JPH0512152B2 - - Google Patents
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- JPH0512152B2 JPH0512152B2 JP2016993A JP1699390A JPH0512152B2 JP H0512152 B2 JPH0512152 B2 JP H0512152B2 JP 2016993 A JP2016993 A JP 2016993A JP 1699390 A JP1699390 A JP 1699390A JP H0512152 B2 JPH0512152 B2 JP H0512152B2
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- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱伝導率が固体中で最大であり最も耐
摩耗性を有するダイヤモンドと類似のエネルギバ
ンド巾が2.0eV以上を有する炭素または炭素を主
成分とする材料により炭素被膜を形成することを
目的としている。
摩耗性を有するダイヤモンドと類似のエネルギバ
ンド巾が2.0eV以上を有する炭素または炭素を主
成分とする材料により炭素被膜を形成することを
目的としている。
本発明は炭素被膜を非晶質（アモルフアス、以
下ASという）または５〜20Åの大きさの微結晶
性を有する半非晶質（セミアモルフアス、以下
SASという）の如きプラズマ気相法による100〜
450℃好ましくは200〜350℃の低温で形成するも
のである。そしてその炭素被膜を珪素上に設ける
ことを目的としている。このことによりダイヤモ
ンドと類似のエネルギバンド巾が2.0eV以上を有
する炭素又は炭素を主成分とする被膜との密着性
の悪い表面に対しても前記炭素又は炭素を主成分
とする被膜を適用することが可能となる。
下ASという）または５〜20Åの大きさの微結晶
性を有する半非晶質（セミアモルフアス、以下
SASという）の如きプラズマ気相法による100〜
450℃好ましくは200〜350℃の低温で形成するも
のである。そしてその炭素被膜を珪素上に設ける
ことを目的としている。このことによりダイヤモ
ンドと類似のエネルギバンド巾が2.0eV以上を有
する炭素又は炭素を主成分とする被膜との密着性
の悪い表面に対しても前記炭素又は炭素を主成分
とする被膜を適用することが可能となる。
本発明はかかる被膜がプラズマ気相法すなわち
0.01〜10torrの減圧下にて直流高周波500KHz〜
50MHz）またはマイクロ波（例えば2.45GHzの周
波数）の電磁エネルギを加えて、またはアーク放
電を発生させてプラズマ化し、かかる電磁エネル
ギにより気化した反応性気体例えばエチレン、プ
ロパン等の炭化水素ガスを活性化し、分解せしめ
ることにより、ASまたはSASの絶縁性の炭素ま
たは炭素中に水素、珪素が30モル％以下に含有し
たダイヤモンドと類似のエネルギバンド巾が
2.0eV以上を有する炭素又は炭素を主成分とする
被膜を形成せんとするものである。
0.01〜10torrの減圧下にて直流高周波500KHz〜
50MHz）またはマイクロ波（例えば2.45GHzの周
波数）の電磁エネルギを加えて、またはアーク放
電を発生させてプラズマ化し、かかる電磁エネル
ギにより気化した反応性気体例えばエチレン、プ
ロパン等の炭化水素ガスを活性化し、分解せしめ
ることにより、ASまたはSASの絶縁性の炭素ま
たは炭素中に水素、珪素が30モル％以下に含有し
たダイヤモンドと類似のエネルギバンド巾が
2.0eV以上を有する炭素又は炭素を主成分とする
被膜を形成せんとするものである。
かかるプラズマ気相法により形成した炭素はそ
のエネルギバンド巾が2.0eV以上代表的には2.5〜
3eVを有する絶縁体でありかつその熱伝導率は
2.5以上代表的には5.0（Ｗ／cm deg）とダイヤモ
ンドの6.60（Ｗ／cm deg）に近いきわめてすぐれ
た高い値を有する。
のエネルギバンド巾が2.0eV以上代表的には2.5〜
3eVを有する絶縁体でありかつその熱伝導率は
2.5以上代表的には5.0（Ｗ／cm deg）とダイヤモ
ンドの6.60（Ｗ／cm deg）に近いきわめてすぐれ
た高い値を有する。
