JP2000124515A - Manufacture of ferroelectric element - Google Patents

Manufacture of ferroelectric element

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JP2000124515A
JP2000124515A JP29323098A JP29323098A JP2000124515A JP 2000124515 A JP2000124515 A JP 2000124515A JP 29323098 A JP29323098 A JP 29323098A JP 29323098 A JP29323098 A JP 29323098A JP 2000124515 A JP2000124515 A JP 2000124515A
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JP
Japan
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ferroelectric
paste
pzt
sol
precursor solution
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JP29323098A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukimi Takahashi
由紀見 高橋
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To contrive to form a film which is high in film density and in electrical characteristics, when a ferroelectric element is formed using a sol-gel method. SOLUTION: PZT sol-gel powder is dispersed in an alcoholic solvent, a dispersant, a plasticizing agent and a binder are added to the alcoholic solvent to stir fully the solvent, and a PZT paste is made. A sol-shaped PZT precursor solution is added within this paste, whereby a mixed paste is made, the paste is applied on a substrate, and a PZT film obtained by drying and firing the paste is higher than a conventional PZT film in film density and is better than the conventional PZT film in electrical characteristics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置等に圧電素子として用いられる圧電体、強誘電体
素子に関する。
The present invention relates to a piezoelectric or ferroelectric element used as a piezoelectric element in an ink jet recording apparatus or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電体微粒子を用いて強誘電体ペース
トを作製し、スクリーン印刷やバーコーターなどで強誘
電体膜を作製する技術はよく知られている。固相法で作
製した強誘電体微粒子を用いてペーストを作製する技術
は従来からよく知られているが、最近になり、ゾルゲル
法で強誘電体微粒子を作製し、ペースト化する技術も知
られるようになった。ゾルゲル法による強誘電体微粒子
を用いたペーストにより強誘電体膜を作製する従来技術
を説明する。
2. Description of the Related Art A technique for producing a ferroelectric paste using ferroelectric fine particles and producing a ferroelectric film by screen printing or a bar coater is well known. Techniques for preparing pastes using ferroelectric fine particles prepared by the solid-phase method have been well known, but recently, techniques for preparing ferroelectric fine particles by the sol-gel method and forming them into paste have also been known. It became so. A conventional technique for producing a ferroelectric film by a paste using ferroelectric fine particles by a sol-gel method will be described.

【0003】2.67g(0.0094モル)のチタン
テトライソプロポキシドを100gのイソプロパノール
に溶解してチタン溶液とした。ついでチタンテトライソ
プロポキシドの高分子量化を進めるため、得られたチタ
ン溶液に0.001規定塩酸のイソプロパノール溶液1
00gを徐々に添加して加水分解を行った。イソプロパ
ノールの沸点である82.5℃の温度で8時間にわたっ
て還流を行った後、0.0188モルのエトキシエタノ
ールを添加した。その結果、チタン前駆体溶液が得られ
た。別に、4.06g(0.0106モル)のジルコニ
ウムテトラノルマルブトキシドを100gのイソプロパ
ノールに溶解してジルコニウム溶液とした。得られたジ
ルコニウム溶液に0.0212モルのエトキシエタノー
ルを添加し、さらに0.001規定の塩酸のイソプロパ
ノール溶液100gを徐々に添加して加水分解を行っ
た。82.4℃で8時間の還流の間にジルコニウムテト
ラノルマルブトキシドの高分子量化が進行し、ジルコニ
ウム前駆体溶液が得られた。上記のようにして別々に調
製したチタン前駆体溶液とジルコニウム前駆体溶液を混
合した後、さらに0.5時間にわたって還流を継続し
た。得られた混合物に5.94g(0.02モル)のジ
エトキシ鉛を添加し、82.4℃で0.5時間にわたっ
て還流を行った。その結果、PZT前駆体溶液(a)が
得られた。ここで、PZT中のZrとTiの組成比は得
られる強誘電性と密接に関係するので、上記のようにイ
ソプロパノール溶液を調製し、かつ、ここでそれらの溶
液を混合するにあたってもこの点を配慮し、最終的に得
られるPZT薄膜に所望の組成比(Pb:Zr:Ti:
O=1:0.53:0.47:3)となるように調製及
び混合を行った。
[0003] 2.67 g (0.0094 mol) of titanium tetraisopropoxide was dissolved in 100 g of isopropanol to prepare a titanium solution. Then, in order to increase the molecular weight of titanium tetraisopropoxide, a 0.001 N hydrochloric acid isopropanol solution 1 was added to the obtained titanium solution.
The hydrolysis was carried out by gradually adding 00 g. After refluxing for 8 hours at a temperature of 82.5 ° C., the boiling point of isopropanol, 0.0188 mol of ethoxyethanol was added. As a result, a titanium precursor solution was obtained. Separately, 4.06 g (0.0106 mol) of zirconium tetranormal butoxide was dissolved in 100 g of isopropanol to prepare a zirconium solution. To the obtained zirconium solution, 0.0212 mol of ethoxyethanol was added, and 100 g of 0.001 N hydrochloric acid in isopropanol was gradually added to carry out hydrolysis. During the reflux at 82.4 ° C. for 8 hours, the molecular weight of zirconium tetranormal butoxide progressed, and a zirconium precursor solution was obtained. After mixing the titanium precursor solution and the zirconium precursor solution separately prepared as described above, reflux was further continued for 0.5 hour. To the resulting mixture was added 5.94 g (0.02 mol) of diethoxylead, and the mixture was refluxed at 82.4 ° C. for 0.5 hours. As a result, a PZT precursor solution (a) was obtained. Here, the composition ratio of Zr and Ti in PZT is closely related to the obtained ferroelectricity. Therefore, when preparing the isopropanol solution as described above and mixing these solutions here, this point is also considered. Considering the above, the desired composition ratio (Pb: Zr: Ti:
O = 1: 0.53: 0.47: 3).

