TW201637883A - 包括電容式感測器之晶片上墨水液位感測器 - Google Patents

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Abstract

一種晶片上墨水液位感測器包括一電容式感測器。該電容式感測器包括一金屬層、置放在該金屬層上而具有範圍自大約2奈米(nm)至大約50奈米之一厚度的一憶阻器切換材料、置放在該憶阻器切換材料上的一第二金屬層、以及與該第二金屬層接觸的一物質。該電容式感測器之一電容隨著該物質中之一改變而改變。該感測器也包括第一開關以施加一電壓至該電容式感測器(放置一電荷在該電容式感測器上)以及一第二開關以分享該電荷於該電容式感測器和一參考電容器之間，其導致一參考電壓。該感測器之一評估電晶體用以提供成比例於該參考電壓之一汲極至源極電阻。

Description

包括電容式感測器之晶片上墨水液位感測器 發明領域
本發明係有關於包括電容式感測器之晶片上墨水液位感測器。
發明背景
一些噴墨列印機包括在一墨水供應貯存器中之一墨水液位感測器。該墨水液位感測器感測餘留在該墨水供應貯存器中之墨水液位，並且於一些實例中，提供餘留墨水數量之一對應的表示。因為數個理由，精確墨水液位感測可能是所需求的。首先，感測墨水之正確液位及提供遺留於一墨水墨匣中的墨水數量之對應的表示允許列印機使用者備妥以替換用盡之墨水匣。第二，精確墨水液位表示同時也有助於避免墨水之浪費。不精確之墨水液位表示可能導致仍然含有墨水之墨水墨匣的過早替換。第三，列印系統可以使用墨水液位感測以觸發有助於防止低品質列印之形成，其可能因不適當的供應液位而產生，的某些動作(例如，提示一通知給使用者)。
發明概要
依據本發明之一實施例，係特地提出一種晶片上墨水液位感測器，其包含：一電容式感測器，包括：一金屬層；一憶阻器切換材料，其置放在該金屬層上且具有範圍自大約2奈米(nm)至大約50奈米之一厚度；一第二金屬層，其置放在該憶阻器切換材料上；及一物質，其與該第二金屬層接觸；其中該電容式感測器之一電容隨著該物質中之一改變而改變；一第一開關，其用以施加一電壓至該電容式感測器，放置一電荷在該電容式感測器上；一第二開關，其用以分享該電荷於該電容式感測器和一參考電容器之間，而導致一參考電壓；以及一評估電晶體，其用以提供成比例於該參考電壓之一汲極至源極電阻。
10‧‧‧晶片上墨水液位感測器
12‧‧‧電容式感測器
14‧‧‧流體容室
16‧‧‧晶粒基片
18‧‧‧流體槽
20‧‧‧容室層
22‧‧‧孔口平板
24‧‧‧點滴產生器
26‧‧‧噴射元件
28‧‧‧絕緣層
28’‧‧‧絕緣層
30‧‧‧鈍化層
31‧‧‧孔出口
32‧‧‧墨水
34‧‧‧感測電路
36‧‧‧清除電阻器
38‧‧‧金屬層
39‧‧‧第二金屬層
40‧‧‧憶阻器切換材料(MSM)
42‧‧‧轉變層
44‧‧‧參考電容器
46‧‧‧電晶體
48‧‧‧閘極區域
49‧‧‧開口
50‧‧‧源極
51‧‧‧時序圖
52‧‧‧汲極
54‧‧‧閘極氧化物
56‧‧‧多晶矽層
58‧‧‧接觸區域
60‧‧‧第一金屬層
62、64‧‧‧接觸點
66、68‧‧‧介層孔開口
70‧‧‧MSM遮罩層
72‧‧‧多層結構
74‧‧‧電氣電阻層
74’‧‧‧外方層
76‧‧‧高導電性層
78‧‧‧聯結墊
100‧‧‧噴墨列印系統
102‧‧‧列印頭總成
104‧‧‧墨水供應總成
105‧‧‧墨水調節總成
106‧‧‧架置總成
108‧‧‧媒體輸送總成
110‧‧‧電子列印機控制器
112‧‧‧電源供應
114‧‧‧列印頭
116‧‧‧噴嘴
118‧‧‧列印媒體
120‧‧‧貯存器
122‧‧‧列印區
124‧‧‧資料
126‧‧‧列印機應用特定積體電路
128‧‧‧電阻感測模組
130‧‧‧電流源
132‧‧‧類比至數位轉換器
200‧‧‧感測方法
202-214‧‧‧感測步驟
本揭示範例之特點將藉由參考下面的詳細說明和圖形而更明白，於其中相同的參考號碼對應至相似，雖然或許是不相同，之構件。為了簡潔說明起見，具有先前所述功能之參考號碼或特點可以或可能不配合它們出現之其他圖形而再說明。
圖1是一噴墨列印系統之一分解圖；圖2是一列印頭範例之二端的一底部剖視圖，其包括此處所揭示之一晶片上墨水液位感測器的四個範例；圖3是包括一點滴產生器範例的一列印頭之一部份的橫截面圖；圖4是包括此處所揭示之一電容式感測器範例的 一列印頭之一部份橫截面圖；圖5是非交疊時脈信號的一時序圖，其被使用以驅動此處所揭示之墨水液位感測器範例；圖6是此處所揭示之一墨水液位感測器電路範例；圖7是例示製造此處所揭示之晶片上墨水液位感測器的一電容式感測器之方法範例的一流程圖；以及圖8A至8F是製造包括此處所揭示之電容式感測器範例的一列印頭之一方法範例橫截面圖。
較佳實施例之詳細說明
對於在二個平板之間具有一絕緣體之一平行平板電容器，該電容(C，法拉)是藉由方程式1而得到： 其中A是在二個平板之間以平方米為單位的重疊面積，εr是絕緣體之介電質常數，εo是自由空間之介電係數(亦即，電氣常數，ε0 8.854×10-12Fm-1)，並且d是在平板之間以米為單位之間距。
此處所揭示之電容式感測器的電容，部分地取決於一流體容室(其中電容式感測器存在)中之墨水液位。當墨水覆蓋該電容式感測器之一第二金屬層時，電容數值是在最大值。此處所揭示之電容式感測器的最大電容是相對地高，即使該電容式感測器是小型的，具有400平方微 米或較少之一面積亦然。該電容式感測器包括具有一高介電常數之一薄憶阻器切換材料(具有自大約為2奈米至大約為50奈米範圍之一厚度)，其幫助增加電容式感測器能夠感測之最大電容。當比較至包括具有比憶阻器切換材料較大厚度，並且於一些實例中，具有一較高的介電質常數，之一鈍化層的一墨水液位感測電容器時，此處所揭示之電容式感測器也具有較高的耦合率(亦即，感測電容器電容對照於感測場效應電晶體(FET)電容+寄生電容)。
除了是一高耦合率電容器之外，此處所揭示之電容式感測器同時也具有憶阻器功能，並且因此是一憶容(Memcap)電容器。例如，當施加一臨界切換電壓之時，該電容式感測器能夠如一憶阻器，自一高電阻狀態切換至具有較小電容效應之一低電阻狀態。該電容式感測器包括作用如電極的二個導電性平板(至少當墨水是與電容式感測器之第二金屬層接觸時)，並且該憶阻器切換材料被夾層在該等二個導電性平板之間。該等導電性平板作用如同選擇器以允許在一些電壓區域中之憶阻器切換材料的憶阻器操作，並且不允許在其他電壓區域中之憶阻器操作。當在該操作電壓區域中時，憶阻器電阻因此是電流或電壓在時間上之一函數。
