DE3142121A1

DE3142121A1 - "fluidstrahl-aufzeichnungseinrichtung"

Info

Publication number: DE3142121A1
Application number: DE19813142121
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Kawasaki Kanagawa Matsumoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1982-06-09
Anticipated expiration: 2001-10-24
Also published as: FR2492735A1; DE3142121C2; GB2088286B; FR2492735B1; GB2088286A; US4429321A

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE Grupe - Pellmann

;. : Patenfänwälte und -Vertreter beim EPA

Dipl.-Ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

23". Oktober 1981 DE 1626

Canon Kabushiki Kaisha
Tokyo, Japan

Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen durch ein Ausbilden von fliegenden Fluidtröpfchen, und betrifft insbesondere eine Fluid· strahl-AufZeichnungseinrichtung für ein Aufzeichnen, bei welchem Tröpfchen durch Anlegen von Wärmeenergie an ein

Deutsche Bank (München) KIo 51/61070

Dresdner Bank (München) KIo

F'oslachutk (Mmchen) KIu Oft) Λ.Ι flO4

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Fluid vorwärtsgetrieben werden.

Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtungen sind in jüngster Zeit entwickelt und verbessert worden, die mit Fluidstrahler Aufzeichnungseinrichtungen stoß- bzw. aufschlagfrei aufgezeichnet werden kann, da sie sich für moderne Büros und andere Geschäftsbereiche eignen, wo Ruhe gefordert wird, da ferner mit einer hohen Dichte von projizierten Punkten sehr schnell aufgezeichnet werden kann und darüber

jQ hinaus die Wartung verhältnismäßig einfach wird oder sie sogar wartungsfrei sein können. Bei der in der deutschen Offonlegungssehrift 28 4 3 064 beschriebenen Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung kann aufgrund deren speziellen Aufbaus mit einer hohen Dichte sehr schnell aufgezeichnet 5 werden, und ferner kann ein sogenannter "Ganzzeilen-Aufzeichnungskopf" leicht ausgeführt und hergestellt werden. Aber selbst bei einer derartigen Fluidstrahl-Aufzeichnungseinrichtung gibt es noch verschiedene Verbesserungsmöglichkeiten, damit eine Ganzzeilen-Aufzeichnung mit hoher Dichte ^an verschiedenen Stellen in der Praxis durchgeführt werden kann. Das heißt, es gibt noch verschiedene Schwierigkeiten bezüglich einer Auslegung des Aufzeichnungskopfaufbaus, bezüglich der Herstellung eines derartigen Aufzeichnungskopfes und zwar unmittelbar in Verbindung mit der Aufzeichnungsgenauigkeit und der Zuverlässigkeit einer Aufzeichnung, sowie hinsichtlich der Haltbarkeit des Kopfes. Auch hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und einer Massenherstellung gibt es noch verschiedene Verbesserungsmöglichkeiten. Das heißt, um mit dem vorerwähnten Flussigstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer hohen Dichte und einer hohen Geschwindigkeit drucken zu können, muß der Aufzeichnungskopf einen hochintegrierten Aufbau aufweisen. Bei der Integration ergeben sich jedoch noch verschiedene Schwierigkeiten bezüglich der konstruktiven Gestaltung von Elementen, die einen Aufzeichnungskopf und eine Signalverarbeitungseinrichtung bilden, bezüglich der Ausbeute bei der Fertigung, bezüglich der elektrischen Verdrahtung der Elemente und der Einrichtungen,

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bezüglich der Auslegung, der Leistungsfähigkeit und einer Massenherstellung. Beispielsweise können Fluidstrahlaufzeichnungseinrichtungen am besten verwendet werden, wenn als Einrichtung zum Erzeugen von Wärme, um ein Fluid oder eine Flüssigkeit anzuregen, um so Fluid- oder Flüssigkeitströpfchen vorwärtszutreiben, viele elektrothermische Wandler oder Umformer entsprechend der Dichte von Aufzeichnungsbildelementen angeordnet werden, und eine Anstouers iyniile trennende Elementanordnung (z.B. eine Transistor- und Diodenanordnung, die mit einem Signalverstärker verbunden ist), um die vielen elektrothermischen Wandler oder Umformer erforderlichenfalls unabhängig voneinander anzusteuern, integriert und leistungsfähig hergestellt werden kann.

Eine derartige Elementanordnung wird zur Zeit unabhängig (von dem Kopf) in Form eines Chips hergestellt, um die Ausbeute zu erhöhen und um die Herstellung zu erleichtern; jedes Chip ist auf einem gemeinsamen Substrat gehaltert, die entsprechenden Elemente sind durch eine Verdrahtung, elektrisch miteinander verbunden, und die Zuleitungselektroden sind zum elektrischen Anschließen anderer elektrischer Einrichtungen vorgesehen. Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen von Fluid- oder Flüssigkeitströpfchen und den Kopf bildende Teile zum Ausbilden eines Raums, der mit einem Fluid oder einer Flüssigkeit zu füllen ist, wie eine wärmeaufbringende Kammer bzw. eine Aufheizkammer, die mit der Öffnung u.a. in Verbindung steht, werden aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, um einen Aufzeichnungskopf zu erzeugen. Eine derartige Herstellung ist jedoch mühsam und der Wirkungsgrad bei einer Massenproduktion ist sehr niedrig.