【0004】前記PZT前駆体溶液(a)をるつぼ等の
所定の容器中に注ぎ、650℃で焼成することによっ
て、PZT微粒子が得られる。本方式で合成されたPZ
T微粒子は、平均粒径が0.1μm以下と非常に小さ
く、粒度分布においてもばらつきが少なく、きわめて均
一性に優れた微粒子である。得られた微粒子に、溶媒、
バインダー、分散剤、可塑剤などを添加して充分攪拌す
ることによりPZTペーストが得られた。このペースト
をスクリーン印刷で、Pt付きSi基板上に塗布し、800
℃で30分焼成することにより20μm厚のPZTペロ
ブスカイト膜を得た。
[0004] PZT fine particles can be obtained by pouring the PZT precursor solution (a) into a predetermined container such as a crucible and baking it at 650 ° C. PZ synthesized by this method
The T fine particles have a very small average particle size of 0.1 μm or less, have a small variation in particle size distribution, and are extremely excellent in uniformity. A solvent,
A PZT paste was obtained by adding a binder, a dispersant, a plasticizer, and the like and sufficiently stirring. This paste is applied on a Si substrate with Pt by screen printing, and 800
By firing at 30 ° C. for 30 minutes, a PZT perovskite film having a thickness of 20 μm was obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法で作製したPZT膜は、膜密度が低く、圧電特
性が悪いという難点があった。
However, the PZT film produced by such a method has the disadvantage that the film density is low and the piezoelectric characteristics are poor.

【0006】[発明の目的]本発明の目的は、上記問題
を解決し、膜密度が高く、電気特性の優れた強誘電体膜
を作製することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to produce a ferroelectric film having a high film density and excellent electric characteristics.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の強誘電体素子の製造方法は、下記記載の構
成を採用する。すなわち、本発明の強誘電体素子の製造
方法は、強誘電体微粒子を用いて強誘電体ペーストを作
製する工程と、この強誘電体ペースト内にゾル状強誘電
体前駆体溶液を添加することにより混合ペーストを作製
する工程とを有することを特徴とする。また、請求項2
に記載の強誘電体素子の製造方法は、請求項1に記載の
構成のうち、強誘電体ペーストを作製するための強誘電
体微粒子を、金属アルコキシドを加水分解して得たゾル
状強誘電体前駆体溶液を焼成することにより作製するこ
とを特徴とする。また、請求項3に記載の強誘電体素子
の製造方法は、請求項1または請求項2に記載の構成の
うち、混合ペーストを作製するために強誘電体ペースト
内に添加するゾル状強誘電体前駆体溶液の添加量が、強
誘電体ペーストに対して、10wt%〜40wt%であ
ることを特徴とする。また、請求項4に記載の強誘電体
素子の製造方法は、請求項1、請求項2または請求項3
に記載の構成のうち、金属アルコキシドを加水分解して
得たゾル状強誘電体前駆体溶液を焼成することにより作
製した強誘電体微粒子を用いて強誘電体ペーストを作製
し、この強誘電体ペースト内に、前記ゾル状強誘電体前
駆体溶液を混合して混合ペーストを作製し、この混合ペ
ーストを一定の基板上に塗布し、乾燥、焼成する工程を
経て製造することを特徴とする。すなわち、金属アルコ
キシドを加水分解して得たゾル状強誘電体前駆体溶液を
焼成することにより作製した強誘電体微粒子により強誘
電体ペーストを作製し、さらにこの強誘電体ペースト内
へゾル状強誘電体前駆体溶液を混合し、十分攪拌するこ
とにより混合ペーストを作製し、この混合ペーストを基
板に塗布し、乾燥、焼成することにより所望の強誘電体
素子を得ることができる。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a method of manufacturing a ferroelectric element according to the present invention employs the following configuration. That is, the method for manufacturing a ferroelectric element of the present invention comprises the steps of: preparing a ferroelectric paste using ferroelectric fine particles; and adding a sol ferroelectric precursor solution to the ferroelectric paste. And a step of producing a mixed paste. Claim 2
The method for producing a ferroelectric element according to claim 1, wherein the ferroelectric fine particles for producing a ferroelectric paste are obtained by hydrolyzing a metal alkoxide in the sol-like ferroelectric substance. It is characterized by being produced by firing a body precursor solution. According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a ferroelectric element, wherein the sol ferroelectric element is added to the ferroelectric paste in order to produce a mixed paste. The amount of the body precursor solution is 10 wt% to 40 wt% based on the ferroelectric paste. Further, the method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 4 is the method according to claim 1, claim 2 or claim 3.
Among the constitutions described in the above, a ferroelectric paste is produced using ferroelectric fine particles produced by firing a sol-like ferroelectric precursor solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide, The method is characterized in that the paste is mixed with the sol-form ferroelectric precursor solution to prepare a mixed paste, and the mixed paste is applied on a predetermined substrate, dried and fired. That is, a ferroelectric paste is produced from ferroelectric fine particles produced by firing a sol-like ferroelectric precursor solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide, and the sol-like ferroelectric paste is further poured into the ferroelectric paste. A mixed paste is prepared by mixing and sufficiently stirring the dielectric precursor solution, and the mixed paste is applied to a substrate, dried and fired to obtain a desired ferroelectric element.