さらにビツカース硬度4500Kg／mm2以上代表的に
は6500Kg／mm2というダイヤモンド類似の硬さを有
するきわめてすぐれた特性を見出しかかる特性を
サーマルヘツドに適用してすぐれた耐摩耗性、感
熱高速応答性を有せしめたものである。
は6500Kg／mm2というダイヤモンド類似の硬さを有
するきわめてすぐれた特性を見出しかかる特性を
サーマルヘツドに適用してすぐれた耐摩耗性、感
熱高速応答性を有せしめたものである。
さらに本発明はかかるASまたはSASの450℃以
下で作られた炭素被膜中に価または価の不純
物であるホウ素またはリンを0.1〜３モル％の濃
度に添加すると、10-2〜10-6（Ωcm）-1の電気伝導
度を有せしめることができる。そのためこの場合
は発熱素子として用い、さらにその機械的特質に
より耐摩耗層を必ずしも形成させる必要がない等
の特性を有せしめることができるという他の特徴
を有する。
下で作られた炭素被膜中に価または価の不純
物であるホウ素またはリンを0.1〜３モル％の濃
度に添加すると、10-2〜10-6（Ωcm）-1の電気伝導
度を有せしめることができる。そのためこの場合
は発熱素子として用い、さらにその機械的特質に
より耐摩耗層を必ずしも形成させる必要がない等
の特性を有せしめることができるという他の特徴
を有する。
本発明はさらに前記耐摩耗層を減圧状態のプラ
ズマ気相法を用いて形成するため、発熱層の側部
に対しても上面と同様の厚さで保護することがで
きる。そのためこれまでスパツタ法、常圧気相法
等で作られた場合、この側面をおおうために結果
として耐摩耗層を上面の厚さにおいて2μm以上
（側面の厚さ0.2μm以上）を必要とした。しかし
本発明においては上面も側面もほぼ同じ厚さに形
成可能なため、上面の厚さは0.1〜0.3μmあれば十
分であり、結果として厚さが約1/10になつたた
め、さらに感熱の応答速度を向上させることがで
きるようになつた。
ズマ気相法を用いて形成するため、発熱層の側部
に対しても上面と同様の厚さで保護することがで
きる。そのためこれまでスパツタ法、常圧気相法
等で作られた場合、この側面をおおうために結果
として耐摩耗層を上面の厚さにおいて2μm以上
（側面の厚さ0.2μm以上）を必要とした。しかし
本発明においては上面も側面もほぼ同じ厚さに形
成可能なため、上面の厚さは0.1〜0.3μmあれば十
分であり、結果として厚さが約1/10になつたた
め、さらに感熱の応答速度を向上させることがで
きるようになつた。
本発明において反応性気体は炭化水素例えばア
セチレン（C2H2）、メタン系炭化水素（CoH2o+2）
等の気体または珪素を一部に含んだ場合はテトラ
メチルシラン（（CH2）4Si）、テトラエチルシラン
（（C2H5）4Si）等を用いてもよい。前者にあつて
は炭素に水素が30モル％以下特にSASとすると
0.01〜５モル％と低く存在しつつも炭素同志の共
有結合が強くダイヤモンドと類似の物性を有して
いた。また後者にあつては水素が0.01〜20モル％
を含み、さらに珪素を炭素の1/3〜1/4含むいわゆ
る炭素過 剰の炭化珪素であり、主成分を炭素と
している絶縁性材料（光学的エネルギバンド巾
Eg＞2.0eV代表的には2.5〜3.0eV）であつた。
セチレン（C2H2）、メタン系炭化水素（CoH2o+2）
等の気体または珪素を一部に含んだ場合はテトラ
メチルシラン（（CH2）4Si）、テトラエチルシラン
（（C2H5）4Si）等を用いてもよい。前者にあつて
は炭素に水素が30モル％以下特にSASとすると
0.01〜５モル％と低く存在しつつも炭素同志の共
有結合が強くダイヤモンドと類似の物性を有して
いた。また後者にあつては水素が0.01〜20モル％
を含み、さらに珪素を炭素の1/3〜1/4含むいわゆ
る炭素過 剰の炭化珪素であり、主成分を炭素と
している絶縁性材料（光学的エネルギバンド巾
Eg＞2.0eV代表的には2.5〜3.0eV）であつた。
以下に図面に従つて実施例を示す。
本実施例では本発明の応用例としてサーマルヘ
ツドに用いた場合を示す。
ツドに用いた場合を示す。
実施例 １
第１図は本発明に用いられたサーマルヘツドプ
リンタのたて断面図を示す。第１図Ｂは、第１図
ＡのＡ−A′の断面図を示す。ＣはＢ−B′の断面
図を示す。
リンタのたて断面図を示す。第１図Ｂは、第１図
