专利名称：纳米扁平电阻器的制作方法
纳米扁平电阻器
背景技术：
热喷墨技术被广泛地用于精确且快速地分配少量的流体。热喷墨通过使电流通过加热元件来从喷嘴向外喷射流体液滴。加热元件产生将点火室内的一小部分流体蒸发的热。蒸气快速地膨胀，迫使小液滴从点火室喷嘴出来。然后关掉电流且加热元件冷却。蒸气泡快速地破裂，将更多的流体从储存器吸引到点火室中。在印刷期间，此喷射过程能够每秒重复几千次。期望的是加热元件在机械上是稳健的且在喷射液滴方面是能量高效的。
附图举例说明本文所述的原理的各种实施例，并且是本说明书的一部分。所示的实施例仅仅是示例且不限制权利要求的范围。图IA IC是根据本文所述原理的一个实施例的热喷墨液滴发生器(droplet generator)的操作的说明图。图2A是描绘根据本文所述原理的一个实施例的具有斜面形貌(topography)的说明性热喷墨电阻器的顶视图和横截面图的图示。图2B是示出根据本文所述原理的一个实施例的具有斜面形貌的说明性热喷墨电阻器的横截面视图的横截面图。图3A是描绘根据本文所述原理的一个实施例的说明性纳米扁平电阻器的横截面图。图;3B是根据本文所述原理的一个实施例的包括纳米扁平电阻器的说明性液滴发生器的横截面图。图4A 4D是根据本文所述原理的一个实施例的纳米扁平电阻器的构造中的说明性阶段的横截面图。图5A和5B是根据本文所述原理的一个实施例的说明性铝阳极化过程的图示。图6是根据本文所述原理的一个实施例的说明性纳米多孔阳极化氧化铝结构的剖面透视图。图7A 7C是根据本文所述原理的一个实施例的将纳米多孔阳极化氧化铝结构中的小孔扩大的说明性湿法蚀刻过程的横截面图。图8是示出根据本文所述原理的一个实施例的作为纳米多孔阳极化氧化铝的孔隙度的函数的纳米扁平电阻器的开启能量的图。图9是示出根据本文所述原理的一个实施例的用于制造纳米扁平电阻器的说明过程的流程图。遍及各图，相同的附图标记指示类似但不一定相同的元件。
具体实施例方式在热喷墨印刷中使用的打印头通常包括被连接到一个或多个储液器的液滴发生器阵列。每个液滴发生器包括加热元件、点火室和喷嘴。来自储存器的流体填充点火室。为了喷射液滴，使电流通过被邻近于点火室放置的加热器元件。加热元件产生将点火室内的一小部分流体蒸发的热。蒸气快速地膨胀，迫使小液滴从点火室喷嘴出来，然后关掉电流且电阻器冷却。蒸气泡快速地破裂，将更多的流体从储存器吸引到点火室中。在印刷期间， 此喷射过程能够每秒重复几千次。通常要求最少的能量来从热喷墨打印头点燃适当体积的墨滴。此最少能量称为 “开启能量”。该开启能量必须足以局部地使流体过热以实现可靠且可重复的蒸发。来自加热元件的不期望的热损耗导致较高的开启能量和将电脉冲转化成喷射液滴的机械力方面的较低效率。加热元件的机械稳健性是另一设计考虑。加热元件经受由于随着每个液滴喷射而发生的蒸气膨胀和后续气穴而产生的高频率力。这些力可能导致加热元件的表面腐蚀和故障。当加热元件发生故障时，不能从点火室喷射液滴，并且热喷墨打印头的总体打印质量受损。本说明书涉及一种在纳米多孔阳极化氧化铝之上的扁平加热元件。此电阻器设计已被称为“纳米扁平电阻器”。根据一个说明性实施例，纳米多孔阳极化氧化铝增加电阻加热元件的热隔离。这减小纳米扁平电阻器的开启能量并增加能量效率。纳米扁平电阻器的扁平形貌消除了可能易受气穴引发的损坏和故障的台肩或其它不连续性。因此，结合了纳米扁平电阻器的热喷墨设备可以实现更高的能量效率和更高的可靠性。在以下说明中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以便提供本系统和方法的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是可以在没有这些特定细节的情况下实施本设备、系统和方法。在说明书中对“实施例”、“示例”或类似语言的参考意指结合该实施例或示例所述的特定特征、结构或特性被包括在至少那一个实施例中，但不一定在其它实施例中。