JPS60166469A

JPS60166469A - 発熱ヘツド

Info

Publication number: JPS60166469A
Application number: JP878985A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nagano; 克人長野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1985-01-21
Filing date: 1985-01-21
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPS6125550B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　発明の背景技術分野本発明は発熱ヘッドに関する。　更に詳しくは、発熱用
抵抗体として多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発熱
ヘッドの改良に関する。

先行技術とその問題点近年、記録装置の高性能化、メインテナンスフリー化、
小型化、高信頼性化、無音化等の要望から、感熱記録が
注目を集めている。　この感熱記録は、基板ヒに１個ま
たは複数個の微小発熱用抵抗体を設けた発熱ヘットを用
い、この微小発熱用抵抗体に電流を通じることによりそ
れを発熱させ、この熱で感熱記録紙」二に文字、図形、
記号等を描かセ、ファクシミリ、計算機端末装置、印字
装置、記録計等の出力方式として用いるものである。

従来、このような感熱記録用の発熱ヘッドの１つとして
、発熱用抵抗体を多結晶シリコン薄膜からなる発熱体層
から形成したものが用１．）られている。　この場合、
このような発熱へ・ンドは、通常、第１図に示されるよ
うな構造とされる。　すなわち、アルミナ等の基板２」
二には、発熱体層の発熱を蓄積するためグレーズ層３が
設けられる。　このグレーズ層３上には、所定の配置で
多結晶シリコン薄膜発熱体層４が設けられ、またこの発
熱体層４上には、一対のリード層５１．５３が設けられ
、リ−１・層５１゜５３を介し、発熱体層４に通電可能
とされ、クー１：層間隙間およびその近傍の発熱体層４
が発熱部として機能するように構成される。

さらに、多結晶シリコン薄１１り発熱体層４およびリー
ト層５１，５３上には、通常、保護層６が設けられる。

このような多結晶シリコン薄膜発熱体層４を有する発熱
ヘッド１０は、発熱特性が良好で、またその製造性も良
好なものである。　し　かし、その使用に従い、発熱体
層の抵抗が変動し、画像再現性が変動したり１発熱ヘツ
ドの破損を生し、その寿命が短いという不都合がある。

本発明はこのような不都合を解消すべくなされたもので
ある。　本発明者は、このような不都合を生ずる原因を
究明すべく研究を行ない、次のような知見を得た。

従来の多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発熱へｙ　
ｌ”　１０は、上記のような積層構造をとるため、リー
Ｉ・層５１，５３の発熱部側の端部は段差を形成してい
る。　このため、発熱ヘットＩＯを感熱紙と摺接させつ
つ長期に亘って使用すると、リード層５１．５３の発熱
部側の端部段差には、最上層保護層６を介し感熱紙から
繰返し過大な外部応力が加わり、これによりこの近傍の
積層構造の密着性が低下し、ヘッド自体の寿命が短くな
る。

さらに、発熱用抵抗体は多結晶シリコン薄膜からなるの
で、その特殊性から次のような現象も生起する。　すな
わち、ヘッドと摺接する感熱紙にはアルカリ金属あるい
はアルカリ土類金属が含まれるものである。　このため
、発熱ヘットの使用に従い、リード層５１．５３間に通
゛市して発熱部を長期に亘って、繰返し発熱させると、
印加電圧に対し負側として使用されるリート層（例えば
５１）の発熱部側の端部」一方に位置する保護層６３下
面には、繰返し印加される熱および電解により、感熱紙
からアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属カチオンが
泳動してきて、１０ｇｍ程度の厚みのカチオン過剰層が
形ぼされるに芋る。　このようなカチオン過剰層が形成
されるに至ると、保護層６と多結晶シリコン薄１１ジ発
熱体層４との間に内部応力が生じ、また発熱体層を構成
するシリコンとアルカリ金属等との反応がおこり、特に
負側のリード層の発熱部側端部直下およびその周辺にお
いて１発熱体層４と保護層６との間の密着性が低下し、
また発熱体層４および／または保護層６にはクラックが
生じ、発熱体層４の抵抗劣化や、発熱体層４と保護層６
との破断が招来し、発熱ヘッドの寿命が低下する。

このように、発熱用抵抗体として多結晶シリコン薄膜を
用いる場合には、長期使用に従い、カチオン過剰層が形
成され、種々の悪影響が生ずるものである。　そして、
これが前記したリート層端部の段差の存在による外部応
力による影響とあいまって、ヘットの長期使用により特
に、負側として使用ｙれるリード層の発熱部側の端部近
傍において、積層構造の破損、破壊等を招き、抵抗劣化
をより大きなものとし、そのメｆ命をより低下させる要
因となっている。

