DE3142121A1 - "fluidstrahl-aufzeichnungseinrichtung" - Google Patents
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Description
;. : 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
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
3U2121
-6- DE 1626
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
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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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-10- . DE 1626
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
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
_14_ DE 1626
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.
35
35
3H2121
-15-Tabelle I
DE 16
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.
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
DE 16 26
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
_17_ DE 1626
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 VCE (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
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-
DE 16
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.
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-
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-
... 3U2121
DE 16 26
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.
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
_20- DE 1626
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
3H212
-21- DE 1626
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-
3U2121
DE 16 26
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.
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
3U2121
-23- DE 16 26
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
-24- DE 16
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 (12)
- Patentansprüchef 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) undDeutsche Bank (München) KiO. 51/61070Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3939844Postscheck (München) KtO 670-43-804DE 16 -2-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 elektrothermischen15Wandler (105) und dem Funktionselement (110) vorgesehen ist.
- 5. Fluidstrahl-AufZeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrothermische Wandler (105) einen Widerstandsheizteil (112), ein20Paar 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, um3 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) strukturell35in der Oberfläche eines Substrats (115) ausgebildet sind.~3 DE 16
- 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--4- DE 1626deckt.
- 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.
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