Außerdem sollten, wenn ein hochintegrierter Aufzeichnungskopf mit einer hohen Aufzeichnungsdichte und einer großen Kopflänge gefordert wird, die vorerwähnten Schwierigkeiten in hohem Maße gelöst sein. Ferner sollten die vorerwähnten Nachteile beseitigt sein, um eine hohe Zuverlässigkeit bei

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der Herstellung und eine hohe Wiederholbarkeit der geforderten Kenndaten zu erhalten.

Gemäß der Erfindung ist ein Fluidstrahl- oder Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungskopf geschaffen, der frei von den vorerwähnten Nachteilen ist, welcher mit hoher Zuverlässigkeit herstellbar ist, welcher eine hochkonstante Leistungsfähigkeit hat, welcher eine hohe Reproduzierbarkeit bezüglich der Kenndaten aufweist und bei welchem konstant mit hoher Geschwindigkeit und mit einer hohen Dichte aufgezeichnet werden kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Fluid- oder Flüssigkeitsstrahl-Aufzeichnungseinrichtung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung geschaffen, welche eine Anzahl wärmeaufbringender Kammern bzw. Aufheizkammern, die mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoß eines Fluids oder einer Flüssigkeit in Verbindung stehen, um fliegende Tröpfchen auszubilden, einen für jede Aufheizkammer vorgesehenen, elektrothermischen Wandler oder Umformer, um so Wärme wirksam an das Fluid oder die Flüssigkeit zu übertragen, mit welcher die Aufheizkammer gefüllt ist, und eine Ansteuerschaltung mit einer Anzahl Funktionselementen zum Trennen von Signalen aufweist, um unabhängig jeden der elektrothermischen Wandler anzusteuern und die elektrothermischen Wandler insgesamt anzusteuern, wobei die Anzahl elektrothermischer Wandler und die Anzahl Funktionselemente strukturell auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet sind, oder wobei die Anzahl elektrothermischer Wandler an der Oberfläche eines Substrats angebracht werden, in deren Oberfläche die Funktionselemente ausgebildet sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

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1(a) schematisch eine Schrägansicht einer Ausführungsform der Fluidstrahl-Aufzeichnungseinrichtung gemäß der Erfindung;

5Fig. 1(b) schematisch eine Schnittansicht der Einrichtung in Fig. 1(a) entlang der Flußbahn;

Fig. 2(a) bis (g) schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Hauptteils der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung;

Fig. 3 bis 7 schematisch Schnittansichten von Hauptteilen weiterer Ausfuhrungsformen der Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 8(a) schematisch eine Schrägansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung;

20Fig. 8(b) eine schematische Schnittansicht der in

Fig. 8(a) dargestellten Einrichtung;

Fig. 9(a) bis 9(g) schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Hauptteils der in Fig. 8 dargestellten ' Einrichtung;

Fig. 10 eine schematische Schnittansicht des Hauptteils einer weiteren Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung, und 30

Fig. 11 schematisch ein Verfahren zum Herstellen

der Einrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1(a) und 1(b) ist eine der bevorzugten Fluidstrahl-Zeichnungseinrichtungen gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig. 1(a) weist die Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung grundsätzlich einen Teil mit einer elektrothermisehen Wandler-

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anordnung, wobei eine Anzahl elektrothermischer Wandler in Form einer Anordnung vorgesehen ist, einen Ansteuerschaltungsteil 103, welcher aus Funktionselementen zusammengesetzt ist, die den elektrothermischen Elementen entsprechen, einen Elemente tragenden Teil 101, und ein Abdeck- oder Deckelteil 104 mit einer vorbestimmten Anzahl Nuten auf, welche eine vorbestimmte Form und Abmessung zum Ausbilden einer gemeinsamen Fluidkammer haben, um die Fluid- und Strömungsbahnen vorzusehen.

Das Abdeckteil 104 ist mit Nuten 106 versehen, die so angeordnet sind, daß der Abstand der Nuten derselbe ist, wie der der elektrothermischen Wandler 105. Folglich können die Nuten 106 des Abdeckteils 104 die elektrothermischen Wandler 105 decken, welche regelmäßig in vorbestimmten Abständen und mit vorbestimmten Abmessungen angeordnet sind. Jede Nut 106 steht mit einer Nut 107 einer gemeinsamen

Fluidk ammer in Verbindung, die im rückwärtigen Teil des Abdeckteils 104 vorgesehen ist. Die Nut 107 ist in einer Richtung rechtwinklig zu der Achse der Nuten 106 angeordnet.

Das Abdeckteil 104 ist mit dem Elemente tragenden Teil 101 so verbunden, daß die Nute 106 den entsprechenden elektrothermischen Wandlern 105 auf dem Teil 102 gegenüberliegen.

Folglich ist eine Anzahl Fluidbahnen ausgebildet, die jeweils eine wärmeaufbringende Kammer bzw. eine Aufheizkammer und eine gemeinsamte Fluidkammer haben, um ein Fluid jeder Fluidbahn zuzuführen. Eine Rohrleitung 108, um ein Fluid der gemeinsamen Fluidkammer 107 von einem(nicht dargestellten) Fluidbehälter aus zuzuführen, ist am rückwärtigen Teil der Nut 107 vorgesehen.