ＡのＡ−A′の断面図を示す。ＣはＢ−B′の断面
図を示す。
図面において基板特にセラミツク基板上にグレ
イズされたガラス層２、発熱体層３、電極４、耐
摩耗層５が積層して設けられている。また第１図
Ｃに示す如く、感熱紙がこすられる部分は発熱層
３上に接して耐摩耗層５が設けられている。
イズされたガラス層２、発熱体層３、電極４、耐
摩耗層５が積層して設けられている。また第１図
Ｃに示す如く、感熱紙がこすられる部分は発熱層
３上に接して耐摩耗層５が設けられている。
本発明はこの耐摩耗層５を炭素または炭素を主
成分とした材料とし、この材料をプラズマ気相法
により形成するため、第１図Ｂ，Ｃに示す如く、
発熱体層の側部の厚さが発熱体層上の厚さを概略
一致させることができるという特徴を有する。
成分とした材料とし、この材料をプラズマ気相法
により形成するため、第１図Ｂ，Ｃに示す如く、
発熱体層の側部の厚さが発熱体層上の厚さを概略
一致させることができるという特徴を有する。
これは減圧下（0.01〜10torr）であり、反応性
気体の平均自由行程が長くなり気相法を行うに際
しても側辺へのまわりこみが大きいためである。
加えてプラズマ化し反応性気体同志に大きな運動
エネルギを与えて互いに衝突させ、四方八方への
飛翔を促していることにある。
気体の平均自由行程が長くなり気相法を行うに際
しても側辺へのまわりこみが大きいためである。
加えてプラズマ化し反応性気体同志に大きな運動
エネルギを与えて互いに衝突させ、四方八方への
飛翔を促していることにある。
耐摩耗層に関しては、以下の如くにして作製し
た。すなわち被形成面を有する基板を反応容器内
に封入しこの反応容器を10-3torrまでに真空引き
をするとともに、この基板を加熱炉により100〜
450℃好ましくは200〜350℃例えば300℃に加熱し
た。この後この雰囲気中に水素、ヘリユームを導
入し、10-2〜10torrにした後誘導方式または容量
結合方式により電磁エネルギを加えた。例えば加
える、電気エネルギの周波数は13.56MHz、出力
は50〜500Wとし、その実質的な電極間隙は15〜
150cmとながくした。それはプラズマ化した時の
反応性気体である炭素はきわめて安定な材料であ
るため各元素または炭素が会合した会合分子に対
し高いエネルギを与え炭素同志互いに共有結合を
させるためである。形成された被膜に関して出力
が50〜150Wを加えた時はASが250〜500Wを加え
た時はSASが、その中間ではそれらが混合した
構造が電子線回折では観察された。
た。すなわち被形成面を有する基板を反応容器内
に封入しこの反応容器を10-3torrまでに真空引き
をするとともに、この基板を加熱炉により100〜
450℃好ましくは200〜350℃例えば300℃に加熱し
た。この後この雰囲気中に水素、ヘリユームを導
入し、10-2〜10torrにした後誘導方式または容量
結合方式により電磁エネルギを加えた。例えば加
える、電気エネルギの周波数は13.56MHz、出力
は50〜500Wとし、その実質的な電極間隙は15〜
150cmとながくした。それはプラズマ化した時の
反応性気体である炭素はきわめて安定な材料であ
るため各元素または炭素が会合した会合分子に対
し高いエネルギを与え炭素同志互いに共有結合を
させるためである。形成された被膜に関して出力
が50〜150Wを加えた時はASが250〜500Wを加え
た時はSASが、その中間ではそれらが混合した
構造が電子線回折では観察された。
さらにこのプラズマ化した雰囲気に対し、炭化
物気体例えばメタンまたはプロパンを導入した。
するとこの反応性気体が脱水素化し、炭素の結合
が互いに共有結合し合つて、被形成面に炭素被膜
を形成させることができた。
物気体例えばメタンまたはプロパンを導入した。
するとこの反応性気体が脱水素化し、炭素の結合
が互いに共有結合し合つて、被形成面に炭素被膜
を形成させることができた。
基板の温度が100〜200℃にては、硬度が若干低
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいもの
ではなかつたが、200℃以上特に250〜350℃にお
いては、きわめて安定な強い被形成面への密着性
を有していた。
