deshalb als Zwischenschicht zwischen dem Halbleitersubstrat und diesen Metallen verwendet, weisen jedoch Eigenschaften eines Gleichrichterkontakts in Kontakt mit dem Halbleiter auf.
Bei dieser in Fig. 4(a) gezeigten Ausführungsform können durch Bilden der ersten Schicht 17b auf einem p-leitenden Halbleitersubstrat als ein dünner Film mit einer Dicke in der Größenordnung von 50 bis 150 Å und durch Bilden der zweiten Schicht 17a auf der ersten Schicht 17b als einen Metallfilm mit einer Dicke in der Größenordnung von 1000 Å die Wirkungen des durch Kontakt zwischen der aus Cr oder Ti gebildeten ersten Schicht 17b und dem Halbleitersubstrat 1 erzeugten Gleichrichterkontakts so weit wie möglich reduziert werden. Wie in Fig. 4(a) gezeigt, ist nämlich die erste Schicht 17b mit 50 bis 150 Å Dicke nicht gleichförmig, es sind viele Poren 18 gebildet, was zu einem sogenannten porösen Zustand führt, und das Material der ersten Schicht 17a dringt in diesen Bereich ein, wodurch ein Ohmscher Kontakt gebildet wird. Wenn die Dicke der ersten Schicht 17b 50 bis 150 Å ist, kann ein mechanische Widerstandsfähigkeit erzielt werden, die für eine Elektrode ausreicht, und es kann ferner ein ausreichender Ohmscher Kontakt hergestellt werden.
Andererseits wird, wenn das Halbleitersubstrat ein n-leitender Halbleiter ist, ein Gleichrichterkontakt im Kontaktbereich gebildet, wenn das Metall Au, Rh oder Pt ist, und mit Cr oder Ti wird ein Ohmscher Kontakt gebildet. Wie in Fig. 4(b) gezeigt, werden in diesem Fall, wenn die Dicke der ersten Schicht 300 Å oder größer ist, keine in Fig. 4(a) gezeigten Poren 18 gebildet, das n- leitende Siliciumsubstrat 1n bildet einen Ohmschen Kontakt mit der ersten Schicht 17d aus Cr oder Ti, es kann eine für eine Elektrode ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit erzielt werden, und es kann außerdem ein ausreichender Ohmscher Kontakt hergestellt werden.
Fig. 4(c) zeigt eine Elektrode, die durch Dotieren von Bor (B) mit hoher Konzentration in die Oberfläche auf dem p-leitenden Siliciumsubstrat gebildet ist. Die gemeinsame Elektrode 17 ist gleich wie die in Fig. 4(a) gezeigte Elektrodenstruktur und ist auf einer Schicht 17e hoher Borkonzentration gebildet.
Da die zwischen der Schicht 17e hoher Konzentration und der gemeinsamen Elektrode gebildete Oberflächenbarriere eine dünne Potentialbarriere ist, kann eine gute Ohmsche Elektrode gebildet werden, da Ladungsträger aufgrund des Tunneleffekts frei passieren. Die gleiche Wirkung kann durch Dotieren von Phosphor (P) mit hoher Konzentration in die Oberfläche erzielt werden, in der die gemeinsame Elektrode 17 bei der in Fig. 4(b) gezeigten Elektrodenstruktur gebildet ist.
Fig. 5 ist ein detaillierter Teilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform des Bereichs der gemeinsamen Elektrode in der obigen Ausführungsform. Im Hinblick auf die gemeinsame Elektrode 17 wird Al, Sn oder In mit etwa 1000 Å in demjenigen Teil der Isolierschicht 19 aufgedampft, der über der gesamten Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gebildet und entfernt wurde, um die gemeinsame Elektrode 17 anzuordnen, und wird dann erhitzt, um die thermische Diffusion zu bewirken, wodurch diese Metalle in das Halbleitersubstrat 1 eindringen. Als Folge davon weisen der Kontakt 17f der gemeinsamen Elektrode 17 und das Halbleitersubstrat 1 keine klare Grenzfläche auf, wie es bei der oben beschriebenen gemeinsamen Elektrode aus zwei Schichten der Fall ist, und es kann ein Ohmscher Kontakt hergestellt werden, weil eine kontinuierlich übergehende Verbindung, über die sich die Konzentration von Al, Sn oder In nach und nach ändert, resultiert. In diesem Fall kann Al und In bei einem p-leitenden Halbleitersubstrat 1 angewendet werden, und Sn kann entweder bei einem p-leitenden oder n-leitenden Halbleitersubstrat 1 angewendet werden.
Um als ein Anschluß zum Anschließen der Treiberschaltung zu arbeiten, sind als die oben beschriebenen zweiten Schichten 17b und 17d Elektroden mit einer Zweischichtstruktur unter Verwendung der Metalle Au, Rh oder Pt bevorzugt, da die Oberfläche von Einschichtelektroden unter Verwendung von Al leicht oxidiert und sich damit leicht eine Isolierschicht auf der Oberfläche bildet.
Als nächstes wird die Wirkung auf das Tintenstrahlkopftreiben beschrieben, wenn ein Widerstand oder eine Kapazität durch den Kontakt zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und dem Halbleitersubstrat 1 gebildet wird.
Fig. 6(a) ist ein Ersatzschaltbild, wenn mehrere Membranen 5 getrieben werden und kein Widerstand und keine Kapazität im Kontakt zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und dem Halbleitersubstrat 1 gebildet ist, und Fig. 6(b) ist ein Ersatzschaltbild, wenn mehrere Membranen 5 getrieben werden und eine Kapazität im Kontakt zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und dem Halbleitersubstrat 1 gebildet ist.
