JP2000357826A - 圧電体素子の製造方法、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタ - Google Patents

圧電体素子の製造方法、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタ

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JP2000357826A
JP2000357826A JP2000094184A JP2000094184A JP2000357826A JP 2000357826 A JP2000357826 A JP 2000357826A JP 2000094184 A JP2000094184 A JP 2000094184A JP 2000094184 A JP2000094184 A JP 2000094184A JP 2000357826 A JP2000357826 A JP 2000357826A
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piezoelectric
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Hiroshi Kyu
宏 邱
Koji Sumi
浩二 角
Soichi Moriya
壮一 守谷
Katsuto Shimada
勝人 島田
Manabu Nishiwaki
学 西脇
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚膜化が可能で圧電特性の高い圧電体素子の
製造方法の提供。 【解決手段】 圧電性セラミックスを構成する金属元素
を含む圧電体前駆体膜４０２１〜４０２５を、材料の塗
布、乾燥および脱脂後に、拡散炉により一定条件で熱処
理することにより圧電体薄膜を結晶化させる。この方法
によればクラックを生じさせることなく、圧電体薄膜を
厚く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、圧電効果や逆圧電
効果を示す圧電体素子およびその応用製品に係り、特
に、従来困難であった圧電体薄膜の厚膜化を図ることの
可能な製造方法の改良とその製造方法によって得られる
薄膜構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電性セラミックスは電気機械変換作用
を示す。圧電体素子は、この圧電性セラミックスの結晶
である圧電体薄膜を電極で挟持して構成される。
【０００３】従来、ゾルゲル法などを利用して圧電体薄
膜の前駆体膜を形成し、最後に高温で熱処理することに
より、圧電体薄膜を結晶化させる方法が常用されてい
た。
【０００４】この熱処理は、前駆体膜内で下部電極側か
ら柱状結晶を成長させ、一定の圧電特性を示す品質の高
い結晶構造の圧電体薄膜を形成するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高速熱処理による圧電体薄膜の結晶化工程は、薄膜にク
ラックが入り易いため、所定の厚み、例えば１μｍ以上
の厚みに形成することができないという不都合があっ
た。
【０００６】クラックが発生するのは、圧電体前駆体膜
中で結晶が成長していく場合、膜面方向に平行な方向に
ストレスが加わり膜の結晶が引き裂かれるためであると
考えられている。
【０００７】上記不都合に鑑み、本願発明は、圧電体薄
膜の厚膜化が可能な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を提供することを第１の課題とす
る。
【０００８】本願発明は、厚膜で形成されており、高い
圧電特性を有する圧電体素子並びにその圧電体素子を備
えたインクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供
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
る圧電体素子の製造方法は、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、圧電性セラミックスを構
成する金属元素を含む圧電体前駆体膜を拡散炉により熱
処理することにより圧電体薄膜を結晶化させることを特
徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１０】この拡散炉による熱処理は、圧電体前駆体
膜を設けた基板面に略平行な方向から、反応ガス、特に
酸素を流して行うことが好ましい。酸素の流れに平行に
基板を並べるなら、沢山の基板を拡散炉内に並べること
ができ、かつ、いずれの基板に対しても均等に酸素の供
給が行えるからである。沢山の基板を一括して熱処理可
能になるため、コストダウンを図ることが可能である。
【００１１】上記拡散炉による熱処理は、圧電体前駆体
を０．１μｍ乃至０．５μｍ積層するたびに行うことが
好ましい。圧電体前駆体を０．２μｍ乃至０．４μｍ積
層するたびに熱処理することがさらに好ましい。
【００１２】上記拡散炉による一回当たりの熱処理は、
例えば５００℃乃至８００℃で１０分間乃至６０分間行
うことにより達成される。
【００１３】上記第２の課題を解決する圧電体素子は、
微結晶粒が膜面と平行に所定密度（例えば１．４×１０
５個／ｃｍ）以上で存在している層を１以上備えてい
る。特に、この微結晶粒は環状であることが望ましい。
【００１４】更に、本発明の圧電体素子における圧電体
薄膜は、柱状結晶粒と微結晶粒とを備え、柱状結晶粒の
各々は膜厚方向に延びるとともに、膜面方向に複数配列
されて柱状結晶粒の層を形成し、更にその柱状結晶粒の
層が膜厚方向に複数積層され、各層の間に、前記微結晶
粒が膜面と平行に複数配列される層が形成されることが
好ましい。また、微結晶粒は、前記柱状結晶粒の各層の
それぞれにおける粒界であって、かつ各層の間の境界に
位置していることが好ましい。この微結晶粒の存在は、
結晶間の緩衝材の役割を果たし、クラックの発生を防止
する作用があると考えられる。
【００１５】当該圧電体薄膜において、柱状結晶粒の平
均粒径の、圧電体薄膜の膜厚に対する割合が０．１以下
に設定されている。つまり圧電体薄膜は、柱状結晶粒の
粒径に対して１０倍以上の厚みに形成されている。
【００１６】上記微結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ以下
に設定されている。この微結晶粒が存在している層は、
結晶の粒界面を中心に各層とも５０ｎｍ以下の厚みを備
えている。この微結晶粒が存在している層は、拡散炉な
どによる熱処理で形成された界面に存在している。
【００１７】また微結晶粒が存在している層に沿って、
転位および格子歪が生じている格子欠陥層が存在する。
この層の厚みは、例えば２０ｎｍ以下の厚みである。
【００１８】本発明は、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。
【００１９】本発明は、本発明のインクジェット式記録
ヘッドを印字手段として備えているプリンタである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための実
施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】図１に、本発明の製造方法で形成される圧
電体素子の層構造断面図を示す。
【００２２】本実施形態の圧電体素子４０は、図１に示
すように、下部電極４０１と上部電極４０３との間に圧
電体薄膜４０２を挟持して構成されている。
【００２３】下部電極４０１および上部電極４０３は、
圧電体薄膜４０２に電圧を印加するための対となる電極
であり、白金等の導電性材料で形成されている。この圧
電体素子４０を設置する面との密着性を確保するため
に、下部電極４０１と設置面との間にチタン等の密着層
を備えていてもよい。
【００２４】圧電体薄膜４０２は、金属アルコキシド溶
液の圧電体前駆体液（ゾル）から形成した圧電性セラミ
ックスの結晶であり、複数の熱処理層４０２１〜４０２
５から構成されている。圧電体薄膜の結晶後の最終組成
は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘
電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル又はマグネ
シウム等の金属を添加したもの等、圧電体素子の特性、
用途等を考慮して適宜選択されるものである。具体的に
は、圧電体薄膜４０２は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ
Ｏ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チ