於此處所揭示之範例中，導電性平板防止電流流通經過高電阻狀態之憶阻器切換材料。如一範例，該高電阻狀態憶阻器切換材料可以對應於自大約為-5V至大約為5V範圍的一電壓，其中該憶阻器切換材料是作用如具有 可忽視漏損電流之一感測電容器(亦即，該憶阻器切換材料是在一電容狀態中)。但是，一旦跨越該憶阻器切換材料之電壓達到設定或形成電壓(例如，在5V之上)時，則該憶阻器被設定為導通(ON)並且電流流動經過該憶阻器切換材料。當該憶阻器切換材料是在一低電阻狀態時，設定該憶阻器使該電容器短路。如上所述地，該電阻是在時間上之電流或電壓數量的一函數，並且如果該時間是充分地長，則該電阻最後將在一低的電阻數值飽和。憶阻器切換是非依電性切換，並且因此即使在外部電壓被移除之後，該憶阻器切換材料亦將保持在該低電阻狀態中。為了重置該憶阻器切換材料返回至具有高電容之高電阻狀態(亦即，電容狀態)，另一電壓(例如，-5V)被施加。在外部電壓被移除之後，該憶阻器切換材料將保持在高電阻狀態，直至憶阻器切換材料的另一設定和重置週期為止。因此，此處所揭示之電容式感測器是可重置，並且因此取決於被施加之偏壓和應用而可以被充電、放電，或被允許如一正常電容器或憶阻器地操作。
此處所揭示之電容式感測器是一晶片上墨水液位感測器之部件。“晶片上”之意是表示墨水液位感測器之構件被集成於一列印頭基片(例如，矽基片)板上。在一範例中，該列印頭是一熱噴墨(TIJ)列印頭(例如，隨選點滴之熱噴墨列印頭)或一壓電式列印頭。該列印頭可以是一列印頭總成之部件，其可以是一噴墨列印系統之部件。
包括列印頭總成102之噴墨列印系統100範例被 展示於圖1中。該列印頭總成102包括列印頭114，其包括晶片上墨水液位感測器(未展示於圖1中，且將參考圖2和4-8而詳細地說明)。在一範例中，該列印頭總成102包括一單一列印頭114，並且於另一範例中，該列印頭總成102包括一陣列之列印頭114。
除了列印頭總成102之外，噴墨列印系統100包括一墨水供應總成104、一架置總成106、一媒體輸送總成108、一電子列印機控制器110、以及提供電力至噴墨列印系統100之各電氣構件的一電源供應112。
噴墨列印頭總成102包括列印頭114，其經過複數個噴嘴116朝向一列印媒體118而噴射墨水點滴以形成一影像、文字、等等於其上。列印媒體118可以是任何型式之薄片或滾動材料，例如，塗層或未塗層之紙張、卡片紙、透明膠片、聚酯、膠合板、泡沫板、布料、帆布、等等。
各噴嘴116包括一微機電系統(MEMS)流體容室，如於圖3之展示，其包括許多薄層，其界定一流體容室14、一點滴產生器24(其是一熱噴墨發射電阻器之一範例)、以及一孔或點滴出口31。
噴嘴116可以是以一個或多個行或陣列被配置，以至於當噴墨列印頭總成102和列印媒體118彼此相對地移動時，來自該等噴嘴116的墨水之噴射適當地被排序而導致文字、符號、及/或其他圖形或影像被列印在該列印媒體118上。
墨水供應總成104供應導電性流體墨水至列印頭總成102並且包括用以儲存該墨水的一貯存器120。該墨水是能夠自該貯存器120流動至該噴墨列印頭總成102。該墨水供應總成104以及該噴墨列印頭總成102可以形成一單向墨水輸送系統或一再循環之墨水傳送系統。在該單向墨水輸送系統中，實質上被供應至噴墨列印頭總成102的所有墨水在列印期間被消耗。在該再循環墨水輸送系統中，被供應至列印頭總成102的一部份墨水在列印期間被消耗，並且在列印期間未被消耗之任何墨水返回至墨水供應總成104。
在一範例中，墨水供應總成104可以經由一介面連接(例如，一供應管)經過一墨水調節總成105在正壓力之下供應墨水(至噴墨列印頭總成102)。該墨水供應總成104可以包括，例如，一貯存器、一泵、以及一壓力調整器。該墨水調節總成105可以在列印之前調節該墨水。該墨水之調節可以包括許多處理程序，例如，過濾、預加熱、壓力激增吸收、以及去除氣體。在該再循環墨水輸送系統中，該墨水可以自列印頭總成102返回至墨水供應總成104時在負壓力之下被汲取。在列印頭總成102的一入口和一排出口之間的一壓力差被選擇以達成在噴嘴116之一適當的返回壓力。在一範例中，在該等噴嘴116之一適當的返回壓力可以是自-1英吋水柱和-10英吋水柱之間範圍的一負壓力。
應了解到，墨水供應總成104之貯存器120可以 被移除、被替換、及/或重新被充填。
如於圖1之展示，噴墨列印頭總成102也可以包括一架置總成106。該架置總成106能夠相對於媒體輸送總成108而置放噴墨列印頭總成102，並且該媒體輸送總成108能夠相對於噴墨列印頭總成102而置放列印媒體118。因而，一列印區122可以被界定而相鄰於在噴墨列印頭總成102和列印媒體118之間的一區域中之噴嘴116。在一範例中，當噴墨列印頭總成102是一掃描型式列印頭總成時，架置總成106可以包括一輸送筒以供相對於媒體輸送總成108而移動噴墨列印頭總成102，以掃描列印媒體118。於另一實施例中，當噴墨列印頭總成102是一非掃描型式列印頭總成時，架置總成106將噴墨列印頭總成102固定在相對於媒體輸送總成108的一預定位置。
如於圖1之展示，噴墨列印系統100也包括一電子列印機控制器110。該電子列印機控制器110可以包括用以與噴墨列印頭總成102、架置總成106以及媒體輸送總成108通訊並且控制它們的一處理器、韌體、軟體、一個或多個記憶體構件(例如，依電性和非依電性記憶體構件)、及其他列印機電子構件。資料124可以自一主機系統(例如，一電腦)被傳送至電子列印機控制器110，並且資料124可以暫時地被儲存於電子列印機控制器110之一記憶體中。該資料124可以沿著一電氣、紅外線、光學、或其他資訊傳送路徑被傳輸。如範例，該資料124代表將列印之一文件及/或檔案。
電子列印機控制器110可以控制噴墨列印頭總成102自噴嘴116之墨水滴噴射。例如，電子列印機控制器110可以界定一噴射的墨水滴之樣型，其形成文字、符號、及/或其他圖形或影像於列印媒體118上。噴射的墨水滴樣型可以藉由來自資料124之列印作業命令及/或命令參數被判定。
