DE60214612T2

DE60214612T2 - Piezoelektrische Struktur, Flüssigkeitsstrahlkopf und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE60214612T2
Application number: DE2002614612
Authority: DE
Inventors: Akira Ohta-ku Unno; Takao Ohta-ku Yonehara; Tetsuro Ohta-ku Fukui; Takanori Ohta-ku Matsuda; Kiyotaka Nara-shi Wasa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2022-02-09
Also published as: US20020140320A1; US7069631B2; EP1231061B1; US20060028100A1; KR100715406B1; CN1181977C; EP1231061A1; US7053526B2; DE60214612D1; CN1380187A; ATE339313T1; JP2002234156A; JP3833070B2; KR20020066226A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK:
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Struktur, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und ein Herstellungsverfahren dafür.
In jüngerer Zeit werden in großem Umfang Drucker mit Flüssigkeitsausstoß-Aufzeichnungsgeräten als Druckvorrichtungen für Personal-Computer oder dergleichen eingesetzt, bedingt durch deren hohe Druckleistung, einfache Handhabung, geringe Kosten und dergleichen. Die Flüssigkeitsausstoß-Aufzeichnungsgeräte sind von einem Typ, bei dem in einer Flüssigkeit, beispielsweise Tinte, durch Wärmeenergie ein Bläschen erzeugt wird, und durch die daraus resultierende Druckwelle das Tröpfchen ausgestoßen wird, einem Typ, bei dem das Tröpfchen durch elektrostatische Kraft angesaugt und ausgestoßen wird, einem Typ, bei dem eine Druckwelle durch ein Vibrationselement, beispielsweise ein piezoelektrisches Element, erzeugt wird, und dergleichen.
In einer Flüssigkeitsausstoßvorrichtung mit piezoelektrischem Element sind eine Druckkammer in Fluidverbindung mit einer Flüssigkeitsvorratskammer, eine Flüssigkeitsausstoßöffnung in Fluidverbindung mit der Druckkammer, eine Vibrationsplatte eines piezoelektrischen Elements, die mit der Druckkammer gekoppelt ist, vorgesehen. Bei einer solchen Struktur wird eine vorbestimmte Spannung an das piezoelektrische Element gelegt, so daß dieses sich zusammenzieht und ausdehnt und dadurch eine Schwingung hervorruft. Dies drückt die Flüssigkeit innerhalb der Druckkammer zusammen und stößt das Tröpfchen durch die Flüssigkeitsausstoßöffnung aus. In jüngerer Zeit ist eine Flüssigkeitsausstoßvorrichtung zur Verbreitung gelangt (siehe beispielsweise die GB 2 339 724-A), wobei eine Verbesserung der Druckqualität, insbesondere eine hohe Auflösung, eine hohe Druckgeschwindigkeit und/oder ein eine große Länge aufweisender Flüssigkeitsausstoßkopf erwünscht sind. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, einen Flüssigkeitsausstoßkopf für hohe Auflösung und hohe Geschwindigkeit zu schaffen, bei dem eine Mehrfachdüsen-Kopfstruktur mit in hoher Dichte angeordneten Düsen verwendet wird. Um die Dichte zu steigern, ist es erforderlich, das für den Ausstoß der Flüssigkeit sorgende piezoelektrische Element in seiner Baugröße zu verkleinern. Erstrebenswert ist es dabei, die Fertigung im Rahmen eines Halbleiterschicht-Herstellungsprozesses vollständig abzuschließen, und zwar aus dem Kostengesichtspunkt bei gleichzeitig hoher Genauigkeit, insbesondere im Fall des langgestreckten Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Allerdings wird die piezoelektrische Schicht hergestellt durch Formen von Pulver aus PbO, ZrO₂ und TiO₂ in die Form eines Blatts, woraufhin dieses gebacken wird, so daß es schwierig ist, eine dünne piezoelektrische Schicht in der Größenordnung von nicht mehr als 10 μm herzustellen. Aus diesem Grund erweist sich die Feinbearbeitung der piezoelektrischen Schicht als schwierig, und dies erschwert die Verringerung der Abmessungen des piezoelektrischen Elements. Falls die piezoelektrische Schicht durch Backen des Pulvers hergestellt wird, ist der Einfluß der kristallinen Korngrenzen nicht vernachlässigbar, und folglich läßt sich keine besonders gute piezoelektrische Eigenschaft erreichen. Im Ergebnis zeigt die durch Backen des Pulvers hergestellte piezoelektrische Schicht keine zufriedenstellenden piezoelektrischen Eigenschaften beim Ausstoßen der Flüssigkeit, z.B. Tinte, wenn sie eine Dicke von nicht mehr als 10 μm hat. Aus diesem Grund konnte kein Flüssigkeitsausstoßkopf kleiner Baugröße mit den zum Ausstoßen von Flüssigkeit erwünschten Eigenschaften erreicht werden.
Das Pulver-Blatt wird gleichzeitig auf eine Schwingplatte und/oder ein Strukturelement aus Keramikmaterial oder dergleichen gebacken. Wenn dabei ein Keramikmaterial mit hoher Dichte angestrebt wird, so ist eine durch Kontraktion der Werkstoffe bedingte Änderung der Abmessungen nicht vernachlässigbar. Dies stellt eine Begrenzung für eine Baugröße dar, und es ist schwierig, eine große Anzahl Flüssigkeitsausstoßöffnungen (Düsen) herzustellen.
Die japanische offengelegte Patentanmeldung HEI 11-348285 schlägt eine Struktur und ein Verfahren zum Fertigen eines Flüssigkeitsausstoßkopfs unter Einsatz einer Mikrofertigung mittels Halbleiterprozeß unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens vor. In dieser Veröffentlichung erfolgt die Ausbildung einer orientierten Schicht aus Platin auf monokristallinem MgO, und es erfolgt eine Laminierung mit einer Schicht aus Perovskit, die keine Zr-Schicht und PZT-Schicht enthält.
Allerdings ergeben sich bei diesem System die folgenden Probleme:

(1) Der PZT-Einzelorientierungskristall oder -Einkristall lassen sich nicht mit hoher Wiederholbarkeit stabil fertigen;
(2) Die orientierte PZT-Schicht kann nur auf einem einkristallinen Substrat oder einkristallinem MgO oder dergleichen ausgebildet werden, welches teuer ist, so daß auch das Verfahren sehr teuer ist. Darüber hinaus gibt es eine Beschränkung in der Größe des einkristallinen Substrats aus MgO, weshalb es nicht möglich ist, ein großflächiges Substrat herzustellen.
(3) Bei der Anwendung des in dieser Veröffentlichung gezeigten Verfahrens kommt es zu der Verbindung in der Nachbarschaft des piezoelektrischen Elements oder des Verbindungsbereichs zwischen dem piezoelektrischen Element und dem die Druckkammer bildenden Teil (der Flüssigkeitskammer) durch Klebstoff und dergleichen. Im Bereich der Mikrobearbeitung ist die Zuverlässigkeit gegen wiederholtes Auftreten von Spannungen oder dergleichen nicht ausreichend.
(4) Die Schwingplatte bei dem Verfahren nach jener Anmeldung steht in direkter Berührung mit der Flüssigkeit, beispielsweise Tinte, innerhalb des Flüssigkeits-Ausstoßkopfs, und darüber hinaus kommt sie im Zuge der Fertigung mit Säure, alkalischen oder einem anderen chemischen Mittel in Berührung, so daß es nicht möglich ist, zuverlässige Flüssigkeits-Ausstoßelemente zu fertigen. Darüber hinaus erweist sich der Fertigungsprozeß als kompliziert, und die Flüssigkeits-Ausstoßköpfe werden teuer.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Es ist folglich ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsausstoßkopf und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben, bei dem ein piezoelektrischer Film, eine Schwingplatte oder dergleichen, die das piezoelektrische Element bilden, als dünne Schichten ausgebildet sind, wobei die bei Halbleiter-Fertigungsverfahren üblicherweise zum Einsatz gelangende Mikrofertigungsverfahren möglich sind und eine piezoelektrische Struktur hoher Haltbarkeit und hoher piezoelektrischer Eigenschaft in beträchtlicher Baugröße und mit hoher Dichte der Flüssigkeitsausstoßöffnungen erhalten werden kann.
Erreicht werden diese Ziele durch die in Anspruch 1 angegebenen piezoelektrische Struktur, durch den Flüssigkeitsausstoßkopf nach Anspruch 7 und durch die Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 8 und 9. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
Erfindungsgemäß ist die Schwingplatte, die die piezoelektrische Struktur bildet und eine einkristalline Struktur aufweist, sandwichartig durch Oxidmaterialien eingefaßt, so daß selbst dann, wenn sich als Ergebnis der wiederholten mechanischen Verlagerung feine Risse ausbilden, die Stärke der Schwingplatte erhalten bleibt und das Haftvermögen bezüglich der piezoelektrischen Schicht nicht beeinträchtigt wird und demzufolge haltbare Bauelemente bereitgestellt werden können.
Darüber hinaus läßt sich eine piezoelektrische Schicht aus einem Einzelorientierungs-Kristall oder Einkristall mit hoher piezoelektrischer Konstante auf einem Siliciumsubstrat ausbilden, demzufolge eine Schicht mit gleichmäßiger Kristallorientierung sequentiell auf dem Substrat gebildet werden kann und dementsprechend die piezoelektrische Struktur hoher Frequenzbeständigkeit, Haltbarkeit und elektrostriktiver/piezoelektrischer Eigenschaft gefertigt werden kann.
Durch Einbeziehen einer solchen piezoelektrischen Struktur läßt sich ein Bauelement hoher Haltbarkeit, hoher Dichte, starker Ausstoßleistung bei hoher Frequenz schaffen, bei dem die Leistung jeder der Flüssigkeitsausstoßauslässe gleichmäßig ist. Durch Fertigen des piezoelektrischen Elements und der Schwingplatte oder dergleichen in Form dünner Schichten steht die für den Halbleiterfertigungsprozeß übliche Mikrobearbeitung zur Verfügung. Darüber hinaus kann ein Flüssigkeitsausstoßkopf mit hoher Aushärtbarkeit, elektrostriktiver/piezoelektrischer Eigenschaft, beträchtlicher Länge und stabiler Wiederholbarkeit geschaffen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (a) sowie eine entsprechende Schnittansicht entlang der Linie A-A.
2 ist eine Teilschnittansicht einer piezoelektrischen Struktur, die für einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist.
3 ist eine Teilschnittansicht einer piezoelektrischen Struktur, die auf der Grundlage eines Fertigungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist.
4 ist eine Teilschnittansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs, der auf der Grundlage eines Fertigungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
In 1 ist (a) eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitsausstoßkopfs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und (b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in (a). 2 ist eine Teilschnittansicht einer piezoelektrischen Struktur für einen Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Flüssigkeitsausstoßkopf 1 dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Flüssigkeitsausstoßauslässen (Düsen) 2, eine Mehrzahl von Druckkammern (Flüssigkeitskammern) 3, eine piezoelektrische Struktur 10, die für jede der Druckkammern 3 vorgesehen ist. Die Flüssigkeitsausstoßauslässe, im folgenden als Düsen bezeichnet, 2 sind in vorbestimmten Intervallen in der Düsenplatte 5 ausgebildet. Die Druckkammer 3 ist in dem der Düse 2 entsprechenden Hauptsubstratteil (Flüssigkeitskammersubstrat) 6 ausgebildet. Die Druckkammern 3 sind mit den jeweiligen Düsen 2 über die Flüssigkeitsströmungswege 6a verbunden. Bei dieser Ausführungsform sind die Düsen 2 auf der Bodenseite vorgesehen, sie können aber auch seitlich angeordnet sein. Auf der Oberseite des Hauptsubstratteils 6 ist eine Öffnung 6b entsprechend der jeweiligen Druckkammer 3 ausgebildet, und die piezoelektrische Struktur 10 ist so positioniert, daß sie die Öffnung 6b auf der Oberseite des Hauptsubstratteils 6 verschließt. Die piezoelektrische Struktur 10 umfaßt eine Schwingplatte 11 und ein piezoelektrisches Element 12.
Die Schwingplatte 11 der piezoelektrischen Struktur 10 dieser Ausführungsform gemäß 2 enthält ein einkristallines Material oder ein polykristallines Material, eingefaßt durch eine erste Oxidschicht 13 und eine zweite Oxidschicht 14. Die piezoelektrische Schicht 15 des piezoelektrischen Elements 12 als piezoelektrische Struktur 10 ist hergestellt aus einem eine Monoorientierung aufweisenden Kristall oder einem Einkristallmaterial. Auf der Oberseite und der Unterseite sind Elektroden 16, 17 aus Au, Pt oder dergleichen ausgebildet. Das piezoelektrische Element 12 wird gebildet durch die piezoelektrische Schicht 15 und die Elektroden 16, 17.
Durch Ausbilden der piezoelektrischen Struktur 10 auf diese Weise ist die Schwingplatte 11 der einkristallinen oder polykristallinen Struktur durch die Oxide 13 und 14 eingefaßt, so daß ungeachtet wiederholter mechanischer Versetzungen mit dem Ergebnis feiner Risse die Schwingplatte selbst nicht beschädigt wird und das Haftvermögen in bezug auf die piezoelektrische Schicht nicht beeinträchtigt wird. Damit ist die Haltbarkeit beträchtlich.
