CN104943379B - 压电元件以及压电元件应用设备 - Google Patents

压电元件以及压电元件应用设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供能一种够实现位移的提高的压电元件。所述压电元件具备第1电极(60)、压电体层(70)和第2电极(80)，在第1电极(60)与压电体层(70)之间形成有以压电体层70相对于特定的晶面优先取向的方式进行控制的晶种层(65)，晶种层(65)由至少含有Bi、Sr、Fe和Ti的钙钛矿结构的复合氧化物构成，上述晶种层中的上述Bi、上述Sr、上述Fe和上述Ti的元素比满足下述式(1)，Bi：Sr：Fe：Ti＝x·(1－y)：y：1－z：z···(1)(1.0≤x＜1.3，0＜y＜0.4，0.4≤z≤0.6)。

Description

压电元件以及压电元件应用设备
技术领域
本发明涉及压电元件以及压电元件应用设备。
背景技术
一直以来，作为使用压电元件的设备的代表例，例如已知喷墨式记录头，其利用压电元件使划分与喷嘴开口连通的压力产生室的一部分的振动板变形，对压力产生室内的油墨加压，从而使油墨从喷嘴开口喷射。
作为喷墨式记录头中使用的压电元件，有如下构成的压电元件：将由呈现机电转换性能的压电材料例如具有钙钛矿型的晶体结构的复合氧化物构成的压电体层，用2个电极夹持而构成。在此，提出有将由可形成压电体层的B位的元素构成的缓冲层设置于下部电极与压电体层之间而制造压电元件的技术(例如，参照专利文献1)。专利文献1中，作为可形成B位的元素举出了Ti、Zn和Mg，缓冲层由这些金属元素构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－340428号公报
发明内容
然而，近年来，现状是对液体喷射头进一步要求高密度化和高性能化，需要确保更大的位移。应予说明，这样的问题不仅存在于喷墨式记录头中使用的压电元件，在喷射油墨以外的液滴的其他液体喷射头中使用的压电元件、在液体喷射头以外使用的压电元件中也同样存在。
本发明鉴于这样的情况，其目的在于提供可实现位移的提高的压电元件以及使用其的压电元件应用设备。
解决上述的课题的本发明的形态是一种压电元件，其特征在于，具备第1电极、压电体层和第2电极，在上述第1电极与上述压电体层之间形成有以上述压电体层相对于特定的晶面优先取向的方式进行控制的晶种层，上述晶种层由至少含有Bi、Sr、Fe和Ti的钙钛矿结构的复合氧化物构成，上述晶种层中的上述Bi、上述Sr、上述Fe和上述Ti的元素比满足下述式(1)，
[式1]
Bi：Sr：Fe：Ti＝x·(1－y)：y：1－z：z···(1)
(1.0≤x＜1.3，0＜y＜0.4，0.4≤z≤0.6)。
根据上述形态，利用由上述的钙钛矿结构的复合氧化物构成的晶种层能够控制压电体层的取向，能够实现位移的提高。
这里，上述式(1)中，优选满足1.0≤x＜1.22，0.1≤y≤0.3，0.4≤z≤0.6。由此，能够利用晶种层更好地控制压电体层的取向，能够实现位移的提高。
另外，上述压电体层的优先取向轴优选相对于上述压电体层的膜厚方向形成角度。由此，能够利用晶种层更好地控制压电体层的取向，能够实现位移的提高。
另外，优选由上述压电体层的晶体的(100)面X射线倒格子成像图得到的峰中心的衍射角度的绝对值在5°～12°的范围内。由此，能够利用晶种层更好地控制压电体层的取向，能够实现位移的提高。
解决上述的课题的本发明的另一形态是一种压电元件应用设备，其特征在于，具备上述中的任一个所记载的压电元件。根据上述形态，由于具备上述的压电元件，所以能够实现压电元件应用设备的各种特性的提高。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的记录装置的概略构成的图。
图2是表示实施方式1涉及的记录头的分解立体图。
图3是表示实施方式1涉及的记录头的俯视图和截面图。
图4是对实施方式1涉及的压电元件进行说明的图。