Jeder elektrothermische Wandler 105 ist mit einem Widerstandsheizteil 112 versehen, welcher dazu dient, die erzeugte Wärme dem Fluid zuzuführen, und welcher(112) zwischen einer gemeinsamen Elektrode 109 und einer Elektrode 111 festgelegt ist, welche mit dem Kollektor eines Tran-

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sistors 110 verbunden ist, welcher ein Funktionselement des Ansteuerschaltungsteils 103 ist. Auf der gesamten Oberfläche des Anordnungsteils 102 ist eine (nicht dargestellte) elektrisch isolierende Schutzschicht vorgesehen, um einen Kurzschluß zwischen der gemeinsamen Elektrode 109 und der Kollektorelektrode 111 sowie einen Kontakt zwischen dem Fluid und dem Widerstandsheizteil 112 zu verhindern.

Der Ansteuerschaltungsteil 103 weist eine Kollektor-, eine Basis- und eine Emitterzone unter der Kollektorelektrode 111, einer Basiselektrode 113 bzw. einer Emitterelektrode 114 auf. Diese Zonen sind unter der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 115 ausgebildet. Jede Basiselektrode 113 ist so ausgebildet, daß sie (113) mit einer im hinteren ¹^ Teil angeordneten, gemeinsamen Ba sis. elektrode 116 verbunden ist. Eine Elektrode 117 dient dazu eine hohe Spannung an die Kollektorzone anzulegen, um so die Transistoren 110 elektrisch voneinander zu isolieren; die Elektrode 117 ist

allen Transistoren gemeinsam.
20

In Fig. 1(b) weist ein Elemente tragendes Teil 110 unter der Oberfläche einen Aufbau mit verschiedenen Funktionselementen auf. Das Teil 101 weist ein Halbleitersubstrat 118 und eine Epitaxialschicht 119 auf. Die Epitaxialschicht 119 enthält die elektrothermischen Wandler 105 und die Transistoren 110 als Funktionselemente. Ein elektrothermischer Wandler 105 setzt sich aus einem Widerstandsheizteil 112, einer gemeinsamen Elektrode 109 und einer Elektrode 111 zusammen, welche mit der Kollektorzone eines Transistors 110 verbunden ist, welcher an dem Oberflächenteil der Epitaxialschicht 119 vorgesehen ist. Der Widerstandszeizteil 112 setzt sich aus einem Widerstandsheizer 120 und einer Schutzschicht 121 zum Schütze des Widerstandsheizers 120 zusammen.

Eine wärmeaufbringende Kammer bzw. eine Aufheizkammer 122

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ist an dem Widerstandsheizteil 112 vorgesehen. In der Kammer

122 wird durch die an dem Widerstandsheizteil 112 erzeugte Wärme eine plötzliche Zustandsänderung einschließlich einer Bildung einer Blase und einer Volumenminderung der Blase bewirkt. Die Aufheizkammer 122 steht mit einer Ausstoßöffnung

123 in Verbindung, über welche eine Fluidtröpfchen durch die Wirkung der vorerwähnten Zustandsänderung ausgetoßen wird, und steht auch mit einer am hinteren Teil vorgesehenen gemeinsamen Fluidkammer 124 in Verbindung. Eine Fluidzuführleitung 108 ist an der gemeinsamen Fluidkammer 124 vorgesehen, um das Fluid von dem außerhalb angebrachten Behälter zuzuführen.

Hinter jedem elektrothermischen Wandler 105 ist ein Transistor 110 in der Epitaxialschicht 119 vorgesehen. Der Transistor 110 weist den 'üblichen Transistoraufbau auf, und in dessen unteren Teil ist ein eingebetteter Teil 128-1 zum Erniedrigen des Widerstandswerts an der Kollektorzone 125 vorgesehen. Ein Widerstandsbereich 128-2 ist zwischen der Elektrode 111 und der Elektrozone 125 vorgesehen, um so dazwischen einen ohmschen Kontakt auszubilden.

Elektroden 111 und 117 sind von der Kollektorzone 125, und Elektroden 113 und 114 von der Basiszone 126 bzw. der Emitterzone 127 hergeleitet, wobei sie elektrisch voneinander isoliert sind. Elektrische Isolierschichten 129-1 und 129-2 sind zwischen der Emitterelektrode 114 und der Basiselektrode 113 sowie zwischen der Emitterelektrode 114 und einer elektrischen Isolierelektrode 117 vorgesehen, um

eine elektrische Isolierung zu erhalten. Zwischen einem elektrothermischen Wandler 105 und einem Transistor 110 ist eine Diffusionszone 130 vorgesehen, wodurch verhindert ist, daß die an einem elektrothermischen Wandler 105 erzeugte Wärme den Transistor 110 nachteilig beeinflußt, d.h. es ist eine thermische Isolierung geschaffen. DieDiffusionszone 130 dient dazu, die Lebensdauer des Transistors 110

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in hohem Maße zu verlängern.