【0008】(作用)上記目的を達成するために本発明
では、強誘電体微粒子である強誘電体ゾルゲル粉末を、
アルコール溶媒に分散させ、分散剤、可塑剤および高分
子バインダーを添加して十分に攪拌し、強誘電体ペース
トを作製する。この強誘電体ペースト内にゾル状強誘電
体前駆体溶液を添加することにより混合ペーストを作製
する。そして、この混合ペーストを基板に塗布し、乾
燥、焼成することにより強誘電体膜、すなわち、強誘電
体素子を得る。その結果、得られた強誘電体膜は、従来
よりも膜密度が高く、電気特性が良い。
(Action) In order to achieve the above object, according to the present invention, a ferroelectric sol-gel powder as ferroelectric fine particles is
A ferroelectric paste is prepared by dispersing in an alcohol solvent, adding a dispersant, a plasticizer, and a polymer binder and sufficiently stirring the mixture. A mixed paste is prepared by adding a sol ferroelectric precursor solution to the ferroelectric paste. Then, the mixed paste is applied to a substrate, dried and fired to obtain a ferroelectric film, that is, a ferroelectric element. As a result, the obtained ferroelectric film has a higher film density and better electric characteristics than the conventional ferroelectric film.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1を用いて、本発明を実施する
ための最良の形態におけるインクジェットヘッドの構成
について説明する。図1は、インクジェットヘッドの概
略図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of an ink jet head according to the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of an inkjet head.

【0010】インク室形成部材11には、インクをため
るインク室12が形成されており、インク室形成部材1
1とダイヤフラム13は接着またはダイヤフラム−イン
ク室一体形成法などで密接に接合している。
In the ink chamber forming member 11, an ink chamber 12 for storing ink is formed.
The diaphragm 1 and the diaphragm 13 are closely bonded to each other by bonding or a method of integrally forming the diaphragm and the ink chamber.

【0011】ダイヤフラム13のインク室12と反対側
の位置に、強誘電体素子15の下部電極14を、スパッ
タまたはスクリーン印刷またはゾルゲル法などで形成す
る。この上に強誘電体素子15をゾルゲル法で形成し、
最後に上部電極16をスパッタまたはスクリーン印刷ま
たはゾルゲル法などで形成する。
The lower electrode 14 of the ferroelectric element 15 is formed at a position opposite to the ink chamber 12 of the diaphragm 13 by sputtering, screen printing, a sol-gel method, or the like. A ferroelectric element 15 is formed thereon by a sol-gel method,
Finally, the upper electrode 16 is formed by sputtering, screen printing, a sol-gel method, or the like.

【0012】次に図1におけるインクジェットヘッドの
動作方法について説明する。強誘電体素子15を挟む、
上部電極14、下部電極16に電圧を印加することによ
り、強誘電体素子の圧電特性を利用して、強誘電体素子
を変位させ、ダイヤフラムをインク室側に押しだし、イ
ンク室内のインクを吐出する。
Next, an operation method of the ink jet head shown in FIG. 1 will be described. Sandwiching the ferroelectric element 15,
By applying a voltage to the upper electrode 14 and the lower electrode 16, the ferroelectric element is displaced by utilizing the piezoelectric characteristics of the ferroelectric element, the diaphragm is pushed out to the ink chamber side, and the ink in the ink chamber is ejected. .