图5是表示实施方式1涉及的压电元件和记录头的制造例的图。
图6是表示实施方式1涉及的压电元件和记录头的制造例的图。
图7是实施例1～3涉及的(100)面X射线倒格子成像图像。
图8是比较例1和2涉及的(100)面X射线倒格子成像图像。
图9是表示X射线衍射强度的二维成像图照片。
图10是表示X射线衍射强度的二维成像图照片。
图11是表示由位移测定装置(DBLI)测得的测定结果的图。
图12是表示X射线衍射强度的二维成像图照片。
图13是表示X射线衍射强度的二维成像图照片。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是作为本发明的实施方式1涉及的液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置。
如图所示，在喷墨式记录装置I中，具有多个喷墨式记录头的喷墨式记录头单元II(喷头单元)以构成油墨供给机构的墨盒2A和2B可装卸的方式进行设置。搭载有喷头单元II的支架3以在安装于装置主体4的支架轴5上可轴向移动的方式进行设置，分别喷出例如黑色油墨组合物和彩色油墨组合物。
并且，驱动马达6的驱动力介由未图示的多个齿轮和同步带7传递到支架3，从而搭载有喷头单元II的支架3沿支架轴5移动。另一方面，装置主体4设有作为输送机构的输送辊8，用输送辊8输送纸等属于记录介质的记录片S。应予说明，输送记录片S的输送机构不限于输送辊，也可以是带、鼓等。
根据上述的喷墨式记录装置I，由于搭载有使用了本实施方式涉及的压电元件的喷墨式记录头作为喷墨式记录头，所以油墨的喷射特性优异。
参照图2～图3对这样的喷墨式记录装置I中搭载的喷墨式记录头1的一个例子进行说明。图2是作为本发明的实施方式1涉及的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的分解立体图。图3(a)是流路形成基板的压电元件侧的俯视图，图3(b)是沿图3(a)的A－A′线的截面图。
如图所示，在流路形成基板10形成有压力产生室12。而且，被多个隔壁11划分的压力产生室12沿并列设置喷出相同颜色的油墨的多个喷嘴开口21的方向被并列设置。以下，将流路形成基板10中的压力产生室12的并列设置方向称为宽度方向或者第1方向X，将与第1方向X正交的方向称为第2方向Y。另外，将与第1方向X和第2方向Y正交的方向称为厚度方向或者第3方向Z。
在流路形成基板10的压力产生室12的第2方向Y的一端部侧，通过将压力产生室12的一侧从第1方向X收紧而缩小开口面积的油墨供给路13和在第1方向X具有与压力产生室12大致相同的宽度的连通路14被多个隔壁11划分。在连通路14的外侧(与第2方向Y的压力产生室12相反的一侧)形成有连通部15，该连通部15构成成为各压力产生室12的共用的油墨室的歧管100的一部分。即，在流路形成基板10形成有由压力产生室12、油墨供给路13、连通路14和连通部15构成的液体流路。
在流路形成基板10的一个面侧，即压力产生室12等的液体流路开口的面通过粘接剂、热熔敷膜等接合有喷嘴板20，该喷嘴板20贯穿设置有与各压力产生室12连通的喷嘴开口21。在喷嘴板20沿第1方向X并列设置有喷嘴开口21。
在与流路形成基板10的一个面侧对置的另一个面侧形成有振动板50。振动板50例如可以由设置于流路形成基板10上的弹性膜51和设置于弹性膜51上的绝缘体膜52构成。但是，不限于上述的例子，可以将流路形成基板10的一部分加工变薄而作为弹性膜使用。
在绝缘体膜52上隔着例如由钛构成的密合层(未图示)形成有压电元件300，该压电元件300由厚度约0.2μm的第1电极60、厚度约3.0μm以下、优选厚度约0.5～1.5μm的压电体层70和厚度约0.05μm的第2电极80构成。但是，密合层可以省略。
