MXPA06008196A

MXPA06008196A - Dispositivo de inyeccion de micro-fluido que tiene pelicula calentadora de alta resistencia.

Info

Publication number: MXPA06008196A
Application number: MXPA06008196A
Authority: MX
Inventors: Robert W Cornell; Byron V Bell; Yimin Guan; George K Parish
Original assignee: Lexmark Int Inc
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2007-02-02
Also published as: HK1105181A1; CN1997519A; EP1716000A4; CN1997519B; ZA200605470B; EP1716000A2; US20050157089A1; US20090094834A1; CA2552728A1; JP2007526143A; TWI340091B; CA2552728C; DE602005023410D1; TW200530048A; EP2177360A1; EP2177360B1; BRPI0506936A; US7080896B2; EP1716000B1; US20060197807A1

Abstract

La presente invencion se refiere a un sustrato semiconductor para una cabeza de eyeccion de micro-fluido. El sustrato incluye una pluralidad de accionadores de eyeccion de fluido dispuestos sobre el sustrato. Cada uno de los accionadores de eyeccion de fluido incluye un bloque calentador delgado que comprende un calentador de pelicula delgada y una o mas capas protectoras adyacentes al calentador. El calentador de pelicula delgada es elaborado de un material de pelicula delgada de tantalo-aluminio-nitruro que tiene una estructura nano-cristalina que consiste esencialmente de aleaciones de A1n, TaN y TaAl, y tiene una resistencia laminar que varia desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 ohms cuadrados. El material de pelicula delgada contiene desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70% de tantalo atomico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atomico, y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrogeno atomico.

