CN110957414B - 压电元件及其制造方法、液体喷出头以及打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种难以产生裂纹的压电元件及其制造方法、液体喷出头以及打印机。压电元件包括：第一电极，其被设置于基体的上方；第一压电体层，其与所述基体相接，并被设置成覆盖所述第一电极；第二压电体层，其被设置于所述第一压电体层上；第二电极，其被设置于所述第二压电体层的上方，所述第一压电体层具有包括钾以及铌且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第二压电体层具有包括钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第一压电体层与所述第二压电体层相比，钾的原子浓度(atm％)较高。

Description

压电元件及其制造方法、液体喷出头以及打印机
技术领域
本发明涉及压电元件及其制造方法、液体喷出头以及打印机。
背景技术
近年来，因MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微电子机械系统)的技术的发展而增加了利用薄膜的元件，在液体喷出头等中被使用的压电元件中，也实施了薄膜化。但是，薄膜存在容易产生裂纹这样的课题。
例如在专利文献1中，记载了以下内容，即，在铌酸钾((K1-x，Nax)NbO3：KNN)类的压电体层中，通过含有预定量的硅油，从而能够抑制裂纹的产生。
在专利文献1中，并未考虑到压电体层表面的晶面取向，压电体层存在以下可能性，即，当膜厚变大时，产生无法通过专利文献1的观察倍率(500倍)而确认出的细微的裂纹的可能性。产生了上述裂纹的压电体层可能因伴随着电压的施加所产生的变形而导致龟裂进展。
专利文献1：日本特开2012-169467号公报
发明内容
本发明所涉及的压电元件的一个方式包括：第一电极，其被设置于基体的上方；第一压电体层，其与所述基体相接，并被设置成覆盖所述第一电极；第二压电体层，其被设置于所述第一压电体层上；第二电极，其被设置于所述第二压电体层的上方，所述第一压电体层具有包括钾以及铌且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第二压电体层具有包括钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第一压电体层与所述第二压电体层相比，钾的原子浓度(atm％)较高。
在所述压电元件的一个方式中，也可以为以下方式，即，在通过二次离子质量分析法而获得的所述第一压电体层以及所述第二压电体层的深度方向的剖面分布中，钾的剖面分布和钠的剖面分布交替地具有极大值，在所述深度方向上，所述第一压电体层和所述基体的分界面的位置、与钾的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离，小于所述分界面的位置、与钠的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离。
在所述压电元件的一个方式中，也可以为以下方式，即，在所述第二压电体层的X线衍射图案中，(100)面的峰值强度相对于(100)面的峰值强度与(110)面的峰值强度之和的比为0.60以上。
在所述压电元件的一个方式中，也可以为以下方式，即，所述比为0.75以上。
在所述压电元件的一个方式中，也可以为以下方式，即，所述基体具有氧化锆层，所述第一压电体层与所述氧化锆层相接。
在所述压电元件的一个方式中，也可以为以下方式，即，所述第一压电体层的膜厚与所述第二压电体层的膜厚之和为500nm以上。
本发明所涉及的压电元件的制造方法的一个方式包括：在基体的上方形成第一电极的工序；形成与所述基体相接并覆盖所述第一电极的第一压电体层的工序；在所述第一压电体层上形成第二压电体层的工序；在所述第二压电体层的上方形成第二电极的工序，所述第一压电体层具有包括钾以及铌且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第二压电体层具有包括钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，所述第一压电体层与所述第二压电体层相比，钾的原子浓度(atm％)较高。
本发明所涉及的液体喷出头的一个方式包括：所述压电元件的一个方式；喷嘴板，其设置有喷出液体的喷嘴孔，所述基体具有流道形成基板，在所述流道形成基板上设置有：压力产生室，其容积因所述压电元件而发生变化；供给流道，其与所述压力产生室连通，并向所述压力产生室供给所述液体，所述喷嘴孔与所述供给流道连通。
本发明所涉及的打印机的一个方式包括：所述液体喷出头的一个方式；输送机构，其使被记录介质相对于所述液体喷出头而进行相对移动；控制部，其对所述液体喷出头以及所述输送机构进行控制。
附图说明