Hier ist Ca ein Aktuator, der jeweils durch die einzelnen Membranen 5 und Einzelelektroden 21 gebildet ist, und er funktioniert als ein variabler Kondensator, da der Abstand zwischen der Membran 5 und der Einzelelektrode 21 sich ändert, wenn er getrieben wird. Ccom ist eine Kapazität, die durch die Bildung einer oben beschriebenen Verarmungsschicht erzeugt wird, ohne daß ein Ohmscher Kontakt beim Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und der gemeinsamen Elektrode 17 gebildet wird; Vh ist die an den Tintenstrahlkopf angelegte Versorgungsspannung; und Va ist die an die einzelnen Aktuatoren angelegte Spannung; Vh ist gleich Va, wenn Ccom nicht existiert (a).
Wenn Ccom existiert (b), wird die an die einzelnen Aktuatoren angelegte Spannung Va durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Va = Vh · Ccom/(nCa + Ccom) [Gleichung 1]
wobei 'n' die Anzahl getriebener Düsen ist. Wenn die Kapazität Ccom der gemeinsamen Elektrode klein im Vergleich zur Kapazität Ca des Aktuators ist, nimmt die tatsächlich an die einzelnen Aktuatoren angelegte Treiberspannung Va umgekehrt proportional zur Anzahl an Treiberdüsen ab. Deshalb nimmt die Tintenausstoßgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Anzahl an Treiberdüsen ab, die zueinander parallel angeordneten Aktuatoren beeinflussen einander und werden ein Faktor der Kreuzkopplung, die den Tintenausstoß beeinträchtigt.
Fig. 7 ist ein Graph der Beziehung zwischen der Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm und den Treiberdüsen 'n', die nach Maßgabe von Gleichung 1 berechnet wurde, nachdem die Treiberspannung und die Tintenausstoßgeschwindigkeit experimentell bestimmt wurde. Hier ist Ccom 608,2 pF, und Ca ist 277 pF; beide Werte wurden auf der Basis des gemessenen Werts berechnet, und es wurde angenommen, daß der zur Messung und für die Berechnungen verwendete Tintenstrahlkopf absichtlich mit einer Kapazität im Bereich der gemeinsamen Elektrode versehen worden ist. Die Treiberspannung Vh wurde als 35 V und 45 V angenommen.
Wenn die Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm niedrig ist, wird das Tintenvolumen pro Ausstoß proportional zur Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm reduziert, was zu einem kleineren Punktdurchmesser auf dem Aufzeichnungsmedium, einer nicht ausreichenden Gesamtdichte beim aufgezeichneten Bild und somit zu einem Bild mit niedrigem Kontrast führt. Außerdem werden die Tintentröpfchen nicht als ein einziger sphärischer Tropfen ausgestoßen, sondern in einer kettenartigen Aneinanderreihung mehrerer Tröpfchen. Wenn die Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm niedrig ist, werden somit die dem ersten Tröpfchen folgenden Tröpfchen (Satellitentröpfchen) das Aufzeichnungsmedium verzögert erreichen, der Punktdurchmesser auf dem Aufzeichnungsmedium ändert sich, und das resultierende Bild hat keine Gesamtschärfe. Diese Tendenz zu einer schlechten Auflösung steigt mit zunehmender Abtastgeschwindigkeit des Kopfs 10 an, und eine niedrige Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm ist deshalb unerwünscht, wenn die Druckgeschwindigkeit erhöht werden soll; die Tintenausstoßgeschwindigkeit Vm beträgt deshalb vorzugsweise mindestens 10 m/s oder mehr.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wenn eine zusätzliche Kapazität im Bereich der gemeinsamen Elektrode auftritt, nimmt die Tintenausstoßgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Anzahl getriebener Düsen ab, und bei einem Tintenstrahlkopf mit vielen Düsen kann keine gute Druckqualität erwartet werden.
Der Fall, in dem eine Kapazität bei der Verbindung des Halbleitersubstrats 1 und der gemeinsamen Elektrode 17 auftritt, wurde oben beschrieben, wenn jedoch ein Widerstand im gleichen Bereich auftritt, tritt das Phänomen auf ähnliche Weise auf, daß die Tintenausstoßgeschwindigkeit nach Maßgabe der Anzahl getriebener Düsen abnimmt, was zu Problemen führt.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung auf der Basis der folgenden Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Fig. 8 ist ein Querschnitt der Endform des durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform erhaltenen Tintenstrahlkopfs. Wie in Fig. 8 gezeigt, umfaßt der Tintenstrahlkopf der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Substrat 1, in dem Düsen gebildet sind, aus denen Tinte ausgestoßen wird, Ausstoßkammern 6 für die Druckbeaufschlagung der Tinte, Membranen 5 und eine gemeinsame Elektrode 17; ein zweites Substrat 2, bei dem Einzelelektroden 21 gebildet sind; und ein drittes Substrat 3.
Das erste Substrat 1 ist ein p-leitendes Einkristall-Si-Substrat mit einer Kristallflächenorientierung von (100); die Düsen 4 und die Membranen 5 werden durch Wegätzen der nicht benötigten Teile des Si-Substrats gebildet. Bei dieser Ausführungsform wurde die Bildung der Düsen und der Membran durch anisotropes Si-Ätzen unter Verwendung einer alkalischen Lösung ausgeführt. Wie allgemein bekannt ist, kann die Ätzgeschwindigkeit der verschiedenen Kristallflächen stark variieren, wenn einkristallines Si mit Alkali geätzt wird, wie beispielsweise mit einem wäßrigen Kaliumhydroxid oder Hydrazin, weshalb ein anisotropes Ätzen möglich ist. Da die Ätzgeschwindigkeit der Kristallfläche (111) am niedrigsten ist, wird genauer gesagt bei fortschreitendem Ätzen eine Struktur erhalten, bei der die Fläche (111) als eine glatte Fläche verbleibt.
