JP2637162B2 - サーマルヘッド用発熱体およびその製造方法 - Google Patents

サーマルヘッド用発熱体およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サーマルヘッド用の発熱体に関する。
コンピュータ、ワードプロセッサ等の出力装置とし
て、サーマルヘッドによって印字を行うサーマルプリン
タが多用されている。サーマルヘッドは、発熱体をその
主要な構成要素としており、安定性の良いサーマルヘッ
ドを得るためには、高温安定性の優れたサーマルヘッド
用発熱体が不可欠である。
〔従来技術〕
サーマルヘッドの発熱体としては、従来Ti、Mo、W、
V、Nb、Zr、Hf等の炭化物、チッ化物、酸化物が知られ
ている。その外、シリコン系の発熱抵抗体として、本出
願人によって、シリコンとホウ素の2元系の発熱体が提
案されている。
これは、Si1−xBx(ただし、xは0.01〜0.7)とする
もの(特開昭62−168375号公報)、シリコンにホウ素を
ドープしキャリア濃度1×1019〜8×1019/cm3とするも
の(特開昭63−14401号公報)である。
〔発明が解決しようとする課題〕
サーマルヘッドは、通常300℃〜500℃程度の温度で使
用されるため、耐酸化性に優れていなければならない
が、上記した従来のTi、Mo、W、V、Nb、Zr、Hf等の炭
化物、チッ化物、酸化物による発熱体では酸化劣化され
やすく、比較的短期間の使用によって抵抗値が次第に上
昇し、ついには使用不能になり、或いは高温使用ができ
ないため高速印字ができないという問題点を有してい
た。
また、本出願人によりシリコンとホウ素の2元系の発
熱体は、既に述べたとおり、Ti、Mo、W、V、Nb、Zr、
Hf等の炭化物、チッ化物、酸化物による発熱体に比較す
れば、その特性は優れているものの、キャリア濃度を5
×1020/cm3以上としたホウ素ドープポリシリコン発熱体
を用いてサーマルヘッドを構成すると、ときによりその
特性が期待した程でないサーマルヘッドとなってしまう
場合があり、安定性に欠けるという問題点を有してい
た。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであ
り、高温安定性の優れたサーマルヘッド用の発熱体を提
供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上述の問題点を解決するために、本発明においては、
発熱体としてホウ素ドープされた多結晶シリコンを用い
ホウ素濃度を5×1020/cm3以上とすると共に、この発熱
体中の酸素濃度を5×1020atom/cm3以下に抑えたことを
特徴としている。
これにより、発熱体の高温安定性を高めることができ
た。
〔実施例〕
第1図から、サーマルヘッドの発熱部の概略を示し、
下から順にアルミナ等の基板5、蓄熱用のグレーズ層
4、抵抗発熱体層3、アルミニウム等のリード電極2、
2′、Si−B−N等の耐摩耗性保護層1よりなる。6は
発熱部である。
リード電極2、2′間に電圧を加えると、発熱体層3
にはその抵抗値に応じた電流が流れて発熱し、保護層1
を通してその表面に圧接され感熱色材リボンを加熱し、
さらにその表面に圧接された用紙に色材を転写する。
抵抗発熱体層(以下、単に発熱体という)3には、こ
の発明に従って、ホウ素ドープされた多結晶シリコンを
用いると共に、この発熱体中の酸素濃度を所定の濃度以
下に抑えている。以下、この発熱体について詳細に述べ
る。
前述のとおり、この発明の発熱体は、ポリシリコンに
ホウ素をドープしたものを用いているが、ホウ素濃度を
5×1020以上としたホウ素ドープポリシリコン発熱体を
用いてサーマルヘッドを構成しても、ときとしてその高
温特性が予想されるより悪い特性しか得られない場合が
ある。
この点について本発明者は精密な実験を重ね、鋭意研
究した結果、発熱体のシート抵抗変化率はホウ素ドープ
ポリシリコン中の酸素濃度に大きく依存していることを
見出した。即ち、ホウ素ドープポリシリコン中の酸素濃
度が所定値以下であると、このホウ素ドープポリシリコ
ンを使用したサーマルヘッドは、優れた特性を示すが、
ホウ素ドープポリシリコン中の酸素濃度が所定値以上で
あると、このホウ素ドープポリシリコンを使用したサー
マルヘッドは、期待した特性を示さないことになる。
第2図は、この実験の結果を示すものである。第2図
において、横軸はポリシリコン中の酸素濃度(atom/c
m3)を示し、縦軸はシート抵抗変化率を示す。この場合
のポリシリコンのホウ素濃度は5×1020(1/cm3)であ
り、空気中における450℃、500時間アニール後の抵抗変
化率を示している。
第2図から明らかなように、シート抵抗変化率を5%