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいもの
ではなかつたが、200℃以上特に250〜350℃にお
いては、きわめて安定な強い被形成面への密着性
を有していた。
加熱処理は450℃以上にすると、基板との熱膨
張係数の差によりストレスが内在してしまい問題
があり、250〜450℃で形成された被膜が理想的な
耐摩耗材料であつた。
張係数の差によりストレスが内在してしまい問題
があり、250〜450℃で形成された被膜が理想的な
耐摩耗材料であつた。
出発物質をTMS（（CH2）4Si），TES（（C2H6）4
Si）を用いると、形成された被膜には珪素が15〜
30原子％含まれる炭素を主成分とする被膜であつ
た。これでも炭素のみと同様の硬度があつた。熱
伝導度は炭素のみが5W／cm degであつたが２
〜3W／cm degと少なかつた。
Si）を用いると、形成された被膜には珪素が15〜
30原子％含まれる炭素を主成分とする被膜であつ
た。これでも炭素のみと同様の硬度があつた。熱
伝導度は炭素のみが5W／cm degであつたが２
〜3W／cm degと少なかつた。
以上の如くにして形成された炭素被膜は0.05〜
0.2μmの厚さすなわち従来の1/5〜1/10の薄さで
あつても105時間の使用に耐える耐摩耗性を有し
ていた。
0.2μmの厚さすなわち従来の1/5〜1/10の薄さで
あつても105時間の使用に耐える耐摩耗性を有し
ていた。
実施例 ２
この実施例は実施例１と同様の硬度のサーマル
ヘツドを実施例１と同様のプラズマ気相法を用い
て発熱体層を形成させた場合である。
ヘツドを実施例１と同様のプラズマ気相法を用い
て発熱体層を形成させた場合である。
その製造は実施例１と同様の条件のプラズマ気
相法とした。しかし形成される被膜が導電性（抵
抗性）または半導体性であることを必要とするた
め、形成された被膜は価または価の不純物例
えばホウ素またはリンを添加例えば不純物気体／
珪化物気体＝0.01％以下に添加したASまたは
SASの珪素被膜またはかかる不純物を不純物気
体／炭化物気体＝0.01〜３％に添加した抵抗性ま
たは半導体性の炭素を主成分とする被膜を形成せ
しめた。
相法とした。しかし形成される被膜が導電性（抵
抗性）または半導体性であることを必要とするた
め、形成された被膜は価または価の不純物例
えばホウ素またはリンを添加例えば不純物気体／
珪化物気体＝0.01％以下に添加したASまたは
SASの珪素被膜またはかかる不純物を不純物気
体／炭化物気体＝0.01〜３％に添加した抵抗性ま
たは半導体性の炭素を主成分とする被膜を形成せ
しめた。
すなわち前者の珪素被膜に関しては、出発物質
をシラン（SinH2o+2ｎ≧１）四フツ化珪素を用
い、同様の100〜450℃例えば200〜350℃にて形成
させた。高周波エネルギは13.56MHzを10〜50W
として、AS、または50〜200WとしてSASを形成
させた。価の不純物は例えばホウ素をB2H6用
いて、また価の不純物は例えばリンをPH3を用
いて前記した比の如く微少なドープまたはノンド
ープをして用いた。形成された被膜中に水素が20
モル％以下に含有したが発熱させることによりそ
れらは外部に放出されてしまつた。
をシラン（SinH2o+2ｎ≧１）四フツ化珪素を用
い、同様の100〜450℃例えば200〜350℃にて形成
させた。高周波エネルギは13.56MHzを10〜50W
として、AS、または50〜200WとしてSASを形成
させた。価の不純物は例えばホウ素をB2H6用
いて、また価の不純物は例えばリンをPH3を用
いて前記した比の如く微少なドープまたはノンド
ープをして用いた。形成された被膜中に水素が20
モル％以下に含有したが発熱させることによりそ
れらは外部に放出されてしまつた。
また炭素においては、実施例１と同様のアセチ
レンを用いた。ここにB2H6／C2H2＝0.01〜３％，
PH3／C2H2＝0.01〜３％として形成させた。そ
の結果形成された被膜の電気伝導度は10-8〜10-4
（Ωcm）-1が得られた。
レンを用いた。ここにB2H6／C2H2＝0.01〜３％，
PH3／C2H2＝0.01〜３％として形成させた。そ
の結果形成された被膜の電気伝導度は10-8〜10-4
（Ωcm）-1が得られた。
以上の説明より明らかな如く、本発明はその基