Description

DISPOSITIVO DE EYECCIÓN DE MICRO-FLUIDO QUE TIENE PELÍCULA CALENTADORA DE ALTA RESISTENCIA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a dispositivos de eyección de micro-fluido y en particular, a cabezas de eyección para dispositivos de eyección que contienen películas calentadoras de alta resistencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos de eyección de micro-fluido tales como impresoras de chorro de tinta continúan experimentando amplia aceptación como reemplazos económicos para impresoras láser. Los dispositivos de eyección de micro-fluido también encuentran amplia aplicación en otros campos, tales como en los campos médicos, químicos y mecánicos. Ya que las capacidades de los dispositivos de eyección de micro-fluidos se incrementan para proporcionar velocidades • de eyección superiores, las cabezas de eyección, las cuales son los componentes primarios de los dispositivos de micro-fluido, continúan evolucionando y llegan a ser más complejas. Como la complejidad de las cabezas de inyección se incrementa, lo hace el costo para producir las cabezas de inyección. Sin embargo, continúa una necesidad de dispositivos de eyección de micro-fluido que tengan capacidades mejoradas que incluyen calidad incrementada y velocidades de rendimiento superior. La presión competitiva en la calidad de impresión y precio, promueven una necesidad continua para producir cabezas de eyección con capacidades mejoradas en una manera más económica.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Con respecto a lo mencionado anteriormente y otros objetos y ventajas, se proporciona un sustrato semiconductor para una cabeza de eyección de micro-fluido. El sustrato incluye una pluralidad de accionadores de eyección de fluido dispuestos en el sustrato. Cada uno de los accionadores de eyección de fluido incluye un bloque calentador delgado que comprende un calentador de película delgada y una o más capas protectoras adyacentes al calentador. El calentador de película delgada es elaborado de un material de película delgada de tántalo-aluminio-nitruro que tiene una estructura nano-cristalina que consiste esencialmente de aleaciones de A1N, TaN y TaAl, y tiene una resistencia laminar que varía desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 oh s cuadrados. El material de película delgada contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% aluminio atómico y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrógeno atómico. En otra modalidad, se proporciona un proceso para elaborar una cabeza eyectora de fluido para un dispositivo de eyección de micro-fluido. El proceso incluye las etapas de proporcionar un sustrato semi-conductor y depositar una capa resistiva sobre el sustrato para proporcionar una pluralidad de calentadores de película delgada. La capa resistiva de película delgada es un material de película delgada de tántalo-aluminio-nitruro que tiene una estructura nano-cristalina de aleaciones de A1N, TaN y TaAl, y tiene una resistencia laminar que varía desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 ohms cuadrados. La capa resistiva contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atómico y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 35% de nitrógeno atómico. Una capa conductiva es depositada sobre los calentadores de película delgada, y es grabada para definir conexiones de ánodo y cátodo en los calentadores de película delgada. Una o más capas seleccionadas de una capa de pasivación, una dieléctrica, una capa de adhesión, y una capa de cavitación, son depositadas sobre los calentadores de película delgada y capa conductiva. Se adjunta una placa de boquilla al sustrato semiconductor para proporcionar la cabeza eyectora de fluido. En aún otra modalidad, se proporciona un método para elaborar un resistor de película delgada. El método incluye proporcionar un sustrato semiconductor y calentar el sustrato a una temperatura que varía desde arriba de aproximadamente la temperatura ambiente hasta aproximadamente 350 °C. Una aleación de aluminio y tántalo objetiva, que contiene desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60% de tántalo atómico y desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 50% de aluminio atómico, es de pulverización iónica reactiva sobre el sustrato. Durante la etapa de pulverización iónica, se proporcionan un flujo de gas de nitrógeno y un flujo de gas de argón, en donde una proporción de velocidad de flujo de nitrógeno a argón varía desde aproximadamente 0.1:1 hasta aproximadamente 0.4:1. La etapa de pulverización iónica es terminada cuando el resistor de película delgada es depositado sobre el sustrato con un espesor que varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 3000 Angstroms . El resistor de película delgada es una aleación de TaAlN que contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atómico y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrógeno atómico, y tiene una resistencia laminar sustancialmente uniforme con respecto al sustrato. Una ventaja de ciertas modalidades de la invención puede incluir, proporcionar cabezas de inyección de micro-fluido mejoradas, que tienen calentadores de eyección térmicos los cuales requieren corrientes de operación inferiores y pueden ser operados a frecuencias sustancialmente superiores, mientras se mantienen resistencias relativamente constantes sobre la vida de los calentadores. Los calentadores de eyección también tienen una resistencia incrementada, la cual puede permitir a los resistores, ser controlados con transistores controladores pequeños, con ello, reduciendo potencialmente el área de sustrato requerida para que dispositivos activos controlen los calentadores. Una reducción en el área requerida para que dispositivos activos controlen los calentadores, puede permitir el uso de sustrato más pequeño, con ello, reduciendo potencialmente el costo de los dispositivos. Una ventaja de los métodos de producción para elaborar resistores de película delgada como se describe en este documento, puede incluir que los calentadores de película delgada tengan una resistencia laminar sustancialmente uniforme sobre la superficie de un sustrato o en la cual son depositados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Ventajas adicionales de la invención llegarán a ser más aparentes por referencia a la siguiente descripción detallada de modalidades ejemplares, cuando se consideran en conjunto con las siguientes figuras, que ilustran uno o más de los aspectos no limitantes de la invención, en donde caracteres de referencia similares, designan elementos parecidos o similares a través de las varias figuras como sigue: La Figura 1 es un cartucho de dispositivo de eyección de micro-fluido, sin escala, que contiene una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 2 es una vista en perspectiva de una impresora de inyección de tinta y cartucho de tinta que contiene una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 3 es una vista en sección transversal, sin escala, de una porción de una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 4 es una vista en plano sin escala, de un diseño de modelo sobre un sustrato para una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención; La Figura 5 es una vista en sección transversal de un área de bloque del calentador de una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención; y La Figura 6 es una vista en plano sin .escala, de una porción de un área activa de una cabeza de eyección de micro-fluido, de conformidad con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la Figura 1, se ilustra un cartucho de fluido 10 para un dispositivo de eyección de micro-fluido. El cartucho 10 incluye un cuerpo de cartucho 12 para suministrar un fluido a una cabeza de eyección de fluido 14. El fluido puede estar contenido en un área de almacenamiento en el cuerpo del cartucho 12 o puede ser suministrada de una fuente remota al cuerpo del cartucho. La cabeza de eyección de fluido 14, incluye un sustrato semiconductor 16 y una placa de boquilla 18 que contiene agujeros de boquilla 20. En una modalidad de la presente invención, se prefiere que el cartucho sea removiblemente adjunto a un dispositivo de eyección de micro-fluido, tal como una impresora de inyección de chorro 22 (Figura 2) . Por consiguiente, se proporcionan los contactos eléctricos en un circuito flexible 26, para conexión eléctrica al dispositivo de eyección de microfluido. El circuito flexible 26 incluye conductos eléctricos 28 que están conectados al sustrato 16 por la cabeza de eyección de fluido 14. Una vista en sección transversal alargada, sin escala, de una porción de la cabeza de eyección de fluido 14, es ilustrada en la Figura 3. En una modalidad, la cabeza de eyección de fluido 14 preferiblemente contiene un elemento calentador térmico 30 como un accionador para eyección de fluido para calentar el fluido en una cámara de fluido 32 formada en la placa de boquilla 18, entre el sustrato 16 y un agujero de boquilla 20. Los elementos calentadores térmicos 30, son resistores calentadores de película delgada, los cuales, en una modalidad ejemplar, están comprendidos de una aleación de tántalo, aluminio, nitrógeno, como se describe en más detalle abajo. El fluido es proporcionado a la cámara de fluido 32 a través de una apertura o ranura 34 en el sustrato 16 y a través de un canal de fluido 36 que conecta la ranura 34 con la cámara de fluido 32. La placa de boquilla 18 puede ser adhesivamente unida al sustrato 16, tal como por capa adhesiva 38. Como se representa en la Figura 3, las características del flujo que incluyen la cámara de fluido 32 y