JP2004214282A

JP2004214282A - 圧電素子

Info

Publication number: JP2004214282A
Application number: JP2002379592A
Authority: JP
Inventors: Takatsugi Wada; 隆亜和田; Tamayoshi Kurashima; 玲伊倉島; Masatake Akaike; 正剛赤池; Takehiko Kawasaki; 岳彦川崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】非加熱成膜・アニールによる圧電性膜でも高配向性を実現し、かつ製造過程での圧電性膜へのダメージを軽減した、高信頼性・高品質な圧電素子を提供する。
【解決手段】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、およびＭｇのうち少なくともいずれか二つの元素、ならびにＰｂを主成分として含む圧電性膜１４を有する圧電素子であって、上記圧電性膜１４とその主成分が同一で、かつ圧電性膜１４より腐蝕に強いシーズ層１３が圧電性膜１４と積層された構成である。
【選択図】図１

Description

【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）。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２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２９０９８３号公報
【特許文献２】
特開平８−１８６１８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
圧電性膜は一般に複合酸化物であるため、その特性を最大限に引き出すためには組成の合わせ込みが重要である。組成を合わせ込むためには、温度による原子の再蒸発や基板付着への影響が少ないように、高温を避けた、室温から２００℃程度での非加熱成膜を行い、成膜後にアニールする方法が望ましい。
【０００７】
また、比較的厚さを要する圧電素子用の膜を形成する場合には、加熱して結晶化させながら成膜する方法よりも、非加熱で成膜を行う方が成膜速度が速いため、量産化を考えると有利である。
【０００８】
しかし、非加熱成膜した後にアニールする方法では、成膜時に膜がアモルファスになり、アニール時に結晶核が膜中のいたるところに発生してしまうため、無配向になり、結晶性の高い圧電性膜を得るのは困難である。
【０００９】
また、圧電素子を作製するためには、基板上に電極を形成し、その電極上に圧電性膜を成膜するのが一般的であるが、基板を除去する際に強酸・強アルカリの溶液を用いるため、これらの溶液による圧電性膜へのダメージも問題となる。
【００１０】
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、非加熱成膜・アニールによる圧電性膜でも高配向性を実現し、かつ製造過程での圧電性膜へのダメージを軽減した、高信頼性・高品質な圧電素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、およびＭｇのうち少なくともいずれか二つの元素、ならびにＰｂを主成分として含む圧電性膜を有する圧電素子であって、
前記圧電性膜と前記主成分が同一で、かつ該圧電性膜より腐蝕に強いシーズ層が前記圧電性膜と積層された構成である。
【００１２】
上記のように構成される本発明では、シーズ層は圧電性膜と主成分が同じであるため、圧電性膜と格子定数のマッチングが取れ、腐蝕に強いシーズ層は配向性が高く、シーズ層が圧電性膜と積層されることで、圧電性膜の結晶配向性がシーズ層に倣って高くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電素子は、圧電性膜と主成分が同じで、かつ腐蝕に強い層を圧電性膜の結晶配向のためのシーズ層とすることを特徴とする。
【００１４】
（第１実施例）
本実施例の圧電性膜について説明する。
【００１５】
図１は本実施例の圧電性膜の断面構造を示す模式図である。
【００１６】
図１は、基板１１上に上部電極１２および圧電性膜１４が形成され、上部電極１２と圧電性膜１４の間に圧電性膜１４の結晶化の際に結晶配向の基準となるシーズ層１３が形成された構成を示す。シーズ層１３は、圧電性膜１４と主成分が同じで、かつ腐蝕に強い膜である。
【００１７】
次に、上記圧電性膜１４を用いた圧電素子の構成について説明する。
【００１８】
図２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。
【００１９】
図２に示すように、本実施例の圧電素子は、下部電極１５、圧電性膜１４、シーズ層１３、および上部電極１２が順に形成された構成である。図１に示した圧電性膜１４上に下部電極１５が形成された後、基板１１を溶解等で除去し、続いて、図２に示す素子分離部２６を除去することで、複数の圧電素子が作製される。
【００２０】
次に、本実施例の圧電素子の製造方法について説明する。
【００２１】
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／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／Ｔｉは上部電極１２を構成する。
【００２２】
続いて、Ｐｔ膜上に、ＲＦスパッタリングにおいて、室温、表示Ａｒガス圧０．３Ｐａの条件で、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ_xＴｉ_1-xＯ₃）と主成分が同じシーズ層１３を０．１μｍ形成した。
【００２３】
図３はＡｒガス圧と膜組成比の関係を示すグラフである。図３に示すように、形成される膜は、適正なＡｒガス圧ではＰｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）とほぼ等しい、理想的な組成比になるが、Ａｒガス圧を下げることによりＰｂの割合が減少する。
【００２４】
図４は各成膜条件における膜の組成比および熱リン酸溶解性を示す表である。