Der Herstellungsprozeß des ersten Substrats 1 wird unter Verwendung von Fig. 9 beschrieben. Ein SiO&sub2;-Film 19, der ein ätzresistentes Material ist, wird durch ein thermisches Oxidationsverfahren auf beiden Seiten eines 200 um dicken Si-Substrats 1a (ein p-leitendes Halbleitersubstrat mit 20 Ω · cm spezifischem Widerstand) (Fig. 9(a)) gebildet. Als nächstes wird ein Fotolackmuster (nicht gezeigt in den Figurenl, das der Form der Düsen 4 und der Ausstoßkammern 6 etc. äquivalent ist, auf dem SiO&sub2; Film 19 gebildet, und die nicht benötigten Teile des SiO&sub2;-Films 19 werden durch eine Fluorwasserstoffsäure-Ätzlösung entfernt (Fig. 9(b)). Danach wird ein Siliciumätzen unter Verwendung einer Isopropylalkohol enthaltenden wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxid ausgeführt. Wie oben beschrieben, erscheint die Fläche (111), wo das Silicium geätzt wird, und die Größe [der Fläche (111)] ist proportional zur Ätztiefe. Im Ätzbereich der Düsen 4 treffen sich schließlich die Flächen (111), die auf beiden Seiten erscheinen, und das weitere Ätzen schreitet praktisch nicht mehr fort. In anderen Worten werden die Düsen 4 mit einer Querschnittsform gebildet, die gleichförmig durch die Größe des den Düsen 4 entsprechenden Fotolackmusters bestimmt ist.
Die Membran 5 weist in ähnlicher Weise eine Form auf, die durch die Größe des Fotolackmusters im Bereich entsprechend der Membran 5 bestimmt ist, aber in diesem Fall wird die Größe des Fotolackmusters so ausgelegt, daß die Oberfläche der Membran 5 die gleiche Fläche (100) wie die Oberfläche des Si-Substrats 1a wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde im Hinblick auf die Ausstoßcharakteristika des Tintenstrahlkopfs die Dicke der Membran 5 auf 30 um und die Breite auf 500 um eingestellt. Die Flächen (100) und (111) des Si-Einkristalls schneiden sich unter 54,7º; deswegen wurde die Breite des Fotolackmusters entsprechend der Membran 5 auf 730 um eingestellt. Beim Ätzprozeß wird das Si-Substrat 1a 170 um geätzt, der ganze SiO&sub2;-Film 19, die Ätzmaske, wird entfernt, und die Düsen 4 sowie die Membran 5 werden in der gewünschten Form erhalten (Fig. 9c)).
Die gemeinsame Elektrode 17 wird als nächstes gebildet. Ein Fotolackmuster (nicht gezeigt in den Figuren), bei dem die Leerräume der Form der gemeinsamen Elektrode 17 entsprechen, wird auf dem Si-Substrat 1a gebildet; ein Zweischichtenfilm aus Cr und Au (Cr 0,1 um; Au 0,1 um) wird auf dem Fotolackmuster unter Verwendung eines Sputtergeräts gebildet; und das Si- Substrat 1a wird dann in Aceton getaucht und Ultraschallschwingungen angewendet, um das Fotolackmuster sowie den Cr-Au-Zweischichtenfilm nur dort, wo er sich auf dem Fotolackmuster angesammelt hatte, zu entfernen. Der Zweischichtenfilm wird die gemeinsame Elektrode 17 (Fig. 9(d)).
Ein anderes Verfahren zur Bildung der gemeinsamen Elektrode 17 besteht darin, den Cr-Au- Zweischichtenfilm direkt auf dem Si-Substrat 1a zu bilden und dann die nicht benötigten Teile des Cr-Au-Zweischichtenfilms selektiv zu entfernen.
Als Ergebnis des obigen Prozesses wird somit das erste Substrat 1 gebildet.
Als nächstes wird der Herstellungsprozeß des zweiten Substrats 2 unter Verwendung von Fig. 10 beschrieben. Ein Fotolackmuster (nicht gezeigt in den Figuren) entsprechend der Form des Spaltabschnitts 83 zwischen der Membran 5 und der Einzelelektrode 21, die gegenüber der Membran 5 angeordnet ist, wird auf dem Borsilikatglassubstrat 2a gebildet; ein Cr-Au-Zweischichtenfilm 85 wird als nächstes durch Sputtern gebildet; und das Glassubstrat 2a wird dann in Aceton getaucht und Ultraschallschwingungen angewendet, um das Fotolackmuster sowie den Cr-Au-Zweischichtenfilm 85 nur dort zu entfernen, wo er sich auf dem Fotolackmuster angesammelt hatte. Der verbleibende Cr-Au-Zweischichtenfilm 85 wird als die Ätzmaske zur Bildung des Spaltelements 83 durch Ätzen verwendet (Fig. 10(a)).
Als nächstes wird das Glassubstrat 2a in einer Fluorwasserstoffsäure-Ätzlösung geätzt, um den Spaltabschnitt 83 0,35 um tief zu bilden, und der Cr-Au-Zweischichtenfilm 85, der die Ätzmaske ist, wird in Königswasser entfernt (Fig. 10(b)).
Danach wird ein Fotolackmuster (nicht gezeigt in den Figuren), bei dem die Leerräume der Form der Einzelelektroden 21 entsprechen, auf dem Glassubstrat 2a gebildet; ein 0,15 um dicker Al- Film wird dann durch Vakuumabscheidung auf dem Fotolackmuster gebildet; das Glassubstrat 2a wird dann in Aceton getaucht, und es werden Ultraschallschwingungen angelegt, um das Fotolackmuster sowie den Al-Film nur dort, wo er sich auf dem Fotolackmuster angesammelt hatte, zu entfernen. Der verbleibende Al-Film wird zu den Einzelelektroden 21 (Fig. 10(c)).
Schließlich wird ein Borsilikatglas-Dünnfilm 24 als Schutzfilm durch Sputtern an den Stellen entsprechend den Membranen 5 auf dem Glassubstrat 2a gebildet, um das zweite Substrat 2 zu erhalten (Fig. 10(d)).