【0013】つぎに、強誘電体素子15の形成方法を説
明する。図2は、本発明における強誘電体素子の形成方
法を示すフローチャートである。このフローチャートを
用いて、本発明における強誘電体素子の形成方法を、従
来例と比較しながら工程に沿って説明する。 工程1 金属アルコキシド溶液を加水分解し、強誘電体
微粒子を得るまで。 工程2 強誘電体微粒子と溶媒、バインダー、分散剤、
可塑剤を混合して、強誘電体ペーストを得るまで 工程3 工程2で得た強誘電体ペースト内にゾル状強誘
電体前駆体溶液を添加し、混合ペーストを得るまで。 工程4 混合ペーストを、基板に塗布し、乾燥、焼成
し、強誘電体素子を得るまで。
Next, a method of forming the ferroelectric element 15 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a method for forming a ferroelectric element according to the present invention. Using this flowchart, a method of forming a ferroelectric element according to the present invention will be described step by step while comparing with a conventional example. Step 1 Until the metal alkoxide solution is hydrolyzed to obtain ferroelectric fine particles. Step 2 Ferroelectric fine particles, solvent, binder, dispersant,
Step 3 Until a plasticizer is mixed to obtain a ferroelectric paste. Step 3 Until a sol ferroelectric precursor solution is added to the ferroelectric paste obtained in Step 2, until a mixed paste is obtained. Step 4 The mixed paste is applied to the substrate, dried and fired until a ferroelectric element is obtained.

【0014】工程1〜4について、実施例により詳しく
説明する。以下の説明においてはその典型的な例である
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)素子を参照して、強誘
電体素子とその製造に関して説明する。
Steps 1 to 4 will be described in more detail with reference to Examples. In the following description, a ferroelectric element and its manufacture will be described with reference to a typical example of a lead zirconate titanate (PZT) element.

【0015】[0015]

【実施例】(実施例1) (工程1)金属アルコキシドである、チタンテトライソ
プロポキシド2.67g(0.0094モル)を100
gのイソプロパノールに溶解したその溶液に、0.00
1規定塩酸のイソプロパノール溶液100gを徐々に加
えて、8時間還流、加水分解する。この反応により高分
子量化が進行するが、この反応後に0.0188モルの
エトキシエタノールを添加し、攪拌すると混合溶液が得
られる。この混合溶液をチタン前駆体溶液とする。ま
た、同じく金属アルコキシドである、ジルコニウムテト
ラノルマルブトキシド4.06g(0.0106モル)
を100gのイソプロパノールに溶解したその溶液に、
0.0212モルのエトキシエタノールを添加し、更に
0.001規定塩酸のイソプロパノール溶液100gを
徐々に加えて、8時間還流、加水分解する。この反応に
よりチタンの場合と同様に高分子量化反応が進行し、混
合溶液が得られる。この混合溶液をジルコニウム前駆体
溶液とする。
EXAMPLES (Example 1) (Step 1) 2.67 g (0.0094 mol) of titanium tetraisopropoxide, which is a metal alkoxide, was added to 100 parts.
g of isopropanol in the solution
100 g of 1N hydrochloric acid in isopropanol is gradually added, and the mixture is refluxed and hydrolyzed for 8 hours. After the reaction, 0.0188 mol of ethoxyethanol is added and stirred to obtain a mixed solution. This mixed solution is used as a titanium precursor solution. 4.06 g (0.0106 mol) of zirconium tetranormal butoxide, which is also a metal alkoxide
In 100 g of isopropanol,
0.0212 mol of ethoxyethanol is added, and 100 g of 0.001 N hydrochloric acid in isopropanol is gradually added. The mixture is refluxed for 8 hours and hydrolyzed. By this reaction, a high molecular weight reaction proceeds as in the case of titanium, and a mixed solution is obtained. This mixed solution is used as a zirconium precursor solution.

【0016】チタン前駆体溶液とジルコニウム前駆体溶
液を混合した後、0.5時間還流する。この混合溶液
に、金属アルコキシドであるジエトキシ鉛5.94g
(0.02モル)を添加して、0.5時間還流するとゾ
ル状強誘電体前駆体溶液が得られる。このゾル状強誘電
体前駆体溶液をゾル状PZT前駆体溶液(a)とする。
After mixing the titanium precursor solution and the zirconium precursor solution, the mixture is refluxed for 0.5 hour. 5.94 g of diethoxy lead, which is a metal alkoxide, was added to this mixed solution.
(0.02 mol) and refluxed for 0.5 hour to obtain a sol ferroelectric precursor solution. This sol ferroelectric precursor solution is referred to as a sol PZT precursor solution (a).

【0017】ゾル状PZT前駆体溶液(a)をるつぼに
入れ、650℃で1時間焼成する。これにより、平均粒
径が0.1μmの強誘電体微粒子であるPZT微粒子が
形成された。
The sol-form PZT precursor solution (a) is placed in a crucible and fired at 650 ° C. for 1 hour. As a result, PZT fine particles, which are ferroelectric fine particles having an average particle diameter of 0.1 μm, were formed.

【0018】(工程2)n−ブタノール21.09g
(溶媒)、炭酸プロピレン12.6g(可塑剤)、エチ
レングリコール2.19g、エトキシエタノール1.2
4g、シクロヘキサノール0.32g(いずれも分散
剤)をそれぞれ計量しながら容器の中で混合する。この
中へポリビニルブチラール(以下、「PVB」とい
う。)分子量300のものを25%濃度で混合する。本
実施例の場合、12.5g混合する。このようにして得
た溶液をPVBバインダー溶液とする。
(Step 2) 21.09 g of n-butanol
(Solvent), 12.6 g of propylene carbonate (plasticizer), 2.19 g of ethylene glycol, 1.2 ethoxyethanol
4 g and 0.32 g of cyclohexanol (both dispersants) are weighed and mixed in a container. Polyvinyl butyral (hereinafter, referred to as “PVB”) having a molecular weight of 300 is mixed therein at a concentration of 25%. In the case of this embodiment, 12.5 g is mixed. The solution thus obtained is used as a PVB binder solution.