電子列印機控制器110可以包括一列印機特定應用積體電路(ASIC)126以及一電阻感測模組128，其包括可執行於ASIC 126或控制器110上的電腦可讀取指令。列印機ASIC 126可以包括一電流源130和一類比至數位轉換器(ADC)132。ASIC 126能夠轉換呈現在電流源130之電壓以判定一電阻，並且接著經過ADC 132判定一對應的數位電阻數值。藉由電阻感測模組128實行之電腦可讀取指令致能該電阻判定以及經過該ADC 132之隨後的數位轉換。
接著參看至圖2，包括晶片上墨水液位感測器10之列印頭114範例的一底部圖被展示。該晶片上墨水液位感測器10包括感測電路，其經過電容式感測器12實行擷取墨水液位狀態之一取樣及保持技術。電容式感測器12之電容隨著在電容式感測器12之上的一流體容室14中之墨水液位而改變。墨水液位感測之操作將參考至圖4-6而進一步地討論。
列印頭114包括一晶粒基片16，其可以是由矽所形成。該矽晶粒基片16可以摻雜添加物。摻雜矽晶粒基片16之範例是一p-型矽基片。
自列印頭114之底部圖，晶粒基片16是位於具有流體容室14形成於其中之一容室層以及具有孔出口31形成於其中之一孔口平板。容室層20和孔口平板22將參考圖3和4在下面被說明。但是，於圖2中，為了方便例示晶粒基片16，容室層20和孔口平板22並未被展示。因為流體容室14被形成於容室層20(未展示於圖2中)中，圖2中之流體容室14以虛線被展示以便例示它們相關於一流體槽18和晶片上墨水液位感測器10及/或一點滴產生器24的位置。
流體槽18是形成於晶粒基片16中的一延伸槽。流體槽18是與墨水路徑(未展示於圖形中)呈流體連通，該墨水路徑延伸至位在流體槽18的兩長側上之分別的流體容室14。“流體連通”之意是表示構件被組配，因而一流體可以與之接觸。如一範例，先前所述之流體槽18可以連接至墨水路徑，因而流體自流體槽18流動至墨水路徑。如另一範例，與一容室14呈流體連通之一孔出口可以致能包含在容室14之內的流體從該處離開。仍然如另一範例，與一點滴產生器24及/或一電容式感測器12呈流體連通的一流體容室可以包含能夠接觸點滴產生器24及/或電容式感測器12的一流體。
展示於圖2中之列印頭114範例包括一單一流體槽18，但是，應了解到，該列印頭114可以包括二個或更多個流體槽18。該流體槽18是與一流體供應器(未展示於圖中)，例如，流體貯存器120(展示於圖1中)呈流體連通，該流體供應器供應墨水至流體槽18和流體容室14。
各個流體容室14與點滴產生器24及/或晶片上墨水液位感測器10呈流體連通。如於圖2之展示，在一範例中，四個晶片上墨水液位感測器10可以置放而與安置在墨水槽18四個角落之分別的流體容室14呈流體連通。在這範例中，其他的流體容室14可以是與分別的點滴產生器24呈流體連通。替換地，在這範例中，任何的流體容室14可以是與晶片上墨水液位感測器10和點滴產生器24兩者呈流體連通(參看圖2中之流體槽18的底部左方角落)。由於墨水液位感測器10之電容式感測器12的小尺寸，電容式感測器12和點滴產生器24可以被製造而與相同的流體容室14呈流體連通。於另一範例中，圖2中以斷續虛線所展示的流體容室14’，可以被形成在墨水槽18的二端E1、E2，並且分別的晶片上墨水液位感測器10可以被置放而與分別的流體容室14’呈流體連通。在這範例中，沿著墨水槽18較長側之另一流體容室14可以是與分別的點滴產生器24呈流體連通。
包括點滴產生器24之列印頭114的噴嘴116部份之一範例，以横截面而展示於圖3中。該點滴產生器24是與一單一流體容室14和孔出口31相關聯。如於圖3之展示，孔口平板22具有形成於其中的孔出口31並且容室層20具有形成於其中的流體容室14。該孔出口31是與該流體容室14呈流體連通，因而該流體容室14中之墨水32可以經過該孔出口31被噴射出去。在列印頭114中，該孔出口31可以沿著該流體槽18之較長側被配置在該孔口平板22中，因 而它們被置放而與分別的噴嘴116之分別的流體容室14呈流體連通。
點滴產生器24包括一噴射元件26。在一熱噴墨列印頭中，該噴射元件26是由一金屬平板所形成的一熱發射電阻器，其可以是與一絕緣層28(或28’，參看圖8E)接觸，其是與晶粒基片16之一表面接觸。該金屬平板可以是由鋁、鈦、一鋁銅合金、一鉭鋁合金、或金屬和合金疊層所形成，例如，一鈦層之後接著一鋁銅層，或一鉭鋁層之後接著一鋁銅層。於圖3中所展示之範例中，噴射元件26包括二個層，一電氣電阻層74以及一高導電性層76。如於圖3之展示，該高導電性層76可以包括二個斜角，電氣式電阻層74曝露在該等二個斜角之間。如一範例，電氣式電阻層74可以具有範圍自大約為200埃(Angstroms)至大約為400埃的一厚度，並且該高導電性層76可以具有大約為4800埃的一厚度。
絕緣層28(及在下面討論之絕緣層28’)可以是未摻雜矽酸鹽玻璃(USG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、正矽酸乙酯(TEOS)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、或其組合。
如於圖3之展示，一鈍化層30可以被形成在噴射元件26和流體容室14之間以保護容室14中之噴射元件26免於噴射墨水32影響，並且作用如同一機械式鈍化或保護空心障壁結構以吸收崩潰蒸汽氣泡的衝擊。鈍化層30範例包括碳化矽(SiC)、氮化矽(Si3N4)、或這些材料之疊層，例如，一氮化矽(Si3N4)層之後接著一碳化矽(SiC)層。
容室層20具有界定流體容室14之壁面，並且其自孔口平板22分離晶粒基片16(以及形成於其上的各層和元件)。被使用以形成容室層20之一材料範例包括一環氧樹脂為基礎之負性光阻(例如，SU-8、來自3M之IJ5000、等等)。
在一熱噴墨列印操作期間，一流體點滴自容室14經過其之對應的孔出口31而噴射。墨水32接著以自流體槽18循環之流體重新被充填。由於被傳送經過噴射元件26之電流，其快速地加熱元件26，該流體點滴被噴射出。因為這加熱，相鄰至與噴射元件26接觸的鈍化層30之一墨水32薄層快速加熱並且汽化。這在對應的容室14中產生氣泡。快速地擴大的氣泡迫使一流體點滴離開對應的孔出口31。當該加熱噴射元件26冷卻時，氣泡快速地崩潰，其自流體槽18汲取更多流體進入容室14以供預備用於自噴嘴116噴射另一點滴。