Für die Schwingplatte 11 und die erste Oxidschicht 13 auf der der piezoelektrischen Schicht 15 abgewandten Seite und die zweite Oxidschicht 14 auf der Seite der piezoelektrischen Schicht 15 mit der dazwischen liegenden Schwingplatte 11 sind die Schichtdicken derart gewählt, daß die Beziehung d1 + d2 ≤ D1 gilt, wobei D1 die Schichtdicke der Schwingplatte 11, d1 die Schichtdicke der ersten Oxidschicht 13 und d2 die Schichtdicke der zweiten Oxidschicht 14 ist. Wenn dies erfüllt ist, verbessert sich die Haltbarkeit in der piezoelektrischen Struktur 10 und dem Flüssigkeitsausstoßkopf 1 zusätzlich. Insbesondere betragen die Schichtdicke der Schwingplatte 11 (die Schichtdicke D1), der ersten Oxidschicht 13 (Schichtdicke d1), der zweiten Oxidschicht 14 (Schichtdicke d2) d1 = 5 nm – 5 μm, vorzugsweise 10 nm – 3 μm. Die Schichtdicke d2 beträgt 5 nm – 3 μm, vorzugsweise 10 nm – 1 μm. Die Schichtdicke D1 beträgt 100 nm – 10 μm, vorzugsweise 500 nm – 5 μm. Wenn die Schichtdicke D1 der Schwingplatte 11 mehr als 10 μm beträgt, reicht das Ausmaß der Versetzung für einen Flüssigkeitsausstoßkopf nicht aus, so daß der Wert für eine Düsenanordnung hoher Dichte nicht bevorzugt wird.
Bei dieser Ausführungsform der piezoelektrischen Struktur ist vorzugsweise die Beziehung d1 + d2 + D1 ≤ 5 × D2 erfüllt, wobei D2 die Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht 15 ist. Wenn d 1 + d2 + D 1 ≤ 5 × D2 erfüllt ist, ist das Ausmaß der Versetzung in der piezoelektrischen Struktur ausreichend. Die spezifische Schichtdicke D2 der piezoelektrischen Schicht 15 beträgt 500 nm – 10 μm, vorzugsweise 1 μm – 5 μm.
Der Werkstoff der Schwingplatte 11 ist Si, vorzugsweise einkristallines Si. Die Schwingplatte 11 kann mit einem Element wie zum Beispiel B dotiert sein. Die Gitterkonstante des für die Schwingplatte 11 verwendeten Si kann so sein, daß die piezoelektrische Schicht 15 ein monoorientierter Kristall oder Einkristall wird.
Der Werkstoff der ersten Oxidschicht 13 auf der Oberseite kann SiO₂, YSZ (Yttrium-stabilisiertes Zirkon), MgO oder dergleichen sein, und das Material der zweiten Oxidschicht 14 kann zumindest eines der Materialien SiO₂, YSZ, Al₂O₃, LaAlO₃, Ir₂O₃, MgO, SRO(SrRuO₃), STO(SrTiO₃) oder dergleichen sein. Wenn von einem anderen Oxid als SiO₂ Gebrauch gemacht wird, besitzt der Werkstoff eine Kristallorientierung (111) oder (100). Wenn die Oxidschicht eine Kombination aus SiO₂ und einem weiteren Oxid ist, kann eine geringe Menge des metallischen Elements des anderen Oxids enthalten sein, um eine bevorzugte Schwingeigenschaft oder dergleichen für die Schwingplatte zu erreichen. Der Anteil beträgt nicht mehr als 10 Atom-%, vorzugsweise nicht mehr als 5 Atom-%.
Der Werkstoff des piezoelektrischen Films 15 zur Verwendung bei der piezoelektrischen Struktur 10 gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise sein:
PZT(Pb(Zr_xTi_1-x)O₃], PMN[Pb(Mg_xNb_1-x)O₃],
PNN[Pb(Nb_xNi_1-x)O₃], PSN[Pb(Sc_xNb_1-x)O₃],
PZN[Pb(Zn_xNb_1-x)O₃], PMN-PT{(1-y)[Pb(Nb_1-x)O₃]-y[PbTiO₃]}, PSN-PT{(1-y)[Pb{Sc_xNb_1-x}O₃]-y[PbTiO₃]},
PZN-PT{(1-y)[Pb(Zn_xNb_1-x)O₃]-y[PbTiO₃]}.
x und y betragen hier nicht mehr als 1 und nicht weniger als 0. Beispielsweise gilt im Fall von PMN vorzugsweise 0,2-0,5; im Fall von PSN beträgt x vorzugsweise 0,4-0,7, im Fall von PMN-PT beträgt y vorzugsweise 0,2-0,4, im Fall von PSN-PT beträgt y vorzugsweise 0,35-0,5, und im Fall von PZN-PT beträgt y vorzugsweise 0,03-0,35.
In dieser Ausführungsform können diese Werkstoffe zu einem Monoorientierungs-Kristall oder einer einkristallinen Schicht geformt werden, so daß die Leistungsfähigkeit groß wird. Als Verfahren zur Ausbildung einer piezoelektrischen Schicht mit einkristalliner Struktur dient zum Beispiel ein Sputter-Schichterzeugungsverfahren, ein rasches Abkühlen der Schichtbildungstemperatur mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 30°C/min. Andere Verfahren sind möglich.
Die piezoelektrische Schicht kann eine weitere Struktur einer Einzelzusammensetzung aufweisen oder kann eine laminierte Struktur aus zwei oder mehr Zusammensetzungen sein. Zur Steuerung der kristallinen Struktur kann die Schichtbildung durchgeführt werden, nachdem eine Verankerungslage verschiedener Materialzusammensetzungen gebildet wurde. Beispielsweise kann im Fall der Erzeugung einer einkristallinen Schicht aus PZT eine Zr-Komponente die Neigung haben, in den Anfangszustand einzutreten, so daß die Schichtbildung dieses Stoffs vorzugsweise erfolgt, nachdem die Verankerungslage aus PbTiO₃ erfolgt ist. Es kann sich um eine mit einer geringen Menge des Elements der Hauptkomponente dotierte Zusammensetzung handeln. Der Monoorientierungs-Kristall oder Einkristall besitzt eine Prioritätsorientierung der Schicht von nicht weniger als 80 %, vorzugsweise nicht weniger als 85 % und noch mehr bevorzugt nicht weniger als 95 %, bestimmt durch XRD (Röntgenbeugungsvorrichtung) (θ-2θ (Außer-Ebenen)-Messung).
Ein Beispiel, bei dem die monokristalline piezoelektrische Schicht aus PMN-PT oder PZN-PT als piezoelektrisches Element verwendet wird, ist in der US-A-5 804 907 offenbart, wobei es sich um ein massives Kristallelement handelt, hergestellt nach dem TSSG-Verfahren (Top Speeded Solution Growth), bei dem das Werkstück geschnitten und anschließend mit dem Substrat (der Schwingplatte) gekoppelt wird. Dieses Verfahren eignet sich nicht für die Mikrofertigung, und es ist nicht möglich, eine Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht von nicht mehr als 10 μm zu erreichen. Darüber hinaus ist es erforderlich, entlang der Kristallorientierung in dem Material zu schneiden, was mühsam und zeitraubend ist. Außerdem gibt es die Möglichkeit einer fehlerhaften Ausrichtung mit der Kristallorientierung.
Bei dieser Ausführungsform läßt sich auf dem Substrat eine Schicht mit einer sequentiell ausgerichteten Kristallorientierung ausbilden, so daß sich derartige Probleme hier nicht stellen. Im Fall des Flüssigkeitsausstoßkopfs sind die Schwankungen der Ausstoßleistung gering, die Verbindungsstärke ist groß. Darüber hinaus ist die Schicht eine piezoelektrische Schicht aus einem Monoorientierungs-Kristall oder Einkristall, weshalb die Haltbarkeit und die piezoelektrischen besonderen Eigenschaften bevorzugt sind.
Spezifische Schichtstrukturen der piezoelektrischen Struktur gemäß dieser Ausführungsform werden im folgenden beschrieben. Die Darstellung der Schichtstruktur umfaßt eine „obere Elektrode 17// eine piezoelektrische Schicht 15// eine untere Elektrode 16// eine zweite Oxidschicht 14// eine Schwingplatte 11// eine erste Oxidschicht 13" (Bezugszeichen gemäß 2).
Beispiel 1:

Pt//PZT(001)/PT(001)//Pt(100)//MgO(100)//Si(100)//SiO₂

Die Schwingplatte mit dieser Schichtstruktur ist Si(100), und die die Schwingplatte einfassenden Oxidschichten bestehen aus MgO(100) und SiO₂. Es gibt weiterhin folgende Verfahren:
Beispiel 2:

Au//PZT(001)//PT(001)//PT(100)//YSZ(111)/SiO₂//Si(111)//SiO₂

Beispiel 3:

Au//PZT(111)/PT(111)//PT(111)//YSZ(100)/SiO₂//Si(100)//SiO₂

Beispiel 4:

Pt//PZT(111)/PT(111)//Pt(111)//YSZ(100)/Zr//Si(100)//SiO₂

Beispiel 5:

Pt//PZT(111)/PT(111)//Pt(111)//MgO(111)//Si(100)//SiO₂

Beispiel 6:

Au//PZT(001)//SRO(001)//Si(100)//SiO₂

Beispiel 7:

Al//PZT(111)//SRO(111)//Si(111)//SiO₂

Beispiel 8:

Au//PZT(111)/PT(111)//Pt(111)//YSZ(100)/SiO₂//Si(100)//YSZ(100)

Beispiel 9:

Pt/PZT(001)//SRO(001)//Si(100)//YSZ(100)

Beispiel 10:

Au//PZT(001)/PT(001)//Pt(100)//MgO(100)//Si(100)//YSZ(100)

Beispiel 11:

Pt//PZT(001)/PT(001)//Pt(100)//MgO(100)//Si(100)//YSZ/100)

Beispiel 12:

Pt//PZT(001)/PT(001)//Pt(100)//LaAlO₃(100)//Si(100)//SiO₂

Bei den Beispielen 6, 7 und 9 besitzt SRO eine Richtungs-Leitfähigkeit, außerdem fungiert der Stoff als zweite Oxidschicht 14 und als die untere Elektrode 16. Bei den obigen Beispielen besteht die piezoelektrische Schicht aus einer laminierten Struktur aus PZT für PZT/PT. Man kann die Struktur ersetzen durch die Schichtstruktur aus PMN, PZN, PSN, PNN, PMN-PT, PSN-PT, PZN-PT.
Beispielsweise sind die folgenden Stoffe brauchbare Alternativen:
Au/PMN(001)//Pt(100)//MgO(100)//Si(100)//SiO₂;
Pt//PMN-PT(001)//Pt(100)//MgO(100)SiO₂//Si(100)//SiO₂;
Al//PMN-PT(001)/PT(001)//Pt(100)//YSZ(111)/SiO₂//Si(111)//SiO₂.
Die in Klammern angegebenen Kristallorientierungen in der Schichtstruktur bezeichnen die Kristallorientierung mit einer Prioritätsorientierung von nicht weniger als 80 %, vorzugsweise nicht weniger als 85 %, noch bevorzugter nicht weniger als 95 %, wie es oben erläutert wurde.
Bezüglich der zweiten Oxidschicht 14 kann das SiO₂ als Si-Oxidschicht oder ein anderes Oxid (YZS, MgO, Ir2O₃) abhängig vom Fertigungsverfahren gewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Entstehung von SiO₂ dadurch zu unterdrücken, daß man unter Verwendung eines Metalltargets während der Schichterzeugung aus YSZ einen YSZ-Film bildet. Durch Dünnschichtausbildung aus Metall wie beispielsweise Zr oder dergleichen auf der Si-Schicht läßt sich die Entstehung von SiO₂ unterbinden.
Im folgenden wird das Fertigungsverfahren für die piezoelektrische Struktur und den Flüssigkeitsausstoßkopf gemäß der Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Das Fertigungsverfahren für die piezoelektrische Struktur mit der Schwingplatte und dem piezoelektrischen Film gemäß dieser Ausführungsform umfaßt: einen Schritt (1) der Bildung einer zweiten Oxidschicht auf einem Siliciumsubstrat mit einer monokristallinen Siliciumschicht auf einer Siliciiumschicht, zwischen denen sich eine Oxidschicht befindet; einen Schritt (2) der Ausbildung einer piezoelektrischen Schicht auf einen Monoorientierungs-Kristall oder einer Einkristallstruktur auf der zweiten Oxidschicht; und einen Schritt (3) für eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht.
Ein weiteres Fertigungsverfahren für einen Flüssigkeitsausstoßkopf mit einem Flüssigkeitsausstoßauslaß, einem Hauptkörpersubstrat mit einer Druckkammer, die in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsausstoßauslaß steht und eine Öffnung aufweist; einer piezoelektrischen Struktur, die als Verschluß für die Öffnung vorgesehen ist. Erfindungsgemäß enthält das Verfahren zusätzlich zu den Schritten (1) bis (3): einen Schritt (4) des Trennens der piezoelektrischen Schicht in eine Mehrzahl von Teilen; einen Schritt (5) einer oberen Elektrode auf dem piezoelektrischen Film und einen Schritt (6) zur Ausbildung der Druckkammer.
Im folgenden wird jeder dieser Schritte beschrieben. Im Schritt (1) kann das Siliciumsubstrat mit der monokristallinen Siliciumschicht auf der Siliciumschicht mit der dazwischenliegenden Oxidschicht ein SOI-Substrat (Silicium-Auf-Isolator-Substrat) sein, oder eine Schicht aus monokristallinem Oxid, die auf dem Siliciumsubstrat ausgebildet ist, wobei darauf eine Schicht aus monokristallinem Silicium gebildet werden kann. Im Fall eines SOI-Substrats ist die Oxidschicht auf der Siliciumschicht beispielsweise SiO₂, und das monokristalline Oxid ist YSZ(100), YSZ(111), MgO(100), MgO(111), STO(100), STO(111) oder dergleichen. Die Schichtdicke (d1) der Oxidschicht beträgt 5 nm-5 μm, vorzugsweise 10 nm-3 μm. Diese Oxidschichten sind einsetzbar als Ätzstoppschicht im Schritt (5) bei der Ausbildung einer Druckkammer.
Die zweite Oxidschicht, die auf dem monokristallinen Silicium gebildet wird, wird vorzugsweise vor dem Schritt (2) und/oder dem Schritt (3) gebildet. Die zweite Oxidschicht kann SiO₂, YSZ(100), YSZ(111), SRO(001), SRO(111), MgO(100), MgO(111), Ir2O₃(100), Ir2O₃(111), Al2O₃(100), Al2O3(111), LaAlO₃(100), LaAlO₃(111), STO(100), STO(111) oder dergleichen sein. Die Schichtdicken (d2) dieser Stoffe betragen 5 nm-3 μm, vorzugsweise 10 nm-1 μm.
In der oben erläuterten Schichtstruktur ist im Beispiel 1 die zweite Oxidschicht MgO, im Beispiel 2 YSZ und SiO₂. Das SiO₂ läßt sich herstellen durch oxidative Reaktion während der Ausbildung der YSZ-Schicht als Pufferschicht, kann aber auch gebildet werden durch Wärmebehandlung nach der Schichtbildung. Wenn die zweite Oxidschicht SiO₂ enthält, ist es bevorzugt, wenn eine geringe Menge des Metalls einer anderen Oxidschicht (Pufferschicht) in dem SiO₂ enthalten ist. Das hierbei bevorzugte Verfahren ist ein Sputter-Verfahren unter Verwendung eines Oxidtargets als Schichtbildungsverfahren für eine weitere Oxidschicht. Die Schichtdicke der SiO₂-Schicht läßt sich steuern durch geeignete Auswahl des Temperaturabsenkprozesses von einer Maximaltemperatur der gebildeten YSZ- Schicht, durch eine Temperatur-Haltedauer, eine Neuerwärmungsbehandlung und die dazugehörige Temperaturhaltung. Beispielsweise läßt sich die Schichtdicke der SiO₂-Schicht dadurch erhöhen, daß man die Temperatur bei der Sputter-Schichtbildung in einer Wasserdampfatmosphäre beibehält. Die Fertigung der SiO₂-Schicht an der Grenzfläche zwischen dem YSZ und dem Si läßt sich verhindern, indem man als erstes eine Metallschicht mit Hilfe eines Zr-Targets erzeugt und dann eine Schicht aus YSZ bildet. Abhängig davon, welches Material und welche Leistungsfähigkeit gegeben sind, kann man wählen, ob die SiO₂-Schicht gebildet wird oder nicht.
Im Schritt (2) wird eine piezoelektrische Schicht mit einer Einzelschichtstruktur oder einer laminierten Struktur gebildet, wozu irgendeine der folgenden Zusammensetzungen gewählt wird: PZT, PMN, PZN, PSN, PNN, PMN-PT, PSN-PT, PZN-PT oder dergleichen. Vorzugsweise besitzt die piezoelektrische Schicht eine Kristallstruktur mit Monoorientierung oder eine Einkristallstruktur.