【0019】PVBバインダー溶液6gを取り出し、プ
ラスチック容器に入れる。この中へあらかじめ工程1に
おいて作製しておいた平均粒径が0.1μmのPZT微
粒子15gを添加し、攪拌脱泡装置を用い、2000r
pmで5分間攪拌する。これにより、強誘電体ペースト
である均質なPZTペーストが得られた。
6 g of the PVB binder solution is taken out and placed in a plastic container. To this, 15 g of PZT fine particles having an average particle diameter of 0.1 μm prepared in advance in step 1 were added, and 2,000 rpm using a stirring and defoaming apparatus.
Stir at pm for 5 minutes. As a result, a homogeneous PZT paste as a ferroelectric paste was obtained.

【0020】以上、工程1及び工程2は従来例とほぼ同
じ工程をたどっているが、続く工程3以降が本発明の特
徴を示す部分である。
As described above, the steps 1 and 2 follow almost the same steps as the conventional example, but the subsequent steps 3 and subsequent are the parts showing the features of the present invention.

【0021】(工程3)工程2で作製したPZTペース
トを乳鉢に取り出し、工程1で作製したゾル状PZT前
駆体溶液(a)をエバポレーターを用いてPZT40重
量%にまで濃縮したものを加え、乳棒で2分間攪拌す
る。本実施例の場合、PZT40重量%にするには、エ
バポレーターを用いて16.29gに濃縮する。ここで
加えるゾル状PZT前駆体溶液の量により、作製するP
ZT膜の電気的特性が変わってくる。通常は、PZTペ
ースト3gに対して、ゾル状PZT前駆体溶液を0.3
g〜1.2g、すなわち、10重量%〜40重量%添加
するのが好ましい。さらに、好ましくは、0.6g〜
0.9g、すなわち、20重量%〜30重量%添加する
のがよい。本実施例では、PZTペースト3gに対し
て、ゾル状PZT前駆体溶液を0.3g、0.6g、
0.8g、0.9gおよび1.2gそれぞれ添加したも
のを5種類作製した。また、本実施例との比較のため
に、従来例であるゾル状PZT前駆体溶液を添加しない
ものも作製した。このように、あらかじめ混合していた
PZT微粒子は、バインダー溶液及びゾル状PZT前駆
体溶液の中に均一に分散し、PZT微粒子のみでペース
トを作製したときよりも、この時点でPZTの濃度が高
いことがわかる。このようにして、混合ペーストである
PZT混合ペーストが作製できた。
(Step 3) Take out the PZT paste prepared in step 2 into a mortar, concentrate the sol-form PZT precursor solution (a) prepared in step 1 to 40% by weight of PZT using an evaporator, and add a pestle. And stir for 2 minutes. In the case of this example, the concentration is reduced to 16.29 g by using an evaporator to make PZT 40% by weight. The amount of P to be produced depends on the amount of the sol-form PZT precursor solution added here.
The electrical characteristics of the ZT film change. Usually, 0.3 g of the sol-form PZT precursor solution is added to 3 g of the PZT paste.
g to 1.2 g, that is, 10 to 40% by weight. Further, preferably, 0.6 g or more
0.9 g, that is, 20 to 30% by weight is preferably added. In this example, 0.3 g, 0.6 g, and 3 g of the sol-form PZT precursor solution were added to 3 g of the PZT paste.
Five types were prepared by adding 0.8 g, 0.9 g and 1.2 g, respectively. Further, for comparison with the present example, a conventional example in which the sol-form PZT precursor solution was not added was also prepared. As described above, the PZT fine particles that have been mixed in advance are uniformly dispersed in the binder solution and the sol-like PZT precursor solution, and the PZT concentration is higher at this point than when the paste is prepared using only the PZT fine particles. You can see that. Thus, a PZT mixed paste as a mixed paste was produced.

【0022】(工程4)シリコン基板上に白金電極を形
成し、その上に工程3で作製したPZT混合ペーストを
バーコータなどで塗布し、室温で30分間、50℃で3
0分間、250℃で90分間乾燥させる。その後、バイ
ンダーを分解するために10℃/分の昇温速度で800
℃まで昇温し、そのまま1時間本焼成を行うことによ
り、膜厚約30μmのペロブスカイトPZT膜を得る。
すなわち、強誘電体素子が製造される。
(Step 4) A platinum electrode is formed on a silicon substrate, and the PZT mixed paste prepared in Step 3 is applied thereon with a bar coater or the like, and the PZT mixed paste is applied at 50 ° C. for 30 minutes at room temperature.
Dry for 90 minutes at 250 ° C. for 0 minutes. Then, at a heating rate of 10 ° C./min.
The temperature was raised to 0 ° C., and the main firing was performed for 1 hour to obtain a perovskite PZT film having a thickness of about 30 μm.
That is, a ferroelectric element is manufactured.

