JP2000294844A - 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高い圧電特性を備え、品質が安定した圧電体
素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の圧電体素子の製造方法は、圧電
体薄膜４０３に自発分極を生じさせたい方向と平行な方
向に電場を印加して前記圧電体薄膜の前駆体膜を結晶化
させるものである。この方法により下部電極や基板材料
を選ぶこと無く、自発分極が電場の方向に向いている圧
電体薄膜を形成することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット式記
録ヘッドに用いられる圧電体素子の製造方法に係わり、
特に、圧電体素子の誘電分極方向を制御可能な製法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電気機械変換作用を示す圧電体素子は、
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体薄膜を備えてい
る。圧電体薄膜の製造方法として幾つかの方法が発案さ
れ実施されている。例えば、第５８回応用物理学会講演
会ＩＩ、１９９７、ｐｐ５１２には、アルカリ性溶液中
で圧電体薄膜を結晶化する方法が記載されている。

【０００３】一般に圧電体素子の特性は圧電体薄膜を形
成する結晶の配向性に左右される。圧電体薄膜の配向性
には圧電体薄膜の下地となる電極の結晶状態が影響を与
えることが知られていたため、従来、この点に着目して
電極の製造条件を調節することにより電極の結晶状態を
調整して圧電体薄膜の配向性を制御する製造方法が試み
られていた。

【０００４】従来の方法によれば、圧電体薄膜をその前
駆体から結晶化させる場合に下部電極の結晶状態が前駆
体に影響を与えて下部電極側から結晶を所定の配向性で
成長させることができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、圧電体薄膜の結晶の方向性を制御することが
できる下部電極や基板の種類が少ないという問題があっ
た。つまり、従来の方法では、下部電極や基板の結晶状
態が重要であったため、そのような結晶状態を備える材
料の選択範囲が狭かったのである。

【０００６】もしも圧電体薄膜の有する自発分極の方向
を一定に揃えることができれば、遥かに高い圧電特性を
得たり特性を均一化したりできるはずである。従来の製
法では、下部電極や基板をの自由に選択しながら、圧電
体薄膜の結晶性を制御することができなかった。

【０００７】この点に鑑み、本願発明は、高い圧電特性
を備え、品質の安定した圧電体素子、およびそれを利用
したインクジェット式記録ヘッドを提供することを第１
の課題とする。

【０００８】本願発明は、高い圧電特性を備え、品質の
安定した圧電体素子およびそれを利用したインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法を提供することを第２の課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
る発明は、電気機械変換作用を示す圧電体素子におい
て、自発分極の方向が一定方向に揃っている結晶構造を
有する圧電体薄膜を備えていることを特徴とする圧電体
素子である。

【００１０】この圧電体薄膜は、自発分極の方向が当該
圧電体薄膜の厚み方向に略平行な方向に設定されてい
る。この圧電体薄膜は、正方晶であって、結晶の＜００
１＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略平行な方向に
設定されている。本発明にいう「略平行」とは、厳密に
平行である場合だけでなく、若干の角度をなしている場
合も含む趣旨である。

【００１１】またはこの圧電体薄膜は、自発分極の方向
が当該圧電体薄膜の厚み方向に略垂直な方向に設定され
ている。この圧電体薄膜は、正方晶であって、結晶の＜
１００＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略平行な方
向に設定されている。本発明にいう「略垂直」とは、厳
密に垂直である場合だけでなく、両者の角度が直角から
若干ずれている場合も含む趣旨である。

【００１２】またこの圧電体薄膜は、斜方晶であって、
結晶の＜１１１＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略
平行な方向に設定されている。

【００１３】上記第１の課題を解決する発明は、上記し
た本発明の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備え
ているインクジェット式記録ヘッドである。上記第２の
課題を解決する発明は、電気機械変換作用を示す圧電体
素子の製造方法において、圧電体薄膜に自発分極を生じ
させたい方向と平行な方向に電場を印加して結晶化させ
ることを特徴とする圧電素子の製造方法である。

【００１４】上記電場を印加する方向は、圧電体薄膜の
厚み方向に略平行な方向に設定する。または電場を印加
する方向は、圧電体素子の厚み方向に略垂直な方向に設
定する。

