JPS6317628B2

JPS6317628B2 -

Info

Publication number: JPS6317628B2
Application number: JP9494878A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nagano; Yukio Asakawa; Takeshi Nakada; Kazuo Tanaka; Shozo Sasa
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1988-04-14
Also published as: JPS5521276A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、基板上に蓄熱用層を介して発熱用抵
抗体層が形成されている構成を有する熱ヘツドの
改良に関する。

このような熱ヘツドは、その発熱用抵抗体層
を、それへの通電によつて発熱させ、その熱を、
感熱紙に、それが発色反応を呈するように与える
ことによつて、感熱紙上で、その発色による記録
を得るのに適用される。

従来の熱ヘツドは、それが印刷用熱ヘツドに適
用されている場合、第１図に示すように、基板１
上に蓄熱用層２を介して発熱用抵抗体層３が形成
され、一方、この発熱用抵抗体層３に一対の電極
４及び５が所要の間隔を保つてオーミツクに付さ
れ、また、発熱用抵抗体層３上に、電極４及び５
をそれらの一部を除いて覆つて保護用層６が付さ
れ、そして、発熱用抵抗体層３に電極４及び５を
介して通電させることによつて、その発熱用抵抗
体層３を、その電極４及び５間の領域において、
発熱させ、その熱を保護用層６を介して、これと
相対的に摺接する感熱紙７に与えるようになされ
た構成を有するのを普通とする。

また、このような印刷用熱ヘツドにおいて、従
来は、蓄熱用層２が、発熱用抵抗体層３からの熱
に十分耐え得るように、また、発熱用抵抗体層３
への非通電状態からその発熱用抵抗体層３への通
電を行つた場合に、それに速かに応答して、発熱
用抵抗体層３からの感熱紙７側への熱が得られる
ように、基板１に比し低い熱伝導率を有する、例
えば所謂グレーズガラスを用いて、所要の厚さに
形成されている、のを普通とする。

さらに、発熱用抵抗体層３が、それ自身が連続
的にまたは間欠的に例えば300℃〜500℃の所要の
高温度で発熱することによつて得られる熱によつ
て、抵抗値が所期値から変化することが回避され
るように、また、発熱用抵抗体層３自身が所期の
発熱特性を有するものとして容易に形成されるよ
うに、例えばスパツタリングによつて形成された
窒素タンタル、蒸着によつて形成されたニクロ
ム、または酸化ルテニウム焼結体を用いて形成さ
れている、のを普通とする。

ところで、このような熱ヘツドの場合、その蓄
熱用層２は、上述したように、発熱用抵抗体層３
からの熱に十分耐え得るように、また、発熱用抵
抗体層３への非通電状態から、その発熱用抵抗体
層３への通電をなした場合に、それに速やかに応
答して発熱用抵抗体層３からの感熱紙７への熱が
得られるように、基板１に比し低い熱伝導率を有
する、例えば所謂グレーズガラスを以つて所要の
厚さに形成されているが、その蓄熱用層２が、発
熱用抵抗体層３に直接連接しているため、その蓄
熱用層２が、発熱用抵抗体層３の発熱により加熱
され、その熱により、蓄熱用層２が、それに含ま
れている一部成分を発熱用抵抗体層３に不純物と
して導入させる不純物拡散源として作用し、よつ
て、発熱用抵抗体層３に、蓄熱用層２に含まれて
いる一部成分が導入され、その結果、発熱用抵抗
体層３が、所期の発熱特性から変化するおそれを
有していた。

例えば、蓄熱用層２が、上述したように、グレ
ーズガラスを用いて構成されている場合、そのグ
レーズガラスが、SiO₂及びAl₂O₃を主成分とし、
それにNa、Ｋ、Ca、Mg、Ba、Fe、Ｂ、Pb、
Znなどの添加物が添加されているアルミナ珪酸
ガラス、硼珪酸ガラス、鉛珪酸ガラスなどでなる
ため、蓄熱用層２が、いま述べた添加物を、発熱
用抵抗体層３に、不純物として導入させる不純物
拡散源として作用し、よつて、発熱用抵抗体層３
が、所期の発熱特性から変化するおそれを有して
いた。