Das durch die obigen Prozesse hergestellte erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 werden dann durch ein anodisches Verbindungsverfahren verbunden. Der Verbindungsprozeß erfolgt in nachstehend beschriebener Weise. Zuerst werden ein Si-Substrat 1a und ein Glassubstrat 2a gewaschen und dann getrocknet; die übereinstimmenden Muster des Si-Substrats 1a und des Borsilikatglassubstrats 2a werden dann positioniert, und die Substrate werden zusammengeführt. Beide Substrate werden dann auf 300ºC auf einer heißen Platte erhitzt, wonach eine Gleichspannung von 500 V während 10 Minuten mit dem Si-Substrat 1a als Anode und dem Glassubstrat 2a als Kathode angelegt wird, um die Verbindung herzustellen.
Die Verbindung des Si-Substrats 1a und des dritten Substrats 3 wird danach ausgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das dritte Substrat 3 aus dem gleichen Borsilikatglas wie das zweite Substrat 2, und das Verbindungsverfahren ist das oben beschriebene anodische Verbinden.
Die Ergebnisse von Drucktests, die nach dem Anschluß der Treiberschaltung 102 an - die gemeinsame Elektrode 17 und die Einzelelektroden 21 des durch die Serie von Prozessen gebildeten Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wurden, sind nachstehend beschrieben.
Fig. 11 zeigt die Konfiguration der Tintenstrahlkopf-Treiberschaltung 102. Diese Treiberschaltung 102 enthält Transistoren 41, 42, 44, 45, etc., wie in der Figur gezeigt. Im Bereitschaftszustand sind beide Transistoren 42 und 45 ausgeschaltet, die Anschlußspannung Vh ist nicht an den durch die Membran 5 und die Einzelelektrode 21 gebildeten Kondensator Ca angelegt, und die Treiberspannung ist deshalb nicht an die Membran 5 und die Einzelelektrode 21 angelegt. Als Folge wird die Membran 5 nicht ausgelenkt, und es wird absolut kein Druck auf die Tinte in der Ausstoßkammer 6 ausgeübt. Danach wird, weil der Transistor 41 und der Transistor 42 beim Signalanstieg eingeschaltet werden, wenn das Ladesignal 51 eingeschaltet wird, die Anschlußspannung Vh an den Kondensator Ca angelegt, und die Treiberspannung Vh (Va = Vh) wird zwischen die Membran 5 und die Einzelelektrode 21 angelegt. Deshalb fließt Strom in Richtung des Pfeils A, und die Membran 5 wird so gezogen, daß sie durch die zwischen der Membran 5 und der Einzelelektrode 21 wirkende elektrostatische Kraft aufgrund der dazwischen gespeicherten Ladung zur Einzelelektrode 21 abgelenkt wird. Als Folge nimmt das Volumen der Ausstoßkammer 6 zu, und Tinte wird eingesogen.
Als nächstes werden, wenn das Ladesignal 51 ausgeschaltet und das Entladesignal 52 eingeschaltet wird, die Transistoren 41 und 42 ausgeschaltet; das Laden des Kondensators Ca endet deshalb, und das Laden zwischen der Membran 5 und der Einzelelektrode 21 endet dadurch. Außerdem wird der Transistor 44 ausgeschaltet, und der Transistor 45 wird dadurch eingeschaltet. Die im Kondensator Ca zwischen der Membran 5 und der Einzelelektrode 21 angesammelte Ladung wird dann in Richtung des Pfeils B über den Widerstand 46 entladen, indem der Transistor 45 eingeschaltet wird. In der Figur wird, da der Widerstand 46 beträchtlich kleiner gewählt ist als der Widerstand 43 und die Zeitkonstante des Entladens klein ist, das Entladen in einer im Vergleich zur Ladezeit ausreichend kurzen Zeit vollzogen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Membran 5 auf einmal von der elektrostatischen Kraft befreit, kehrt somit aufgrund der inhärenten Steifigkeit der Membran 5 in die Bereitschaftsposition zurück und drückt plötzlich auf die Ausstoßkammer 6, was bewirkt, daß ein Tintentröpfchen 104 durch den in der Ausstoßkammer 6 erzeugten Druck aus der Düse 4 ausgestoßen wird. Es ist zu beachten, daß bei der ersten Ausführungsform angenommen wird, daß das erste Substrat 1 ein p-leitendes Halbleitersubstrat ist; wenn ein n-leitendes Halbleitersubstrat als das Substrat verwendet wird, müssen die Anschlüsse zwischen der Treiberschaltung 102 und dem Tintenstrahlkopf 10 im Vergleich zu jenen für einen p-leitenden Halbleiter umgedreht werden.
Fig. 12 ist eine Übersicht über einen Drucker, der den obigen Tintenstrahlkopf 10 enthält. Die Walze 300 transportiert Aufzeichnungspapier 105, und ein Tintentank 301 speichert innen die Tinte zum Liefern der Tinte an den Tintenstrahlkopf 10 über ein Tintenzufuhrrohr 306. Ein Wagen 302 bewegt den Tintenstrahlkopf 10 in der Richtung senkrecht zur Transportrichtung des Aufzeichnungspapiers 105. Eine Pumpe 303 ist zum Ansaugen von Tinte durch eine Kappe und eine Wiederverwendbarmachungsleitung 308 für verbrauchte Tinte in ein Reservoir 305 für verbrauchte Tinte vorgesehen, wenn ein Fehler beim Tintenausstoß oder ein anderes Problem beim Tintenstrahlkopf 10 vorliegt.
In Treibertests bei einer Treiberspannung von 40 V unter Verwendung der Schaltung in Fig. 11 und des Druckers in Fig. 12 lagen die Frequenzcharakteristika der Tintenausstoßgeschwindigkeit und des Tintenvolumens bis 8 kHz in den Bereichen von 7 ± 0,3 m/s bzw. 0,1 ± 0,02 · 10&supmin;&sup6; ml/Punkt. Die Ergebnisse zeigen, daß bei dieser Ausführungsform ausreichende Ausstoßcharakteristika für sehr schnelles Drucken erhalten wurden.