图1为示意地表示本实施方式所涉及的压电元件的剖视图。
图2为示意地表示通过二次离子质量分析法而获得的第一压电体层以及第二压电体层的深度方向上的剖面分布的图。
图3为用于对本实施方式所涉及的压电元件的制造方法进行说明的流程图。
图4为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的分解立体图。
图5为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的俯视图。
图6为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头的剖视图。
图7为示意地表示本实施方式所涉及的打印机的立体图。
图8为实施例一的X线衍射的测量结果。
图9为实施例二的X线衍射的测量结果。
图10为实施例三的X线衍射的测量结果。
图11为实施例六的X线衍射的测量结果。
图12为比较例一的X线衍射的测量结果。
图13为比较例二的X线衍射的测量结果。
图14为实施例六的X线衍射的测量结果。
图15为比较例一的X线衍射的测量结果。
图16为表示实施例一～实施例六以及比较例一、比较例二的X线衍射图案的强度的比的表。
图17为实施例六的二次离子质量分析法的测量结果。
图18为比较例一的二次离子质量分析法的测量结果。
具体实施方式
以下，使用附图，详细地对本发明的优选的实施方式进行说明。另外，以下说明的实施方式并非不当地对权利要求书中记载的本发明的内容进行限定。另外，以下说明的结构并非全部是本发明的必须的结构要件。
1.压电元件
首先，一边参照附图，一边对本实施方式所涉及的压电元件进行说明。图1为示意地表示本实施方式所涉及的压电元件100的剖视图。
如图1所示，压电元件100包括第一电极10、第一压电体层20、第二压电体层22和第二电极30。压电元件100被设置于基体2的上方。在图示的示例中，压电元件100被设置于基体2上。
另外，在本发明所涉及的记载中，在将“上方”这样的文字使用于例如“在特定的部件(以下称为‘A’)的‘上方’形成其他的特定的部件(以下称为‘B’)”等的情况下，以包括在A上直接形成B这样的情况、和在A上隔着其他的部件而形成B这样的情况的方式，使用了“上方”这样的文字。
基体2为例如由半导体、绝缘体等形成的平板。基体2可以为单层，也可以为层叠有多层的层叠体。只要上表面为平面的形状，则基体2的内部的结构就未被限定，也可以为在内部形成有空间等的结构。
基体2例如具有能够通过压电体层20、22的动作而发生变形的振动板230。在图示的示例中，振动板230具有氧化硅层232、和被设置于氧化硅层232上的氧化锆层234。氧化硅层232为包括硅和氧的层，例如为二氧化硅(SiO2)层。氧化锆层234为包括锆和氧的层，例如为二氧化锆(ZrO2)层。二氧化锆层的结晶结构为单斜晶、四方晶、立方晶、或者它们的混晶。在图示的示例中，基体2具有硅基板201，振动板230被设置于硅基板201上。
另外，关于氧化锆层234，只要是包括氧的层即可，作为氧化锆层234的替代，也可以使用氧化钛层、氧化铝层、氧化钽层等。另外，也可以不设置氧化锆层234，而在氧化硅层232上设置第一电极10以及第一压电体层20。
第一电极10被设置于基体2的上方。在图示的示例中，第一电极10被设置于基体2上。第一电极10的形状例如为层状。第一电极10的膜厚例如为3nm以上且200nm以下。第一电极10例如为铂层、铱层等金属层、它们的导电性氧化物层、钌酸锶(SrRuO3：SRO)层等。第一电极10也可以具有层叠了多个上述所例示出的层而成的结构。
第一电极10为用于向压电体层20、22施加电压的一方的电极。第一电极10为被设置于第一压电体层20的下方的下部电极。
另外，虽然未图示，但也可以在第一电极10与基体2之间设置有使第一电极10和基体2的紧贴性提高的紧贴层。紧贴层为例如钛层、氧化钛层等。
第一压电体层20与基体2相接，并被设置成覆盖第一电极10。在图示的示例中，第一压电体层20与氧化锆层234相接。第一压电体层20被设置于氧化锆层234上以及第一电极10上。第一压电体层20具有与基体2之间的分界面B。
第一压电体层20的膜厚例如为5nm以上300nm以下。但是，由于第一压电体层20与第二压电体层22的组成不同，电荷的偏移情况与第二压电体层22不同，因此，从电气特性的观点来看，第一压电体层20的膜厚较小是优选的。具体而言，优选为，第一压电体层20的膜厚为5nm以上25nm以下。
第一压电体层20具有包括钾(K)以及铌(Nb)且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物。“A位的主要成分为钾”是指A位的钾的原子浓度在构成A位的原子中最高。第一压电体层20例如为KNbO3(KN)层，在(KxNa(1-x))NbO3的情况下，为0.5＜x＜1。第一压电体层20也可以为(K0.45Na0.40Li0.15)NbO3层。第一压电体层20与第二压电体层22相比，钾的原子浓度(atm％)较高。