在本说明书中的不同位置上的短语“在一个实施例中”或类似短语的各种实例不必定全部涉及同一实施例。图IA是热喷墨打印头内的液滴发生器(100)的一个说明性实施例的横截面图。液滴发生器(100)包括被流体地连接到储液器(105)的点火室(110)。加热元件(120)位于接近点火室(100)。流体(107)从储液器(105)进入点火室(110)。在等压条件下，流体不离开喷嘴(115)，而是在喷嘴出口内形成凹液面。图IB是从点火室(110)喷射液滴(135)的液滴发生器(100)的横截面图。根据一个说明性实施例，通过向加热元件(120)施加电压(125)来从点火室(110)喷射流体的液滴(135)。加热元件(120)可以是由于其对电流的内电阻而快速地加热的电阻性材料。由加热元件(120)产生的热的一部分通过点火室(110)的壁并将紧邻于加热元件(120)的流体的一小部分蒸发。流体的蒸发产生快速膨胀的蒸气泡(130)，其克服将流体保持在点火室 (110)和喷嘴(115)内的毛细管力。随着蒸气继续膨胀，液滴(135)被从喷嘴(115)喷射。液滴发生器(100)的能量效率和喷射频率至少部分地由加热元件在将电能转化成喷射液滴(135)的机械力方面的效率确定。可能发生许多能量损耗，包括热(140)从加热元件向上到热喷墨打印头的主体中的传输。此热未被转化成有用能量，而是损失。此损失热可能消散到热喷墨内的其它组件并不期望地改变其温度。降低损失热的量使得更容易将热喷墨打印头保持在基本上等温状态并且减少打印头的打印性能方面的不期望变化。通过增加进入流体中的热的比例，要求较小的电流将液滴点火。这增加单独点火室(110)的效率并减少由液滴发生器(100)产生的总热量。如图IC所示，在液滴(135)的喷射之后，切断通过加热元件(120)的电流且加热元件(120)快速地冷却。蒸发的气泡快速地破裂，将附加流体(145)从储存器(105)拉到点火室(110)中以替换由液滴(135，图1B)空出的流体体积。液滴发生器(100)然后准备开始新的液滴喷射循环。在单个喷墨管芯内可以包含多个液滴发生器(100)。上述液滴喷射循环能够每秒发生几千次。在加热元件(120)附近的蒸气泡的此高频率膨胀和破裂能够使其经受显著的机械应力。特别地，蒸气泡的膨胀和破裂能够产生通过流体被传送到加热元件的冲击波。在液滴发生器(100)的设计寿命内，可能期望喷射几百亿个液滴。由于反复高频率冲击波的机械应力而导致的加热元件(120)的故障导致液滴发生器的故障，具有热喷墨打印头的总体打印质量的后续损失。因此，期望的是加热元件在机械上是稳健的以增加其寿命。图2A是具有斜面形貌的说明性加热元件(200)的顶视图和横截面图。根据一个说明性实施例，在基底(210)上形成加热元件(200)。两个电极(220、230)形成有斜面末端。 在两个电极之间的间隙上沉积一层电阻性材料(205)。斜面末端产生方便的过渡，其保持跨越加热元件(200)的沉积电阻性材料(205)的连续性。在电极(220、230)两端施加电压且其流过电阻性材料(205)。电阻性材料(205)产生与从中通过的电流的量成比例的热。然而，电极(220、230)的斜面末端产生突出到点火室(110，图1A)中的台肩。这些台肩(225)是加热元件的表面中的不连续。台肩(225)可能特别易受在液滴发生器(100， 图1A)的操作期间产生的重复冲击波。图2B是说明性加热元件(200)的横截面图。根据这个说明性实施例，使用SW2作为基底材料(210)。在TEOS层下面可以存在在本图中未示出的附加层。使用一薄层氮化钛 (TiN) (MO)作为粘附层以增加覆盖层到SiO2基底(210)的机械结合强度。然后沉积铝电极(220、230 )并通过干法离子蚀刻来对其进行成形以形成斜边缘。根据一个说明性实施例， 干法蚀刻去除TiN粘附层(240)并穿透SW2基底(210)。在铝电极(220、230)和蚀刻腔上沉积氮化钨硅(WSiN)电阻器层(250)。根据一个说明性实施例，通过在电极(220、230)上溅射电阻性材料来产生电阻器层(250)。