【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエーター、センサー、および記録装置の記録ヘッド等に用いられる圧電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、強誘電体の圧電性、焦電性、および分極反転等の物性を利用した圧電素子、センサー、および不揮発メモリー等のデバイスの研究が盛んである。なかでも圧電素子は、インクジェット方式の記録装置（以下、インクジェットプリンターと称する）でインクを吐出させる技術に用いられ、高速高密度で高精細高画質の記録を可能とし、記録画像のカラー化や記録装置のコンパクト化にも適している。そのため、圧電素子は、記録装置となるプリンターはもとより、複写機、ファクシミリ、および電卓等にも適用され、近年急速な発展を成し遂げた。
【０００３】
一方、圧電素子に対して、将来における更なる高品位・高精細な記録技術への要望が高まってきている。その実現のための一つの方法として、圧電性を有する膜（以下、圧電性膜と称する）を利用した圧電素子が挙げられ、次世代高品位・高精細記録技術への応用が期待されている。
【０００４】
圧電性膜を用いた圧電素子の代表的な構造として、屈曲変位を生み出すバイモルフ構造やユニモルフ構造が挙げられる。特に、圧電性膜と振動板を貼り合わせたユニモルフ構造はその単純な構造と作製の簡便さからインクジェットプリンターなどに広く用いられている。
【０００５】
圧電素子の変位にとって重要な圧電性膜の作製方法について、種々の検討がなされている。その一つとして、結晶配向の基準となる薄膜を形成し、その薄膜上に結晶成長を行って膜を形成することで、膜全体の結晶性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。同様に、結晶性の向上を目的として、ゾルゲル法の前駆体分解温度制御により、（１００）面に配向したＰＺＴ（ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3）を形成する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。また、膜厚方向に組成制御することで、内部電荷分布に対向する自発分極が発生することが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２９０９８３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２０１８５号公報
【特許文献３】
特開平８−１８６１８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
圧電性膜を用いたユニモルフ構造の圧電素子の場合、耐熱性および変形性に優れたガラス材料を薄片に研磨して圧電性膜と接着し、その薄片を振動板とする方法が一般的である。しかし、数μｍ程度の厚みの圧電性膜を用いる場合、振動板も数μｍ程度に薄片化する必要があるが、ガラス材料を研磨によって数μｍに薄片化するのは非常に困難である。
【０００８】
また、Ｃｒなどの剛性の高い金属を研磨の必要の無い薄片状態で振動板に用いる方法もあるが、後工程の熱処理等において、圧電性膜の熱膨張係数との違いにより膜はがれを起こしやすいという問題がある。電極を厚く成膜して振動板とする方法も考えられるが、一般に電極はＰｔ等の貴金属であり、数μｍ厚に成膜するのはコストがかさみ過ぎるため非現実的である。さらに、圧電性膜とは密着性が弱く、膜はがれを起こすという問題もある。
【０００９】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、圧電素子作製の際、大きな変位を得られるように厚みを制御可能で、膜はがれを起こさず、かつ作製歩留まりのよい振動板を備えた圧電素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の圧電素子は、圧電性膜と、該圧電性膜の変位に依存して動作する振動板とを備えた圧電素子であって、
前記振動板が、前記圧電性膜を構成する全種類の元素を含み、かつ導電膜である。
【００１１】
上記ように構成される本発明では、振動板が圧電性膜を構成する元素の全ての種類の元素を含んでいるため、圧電性膜と振動板の格子定数の整合性が高く、密着性が高まる。また、圧電性膜と振動板の熱膨張係数もほとんど変わらないため、両者の間で膜はがれを起こすことがない。さらに、振動板が導電膜であるため、振動板は、振動板に接触して形成される電極と同電位になり、電極に電圧が印加されると、圧電性膜を変化させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電素子は、圧電性膜から一部の酸素が欠損し、圧電性を失った半導体膜を振動板に用いることを特徴とする。
【００１３】
（第１実施例）
本実施例の圧電素子の構成について説明する。
【００１４】
図１は本実施例の圧電素子の一構成例を示す断面模式図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施例の圧電素子は、上部電極１２、圧電性膜１３、振動板１４および下部電極１５が順に形成された構成である。なお、図１は基板１１上に圧電素子が形成された構成を示し、基板１１を溶解等で除去することにより、ユニモルフ構造の圧電素子が作製される。
【００１６】
次に、本実施例の圧電素子の製造方法について説明する。
【００１７】
基板１１となるＭｇＯ単結晶基板（以下、ＭｇＯ基板と称する）上に、密着層となるＴｉ、およびＰｔをＲＦスパッタリングにて順に成膜することで、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の積層構造を形成する。なお、ＰｔおよびＴｉとの積層膜であるＰｔ（１１１）／Ｔｉは上部電極１２を構成する。
【００１８】
図２はＰｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の積層構造のＸ線回折パターンを示すグラフである。図２に示すように、（１１１）面に配向したＰｔ膜が形成されていることがわかる。
【００１９】
続いて、Ｐｔ膜上に、基板ヒーター熱電対温度＝３００℃、表示Ａｒガス圧２．０Ｐａ、酸素をＡｒに対して流量で５０％混合した雰囲気下で、ＲＦスパッタリングにより、圧電性膜１３となるＺｎＯ膜を３μｍ形成した。以下、圧電性膜１３となるＺｎＯ膜を圧電性ＺｎＯ膜と称する。
【００２０】
図３（ａ）は圧電性ＺｎＯ膜のＸ線回折パターンを示すグラフである。図３（ａ）のグラフに示すように、（１００）面に配向しているＺｎＯなどもあるが、（００２）面にＺｎＯが優先配向している。
【００２１】
この圧電性ＺｎＯ膜と同じ成膜条件で形成した膜単体の抵抗を４端子で測定すると、測定限界を超えるほど抵抗値が高く、圧電性ＺｎＯ膜は完全な絶縁体であった。