【0023】このようにして得たPZT膜の上部に金電
極を蒸着し、LCRメーターを用いて膜の電気的特性を
測定した。その結果を表1に示す。表1は、工程3で添
加するゾル状PZT前駆体溶液の量により、焼成後の膜
の比誘電率値がどのように変化するかを示している。
A gold electrode was deposited on the PZT film thus obtained, and the electrical characteristics of the film were measured using an LCR meter. Table 1 shows the results. Table 1 shows how the relative dielectric constant of the fired film changes depending on the amount of the sol-form PZT precursor solution added in Step 3.

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】表1は、添加するゾル状PZT前駆体溶液
の量を変えた場合に、電気特性の一つを示す比誘電率が
どのように変化するかを示している。これより、PZT
前駆体溶液を添加すると、0.3gから1.2gの範囲
のいずれの添加量のものにおいても、PZT前駆体溶液
を添加しないものに比べて、比誘電率値は、増大してい
る。また、PZT前駆体溶液を0.6g〜0.9gの範
囲で添加すると、比誘電率値は、PZT前駆体溶液を
0.3gまたは1.2g添加したものに比べて、さらに
増大する。
Table 1 shows how the relative dielectric constant, which is one of the electrical characteristics, changes when the amount of the sol-form PZT precursor solution added is changed. From this, PZT
When the precursor solution is added, the relative dielectric constant value is increased in any of the addition amounts in the range of 0.3 g to 1.2 g as compared with the case where the PZT precursor solution is not added. Further, when the PZT precursor solution is added in the range of 0.6 g to 0.9 g, the relative dielectric constant value is further increased as compared with the case where 0.3 g or 1.2 g of the PZT precursor solution is added.

【0026】(実施例2)他の実施例を実施例2により
説明する。本実施例は、実施例1とは主に、工程1での
ゾル状PZT前駆体溶液の製法が異なる。 (工程1)金属アルコキシドである、チタンテトライソ
プロポキシド2.67g(0.0094モル)を100
gのイソプロパノールに溶解したその溶液に、0.00
1規定塩酸のイソプロパノール溶液100gを徐々に加
えて、8時間還流、加水分解する。この反応により高分
子量化が進行するが、この反応後に0.0188モルの
エトキシエタノールを添加して0.5時間還流、加水分
解する。この溶液にジエトキシ鉛2.79g(0.00
94モル)を添加し0.5時間還流、加水分解すると混
合溶液が得られる。この混合溶液をチタン鉛前駆体溶液
とする。
(Embodiment 2) Another embodiment will be described with reference to Embodiment 2. This example is different from Example 1 mainly in the method of producing the sol-form PZT precursor solution in Step 1. (Step 1) 2.67 g (0.0094 mol) of titanium tetraisopropoxide, which is a metal alkoxide, was added to 100
g of isopropanol in the solution
100 g of 1N hydrochloric acid in isopropanol is gradually added, and the mixture is refluxed and hydrolyzed for 8 hours. After the reaction, 0.0188 mol of ethoxyethanol is added, and the mixture is refluxed and hydrolyzed for 0.5 hour after the reaction. 2.79 g (0.000 g) of diethoxy lead was added to this solution.
94 mol), refluxed for 0.5 hour and hydrolyzed to obtain a mixed solution. This mixed solution is used as a titanium lead precursor solution.

【0027】同じく、金属アルコキシドである、ジルコ
ニウムテトラノルマルブトキシド4.06g(0.01
06モル)を100gのイソプロパノールに溶解したそ
の溶液に、0.0212モルのエトキシエタノールを添
加し、更に0.001規定塩酸のイソプロパノール溶液
100gを徐々に加えて、8時間還流、加水分解する。
この反応によりチタンの場合と同様に高分子量化反応が
進行するが、この反応後に同じく金属アルコキシド、ジ
エトキシ鉛3.15g(0.0106モル)を加えて
0.5時間還流すると混合溶液が得られる。この混合溶
液をジルコニウム鉛前駆体溶液とする。
Similarly, 4.06 g of zirconium tetranormal butoxide, which is a metal alkoxide (0.01
(0.6 mol) in 100 g of isopropanol, 0.0212 mol of ethoxyethanol is added, and 100 g of 0.001 N hydrochloric acid in isopropanol is gradually added, followed by refluxing for 8 hours for hydrolysis.
By this reaction, a high molecular weight reaction proceeds as in the case of titanium. After this reaction, 3.15 g (0.0106 mol) of metal alkoxide and diethoxy lead are added, and the mixture is refluxed for 0.5 hour to obtain a mixed solution. . This mixed solution is used as a zirconium lead precursor solution.