在本实施方式中，将压电元件300和通过压电元件300的驱动而产生位移的振动板50统称为致动装置。另外，振动板50和第1电极60作为振动板起作用，但不限于此。可以不设置弹性膜51和绝缘体膜52中的任一方或者两方，仅第1电极60作为振动板起作用。另外，可以压电元件300自身实质上兼作振动板。在流路形成基板10上直接设置第1电极60的情况下，优选以第1电极60与油墨不导通的方式用绝缘性的保护膜等保护第1电极60。
这样的压电元件300中，通常任一方的电极作为共用电极，另一方的电极通过各压力产生室12每个上的图案形成而作为独立电极。在本实施方式中，第1电极60为独立电极，第2电极80为共用电极，但根据驱动电路120、连接配线121的情况，也可以与此相反。在本实施方式中，通过在多个压力产生室12连续形成第2电极80而成为共用电极。
第2电极80设置于与压电体层70的第1电极60相反的面侧。上述的第1电极60、该第2电极80的材料只要是具有导电性的材料就没有特别限定，优选使用铂(Pt)、铱(Ir)等贵金属。
在设有压电元件300的流路形成基板10上，即在振动板50、第1电极60和引线电极90上通过粘接剂35接合保护基板30，该保护基板30具有构成歧管100的至少一部分的歧管部32。在本实施方式中，歧管部32在厚度方向贯通保护基板30并形成在整个压力产生室12的宽度方向上，如上述那样与流路形成基板10的连通部15连通而构成成为各压力产生室12的共用的油墨室的歧管100。另外，可以将流路形成基板10的连通部15与各压力产生室12对应地分割成多个，仅将歧管部32作为歧管。另外，例如还可以在流路形成基板10仅设置压力产生室12，在介于流路形成基板10与保护基板30之间的弹性膜51和绝缘体膜52设置连通歧管和各压力产生室12的油墨供给路13。
在保护基板30设有压电元件保持部31，该压电元件保持部31在与压电元件300对置的区域具有不阻碍压电元件300的运动的程度的空间。应予说明，压电元件保持部31具有不阻碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间可以密封也可以不密封。在保护基板30上固定有作为信号处理部发挥性能的驱动电路120。驱动电路120例如可以使用电路基板、半导体集成电路(IC)等，与打印机控制器(图1所示的200)连接。驱动电路120与引线电极90可以介由插入贯通孔33的由焊线等导电性线构成的连接配线121电连接。
另外，在保护基板30上接合有由密封膜41和固定板42构成的柔性基板40。密封膜41由刚性低的材料构成，歧管部32的一个面被该密封膜41所密封。另外，固定板42可以由金属等硬质材料构成。该固定板42的与歧管100对置的区域为在厚度方向完全被除去的开口部43，所以歧管100的一个面仅被具有挠性的密封膜41所密封。
这里，使用图4(a)～(b)对本实施方式涉及的压电元件进行说明。图4(a)是沿图3(b)的B－B′线的放大截面图，图4(b)是对压电体层的优先取向轴的倾斜进行说明的图。
本实施方式的压电元件300在第1电极60与压电体层70之间形成有晶种层65，该晶种层65以压电体层70在特定的晶面优先取向的方式进行控制，晶种层65以由至少含有Bi、Sr、Fe和Ti的钙钛矿结构的复合氧化物构成。由此，因晶种层65的优异的介电常数而使施加于压电体层70的电场损失变少，因此能够提高压电特性，能够实现位移的提高。
压电体层70由非铅系的材料构成，这里以含有铋(Bi)和铁(Fe)的方式构成。由此，成为含有Bi和Fe的铁酸铋(BFO)系的钙钛矿结构的复合氧化物构成的压电体层70，能够实现可减少对环境的负荷的压电元件300。
该钙钛矿结构的复合氧化物，在A位氧进行12配位，在B位氧进行6配位而成为8面体(octahedron)。也可以使用以各种元素置换A位的Bi、B位的Fe的一部分而成的氧化物。例如，压电体层70可以为含有选自镧(La)、锰(Mn)和钛(Ti)中的至少一种的构成。由此，例如在使用非铅材料的形态中能够减少漏电电流，提高压电元件300的可靠性。
作为置换A位的Bi的元素，可举出La，作为置换B位的Fe的元素，可举出Mn。这样的复合氧化物被称为铁酸锰酸铋镧(BLFM)，由下述的组成式(2)表示，本实施方式中也是由BLFM构成压电体层70。