また、発熱用抵抗体層３は、それが蓄熱用層２
上に形成されているという機械的構成を有してい
ることから、蓄熱用層２が形成されて後に形成さ
れるのを普通とし、このため、発熱用抵抗体層３
を、例えば上述したように、スパツタリングによ
つて形成された窒化タンタル、蒸着によつて形成
されたニクロム、または酸化ルテニウム焼結体を
用いて形成するとしても、その発熱用抵抗体層３
の形成時、蓄熱用層２が加熱される場合、蓄熱用
層２が発熱用抵抗体層３に直接連接していること
から、発熱用抵抗体層３の形成時、蓄熱用層２
が、上述したように、発熱用抵抗体層３に対する
不純物拡散源として作用し、よつて、発熱用抵抗
体層３を、所期の発熱特性を有するものとして形
成するのに困難を伴うものであつた。

さらに、電極４及び５、及び保護用層６は、そ
れらが発熱用抵抗体層３上に形成されているとい
う機械的構成を有していることから、発熱用抵抗
体層３が形成されて後に形成されるのを普通と
し、一方、発熱用抵抗体層３が、上述したよう
に、蓄熱用層２が形成されて後形成されるのを普
通とするため、電極４及び５、及び保護用層６
が、蓄熱用層２が加熱される態様で形成される場
合、蓄熱用層２が発熱用抵抗体層３に連接してい
ることから、電極４及び５、及び保護用層６の形
成時、蓄熱用層２が、上述したように、発熱用抵
抗体層３に対する不純物拡散源として作用し、よ
つて、電極４及び５、及び保護用層６の形成によ
つて、発熱用抵抗体層３が所期の発熱特性から変
化して得られるというおそれを有していた。

また、第１図に示す従来の熱ヘツドの場合、そ
の発熱用抵抗体層３は、上述したように、それ自
身が連続的にまた間欠的に例えば300℃〜500℃の
所要の高温度で発熱することによつて得られる熱
によつて、抵抗値が所期値から変化することが回
避されるように、また、発熱用抵抗体層３自身が
所期の発熱特性を有するものとして容易に形成さ
れるように、例えばスパツタリングによつて形成
された窒化タンタル、蒸着によつて形成されたニ
クロム、または酸化ルテニウム焼結体を以つて形
成されているのを普通とする。

しかしながら、発熱用抵抗体層３がスパツタリ
ングによつて窒化タンタルを以つて形成されてい
る場合、一般に、スパツタリングによつて窒化タ
ンタルでなる層を所要の厚さに、均質に、形成す
るのに多くの困難を伴うことから、発熱用抵抗体
層３を所期の抵抗値を有するものとして形成する
のに困難を伴い、このため、発熱用抵抗体層３
を、所期の発熱特性を有するものとして形成する
に困難を伴うものであつた。

また、発熱用抵抗体層３への通電によつてそれ
が発熱した場合に、その表面が酸化し、このた
め、発熱用抵抗体層３の抵抗値が、所期のそれか
ら変化し、その結果、発熱用抵抗体層３が、所期
の発熱特性から変化するおそれを有していた。

また、発熱用抵抗体層３が蒸着によつてニクロ
ムを以つて形成されている場合、一般に、ニクロ
ムはその比抵抗が比較的小であることから、発熱
用抵抗体層３の厚さが極めて薄くならざるを得
ず、このため、発熱用抵抗体層３を、所期の抵抗
値を有するものとして、従つて、所期の発熱特性
を有するものとして形成するのに困難を伴うもの
であつた。

さらに、発熱用抵抗体層３が酸化ルテニウム焼
結体を以つて形成されている場合、一般に、酸化
ルテニウム焼結体を微細な形状に精度良く形成す
るのに多くの困難を伴うことから、発熱用抵抗体
層３を所期の抵抗値を有するものとして、従つ
て、所期の発熱特性を有するものとして、しか
も、広い面積を占めることなしに形成するのに困
難を伴うものであつた。