Anhand von Fig. 2(a) bis (g) wird nunmehr die Herstellung eines Elemente tragenden Teils 101 beschrieben. Ein p-Halb-5leitersubstrat 201 wird aufbereitet (Schritt (a)) und eine eingelagerte Schicht '202 wird in dem Substrat ausgebildet, um dadurch denKollektorwiderstand herabzusetzen, und darauf wird dann eine Epitaxialschicht 203 erzeugt. (Schritt (b)). Die eingebettete Schicht 202 wird durch eine Antimon-(Sb) oder Arsendiffusion (As) über ein Fenster in einer MusterfOrm ausgebildet, in dem eine Phototechnik bei einer dünnen Oxidschicht auf dem Substrat 201 angewendet wird. Nach dem Ausbilden einer eingebetteten Schicht 202 wird die dünne Oxidschicht vollständig entfernt. Eine n-Epitaxialschicht 203 wächst dann auf dem Substrat 201 . Die Schicht 203 ist vorzugsweise etwa 10μίη dick. Auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 203 wird eine dünne Oxidschicht 204 erzeugt. Fenster 205-1 und 205-2 werden durch die Phototechnik in der Oxidschicht ausgebildet. Eine p-Dotierung wird über die Fenster 205 diffundiert, um zur Trennung bzw. Isolierung Diffusionszonen 206-1 und 206-2 zu erzeugen. Der die Diffusionszonen 206-1 und 206-2 umgebende Teil ist eine Kollektorzone 207 eines bipolaren Transistors (Schritt c)).

Beim Schritt (d) wird eine Basiszone durch ein Diffusionsverfahren gebildet. Außer dem Teil, wo die Basiszone 208 auszubilden ist, wird die ganze Fläche mit einer dünnen Oxidschicht beschichtet, und eine p-Dotierung, wie Bor (B) u.a., wird mit einer hohen Konzentration diffundiert, wodurch eine

30p -Basiszone 208 gebildet wird.

Beim Schritt (e) wird eine η-Dotierung mit hoher Konzentration diffundiert, um η -Zonen und dadurch eine Emitterzone 209 und eine Widerstandzone 210 zu erzeugen, welche einen ohmschenKontakt zwischen einer Aluminiumelektrode und der Kollektorzone 207 ermöglicht. In diesem Fall werden die

ό \kl I Z I

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Emitterzone 209 und die Widerstandszone 210 gleichzeitig als η -Halbleiterzonen durch eine hochkonzentrierte Diffusion einer η-Dotierung erzeugt. Bei den Schritten(f)und(g) wird eine Widerstandsheizzone gebildet, welche eine elektrothermischen Wandler darstellt.

Nach Beendigung des Schritts (e) wird außer dem Teil, wo der Widerstandsheizbereich ausgebildet ist, die gesamte Oberfläche mit einer Maske 211 abgedeckt. Über ein Fenster 212 wird dann mittels einer Ionenimplantationseinrichtung eine Ionenimplantation vorgenommen, um eine Widerstandsheizzone 213 zu erzeugen. Der Widerstandswert kann dadurch optimal gewählt werden, daß die Fläche des Fensters 212, eine Ionenbeschleunigungsenergie bei der Ionenimplantation und die Ionenart entsprechend gewählt werden. Die Maske 211 sollte dicker als die Ionenimplantationsstrecke der Ionen sein.

Nach der Ausbildung der Widerstandsheizzone 213 wird die Maske 211 vollständig entfernt. Das sich ergebende Elemente tragende Teil mit einer integrierten, monolithischen Hybridschaltung wird mit Passivierungsschicht bedeckt, und an den erforderlichen Stellen werden Aluminiumelektroden ausgebildet. Dadurch ist dann der Aufbau geschaffen, wie er in Fig. 1(b) dargestellt ist.

Wenn verschiedene Ionen bei der Ionenimplantation verwendet werden, um die Widerstandsheizzone 213 zu bilden, lassen sich die dabei ergebenden Kenndaten, wie in der folgenden Tabelle: aufgeführt darstellen. Die Aufstellung zeigt, daß die besten ^Ergebnisse erhalten werden, wenn Ionen von Elelementen der Gruppe V des Periodensystems verwendet werden; wenn allerdings Ionen von Elementen der Gruppe III des Periodensystems verwendet werden, werden ebenfalls gute Ergebnisse

erhalten.
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-15-Tabelle I

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	Dotierung	Dotierungsquelle	Bereich /Flugstrecke)	8)	Bewertung
5	N		50 KeV- Be schleunigung	100 KeV- Heizen	B
	P	N₂	1400	3000	Φ
	As	PH₃, PF₃	600	1200
10	Sb	AsH.,,festes As	300	600
	B	festes Sb	250	500	A
	Al	B₂H₆, BF₃	2000	4000	B
	Ga	festes Al	700	1500	A
	In	festes Ga	300	600	A
15	festes In	250	450

Zur Erklärung:

.(5) : ausgezeichnet

Ä: gut B: praktisch verwendbar,

In Tabelle 1 ist der "Bereich "ein projektierter Bereich einer Dotierung d.h. die Tiefe von der Oberfläche der Widerstandszone 213. In Tabelle 2 sind Elementkenndaten in Abhängigkeit von der implantierten Ionenmenge (Dosis) wiedergegeben.

Tabelle 2

	Dosis	Dotierungskonzen tration cm	Implantat ions- zeit	Spez. Wider stand Sl cm	Bewertung
	10¹³	10¹⁷	1,2 s	1x10~¹-3x10"¹	B
30	10¹⁴	10¹⁸ .	1,2 s	2x10~²-6x10~²	A
	10¹⁵	ΙΟ¹⁹	2 min	5x10"³-10x10~³	A
	10¹⁶	10²⁰	20 min	10~³	A
35	10¹⁷	ίο²¹	3,3h	1x10"⁴-3x10"⁴	A

Für die "Bewertung" gilt dasselbe wie in Tabelle 1.