[式2]
(Bi1-a，Laa)(Fe1-b，Mnb)O3···(2)
(式中，a和b均取大于0且小于1的值。)
作为压电体层70可以使用以Ti置换BLFM的B位的Fe而成的复合氧化物(BLFMT)。这样的复合氧化物由下述的组成式(3)表示。
[式3]
(Bi1-a，Laa)(Fe1-b-c，Mnb，Tic)O3···(3)
(式中，a、b和c均取大于0且小于1的值。)
另外，作为压电体层70可以使用以Ba置换组成式(3)中的BLFMT的A位的La而成的复合氧化物。这样的复合氧化物由下述的组成式(4)表示。
[式4]
(Bi1-a，Baa)(Fe1-b-c，Mnb，Tic)O3···(4)
(式中，a、b和c均取大于0且小于1的值。)
可以用钐(Sm)、铈(Ce)等置换压电体层70的A位的Bi，也可以用铝(Al)，钴(Co)等置换B位的Fe。在含有这些其他元素的复合氧化物的情况下，优选以具有钙钛矿结构的方式构成。
这样，作为压电体层70，可以例示铁酸铋(BiFeO3)、铁酸铝酸铋(Bi(Fe，Al)O3)、铁酸锰酸铋(Bi(Fe，Mn)O3)、铁酸锰酸铋镧((Bi，La)(Fe，Mn)O3)、铁酸钴酸铋(Bi(Fe，Co)O3)、铁酸铋铈((Bi，Ce)FeO3)、铁酸锰酸铋铈((Bi，Ce)(Fe，Mn)O3)、铁酸铋镧铈((Bi，La，Ce)FeO3)、铁酸锰酸铋镧铈((Bi，La，Ce)(Fe，Mn)O3)、铁酸铋钐((Bi，Sm)FeO3)、铁酸铬酸铋(Bi(Cr，Fe)O3)、钛酸铋钠((Bi，Na)TiO3)、钛酸铋钾((Bi，K)TiO3)、钛酸钡(BaTiO3)、铌酸钾钠((K，Na)NbO3)等。另外，也可以是这些材料的混晶体系。利用这些非铅系的材料也能够实现可减少对环境的负荷的压电元件300。
压电体层70不限于非铅系的材料，可以使用钛酸铅(PbTiO3)、钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)等。由此，得到压电特性优异的压电元件。这样，压电体层70的构成不限于上述的例子，只要可以取得钙钛矿结构，允许由晶格失配、氧缺失等所致的不可避免的组成偏离以及元素的一部分被置换等。例如，如果化学计量比为1，则0.85～1.20的范围内的组成是可允许的。
这样的压电体层70通过基于其下部的晶种层65的取向控制，相对于特定的晶面优先取向。在本实施方式中，以相对于压电体层70的膜厚方向其优先取向轴成为规定的角度ψ的方式构成压电体层70，成为更容易实现位移的提高的形态。应予说明，本说明书中，优先取向不限于压电体层70的全部的晶体在特定方向取向的情况，也包括绝大多数晶体(例如80％以上)取向的情况。
其次，晶种层65以在上述的压电体层70与第1电极60之间形成，由至少含有铋(Bi)、锶(Sr)、铁(Fe)和钛(Ti)的钙钛矿结构的复合氧化物构成的方式构成。该复合氧化物由以下的组成式(5)表示。在本实施方式中，晶种层65具备使压电体层70的晶体在(100)面优先取向的取向控制性能。
[式5]
(Bi，Sr)(Fe，Ti)O3···(5)
晶种层65中的Bi、Sr、Fe和Ti的元素比满足下述式(1)。其中，x表示可以过量添加的Bi量，例如如果x＝1.1，则(1－y)为100％时含有110％的Bi。其中，Bi可以过量添加。
[式6]
Bi：Sr：Fe：Ti＝x·(1－y)：y：1－z：z···(1)
(1.0≤x＜1.3，0＜y＜0.4，0.4≤z≤0.6)
更优选的范围为1.0≤x≤1.22、0.1≤y≤0.3、0.4≤z≤0.6。关于y，特别优选的范围为0.15＜y＜0.25。另外，Fe/Ti((1－z)/z)优选0.67≤Fe/Ti≤1.5，更优选0.67≤Fe/Ti＜1.5，再优选0.67≤Fe/Ti≤1.0。