本思想としてプラズマ気相法を用いるため、基板
温度が100〜450℃代表的には250〜400℃特に300
℃という従来の被膜形成方法で考えるならば低い
温度で可能である。特に500℃以下であることは
基板材料としてガラスを用いる時その熱膨張の歪
に対しきわめてこれを少なくし、従来の高温処理
による基板のそり等の大きな欠点を防ぐことがで
きた。そのためこれまでのサーマルプリンタの発
熱部が１mmあたり６本しか作れなかつたが、これ
を24本にまで高めることができるようになつた。
本思想としてプラズマ気相法を用いるため、基板
温度が100〜450℃代表的には250〜400℃特に300
℃という従来の被膜形成方法で考えるならば低い
温度で可能である。特に500℃以下であることは
基板材料としてガラスを用いる時その熱膨張の歪
に対しきわめてこれを少なくし、従来の高温処理
による基板のそり等の大きな欠点を防ぐことがで
きた。そのためこれまでのサーマルプリンタの発
熱部が１mmあたり６本しか作れなかつたが、これ
を24本にまで高めることができるようになつた。
以上の説明より明らかな如く、本発明はそのエ
ネルギバンド巾2.0eV以上代表的には2.5〜3eVを
有する絶縁性の透光性炭素を耐摩耗性材料として
用いたこと、さらに炭素または炭素を主成分とす
る抵抗体または半導体を発熱体層として用いたこ
とを特徴としている。そのために本発明はプラズ
マ気相法によりその一方または双方を形成せし
め、従来の気相法で形成された温度よりも300〜
500℃も低い500℃以下の温度で作ることができ基
板材料の選定に大きな自由度を得、低価格化にき
わめてすぐれた特徴を有していた。
ネルギバンド巾2.0eV以上代表的には2.5〜3eVを
有する絶縁性の透光性炭素を耐摩耗性材料として
用いたこと、さらに炭素または炭素を主成分とす
る抵抗体または半導体を発熱体層として用いたこ
とを特徴としている。そのために本発明はプラズ
マ気相法によりその一方または双方を形成せし
め、従来の気相法で形成された温度よりも300〜
500℃も低い500℃以下の温度で作ることができ基
板材料の選定に大きな自由度を得、低価格化にき
わめてすぐれた特徴を有していた。
本発明の方法をサーマルヘツドに応用した場合
サーマルヘツドの発熱体層上面と側面の厚さをほ
ぼ同じ厚さに形成できるため従来方法のようにそ
の厚さの１番薄い部分の厚さを必要量以上にする
と、逆に厚く形成される部分はその10倍も厚くな
るということがない。
サーマルヘツドの発熱体層上面と側面の厚さをほ
ぼ同じ厚さに形成できるため従来方法のようにそ
の厚さの１番薄い部分の厚さを必要量以上にする
と、逆に厚く形成される部分はその10倍も厚くな
るということがない。
また、上面と側面をおおつた場合、基板と発熱
体層の密着力を高めるという効果を持つ。
体層の密着力を高めるという効果を持つ。
本発明はプラズマ気相法を主として記した。し
かしかかる耐摩耗性が得られる限りにおいてイオ
ンプレーテイングその他のプラズマまたはレーザ
等の電磁エネルギ、光エネルギを用いてもよい。
かしかかる耐摩耗性が得られる限りにおいてイオ
ンプレーテイングその他のプラズマまたはレーザ
等の電磁エネルギ、光エネルギを用いてもよい。
本発明の実施例においての第１図の構造はその
一例を示したもので、発熱体層を単結晶としてト
ランジスタ構造であつてもよく、その他シリコン
メサ構造、プレナー構造等に用いることができ
る。
一例を示したもので、発熱体層を単結晶としてト
ランジスタ構造であつてもよく、その他シリコン
メサ構造、プレナー構造等に用いることができ
る。
第１図は本発明のサーマルプリンタのたて断面
図を示す。
図を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に複数の発熱体層を互いに離間して有
し、前記各発熱体層はそれぞれ一対の電極を有
し、かつ前記発熱体層は価または価の不純物
が添加された炭素又は珪素を主成分とする被膜よ
りなることを特徴とするサーマルヘツド。 ２ 特許請求の範囲第１項において、発熱体層の
電気伝導度が10-8〜10-4（Ωcm）-1であることを特