另外，第一压电体层20的A位的主要成分为钾、以及第一压电体层20的钾的原子浓度(atm％)与第二压电体层22的钾的原子浓度(atm％)相比较高，是能够通过例如XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy：X射线光电子能谱)的深度方向分析、TEM-EDS(Transmission Electron Microscope－Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：透射电子显微镜-能量色散X射线光谱)等而进行确认的。
第二压电体层22被设置于第一压电体层20上。第二压电体层22的膜厚与第一压电体层20的膜厚相比较大。压电体层20具有包含钾(K)、钠(Na)、以及铌(Nb)在内的钙钛矿型结构的复合氧化物。第二压电体层也可以以层叠有多个KNN层的方式而被构成。第二压电体层22也可以还包括锰(Mn)。第二压电体层22也可以以层叠有多个添加了锰的KNN层的方式而被构成。由于第二压电体层22包含锰，因此，能够降低压电元件100的漏电流。压电体层20、22能够通过向第一电极10与第二电极30之间施加电压而进行变形。
第一压电体层20的膜厚与第二压电体层22的厚膜之和T例如为500nm以上且2μm以下。和T为第一压电体层20的膜厚与第二压电体层22的膜厚之和的最大值。在图示的示例中，和T为第一压电体层20的被设置于氧化锆层234上的第一部分20a的膜厚、和第二压电体层22的被设置于第一部分20a上的第二部分22a的膜厚之和，即，为氧化锆层234与第二电极30之间的距离。例如能够通过截面SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)而测量和T。
在压电体层20的X线衍射(X-ray diffraction：XRD)图案中，(100)面的峰值强度相对于(100)面的峰值强度与(110)面的峰值强度之和的比R为0.60以上。比R优选为0.65以上，更为优选为0.70以上，进一步优选为0.75以上。
此处，图2为示意地表示在SIMS中获得的第一压电体层20以及第二压电体层22的深度方向上的剖面分布(profile)的图。在图2中，图示出了钾的剖面分布K-P和钠的剖面分布Na-P。图2的横轴为压电体层20、22的深度方向、即膜厚方向上的位置。图2的纵轴为在SIMS中被检测出的强度。
如图2所示，钾的剖面分布K-P和钠的剖面分布Na-P例如交替地具有极大值。剖面分布K-P、Na-P具有多个极大值M。在深度方向上，如下的距离L1例如小于如下的距离L2，其中，所述距离L1为，第一压电体层20和基体2的分界面B的位置D1、与剖面分布K-P的多个极大值M中的距分界面B最近的极大值M的位置D2之间的距离，所述距离L2为，分界面B的位置D1、与剖面分布Na-P的多个极大值中的距分界面B最近的极大值M的位置D3之间的距离。
另外，在压电体层仅由KNN层构成的情况下，NaNbO3与KNbO3相比，结晶化温度较低，容易进行结晶化，因此，钠更容易在与基体的分界面上存在较多。
另外，第一压电体层20与基体2的分界面B的位置D1是在未图示的铌的剖面分布中成为平均值的1/2的位置。这在后述的图17以及图18中是相同的。
如图1所示，第二电极30被设置于第二压电体层22的上方。在图示的示例中，第二电极30被设置于第二压电体层22上。另外，虽然未图示，但第二电极30也可以还被设置于压电体层20、22的侧面以及基体2上。
第二电极30的形状例如为层状。第二电极30的膜厚例如为15nm以上且300nm以下。第二电极30例如为铱层、铂层等金属层、它们的导电性氧化物层、钌酸锶层等。第二电极30也可以具有层叠了多个上述所例示出的层的结构。
第二电极30为用于向压电体层20、22施加电压的另一方的电极。第二电极30为被设置于第二压电体层22的上方的上部电极。
压电元件100例如具有以下的特征。
在压电元件100中，包括：第一压电体层20，其与基体2相接，并被设置成覆盖第一电极10；第二压电体层22，其被设置于第一压电体层20上，第一压电体层20具有包含钾以及铌、且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，第二压电体层22具有包含钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，第一压电体层20与第二压电体层22相比，钾的原子浓度(atm％)较高。因此，在压电元件100中，同例如不具有第一压电体层、且第二压电体层与基体相接的情况相比，如后述的“5.实施例以及比较例”所示，难以在压电体层22、22的部分20a、22a中产生裂纹。
在压电元件100中，比R为0.60以上，优选为0.75以上。因此，在压电元件100中，如后述的“5.0实施例以及比较例”所示，难以在压电体层20、22的部分20a、22a中产生裂纹。