また、発熱抵抗体層３は、それが窒化タンタ
ル、ニクロム及び酸化ルテニウムのいずれを以て
形成されている場合でも、負の抵抗温度係数を有
しているのを普通とし、このため、発熱抵抗体層
３の使用により、それが発熱し、そしてその温度
が高くなれば、それに応じて発熱抵抗体層３の抵
抗値が大きく低下し、このため、発熱抵抗体層３
の駆動回路に過電流を流し、よつて、駆動回路を
破損に導く、というおそれを有していた。

このように、従来の熱ヘツドにおいては、その
発熱用抵抗体層３が、それ自身が連続的にまたは
間欠的に高温度で発熱することによつて得られる
熱によつて、抵抗値が所期値から変化することが
回避されるように、また、発熱用抵抗体層３自身
が所期の発熱特性を有するものとして容易に形成
されるように形成されているとしても、上述した
ように、発熱用抵抗体層３を所期の抵抗値を有す
るものとして、従つて、所期の発熱特性を有する
ものとして、しかも広い面積を占めることなしに
形成するのに困難を伴うものであつたり、発熱用
抵抗体層３自身の発熱に基く発熱用抵抗体層３の
表面の酸化によつて、発熱用抵抗体層３の抵抗
値、従つて、発熱特性が、所期のそれから変化す
るおそれを有していた。

よつて、本発明は、上述した熱ヘツドを基礎と
するが、上述した欠点乃至おそれを有効に回避し
得る新規な熱ヘツドを提案せんとするもので、以
下、本発明の実施例を詳述するところから明らか
となるであろう。

第２図は、本発明による熱ヘツドを印刷用熱ヘ
ツドに適用した場合の、その印刷用熱ヘツドの一
例を示す。

第２図において、第１図との対応部分には同一
符号を附し詳細説明は省略する。

第２図に示す本発明による印刷用熱ヘツドは、
次の事項を除いて、第１図で上述した従来の熱ヘ
ツドと同様の構成を有する。

すなわち、蓄熱用層２及び発熱用抵抗体層３間
に、蓄熱用層２に含まれている不純物が発熱用抵
抗体層３へ導入されるのを阻止するためのシリコ
ン窒化物（Si₃N₄）でなる不純物導入阻止層１１
が介挿され、また、発熱用抵抗体層３が、多結晶
シリコンを以つて形成され且つ少なくとも燐を、
導電性を与える不純物として、５×10^-1Ω・cm以
下の比抵抗が得られるのに十分なだけ導入してい
る発熱用抵抗体層１３に置換されている。

この場合、不純物導入阻止層１１は、スパツタ
リング法、CVD法などによつて、例えば2000Å
の厚さに形成されている。

また、発熱用抵抗体層１３は、例えばCVD法
によつて、電極４及び５間でみて、所期の抵抗値
が得られるように、所要の厚さに形成されてい
る。

以上が、本発明による熱ヘツドを印刷用熱ヘツ
ドに適用した場合の、その印刷用熱ヘツドの一例
構成である。

このような構成を有する本発明による熱ヘツド
は、第１図で上述した印刷用熱ヘツドの構成にお
いて、その蓄熱用層２及び発熱用抵抗体層３間
に、シリコン窒化物（Si₃N₄）でなる不純物導入
阻止層１１が介挿され、また、発熱用抵抗体層３
が、多結晶シリコンを以つて形成され且つ少なく
とも燐を、導電性を与える不純物として、５×
10^-1Ω・cm以下の比抵抗が得られるのに十分なだ
け導入している発熱用抵抗体層１３に置換されて
いることを除いて、第１図で上述した印刷用熱ヘ
ツドと同様の構成を有するので、第１図の場合と
同様に、発熱用抵抗体層１３が、電極４及び５を
介して通電されることによつて、発熱用抵抗体層
１３の電極４及び５間の領域が発熱し、その熱
を、保護用層６を介して、それに相対的に摺接す
る感熱紙７に与えることができ、従つて、印刷用
熱ヘツドとしての機能が得られることは明らかで
ある。

しかしながら、蓄熱用層２及び発熱用抵抗体層
１３間に、蓄熱用層２含まれている不純物が発熱
用抵抗体層１３へ導入されるを阻止するための不
純物導入阻止層１１が介挿されているので、蓄熱
用層２が、これに含まれている一部成分を発熱用
抵抗体層１３に不純物として導入せしめる不純物
拡散源として作用せんとしても、それが阻止さ
れ、よつて、第１図で上述した欠点乃至おそれを
有効に回避し得る。