１１　発明の目的本発明のｌ」的は、以上のような発熱ヘッドの寿命低下
を防止することにある。

このような目的は下記の本発明によって達成される。

すなわち、本発明は、グレーズ層を形成した基板」−に
多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発熱ヘッドにおい
て、少なくとも一力のり−ト層の発熱部側の端部近傍に
あって、発熱体層と最−１−保護層との間にそれぞれ１
層以−１−の窒化ケイ素からなる層と酸化ケイ素を主成
分とする層との積層体を介在させることにある。

なお、本発明においては、中間層の積層体の構成層の一
つとして、窒化ケイ素層を用いるものであり、本発明の
効果はこの窒化ケイ素によりもたらされるものである。

　このため、窒化ケイ素を、例えば発熱へンドの保護層
としてそれと同等に用いられている酸化ケイ素、シリコ
ンカーバイド等に変えたときには１本発明所定の効果は
実現しない。

また、特開昭５５−１５４１８６号公報、同５５−７７
５８４号公報には、多結晶シリコン薄＋１ｆｉ以外の発
熱体層を用いる場合ではあるが、発熱体層と保護層との
間に窒化ケイ素層を介在させた例が記載されている。　
しかし、酸化ケイ素を主成分とする層を積層せず窒化ケ
イ素層のみを介在する場合には、ヘッド寿命の向上効果
は不十分である。

これらのことは、後記実験例で明白になるであろう。

■　発明の具体的構成以下本発明の発熱ヘッドを詳細に説明する。

本発明の発熱ヘッドにおいて、その基板は、アルミナ等
のセラミックス等を用いればよく、通常は、平板状、柱
状等の形状を有する。

このような基板上に設けられるグレーズ層は、通常のカ
ラス質から形成すればよい。　なお、グレーズ層は、通
常の場合と同様、基板」−のほぼ全域に亘って設けられ
、またその厚さは１５〜２００μｍとすればよく、さら
にはガラス質を含むペーストないしスラリーから常法に
従いスクリーン印刷法、ディンプ法等により形成すれば
よい。

・方、グレーズ層トには発熱体層が配置される。　発熱
体層としては、種々の方法によって形成した多結晶シリ
コン薄膜であってもよいが、その特性Ｊ−Ｇからは、公
知の化学気相成長法に従い形成されたシリコン多結晶薄
膜であることが好ましい。　また、この多結晶シリコン
７Ｘ１膜中には、Ｐ、Ａｓ、Ｂ、Ｓｂ等の不純物が１０
０重量％程度以下の範囲で含まれていてもよい。　そし
て、その抵抗は２　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’〜５Ｘ１０−３Ωｃ
ｍ程度とすればよい。　さらに、多結晶シリコン薄膜発
熱体層は基板上に所定の形状で１つのみ設けられていて
もよいが、通常は、例えば平行細条状となるように、多
数分離されて所定の配列で設けられるものであり、その
厚みは０９１〜５ｇｍとするのが一般的である。

この所定の形状と所定の配列を有する多結晶シリコン薄
膜発熱体層には、一対のリート層が接続される。　リー
ド層としては、各種高融点金属から、種々の方法に従い
薄膜として形成すればよいが、タングステン、モリブデ
ン、あるいはこれらの合金、さらにはタングステンシリ
サイド、モリブデンシリサイド等から構成することが好
ましい。　この場合、リード層は多結晶シリコン薄膜発
熱体層の下層に位置してもよいが、通常はその上層に積
層される方が好ましい。　また、リード層の厚みは、概
ね０．５〜２μｍとすればよい。

さらに、このような積層体の上面のほぼ全域にに１って
、最１：層として、保護層が設けられている。　この保
護層は、発熱用抵抗層およびリード層の、感熱紙摺接に
伴う摩耗等を防１１−するものであって、通常は、ホウ
化リン、窒化ケイ素、醇化ケイ素、シリコンカーバイド
等から構成したり、あるいは下層として酸化ケイ素層、
１１層としてホウ化リン層を有する２層構成々すること
が好ましい。　また、保護層の厚みは、概ね０．５〜−
μｍとすればよい。

このような前提の下で、本発明にあっては、第１図に示
されるように、少なくとも一方のリーＩ・層５１．５３
のシリコン発熱体層４の発熱部側の端部近傍において、
最Ｊ一層保護層６と多結晶シリコン？１し膜発熱体層４
との間に、窒化ケイ素からなる層７１と酸化ケイ素を主
成分とする層７５とのそれぞれ少なくとも一層からなる
積層体７を介在させる。

