CN101373810B

CN101373810B - 压电元件及使用了该压电元件的液体喷出装置

Info

Publication number: CN101373810B
Application number: CN2008101308777A
Authority: CN
Inventors: 藤井隆满; 直野崇幸
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: EP2028702A2; US20090072673A1; US7977853B2; EP2028702B1; JP2009071295A; JP4299360B2; CN101373810A; EP2028702A3

Abstract

本发明提供一种压电元件，其通过使用等离子体的气相成长法在基板上经由电极将压电膜进行成膜。压电膜为一种或多种钙钛矿型氧化物(也可以含有不可避免的杂质)，由向相对于基板面为非平行方向延伸的多个柱状结晶体构成的柱状构造膜构成。在柱状构造膜的表面被观测的多个柱状结晶体的端面的最小的外接圆的直径具有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上的直径，柱状构造膜的算术平均表面粗糙度Ra为10nm以下。

Description

压电元件及使用了该压电元件的液体喷出装置

技术领域

本发明涉及压电元件及使用了该压电元件的液体喷出装置，通过使用等离子体的气相成长法，在基板上经由电极成膜压电膜。

背景技术

具备随着电场施加强度的增减而伸缩的具有压电性的压电膜、和对压电膜施加电场的电极的压电元件作为搭载在喷墨式记录头的促动器等而使用。目前，要求各种电子部件小型化、高性能化，即使在喷墨式记录头中，为了更高画质化，也要将压电元件小型化且可高密度地安装。

在压电元件的小型化方面，由于加工精度的关系，用于压电元件的压电膜优选为膜厚尽可能地薄且压电性良好的压电膜。但是，在利用现有的烧结法获得的压电膜中，随着膜厚变薄，膜厚接近构成压电膜的晶粒的大小，因此，不能无视由晶粒的大小及形状对压电性能的影响，易引起性能的波动及劣化，难以获得足够的性能。为了回避这种晶粒的影响，作为代替烧结法的薄膜形成技术，正在研究通过溅射法及PVD(物理蒸镀法)等气相成长法将压电膜薄型化。

但是，即使在气相成长法的压电膜的薄膜化方面，由于晶粒场及结晶取向性的问题，与大块烧结体相比，压电性能的波动大，难以获得具有足够的压电性能的压电膜，因此，尝试结晶结构的合适化等。

在专利文献1中公开有如下构成的压电元件：构成含铅压电膜的晶粒的过半数晶粒具有柱状结构、且膜厚方向的构成元素的组成连续或阶段性地变化。

在专利文献2中公开有如下的压电元件：将压电膜作成双层结构的压电体层叠膜，将压电体层叠膜的下层作成密合性与下部电极良好的取向控制层。

专利文献1：(日本)特许第3705089号公报

专利文献2：(日本)特开2005-203725号公报

在专利文献1的压电元件中记载有具有良好的压电特性且可小型化，但是，为了使压电膜的组成沿膜厚方向变化而进行精密的施加电压的控制等成膜工艺复杂。

另外，记载有专利文献2的压电元件通过设置密合性高的取向控制层而具有大的压电特性和高的耐久性，但是，为将压电膜作成双层结构而需要根据各压电膜变更靶组成及成膜条件，从而工艺复杂。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而开发的，其目的在于提供一种通过使用等离子体的气相成长法而在基板上经由电极将压电膜成膜的压电元件，该压电元件其具有良好的压电特性且可通过简易的工艺进行制造。

本发明提供一种压电元件，通过使用等离子体的气相成长法在基板上经由电极将压电膜进行成膜，其特征在于，压电膜为由下述通式表示的一种或多种钙钛矿型氧化物(也可以含有不可避免的杂质)，由向相对于基板面为非平行方向延伸的多个柱状结晶体构成的柱状构造膜构成，在柱状构造膜的表面被观测的多个柱状结晶体的端面的最小的外接圆的直径具有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且该外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上，柱状构造膜的算术平均表面粗糙度Ra为10nm以下，

Pb(Ti_x、Zr_y、M_z)O₃

(上述式中，M为选择由Sn、Nb、Ta、Mo、W、Ir、Os、Pd、Pt、Re、Mn、Co、Ni、V、及Fe构成的组中的至少一种金属元素，0＜x＜1，0＜y＜1，0≤z＜1，x+y+z＝1。)