314212Ί

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Eine Ionenimplantationseinrichtung, die verwendet wird, um ·

die in Tabelle 1 und 2 dargestellten Ergebnisse zu erhalten, j war eine Ionenimplantationseinrichtung Modell 200-CF,(das |

von der EXTRION Co hergestellt wird). |

\

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in Fig. |

3 bis 7 dargestellt. In diesen Figuren sind nur dieTeile ~\

dargestellt, welche zur Erläuterung benötigt werden, während die übrigen Teile weggelassen sind. In Fig. 3 wird eine Wi-

lOderstandsheizzone 301 durch Diffusion gleichzeitig mit der Schaffung einer Basiszone 308 erzeugt. In diesem Fall können ein Beiichtungsschritt mit Maske und drei Schritte (nämlich eine Oxidschicht-Maskenbildung, eine Ionenimplanta- ' tion und eine Wärmebehandlung) im Vergleich zum Fall der

15Fig. 1 vorteilhafterweise weggelassen werden. Der übrige Aufbau und die Ausbildung sind dieselben wie in Fig. 1. Das heißt, es sind ausgebildet eine Epitaxialschicht 302, eine Diffusionszone 303 für eine thermische Trennung, eine eingebettete Schicht 304 zum Erniedrigen eines Kollektor-

20widerstands, eine Widerstandszone 305, eine Kollektorzone 306, eine Emitterzone 307 und eine Basiszone 308.

In Fig. 4 wird eine Widerstandsheizzone 401 durch ein Diffusionsverfahren gleichzeitig mit der Schaffung einer Emitter-25zone 407 erzeugt. Die übrigen Verfahrensschritte sind die gleichen wie in Fig. 3.

In Fig. 5 wird eine Widerstandsheizzone 501 auf einem Teil, auf welchem die Widerstandsheizone auszubilden ist, gleich-3^eitig mit einer Diffusion zur Ausbildung eines Emitters und einer Basis erzeugt, und dann wird eine Diffusion einer p-Dotierung auf einem Teil dieses Teils durchgeführt, um so eine p-Halbleiterzone 510 zu schaffen, wodurch ein pn-übergang 509 gebildet ist. In dieser Ausführungsform wird

ne Wärmeerzeugung an dem pn-übergang 509 ausgenutzt, und vorzugsweise wird die Wärmeerzeugung an dem pn-übergang beim

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Anlegen einer Vorspannung in Durchlaß- und Sperrichtung ausgenutzt.

In Fig. 6 wird das Teil durch weniger Herstellungsschritte erzeugt. Das heißt, in einem bipolaren Transistor werden ein Teil einer Widerstandszone 605 und ein Teil einer Kollektorzone 606 verlängert, um eine Widerstandsheizzone 601 an einem Ende der Widerstandsschicht bzw. des Ohmschen Kontakts 605 auszubilden, und folglich sind der Ohmsche Kontakt 605 und die Widerstandsheizzone 601 fortgesetzt. In dieser Ausführungsform nimmt, wenn der Kollektorwiderstand abnimmt, eine Kollektor-Emitterspannung V_CE (SAT) ab, und die Wärmeerzeugung des Transistors selbst kann in einem hohen Maße unterdrückt werden.

" In Fig. 4 bis 6 sind darüber hinaus noch dargestellt eine Epitaxialschicht 402, 502 bzw. 602, eine Diffusionszone 403 bzw. 503 für eine thermische Trennung, eine eingebettete Schicht 404, 504 bzw. 604, eine Widerstandszelle 405, 505

20bzw. 605, eine Kollektorzone 406, 506 bzw. 606, eine Emitterzone 407, 507 bzw. 607, und eine Basiszone 408, 508 bzw. 608.

In den in Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen sind bipolare npn-Transistoren dargestellt. Statt der bipolaren npn-Transistoren können auch andere Funktionselemente mit einer Schaltfunktion verwendet werden, wie beispielsweise bipolare pnp-Transistoren, MOS-Transistoren, SOS-Transistoren, Lateraltransistoren u.a.
30

In Fig. 7 weist eine Ausführungsform der Erfindung einen Aufbau auf, der einen nachteiligen Wcirumoinfluß wirksam verhindern kann, wenn die Funktionselemente, welche die Ansteuerschaltung bilden, wärmeempfindlich sind. Das heißt, zwischen einem elektrothermischen Wandlerteil 701 und einem Funktionselementteil 702 mit einer Schaltfunktion ist ein Bereich 704 mit einer hohen Dotierungskonzentration vorge-

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sehen. Der Bereich 704 erstreckt sich von demselben Niveau wie eine eingebettete Schicht 703 zu der Oberfläche des Teils. Die nach unten diffundierende Wärme, welche ein Teil der in der Widerstandsheizzone 705 erzeugten Wärme ist, wird über die Zone 704 an ein Substrat 706 übertragen und wird dann über eine Wärmesenke 707, die beispielsweise durch eine Aluminiumplatte gebildet ist, nach außen abgegeben. Dieser Aufbau dient dazu, beinahe vollständig die Wärme, die von einer Widerstandsheizzone 705 zu einem Funktionselement 702 fließt, entlang der Oberfläche des Halbleitersubstrats 705 abzufangen.