在不妨碍晶种层65的性能的范围，可以为用其他元素置换Bi、Sr、Fe和Ti中的元素的一部分而成的氧化物。例如，在A位除Bi和Sr之外还可以存在Ba、La等元素，在B位除Fe和Ti之外还可以存在Zr、Nb等元素。另外，只要取得具有上述的性能的钙钛矿结构，允许由晶格失配、氧缺失等所致的不可避免的组成的偏离以及元素的一部分被置换等。例如，如果化学计量比设为1，则0.85～1.20的范围内的组成是可允许的。
晶种层65的膜厚可以根据压电元件300的用途等适当地选择，例如与压电体层70同样地制成薄膜，则对压电元件300的小型化、高密度化有利。晶种层65的膜厚，作为一个例子可以为20～80nm，优选为20～50nm。另外，晶种层65可以不是层状而是岛状。
接下来，参照图5～图6，与搭载上述压电元件的本实施方式的记录头的一个例子一起对本实施方式的压电元件的制造方法的一个例子进行说明。
首先，在属于硅片的流路形成基板用晶片110的表面形成振动板50。在本实施方式中，对于振动板50，将流路形成基板用晶片110热氧化而形成的二氧化硅(弹性膜51)与通过溅射法成膜后进行热氧化而形成的氧化锆(绝缘体膜52)进行层叠而构成振动板50。在本实施方式中，在振动板50上进一步形成密合层(未图示)，但可以省略密合层。
接着，如图5(a)所示，在振动板50上的密合层的整面形成第1电极60。该第1电极60例如可以通过溅射法、PVD法(物理蒸镀法)、激光烧蚀法等气相成膜、旋涂法等液相成膜等形成。接下来，在第1电极60上层叠形成晶种层65和压电体层70。晶种层65和压电体层70的形成方法不受限定，例如，可以使用涂布干燥含有金属配合物的溶液，再通过高温下煅烧而得到由金属氧化物构成的压电体层的MOD(Metal－Organic Decomposition)法、溶胶-凝胶法等化学溶液法来制造压电体层70。另外，还可以使用激光烧蚀法、溅射法、脉冲·激光·沉积法(PLD法)、CVD法、气溶胶·沉积法等，也可以使用液相法、固相法制造压电体层70。
用化学溶液法形成晶种层65和压电体层70时的具体的形成顺序例如下。即，制成由含有金属配合物的MOD溶液或溶胶构成的、用于形成晶种层65的前体溶液。然后，采用旋涂法等将该前体溶液涂布在第1电极60上形成前体膜(涂布工序)。将该前体膜加热至规定温度并干燥一定时间(干燥工序)，进一步将干燥的前体膜加热至规定温度并保持一定时间进行脱脂(脱脂工序)。将前体膜加热至规定温度并保持使其结晶化，形成晶种层65(煅烧工序)。
上述的涂布工序中涂布的溶液是混合通过煅烧可形成含有Bi、Sr、Fe和Ti的复合氧化物层前体膜的金属配合物，使该混合物溶解或分散在有机溶剂中而成的溶液。作为含有Bi的金属配合物，例如可举出2-乙基己酸铋、乙酸铋等。作为含有Sr的金属配合物，可举出2-乙基己酸锶等。作为含有Fe的金属配合物，例如可举出2-乙基己酸铁、乙酸铁、三(乙酰丙酮)铁等。作为含有Ti的金属配合物，例如可举出2-乙基己酸钛等。
在本实施方式中，使涂布工序为1次，形成由1层构成的晶种层65，但根据所希望的膜厚等重复多次与晶种层65相关的上述的涂布～煅烧工序，可以形成由多层构成的晶种层。
其后，如图5(b)所示，将第1电极60和晶种层65以它们的侧面倾斜的方式同时进行图案形成。应予说明，这里的图案形成例如可以通过反应性离子蚀刻(RIE)、离子铣削等干式蚀刻进行。而且，通过重复多次上述的涂布工序、干燥工序、脱脂工序和煅烧工序，在晶种层65上形成多层的前体膜74。
形成压电体层70后，在压电体层70上通过溅射法等形成由铂等构成的第2电极80，在与各压力产生室12对置的区域将压电体层70和第2电极80同时进行图案形成，如图5(c)所示，形成由第1电极60、压电体层70和第2电极80构成的压电元件300。
然后，如图6(a)所示，在流路形成基板用晶片110的压电元件300侧接合属于硅片的成为多个保护基板30的保护基板用晶片130后，将流路形成基板用晶片110减薄成规定的厚度。然后，如图6(b)所示，在流路形成基板用晶片110上新形成掩模膜53，按规定形状进行图案形成。将流路形成基板用晶片110介由掩模膜53进行使用了KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿式蚀刻)，从而如图6(c)所示形成与压电元件300对应的压力产生室12等。