【００２２】
圧電性ＺｎＯ膜を成膜した後、プラズマ放電を安定させたまま圧電性ＺｎＯ膜の成膜条件から酸素導入をカットし、導入ガスを不活性ガスのＡｒのみにして成膜することで、振動板１４として圧電性ＺｎＯ膜から一部の酸素が欠損することで、半導体化したＺｎＯ膜を３μｍで形成した。圧電性ＺｎＯ膜ではＺｎＯxのｘが１であるのに対して、この半導体化したＺｎＯ膜は、圧電性ＺｎＯ膜から一部の酸素が欠損している構造であるため、ｘが１より小さくなっている。以下、半導体化したＺｎＯ膜を半導体ＺｎＯ膜と称する。
【００２３】
図３（ｂ）は半導体ＺｎＯ膜のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【００２４】
図３（ｂ）のグラフに示すように、（００２）面に優先配向したＺｎＯ膜が形成されたことがわかる。この半導体ＺｎＯ膜と同じ成膜条件で電極上に形成した膜単体の抵抗を４端子で測定すると、抵抗値は十分に低く、下地電極と半導体ＺｎＯ膜表面が導通し、半導体ＺｎＯ膜は導電性を有していた。
【００２５】
上記半導体ＺｎＯ膜を形成した後、半導体ＺｎＯ膜上に下部電極１５を形成し、図１に示した圧電素子を作製した。
【００２６】
本実施例では、上述のようにして、圧電性膜１３の成膜後に、不活性雰囲気で成膜することにより、圧電性膜１３から一部の酸素が欠損した膜となる振動板１４を形成する。この際、振動板１４の酸化物中の酸素が欠損することによって電子キャリアーが酸化物中に導入され、酸化物は絶縁性および圧電性を失って半導体化し、振動板１４が導電性を有することになる。また、成膜中での酸素欠損であるため、結晶構造が大きく崩れることはない。そのため、振動板１４が下部電極１５と同電位になり、上部電極１２と下部電極１５の間に電圧が印加されると、圧電性膜１３を変化させる。
【００２７】
次に、上記圧電素子を用いた液滴吐出装置の一例であるインク吐出用ヘッド（以下、インクジェットヘッドと称する）の構成について説明する。
【００２８】
図４はインクジェットヘッドの上部外観を示す模式図である。
【００２９】
図４に示すように、インクジェットヘッドは、面方位（１００）のシリコン基板（以下、Ｓｉ基板と称する）１８の表面に形成されたインク供給室２０、連絡ノズル２１、圧力室２２および吐出ノズル２３と、圧力室２２の上に形成された圧電素子２４とを有する構成である。インク供給室２０、連絡ノズル２１、圧力室２２および吐出ノズル２３は圧電素子２４の下部電極１５で覆われている。インク供給室２０は、下部電極１５に形成された貫通孔１９に接続され、貫通孔１９を介して図に示さないインクタンクからインクが供給される。圧力室２２は、深さ約２０μｍ、上部幅約３０μｍ、長さ約３０００μｍであり、図の上下方向に１ｍｍピッチで設けられている。
【００３０】
上記構成により、インクタンク（不図示）から貫通孔１９を介してインク供給室２０に供給されたインクは、連絡ノズル２１を経由して圧力室２２に貯められる。
【００３１】
図５は圧電素子部におけるインクジェットヘッドの断面構造を示す模式図である。
【００３２】
図５に示すように、圧力室２２となる溝が三角形の断面形状でＳｉ基板１８の表面に形成されている。圧電素子２４の電極間に電圧を印加すると、圧電性膜１３が変形して、振動板１４が下部電極１５を圧力室２２の方向に押し、圧力室２２に貯められたインクを吐出ノズル２３から吐出させる。
【００３３】
なお、アクチュエーターが、圧電素子２４と、圧力室２２とで構成される。このアクチュエーターは、圧電素子２４の振動板１４が変形することで、圧力室２２の体積が変化する。
【００３４】
次に、上記構成のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００３５】
厚さ４００μｍのＳｉ基板１８上に異方性エッチング技術を用いて、インク流路となる連絡ノズル２１および吐出ノズル２３、ならびにインク供給室２０および圧力室２２となる溝を形成した。溝が形成されたＳｉ基板１８面に上記圧電素子２４の下部電極１５の面を合わせて、Ｓｉ基板１８に圧電素子２４をエポキシ系接着剤で接着した。
【００３６】
続いて、熱リン酸で基板１１となるＭｇＯ基板を完全に溶解し、ホトリソグラフィー工程でＳｉ基板１８に形成された圧力室２２を覆うパターンに合わせたレジストパターンを上部電極１２となるＰｔ／Ｔｉ上に形成し、ドライエッチングにてＰｔ／Ｔｉの溝間部１６を除去した。レジストパターンを除去した後、形成されたＰｔ／Ｔｉのパターンに沿って、塩酸により、圧電性ＺｎＯ膜および半導体ＺｎＯ膜をエッチングした。このようにして、図５に示した断面構造のインクジェットヘッドを作製した。
【００３７】
次に、作製したインクジェットヘッドの電極間に一般的な矩形波を印加したときの振動板１４の変位を測定したので、その結果について説明する。
【００３８】
図６は圧電素子の電極間に印加した矩形波の波形を示す図である。
【００３９】
図６に示すように、矩形波は、電圧Ｖｐ−ｐ＝３０Ｖ、周波数１ＫＨｚ、パルス幅１０μｓｅｃである。図６に示す矩形波を圧電素子２４の電極間に印加し、レーザードップラー変位計により圧力室２２の中央部付近の変位を測定した。測定の結果、変位は約０．０１μｍであった。このことから、電極に電圧が印加されることで、圧電素子２４の半導体ＺｎＯ膜が振動板１４として動作したことがわかる。
【００４０】
（第２実施例）
本実施例では、第１実施例に対して、圧電性ＺｎＯおよび半導体ＺｎＯの厚み、ならびに半導体ＺｎＯの成膜条件を変更して圧電素子を作製した。特に、振動板となる半導体ＺｎＯ形成の際、第１実施例がＡｒのみの雰囲気であったのに対して、本実施例は水素をＡｒに対して流量で１％混合した雰囲気にしたものである。
【００４１】
本実施例における圧電素子の断面構造は、図１と同様なため、圧電素子の構成についての説明を省略する。
【００４２】
次に、本実施例における圧電素子の製造方法について説明する。なお、第１実施例と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
まず、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板からなる積層構造の上に、第１実施例の圧電性膜１３と同様の成膜条件で、（００２）面に優先配向させた圧電性ＺｎＯ膜を１０μｍ形成する。続いて、プラズマ放電を安定させたまま酸素導入をカットし、還元性ガスである水素をＡｒに対して流量で１％混合した雰囲気下で、圧電性ＺｎＯ膜から一部の酸素が欠損した半導体ＺｎＯ膜を１０μｍ形成した。
【００４４】
第１実施例と同様に、圧電性ＺｎＯ膜および半導体ＺｎＯ膜の膜単体の抵抗を測定すると、圧電性ＺｎＯ膜が完全な絶縁体であるのに対し、半導体ＺｎＯ膜は抵抗が十分に低かった。半導体ＺｎＯ膜は、第１実施例と同様に下地の電極と膜表面が導通し、導電性を有していた。