返回參看至圖2，除了點滴產生器24之外，列印頭114也包括晶片上墨水液位感測器10。此處所揭示之晶片上墨水液位感測器10包括電容式感測器12，以及一感測器電路34。該感測器10也可能有或可能不包括一清除電阻器36。因為該噴射元件26直接地發射墨水32，該清除電阻器36可以被排除。感測器10之構件被集成於該列印頭114上。應了解到，該晶片上墨水液位感測器10也可以電氣地連接至晶片外構件(亦即，不被集成於該列印頭114上之構件)，例如，列印機ASIC 126之電流源130和ADC 132(其展 示於圖1中)。晶片外構件可以安置於噴墨列印系統100之一列印機輸送筒或電子控制器110上。
晶片上墨水液位感測器10之構件可以於一點滴產生器24可以被安置之任何位置中沿著墨水槽18而安置晶粒基片16。對於該晶片上墨水液位感測器10之各種適當的位置在前面被說明，並且包括，例如，在墨水槽18的四個角落。
包括晶片上墨水液位感測器10之電容式感測器12的列印頭114之一部份的範例以横截面被展示於圖4中。該列印頭114包括晶粒基片16以及與之接觸的絕緣層28。在圖4中所展示之範例中，電容式感測器12被形成於絕緣層28之一表面上以及在形成於一第二絕緣層28’中的一介層孔開口中。在一範例中，絕緣層28、28’可以是一單一絕緣層。在一範例中，當層28、28’是一單一層時，該介層孔開口可以被形成，因而其不延伸經過單一絕緣層之整個深度，並且電容式感測器12可以被形成於那介層孔開口中。電容式感測器12之形成範例將參考圖8A至8F進一步地被說明。
電容式感測器12可以具有400μm2(例如，20μmx20μm)或較少之一面積。如其他範例，電容式感測器12可以具有225μm2(例如，15μmx15μm)、100μm2(例如，10μmx10μm)、64μm2(例如，8μmx8μm)之一面積，或400平方微米或較少之任何其他適當的面積。電容式感測器12之尺度能夠致能其代替一點滴產生器24、或接近一點 滴產生器24而被集成於列印頭114上，因此點滴產生器24和電容式感測器12是與相同的單一流體容室14和噴嘴116相關聯。
電容式感測器12包括一金屬層38、置放在該金屬層38上之一憶阻器切換材料(MSM)40、置放在該MSM 40上之一第二金屬層39(其可以包括一轉變層42和一外方層74’)、以及與該第二金屬層39接觸的一物質。
該金屬層38提供電容式感測器12之一第一導電性平板(亦即，第一平板)。金屬層38可以是由鋁或銅和鋁之一合金所形成。在一範例中，該鋁銅合金包括自大約為0.5原子%至大約為1.5原子%的Cu以及剩餘者為鋁。銅可以被併合以供電氣遷移緩和。在其他範例中，該金屬層38可以是鋁、鋁銅矽化合物、銅、鎢、或任何其他適當的金屬或金屬化合物(例如，氮化錫、氮化鉭、具有摻雜物或而無摻雜物的一些鈣鈦礦(perovskite)，例如，鋇鈦氧化物(BaTiO3)、鋇鑭鈦氧化物(Ba1-xLaxTiO3)、以及鐠鈣錳氧化物(PrCaMnO3))。
MSM 40可以被生成或沈積在金屬層38上。該MSM 40是一非常薄的層，其具有範圍自大約為2奈米至大約為50奈米之一厚度。在一範例中，MSM 40之厚度範圍是自大約為2奈米至較小於5奈米。
這薄的MSM 40可以是一高品質介電質材料，其具有一相對介電質常數(εr)範圍自大約為7.5(例如，矽氮化合物(Si3N4))至大約為60(例如，鈦氧化物(TiO2))。應了解 到，該高品質介電質可以是能夠輸送和主控作用如同摻雜物之空位或離子，以便控制電子或電流之流動。該薄的MSM 40可以藉由氧化、物理汽化沈積(PVD)、或原子層沈積(ALD)被形成。
如範例，MSM 40可以是由一氧化物(亦即，憶阻器切換氧化物)或一氮化物(亦即，憶阻器切換氮化物)所形成。
一憶阻器切換氧化物包含至少一個氧原子(O)和至少一個其他元素。一些範例包括氧化鋁(鋁氧化物，Al2O3)、氧化鈦(二氧化鈦，TiO2)、氧化鋯(二氧化鋯，ZrO2)、氧化鉿(二氧化鉿，HfO2)、鉭氧化物(TaOx)、釔氧化物(Y2O3)、鈮氧化物(NbO2)、鈣氧化物(CaO)、鎂氧化物(MgO)、鏑氧化物(Dy2O3)、鑭氧化物(La2O3)、以及矽氧化物(SiO2)。在一範例中，該MSM 40是一鋁氧化物(AlOx(εr~9))層或混合生成(經由氧化作用)於一鋁金屬層38表面上之CuOx的AlOx層。
憶阻器切換氧化物也可以是具有二個或三個的鈦、鋯和鉿元素呈現之一合金(例如，TixZryHfzO2，其中x+y+z=1)。可以使用之其他相關憶阻器切換氧化物包括鈦酸鹽、鋯酸鹽、以及鉿元素。例如，鈦酸鹽包括ATiO3，其中A代表二價的元素鍶(Sr)、鋇(Ba)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、以及鎘(Cd)之一者。憶阻器切換氧化物也可以是ABO3，其中A代表該等先前所列出之二價的元素且B代表鈦、鋯、或鉿元素。憶阻器切換氧化物也可以由這些的各 種化合物之合金所構成，例如，CaaSrbBacTixZryHfzO3，其中a+b+c=1且x+y+z=1。
應了解到，具有不同價位的過渡和稀土元素金屬之其他氧化物也可以單獨地及如更複雜的化合物地供MSM 40之使用。
如上面所述地，MSM 40可以是一半導體氮化物(亦即，憶阻器切換氮化物)。憶阻器切換氮化物之一範例包括Si3N4(矽氮化合物)。
如上所述地，MSM 40可以是能夠輸送和主控作用如同摻雜物之空位或離子，其允許憶阻器操作。如範例，移動性摻雜物可以是氧負離子或空位或氮負離子或空位。下面之列表1提供適用於MSM 40和對應的摻雜物之一列表範例。
仍然參看至圖4，電容式感測器12也包括第二金屬層39。該第二金屬層39可以包括一個導電層或多重導電層。在一範例中，該第二金屬層39包括一轉變層42和一外 方層74’，其之後者可以是如電氣電阻層74之相同材料。在一範例中，轉變層42是由TaAl、TiN、或TaN所形成，並且該外方層74’是由TaAl或WSiN所形成。第二金屬層39在MSM 40和與第二金屬層39接觸的物質之間提供一介面和空蝕層。例如，TaAl是一高薄片阻抗層，其可以提供化學電阻至第二金屬層39可以與之接觸的墨水32。
