JP2003347618A - Piezoelectric element, ink jet head and manufacturing method of the same, and ink jet recording device - Google Patents

Piezoelectric element, ink jet head and manufacturing method of the same, and ink jet recording device

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JP2003347618A
JP2003347618A JP2002153406A JP2002153406A JP2003347618A JP 2003347618 A JP2003347618 A JP 2003347618A JP 2002153406 A JP2002153406 A JP 2002153406A JP 2002153406 A JP2002153406 A JP 2002153406A JP 2003347618 A JP2003347618 A JP 2003347618A
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piezoelectric
electrode layer
plane
piezoelectric element
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JP2002153406A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiyuki Fujii
映志 藤井
Akiko Kubo
晶子 久保
Hiroshi Hirasawa
拓 平澤
Atsushi Tomosawa
淳 友澤
Hideo Torii
秀雄 鳥井
Ryoichi Takayama
良一 高山
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce variations in characteristic of a piezoelectric element and to improve breakdown voltage and reliability by forming a piezoelectric layer consisting of a perovskite type oxide having excellent crystallinity and degree of (001) face crystal orientation in the piezoelectric element. <P>SOLUTION: A first electrode layer 14 made of a noble metal containing a titanium or titanic oxide is formed on a substrate 11. An orientation- controlling layer 15 made of a perovskite type oxide (strontium titanate, etc.), containing a strontium of a cubic or tetragonal system is formed on the layer 14. The layer 15 is preferentially oriented to a (100) face or (001) face, and a piezoelectric layer 16 made of a perovskite type oxide (PTZ, etc.), of a rhombohedral or tetragonal system is formed on the layer 15. The layer 16 is preferentially oriented to the (001) face. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、電気機械変換機能
を呈する圧電素子、この圧電素子を用いたインクジェッ
トヘッド及びこれらの製造方法、並びにこのインクジェ
ットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記
録装置に関する技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element having an electromechanical conversion function, an ink-jet head using the piezoelectric element, a method of manufacturing the same, and an ink-jet recording apparatus having the ink-jet head as printing means. Belongs to the field.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、圧電材料は、機械的エネルギー
を電気的エネルギーに変換し、或いは電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する材料である。この圧電材
料の代表的なものとしては、ペロブスカイト型結晶構造
のチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3
(以下、PZTという)がある。このPZTにおいて最
も大きな圧電変位が得られる方向は、正方晶系の場合に
は<001>方向(c軸方向)であり、菱面体晶系の場
合には<111>方向である。しかし、多くの圧電材料
は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であるため、各
結晶粒子の結晶軸はでたらめな方向を向いている。した
がって、自発分極Psもでたらめに配列している。
2. Description of the Related Art In general, a piezoelectric material is a material that converts mechanical energy into electrical energy or converts electrical energy into mechanical energy. A typical example of this piezoelectric material is lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ) having a perovskite crystal structure.
(Hereinafter referred to as PZT). The direction in which the largest piezoelectric displacement is obtained in this PZT is the <001> direction (c-axis direction) in the case of the tetragonal system, and is the <111> direction in the case of the rhombohedral system. However, since many piezoelectric materials are polycrystals composed of aggregates of crystal particles, the crystal axes of the crystal particles are oriented in random directions. Therefore, the spontaneous polarizations Ps are also randomly arranged.

【0003】ところで、近年の電子機器の小型化に伴っ
て、圧電材料を用いた圧電素子に対しても小型化が強く
要求されるようになってきている。そして、この要求を
満足させるために、圧電素子を、従来より多く使用され
てきた焼結体に比べて体積を著しく小さくできる薄膜の
形態で使用しつつあり、このような圧電素子に対する薄
膜化の研究開発が盛んになってきている。例えば、正方
晶系PZTの場合、自発分極Psはc軸方向を向いてい
るので、薄膜化しても高い圧電特性を実現するために
は、PZT薄膜を構成する結晶のc軸を基板表面に対し
て垂直方向に揃える必要がある。これを実現するため
に、従来においては、スパッタ法を用いて、結晶方位
(100)面が表面に出るように切り出したNacl型
結晶構造の酸化マグネシウム(MgO)からなる単結晶
の基板を用い、この基板上に、下部電極として(10
0)面に配向したPt電極薄膜を形成し、このPt電極
上に、その表面に対して垂直方向にc軸配向したPZT
薄膜を600〜700℃の温度で形成していた(例え
ば、J.Appl.Phys.vol.65,No4(15 Feb.1989) pp.1666-16
70、特開平10−209517号公報参照)。この場
合、PZT薄膜を形成する前に、PZT薄膜の下地層と
してZrが存在しないPbTiO3や(Pb,La)T
iO3からなる膜厚0.1μmの圧電体層を、(10
0)面に配向したPt電極上に形成しておいて、その上
に膜厚2.5μmのPZT薄膜をスパッタ法により形成
すると、PZT薄膜形成の初期にZr酸化物からなる結
晶性の低い層が形成され難くなり、より高い結晶性のP
ZT薄膜が得られる。つまり、(001)面配向度(α
(001))が略100%のPZT薄膜が得られる。
[0003] With the recent miniaturization of electronic equipment, miniaturization of piezoelectric elements using piezoelectric materials has been strongly demanded. In order to satisfy this demand, piezoelectric elements are being used in the form of a thin film whose volume can be significantly reduced as compared with a sintered body that has been used more frequently than before. R & D is becoming active. For example, in the case of tetragonal PZT, the spontaneous polarization Ps is oriented in the c-axis direction. Therefore, in order to realize high piezoelectric characteristics even when the film is made thin, the c-axis of the crystal constituting the PZT thin film is set with respect to the substrate surface. Must be aligned vertically. In order to realize this, conventionally, a single crystal substrate made of magnesium oxide (MgO) having a Nacl-type crystal structure cut out so that the (100) plane is exposed on the surface by using a sputtering method, On this substrate, (10
0) A PtT thin film oriented on the plane is formed, and PZT oriented c-axis perpendicular to the surface thereof is formed on the Pt electrode.
A thin film was formed at a temperature of 600 to 700 ° C. (for example, J. Appl. Phys. Vol. 65, No. 4 (15 Feb. 1989) pp. 1666-16).
70, see JP-A-10-209517). In this case, before forming the PZT thin film, PbTiO 3 or (Pb, La) T without Zr is used as an underlayer of the PZT thin film.
A 0.1 μm-thick piezoelectric layer made of iO 3 is
If a PZT thin film having a thickness of 2.5 μm is formed on the Pt electrode oriented in the 0) plane by a sputtering method, a low crystallinity layer made of Zr oxide is formed at the beginning of the PZT thin film formation. Are difficult to form, and the higher crystalline P
A ZT thin film is obtained. That is, the (001) plane orientation degree (α
A (100%) (001)) PZT thin film is obtained.

【0004】ここで、α(001)は、 α(001)=I(001)/ΣI(hkl) で定義している。ΣI(hkl)は、X線回折法におい
て、Cu-Kα線を用いたときの2θが10〜70°でのペ
ロブスカイト型結晶構造のPZTにおける各結晶面から
の回折ピーク強度の総和である。尚、(002)面及び
(200)面は(001)面及び(100)面と等価な
面であるため、ΣI(hkl)には含めない。
Here, α (001) is defined as α (001) = I (001) / ΣI (hkl). ΣI (hkl) is the sum of the diffraction peak intensities from each crystal plane in the PZT of the perovskite type crystal structure at 2θ of 10 to 70 ° when Cu-Kα ray is used in the X-ray diffraction method. Since the (002) plane and the (200) plane are equivalent to the (001) plane and the (100) plane, they are not included in ΔI (hkl).

【0005】ところが、上記方法では、下地基板として
MgO単結晶基板を用いるため、圧電素子が高価になっ
てしまい、この圧電素子を用いたインクジェットヘッド
も高価になってしまうという問題がある。また、基板材
料もMgO単結晶の一種類に制限されてしまうという欠
点がある。
However, in the above method, since the MgO single crystal substrate is used as the base substrate, the piezoelectric element becomes expensive, and there is a problem that the ink jet head using this piezoelectric element also becomes expensive. Further, there is a disadvantage that the substrate material is also limited to one kind of MgO single crystal.

【0006】そこで、シリコン等の安価な基板の上にP
ZT等のペロブスカイト型圧電材料の(001)面又は
(100)面結晶配向膜を形成する方法として、種々の
工夫がなされている。例えば、特許第3021930号
公報には、(111)面に配向したPt電極上に、PZ
T又はランタンを含有したPZTの前駆体溶液を塗布
し、この前駆体溶液を結晶化させる前に、先ず450〜
550℃で熱分解させ、その後550〜800℃で加熱
処理して結晶化させること(ゾル・ゲル法)により、P
ZT膜の(100)面優先配向膜が生成可能であること
が示されている。
Therefore, P is placed on an inexpensive substrate such as silicon.
Various methods have been devised as a method of forming a (001) plane or (100) plane crystal orientation film of a perovskite type piezoelectric material such as ZT. For example, Japanese Patent No. 30221930 discloses that a PZ electrode on a (111) plane is
Before applying a precursor solution of PZT containing T or lanthanum and crystallizing this precursor solution, first, 450-
Pyrolysis at 550 ° C, followed by heat treatment at 550 to 800 ° C to crystallize (sol-gel method)
It is shown that a (100) plane preferential orientation film of a ZT film can be formed.

【0007】また、特開2001−88294号公報に
は、イリジウム下部電極上に極薄のチタン層を形成する
ことにより、その上に形成するPZT膜の結晶配向性を
制御できることが開示されている。この方法は、シリコ
ン等の基板上に酸化ジルコニウムを主成分とする下地層
を形成し、この下地層上にイリジウムを含有する下部電
極を形成し、この下部電極上に極薄のチタン層を積層
し、このチタン層上に、圧電特性を有する強誘電体を構
成する、金属元素及び酸素元素を含む非晶質の圧電体前
駆体薄膜を形成し、この非晶質の薄膜を高温で熱処理す
る方法で結晶化させること(ゾル・ゲル法)により、ペ
ロブスカイト型圧電体薄膜に変化させる製造方法であ
る。この製造方法では、チタン層の膜厚によりPZT等
の圧電体薄膜の結晶配向性の制御が可能であり、チタン
層膜厚を2〜10nmとすると、(100)面配向膜が
得られる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-88294 discloses that by forming an extremely thin titanium layer on an iridium lower electrode, the crystal orientation of a PZT film formed thereon can be controlled. . In this method, an underlayer containing zirconium oxide as a main component is formed on a substrate such as silicon, a lower electrode containing iridium is formed on the underlayer, and an extremely thin titanium layer is laminated on the lower electrode. Then, on this titanium layer, an amorphous piezoelectric precursor thin film containing a metal element and an oxygen element, which constitutes a ferroelectric substance having piezoelectric characteristics, is formed, and the amorphous thin film is heat-treated at a high temperature. This is a manufacturing method in which a perovskite-type piezoelectric thin film is changed by crystallization by a method (sol-gel method). In this manufacturing method, the crystal orientation of the piezoelectric thin film such as PZT can be controlled by the thickness of the titanium layer. When the thickness of the titanium layer is 2 to 10 nm, a (100) plane oriented film can be obtained.

【0008】さらに、特開平11−191646号公報
には、ゾル・ゲル法を用いて圧電体薄膜を形成する際、
(111)面配向のPt電極上に4〜6nmのチタン層
を形成し、このチタン層のチタンが酸化した酸化チタン
を核にすることで、(100)面配向のPZT膜が得ら
れることが開示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-191646 discloses that a piezoelectric thin film is formed by using a sol-gel method.
By forming a titanium layer of 4 to 6 nm on a (111) plane oriented Pt electrode and using titanium oxide obtained by oxidizing titanium of the titanium layer as a nucleus, a (100) plane oriented PZT film can be obtained. It has been disclosed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のいずれ
の方法においても、高価なMgO単結晶基板を用いない
方法としては優れているものの、ゾル・ゲル法により圧
電体薄膜を形成するため、MgO単結晶基板上に圧電体
薄膜を形成する場合のように、膜形成時において結晶配
向した結晶性良好な膜を得ることは困難である。このた
め、先ず非晶質の圧電体薄膜を形成し、この圧電体薄膜
を含む積層膜を基板ごと熱処理することで、結晶軸が相
応しい方向に優先配向するようにしている。
However, although any of the above methods is excellent as a method not using an expensive MgO single crystal substrate, it is difficult to form a piezoelectric thin film by a sol-gel method. As in the case where a piezoelectric thin film is formed on a single crystal substrate, it is difficult to obtain a film with good crystallinity that is crystallographically oriented during film formation. For this reason, an amorphous piezoelectric thin film is first formed, and the laminated film including the piezoelectric thin film is heat-treated together with the substrate so that the crystal axes are preferentially oriented in a suitable direction.

【0010】また、ゾル・ゲル法では、圧電素子を量産
すると、有機物を取り除く脱脂工程において、非晶質の
圧電体前駆体薄膜に体積変化によるクラックが生じ易
く、さらに、非晶質の圧電体前駆体薄膜を高温加熱して
結晶化させる工程においても、結晶変化によりクラック
や下部電極との膜剥離が生じ易い。
In the sol-gel method, when a piezoelectric element is mass-produced, cracks due to a volume change are apt to occur in an amorphous piezoelectric precursor thin film in a degreasing step for removing organic substances. Even in the step of heating the precursor thin film at a high temperature for crystallization, cracks and film peeling from the lower electrode are likely to occur due to the crystal change.

【0011】そこで、ゾル・ゲル法におけるこれらの課
題を解決する方法として、特開200−2552544
号公報や特開平10−81016号公報には、下部電極
にチタンや酸化チタンを添加することが有効であること
が示されている。特に、特開平10−81016号公報
では、スパッタ法を用いた場合でも、(100)面配向
のPZT膜が得られることが示されている。但し、下部
電極上に直接ペロブスカイト型PZT膜が得られるので
はなくて、最初に200℃以下の低温でアモルファス又
はパイロクロア型結晶構造のPZT膜を形成し、その
後、酸素雰囲気中における500〜700℃の高温で熱
処理することにより結晶化させており、ゾル・ゲル法と
同様に、高温加熱して結晶化させる工程での結晶変化に
よりクラックや下部電極との剥離が生じ易いといった欠
点がある。また、上記ゾル・ゲル法やスパッタ法により
形成したPZT膜の(001)面配向度又は(100)
面配向度は、いずれの方法においても85%以下であ
る。
As a method for solving these problems in the sol-gel method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 200-255254
JP-A-10-81016 and JP-A-10-81016 show that it is effective to add titanium or titanium oxide to the lower electrode. In particular, JP-A-10-81016 discloses that a PZT film having a (100) plane orientation can be obtained even when a sputtering method is used. However, a perovskite-type PZT film is not directly obtained on the lower electrode, but a PZT film having an amorphous or pyrochlore-type crystal structure is first formed at a low temperature of 200 ° C. or lower, and then 500 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere. Crystallization is performed by heat treatment at a high temperature, as in the case of the sol-gel method, and has the disadvantage that cracks and peeling from the lower electrode are likely to occur due to crystal changes in the step of crystallization by heating at a high temperature. Further, the (001) plane orientation degree or (100) plane orientation of the PZT film formed by the sol-gel method or the sputtering method described above.
The degree of plane orientation is 85% or less in any of the methods.

【0012】さらに、ゾル・ゲル法においては、一回の
工程(前駆体溶液の塗布及びその後の熱処理)において
形成されるPZT膜の膜厚がせいぜい100nm程度で
あるため、圧電素子に必要な1μm以上の膜厚を得るた
めには、上記工程を10回以上繰り返し行う必要があ
り、ともすると歩留まりが低くなってしまうという問題
がある。
Further, in the sol-gel method, since the thickness of the PZT film formed in one process (application of the precursor solution and subsequent heat treatment) is at most about 100 nm, the required 1 μm In order to obtain the above film thickness, it is necessary to repeat the above-mentioned steps 10 times or more, which causes a problem that the yield is lowered.

【0013】一方、上記特開2001−88294号公
報によれば、非晶質薄膜を一旦形成し、熱処理等の後処
理によって結晶性薄膜に変化させて合成する方法である
ゾル・ゲル法(MOD法も含む)以外の方法、つまり熱
処理による結晶化工程なしに直接に結晶性薄膜を形成す
る成膜法、例えばスパッタ法、レーザーアブレーション
法、CVD法により、極薄のチタン層を表面に形成した
Ir下地電極上へのPZT配向制御を試みたが、ゾル・
ゲル法以外では配向膜は得られなかったとしている。そ
の理由は、ゾル・ゲル法では、下部電極側から上部電極
側にかけて徐々にPZT膜の結晶化が進行するのに対
し、CVD法やスパッタ法等では、PZT膜の結晶化が
ランダムに進行して、結晶化に規則性がないことが配向
制御を困難にしているからであるとしている。
On the other hand, according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-88294, a sol-gel method (MOD) is a method in which an amorphous thin film is formed once, and is converted into a crystalline thin film by post-treatment such as heat treatment to synthesize. Method, ie, a method of forming a crystalline thin film directly without a crystallization step by heat treatment, such as a sputtering method, a laser ablation method, or a CVD method, was used to form an ultrathin titanium layer on the surface. Attempt to control the PZT orientation on the Ir base electrode
No alignment film was obtained except by the gel method. The reason is that in the sol-gel method, the crystallization of the PZT film gradually progresses from the lower electrode side to the upper electrode side, whereas in the CVD method, the sputtering method, etc., the crystallization of the PZT film proceeds randomly. The lack of regularity in crystallization makes it difficult to control the orientation.

【0014】また、(111)面配向Pt電極層上に、
厚さ12nm以下の酸化チタン層を形成し、直接スパッ
タ法によりペロブスカイト型結晶構造のチタン酸鉛膜や
PZT膜を形成した場合、いずれの膜も(111)面配
向性を示し、(100)面又は(001)面配向膜は得
られない(J.Appl.Phys.vol.83,No7(1998)3835参照)。
Further, on the (111) plane oriented Pt electrode layer,
When a titanium oxide layer having a thickness of 12 nm or less is formed, and a lead titanate film or a PZT film having a perovskite crystal structure is formed by a direct sputtering method, each film shows (111) plane orientation and (100) plane. Alternatively, a (001) plane oriented film cannot be obtained (see J. Appl. Phys. Vol. 83, No. 7 (1998) 3835).

【0015】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、低コストで、圧電特性
に優れていて高信頼性の圧電素子が得られるようにする
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a low-cost, highly reliable piezoelectric element having excellent piezoelectric characteristics. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、電極層を、チタン又は酸化チタン
を含有する貴金属で構成しておき、この電極層上に、立
方晶系又は正方晶系のストロンチウムを含むペロブスカ
イト型酸化物からなる配向制御層を形成して、該配向制
御層を(100)面又は(001)面に優先配向させ、
この配向制御層上に、菱面体晶系又は正方晶系のペロブ
スカイト型酸化物からなる圧電体層を形成して、該圧電
体層を(001)面に優先配向させるようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, and a cubic or Forming an orientation control layer made of a perovskite-type oxide containing tetragonal strontium, and preferentially orienting the orientation control layer to the (100) plane or the (001) plane;
On this orientation control layer, a piezoelectric layer made of a rhombohedral or tetragonal perovskite oxide was formed, and the piezoelectric layer was preferentially oriented to the (001) plane.

【0017】具体的には、請求項1の発明では、基板上
に設けられた第1の電極層と、該第1の電極層上に設け
られた配向制御層と、該配向制御層上に設けられた圧電
体層と、該圧電体層上に設けられた第2の電極層とを備
えた圧電素子を対象とする。
Specifically, according to the first aspect of the present invention, a first electrode layer provided on a substrate, an alignment control layer provided on the first electrode layer, The present invention is directed to a piezoelectric element including a provided piezoelectric layer and a second electrode layer provided on the piezoelectric layer.

【0018】そして、上記第1の電極層は、チタン又は
酸化チタンを含有する貴金属からなり、上記配向制御層
は、立方晶系又は正方晶系の(100)面又は(00
1)面に優先配向した、ストロンチウムを含むペロブス
カイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、菱面体晶系
又は正方晶系の(001)面に優先配向したペロブスカ
イト型酸化物からなるものとする。
The first electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, and the orientation control layer is made of a cubic or tetragonal (100) plane or a (00) plane.
1) It is made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented in the plane, and the piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide preferentially oriented in the rhombohedral or tetragonal (001) plane. .