タン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ３）又は、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）Ｏ ３）等で構
成される。
【００２５】特に本発明の圧電体薄膜４０２は、以下の
構造上の特徴を備えている。 １）微結晶粒４０５が膜面と平行に所定密度（例えば
１．４×１０５個／ｃｍ）以上で存在している。 ２）柱状結晶粒４０４の平均粒径ｄ1の、圧電体薄膜の
膜厚に対する割合が０．１以下に設定されている。 ３）微結晶粒４０５の平均粒径ｄ2は、５０ｎｍ以下に
設定されている。 ４）微結晶粒４０５が存在している層は、各層とも５０
ｎｍ以下の厚みｄ3を備えている。 ５）微結晶粒４０５が存在している層に沿って、転位お
よび格子歪が生じている格子欠陥層４０６が厚みｄ4
（２０ｎｍ以下）で存在している。
【００２６】これらの特徴は、本発明の拡散炉を利用し
た製造方法を使用することにより形成した圧電体薄膜に
おいて観察される構造上の特徴である。
【００２７】圧電体薄膜４０２を構成する熱処理層４０
２１〜４０２５は、拡散炉による熱処理により結晶した
各層である。微結晶粒４０５は、拡散炉による熱処理時
に形成された界面に生ずるものであり、柱状結晶粒４０
４の粒界に挟まれる形で熱処理層の界面と最上部に存在
している。拡散炉による熱処理により、本圧電体薄膜４
０２は、従来品に比べ厚く２μｍ以上の厚みに形成可能
である。
【００２８】図２に、上記圧電体素子を圧電アクチュエ
ータとして備えるインクジェット式記録ヘッドの主要部
一部断面図を示す。
【００２９】本インクジェット式記録ヘッド１は、図２
に示すように、ノズルプレート１０、圧力室基板２０、
振動板３０および圧電体素子４０を備えており、図示し
ない筐体に収納されて構成されている。
【００３０】圧力室基板２０は、シリコン単結晶基板な
どをエッチング処理することにより設けられた圧力室
（キャビティ）２１を備えている。各圧力室２１は、吐
出のためにインクなどを貯蔵する空間形状に形成されて
いる。圧力室２１間を側壁２２が仕切っている。各圧力
室２１には、リザーバ２３から供給口２４を介してイン
クが供給されるようになっている。リザーバ２３には、
図示しないインクタンクから振動板３０に設けられたイ
ンクタンク口３５を介してインクが供給されるようにな
っている。
【００３１】振動板３０は、圧力室基板２０の一方の面
に形成されており、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としては
弾性、機械的強度および絶縁性を備えることから酸化膜
（二酸化珪素膜）が適当である。
【００３２】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。
【００３３】なお上記インクジェット式記録ヘッドの構
造は圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えていれ
ば十分で、本実施形態の構成に限定されるものではな
い。
【００３４】上記インクジェット式記録ヘッド１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。
【００３５】図３に、上記インクジェット式記録ヘッド
１を印字手段として備えたプリンタの斜視図を示す。
【００３６】本プリンタは、図３に示すように、プリン
タ本体２に、トレイ３および排出口４などが設けられて
いる。本体２の内部には、本発明のインクジェット式記
録ヘッド１が内蔵されている。本体２は、図示しない用
紙供給機構によりトレイ３から供給された用紙５に対
し、その上を横切るような往復動作が可能なようにイン
クジェット式記録ヘッド１を配置している。排出口４
は、印刷が終了した用紙５を排出可能な出口となってい
る。 （製造方法）次に、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。以下
の図４および図５は、図２のＡ−Ａ切断面における製造
工程断面図である。
【００３７】振動板および下部電極形成工程（Ｓ１）：
この工程は、シリコン単結晶基板２０の表面に振動板
３０および下部電極４０１を形成する工程である。
【００３８】圧力室基板２０の元となる基板には、所定
の厚さ（例えば、２２０μｍ）のシリコン単結晶基板を
使用する。最初にシリコン単結晶基板に酸化膜からなる
振動板３０を形成する。酸化膜形成法としては通常用い