図４に示すように、室温、表示Ａｒガス圧０．３Ｐａの条件でシーズ層１３を成膜すると、（Ｚｒ＋Ｔｉ）の原子数１．０に対して、Ｐｂの原子数が０．８であり、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない。また、シーズ層１３は熱リン酸に対して溶け難い膜になっている。
【００２５】
上述のようにして、シーズ層１３を形成した後、スパッタリング装置の成膜室から基板を取り出し、酸素雰囲気、７５０℃、３０ｍｉｎのアニールを行った。
【００２６】
ここで、ＰＺＴ結晶配向のＡｒガス圧依存性について説明する。
【００２７】
図５は、Ｐｔ（１１１）のＸ線ピーク強度に対する、ＰＺＴ各配向面のＸ線ピーク強度比を示すグラフである。なお、Ｘ線回折パターンの測定に用いたシーズ層は、Ａｒガス圧の条件を０．５〜２．０Ｐａの範囲で変化させ、条件毎に成膜し、その後、酸素雰囲気、７５０℃、３０ｍｉｎのアニールを行ったものである。
【００２８】
図５に示すように、成膜時のＡｒガス圧が低く、Ｐｂが（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない場合、アニール後のＰＺＴ（１００）およびＰＺＴ（２００）のＸ線ピーク強度が非常に強くなる。また、ＰＺＴ（２１０）およびＰＺＴ（２１１）のＸ線ピーク強度は弱くなる。そのため、結晶の優先配向性が大きく上昇していることがわかる。なお、図５に示さないが、ＰＺＴ（００１）およびＰＺＴ（００２）のＸ線ピーク強度も強く、ＰＺＴ（１００）（００１）およびＰＺＴ（２００）（００２）に優先配向している。
【００２９】
シーズ層１３のアニールの後、シーズ層１３上に、室温、表示Ａｒガス圧３．０Ｐａの条件で、圧電性膜１４として、理想的な組成比のＰＺＴ膜を３μｍ形成した。その後、酸素雰囲気、昇降温速度１℃／ｍｉｎ、処理温度７００℃、５ｈｒのアニールを行い、ＰＺＴ（００１）およびＰＺＴ（００２）に強く配向したＰＺＴ膜を形成した。
【００３０】
続いて、ＰＺＴ膜上に下部電極１５をＲＦスパッタリングにより形成し、厚さ３０μｍの耐熱性および変形性の優れたガラスを下部電極１５にエポキシ系樹脂で接着した。続いて、接着したガラスをラッピング研磨にて５μｍに研磨し、薄片化して振動板１７を形成し、ユニモルフ構造の圧電素子を作製した。
【００３１】
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。
【００３２】
図６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。
【００３３】
図６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は振動板１７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。
【００３４】
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。
【００３５】
図７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。
【００３６】
図７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１４が変形して、振動板１７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。
【００３７】
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１７が変形することで、圧力室２２の体積が変化する。
【００３８】
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。
【００３９】
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の振動板１７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。
【００４０】
続いて、熱リン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）で基板１１となるＭｇＯ基板を完全に溶解した。ここで、図４に示すように、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない場合には熱リン酸にもほとんど溶解しないため、シーズ層１３はストップエッチ層として機能した。
【００４１】
その後、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、フッ硝酸によりＰＺＴをエッチングした。このようにして、図７に示した断面構造のインクジェットヘッドを作製した。
【００４２】
本実施例では、上述のようにして、圧電性膜１４と同じ主成分で、その組成を変化させて理想的な組成からずらすことで、酸・アルカリに溶け難く、高配向性な層を、圧電性膜１４の成膜前に形成する。この層を格子定数のマッチングの取れたシーズ層として利用することで、全体的に配向性が高く、理想的な組成の圧電性膜１４を形成できる。
【００４３】
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１７の変位を測定したので、その結果について説明する。
【００４４】
図８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。
【００４５】
図８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８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０．１５μｍであった。この変位量はインクジェット用の圧電素子として十分な値である。
【００４６】
また、圧力室２２にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を充填して、圧電素子２４を動作させることで、ＩＰＡの液滴が吐出することを確認した。
【００４７】
（第２実施例）
本実施例では、シーズ層および圧電性膜を連続して形成した後、アニールを行ったことを特徴とする。
【００４８】