由于视线溅射法，电阻性材料在斜边缘附近可能较弱。存在用来制造电阻器层(250)的多个材料类型。例如，可以使用钽铝合金。可以在WSiN电阻器层(250)上形成许多附加复盖层(overcoat)以提供附加的结构稳定性并使点火室中的流体从电阻器层(250)电绝缘。在本实施例中，在电阻器层(250) 上沉积氮化硅/碳化硅复盖层(260)和钽复盖层(270)。如上文所讨论的，台肩(225)可能更易受气穴损坏(227)或其它表面腐蚀。具体地将附加层(260、270)设计为保护底层的电阻器层(250)免受机械及其它损坏。然而，由于斜面形貌，附加层(260、270)在台肩区域中可能较弱。例如，钽复盖层在台肩区域(225)中的气泡破裂的冲击下易发生故障。这与溅射沉积的钽的结构性质和溅射过程的视线性质有关。铝终止的斜边缘几乎与基底的法线成 45度，在钽的柱状晶粒之间随着其远离基底生长而产生相当程度的遮蔽。这促进了易受在气泡破裂期间施加的应力的钽晶粒之间的粒间孔隙度和弱结合。并且，钽层在这些区域中几乎薄了 30%。这是因为这些区域中的几乎45度的形貌。由于电阻器寿命与Ta的厚度成比例，所以这不利地影响TIJ器件的可靠性。较厚的复盖层可以增加器件的可靠性。然而，附加层(260、270)将电阻器层(250)从点火室中的流体分离并降低与其厚度成比例的效率和点火频率。在图2B所示的实施例中，电阻器层(250)与底层基底进行直接接触。在操作期间， 来自电阻器层(250)的大量热量被消散到SiO2基底(210)中。如上文所讨论的，此能量被损失且可能导致热管理问题。遍及本说明书和附图，术语“纳米扁平电阻器”指的是基本上平面的电阻性材料， 其一部分覆盖热和电绝缘基底。根据一个说明性实施例，纳米扁平电阻器包括纳米多孔阳极化氧化铝层和覆盖的平面电阻器层。图3A是说明性纳米扁平电阻器(300)的横截面图。根据一个说明性实施例，纳米扁平电阻器(300)在基底(305)上形成且可以具有粘附层(310)。两个电极(315、325)被多孔绝缘体(320 )分离。在电极(315、325 )和多孔绝缘体(320 )上沉积电阻性材料(330 )。在多孔绝缘体(320)下面可以存在或也可以不存在粘附层(310)。特别地，如果粘附层(310) 是导电的，则在多孔绝缘体(320)下面的那部分粘附层(310)将被去除或转化成绝缘材料以避免电极(315、325)之间的电流的通路通过粘附层(310)。图:3B是结合了纳米扁平电阻器(390)的说明性液滴发生器(335)的一部分的横截面图。根据一个说明性实施例，Si基底(375)和SiO2层(370)形成在其上面形成纳米扁平电阻器(390)的基座。然后沉积薄钛粘附层(380)。在后续过程中，钛粘附层(380)的中心部分被转化成绝缘氧化钛部(385 )。在钛层(380、385 )之上，然后沉积一层铝并将其形成到两个电极(360、370 )和中间多孔氧化铝部(385 )中。多孔氧化铝部(385 )是电和热绝缘的。 在铝电极(360、370)和多孔氧化铝部(365)上形成氮化钨硅(WSiN)电阻器层(350)。然后在电阻器层(350)上沉积绝缘层(345)以使其从点火室(340)电隔离。在铝电极(360、370)两端施加电压。在图中，将结果产生的电流示为流过左铝电极(360 )并进入电阻器层(350 )。电流流过电阻器层(355 )的中心部分并进入右铝电极 (370)。结果，电阻器层的中心部分被加热。多孔氧化铝部(365)包含纳米孔，其将有效地减小在电阻器层(350)的加热部分下面的热容。多孔氧化铝(365)也是相对好的热绝缘体。 例如，铝的热导率为每米开尔文250瓦(W/(m*k))，而氧化铝的热导率为约18W/(m*k)。阳极氧化铝可能由于不同的结构和孔隙度而具有比整块氧化铝甚至更低的热导率。例如，某些阳极化氧化铝已被确定为具有1.3 ff/(m*K)的或以下热导率。另外，氧化铝部(365)的多孔性质产生用于远离电阻器层(355)传导热的小得多的横截面面积。