【００１５】ここで上記電場を印加する工程は、ゾルゲ
ル法、水熱法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ
法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法のいずれか一の
方法により形成した圧電体薄膜の前駆体膜を結晶成長さ
せる工程において実施される。

【００１６】上記第２の課題を解決する発明は、圧電体
薄膜の前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、圧電体
薄膜に自発分極を生じさせたい方向と平行な方向に電場
を印加しながら、前駆体膜を所定の雰囲気下で結晶化さ
せる結晶化工程と、を備えている圧電体素子の製造方法
である。

【００１７】上記結晶化工程は、拡散炉による熱処理お
よび高速熱処理またはオートクレーブを用いる水熱処理
のいずれか一の方法で結晶化させるものである。

【００１８】上記第２の課題を解決する発明は、上記し
た本発明の圧電体素子の製造方法で基板上に圧電体素子
を形成する工程と、圧電体素子をエッチングして圧電ア
クチュエータの形状に形成する工程と、基板をエッチン
グして圧電アクチュエータの作用により圧力室内のイン
クを吐出可能な構造を形成する工程と、を備えたことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法であ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明を実施するための最良の形
態を、図面を参照しながら説明する。 （実施形態１）本発明の実施形態１は、圧電アクチュエ
ータなどに適した圧電体素子およびインクジェット式記
録ヘッドの製造方法および構造に関する。

【００２０】図２および図３の製造工程断面図に基づい
て、本発明の圧電体素子およびインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法について説明する。

【００２１】振動板形成工程（Ｓ１）： 本工程は、基
板２０上に振動板３０となる酸化膜を形成する工程であ
る。本実施形態における圧電体素子は、インクジェット
式記録ヘッドの圧電アクチュエ一タとして使用するもの
である。インクを吐出させる構造を形成するためにシリ
コン基板を使用し、シリコン基板上に圧電体素子の構造
を形成していく。

【００２２】シリコン基板としては、所定の大きさと厚
さ（例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２００μｍ）のシリ
コン単結晶基板２０を使用する。このシリコン基板２０
を熱酸化法により酸化して振動板３０となる熱酸化膜を
形成する。熱酸化法は、酸素或いは水蒸気を含む酸化性
雰囲気中で高温処理するものである。熱酸化法の他にＣ
ＶＤ法を用いてもよい。この工程により熱酸化膜、すな
わち二酸化珪素からなる振動板３０が例えば１μｍ程度
の厚みに形成される。

【００２３】なお、二酸化珪素膜の代わりに、振動板３
０として、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化
シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。あ
るいは、二酸化珪素膜上に酸化ジルコニウム膜、酸化タ
ンタル膜、酸化アルミニウム膜等を積層してもよい。

【００２４】下部電極形成工程（Ｓ２）： 本工程は、
振動板３０上に、圧電体素子と基板との密着性を高める
密着層４０１および圧電体薄膜の形成面となる下部電極
４０２を形成する工程である。密着層４０１は、圧電体
素子の設置面と当該圧電体素子の下部電極４０２との密
着力を高める材料で構成されている。密着層４０１は、
チタンまたはクロムのうちから選択される一つの元素を
主成分としている。密着層４０１は１０ｎｍ〜５０ｎｍ
程度の厚みであればよい。この密着層４０１は、必須の
構成ではなく、下部電極４０２と下地となる設置面（振
動板３０）との密着性を確保できる場合この密着層は不
要である。

【００２５】圧電体素子が形成される側の振動板３０の
表面上に密着層４０１となるチタンを、例えばスパッタ
法により２０ｎｍ程度の厚さで成膜する。

【００２６】下部電極４０２は、上部電極４０４と対向
して形成されており、電圧を両電極間に印加することに
よって圧電体薄膜４０３に電気機械変換作用を生じさせ
ることが可能なようになっている。下部電極４０２は、
密着層４０１の上部に導電性を有する材料で形成されて
いる。導電性を有する材料としては、白金、金、イリジ
ウムなどが挙げられる。下部電極の厚みは、０．１μｍ
〜０．５μｍ程度にする。特に本発明では圧電体薄膜４
０３の配向性および自発分極方向を電場で制御するの
で、この下部電極の結晶状態に従来品ほど注意を払わな
くてもよい。従来の製造方法より材料や形成条件を自由
に設定できる。

