CN1401486A - 制造喷墨记录头的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于喷墨记录头的基片，具有用于产生供排墨所用的热能的许多产热元件。该产热元件由用TaxSiyRz表示的材料制成的薄膜构成，该薄膜具有4000μΩ·cm或更小的电阻率值，其中R是从C、O、N当中选取的一种或几种元素，并且x+y+z＝100。具有这样的结构，产热元件即使连续长时间使用，电阻值的改变也处在小的数量之内，因而可以提供高质量的记录图象，且寿命长、可靠性高。

Description

制造喷墨记录头的方法
本申请是1997年8月21提交的题为“喷墨头基片、喷墨头、喷墨装置和制造喷墨记录头的方法”的发明专利申请97117706.6的分案申请。
本发明涉及一种构成喷墨头的基片(以后简称为喷墨头)，用于在包括纸、塑料板、织物及日用品等的记录介质上排放功能液体，例如油墨，以便记录并印刷字符、符号、图象等，同时执行相关的操作。本发明还涉及利用这种基片制成的喷墨头和喷墨笔它包括用于保持供给喷墨头的油墨的油墨容器装置，以及装有喷墨头的喷墨装置。
在这方面，在本发明的说明中所述的喷墨笔包括盒型的，其中喷墨头和喷墨容器装置被整体地形成，和另外一种型式的，其中喷墨头和油墨容器装置被单独形成，并被可拆卸地组合使用。喷墨笔的结构使得可以可拆卸地安装在装置主体侧的盒或其类似物的安装装置上。
此外，在本发明的说明中所称的喷墨记录装置包括的一个型式是，它和文字处理机、计算机或一些其它信息处理装置作成一个整体或单独形成，作为其输出装置。所包括的其它型式是，它作为和信息读取机之类组合的复制系统而工作，作为具有接收信息与发送信息功能的传真设备，以及纺织印刷机等。
这种喷墨记录装置的特征在于，它从排墨口以细小的墨滴排墨，从而在高速下记录高精度的图象。近年来，尤其是对这样一种喷置记录装置给予了大的关注，在这种喷墨记录装置中，使用电热转换装置作为能量产生装置，用于产生用来排墨的能量。这是因为这种喷墨记录装置更适用于在较高速度下以较高的精度记录图象，同时使得记录头和记录装置较小，此外，还更适合用于记录彩色图象。(例如，参见专利US4723129和US4740796中的说明)。图1表示用于上述的喷墨记录头的头基片的主要部分的总体结构。图2是沿图1中的线2-2取的表示在相应于油墨流通路径部分上的喷墨记录头基片2000的截面图。
在图1中，喷墨记录头具有多个排墨口1001。此外，在基片1004上，电热转换装置1002分别为每个油墨流通路径1003设置，用于产生用来从这些开口排墨的热能。每个电热转换装置主要由产热元件1005、对其提供电能的电极线1006以及对其进行保护的绝缘膜1007构成。
此外，每个油墨流通路径1003由具有多个流通通路壁1008的顶板构成，它被粘合连接，同时它和电热转换器件以及基片1004上的其它部分的相对位置通过图象处理之类的工艺进行调节。在和排墨口1001相反的一侧上的油墨通路1003的每一端和公共液体室1009相通地连接。在公共液体室1009中，保持着由油墨容器(未示出)提供的油墨。
被提供给公共液体室1009的油墨从该室被引入每个油墨通路1003中，并通过油墨在该部分形成的弯液面将其保持在每个排墨口附近。在这个时候，当电热转换器件被选择地驱动时，在热激活表面上的油墨被急剧地加热，从而利用这样产生的热能使膜沸腾，借助于此时的冲力使油墨排出。
在图2中，标号2001表示硅基片，标号2002代表积热层。
标号2003表示对偶作用(dually function)以便积热的SiO膜，1004是产热电阻层；2005是是由Al，Al-Si，Al-Cu，或其它类似物制成的金属布线；2006是由SiO膜、SiN膜或其类似物制成的保护层。此外，标号2007表示防气蚀膜，用来保护保护膜2006使其在产热电阻层2004产热之后不受化学和物理冲击，以及2008是产热电阻层2004的热活化部分。
对于用于喷墨记录装置的记录头产热元件，需要具有以下特性：
(1)作为产热元件，它应该具有良好的热响应能力，从而使瞬时排墨成为可能。
(2)对于高速的且连续的驱动，它具有较小的电阻值改变，从而保持油墨泡沫的稳定状态。
(3)它具有良好的热电阻和热响应性能以及在高可靠性下的较长的寿命。
在日本专利申请公开No.7-125218中讨论了一种结构，其中使用TaN膜作为产热元件的材料，用于满足这些要求的喷墨头。TaN膜的特性的稳定性(即电阻变化率，尤其是当重复使用一段长时间时)和TaN膜的成分紧密相关。详细地说，由含TaN0.8hex的TaN制成的产热元件，当记录被重复一段长的时间时具有较小的电阻变化率，并呈现良好的排墨稳定性。
附带说明，除去使用这种产热元件的喷墨记录头之外，还有一种也使用直接和热敏层或用于记录的色带接触的产热元件的热印刷头。