多孔氧化铝部(365) 充当热绝缘层，其能够防止由电阻器层(350)产生的某些热行进返回到底层和热喷墨头的机械结构中。这将更多的热指引到点火室中。因此，能够更快速地且用更小的电流将电阻器层(350)加热。纳米扁平电阻器(390)的此配置在产生液滴方面更加能量高效。存储在电阻层(350)下面的热能的减少允许更快的热回收和点火之间的冷却。更快速的冷却能够显著地增加液滴发生器能够进行操作的频率并增加热喷墨设备的打印速度。另外，纳米扁平电阻器(390)具有基本上平面的表面，其能够比具有诸如台肩的不连续性或斜面几何结构的电阻器配置更加稳健。能够更加稳健地构造纳米扁平电阻器 (390)的平面表面且其更均勻地分布来自蒸气泡膨胀和破裂的应力。这能够增加电阻器和热喷墨打印头的寿命。在某些实施例中，能够减少保护性复盖层的数目或厚度，这能够增加液滴发生器的热效率和点火频率。
图并未按比例描绘且不表示层的厚度或层的相对厚度。此外，图并不意图是用来形成热喷墨打印头的所有层的准确表示。例如，可以存在针对气穴损坏进行保护的一个或多个层。图4A 4D是示出用于制造纳米扁平电阻器的一个说明性方法的一系列横截面图。根据图4A所示的一个说明性实施例，在基底(405)上沉积粘附层(415)和铝层(410)。 根据一个说明性实施例，粘附层(415)是沉积在SiO2基底上的薄钛层。在一个实施例中，钛层约IOnm (纳米)厚。如上所述，钛层的目的是充当用于铝层(410)的粘附层。图4B示出被放置在铝上的掩膜(420)。根据一个说明性实施例，掩膜(420)是图案化光刻胶层。掩膜(420)包含设置在将被转化成纳米多孔铝的铝的区域上的开口(422)。 受到掩膜(420)保护的那部分铝层(410)将不被阳极化。图4C示出被转化成多孔氧化铝(435)的一部分的暴露铝。如上文所讨论的，多孔氧化铝(435)具有纳米多孔结构且充当电和热绝缘体。多孔铝部(435)将铝层(410)划分成两个电极(425、430)。根据一个说明性实施例，使用阳极化过程将铝(410，图4B)转化成多孔氧化铝。理想地，阳极化过程将把暴露铝一直向下蚀刻至底层绝缘层。这是为了防止电流从阳极化铝的一侧泄漏到另一侧而不通过上面的电阻器材料。图4D示出其中去除掩膜并在铝电极(425、430)和多孔氧化铝(435)上沉积电阻器层(440)以形成纳米扁平电阻器(400)的步骤。可以使用多种消减技术来去除掩膜，但是通常以化学方式将其分解。在已去除掩膜之后，在铝/多孔氧化铝的相对扁平的表面上沉积电阻层(440)。在一个说明性实施例中，在铝和阳极化铝的顶部上溅射诸如WSiN的电阻性材料以形成电阻层(440)。如上所述，图中的相对尺寸不一定按比例。每个层的厚度将对纳米扁平电阻器的效率具有各种影响。例如，电阻层(440)的厚度将确定电阻器的精确电阻率。铝层(425)的厚度将确定铝将如何好地传导电流。可以通过针对覆盖层在电阻器层(440)与点火室中的流体之间引入的热阻来平衡纳米扁平电阻器的寿命的任何增加而确定覆盖层的厚度。图5A和5B是示出将暴露铝转化成纳米多孔氧化铝的说明性阳极化过程的图。图 5A示出铝表面(410)上的电解溶液(500)。电解溶液包含自由离子且是导电的。可以使用多种电解溶液(500)，包括但不限于硫酸^2SO4)、磷酸(Η3Ρ04)、铬酸、磺基水杨酸、草酸 (H2C2O4)及其混合物。图5B是示出形成纳米多孔氧化铝的说明性化学反应的图。阳极化过程将铝或铝合金转化成非导电氧化铝。根据一个说明性实施例，铝可以是铜的约0.5重量百分数。在制造过程期间，在铝(410)与阴极(505)之间连接电压源(510)。在本示例中，铝(410)充当阳极。当在铝(410)和阴极(505)两端施加电压时，电流流过电解溶液(500)。电流在电解溶液(500)中的流动促使在阴极处释放氢气且在阳极处释放氧气(515)。氧原子(515)与铝原子(520)组合以产生表示为AI3O2的纳米多孔阳极化铝(525)。