【００２７】例えば、アルゴンなどのスパッタガスを用
いて、導電性の電極材料を密着層４０１上に形成し、厚
み０．４μｍ程度の下部電極４０２にする。

【００２８】圧電体前駆体膜形成工程（Ｓ３）： 本工
程は、上記下部電極４０２上にゾルゲル法を利用して圧
電体薄膜の前駆体膜を形成する工程である。

【００２９】結晶化後に形成される圧電体薄膜４０３
は、電気機械変換作用を示す強誘電性セラミツクス材料
からなるペロブス力イト構造の結晶膜である。

【００３０】特に、本発明では、結晶構造内に存在する
強誘電体の自発分極の方向が一定方向に揃っている結晶
構造を有する点に特徴がある（図１参照）。本実施形態
では、自発分極の方向が当該圧電体薄膜の厚み方向に垂
直な方向に設定されている。この圧電体薄膜は、正方晶
であって、結晶の＜００１＞方位が当該圧電体薄膜の厚
み方向と垂直な方向に設定されている。

【００３１】圧電体薄膜４０３を形成するにあたり、出
発材料には、通常の強誘電体材料を利用する。最終組成
である圧電体薄膜の組成は、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これに酸化ニオブ、
酸化二ッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を
添加したもの等である。具体的には、チタン酸鉛（Ｐｂ
ＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）０_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタ
ン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコ
ン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）０_３）または、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム
チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）０_３）
等を用いることができる。

【００３２】圧電体薄膜４０３の厚みについては、製造
工程でクラックが発生しない程度に厚みを抑え、かつ、
十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば圧
電体薄膜４０３を１μｍ〜２μｍ前後の厚みにする。

【００３３】ゾルゲル法を使用する場合、圧電体薄膜４
０３の形成に金属アルコキシドのゲルで構成される前駆
体膜を形成する。例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ系の圧電体薄
膜を形成する場合、チタン酸鉛とジルコン酸鉛のモル混
合比が４４％：５６％であり、マグネシウムとニオブの
モル混合比が１：３となるようなゾルを生成し、このゾ
ルを一定の厚みに塗布する。塗布は、ゾルをスピンコー
ト法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート
法等の慣用技術で行う。例えばスピンコート法でコーテ
ィングする。

【００３４】塗布した前駆体液を所定の温度、例えば１
８０℃程度で所定時間、例えば１０分間乾燥させる。乾
燥は、コーティングをするたびに所定温度（例えば１８
０℃程度）で所定時間（例えば１０分間程度）行う。次
いで乾燥しただ前駆体膜を脱脂する。脱脂は、前駆体膜
をゲル化し、且つ、膜中から有機物を除去するのに充分
な温度（例えば３５０℃程度）で、十分な時間（例えば
３０分間）加熱することで行う。この工程で前駆体膜
は、残留有機物を実質的に含まない非晶質の金属酸化物
からなる多孔質ゲル薄膜である前駆体膜になる。これら
塗布／乾燥／脱脂からなる工程を、例えば、０．８μｍ
乃至２．０μｍの厚みとなるまで所定回数、例えば４回
繰り返す。

【００３５】圧電体結晶化工程（Ｓ４）： 本工程は、
本発明に係り、圧電体薄膜に自発分極を生じさせたい方
向と平行な方向に電場を印加して圧電体薄膜の前駆体膜
４０３を結晶化させる工程である。本実施形態では、特
に圧電体薄膜の厚み方向に略垂直な方向に電場を印加す
る。電場の印加には拡散炉を用いる。拡散炉を用いれば
電極の配置が容易であり電場を印加し易いからである。
無論電場を印加可能であれば、加熱処理の方法に限定は
ない。

【００３６】図４に、電場の印加に使用する拡散炉の構
造を示す。当該拡散炉２００は、炉中に前記前駆体膜を
形成した基板を収納可能になっており、酸素をパイプ２
０３経由で供給しながら熱処理が可能になっている。拡
散炉２００は、陽極２０１と陰極２０２とを備えてお
り、図示しない電源により両電極間に電圧を加えること
により、基板に電場を印加することが可能になってい
る。特に本実施形態では、前駆体膜の厚み方向に垂直な
方向に対して電場が印加されるように電極と基板とを配
置する。