Die Ergebnisse von Versuchen zum Bewerten von Kenndaten des Aufbaus sind in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

	Probe 1 Probe 2 Probe 3	Dotierung (cm'^J)	Wärmeleitfähigkeit (w/cm· C)
Si-Halbleitersubstrat 706	10¹⁰	1.6
Jone 701	10¹⁸ 10²⁰ 10²²	12 40 60

Bei der Probe 2 hatte die Zone 704 eine Dotierungskonζen-

20 -3
tration von 10 cm Wenn die Zone 704 nicht vorgesehen war, betrug die Lebensdauer des bipolaren npn-Transistors bei Dauereinsatz 14 0h, während derselbe Transistor 1000h und langer ohne ein Absinken seiner Leistung bei denselben Ansteuerbedingungen wie oben beschrieben arbeitete. Wenn eine p-Dotierung in den Bereich mit einer hohen Dotierungskonzentration diffundiert ist, kann die Zone sowohl eine elektrische als auch eine thermische Isolierfunktion be-

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sitzen.

Die Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung mit dem in Fig. T dargestellten Aufbau wurde hergestellt und es wurde unter dei in Tabelle 4 angegebenen Bedingungen eine Aufzeichnung vorgenommen. Selbst wenn eine lang andauernde sehr schnelle Aufzeichnung auf Papier der Größe A4 durchgeführt wurde, um 10 000 Blatt Kopien herzustellen, war die sich ergebende Bildgüte am Schluß so hoch wie die, am Anfang erhalten wor-ο den war.

Tabelle 4

15	Wilder Standsheizer	Länge (Richtung der Fluß bahn)	3ffnungsdichte	100μπι
		Breite	Kopflänge	40μπι
		spezif.Widerstand	10-³ACm
20		Dotierungskonzen tration	10²⁰Cn-³
		Art einer (implan tierten) Dotierung	P
	^nsteuerbedingun- jen für einen elek-	Impulsbreite	10με
25	trothermischen Wand- Ler	Impulsanstiegszeit	0,1 us oder weniger
		Impulsabfallzeit	0,5με oder weniger
		elektrischer Strom	350 mA
du	12 Stück/mm
	210 mm

In Fig. 8(a) ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei entsprechen die Bezugszeichen in Fig. 8 (a) denen in Fig. 1(a), wie nachstehend aufgeführt ist. Die entsprechenden Bezugszeichen bezeichnen dieselben

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Teile und zwar entspricht 801 der 102, 816 der 116 und

817 der 117. Der Aufbau des Widerstandheizteils 812 unterscheidet sich von dem Aufbau des Heizteils 112, wie in Fig. 8(b) dargestellt ist. Auch in Fig. 8(b) entsprechen die Bezugszeichen wieder denen in Fig. 1 (b). Dieselben Teile sind also mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Hierbei entspricht 801 der 101, 808 der 108, 809 der 109 828-2 der 128-2, 829-1 der 129-1, 829-2 der 129-2 und 830 der 130.

Auf der Oberfläche einer auf einem Halbleitersubstrat 815 ausgebildeten Epitaxialschicht 819 ist ein elektrothermischer Wandler 805 in Form eines Laminats oder Schichtaufbaus vorgesehen. Der elektrothermische Wandler 805 weist einen Widerstandsheizteil 812 auf einer auf der Oberfläche der Epitaxialschicht 819 ausgebildeten Schutzschicht (Wärmespeicherschicht) 819, eine gemeinsame Elektrode 809 und eine Elektrode 812 für eine Verbindung zu der Kollektorzone eines Kollektors 810 auf. Der Widerstandsheizteil 812 ist aus einem Widerstandsheizer 820 und einer Schutzschicht 821 gebildet, um den Widerstandsheizer 820 zu schützen.

In Fig. 9(a) bis (g) ist die Herstellung eines Elemente tragenden Teils 801 dargestellt. Die Schritte (a) bis (e) sind jeweils dieselben wie die Schritte (a) bis (e) in Fig. 2. Hierbei entsprechen sich wieder die Bezugszeichen,

und zwar 901 der 201, 902 der 202 und 910 der 210.

Nach der Beendigung des Schritts (e) ist eine elektrisch isolierende Schutzschicht 911 ausgebildet, um den Transistorteil zu schützen. Eine Widerstandsheizschicht 913 wird dann durch Phototechnik auf einer Schutzschicht 911 gebildet, und gleichzeitig werden Fenster 912-1 bis 912-4 ausgebildet, um die entsprechenden Teile der Schutzschicht aufzulösen. Vorteilhafte Schutzschichten 911 sind SiO„-Schichten, Si-.N. u.a., die durch Sputtern oder durch Ausscheiden aus der Dampfphase (CVD) erzeugt worden sind, oder

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1 Oxidschichten, die durch Oxidieren der Oberfläche der Transistoren geschaffen worden sind. Die Schutzschicht 911 unter der .Widerstandsheizschicht 913 kann in dieser Ausführungsform als eine Wärmespeicherschicht zum Steuern einer Diffu- sion der erzeugten Wärme wirken.