【0019】上記の構成により、第1の電極層である貴
金属膜に、チタン又は酸化チタンを添加することで、基
板と第1の電極層との密着性を向上させることができ
て、圧電素子の製造時における膜剥離を防止することが
できるとともに、この第1の電極層上に配向制御層をス
パッタ法等により形成すれば、第1の電極層が(11
1)面配向であったとしても、配向制御層が(100)
面又は(001)面(立方晶系の場合は(100)面と
(001)面とは同じである)に配向し易くなる。すな
わち、第1の電極層の表面部には、チタン又は酸化チタ
ンが島状に点在しており、配向制御層は、この島状に点
在するチタン又は酸化チタンを核にしてその上側に結晶
成長し、これにより、チタン又は酸化チタン上において
(100)面又は(001)面に配向し易くなる。ま
た、上記チタン又は酸化チタンは、第1の電極層に含有
されているため、第1の電極層の表面からは殆ど突出し
ておらず(突出したとしてもその突出量は2nmよりも
小さくなる)、このことからも、配向制御層は、(10
0)面又は(001)面に配向し易くなる。特にストロ
ンチウムを含むペロブスカイト型酸化物は、PZT等に
比べて低温形成が可能であり、配向性及び結晶性が良好
な薄膜が得られ易い。一方、第1の電極層は、シリコン
等の基板を用いる場合には、通常、(111)面配向に
なっており、このため、配向制御層において第1の電極
層の表面部におけるチタン又は酸化チタンが存在しない
部分の上側領域では、(100)面及び(001)面以
外の面配向(例えば(111)面配向)になったりアモ
ルファスになったりする。しかし、このような(10
0)面や(001)面配向になっていない領域は、配向
制御層における第1の電極層側の表面近傍部(当該表面
からせいぜい20nm程度までの範囲)にしか存在しな
い。つまり、上記チタン又は酸化チタン上の(100)
面又は(001)面配向の領域がその結晶成長に連れて
広がるため、層厚方向と垂直な断面における該領域の面
積が、第1の電極層側からその反対側(圧電体層側)に
向かって大きくなり、これにより、(100)面や(0
01)面配向になっていない領域は小さくなって、配向
制御層の厚みが20nm程度となった段階では表面の略
全体が(100)面又は(001)面配向の領域とな
る。こうして形成した配向制御層上に圧電体層を形成す
れば、該配向制御層により圧電体層は(001)面配向
(菱面体晶系の場合には、(100)面と(001)面
とは同じあるため、この菱面体晶系の(100)面配向
を含む)となる。このような配向制御層を設けることに
より、圧電体層には、圧電特性が良好な圧電材料を使用
しつつ、配向制御層には結晶性や配向性を向上させ得る
ことが可能な、ストロンチウムを含むペロブスカイト型
酸化物を使用することができ、この結果、圧電体層の
(001)面配向度を90%以上にすることができるよ
うになる。尚、配向制御層において(100)面や(0
01)面に配向していない領域は、第1の電極層の表面
近傍部だけでなく、圧電体層側の表面に存在していても
よい。このような場合であっても、配向制御層の層厚が
0.01μm以上であれば、圧電体層側の表面の大部分
は(100)面又は(001)面配向の領域となり、圧
電体層の(001)面配向度を90%以上にすることが
できる。
With the above structure, by adding titanium or titanium oxide to the noble metal film as the first electrode layer, the adhesion between the substrate and the first electrode layer can be improved, and the piezoelectric element In addition to preventing film peeling during the manufacture of the first electrode layer, if an orientation control layer is formed on the first electrode layer by a sputtering method or the like, the first electrode layer becomes (11)
1) Even when the orientation control layer is (100)
It is easy to be oriented to a plane or a (001) plane (in the case of a cubic system, the (100) plane and the (001) plane are the same). That is, on the surface of the first electrode layer, titanium or titanium oxide is scattered in an island shape, and the orientation control layer is formed on the nucleus of the titanium or titanium oxide scattered in the island shape as a nucleus. A crystal grows, whereby the crystal is easily oriented on a (100) plane or a (001) plane on titanium or titanium oxide. Further, since the titanium or titanium oxide is contained in the first electrode layer, it hardly protrudes from the surface of the first electrode layer (if it does, the protruding amount is smaller than 2 nm). From this, the orientation control layer is (10
It is easy to be oriented to the (0) plane or the (001) plane. In particular, a perovskite-type oxide containing strontium can be formed at a lower temperature than PZT or the like, and a thin film with good orientation and crystallinity can be easily obtained. On the other hand, when a substrate made of silicon or the like is used, the first electrode layer usually has a (111) plane orientation. Therefore, in the orientation control layer, titanium or oxide on the surface portion of the first electrode layer is used. In the region above the portion where titanium does not exist, the surface orientation (for example, the (111) surface orientation) other than the (100) and (001) planes or the amorphous state occurs. However, such (10
The region not in the (0) plane or the (001) plane orientation exists only in the vicinity of the surface of the orientation control layer on the first electrode layer side (a range from the surface to at most about 20 nm). That is, (100) on the above titanium or titanium oxide
Since the plane or (001) -oriented region expands as the crystal grows, the area of the region in the cross section perpendicular to the layer thickness direction increases from the first electrode layer side to the opposite side (piezoelectric layer side). Toward the (100) plane or (0) plane.
The region which is not in the (01) plane orientation becomes small, and when the thickness of the orientation control layer becomes about 20 nm, substantially the entire surface becomes the (100) plane or (001) plane oriented region. When a piezoelectric layer is formed on the orientation control layer thus formed, the orientation control layer causes the piezoelectric layer to be oriented in the (001) plane (in the case of a rhombohedral system, the (100) plane and the (001) plane are aligned). Is the same, so that the (100) plane orientation of the rhombohedral system is included). By providing such an orientation control layer, strontium capable of improving crystallinity and orientation can be used for the orientation control layer while using a piezoelectric material having good piezoelectric properties for the piezoelectric layer. A perovskite-type oxide can be used, and as a result, the degree of (001) orientation of the piezoelectric layer can be 90% or more. In the orientation control layer, the (100) plane and the (0
The region that is not oriented in the (01) plane may exist not only in the vicinity of the surface of the first electrode layer but also on the surface on the piezoelectric layer side. Even in such a case, if the thickness of the orientation control layer is 0.01 μm or more, most of the surface on the side of the piezoelectric layer becomes a region of (100) plane or (001) plane orientation, The (001) plane orientation of the layer can be 90% or more.

【0020】したがって、安価なシリコン等の基板上
に、ゾル・ゲル法以外の、熱処理による結晶化工程なし
に直接に結晶性薄膜を形成する成膜法(スパッタ法やC
VD法等)であっても、配向性が良好な圧電体層が得ら
れ、これにより、圧電特性のばらつきを低く抑えること
ができるとともに、信頼性を向上させることができる。
すなわち、この圧電素子は、その圧電体層の膜表面に対
して垂直方向に電界を印加して用いられるため、特に正
方晶系ペロブスカイト型PZT膜においては、(00
1)面配向により、電界方向が<001>分極軸方向と
平行になって大きな圧電特性が得られる。また、電界印
加による分極の回転が起きないため、圧電特性のばらつ
きを低く抑えることができるとともに、信頼性を向上さ
せることができる。一方、菱面体晶系ペロブスカイト型
PZT膜においては、分極軸が<111>方向であるた
め、(100)面配向により、電界方向と分極軸方向と
の間に約54°の角度が生じるものの、(100)面配
向性を向上させることにより、電界印加に対して分極は
常に一定の角度を保つことができるため、この場合も電
界印加による分極の回転が起きず、これにより、圧電特
性のばらつきを低く抑えることができるとともに、信頼
性を向上させることができる(例えば、無配向のPZT
膜の場合には分極はいろいろな方向を向いているため、
電界を印加すると、電界と平行方向に分極軸を向けよう
とするため、圧電特性が電圧依存性を有してばらつきが
大きくなったり、経時変化が生じて信頼性に問題が生じ
たりする)。
Therefore, other than the sol-gel method, a film forming method (sputtering or C
Even by the VD method or the like, a piezoelectric layer having good orientation can be obtained, whereby the variation in piezoelectric characteristics can be suppressed low and the reliability can be improved.
That is, since this piezoelectric element is used by applying an electric field in a direction perpendicular to the surface of the film of the piezoelectric layer, particularly in the tetragonal perovskite type PZT film, (00)
1) By the plane orientation, the direction of the electric field is parallel to the <001> polarization axis direction, and a large piezoelectric characteristic is obtained. In addition, since rotation of polarization due to the application of an electric field does not occur, variation in piezoelectric characteristics can be suppressed low, and reliability can be improved. On the other hand, in the rhombohedral perovskite-type PZT film, since the polarization axis is in the <111> direction, an angle of about 54 ° occurs between the electric field direction and the polarization axis direction due to the (100) plane orientation. By improving the (100) plane orientation, the polarization can always be maintained at a constant angle with respect to the application of an electric field. In this case as well, the rotation of the polarization due to the application of the electric field does not occur. And the reliability can be improved (for example, non-oriented PZT).
In the case of a membrane, the polarization is oriented in various directions,
When an electric field is applied, the polarization axis tends to be oriented in a direction parallel to the electric field, so that the piezoelectric characteristics have a voltage dependence and thus vary greatly, or a change with time occurs to cause a problem in reliability.)

【0021】また、高価なMgO単結晶基板を用いなく
ても、良好な配向性を有する圧電体層が容易に得られる
ので、安価なガラス基板、金属基板、セラミックス基
板、Si基板等を用いることにより、製造コストを低減
することができる。
Further, since a piezoelectric layer having good orientation can be easily obtained without using an expensive MgO single crystal substrate, an inexpensive glass substrate, metal substrate, ceramic substrate, Si substrate or the like should be used. Thereby, the manufacturing cost can be reduced.

【0022】さらに、圧電体層の膜厚が1μm以上であ
っても、ゾル・ゲル法のように同じ工程を何回も繰り返
す必要がなく、圧電体層をスパッタ法等により容易に形
成することができ、歩留まりの低下を抑制することがで
きる。
Further, even when the thickness of the piezoelectric layer is 1 μm or more, the same step is not required to be repeated many times as in the sol-gel method, and the piezoelectric layer can be easily formed by sputtering or the like. And a decrease in yield can be suppressed.

【0023】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、配向制御層は、チタン酸ストロンチウムを含有し
ているものとする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the orientation control layer contains strontium titanate.

【0024】このことにより、配向制御層の(100)
面又は(001)面配向性及び結晶性を確実に向上させ
ることができ、延いては圧電体層の配向性を向上させる
ことができる。
Thus, the orientation control layer (100)
The plane or (001) plane orientation and crystallinity can be reliably improved, and thus the orientation of the piezoelectric layer can be improved.

【0025】請求項3の発明では、請求項2の発明にお
いて、配向制御層におけるチタン酸ストロンチウムの含
有量が、5モル%以上100モル%以下であるものとす
る。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the content of strontium titanate in the orientation control layer is from 5 mol% to 100 mol%.

【0026】すなわち、チタン酸ストロンチウムが5モ
ル%以上含有されていれば、配向制御層の配向性及び結
晶性を確実に向上させることができる。この場合、配向
制御層は、チタン酸ストロンチウムのみからなっていて
もよく(100モル%含有)、チタン酸ストロンチウム
と、チタン酸鉛やチタン酸ランタンジルコン酸鉛(PL
ZT)、チタン酸バリウム等との固溶体からなっていて
もよい。また、配向制御層にジルコニウムが含有されて
いないか、又はジルコニウムの含有量が20モル%以下
であれば、Zr酸化物からなる結晶性が低い層が形成さ
れ難くなり、圧電素子の耐電圧を向上させることができ
る。
That is, when strontium titanate is contained in an amount of 5 mol% or more, the orientation and crystallinity of the orientation control layer can be surely improved. In this case, the orientation control layer may be composed only of strontium titanate (containing 100 mol%), and may be composed of strontium titanate, lead titanate or lead lanthanum zirconate titanate (PL).
ZT), a solid solution with barium titanate or the like. Further, if the orientation control layer does not contain zirconium, or if the zirconium content is 20 mol% or less, a layer having low crystallinity made of Zr oxide is difficult to be formed, and the withstand voltage of the piezoelectric element is reduced. Can be improved.

【0027】請求項4の発明では、請求項1〜3のいず
れか1つの発明において、第1の電極層は、白金、イリ
ジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少
なくとも1種の貴金属からなり、該貴金属に含有された
チタン又は酸化チタンの含有量が0を越え30モル%以
下であるものとする。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, the first electrode layer is made of at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, iridium, palladium and ruthenium. The content of titanium or titanium oxide contained in the noble metal is more than 0 and 30 mol% or less.

【0028】このことにより、圧電素子の各膜をスパッ
タ法等により形成する際の温度に十分に耐えられるとと
もに、電極として適切な材料とすることができる。ま
た、チタン又は酸化チタンの含有量は、30モル%を越
えると配向制御層(延いては圧電体層)の結晶性及び配
向性が低下するので、このように30モル%以下とする
のがよい。
Thus, it is possible to sufficiently endure the temperature when each film of the piezoelectric element is formed by a sputtering method or the like, and to use a material suitable for an electrode. If the content of titanium or titanium oxide exceeds 30 mol%, the crystallinity and orientation of the orientation control layer (and hence the piezoelectric layer) decrease, so that the content should be 30 mol% or less. Good.

【0029】請求項5の発明では、請求項1〜4のいず
れか1つの発明において、圧電体層は、チタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分とする圧電材料からなるものとする。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, the piezoelectric layer is made of a piezoelectric material containing lead zirconate titanate as a main component.

【0030】こうすることで、圧電特性が良好な圧電材
料とすることができ、高性能の圧電素子が得られる。
By doing so, a piezoelectric material having good piezoelectric characteristics can be obtained, and a high-performance piezoelectric element can be obtained.

【0031】請求項6の発明では、請求項1〜5のいず
れか1つの発明において、基板と第1の電極層との間
に、該基板と第1の電極層との密着性を高める密着層が
設けられているものとする。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, an adhesion between the substrate and the first electrode layer is provided to enhance the adhesion between the substrate and the first electrode layer. It is assumed that a layer is provided.

【0032】このことで、基板と第1の電極層との密着
性をさらに向上させることができ、圧電素子の製造時に
おける膜剥離を確実に防止することができる。
Thus, the adhesion between the substrate and the first electrode layer can be further improved, and film peeling during the manufacture of the piezoelectric element can be reliably prevented.

【0033】請求項7の発明は、第1の電極層と配向制
御層と圧電体層と第2の電極層とが順に積層されてなる
圧電素子と、該圧電素子の第2の電極層側の面に設けら
れた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に接
合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材と
を備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上記
振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインクを
吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの発
明である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a second electrode layer side of the piezoelectric element. A vibrating layer provided on the surface of the piezoelectric element, and a pressure chamber member having a pressure chamber for accommodating ink, which is joined to the surface of the vibrating layer opposite to the piezoelectric element. According to another aspect of the invention, there is provided an ink jet head configured to discharge ink in the pressure chamber by displacing the vibration layer in a layer thickness direction by an effect.

【0034】そして、この発明では、上記圧電素子の第
1の電極層は、チタン又は酸化チタンを含有する貴金属
からなり、上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の
(100)面又は(001)面に優先配向した、ストロ
ンチウムを含むペロブスカイト型酸化物からなり、上記
圧電体層は、菱面体晶系又は正方晶系の(001)面に
優先配向したペロブスカイト型酸化物からなるものとす
る。
In the present invention, the first electrode layer of the piezoelectric element is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, and the orientation control layer is made of a cubic or tetragonal (100) plane or The piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented on the (001) plane, and the piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide preferentially oriented on a rhombohedral or tetragonal (001) plane. I do.

【0035】この発明により、基板上に、第1の電極
層、配向制御層、圧電体層、第2の電極層及び振動層を
スパッタ法等により順次形成して、この振動層に圧力室
部材を接合した後に上記基板を除去するようにすれば、
請求項1の発明と同様の構成の圧電素子を備えたインク
ジェットヘッドが得られ、その圧電素子の圧電体層の
(001)面配向度を90%以上にすることができる。
よって、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性に
優れたインクジェットヘッドが得られる。
According to the present invention, a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, a second electrode layer, and a vibration layer are sequentially formed on a substrate by sputtering or the like, and a pressure chamber member is formed on the vibration layer. If the substrate is removed after bonding
An ink jet head having a piezoelectric element having the same configuration as that of the first aspect of the present invention is obtained, and the degree of (001) orientation of the piezoelectric layer of the piezoelectric element can be 90% or more.
Therefore, an ink jet head having excellent durability can be obtained with little variation in ink ejection performance.

【0036】請求項8の発明では、第1の電極層と配向
制御層と圧電体層と第2の電極層とが順に積層されてな
る圧電素子と、該圧電素子の第1の電極層側の面に設け
られた振動層と、該振動層の圧電素子とは反対側の面に
接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材
とを備え、上記圧電素子の圧電体層の圧電効果により上
記振動層を層厚方向に変位させて上記圧力室内のインク
を吐出させるように構成されたインクジェットヘッドを
対象とする。
According to the eighth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a first electrode layer side of the piezoelectric element. A vibrating layer provided on the surface of the piezoelectric element, and a pressure chamber member having a pressure chamber for accommodating ink, which is joined to the surface of the vibrating layer opposite to the piezoelectric element. The present invention is directed to an inkjet head configured to discharge the ink in the pressure chamber by displacing the vibrating layer in a layer thickness direction by an effect.

【0037】そして、上記圧電素子の第1の電極層は、
チタン又は酸化チタンを含有する貴金属からなり、上記
配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の(100)面又
は(001)面に優先配向した、ストロンチウムを含む
ペロブスカイト型酸化物からなり、上記圧電体層は、菱
面体晶系又は正方晶系の(001)面に優先配向したペ
ロブスカイト型酸化物からなるものとする。
The first electrode layer of the piezoelectric element is
The orientation control layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, and the orientation control layer is made of a perovskite-type oxide containing strontium, which is preferentially oriented in a cubic or tetragonal (100) plane or a (001) plane. The piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide preferentially oriented on a rhombohedral or tetragonal (001) plane.

【0038】このことにより、圧力室部材を基板とし
て、その上に、振動層、第1の電極層、配向制御層、圧
電体層及び第2の電極層をスパッタ法等により順次形成
するようにすれば、請求項7の発明と同様の作用効果を
有するインクジェットヘッドが得られる。
Thus, the vibration layer, the first electrode layer, the orientation control layer, the piezoelectric layer, and the second electrode layer are sequentially formed on the pressure chamber member as a substrate by a sputtering method or the like. Then, an ink jet head having the same operation and effect as the seventh aspect of the invention can be obtained.

【0039】請求項9の発明は、圧電素子の製造方法の
発明であり、この発明では、基板上に、チタン又は酸化
チタンを含有する貴金属からなる第1の電極層をスパッ
タ法により形成する工程と、上記第1の電極層上に、立
方晶系又は正方晶系の(100)面又は(001)面に
優先配向した、ストロンチウムを含むペロブスカイト型
酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により形成する
工程と、上記配向制御層上に、菱面体晶系又は正方晶系
の(001)面に優先配向したペロブスカイト型酸化物
からなる圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、
上記圧電体層上に第2の電極層を形成する工程とを含む
ものとする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric element. In this invention, a step of forming a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide on a substrate by a sputtering method. And an orientation control layer formed of a perovskite-type oxide containing strontium, which is preferentially oriented on a cubic or tetragonal (100) plane or a (001) plane, on the first electrode layer by a sputtering method. Forming a piezoelectric layer composed of a perovskite oxide preferentially oriented on a rhombohedral or tetragonal (001) plane on the orientation control layer by sputtering.
Forming a second electrode layer on the piezoelectric layer.

【0040】この発明により、請求項1の発明と同様の
作用効果を有する圧電素子を容易に製造することができ
る。
According to the present invention, a piezoelectric element having the same function and effect as the first aspect of the present invention can be easily manufactured.

【0041】請求項10の発明は、第1の電極層と配向
制御層と圧電体層と第2の電極層とが順に積層されてな
る圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果に
より振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインクを
吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの製
造方法の発明である。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and the piezoelectric layer of the piezoelectric element has a piezoelectric element. This is an invention of a method of manufacturing an ink jet head configured to discharge ink in a pressure chamber by displacing a vibration layer in a layer thickness direction by an effect.

【0042】そして、この発明では、基板上に、チタン
又は酸化チタンを含有する貴金属からなる第1の電極層
をスパッタ法により形成する工程と、上記第1の電極層
上に、立方晶系又は正方晶系の(100)面又は(00
1)面に優先配向した、ストロンチウムを含むペロブス
カイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法により
形成する工程と、上記配向制御層上に、菱面体晶系又は
正方晶系の(001)面に優先配向したペロブスカイト
型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形成する
工程と、上記圧電体層上に第2の電極層を形成する工程
と、上記第2の電極層上に、振動層を形成する工程と、
上記振動層の第2の電極層とは反対側の面に、圧力室を
形成するための圧力室部材を接合する工程と、上記接合
工程後に、上記基板を除去する工程とを含むものとす
る。
According to the present invention, a step of forming a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide on a substrate by a sputtering method, and a step of forming a cubic or Tetragonal (100) plane or (00)
1) A step of forming an orientation control layer made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented on a plane by a sputtering method, and forming a rhombohedral or tetragonal (001) plane on the orientation control layer. Forming a piezoelectric layer made of a perovskite-type oxide with preferential orientation by sputtering, forming a second electrode layer on the piezoelectric layer, and forming a vibration layer on the second electrode layer. Forming,
The method includes a step of joining a pressure chamber member for forming a pressure chamber to a surface of the vibration layer opposite to the second electrode layer, and a step of removing the substrate after the joining step.