【００３７】結晶化処理は、適量の酸素（例えば５リッ
トル／分程度）流量で所定温度（例えば７００℃程度）
で一定時間（例えば３０分間程度）行う。

【００３８】図１に基づいて結晶化の原理を説明する。
ゲル状態の圧電体の前駆体膜４０３は、図１上段に示す
ようにアモルファス状態となっている。ここに一定の強
さの電場を印加しながら熱処理をして結晶化を促進する
と、図１下段に示すように、下部電極から柱状結晶粒が
成長する。結晶中に存在する分極方向は印加されている
電場の方向と平行な方向を向いたまま、つまり厚み方向
に垂直な方向に向く。ＰＺＴ等の強誘電体では、特に、
正方晶であって、結晶の＜００１＞方位が電場の方向に
平行になり、＜１００＞方位が圧電体薄膜の厚み方向に
平行になる。

【００３９】圧電体薄膜４０３が形成されたら、前記下
部電極４０２と対になる上部電極４０４を形成する。上
部電極４０４の製法や材料は下部電極４０２と同様であ
る。上部電極の厚みは、所定の厚み（０．１μｍ程度）
にする。

【００４０】なお、上記圧電体薄膜の結晶化工程には、
熱処理を適用したが、水熱処理法を適用してもよい。水
熱処理は、電場を印加可能に設計された水槽（オートク
レーブ）に所定のアル力リ溶液（例えばＢａ（ＯＨ）_２
等）を満たし、この中に前駆体膜を形成した基板を漬す
ことで実施される。アル力り溶質の濃度は、例えば０．
５Ｍ[モル／リットル]程度にする。水槽を所定の温度
（例えば１４０℃程度）で所定の気圧（例えば４気圧程
度）に維持しながら基板に電場を印加し、９０分水熱処
理を行う。この水熱処理でも前駆体膜の自発分極の方向
を電場の方向に平行にしながら結晶化を促進することが
可能である。また、前記記圧電体薄膜の製造方法として
は、ゾルゲル法を適用していたが、水熱法（結晶の電極
への付着から水熱処理を利用するもの）、高周波スパッ
タ法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、レーザ
アブレーション法等を用いることができる。

【００４１】以上の工程で圧電体素子４０の層構造が完
成する。圧電体素子として使用するためには、この層構
造を適当な形状にエッチングして成形する。以下では、
この層構造を圧電アクチュエータの形状に成形し、併せ
てインクジェット式記録ヘッドに必要な構造を形成して
いく。

【００４２】ドライエッチング工程（Ｓ５）： この工
程は、圧電体素子４０をエッチングして圧電アクチュエ
ータの形状に形成する工程である。基板２０の圧力室が
形成されるべき位置に合わせて、上部電極４０４上に均
一な膜厚を有するレジストを塗布する。塗布法として、
スピンナー法、スプレー法等の適当な方法を利用する。
レジスト塗布後に露光・現像して圧電アクチュエータ形
状に合わせたレジストを残す。このレジストをマスクと
して、上部電極４０４、圧電体薄膜４０３、下部電極４
０２および密着層４０１をドライエッチングし、各圧力
室に対応する圧電体素子４０を形成する。ドライエッチ
ングは、各層材料に対する選択性のあるガスを適宜選択
して行う。

【００４３】ウェットエッチング工程（Ｓ６）： この
工程は、基板２０をエッチングして圧電アクチュエータ
の作用により圧力室内のインクを吐出可能な構造を形成
する工程である。圧電体素子４０を適当な保護膜で覆う
等の措置をしてから、基板２０の反対側の面をウェット
エッチングする。エッチング液としては、異方性エッチ
ング液、例えば、８０℃に保温された濃度１０％の水酸
化カリウム水溶液を用いる。ただし、ウェットエッチン
グの代わりに平行平板型イオンエッチング等の活性気体
を用いた異方性エッチング方法を用いてもよい。この工
程により、圧力室２１部分がエッチングされ、側壁２２
が形成される。

【００４４】ノズルプレート接合工程（Ｓ７）： 以上
の工程により形成された圧力室基板２０の圧力室２１に
蓋をするように、ノズルプレート１０を接合する。接合
に用いる接着剤としては、エポキシ系、ウレタン系、シ
リコーン系等の任意の接着剤を使用可能である。なお圧
力室基板２０とノズルプレート１０からなる形状は、シ
リコン単結晶基板をエッチングすることで一体成形され
るものであってもよい。