【００４５】
上記半導体ＺｎＯ膜を形成した後、半導体ＺｎＯ膜上に下部電極１５を形成し、図１に示した圧電素子を作製した。
【００４６】
本実施例では、上述のようにして、圧電性膜１３の成膜後に、還元性雰囲気で成膜することにより、圧電性膜１３から一部の酸素が欠損した膜となる振動板１４を形成する。この際、振動板１４の酸化物中の酸素が欠損することによって電子キャリアーが酸化物中に導入され、酸化物は絶縁性および圧電性を失って半導体化し、振動板１４が導電性を有することになる。また、成膜中での酸素欠損であるため、結晶構造が大きく崩れることはない。そのため、第１実施例と同様に、振動板１４が下部電極１５と同電位になり、上部電極１２と下部電極１５の間に電圧が印加されると、圧電性膜１３を変化させる。
【００４７】
次に、第１実施例と同様に、上記圧電素子を用いたインクジェットヘッドを作製し、作製したインクジェットヘッドの電極間に矩形波を印加したときの振動板１４の変位を測定したので、その結果について説明する。なお、本実施例におけるインクジェットヘッドの構成および製造方法は、第１実施例と同様なため、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
作製したインクジェットヘッドに図６に示した矩形波を電極間に印加し、レーザードップラー変位計により圧力室２２の中央部付近の変位を測定した。測定の結果、変位は約０．０２μｍであった。このことから、第１実施例と同様に、圧電素子２４の半導体ＺｎＯ膜が振動板１４として動作したことがわかる。
【００４９】
なお、本発明における圧電性膜１３および振動板１４の成膜にはあらゆる成膜方法を適用でき、成膜方法として、例えば、ＲＦスパッタリング、イオンビームスパッタリング、イオンプレーティング、ＥＢ蒸着、プラズマＣＶＤ、ＭＯ−ＣＶＤ、およびレーザーアブレーションがある。いずれの成膜方法も不活性雰囲気や還元性雰囲気の下で酸化物成膜中に一部の酸素を欠損させて成膜することが可能である。特に、ガス圧により組成制御の容易なＲＦスパッタリングが好ましい。
【００５０】
また、本発明における圧電性膜１３には、圧電性を有するあらゆる酸化物材料を用いることが可能であり、ＺｎＯの他に、例えば、ＰＺＴがある。特に、ＺｎＯは、圧電性に優れているため、材料として好ましいだけでなく、成膜の際に酸素を制御することで膜の性質を制御しやすい。
【００５１】
さらに、振動板１４は圧電性膜１３と同様のヤング率であると考えられることから、圧電性膜１３と振動板１４は設計上ほぼ同じ厚さであることが好ましい。特に、ユニモルフ構造として変位量を十分に出すためには、圧電性膜１３および振動板１４の厚さは１μｍ以上であることが望ましい。
【００５２】
本発明では、上述の第１実施例および第２実施例のように、圧電性膜１３から一部の酸素が欠損し、半導体化した膜を振動板１４として用いる。そのため、振動板１４が圧電性膜１３を構成する元素の全ての種類の元素を含み、圧電性膜１３と振動板１４の格子定数の整合性が高く、密着性が高まる。また、圧電性膜１３と振動板１４の熱膨張係数もほとんど変わらないため、製造プロセス中、圧電性膜１３と振動板１４との間で膜はがれを起こすことがない。
【００５３】
また、圧電性膜１３を成膜した後、大気に曝すことなく、成膜条件を変えて、振動板１４を連続して形成している。そのため、圧電性膜１３の露出面が大気中の酸素で酸化されることを防ぎ、圧電性膜１３と振動板１４との密着性がよくなる。
【００５４】
また、振動板１４を成膜によって形成するため、研磨する必要がなく、数μｍの厚みでも問題なく作製できる。振動板１４を設計する上で重要なヤング率も、圧電性膜１３と振動板１４でほとんど同じとして扱えるため、振動板１４の最適設計をしやすくなる。
【００５５】
さらに、振動板１４の上に電極を形成する際には、振動板１４と金属電極との間にショットキー障壁が形成されるが、酸素欠損によるキャリアー導入を十分に行って振動板１４の抵抗を十分に下げることにより、ショットキー障壁は数Ｖ以下のレベルになる。この数Ｖの電圧降下は、２０〜３０Ｖの駆動電圧では微小で、問題にならないレベルである。
【００５６】
（比較例）
本発明と従来技術とを比較するために、比較例として、従来の圧電素子について説明する。
【００５７】
まず、従来の圧電素子の構成について説明する。
【００５８】
図７は従来の圧電素子の一構成例を示す断面模式図である。
【００５９】
図７に示すように、圧電素子は、上部電極１２、圧電性膜１３、下部電極１５、および振動板２４が順に形成された構成である。振動板２５は、ガラスで形成され、下部電極１５の上に陽極接合や樹脂系接着剤等で接着される。なお、図７は基板１１上に圧電素子が形成された構成を示し、基板１１を溶解等で除去することにより、ユニモルフ構造の圧電素子が作製される。
【００６０】
次に、従来の圧電素子の製造方法について説明する。なお、第１実施例と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
第１実施例と同様にして、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の積層構造の上に、圧電性膜１３となる圧電性ＺｎＯ膜を３μｍ形成した。
【００６２】
続いて、圧電性ＺｎＯ膜の上に下部電極１５を形成した後、下部電極１５の上に、耐熱性および変形性の優れたガラスで形成された厚さ３０μｍの振動板２５をエポキシ系樹脂で貼り付けた。そして、貼り付けられたガラスをラッピング研磨にて厚さ５μｍまで研磨し、薄片化して、圧電素子を作製した。なお、ガラスを最適値の３μｍまで研磨すると、振動板割れが発生し、製品歩留まりが低下した。
【００６３】
次に、第１実施例と同様に、上記圧電素子を用いたインクジェットヘッドを作製し、作製したインクジェットヘッドの電極間に矩形波を印加したときの振動板２５の変位を測定したので、その結果について説明する。なお、本実施例におけるインクジェットヘッドの構成および製造方法は、第１実施例と同様なため、その詳細な説明を省略する。
【００６４】
作製したインクジェットヘッドに図６に示した矩形波を電極間に印加し、レーザードップラー変位計により圧力室２２の中央部付近の変位を測定した。測定の結果、変位は約０．００１μｍであった。この変位量は、第１実施例の場合の１／１０の値、第２実施例の場合の１／２０の値であり、第１実施例および第２実施例のいずれと比較しても少ない値であった。これは、振動板２５が最適値より厚くなり、振動板２５の剛性を低減できなかったためと考えられる。
【００６５】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００６６】
（実施態様１） 圧電性膜と、該圧電性膜の変位に依存して動作する振動板とを備えた圧電素子であって、