如於圖4之展示，第二金屬層39之一表面曝露至列印頭114的流體容室14之一者。相似於具有點滴產生器24之噴嘴116，流體容室14藉由容室層20和孔口平板22之壁面被界定。如於圖4之展示，當相鄰至電容式感測器12之容室14不是同時與一點滴產生器24相關聯時，一孔出口31可能不是與容室14相關聯(亦即，孔口平板22的這部份不具有界定於其中的一孔出口31)。在其他範例中，該容室14可以是與電容式感測器12和點滴產生器24呈流體連通，並且因此該容室14可以是與形成於孔口平板22中的一孔出口31相關聯。
流體容室14包括與第二金屬層39接觸的物質。當墨水32充填流體容室14時，與第二金屬層39接觸的物質是墨水32。在圖4中所展示之範例中，外方層74’是與墨水32接觸。在這範例中，第二金屬層39和導電性墨水32形成電容式感測器12之一第二導電性平板。當墨水32佔用整個容室14之較小部份時，與第二金屬層39接觸之物質可以是墨水32和空氣。在這範例中，第二金屬層39和任何的導電性墨水32形成電容式感測器12之第二導電性平板。當墨水 32是不呈現於該容室14中時，與第二金屬層39接觸的物質可以是只有空氣。當無墨水32時，由於缺乏作為一信號路徑之一導電物質，電容式感測器12之第二平板是電氣地不連接或微弱地連接。
因為該導電性墨水32形成電容式感測器12的第二導電性平板之部份，電容式感測器12之電容數值隨著容室14中之墨水32的液位改變而改變(並且因此隨著該物質中之一改變而改變)。當墨水32是呈現在容室14中時，電容式感測器12經過作為一導電性物質之墨水32，被連接至接地，因此該電容數值是最高的(亦即，100%)。但是，當容室14中沒有墨水32時(亦即，該物質是只有空氣)，電容式感測器12之電容下降至一非常小的數值(其是理想地接近於零)，或由於缺乏接地之導電性物質，該電容器是不存在的。當容室14包含墨水32和空氣的組合作為物質時，電容式感測器12之電容數值是在零和100%之間的某處。使用電容式感測器12之改變數值，墨水液位感測器電路34(將在下面進一步地被說明)是能夠判定容室14中的墨水32液位。應了解到，容室14中的墨水32液位是噴墨列印系統100之貯存器120中的墨水32液位之表示。
此處所揭示之電容式感測器12具有在其之最高之一相對高的電容數值，儘管有減低的面積(其是較小於一薄膜堆疊電容器之大約27分之一，該薄膜堆疊電容器採用，例如，鈍化層30作為在二電容器平板之間的介電質)。所增加的電容至少部分地是由於MSM 40之細薄化。
圖4也例示一導電性多晶矽層43，其可以置放在電容式感測器12的金屬層38和晶粒基片16之間的絕緣層28中。在包括在二導電性平板之間的一鈍化層之薄膜堆疊電容器中，其已發現內在的寄生電容可以藉由導電性平板、和絕緣層以及與之接觸晶粒基片之一者而形成。在這些薄膜堆疊電容器中，當一電壓被施加至該導電性平板時，由導電性平板、絕緣層、以及晶粒基片組成的電容器可以充電。因此，該寄生電容可以提供對於該薄膜堆疊電容器所判定之20%級數的電容。這可以使薄膜堆疊電容器之信號變薄弱。這型式的電容器之導電性多晶矽層43的內含物有效地引介與現有的薄膜堆疊電容器串連之一另外的寄生電容器。這減低內在的寄生電容。部分地由於此處所揭示之電容式感測器12的減低面積，其已發現在金屬層38、絕緣層28、以及晶粒基片16之間的內在寄生電容已顯著地被減低或消除，甚至不需導電性多晶矽層43。因而，導電性多晶矽層43可以或可能不包括在此處所揭示之列印頭114的範例中。
返回參看至圖2，晶片上墨水液位感測器10的一些範例可以包括清除電阻器36。相似於電容式感測器12，該清除電阻器36可以是與一單一容室14相關聯。該清除電阻器36可以是鉤住發射線且可以是與電容式感測器12之感測時序同步，並且可以使用以淨化來自相關聯之容室14的墨水殘渣。一墨水殘渣淨化可以在藉由電容式感測器12和感測器電路34量測墨水32液位之前被使用。清除電阻器36 可以被使用至來自容室14之墨水殘渣淨化，並且接著，被使用至墨水32是呈現於貯存器120中之範圍，其流回進入容室14以致能一精確墨水液位量測。
如此處所述地，隨著改變電容式感測器12之數值，墨水液位感測器電路34(將在下面進一步地說明)是能夠判定容室14中之墨水32液位。該感測器電路34實行擷取經過電容式感測器12之墨水32液位的狀態之一取樣及保持技術。放置在電容式感測器12上之一電荷被分享於電容式感測器12和一參考電容器之間，導致在一評估電晶體閘極之一參考電壓。列印機ASIC 126中之電流源130供應在電晶體汲極之電流。該ASIC 126量測在電流源130產生的電壓並且計算評估電晶體之對應的汲極-至-源極電阻。ASIC 126接著基於自評估電晶體所判定的電阻而判定墨水32液位之狀態。感測器電路34將參考圖5和6進一步地詳細說明。
圖5展示根據此處所揭示之範例的一部份時序圖51之範例，該部份時序圖51具有相關之同步資料的非交疊時脈信號(S1-S3)以及可以使用以驅動列印頭114之發射信號。時序圖51中之時脈信號也可以被使用以驅動墨水液位感測器電路34之操作，如下面關於圖6的討論。
感測器電路34採用一電荷分享機構以判定容室14中不同的墨水32液位。如於圖6之展示，感測器電路34包括二個電晶體T1a，T1b，其被組配作為開關。參看至圖5和6兩者，在感測器電路34之啟始操作期間，一時脈脈波 S1被使用以關閉電晶體開關T1a和T1b。這耦合記憶體節點M1和M2至接地，並且使該電容式感測器12和該參考電容器44放電。
參考電容器44是在節點M2和接地之間的電容。在這範例中，該參考電容器44被實行如評估電晶體T4的內在閘極電容，並且其因此使用虛線而例示。該參考電容器44可以另外包括相關聯的寄生電容，例如，閘極-源極交疊電容，但是評估電晶體T4閘極電容是該參考電容器44中之主要電容。使用評估電晶體T4之閘極電容作為參考電容器44藉由避免包含在節點M2和接地之間所製造的一特定參考電容器而減低感測器電路34中之構件數目。但是，應了解到，展示於圖6中之範例只是一範例，並且在其他範例中，透過包含自M2至接地所製造的一特定電容器而調整參考電容器44數值(亦即，除了評估電晶體T4的內在閘極電容之外)可以是有益的。