【0043】このことにより、請求項7の発明と同様の
作用効果を有するインクジェットヘッドを容易に製造す
ることができる。
Thus, an ink jet head having the same functions and effects as the seventh aspect of the present invention can be easily manufactured.

【0044】請求項11の発明では、第1の電極層と配
向制御層と圧電体層と第2の電極層とが順に積層されて
なる圧電素子を備え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果
により振動層を層厚方向に変位させて圧力室内のインク
を吐出させるように構成されたインクジェットヘッドの
製造方法を対象とする。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and the piezoelectric layer of the piezoelectric element has a piezoelectric layer. The present invention is directed to a method of manufacturing an ink jet head configured to discharge ink in a pressure chamber by displacing a vibration layer in a layer thickness direction by an effect.

【0045】そして、圧力室を形成するための圧力室基
板上に、振動層を形成する工程と、上記振動層上に、チ
タン又は酸化チタンを含有する貴金属からなる第1の電
極層をスパッタ法により形成する工程と、上記第1の電
極層上に、立方晶系又は正方晶系の(100)面又は
(001)面に優先配向した、ストロンチウムを含むペ
ロブスカイト型酸化物からなる配向制御層をスパッタ法
により形成する工程と、上記配向制御層上に、菱面体晶
系又は正方晶系の(001)面に優先配向したペロブス
カイト型酸化物からなる圧電体層をスパッタ法により形
成する工程と、上記圧電体層上に第2の電極層を形成す
る工程と、上記圧力室基板に、圧力室を形成する工程と
を含むものとする。
Then, a step of forming a vibration layer on the pressure chamber substrate for forming the pressure chamber, and forming a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide on the vibration layer by sputtering. And an orientation control layer composed of a strontium-containing perovskite-type oxide preferentially oriented in a cubic or tetragonal (100) plane or a (001) plane on the first electrode layer. Forming a piezoelectric layer made of a perovskite-type oxide preferentially oriented on a rhombohedral or tetragonal (001) plane on the orientation control layer by a sputtering method; The method includes a step of forming a second electrode layer on the piezoelectric layer and a step of forming a pressure chamber on the pressure chamber substrate.

【0046】このことで、請求項8の発明と同様の作用
効果を有するインクジェットヘッドを容易に製造するこ
とができる。
Thus, it is possible to easily manufacture an ink jet head having the same functions and effects as the eighth aspect of the present invention.

【0047】請求項12の発明は、インクジェット式記
録装置の発明であり、この発明では、請求項7又は8記
載のインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッ
ドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備
え、上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記
録媒体に対して相対移動しているときに、該インクジェ
ットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズ
ル孔から該圧力室内のインクを記録媒体に吐出させて記
録を行うように構成されているものとする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus. In the present invention, the ink jet head according to the seventh or eighth aspect and a relative moving means for relatively moving the ink jet head and a recording medium are provided. When the ink jet head is relatively moving with respect to the recording medium by the relative moving means, the ink in the pressure chamber is ejected to the recording medium from a nozzle hole provided in the ink jet head so as to communicate with the pressure chamber. Recording.

【0048】この発明により、印字性能及び耐久性が極
めて良好な記録装置が容易に得られる。
According to the present invention, a recording apparatus having extremely good printing performance and durability can be easily obtained.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】(実施形態1)図1は、本発明の
実施形態に係る圧電素子を示し、同図において11は、
厚みが0.3mmのφ4インチシリコン(Si)ウエハ
からなる基板であり、この基板11上には、厚みが0.
02μmであってチタン(Ti)からなる密着層12が
形成されている。尚、上記基板11は、Siに限るもの
ではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板
等であってもよい。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.
It is a substrate made of a φ4 inch silicon (Si) wafer having a thickness of 0.3 mm.
An adhesion layer 12 having a thickness of 02 μm and made of titanium (Ti) is formed. The substrate 11 is not limited to Si, but may be a glass substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, or the like.

【0050】上記密着層12上には、厚みが0.22μ
mであって2.3モル%のTiを添加した白金(Pt)
からなる第1の電極層14が形成されている。この第1
の電極層14は(111)面配向となっている。
The thickness of the adhesive layer 12 is 0.22 μm.
m and platinum (Pt) doped with 2.3 mol% of Ti
The first electrode layer 14 is formed. This first
Has a (111) plane orientation.

【0051】上記第1の電極層14上には、立方晶系の
ペロブスカイト型結晶構造を有するチタン酸ストロンチ
ウム(SrTiO3)からなる配向制御層15が形成さ
れている。この配向制御層15は(100)面又は(0
01)面に優先配向してなり、その膜厚は0.01μm
である。
On the first electrode layer 14, an orientation control layer 15 made of strontium titanate (SrTiO 3 ) having a cubic perovskite crystal structure is formed. The orientation control layer 15 has a (100) plane or (0) plane.
01) plane, with a film thickness of 0.01 μm
It is.

【0052】上記配向制御層15上には、厚みが3.1
μmであって菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト
型結晶構造を有するPZTからなる圧電体層16が形成
されている。この圧電体層16は(001)面に優先配
向してなる。上記PZTの組成は、正方晶と菱面体晶と
の境界(モルフォトロピック相境界)付近の組成(Zr
/Ti=53/47)である。尚、圧電体層16におけ
るZr/Ti組成は、Zr/Ti=53/47に限ら
ず、Zr/Ti=30/70〜70/30であればよ
い。また、圧電体層16の構成材料は、PZTにSr、
Nb、Al等の添加物を含有したもの等のように、PZ
Tを主成分とする圧電材料であればよく、PMNやPZ
Nであってもよい。さらに、膜厚は、0.5〜5.0μ
mの範囲であればよい。
On the orientation control layer 15, a thickness of 3.1
A piezoelectric layer 16 made of PZT having a diameter of μm and having a rhombohedral or tetragonal perovskite crystal structure is formed. The piezoelectric layer 16 is preferentially oriented to the (001) plane. The composition of PZT is a composition (Zr) near the boundary between tetragonal crystal and rhombohedral crystal (boundary of morphotropic phase).
/ Ti = 53/47). The Zr / Ti composition in the piezoelectric layer 16 is not limited to Zr / Ti = 53/47, but may be Zr / Ti = 30/70 to 70/30. The constituent material of the piezoelectric layer 16 is Sr in PZT,
PZ such as those containing additives such as Nb and Al
Any piezoelectric material containing T as a main component may be used, such as PMN or PZ.
It may be N. Further, the film thickness is 0.5 to 5.0 μm.
It may be in the range of m.

【0053】上記圧電体層16上には、厚みが0.2μ
mであってPtからなる第2の電極層17が形成されて
いる。尚、第2の電極層17の材料はPtに限らず、導
電性材料であればよく、膜厚は0.1〜0.4μmの範
囲であればよい。
The piezoelectric layer 16 has a thickness of 0.2 μm.
A second electrode layer 17 of m and Pt is formed. The material of the second electrode layer 17 is not limited to Pt, but may be a conductive material, and the film thickness may be in the range of 0.1 to 0.4 μm.

【0054】そして、この圧電素子は、上記基板11上
に、密着層12、第1の電極層14、配向制御層15、
圧電体層16及び第2の電極層17をスパッタ法により
順次成膜して積層したものである。尚、成膜法はスパッ
タ法に限らず、熱処理による結晶化工程なしに直接に結
晶性薄膜を形成する成膜法(例えばCVD法等)であれ
ばよい。また、密着層12及び第2の電極層17の成膜
法は、ゾル・ゲル法等であってもよい。
The piezoelectric element is provided on the substrate 11 with an adhesion layer 12, a first electrode layer 14, an orientation control layer 15,
The piezoelectric layer 16 and the second electrode layer 17 are sequentially formed and laminated by a sputtering method. Note that the film formation method is not limited to the sputtering method, and may be any film formation method (for example, a CVD method or the like) that directly forms a crystalline thin film without a crystallization step by heat treatment. Further, the method of forming the adhesion layer 12 and the second electrode layer 17 may be a sol-gel method or the like.

【0055】上記密着層12は、上記基板11と第1の
電極層14との密着性を高めるためのものであって、T
iに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しく
はクロム又はそれら(Tiを含む)の化合物で構成して
もよい。また、膜厚は0.005〜1μmの範囲であれ
ばよい。この密着層12は必ずしも必要なものではな
く、基板11上に第1の電極層14を直接に形成するよ
うにしても、第1の電極層14にTiが含有されている
ので、基板11と第1の電極層14との密着性はかなり
良好となる。
The adhesion layer 12 is for improving the adhesion between the substrate 11 and the first electrode layer 14,
Not limited to i, it may be composed of tantalum, iron, cobalt, nickel or chromium, or a compound thereof (including Ti). The thickness may be in the range of 0.005 to 1 μm. The adhesion layer 12 is not always necessary, and even if the first electrode layer 14 is directly formed on the substrate 11, the first electrode layer 14 contains Ti. Adhesion with the first electrode layer 14 is considerably improved.

【0056】上記第1の電極層14は、電極としての役
割を有するだけでなく、Tiを添加したことにより、上
記配向制御層15を(100)面又は(001)面に優
先配向させる役割をも担っており、このTiの代わりに
酸化チタンを添加してもよい。このチタン又は酸化チタ
ンの添加量は、0を越え30モル%以下であることが好
ましい。また、第1の電極層14の材料は、Pt、イリ
ジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少
なくとも1種の貴金属であればよく、膜厚は0.05〜
2μmの範囲であればよい。尚、第1の電極層14にお
ける配向制御層15側の表面部に位置するチタン又は酸
化チタンは、第1の電極層14に含有したものであり、
第1の電極層14の上側に積極的に設けたものではない
ため、上記配向制御層15側の表面から突出することは
殆どなく、突出したとしてもその突出量は2nmよりも
小さい。
The first electrode layer 14 not only has a role as an electrode but also has a role of preferentially orienting the orientation control layer 15 to the (100) plane or the (001) plane by adding Ti. And titanium oxide may be added instead of this Ti. The added amount of titanium or titanium oxide is preferably more than 0 and 30 mol% or less. Further, the material of the first electrode layer 14 may be at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, iridium, palladium, and ruthenium.
The range may be 2 μm. The titanium or titanium oxide located on the surface of the first electrode layer 14 on the orientation control layer 15 side is contained in the first electrode layer 14,
Since it is not provided positively above the first electrode layer 14, it hardly projects from the surface on the orientation control layer 15 side, and even if it does, the amount of projection is smaller than 2 nm.

【0057】上記配向制御層15は、上記圧電体層16
の結晶性及び(001)面配向性を向上させるものであ
って、そのために、チタン酸ストロンチウムとしてい
る。この配向制御層15を構成する材料は、ストロンチ
ウムを含むペロブスカイト型酸化物であればよいが、と
りわけ、この実施形態のようにチタン酸ストロンチウム
が含有されていることが好ましい。このチタン酸ストロ
ンチウムの含有量は5モル%以上100モル%以下であ
ればよく、この実施形態のようにチタン酸ストロンチウ
ムのみが含有(100モル%含有)されていてもよく、
チタン酸ストロンチウムの他にチタン酸鉛やチタン酸ラ
ンタンジルコン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム等
が含有されてチタン酸ストロンチウムと固溶体をなして
いてもよい。また、それらの固溶体は、立方晶系でも正
方晶系でもよい。さらに、配向制御層15が、チタン酸
ストロンチウムが添加されたPZT等のようにジルコニ
ウムが含有されたものからなっていてもよいが、この場
合、Zr酸化物からなる結晶性が低い層が形成され難い
ようにするために、そのジルコニウムの含有量を20モ
ル%以下にすることが好ましい。尚、配向制御層15の
膜厚は0.01〜0.2μmの範囲であればよい。
The orientation control layer 15 is formed of the piezoelectric layer 16
And (001) plane orientation. Therefore, strontium titanate is used. The material constituting the orientation control layer 15 may be a perovskite-type oxide containing strontium, and particularly preferably contains strontium titanate as in this embodiment. The content of the strontium titanate may be 5 mol% or more and 100 mol% or less, and only strontium titanate may be contained (containing 100 mol%) as in this embodiment.
In addition to strontium titanate, lead titanate, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate and the like may be contained to form a solid solution with strontium titanate. These solid solutions may be cubic or tetragonal. Furthermore, the orientation control layer 15 may be made of a material containing zirconium, such as PZT to which strontium titanate is added, but in this case, a layer having low crystallinity made of Zr oxide is formed. In order to make it difficult, the zirconium content is preferably set to 20 mol% or less. The thickness of the orientation control layer 15 may be in the range of 0.01 to 0.2 μm.

【0058】そして、上記配向制御層15における第1
の電極層14側の表面近傍部は、図2に示すように、
(100)面又は(001)面配向の領域15aが、第
1の電極層14における配向制御層15側の表面部に位
置するチタン(第1の電極層14に酸化チタンを含有し
た場合には酸化チタンであるが、チタンを含有した場合
でも酸化して酸化チタンになることがある)上に存在し
ていて層厚方向と垂直な断面における上記領域15aの
面積が第1の電極層14側から圧電体層16側に向かっ
て大きくなる構造を有している。一方、第1の電極層1
4が(111)配向であるため、配向制御層15におい
て第1の電極層14の表面部におけるチタン又は酸化チ
タンが存在しない部分の上側領域15bでは、(10
0)面や(001)面には配向しておらず、ここでは、
(111)面配向になっている(第1の電極層14の材
料によっては(111)面以外の配向になったりアモル
ファスになったりする)。このような(100)面や
(001)面配向になっていない領域15bは、配向制
御層15の第1の電極層14側の表面から最大でも20
nm程度までの範囲にしか存在せず、配向制御層15の
膜厚が0.02μm以上であれば、配向制御層15の圧
電体層16側の表面の略全体が(100)面又は(00
1)面配向の領域15aとなる。
Then, the first in the orientation control layer 15
As shown in FIG. 2, a portion near the surface on the side of the electrode layer 14 of FIG.
The region (15a) of the (100) plane or (001) plane orientation is titanium located on the surface of the first electrode layer 14 on the orientation control layer 15 side (when the first electrode layer 14 contains titanium oxide, Although it is titanium oxide, even if it contains titanium, it may be oxidized to titanium oxide), and the area of the region 15 a in the cross section perpendicular to the layer thickness direction is larger than that of the first electrode layer 14. From the top to the piezoelectric layer 16 side. On the other hand, the first electrode layer 1
4 has the (111) orientation, the upper region 15b of the orientation control layer 15 where titanium or titanium oxide does not exist on the surface of the first electrode layer 14 has (10)
It is not oriented on the (0) plane or (001) plane.
It has a (111) plane orientation (depending on the material of the first electrode layer 14, the first electrode layer 14 may have an orientation other than the (111) plane or become amorphous). Such a region 15b that is not oriented in the (100) plane or the (001) plane is at most 20 μm from the surface of the orientation control layer 15 on the first electrode layer 14 side.
When the thickness of the orientation control layer 15 is 0.02 μm or more, substantially the entire surface of the orientation control layer 15 on the piezoelectric layer 16 side is the (100) plane or the (00) plane.
1) The region 15a has a plane orientation.

【0059】上記圧電体層16は、上記配向制御層15
により(001)面に優先配向されたものであり、その
(001)面配向度αは90%以上となっている。
The piezoelectric layer 16 is formed of the orientation control layer 15
As a result, the (001) plane is preferentially oriented, and the (001) plane orientation degree α is 90% or more.

【0060】尚、配向制御層15の圧電体層16側の表
面全てが上記領域15aとなっている必要はなく、膜厚
がこのように0.01μmとかなり小さいと、(10
0)面及び(001)面に配向していない領域15bが
部分的に存在する可能性がある。しかし、このような場
合であっても、配向制御層15の層厚が0.01μm以
上であれば、圧電体層16側の表面の大部分は(10
0)面又は(001)面配向の領域となり、圧電体層1
6の(001)面配向度を90%以上にすることができ
る。
It is not necessary that the entire surface of the orientation control layer 15 on the side of the piezoelectric layer 16 be the region 15a. If the film thickness is as small as 0.01 μm, (10
There is a possibility that the region 15b not oriented in the (0) plane and the (001) plane partially exists. However, even in such a case, if the thickness of the orientation control layer 15 is 0.01 μm or more, most of the surface on the piezoelectric layer 16 side is (10 μm).
(0) plane or (001) plane oriented region.
No. 6 (001) plane orientation degree can be 90% or more.

【0061】次に、上記圧電素子の製造方法を説明す
る。
Next, a method of manufacturing the above piezoelectric element will be described.

【0062】すなわち、Si基板11上に、密着層1
2、第1の電極層14、配向制御層15、圧電体層16
及び第2の電極層17をスパッタ法により順次成膜す
る。
That is, the adhesion layer 1 is formed on the Si substrate 11.
2, first electrode layer 14, orientation control layer 15, piezoelectric layer 16
Then, the second electrode layer 17 is sequentially formed by a sputtering method.

【0063】上記密着層12は、Tiターゲットを用い
て、基板11を400℃に加熱しながら100Wの高周
波電力を印加し、1Paのアルゴンガス中で、1分間形
成することにより得られる。
The adhesion layer 12 is obtained by applying a high frequency power of 100 W while heating the substrate 11 to 400 ° C. using a Ti target, and forming the substrate 11 in a 1 Pa argon gas for 1 minute.

【0064】上記第1の電極層14は、多元スパッタ装
置を使用して、Tiターゲット及びPtターゲットを用
い、基板11を425℃に加熱しながら1Paのアルゴ
ンガス中において85W及び200Wの高周波電力で1
2分間形成することにより得られる。この得られた第1
の電極層14における密着層12とは反対側の表面部に
は、チタンが島状に点在している。
The first electrode layer 14 is formed by using a multi-source sputtering apparatus, using a Ti target and a Pt target, and heating the substrate 11 to 425 ° C. in a 1 Pa argon gas with high frequency power of 85 W and 200 W. 1
Obtained by forming for 2 minutes. This obtained first
On the surface of the electrode layer 14 opposite to the adhesion layer 12, titanium is scattered in an island shape.

【0065】上記配向制御層15は、チタン酸ストロン
チウムの焼結ターゲットを用い、基板11の温度580
℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比A
r:O2=39:1)において、真空度0.98Pa、
高周波電力280Wの条件で12分間形成することによ
り得られる。
The orientation control layer 15 is formed by using a sintered target of strontium titanate.
C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio A
r: O 2 = 39: 1), the degree of vacuum is 0.98 Pa,
It can be obtained by forming for 12 minutes under the condition of high frequency power of 280 W.

【0066】このようにすれば、配向制御層15は、第
1の電極層14における配向制御層15側の表面部に点
在するチタンを核にして結晶成長し、これにより、チタ
ン上において(100)面又は(001)面に配向し易
くなる。また、このチタンが、上記の如く第1の電極層
14の表面からは殆ど突出していない(突出してもその
突出量は2nmよりも小さい)ので、配向制御層15
は、(100)面又は(001)面により一層配向し易
くなる。一方、第1の電極層14は(111)面配向に
なっているため、配向制御層15において第1の電極層
14の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側領
域では、(100)面や(001)面配向とはならない
(ここでは、(111)面配向になる)。この領域は上
記結晶成長に連れて小さくなる一方、(100)面又は
(001)面配向の領域は拡大する。この結果、配向制
御層15における第1の電極層14側の表面近傍部は、
上述の如く、第1の電極層14における配向制御層15
側の表面部に位置するチタン上に存在する(100)面
又は(001)面配向の領域15aと、第1の電極層1
4の表面部におけるチタンが存在しない部分の上側に存
在しかつ(100)面や(001)面配向となっていな
い領域15bとを有することになり、この(100)面
又は(001)面配向の領域15aは第1の電極層14
側からその反対側(圧電体層16側)に向かって広くな
り、配向制御層15の圧電体層16側の表面の大部分
は、(100)面又は(001)面配向の領域15aと
なる。
In this way, the orientation control layer 15 grows crystallographically with the titanium scattered on the surface of the first electrode layer 14 on the orientation control layer 15 side as a nucleus. It is easy to be oriented to (100) plane or (001) plane. Further, since this titanium hardly protrudes from the surface of the first electrode layer 14 as described above (the protruding amount is smaller than 2 nm even if it protrudes), the orientation control layer 15
Is more easily oriented by the (100) plane or the (001) plane. On the other hand, since the first electrode layer 14 has a (111) plane orientation, in the orientation control layer 15, in the region above the portion of the surface of the first electrode layer 14 where titanium does not exist, the (100) plane or the It does not have the (001) plane orientation (here, the (111) plane orientation). This region becomes smaller as the crystal grows, while the (100) or (001) oriented region expands. As a result, the vicinity of the surface of the orientation control layer 15 on the first electrode layer 14 side is:
As described above, the orientation control layer 15 in the first electrode layer 14
A region (15a) of (100) plane or (001) plane orientation present on titanium located on the side surface portion, and the first electrode layer 1
4 has a region 15b which is present above the portion where titanium does not exist and which is not oriented in the (100) plane or the (001) plane, and has the (100) plane or the (001) plane orientation. Region 15a is the first electrode layer 14
From the side to the opposite side (the piezoelectric layer 16 side), the surface of the orientation control layer 15 on the side of the piezoelectric layer 16 becomes a region (15a) of (100) plane or (001) plane orientation. .