前記振動板が、前記圧電性膜を構成する全種類の元素を含み、かつ導電膜である圧電素子。
【００６７】
上記実施態様１の構成では、振動板が圧電性膜を構成する元素の全ての種類の元素を含んでいるため、圧電性膜と振動板の格子定数の整合性が高く、密着性が高まる。また、圧電性膜と振動板の熱膨張係数もほとんど変わらないため、両者の間で膜はがれを起こすことがない。さらに、振動板が導電膜であるため、振動板は、振動板に接触して形成される電極と同電位になり、電極に電圧が印加されると、圧電性膜を変化させる。
【００６８】
（実施態様２） 前記振動板と前記圧電性膜が連続して形成されている実施態様１記載の圧電素子。
【００６９】
上記実施態様２の構成では、振動板が圧電性膜を構成する元素の全ての種類の元素を含んでいるため、振動板と圧電性膜が連続して形成されると、圧電性膜と振動板の格子定数の整合性が高く、密着性が高まる。
【００７０】
（実施態様３） 前記圧電性膜として酸化物を用い、前記振動板として前記圧電性膜から一部の酸素が欠損している酸化物を用いる実施態様１または２記載の圧電素子。
【００７１】
上記実施態様３の構成では、振動板は、圧電性膜から一部の酸素が欠損している構造であるため、酸素が欠損することによって電子キャリアーが酸化物中に導入され、酸化物は絶縁性および圧電性を失って半導体化し、導電性を有する。
【００７２】
（実施態様４） 前記圧電性膜としてＺｎＯを用いる実施態様３に記載の圧電素子。
【００７３】
上記実施態様４の構成では、圧電性膜がＺｎＯであれば、より優れた圧電性を有するとともに、一部の酸素が欠損したＺｎＯ膜が振動板として形成される。
【００７４】
（実施態様５） 実施態様１乃至４のいずれか１に記載の圧電素子を用いたアクチュエーター。
【００７５】
（実施態様６） 実施態様５記載のアクチュエーターを用いた液滴吐出装置。
【００７６】
（実施態様７） 前記圧電性膜および前記振動板の成膜手段としてＲＦスパッタリングを用いる実施態様１乃至４のいずれか１に記載の圧電素子の製造方法。
【００７７】
上記実施態様７の構成では、ＲＦスパッタリングを成膜手段に用いることで、ガス圧による組成制御が容易になる。
【００７８】
（実施態様８） 前記振動板を、前記圧電性膜の成膜条件を変えることにより連続して形成する実施態様７記載の圧電素子の製造方法。
【００７９】
上記実施態様８の構成では、圧電性膜と振動板を連続して形成することで、圧電性膜の露出面が大気中の酸素により酸化されることがなく、圧電性膜と振動板との密着性がよくなる。
【００８０】
（実施態様９） 前記振動板を、前記圧電性膜の成膜後に形成する実施態様８記載の圧電素子の製造方法。
【００８１】
上記実施態様９の構成では、振動板が圧電性膜を構成する元素の全ての種類の元素を含んでいるため、圧電性膜と振動板の格子定数の整合性が高く、製造プロセス中での密着性が高まる。また、圧電性膜と振動板の熱膨張係数もほとんど変わらないため、製造プロセス中、両者の間で膜はがれを起こすことがない。
【００８２】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００８３】
本発明によれば、圧電性膜から一部の酸素が欠損した、半導体化した膜を振動板として用いることにより、圧電性膜と振動板との膜はがれを防止できる。
【００８４】
また、振動板と圧電性膜の物性値がほぼ等しく、理想的な設計が可能となるため、変位の非常に大きい、高品位な圧電素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の圧電素子の一構成例を示す断面模式図である。
【図２】Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の積層構造のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図３】ＺｎＯ膜のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図４】インクジェットヘッドの上部外観を示す模式図である。
【図５】圧電素子部におけるインクジェットヘッドの断面構造を示す模式図である。
【図６】圧電素子の電極に印加する矩形波の波形を示す図である。
【図７】従来の圧電素子の一構成例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 上部電極
１３ 圧電性膜
１４、２５ 振動板
１５ 下部電極
１６ 溝間部
１８ Ｓｉ基板
１９ 貫通孔
２０ インク供給室
２１ 連絡ノズル
２２ 圧力室
２３ 吐出ノズル
２４ 圧電素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric element used for an actuator, a sensor, a recording head of a recording apparatus, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, researches on devices such as piezoelectric elements, sensors, and nonvolatile memories utilizing physical properties such as piezoelectricity, pyroelectricity, and polarization inversion of ferroelectrics have been actively conducted. Among them, the piezoelectric element is used in a technique of ejecting ink by an ink jet recording apparatus (hereinafter, referred to as an ink jet printer), and enables high-speed, high-density, high-definition, high-quality recording, colorization and recording of a recorded image. It is also suitable for making the equipment compact. Therefore, the piezoelectric element has been applied to not only a printer serving as a recording device but also a copying machine, a facsimile, a calculator, and the like, and has achieved rapid development in recent years.