る熱酸化法等を適用する。つまり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。これによ
って二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなる熱酸化膜が振動板
３０として形成される。熱酸化法の代わりにＣＶＤ法を
使用することもできる。振動板３０の厚みは、振動板と
して適当な厚み（例えば、１．０μｍ）に形成する。
【００３９】次のステップとして下部電極４０１を振動
板３０上に設ける。成膜法としては電子ビーム蒸着法、
スパッタ法等を用いる。スパッタ材料として白金、イリ
ジウム等の導電性材料を使用する。下部電極の厚みは１
００ｎｍ〜４００ｎｍ程度にする。
【００４０】圧電体薄膜形成工程（Ｓ２・Ｓ３）： こ
の工程は、ゾルゲル法により圧電体前駆体膜を形成し、
拡散炉による熱処理で結晶化を促進する工程である。
【００４１】まず最終組成に含まれる金属元素の化学量
論比になるような有機金属アルコキシド溶液を作成す
る。例えば、最終組成をＰＺＴとしてＰｂＺｒ０．５６
Ｔｉ０ ．４４Ｏ３にするなら、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
０：５６：４４になるように溶液を調合する。この溶液
をスピンコート等の塗布法にて下部電極４０１上に一定
の厚みで塗布する。
【００４２】塗布後、一定温度（例えば１８０℃程度）
で一定時間（例えば１０分程度）オーブンで乾燥させ、
溶媒を蒸発させる。乾燥後、大気雰囲気下において所定
の高温（例えば４００℃程度）で一定時間（例えば１０
分程度）、ホットプレートなどを用いて脱脂し、金属に
配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物と
する。この塗布・乾燥・脱脂の工程を所定回数、例えば
６回繰り返して６層からなる圧電体前駆体膜を形成する
（Ｓ２）。
【００４３】圧電体前駆体膜が６層形成できたら、拡散
炉による熱処理を施す。図６に示すように拡散炉は、炉
本体５０内にダクト５１から、反応ガス、ここでは酸素
が供給され、ダクト５２から排気されるようになってい
る。拡散炉は、酸素流に略平行になるように圧電体前駆
体膜を形成した基板を複数配置可能になっている。この
拡散炉に圧電体前駆体膜を形成した基板を配置し、酸素
雰囲気下で熱処理をする（Ｓ３）。基板を酸素の流れに
略平行になるように配置することで、上流に位置する基
板によって酸素流が乱されることがなくなり、どの位置
にある基板であっても均等に熱処理を行うことが可能に
なる。酸素の流量は３Ｌ／分〜１０Ｌ／分の範囲、例え
ば５Ｌ／分程度にする。３Ｌ／分以下では結晶に酸素欠
損が生じ易くなり、１０Ｌ／分以上では炉の温度制御が
困難になるからである。熱処理条件は、高速熱処理より
も低い温度で、５００℃〜８００℃で１０分間から６０
分間程度、例えば７００℃で３０分程度にする。この程
度の温度では、金属アルコキシド溶液中の鉛元素が熱に
より大きく拡散されることがないため、結晶後の元素の
化学量論比を保つことが可能である。
【００４４】なお、図６には基板が拡散炉内に垂直に立
てられる例を示したが、基板が酸素の流れに略平行であ
るならば、図７に示すように基板が拡散炉内に水平に置
かれても良い。また、横型拡散炉に限らず、図８に示す
ように、縦型拡散炉を用いて基板が酸素の流れに略平行
に設置されるようにしても良い。
【００４５】拡散炉における熱処理により、アモルファ
ス状態の圧電体前駆体膜からペロブスカイト結晶構造を
備えた柱状結晶粒４０４が発達し、結晶化した熱処理層
４０２１となる。
【００４６】最初の熱処理層４０２１が形成できたら、
再びその上に金属アルコキシド溶液を塗布・乾燥・脱脂
して形成される層を６層形成し、新たな圧電体前駆体膜
を形成する。この圧電体前駆体膜に対しても前記と同様
拡散炉による熱処理を行って熱処理層４０２２を形成す
る。その後も同様にして、全部で所定層数、例えば５層
の熱処理層４０２１〜４０２５を形成し圧電体薄膜４０
２の全体結晶を完成させる。各熱処理層の界面には、微
結晶粒４０５が形成される。
【００４７】通常の高速熱処理工程でこれだけの厚みの
前駆体膜に熱を加えると、膜内にストレスが発生しクラ
ックが発生するが、本実施形態の製造方法では、クラッ
クが発生しない。ある程度の厚みごとに結晶化処理をす
ると、厚膜化が可能なのである。