上述式中，Pb为A侧元素，Ti、Zr、M为B侧元素。在本说明书中，A侧元素即Pb和氧原子的摩尔比、及B侧元素和氧元素的摩尔比基本上为1∶3，但在获取钙钛矿结构的范围内，也可以偏离1∶3。对于由多种元素构成的B侧而言，以氧原子摩尔数为3时的各B侧元素的摩尔数的和即x+y+z以1为标准，但在获取钙钛矿结构的范围内，也可以偏离1。

优选所述气相成长法在成膜温度不足550℃的条件下进行成膜，另外，优选在成膜时的等离子体中的等离子体电位Vs(V)和漂移电位Vf(V)之差即Vs-Vf(V)为以10eV～30eV的条件成膜的方法。

在本说明书中，“成膜温度”是指进行成膜的基板的中心温度。

另外，优选的是，所述气相成长法为溅射法、离子束溅射法、离子喷镀法、及等离子体CVD法中的任一方法。

在本发明的压电元件中，所述柱状构造膜的膜厚优选1μm以上。

本发明提供一种液体喷出装置，其特征在于，具备：所述的压电元件；一体地或分体地设置于该压电元件的所述基板上的液体喷出部件，该液体喷出部件具有贮存液体的液体贮存室、和将所述液体自该贮存室向外部喷出的液体喷出口。

在本发明的压电元件中，压电膜通过使用等离子体的气相成长法进行成膜，通过由所述通式表示的钛酸锆酸铅的一种或多种钙钛矿型氧化物(也可以含有不可避免的杂质)构成的柱状构造膜构成，在柱状构造膜的表面被观测的多个柱状结晶体的端面的最小的外接圆的直径具有横跨从100nm以下500nm以上分布的大小，且其外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上的直径，柱状构造膜的表面粗糙度Ra为10nm以下。

根据这样的构成，由于表面粗糙度Ra小，因此难以产生电场集中，能够控制电场导致的压电体的劣化。另外，Ra越小，在设备化时的后面工序中的图案化的精度越好，所以面内的驱动均匀性越好。

另外，本发明的压电元件的压电膜的晶粒的粒径具有宽广的分布，作为压电膜整体为不定形。认为粒径大的结晶其压电性易受面内应力限制，但是，在本发明中，由于与粒径小的结晶混合，应力易缓和，因此，压电性能不受限制。

另外，由于不需要使粒径大致均匀，因此，不需要使压电膜的组成在膜厚方向变化，或设置取向控制层等复杂的工艺。

因此，根据本发明，能够提供一种可通过简易的工艺制造的压电元件，该压电元件通过使用等离子体的气相成长法，元件可靠性高且具有良好的压电特性。

附图说明

图1是表示本发明实施方式之压电元件及具备该压电元件的喷墨式记录头(液体喷出装置)的结构的主要部分剖面图；

图2(a)是表示本发明实施方式之压电膜的结构的局部放大立体图，(b)是表示柱状结晶体的压电膜表面的端面的外接圆的直径的图；

图3是以成膜温度Ts为横轴，以Vs-Vf为纵轴将观测到的压电膜表面形状的结果作成点的图；

图4是表示具备图1的喷墨式记录头的喷墨式记录装置的构成例的图；

图5是图4的喷墨式记录装置的局部上面图；

图6是由实施例1获得的主要的压电膜的XRD图案；

图7是图6的压电膜的表面SEM像；

图8是图6的压电膜表面的EBSD的晶粒的影像图案；

图9是表示由图7的表面SEM像解析得到的压电膜表面的粒径分布的图；

图10是图6的压电膜的膜厚方向的截面SEM像；

图11是图6的压电膜截面的EBSD的晶粒的影像图案；

图12是图6的压电膜的极化-电场磁滞曲线；

图13是由比较例1获得的主要的压电膜的XRD图案；

图14是图13的压电膜的表面SEM像；

图15是图13的压电膜的极化-电场磁滞曲线。

符号说明

1 压电元件

2 压电促动器

3 3K、3C、3M、3Y液体喷出装置(喷墨式记录头)