作为这种热印刷头，例如有一种在日本专利申请公开No.53-25442中披露了。这种头当其操作以便产生高温热度时，作为产热元件具有良好的寿命特性。这种元件由下列元素构成：从Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W和Mo中选择的至少一种第一元素；第二元素N和第三元素Si，其中第一元素占5至40原子％；第二元素占30至60原子％；第三元素占30至60原子％。或象在日本专利申请公开No.61-100476中所坡露的，有一种具有高的热稳定性和良好的印刷质量的产热元件，它由Ta、高熔点金属(例如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo或W)以及N的合金制成。此外，如在日本专利申请公开No.56-89578中披露的，有一种使用具有良好的抗酸能力的和良好的电阻值稳定性的产热元件的热喷墨头，其中含有形成氮化物的金属、硅和氮。此外，如日本专利申请公开No.2-6201中披露的，有一种使用Ta-Si-O薄膜作为产热元件的热喷墨头，它在高速记录下具有好的耐用性并适用于要求寿命长的情况下。
然而，现在一直用HfB2，TaN，TaAl或TaSi作为用于喷墨记录头的产热元件的材料。一般地说，这里实际上对于喷墨记录头，不利用上述的适用于热印刷头的产热元件。
这是由于这样的事实：例如，尽管每1ms对热印刷头的产热元件施加接近1W的电功率，而每7μs在喷墨头的产热元件上施加3至4W的电功率，这比施加于热印刷头的电功率大几倍。因此，喷墨头的产热元件在较短的时间间隔内比热印刷头趋于接收更多的热应力(thermalstress)。
因而，对于这种产热元件，需要考虑排墨以及真正作为喷墨头驱动该元件的方法，这和用于热印刷头的方法不同。因而，为了最佳地利用喷墨头，应当对产热元件给出设计的考虑(关于膜厚。加热器大小、结构等)。不可能采用目前用于热印刷头的产热元件作为喷墨头的产热元件。
近些年来，对于喷墨记录装置，如前所述，要求增加其和较高的图象质量以及较高的记录速度有关的功能。其中，为了使图象质量较高，有一种改善图象质量的方法，即通过减小每个加热器(产热元件)的尺寸，使得减少每个点的排放量，从而获得所需的小的点。
此外，为了得到较高的记录性能，有一种根据需要通过使脉冲比常规采用的脉冲缩短从而增加驱动频率的方法。
然而，如上所述，为了获得较高的图象质量而使加热器尺寸作得较小，要在这种结构中以较高的频率驱动加热器，其薄层电阻值应当作得较大。图3A是说明和加热器的不同尺寸有关的各种驱动条件之间的关系的曲线。
图3A表示在恒定的驱动电压下，当加热器尺寸从较大的尺寸(A)变到较小的尺寸(B)时，产热元件的薄层电阻值和电流值相对于脉冲宽度的变化。类似地，图3B是说明在恒定的驱动脉中宽度下，当加热器尺寸变化时，产热元件的薄层电阻值和电流值相对于相对于驱动电压的变化。
换句话说，当加热器尺寸较小时，为了在和通常可采用的条件相同的条件下驱动元件，需要增加薄层电阻值。另外，从能量要求的观点看来，当薄层电阻较大并且以较高的驱动电压驱动器件时，可以减少电流值，因而保持节省能量。尤其在设置多个产热元件的结构中，这种效果更加显著。
然而，如前所述，目前用于喷墨记录头的产热元件，尤其是用HfB2、TaN、TaAl或TaSi制成的，其电阻率(specific resisatance)的值大约为200至300μΩ·cm。因此，考虑到被生产的产热元件的稳定性以及排墨的稳定特性等因素，如果产热元件的膜的厚度被限制为200，则薄层电阻值的限制是150Ω/□。
因此，如果想获得比该限制较大的薄层电阻值，使用上述任何一种产热元件都是困难的。
与此同时，适用于上述的热印刷头的产热元件使得可以增加薄层电阻值。然而，如上所述，对于要求保持特定的热响应和高速记录性能的喷墨头不可能采用这咱元件。
此外，对于喷墨记录装置，电源电容和半导体器件将承受电压。结果，自动地限制了驱动电压。目前认为其上限大约为30伏。为了在小于这一限制的驱动电压下驱动该装置，需要把产热元件的电阻率的值设定为4000μΩ·cm或更小。上述的用于热印刷头的产热元件的电阻率的值一般超过4000μΩ·cm。
因此，按照现有技术，还没有具有利用短脉冲驱动的良好的热响应，同时又有高的薄层电阻值的适用于喷墨记录头的产热元件。
此外，在要记录更精确的图象的同时，应当使加热器的尺寸较小，以便利用较小的墨滴记录。结果，就使用常规的产热元件看来，电流值被增加了，最后导致和发热有关的问题。