Schließlich wird ein Elektrodenmaterial, wie Aluminium u.a. beispielsweise im Vakuum aufgebracht, und durch die Phototechnik wird dann ein Mustergebildet, wodurch dann eine Elektrodenverdrahtung ausgeführt ist. (Dieser Schritt ist in Fig. 9 nicht dargestellt). Folglich ist ein Elemente tragendes Teil hergestellt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Die Widerstandsheizschicht 913 kann im Vakuum aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen, durch Sputtern oder durch Abscheiden aus der Dampfphase (CVD) .

Als Material für die Widerstandsheizschicht 913 können vorzugsweise Metallegierungen, wie NiCr u.a., Karbide, wie TiC u.a.j Boride, wie ZrB₃; HfB- u.a.. Nitride, wie BN u. ä., 20Silizide, wie SiB₄ u.a., Phosphide, wie GaP, InP u.a., und Arsenide, wie GaAs, GaPxAs... . u.a. angeführt werden.

In Fig. 10 ist ein Hauptteil (ein Elemente tragendes Teil) einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, während in Fig. 11 ein Teil der Herstellungsschritte der Ausführungsform in Fig. 10 wiedergegeben ist. Auf einem Substrat 1001 aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) wird durch epitaktisches Aufwachsen (Schritt a) in Fig. 11 eine Si-Schicht 1002 ausgebildet. In der sich ergebenden Si-Schicht wird ein

30PNP-Lateraltransistorteil des SOS-Typs 1003 durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet (Schritt b in Fig. 11). Ein Teil der Oberfläche der Si-Schicht außer dem Transistorteil 1003 wird durch Ätzen entfernt, das heißt die Si-Schicht wird dünner gemacht, und die verbleibende Si-

^^ wird oxidiert, um eine SiO^-Schutzschicht 1004 zu erzeugen ( Schritt(c) der Fig. 11). Auf der ₃ Schutzschicht wird eine Widerstandsheizschicht 1005 ausge-

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bildet. Eine Muster- und eine Fensterausbildung in der Schutzschicht auf dem Transistorteil 1003 werden gleichzeitig durchgeführt, und Metallelektroden, wie Aluminium u.a., werden im Anschluß an die Ausbildung von Elektroden

106 bis 109 (Fig. 10) entsprechend einem Phototechnikver-5

fahren laminiert.

Die Schutzschicht 1004 unter der Widerstandsheizschicht 1005 kann auch wie in der vorherigen Ausführungsform als Wärmespeicherschicht dienen. Wenn ferner einNPN -Lateral-Transistor des SOS-Typs in Fig. 10 verwendet wird, können dieselben Ergebnisse erhalten werden. Sogar bei einer langandauernden/ mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Aufzeichnung auf Papier der Größe A4, um insgesamt 10 000 Blatt Kopien herzustellen, war die sich ergebende Bildqualität am Schluß so hoch wie die, die am Anfang erhalten wurde.

Tabelle 5

iiider stands- leizer	Länge(Richtung der Flußbahn)	3ffnungsdichte	200μΐη
ünsteuerbedin- jungen für einen alektrothermi schen Wandler	Breite	Kopflänge	40μπι
Spezif.Widerstand	2x_tO~⁴J2 cm
Impulsbreite	ΤΟμβ
Impulsanstiegszeit	0,1 με oder weniger
Impulsabfallzeit	0,5ms oder weniger
Elektrischer Strom	30OmA
12 Stück/mm
210 mm

Wie oben ausgeführt, kann gemäß der Erfindung eine Fluid- oder Flüssigstrahl-Aufzeichnungseinrichtung eine Aufzeichnung mit hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit sowie mit

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hoher Zuverlässigkeit und Beständigkeit durchführen. Bei der Herstellung einer solchen Einrichtung ist die Ausbeute sehr hoch, und die Anzahl der Fertigungsschritte kann verringert werden, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden. Der Aufbau der Einrichtung eignet sich für eine Massenherstellung, und die Kenndaten der Einrichtung, insbesondere die Wärmeabgabe des elektrothermischen Wandlers kann in hohem Maße erhöht werden, und dadurch kann die Lebensdauer von signaltrennenden Elementen, wie Dioden und Transistoren, welche für einai elektrothermischen Wandler vorgesehen sind, in hohem Maße verlängert werden.

In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung sind Aufzeichnungsköpfe mit einer Vielzahl von Fluid- oder FlüssigkeitsausStoßöffnungen, sogenannte Vielöffnungs-Aufzeichnungsköpfe erläutert worden; selbstverständlich ist die Erfindung auch bei Aufzeichnungsköpfen mit einer einzigen Fluid- bzw. Flüssigkeitsausstoßöffnung anwendbar. Jedoch ist die Erfindung wirksamer bei Vielöffnungs-Aufzeichnungs-

²^ köpfen, insbesondere bei hochdichten Vielöffnungs-Aufzeichnungskopf en anwendbar.

