JPS6153955B2 - - Google Patents

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JPS6153955B2
JPS6153955B2 JP56140653A JP14065381A JPS6153955B2 JP S6153955 B2 JPS6153955 B2 JP S6153955B2 JP 56140653 A JP56140653 A JP 56140653A JP 14065381 A JP14065381 A JP 14065381A JP S6153955 B2 JPS6153955 B2 JP S6153955B2
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JP
Japan
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carbon
layer
silicon
substrate
heating element
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JP56140653A
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JPS5842472A (ja
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication of JPS5842472A publication Critical patent/JPS5842472A/ja
Publication of JPS6153955B2 publication Critical patent/JPS6153955B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N97/00Electric solid-state thin-film or thick-film devices, not otherwise provided for

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感熱記録用サーマルヘツドに関するも
ので、特に耐摩耗層を熱伝導率が固体中で最大で
あり最も耐摩耗性を有する炭素または炭素を主成
分とする材料により設けることを目的としてい
る。
本発明は発熱体層を非晶質(アモルフアス以下
ASという)または5〜200A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℃の低温で形成する珪素または
炭素を主成分とする材料により設けることを目的
としている。
本発明はかかる耐摩耗層または発熱層がプラズ
マ気相法すなわち0.01〜10torrの減圧下にて直
流、高周波(500KMz〜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
加えてクロー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、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%以下に含有した炭素を主成分とする被
膜を形成せんとするものである。
本発明はかかるプラズマ気相法により形成した
炭素はそのエンルギバンド巾が2.3eV以上代表的
には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/cmdeg)とダイアモ
ンドの6.60(W/cmdeg)に近いきわめてすぐれた
高い値を有する。
さらにビツカー硬度4500Kg/mm2以上代表的には
6400Kg/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
添加すること、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よ
り耐摩耗性を必ずしも形成させる必要がないなど
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。
本発明はさらに耐摩耗層を減圧状態のプラズマ
気相法に用いるため、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2μ以上(側面の厚さ0.2μ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0.1〜0.3μ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エ
チレン(C2H1)メタン系炭化水素(CnH2o+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((CH34Si)、テトラエチルシラン
((C2H54Si)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
る炭素過剰の炭素珪素であり、主成分を炭素とし
ている絶縁性材料で光学的エネルギーバンドや
Eg>2.3eV代表的には3.0eVであつた。
以下に図面に従つて実施例を示す。
第1図は本発明に用いられたサーマルプリンタ
のたて断面図を示す。第1図Bは第1図AのA−
A′の断面を示す。CはB−B′の断面を示す。
図面において基板特にセラミツク基板上にグレ
イズドされたガラス層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
体層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面の厚さを概
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
の飛しよう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
13.56MHz、50〜500Wとし、その実質的な電極間
隙は15〜150cmと長くした。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
料であるため各原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にてはASが250〜500Wでは
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、炭素
化気体例えばメチレ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、硬度が弱干低
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。
加熱温度は450℃以上にすると、基板との熱膨
脹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((CH34Si)、TES
((C2H54Si)を用いると、形成された被膜には
珪素が15〜30原子%含まれている主成分が炭素の
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/cmdegであ
つたが2〜3W/cmdeg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〜
0.2μの厚さすなわち従来の1/5〜1/10の薄さであ
つても105時間以上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
プリンタを実施例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V価の不純物例
えばホウ素、またはリンを添加しないかまたは不
純物気体/珪素化気体=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+2、n1)、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
を用いて、またはV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と同様のメチレ
ンを用いた。ここにB2H4/C2H2=0.01〜3%、
PH3/C2H2=0.01〜3%として形成させた。その
結果電気伝導度は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多い
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脹の歪
に対しきわめてこれを少くし、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。
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
ンブ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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上の発熱体層上にビツカース硬度として
    4500Kg/mm2以上を有する炭素又は、炭素を主成分
    とする薄膜が耐摩耗層として前記発熱体層上面又
    は側面をおおつて形成されていることを特徴とす
    るサーマルヘツド。 2 特許請求の範囲第1項において、前記発熱体
    層は価又は価の不純物が0.01〜3%添加され
    た炭素又は珪素を主成分とすることを特徴とする
    サーマルヘツド。 3 特許請求の範囲第1項において、前記炭素又
    は炭素を主成分とする薄膜は水素、ハロゲン元素
    又は珪素が0.01〜20モル%添加されたことを特徴
    とするサーマルヘツド。
JP56140653A 1981-09-07 1981-09-07 サ−マルヘツド Granted JPS5842472A (ja)

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