この場合、窒化ケイ素からなる層７１は、通常はＳｉ３
Ｎ４の組成を有するものであるが、このＳｉ２Ｎ３、Ｓ
ｉＮの組成を有していてもよく、あるいはこれら量論組
成から偏倚したものであってもよく、さらにはこれらの
混合組成てあってもよい。　また、この窒化ケイ素層の
厚みとしては、１００〜８０００人、特に５００〜３０
００人であればよい。

一方、酸化ケイ素を主成分とする層７５は、グレーズ層
３やシリコン発熱体層６と熱膨張率の近いもので形成す
れば、本発明の効果はより一層大きくなるものであり、
このような成分としては酸化ケイ素あるいはリンを含有
する醇化ケイ素層か特に好ましい。

このようにそれぞれ一層以上の酸化ケイ素を主成分とす
る層７５と窒化ケイ素からなる層７１との積層体７の厚
みの総和は概ね３ルｍ程度以下とすることが好ましい。

このような積層体７は、少なくとも一方のリード層にお
ける多結晶シリコン薄膜発熱体層４の発熱部側端部上方
に位置する所定領域において、保護層６と発熱体層４と
の間に存在すれば十分であり、従って、例えば発熱体層
をグレーズ層」−にｑｉ行細条状に設けるような場合に
は、第２図に示されるように、細条状の発熱体層４の長
さ方向全域に亘って積層体７を設けてもよく、一方のリ
ード層５１の端部に対応する領域の近傍のみに部分的に
積層体７を設けてもよい。　なお、細条状発熱体層４の
幅方向については、積層体７はその幅と対応する幅で相
互に分離して設けてもよいが、通常は連続して、没ける
ことになる。

なお、４−記において、一方のリート層と称するのは、
前記したところから明らかなように、通常は、印加電圧
に対し負側として使用するリード層である。　しかし、
本発明は、このような場合のみに限られず、リード層間
に高周波通電を行なう場合においても、一定の効果を′
ガ現するものである。

なお、このような積層体７は、第２図に示されるように
、保護層６下面と多結晶シリコン薄膜発熱体層４上面と
に直接接するように介在させるものであり、窒化ケイ素
からなる層７１および酸化ケイ素を主成分とする層７５
はそれぞれ１層以」二あれば十分であり、その数および
積層順には制限はない。　ただ第３図（ａ）〜（Ｃ）の
ように、窒化ケイ素からなる層７１の−１一層および／
または下層に酸化ケイ素を主成分とする層７５を積層し
、窒化ケイ素層７１が酸化ケイ素を主成分とする層８を
介して、保護層６の下面および／または発熱体層４の−
ｈ面等と接するようにするのが通常である。

このような構造からなる本発明の発熱ヘッド１は１通常
以下のようにして製造される。　例えば−に２第１の態
様においては公知の方法に従い、基板２」−にグレーズ
層３を形成する。　その後、公知の方法に準し、多結晶
シリコン薄膜発熱体層４、リート層５１．５３を形成す
る。

次いで、所定の形状に窒化ケイ素からなる層７１と酸化
ケイ素を主成分とする層７５との積層体７を形成する。

　この場合窒化ケイ素からなる層７１の形成は、通常、
シリコンナイトライドをターゲットとするＲＦスパッタ
リングや、塩化ケイ素、あるいはシランとアンモニアを
ソースとし、Ｎ２　＋Ｈ２１ｆ？ｚ合ガスをキャリヤと
する公知の化学気相成長法等に基づき行なえばよい。　
また、酸化ケイ素を主成分とする層８の形成は、公知の
いずれの方法に従ってもよい。　この後、保護層６を形
成し、本発明の発熱ヘッド１が製造されることになる。

ＩＶ　発明の具体的効果本発明の発熱ヘンドは、少なくとも一方のリード層の発
熱部側の端部の上方または下方の所定領域において、保
護層と多結晶シリコン薄膜発熱体層との間に、窒化ケイ
素からなる層７１と醇化ケイ素を主成分とする層７５と
の積層体７を設けるので、前記のようなヘッドの長期使
用に伴う感熱紙摺接にもとづくアルカリ分の侵入がυ１
除され、カチオン過剰層形成による悪影響か格段と減少
し、また、前記のような段差の存在による感熱紙摺接の
際のリード層端部近傍に加わる外部応力が緩和し、その
結果、発熱体層の抵抗劣化、積層構造の剥離、破壊等が
格段と減少し、へｙ　トの寿命はきわめて長いものとな
る。