Ein Cr-Au-Zweischichtenfilm wurde als gemeinsame Elektrode 17 bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet, es kann jedoch die gleiche Wirkung erzielt werden, indem ein Metall verwendet wird, das einen Ohmschen Kontakt mit einem p-leitenden Si-Substrat eines Ti-Pt- Zweischichtenfilms, Ti-Rh-Zweischichtenfilms etc. bildet. Wenn ein n-leitendes Si-Substrat als das erste Substrat verwendet wird, können außerdem die gleichen Wirkungen erzielt werden, wenn ein Metall wie beispielsweise Sn verwendet wird, das in ähnlicher Weise einen Ohmschen Kontakt mit dem n-leitenden Si-Substrat bildet.
Des weiteren wurden Tests mit dem Tintenstrahlkopf der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich des Einflusses der in der Treiberschaltung enthaltenen Widerstandskomponente auf das Tintenstrahlkopftreiben ausgeführt.
Fig. 13 ist ein Ersatzschaltbild der bei diesen Tests verwendeten Treiberschaltung; Rsi ist der Widerstand des Siliciumsubstrats 1 selbst und ist ein Widerstand, der einem spezifischen Widerstand von 20 Ω · cm äquivalent ist; Ca ist ein durch die Membran 5 und die Einzelelektrode 21 gebildeter Kondensator und weist eine Kapazität von etwa 300 pF auf, wenn die Membran 5 nicht zur Einzelelektrode 21 hin gezogen ist. Rc ist ein in der Treiberschaltung angeordneter Widerstand; Vergleichstests wurden mit einem Widerstand von 1 kΩ und 10 kΩ ausgeführt. Es ist zu beachten, daß die Tests mit einer auf 35 V fixierten Treiberspannung Vh und einem in den Signaleingangsanschluß P eingespeisten Treiberfrequenzsignal von 3 kHz ausgeführt wurden.
Fig. 14 ist ein Graph, der die Wellenform aus Oszilloskopbeobachtungen der Treiberwelle Vo in der Treiberschaltung in Fig. 13 zeigt. Die Welle 91 ist die Treiberwelle, wenn der Schaltungswiderstand Rc 1 kΩ ist; die Welle 92 ist die Treiberwelle, wenn der Schaltungswiderstand Rc 10 kΩ ist. Die Zeitkonstante der Welle 92 ist größer als diejenige der Welle 91, und bei dem mit Welle 92 getriebenen Tintenstrahlkopf konnte nicht in allen Düsen eine ausreichende Tintenausstoßgeschwindigkeit erzielt werden. Bei dem mit Welle 91 betriebenen Tintenstrahlkopf konnte jedoch im wesentlichen in allen Düsen eine Tintenausstoßgeschwindigkeit von 10 m/s erzielt werden. Es wird angenommen, daß dieser Unterschied deshalb auftritt, weil die Membran 5 aufgrund der großen Zeitkonstante nicht ausreichend zur Einzelelektrode 21 hin gezogen werden kann, aber es wurde in jedem Fall festgestellt, daß die in Serie zum Kondensator Ca geschaltete Widerstandskomponente die Treibercharakteristika des Tintenstrahlkopfs stark beeinflußt.
Eine ausreichende Qualität des Tintenausstoßes kann deshalb erzielt werden, wenn der spezifische Widerstand des Siliciumsubstrats bei dem durch die vorliegende Ausführungsform erhaltenen Tintenstrahlkopf weniger als etwa 20 Ω · cm beträgt, jedoch wird bei etwa 30 Ω · cm keine ausreichende Qualität des Tintenausstoßes erzielt, und es ist erforderlich, den spezifischen Widerstand auf 20 Ω · cm oder weniger zu drücken; außerdem ist ein spezifischer Widerstand von weniger als 20 Ω · cm bevorzugt, weil sich die Tintenausstoßcharakteristika zu höheren Frequenzen hin erstrecken.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren der Erfindung zur Herstellung insbesondere eines Tintenstrahlkopfs hoher Auflösung nachstehend in mehr Einzelheiten beschrieben.
Fig. 15 ist ein Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Dieser Tintenstrahlkopf weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Tintenstrahlkopf der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform auf. Unterschiede bestehen darin, daß der Abstand zwischen benachbarten Druckkammern im ersten Substrat 1b minimiert ist, indem Düsen 4a und eine Druckkammer 6a unter Verwendung eines Einkristall-Si-Substrats gebildet sind, bei dem die Kristallfläche (110) ist, und es wird ein Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ω · cm als erstes Substrat 1b verwendet, um einen Tintenstrahlkopf hoher Dichte zu bilden.
In einem (110)-Si-Substrat schneidet die Fläche (111) die Substratoberfläche senkrecht, und indem die Form der Druckkammer 6a, die von Wänden umgeben ist, welche senkrecht zur Substratoberfläche sind, so strukturiert wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, kann eine Struktur mit dem kürzesten Abstand zwischen benachbarten Druckkammern, d.h. die Struktur höchster Dichte, erzielt werden.
Das Rastermaß zwischen Druckkammern und Düsen beträgt 70 um, d.h. 360 dpi (Punkte pro Zoll bzw. dots per inch), und bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Breite der Druckkammer 6a 60 um. Die Breite der Druckkammer 6a und die Breite der Membran 5a sind bei der Struktur des Tintenstrahlkopfs gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleich. Basierend auf den Schwingungscharakteristika einer 50 um breiten dünnen Platte beträgt die ideale Dicke der Membran 5a 1 um. Es sind verschiedene Verfahren zur Bildung einer 1 um dicken dünnen Platte verfügbar; das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendete Verfahren bestand darin, die Oberfläche, an der die dünne Tafel des Si-Substrats gebildet wird, mit Bor mit einer Dicke von 1 um und einer Konzentration von 1 · 10²&sup0; Ionen/cm³ zu dotieren. Die Ätzrate wird extrem langsam, wo eine derart hohe Borkonzentration vorhanden ist, wenn Si mit einem Alkali geätzt wird, und es kann eine Struktur erzielt werden, bei der nur die 1 um dicke Bor-dotierte Schicht verbleibt.