【0067】上記圧電体層16は、PZT(Zr/Ti
=53/47)の焼結体ターゲットを用い、基板11の
温度600℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガ
ス体積比Ar:O2=19:1)において、真空度0.
25Pa、高周波電力240Wの条件で3時間形成する
ことにより得られる。この圧電体層16は、上記配向制
御層15の圧電体層16側の表面が(100)面又は
(001)面配向となっていることで、(001)面配
向となり(ここでは、Zr/Ti=53/47であるこ
とから菱面体晶系となり、この菱面体晶系の場合には、
(100)面と(001)面とは同じあるため、この菱
面体晶系の(100)面配向を含む)、その(001)
面配向度(菱面体晶系の(100)面配向度)が90%
以上となる。また、配向制御層15の結晶性が良好であ
るため、この圧電体層16の結晶性も良好となる。
The piezoelectric layer 16 is made of PZT (Zr / Ti
= 53/47) in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 19: 1) at a temperature of the substrate 11 of 600 ° C.
It can be obtained by forming for 3 hours under the conditions of 25 Pa and high frequency power of 240 W. The piezoelectric layer 16 has a (001) plane orientation because the surface of the orientation control layer 15 on the piezoelectric layer 16 side has a (100) plane or a (001) plane orientation (here, Zr / Since Ti = 53/47, a rhombohedral system is obtained. In the case of this rhombohedral system,
Since the (100) plane and the (001) plane are the same, the (100) plane orientation of the rhombohedral system is included), and the (001) plane
90% plane orientation (rhombohedral (100) plane orientation)
That is all. Further, since the crystallinity of the orientation control layer 15 is good, the crystallinity of the piezoelectric layer 16 is also good.

【0068】上記第2の電極層17は、Ptターゲット
を用いて、室温において1Paのアルゴンガス中200
Wの高周波電力で10分間形成することにより得られ
る。
The second electrode layer 17 is formed by using a Pt target at room temperature in argon gas of 1 Pa.
It is obtained by forming with high frequency power of W for 10 minutes.

【0069】したがって、上記実施形態では、高価なM
gO単結晶基板を用いなくても、安価なシリコンの基板
11上にスパッタ法により成膜することで、結晶性及び
配向性が良好な圧電体層16が得られ、製造コストを低
減しつつ、圧電素子の圧電特性のばらつきを低く抑える
ことができるとともに、信頼性を向上させることができ
る。また、配向制御層15には、ジルコニウムが含有さ
れていないので、Zr酸化物からなる結晶性が低い層が
形成され難く、これにより、圧電素子の耐電圧を向上さ
せることができる。
Therefore, in the above embodiment, the expensive M
Even if a gO single crystal substrate is not used, a piezoelectric layer 16 having good crystallinity and orientation can be obtained by forming a film on an inexpensive silicon substrate 11 by a sputtering method. Variations in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element can be suppressed low, and reliability can be improved. In addition, since the orientation control layer 15 does not contain zirconium, it is difficult to form a layer made of a Zr oxide having low crystallinity, thereby improving the withstand voltage of the piezoelectric element.

【0070】次に、具体的に実施した実施例について説
明する。尚、以下の各実施例1〜4においては、基板上
に、密着層、第1の電極層、配向制御層、圧電体層及び
第2の電極層を順に形成した構成は、上記実施形態と同
じである。
Next, a specific embodiment will be described. In each of the following Examples 1 to 4, the configuration in which an adhesion layer, a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer were sequentially formed on a substrate was the same as in the above embodiment. Is the same.

【0071】(実施例1)この実施例1のものは、各膜
の材料、膜厚、製造方法等が上記実施形態で説明したも
のと同じものとした。この実施例1の圧電素子の各膜に
は、クラックや膜剥離は見られなかった。
Example 1 In Example 1, the materials, thicknesses, manufacturing methods, and the like of the respective films were the same as those described in the above embodiment. No crack or film peeling was observed in each film of the piezoelectric element of Example 1.

【0072】そして、第2の電極層を形成する前の圧電
体層の結晶配向性や膜組成を調べた。すなわち、X線回
折法による解析から、圧電体層は(100)面配向菱面
体晶系ペロブスカイト型結晶構造を示し、(100)面
配向度はα=98%であった。また、PZT膜の組成
は、X線マイクロアナライザーによる組成分析を行った
結果、ターゲット組成と同じでZr/Ti比は53/4
7であった。
The crystal orientation and the film composition of the piezoelectric layer before the formation of the second electrode layer were examined. That is, from the analysis by the X-ray diffraction method, the piezoelectric layer showed a rhombohedral perovskite crystal structure with a (100) plane orientation, and the degree of (100) plane orientation was α = 98%. The composition of the PZT film was the same as the target composition as a result of composition analysis using an X-ray microanalyzer, and the Zr / Ti ratio was 53/4.
It was 7.

【0073】続いて、配向制御層を形成する前の第1の
電極層の結晶配向性及び膜組成を調べた。すなわち、X
線回折法により解析を行った結果、Pt膜は(111)
面配向を示していた。また、X線光電子分光(XPS)
で表面から5nmの深さでの組成分析を行った結果、T
i量は2.3モル%であった。
Subsequently, the crystal orientation and the film composition of the first electrode layer before forming the orientation control layer were examined. That is, X
As a result of analysis by the X-ray diffraction method, the Pt film was (111)
It showed plane orientation. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)
As a result of performing composition analysis at a depth of 5 nm from the surface at
The i amount was 2.3 mol%.

【0074】次いで、圧電体層を形成する前の配向制御
層の結晶配向性及び膜組成を調べた。この膜は(10
0)面配向ペロブスカイト型結晶構造を示していた。
尚、配向制御層の第1の電極層側には(111)面配向
になった部分が見られた。この(111)面配向になっ
た部分は、第1の電極層の表面部におけるチタンが存在
しない部分の上側に存在すると考えられる。
Next, the crystal orientation and the film composition of the orientation control layer before forming the piezoelectric layer were examined. This film is (10
0) It showed a plane-oriented perovskite crystal structure.
A (111) -oriented portion was observed on the first electrode layer side of the orientation control layer. It is considered that the (111) -oriented portion exists above the portion where titanium does not exist on the surface of the first electrode layer.

【0075】次に、第2の電極層を形成する前の状態の
ものを用いて、ダイシングにより15mm×2mmに切
り出したカンチレバーを100個作製し、0.2μm厚
の第2の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定数
d31の測定を行った(圧電定数d31の測定方法につ
いては、例えば特開2001−21052号公報参
照)。この100個のカンチレバーの圧電定数の平均値
は−124pC/Nであり、ばらつきはσ=4.0%で
あった。
Next, 100 cantilevers cut out to 15 mm × 2 mm by dicing were prepared using the state before the second electrode layer was formed, and the second electrode layer having a thickness of 0.2 μm was sputtered. Then, the piezoelectric constant d31 was measured (for a method of measuring the piezoelectric constant d31, see, for example, JP-A-2001-21052). The average value of the piezoelectric constants of these 100 cantilevers was -124 pC / N, and the variation was σ = 4.0%.

【0076】続いて、上記圧電素子の第2の電極層を、
1mm角で0.2μm厚のPt膜としてスパッタ法によ
りメタルマスクを用いて10mm間隔で65個形成し、
それぞれの第2の電極層と第1の電極層との間に電圧を
印加して耐電圧を測定した。尚、耐電圧値は、電圧印加
による電流値が1μAとなる値とした。この結果、耐電
圧値の平均は128Vであり、ばらつきはσ=4.1%
であった。
Subsequently, the second electrode layer of the piezoelectric element is
As a 1 mm square, 0.2 μm thick Pt film, 65 were formed at 10 mm intervals using a metal mask by a sputtering method,
A voltage was applied between each of the second electrode layers and the first electrode layer, and the withstand voltage was measured. Note that the withstand voltage value was a value at which the current value by applying a voltage was 1 μA. As a result, the average of the withstand voltage value was 128 V, and the variation was σ = 4.1%.
Met.

【0077】(実施例2)この実施例2では、基板を、
0.25mm厚のφ4インチステンレス鋼(SUS30
4)とし、密着層には、膜厚0.01μmのタンタル
(Ta)膜を、第1の電極層には、膜厚が0.24μm
であって酸化チタンを7モル%含有するPt膜を、配向
制御層には、膜厚が0.06μmであって30モル%の
ストロンチウムを添加したPZT膜(Zr/Ti=20
/80)を、圧電体層には、膜厚が2.8μmであるP
ZT膜(Zr/Ti=40/60)を、第2の電極層に
は、膜厚が0.1μmのPt膜をそれぞれ用いた。
(Embodiment 2) In this embodiment 2, the substrate is
Φ4 inch stainless steel 0.25 mm thick (SUS30
4), a tantalum (Ta) film having a thickness of 0.01 μm is formed on the adhesion layer, and a 0.24 μm film is formed on the first electrode layer.
And a PZT film having a thickness of 0.06 μm and containing 30 mol% of strontium (Zr / Ti = 20) is used as the orientation control layer.
/ 80), the piezoelectric layer has a P thickness of 2.8 μm.
A ZT film (Zr / Ti = 40/60) was used, and a Pt film having a thickness of 0.1 μm was used for the second electrode layer.

【0078】上記密着層は、Taターゲットを用いて、
基板を500℃に加熱しながら100Wの高周波電力を
印加し、1Paのアルゴンガス中で、1分間形成するこ
とにより得た。
The adhesion layer is formed by using a Ta target.
A high-frequency power of 100 W was applied while heating the substrate to 500 ° C., and the substrate was formed in an argon gas of 1 Pa for one minute.

【0079】上記第1の電極層は、多元スパッタ装置を
使用して、Tiターゲット及びPtターゲットを用い、
基板を420℃に加熱しながら1Paのアルゴンと酸素
との混合雰囲気中(ガス体積比Ar:O2=15:1)
において120W及び200Wの高周波電力で12分間
形成することにより得た。
The first electrode layer is formed by using a Ti target and a Pt target by using a multi-source sputtering apparatus.
In a mixed atmosphere of 1 Pa of argon and oxygen while heating the substrate to 420 ° C. (gas volume ratio Ar: O 2 = 15: 1)
In this case, it was obtained by forming with high frequency power of 120 W and 200 W for 12 minutes.

【0080】上記配向制御層は、PZT(Zr/Ti=
20/80)に31モル%のストロンチウムを添加して
調合した焼結ターゲットを用い、基板温度600℃で、
アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比Ar:O
2=19:1)において、真空度0.9Pa、高周波電
力310Wの条件で15分間形成することにより得た。
The orientation control layer is made of PZT (Zr / Ti =
20/80), a sintering target prepared by adding 31 mol% of strontium, and a substrate temperature of 600 ° C.
In a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O
2 = 19: 1), and obtained by forming for 15 minutes under the conditions of a degree of vacuum of 0.9 Pa and a high frequency power of 310 W.

【0081】上記圧電体層は、PZT(Zr/Ti=4
0/60)の焼結体ターゲットを用い、基板温度580
℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比A
r:O2=19:1)において、真空度0.3Pa、高
周波電力290Wの条件で3時間形成することにより得
た。
The piezoelectric layer is made of PZT (Zr / Ti = 4
0/60) sintered substrate target and a substrate temperature of 580
C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio A
(r: O 2 = 19: 1), and obtained by forming for 3 hours under the conditions of a vacuum degree of 0.3 Pa and a high-frequency power of 290 W.

【0082】上記第2の電極層は、Ptターゲットを用
いて、室温において1Paのアルゴンガス中200Wの
高周波電力で形成することにより得た。
The second electrode layer was obtained by using a Pt target and forming it at a room temperature with a high-frequency power of 200 W in an argon gas of 1 Pa at room temperature.

【0083】この実施例2の圧電素子の各膜にも、クラ
ックや膜剥離は見られなかった。
No crack or film peeling was observed in each film of the piezoelectric element of Example 2.

【0084】そして、第2の電極層を形成する前の圧電
体層の結晶配向性や膜組成を、上記実施例1と同様の方
法で調べたところ、圧電体層は(001)面配向正方晶
系ペロブスカイト型結晶構造を示し、(001)面配向
度はα=95%であった。また、PZT膜の組成は、タ
ーゲット組成と同じでZr/Ti比は40/60であっ
た。
When the crystal orientation and the film composition of the piezoelectric layer before forming the second electrode layer were examined in the same manner as in Example 1, the piezoelectric layer was found to have a (001) plane orientation square. A crystalline perovskite crystal structure was exhibited, and the degree of (001) orientation was α = 95%. The composition of the PZT film was the same as the target composition, and the Zr / Ti ratio was 40/60.

【0085】続いて、配向制御層を形成する前の第1の
電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Pt膜
は(111)面配向を示していた。また、酸化チタン量
は7モル%であった。
Subsequently, when the crystal orientation and the film composition of the first electrode layer before forming the orientation control layer were examined, the Pt film showed (111) plane orientation. The amount of titanium oxide was 7 mol%.

【0086】次いで、圧電体層を形成する前の配向制御
層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、この膜は
(001)面配向ペロブスカイト型結晶構造を示してい
た。尚、配向制御層の第1の電極層側には(111)面
配向になった部分が見られた。この(111)面配向に
なった部分は、第1の電極層の表面部における酸化チタ
ンが存在しない部分の上側に存在すると考えられる。
Next, when the crystal orientation and the film composition of the orientation control layer before forming the piezoelectric layer were examined, the film showed a (001) -oriented perovskite crystal structure. A (111) -oriented portion was observed on the first electrode layer side of the orientation control layer. It is considered that the portion having the (111) plane orientation exists above the portion where the titanium oxide does not exist on the surface of the first electrode layer.

【0087】次に、上記実施例1と同様に、第2の電極
層を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングによ
り15mm×2mmに切り出したカンチレバーを100
個作製し、0.1μm厚の第2の電極層をスパッタ法に
より形成して、圧電定数d31の測定を行ったところ、
100個のカンチレバーの圧電定数の平均値は−122
pC/Nであり、ばらつきはσ=2.6%であった。
Next, in the same manner as in the first embodiment, a cantilever cut out to 15 mm × 2 mm by dicing was used by using a state before the second electrode layer was formed.
When a second electrode layer having a thickness of 0.1 μm was formed by sputtering and the piezoelectric constant d31 was measured,
The average value of the piezoelectric constant of 100 cantilevers is -122.
pC / N, and the variation was σ = 2.6%.

【0088】続いて、上記圧電素子の第2の電極層を、
1mm角で0.1μm厚のPt膜としてスパッタ法によ
りメタルマスクを用いて10mm間隔で65個形成し、
それぞれの第2の電極層と第1の電極層との間に電圧を
印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均は1
19Vであり、ばらつきはσ=4.6%であった。
Subsequently, the second electrode layer of the piezoelectric element is
As a 1 mm square and 0.1 μm thick Pt film, 65 Pt films are formed at 10 mm intervals using a metal mask by a sputtering method.
When a withstand voltage was measured by applying a voltage between each of the second electrode layers and the first electrode layer, the average of the withstand voltage value was 1
19V, and the variation was σ = 4.6%.

【0089】(実施例3)この実施例3では、基板を、
0.5mm厚のバリウム硼珪酸ガラス(100mm角サ
イズ)とし、密着層には、膜厚0.005μmのニッケ
ル(Ni)膜を、第1の電極層には、膜厚が0.15μ
mであってチタンを18モル%含有するイリジウム(I
r)膜を、配向制御層には、膜厚が0.1μmであって
12モル%のランタンを含有しかつ5モル%のストロン
チウムを添加したPLT膜を、圧電体層には、膜厚が
2.7μmであるPZT膜(Zr/Ti=60/40)
を、第2の電極層には、膜厚が0.01μmのPt膜を
それぞれ用いた。
(Embodiment 3) In this embodiment 3, the substrate is
Barium borosilicate glass (100 mm square size) having a thickness of 0.5 mm, a nickel (Ni) film having a thickness of 0.005 μm for the adhesion layer, and a thickness of 0.15 μm for the first electrode layer.
iridium (I) containing 18 mol% of titanium
r) A PLT film having a thickness of 0.1 μm containing 12 mol% of lanthanum and adding 5 mol% of strontium is used for the orientation control layer, and a PLT film having a thickness of 0.1 mol is added to the piezoelectric layer. 2.7 μm PZT film (Zr / Ti = 60/40)
And a Pt film having a thickness of 0.01 μm was used for the second electrode layer.

【0090】上記密着層は、Niターゲットを用いて、
基板を300℃に加熱しながら200Wの高周波電力を
印加し、1Paのアルゴンガス中で、1分間形成するこ
とにより得た。
The adhesion layer is formed by using a Ni target.
The substrate was obtained by applying a high-frequency power of 200 W while heating the substrate to 300 ° C. and forming the substrate in an argon gas of 1 Pa for 1 minute.

【0091】上記第1の電極層は、多元スパッタ装置を
使用して、Tiターゲット及びIrターゲットを用い、
基板を600℃に加熱しながら1Paのアルゴンガス中
において160W及び200Wの高周波電力で10分間
形成することにより得た。
The first electrode layer was formed by using a Ti target and an Ir target by using a multi-source sputtering apparatus.
The substrate was formed by heating the substrate to 600 ° C. in a 1 Pa argon gas with high frequency power of 160 W and 200 W for 10 minutes.

【0092】上記配向制御層は、14モル%のランタン
を含有するPLTに、6モル%のストロンチウムを添加
して調合した焼結ターゲットを用い、基板温度590℃
で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比A
r:O2=19:1)において、真空度0.8Pa、高
周波電力310Wの条件で20分間形成することにより
得た。
The orientation control layer was formed using a sintered target prepared by adding 6 mol% of strontium to PLT containing 14 mol% of lanthanum, and using a substrate temperature of 590 ° C.
In a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio A
(r: O 2 = 19: 1), and was obtained by forming for 20 minutes under the conditions of a vacuum degree of 0.8 Pa and a high frequency power of 310 W.

【0093】上記圧電体層は、PZT(Zr/Ti=6
0/40)の焼結体ターゲットを用い、基板温度580
℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比A
r:O2=19:1)において、真空度0.3Pa、高
周波電力260Wの条件で3時間形成することにより得
た。
The piezoelectric layer is made of PZT (Zr / Ti = 6).
0/40) with a substrate temperature of 580
C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio A
r: O 2 = 19: 1), and was obtained by forming for 3 hours under the conditions of a vacuum degree of 0.3 Pa and a high frequency power of 260 W.

【0094】上記第2の電極層は、Ptターゲットを用
いて、室温において1Paのアルゴンガス中200Wの
高周波電力で形成することにより得た。
The second electrode layer was obtained by using a Pt target and forming it in a 1 Pa argon gas at a high frequency of 200 W at room temperature.

【0095】この実施例3の圧電素子の各膜にも、クラ
ックや膜剥離は見られなかった。
No cracks or film peeling were observed in each film of the piezoelectric element of Example 3.

【0096】そして、第2の電極層を形成する前の圧電
体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は
(100)面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造
を示し、(100)面配向度はα=96%であった。ま
た、PZT膜の組成は、ターゲット組成と同じでZr/
Ti比は60/40であった。
When the crystal orientation and the film composition of the piezoelectric layer before the formation of the second electrode layer were examined, the piezoelectric layer showed a (100) -oriented rhombohedral perovskite crystal structure. The (100) plane orientation was α = 96%. Further, the composition of the PZT film is the same as the target composition, and Zr /
The Ti ratio was 60/40.

【0097】続いて、配向制御層を形成する前の第1の
電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ir膜
は(111)面配向を示していた。また、Ti量は18
モル%であった。
Subsequently, when the crystal orientation and the film composition of the first electrode layer before forming the orientation control layer were examined, the Ir film showed the (111) plane orientation. The Ti content is 18
Mol%.

【0098】次いで、圧電体層を形成する前の配向制御
層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、この膜は
(100)面配向ペロブスカイト型結晶構造を示してい
た。尚、配向制御層の第1の電極層側にはアモルファス
になった部分が見られた。このアモルファスになった部
分は、第1の電極層の表面部におけるチタンが存在しな
い部分の上側に存在すると考えられる。
Next, when the crystal orientation and the film composition of the orientation control layer before forming the piezoelectric layer were examined, this film showed a (100) plane oriented perovskite crystal structure. Note that an amorphous portion was observed on the first electrode layer side of the orientation control layer. It is considered that the amorphous portion exists above the portion where titanium does not exist on the surface of the first electrode layer.