[0003]
On the other hand, demands for higher quality and higher definition recording technology for piezoelectric elements in the future are increasing. One method for realizing this is a piezoelectric element using a film having piezoelectricity (hereinafter, referred to as a piezoelectric film), and is expected to be applied to next-generation high-definition, high-definition recording technology. .
[0004]
A typical structure of a piezoelectric element using a piezoelectric film includes a bimorph structure and a unimorph structure that generate bending displacement. In particular, a unimorph structure in which a piezoelectric film and a vibration plate are bonded to each other has been widely used in ink jet printers and the like because of its simple structure and simple manufacturing.
[0005]
Various studies have been made on a method for manufacturing a piezoelectric film that is important for displacement of a piezoelectric element. As one of them, it is known that a thin film is formed as a reference for crystal orientation, and a crystal is grown on the thin film to form a film, thereby improving the crystallinity of the entire film (for example, see Patent Reference 1). Similarly, a method of forming PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ) oriented in the (100) plane by controlling the precursor decomposition temperature of the sol-gel method for the purpose of improving crystallinity is known (for example, , Patent Document 2). It is also known that spontaneous polarization opposing the internal charge distribution occurs by controlling the composition in the thickness direction (for example, see Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-290983 [Patent Document 2]
JP-A-11-220185 [Patent Document 3]
JP-A-8-186182
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a piezoelectric element having a unimorph structure using a piezoelectric film, a method is generally used in which a glass material excellent in heat resistance and deformability is polished into a thin piece and bonded to the piezoelectric film, and the thin piece is used as a diaphragm. . However, when a piezoelectric film having a thickness of about several μm is used, the diaphragm must be thinned to about several μm, but it is very difficult to thin a glass material to several μm by polishing.
[0008]
There is also a method of using a highly rigid metal such as Cr for the diaphragm in a flake state that does not require polishing. However, in a heat treatment or the like in a later process, the film is easily peeled due to a difference from a coefficient of thermal expansion of the piezoelectric film. There is a problem. Although a method of forming the electrode into a thick film to form a vibrating plate is conceivable, generally, the electrode is a noble metal such as Pt, and it is impractical to form a film having a thickness of several μm because the cost is too high. Further, there is also a problem that the adhesion to the piezoelectric film is weak, and the film peels off.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional technology as described above, when manufacturing a piezoelectric element, it is possible to control the thickness so as to obtain a large displacement, the film does not peel, It is another object of the present invention to provide a piezoelectric element including a vibration plate having a high production yield.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric element of the present invention for achieving the above object is a piezoelectric element including a piezoelectric film and a diaphragm that operates depending on the displacement of the piezoelectric film,
The vibration plate includes all kinds of elements constituting the piezoelectric film, and is a conductive film.
[0011]
In the present invention configured as described above, since the diaphragm contains all kinds of elements constituting the piezoelectric film, the lattice constant between the piezoelectric film and the diaphragm is high, and the adhesion is high. Increase. In addition, since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric film and the diaphragm hardly change, the film does not peel off between the two. Further, since the diaphragm is a conductive film, the diaphragm has the same potential as an electrode formed in contact with the diaphragm, and changes the piezoelectric film when a voltage is applied to the electrode.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The piezoelectric element of the present invention is characterized in that a semiconductor film in which a part of oxygen is lost from a piezoelectric film and which has lost piezoelectricity is used for a diaphragm.
[0013]
(First embodiment)
The configuration of the piezoelectric element of this embodiment will be described.
[0014]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of the piezoelectric element of the present embodiment.
[0015]
As shown in FIG. 1, the piezoelectric element of the present embodiment has a configuration in which an upper electrode 12, a piezoelectric film 13, a vibration plate 14, and a lower electrode 15 are sequentially formed. FIG. 1 shows a structure in which a piezoelectric element is formed on a substrate 11, and a unimorph structure piezoelectric element is manufactured by removing the substrate 11 by melting or the like.
[0016]
Next, a method for manufacturing the piezoelectric element of this embodiment will be described.
[0017]
A Pt (111) / Ti / MgO substrate is laminated on a MgO single crystal substrate (hereinafter, referred to as an MgO substrate) as a substrate 11 by sequentially forming Ti and Pt as an adhesion layer by RF sputtering. Form the structure. Note that Pt (111) / Ti, which is a laminated film of Pt and Ti, forms the upper electrode 12.
[0018]
FIG. 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a laminated structure of a Pt (111) / Ti / MgO substrate. As shown in FIG. 2, it can be seen that an oriented Pt film is formed on the (111) plane.
[0019]
Subsequently, the piezoelectric film 13 was formed on the Pt film by RF sputtering under a substrate heater thermocouple temperature = 300 ° C., an indicated Ar gas pressure of 2.0 Pa, and oxygen mixed with Ar at a flow rate of 50%. A 3 μm thick ZnO film was formed. Hereinafter, the ZnO film serving as the piezoelectric film 13 is referred to as a piezoelectric ZnO film.
[0020]
FIG. 3A is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the piezoelectric ZnO film. As shown in the graph of FIG. 3A, there is ZnO or the like oriented in the (100) plane, but ZnO is preferentially oriented in the (002) plane.
[0021]
When the resistance of a single film formed under the same film forming conditions as the piezoelectric ZnO film was measured at four terminals, the resistance value was higher as the measurement limit was exceeded, and the piezoelectric ZnO film was a perfect insulator.
[0022]
After the piezoelectric ZnO film is formed, the introduction of oxygen is cut from the film forming conditions of the piezoelectric ZnO film while the plasma discharge is stabilized, and the film is formed by using only the inert gas Ar as the film to be introduced. As the plate 14, a 3 μm-thick ZnO film was formed as a semiconductor by partially deficient oxygen from the piezoelectric ZnO film. In the piezoelectric ZnO film, x of ZnO x is 1. On the other hand, this semiconductor ZnO film has a structure in which part of oxygen is missing from the piezoelectric ZnO film, so that x is smaller than 1. Has become. Hereinafter, the ZnO film that has been made into a semiconductor is referred to as a semiconductor ZnO film.