12、14电极

13 压电体膜(柱状构造膜)

13s 压电体膜表面

17 柱状结晶体

17s 柱状结晶体端面

20 喷墨嘴(液体贮存喷出部件)

21 墨水室(液体贮存室)

22 墨水喷出口(液体喷出口)

100 喷墨式记录装置

r 柱状结晶体的膜表面的端面的最小的外接圆的直径

具体实施方式

(压电元件)

参照图1对本发明实施方式之压电元件及喷墨式记录头(液体喷出装置)的结构进行说明。图1为喷墨式记录头的主要部分剖面图。为了易识别，构成要素的比例尺和实际的比例尺适当不同。

本实施方式的喷墨式记录头(液体喷出装置)3的概略构成为：在压电促动器2的背面安装有贮存墨水的墨水室(液体贮存室)21及具有将墨水自墨水室21向外部喷出的墨水喷出口(液体喷出口)22的喷墨嘴(液体贮存喷出部件)20。

在喷墨式记录头3中，使施加于压电元件1的电场强度增减，使压电元件1伸缩，由此，进行墨水自墨水室21的喷出及喷出量的控制。

压电促动器2为在压电元件1的基板11的背面安装有依靠压电膜13的伸缩而进行振动的振动板16的促动器。压电促动器2还具备有驱动压电元件1的驱动电路等控制装置15。

代替安装与基板11独立的部件的振动板16及喷墨嘴20，也可以将基板11的局部加工成振动板16及喷墨嘴20。例如，可以将基板11从背面侧进行蚀刻而形成墨水室21，并利用基板自身的加工形成振动板16和喷墨嘴20。

压电元件1为在基板11的表面依次层叠有下部电极层12和压电膜13和上部电极层14的元件，压电膜13利用下部电极层12和上部电极层14在膜厚方向施加电场。

在本实施方式的压电元件1中，作为基板不作特别限制，例举有硅、玻璃、不锈钢(SUS)、钇稳定化氧化锆(YSZ)、SrTiO₂、氧化铝、蓝宝石、及硅碳化物等基板。作为基板11也可以使用在硅基板上依次层叠有SiO₂膜和Si活性层的SOI基板等层叠基板。另外，也可以在基板11和下部电极层12之间设置用于使晶格共格性良好的缓冲层、及用于使电极和基板的密合性良好的密合层等。

作为下部电极12及上部电极14的主要成分，不作特别限制，例举有Au、Pt、Ir、IrO₂、RuO₂、LaNiO₂、及SrRuO₂等金属或金属氧化物及它们的组合，另外，Cr、W、Ti、Al、Fe、Mo、In、Sn、Ni、Cu、Co、Ta等非稀有金属及以选自由它们的合金构成的组中的至少一种金属为主要成分的物质及它们的组合等。

下部电极12和上部电极14的厚度没有特别限制，优选为50～500nm。

压电膜13由以下述通式表示的钙钛矿型氧化物构成(也可以含有不可避免的杂质。)。

Pb(Ti_x、Zr_y、M_z)O₃

(上述式中，M为选自由Sn、Nb、Ta、Mo、W、Ir、Os、Pd、Pt、Re、Mn、Co、Ni、V、及Fe构成的组中的至少一种金属元素，0＜x＜1，0＜y＜1，0≤z＜1，x+y+z＝1。)

作为用上述通式表示的钙钛矿型氧化物，例举有钛酸铅、钛酸锆酸铅(PZT)、锆酸铅、钛酸锆酸铌酸铅等。

在本实施方式中，压电膜13为通过使用等离子体的气相成长法在基板11上经由下部电极12成膜的膜，且为由沿相对于基板面为非平行方向延伸的多个柱状结晶体17构成的柱状构造膜。

图2(a)为表示压电膜13的结构的局部放大立体图(示意图)。柱状构造膜(压电膜)13的构成为：表面13s的表面粗糙度Ra为10nm以下，形成柱状构造膜13的多个柱状结晶体17在表面13s被观测的端面17s的最小外接圆的直径r(图2(b))具有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且其外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上的不定形(参照实施例1的图7、图8)。