因此，本发明的主要目的在于，提供一种用于喷墨记录头的基片，它具有产热元件，每个产热元件能够解决上述的喷墨记录头的常规产热元件中固有的所有问题，此外，能够在长的时间内获得高质量的记录图象，并提供一种喷墨记录头和喷墨记录装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于喷墨记录头的基片，它具有产热元件，每个产热元件即使在以高速度高精度记录的图象的点较小时，也能稳定地排墨，此外，提供一种喷墨记录头以及喷墨记录装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种喷墨笔，它包括油墨容器装置，用来保持被供给上述那种优良的喷墨记录头的油墨，此外，提供一种具有这种喷墨记录头的喷墨记录装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种喷墨记录头，它具有加强对于喷墨记录头的中间层接触，所述喷墨记录头具有层迭结构，其中包括积热层/产热电阻层/在其之间具有产热电阻层的保护层。
为实现这些目的，设计本发明用来提供用于喷墨记录头的基片、喷墨记录头、喷墨记录装置以及下面给出的用于制造它们的方法。
换句话说，用于喷墨记录头的基片具有多个产热元件，用来产生供排墨使用的热能，其中产热元件由薄膜构成，所述薄膜的电阻率的值为4000μΩ·cm或更小，并由TaxSiyRz表示的材料形成，其中R是从C、O、N中选取的一种或几种元素，并且x+y+z＝100。
此外，喷墨记录头具有用于排墨的排墨口，多个产热元件，用于产生供排墨使用的热能，以及油墨通路，油墨通路中包含有产热元件，同时和排墨口相通地连接，其中产热元件由薄膜制成，所述薄膜由具有4000μΩ·cm或更小的电阻率，并由TaxSiyRz表示的材料形成。
此外，喷墨记录装置配备有具有用于排放油墨的排放开口、多个用于产生供排墨用的热能的产热元件、以及其中包括产热元件的同时又和排墨开口相通地连接的油墨通路的喷墨记录头，还配备有承载装置，用来承载接收从喷墨记录头的记录头排出的油墨的记录介质，其中产热元件由薄膜构成，该薄膜的电阻率为4000μΩ·cm或更小，并由TaxSiyRz表示的材料形成。
另外，提供一种用于制造喷墨记录头的方法，所述喷墨记录头具有用于排出油墨的排墨开口、用于产生供墨的用的热能的多个产热元件、以及其中含有产热元件同时又和排墨开口相通地连接的油墨通路，其中产热元件使用由Ta-Si形成的合金靶并通过反应溅射系统制成，这些元件在至少具有氮气、氧气、碳气和氩气和混合气体环境中形成。
另外，提供一种用于制造喷墨记录头的方法，所述喷墨记录头具有用于排出油墨的排墨开口、用于产生供排墨用的热能的多个产热元件，以及其中含有产热元件同时又和排墨开口相通地连接的油墨通路，其中产热元件使用由Ta和Si制成的两种靶并通过两维共溅射系统制成，这些元件在至少具有氮气、氧气、碳气和氩气的混合气体环境中制成。
通过利用本发明的结构和方法提供喷墨记录头，即使在加热器的尺寸被作得较小时，上述的产热元件也可以获得所需的耐用性，同时所述加热器在一个较长的时间间隔内利用较短的脉冲驱动，并且表明具有高的能量效率，以便抑制发热，节约能量。同时，可以提供高质量的记录图象。
此外，本发明对于喷墨记录头不限于只使用油墨，本发明的喷墨记录头也可使用液体，该液体可通过利用上述的产热元件排出。
图1是按照本发明的喷墨头的基片的示意平面图。
图2是沿图1中点划线2-2垂直剖开的基片的截面图。
图3A和3B是说明和不同的加热器尺寸有关的每个驱动条件的曲线。
图4表示用于形成本发明的喷墨记录头的基片的每一层膜的膜形成系统。
图5表示相对于形成Ta-Si-N产热元件的电阻层的局部氮压力的电阻率的值。
图6表示相对于形成Ta-Si-N产热元件的电阻层的局部氮压力的膜的成分的值。
图7表示CST试验的结果。
图8表示用于按照本发明的喷墨记录头的产热元件的电阻元件的成分的范围。
图9表示使用本发明的记录头的一种喷墨记录装置的一个例子的示意的透视图。
下面详细说明按照本发明的若干实施例。不过，本发明并不限于下面给出的这些实施例。显然，任何可以实现本发明目的的型式都可采用。
现在参照附图对本发明进行详细说明。不过，本发明不必限于下面给出的每个实施例。所有能实现本发明的目的各种型式都是足够好的。
图1是示意地表示使油墨起泡沫的用于本发明第一实施例的喷墨头中的产热元件的基片的主要部分的平面图。图2是示意地表示沿图1中点划线2-2剖开的基片部分的纵截面图。
按照本实施例，本发明的产热元件2004可用各种成膜方法进行生产。一般地说，这种元件借助于使用高频(RF)电源作为电源或使用直流(DC)电流的磁控管溅射方法制造。图4示意地表示形成上述产热元件2004的膜的溅射系统的概况。在图4中，标号4001代表利用给定的成分预先生产的靶；4002是扁磁体；4011是控制对于基片成膜的闸门；4003是基片保持器；4004是基片；4006是和靶4001以及基片保持器4003连接的电源。
此外，在图4中，标号4008代表围绕成膜室4009的外周壁设置的外部加热器。外部加热器4008用来调节成膜室4009的环境温度。在基片保持器4003的相对侧，设置有内加热器4005用来控制基片的温度。最好和外加热器4008联合控制基片4004的温度。