【0099】次に、第2の電極層を形成する前の状態の
ものを用いて、ダイシングにより15mm×2mmに切
り出したカンチレバーを100個作製し、0.01μm
厚の第2の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定
数d31の測定を行ったところ、100個のカンチレバ
ーの圧電定数の平均値は−127pC/Nであり、ばら
つきはσ=3.5%であった。
Next, 100 cantilevers cut out to 15 mm × 2 mm by dicing were prepared using the state before the formation of the second electrode layer, and 0.01 μm
When a thick second electrode layer was formed by a sputtering method and the piezoelectric constant d31 was measured, the average value of the piezoelectric constants of the 100 cantilevers was -127 pC / N, and the variation was σ = 3.5. %Met.

【0100】続いて、上記圧電素子の第2の電極層を、
1mm角で0.01μm厚のPt膜としてスパッタ法に
よりメタルマスクを用いて10mm間隔で65個形成
し、それぞれの第2の電極層と第1の電極層との間に電
圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均
は115Vであり、ばらつきはσ=5.0%であった。
Subsequently, the second electrode layer of the piezoelectric element is
65 Pt films of 1 mm square and 0.01 μm thickness are formed at intervals of 10 mm using a metal mask by a sputtering method, and a voltage is applied between each second electrode layer and the first electrode layer to withstand. When the voltage was measured, the average withstand voltage value was 115 V, and the variation was σ = 5.0%.

【0101】(実施例4)この実施例4では、基板を、
0.5mm厚のφ4インチシリコンウエハとし、密着層
には、膜厚0.01μmのチタン膜を、第1の電極層に
は、膜厚が0.25μmであって酸化チタンを5モル%
含有するIr膜を、配向制御層には、膜厚が0.02μ
mであってチタン酸ストロンチウムとチタン酸バリウム
との固溶体(チタン酸ストロンチウムの含有量:78モ
ル%)からなる膜を、圧電体層には、膜厚が3.1μm
であるPZT膜(Zr/Ti=52/48)を、第2の
電極層には、膜厚が0.01μmのPt膜をそれぞれ用
いた。
(Embodiment 4) In this embodiment 4, the substrate is
A φ4 inch silicon wafer having a thickness of 0.5 mm was formed. A titanium film having a thickness of 0.01 μm was formed on the adhesion layer, and a titanium oxide having a thickness of 0.25 μm and 5 mol% of titanium oxide was formed on the first electrode layer.
The thickness of the Ir film contained in the alignment control layer was set to 0.02 μm.
m, a film made of a solid solution of strontium titanate and barium titanate (strontium titanate content: 78 mol%), and a piezoelectric layer having a thickness of 3.1 μm
The PZT film (Zr / Ti = 52/48) was used, and the Pt film having a thickness of 0.01 μm was used for the second electrode layer.

【0102】上記密着層は、Tiターゲットを用いて、
基板を500℃に加熱しながら100Wの高周波電力を
印加し、1Paのアルゴンガス中で、1分間形成するこ
とにより得た。
The adhesion layer is formed by using a Ti target.
A high-frequency power of 100 W was applied while heating the substrate to 500 ° C., and the substrate was formed in an argon gas of 1 Pa for one minute.

【0103】上記第1の電極層は、多元スパッタ装置を
使用して、Tiターゲット及びIrターゲットを用い、
基板を400℃に加熱しながら1Paのアルゴンと酸素
との混合雰囲気中(ガス体積比Ar:O2=10:1)
において90W及び200Wの高周波電力で12分間形
成することにより得た。
The first electrode layer was formed using a Ti target and an Ir target by using a multi-source sputtering apparatus.
In a mixed atmosphere of 1 Pa of argon and oxygen while heating the substrate to 400 ° C. (gas volume ratio Ar: O 2 = 10: 1)
In this case, it was obtained by forming for 12 minutes with high frequency power of 90 W and 200 W.

【0104】上記配向制御層は、チタン酸ストロンチウ
ムとチタン酸バリウムとの固溶体(チタン酸ストロンチ
ウムの含有量:80モル%)からなる焼結ターゲットを
用い、基板温度500℃で、アルゴンと酸素との混合雰
囲気中(ガス体積比Ar:O 2=29:1)において、
真空度0.8Pa、高周波電力300Wの条件で20分
間形成することにより得た。
The orientation control layer is made of strontium titanate.
Solid solution of titanium and barium titanate (strontium titanate)
Sintering target consisting of
At a substrate temperature of 500 ° C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen.
In ambient (gas volume ratio Ar: O Two= 29: 1)
20 minutes under the conditions of vacuum degree 0.8 Pa and high frequency power 300 W
It was obtained by forming during.

【0105】上記圧電体層は、PZT(Zr/Ti=5
2/48)の焼結体ターゲットを用い、基板温度620
℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積比A
r:O2=19:1)において、真空度0.4Pa、高
周波電力270Wの条件で3時間形成することにより得
た。
The piezoelectric layer is made of PZT (Zr / Ti = 5).
2/48) using a sintered target and a substrate temperature of 620
C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio A
r: O 2 = 19: 1), and formed by forming for 3 hours under the conditions of a vacuum degree of 0.4 Pa and a high frequency power of 270 W.

【0106】上記第2の電極層は、Ptターゲットを用
いて、室温において1Paのアルゴンガス中200Wの
高周波電力で形成することにより得た。
The second electrode layer was obtained by using a Pt target and forming it at room temperature with high-frequency power of 200 W in 1 Pa of argon gas.

【0107】この実施例4の圧電素子の各膜にも、クラ
ックや膜剥離は見られなかった。
No crack or film peeling was observed in each film of the piezoelectric element of Example 4.

【0108】そして、第2の電極層を形成する前の圧電
体層の結晶配向性や膜組成を調べたところ、圧電体層は
(100)面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造
を示し、(100)面配向度はα=98%であった。ま
た、PZT膜の組成は、ターゲット組成と同じでZr/
Ti比は52/48であった。
When the crystal orientation and the film composition of the piezoelectric layer before the formation of the second electrode layer were examined, the piezoelectric layer showed a (100) -oriented rhombohedral perovskite crystal structure. The (100) plane orientation was α = 98%. Further, the composition of the PZT film is the same as the target composition, and Zr /
The Ti ratio was 52/48.

【0109】続いて、配向制御層を形成する前の第1の
電極層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、Ir膜
は(111)面配向を示していた。また、酸化チタン量
は5モル%であった。
Subsequently, when the crystal orientation and the film composition of the first electrode layer before forming the orientation control layer were examined, the Ir film showed the (111) plane orientation. The amount of titanium oxide was 5 mol%.

【0110】次いで、圧電体層を形成する前の配向制御
層の結晶配向性及び膜組成を調べたところ、この膜は
(100)面配向ペロブスカイト型結晶構造を示してい
た。尚、配向制御層の第1の電極層側にはアモルファス
になった部分が見られた。このアモルファスになった部
分は、第1の電極層の表面部における酸化チタンが存在
しない部分の上側に存在すると考えられる。
Next, when the crystal orientation and the film composition of the orientation control layer before the formation of the piezoelectric layer were examined, the film showed a (100) -oriented perovskite crystal structure. Note that an amorphous portion was observed on the first electrode layer side of the orientation control layer. It is considered that the amorphous portion exists above the portion where the titanium oxide does not exist on the surface of the first electrode layer.

【0111】次に、第2の電極層を形成する前の状態の
ものを用いて、ダイシングにより15mm×2mmに切
り出したカンチレバーを100個作製し、0.01μm
厚の第2の電極層をスパッタ法により形成して、圧電定
数d31の測定を行ったところ、100個のカンチレバ
ーの圧電定数の平均値は−140pC/Nであり、ばら
つきはσ=2.3%であった。
Next, 100 cantilevers cut out to a size of 15 mm × 2 mm by dicing were manufactured by using the state before the formation of the second electrode layer, and 0.01 μm
When a thick second electrode layer was formed by sputtering and the piezoelectric constant d31 was measured, the average value of the piezoelectric constants of the 100 cantilevers was -140 pC / N, and the variation was σ = 2.3. %Met.

【0112】続いて、上記圧電素子の第2の電極層を、
1mm角で0.01μm厚のPt膜としてスパッタ法に
よりメタルマスクを用いて10mm間隔で65個形成
し、それぞれの第2の電極層と第1の電極層との間に電
圧を印加して耐電圧を測定したところ、耐電圧値の平均
は121Vであり、ばらつきはσ=4.6%であった。
Subsequently, the second electrode layer of the piezoelectric element is
65 Pt films of 1 mm square and 0.01 μm thickness are formed at intervals of 10 mm using a metal mask by a sputtering method, and a voltage is applied between each second electrode layer and the first electrode layer to withstand. When the voltage was measured, the average of the withstand voltage value was 121 V, and the variation was σ = 4.6%.

【0113】(比較例)この比較例のものは、上記実施
例1のものに対して配向制御層を設けない点と圧電体層
の厚みの点とが異なるものであり、基板上に、密着層、
第1の電極層、圧電体層及び第2の電極層を順に形成し
た構成である。圧電体層の厚みは3μmであり、この圧
電体層の成膜条件としては、真空度が0.3Paであっ
て高周波電力が250Wである以外は上記実施例1のも
のと同じである。
(Comparative Example) This comparative example is different from Example 1 in that the orientation control layer is not provided and the thickness of the piezoelectric layer is different. layer,
In this configuration, a first electrode layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially formed. The thickness of the piezoelectric layer is 3 μm, and the conditions for forming the piezoelectric layer are the same as those in the first embodiment except that the degree of vacuum is 0.3 Pa and the high-frequency power is 250 W.

【0114】この比較例の圧電素子における圧電体層は
(100)面配向菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造
を示し、(100)面配向度はα=38%であった。
The piezoelectric layer in the piezoelectric element of this comparative example had a (100) plane oriented rhombohedral perovskite crystal structure, and the degree of (100) plane orientation was α = 38%.

【0115】また、上記実施例1と同様にして圧電定数
d31の測定を行ったところ、圧電定数の平均値は−7
5pC/Nであり、ばらつきはσ=12.2%であっ
た。
When the piezoelectric constant d31 was measured in the same manner as in Example 1, the average value of the piezoelectric constant was -7.
It was 5 pC / N, and the variation was σ = 12.2%.

【0116】さらに、上記実施例1と同様にして耐電圧
を測定したところ、耐電圧値の平均は64Vであり、ば
らつきはσ=14.6%であった。
Further, when the withstand voltage was measured in the same manner as in Example 1, the average withstand voltage was 64 V, and the variation was σ = 14.6%.

【0117】したがって、上記実施例1のような配向制
御層を設けるだけで、圧電体層の結晶性や配向性を向上
させることができ、圧電素子の圧電特性や耐電圧を向上
できることが判る。
Therefore, it is understood that the crystallinity and orientation of the piezoelectric layer can be improved only by providing the orientation control layer as in the first embodiment, and the piezoelectric characteristics and withstand voltage of the piezoelectric element can be improved.

【0118】(実施形態2)図3は、本発明の実施形態
に係るインクジェットヘッドの全体構成を示し、図4は
その要部の構成を示す。図3及び図4において、Aは、
圧力室部材であって、この圧力室部材Aには、その厚み
方向(上下方向)に貫通する圧力室開口部101が形成
されている。Bは、上記圧力室開口部101の上端開口
を覆うように配置されたアクチュエータ部であり、C
は、圧力室開口部101の下端開口を覆うように配置さ
れたインク流路部材である。上記圧力室部材Aの圧力室
開口部101は、その上下にそれぞれ位置する上記アク
チュエータ部B及びインク流路部材Cにより閉塞される
ことで圧力室102とされている。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows an overall configuration of an ink jet head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a configuration of a main part thereof. In FIGS. 3 and 4, A is
The pressure chamber member A is formed with a pressure chamber opening 101 penetrating in the thickness direction (vertical direction) of the pressure chamber member A. B is an actuator portion disposed so as to cover the upper end opening of the pressure chamber opening portion 101;
Is an ink flow path member arranged to cover the lower end opening of the pressure chamber opening 101. The pressure chamber opening 101 of the pressure chamber member A is formed as a pressure chamber 102 by being closed by the actuator section B and the ink flow path member C located above and below the pressure chamber opening 101, respectively.

【0119】上記アクチュエータ部Bは、上記各圧力室
102の略真上に位置する第1の電極層103(個別電
極)を有し、これら圧力室102及び第1の電極層10
3は、図3から判るように、千鳥状に多数配列されてい
る。
The actuator section B has a first electrode layer 103 (individual electrode) located almost directly above each of the pressure chambers 102, and the pressure chamber 102 and the first electrode layer 10
3 are arranged in a staggered pattern as can be seen from FIG.

【0120】上記インク流路部材Cは、インク供給方向
に並ぶ圧力室102間で共用する共通液室105と、こ
の共通液室105のインクを上記圧力室102に供給す
るための供給口106と、圧力室102内のインクを吐
出させるためのインク流路107とを有している。
The ink flow path member C has a common liquid chamber 105 shared by the pressure chambers 102 arranged in the ink supply direction, and a supply port 106 for supplying the ink of the common liquid chamber 105 to the pressure chamber 102. And an ink flow path 107 for discharging the ink in the pressure chamber 102.

【0121】Dは、ノズル板であって、このノズル板D
には、上記インク流路107に連通するノズル孔108
が形成されている。また、EはICチップであって、こ
のICチップから上記各個別電極103に対してボンデ
ィングワイヤBWを介して電圧をそれぞれ供給するよう
になっている。
D is a nozzle plate, and this nozzle plate D
Is provided with a nozzle hole 108 communicating with the ink flow path 107.
Are formed. E denotes an IC chip, and a voltage is supplied from the IC chip to each of the individual electrodes 103 via a bonding wire BW.

【0122】次に、上記アクチュエータ部Bの構成を図
5に基づいて説明する。この図5は、図3に示したイン
ク供給方向とは直交する方向の断面図である。同図で
は、上記直交方向に並ぶ4個の圧力室102を持つ圧力
室部材Aが参照的に描かれている。このアクチュエータ
部Bは、上記の如く各圧力室102の略真上にそれぞれ
位置する第1の電極層103と、この各第1の電極層1
03上(同図では下側)に設けられた配向制御層104
と、この配向制御層104上(同下側)に設けられた圧
電体層110と、この圧電体層110上(同下側)に設
けられ、全圧電体層110に共通となる第2の電極層1
12(共通電極)と、この第2の電極層112上(同下
側)に設けられ、上記圧電体層110の圧電効果により
層厚方向に変位し振動する振動層111と、この振動層
111上(同下側)に設けられ、各圧力室102の相互
を区画する区画壁102aの上方に位置する中間層11
3(縦壁)とを有しており、上記第1の電極層103、
配向制御層104、圧電体層110及び第2の電極層1
12は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成す
ることになる。また、振動層111は、この圧電素子の
第2の電極層112側の面に設けられていることにな
る。
Next, the structure of the actuator section B will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the ink supply direction shown in FIG. In the drawing, a pressure chamber member A having four pressure chambers 102 arranged in the orthogonal direction is illustrated for reference. The actuator section B includes a first electrode layer 103 located substantially directly above each pressure chamber 102 and a first electrode layer 1
03 (on the lower side in the figure)
And a second piezoelectric layer 110 provided on (lower side of) the orientation control layer 104 and a second common layer provided on (lower side of) the piezoelectric layer 110 and common to all the piezoelectric layers 110. Electrode layer 1
12 (common electrode); a vibrating layer 111 provided on (the lower side of) the second electrode layer 112 and displaced and vibrated in the layer thickness direction by the piezoelectric effect of the piezoelectric layer 110; An intermediate layer 11 provided on the upper side (the lower side) and located above a partition wall 102a that partitions each pressure chamber 102 from each other.
3 (vertical wall), and the first electrode layer 103,
Orientation control layer 104, piezoelectric layer 110, and second electrode layer 1
Numeral 12 constitutes a piezoelectric element in which these are sequentially laminated. The vibration layer 111 is provided on the surface of the piezoelectric element on the side of the second electrode layer 112.

【0123】尚、図5中、114は圧力室部材Aとアク
チュエータ部Bとを接着する接着剤であり、上記各中間
層113は、この接着剤114を用いた接着時に、その
一部の接着剤114が区画壁102aの外方にはみ出し
た場合でも、この接着剤114が振動層111に付着し
ないで振動層111が所期通りの変位及び振動を起こす
ように、圧力室102の上面と振動層111の下面との
距離を拡げる役割を有している。このようにアクチュエ
ータ部Bの振動層111における第2の電極層112と
は反対側面に中間層113を介して圧力室部材Aを接合
するのが好ましいが、振動層111における第2の電極
層112とは反対側面に直接圧力室部材Aを接合するよ
うにしてもよい。
In FIG. 5, reference numeral 114 denotes an adhesive for adhering the pressure chamber member A and the actuator section B. The intermediate layers 113 are partially adhered when the adhesive 114 is used. Even when the agent 114 protrudes outside the partition wall 102a, the upper surface of the pressure chamber 102 is vibrated so that the adhesive 114 does not adhere to the vibration layer 111 and the vibration layer 111 causes the expected displacement and vibration. It has a role of increasing the distance from the lower surface of the layer 111. As described above, the pressure chamber member A is preferably bonded to the side surface of the vibration layer 111 of the actuator section B opposite to the second electrode layer 112 via the intermediate layer 113. The pressure chamber member A may be directly joined to the opposite side.

【0124】上記第1の電極層103、配向制御層10
4、圧電体層110及び第2の電極層112の各構成材
料は、上記実施形態1で説明した第1の電極層14、配
向制御層15、圧電体層16及び第2の電極層17とそ
れぞれ同様である。また、配向制御層104及び圧電体
層110の構造も、配向制御層15及び圧電体層16と
それぞれ同様であり、配向制御層104における第1の
電極層103側の表面近傍部は、(100)面又は(0
01)面配向の領域が第1の電極層103における配向
制御層104側の表面部に位置するチタン上に存在して
いて層厚方向と垂直な断面における上記領域の面積が第
1の電極層103側から圧電体層110側に向かって大
きくなる構造を有している。
The first electrode layer 103 and the orientation control layer 10
4. The constituent materials of the piezoelectric layer 110 and the second electrode layer 112 include the first electrode layer 14, the orientation control layer 15, the piezoelectric layer 16 and the second electrode layer 17 described in the first embodiment. Each is the same. The structures of the orientation control layer 104 and the piezoelectric layer 110 are the same as those of the orientation control layer 15 and the piezoelectric layer 16, respectively. The portion of the orientation control layer 104 near the surface on the first electrode layer 103 side is (100) ) Face or (0
01) A plane orientation region exists on titanium located on the surface of the first electrode layer 103 on the orientation control layer 104 side, and the area of the region in a cross section perpendicular to the layer thickness direction is the first electrode layer. It has a structure that increases from the 103 side toward the piezoelectric layer 110 side.

【0125】次に、図3のICチップEを除くインクジ
ェットヘッド、つまり図4に示す上記圧力室部材A、ア
クチュエータ部B、インク流路部材C及びノズル板Dよ
りなるインクジェットヘッドの製造方法を図6〜図10
に基いて説明する。
Next, a method of manufacturing an ink jet head excluding the IC chip E shown in FIG. 3, that is, an ink jet head including the pressure chamber member A, the actuator section B, the ink flow path member C and the nozzle plate D shown in FIG. 6 to 10
It will be described based on FIG.

【0126】図6(a)に示すように、基板120上
に、順次、密着層121、第1の電極層103、配向制
御層104、圧電体層110、第2の電極層112、振
動層111、上記中間層113をスパッタ法により成膜
して、積層する。尚、上記密着層121は、上記実施形
態1で説明した密着層12と同様であって、基板120
と第1の電極層103との密着性を高めるために基板1
20と第1の電極層103との間に形成する(必ずしも
密着層121を形成する必要はない)。この密着層12
1は、後述の如く、基板120と同様に除去する。ま
た、振動層111の材料にはCrを、中間層113には
Tiをそれぞれ使用する。
As shown in FIG. 6A, an adhesion layer 121, a first electrode layer 103, an orientation control layer 104, a piezoelectric layer 110, a second electrode layer 112, a vibration layer 111, the intermediate layer 113 is formed by a sputtering method and laminated. The adhesion layer 121 is similar to the adhesion layer 12 described in the first embodiment, and
Substrate 1 to improve the adhesion between the substrate 1 and the first electrode layer 103.
The first electrode layer 103 is formed between the first electrode layer 20 and the first electrode layer 103 (the adhesion layer 121 need not always be formed). This adhesion layer 12
1 is removed similarly to the substrate 120 as described later. Further, Cr is used for the material of the vibration layer 111 and Ti is used for the intermediate layer 113.

【0127】上記基板120には、18mm角に切断し
たSi基板を用いる。この基板120は、Siに限るも
のではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板
であってもよい。また、基板サイズも18mm角に限る
ものではなく、Si基板であれば、φ2〜10インチの
ウエハであってもよい。
As the substrate 120, a Si substrate cut into an 18 mm square is used. The substrate 120 is not limited to Si, and may be a glass substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate. Further, the substrate size is not limited to an 18 mm square, and a Si substrate having a diameter of 2 to 10 inches may be used.