表面粗糙度Ra为算术表面粗糙度，优选较小，如果Ra为大于10nm的值，则驱动时的电场集中，而导致产生耐久性的劣化，或图案化时的精度变差，面内的驱动均匀性变差等问题。Ra优选8nm以下，更优选6nm以下。

通常，当观测膜表面时，由钙钛矿型氧化物构成的膜为在(100)取向及(001)取向时为正方形、在(111)取向时为四棱锥状、在(110)取向时为屋顶的形状(参照比较例1的图14)。但是，在本实施方式的压电膜(柱状构造膜)13的膜表面，如上所述，多个柱状结晶体17的端面形状为不定形，在这种通常的钙钛矿氧化物膜观测的粒形柱状结晶体17为全部的10％以下。

压电膜13的成膜方法若为等离子体的气相成长法，则不作特别限制，例举有溅射法、离子束溅射法、离子喷镀法、及等离子体CVD法等。

在利用上述那种气相成长法将压电膜13成膜的情况下，例如成膜温度优选400℃以上且不足550℃。在不足400℃时，难以使钙钛矿结晶稳定地成长。另一方面，为了获得由上述那种多个柱状结晶体17的粒径为不定形的柱状构造膜构成的压电膜13，优选成膜温度为不足550℃。即使为550℃以上，也能够将钙钛矿结构的压电膜13成膜，但是，当成膜温度高时，由于在其温度有获取稳定的结构的趋势，因此，不会成为不定形而粒径易一致。

在以550℃以上成膜的情况下，如上所述，虽然粒径易一致，但由于成膜温度高，因而表面粗糙度Ra易变大，当温度过高时，因Pb脱落的问题及起因于基板11和压电膜13的热膨胀系数差的应力，在膜中易产生裂纹等。因此，如专利文献1、2所示，在不设置使压电膜的组成在膜厚方向变化等工艺时，难以制成具有良好的压电性能的膜。

压电膜13的膜厚不作特别限制，但在薄型化这样的意思中，优选薄的一方，当过薄时，由于来自基板和膜的界面的应力的影响而不能体现充分的压电性能，因此，优选为1μm以上。

本发明者发现在通过使用溅射法等等离子体的气相成长法将压电膜13成膜的情况下，优选以成膜时的等离子体中的等离子体电位Vs(V)和漂移电位Vf(V)之差即Vs-Vf(V)＝10～30eV的条件进行成膜。

在本说明书中，“等离子体电位Vs和漂移电位Vf”为用朗缪尔探针且通过单探针法进行测定的电位。漂移电位Vf的测定为以在探针上附着成膜中的膜且不包含误差的方式将探针的前端配置在基板附近(距基板约10mm)并以尽可能短的时间进行的测定。

等离子体电位Vs和漂移电位Vf的电位差Vs-Vf(V)可以直接变换为电子温度(eV)。相当于电子温度1eV＝11600K(K为绝对温度)。

图3是表示本发明者通过溅射法改变成膜温度及Vs-Vf，且用PZT(Pb_1.3Zr_0.52Ti_0.48O₃)或Nb-PZT(Pb_1.3Zr_0.43Ti_0.44Nb_0.13O₃)的靶进行压电膜的成膜，并由压电膜表面的SEM图像观察表面形状的结果的图。在图3中，温度Ts＝525℃的图标为Nb-PZT膜，之外的图标为PZT膜。

图3中，表面13s的表面粗糙度Ra为10nm以下，对在表面13s被观测的柱状结晶体17的端面17s的外接圆的直径具有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上的不定形的膜只记作●图示。

图3表示在PZT膜或Nb-PZT膜中，在Vs-Vf为10V以上且30V以下、及成膜温度Ts为400℃以上且不足550℃的条件下进行成膜的膜在压电膜13的表面13s被观测的多个柱状结晶体17的端面17s为上述那种不定形的情况。

通常认为，在用烧结等冶金学的方法形成PZT大块陶瓷的情况下，其形成温度为800℃以上的高温，但是，通过使用溅射法等非热平衡的等离子体，形成温度显著下降是众所周知的。在这样低的形成温度中，其结晶及内部的结构不是目前的热平衡状态，而存在获取非热平衡的状态的可能性。以上述那种550℃以下的温度形成的膜具有与冶金学的大块陶瓷不同的性质。