[0023]
FIG. 3B is a graph showing an X-ray diffraction pattern of the semiconductor ZnO film.
[0024]
As shown in the graph of FIG. 3B, it can be seen that a preferentially oriented ZnO film was formed on the (002) plane. When the resistance of a single film formed on the electrode under the same film forming conditions as that of the semiconductor ZnO film is measured at four terminals, the resistance value is sufficiently low, the base electrode and the surface of the semiconductor ZnO film conduct, and the semiconductor ZnO film becomes conductive. Had.
[0025]
After the formation of the semiconductor ZnO film, the lower electrode 15 was formed on the semiconductor ZnO film, and the piezoelectric element shown in FIG. 1 was manufactured.
[0026]
In this embodiment, as described above, after the piezoelectric film 13 is formed, by forming the film in an inert atmosphere, the vibration plate 14 which becomes a film in which oxygen is partially lost from the piezoelectric film 13 is formed. I do. At this time, electron carriers are introduced into the oxide due to lack of oxygen in the oxide of the vibration plate 14, the oxide loses insulating properties and piezoelectricity and becomes a semiconductor, and the vibration plate 14 has conductivity. become. In addition, since oxygen deficiency occurs during film formation, the crystal structure is not largely destroyed. Therefore, when the diaphragm 14 has the same potential as the lower electrode 15 and a voltage is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 15, the piezoelectric film 13 is changed.
[0027]
Next, the configuration of an ink discharging head (hereinafter, referred to as an ink jet head) which is an example of a droplet discharging apparatus using the piezoelectric element will be described.
[0028]
FIG. 4 is a schematic view showing an upper appearance of the inkjet head.
[0029]
As shown in FIG. 4, the ink jet head includes an ink supply chamber 20, a communication nozzle 21, a pressure chamber 22, and a discharge nozzle 23 formed on the surface of a silicon substrate (hereinafter, referred to as a Si substrate) 18 having a plane orientation (100). And a piezoelectric element 24 formed on the pressure chamber 22. The ink supply chamber 20, the communication nozzle 21, the pressure chamber 22, and the discharge nozzle 23 are covered with the lower electrode 15 of the piezoelectric element 24. The ink supply chamber 20 is connected to a through hole 19 formed in the lower electrode 15, and ink is supplied from an ink tank (not shown) via the through hole 19. The pressure chambers 22 have a depth of about 20 μm, an upper width of about 30 μm, and a length of about 3000 μm, and are provided at a pitch of 1 mm in the vertical direction in the drawing.
[0030]
With the above configuration, ink supplied from an ink tank (not shown) to the ink supply chamber 20 via the through hole 19 is stored in the pressure chamber 22 via the communication nozzle 21.
[0031]
FIG. 5 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the inkjet head in the piezoelectric element portion.
[0032]
As shown in FIG. 5, a groove serving as the pressure chamber 22 is formed on the surface of the Si substrate 18 with a triangular cross section. When a voltage is applied between the electrodes of the piezoelectric element 24, the piezoelectric film 13 is deformed, and the vibration plate 14 pushes the lower electrode 15 in the direction of the pressure chamber 22, and the ink stored in the pressure chamber 22 is discharged from the discharge nozzle 23. Discharge.
[0033]
The actuator is composed of the piezoelectric element 24 and the pressure chamber 22. In this actuator, the volume of the pressure chamber 22 changes when the vibration plate 14 of the piezoelectric element 24 is deformed.
[0034]
Next, a method for manufacturing the inkjet head having the above configuration will be described.
[0035]
Using an anisotropic etching technique, a connection nozzle 21 and a discharge nozzle 23 serving as ink flow paths, and grooves serving as ink supply chambers 20 and pressure chambers 22 were formed on a 400 μm-thick Si substrate 18. The surface of the lower electrode 15 of the piezoelectric element 24 was aligned with the surface of the grooved Si substrate 18, and the piezoelectric element 24 was bonded to the Si substrate 18 with an epoxy-based adhesive.
[0036]
Subsequently, the MgO substrate serving as the substrate 11 is completely dissolved with hot phosphoric acid, and a resist pattern matching the pattern covering the pressure chamber 22 formed on the Si substrate 18 in the photolithography process is formed on the Pt / Ti serving as the upper electrode 12. The Pt / Ti gap 16 was removed by dry etching. After removing the resist pattern, the piezoelectric ZnO film and the semiconductor ZnO film were etched with hydrochloric acid along the formed Pt / Ti pattern. Thus, an ink jet head having a cross-sectional structure shown in FIG. 5 was manufactured.
[0037]
Next, the displacement of the diaphragm 14 when a general rectangular wave was applied between the electrodes of the manufactured inkjet head was measured, and the results will be described.
[0038]
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a rectangular wave applied between the electrodes of the piezoelectric element.
[0039]
As shown in FIG. 6, the rectangular wave has a voltage Vp−p = 30 V, a frequency of 1 KHz, and a pulse width of 10 μsec. 6 was applied between the electrodes of the piezoelectric element 24, and the displacement near the center of the pressure chamber 22 was measured by a laser Doppler displacement meter. As a result of the measurement, the displacement was about 0.01 μm. This indicates that the semiconductor ZnO film of the piezoelectric element 24 operated as the diaphragm 14 when a voltage was applied to the electrode.
[0040]
(Second embodiment)
In this embodiment, a piezoelectric element was manufactured by changing the thicknesses of the piezoelectric ZnO and the semiconductor ZnO and the film formation conditions of the semiconductor ZnO as compared with the first embodiment. In particular, when the semiconductor ZnO serving as the vibration plate is formed, the first embodiment has an atmosphere containing only Ar, whereas the first embodiment has an atmosphere in which hydrogen is mixed with Ar at a flow rate of 1%. is there.
[0041]
Since the cross-sectional structure of the piezoelectric element in this embodiment is the same as that in FIG. 1, the description of the configuration of the piezoelectric element is omitted.