在压电元件100中，第一压电体层20的膜厚和第二压电体层22的膜厚之和T为500nm以上。虽然和T越大，则裂纹越是容易产生，但在压电元件100中，即便和T为500nm以上，也难以在压电体层20、22的部分20a、22a中产生裂纹。
2.压电元件的制造方法
接下来，一边参照附图，一边对本实施方式所涉及的压电元件100的制造方法进行说明。图3为用于对本实施方式所涉及的压电元件100的制造方法进行说明的流程图。
如图1所示，准备基体2(步骤S1)。具体而言，通过对硅基板201进行热氧化，从而形成氧化硅层232。接着，通过溅射法等而在氧化硅层232上形成锆层，并通过对该锆层进行热氧化，从而形成氧化锆层234。通过以上的工序，能够准备基体2。
接着，在基体2上形成第一电极10(步骤S2)。例如通过溅射法、真空蒸镀法等而形成第一电极10。接着，通过例如光刻法以及蚀刻法而对第一电极10进行构图。
接着，形成与基体2相接、且覆盖第一电极10的第一压电体层20(步骤S3)。第一压电体层20是例如通过溶胶凝胶法、MOD(Metal Organic Deposition：金属有机沉积)等化学溶液堆积(Chemical Solution Deposition：CSD)法而被形成的。以下，对第一压电体层20的形成方法进行说明。
首先，使包含钾的金属络合物、以及包含铌的金属络合物溶解或者分散于有机溶剂中，从而对第一前躯体溶液进行调制。
接着，使用旋转涂布法等而将调制出的第一前驱体溶液涂布于第一电极10上，从而形成前驱体层(涂布工序)。接着，通过在例如130℃以上且250℃以下对前驱体层进行加热并使该前驱体层干燥一定时间(干燥工序)，进而，在例如300℃以上且450℃以下对干燥后的前驱体层进行加热并保持一定时间，从而进行脱脂(脱脂工序)。接着，通过在例如600℃以上且750℃以下对脱脂后的前驱体层进行加热，并在该温度下保持一定时间，从而进行结晶化(烧成工序)。通过以上的工序，能够形成由KN层构成的第一压电体层20。
接着，在第一压电体层20上形成第二压电体层22(步骤S4)。在形成第二压电体层22的工序中，使用第二前驱体溶液，以替代第一前驱体溶液。第二前驱体溶液通过例如使包含钾的金属络合物、包含钠的金属络合物、包含铌的金属络合物、以及包含锰的金属络合物溶解或者分散在有机溶剂中而被调制出。
此外，通过与形成第一压电体层20的工序相同地，针对被调制出的第二前驱体溶液实施从涂布工序至烧成工序为止的工序。接着，反复进行多次涂布工序至烧成工序。借此，能够形成第二压电体层22，该第二压电体层22由添加了锰的多个KNN层构成。
作为在干燥工序以及脱脂工序中被使用的加热装置，例如列举出热板。作为在烧成工序中被使用的加热装置，例如可列举出通过红外线灯的照射而进行加热的RTA(RapidThermal Annealing：快速热退火)装置。
另外，作为在第一前驱体溶液以及第二前驱体溶液的调制中被使用的、包含钾的金属络合物，例如，可列举出2-乙基己酸钾、乙酸钾等。作为包含钠的金属络合物，例如，可列举出2-乙基己酸钠、乙酸钠等。作为包含铌的金属络合物，例如，可列举出2-乙基己酸铌、五乙氧基铌。作为包含锰的金属络合物，例如，可列举出2-乙基己酸锰等。作为包含钙的金属络合物，例如，可列举出2-乙基己酸钙等。另外，也可以并用两种以上的金属络合物。例如，作为包含钾的金属络合物，也可以并用2-乙基己酸钾和乙酸钾。
此外，作为溶剂，例如，可列举出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环己烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、乙酸、辛酸、2-正丁氧基乙醇、正辛烷、或者它们的混合溶剂等。
接着，在第二压电体层22上形成第二电极30(步骤S5)。例如通过溅射法、真空蒸镀法等而形成第二电极30。接着，通过例如光刻法以及蚀刻法而对第二电极30以及压电体层20、22进行构图。另外，第二电极30和压电体层20、22也可以通过不同的工序而被构图。
通过以上的工序，能够制造压电元件100。
在压电元件100的制造方法中，能够制造难以产生裂纹的压电元件100。
3.液体喷出头
接下来，一边参照附图，一边对本实施方式所涉及的液体喷出头进行说明。图4为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的分解立体图。图5为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的俯视图。图6为示意地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的图5的VI-VI线剖视图。另外，在图4～图6中，作为彼此正交的三轴，图示了X轴、Y轴以及Z轴。另外，在图4、图6中，简化地图示了压电元件100。