其后，按照常规方法，将流路形成基板用晶片110和保护基板用晶片130的外周边缘部的不需要部分例如通过切割等进行切断来除去。然后，将与流路形成基板用晶片110的保护基板用晶片130相反的一侧的面的掩模膜53除去后，在保护基板用晶片130接合贯穿设置有喷嘴开口的喷嘴板，同时接合柔性基板，将流路形成基板用晶片110等分割成图2所示的1个芯片尺寸的流路形成基板10等，由此制成记录头。
[实施例]
以下，示出实施例，对本发明进一步进行具体说明。应予说明，本发明不限于以下的实施例。
(实施例1)
＜基板的准备＞
首先，将硅(Si)基板氧化，在表面形成氧化硅(SiO2)膜，在该SiO2膜上溅射锆(Zr)膜并用氧化炉对其实施氧化处理，形成作为绝缘体膜52的氧化锆(ZrO2)。其后，将作为密合层的Zr膜形成在ZrO2上，在该密合层上形成由铂(Pt)膜构成的第1电极60而制成带有电极的基板。
＜压电元件的制作＞
首先，用微量吸管取适量晶种层65用溶液，滴加到安装于旋转涂布机的基板上。用旋转涂布机成膜后，在加热板上进行180℃×3min、350℃×3min的烘烤而形成非晶体膜，使用灯退火炉进行700℃×5min的煅烧而制成晶种层65。
晶种层65用溶液使用如下所述制成的溶液。即，混合2-乙基己酸铋、2-乙基己酸锶、2-乙基己酸铁、2-乙基己酸钛的各正辛烷溶液，以Bi：Sr：Fe：Ti的摩尔比为0.972：0.1：0.5：0.5的比例进行混合，制成晶种层65用溶液。
其后，另外制备含有Ba、La、Fe、Mn的压电体层用溶液，用微量吸管取出适量滴加到安装于旋转涂布机的基板上。用旋转涂布机涂布进行成膜后，在加热板上进行180℃×3min，350℃×3min的烘烤，形成非晶体膜，使用灯退火炉进行750℃×5min的煅烧，制成第1层的前体膜74。为了同样地层叠前体膜74，用微量吸管取适量压电体层用溶液滴加到安装于旋转涂布机额基板上。用旋转涂布机进行成膜后，在加热板上进行180℃×3min，350℃×3min的烘烤来形成非晶体膜，将该操作重复2次后，使用灯退火炉进行750℃×5min的煅烧。反复5次涂布～煅烧工序，形成由总计6层的前体膜74构成的压电体层70。利用溅射法在该压电体层70上形成铱(Ir)膜，将其制成第2电极80。通过以上的过程，制成实施例1涉及的压电元件。
(实施例2～3)
将晶种层65用溶液的组成比设为表1所示的数值，通过与实施例1相同的过程制成实施例2～3涉及的压电元件。
(比较例1和2)
将晶种层65用溶液的组成比设为表1所示的数值，通过与实施例1相同的过程制成比较例1涉及的压电元件。并且，将晶种层用溶液的组成比设为表1所示的数值，即除了使用不配合Sr的晶种层用溶液以外，通过与实施例1相同的过程制成比较例2涉及的压电元件。
表1
＜试验例1＞
(倒格子成像图)
对实施例1～3和比较例1～2进行压电体层的晶体的(100)面X射线倒格子成像图的测定。图7～8中分别示出其测定结果。
如图7中箭头A～C所示，确认在实施例1～3中，2θ＝22°且ψ＝±5°的位置(图7(a))、2θ＝22°且±12°的位置(图7(b))、2θ＝22°且±9°的位置(图7(c))分别观察到强度高的一对峰。由该结果确认了在实施例1～3中，压电体层70的优先取向轴相对于压电体层70的膜厚方向分别形成5°、12°、9°的角度。即，可知实施例1～3中，压电体层70相对于(100)面分别倾斜5°、12°、9°地取向。与此相对，在图8(a)所示的比较例1中，如箭头E所示，在2θ＝22°的位置观察到了带状的峰。并且，在图8(b)所示的比较例2中，如箭头D所示，峰强度最强的峰中心仅存在于0°附近。如此地，比较例1以及2中，看不到实施例1～3那样的峰的分割。从图8(a)的结果，确认到了比较例1中压电体层70未取向(随机取向)。另外，从图8(b)的结果可确认比较例2中压电体层70的优先取向轴沿压电体层70的膜厚方向，即，可确认压电体层70在(100)面取向。