【００４５】図８に上記の工程で形成された圧電体素子
４０を圧電アクチュエータとして備えているインクジェ
ット式記録ヘッドの主要部斜視図一部断面図を示す。イ
ンクジェット式記録ヘッドは、図８に示すように、ノズ
ルプレート１０、圧力室基板２０、振動板３０および上
記圧電体素子４０で構成され、これを図示しない筐体に
収納して構成される。

【００４６】圧力室基板２０は、上記したウェットエッ
チングにより、圧力室（キャビティ）２１、側壁（隔
壁）２２、リザーバ２３および供給口２４が形成されて
いる。圧力室２１は、インクなどを吐出するために貯蔵
する空間となっている。側壁２２は、圧力室２１間を仕
切るよう形成されている。リザーバ２３は、インクを共
通して各圧力室２１に充たすための流路を形成してい
る。供給口２４は、リザーバ２３から各圧力室２１にイ
ンクを導入可能に形成されている。

【００４７】振動板３０は、圧力室基板２０の一方の面
に形成されており、振動板３０上の圧力室２１に対応す
る位置には上記圧電体素子４０が設けられている。振動
板３０の一部には、インクタンク入口３５が設けられ
て、図示しないインクタンクから、貯蔵されているイン
クを圧力室基板２０内に導くことが可能になっている。
なお、上述した下部電極４０２と密着層４０１を振動板
３０と重ねて圧力室基板２０の全面に形成した構造を備
えてもよい。

【００４８】ノズルプレート１０は、圧力室基板２０の
振動板３０に対向する面に設けられている。ノズルプレ
ート１０には、圧力室２１の各々に対応する位置にノズ
ル１１が配置されている。なお上記インクジェット式記
録ヘッドの構成は一例であり、圧電体素子を圧電アクチ
ュエータとして使用可能なあらゆるビエゾジェット式ヘ
ッドに当該圧電体素子４０を適用可能である。

【００４９】上記インクジェット式記録ヘッドの構成に
おいて、電極間に電圧が印加されて圧電体素子４０が歪
むと、その歪みに対応して振動板３０が変形する。その
変形により圧力室２１内のインクが圧力を加えられてノ
ズル１１から吐出させられる。

【００５０】本実施形態１によれば、圧電体薄膜の結晶
工程において電場を厚み方向に垂直な方向に印加したの
で、自発分極の方向が厚みに垂直な方向に向く。このた
め下部電極や基板の材料を選ぶこと無く、従来品に比べ
て格段に高い圧電特性を有する圧電アクチュエータに適
する圧電体素子を提供することができる。本実施形態１
によれば、従来統一の取れなかった自発分極の方向を一
定方向に揃えることができるので、均一の品質で信頼性
の高い圧電体素子を提供することができる。本実施形態
１によれば、圧電体薄膜の配向を電場で制御可能なの
で、従来のように材料や製造条件に限定されることなく
下部電極の材料を自由に選択可能である。本実施形態ｌ
によれば、高い圧電特性と信頼性を備えるインクジェッ
ト式記録ヘッドを提供可能である。 （実施形態２）本発明の実施形態２は、強誘電体メモリ
などに適した強誘電体圧電体素子の製造方法およびその
構造に関する。図６の製造工程断面図に基づいて、本発
明の圧電体素子の製造方法について説明する。

【００５１】振動板形成工程（Ｓ１１）： 本工程は、
基板２０上に振動板３０となる酸化膜を形成する工程で
ある。この工程については、実施形態１のＳ１と同様に
考えられる。

【００５２】下部電極形成工程（Ｓ１２）： 本工程
は、振動板３０上に、圧電体素子と基板との密着性を高
める密着層４０１および圧電体薄膜の形成面となる下部
電極４０２を形成する工程である。この工程についても
実施形態１のＳ２と同様に考えられる。

【００５３】圧電体前駆体膜形成工程（Ｓ１３）： 本
工程は、上記下部電極４０２上にゾルゲル法を利用して
圧電体薄膜の前駆体を形成する工程である。この工程に
ついても実施形態１のＳ３と同様に考えられる。