如图4～图6所示，液体喷出头200例如包括基体2、压电元件100、流道形成基板210、喷嘴板220、振动板230、保护基板240、电路基板250、柔性基板260。基体2具有流道形成基板210和振动板230。另外，为了便于说明，在图5中，省略了电路基板250的图示。
流道形成基板210例如为硅基板。在流道形成基板210上设置有压力产生室211。压力产生室211由多个隔壁212划分。压力产生室211的容积因压电元件100而发生变化。
在流道形成基板210中的、压力产生室211的+X轴方向的端部设置有供给通道213以及连通通道214。供给通道213被构成为，通过从Y轴方向将压力产生室211的+X轴方向的端部收窄，从而使其开口面积变小。连通通道214的Y轴方向上的大小与压力产生室211的Y轴方向上的大小例如相同。在连通通道214的+X轴方向上设置有连通部215。连通部215构成歧管216的一部分。歧管216成为各压力产生室211的共用的液体室。这样，在流道形成基板210上，形成有由供给通道213、连通通道214以及连通部215构成的供给流道217、和压力产生室211。供给流道217与压力产生室211连通，并向压力产生室211供给液体。
喷嘴板220被设置于流道形成基板210的一方侧的面。喷嘴板220的材质为例如SUS(Steel Use Stainless：不锈钢)。喷嘴板220通过例如粘合剂、热熔敷薄膜等而与流道形成基板210接合。在喷嘴板220上沿着Y轴而并列设置有喷嘴孔222。喷嘴孔222与压力产生室211连通，
振动板230被设置于流道形成基板210的另一方侧的面。振动板230例如由被设置于流道形成基板210上的氧化硅层232、和被设置于氧化硅层232上的氧化锆层234构成。
压电元件100例如被设置于振动板230上。压电元件100设置有多个。压电元件100的数量未被特别限定。
在液体喷出头200中，振动板230以及第一电极10因具有电气机械转换特性的压电体层20、22的变形而发生位移。即，在液体喷出头200中，振动板230以及第一电极10实质上具有作为振动板的功能。另外，也可以省略振动板230，且仅第一电极10作为振动板而起作用。在流道形成基板210上直接设置第一电极10的情况下，优选为，利用绝缘性的保护膜等对第一电极10进行保护以使液体不与第一电极10接触。
第一电极10被构成为按每个压力产生室211而独立的独立电极。第一电极10的Y轴方向上的大小与压力产生室211的Y轴方向上的大小相比较小。第一电极10的X轴方向上的大小与压力产生室211的X轴方向上的大小相比较大。在X轴方向上，第一电极10的两端部与压力产生室211的两端部相比位于外侧。在第一电极10的-X轴方向的端部连接有引线电极202。
第一压电体层20的Y轴方向上的大小例如与第一电极10的Y轴方向上的大小相比较大。第一压电体层20的X轴方向上的大小例如与压力产生室211的X轴方向上的大小相比较大。第一压电体层20的+X轴方向的端部例如与第一电极10的+X轴方向的端部相比位于外侧。第一电极10的+X轴方向的端部被第一压电体层20覆盖。另一方面，第一压电体层20的－X轴方向的端部例如与第一电极10的－X轴方向侧的端部相比位于内侧。第一电极10的－X轴方向侧的端部未被第一压电体层20覆盖。
第二电极30例如被连续地设置于第二压电体层22以及振动板230上。第二电极30被构成为多个压电元件100所共用的共用电极。
保护基板240通过粘合剂203而被接合于流道形成基板210。在保护基板240上设置有贯通孔242。在图示的示例中，贯通孔242在Z轴方向上贯穿保护基板240，并与连通部215连通。贯通孔242以及连通部215构成成为各压力产生室211的共用的液体室的歧管216。此外，在保护基板240上，设置有在Z轴方向上贯穿保护基板240的贯通孔244。引线电极202的端部位于贯通孔244。
在保护基板240上设置有开口部246。开口部246为用于不阻碍压电元件100的驱动的空间。开口部246既可以被密封，也可以未被密封。
电路基板250被设置于保护基板240上。在电路基板250上，包括用于使压电元件100驱动的半导体集成电路(Integrated Circuit：IC)。电路基板250和引线电极202经由连接配线204而被电连接。
柔性基板260被设置于保护基板240上。柔性基板260具有被设置于保护基板240上的封闭层262、和被设置于封闭层262上的固定板264。封闭层262为用于对歧管216进行封闭的层。封闭层262例如具有可挠性。在固定板264上设置有贯通孔266。贯通孔266在Z轴方向上贯穿固定板264。贯通孔266被设置于从Z轴方向观察时与歧管216重叠的位置。
4.打印机
接下来，一边参照附图，一边对本实施方式所涉及的打印机进行说明。图7为示意地表示本实施方式所涉及的打印机300的立体图。