【0128】上記密着層121は、Tiターゲットを用
いて、基板120を400℃に加熱しながら100Wの
高周波電力を印加し、1Paのアルゴンガス中で、1分
間形成することにより得られる。この密着層121の膜
厚は0.02μmとなる。尚、密着層121の材料は、
Tiに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若し
くはクロム又はそれら(Tiを含む)の化合物であって
もよい。また、膜厚は0.005〜0.2μmの範囲で
あればよい。
The adhesion layer 121 is obtained by applying a high-frequency power of 100 W while heating the substrate 120 to 400 ° C. using a Ti target, and forming the same in an argon gas of 1 Pa for one minute. The thickness of the adhesion layer 121 is 0.02 μm. The material of the adhesion layer 121 is
Not limited to Ti, tantalum, iron, cobalt, nickel or chromium, or a compound thereof (including Ti) may be used. The thickness may be in the range of 0.005 to 0.2 μm.

【0129】上記第1の電極層103は、多元スパッタ
装置を使用して、Tiターゲット及びPtターゲットを
用い、基板120を425℃に加熱しながら1Paのア
ルゴンガス中において85W及び200Wの高周波電力
で12分間形成することにより得られる。この第1の電
極層103の膜厚は0.22μmとなり、(111)面
に配向する。また、Tiの含有量は2.3モル%であ
る。この第1の電極層103も、上記実施形態1におけ
る第1の電極層14と同様に、Pt、イリジウム、パラ
ジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも1種
の貴金属に、チタン又は酸化チタンを添加したもの(添
加量は0を越え30モル%以下であることが好ましい)
であればよく、膜厚は0.05〜2μmの範囲であれば
よい。
The first electrode layer 103 is formed by using a multi-source sputtering apparatus, using a Ti target and a Pt target, and heating the substrate 120 to 425 ° C. in a 1 Pa argon gas at a high frequency power of 85 W and 200 W. Obtained by forming for 12 minutes. The first electrode layer 103 has a thickness of 0.22 μm and is oriented in the (111) plane. The content of Ti is 2.3 mol%. Similarly to the first electrode layer 14 of the first embodiment, the first electrode layer 103 is formed by adding titanium or titanium oxide to at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, iridium, palladium, and ruthenium. (Addition amount is preferably more than 0 and 30 mol% or less)
The thickness may be in the range of 0.05 to 2 μm.

【0130】上記配向制御層104は、チタン酸ストロ
ンチウムの焼結ターゲットを用い、基板120の温度5
80℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガス体積
比Ar:O2=39:1)において、真空度0.98P
a、高周波電力280Wの条件で12分間形成すること
により得られる。この得られたチタン酸ストロンチウム
膜は、ペロブスカイト型結晶構造であって、第1の電極
層103における配向制御層104側の表面部に位置す
るチタン上において(100)面又は(001)面に配
向しており、この(100)面又は(001)面配向の
領域は第1の電極層103側からその反対側(圧電体層
110側)に向かって拡大する。一方、配向制御層10
4において第1の電極層103の表面部のチタン又は酸
化チタンが存在しない部分の上側領域は、(100)面
や(001)面配向とはならないが、この領域は圧電体
層110側に向かって小さくなる。そして、ここでは、
配向制御層104の膜厚が0.01μmであるため、圧
電体層110側の表面の略全体が(100)面又は(0
01)面に配向した領域とはなっていない可能性がある
が、上記実施形態1で説明したように、この程度の膜厚
であれば全く問題はない。
The orientation control layer 104 is formed by using a strontium titanate sintered target,
At a temperature of 80 ° C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 39: 1), the degree of vacuum is 0.98 P
a, It is obtained by forming for 12 minutes under the condition of high frequency power of 280 W. The obtained strontium titanate film has a perovskite-type crystal structure, and is oriented to (100) plane or (001) plane on titanium located on the surface of the first electrode layer 103 on the orientation control layer 104 side. The (100) plane or (001) plane oriented region expands from the first electrode layer 103 side toward the opposite side (the piezoelectric layer 110 side). On the other hand, the orientation control layer 10
4, the region above the surface of the first electrode layer 103 where titanium or titanium oxide does not exist does not have the (100) plane or the (001) plane orientation, but this region faces the piezoelectric layer 110 side. Smaller. And here,
Since the thickness of the orientation control layer 104 is 0.01 μm, almost the entire surface on the piezoelectric layer 110 side is the (100) plane or the (0) plane.
There is a possibility that the region is not oriented to the (01) plane, but as described in the first embodiment, there is no problem at all if the film thickness is about this level.

【0131】尚、上記実施形態1における配向制御層1
5と同様に、上記配向制御層104の構成材料は、スト
ロンチウムを含むペロブスカイト型酸化物であればよ
い。また、チタン酸ストロンチウムの含有量は5モル%
以上100モル%以下であればよく、チタン酸ストロン
チウムの他にチタン酸鉛やチタン酸ランタンジルコン酸
鉛(PLZT)、チタン酸バリウム等が含有されてチタ
ン酸ストロンチウムと固溶体をなしていてもよい。さら
に、配向制御層104の膜厚は0.01〜0.2μmの
範囲であればよい。
The orientation control layer 1 in the first embodiment is used.
Similarly to 5, the constituent material of the orientation control layer 104 may be a perovskite oxide containing strontium. The content of strontium titanate is 5 mol%.
The content may be not less than 100 mol%, and may contain lead titanate, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate, or the like in addition to strontium titanate, and may form a solid solution with strontium titanate. Further, the thickness of the orientation control layer 104 may be in the range of 0.01 to 0.2 μm.

【0132】上記圧電体層110は、PZT(Zr/T
i=53/47)の焼結体ターゲットを用い、基板12
0の温度600℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中
(ガス体積比Ar:O2=19:1)において、真空度
0.25Pa、高周波電力240Wの条件で3時間形成
することにより得られる。この得られたPZT膜は、菱
面体晶系ペロブスカイト型結晶構造で(100)面配向
となる。また、圧電体層110の膜厚は3.1μmとな
る。尚、この圧電体層110のZr/Ti組成は、Zr
/Ti=30/70〜70/30であればよく、膜厚
は、1〜5μmの範囲であればよい。また、圧電体層1
10の構成材料は、PZTにSr、Nb、Al等の添加
物を含有したもの等のように、PZTを主成分とする圧
電材料であればよく、PMNやPZNであってもよい。
The piezoelectric layer 110 is made of PZT (Zr / T
i = 53/47) and a substrate 12
0 at a temperature of 600 ° C. in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 19: 1) under conditions of a vacuum degree of 0.25 Pa and a high frequency power of 240 W for 3 hours. . The obtained PZT film has a rhombohedral perovskite crystal structure and a (100) plane orientation. Further, the film thickness of the piezoelectric layer 110 is 3.1 μm. The Zr / Ti composition of the piezoelectric layer 110 is Zr / Ti
/ Ti = 30/70 to 70/30, and the film thickness may be in the range of 1 to 5 μm. Also, the piezoelectric layer 1
The constituent material 10 may be a piezoelectric material containing PZT as a main component, such as PZT containing an additive such as Sr, Nb, or Al, and may be PMN or PZN.

【0133】上記第2の電極層112は、Ptターゲッ
トを用いて、室温において1Paのアルゴンガス中20
0Wの高周波電力で10分間形成することにより得られ
る。この第2の電極層112の膜厚は0.2μmとな
る。尚、第2の電極層112の材料はPtに限らず、導
電性材料であればよく、膜厚は0.1〜0.4μmの範
囲であればよい。
The second electrode layer 112 is formed by using a Pt target at room temperature in argon gas of 1 Pa.
It is obtained by forming with high frequency power of 0 W for 10 minutes. The thickness of the second electrode layer 112 is 0.2 μm. The material of the second electrode layer 112 is not limited to Pt, but may be a conductive material, and the film thickness may be in the range of 0.1 to 0.4 μm.

【0134】上記振動層111は、Crターゲットを用
いて、室温において1Paのアルゴンガス中200Wの
高周波電力で6時間形成することにより得られる。この
振動層111の膜厚は3μmとなる。この振動層111
の材料は、Crに限らず、ニッケル、アルミニウム、タ
ンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物若
しくは窒化物(例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン)等であってもよ
い。また、振動層111の膜厚は2〜5μmであればよ
い。
The vibrating layer 111 is obtained by forming a Cr target at room temperature in a 1 Pa argon gas with a high frequency power of 200 W for 6 hours. The thickness of the vibration layer 111 is 3 μm. This vibration layer 111
Is not limited to Cr, but may be nickel, aluminum, tantalum, tungsten, silicon, or oxides or nitrides thereof (eg, silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon nitride) and the like. The thickness of the vibration layer 111 may be 2 to 5 μm.

【0135】上記中間層113は、Tiターゲットを用
いて、室温において1Paのアルゴンガス中200Wの
高周波電力で5時間形成することにより得られる。この
中間層113の膜厚は5μmとなる。この中間層113
の材料は、Tiに限らず、Cr等の導電性金属であれば
よい。また、中間層113の膜厚は3〜10μmであれ
ばよい。
The intermediate layer 113 is obtained by using a Ti target at room temperature for 5 hours in a 1 Pa argon gas with a high-frequency power of 200 W. The thickness of the intermediate layer 113 is 5 μm. This intermediate layer 113
Is not limited to Ti, and may be any conductive metal such as Cr. The thickness of the intermediate layer 113 may be 3 to 10 μm.

【0136】一方、図6(b)に示すように、圧力室部
材Aを形成する。この圧力室部材Aは、上記Si基板1
20よりも大きいサイズ、例えば4インチウエハーのシ
リコン基板130(図11参照)を使用して形成され
る。具体的には、先ず、シリコン基板130(圧力室部
材用)に対して複数の圧力室用開口部101をパターン
ニングする。このパターンニングは、同図(b)から判
るように、4つの圧力室用開口部101を1組として、
各組を区画する区画壁102bは、各組内の圧力室用開
口部101を区画する区画壁102aの幅の約2倍の幅
の厚幅に設定される。その後、上記パターンニングされ
たシリコン基板130をケミカルエッチング又はドライ
エッチング等で加工して、各組で4個の圧力室用開口部
101を形成し、圧力室部材Aを得る。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, a pressure chamber member A is formed. The pressure chamber member A is made of the Si substrate 1
It is formed using a silicon substrate 130 (see FIG. 11) of a size larger than 20, for example, a 4-inch wafer. Specifically, first, a plurality of pressure chamber openings 101 are patterned on the silicon substrate 130 (for pressure chamber members). In this patterning, four pressure chamber openings 101 are formed as one set as shown in FIG.
The partition wall 102b that divides each set is set to have a thickness approximately twice as large as the width of the partition wall 102a that divides the pressure chamber opening 101 in each set. Thereafter, the patterned silicon substrate 130 is processed by chemical etching, dry etching, or the like to form four pressure chamber openings 101 in each group to obtain a pressure chamber member A.

【0137】その後は、上記成膜後のシリコン基板12
0(成膜用)と前記圧力室部材Aとを接着剤を用いて接
着する。この接着剤の形成は電着による。すなわち、先
ず、同図(c)に示すように、圧力室部材A側の接着面
として、圧力室の区画壁102a、102bの上面に接
着剤114を電着により付着させる。具体的には、図示
しないが、上記区画壁102a、102bの上面に、下
地電極膜として、光が透過する程度に薄い数百ÅのNi
薄膜をスパッタ法により形成し、その後、上記Ni薄膜
上に、パターニングされた接着樹脂剤114を形成す
る。この際、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液
に0〜50重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液
を使用する。Ni薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設
定するのは、シリコン基板130(圧力室部材用)に接
着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるように
するためである。電着条件は、実験によると、液温約2
5℃、直流電圧30V、通電時間60秒が好適であり、
この条件下で約3〜10μmのアクリル樹脂を、シリコ
ン基板130(圧力室部材用)のNi薄膜上に電着樹脂
形成する。
Thereafter, the silicon substrate 12 after the film formation is formed.
0 (for film formation) and the pressure chamber member A are bonded using an adhesive. The formation of this adhesive is by electrodeposition. That is, first, as shown in FIG. 3C, an adhesive 114 is applied by electrodeposition to the upper surfaces of the partition walls 102a and 102b of the pressure chamber as an adhesive surface on the pressure chamber member A side. More specifically, although not shown, on the upper surfaces of the partition walls 102a and 102b, as a base electrode film, several hundreds of Ni thin enough to transmit light is formed.
A thin film is formed by a sputtering method, and thereafter, a patterned adhesive resin agent 114 is formed on the Ni thin film. At this time, as the electrodeposition liquid, a solution obtained by adding 0 to 50 parts by weight of pure water to an acrylic resin-based aqueous dispersion and stirring and mixing well is used. The reason why the thickness of the Ni thin film is set to be thin enough to transmit light is to make it easy to visually recognize that the adhesive resin has completely adhered to the silicon substrate 130 (for pressure chamber members). According to the experiment, the electrodeposition conditions were that the liquid temperature was about 2
5 ° C., DC voltage 30 V, energization time 60 seconds are suitable,
Under these conditions, about 3 to 10 μm of an acrylic resin is formed on the Ni thin film of the silicon substrate 130 (for the pressure chamber member) by electrodeposition.

【0138】そして、図7(a)に示すように、上記積
層されたSi基板120(成膜用)と圧力室部材Aと
を、上記電着された接着剤114を用いて接着する。こ
の接着は、基板120(成膜用)に成膜された中間層1
13を基板側接着面として行う。また、Si基板120
(成膜用)は18mmのサイズであり、圧力室部材Aを
形成するSi基板130は4インチサイズと大きいた
め、図11に示すように、複数(同図では14個)のS
i基板120(成膜用)を1個の圧力室部材A(Si基
板130)に貼り付ける。この貼り付けは、図7(a)
に示すように、各Si基板120(成膜用)の中心が圧
力室部材Aの厚幅の区画壁102bの中心に位置するよ
うに位置付けられた状態で行われる。この貼り付け後、
圧力室部材AをSi基板120(成膜用)側に押圧、密
着させて、両者の接着を液密性高くする。さらに、上記
接着したSi基板120(成膜用)及び圧力室部材Aを
加熱炉において徐々に昇温して、上記接着剤114を完
全に硬化させる。続いて、プラズマ処理を行って、上記
接着剤114のうち、はみ出した断片を除去する。
Then, as shown in FIG. 7A, the laminated Si substrate 120 (for film formation) and the pressure chamber member A are bonded using the electrodeposited adhesive 114. This bonding is performed on the intermediate layer 1 formed on the substrate 120 (for film formation).
13 is used as a substrate-side bonding surface. Also, the Si substrate 120
(For film formation) is 18 mm in size, and the Si substrate 130 forming the pressure chamber member A is as large as 4 inches, so that a plurality of (14 in FIG. 11) S
The i-substrate 120 (for film formation) is attached to one pressure chamber member A (Si substrate 130). This pasting is performed as shown in FIG.
As shown in (1), the process is performed in a state where the center of each Si substrate 120 (for film formation) is positioned at the center of the partition wall 102b having a large width of the pressure chamber member A. After this paste,
The pressure chamber member A is pressed against and brought into close contact with the Si substrate 120 (for film formation) to increase the liquid-tightness between the two. Further, the temperature of the bonded Si substrate 120 (for film formation) and the pressure chamber member A is gradually increased in a heating furnace, and the adhesive 114 is completely cured. Subsequently, a plasma treatment is performed to remove the protruding fragments from the adhesive 114.

【0139】尚、図7(a)では、成膜後のSi基板1
20(成膜用)と圧力室部材Aとを接着したが、圧力室
用開口部101を形成しない段階のSi基板130(圧
力室部材用)を上記成膜後のSi基板120(成膜用)
と接着してもよい。
In FIG. 7A, the Si substrate 1 after the film formation is shown.
20 (for film forming) and the pressure chamber member A are adhered, but the Si substrate 130 (for pressure chamber member) at the stage where the pressure chamber opening 101 is not formed is replaced with the Si substrate 120 (for film forming) after film formation. )
May be adhered.

【0140】その後は、図7(b)に示すように、圧力
室部材Aの各区画壁102a、102bをマスクとして
中間層113をエッチングして所定形状に仕上げる(上
記各区画壁102a、102bに連続する形状(縦壁)
とする)。次いで、図8(a)に示すように、Si基板
120(成膜用)及び密着層121をエッチングにより
除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (b), the intermediate layer 113 is etched into a predetermined shape using the partition walls 102a and 102b of the pressure chamber member A as a mask. Continuous shape (vertical wall)
And). Next, as shown in FIG. 8A, the Si substrate 120 (for film formation) and the adhesion layer 121 are removed by etching.

【0141】続いて、図8(b)に示すように、上記圧
力室部材A上に位置する第1の電極層103について、
フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、各
圧力室102毎に個別化する。そして、図9(a)に示
すように、フォトリソグラフィー技術を用いて配向制御
層104と圧電体層110とをエッチングして第1の電
極層103と同様の形状に個別化する。これらエッチン
グ後の第1の電極層103、配向制御層104及び圧電
体層110は、圧力室102の各々の上方に位置し、か
つ第1の電極層103、配向制御層104及び圧電体層
110の幅方向の中心が、対応する圧力室102の幅方
向の中心に対し高精度に一致するように形成される。こ
のように第1の電極層103、配向制御層104及び圧
電体層110を各圧力室102毎に個別化した後、図9
(b)に示すように、シリコン基板130(圧力室部材
用)を各厚幅の区画壁102bの部分で切断して、4つ
の圧力室102を持つ圧力室部材Aとその上面に固着さ
れたアクチュエータ部Bとが4組完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, the first electrode layer 103 located on the pressure chamber member A
Etching is performed using a photolithography technique, so that each pressure chamber 102 is individualized. Then, as shown in FIG. 9A, the orientation control layer 104 and the piezoelectric layer 110 are etched using a photolithography technique to separate them into the same shape as the first electrode layer 103. The first electrode layer 103, the orientation control layer 104, and the piezoelectric layer 110 after the etching are located above each of the pressure chambers 102, and the first electrode layer 103, the orientation control layer 104, and the piezoelectric layer 110 Are formed so that the center in the width direction of the pressure chamber 102 coincides with the center of the corresponding pressure chamber 102 in the width direction with high precision. After individualizing the first electrode layer 103, the orientation control layer 104, and the piezoelectric layer 110 for each pressure chamber 102 as described above, FIG.
As shown in (b), the silicon substrate 130 (for the pressure chamber member) was cut at the portion of the partition wall 102b of each thickness and fixed to the pressure chamber member A having four pressure chambers 102 and the upper surface thereof. Four sets of actuator units B are completed.

【0142】続いて、図10(a)に示すように、イン
ク流路部材Cに共通液室105、供給口106及びイン
ク流路107を形成するとともに、ノズル板Dにノズル
孔108を形成する。次いで、同図(b)に示すよう
に、上記インク流路部材Cとノズル板Dとを接着剤10
9を用いて接着する。
Subsequently, as shown in FIG. 10A, a common liquid chamber 105, a supply port 106 and an ink flow path 107 are formed in the ink flow path member C, and a nozzle hole 108 is formed in the nozzle plate D. . Next, as shown in FIG. 2B, the ink flow path member C and the nozzle plate D are bonded with an adhesive 10.
Adhere with 9.

【0143】その後、同図(c)に示すように、圧力室
部材Aの下端面又はインク流路部材Cの上端面に接着剤
(図示せず)を転写し、圧力室部材Aとインク流路部材
Cとのアライメント調整を行って、この両者を上記接着
剤により接着する。以上により、同図(d)に示すよう
に、圧力室部材A、アクチュエータ部B、インク流路部
材C及びノズル板Dを持つインクジェットヘッドが完成
する。
Thereafter, an adhesive (not shown) is transferred to the lower end surface of the pressure chamber member A or the upper end surface of the ink flow path member C, as shown in FIG. The alignment with the road member C is adjusted, and both are adhered by the adhesive. Thus, an ink jet head having the pressure chamber member A, the actuator section B, the ink flow path member C, and the nozzle plate D is completed as shown in FIG.

【0144】上記のようにして得られたインクジェット
ヘッドの第1及び第2電極層103,112間に所定電
圧を印加して、振動層111における各圧力室102に
対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、そ
の変位量のばらつきはσ=1.8%であった。また、周
波数が20kHzの20V交流電圧を10日間印加し続
けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下
は見られなかった。
By applying a predetermined voltage between the first and second electrode layers 103 and 112 of the ink jet head obtained as described above, the portion of the vibrating layer 111 corresponding to each pressure chamber 102 in the layer thickness direction is applied. When the amount of displacement was measured, the variation in the amount of displacement was σ = 1.8%. When a 20 V AC voltage having a frequency of 20 kHz was continuously applied for 10 days, there was no ink ejection failure, and no deterioration in ejection performance was observed.