在本实施方式的压电元件1中，压电膜13为如下的膜：利用使用等离子体的气相成长法进行成膜，由用上述通式表示的钛酸锆酸铅系的一种或多种钙钛矿型氧化物(也可以含有不可避免的杂质)构成的柱状构造膜13构成，在柱状构造膜13的表面13s被观测的多个柱状结晶体17的端面17s的最小外接圆的直径具有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且外接圆的直径为含有100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上，且柱状构造膜13的的表面粗糙度Ra为10nm以下。

根据这样的构成，由于表面粗糙度Ra小，因此，难以产生电场集中，能够控制电场集中造成的压电膜的劣化。此外，Ra越小，在设备化时的后面工序中的图案化的精度越好，所以面内的驱动均匀性越好。

另外，压电元件1的压电膜13的晶粒的粒径具有宽广的分布，作为压电膜整体成为不定形。粒径大的结晶认为其压电性易受面内应力等限制，但是，在本发明中，由于和粒径小的结晶混合，应力易被缓和，因此，压电性能不受限制。

另外，由于不需要使粒径大致均匀，因此，不需要使压电膜13的组成在膜厚方向变化，或者设置取向控制层等复杂的工艺。

因而，根据本发明，通过使用等离子体的气相成长法，能够提供一种压电元件1，其元件可靠性高，具有良好的压电特性，可以通过简易的工艺制造。

(喷墨式记录装置)

参照图4及图5对具备上述实施方式的喷墨式记录头3的喷墨式记录装置的构成例进行说明。图4为装置整体图，图5为局部上面图。

图示的喷墨式记录装置100的概略构成包括：印字部102，其具有对各色墨水设置的多个喷墨式记录头(以下，简称“头”)3K、3C、3M、3Y；墨水贮存/装填部114，其贮存供给于各头3K、3C、3M、3Y的墨水；给纸部118，其供给记录纸116；除皱处理部120，其除去记录纸116的褶皱；吸附带输送部122，其与印字部102的喷嘴面(墨水喷出面)对向配置，保持记录纸116的平面性，同时输送记录纸116；印字检测部124，其读取印字部102的印字结果；排纸部126，其将印画完成的记录纸(打印物)向外部排纸。

成为印字部102的头3K、3C、3M、3Y分别为上述实施方式的喷墨式记录头3。

在除皱处理部120，利用加热辊130对记录纸116沿卷曲方向的相反方向进行加热而实施除皱处理。

在使用辊纸的装置中，如图4所示，在除皱处理部120的后段设置有切割用的切割器128，辊纸由该切割器切割为要求的尺寸。切割器128由具有记录纸116的输送路宽以上的长度的固定刃128A、沿该固定刃128A移动的圆刃128B构成，固定刃128A设置在印字背面侧，圆刃128B夹着输送路配置在印字面侧。在使用切割纸的装置中，不需要切割器128。

进行除皱处理且被切割了的记录纸116被送到吸附带输送部122。吸附带输送部122的构成为：具有在辊131、132间卷绕环形的带133的结构，至少与印字部102的喷嘴面及印字检测部124的传感器面对向的部分为水平面(平面)。

带133具有比记录纸116的宽度还宽的宽度尺寸，在带面上形成有多个吸引孔(图示略)。在辊131、132间卷绕的带133的内侧，在与印字部102的喷嘴面及印字检测部124的传感器面对向的位置设置有吸附室134，通过利用风扇135吸引使该吸附室134成为负压而吸附保持带133上的记录纸116。

通过将电动机(图示略)的动力传递到卷有带133的辊131、132的至少一方，带133被向图4上的顺时针方向驱动，保持在带133上的记录纸116自图4的左侧被输送到右侧。

当进行无边打印时，在带133上也吸附有墨水，因此，在带133的外侧的规定位置(印字区域以外的适当的位置)设置有带清扫部136。

在由吸附带输送部122形成的用纸输送路上，在印字部102的上游侧设置有加热风扇140。加热风扇140将加热空气向印字前的记录纸116吹送而将记录纸116进行加热。通过在即将印字前将记录纸116进行加热，墨水在命中后易干燥。