通过使用图4所示的系统，按下述过程进行成膜。首先，使用抽气泵4007把成膜室抽空到1×10-5到1×10-6Pa。然后，按照氩气和氮气或要被形成的产热元件通过质量流量控制器(未示出)从气体引入口向成膜室4009引入氧气和碳气的混合气体。此时，调节内加热器4005和外加热器4008，使得基片的温度和环境温度为给定值。然后，从电源4006对靶4001加上电源，以进行溅射发射。调整闸门4011。这样，在基片4004上便形成薄膜。
对上述的产热元件的成膜过程已按照采用反应溅射的成膜方法进行了说明，其中使用由Ta-Si构成的合金靶。然而，本发明不必局限于这种形成方法。借助于两维共溅射系统也可以进行成膜。其中从电源对具有单独连接进行处理的Ta靶和Si靶的两种基底施加功率。在这种情况下，可以单独控制加于每个靶的功率。
此外，也可以使用Ta-Si-N、Ta-Si-O、Ta-Si-C或由其混合物形成的合金靶利用使用氩气的溅射系统(或根据情况，使用引入氮气、氧气和碳气的反应溅射系统)进行成膜。
按照本实施例，采用图4所示的系统，利用上述的成膜方法在其不同条件下生产产热膜。
(实施例1)
下面详细说明按照本发明的第一实施例。
在图2中，积热层2002通过部分地如前所述的热氧化在硅基片2001上形成厚度为1.8μm的膜而被制成。另外，对偶地作为积热层的中间层膜2003，通过等离子CVD方法形成厚度为1.2μm的SiO2膜而被制成。然后，产热电阻层2004，通过使用两种靶的二维共溅射系统以1000形成Ta-Si-N膜而被制成。
此时，气体流量为：Ar气为45标准立方厘米，N2气15标准立方厘米，氮气的局部压力比为25％。加于靶上的功率是，对于Si靶为150W，对于Ta靶为500W，同时环境温度被设为200℃，基片温度为200℃。
另外，作为用于加热在热活化部分2008上的产热层2004的金属布线2005，借助于溅射系统以5500形成Al膜而被制成。
然后，为了形成图形而对这些进行光刻，以便在除去Al层之后生成15μm×40μm的热活化部分2008。作为保护膜2006，利用等离子CVD方法形成厚度为1μm的SiN膜而被制成。最后，作为抗气蚀层2007，利用溅射系统以2000A形成Ta膜而被制成，以便获得本发明的基片。如上结构的产热电阻层的薄层电阻值是270Ω/□。
(对照例1)
通过除去对产热电阻层2004进行以下的修改之外，如实施例1那样生产作为对照例1的基片。换句话说，利用使用Ta靶的反应溅射系统以1000形成TaN0.8膜。此时，气体流量是：Ar气为48标准立方厘米，N2气为12标准立方厘米，氮气的局部压力为20％。加于Ta靶上的功率为500W。环境温度是200℃，基片温度是200℃。产热电阻层的薄层电阻值是25Ω/□。
(评价1)
使用实施例1和上述的对照例1生产的基片，得到用于排放油墨的起泡沫电压Vth。
然后，相对于这Vth，当在1.2Vth(1.2倍的起泡沫电压)的驱动电压下以宽度为2μs的驱动脉冲驱动时，测量电流值。
换句话说，按照实施例1，Vth等于24V，电流值为35mA。与此相比，对照例1的Vth为9.9V，电流值是120mA。由本发明的实施例1和例1的基片之间比较的结果可以清楚地看出，前者的电流值大约为后者的1/3。根据喷墨头的实际型式，有多个产热元件被同时驱动。因此，本实施例消耗的电功率比对照例1小得多。因此容易理解，本实施例在节能方面产生了良好的效果。
此外，为了评价对于热应力的耐受性，在以下条件下通过施加破坏脉冲来驱动产热元件：
驱动频率：10KHz；驱动脉冲宽度：2μs
驱动电压：泡沫电压×1.3
结果，对照例1在6.0×107个脉冲时被破坏，而实施例1直到5.0×109个脉冲时尚未被破坏。
如上所述，显然本实施例的基片足以承受利用较短脉冲的驱动。
(实施例2)
除去对产热电阻层2004进行下述的修改外，用和实施例1相同的方式生产从而获得图1所示的基片2000。换句话说，对于在成膜时要被引入的气体，施加于实施例1的氮气用氧气代替，然后，利用反应溅射系统，以1000形成Ta-Si-O膜。此时，气体流量是：氩气为45标准立方厘米，氧气为15标准立方厘米，氧气的局部压力为25％。加于靶上的功率是：Si靶为150W，Ta靶为520W。环境温度为200℃，其片温度为200℃。薄层电阻值是290Ω/□。
(评价2)
以和评价1相同的方式评价按照实施例2生产的基片。结果，对于实施例2的基片，Vth等于25V，电流值为36mA。
此外，按照使用破坏脉冲作的热应力耐受试验，该基片直到6.0×109个脉冲未被破坏。
这里，和评价1的结果一样，也可以理解，实施例2的基片具有小的电流值，因而具有优异的节能效果。
此外，这种基片即使在以较短的驱动脉冲被驱动时，也具有优异的耐受性。
(实施例3)