【００４８】拡散炉による熱処理の代わりに高速熱処理
をしたとすると、高温により鉛元素の抜け出しがあった
り材料が高温で痛んだりする。そのため多数回結晶化処
理を繰り返すには、拡散炉のような高すぎない一定温度
で熱を加えるのが適当なのである。
【００４９】上部電極形成工程（Ｓ４）： 圧電体薄膜
４０２が形成できたら、その上に電子ビーム蒸着法、ス
パッタ法等の技術を用いて上部電極４０３を形成する。
上部電極の材料は、白金、イリジウム等を用いる。厚み
は１００ｎｍ程度にする。
【００５０】以上の工程で圧電体素子の原形が完成す
る。この圧電体素子を使用箇所に適した形状にエッチン
グして整形し上下電極間に電圧を印加可能に製造すれ
ば、本発明の圧電体素子として動作させることが可能で
ある。本実施形態では上記圧電体素子の積層構造をイン
クジェット式記録ヘッドに適合させてエッチングし、さ
らに以下の工程でインクジェット式記録ヘッドを製造す
る。
【００５１】以下の図では特に圧電体素子三個の断面構
造を示しているが、実際にはインクジェット式記録ヘッ
ドの解像度に応じて圧電体素子の個数を変更する。
【００５２】ドライエッチング工程（Ｓ５）： この工
程は、これまでの工程で形成された圧電体素子の層構造
を適当な形状にドライエッチングし、圧電体素子（圧電
アクチュエータ）４０の形状に整形する工程である。
【００５３】各圧電体素子の層構造を形成後、上部電極
４０３および圧電体薄膜４０２を各圧力室２１に合わせ
た形状になるようマスクし、その周囲をドライエッチン
グする。
【００５４】まずスピンナー法、スプレー法等の方法を
用いて均一な厚さのレジスト材料を上部電極上に塗布す
る。次いでマスクを圧電体素子の形状に形成してから露
光し現像して、レジストパターンを上部電極４０３上に
形成する。これに通常用いるイオンミリング、あるいは
ドライエッチング法等を適用して、上部電極４０３およ
び圧電体薄膜４０２をエッチングして除去し、圧電体素
子４０の形状に整形する。
【００５５】圧力室形成工程（Ｓ６）： この工程は、
圧電体素子４０が形成された圧力室基板２０の他方の面
をエッチングして圧力室２１を形成する工程である。
【００５６】圧力室の形成には、例えば異方性エッチン
グ、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を
用いた異方性ウェットエッチングを用いる。エッチング
された部分が圧力室２１になり、エッチングされずに残
った部分が側壁２２になる。
【００５７】ノズルプレート接合工程（Ｓ７）： エッ
チング後の圧力室基板２０にノズルプレート１０を接着
剤で接合する。貼り合わせのときに各ノズル１１が圧力
室２１各々の空間に配置されるよう位置合せする。ノズ
ルプレート１０が貼り合わせられた圧力室基板２０を筐
体に取り付け、インクジェット式記録ヘッド１を完成さ
せる。なお、ノズルプレート１０を貼り合わせる代わり
に、ノズルプレートと圧力室基板を一体的にエッチング
して形成してもよい。一体的にエッチングしてノズルプ
レートと圧力室基板とを同時に製造した場合には貼り合
わせ工程は不要である。ノズル穴は圧力室に相当する位
置に開口させる。
【００５８】上記した工程によりインクジェット式記録
ヘッド１の主要部構造が製造できる。これを所定の筐体
に収めてインクを供給可能に構成しておけば、印字手段
と駆動可能なインクジェット式記録ヘッド１を提供でき
る。このインクジェット式記録ヘッド１を印字手段とし
て駆動可能なプリンタを提供することもできる。 （実施例）本実施形態の製造方法で５層の熱処理層から
構成される圧電体薄膜を製造した。
【００５９】図９に、実施例の圧電体薄膜の断面構造を
示すＳＥＭ写真を示す。図９から判るように、従来の製
造方法により形成した場合と同様に、柱状結晶の集まり
で圧電体薄膜が構成されている。
【００６０】図１０に、実施例の圧電体薄膜表面を上部
電極形成前に撮影した平面ＳＥＭ写真を示す。比較的大
きい粒子が柱状結晶粒である。
【００６１】図１１に、実施例の圧電体薄膜の断面構造
を示す断面ＴＥＭ写真を示し、図１２に、その摸式図を
示す。図１１及び図１２に示すように、各熱処理層はは
っきりと区別可能であり、膜は柱状結晶粒で構成されて
いる。すなわち、柱状結晶粒の各々は膜厚方向に延びる
とともに、膜面方向に複数配列されて柱状結晶粒の層を
形成し、更にその柱状結晶粒の層が膜厚方向に複数積層
されている。
【００６２】また、熱処理層の界面には、微結晶粒が膜