Die Ausbildung der oberen Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht im Schritt (3) läßt sich mit Hilfe eines Sputter-Verfahrens, durch Aufdampfen, durch ein Niederschlagungsverfahren oder dergleichen bewerkstelligen. Das Elektrodenmaterial kann ein metallischer Werkstoff wie Au, Pt, Cr, Al, Cu, Ir, Ni oder ein elektrisch leitendes Oxid wie zum Beispiel SRO, ITO sein. Die obere Elektrode kann eine massive Elektrode oder eine kammförmige Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht sein.
Bei dem Herstellungsverfahren für die piezoelektrische Struktur ist es gemäß der Ausführungsform der Erfindung möglich, daß die Monoorientierungs-Kristall-Schicht oder die einkristalline piezoelektrische Schicht eine hohe piezoelektrische Konstante besitzt, die sich auf dem Siliciumsubstrat ausbilden läßt, demzufolge man eine Schwingplatte erhält, die sich durch hohe Verbindungsfestigkeit und Haltbarkeit auszeichnet. Damit läßt sich eine piezoelektrische Struktur mit Hochfrequenzeigenschaft, hohe Haltbarkeit und Elektrostriktion/Piezoelektrizität herstellen.
Bei dem Fertigungsverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf ist der Schritt zum Trennen der piezoelektrischen Schicht im Schritt (4) ein Musterbildungsschritt, bei dem die piezoelektrische Schicht durch den Schritt (2) gebildet wird. Die Musterbildung ist aufgetrennt entsprechend den Flüssigkeitsausstoßauslässen (Düsen) und den Druckkammern. Das Musterbildungsverfahren kann ein Naßätzverfahren, ein Trockenätzverfahren, ein mechanisches Schneidverfahren oder dergleichen sein. Im Fall der Naßätzung und der Trockenätzung kann zum Schutz des Siliciumsubstrats mit Resistbehandlung zur Musterbildung ein Schutzfilm gebildet werden. Ferner kann zwischen die aufgetrennte piezoelektrische Schicht ein Harzmaterial oder dergleichen eingefüllt werden, welches eine geringe Steifigkeit besitzt, die die Expansion und die Kontraktion der piezoelektrischen Schicht nicht behindert.
Der Schritt (5) zur Bildung der Druckkammer enthält einen Prozeßschritt für die Siliciumschicht auf der entgegengesetzten Seite und/oder einen Schritt zum Verbinden eines separaten Substrats, bei dem ein Druckkammerteil ausgebildet ist, mit dem Siliciumsubstrat. Der Prozeßschritt für die Siliciumschicht läßt sich durch Naßätzen, durch Trockenätzen, einen mechanischen Prozeß (Sandstrahlverfahren oder dergleichen) durchführen. Das Substrat für das getrennte Substrat mit dem daran ausgebildeten Druckkammerteil kann ein Siliciumsubstrat, ein SUS-Substrat, ein Polymermaterial-Substrat oder dergleichen sein. Das Verbindungsverfahren im Fall der Verwendung des Siliciumsubstrats, des SUS-Substrats oder dergleichen kann ein Verfahren zum Verbinden mittels anodischer Oxidation, ein Aktivmetall-Lötverfahren oder ein Verfahren unter Einsatz eines Klebstoffs sein. Wird ein Polymermaterial verwendet, so eignet sich ein Ätzverfahren unter Verwendung von Resistmaterial. Alternativ ist ein vorbearbeitetes Substrat verwendbar. Die Konfiguration der Druckkammer kann rechteckig, kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. Außerdem kann im Fall eines seitlich ausstoßenden Bauelements die Querschnittskonfiguration der Druckkammer in Richtung der Düse verkleinert sein.
Der Schritt (6) zur Ausbildung des Flüssigkeitsausstoßauslasses kann das Verbinden einer Düsenplatte beinhalten, wobei die Flüssigkeitsausstoßauslässe entsprechend den einzelnen Druckkammerteilen ausgebildet sind, oder man kann die Flüssigkeitsausstoßauslässe aus Resistmaterial oder dergleichen herstellen. Nach dem Laminieren des Polymersubstrats können alternativ die Flüssigkeitsausstoßauslässe entsprechend den Druckkammern durch Laserbearbeitung ausgebildet werden. Im Fall der Herstellung der Flüssigkeitsausstoßauslässe unter Verwendung von Resistmaterial kann der Fertigungsvorgang gleichzeitig mit dem Schritt (5) ausgeführt werden. Die Reihenfolge der Schritte (4), (5) und (6) ist nicht beschränkt, der Trennschritt für die piezoelektrische Schicht (4) kann am Schluß durchgeführt werden.
Abhängig von dem Fertigungsverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform der Erfindung besitzt ähnlich wie im Fall der oben beschriebenen piezoelektrischen Struktur die piezoelektrische Schicht eine Struktur eines Monoorientierungs-Kristalls oder Einkristalls, so daß die dadurch erhaltene Schwingplatte eine hohe Verbindungsstärke und Haltbarkeit besitzt.
Hierdurch ist es möglich, einen Flüssigkeitsausstoßkopf zu erhalten, der eine hohe Dichte, hohe Ausstoßleistung und die Fähigkeit besitzt, einen Druckvorgang bei hoher Frequenz durchzuführen.
Im folgenden werden spezielle Beispiele beschrieben.
(Beispiel 1)
Nach der in 3 dargestellten Figur, bei der es sich um eine Teilschnittansicht einer piezoelektrischen Struktur handelt, die durch ein Verfahren zum Fertigen der piezoelektrischen Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gefertigt wurde, wurde auf einer monokristallinen Si-Schicht bei 800°C durch Sputter-Schichterzeugung eine YSZ-(100)-Schicht 24 mit einer Dicke von 0,3 μm gebildet, wozu ein SOI-Substrat als Siliciumschicht 28 mit einer Dicke von 625 μm, eine SiO₂-Schicht 23 mit einer Dicke von 0,2 μm und einer Schicht 21 einer Dicke von 3 μm aus monokristallinem Si(100) verwendet wurden. Im Anschluß daran wurde eine Elektrode 26 aus Pt(111) mit einer Dicke von 0,5 μm gebildet, ferner eine piezoelektrische Schicht 22 aus PT(111), PZT(111) bei einer Temperatur von 600°C. Die Zusammensetzung von PZT war Pb(Zr_0,53Ti_0,47)O₃. Die Gesamtschichtdicke der piezoelektrischen Schicht 22 betrug 3,5 μm. Bei sämtlichen Filmerzeugungsschritten betrug die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit beim Abkühlvorgang nach der Filmerzeugung nicht weniger als 40°C/min, um die einkristalline Eigenschaft des Films zu steuern. Durch diesen Schritt wurde eine 0,02 μm dicke SiO₂-Schicht 24a als die zweite Oxidschicht an der Grenzfläche zwischen dem YSZ(100) 24 und dem Si(100) 21 gebildet. Die Schichtdicke der SiO₂-Schicht 24a betrug bei der Ausbildung unter 800°C 0,2 μm, anschließend wurde die Schicht 100 Minuten lang in Wasserdampf gehalten. Die Anteile von Y- und Zr-Metall in dem SiO₂ betrug 4,6 Atom-%. Die einkristalline Eigenschaft der piezoelektrischen Schicht 22 besaß nicht weniger als 99 % Orientierung in Richtung (111), als Ergebnis wurde dies bestätigt durch eine XRD (X-Linien-Beugungsvorrichtung).