印字部102为将具有与最大纸宽度对应的长度的行型头在与纸输送方向正交方向(主扫描方向)配置的所谓全行型的头(参照图5)。各印字头3K、3C、3M、3Y由横跨超出以喷墨式记录装置100为对象的最大尺寸的记录纸116的至少一边的长度排列有多个墨水喷出口(喷嘴)的行型头构成。

沿记录纸116的输送方向，从上游侧起依次配置有与黑(K)、氰(C)、红(M)、黄(Y)各色墨水对应的头3K、3C、3M、3Y。通过输送记录纸116且自各头3K、3C、3M、3Y喷出各色墨水，在记录纸116上记录彩色图像。

印字检测部124由将印字部102的打滴结果进行摄像的行传感器等构成，从由行传感器读取的打滴图像检测喷嘴的孔堵塞等喷出不良。

在印字检测部124的后段设置有由使印字后的图像面干燥的加热风扇等构成的后干燥部142。由于优选避免直到印字后的墨水干燥与印字面接触，因此，优选吹送热风的方式。

在后干燥部142的后段，为了控制图像表面的光泽度而设置有加热、加压部144。在加热、加压部144，边加热图像面边利用具有规定的表面凹凸形状的加压辊145对图像面进行加压，将凹凸形状转印于图像面。

这样获得的打印物自排纸部126排出。优选本来要打印的本图像(打印目的的图像)和测试印字分开排出。在该喷墨式记录装置100中，为了将本图像的打印物和测试印字的打印物选择地输送到各排出部126A、126B，而设置有切换排纸路线的选别装置(图示略)。

在将本图像和测试印字同时并列地打印在大的用纸上的情况下，只要作成设置切割器148而将测试印字的部分切开的构成即可。

喷墨式记录装置100的构成如上。

(实施例)

对本发明的实施例及比较例进行说明。

(实施例1)

在6英寸的SOI基板上，利用溅射法，将10nm厚的Ti密合层和150nm厚的Ir下部电极以基板温度350℃的条件进行成膜。接着，在真空度0.5Pa、Ar/O2混合氛围气(O₂体积率1.0％)、成膜温度480℃的条件下，用Pb_1.3(Zr_0.52Ti_0.48)_0.9Nb_0.10O₃靶，利用溅射法进行由4μm厚的Nb涂料PZT构成的压电膜(Nb-PZT膜)的成膜。此时，使基板成为悬浮状态，在从不在靶和基板之间的基板的离开的部位配置地线并进行成膜。测定成膜时的等离子体电位Vs和漂移电位(基板附近(＝距基板约10mm)的电位)Vf时，Vs-Vf(V)≈30。投入功率为500W、基板靶间的距离设为60mm。

将获得的膜的X线衍射(XRD)测定结果示于图6，将表面SEM像示于图7。另外，为了看清晶粒，将用EBSD(后方散射电子衍射图案法)测定的晶粒的影像图案示于图8。由图6可知，获得的膜为钙钛矿单相的(100)优先取向膜(取向率90％以上)。另外，由图7及图8可知，获得的膜的表面大致平滑，测定视野内的晶粒的表面的大小，观测到晶粒的最小的外周圆的直径在50nm～1200nm的较大范围的大小的晶粒。将以外周圆的直径为粒径获得的粒径分布示于图9。

另外，将获得的膜的膜厚方向的截面SEM照片示于图10。另外，将用EBSD测定的膜截面的晶粒的影像图案示于图11。由图10及图11可知，确认获得的膜的晶粒由柱状结晶体构成。基于JIS B0601-1994，由表面阶梯差计测定得到的膜的Ra。得到的膜的Ra为5.3nm，是良好的膜的Ra。

接着，在上述Nb-PZT压电膜上利用溅射法以100nm厚度形成Pt上部电极，并通过提离进行构图，进而将SOI基板的背面侧进行干式蚀刻，形成500μm见方的墨水室，通过基板自身的加工形成6μm厚的振动板和具有墨水室及墨水喷出口的喷墨嘴，获得本发明的喷墨式记录头。