以下に抑えるために、ホウ素ドープポリシリコン中の酸
素濃度を5×1020(atom/cm3)とする必要がある。
ところでドープ型シリコンを製造するには、減圧CVD
法が好適であり、ホウ素のトープ条件を制御することに
より、発熱体中のホウ素濃度を調整する。下記の成膜条
件で種々のキャリア濃度の発熱体を作成し、厚膜を2000
Åとしたところ、第3図に示すようなシート抵抗の変化
が得られた。
成膜条件 温度 620℃〜650℃ He 1SLM SiH4 10〜100SCCM B2H6 10SCCM 圧力 0.5〜1Toor 第3図から明らかなように、5×1020/cm3以上のホウ
素濃度になると、ホウ素濃度の変化に対する抵抗値の変
化が小さくなる。
ホウ素の高温度にドープしたポリシリコンは、低温ア
ニール(300〜600℃)において、時間と共にキャリア濃
度が減少するため、シート抵抗の上昇が観測されている
が、第3図に示したとおり、ホウ素をドープ量を5×10
20/cm3以上とすることにより、シート抵抗の変化を小さ
くすることができる。
第4図は、この効果を示すための図であり、ホウ素ド
ープポリシリコンの空気中、500℃のアニールにおける
抵抗率変化を示しており、横軸にアニール時間、縦軸に
抵抗率変化をとっている。図では、ホウ素ドープポリシ
リコンのホウ素濃度を、それぞれ(a)5×1019/cm3
(b)1×1020/cm3、(c)5×1020/cm3、(d)1×
1021/cm3とした場合のアニール後のシート抵抗変化を示
している。このときのシート抵抗は、1000Ω/□であっ
た。第4図には、これらに加えて比較のために、TiNの
場合のアニールによるシート抵抗変化を示している。
この図からも明らかなように、ホウ素濃度を5×1020
/cm3以上としたホウ素ドープポリシリコンのシート抵抗
変化は、他のものに比較してかなり小さくなっている。
本発明において、ホウ素ドープポリシリコンは、第3
図と共に述べたと同様な成膜条件で減圧CVD法により製
造される。このときに必要とされる酸素量は非常に僅か
であり、酸素濃度の調整は、反応管とシランガス管の接
続部分に使用されるOリングの材質等を変えることによ
り行う。例えば、シリコン系のOリングを使用すると、
シリコンゴムが若干酸素を通すことから、その厚みを変
えて酸素ガスの通過量を制御できる。その外、Oリング
の締め付け度合いを調整いても良い。(フッ素系のゴム
の場合はほとんど酸素を通さない。) 以上に述べたホウ素ドープポリシリコンを用いてサー
マルヘッドを作り、耐パルス試験(駆動条件;パルス
数:1×108パルス、パワー:25w/mm2、周期:10mmSec、パ
ルス幅:1.5mSec)を行ったところ、抵抗値変化は±2%
以下(従来は5%)であり、十分改善されていることが
わかった。サーマルヘッドとしては、シート抵抗が200
Ω/□〜3000Ω/□の場合が好適である。
〔効果〕
以上述べたとおり、この発明によれば、 (1) 発熱体としてポリシリコンを使用しているため
耐酸化性に優れており、 (2) 耐熱性が高いため、高速かつ高熱効率のサーマ
ルヘッドが作成可能であり、 (3) 抵抗値が上昇する原因であるホウ素濃度の減少
を生じても、抵抗率変化の小さい領域で使用しているた
め、抵抗値変化の小さいサーマルヘッドを供給できる、 という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図はサーマルヘッドの構成を示す図、第2図はこの
発明の作用効果を説明するための図、第3図、第4図は
従来例の特性を説明するための図である。 1……耐摩耗性保護層、2、2′……リード電極 3……抵抗発熱体層、4……グレーズ層 5……アルミナ基板、6……発熱部

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリシリコンにホウ素をドープし、ホウ素
    濃度を5×1020/cm3以上とすると共に、酸素濃度を5×
    1020(atom/cm3)以下としたサーマルヘッド用発熱体。
  2. 【請求項2】シート抵抗を200Ω/□〜3000Ω/□とし
    たことを特徴とする請求項(1)記載のサーマルヘッド
    用発熱体。
  3. 【請求項3】SiH4、B2H6、Heのガスを使用し、減圧CVD
    によって製造するサーマルヘッド用発熱体の製造方法。
JP63114180A 1988-05-11 1988-05-11 サーマルヘッド用発熱体およびその製造方法 Expired - Lifetime JP2637162B2 (ja)

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