【0145】一方、上記本発明のインクジェットヘッド
に対して配向制御層104を設けない点のみが異なるイ
ンクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッ
ドの第1及び第2電極層103,112間に所定電圧を
印加して、振動層111における各圧力室102に対応
する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変
位量のばらつきはσ=7.2%であった。また、周波数
が20kHzの20V交流電圧を10日間印加し続けた
ところ、全圧力室102のうちの約30%の圧力室10
2に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これ
は、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエー
タ部B(圧電素子)の耐久性が低いと考えられる。
On the other hand, an ink jet head which is different from the above ink jet head of the present invention only in that the orientation control layer 104 is not provided is manufactured, and a predetermined voltage is applied between the first and second electrode layers 103 and 112 of the ink jet head. When the voltage was applied to measure the amount of displacement in the layer thickness direction of the portion corresponding to each pressure chamber 102 in the vibration layer 111, the variation in the amount of displacement was σ = 7.2%. When a 20 V AC voltage having a frequency of 20 kHz was continuously applied for 10 days, about 30% of the pressure chambers 10
Ink ejection failure occurred in the portion corresponding to No. 2. This is not due to clogging of ink or the like, and thus it is considered that the durability of the actuator section B (piezoelectric element) is low.

【0146】したがって、本実施形態のインクジェット
ヘッドは、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性
に優れていることが判る。
Accordingly, it can be seen that the ink jet head of this embodiment has a small variation in ink discharge performance and is excellent in durability.

【0147】(実施形態3)図12は、本発明の実施形
態に係る他のインクジェットヘッドの主要部を示し、上
記実施形態2のインクジェットヘッドのように基板を成
膜用と圧力室部材用とに別個に用いないで、成膜用と圧
力室部材用とを兼用するようにしたものである。
(Embodiment 3) FIG. 12 shows a main part of another ink jet head according to an embodiment of the present invention. As in the ink jet head of Embodiment 2, a substrate is formed for film formation and for a pressure chamber member. Instead of using them separately, they are used both for film formation and for pressure chamber members.

【0148】具体的には、圧力室402がエッチング加
工により形成された圧力室基板401(圧力室部材)上
に、振動層403、密着層404、第1の電極層406
(共通電極)、配向制御層407、圧電体層408及び
第2の電極層409(個別電極)が順に積層されてい
る。上記第1の電極層406、配向制御層407、圧電
体層408及び第2の電極層409は、これらが順に積
層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振
動層403は、この圧電素子の第1の電極層406側の
面に密着層404を介して設けられていることになる。
この密着層404は、振動層403と第1の電極層40
6との密着性を高めるものであり、上記実施形態2にお
ける密着層121と同様になくてもよい。上記密着層4
04、第1の電極層406、配向制御層407、圧電体
層408及び第2の電極層409の各構成材料は、上記
実施形態2で説明した密着層121、第1の電極層10
3、配向制御層104、圧電体層110及び第2の電極
層112とそれぞれ同様である。また、配向制御層40
7及び圧電体層408の構造も、配向制御層104及び
圧電体層110とそれぞれ同様であり、配向制御層40
7における第1の電極層406側の表面近傍部は、(1
00)面又は(001)面配向の領域が第1の電極層4
06における配向制御層407側の表面部に位置するチ
タン上に存在していて層厚方向と垂直な断面における上
記領域の面積が第1の電極層406側から圧電体層40
8側に向かって大きくなる構造を有している。
Specifically, the vibration layer 403, the adhesion layer 404, and the first electrode layer 406 are formed on a pressure chamber substrate 401 (pressure chamber member) in which the pressure chamber 402 is formed by etching.
(Common electrode), an orientation control layer 407, a piezoelectric layer 408, and a second electrode layer 409 (individual electrode) are sequentially stacked. The first electrode layer 406, the orientation control layer 407, the piezoelectric layer 408, and the second electrode layer 409 constitute a piezoelectric element in which these are sequentially laminated. The vibration layer 403 is provided on the surface of the piezoelectric element on the side of the first electrode layer 406 via the adhesion layer 404.
The adhesion layer 404 is formed by the vibration layer 403 and the first electrode layer 40.
6 to improve the adhesiveness to the adhesive layer 6 and need not be provided like the adhesive layer 121 in the second embodiment. Adhesion layer 4
04, the first electrode layer 406, the orientation control layer 407, the piezoelectric layer 408, and the second electrode layer 409 are composed of the adhesion layer 121 and the first electrode layer 10 described in the second embodiment.
3, the same as the orientation control layer 104, the piezoelectric layer 110, and the second electrode layer 112, respectively. Further, the orientation control layer 40
7 and the piezoelectric layer 408 have the same structure as the orientation control layer 104 and the piezoelectric layer 110, respectively.
7 near the surface on the first electrode layer 406 side is (1)
The (00) plane or the (001) plane region is the first electrode layer 4
06, the area of the above-mentioned region in the section perpendicular to the layer thickness direction which is present on the titanium located on the surface portion of the orientation control layer 407 side is from the first electrode layer 406 side to the piezoelectric layer 40 side.
It has a structure that increases toward the 8th side.

【0149】上記圧力室基板401は、φ4インチで厚
さ200μmのSi基板を用いる。この実施形態でも、
Siに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラ
ミックス基板であってもよい。
As the pressure chamber substrate 401, a Si substrate having a diameter of 4 inches and a thickness of 200 μm is used. Also in this embodiment,
The substrate is not limited to Si, and may be a glass substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate.

【0150】上記振動層403は、この実施形態では、
膜厚が2.8μmであって二酸化シリコンからなる。
尚、この振動層403の材料は、二酸化シリコンに限ら
ず、上記実施形態2で説明した材料(ニッケルやクロム
等の単体又はその酸化物若しくは窒化物)であってもよ
い。また、振動層111の膜厚は0.5〜10μmであ
ればよい。
In the present embodiment, the vibration layer 403 is
It has a thickness of 2.8 μm and is made of silicon dioxide.
The material of the vibration layer 403 is not limited to silicon dioxide, but may be the material described in the second embodiment (a simple substance such as nickel or chromium, or an oxide or nitride thereof). The thickness of the vibration layer 111 may be 0.5 to 10 μm.

【0151】次に、上記インクジェットヘッドの製造方
法について図13を参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the above-described ink jet head will be described with reference to FIG.

【0152】すなわち、先ず、図13(a)に示すよう
に、圧力室402が形成されていない圧力室基板401
に、振動層403、密着層404、第1の電極層40
6、配向制御層407、圧電体層408及び第2の電極
層409をスパッタ法により順次形成する。
That is, first, as shown in FIG. 13A, the pressure chamber substrate 401 on which the pressure chamber 402 is not formed.
In addition, the vibration layer 403, the adhesion layer 404, and the first electrode layer 40
6. An orientation control layer 407, a piezoelectric layer 408, and a second electrode layer 409 are sequentially formed by a sputtering method.

【0153】上記振動層403は、二酸化シリコン焼結
体のターゲットを用いて、圧力室基板401の加熱は行
わないで室温において、300Wの高周波電力を印加し
て、0.4Paのアルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガ
ス体積比Ar:O2=5:25)で、8時間形成するこ
とにより得られる。尚、この振動層403の成膜法とし
ては、スパッタ法に限らず、熱CVD法、プラズマCV
D法、ゾル・ゲル法等であってもよく、圧力室基板40
1の熱酸化処理で形成する方法であってもよい。
The vibration layer 403 is formed by applying a high-frequency power of 300 W at room temperature without heating the pressure chamber substrate 401 using a silicon dioxide sintered body target at 0.4 Pa of argon and oxygen. In a mixed atmosphere (gas volume ratio Ar: O 2 = 5: 25) for 8 hours. The method of forming the vibration layer 403 is not limited to the sputtering method, but may be a thermal CVD method, a plasma CVD method, or the like.
D method, sol-gel method, etc.
It may be a method of forming by the thermal oxidation treatment of 1.

【0154】上記密着層404は、Tiターゲットを用
いて、圧力室基板401を400℃に加熱しながら、1
00Wの高周波電力を印加して、1Paのアルゴンガス
中で、1分間加熱することにより得られる。この密着層
404の膜厚は0.03μmとなる。尚、密着層404
の材料は、Tiに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニ
ッケル若しくはクロム又はそれら(Tiを含む)の化合
物であってもよい。また、膜厚は0.005〜0.1μ
mの範囲であればよい。
The adhesion layer 404 is formed by heating the pressure chamber substrate 401 to 400 ° C. using a Ti target.
It is obtained by applying a high-frequency power of 00 W and heating for 1 minute in an argon gas of 1 Pa. The thickness of the adhesion layer 404 is 0.03 μm. In addition, the adhesion layer 404
Is not limited to Ti, but may be tantalum, iron, cobalt, nickel or chromium, or a compound thereof (including Ti). The thickness is 0.005 to 0.1 μm
It may be in the range of m.

【0155】上記第1の電極層406は、多元スパッタ
装置を使用して、Tiターゲット及びPtターゲットを
用い、圧力室基板401を425℃に加熱しながら1P
aのアルゴンガス中において85W及び200Wの高周
波電力で12分間形成することにより得られる。この第
1の電極層406の膜厚は0.22μmとなり、(11
1)面に配向する。また、Tiの含有量は2.3モル%
である。この第1の電極層406も、上記実施形態1に
おける第1の電極層14と同様に、Pt、イリジウム、
パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも
1種の貴金属に、チタン又は酸化チタンを添加したもの
(添加量は0を越え30モル%以下であることが好まし
い)であればよく、膜厚は0.05〜2μmの範囲であ
ればよい。
The first electrode layer 406 is formed by heating the pressure chamber substrate 401 to 425 ° C. using a Ti target and a Pt target by using a multi-source sputtering apparatus.
It can be obtained by forming for 12 minutes with high frequency power of 85 W and 200 W in the argon gas of a. The thickness of the first electrode layer 406 is 0.22 μm, and (11
1) Orient to the plane. The content of Ti is 2.3 mol%.
It is. The first electrode layer 406 is also made of Pt, iridium, or Pt, similarly to the first electrode layer 14 in the first embodiment.
It is sufficient that titanium or titanium oxide is added to at least one noble metal selected from the group of palladium and ruthenium (the addition amount is preferably more than 0 and 30 mol% or less). It may be in the range of 0.05 to 2 μm.

【0156】上記配向制御層407は、チタン酸ストロ
ンチウムの焼結ターゲットを用い、圧力室基板401の
温度580℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中(ガ
ス体積比Ar:O2=39:1)において、真空度0.
98Pa、高周波電力280Wの条件で12分間形成す
ることにより得られる。この得られたチタン酸ストロン
チウム膜は、上記実施形態2における配向制御層104
と同じである。
The orientation control layer 407 is formed using a sintered target of strontium titanate at a temperature of 580 ° C. of the pressure chamber substrate 401 in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 39: 1). )).
It can be obtained by forming at 98 Pa and high frequency power of 280 W for 12 minutes. The obtained strontium titanate film is the same as the alignment control layer 104 in the second embodiment.
Is the same as

【0157】尚、上記実施形態1における配向制御層1
5と同様に、上記配向制御層407の構成材料は、スト
ロンチウムを含むペロブスカイト型酸化物であればよ
い。また、チタン酸ストロンチウムの含有量は5モル%
以上100モル%以下であればよく、チタン酸ストロン
チウムの他にチタン酸鉛やチタン酸ランタンジルコン酸
鉛(PLZT)、チタン酸バリウム等が含有されてチタ
ン酸ストロンチウムと固溶体をなしていてもよい。さら
に、配向制御層104の膜厚は0.01〜0.2μmの
範囲であればよい。
Note that the orientation control layer 1 in the first embodiment is used.
Similarly to 5, the constituent material of the orientation control layer 407 may be a perovskite oxide containing strontium. The content of strontium titanate is 5 mol%.
The content may be not less than 100 mol%, and may contain lead titanate, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), barium titanate, or the like in addition to strontium titanate, and may form a solid solution with strontium titanate. Further, the thickness of the orientation control layer 104 may be in the range of 0.01 to 0.2 μm.

【0158】上記圧電体層408は、PZT(Zr/T
i=53/47)の焼結体ターゲットを用い、圧力室基
板401の温度600℃で、アルゴンと酸素との混合雰
囲気中(ガス体積比Ar:O2=19:1)において、
真空度0.25Pa、高周波電力240Wの条件で3時
間形成することにより得られる。この得られたPZT膜
は、上記実施形態2における圧電体層110と同じであ
る。尚、圧電体層408のZr/Ti組成は、Zr/T
i=30/70〜70/30であればよく、膜厚は、1
〜5μmの範囲であればよい。また、圧電体層408の
構成材料は、PZTにSr、Nb、Al等の添加物を含
有したもの等のように、PZTを主成分とする圧電材料
であればよく、PMNやPZNであってもよい。
The piezoelectric layer 408 is made of PZT (Zr / T
i = 53/47) in a mixed atmosphere of argon and oxygen (gas volume ratio Ar: O 2 = 19: 1) at a temperature of the pressure chamber substrate 401 of 600 ° C.
It can be obtained by forming for 3 hours under the conditions of a vacuum degree of 0.25 Pa and a high frequency power of 240 W. The obtained PZT film is the same as the piezoelectric layer 110 in the second embodiment. The Zr / Ti composition of the piezoelectric layer 408 is Zr / T
i = 30/70 to 70/30, and the film thickness is 1
It may be in the range of up to 5 μm. The constituent material of the piezoelectric layer 408 may be a piezoelectric material containing PZT as a main component, such as PZT containing an additive such as Sr, Nb, or Al, and may be PMN or PZN. Is also good.

【0159】上記第2の電極層409は、Ptターゲッ
トを用いて、室温において1Paのアルゴンガス中20
0Wの高周波電力で10分間形成することにより得られ
る。この第2の電極層409の膜厚は0.2μmとな
る。尚、第2の電極層409の材料はPtに限らず、導
電性材料であればよく、膜厚は0.1〜0.4μmの範
囲であればよい。
The second electrode layer 409 is formed by using a Pt target at room temperature in argon gas of 1 Pa.
It is obtained by forming with high frequency power of 0 W for 10 minutes. The thickness of the second electrode layer 409 is 0.2 μm. The material of the second electrode layer 409 is not limited to Pt, but may be a conductive material, and the film thickness may be in the range of 0.1 to 0.4 μm.

【0160】次いで、上記第2の電極層409上に、レ
ジストをスピンコートにより塗布し、圧力室402が形
成されるべき位置に合わせて露光・現像を行ってパター
ニングする。そして、第2の電極層409、圧電体層4
08及び配向制御層407をエッチングして個別化す
る。このエッチングは、アルゴンとフッ素元素を含む有
機ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで行う。
Next, a resist is applied on the second electrode layer 409 by spin coating, and patterning is performed by exposing and developing to a position where the pressure chamber 402 is to be formed. Then, the second electrode layer 409 and the piezoelectric layer 4
08 and the orientation control layer 407 are etched and individualized. This etching is performed by dry etching using a mixed gas of argon and an organic gas containing a fluorine element.

【0161】続いて、図13(b)に示すように、圧力
室基板401に圧力室402を形成する。この圧力室4
02の形成は、六フッ化硫黄ガス、フッ素元素を含む有
機ガス又はこれらの混合ガスを使用した異方性ドライエ
ッチングで行う。つまり、圧力室基板401の上記各膜
を形成した面とは反対側の面における側壁413となる
部分にエッチングマスクを形成して、異方性ドライエッ
チングにより圧力室402を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 13B, a pressure chamber 402 is formed in the pressure chamber substrate 401. This pressure chamber 4
02 is formed by anisotropic dry etching using a sulfur hexafluoride gas, an organic gas containing elemental fluorine, or a mixed gas thereof. That is, an etching mask is formed on a portion of the pressure chamber substrate 401 that is to be the side wall 413 on a surface opposite to the surface on which the above-described films are formed, and the pressure chamber 402 is formed by anisotropic dry etching.

【0162】そして、予めノズル孔410を形成したノ
ズル板412を、接着剤を用いて圧力室基板401の上
記各膜を形成した面とは反対側の面に接合することによ
り、インクジェットヘッドが完成する。上記ノズル孔4
10は、リゾグラフィ法、レーザー加工法、放電加工法
等により、ノズル板412の所定位置に開口する。そし
て、ノズル板412を圧力室基板401に接合する際に
は、各ノズル孔410が圧力室402に対応して配置さ
れるように位置合わせを行う。
Then, the nozzle plate 412 in which the nozzle holes 410 are formed in advance is bonded to the surface of the pressure chamber substrate 401 on the side opposite to the surface on which the above-mentioned films are formed by using an adhesive, whereby the ink jet head is completed. I do. Nozzle hole 4
Reference numeral 10 denotes an opening at a predetermined position of the nozzle plate 412 by a lithography method, a laser processing method, an electric discharge processing method or the like. Then, when joining the nozzle plate 412 to the pressure chamber substrate 401, alignment is performed so that each nozzle hole 410 is arranged corresponding to the pressure chamber 402.

【0163】上記のようにして得られたインクジェット
ヘッドの第1及び第2電極層406,409間に所定電
圧を印加して、振動層403における各圧力室402に
対応する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、そ
の変位量のばらつきはσ=1.8%であった。また、周
波数が20kHzの20V交流電圧を10日間印加し続
けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下
は見られなかった。
By applying a predetermined voltage between the first and second electrode layers 406 and 409 of the ink jet head obtained as described above, the portion of the vibrating layer 403 corresponding to each pressure chamber 402 in the layer thickness direction is applied. When the amount of displacement was measured, the variation in the amount of displacement was σ = 1.8%. When a 20 V AC voltage having a frequency of 20 kHz was continuously applied for 10 days, there was no ink ejection failure, and no deterioration in ejection performance was observed.

【0164】一方、上記本発明のインクジェットヘッド
に対して配向制御層407を設けない点のみが異なるイ
ンクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッ
ドの第1及び第2電極層406,409間に所定電圧を
印加して、振動層403における各圧力室402に対応
する部分の層厚方向の変位量を測定したところ、その変
位量のばらつきはσ=5.8%であった。また、周波数
が20kHzの20V交流電圧を10日間印加し続けた
ところ、全圧力室402のうちの約25%の圧力室40
2に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これ
は、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエー
タ部(圧電素子)の耐久性が低いと考えられる。
On the other hand, an ink jet head which is different from the above ink jet head of the present invention only in that the orientation control layer 407 is not provided is manufactured, and a predetermined voltage is applied between the first and second electrode layers 406 and 409 of the ink jet head. When the voltage was applied and the displacement in the layer thickness direction of the portion corresponding to each pressure chamber 402 in the vibration layer 403 was measured, the variation in the displacement was σ = 5.8%. When a 20 V AC voltage having a frequency of 20 kHz was continuously applied for 10 days, about 25% of the pressure
Ink ejection failure occurred in the portion corresponding to No. 2. This is not due to clogging of ink or the like, and it is considered that the durability of the actuator section (piezoelectric element) is low.

【0165】したがって、本実施形態のインクジェット
ヘッドは、上記実施形態2のインクジェットヘッドと同
様に、インク吐出性能のばらつきが少なくて耐久性に優
れていることが判る。
Accordingly, it can be seen that the ink jet head of this embodiment has a small variation in ink discharge performance and is excellent in durability, similarly to the ink jet head of the second embodiment.

【0166】(実施形態4)図14は、本発明の実施形
態に係るインクジェット式記録装置27を示し、このイ
ンクジェット式記録装置27は、上記実施形態2又は3
で説明したものと同様のインクジェットヘッド28を備
えている。このインクジェットヘッド28において圧力
室(上記実施形態2における圧力室102や実施形態3
における圧力室402)に連通するように設けたノズル
孔(上記実施形態2におけるノズル孔108や実施形態
3におけるノズル孔410)から該圧力室内のインクを
記録媒体29(記録紙等)に吐出させて記録を行うよう
に構成されている。
(Embodiment 4) FIG. 14 shows an ink jet recording apparatus 27 according to an embodiment of the present invention.
An ink jet head 28 similar to that described above is provided. In the ink jet head 28, the pressure chamber (the pressure chamber 102 in the second embodiment or the third embodiment)
The ink in the pressure chamber is ejected onto the recording medium 29 (recording paper or the like) from nozzle holes (the nozzle hole 108 in the second embodiment or the nozzle hole 410 in the third embodiment) provided so as to communicate with the pressure chamber 402 in the first embodiment. It is configured to perform recording.

【0167】上記インクジェットヘッド28は、主走査
方向Xに延びるキャリッジ軸30に設けられたキャリッ
ジ31に搭載されていて、このキャリッジ31がキャリ
ッジ軸30に沿って往復動するのに応じて主走査方向X
に往復動するように構成されている。このことで、キャ
リッジ31は、インクジェットヘッド28と記録媒体2
9とを主走査方向Xに相対移動させる相対移動手段を構
成することになる。
The ink-jet head 28 is mounted on a carriage 31 provided on a carriage shaft 30 extending in the main scanning direction X. The carriage 31 reciprocates along the carriage shaft 30 in the main scanning direction. X
It is configured to reciprocate. This allows the carriage 31 to move between the inkjet head 28 and the recording medium 2.
9 in the main scanning direction X.