當S1時脈脈波終止時，T1a和T1b電晶體開關打開。直接地在T1a和T1b開關打開之後，一S2時脈脈波被使用以關閉電晶體開關T2。關閉電晶體開關T2耦合節點M1至一預充電電壓，Vp(例如，在+15伏特之級數上)，並且依據方程式，Q1=(CMEMCAP)(Vp)，一電荷Q1被置放而跨越電容式感測器12。在這時候，M2節點保持在零電壓電位，因為S3時脈脈波是關閉的。當S2時脈脈波終止時，T2電晶體開關打開。直接地在該T2開關打開之後，該S3時脈脈波關閉電晶體開關T3，彼此耦合節點M1和M2並且在電 容式感測器12和參考電容器44之間分享電荷Q1。在該電容式感測器12和該參考電容器44之間的分享電荷Q1依據方程式2，致使在節點M2，其也是在評估電晶體T4之閘極，產生一參考電壓，Vg： 其中CMEMCAP是電容式感測器12之電容，CREF是參考電容器44之電容(一固定數值)，並且Vp是儲存在M1節點之固定電壓。
Vg保留在M2直至將記憶體節點M1和M2接地之一時脈脈波S1的另一週期開始為止。在M2之Vg導通評估電晶體T4，其致能在電晶體T4汲極ID的一量測。在這範例中，其是假設該評估電晶體T4是以線性操作模式加偏壓，其中該評估電晶體T4作用如同一電阻器，其之數值是成比例於閘極電壓Vg(亦即，參考電壓)。自汲極至源極(耦合至接地)之評估電晶體T4電阻藉由強制一小的電流在該汲極ID(亦即，1毫安培(milliamp)級數之一電流)而被判定。該汲極ID耦合至一電流源，例如，列印機ASIC 126中之電流源130。當在該汲極ID施加電流源時，在該汲極ID之電壓(VID)被量測。執行於電子控制器110或ASIC 126上之電腦可讀取指令，例如，Rsense模組128，可以使用電流和VID將VID轉換至自T4電晶體之汲極ID至源極的一電阻Rds。列印機ASIC 126中之ADC 132隨後判定對於該電阻Rds的一對應 數位值。該電阻Rds基於電晶體T4特性而致能關於Vg數值之推斷結果。基於對於Vg之數值，一CMEMCAP數值可以自方程式2被判定。墨水32液位接著可以基於該CMEMCAP數值而判定。
一旦電阻Rds被判定，墨水32液位可以各種方式被判定。例如，量測的Rds值可以比較至用於Rds的一參考數值，或根據與特定墨水位準相關聯之實驗上所判定的一Rds值列表。沒有墨水時(亦即，一“乾的”信號)，或一非常低之墨水位準，電容式感測器12之電容數值是非常低的。這致使一非常低的Vg(在1.7伏特級數上)，並且評估電晶體T4是關閉或近乎關閉(亦即，T4是在停止供電或次臨界操作區域)。因此，經過評估電晶體T4自汲極ID至接地之電阻Rds將是非常高的(例如，具有1.2毫安(mA)之汲極ID電流，Rds一般是在12k歐姆之上)。相對地，一高墨水液位時(亦即，一“濕的”信號)，電容式感測器12之電容值是接近其之數值的100%，導致對於Vg的一高數值(在3.5伏特之級數上)。因此，電阻Rds是低的。例如，由於一高墨水位準，Rds是在1k歐姆之下，並且其一般是在幾百歐姆。
雖然於圖6中未展示，應了解到，其也可以包括輔助電路。
應了解到，在墨水液位感測操作期間，被施加至電容式感測器12之電壓(在其啟始地充電之後)，可以是在用於憶阻器切換的臨界電壓之下，因而電容式感測器12是作用如一電容器而不是一憶阻器。如上之概述，施加於 電容式感測器12上之電壓可以被改變，以便致動MSM 40中之移動性摻雜物，因而電流可流通過電容式感測器12。這電壓中之移位使電容器短路並且使MSM 40作用如一低電阻的電阻器。因而，電容器功能可以被關閉，其可能是所需的，例如，當墨水32供應期是在結束或接近結束之時。改變施加於電容式感測器12上之電壓而返回至低傳導性區域時，導致電容式感測器12再次地作用如電容器。
為了集成電容式感測器12和其他墨水液位感測器10構件於列印頭114之上，展示於圖7中之範例方法200可以被使用。該方法200將配合圖8A-8F詳細地被說明。
在方法200之開頭(圖2中之參考號碼202)，絕緣/絕緣體層28’被沈積在形成於晶粒基片16中且藉由一第一金屬層60而互聯的複數個電晶體之上(參看圖8C)。這些電晶體範例是切換電晶體T1a和T1b、T2、T3和T4。
如於圖8A之展示，一電晶體46是被形成於晶粒基片16上，以至於其是在一閘極區域48上面並且稍微地交疊在閘極區域48相對端上的二個井部50、52(其形成一源極和一汲極，例如，展示於圖6中之汲極ID)。
為了形成電晶體46，一閘極氧化物54被生成或被沈積在晶粒基片16上。該閘極氧化物54可以是由一介電質材料所形成。如範例，該閘極氧化物54可以是由一二氧化矽層、或例如，一矽氮化物層和一二氧化矽層的許多層所形成。
電晶體46也包括與閘極氧化物54接觸的一多晶 矽層56。該多晶矽層56可以是一多晶矽。在一範例中，該多晶矽層56可以使用任何適當的沈積技術而被沈積在閘極氧化物54上。在沈積之後，該閘極氧化物54和該多晶矽層56可以藉由一閘極遮罩和濕式或乾式蝕刻成樣型以形成閘極區域48。
一摻雜物濃縮接著可以被施加於晶粒基片16之區域中，其是不被電晶體46阻塞以產生電晶體46之井部/源極和汲極50、52。在摻雜之後，在閘極氧化物54和分別的井部50、52之間可以有稍微交疊。這稍微交疊使通道效應最小化。
絕緣層28(在這方法200範例中，其是一第一絕緣體層)，被施加於井部50、52上和電晶體46上。先前所述的絕緣層28之任何範例可以被使用。在一範例中，該絕緣層28被沈積為至少2000埃(Angstroms)的一厚度，以便在一稍後形成的清除電阻器36和晶粒基片16之間提供充分的熱隔離。在一範例中，絕緣層28之厚度的範圍是自大約為6000埃至大約為12000埃，或更多。在絕緣層28被施加之後，其可以被增加密度及/或平面化。
於方法200之一些範例中，在施加第一絕緣層28之前，熱氧化物之一薄層可以被施加在井部/源極50、井部/汲極52、以及電晶體46之上。這熱氧化物可以被施加至範圍自大約為50埃至2000埃的一厚度。在一範例中，熱氧化物之厚度是大約為1000埃。
如於圖8A之展示，一第一組集之接觸區域58可 以藉由遮罩和蝕刻絕緣層28被產生。如一範例，一接觸遮罩可以被使用以形成至井部/源極50和井部/汲極52之開口/接觸區域58(亦即，電晶體46之作用區域)。雖然未被展示於圖形中，另一蝕刻步驟可以被使用，其以一基片接觸遮罩成樣型以及蝕刻晶粒基片接觸。