除去按下述对产热电阻层2004进行修改之外，用和实施例1相同的方式生产并获得图1所示的基片2000。换句话说，对于在成膜时引入的气体，施加于实施例1的氮气用甲烷(CH4)气体代替，然后，利用反应溅射系统，以1000形成Ta-Si-O膜。此时，气体流量是：Ar气为48标准立方厘米，CH4气为15标准立方厘米，CH4气体的局部压力为25％。对靶施加的功率是：Si靶为150W，Ta靶为500W。环境温度为200℃，基片温度为200℃。
(评价3)
以和评价1相同的方式评价按照实施例3产生的基片。结果，对于实施例3的基片，Vth等于22V，电流值等于41mA。
此外，按照使用破坏脉冲进行的热应力耐受性评价，该基片直到6.0×109个脉冲未被破坏。
和评价1的结果一样，也可以理解，实施例3的基片具有小的电流值，因而产生了优异的节能效果。
此外，这种基片即使在用较短的驱动脉冲驱动时也具有优异的耐受性。
(实施例4)
除去对产热电阻层2004进行以下的修改之外，以和实施例1相同的方式生产并获得图1所示的基片2000。换句话说，对于在成膜时要引入的气体，施加于实施例1的氮气用氮气和氧气的混合气体代替，利用反应溅射系统，以1000形成Ta-Si-N膜。此时，气体流量是：Ar气为48标准立方厘米，混合气体为12标准立方厘米(氧气5标准立方厘米，氮气7标准立方厘米)，混合气体的局部压力为20％。施加于靶上的功率是：Si靶为150W，Ta靶为500W。环境温度为200℃，基片温度为200℃。
(评价4)
以和评价1相同的方式评价按照实施例4生产的基片。结果，对于实施例4的基片，Vth等于23V，电流值为39mA。
此外，按照使用破坏脉冲进行的热应力耐受评价，本基片直到5.0×109个脉冲时未被破坏。
和评价1的结果一样，可以理解，实施例4的基片具有小的电流值，因而可以产生优异的节能效果。
此外，这种基片即使在用较短的脉冲驱动时，也具有优异的耐受性。
(关于膜的固态的评价)
然后，为了评价膜的固态，使用图4的系统以和上述实施例相同的方式和方法生产几种Ta-Si-N膜。
首先，在单晶硅芯片上形成热氧化膜，并被置于图4所示的成膜室4009中的基片保持器4003上(基片4004)。接着，利用抽气泵4007把成膜室4009抽空到8×10-6Pa。
此后，通过气体引入开口向成膜室4009引入氩气和氮气的混合气体。成膜室4009中的气体压力被调整为给定压力。然后，根据每种情况，在上述的混合气体中氮气的局部压力被相应地修改，以便通过按照上述的成膜方法在下述条件进行成膜而制成每种产热元件。
〔成膜条件〕
基片温度：200℃
成膜室中的环境温度：200℃
成膜室中的混合气体压力：0.3Pa
对如上所述在基片4004上形成的产热元件的Ta-si-N膜进行X光绕射测量，从而进行结构分析。结果，清楚地看到，即使当氮气的局部压力改变时，也没有特定的绕射峰值出现，因而这些膜具有接近于非晶体的结构。
然后，利用4探针方法测量上述的每个膜的薄层电阻值，从而获得其电阻率。图5中A、B是其特性曲线。如图5中A所示，可以看出电阻率的值随氮的局部压力的增加而连续地改变。此外，如图5中曲线B所示，当加于靶Si的功率比靶Ta增加较多时，氮的局部压力和电阻率同样地增加。不过，电阻率的值改变较大。可以理解，这是由于在膜中Si的数量增加所致。因此，这说明通过任意设定加于Ta靶和Si靶的功率和氮的局部压力，可以获得所需的电阻率值。
接着，通过对上述的每个膜进行RBS(Rutherford backScattering)分析来进行成分分析。
图6表示这种分析的结果。图6中的曲线A表示和图5中的曲线A相应的膜的成分。图6中的曲线B表示和图5中的曲线B相应的膜的成分。此外，由图5和图6所示的这些曲线可清楚地看出，电阻率值和膜的成分相关。
(关于喷墨特性的评价)
此外，按照实施例5到11生产喷墨记录头，以便评价作为用于每一喷墨记录头的产热元件的基片的特性。其中利用和以前的实施例相同的成膜方法，以相同的方式使用图4所示的系统在各个成膜条件下形成几种Ta-Si-N膜。然后评价每个记录头的特性。
(实施例5)
对于按照本实施例对于喷墨特性进行评价的试样基片，使用Si基片或其上已装有驱动IC的Si基片。
对于Si基片，通过热氧化、溅射、CVD或类似工艺形成厚度为1.8μm的SiO2积热层2002。对于其上装有IC的Si基片，在其制造过程中也同样地形成SiO2积热层。
然后，利用溅射、CVD或类似工艺形成厚度为1.2μm的SiO2中间层绝缘膜2003。接着，利用使用Ta和Si靶的二维溅射方法，在下面的表1所示的条件下形成产热电阻层2004。加于靶上的功率是：Ta为400W，Si为300W，气体流量按表1进行调节，基片温度设为200℃。
                           表1
 产热电阻层    靶     气流量 VN2(％) 破坏电压比Kb 电阻值的改变率ΔR/R(％) 印刷耐用性10000shts 电阻率值(μΩ·cm)