【００５４】圧電体結晶化工程（Ｓ１４）： 本工程
は、本発明に係り、圧電体薄膜に自発分極を生じさせた
い方向と平行な方向に電場を印加して圧電体薄膜の前駆
体膜４０３を結晶化させる工程である。本実施形態で
は、上記実施形態１と異なり、圧電体薄膜の厚み方向に
平行な方向に電場を印加する。電場の印加には拡散炉を
用いる。拡散炉を用いれば電極の配置が容易であり電場
を印加し易いからである。無論電場を印加可能であれ
ば、加熱処理の方法に限定はない。

【００５５】図７に電場の印加に使用する拡散炉の構造
を示す。当該拡散炉２１０は、炉中に前記前駆体膜を形
成した基板を収納可能になっており、酸素をパイプ２１
３経由で供給しながら熱処理が可能になっている。拡散
炉２１０は、陽極２１１と陰極２１２とを備えており、
図示しない電源により両電極間に電圧を加えることによ
り、基板に電場を印加することが可能になっている。た
だし本実施形態では上記実施形態１と異なり、前駆体膜
の厚み方向に平行な方向に対して電場が印加されるよう
に電極と基板とが配置されている。

【００５６】結晶化処理は、適量の酸素（例えば５リッ
トル／分程度）流量で所定温度（例えば７００℃程度）
で一定時間（例えば３０分問程度）行う。

【００５７】図５に基づいて結晶化の原理を説明する。
ゲル状態の圧電体薄膜の前駆体膜４０３は、図５上段に
示すようにアモルファス状態になっている。ここに一定
の強さの電場を厚み方向に印加しながら熱処理をして結
晶化を促進すると、図５下段に示すように、下部電極か
ら柱状結晶が成長する。結晶中に存在する分極方向は印
加されている電場の方向と平行な方向を向いたまま、つ
まり自発分極の方向が厚み方向に平行な方向に向く。Ｐ
ＺＴ等の強誘電体では、特に正方晶であって、結晶の＜
００１＞方位が電場の方向に平行になり、＜１００＞方
位が電場の方向に垂直になる。また圧電体薄膜の材料に
よっては、斜方晶であって、結晶の＜１１１＞方位が当
該圧電体薄膜の厚み方向と平行な方向になるものも存在
する。

【００５８】圧電体薄膜４０３が形成されたら、前記下
部電極４０２と対になる上部電極４０４を形成する。上
部電極４０４の製法や材料は下部電極４０２と同様であ
る。

【００５９】なお、上記圧電体薄膜の結晶化工程には熱
処理を適用したが、水熱処理法を適用してもよい。水熱
処理については実施形態１と同様である。ゾルゲル法の
他に、水熱法（結晶の電極への付着から水熱処理を利用
するもの）、高周波スパッタ法、電子ビーム蒸着法、Ｃ
ＶＤ法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法等を用いる
ことができる点も実施形態１と同様である。以上の工程
で圧電体素子４０の層構造が完成する。強誘電体圧電体
素子をメモリ素子として使用するためには、この層構造
をメモリに適当な形状にエッチングして配線する。

【００６０】本実施形態２によれば、強誘電体圧電体薄
膜の結晶工程において電場を厚み方向に平行な方向に印
加したので、自発分極の方向が厚みに平行な方向に向
く。このため、下部電極や基板の材料を選ぶこと無く、
従来品に比べて格段に高い残留分極を有するメモリ素子
に適する強誘電体圧電体素子を提供することができる。
特に残留分極が大きいことが好ましい、不揮発性半導体
記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出器、セン
サ、表面弾性波光学導波管、光学記億装置、空間光変調
器、ダイオードレーザ用周波数二倍器等のような強誘電
体装置、誘電体装置、パイロ電気装置に適応することが
できる。その他の効果については、実施形態１と同様で
ある。 （その他の変形例）本発明は、上記各実施形態によらず
種々に変形して適応することが可能である。例えば本発
明で製造した圧電体素子は上記した製造方法に限定され
ることなく、他の製造方法にも適用可能である。圧電体
素子の層構造は上記に限定されることなく、工程を複雑
化させることにより、複数からなる層構造を備えた圧電
体素子を製造することも可能である。インクジェット式
記録ヘッドの構造は、ピエゾジエツト式インクジェット
方式であれば、上記した構造に限定されず、他の構造で
あってもよい。