接著參看至圖8B，第一金屬層60被施加於絕緣層28上和開口58中。第一金屬層60可以是由任何用於電容式感測器12之金屬層38的上述材料所形成，因為第一金屬層60之一部份將形成金屬層38。當被施加時，第一金屬層60充填該等接觸開口58。這形成至井部50、52的接觸點62、64。
第一金屬層60接著可以藉由一遮罩被成型且蝕刻以形成接觸點62、64以及金屬層38(亦即，電容式感測器12之第一電容器平板)。所使用的金屬遮罩被修改以包括用以形成分別的金屬層38的幾何形狀以供用於將形成的各個電容式感測器12。
另一絕緣層28’(在成樣型之後，展示於圖8C中)被沈積在接觸點62、64和金屬層38之上。這絕緣層28’之沈積對應於圖7的參考號碼202，其中絕緣層28’被沈積在藉由第一金屬層60互聯之晶粒基片16中所形成的複數個電晶體(例如，電晶體46)之上。該絕緣層28’可以是相同或不同於絕緣層28。在一範例中，該絕緣層28’可以包括多重子層，例如，一氮化物層和一TEOS層。
絕緣層28’可以被平面化或不被平面化，並且接 著被遮罩且蝕刻以產生介層孔開口66和68(圖8C)。這對應於展示於圖7中的方法200之參考號碼204。介層孔開口66曝露接觸點64，並且介層孔開口68曝露金屬層60、38之部份並且界定供用於電容式感測器12之一區域和位置。這遮罩和蝕刻步驟採用允許產生介層孔開口66、68的一遮罩。
在開口66、68已產生之後，MSM 40被施加(例如，被沈積或生成)在第一金屬層60(層/金屬板38)上並且也是在介層孔開口66中之曝露的第一金屬層60上(亦即，在接觸點64上)。這對應於圖7中的方法200之參考號碼206。進一步的處理程序可以被進行以注射移動性摻雜物(例如，氧化物或氮化物空位等等)進入MSM 40中。此外，摻雜可以被達成以產生選擇器，其允許最後所形成的電容式感測器12更精確的控制(參看圖8E)。
更進一步地，金屬之轉變層42可以被沈積或以不同方式被施加於MSM 40上(對應於圖7中之方法200的參考號碼208)，以及於絕緣層28’所曝露的部份上。先前所述之轉變層42的任何範例可以被沈積。
接著，於圖8D中，一MSM遮罩層70被施加和蝕刻以覆蓋介層孔開口68中之轉變層42(亦即，在電容式感測器12被形成的區域和位置)。該MSM遮罩層70不覆蓋轉變層42之其餘區域，其包括介層孔開口66中之部份。這MSM遮罩層70是用於整個處理程序之一另外的遮罩層。該MSM遮罩層70被採用，因而MSM 40和轉變層42可以自接觸點64被移除，並且因而除了在介層孔開口68之外者(亦 即，電容式感測器12被形成的區域/位置)，其餘的轉變層42可以自絕緣層28’被移除。MSM 40之部份和轉變層42之部份的移除被展示於8D圖中。這移除對應於圖7中之方法200的參考號碼210。在蝕刻被進行之後，該MSM遮罩層70被移除。
於圖8E中，電容式感測器12之第二金屬層39被形成且一清除電阻器36被形成。第二金屬層39之形成包含於轉變層42上形成外方層74’(圖7中之方法200的參考號碼212)。在展示於圖8E中之範例中，一部份電氣電阻層74’被沈積或被沈積且被成型於轉變層42上以形成電容式感測器12之第二金屬層39，並且電氣電阻層74之一第二部份被沈積或被沈積且被成型於接觸點64(以及因此第一金屬層60)和絕緣層28’兩者上以形成一層清除電阻器36。
於圖中8E，清除電阻器36是一多層結構72。如於圖8E之展示，該多層結構72可以包括電氣電阻層74和一高導電性層76之部份。
在一範例中，電氣電阻材料可以被沈積和被成型以形成第二金屬層39之部份/層74’和清除電阻器36之部份/層74。高導電性層76可以如所需地藉由電氣電阻層74之部份一起或分別地被沈積和被成型，以使用一傾斜的金屬蝕刻遮罩而產生清除電阻器36(例如，一薄膜電阻器)以蝕刻高導電性層76而曝露電氣電阻層74，以及用以蝕刻一聯結墊78。在一範例中，該高導電性層76可以包括二個斜面，電氣電阻層74被曝露在其之間。
在一範例中，電氣電阻層74、74’可以具有範圍自大約為200埃至大約為400埃的一厚度，並且高導電性層76可以具有大約為4800埃的一厚度。
雖然未被展示於圖形中，應了解到，清除電阻器36也可以是由一單一層所形成。在展示於圖8E中的多層組態中，電氣電阻層74可以是鉭鋁化合物(TaAl)或多晶矽化合物(多晶矽)，並且可以藉由任何適當的沈積技術被施加。高導電性層76可以是鋁(Al)並且可以藉由任何適當的沈積技術(例如，濺射)被施加。在一範例中，高導電性層76可以藉由一金屬遮罩和蝕刻被成型以形成用於互連之金屬跡線。例如，該高導電性層76可以被使用以連接電晶體46之井部50、52至清除電阻器36。該高導電性層76也可以被使用以連接自第一金屬層60至電晶體46之井部50、52的各種信號。
如於圖8F之展示，為了形成列印頭114，另外的薄膜材料被施加以形成：i)在清除電阻器36之上的鈍化層30；ii)界定流體容室14之容室層20(至少其一者是與電容式感測器12呈流體連通，對應於圖7之參考號碼214)；以及iii)界定孔出口31之孔口平板22。
鈍化層30可以被施加而與清除電阻器36接觸以確保該清除電阻器36免於墨水32沾汙。使用一空蝕遮罩，例如，鈍化層30可以在一所需的區域中被成型及被蝕刻。
容室層20和孔口平板22接著也可以使用適當的材料遮罩和蝕刻而被形成。該容室層20被形成以產生流體 容室14，其是與電容式感測器12以及(當呈現時)清除電阻器36呈流體連通。在展示於圖8F中之範例中，電容式感測器12和該清除電阻器36之各者是與流體容室14接觸。在這範例中，該孔口平板22被形成，因而一孔出口31是與流體容室14呈流體連通並且是與清除電阻器36對齊。該容室層20和孔口平板22也可以被形成以至於聯結墊78被曝露。
如於圖8F之展示，一開口49接著可以經過向下流體MEMS處理被界定，例如，雷射鑽孔或一些其他適當的技術。開口49以流體方式連接流體槽18(未展示於圖8F中)及該容室14並且界定墨水流程通道P。
接著當容室14包括電容式感測器12(以及與之電氣連通的感測電路34，其未被展示於圖8F中)時，導電性墨水32(未展示於圖8F中)可以被引介至容室14以供用於墨水液位感測。與第二金屬層39接觸的墨水32之引介形成電容式感測器12之第二平板。
應了解到，此處所揭示之範例構件可以數個不同的方位被置放，且使用於和構件方位關聯的任何指向性專門用語除非被指定，否則將被使用於例示之目的並且是不因此受限制。指向性專門用語包括字詞，例如，“頂部”、“底部”、等等。