【0168】また、このインクジェット式記録装置27
は、上記記録媒体29をインクジェットヘッド28の主
走査方向X(幅方向)と略垂直方向の副走査方向Yに移
動させる複数のローラ32を備えている。このことで、
複数のローラ32は、インクジェットヘッド28と記録
媒体29とを副走査方向Yに相対移動させる相対移動手
段を構成することになる。尚、図14中、Zは上下方向
である。
The ink jet recording apparatus 27
Is provided with a plurality of rollers 32 for moving the recording medium 29 in a sub-scanning direction Y substantially perpendicular to the main scanning direction X (width direction) of the inkjet head 28. With this,
The plurality of rollers 32 constitute a relative moving unit that relatively moves the inkjet head 28 and the recording medium 29 in the sub-scanning direction Y. In FIG. 14, Z is the vertical direction.

【0169】そして、インクジェットヘッド28がキャ
リッジ31により主走査方向Xに移動しているときに、
インクジェットヘッド28のノズル孔からインクを記録
媒体29に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、
上記ローラ32により記録媒体29を所定量移動させて
次の一走査の記録を行う。
When the ink jet head 28 is moving in the main scanning direction X by the carriage 31,
Ink is ejected from the nozzle holes of the inkjet head 28 onto the recording medium 29, and when this one-scan recording is completed,
The recording medium 29 is moved by a predetermined amount by the roller 32, and the recording of the next one scan is performed.

【0170】したがって、このインクジェット式記録装
置27は、上記実施形態2又は3と同様のインクジェッ
トヘッド28を備えているので、良好な印字性能及び耐
久性を有している。
Therefore, since the ink jet recording apparatus 27 includes the same ink jet head 28 as in the second or third embodiment, it has good printing performance and durability.

【0171】尚、上記実施形態では、本発明の圧電素子
を、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装
置に適用したが、これ以外にも、薄膜コンデンサー、不
揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュ
エータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサ
ー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサ
ー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧
電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、
音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。特に、ディ
スク装置(コンピュータの記憶装置等として用いられる
もの)における回転駆動されるディスクに対して情報の
記録又は再生を行うヘッドが基板上に設けられたヘッド
支持機構において、該基板上に設けた薄膜圧電体素子に
よって、基板を変形させて該ヘッドを変位させるディス
ク装置用薄膜圧電体アクチュエータ(例えば特開200
1−332041号公報参照)に好適である。つまり、
上記薄膜圧電体素子は、上記実施形態で説明したものと
同様の構成の第1の電極層と配向制御層と圧電体層と第
2の電極層とが順に積層されてなり、この第2の電極層
が上記基板に接合されたものである。
In the above embodiment, the piezoelectric element of the present invention is applied to an ink jet head and an ink jet recording apparatus. However, other than this, a thin film capacitor, a charge storage capacitor of a nonvolatile memory element, various actuators, Outside sensor, ultrasonic sensor, pressure sensor, acceleration sensor, flow sensor, shock sensor, piezoelectric transformer, piezoelectric ignition element, piezoelectric speaker, piezoelectric microphone, piezoelectric filter, piezoelectric pickup,
The present invention is also applicable to a tuning fork oscillator, a delay line, and the like. In particular, in a head support mechanism in which a head for recording or reproducing information on a disk that is driven to rotate in a disk device (used as a storage device of a computer) is provided on the substrate. A thin film piezoelectric actuator for a disk drive that displaces the head by deforming a substrate using a thin film piezoelectric element (for example,
1-333241). That is,
The thin-film piezoelectric element has a structure in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer having the same configuration as those described in the above embodiment are sequentially laminated. An electrode layer is bonded to the substrate.

【0172】[0172]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
電極層を、チタン又は酸化チタンを含有する貴金属で構
成しておき、この電極層上に、立方晶系又は正方晶系の
ストロンチウムを含むペロブスカイト型酸化物からなる
配向制御層を形成して、該配向制御層を(100)面又
は(001)面に優先配向させ、この配向制御層上に、
菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト型酸化物から
なる圧電体層を形成して、該圧電体層を(001)面に
優先配向させるようにしたことにより、各層の密着性並
びに圧電体層の結晶構造び優先配向面を制御することが
できるので、工業的に量産しても、圧電特性の再現性、
ばらつき、耐電圧及び信頼性の良好な圧電素子が得ら
れ、この圧電素子を用いるインクジェットヘッド及びイ
ンクジェット式記録装置としても、インク吐出性能のば
らつきが少なくて耐久性に優れたものとすることができ
る。
As described above, according to the present invention,
The electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, and on this electrode layer, an orientation control layer made of a perovskite oxide containing cubic or tetragonal strontium is formed. The orientation control layer is preferentially oriented on the (100) plane or the (001) plane.
By forming a piezoelectric layer made of a rhombohedral or tetragonal perovskite oxide and orienting the piezoelectric layer preferentially in the (001) plane, the adhesion of each layer and the piezoelectric layer The crystallographic structure and preferred orientation plane can be controlled.
A piezoelectric element having good variation, withstand voltage, and reliability can be obtained, and an inkjet head and an inkjet recording apparatus using the piezoelectric element can have excellent durability with little variation in ink ejection performance. .

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

【図1】本発明の実施形態に係る圧電素子を示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.

【図2】配向制御層の構造を模式的に示す拡大断面図で
ある。
FIG. 2 is an enlarged sectional view schematically showing the structure of an orientation control layer.

【図3】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド
の全体構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an overall configuration of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3のインクジェットヘッドにおける圧力室部
材及びアクチュエータ部の要部を示す分解斜視図であ
る。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing main parts of a pressure chamber member and an actuator unit in the ink jet head of FIG.

【図5】図3のインクジェットヘッドにおける圧力室部
材及びアクチュエータ部の要部を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a main part of a pressure chamber member and an actuator unit in the inkjet head of FIG. 3;

【図6】図3のインクジェットヘッドの製造方法におけ
る積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付
着工程を示す図である。
6 is a diagram showing a laminating step, a step of forming an opening for a pressure chamber, and a step of attaching an adhesive in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図7】図3のインクジェットヘッドの製造方法におけ
る、成膜後の基板と圧力室部材との接着工程及び縦壁の
形成工程を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a bonding step between a substrate and a pressure chamber member after film formation and a vertical wall forming step in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図8】図3のインクジェットヘッドの製造方法におけ
る、基板(成膜用)及び密着層の除去工程並びに第1の
電極層の個別化工程を示す図である。
FIG. 8 is a view showing a step of removing a substrate (for film formation) and an adhesion layer and a step of individualizing a first electrode layer in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図9】図3のインクジェットヘッドの製造方法におけ
る、配向制御層及び圧電体層の個別化工程並びに基板
(圧力室部材用)の切断工程を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a step of individualizing an orientation control layer and a piezoelectric layer and a step of cutting a substrate (for a pressure chamber member) in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図10】図3のインクジェットヘッドの製造方法にお
ける、インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク
流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク
流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッ
ドを示す図である。
FIG. 10 shows a process for producing an ink flow channel member and a nozzle plate, a process for bonding an ink flow channel member to a nozzle plate, a process for bonding a pressure chamber member and an ink flow channel member, and a method for manufacturing the ink jet head shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a completed inkjet head.

【図11】図3のインクジェットヘッドの製造方法にお
いて、成膜されたSi基板と圧力室部材用のSi基板と
の接着状態を示す平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing a bonding state between a formed Si substrate and a Si substrate for a pressure chamber member in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図12】本発明の実施形態に係る他のインクジェット
ヘッドにおける圧力室部材及びアクチュエータ部の要部
を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a main part of a pressure chamber member and an actuator unit in another inkjet head according to an embodiment of the present invention.

【図13】図12のインクジェットヘッドの製造方法に
おける積層工程及び圧力室形成工程を示す図である。
13 is a diagram illustrating a laminating step and a pressure chamber forming step in the method of manufacturing the ink jet head of FIG.

【図14】本発明の実施形態に係るインクジェット式記
録装置を示す概略斜視図である。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 密着層 14 第1の電極層 15 配向制御層 16 圧電体層 17 第2の電極層 27 インクジェット式記録装置 28 インクジェットヘッド 29 記録媒体 31 キャリッジ(相対移動手段) 102 圧力室 103 第1の電極層(個別電極) 104 配向制御層 108 ノズル孔 110 圧電体層 111 振動層 112 第2の電極層(共通電極) 120 基板 121 密着層 401 圧力室基板 402 圧力室 403 振動層 404 密着層 406 第1の電極層(共通電極) 407 配向制御層 408 圧電体層 409 第2の電極層(個別電極) 410 ノズル孔 A 圧力室部材 11 Substrate 12 Adhesion layer 14 First electrode layer 15 Orientation control layer 16 Piezoelectric layer 17 Second electrode layer 27 Inkjet recording device 28 Inkjet head 29 Recording media 31 Carriage (relative moving means) 102 pressure chamber 103 first electrode layer (individual electrode) 104 Orientation control layer 108 nozzle hole 110 Piezoelectric layer 111 vibrating layer 112 second electrode layer (common electrode) 120 substrate 121 adhesion layer 401 pressure chamber substrate 402 pressure chamber 403 vibrating layer 404 adhesion layer 406 first electrode layer (common electrode) 407 Orientation control layer 408 Piezoelectric layer 409 Second electrode layer (individual electrode) 410 nozzle hole A Pressure chamber member

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 41/18 H01L 41/22 A 41/22 41/08 D 41/24 (72)発明者 平澤 拓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 友澤 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鳥井 秀雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF65 AF93 AG44 AG52 AG55 AP02 AP14 AP25 AP31 AP52 AQ02 BA03 BA14 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 41/18 H01L 41/22 A 41/22 41/08 D 41/24 (72) Inventor Taku Hirasawa Osaka 1006 Kadoma, Kadoma, Fumonma-shi Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Jun Tomozawa 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka, Japan Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Hideo Torii 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita (72) Inventor Ryoichi Takayama 1006 Ozumado Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 2C057 AF65 AF93 AG44 AG52 AG55 AP02 AP14 AP25 AP31 AP52 AQ02 BA03 BA14

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に設けられた第1の電極層と、該
第1の電極層上に設けられた配向制御層と、該配向制御
層上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられ
た第2の電極層とを備えた圧電素子であって、 上記第1の電極層は、チタン又は酸化チタンを含有する
貴金属からなり、 上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の(100)
面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウムを
含むペロブスカイト型酸化物からなり、 上記圧電体層は、菱面体晶系又は正方晶系の(001)
面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなること
を特徴とする圧電素子。
A first electrode layer provided on the substrate; an orientation control layer provided on the first electrode layer; a piezoelectric layer provided on the orientation control layer; A piezoelectric element comprising: a second electrode layer provided on a body layer; wherein the first electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide; and the orientation control layer is made of a cubic system. Or tetragonal (100)
The piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented on the (001) plane or the (001) plane, and the piezoelectric layer is a rhombohedral or tetragonal (001)
A piezoelectric element comprising a perovskite oxide preferentially oriented on a plane.
【請求項2】 請求項1記載の圧電素子において、 配向制御層は、チタン酸ストロンチウムを含有している
ことを特徴とする圧電素子。
2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the orientation control layer contains strontium titanate.
【請求項3】 請求項2記載の圧電素子において、 配向制御層におけるチタン酸ストロンチウムの含有量
が、5モル%以上100モル%以下であることを特徴と
する圧電素子。
3. The piezoelectric element according to claim 2, wherein the content of strontium titanate in the orientation control layer is 5 mol% or more and 100 mol% or less.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1つに記載の圧
電素子において、 第1の電極層は、白金、イリジウム、パラジウム及びル
テニウムの群から選ばれた少なくとも1種の貴金属から
なり、該貴金属に含有されたチタン又は酸化チタンの含
有量が0を越え30モル%以下であることを特徴とする
圧電素子。
4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the first electrode layer is made of at least one noble metal selected from the group consisting of platinum, iridium, palladium, and ruthenium, A piezoelectric element, wherein the content of titanium or titanium oxide contained in the noble metal is more than 0 and 30 mol% or less.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧
電素子において、 圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電
材料からなることを特徴とする圧電素子。
5. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is made of a piezoelectric material containing lead zirconate titanate as a main component.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1つ記載の圧電
素子において、 基板と第1の電極層との間に、該基板と第1の電極層と
の密着性を高める密着層が設けられていることを特徴と
する圧電素子。
6. The piezoelectric element according to claim 1, wherein an adhesion layer that enhances adhesion between the substrate and the first electrode layer is provided between the substrate and the first electrode layer. A piezoelectric element, which is provided.
【請求項7】 第1の電極層と配向制御層と圧電体層と
第2の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧
電素子の第2の電極層側の面に設けられた振動層と、該
振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを
収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電
素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向
に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように
構成されたインクジェットヘッドであって、 上記圧電素子の第1の電極層は、チタン又は酸化チタン
を含有する貴金属からなり、 上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の(100)
面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウムを
含むペロブスカイト型酸化物からなり、 上記圧電体層は、菱面体晶系又は正方晶系の(001)
面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなること
を特徴とするインクジェットヘッド。
7. A piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a piezoelectric element is provided on a surface of the piezoelectric element on the second electrode layer side. A vibrating layer, and a pressure chamber member having a pressure chamber for accommodating ink, which is joined to a surface of the vibrating layer opposite to the piezoelectric element, wherein the vibrating layer is formed by a piezoelectric effect of a piezoelectric layer of the piezoelectric element. Wherein the first electrode layer of the piezoelectric element is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, wherein the first electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide. The orientation control layer is a cubic or tetragonal (100)
The piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented on the (001) plane or the (001) plane, and the piezoelectric layer is a rhombohedral or tetragonal (001)
An ink jet head comprising a perovskite type oxide preferentially oriented on a surface.
【請求項8】 第1の電極層と配向制御層と圧電体層と
第2の電極層とが順に積層されてなる圧電素子と、該圧
電素子の第1の電極層側の面に設けられた振動層と、該
振動層の圧電素子とは反対側の面に接合され、インクを
収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、上記圧電
素子の圧電体層の圧電効果により上記振動層を層厚方向
に変位させて上記圧力室内のインクを吐出させるように
構成されたインクジェットヘッドであって、 上記圧電素子の第1の電極層は、チタン又は酸化チタン
を含有する貴金属からなり、 上記配向制御層は、立方晶系又は正方晶系の(100)
面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウムを
含むペロブスカイト型酸化物からなり、 上記圧電体層は、菱面体晶系又は正方晶系の(001)
面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなること
を特徴とするインクジェットヘッド。
8. A piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a piezoelectric element provided on a surface of the piezoelectric element on the first electrode layer side. A vibrating layer, and a pressure chamber member having a pressure chamber for accommodating ink, which is joined to a surface of the vibrating layer opposite to the piezoelectric element, wherein the vibrating layer is formed by a piezoelectric effect of a piezoelectric layer of the piezoelectric element. Wherein the first electrode layer of the piezoelectric element is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide, wherein the first electrode layer is made of a noble metal containing titanium or titanium oxide. The orientation control layer is a cubic or tetragonal (100)
The piezoelectric layer is made of a perovskite-type oxide containing strontium preferentially oriented on the (001) plane or the (001) plane, and the piezoelectric layer is a rhombohedral or tetragonal (001)
An ink jet head comprising a perovskite type oxide preferentially oriented on a surface.
【請求項9】 基板上に、チタン又は酸化チタンを含有
する貴金属からなる第1の電極層をスパッタ法により形
成する工程と、 上記第1の電極層上に、立方晶系又は正方晶系の(10
0)面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウ
ムを含むペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を
スパッタ法により形成する工程と、 上記配向制御層上に、菱面体晶系又は正方晶系の(00
1)面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなる
圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、 上記圧電体層上に第2の電極層を形成する工程とを含む
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
9. A step of forming a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide on a substrate by a sputtering method; and forming a cubic or tetragonal system on the first electrode layer. (10
Forming, by sputtering, an orientation control layer made of a perovskite-type oxide containing strontium, which is preferentially oriented to the (0) plane or the (001) plane; and a rhombohedral or tetragonal system is formed on the orientation control layer. (00
1) A piezoelectric element, comprising: a step of forming a piezoelectric layer made of a perovskite oxide preferentially oriented on a surface by a sputtering method; and a step of forming a second electrode layer on the piezoelectric layer. Manufacturing method.
【請求項10】 第1の電極層と配向制御層と圧電体層
と第2の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備
え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層
厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるよう
に構成されたインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、 基板上に、チタン又は酸化チタンを含有する貴金属から
なる第1の電極層をスパッタ法により形成する工程と、 上記第1の電極層上に、立方晶系又は正方晶系の(10
0)面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウ
ムを含むペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を
スパッタ法により形成する工程と、 上記配向制御層上に、菱面体晶系又は正方晶系の(00
1)面に優先配向したペロブスカイト型酸化物からなる
圧電体層をスパッタ法により形成する工程と、 上記圧電体層上に第2の電極層を形成する工程と、 上記第2の電極層上に、振動層を形成する工程と、 上記振動層の第2の電極層とは反対側の面に、圧力室を
形成するための圧力室部材を接合する工程と、 上記接合工程後に、上記基板を除去する工程とを含むこ
とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
10. A piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a vibration layer is formed by a piezoelectric effect of the piezoelectric layer of the piezoelectric element. What is claimed is: 1. A method for manufacturing an ink jet head configured to discharge ink in a pressure chamber by displacing in a layer thickness direction, wherein a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide is formed on a substrate by a sputtering method. And forming a cubic or tetragonal (10) on the first electrode layer.
Forming, by sputtering, an orientation control layer made of a perovskite-type oxide containing strontium, which is preferentially oriented to the (0) plane or the (001) plane; and a rhombohedral or tetragonal system is formed on the orientation control layer. (00
1) a step of forming, by sputtering, a piezoelectric layer made of a perovskite oxide preferentially oriented on a surface; a step of forming a second electrode layer on the piezoelectric layer; and a step of forming a second electrode layer on the piezoelectric layer. Forming a vibrating layer; bonding a pressure chamber member for forming a pressure chamber to a surface of the vibrating layer opposite to the second electrode layer; And a removing step.
【請求項11】 第1の電極層と配向制御層と圧電体層
と第2の電極層とが順に積層されてなる圧電素子を備
え、該圧電素子の圧電体層の圧電効果により振動層を層
厚方向に変位させて圧力室内のインクを吐出させるよう
に構成されたインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、 圧力室を形成するための圧力室基板上に、振動層を形成
する工程と、 上記振動層上に、チタン又は酸化チタンを含有する貴金
属からなる第1の電極層をスパッタ法により形成する工
程と、 上記第1の電極層上に、立方晶系又は正方晶系の(10
0)面又は(001)面に優先配向した、ストロンチウ
ムを含むペロブスカイト型酸化物からなる配向制御層を
スパッタ法により形成する工程と、上記配向制御層上
に、菱面体晶系又は正方晶系の(001)面に優先配向
したペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層をスパッ
タ法により形成する工程と、上記圧電体層上に第2の電
極層を形成する工程と、上記圧力室基板に、圧力室を形
成する工程とを含むことを特徴とするインクジェットヘ
ッドの製造方法。
11. A piezoelectric element in which a first electrode layer, an orientation control layer, a piezoelectric layer, and a second electrode layer are sequentially laminated, and a vibration layer is formed by a piezoelectric effect of the piezoelectric layer of the piezoelectric element. A method for manufacturing an ink jet head configured to discharge ink in a pressure chamber by displacing in a layer thickness direction, comprising: forming a vibration layer on a pressure chamber substrate for forming a pressure chamber; Forming a first electrode layer made of a noble metal containing titanium or titanium oxide on the vibrating layer by a sputtering method; and forming a cubic or tetragonal (10) on the first electrode layer.
A step of forming, by sputtering, an orientation control layer made of a perovskite-type oxide containing strontium, which is preferentially oriented to the (0) plane or the (001) plane, and a rhombohedral or tetragonal system is formed on the orientation control layer. Forming a piezoelectric layer made of a perovskite oxide preferentially oriented on the (001) plane by sputtering, forming a second electrode layer on the piezoelectric layer, and applying pressure to the pressure chamber substrate. Forming a chamber.
【請求項12】 請求項7又は8記載のインクジェット
ヘッドと、上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相
対移動させる相対移動手段とを備え、上記相対移動手段
によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移
動しているときに、該インクジェットヘッドにおいて圧
力室に連通するように設けたノズル孔から該圧力室内の
インクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成さ
れていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
12. An ink jet head according to claim 7, further comprising: a relative moving means for relatively moving the ink jet head and the recording medium, wherein the relative moving means moves the ink jet head relative to the recording medium. Wherein the ink jet recording is performed by discharging ink in the pressure chamber to a recording medium from a nozzle hole provided in the ink jet head so as to communicate with the pressure chamber. apparatus.
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