对其施加电压，测定双向分极-电场特性(F-E磁滞特性)。在频率5Hz的条件下，将最大施加电压设定为V＝170kV/cm并实施测定。将P-E磁滞曲线示于图12。由图12确认了显示良好的强介电性。

接着，利用激光多普勒振动仪测定压电膜的位移，利用ANSYS计算压电常数(由共振点求出的杨氏模量为50MPa)，获得的压电常数d₃₁高达260pm/V且良好。

进而，在40℃80％RH(相对湿度)下对该膜进行长时间驱动试验。在1000亿点的驱动中，完全看不到位移的变化，具有良好的耐久性。

(比较例1)

除将成膜温度设为550℃以外与实施例1相同，将Nb-PZT膜成膜，测定同样获得的膜的XRD及表面SEM像并进行评价。将获得的膜的X线衍射(XRD)测定结果示于图13，将表面SEM像示于图14。由图13可知，获得的膜为钙钛矿单相的(100)优先取向膜(取向率为90％以上)。另外，在图14的SEM像中，在视野内观测到的在通常的钙钛矿氧化物膜表面所观测的正方形及四棱锥状、屋檐形状的粒形的柱状结晶体为3～5％程度。

另外，测定视野内的晶粒的表面的大小，晶粒的最小的外周圆的直径为20nm～300nm范围的大小，粒径分布为较狭的范围。此外，与实施例1同样地测定Ra，其为11nm，是较大的Ra。

接着，与实施例1同样，装设Pt上部电极，形成6μm厚的振动板和具有500μm见方的墨水室及墨水喷出口的喷墨嘴，获得本发明的喷墨式记录头。

与实施例1同样，对其测定双向分极-电场特性(P-E磁滞特性)。将P-E磁滞曲线示于图15。由图15确认了显示良好的强介电性。

接着，利用激光多普勒振动仪测定压电膜的位移，利用ANSYS计算压电常数(由共振点求出的杨氏模量作为50MPa)，获得的压电常数d₃₁为160pm/V，比实施例1的低。

进而，与实施例1同样地在40℃80％RH下对该膜进行驱动试验。从约200亿点看到位移的降低，耐久性低。

工业上的可利用性

本发明的成膜方法可适用于通过使用等离子体的气相成长法进行成膜的情况，且可适用于喷墨式记录头、强电介质存储器(FRAM)、及压力传感器等所使用的压电膜等的成膜。

Claims

1.一种压电元件，通过使用等离子体的气相成长法在基板上经由电极而将压电膜成膜，其特征在于，

所述压电膜由柱状构造膜构成，该柱状构造膜为由下述通式表示的一种或多种钙钛矿型氧化物，并且由向相对于所述基板面在非平行方向延伸的多个柱状结晶体构成，

在该柱状构造膜的表面被观测的所述多个柱状结晶体的端面中，端面的外接圆的直径为100nm以下的柱状结晶体为20％以上、端面的外接圆的直径为500nm以上的柱状结晶体为5％以上，

所述柱状构造膜的算术平均表面粗糙度Ra为10nm以下，

所述通式为：Pb(Ti_X、Zr_Y、M_z)O₃，

在上述式中，M为选自Sn、Nb、Ta、Mo、W、Ir、O_s、Pd、Pt、Re、Mn、Co、Ni、V、及Fe构成的组中的至少一种金属元素，且0＜x＜1，0＜y＜1，0≤z＜1，x+y+z＝1。

2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，

所述气相成长法在成膜温度为400℃以上且不足550℃的条件下进行成膜。

3.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述气相成长法在成膜时的等离子体中的等离子体电位Vs(V)和漂移电位Vf(V)之差即Vs-Vf(V)为10eV以上30eV以下的条件下成膜。

4.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述气相成长法为溅射法、离子喷镀法、及等离子体CVD法中的任一方法。

5.如权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，

所述柱状构造膜的膜厚为1μm以上。

6.一种液体喷出装置，其特征在于，具备：

权利要求1或2所述的压电元件；

一体地或单独地设置于该压电元件的所述基板上的液体喷出部件，

该液体喷出部件具有：贮存液体的液体贮存室、和从该液体贮存室向外部喷出所述液体的液体喷出口。