【００６１】

【発明の効果】本願発明の圧電体素子およびインクジェ
ット式記録ヘッドによれば、圧電体薄膜結晶の分極方向
が一定方向に揃っているので、高い圧電特性を備え、品
質が安定している。本願発明の圧電体素子およびインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法によれば、結晶化工程
において自発分極の方向を一定方向に揃える電場を印加
するので、下部電極や基板の材料を選ぶこと無く、高い
圧電特性を備え品質が安定した圧電体素子およびそれを
利用したインクジェット式記録ヘッドを製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１における自発分極方向制御の原理説
明図。

【図２】実施形態ｌにおける圧電体素子の製造工程図。

【図３】実施形態１におけるインクジェット式記録ヘッ
ドの製造工程図。

【図４】実施形態１における結晶化処理に使用する拡散
炉の構造図。

【図５】実施形態２における自発分極方向制御の原理説
明図。

【図６】実施形態２における圧電体素子の製造工程図。

【図７】実施形態２における結晶化処理に使用する拡散
炉の構造図。

【図８】本発明のインクジェット式記録ヘッドの主要部
一部断面図。

【符号の説明】

２０ 圧力室基板 ３０ 振動板 ４０ 圧電体素子 ４０１ 密着層 ４０２ 下部電極 ４０３ 圧電体薄膜 ４０４ 上部電極

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換作用を示す圧電体素子にお
   いて、自発分極の方向が一定方向に揃っている結晶構造
   を有する圧電体薄膜を備えていることを特徴とする圧電
   体素子。
2. 【請求項２】 前記圧電体薄膜は、前記自発分極の方向
   が当該圧電体薄膜の厚み方向に略垂直な方向に設定され
   ている請求項１に記載の圧電体素子。
3. 【請求項３】 前記圧電体薄膜は、正方晶であって、結
   晶の＜１００＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略平
   行な方向に設定されている請求項２に記載の圧電体素
   子。
4. 【請求項４】 前記圧電体薄膜は、前記自発分極の方向
   が当該圧電体薄膜の厚み方向に略平行な方向に設定され
   ている請求項１に記載の圧電体素子。
5. 【請求項５】 前記圧電体薄膜は、正方晶であって、結
   晶の＜００１＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略平
   行な方向に設定されている請求項４に記載の圧電体素
   子。
6. 【請求項６】 前記圧電体薄膜は、斜方晶であって、結
   晶の＜１１１＞方位が当該圧電体薄膜の厚み方向と略平
   行な方向に設定されている請求項４に記載の圧電体素
   子。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
   記載の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えてい
   るインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 電気機械変換作用を示す圧電体素子の製
   造方法において、 圧電体薄膜に自発分極を生じさせたい方向と平行な方向
   に電場を印加して前記圧電体薄膜の前駆体膜を結晶化さ
   せることを特徴とする圧電素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記電場を印加する方向は、圧電体素子
   の厚み方向に略垂直な方向に設定する請求項８に記載の
   圧電体素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記電場を印加する方向は、圧電体薄
    膜の厚み方向に略平行な方向に設定する請求項８に記載
    の圧電体素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記電場を印加する工程は、ゾルゲル
    法、水熱法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ
    法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法のいずれか一の
    方法により形成した前記圧電体薄膜の前駆体膜を結晶成
    長させる工程において実施される請求項８に記載の圧電
    体素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記圧電体薄膜の前駆体膜を形成する
    前駆体膜形成工程と、 圧電体薄膜に自発分極を生じさせたい方向と平行な方向
    に電場を印加しながら、前記前駆体膜を所定の雰囲気下
    で結晶化させる結晶化工程と、を備えている請求項８に
    記載の圧電体素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記結晶化工程は、拡散炉による熱処
    理および高速熱処理またはオートクレーブを用いる水熱
    処理のいずれか一の方法で結晶化させる請求項１２に記
    載の圧電体素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項８乃至請求項１３のいずれか一
    項に記載の圧電体素子の製造方法で基板上に圧電体素子
    を形成する工程と、 前記圧電体素子をエッチングして圧電アクチュエータの
    形状に形成する工程と、 前記基板をエッチングして前記圧電アクチュエータの作
    用により圧力室内のインクを吐出可能な構造を形成する
    工程と、を備えたことを特徴とするインクジェット式記
    録ヘッドの製造方法。