JPS6241476B2 - - Google Patents

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JPS6241476B2
JPS6241476B2 JP56140654A JP14065481A JPS6241476B2 JP S6241476 B2 JPS6241476 B2 JP S6241476B2 JP 56140654 A JP56140654 A JP 56140654A JP 14065481 A JP14065481 A JP 14065481A JP S6241476 B2 JPS6241476 B2 JP S6241476B2
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JP
Japan
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carbon
wear
vapor phase
substrate
phase method
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JP56140654A
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English (en)
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JPS5842473A (ja
Inventor
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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    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (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、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
る材料により耐摩耗層を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5〜200Åの大きさの微結晶
性を有する非半晶質(セミアモルフアス、以下
SASという)に、プラズマ気相法による100〜450
℃好ましくは200〜350℃の低温で珪素または炭素
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をプラズ
マ気相法で作製する。即ち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、グロー放電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又は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。
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2.3eV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/cm deg)とダイ
ヤモンドの6.60(W/cm deg)に近いきわめて
優れた高い値を有する。さらに本発明では、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
て優れた特性を見出し、かかる特性をセーマルヘ
ツドに適応して優れた耐摩耗性、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
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。そのため本発明では、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。
本発明に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、この側面を覆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ア
セエチレン(C8H2)、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>2.3eV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
の縦断面図を示す。第1図Bは第1図AのA−
A′の断面を示す。第1図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4、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と概
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
性気体の平均自由工程が長くなり、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
運転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。即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
隔は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がきわめて安定な材
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にてASが、250〜500Wに
てSASが、その中間ではそれらが混合した構造が
電子線回析では観察された。
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、硬度が若干弱
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。
加熱温度を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。
出発物質としてTMS((CH34Si)、TES
((C2H54Si)を用いると、形成された被膜は珪
素が15〜30原子%含まれ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/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〜
0.2μの厚さ即ち従来の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、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。
即ち前者の珪素被膜に関しては、出発物質とし
てシラン(SinH2o+2n≧1)、四弗化珪素を用い、
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V価の不純物は例えばリンをPHを用い
て前記した比の如く微小なドープまたはノンドー
プを行つた。形成された被膜中に水素が20モル%
以下含有されていたが、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。
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%、PH
/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
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
膨張の歪をきわめて少なくし、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。そのため従来は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
ネルギバンド巾が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
化にきわめて優れた特徴を有することができた。
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
オンプレーテイングその他のプラズマまたはレー
ザ等の電子エネルギ、光エネルギを用いてもよ
い。
本発明の実施例における第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縦断面図
を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に選択的に発熱体層が形成された被形
    成面上に、炭素を含有する反応性気体を100〜450
    ℃の温度にてプラズマ気相法により分解、反応し
    て炭素または炭素を主成分とした耐摩耗層を形成
    することを特徴としたサーマルヘツド作製方法。 2 特許請求の範囲第1項において、珪素または
    炭素を含有する反応性気体を100〜450℃の温度に
    てプラズマ気相法により分解、反応せしめること
    により、基板上に選択的に非晶質または微結晶性
    を有する半非晶質の珪素または炭素を主成分とす
    る発熱体層を形成することを特徴とするサーマル
    ヘツド作製方法。
JP56140654A 1981-09-07 1981-09-07 サ−マルヘツド作製方法 Granted JPS5842473A (ja)

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