このことは、不純物導入阻止層１１が、シリコ
ン窒化物（Si₃N₄）でなるので、不純物導入阻止
層１１がSiO₂でなるとした場合に比べても、顕
著である。

ちなみに、基板１がアルミナを用いて700μの
厚さに形成され、蓄熱用層２が、例えばグレーズ
ガラスを用いて75μの厚さに形成され、そして、
そのグレーズガラスが、SiO₂及びAl₂O₃を主成分
とし、それに、その３％のCaO、10％のK₂O、及
び２％のNa₂Oが添加物として添加されている耐
熱性アルミナ珪酸ガラスを以つて形成され、不純
物導入阻止層１１がスパツタリング法によつて、
本発明によらずに、SiO₂を以つて、厚さ2000Å
に形成され、発熱用抵抗体層１３が、例えば
CVD法によつて、３×10^-3Ω・cmの比抵抗を有
し且つ金属電極４及び５間でみて200Ωの抵抗値
を有するように多結晶シリコンを以つて5000Åの
厚さに形成され、電極４及び５が真空蒸着法によ
つてタングステンを以つて、厚さ1.5μに形成さ
れ、保護用層６がCVD法によつて燐・硼素化合
物を以つて、厚さ1.5〜2.0μに形成されている場
合において、発熱用抵抗体層１３の発熱を間欠的
に繰返して行なつた場合の発熱用抵抗体層１３の
電極４及び５間でみた抵抗値の変化を、発熱用抵
抗体層１３の発熱特性としてみたとき、その間欠
的な発熱を、10⁸回、各回において感熱紙７上で
約450℃の温度が得られるように2m秒の通電を行
うことによつて、行なつたとき、発熱用抵抗体層
１３の抵抗値の変化率が、第３図中、曲線Ａ１に
示すように、このような発熱がなされなかつた場
合に対して、５％程度であつた。また、第１図で
上述した不純物導入阻止層１１のない構成におい
て、基板１、蓄熱用層２、電極４及び５、及び保
護用層６が、上述した具体例を有する場合におい
て、上述したと同様の抵抗値の変化率が、第３図
中、曲線Ｂに示すように、10％以上にも達するも
のであつた。

これに対し、不純物導入阻止層１１が、SiO₂
でなるのに代え、本発明によつて、Si₃N₄でなる
ことを除いて、上述した曲線Ａ１を得た具体例と
同様の場合、上述した発熱用抵抗体層の抵抗値の
変化率が、第３図の曲線Ａ１に示す発熱用抵抗体
１３の抵抗値の変化率と、第４図で後述する不純
物導入阻止層１１がSiO₂でなる層１１ａとSi₃N₄
でなる層１１ｂとでなる場合における第３図の曲
線Ａ２に示す発熱用抵抗体１３の抵抗値の変化率
との差で得られた。

また、本発明による熱ヘツドによれば、発熱用
抵抗体層１３が、多結晶シリコンを以つて形成さ
れ且つ少なくとも燐を５×10^-1Ω・cm以下の比抵
抗が得られるのに十分なだけ導入しているので、
その発熱用抵抗体層１３を、第１図で上述した困
難を伴うことなしに容易に形成し得るとともに、
発熱用抵抗体層１３の抵抗値、従つて、発熱特性
が、発熱用抵抗体層１３自身の発熱に基き所期の
それから変化するおそれを有しない。

すなわち、発熱用抵抗体層１３が多結晶シリコ
ンを以つて形成されているので、その発熱用抵抗
体層１３を、スパツタリング法、CVD法、蒸着
法などによつて、所要の厚さ及び形状に、容易
に、形成し得る。