Ar N2 5000shts  10000shts
实施例5  Ta35-Si22-N43  Ta，Si 54 6 10 1.8 +1.2 ○  ○ 650
实施例6  TA30-Si23-N47  Ta，Si 52.2 7.8 13 1.8 +1.0 ○  ○ 800
实施例7  Ta29-Si21-N50  Ta，Si 51 9 15 1.75 +2.0 ○  ○ 1000
实施例8  Ta70-Si5.5-N24.5  Ta，Si 57 3 5 1.8 +3.0 ○  ○ 330
实施例9  TA30-Si20-N50  Ta80-Si20 51.6 8.4 14 1.8 +1.1 ○  ○ 750
实施例10  Ta35-Si19-N46  Ta80-Si20 52.8 7.2 12 1.8 +1.5 ○  ○ 700
实施例11  Ta28-Si20-N52  Ta80-Si20 49.8 10.2 17 1.75 +2.2 ○  ○ 1100
对照例2  Ta10-Si40-N50  Ta，Si 51 9 15 1.2 断 ×  × 45000
对照例3  Ta15-Si30-N55  Ta，Si 48 12 20 1.25 断 ×  × 33000
对照例4  Ta86-Si5-N9  Ta，Si 59 1 2 1.7 +41 ○  × 270
对照例5  Ta32-Si6-N62  Ta，Si 42 18 30 1.2 断 ×  × 9800
说明
○：好
×：不好
作为电极布线，通过溅射以5500A形成Al膜，然后，使用光刻形成图形，以便在除去Al膜之后产生20μm×20μm的热活化部分2008。此后，通过等离子CVD形成厚度为1μm的SiN绝缘膜作为保护膜2006。然后，作为抗气蚀膜2007，利用溅射以2300A形成Ta膜。这样，利用光刻便生产出本发明的喷墨基片。
使用这样生产的基片进行SST试验。SST试验的目的是获得在给定的驱动频率为10KHz驱动宽度为5μs的脉冲信号下的用于开始排墨的起动起泡沫电压。此后，加上10KHz的驱动频率的电压，每1×105个脉冲停止一次，同时使电压增加0.05V。当布线被破坏时便获得破坏电压Vb。起始起泡沫电压Vth和破坏电压Vb之间的比叫作破坏电压比Kb(＝Vb/Vth)。它表明，这个破坏电压比Kb的值越大，产热元件折加热电阻越好。评价结果，得到Kb＝1.8。这个结果示于上述的表1中。
接着，在驱动电压Vop＝1.3Vth的条件下，以10KHz的驱动频率和5μs的驱动宽度连续施加3.0×108个脉冲，然后，给定产热元件的初始电阻值为RO，在施加脉冲之后的电阻值为R，得到电阻值的改变率(R-RO)/RO(CST试验)。结果得到电阻值的改变率ΔR/RO＝+1.5％(ΔR＝R-RO)。其结果如表1和图7所示。
此后，把实施例5的记录头装在喷墨记录装置上进行印刷耐用性试验。该试验通过在A4的纸上印刷在该喷墨记录装置中含有的一般印刷试验图形进行。此时，驱动电压Vop被设为1.3Vth。在印刷寿命期间，可以印刷10,000张或更多的含1500个字的标准文件。没有发现印刷质量变差。这表明Ta-Si-N产热元件的耐用性优良。
(实施例6至8)
除去产热电阻层2004在表1所示的条件下生产之外，和实施例5一样生产用于喷墨记录头的基片。
此外，如实施例5那样，使用这种基片分别进行SST试验、CST试验和印刷耐用性试验。其结果示于表1。
(对照例2至5)
除去在表1所示条件下生产产热电阻层2004之外，按照实施例5生产喷墨记录的基片。在这种情况下，加于靶上的功率是：对于对照例2，Ta：400W，Si：500W；对于对照例3，Ta：400W，Si：400W；对于对照例4和5，Ta：400W，Si：50-200W。此外，使用这些基片按照实施例5进行SST试验、CST试验和印刷耐用性试验。其结果如表1所示。
(实施例9至11)
除去产热电阻层2004在表1所示条件下生产之外，按照实施例5生产喷墨头的基片。在这方面，每个产热电阻层2004利用使用Ta80-Si20的合金靶的反应溅射制成。在这种情况下，加于靶上的功率设为500W。此外，使用这样生产的每个基片，按照实施例5进行SST试验、CST试验和印刷耐用性试验。其结果如表1所示。
由这些结果，可清楚地看出以下结论。
换句话说，从表1所示的结果可清楚地看到，本发明的实施例5到11的基片和对照例的基片相比，在较宽的成分范围内具有良好的CST、SST和印刷耐用性。
此外，虽然在表1中没有特别指出，但据估计，因为如对照例1所示的用于常规喷墨记录头的产热电阻层具有较小的薄层电阻值，所以当它被驱动时，其电流值将增加到本实施例的产热电阻层的2至3倍。
这一电流值的增加大大影响驱动多个产热电阻层的喷墨记录装置，并给装置的设计带来问题。特别对于需要产热电阻层被作得较小的涉及在高的记录速度下要求高的图象质量的基片，如果使用常规的产热元件，其功率消耗将显著地增加。因此，如果使用本发明的产热元件，可以预料，其节能效果是相当良好的。