Auf dem piezoelektrischen Film 22 wurde eine obere Elektrode 27 aus Au aufgedampft. Im Anschluß daran wurde eine Siliciumschicht 28 rechteckiger Form mit einer Breite von 100 μm und einer Länge von 2 mm in die erste Oxidschicht 23 durch Naßätzen unter Verwendung von TMAH (Trimethylammoniumhydroxid) geätzt.
Aus der nach den oben beschriebenen Schritten hergestellten piezoelektrischen Struktur (3) wurden die obere und die untere Elektrode 26, 27 herausgenommen, und es wurde die Versetzung bei einer Treiberfrequenz von 35 kHz und einer Treiberspannung von + 5V/–5V gemessen, sie betrug 0,26 μm im Mittelbereich. Im Fall der Struktur mit einer 1,0 μm dicken zweiten Oxidschicht 24 betrug die bevorzugte Versetzung 0,25 μm.
Eine piezoelektrische Struktur mit gleichem Aufbau wie die piezoelektrische Schicht wurde als polykristallines Element mit einer Orientierung von 43 % hergestellt, die Versetzung betrug 0,04 μm. Die Schwankungen waren signifikant, die Haltbarkeit war gering.
(Beispiel 2)
Unter Verwendung eines Substrats, in welchem die monokristalline Si-Schicht eine Kristallorientierung (111) besaß, erfolgte eine Schichtbildung durch Sputtern zur Fertigung der Struktur des Beispiels 2 in der oben beschriebenen Schichtstruktur. Durch Verwendung von PZT mit einer Kristallorientierung (001) wurde die Haltbarkeit zusätzlich gesteigert. Die nach dem Ätzvorgang ähnlich der Ausführungsform 1 gemessene Versetzung betrug 0,25 μm-0,28 μm, was bevorzugte Werte darstellte.
(Beispiel 3)
Bezugnehmend auf 4 wird das Fertigungsverfahren für den Flüssigkeitsausstoßkopf dieses Beispiels beschrieben. 4 ist eine Teilschnittansicht eines gemäß dem Fertigungsverfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung hergestellten Flüssigkeitsausstoßkopfs.
Eine MgO(100)-Schicht 34 wurde mit einer Dicke von 0,3 μm auf einem mit B dotierten einkristallinen Si(100) 31 unter Verwendung eines Substrats 39 mit einer mit B dotierten einkristallinen Struktur aus Si(100)/SiO₂/Si (die Schichtdicken betrugen 2,5 μm/1 μm/250 μm) ausgebildet. Außerdem wurden eine 0,4 μm dicke Schicht aus Pt(100) und eine piezoelektrische Schicht 32 aus PMN(001) mit einer Dicke von 2,3 μm ausgebildet. Die Zusammensetzung des PMN wurde eingestellt auf Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃. Die Betrachtung im TEM bestätigte, daß die SiO₂-Schicht 34a mit einer Dicke von 0,05 μm an der Grenzfläche zwischen dem MgO₃ und dem Si(100) 31 ausgebildet wurde. Auf der oberen Elektrode 37 wurde Au aufgebracht. Die Si-Schicht 38 wurde unter Verwendung von C₄F₈ zur Bildung der Druckkammer 41 einer Plasmaätzung unterzogen. Anschließend wurden das Si-Mittelsubstrat 42 und die Öffnungsplatte 43 als Druckkammer verbunden, um den Flüssigkeitsausstoßkopf dieser Ausführungsform zu erhalten.
4 zeigt den Flüssigkeitsausstoßkopf, der nach dem Verfahren dieses Beispiels gefertigt wurde, wobei mit 31 eine Schwingplatte aus mit B dotiertem einkristallinem Si bezeichnet ist, mit 32 eine piezoelektrische Schicht aus PMN bezeichnet ist, 33 eine erste Oxidschicht ist, 34, 34a eine zweite Oxidschicht sind, 36 eine untere Elektrode und 37 eine obere Elektrode ist. Mit 38 ist eine Si-Schicht bezeichnet, in welcher die Druckkammer 41 ausgebildet ist. 42 ist ein Mittelsubstrat, 43 eine Düsenplatte, in der die Flüssigkeitsausstoßauslässe 44 ausgebildet sind. Die Druckkammer 41 besitzt eine Breite von 60 μm, eine Tiefe von 2,2 mm und eine Trennbreite zwischen benachbarten Druckkammern 41 von 24 μm.
Unter Verwendung des Flüssigkeitsausstoßkopfs wurden die Tintenausstoßtests durchgeführt. Es wurde eine maximale Ausstoßgeschwindigkeit von 1s bei einer Treiberfrequenz von 35 kHz und einer Treiberspannung von + 7V/–7V bestätigt. Die Tröpfchengröße war auf 3 pl-26 pl steuerbar. Der mit 10⁹ Versetzungen vorgenommene Haltbarkeitstest ergab, daß die Versetzung nur eine Abnahme von nicht mehr als 5 % erlitt.
Es wurden zwei Flüssigkeitsausstoßköpfe mit gleicher Struktur hergestellt, die sich nur in der Schichtdicke der einkristallinen Siliciumschicht unterschied, nämlich 10 μm einerseits und 11 μm andererseits. Die Versetzung in dem Flüssigkeitsausstoßkopf mit der 10 μm dicken Si-Schicht war um 10 % geringer als bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf mit einer 10,5 μm dicken Si-Schicht, konnte allerdings Tröpfchen mit hoher Viskosität (10 cps) ausstoßen. Im Fall des Flüssigkeitsausstoßkopfs mit 11 μm betrug die Verringerung der Versetzung 17 %, er konnte allerdings Tröpfchen mit ähnlich hoher Viskosität ausstoßen. Allerdings ist die Haltbarkeit etwas geringer als bei dem Flüssigkeitsausstoßkopf mit 10 μm.
(Beispiel 4)
Die piezoelektrische Schicht der Ausführungsform 3 wurde mit Hilfe eines piezoelektrischen Films aus PSN-PT(001) (die anderen Strukturen waren die gleichen) modifiziert. Die Zusammensetzung von PSN-PT betrug 0,55[Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃]-0,45[PbTiO₃]. Die Abmessungen wie beispielsweise die Breite der Druckkammer oder dergleichen waren die gleichen wie bei der Ausführungsform 3. Es wurde bestätigt, daß Tinte mit einer Geschwindigkeit von 14,3 m/s bei gleichen Treiberbedingungen ausgestoßen werden konnte. Wenn außerdem die Breite der Druckkammer auf 40 μm geändert wurde und die Länge der Druckkammer auf 2,5 mm geändert wurde, konnte Tinte mit einer Geschwindigkeit von nicht weniger als 10 m/s ausgestoßen werden, was einem praxistauglichen Wert entspricht.
(Beispiel 5)
Die piezoelektrische Schicht der Ausführungsform 4 wurde geändert auf PZN-PT(001), ohne daß die anderen Strukturen abgewandelt wurden. Ein solcher Flüssigkeitsausstoßkopf wurde hergestellt. Die Zusammensetzung von PZN-PT betrug 0,90{Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃}-0,10{PbTiO₃}. Die Ausstoßgeschwindigkeit der Tinte bei einer Breite der Druckkammer von 60 μm betrug 14,1 m/s, was ein bevorzugter Wert ist. Die Mengen der Tröpfchen waren stabil.
Während die Erfindung anhand von hier offenbarten Strukturen beschrieben wurde, ist sie nicht auf hier dargelegte Einzelheiten beschränkt, die Anmeldung wird durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abgedeckt.