另外，若对图7(a)～图8(b)中所示的上述以外的峰进行说明则如下：首先，在测定原理上，2θ＝22°的位置上被观察到的来源于压电体的峰在2θ＝32°附近的位置(ψ的值与2θ＝22°时的值不同)和2θ＝47°附近的位置(ψ的值与2θ＝22°时的值相同)反复出现。图7(a)～(c)以及图8(b)中的○标记以及图8(a)中的双点划线表示在测定原理上反复出现的来源于压电体的峰。另外，图7(a)～图8(b)中，2θ＝41°且ψ＝0°附近的位置出现的峰是来源于构成第1电极60的铂的峰。在图7(a)～图8(b)中，2θ＝67.5°且ψ＝±35°附近以及2θ＝82°且ψ＝±30°附近出现的峰是来源于基板所含的硅的峰。图7(a)～图8(b)中的×标记分别表示来源于铂或硅的峰。
(二维成像图)
对实施例1～3和比较例1～2进行显示压电体层的X射线衍射的二维成像图的测定。图9～10中分别示出其测定结果。
图9(a)～(c)所示的实施例1～3中，在观察(100)面的衍射线的位置，观测到点状的衍射线跨过中央部地分割。由此也可确认压电体层70的优先取向轴相对于压电体层70的膜厚方向成为规定的角度，即，压电体层70相对于(100)面倾斜地取向。与此相对，图9(d)所示的比较例1中，在观察到(100)面的衍射线的位置观察到了带状的衍射线，未能观察到点状的衍射线。由此也可确认比较例1中，压电体层70为随机取向。另外，在图10所示的比较例2中，在观察(100)面的衍射线的位置，仅在中央部观测到点状的衍射线。由此也可确认比较例2中压电体层70的优先取向轴相对于压电体层70的膜厚方向未进行倾斜，压电体层70在(100)面取向。
＜DBLI测定＞
使用位移测定装置(DBLI)测定实施例1～3和比较例1的位移的大小。图11中分别示出实施例1～3和比较例1的测定结果。
如图所示，可确认实施例1～3中任一个中都得到大于不含Sr的比较例1的位移。特别是Sr的含量为20％附近，具体而言，上述式(1)中的0.15＜y＜0.25的范围中，确认到了特别大的位移。
(实施例4～8)
晶种层65用溶液的组成比中的Bi过量、Fe/Ti比设为表2所示数值，通过与实施例1相同的过程，制成实施例4～8涉及的压电元件。其中，实施例4中，不过量添加Bi地制成晶种层。
表2
＜试验例2＞
(二维成像图)
与上述的试验例1同样地对实施例4～8进行显示压电体层的X射线衍射的二维成像图的测定。图12和图13中，分别示出其测定结果。
图中，实施例4～8中，在观察到(100)面的衍射线的位置，观测到点状的衍射线跨过中央部地分割。由此，确认了Bi过量x为1.0≤x＜1.3的范围，更具体而言1.0≤x≤1.22的范围，不论该Bi过量x如何，压电体层70的优先取向轴都相对于压电体层70的膜厚方向成为规定的角度。另外，确认到了在0.67≤Fe/Ti≤1.5的范围，压电体层70的优先取向轴相对于压电体层70的膜厚方向成为规定的角度。然而，与实施例8相比，实施例4～7更鲜明地观察到了点状的衍射线的分割，因此可知例如优选0.67≤Fe/Ti＜1.5，更优选0.67≤Fe/Ti≤1.0。
(实施例9～10)
将晶种层65用溶液的组成比设为表3所示的数值，通过与实施例1相同的过程制成实施例9～10涉及的压电元件。
(比较例3)
将晶种层65用溶液的组成比设为表3所示的数值，即除了配合Sr以外，通过与实施例1相同的过程制成比较例3涉及的压电元件。
＜试验例3＞
(相对介电常数)
使用Hewlett-Packard公司制“4294A”，施加偏压20V，进行改变检查用信号的频率的测定，由其1000Hz的值求出实施例9～10和比较例3的晶种层相对介电常数。将结果示于表3。应予说明，相对介电常数的值越高，施加于压电体层的电场损失越少，因此能够提高压电特性，能够实现位移的提高。
表3
根据表3的结果，确认了利用实施例9～10的压电体层，得到高于比较例3的压电体层的相对介电常数。另外，确认了与实施例9相比，实施例10中得到高的相对介电常数。
(其他实施方式)