[0042]
Next, a method for manufacturing a piezoelectric element according to this embodiment will be described. The detailed description of the same steps as in the first embodiment is omitted.
[0043]
First, a piezoelectric ZnO film oriented preferentially to the (002) plane under the same film forming conditions as the piezoelectric film 13 of the first embodiment was formed on a laminated structure composed of a Pt (111) / Ti / MgO substrate. 10 μm is formed. Subsequently, the introduction of oxygen is cut while the plasma discharge is stabilized, and a semiconductor in which a portion of oxygen has been lost from the piezoelectric ZnO film under an atmosphere in which hydrogen as a reducing gas is mixed at a flow rate of 1% with respect to Ar. A ZnO film was formed to a thickness of 10 μm.
[0044]
When the resistances of the piezoelectric ZnO film and the semiconductor ZnO film alone were measured in the same manner as in the first example, the piezoelectric ZnO film was a perfect insulator, whereas the semiconductor ZnO film had a sufficiently low resistance. . The semiconductor ZnO film had electrical conductivity between the underlying electrode and the film surface and had conductivity as in the first embodiment.
[0045]
After the formation of the semiconductor ZnO film, the lower electrode 15 was formed on the semiconductor ZnO film, and the piezoelectric element shown in FIG. 1 was manufactured.
[0046]
In this embodiment, as described above, after the piezoelectric film 13 is formed, the diaphragm 14 is formed in a reducing atmosphere so that the piezoelectric film 13 becomes a film in which a part of oxygen is lost. I do. At this time, electron carriers are introduced into the oxide due to lack of oxygen in the oxide of the vibration plate 14, the oxide loses insulating properties and piezoelectricity and becomes a semiconductor, and the vibration plate 14 has conductivity. become. In addition, since oxygen deficiency occurs during film formation, the crystal structure is not largely destroyed. Therefore, as in the first embodiment, when the diaphragm 14 has the same potential as the lower electrode 15 and a voltage is applied between the upper electrode 12 and the lower electrode 15, the piezoelectric film 13 is changed.
[0047]
Next, as in the first embodiment, an inkjet head using the above-described piezoelectric element was manufactured, and the displacement of the diaphragm 14 when a rectangular wave was applied between the electrodes of the manufactured inkjet head was measured. Will be described. The configuration and manufacturing method of the ink jet head according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
[0048]
A rectangular wave shown in FIG. 6 was applied between the electrodes to the produced inkjet head, and the displacement near the center of the pressure chamber 22 was measured by a laser Doppler displacement meter. As a result of the measurement, the displacement was about 0.02 μm. This indicates that the semiconductor ZnO film of the piezoelectric element 24 operated as the diaphragm 14 as in the first embodiment.
[0049]
Note that any film formation method can be applied to the formation of the piezoelectric film 13 and the vibration plate 14 in the present invention. Examples of the film formation method include RF sputtering, ion beam sputtering, ion plating, EB evaporation, plasma CVD, and the like. MO-CVD and laser ablation. In any of the film formation methods, it is possible to form a film by removing part of oxygen during oxide film formation in an inert atmosphere or a reducing atmosphere. In particular, RF sputtering, whose composition can be easily controlled by gas pressure, is preferable.
[0050]
Further, for the piezoelectric film 13 in the present invention, any oxide material having piezoelectricity can be used, and for example, PZT is used in addition to ZnO. In particular, ZnO is excellent in piezoelectricity and therefore not only is preferable as a material, but also easily controls the properties of the film by controlling oxygen during film formation.
[0051]
Further, since the diaphragm 14 is considered to have the same Young's modulus as the piezoelectric film 13, it is preferable that the piezoelectric film 13 and the diaphragm 14 have substantially the same thickness in design. In particular, in order to obtain a sufficient displacement as a unimorph structure, it is desirable that the thickness of the piezoelectric film 13 and the diaphragm 14 be 1 μm or more.
[0052]
In the present invention, as in the above-described first and second embodiments, a film in which a part of oxygen is lost from the piezoelectric film 13 and made into a semiconductor is used as the diaphragm 14. Therefore, the vibration plate 14 includes all kinds of elements constituting the piezoelectric film 13, and the lattice constant of the piezoelectric film 13 and the vibration plate 14 have high consistency and the adhesion is improved. Further, since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric film 13 and the vibration plate 14 hardly change, the film does not peel off between the piezoelectric film 13 and the vibration plate 14 during the manufacturing process.
[0053]
After the piezoelectric film 13 is formed, the diaphragm 14 is continuously formed without exposing the film to the atmosphere and changing the film forming conditions. Therefore, the exposed surface of the piezoelectric film 13 is prevented from being oxidized by oxygen in the atmosphere, and the adhesion between the piezoelectric film 13 and the vibration plate 14 is improved.
[0054]
Further, since the vibration plate 14 is formed by film formation, there is no need for polishing, and a thickness of several μm can be produced without any problem. The Young's modulus, which is important in designing the diaphragm 14, can be treated as substantially the same between the piezoelectric film 13 and the diaphragm 14, so that the optimum design of the diaphragm 14 is facilitated.
[0055]
Furthermore, when an electrode is formed on the vibration plate 14, a Schottky barrier is formed between the vibration plate 14 and the metal electrode. Is sufficiently lowered, the Schottky barrier becomes a level of several volts or less. This voltage drop of several volts is small at a driving voltage of 20 to 30 volts, and is a level that does not cause a problem.
[0056]
(Comparative example)
In order to compare the present invention with the conventional technology, a conventional piezoelectric element will be described as a comparative example.
[0057]
First, the configuration of a conventional piezoelectric element will be described.
[0058]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing one configuration example of a conventional piezoelectric element.
[0059]
As shown in FIG. 7, the piezoelectric element has a configuration in which an upper electrode 12, a piezoelectric film 13, a lower electrode 15, and a diaphragm 24 are sequentially formed. The vibration plate 25 is formed of glass, and is bonded to the lower electrode 15 by anodic bonding or a resin-based adhesive. Note that FIG. 7 shows a configuration in which a piezoelectric element is formed on a substrate 11, and a unimorph structure piezoelectric element is manufactured by removing the substrate 11 by melting or the like.