el canal de fluido 36, pueden ser formados en la placa de boquilla 18. Sin embargo, la característica de flujo se puede proporcionar en una capa de película espesa separada, y una placa de boquilla que contiene solamente agujeros de boquilla, se puede unir a la capa de película espesa. En una modalidad ejemplar, la cabeza de eyección de fluido 14 es una cabeza de impresión de inyección de tinta piezoeléctrica o térmica. Sin embargo, la invención no está propuesta para ser limitada a cabezas de impresión de inyección de tinta ya que otros fluidos, distintos de las tintas, pueden ser eyectados con un dispositivo de eyección de micro-fluido, de conformidad con la invención. Con referencia nuevamente a la Figura 2, el dispositivo de eyección de fluido puede ser una impresora de inyección de tinta 22. La impresora 22 incluye un cartucho 40 para sujetar uno o más cartuchos 10 y para mover los cartuchos 10 sobre un medio 42, tal como un papel depositando un fluido a partir de los cartuchos 10 en el medio 42. Como se expone anteriormente, los contactos 24 sobre el cartucho se igualan con los contactos sobre el cartucho 40 para proporcionar conexión eléctrica entre la impresora 22 y los cartuchos 10. Los microcontroladores en la impresora 22 controlan el movimiento del carro 40 a través del medio 42 y convierten entradas análogas y/o digitales a partir de un dispositivo externo tal como un ordenador para controlar la operación de la impresora 22. La eyección del fluido a partir de la cabeza de eyección de fluido 14, está controlada por un circuito lógico en la cabeza de eyección de fluido 14 en conjunto con el controlador en la impresora 22. Una vista en plano sin escala, de una cabeza de eyección de fluido 14, se muestra en la Figura 4. La cabeza de eyección de fluido 14 incluye un sustrato semiconductor 16 y una placa de boquilla 18 unida al sustrato 16 Un modelo de áreas de dispositivo del sustrato semiconductor 16 se muestra proporcionando ubicaciones ejemplares para los conjuntos de circuitos lógicos 44 , transistores controladores 46 y resistores calentadores 30. Como se muestra en la Figura 4, el sustrato 16 incluye una ranura única 34 para proporcionar fluido tal como tinta a resistores calentadores 30, que están dispuestos en ambos lados de la ranura 34. Sin embargo, la invención no está limitada a un sustrato 16 que tiene una ranura única 34 o a accionadores de eyección de fluido tales como resistores calentadores 30 dispuestos en ambos lados de la ranura 34. Por ejemplo, otros sustratos de conformidad con la invención, pueden incluir ranuras múltiples con accionadores de eyección de fluido dispuestos en uno o ambos lados de las ranuras. El sustrato puede también no incluir ranuras 34, con ello, el fluido fluye alrededor de los bordes del sustrato 16 a los accionadores. Preferentemente a una ranura única 34, el sustrato 16 puede incluir múltiples o aperturas una de cada una para uno o más de los dispositivos accionadores. La placa de boquilla 18, tal como una elaborada de material resistente a la tinta tal como poliimida, es unida al sustrato 16. Un área activa 48 del sustrato 16 requerida para los transistores controladores 46, es ilustrada en detalle en una vista en plano del área activa 48 en la Figura 5. Esta figura representa una porción de un arreglo de calentador típico y área activa 48. Un bus a tierra 50 y un bus de potencia 52 se proporcionan para proporcionar potencia a los dispositivos en el área activa 46 y a los resistores calentadores 30. Para reducir el tamaño del sustrato 16 requerido para la cabeza de inyección de micro-fluido 14, la amplitud del área activa del transistor controlador 46 indicada por (W) , se reduce. En una modalidad ejemplar, el área activa 48 del sustrato 16, tiene una dimensión de amplitud que varía desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 400 micrones y una dimensión de longitud total D que varía desde aproximadamente 6,300 micrones hasta aproximadamente 26,000 micrones. Los transistores controladores 46 se proporcionan en un paso P que varía desde aproximadamente 10 micrones hasta aproximadamente 84 mícrones. En una modalidad ejemplar, el área de un transistor controlador único 46 en el sustrato semiconductor 16, tiene una amplitud de área activa ( ) que varía desde aproximadamente 100 a menos de aproximadamente 400 micrones, y un área activa de por ejemplo, menos de aproximadamente 15,000 µm2. El área activa más pequeña 46 se puede lograr por el uso de transistores controladores 46 que tienen longitudes de salidas y longitudes de canales que varían desde aproximadamente 0.8 a menos de aproximadamente 3 micrones. Sin embargo, la resistencia de los transistores controladores 46 es proporcional a su amplitud W. El uso de transistores controladores más pequeños 46, incrementa la resistencia del transistor