Die Düsen 4a werden auf ähnliche Weise durch anisotropes Ätzen unter Verwendung eines Alkalis gebildet.
Die gemeinsame Elektrode 17 wird wie bei dem Tintenstrahlkopf der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform gebildet, das zweite Substrat und das dritte Substrat werden ebenso wie beim Tintenstrahlkopf der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform gebildet, und auch der Tintenstrahlkopf wird durch die gleichen Prozesse gebildet.
In Treibertests bei einer Treiberspannung von 40 V unter Verwendung der Schaltung in Fig. 11 und des Druckers in Fig. 12 lagen die Frequenzcharakteristika der Tintenausstoßgeschwindigkeit und des Tintenvolumens bis 9 kHz in den Bereichen von 10 ± 0,4 m/s bzw. 0,1 ± 0,01 · 106 ml/Punkt. Die Ergebnisse zeigen, daß bei dieser Ausführungsform ausreichende Ausstoßcharakteristika für sehr schnelles Drucken erzielt wurden.
Es ist zu beachten, daß es beim Entwurf eines derartigen Tintenstrahlkopfs hoher Auflösung insbesondere der Widerstand des Halbleitersubstrats ist, der zu einem Problem wird.
Wenn beispielsweise ein Tintenstrahlkopf niedriger Auflösung von etwa 40 dpi unter Zugrundelegen des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahlkopfs der Ausführungsform unter Verwendung der Fläche (100) des Si-Substrats gemäß Fig. 8 ausgelegt wird und wenn ein Tintenstrahlkopf mittlerer Auflösung von etwa 180 dpi unter Zugrundelegen des Herstellungsverfahrens des Tintenstrahlkopfs der Ausführungsform unter Verwendung der Fläche (110) des Si-Substrats gemäß Fig. 15 ausgelegt wird, beträgt die Querschnittsfläche der Membran und der Wände der Ausstoßkammer 6, die nach dem Bilden der Tintenkanäle durch Ätzen in dem Si-Substrat verblieben sind, bei dem Tintenstrahlkopf mit etwa 180 dpi circa 1/10 der Querschnittsfläche pro Ausstoßkammer des Tintenstrahlkopfs mit etwa 40 dpi, und der tatsächliche Widerstand Rsi zwischen der gemeinsamen Elektrode 17 und der Membran 5 wird entsprechend das Zehnfache betragen. Da die Fläche der Einzelelektrode 21 die Hälfte ist, beträgt die Kapazität des durch die Membran 5 und die Einzelelektrode 21 gebildeten Kondensators Ca jedoch ebenfalls die Hälfte. Wenn ein Si-Substrat mit dem gleichen spezifischen Widerstand verwendet wird wie beim ersten Substrat 1, wird somit die Zeitkonstante Rsi · Ca des Tintenstrahlkopfs mittlerer Auflösung von etwa 180 dpi das Fünffache der Zeitkonstante des Tintenstrahlkopfs niedriger Auflösung mit etwa 40 dpi.
Es ist deshalb erforderlich, den Widerstand des ersten Substrats 1 nach Maßgabe der Auflösung geeignet zu wählen: Bei einem sogenannten Tintenstrahlkopf niedriger Auflösung mit etwa 30 bis 100 dpi beträgt der spezifische Widerstand des ersten Substrats 1 vorzugsweise 20 Ω · cm oder weniger; bei einem sogenannten Tintenstrahlkopf mittlerer Auflösung mit etwa 150 bis 250 dpi beträgt der spezifische Widerstand des ersten Substrats 1 vorzugsweise 4 Ω · cm oder weniger; und bei einem sogenannten Tintenstrahlkopf hoher Auflösung mit etwa 300 dpi oder mehr beträgt der spezifische Widerstand des ersten Substrats 1 vorzugsweise 2 Ω · cm oder weniger.
Ein anderes Herstellungsverfahren für einen Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der folgenden Ausführungsform nachstehend ausführlich beschrieben.
Der Tintenstrahlkopf dieser Ausführungsform verwendet ein p-leitendes Si-Substrat als das erste Substrat, und die Fläche, auf der die gemeinsame Elektrode auf dem Si-Substrat gebildet wird, zeichnet sich dadurch aus, daß sie in hoher Konzentration mit Bor dotiert wird.
Bei dem Treiberverfahren des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Erfindung ist es wie vorstehend beschrieben erforderlich, eine sehr schnelle Ladungszuleitung zur Membran 5 zu erzielen, um eine hohe Geschwindigkeit beim Tintenstrahlkopf zu erzielen, da die Membran 5 durch die statische Elektrizität zwischen der Membran 5 und der gegenüber der Membran 5 angeordneten Einzelelektrode 21 deformiert wird. Mit anderen Worten muß das Si-Substrat, welches das Trägersubstrat der Treiberschaltung 102 sowie der Membran 5 und außerdem der Ladeweg ist, so angeschlossen werden, daß es den kleinstmöglichen Kontaktwiderstand und keine Diodencharakteristik aufweist. Die Verwendung eines herkömmlichen Elektrodenmaterials, das einen Ohm'schen Kontakt mit dem Si-Substrat wie bei dem Tintenstrahlkopf der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform besitzt, erfüllt dieses Erfordernis, aber wenn ein Betrieb mit immer höherer Geschwindigkeit für den Tintenstrahlkopf erforderlich ist, ist es möglich, den Widerstand zu senken, indem der Kontakt des Si-Substrats mit der Treiberschaltung 102 mit einem Dotierstoff dotiert wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde eine Borionenimplantation an der Oberfläche des Si-Substrats ausgeführt, welches das erste Substrat des Tintenstrahlkopfs der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform ist, auf dem die gemeinsame Elektrode 17 gebildet ist. Die Bedingungen für die Ionenimplantation sind nachstehend beschrieben.