铝的阳极氧化涉及布置在氧化铝表面上的自组织纳米孔阵列的形成。如果进行至完成，则阳极化贯穿铝层的厚度。 测试已经了示出在纳米多孔氧化铝完全贯穿铝层时从其中通过的最小电流泄漏。根据一个说明性实施例，可以在室温下使用m的草酸溶液并在电解溶液两端施加30伏来执行热喷墨管芯的阳极化，铝充当阴极。图6是阳极化铝(600)的一个说明性实施例的横截面图。在适当的条件下，由铝(606)形成纳米多孔氧化铝(608)的高度有序配置。纳米多孔氧化铝(608)包括六边形状的柱状蜂窝(602)的紧密堆积阵列。这些蜂窝每个具有中心圆筒形纳米孔(604)。这些纳米孔通常在直径上在4 200纳米范围内。纳米孔(604)的精确直径可以取决于电解溶液的类型、施加电压、电流密度、温度及其它因素。阳极化铝(600)越多孔，其热导率将越低，因此增加电阻器层的热隔离并降低将墨滴推进到基底上所需的能量的量。此外，通过使得阳极化铝更加多孔，减小了其热容， 这导致更加快速的液滴喷射循环。根据一个说明性实施例，可以通过扩大孔直径来进一步降低纳米多孔氧化铝 (608)的热容和热导率。图7A是阳极化过程已经完成之后的纳米多孔氧化铝层(600)的横截面图。根据一个说明性实施例，孔在深度上约1微米且在直径上为约20纳米。孔(604) 明显小于蜂窝(602)。因此，蜂窝(602)的实心壁具有相对厚的横截面。本图中所示的纳米多孔氧化铝可以具有在7%与20%之间的孔隙度。这些实心壁表示吸收并且传导远离覆盖电阻器层(未示出)的热的横截面面积。通过增加孔直径，减小了壁厚度且纳米多孔氧化铝 (608)变成更好的热绝缘体。根据一个说明性实施例，可以使用诸如磷酸的湿法蚀刻剂来增加孔直径。图7B和 7C示出蚀刻期间的孔直径的渐进扩大。图7B表示在30°C在按体积5%的磷酸中蚀刻10分钟之后的孔直径的说明性扩大。孔尺寸已增加到其先前直径的约两倍且孔隙度已增加至约 25%。图7C示出已在相同的温度下在相同溶液中被蚀刻达30分钟的样本。孔直径已经显著地增加且铝的孔隙度已经增加至60%或更大。图8是示出作为纳米多孔阳极化氧化铝的孔隙度的函数的纳米扁平电阻器的开启能量的图。如上文所讨论的，随着纳米多孔氧化铝的密度的降低，其热导率和热容降低。 这减少了从纳米扁平电阻器的基底侧面损失的能量并允许其更迅速地且以较少的能量加热。如在本说明书和所附权利要求中使用的，术语“开启能量”指的是施加于纳米扁平电阻器或其它加热元件的最少量的电能，其产生预定尺寸的墨滴。图的竖轴表示以微焦耳为单位的开启能量。图的横轴示出纳米多孔氧化铝的孔隙度，0%的孔隙度指示没有孔的氧化铝层且100%的孔隙度指示在纳米扁平电阻器下面的气室。两个水平虚线示出用于各种替换加热元件配置的开启能量(TOE )。标记为“ STD， TOE = 0.494 μ J”的上虚线指示用于标准配置的开启能量(诸如在图2B中所示的)为约 0.494微焦耳。标记为“Air，TOE = 0. 281 μ J”的下水平虚线指示用于在电阻层下面具有气腔的配置的开启能量具有约0. 281微焦耳的开启能量。在电阻层下面的气腔的构造可能具有包括高生产成本和降低的强度的多个挑战。如从图8中的图表可以看到的，开启能量随着氧化铝的孔隙度的增加而减小。例如，在第一数据点处，氧化铝的孔隙度为约15%且开启能量为约0. 43微焦耳。如上文相对于图7A 7C所讨论的，可以使用湿法蚀刻过程或其它过程来扩大纳米多孔氧化铝的孔，从而增加其孔隙度。用菱形示出的附加数据点表示针对逐进增加的孔隙度的开启能量的测量。 最右数据点表示约75%的孔隙度，其具有约0. 350微焦耳的开启能量。对角实线是到图解数据点的曲线拟合。图9是示出用于制造纳米扁平电阻器的一个说明性方法的流程图。在第一步骤中，在基底上沉积粘合层(步骤900)。基底可以是许多材料或材料组合中的任何一个。例如，基底可以由铝、二氧化硅、导电迹线、通孔、CMOS电路等中的一个或多个构成。根据一个说明性实施例，基底的上表面可以具有由SiO2构成的绝缘或平面化层。