controlador 46. De este modo, para mantener una relación constante entre la resistencia del calentador y la resistencia del transistor controlador, la resistencia del calentador 30 se puede incrementar proporcionalmente. Un beneficio de un calentador de resistencia superior 30 puede incluir que el calentador requiere menos corriente de exitación. En combinación con otras características del calentador 30, una modalidad de la invención proporciona una cabeza de inyección 14 que tiene eficiencia superior y una cabeza capaz de operación de frecuencia superior. Existen varias formas para proporcionar un calentador de resistencia superior 30. Un procedimiento es usar un calentador de relación de aspecto superior, esto 3 es, un calentador que tiene una longitud significantemente mayor que su amplitud. Sin embargo, tal diseño de relación de aspecto alto tiende a atrapar aire en la cámara de fluido 32. Otro procedimiento para proporcionar un calentador de alta resistencia 30, es proporcionar un calentador elaborado de una película delgada que tiene una resistencia laminar superior. Uno de tales materiales es TaN. Sin embargo, el TaN relativamente delgado tiene características de barreras de aluminio inadecuadas, con ello, haciéndolo menos adecuado que otros materiales para uso en dispositivos de eyección de micro-fluido. Las características de barrera de aluminio pueden ser particularmente cuando la capa resistiva se extiende sobre y deposita en un área de contacto para un dispositivo transistor adyacente. Sin una capa protectora, por ejemplo TiW, en el área de contacto, el TaN de película delgada es insuficiente para prevenir la difusión entre el aluminio depositado como el metal de contacto y el sustrato de silicio subyacente. Un calentador ejemplar, de conformidad con una modalidad de la invención, es un calentador de película delgada 30 elaborado de una aleación de tántalo, aluminio y nitrógeno. Contrario al calentador de TaN de película delgada descrito anteriormente, un calentador de película delgada 30 elaborado de conformidad con tal modalidad de la invención, puede también proporcionar una capa de barrera adecuada en un área de contacto de transistor adyacente sin el uso de una capa de barrera intermediaria entre el contacto de aluminio y el sustrato de silicio, así como también, proporcionar un calentador de resistencia superior 30. El calentador de película delgada 30 puede ser proporcionado por pulverización iónica de una aleación de tántalo/aluminio objetivo sobre un sustrato 16 en la presencia de nitrógeno y gas argón. En una modalidad, la aleación de tántalo/aluminio objetiva, preferiblemente tiene una composición que varía desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60 por ciento de tántalo atómico y desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 50 por ciento de aluminio atómico. En una modalidad ejemplar, el calentador de película delgada resultante 30, preferiblemente tiene una composición que varía desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento de tántalo atómico, más preferiblemente desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60 por ciento de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40 por ciento de aluminio atómico, más preferiblemente desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 30 por ciento de aluminio atómico, y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30 por ciento de nitrógeno atómico, más preferiblemente desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20 por ciento de nitrógeno atómico. La resistividad voluminosa de los calentadores de película delgada 30 de conformidad con una modalidad ejemplar, preferiblemente varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 1000 micro-ohmns-cm. Para producir un calentador TaAlN 30 que tiene las características descritas anteriormente, se desean condiciones de pulverización iónica adecuadas. Por ejemplo, en una modalidad, el sustrato 16 puede ser calentado arriba de la temperatura ambiente, más preferiblemente desde aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 350°C, durante la etapa de pulverización iónica. También, la relación de flujo de gas de nitrógeno a argón varía, el polvo de pulverización iónica y la presión del gas están preferiblemente dentro de los intervalos relativamente estrechos. En un proceso ejemplar, la relación de flujo de nitrógeno a argón varía desde aproximadamente 0.1:1 hasta aproximadamente 0.4:1, la potencia de pulverización iónica varía desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 200 kilowatts/m2 y la presión varía desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 25 militorrs . Las condiciones de pulverización iónica adecuadas para proporcionar calentadores de TaAlN 30 de conformidad con una modalidad de la invención se dan en la siguiente tabla.