此外，按照本发明的产热元件，可以获得用于常规的喷墨记录头的任何一种产热元件可以提供的电阻率值。这里，如上所述，在电阻率值和产热元件的材料的成分比之间有着密切的相关性。因此，在这方面，本发明人等已经生产出含有几种成分比例的Ta-Si-N膜同时对产热元件的材料的成分比例给予了注意。其中可以获得喷墨记录头的产热元件的电阻率的最好值的Ta-Si-N膜的成分范围如图8中A所示。
作为参考，在图8C示出了在日本专利公开No.53-25442中披露的认为是最好的用于热印刷头的成分范围。对照例2、3和5的成分范围在该范围之内，如图8C所示。落在这个范围之内的产热元件必然具有远大于4000μΩ·cm的电阻率的值。结果，这种产热元件不能用于喷墨记录头，因为布线容易熔断。
换句话说，本发明的产热元件的温度系数TCR和电阻率呈负相关性。因此，如果电阻率的值变大，则它趋于向负方向增加，即，如果TCR较大，温度上升，与此同时，电阻的值减少(负的温度系数)。在另一方面，则使电流容易流动，这使得在电流流动的部分的温度上升，从而导致布线的破坏。此外，和热印刷头相比，电压在较短的时间间隔内加于喷墨头的产热元件上，因而达到较高的温度。因此，当需要使TCR尽量小时，更易于受TCR的影响。因此，本发明的产热元件的电阻率的值被设为4000μΩ·cm或更小，最好被设为2500μΩ·cm或更小。其中，在上述的成分范围内，已知如果Ta小于20原子％，Si大于25原子％或N大于60原子％，则电阻率的值必然较大。此外，在上述的成分范围内，如果Ta大于80原子％或N小于10原子％，则电阻率的值变小，这使得不可能获得由本发明所要实现的具有高电阻值的任何产热元件。此外，已经知道，如果Si小于3原子％，膜的结构则呈晶体状，因而耐用性降低。
由图8可清楚地看出，以A表示的本发明的成分范围和用于热印刷头的以C表示的成分范围不同，并且产热元件具有真正适用于喷墨记录头的成分范围。
(实施例12至17)
此外，利用表3所示的材料制成中间层膜2003和保护膜2006，并且除去在表2所示的条件下制成每个产热电阻层2004之外，按照实施例3生产用于喷墨头的基片。在这种情况下，加于靶上的功率是：Ta为400W，Si为150至200W。使用这种基片按照实施例5进行SST试验、CST试验和印刷耐用性试验。结果如表2所示。
                                                                    表2
产热电阻层 靶    气体流量 VH2(％) 破坏电压比Kb 电阻质改变率ΔR/R(％) 印刷耐用性10000shts
Ar N2 5000shts 10000shts
实施例12 Ta46-Si6-N48 Ta，Si 50.4 9.6 16 1.8 +1.5 ○ ○
实施例13 Ta38-Si8-N54 Ta，Si 46.8 13.2 22 1.8 +1.6 ○ ○
实施例14 T42-Si7-N51 Ta，Si 48.9 11.1 18.5 1.8 +1.3 ○ ○
实施例15 Ta34-Si9-N57 Ta，Si 45.3 14.7 24.5 1.7 +1.8 ○ ○
实施例16 Ta36-Si8.5-N55.5 Ta，Si 46.2 13.8 23 1.7 +2.0 ○ ○
实施例17 Ta58.5-Si3.5-N38 Ta，Si 54 6 10 1.8 +1.8 ○ ○
                                              表3
  中间层膜      产热电阻层    保护层 电阻率值(μΩ·cm)
实施例12     SiN     Ta46-Si6-N48     SiN     450
实施例13     SiN     Ta38-Si8-N54     SiN     1258
实施例14     SiN     Ta42-Si7-N51     SiN     720
实施例15     SiO2     Ta34-Si9-N57     SiN     2450
实施例16     SiO2     Ta36-Si8.5-N55.5     SiO2     1940
实施例17     SiO2     Ta58.5-Si3.5-N38     SiO2     320
和上述的实施例5至11一样，可以清楚地看出，实施例12至17在CST、  SST和在宽的成分范围以及印刷耐用性方面也是优良的。此外，如图5所示，实施例12至17的产热电阻层2004和实施例5至11的产热电阻层2004相比，具有特别小量的Si，并且相对于氮的局部压力的变化，电阻率值的变化小。因此，实施例12至17被认为是最好的制造方法，适用于具有一致的电阻率的值的产热电阻层2004的稳定的生产。在这种情况下，Ta-Si-N膜的成分范围如图8中B所示。这一成分范围比A所示的成分范围具有特别小量的Si。如上所述，用8B所示的本发明的成分范围和用于热印刷头的成分范围C不同，这清楚地说明，这样生产的产热元件真正是喷墨记录头使用的产热元件。