Nach der Implantation mit einer Ionenbeschleunigungsspannung von 120 keV und einer Dotierstoffkonzentration von 5 · 10¹&sup6;/cm² wird ein Anlaßprozeß für eine Stunde bei 1000ºC ausgeführt, womit eine Volumendichte von Bor in der Si-Substratoberfläche von 5 · 10¹&sup9;/cm³ erzielt wird. Mit Ausnahme der Bildung der gemeinsamen Elektrode werden die anderen Prozesse identisch wie diejenigen des Tintenstrahlkopfs der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform ausgeführt, um den Tintenstrahlkopf herzustellen.
Bei tatsächlichen Drucktests des Tintenstrahlkopfs der vorliegenden Ausführungsform bei einer Treiberspannung von 40 V unter Verwendung der Schaltung in Fig. 11 und des Druckers in Fig. 12 lagen die Frequenzcharakteristika der Tintenausstoßgeschwindigkeit und des Tintenausstoßvolumens bis 12 kHz in den Bereichen von 10 ± 0,4 m/s bzw. 0,1 ± 0,01 · 10&supmin;&sup6; ml/Punkt. Die Ergebnisse zeigen, daß bei dieser Ausführungsform ausreichende Ausstoßcharakteristika für sehr schnelles Drucken erzielt wurden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform betrug die Volumendichte von Bor in dem Bor-dotierten Teil des Si-Substrats 5 · 10¹&sup9;/cm³; im Prinzip ist der Widerstand extrem niedrig, und die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn die Volumendichte von Bor in dem dotierten Teil 10¹&sup9; oder mehr beträgt. Wenn ein n-leitendes Si-Substrat als das erste Substrat verwendet wird, kann die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn auf ähnliche Weise ein Dotierstoffelement der Gruppe V dotiert wird.
Eine alternative Ausführungsform der gemeinsamen Elektrode in einem Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf der Grundlage der folgenden Ausführungsform beschrieben.
Eine Draufsicht auf einen Tintenstrahlkopf gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 16 gezeigt.
Die gemeinsame Elektrode 17 eines Zweischichten-Metallüberzugs aus Cr und Au ist hinter dem gemeinsamen Tintenbehälter 8 angeordnet, breit in der Richtung, in der die Ausstoßkammern 6 feldartig angeordnet sind und so, daß der Abstand von den einzelnen Membranen 5 zur gemeinsamen Elektrode 17 gleich ist, als ein Mittel zur Erhöhung der Kontaktfläche und zur Reduzierung des Kontaktwiderstands mit dem Siliciumsubstrat 1 so stark wie möglich, zur Reduzierung des Abstands des Siliciums von der Membran 5 zur gemeinsamen Elektrode 17 so stark wie möglich und um die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen und des Tintenausstoßvolumens aus den einzelnen Düsen 4 so gleichförmig wie möglich zu machen.
Da der Abstand von der gemeinsamen Elektrode 17 zu den einzelnen Membranen 5 in dieser Ausführungsform gleich ist, kann der Widerstand zwischen den einzelnen Membranen 5 und der gemeinsamen Elektrode während des Treibens gleich gemacht werden, und deshalb ist es möglich zu verhindern, daß die Tintenausstoßcharakteristika der einzelnen Düsen 4 als Ergebnis der Nichtgleichförmigkeit des Widerstands ungleichförmig werden.
Eine alternative Ausführungsform der gemeinsamen Elektrode in einem Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf der Grundlage der folgenden Ausführungsform beschrieben.
Ein Querschnitt eines Tintenstrahlkopfs gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 17 gezeigt.
Die gemeinsame Elektrode 17 ist mit dem Zweischichten-Metallüberzug aus Cr und Au gebildet, der oben auf der Membran 5 angeordnet ist. Die gemeinsame Elektrode 17 ist in Kontakt mit der Tinte, jedoch wird die gemeinsame Elektrode 17 nicht elektrolytisch korrodieren, wenn die gesamte Tinte das gleiche Potential erreicht. Der gesamte elektrische Widerstand kann reduziert werden, da die Kontaktfläche der gemeinsamen Elektrode 17 und des ersten Substrats 1 weiter erhöht werden kann, und die Strecke der Ladungsbewegung im ersten Substrat 1 kann mit Hilfe dieser Ausführungsform minimiert werden. Dies ist besonders effektiv, wenn ein kompakter Tintenstrahlkopf benötigt wird, der nicht ausreichend Platz zur Bildung der gemeinsamen Elektrode besitzt.
Jede der obigen Ausführungsformen wurde so beschrieben, daß sie hauptsächlich Silicium als den Halbleiter des ersten Substrats 1 verwenden, es können jedoch auch Halbleiter als Material des ersten Substrats verwendet werden, die nicht Silicium sind, und der gleiche Betrieb und die gleichen Wirkungen können erzielt werden, wenn Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs) oder Indium-Zinn (InSn) verwendet werden. Insbesondere wenn Ge verwendet wird, ist die Steuerung der Dotierstoffkonzentration einfach, und es kann ein Substrat mit gleichförmigem Widerstand hergestellt werden.