以上，对本发明的压电元件、搭载压电元件的液体喷射头以及液体喷射装置的一个实施方式进行了说明，本发明的基本构成不限于上述实施方式。例如，上述的实施方式1中，例示了硅单晶体基板作为流路形成基板10，但并不局限于此，例如，可以使用SOI基板、玻璃等材料。
上述的实施方式1中，举出喷墨式记录头作为液体喷射头的一个例子进行了说明，但本发明是广泛地以所有液体喷射头为对象，当然对喷射油墨以外的液体的液体喷射头也适用。作为其他液体喷射头，例如可举出打印机等图像记录装置中使用的各种记录头、液晶显示器等的滤色器的制造中使用的色料喷射头、有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极的形成中使用的电极材料喷射头、生物芯片制造中使用的生物体有机物喷射头等。
另外，本发明的压电元件不限于液体喷射头中使用的压电元件，也可以适用于其他的压电元件应用设备。作为其他的压电元件应用设备，例如，可举出超声波发信器等超声波设备、超声波马达、温度-电气转换器、压力-电气转换器、铁电晶体管、压电变压器、红外线等有害光线的截止滤光片、利用量子点形成产生的光子晶体效应的光学滤光片、利用薄膜的光干涉的光学滤光片的滤光片等。另外，本发明也适用于用作传感器的压电元件、用作铁电存储器的压电元件。作为使用压电元件的传感器，例如，可举出红外线传感器、超声波传感器、热传感器、压力传感器、热释电传感器以及陀螺仪传感器(角速度传感器)等。
另外，本发明的压电元件也可以适用于铁电元件。作为可适用的铁电元件，可举出铁电晶体管(FeFET)、铁电运算电路(FeLogic)以及铁电电容器等。另外，因为本实施形态的压电元件300显示良好的热释电性能，所以可以适用于热释电元件。作为可适用的热释电元件，可举出温度检测器、生物体检测器、红外线检测器、太赫兹探测器以及热-电转换器。这些压电元件应用设备也属于本发明涉及的压电元件应用设备。
符号说明
I 喷墨式记录装置(液体喷射装置)，1 喷墨式记录头(液体喷射头)，10 流路形成基板，11 隔壁，12 压力产生室，13 油墨供给路，14 连通路，15 连通部，20 喷嘴板，21 喷嘴开口，30 保护基板，31 压电元件保持部，32 歧管部，33 贯通孔，35 粘接剂，40 柔性基板，41 密封膜，42 固定板，43 开口部，50 振动板，51 弹性膜，52 绝缘体膜，53 掩模膜，60第1电极，65 晶种层，70 压电体层，74 前体膜，80 第2电极，90 引线电极，100 歧管，120驱动电路，121 连接配线，300 压电元件。

Claims (5)

1.一种压电元件，其特征在于，具备第1电极、压电体层和第2电极，
在所述第1电极与所述压电体层之间形成有以所述压电体层相对于特定的晶面优先取向的方式进行控制的晶种层，
所述晶种层由至少含有Bi、Sr、Fe和Ti的钙钛矿结构的复合氧化物构成，所述晶种层中的所述Bi、所述Sr、所述Fe和所述Ti的元素比满足下式(1)，
Bi：Sr：Fe：Ti＝x·(1－y)：y：1－z：z···(1)
1.0≤x＜1.3，0＜y＜0.4，0.4≤z≤0.6。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述式(1)中，满足1.0≤x＜1.22，0.1≤y≤0.3，0.4≤z≤0.6。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，所述压电体层的优先取向轴相对于所述压电体层的膜厚方向形成角度。
4.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，由所述压电体层的晶体的(100)面X射线倒格子成像图得到的峰中心的衍射角度的绝对值在5～12°的范围内。
5.一种压电元件应用设备，其特征在于，具备权利要求1～4中任一项所述的压电元件。
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