例えば、発熱用抵抗体層１３をCVD法によつ
て形成するものとして、通常の気相成長装置を用
い、そして、その気相成長装置内に、発熱用抵抗
体層１３、電極４及び５及び保護用層６が存ぜ
ず、蓄熱用層２のみをその上に形成している状態
の基板１を配し、そして、その基板１の温度を
700℃〜1000℃とした状態で、気相成長装置内に
水素またはヘリウムでなるキヤリアガスを用いて
シランSiH₄を供給し、そのシランSiH₄を気相成
長装置内で熱分解させる場合、シランSiH₄の供
給量（モル／分）に対する多結晶シリコンの形成
（成長）速度（μm／分）の関係が、第５図に示す
ように、直線性を有するので（ただし、基板１の
温度が900℃である場合）、発熱用抵抗体層１３
を、所要の精密な厚さに、しかも、短時間で、容
易に形成することができる。

ちなみに、蓄熱用層２が長石82％、SiO₂12.5
％、CaCO₃2.9％、カオリン2.6％の成分からなる
1000℃以上の軟化点を有する高融点グレーズガラ
スを用いて形成されている場合、基板１の温度を
900℃としたところ、発熱用抵抗体層１３を、２
％以下の誤差を以つて、数100Å〜数μmの範囲の
所要の厚さに、10〜15分程度の短かい時間で形成
することができた。

また、発熱用抵抗体層１３を、上述したよう
に、通常の気相成長装置を用いてCVD法によつ
て形成する場合に、気相成長装置内に、シラン
SiH₄とともに導電性を与える不純物としての燐
になる成分を、キヤリアガスを用いて気相成長装
置内に供給させるようにすれば、その供給量を制
御することによつて、気相成長装置内での燐にな
る成分の量を容易に制御し得、従つて、発熱用抵
抗体層１３に導入される。導電性を与える不純物
としての燐の導入量を、容易に制御し得、よつ
て、発熱用抵抗体層１３を、５×10^-1Ω・cm以下
の比抵抗を有するものとして、従つて、正の抵抗
温度係数を有し且つ所期の抵抗値を有するものと
して、容易に、形成することができる。

ちなみに、ホスフインPH₃を、不純物としての
燐になる成分として、気相成長装置内に供給した
場合、そのホスフインPH₃の供給量（モル／分）
に対する多結晶シリコンの比抵抗（Ω・cm）の関
係が、第６図に示すように得られたことから、発
熱用抵抗体層１３を、５×10^-1Ω・cm以下の比抵
抗を有するものとして、容易に、形成することが
できた。

また、発熱用抵抗体層１３が、多結晶シリコン
を以つて形成され且つ少くとも燐を５×10^-1Ω・
cm以下の比抵抗が得られるのに十分なだけ導入し
ているので、発熱用抵抗体層１３の抵抗値、従つ
て、発熱特性が、発熱用抵抗体層１３自身の発熱
にもとずき、所期のそれから変化するおそれを有
しない。

ちなみに、基板１がアルミナを以つて700μmの
厚さに形成され、蓄熱用層２が、上述したよう
に、例えば長石82％、SiO₂12.5％、CaCO₃2.9％、
カオリン2.6％の成分からなる高融点グレーズガ
ラスを以つて形成され、不純物導入阻止層１１が
Si₃N₄を用いて形成され、発熱用抵抗体層１３
が、上述したように、CVD法によつて、多結晶
シリコンを以つて形成され且つ燐を３×10^-3Ω・
cmの比抵抗が得られるのに十分なだけ導入してい
るとともに、電極４及び５間でみて200Ωの比抵
抗値を有するものとして形成され、電極４及び５
が真空蒸着法によつて、タングステンを用いて、
厚さ1.5μに形成され、保護用層６が、CVD法に
よつて燐・硼素化合物を用いて、厚さ1.5〜2.0μ
に形成されている場合において、発熱用抵抗体層
１３の発熱を間欠的に繰返して行つた場合の発熱
用抵抗体層１３の電極４及び５間でみた抵抗値の
変化率を、発熱用抵抗体層１３の発熱特性として
みたとき、第７図に示すように、その間欠的な発
熱を10⁸回、各回において感熱紙７上でで約450℃
の温度が得られるように2m秒の通電を行うこと
によつて、行なつても、発熱用抵抗体層１３の抵
抗値の変化率が、このような発熱を行わなかつた
場合に対して５％程度以下であつた。

さらに、発熱用抵抗体層３が、多結晶シリコン
を以つて形成され且つ少くとも燐を５×10^-1Ω×
cm以下の比抵抗が得られるに十分なだけ導入して
いるので、300ppm／℃程度の正の温度係数を有
している。