徴とするサーマルヘツド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1699390A JPH02238957A (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | サーマルヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1699390A JPH02238957A (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | サーマルヘッド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22938687A Division JPS6379972A (ja) | 1987-09-12 | 1987-09-12 | 炭素被膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02238957A JPH02238957A (ja) | 1990-09-21 |
| JPH0512152B2 true JPH0512152B2 (ja) | 1993-02-17 |
Family
ID=11931547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1699390A Granted JPH02238957A (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | サーマルヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02238957A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100404270C (zh) * | 2005-05-31 | 2008-07-23 | 哈尔滨工业大学 | 热敏打印头的非晶金刚石耐磨保护层及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4978898A (ja) * | 1972-12-09 | 1974-07-30 | ||
| JPS5511850A (en) * | 1978-07-11 | 1980-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal head |
| JPS55154189A (en) * | 1979-05-18 | 1980-12-01 | Mitsubishi Electric Corp | Heat-sensitive head |
| JPS5842472A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | サ−マルヘツド |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP1699390A patent/JPH02238957A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4978898A (ja) * | 1972-12-09 | 1974-07-30 | ||
| JPS5511850A (en) * | 1978-07-11 | 1980-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | Thermal head |
| JPS55154189A (en) * | 1979-05-18 | 1980-12-01 | Mitsubishi Electric Corp | Heat-sensitive head |
| JPS5842472A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-11 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | サ−マルヘツド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02238957A (ja) | 1990-09-21 |
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