打印机300为喷墨式的打印机。如图7所示，打印机300包括头单元310。头单元310例如具有液体喷出头200。液体喷出头200的数量未被特别限定。头单元310以能够装卸的方式而设置有构成供给单元的盒312、314。搭载有头单元310的滑架316以在轴向上移动自如的方式而被设置于在装置本体320上所安装的滑架轴322上，并喷出从液体供给单元被供给的液体。
此处所述的液体只要是物质为液相时的状态下的材料即可，溶胶、凝胶等这样的液体状态的材料也包含于液体中。另外，不仅仅作为物质的一个状态的液体，由颜料、金属粒子等固态物构成的功能材料的粒子被溶解、分散或混合于溶剂中的材料等也包含于液体中。作为液体的代表例，列举出油墨、液晶乳化剂等。油墨包含一般的水溶性油墨及油性油墨、胶状油墨、热溶性油墨等各种液体组成物。
在打印机300中，通过将驱动电动机330的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带332而传递至滑架316，从而搭载有头单元310的滑架316沿着滑架轴322移动。另一方面，在装置本体320上，设置有使纸等作为被记录介质的薄片S相对于液体喷出头而进行相对移动的作为输送机构的输送辊340。对薄片S进行输送的输送机构并未被限于输送辊，也可以是带、滚筒等。
打印机300包括对液体喷出头200以及输送辊进行控制的作为控制部的打印机控制器350。打印机控制器350与液体喷出头200的电路基板250电连接。打印机控制器350包括例如暂时存储各种数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、存储有控制程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、以及产生用于向液体喷出头200进行供给的驱动信号的驱动信号产生电路等。
另外，压电元件100并未限于液体喷出头以及打印机，能够用于大范围的用途。压电元件100能够适当地用于例如陀螺传感器、加速度传感器等各种传感器、音叉型振子等定时设备、超声波电动机等超声波设备中。
5.实施例以及比较例
以下，示出了实验例以及比较例，并进一步具体地对本发明进行说明。另外，本发明未由以下的实施例以及比较例进行任何限定。
5.1.试样的制作
5.1.1.实施例一
通过对六英寸的硅基板进行热氧化，从而形成了SiO2层。接着，通过溅射法而在SiO2层上形成锆层，并通过热氧化而形成了ZrO2层。
使用由2-乙基己酸钾、以及2-乙基己酸铌溶液构成的溶液，并以成为KNbO3的方式而调制出第一前躯体溶液。接着，通过旋转涂布法而在ZrO2层上涂布第一前躯体溶液，从而形成了第一前躯体层。接着，以180℃对第一前躯体层进行加热并使其干燥，并进一步以380℃进行加热并使其脱脂，之后，使用RTA装置，以600℃实施了三分钟的加热处理。通过以上的工序，形成了KN层以作为第一压电体层。通过SEM进行了观察，KN层的膜厚为84nm。
接着，使用由2-乙基己酸钾、2-乙基己酸钠、2-乙基己酸铌溶液、以及2-乙基己酸锰构成的溶液，并以成为(K0.5Na0.5)(Nb0.995Mn0.005)O3的方式而调制出第二前躯体溶液。接着，通过旋转涂布法而在KN层上涂布第二前躯体溶液，从而形成了第二前躯体层。此外，在与第一前躯体层同样地进行了干燥以及脱脂之后，使用RTA装置，以750℃实施了三分钟的加热处理。通过以上的工序而形成了KNN层。此外，反复实施第二前躯体溶液的涂布至由RTA装置实施的加热处理，直至产生裂纹为止，从而形成了添加有锰的多个KNN层，以作为第二压电体层。
5.1.2.实施例二
实施例二除了以成为K1.02NbO3的方式调制出第一前躯体溶液之外，其他与实施例一相同。
5.1.3.实施例三
实施例三除了以成为K0.96NbO3的方式调制出第一前躯体溶液之外，其他与实施例一相同。
5.1.4.实施例四
实施例四除了将第一实施例的第一前躯体溶液稀释为两倍、并将KN层的膜厚设为70nm之外，其他与实施例一相同。
5.1.5.实施例五
实施例五除了将第一实施例的第一前躯体溶液稀释为四倍、并将KN层的膜厚设为25nm之外，其他与实施例一相同。
5.1.6.实施例六
实施例六除了将第一实施例的第一前躯体溶液稀释为十倍、并将KN层的膜厚设为10nm之外，其他与实施例一相同。
5.1.7.比较例一
比较例一除了以成为(K0.5Na0.5)(Nb0.995Mn0.005)O3的方式调制出第一前躯体溶液之外，其他与实施例一相同。即，在比较例一中，形成了KNN层，以替代实施例一的KN层。
5.1.8.比较例二
比较例二除了以成为NaNbO3(NN)的方式调制出第一前躯体溶液之外，其他与实施例一相同。即，在比较例二中，形成了NN层，以替代实施例一的KN层。
5.2.裂纹观察
裂纹的观察是通过在各前躯体层由RTA装置实施加热处理后、使用尼康公司制的相位差显微镜“OPTIPHOT200”、并将目镜设为10倍、将物镜设为100倍而实施的。