このため、発熱用抵抗体層１３が発熱し、そし
てその温度が高くなつても、発熱用抵抗体層１３
自身の抵抗値が大きく低下せず、よつて、発熱抵
抗体層１３の駆動回路に過電流を流さず、従つ
て、その駆動回路を破損に導びくおそれを有しな
い。

また、発熱用抵抗体層１３が、燐を５×10^-1
Ω・cm以下の比抵抗が得られるのに十分なだけ導
入していれば、発熱用抵抗体層１３の厚さを、同
じ抵抗値を得るのに、比較的薄くし得るので、発
熱用抵抗体層１３を、微細に、しかも熱歪の生じ
難いものとして、容易に形成することができる。

上述したように、本発明による熱ヘツドによれ
ば、不純物導入阻止層１１によつて、蓄熱用層
２からそれに含まれている不純物が発熱用抵抗体
層１３に導入するのを有効に阻止し、よつて、発
熱用抵抗体層１３の発熱特性が変化するおそれを
有さず、また、発熱用抵抗体層を10⁸回も間欠
的に発熱させても、抵抗値の変化が僅かであり、
さらに、発熱用抵抗体層１３を、正の抵抗温度
係数を有するものとして、微細なパターンに、高
精度に、容易に形成することができ、また、発
熱用抵抗体層１３を高温に発熱させても、それに
よつて発熱用抵抗体層１３を破損に導くおそれが
ないとともに、発熱用抵抗体層１３の駆動回路に
過電流が流れず、よつて、駆動回路を破損に導び
くおそれがない、などの特徴を有する。

なお、上述においては、不純物導入阻止層１１
が、その具体例としてSi₃N₄で形成された単層で
なる場合を述べたが、詳細説明は省略するが、第
４図に示すように、第２図で上述した構成におい
て、その不純物導入阻止層１１が、蓄熱用層２が
例えば上述した具体例のように形成されている場
合、具体例として、蓄熱用層２上に、スパツタリ
ング法、CVD法などによつて形成され且つ例え
ば厚さ2000ÅのSiO₂で形成された層１１ａと、
その上に例えばCVD法によつて形成され且つ例
えば厚さ2000〜4000ÅのSi₃N₄を以つて形成され
た層１１ｂとでなる構成とすることもでき、その
場合は、上述したと同様の抵抗値の変化率が、第
３図中曲線Ａ２に示すように、１％以下であつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の熱ヘツドの適用された印刷用
熱ヘツドを示す略線的断面図である。第２図は、
本発明による熱ヘツドの適用された印刷用熱ヘツ
ドの一例を示す略線的断面図である。第３図は、
その発熱特性を示す曲線図である。第４図は、本
発明による熱ヘツドの適用された印刷用熱ヘツド
の他の例を示す略線的断面図である。第５図は、
発熱用抵抗体層を多結晶シリコンを以つて形成す
る場合のその説明に供するシランの供給量に対す
る多結晶シリコンの成長速度の関係を示す曲線図
である。第６図は、同様の説明に供するホスフイ
ンの供給量に対する多結晶シリコンの比抵抗の関
係を示す曲線図である。第７図は、発熱用抵抗体
層の発熱特性を示す曲線図である。１……基板、２……蓄熱用層、３……発熱用抵
抗体層、４，５……電極、６……保護用層、７…
…感熱紙、１３……発熱用抵抗体層。

Claims

【特許請求の範囲】１基板上に蓄熱用層を介して発熱用抵抗体層が
形成されている構成を有する熱ヘツドにおいて、上記蓄熱用層及び発熱用抵抗体層間に、上記蓄
熱用層に含まれている不純物が上記発熱用抵抗体
層へ導入されるのを阻止するためのシリコン窒化
物（Si₃N₄）でなる不純物導入阻止層が介挿さ
れ、上記発熱用抵抗体層が、多結晶シリコンを以つ
て形成され且つ少なくとも燐を、導電性を与える
不純物として、５×10^-1Ω・cm以下の比抵抗が得
られるのに十分なだけ導入していることを特徴と
する熱ヘツド。