(Gewerbliche Anwendbarkeit)

Wie vorstehend beschrieben, ist ein Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung als Aufzeichnungsmittel eines Tintenstrahlaufzeichnungsgeräts geeignet und ist ideal als Aufzeichnungsmittel eines Kompaktdrucker, der insbesondere bei einer niedrigen Versorgungsspannung effizient getrieben werden kann und von dem eine hohe Druckgeschwindigkeit und eine hohe Druckqualität erwartet werden.

Claims

1. Tintenstrahlkopf, umfassend:

ein Halbleitersubstrat (1), das einen Teil einer oder mehrerer Ausstoßkammern (6, 6a), die sich an eine jeweilige von einer oder mehreren Düsen (4, 4a) anschließen, und eine Membran (5, 5a) bildet, die in einem Teil der bzw. jeder Ausstoßkammer (6, 6a) gebildet ist;

ein Substrat (2), das mit dem Halbleitersubstrat (1) zusammengeschichtet ist, wobei das Substrat (2) eine Elektrode (21) gegenüber jeder der einen oder den mehreren Membranen (5, 5a) mit einem Spalt dazwischen aufweist;

wobei die eine oder mehreren Membranen (5, 5a) durch eine elektrostatische Kraft deformierbar sind, welche durch Anlegen eines elektrischen Impulses zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der jeweiligen Elektrode (21) erzeugt wird, wodurch Tintentröpfchen ausgestoßen werden;

dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Halbleitersubstrats (1) 20 Ω · cm oder weniger beträgt.

2. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallüberzug auf der gesamten oder einem Teil der Halbleitersubstratoberfläche mit Ausnahme des Bereichs gegenüber der einen oder den mehreren Elektroden (21) gebildet ist, wobei der Metallüberzug eine erste Schicht (17b, 17d) aus Cr oder Ti und eine zweite Schicht (17a, 17c) aus Au, Rh oder Pt umfaßt.

3. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallüberzug aus Al, Sn oder In auf der ganzen oder einem Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) mit Ausnahme des Bereichs gegenüber der einen oder den mehreren Elektroden (21) gebildet ist.

4. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ein p-leitendes Halbleitersubstrat ist und ein Element der Gruppe III zumindest bis dorthin dotiert ist, wo der Metallüberzug auf der Halbleitersubstratoberfläche gebildet ist.

5. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumendichte des Elements der Gruppe III zumindest dort, wo der Metallüberzug auf der Halbleitersubstratoberfläche gebildet ist, 10¹&sup9;/cm³ oder höher ist.

6. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ein n-leitender Halbleiter ist und ein Element der Gruppe V zumindest bis dorthin dotiert ist, wo der Metallüberzug auf der Halbleitersubstratoberfläche gebildet ist.

7. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumendichte des Elements der Gruppe V zumindest dort, wo der Metallüberzug auf der Halbleitersubstratoberfläche gebildet ist, 10¹&sup9;/cm³ oder höher ist.

8. Tintenstrahlkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Membranen (5, 5a) auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet sind und der Metallüberzug äquidistant zu allen Membranen (5, 5a) gebildet ist.

9. Tintenstrahlkopf nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ein p-leitendes Halbleitersubstrat (1) ist und die erste Schicht (17b) des Metallüberzugs mit einer Dicke von 50 bis 150 Å (5 - 15 nm) gebildet ist.

10. Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ein n-leitendes Halbleitersubstrat (1) ist und die erste Schicht (17d) des Metallüberzugs mit einer Dicke von 300 Å (30 nm) oder größer gebildet ist.

11. Tintenstrahlkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Membranen (5, 5a) auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet sind und daß der Metallüberzug an Positionen gebildet ist, wo der Abstand von den einzelnen Membranen (5, 5a) zum Metallüberzug gleich ist.