Claims

Piezoelektrische Struktur (10), umfassend: eine piezoelektrische Schicht (15) und eine Schwingplatte (11), wobei letztere eine zwischen Oxidschichten (13, 14) gelegene erste Schicht (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Oxidschichten (13, 14) gelegene Schicht (11) aus einem einkristallinen Material ist oder aus einem einkristallinen Material, das mit einem gegenüber einem Element, das die einkristallinen Materialien bildet, verschiedenen Element dotiert ist, und die piezoelektrische Schicht (15) eine Kristallstruktur mit einer Monoorientierung aufweist oder als einkristalline Schicht vorliegt.
Piezoelektrische Struktur nach Anspruch 1, bei der die Schichtdicke D1 der ersten Schicht (11) und die Schichtdicken d1, d2 der Oxidschichten (13, 14) die Bedingung erfüllen d1 + d2 ≤ D1.
Piezoelektrische Struktur nach Anspruch 2, bei der die Schichtdicke D2 der piezoelektrischen Schicht die Bedingung erfüllt d1 + d2 + D1 ≤ 5 × D2.
Piezoelektrische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zusammensetzung der piezoelektrischen Schicht (15) aus einem der Materialien PZT, PMN, PNN, PSN, PMN-PT, PNN-PT, PSN-PT und PZN-PT ist und eine Einzelschichtstruktur oder eine laminierte Struktur unterschiedlicher Zusammensetzungen besitzt.
Piezoelektrische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Oxidschicht wenigstens eines der Materialien SiO₂, YSZ, Al₂O₃, LaAlO₃, Ir2Or, MgO, SRO und STO umfasst.
Piezoelektrische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das einkristalline oder polykristalline Material Silicium umfasst.
Flüssigkeitsausstoßkopf, umfassend einen Flüssigkeitsausstoßauslaß (2); einen Hauptaufbau-Substratabschnitt (6) mit einer Druckkammer (3) in Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitsausstoßauslaß; und die piezoelektrische Struktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die entsprechend der Druckkammer (3) vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen einer piezoelektrischen Struktur (10), bei der eine Schwingplatte (11) und ein piezoelektrisches Element miteinander laminiert sind und letzteres eine zwischen einer unteren Elektrode (16) und einer oberen Elektrode (17) angeordnete piezoelektrische Schicht (15) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte: – Erzeugen einer zweiten Oxidschicht (14) auf einem Siliciumsubstrat (11) mit einer Siliciumschicht, einer einkristallinen Siliciumschicht und einer ersten Oxidschicht (13) dazwischen zur Bildung der Schwingplatte (11), die die einkristalline Schicht (11) und die diese zwischen sich einschließenden erste Oxidschicht (13) und zweite Oxidschicht (14) aufweist; – Erzeugen der unteren Elektrode (16) auf der zweiten Oxidschicht (14); – Erzeugen auf der unteren Elektrode eine piezoelektrische Schicht (15) aus einem Kristall mit Monoorientierung oder aus einem Einkristall; – Trennen der piezoelektrischen Schicht (15) in eine Mehrzahl Teile; und – Erzeugen der oberen Elektrode (17) auf der piezoelektrischen Schicht (15).
Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitsausstoßkopfes (11, der umfasst einen Hauptaufbausubstratabschnitt (61 mit einer in einer Siliciumschicht (28) vorgesehenen Druckkammer in Fluid-Verbindung mit einem Flüssigkeitsausstoßauslaß (2) und einer piezoelektrischen Struktur (10), die entsprechend der Druckkammer (3) vorgesehen ist, wobei in der piezoelektrischen Struktur (10) eine Schwingplatte (11) und ein piezoelektrisches Element (12) laminiert sind und letzteres eine zwischen einer unteren und einer oberen Elektrode (16, 17) eingeschlossene piezoelektrische Schicht (15) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte nach Anspruch 8.
Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend den Schritt – Erzeugen der Druckkammer (3) durch teilweises Abätzen der Siliciumschicht (28) von der Schwingplatte (11).