面と平行に複数配列されていることがはっきりと確認さ
れる。特に、微結晶粒は、上記柱状結晶粒の各層のそれ
ぞれにおける粒界であって、かつ各層の間の境界に位置
している。この膜厚方向の断面の写真では、微結晶粒が
小円形状に見えるが、どの断面をとっても微結晶粒が柱
状結晶粒の粒界に位置していることからすると、この微
結晶粒は、平面から見ると環状をしているものと考えら
れる。
【００６３】また、断面高分解能ＴＥＭ写真で確認する
と、熱処理層の界面付近の２０ｎｍ以内の範囲に転位や
格子歪が生じていることが確認できた。
【００６４】この実施例の圧電体素子と従来の製造方法
（高速熱処理）で製造した圧電体素子（比較例）との圧
電特性（圧電ｄ３１定数）を駆動電圧２５Ｖの条件で測
定した。 実施例の圧電体素子 200[pC/N] 1.8μｍ厚 比較例の圧電体素子 180[pC/N] 1.2μｍ厚 この比較から判るように、実施例の圧電体素子の圧電特
性の方が明らかに高い。従来の製造方法では、実施例程
度の厚みに圧電体薄膜を形成すると、クラックを生じて
いたので、本発明の製造方法では厚膜化が可能であるこ
とが判る。
【００６５】上記実施形態によれば、所定の厚みごとに
拡散炉による熱処理を行うので、クラックを発生させる
ことなく圧電体薄膜の厚膜化が可能である。
【００６６】上記実施形態によれば、厚膜化が可能であ
るため、高い圧電特性を備えた圧電体素子、並びにそれ
を備えたインクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを
提供可能である。
【００６７】上記実施形態によれば、拡散炉において酸
素流に略平行に基板を配置して熱処理するので、酸素流
が乱されることなく総ての基板を均一に熱処理すること
が可能である。また比較的狭い炉内においても高密度に
配置でき多量の基板の熱処理が可能である。（その他の
変形例）本発明は、上記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。
【００６８】例えば、上記実施形態では熱処理に拡散炉
を使用していたが、温度制御が容易であれば他の熱処理
手段を使用可能である。
【００６９】インクジェット式記録ヘッドの構造は、ピ
エゾジェッ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。プリンタ
の構造にも限定はない。
【００７０】
【発明の効果】本願発明の製造方法によれば、拡散炉に
よる熱処理を所定の厚みごとに繰り返して積層していく
ので、クラックを発生させることなく圧電体薄膜の厚膜
化が可能である。
【００７１】本願発明の構造は、拡散炉による熱処理に
よってクラックを生じること無く従来より厚く形成され
ているので、高い圧電特性を有する圧電体素子並びにそ
の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッドおよ
びプリンタを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電体素子の層構造断面図である。
【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの主要部
一部断面図である。
【図３】プリンタの構成図である。
【図４】圧電体素子の製造工程断面図であり、Ｓ１は下
部電極製造工程、Ｓ２は圧電体前駆体膜形成工程、Ｓ３
は拡散炉熱処理工程、Ｓ４は上部電極形成工程である。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図
であり、Ｓ５はドライエッチング工程、Ｓ６はウェット
エッチング工程、Ｓ７はノズルプレート接合工程であ
る。
【図６】拡散炉熱処理工程における酸素流と基板配置と
の関係説明図であり、横型拡散炉内に基板を垂直に配置
した場合を示す。
【図７】拡散炉熱処理工程における酸素流と基板配置と
の関係説明図であり、横型拡散炉内に基板を水平に配置
した場合を示す。
【図８】拡散炉熱処理工程における酸素流と基板配置と
の関係説明図であり、縦型拡散炉内に基板を配置した場
合を示す。
【図９】実施例の圧電体薄膜の柱状結晶粒を示す断面Ｓ
ＥＭ写真である。
【図１０】実施例の圧電体薄膜表面のＳＥＭ写真であ
る。
【図１１】実施例の圧電体薄膜における断面ＴＥＭ写真
である。
【図１２】図１１の写真の摸式図である。
【符号の説明】