[0060]
Next, a conventional method for manufacturing a piezoelectric element will be described. The detailed description of the same steps as in the first embodiment is omitted.
[0061]
In the same manner as in the first example, a 3 μm-thick piezoelectric ZnO film serving as the piezoelectric film 13 was formed on the laminated structure of the Pt (111) / Ti / MgO substrate.
[0062]
Subsequently, after the lower electrode 15 is formed on the piezoelectric ZnO film, a 30 μm thick diaphragm 25 made of glass having excellent heat resistance and deformability is formed on the lower electrode 15 with an epoxy resin. Pasted. Then, the attached glass was polished to a thickness of 5 μm by lapping polishing, and thinned to produce a piezoelectric element. When the glass was polished to the optimum value of 3 μm, the diaphragm cracked and the product yield was reduced.
[0063]
Next, similarly to the first embodiment, an ink jet head using the piezoelectric element was manufactured, and the displacement of the diaphragm 25 when a rectangular wave was applied between the electrodes of the manufactured ink jet head was measured. Will be described. The configuration and manufacturing method of the ink jet head according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
[0064]
A rectangular wave shown in FIG. 6 was applied between the electrodes to the produced inkjet head, and the displacement near the center of the pressure chamber 22 was measured by a laser Doppler displacement meter. As a result of the measurement, the displacement was about 0.001 μm. This displacement amount is 1/10 the value of the first embodiment and 1/20 the value of the second embodiment, and is smaller than any of the first embodiment and the second embodiment. Value. It is considered that this is because the diaphragm 25 became thicker than the optimum value, and the rigidity of the diaphragm 25 could not be reduced.
[0065]
Examples of embodiments of the present invention are listed below.
[0066]
(Embodiment 1) A piezoelectric element including a piezoelectric film and a diaphragm that operates depending on displacement of the piezoelectric film,
A piezoelectric element in which the vibration plate contains all kinds of elements constituting the piezoelectric film and is a conductive film.
[0067]
In the configuration of the first embodiment, since the diaphragm contains all kinds of elements constituting the piezoelectric film, the lattice constant between the piezoelectric film and the diaphragm is highly matched, and the adhesion is improved. In addition, since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric film and the diaphragm hardly change, the film does not peel off between the two. Further, since the diaphragm is a conductive film, the diaphragm has the same potential as an electrode formed in contact with the diaphragm, and changes the piezoelectric film when a voltage is applied to the electrode.
[0068]
(Embodiment 2) The piezoelectric element according to embodiment 1, wherein the vibration plate and the piezoelectric film are formed continuously.
[0069]
In the configuration of the second embodiment, since the vibration plate contains all kinds of elements constituting the piezoelectric film, if the vibration plate and the piezoelectric film are formed continuously, The consistency of the lattice constant of the plate is high, and the adhesion is enhanced.
[0070]
(Embodiment 3) The piezoelectric element according to embodiment 1 or 2, wherein an oxide is used as the piezoelectric film, and an oxide in which oxygen is partially missing from the piezoelectric film is used as the vibration plate.
[0071]
In the configuration of the third embodiment, since the vibration plate has a structure in which a portion of oxygen is missing from the piezoelectric film, electron carriers are introduced into the oxide due to the lack of oxygen, and the oxide is insulated. It loses its properties and piezoelectricity to become a semiconductor and has conductivity.
[0072]
(Embodiment 4) The piezoelectric element according to embodiment 3, wherein ZnO is used as the piezoelectric film.
[0073]
In the configuration of the fourth embodiment, when the piezoelectric film is ZnO, a ZnO film having more excellent piezoelectric properties and a partial oxygen deficiency is formed as a diaphragm.
[0074]
(Embodiment 5) An actuator using the piezoelectric element according to any one of Embodiments 1 to 4.
[0075]
(Embodiment 6) A droplet discharging apparatus using the actuator according to Embodiment 5.
[0076]
(Embodiment 7) The method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of Embodiments 1 to 4, wherein RF sputtering is used as film forming means for the piezoelectric film and the diaphragm.
[0077]
In the configuration of the seventh embodiment, the composition control by the gas pressure is facilitated by using RF sputtering as the film forming means.
[0078]
(Embodiment 8) The method for manufacturing a piezoelectric element according to embodiment 7, wherein the vibration plate is continuously formed by changing film forming conditions of the piezoelectric film.
[0079]
In the configuration of the eighth embodiment, by forming the piezoelectric film and the diaphragm continuously, the exposed surface of the piezoelectric film is not oxidized by oxygen in the atmosphere, and the piezoelectric film and the diaphragm Adhesion improves.
[0080]
(Embodiment 9) The method of manufacturing a piezoelectric element according to Embodiment 8, wherein the vibration plate is formed after the piezoelectric film is formed.
[0081]
In the configuration of the ninth embodiment, since the vibration plate includes all kinds of elements constituting the piezoelectric film, the lattice constant of the piezoelectric film and the vibration plate has high consistency, and the vibration constant during the manufacturing process is high. Adhesion increases. In addition, since the thermal expansion coefficients of the piezoelectric film and the diaphragm hardly change, the film does not peel off between the two during the manufacturing process.
[0082]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0083]
According to the present invention, the use of a semiconductor film in which a portion of oxygen is deficient from the piezoelectric film as a diaphragm can prevent peeling of the film between the piezoelectric film and the diaphragm.
[0084]
In addition, since the physical property values of the diaphragm and the piezoelectric film are almost equal, and an ideal design is possible, a high-quality piezoelectric element having extremely large displacement can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a piezoelectric element according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a laminated structure of a Pt (111) / Ti / MgO substrate.
FIG. 3 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a ZnO film.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an external appearance of an upper portion of the inkjet head.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of an inkjet head in a piezoelectric element portion.
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a rectangular wave applied to an electrode of a piezoelectric element.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a conventional piezoelectric element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Upper electrode 13 Piezoelectric film 14, 25 Vibration plate 15 Lower electrode 16 Inter-groove 18 Si substrate 19 Through hole 20 Ink supply chamber 21 Communication nozzle 22 Pressure chamber 23 Discharge nozzle 24 Piezoelectric element