粘合层本身不是要求的，并且如果覆盖层具有与基底的充分机械粘附，则可以将其省略。粘合层可以是许多材料中的任何一个，包括钛、钛合金、钽、钽合金、铬、铬合金、铝或铝合金。根据一个说明性实施例，在SiO2绝缘层上沉积一薄层钛。可以将粘合层图案化，并且在某些实施例中，其可以不存在于将形成纳米多孔材料的位置处。然后沉积一层铝并适当地将其图案化(步骤905)。该层铝可以是纯铝或铝合金。 例如，在铝中可以包括少量的铜以使得金属更好地适合于传导电流。根据一个说明性实施例，连续的平面铝层在其中将形成纳米扁平电阻器的区域下面延伸。然后施加掩膜并将其图案化(步骤910)以使铝层的一个或多个部分暴露。然后如上所述地将铝层的暴露部分阳极化(步骤915)。根据一个说明性实施例，将铝阳极化以产生贯穿铝层的厚度的纳米多孔结构。这是为了防止电流通过铝泄漏，与流过电阻器材料相反。相对于非阳极化铝而言，阳极化过程可以略微增加阳极化铝的厚度。此厚度变化通常是小的和渐进的。然后可以如上所述地对纳米多孔结构进行湿法蚀刻以扩大纳米多孔结构的孔直径(步骤920)。在湿法蚀刻过程期间可以控制各种参数以获得纳米多孔结构。例如，可以控制蚀刻剂溶液的组成、时间、温度及其它因素。在某些情况下，可以省略湿法蚀刻过程且可以在没有孔扩大的情况下使用阳极化纳米多孔结构。去除掩膜(步骤925)以使被阳极化纳米多孔部分分离的两个铝电极暴露。然后可以在铝上沉积一层电阻性材料以形成纳米扁平电阻器(步骤930)。根据一个说明性实施例， 将电阻性材料溅射到底层上。如上所述，相对于非阳极化铝而言，阳极化过程可以略微增加阳极化氧化铝的厚度。在电阻器层的沉积期间能够自然地补偿此高度增加。在沉积期间， 电阻器材料短距离地延伸到纳米孔中。这自然地减小电阻器层的厚度以补偿阳极化氧化铝的增加的高度并产生平滑的单块表面电阻器表面。根据一个说明性实施例，可以将孔尺寸选择为产生用于阳极化氧化铝的增加高度的此自然补偿。在可选步骤中，可以将表面平面化，或者可以在沉积电阻层之前在纳米多孔部分上形成封盖层(capping layer)。该封盖层充当在电阻材料层就位之前封闭纳米孔的密封剂。根据一个说明性实施例，可以将封盖层用于较大的孔尺寸。这能够帮助保护纳米孔免于被任何不期望材料进入内部并降低孔的有效性。如上所述，可以跳过密封剂步骤且电阻材料能够充当密封剂。以示例而不是限制的方式，电阻材料可以是氮化钨硅。然后可以在纳米扁平电阻器上沉积附加绝缘和/或保护层(步骤935)。例如，这些绝缘/保护层可以包括氮化硅、碳化硅、钽、其它材料或其组合。制造体现本说明书中所述的原理的加热电阻器的附加优点是许多步骤类似于传统干法蚀刻加热电阻器的制造。根据一个说明性实施例，能够用干法蚀刻过程来代替阳极化过程，其余步骤仍然相同。因此使实现纳米扁平电阻器的制造的成本最小化。总之，为了增加热喷墨设备加热电阻器的性能，考虑两个主要因素。首先是电阻器将电能转化成热能的效率，其次是电阻器的可靠性。能够通过降低在电阻器下面的材料的热容来实现转化能量的效率。可以通过使材料更加多孔来降低热容。可以通过阳极化使在电阻器下面的铝多孔。这减少液滴发生器的开启能量并增加液滴发生器能够进行操作的频率。通过电阻器层的扁平单块形貌，延长了纳米扁平电阻器的寿命。
前述说明仅仅是为了举例说明和描述所述原理的实施例和示例而提出的。本说明并不意图是排他性的或使这些原理局限于公开的任何精确形式。按照以上讲授内容，可以进行许多修改和变更。
权利要求
1.一种纳米扁平电阻器(390)，包括第一铝电极(360)；第二铝电极(370);纳米多孔氧化铝(365)，其将第一和第二铝电极(360、370)分离；以及基本上平面的电阻器层(350)，其覆盖第一和第二铝电极(360、370)及纳米多孔氧化铝(365)；其中，电流(355)从第一铝电极(360)、通过覆盖纳米多孔氧化铝(365)的平面电阻器层(350)的一部分进入第二铝电极(370)。