Eine Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung weist eine Anzahl wärmeaufbringender Kammern oder Heizkammem, die mit

Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen eines Fluids in Verbindung stehen, um fliegende Tröpfchen zu schaffen, einen elektrothermischen Wandler, der für jede Heizkammer vorgesehen ist, um Wärme wirksam an das die Heizkammer füllende Fluid zu übertragen, und einen Ansteuerschaltungsteil mit einer Anzahl Funktionselementen zum Trennen von Signalen auf, um unabhängig jeden der elektrothermischen Wandler anzusteuern und die elektrothermischen Wandler insgesamt anzusteuern, wobei die Anzahl elektrothermischer Wandler

und Funktionselemente strukturell in der Oberfläche eines 35

Substrats ausgebildet sind, oder die Anzahl elektrothermischer Wandler auf der Oberfläche eines Substrats angebracht

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j^ sind, in dessen Oberfläche die Funktionselemente ausgebil- \

det sind, und die elektrothermischen Wandler in Form eines |

Laminats angebracht sind. :

ρ- Ende der Beschreibung

Claims

Patentansprüche

f 1 .jFluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung, g e k e η n-

ze i c h η e t durch eine Anzahl Heizkammern (122), welche mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen eines Fluids in Verbindung stehen, um fliegende Tröpfchen zu bilden; durch elektrothermische Wandler (105), die für jede Heizkammer (122) vorgesehen sind, um Wärme wirksam an das die Heizkammer (122) füllende Fluid zu übertragen, und durch einen Ansteuerschaltungsteil (103) mit einer Anzahl Funktionselemente (110) zum Trennen von Signalen, um unabhängig jeden der elektrothermischen Wandler (105) anzusteuern und die elektrothermischen Wandler (105) insgesamt anzusteuern, wobei die Anzahl der elektrothermischen Wandler (105) und

Deutsche Bank (München) KiO. 51/61070

Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3939844

Postscheck (München) KtO 670-43-804

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l Anzahl Funktionselemente strukturell in der Oberfläche eines Substrats (115) ausgebildet sind.
2. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, ^dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleitersubstrat (115) ist.
3. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsein Transistor (110) ist.
4. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Isoliereinrichtung (130) zwischen dem elektrothermischen

15Wandler (105) und dem Funktionselement (110) vorgesehen ist.
5. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrothermische Wandler (105) einen Widerstandsheizteil (112), ein

20^Paar Elektroden (109,111), um elektrischen Strom dem Widerstandsheizteil (112) zuzuführen, und eine Schutzschicht (121) aufweist, die den Widerstandsheizteil (112) bedeckt.
6. Fluidstrahl- Aufzeichnungseinrichtung, insbesondere 25nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Heizkammer (122), die mit einer AusstoßÖffnung zum Ausstoßen eines Fluids in Verbindung steht, um fliegende Tröpfchen zu bilden; durch einen elektrothermischen Wandler (105) der für eine Heizkammer (122) vorgesehen ist, um

3 Oviärrnö wirksam an das die Heizkammer (122) füllende Fluid zu übertragen, und durch einen Ansteuerschaltungsteil.(103) mit einem Funktionselement (110) zum Ansteuern des elektrothermischen Wandlers (105), wobei der elektrothermische Wandler (105) und das Funktionselement (110) strukturell

35in der Oberfläche eines Substrats (115) ausgebildet sind.

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7. Fluidstrahl- Aufzeichnungseinrichtung, insbesondere nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Anzahl Heizkammern (122) , die mit Ausstoßöffnungen zum Ausstoßen eines Fluids in Verbindung stehen, um fliegende Tröpfchen zu bilden; durch einen elektrothermischen Wandler (105), der für jede Heizkammer (122) vorgesehen ist, um Wärme wirksam an das die Heizkammer (122) füllende Fluid zu übertragen, und durch einen Ansteuerschaltungsteil mit einer Anzahl von Funktionselementen (110) zum Trennen von Sig-

IQ nalen, um unabhängig jeden der elektrothermischen Wandler (105) anzusteuern und die elektrothermischen Wandler (105) anzusteuern,wobei die Anzahl elektrothermischer Wandler (105) auf der Oberfläche eines Substrats (110) angebracht ist, in dessen Fläche die Funktionsclemente (110) ausgebildet sind, und wobei die elektrothermischen Wandler in Form eines Laminataufbaus angebracht sind.
8. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleitersubstrat (115) ist.
9. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kenn zeichnet, daß das Funktionselement ein Transistor (110) ist.
10. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge kenn ζ e ichne t, daß eine thermische Isoliereinrichtung (130) zwischen dem elektrothermischen Wandler (105) und dem Funktionselement (110) vorgesehen
11.Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn ze ichne t, daß der elektrothermische Wandler (105) einen Widerstandsheizteil(112), ein Paar Elektroden (109 ,111), um elektrischen Strom dem Widerstandsheizteil (112) zuzuführen und eine Schutzschicht (121) aufweist, welche den Widerstandsheizteil (112) be-

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deckt.
12. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine wärmeaufbringende Kammer (122), die mit einer Ausstoßöffnung zum Ausstoßen eines Fluids in Verbindung steht, um fliegende Tröpfchen zu bilden; durch einen elektrothermischen Wandler (105), der für eine wärmeaufbringende Kammer(122) vorgesehen ist, um so Wärme wirksam an das die wärmeauf-

bringende Kammer (122) füllende Fluid zu übertragen, und durch einen Ansteueranschaltungsteil (103) mit einem Funktionselement (110) zum Ansteuern des elektrothermischen Wandlers (105)_; wobei der elektrothefmische Wandler (105) an der Oberfläche eines Substrats (115) gehaltert ist,

e in dessen Oberfläche das Funktionselement (110) ausgebildet ist, und wobei der elektrothermische Wandler (105) in Form eines Laminataufbaus angebracht ist.