裂纹产生时的第一压电体层的膜厚和第二压电体层的膜厚之和、即裂纹产生膜厚在实施例一～实施例六中为1100nm左右，与此相对，在比较例一、比较例二中为350nm～450nm左右。例如，实施例五、实施例六的裂纹产生膜厚为1050nm，比较例一的裂纹产生膜厚为450nm。
由此可知，当第一压电体层为KN层时，与第一压电体层为KNN层、NN层的情况相比，更难以产生裂纹。
5.3.XRD测量
对如上制作出的试样而实施了XRD测量。使用Bruker(布鲁克)公司制的D8DISCOVER with GADDS，并将管电压设为50kV，将管电流设为100mA，将检测器距离设为15cm，将准直器直径设为0.1mm，将测量时间设为120sec，从而对XRD进行了测量。然后，使用附属的软件将2θ范围设为20°～50°、将χ范围设为-95°～-85°、将步幅设为0.02°、并将强度标准化法设为BinNormalized，而将所获得的二维数据转换为X线衍射强度曲线。
图8～图13为，在层叠了两层作为第二压电体层的KNN层之后、层叠第三层之前的XRD测量结果。图8为实施例一的测量结果。图9为实施例二的测量结果。图10为实施例三的测量结果。图11为实施例六的测量结果。图12为比较例一的测量结果。图13为比较例二的测量结果。
图14以及图15为在直至产生裂纹为止而层叠了KNN层之后的XRD测量结果。图14为实施例六的测量结果。图15为比较例一的测量结果。
如图8～图11、图14所示，在实施例一～实施例三、实施例六中，2θ＝22°附近的KNN层的(100)面的峰值强度较强，2θ＝32°附近的KNN层的(110)面的峰值则基本上无法确认出。另一方面，在比较例一、比较例二中，以与(100)面的峰值同等以上的强度而确认出(110)的面的峰值。另外，由于45°～46.5°附近的峰值为KNN层的(100)面的二次衍射(即、(200)面的峰值)，因此，在(100)的面的强度较强的图14中，(200)面的强度较强地呈现。另外，在图8～图14中，2θ＝22°、32°、以及45°～46.5°附近以外的峰值为被归属于KNN层以外的峰值。
图16为表示实施例一～实施例六以及比较例一、比较例二的比R的表。比R如上所述，在第二压电体层的X线衍射图案中，为(100)面的峰值强度相对于(100)面的峰值强度与(110)面的峰值强度之和的比。在图16中，实施例一～实施例四以及比较例二示出了在层叠了两层作为第二压电体层的KNN层之后、层叠第三层之前的由XRD测量获得的比R。另外，在实施例五、实施例六以及比较例一中，示出了在层叠了两层KNN层之后且层叠第三层之前、和在层叠KNN层直至产生裂纹为止之后的由XRD测量获得的比R。
如图16所示，实施例一～实施例六的比R为0.60以上。另一方面，比较例一、比较例二的比R小于0.60。可知，若比R为0.60以上，则难以产生裂纹。此外可知，若比R为0.75以上，则更加难以产生裂纹。
5.4.SIMS测量
关于在层叠了KNN层直至产生裂纹为止之后的实施例六以及比较例一，通过SIMS测量而实施了深度方向上的组成分布的调查。在SIMS测量中，使用CAMECA公司制的IMS-7fsector(磁区)型SIMS，将作为一次离子的15keV的Cs+以10nA的束电流而对100μm见方进行光栅扫描，而从中心33μmφ检测出负的二次离子。将质量分辨率设定为M/ΔM＝5000。为了防止充电，使用了电子枪。
图17为实施例六的测量结果。图18为比较例一的测量结果。在图17以及图18中，示出了钾、钠、铌、锰、氧、以及锆的剖面分布。在图17以及图18中，横轴相当于深度方向的位置。
另外，由于在SIMS测量中，强度的灵敏度按元素而不同，因此，无法进行不同的元素间的比较。此外，由于实施例六的KN层的膜厚小至10nm，因此，在图17中的SIMS的测量速度下，无法确认出KN层。
如图17所示，钾的剖面分布和钠的剖面分布交替地具有极大值。另外，压电体层和氧化锆层的分界面B的位置D1、与钾的剖面分布的多个极大值中的距分界面B最近的极大值的位置D2之间的距离，小于分界面B的位置D1、与钠的剖面分布的多个极大值中的距分界面B最近的极大值的位置D3之间的距离。
另外，虽然在上述的“5.实施例以及比较例”中，在ZrO2层上设置有第一压电体层，但是认为，即便使用氧化钛层、氧化铝层、氧化钽层、氧化硅层以替代ZrO2层，也会示出与ZrO2层的情况相同的举动。
本发明也可以在具有本申请所记载的特征和效果的范围中省略一部分的结构，或者将各实施方式、变形例组合。
本发明并未被限定于上述实施方式，还能够进行各种变形。例如，本发明包括与实施方式中说明的结构实质上相同的结构。实质上相同的结构是指，例如功能、方法、以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构。此外，本发明包括置换了实施方式中说明的结构的非本质性的部分后的结构。此外，本发明包括能够起到与实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能够达成相同的目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中说明的结构上附加了公知技术的结构。