本発明者は、本発明の効果を確認するため種々実験を行
なった。　以下にその１例を示す。

実験例基板２として３００ｍｍＸ　３００ｍｍ、厚さ２ＩＩ１
ｍの９８％アルミナを用い、その−面上にＮａ、Ｋ、Ｃ
ａを総計０．１重量％含むガラス質かうなる８０ｇｍ厚
のグレーズ層３を形成した。

次いで、化′ｆ気相成長法に従い、基板を８５０°Ｃに
保持し、ソースとしてシランとジポラン、キャリヤガス
として水素を用い、ポロン１重量％を含む１μｍ厚の多
結晶シリコン薄膜を波箔し、写真食刻法により、間隔３
０ｐＬｍで、１１００ｐ幅の千行細条状の複数個の多結
晶シリコン薄１１り発熱体層４を形成した。　この後、
このにに１．５トｍ厚のＷ薄膜を被着し、やはり写真食
刻法により、上記各細条状発熱体層４トにおいて、その
中央部に１００Ｘ２３０ルｍの窓が形成されるようにし
て、Ｗリード層５１．５３を形成した。　しかる後、化
学気相成長法に従い、ソースとしてジボランとボスフィ
ンを用い、水素をキャリヤとして、反応温１ｍ　８５０
°Ｃで２ｇｍ厚のリン化ホウ素薄１模（Ｂ１３Ｐ２）を
上面全域に形成して、保護層６とし、第１図に示される
従来技術に属する発熱ヘッド（ヘッドＡ）を作成した。

次に、やはり比較のため、発熱体層４−Ｆ面全域に亘っ
て、化学気相成長法により１トｍ厚のＳｉ３Ｎ４薄Ｍを
形成した他は、上記と全く同様にして比較用ヘッドＢを
作成した。

これに対し、下記第１表に示されるような窒化ケイ素層
７１．酸化ケイ素７５を発熱体層４と保護層６との間に
介在させた他は、上記ヘット１と同様にして、本発明の
ヘッドＣ，Ｄを作成した。

なお、窒化ケイ素層は、ソースとしてシラン、アンモニ
ア、キャリヤとして水素を用い、８５０°Ｃの反応温度
で化学気相成長させたものであり、また酸化ケイ素はス
パツクにより形成したものである。

各ヘッドに感熱紙を摺接しながら、２０　ｍ５ｅｃの間
隔で３　ｍ５ｅｃのパルス通電をくりがえした。

１０６回通電後０抵抗値変化率を第１表に示す。

第１表に示される結果から、本発明の効果があきらかで
ある。

第１表介　在　さ　せ　た　層　本　抵抗値変化へラド　グレ
ーズ層上　保護層下　（％）Ｂ　５ｊ３Ｎ４　５（０，２ルｍ）本介在させた層が複数あるときには七に記した層が］；
層として位置する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多結晶シリコン薄膜発熱体層を有する発
熱ヘッドの断面図であり、第２図は本発明の発熱ヘッド
の実施例を示す断面図であり、第３図（ａ）〜（ｃ）は
、それぞれ本発明における窒化ケイ素からなる層と酸化
ケイ素からなる層との積層例を示す断面図である。符号の説明１、ｔｏ・・・発熱ヘッド、２・・・基板、３・・・グレーズ層、４・・・多結晶シリコン薄膜発熱体層、５１．５３・・
・リード層、６・・・保護層、７・・・積層体、７１・・・窒化ケイ素からなる層、７５・・・酸化ケイ素を含む主成分とする滑出願人　テ
ィーディーケイ株式会社ＦＩＧ、１０ＦＩＧ、２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板］二にグレーズ層を有し、当該グレーズ層」
二に多結晶シリコン薄膜発熱体層と、当該シリコン薄膜
発熱体層に通電するための一玄４のリード層とを有し、
当該一対の１，１−　Ｖ層］１４１隙＋１４１を含んで
発熱体層には発熱部か形成され、さらに最−に層として
保護層を有する発熱へ・ンド゛であって、少なくとも一
力のリード層の発熱部（＋１１１の端部近傍において、
上記発熱体層と」−配係り隻層との間に、窒化ケイ素か
らなる層と酩イヒケイ素を主成分とする層とをそれぞれ
少なくとも１層有することを特徴とする発熱へ・ンド゛
。