【0028】チタン鉛前駆体溶液とジルコニウム鉛前駆
体溶液を混合した後、0.5時間還流するとゾル状強誘
電体前駆体溶液が得られる。このゾル状強誘電体前駆体
溶液をゾル状PZT前駆体溶液(b)とする。
After the titanium lead precursor solution and the zirconium lead precursor solution are mixed and refluxed for 0.5 hour, a sol ferroelectric precursor solution is obtained. This sol ferroelectric precursor solution is referred to as a sol PZT precursor solution (b).

【0029】ゾル状PZT前駆体溶液(b)をるつぼに
入れ、650℃で1時間焼成する。これにより、平均粒
径が0.1μmの強誘電体微粒子であるPZT微粒子が
形成された。
The sol-form PZT precursor solution (b) is placed in a crucible and fired at 650 ° C. for 1 hour. As a result, PZT fine particles, which are ferroelectric fine particles having an average particle diameter of 0.1 μm, were formed.

【0030】(工程2)n−ブタノール21.09g
(溶媒)、炭酸プロピレン12.6g(可塑剤)、エチ
レングリコール2.19g、エトキシエタノール1.2
4g、シクロヘキサノール0.32g(いずれも分散
剤)をそれぞれ計量しながら容器の中で混合する。この
中へポリビニルブチラール(以下、「PVB」とい
う。)分子量300のものを25%濃度で混合する。こ
の場合、12.5g混合する。このようにして得た溶液
をPVBバインダー溶液とする。
(Step 2) 21.09 g of n-butanol
(Solvent), 12.6 g of propylene carbonate (plasticizer), 2.19 g of ethylene glycol, 1.2 ethoxyethanol
4 g and 0.32 g of cyclohexanol (both dispersants) are weighed and mixed in a container. Polyvinyl butyral (hereinafter, referred to as “PVB”) having a molecular weight of 300 is mixed therein at a concentration of 25%. In this case, 12.5 g is mixed. The solution thus obtained is used as a PVB binder solution.

【0031】PVBバインダー溶液6gを取り出し、プ
ラスチック容器に入れる。この中へ工程1においてあら
かじめ作製しておいたPZT微粒子15gを添加し、攪
拌脱泡装置を用い、2000rpmで5分間攪拌する。
その結果、強誘電体ペーストである均質なPZTペース
トが得られた。
6 g of the PVB binder solution is taken out and placed in a plastic container. To this, 15 g of the PZT fine particles prepared in advance in step 1 are added, and the mixture is stirred at 2000 rpm for 5 minutes using a stirring and defoaming apparatus.
As a result, a homogeneous PZT paste which was a ferroelectric paste was obtained.

【0032】実施例1同様、以下工程3以降で本発明の
特徴を説明する。
As in the first embodiment, the features of the present invention will be described below from step 3 onward.

【0033】(工程3)工程2で作製したPZTペース
トを乳鉢に取り出し、工程1で作製したゾル状PZT前
駆体溶液(b)をエバポレーターを用いてPZT40重
量%にまで濃縮したものを加え、乳棒で2分間攪拌す
る。本実施例の場合、PZT40重量%にするには、エ
バポレーターを用いて16.29gに濃縮する。ここで
加えるPZT前駆体溶液の量により、作製するPZT膜
の電気的特性が変わってくる。通常は、PZTペースト
3gに対して、ゾル状PZT前駆体溶液を0.3g〜
1.2g、すなわち、10重量%〜40重量%添加する
のが好ましい。さらに、好ましくは、0.6g〜0.9
g、すなわち、20重量%〜30重量%添加するのがよ
い。本実施例では、PZTペースト3gに対して、ゾル
状PZT前駆体溶液を0.8g、すなわち27wt%添
加した。このようにすると、あらかじめ混合していたP
ZT微粒子は、バインダー溶液及びゾル状PZT前駆体
溶液の中に均一に分散する。PZT微粒子のみでペース
トを作製したときよりも、この時点でPZTの濃度が高
いことがわかる。このようにして、混合ペーストである
PZT混合ペーストが作製できた。
(Step 3) The PZT paste prepared in step 2 is taken out into a mortar, and the sol-form PZT precursor solution (b) prepared in step 1 is concentrated to 40% by weight of PZT using an evaporator. And stir for 2 minutes. In the case of this example, the concentration is reduced to 16.29 g by using an evaporator to make PZT 40% by weight. The electrical characteristics of the PZT film to be formed vary depending on the amount of the PZT precursor solution added here. Usually, 0.3 g of sol-form PZT precursor solution is added to 3 g of PZT paste.
It is preferable to add 1.2 g, that is, 10 to 40% by weight. Further, preferably, 0.6 g to 0.9 g
g, that is, 20 to 30% by weight. In this example, 0.8 g, that is, 27 wt% of the sol-form PZT precursor solution was added to 3 g of the PZT paste. In this way, the previously mixed P
The ZT fine particles are uniformly dispersed in the binder solution and the sol-like PZT precursor solution. It can be seen that the PZT concentration is higher at this point than when the paste was prepared using only the PZT fine particles. Thus, a PZT mixed paste as a mixed paste was produced.