2.根据权利要求1所述的电阻器(390)，其中，第一铝电极(360)、第二铝电极(370)和纳米多孔氧化铝(365)由连续的铝层(410)形成。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，其中，纳米多孔氧化铝(365)完全贯穿铝层(410)的厚度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，还包括粘附层(310)，粘附层(310)被插入基底(305)与第一和第二铝电极(360、370)之间。
5.根据权利要求4所述的电阻器，其中，粘附层(310)是钛层(380)，钛层(380)的一部分在被转化成二氧化钛(385)的纳米多孔氧化铝(365)下面。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，其中，纳米多孔氧化铝(365)内的孔 (604)基本上垂直于电阻器层(440)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，其中，通过湿法蚀刻来扩大纳米多孔氧化铝(365)内的孔(604)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，还包括封盖层，该封盖层密封纳米多孔氧化铝(365)的上表面。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，其中，平面电阻器层(350)具有上表面和下表面，该上表面和下表面是基本上平行和基本上平面的。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电阻器，还包括抗气穴复盖层(270)和电绝缘复盖层(345)中的一个或多个。
11.一种用于构造纳米扁平电阻器(390)的方法，包括在基底层(405)上沉积铝层(410)；将铝层(410)的一部分阳极化以形成纳米多孔氧化铝(435)；铝层(410)包括被纳米多孔氧化铝(435)分离的第一铝电极(425)和第二铝电极( 430)；以及在第一和第二铝电极(425、430)及纳米多孔氧化铝(435)上沉积电阻器层(440)，使得电流(355)从第一铝电极(425)、通过覆盖纳米多孔氧化铝(435)的电阻器层(440)的一部分进入第二铝电极(430)。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在沉积铝层(410)之前在基底层(405)上沉积粘合层(415)的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括施加掩膜层(420)的步骤，掩膜层(420) 包括使将被阳极化的那部分铝层(410)暴露的孔径。
14.根据权利要求11、12或13所述的方法，其中将铝层(410)的一部分阳极化以形成垂直于基底(405)的平面的纳米孔(604)； 纳米多孔氧化铝(435)贯穿铝层(410)的厚度。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括对纳米多孔氧化铝(365)进行湿法蚀刻以扩大纳米孔(604)的步骤。
全文摘要
纳米扁平电阻器包括第一铝电极(360)、第二铝电极(370)；以及将第一和第二铝电极(360、370)分离的纳米多孔氧化铝(365)。实质上平面的电阻器层(330)覆盖第一和第二铝电极(360、370)及纳米多孔氧化铝(365)。电流(355)从第一铝电极(360)、通过覆盖纳米多孔氧化铝(365)的平面电阻器层(350)的一部分并进入第二铝电极(370)。还提供了一种用于构造纳米扁平电阻器(390)的方法。
文档编号H01G9/042GK102428531SQ200980159378
公开日2012年4月25日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者法塔什 A., 马迪洛维奇 P. 申请人:惠普开发有限公司