進一步地應了解，此處所提供的範圍包括敘述之範圍以及任何數值或在所述範圍之內的次範圍。例如，自大約為2奈米至大約為50奈米的一範圍應被解釋為明確地包括所列舉限定之大約為2奈米至大約為50奈米、以及 分別的數值，例如，2.5奈米、15.75奈米、35奈米，等等，以及次範圍，例如，自大約為5奈米至大約為45奈米，自大約為10奈米至大約為40奈米，等等。更進一步地，當“大約”被採用以說明一數值時，這是表示包含自所敘述數值之少量的變化(高至+/-10%)。
關於整體說明之“一範例”、“另一範例”、“一個範例”、以及其它者，其意謂著上述配合範例之一特定要素(例如，特點、結構、及/或特性)是包括於此處所說明之至少一範例中，並且可以或可能不出現在其他範例中。此外，應了解到，各種範例中，除非本文脈絡中清楚地規定，否則對於任何範例之上述要素可以任何適當的方式被組合。
此處所揭示之說明和聲明專利權利的範例中，除非本文脈絡中清楚地規定，否則單數形式“一”、“一個”、以及“該”包括複數個指示對象。
雖然許多範例已詳細地被說明，應了解到，所揭示的範例可以被修改。因此，本說明是將考慮為非限定性。
12‧‧‧電容式感測器
14‧‧‧流體容室
16‧‧‧晶粒基片
20‧‧‧容室層
22‧‧‧孔口平板
28‧‧‧絕緣層
28’‧‧‧絕緣層
30‧‧‧鈍化層
31‧‧‧孔出口
36‧‧‧清除電阻器
38‧‧‧金屬層
40‧‧‧憶阻器切換材料(MSM)
42‧‧‧轉變層
49‧‧‧開口
72‧‧‧多層結構
74‧‧‧電氣電阻層
74’‧‧‧外方層
76‧‧‧高導電性層
78‧‧‧聯結墊
114‧‧‧列印頭

Claims (15)

  1. 一種晶片上墨水液位感測器，其包含：一電容式感測器，包括：一金屬層；一憶阻器切換材料，其置放在該金屬層上且具有範圍自大約2奈米(nm)至大約50奈米之一厚度；一第二金屬層，其置放在該憶阻器切換材料上；及一物質，其與該第二金屬層接觸；其中該電容式感測器之一電容隨著該物質中之一改變而改變；一第一開關，其用以施加一電壓至該電容式感測器，放置一電荷在該電容式感測器上；一第二開關，其用以分享該電荷於該電容式感測器和一參考電容器之間，而導致一參考電壓；以及一評估電晶體，其用以提供成比例於該參考電壓之一汲極至源極電阻。
  2. 依據請求項1之墨水液位感測器，其中該電容式感測器之一面積是400平方微米(μm2)或較少。
  3. 依據請求項1之墨水液位感測器，其中該電容式感測器具有一電容狀態且響應於一第一施加電壓而可切換，如一憶阻器，至具有比該電容狀態較小的電容之一低阻抗 電阻器，並且其中該電容式感測器是可響應於一第二施加電壓而重置。
  4. 依據請求項1之墨水液位感測器，其中該金屬層是鋁或包括一銅和鋁之合金，並且該第二金屬層包括選自由鋁化鉭(TaAl)、氮化錫(TiN)、和氮化鉭(TaN)所構成之族群的一轉變層、以及選自由鋁化鉭(TaAl)和鎢矽氮化物(WSiN)所構成之族群的一外方層。
  5. 依據請求項1之墨水液位感測器，其中該物質是選自由墨水、空氣、以及墨水和空氣之一組合所構成的族群。
  6. 依據請求項1之墨水液位感測器，其中該憶阻器切換材料是具有範圍自大約7.5至大約60之一相對介電質常數的一介電質，並且其中該介電質是選自由鉭氧化物、鉿氧化物、鈦氧化物、釔氧化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物、鈣氧化物、鎂氧化物、鏑氧化物、鑭氧化物、二氧化矽、以及矽氮化物所構成之族群。
  7. 一種列印頭，其包含：一基片，該基片中形成複數個電晶體，該等複數個電晶體耦合至一第一金屬層；一墨水液位感測器之一電容式感測器，該電容式感測器包括：該第一金屬層之一部份；一憶阻器切換材料，其置放在該第一金屬層之該部份上且具有範圍自大約2奈米(nm)至大約50奈米之一厚度； 一第二金屬層，其置放在該憶阻器切換材料上；及一物質，其與該第二金屬層接觸；以及一流體容室，其與該電容式感測器之該第二金屬層接觸，該流體容室含有該物質。
  8. 依據請求項7之列印頭，其中該電容式感測器之一面積是400平方微米(μm2)或較少。
  9. 依據請求項7之列印頭，其中該電容式感測器具有一電容狀態且響應於一第一施加電壓而可切換，如一憶阻器，至具有比該電容狀態較小的電容之一低阻抗電阻器，並且其中該電容式感測器是可響應於一第二施加電壓而重置。
  10. 依據請求項7之列印頭，其中：該物質是選自由墨水、空氣、以及墨水和空氣之一組合所構成之族群；且該電容式感測器之一電容隨著該物質中之一改變而改變。
  11. 依據請求項7之列印頭，其中該憶阻器切換材料具有範圍自大約7.5至大約60之一相對介電質常數。
  12. 依據請求項11之列印頭，其中：該憶阻器切換材料是由該第一金屬層之一憶阻器切換氧化物所形成，並且該憶阻器切換氧化物之一部份是摻雜著氧空位以允許憶阻器操作；或該憶阻器切換材料是由一憶阻器切換氮化物所形 成，並且該憶阻器切換氮化物之一部份是摻雜著氮空位以允許憶阻器操作。
  13. 一種製造一晶片上墨水液位感測器之一電容式感測器的方法，該方法包含下列步驟：沉積一絕緣體層在藉由一第一金屬層互聯的一基片中所形成的複數個電晶體之上；遮罩和蝕刻該絕緣體層以界定該電容式感測器之一介層孔和一區域及位置，因而暴露該第一金屬層；施加該蝕刻絕緣體層中之一憶阻器切換材料(MSM)層在所曝露的第一金屬層上面，以形成具有一厚度範圍自大約2奈米至大約50奈米之一高品質介電質材料於該電容式感測器之一第一平板上；沉積一金屬之一轉變層在該MSM層之上；遮罩和蝕刻該轉變層及該MSM層以自該介層孔之內移除該轉變層和該MSM層並且不移除該電容式感測器之該位置中的該轉變層和該MSM層；形成該電容式感測器之一第二金屬層的一外方層；以及形成與該電容式感測器接觸的一流體容室。
  14. 依據請求項13之方法，進一步地包含引導一導電性墨水進入該流體容室並且與該第二金屬層接觸以形成該電容式感測器之一第二平板。
  15. 依據請求項13之方法，其中該電容式感測器之面積是400平方微米或較少。
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