【0034】(工程4)シリコン基板上に白金電極を形
成し、その上に工程3で作製したPZT混合ペーストを
バーコータなどで塗布し、室温で30分間、50℃で3
0分間、250℃で90分間乾燥させる。その後、バイ
ンダーを分解するために10℃/分の昇温速度で800
℃まで昇温し、そのまま1時間本焼成を行うことによ
り、膜厚約30μmのペロブスカイトPZT膜を得る。
すなわち、強誘電体素子が製造される。
(Step 4) A platinum electrode is formed on a silicon substrate, and the PZT mixed paste prepared in Step 3 is applied thereon using a bar coater or the like.
Dry for 90 minutes at 250 ° C. for 0 minutes. Then, at a heating rate of 10 ° C./min.
The temperature was raised to 0 ° C., and the main firing was performed for 1 hour to obtain a perovskite PZT film having a thickness of about 30 μm.
That is, a ferroelectric element is manufactured.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明では、強誘電体ゾルゲル粉末を、
アルコール溶媒に分散させ、分散剤、可塑剤、及びバイ
ンダーを添加して十分に攪拌し、強誘電体ペーストを作
製する。このペースト内にゾル状強誘電体前駆体溶液を
添加することにより混合ペーストを作製し、このペース
トを基板に塗布し、乾燥、焼成することにより得た強誘
電体膜は、従来よりも膜密度が高く、電気特性が良い。
また、従来よりも低温で焼成を行っても、電気特性が良
好な強誘電体素子を提供できる。
According to the present invention, the ferroelectric sol-gel powder is
A ferroelectric paste is prepared by dispersing in an alcohol solvent, adding a dispersant, a plasticizer, and a binder and sufficiently stirring the mixture. A mixed paste is prepared by adding a sol-like ferroelectric precursor solution to the paste, and the paste is applied to a substrate, dried, and fired. And high electrical properties.
Further, even if firing is performed at a lower temperature than in the past, a ferroelectric element having good electric characteristics can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における強誘電体素子を用いたインクジ
ェットヘッドの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet head using a ferroelectric element according to the present invention.

【図2】本発明における、実施例1,2におけるPZT
膜作製の流れを示す図である。
FIG. 2 shows PZT in Examples 1 and 2 of the present invention.
It is a figure which shows the flow of film production.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 インク室形成部材 12 インク室 13 ダイヤフラム 14 下部電極 15 強誘電体素子 16 上部電極 Reference Signs List 11 ink chamber forming member 12 ink chamber 13 diaphragm 14 lower electrode 15 ferroelectric element 16 upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C04B 35/49 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // C04B 35/49

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 強誘電体微粒子を用いて強誘電体ペース
トを作製し、さらにこの強誘電体ペースト内に金属アル
コキシドを加水分解して作製した、ゾル状強誘電体前駆
体溶液を添加して混合ペーストを作製することを特徴と
する強誘電体素子の製造方法。
1. A ferroelectric paste is prepared using ferroelectric fine particles, and a sol ferroelectric precursor solution prepared by hydrolyzing a metal alkoxide is added to the ferroelectric paste. A method for producing a ferroelectric element, comprising producing a mixed paste.
【請求項2】 強誘電体微粒子は、金属アルコキシドを
加水分解して得られたゾル状強誘電体前駆体溶液を焼成
して得ることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体素
子の製造方法。
2. The ferroelectric element according to claim 1, wherein the ferroelectric fine particles are obtained by firing a sol-like ferroelectric precursor solution obtained by hydrolyzing a metal alkoxide. Production method.
【請求項3】 混合ペーストを作製するために強誘電体
ペースト内に添加するゾル状強誘電体前駆体溶液は、そ
の添加量が、強誘電体ペーストに対して、10重量%〜
40重量%であることを特徴とする請求項1または請求
項2に記載の強誘電体素子の製造方法。
3. The sol ferroelectric precursor solution to be added to the ferroelectric paste to produce a mixed paste is added in an amount of 10% by weight to the ferroelectric paste.
3. The method for producing a ferroelectric device according to claim 1, wherein the content is 40% by weight.
【請求項4】 強誘電体微粒子を用いて作製した強誘電
体ペーストに、金属アルコキシドを加水分解して作製し
たゾル状強誘電体前駆体溶液を添加することにより製造
した混合ペーストを一定の基板上に塗布し、乾燥、焼成
する工程を経て製造することを特徴とする請求項1、請
求項2または請求項3に記載の強誘電体素子の製造方
法。
4. A mixed paste produced by adding a sol-like ferroelectric precursor solution produced by hydrolyzing a metal alkoxide to a ferroelectric paste produced using ferroelectric fine particles, is fixed on a substrate. 4. The method for manufacturing a ferroelectric element according to claim 1, wherein the ferroelectric element is manufactured through a process of applying, drying, and firing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014060282A (en) * 2012-09-18 2014-04-03 Ricoh Co Ltd Manufacturing method of electromechanical conversion film, electromechanical conversion film, electromechanical conversion element, droplet discharge head, and image forming apparatus

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