１０ ノズルプレート １１ ノズル ２０ 圧力室基板 ２１ キャビティ ２２ 側壁 ３０ 振動板 ４０ 圧電体素子 ４０１ 下部電極 ４０２ 圧電体薄膜 ４０３ 上部電極 ４０４ 柱状結晶粒 ４０５ 微結晶粒 ４０６ 格子欠陥層 ４０２１〜４０２５ 熱処理層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守谷 壮一 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 島田 勝人 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 西脇 学 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF55 AF93 AG12 AG39 AG44 AG48 AG52 AG55 AN01 AP02 AP16 AP25 AP32 AP33 AP52 AP53 AP54 AP56 AP57 AQ02 BA03 BA14

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の製
    造方法において、 圧電性セラミックスを構成する金属元素を含む圧電体前
    駆体膜を拡散炉により熱処理することにより圧電体薄膜
    を結晶化させることを特徴とする圧電体素子の製造方
    法。
  2. 【請求項２】 前記拡散炉による熱処理は、圧電体前駆
    体膜を設けた基板面に略平行な方向から反応ガスを流し
    て行う請求項１に記載の圧電体素子の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記拡散炉による熱処理は、圧電体前駆
    体を０．１μｍ乃至０．５μｍ積層するたびに行う請求
    項１に記載の圧電体素子の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記拡散炉による一回当たりの熱処理
    は、５００℃乃至８００℃で１０分間乃至６０分間行う
    請求項１に記載の圧電体素子の製造方法。
  5. 【請求項５】 電気機械変換作用を示す圧電体素子にお
    いて、 圧電体薄膜が、微結晶粒が膜面と平行に所定密度以上で
    存在している層を１以上備えていることを特徴とする圧
    電体素子。
  6. 【請求項６】 前記微結晶粒は環状をなしていることを
    特徴とする請求項５に記載の圧電体素子。
  7. 【請求項７】 電気機械変換作用を示す圧電体素子にお
    いて、 圧電体薄膜が、柱状結晶粒と微結晶粒とを備え、柱状結
    晶粒の各々は膜厚方向に延びるとともに、膜面方向に複
    数配列されて柱状結晶粒の層を形成し、更にその柱状結
    晶粒の層が膜厚方向に複数積層され、各層の間に、前記
    微結晶粒が膜面と平行に複数配列される層が形成される
    ことを特徴とする圧電体素子。
  8. 【請求項８】 電気機械変換作用を示す圧電体素子にお
    いて、 前記微結晶粒は、前記柱状結晶粒の各層のそれぞれにお
    ける粒界であって、かつ各層の間の境界に位置している
    ことを特徴とする請求項７に記載の圧電体素子。
  9. 【請求項９】 前記圧電体薄膜は、柱状結晶粒の平均粒
    径の、圧電体薄膜の膜厚に対する割合が０．１以下に設
    定されている請求項５に記載の圧電体素子。
  10. 【請求項１０】 前記微結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ
    以下に設定されている請求項５に記載の圧電体素子。
  11. 【請求項１１】 前記微結晶粒が存在している層は、各
    層とも５０ｎｍ以下の厚みを備えている請求項５に記載
    の圧電体素子。
  12. 【請求項１２】 前記圧電体薄膜は、前記微結晶粒が存
    在している層に沿って、転位および格子歪が生じている
    格子欠陥層を備えている請求項５に記載の圧電体素子。
  13. 【請求項１３】 請求項５乃至請求項１２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。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のインクジェット式
    記録ヘッドを印字手段として備えているプリンタ。
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