符号说明
2…基体；10…第一电极；20…第一压电体层；20a…第一部分；22…第二压电体层；22a…第二部分；30…第二电极；100…压电元件；200…液体喷出头；201…硅基板；202…引线电极；203…粘合剂；204…连接配线；210…流道形成基板；211…压力产生室；212…隔壁；213…供给通道；214…连通通道；215…连通部；216…歧管；217…供给流道；220…喷嘴板；222…喷嘴孔；230…振动板；232…氧化硅层；234…氧化锆层；240…保护基板；242、244…贯通孔；246…开口部；250…电路基板；260…柔性基板；262…封闭层；264…固定板；266…贯通孔；300…打印机；310…头单元；312、314…盒；316…滑架；320…装置本体；322…滑架轴；360…驱动电动机；332…同步带；340…输送辊；350…打印机控制器。

Claims (6)

1.一种压电元件，包括：
第一电极，其被设置于基体的上方；
第一压电体层，其与所述基体相接，并被设置成覆盖所述第一电极；
第二压电体层，其被设置于所述第一压电体层上；
第二电极，其被设置于所述第二压电体层的上方，
所述第一压电体层具有包括钾以及铌且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，
所述第二压电体层具有包括钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，
所述第一压电体层与所述第二压电体层相比，钾的原子浓度(atm％)较高，
在通过二次离子质量分析法而获得的所述第一压电体层以及所述第二压电体层的深度方向的剖面分布中，钾的剖面分布和钠的剖面分布以钾的剖面分布的极大值大于钠的剖面分布的极小值、且钠的剖面分布的极大值大于钾的剖面分布的极小值的方式交替地具有极大值以及极小值，
在所述深度方向上，所述第一压电体层和所述基体的分界面的位置、与钾的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离，小于所述分界面的位置、与钠的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离，
在所述第二压电体层的X线衍射图案中，(100)面的峰值强度相对于(100)面的峰值强度与(110)面的峰值强度之和的比为0.75以上且0.81以下。
2.如权利要求1所述的压电元件，其中，
所述基体具有氧化锆层，
所述第一压电体层与所述氧化锆层相接。
3.如权利要求1所述的压电元件，其中，
所述第一压电体层的膜厚与所述第二压电体层的膜厚之和为500nm以上且低于1050nm。
4.一种压电元件的制造方法，包括：
在基体的上方形成第一电极的工序；
形成与所述基体相接并覆盖所述第一电极的第一压电体层的工序；
在所述第一压电体层上形成第二压电体层的工序；
在所述第二压电体层的上方形成第二电极的工序，
所述第一压电体层具有包括钾以及铌且A位的主要成分为钾的钙钛矿型结构的复合氧化物，
所述第二压电体层具有包括钾、钠以及铌的钙钛矿型结构的复合氧化物，
所述第一压电体层与所述第二压电体层相比，钾的原子浓度(atm％)较高，
在通过二次离子质量分析法而获得的所述第一压电体层以及所述第二压电体层的深度方向的剖面分布中，钾的剖面分布和钠的剖面分布以钾的剖面分布的极大值大于钠的剖面分布的极小值、且钠的剖面分布的极大值大于钾的剖面分布的极小值的方式交替地具有极大值以及极小值，
在所述深度方向上，所述第一压电体层和所述基体的分界面的位置、与钾的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离，小于所述分界面的位置、与钠的剖面分布的多个极大值中的距所述分界面最近的极大值的位置之间的距离，
在所述第二压电体层的X线衍射图案中，(100)面的峰值强度相对于(100)面的峰值强度与(110)面的峰值强度之和的比为0.75以上且0.81以下。
5.一种液体喷出头，包括：
权利要求1至3中任一项所述的压电元件；
喷嘴板，其上设置有喷出液体的喷嘴孔，
所述基体具有流道形成基板，
在所述流道形成基板上设置有：压力产生室，其容积因所述压电元件而发生变化；供给流道，其与所述压力产生室连通，并向所述压力产生室供给所述液体，
所述喷嘴孔与所述供给流道连通。
6.一种打印机，包括：
权利要求5所述的液体喷出头；
输送机构，其使被记录介质相对于所述液体喷出头而进行相对移动；
控制部，其对所述液体喷出头以及所述输送机构进行控制。
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