此外，本发明的基片具有层迭结构，其中包括积热层/产热电阻层/保护层，在保护层之间具有至少由Ta-si-N膜形成的热电阻层，并且其余的每层由这样的材料制成，就其结构原子而言，它具有上述的产热电阻层的结构原子的至少一种原子。结果；中间层的接触性增加了，这种增加被认为导致了在SST试验和印刷耐用性试验中获得的优良特性。
下面说明可以安装本发明的喷墨记录头的喷墨记录装置的一般结构。
图9是表示可以应用本发明的喷墨装置的一个例子的外形的透视图。记录头2200被安装在托架2120上，它通过驱动电机2101的驱动功率沿导轨2119和托架2120一起按箭头a、b指示的方向往返运动。托架2120和丝杠的螺旋槽2121接合，其中丝杠通过和正反转动的驱动电机2101互锁的驱动功率传递齿轮2102和2103转动。压纸板2105用于借助于记录介质承载装置(未示出)把记录纸P承载在压印板上，沿托架2120的行进方向在压印板上对记录纸施加压力。
标号2107和2108代表作为初始位置检测装置的光耦合器，用于检测托架2120的杠杆2109是否处于这一区域内，以便转换驱动电机2101的旋转方向；2110代表用于支撑罩住记录头2200的整个表面的盖件2111的部件；2112代表吸力装置，用来从盖件的内部吸出液体，通过盖中的小孔2113完成记录头2200的吸力恢复。
标号2114代表清洁叶片；2115代表使叶片前后移动的部件。这些部件被支撑装置主体的支撑板2116支撑着。清洁叶片2114不必限于这种型式。当然，可以把已知的清洁叶片用于本装置。
此外，标号2117代表用于启动用于吸力恢复的吸力的杠杆，它和与托架2120接合的凸轮2118的运动一道运动。通过已知的传递装置实现对其运动的控制，借以通过离合器转换来自驱动电机2101的驱动功率。为记录装置的主体侧设有用于控制上述的每个机构的驱动的记录控制器。
按上述构成的喷墨记录装置通过使记录头2200在记录纸P的整个宽度上往返运动，在被记录介质承载装置在压印板2106上承载着的记录纸P上记录。因为在记录头2200按上述方法制造，所以可以以高的速度记录高精度的图象。
如上所述，按照本发明，许多产生供排墨用的热能的产热元件由薄膜构成，所述薄膜由TaxSiyRz表示的材料制成，其电阻率的值小于4000μΩ·cm(R：从C、O、N当中选取的一种或几种元素，并且x+y+z＝100)，因而可以在一个长的时间内连续地使用它们，而电阻值只发生小的变化，从而以长的寿命和可靠性记录高质量的图象。
按照本发明，即使产热元件用短脉冲驱动时，也能使其保持所希望的耐用性，从而在一个长的时间内，以高的质量提供记录的图象。
本发明的喷墨记录头可以提供高的电阻产热特性，用于形成较小的点，并且当使用喷墨记录头进行记录时，具有高的能量效率，即，可以抑制发热，因而在节能方面产生好的效果。
按照本发明的制造喷墨记录头的方法，可以生产用于液体喷射头的基片和液体喷射头，它们可以说明上述的这些效果。

Claims (6)

1.一种用于制造喷墨记录头的方法，所述喷墨记录头具有用于排放油墨的油墨排放开口，用于产生供排墨所用的热能的许多产热元件，以及其中包括所述产热元件并同时和所述排放油墨开口相通地连接的油墨流动通路，
所述产热元件使用由Ta-Si制成的合金靶，并且通过在具有至少一种气体和氩气的混合气体环境中的反应溅射系统形成，所述至少一种气体包括氮气、氧气或碳气。
2.一种如权利要求1所述用于制造喷墨记录头的方法，其中所述至少一种气体相对于整个混合气体的分压为5％或以上以及35％或以下。
3.一种如权利要求1所述用于制造喷墨记录头的方法，其中所述产热元件由TaxSiyNz构成，其中x＝30至60原子％，y＝3至15原子％，z＝30至60原子％。
4.一种用于制造喷墨记录头的方法，所述喷墨记录头具有用于排放油墨的排墨开口，用于产生供排墨用的热能的许多产热元件，以及其中包括所述产热元件，同时又和所述排墨开口相通地连接的油墨流动通路，
所述产热元件使用由Ta和Si构成的两种靶，并通过在具有至少一种气体和氩气的混合气体环境中的二维共溅射系统形成，所述至少一种气体包括氮气、氧气或碳气。
5.一种如权利要求4所述用于制造喷墨记录头的方法，其中所述至少一种气体相对于整个混合气体的分压为5％或5％以上，35％以及或35％以下。
6.一种如权利要求4所述用于制造喷墨记录头的方法，其中所述产热元件由TaxSiyNz构成，其中x＝30至60原子％，y＝3至15原子％，z＝30至60原子％。
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