Los calentadores 30 elaborados de conformidad con el proceso mencionado anteriormente, presentan una resistencia laminar relativamente uniforme sobre el área de superficie del sustrato 16 que varía desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 ohms cuadrados. La resistencia laminar del calentador de película delgada 30 tiene una desviación estándar sobre la superficie del sustrato total de menos de aproximadamente 2 por ciento, preferiblemente menos de aproximadamente 1.5 por ciento. Tal resistividad uniforme mejora significantemente la calidad de las cabezas de eyección 14 que contienen los calentadores 30. Los calentadores 30 elaborados de conformidad con el proceso mencionado anteriormente, pueden tolerar estrés de temperatura elevada de hasta aproximadamente 800 °C con un cambio de resistencia de menos de aproximadamente 5 por ciento. Los calentadores 30 elaborados de conformidad con tal modalidad de la invención, pueden también tolerar tensión de alta corriente. También, distintos resistores de TaAlN elaborados de aluminio y tántalo de volumen de pulverización iónica se dirigen en sustratos a temperatura ambiente, tal como se describe en la Patente Estadounidense No. 4,042,479 por Yamazaki et al., los calentadores de película delgada 30 elaborados de conformidad con tal modalidad de la invención, pueden ser caracterizados por tener una estructura sustancialmente mono-cristalina que consiste esencialmente de aleaciones de A1N, TaN y TaAl. Usando TaAlN como el material para el resistor calentador 30, la capa que proporciona el resistor calentador 30 puede ser extendida para proporcionar una barrera metálica para contactar dispositivos transistores adyacentes y puede también ser usada como un material de fusión sobre el sustrato 16 para dispositivos de memoria y otras aplicaciones. Una ilustración más detallada de una porción de una cabeza de eyección 14 que muestra un bloque calentador ejemplar 54 que incluye un calentador 30 elaborado de conformidad con el proceso descrito anteriormente, se ilustra en la Figura 6. El bloque calentador 54 se proporciona en un sustrato aislado 16. La primera capa 56 es la capa del resistor de película delgada elaborado de TaAlN, el cual es depositado en el sustrato 16 de conformidad con el proceso descrito anteriormente. Después de depositar la capa resistiva de película delgada 56, una capa conductiva 58 elaborada de un metal conductor tal como oro, aluminio, cobre, y similares, es depositado en la capa resistiva de película delgada 56. La capa conductiva 58 puede tener cualquier espesor adecuado conocido por aquellos expertos en la técnica, pero, en una modalidad ejemplar, preferiblemente tiene un espesor que varía desde aproximadamente 0.4 hasta aproximadamente 0.6 micrones. Después de la deposición de la capa conductiva 58, la capa conductiva es grabada para proporcionar contactos de ánodo 58A y cátodo 58B a la capa resistiva 56 y definir el resistor calentador 30 de entre el ánodo y el cátodo 58A y 58B. Una capa de pasivación o capa dieléctrica 60 puede entonces ser depositada en el resistor calentador 30 y ánodo y cátodo 58A y 58B. La capa 60 puede ser seleccionada de carbón tipo diamante, carbón pigmentado tipo diamante, óxido de silicio, oxinitruro de silicio, nitruro de silicio, carburo de silicio, y una combinación de nitruro de silicio y carburo de silicio. En una modalidad ejemplar, una capa particularmente preferida 60 es carbón tipo diamante que tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 8000 Angstroms . Cuando un material de carbón tipo diamante se usa como capa 60, una capa de adhesión 62 puede ser depositada sobre la capa 60. La capa de adhesión 62 puede ser seleccionada de nitruro de silicio, nitruro de tántalo, nitruro de titanio, óxido de tántalo y similares. En una modalidad ejemplar, el espesor de la capa de adhesión preferiblemente varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 600 Angstroms. Después de depositar la capa de adhesión 62 en el caso del uso de carbón tipo diamante como capa 60, una capa de cavitación 64 puede ser depositada y grabada para cubrir el resistor calentador 30. Una capa de cavitación ejemplar 64 es tántalo que tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 6000 Angstroms. Es deseable mantener la pasivación o capa dieléctrica 60, capa de adhesión opcional 62 y capa de cavitación 64 , tan delgada como sea posible aún para proporcionar protección adecuada para el resistor calentador 30, a partir de los efectos de daño mecánico y corrosivo del fluido a ser eyectado. Las capas delgadas 60, 62 y 64, pueden reducir la dimensión de espesor total del bloque calentador 54 y proporcionar requerimientos de potencia reducida y eficiencia incrementada para el resistor calentador 30. Una vez que la capa de cavitación 64 es depositada, esta capa 64 y la capa o capas subyacentes 60 y 62, pueden ser modeladas y grabadas para proporcionar protección del resistor calentador 30. Una segunda capa dieléctrica elaborada de dióxido de silicio puede entonces ser depositada sobre el bloque calentador 54 y otras superficies del sustrato para proporcionar aislamiento entre las capas metálicas subsecuentes que son depositadas sobre el sustrato para contacto a los controladores del calentador y otros dispositivos. Se contempla y será aparente para aquellos expertos en la técnica, a partir de la descripción precedente y dibujos acompañantes, que se pueden hacer cambios y modificaciones en las modalidades de la invención. Por consiguiente, se pretende expresamente que la siguiente descripción y las figuras acompañantes sean ilustrativas de modalidades ejemplares solamente, sin limitar a estar, y que el espíritu y alcance verdadero de la presente invención sea determinado por referencia a las reivindicaciones adjuntas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la presente se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sustrato semiconductor para una cabeza de inyección de micro-fluido, caracterizado porque el sustrato comprende una pluralidad de accionadores de eyección de fluido dispuestos sobre el sustrato, cada uno de los accionadores de eyección de fluido incluye un bloque calentador delgado, comprende un calentador de película delgada y una o más capas protectoras adyacentes al calentador, en donde el calentador de película delgada está comprendido de un material de capa delgada de tántalo-aluminio-nitruro, que tiene una estructura nano-cristalina que consiste esencialmente de aleaciones de A1N, TaN y TaAl, y el material de película delgada que tiene una resistencia laminar que varía desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 ohms cuadrados, y que contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atómico y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrógeno atómico.

2. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el calentador de película delgada comprende una película delgada elaborada por un proceso de pulverización iónica reactiva de una aleación de tántalo-aluminio objetivo en una atmósfera que contiene nitrógeno sobre una cabeza de sustrato a una temperatura que varía desde aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 350°C.

3. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque al menos una de las capas protectivas comprende un material de carbón tipo diamante.

4. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la capa de carbón tipo diamante tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 8000 Angstroms.

5. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el calentador de película delgada tiene un espesor que varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 3000 Angstroms.

6. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque además comprende una capa de cavitación como una superficie de contacto con tinta, en donde la capa de cavitación tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 6000 Angstroms .

7. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende una capa de adhesión dispuesta entre la capa de cavitación y la capa de carbón tipo diamante, la capa de adhesión tiene un espesor que varía desde aproximadamente 400 hasta aproximadamente 600 Angstroms.

8. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la capa de adhesión está comprendida de un material seleccionado de nitruro de silicio y nitruro de tántalo.

9. El sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende una pluralidad de transistores controladores para controlar la pluralidad de accionadores de eyección de fluido, los transistores controladores tienen una amplitud de área activa que varía desde aproximadamente 100 hasta menos de aproximadamente 400 micrones.

10. Una impresora de inyección de tinta, caracterizada porque contiene el sustrato semiconductor de conformidad con la reivindicación 1.

11. La impresora de inyección de tinta de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la cabeza de eyección de micro-fluido contiene una alta densidad de calentadores de película delgada que varía desde aproximadamente 6 hasta aproximadamente 20 calentadores de película delgada por milímetro cuadrado.

12. Un proceso para elaborar una cabeza eyectora de fluido para un dispositivo de eyección de microfluido, caracterizado porque el proceso comprende las etapas de: proporcionar un sustrato semiconductor; depositar una capa resistiva de película delgada sobre el sustrato para proporcionar una pluralidad de calentadores de película delgada, la capa resistiva de película delgada comprende un material de película delgada de tántalo-alu inio-nitruro que tiene una estructura nano-cristalina que consiste esencialmente de aleaciones de A1N, TaN y TaAl, que tiene una resistencia laminar que varía desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 100 ohms cuadrados, y que contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atómico y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrógeno atómico; depositar una capa conductiva sobre los calentadores de película delgada; grabar la capa conductiva para definir conexiones de ánodo y cátodo a los calentadores de película delgada; depositar sobre una o más capas seleccionadas de una capa de pasivación, una dieléctrica, una capa de adhesión y una capa de cavitación sobre los calentadores de película delgada y capa conductiva; y adjuntar una placa de boquilla al sustrato semiconductor.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque además comprende calentar el sustrato semiconductor a una temperatura que varía desde aproximadamente 100°C hasta aproximadamente 350°C, mientras se deposita la capa resistiva de película delgada sobre el sustrato.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la capa resistiva de película delgada es depositada por pulverización iónica de una aleación de tántalo-aluminio dirigida en una atmósfera que contiene nitrógeno sobre el sustrato.

15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la capa resistiva de película delgada es depositada por pulverización iónica de una aleación de tántalo-aluminio dirigida en una atmósfera que contiene nitrógeno sobre el sustrato.

16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque al menos una de las capas protectivas depositada sobre los calentadores de película delgada y capa conductiva, comprende un material de carbón tipo diamante .

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la capa de carbón tipo diamante tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 8000 Angstroms.

18. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la capa resistiva de película delgada tiene un espesor que varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 3000 Angstroms.

19. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque al menos una de las capas protectivas comprende una capa de cavitación que tiene un espesor que varía desde aproximadamente 1000 hasta aproximadamente 6000 Angstroms.

20. Un método para elaborar un resistor de película delgada, caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar un sustrato semiconductor; calentar el sustrato a una temperatura que varía desde arriba de aproximadamente la temperatura ambiente hasta aproximadamente 350°C; pulverización iónica reactiva de una aleación de tántalo aluminio objetiva que contiene desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 60% de tántalo atómico y desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 50% de aluminio atómico sobre el sustrato; proporcionar un flujo de gas de nitrógeno y un flujo de gas de argón durante la etapa de pulverización iónica, en donde una relación de flujo de nitrógeno a argón varía desde aproximadamente 0.1:1 hasta aproximadamente 0.4:1; terminar la etapa de pulverización iónica cuando el resistor de película delgada es depositado sobre el sustrato con un espesor que varía desde aproximadamente 300 hasta aproximadamente 3000 Angstroms; en donde el resistor de película delgada comprende una aleación de TaAlN que contiene desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% de tántalo atómico, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 40% de aluminio atómico, y desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 30% de nitrógeno atómico, y el resistor tiene una resistencia laminar sustancialmente uniforme con respecto al sustrato.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la etapa de pulverización iónica se conduce con una potencia que varía desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 200 kilo atts por metro cuadrado.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la etapa de pulverización iónica se conduce a una presión que varía desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 25 militorrs.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la temperatura del sustrato varía desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 300 °C.