本実施例における圧電素子の断面構造は、図２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。
【００４９】
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。
【００５０】
まず、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板からなる積層構造の上に、第１実施例と同様に、室温、表示Ａｒガス圧０．３Ｐａの条件で、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ないシーズ層１３を０．１μｍ形成する。続いて、プラズマ放電を安定させたまま、成膜条件のうち表示Ａｒガス圧を３．０Ｐａにして、圧電性膜１４として、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）とほぼ等しいＰＺＴ膜を３μｍ形成した。
【００５１】
その後、酸素雰囲気、昇降温速度１℃／ｍｉｎ、処理温度７００℃、５ｈｒのアニール処理を行い、ＰＺＴ（００１）およびＰＺＴ（００２）に強く配向したＰＺＴ膜を形成した。アニール処理の後、第１実施例と同様に、ＰＺＴ膜上に下部電極１５および振動板１７を形成し、圧電素子を作製した。
【００５２】
次に、上記圧電素子を用いたインクジェットヘッドを作製したので説明する。
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。
【００５３】
厚さ４００μｍのＳｉ基板１８上に、第１実施例と同様にして、連絡ノズル２１、吐出ノズル２３、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の振動板１７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。
【００５４】
続いて、熱リン酸で基板１１となるＭｇＯ基板を完全に溶解した。ここで、図４に示したように、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない場合には熱リン酸にほとんど溶解しないため、シーズ層１３はストップエッチ層として機能した。
【００５５】
その後、第１実施例と同様に、上部電極１２およびＰＺＴ膜を所定のパターンにエッチングして、図７に示した断面構造のインクジェットヘッドを作製した。
【００５６】
本実施例では、上述のように、圧電性膜１４と同じ主成分で、その組成を変化させ、原子数において、Ｐｂ＜（Ｚｒ＋Ｔｉ）の組成にすることで、酸・アルカリに溶け難く、高配向性な層を形成し、この層と連続して圧電性膜１４を成膜した後、アニールを行っている。このようにして、高配向性な層を格子定数のマッチングの取れたシーズ層として利用することで、全体的に配向性が高く、理想的な組成の圧電性膜１４を形成できる。
【００５７】
次に、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１７の変位を測定したので、その結果について説明する。
【００５８】
作製したインクジェットヘッドに図８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０．１０μｍであった。この変位量は、第１実施例の場合より小さいが、インクジェット用の圧電素子として十分な値である。また、圧力室２２にＩＰＡを充填して、圧電素子２４を動作させることで、ＩＰＡの液滴が吐出することを確認した。
【００５９】
（第３実施例）
本実施例は加熱した基板にシーズ層を形成したことを特長とする。
【００６０】
本実施例における圧電素子の断面構造は、図２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。
【００６１】
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。
【００６２】
まず、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板からなる積層構造の上に、ＲＦスパッタリングを用いて、基板ヒーター熱電対温度＝６００℃、表示Ａｒガス圧３．０Ｐａで、シーズ層１３を０．０１μｍ形成した。このシーズ層１３は、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少なく、理想的なＰＺＴ組成からはずれているが、ＰＺＴより腐蝕に強く、また結晶性が非常に高く、ＰＺＴ（１１１）に優先配向していた。図４に示すように、上記成膜条件における膜の組成比は、（Ｚｒ＋Ｔｉ）の原子数１．０に対して、Ｐｂの原子数が０．７であった。
【００６３】
続いて、プラズマ放電を安定させたまま、基板ヒーターをＯＦＦにしたところ、基板ヒーター熱電対温度は、急激に２００℃以下まで下がり、その後緩やかに室温まで下がり続けた。基板温度を下げながら非加熱で圧電性膜１４を成膜し、ほぼ理想的な組成比のＰＺＴ膜を３μｍ形成した。その後、ＰＺＴ膜を、酸素雰囲気中、昇降温速度１℃／ｍｉｎ、７００℃、５ｈｒのアニール処理を行って結晶化し、ＰＺＴ（１１１）に優先配向させた。
【００６４】
上記アニール処理の後、第１実施例と同様に、ＰＺＴ膜上に下部電極１５および振動板１７を形成し、圧電素子を作製した。
【００６５】
次に、上記圧電素子を用いたインクジェットヘッドを作製したので説明する。
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。
【００６６】
厚さ４００μｍのＳｉ基板１８上に、第１実施例と同様にして、連絡ノズル２１、吐出ノズル２３、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の振動板１７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。
【００６７】
続いて、熱リン酸で基板１１となるＭｇＯ基板を完全に溶解した。ここで、図４に示したように、Ｐｂの割合が（Ｚｒ＋Ｔｉ）より少ない場合には熱リン酸にほとんど溶解しないため、シーズ層１３はストップエッチ層として機能した。
【００６８】
その後、第１実施例と同様に、上部電極１２およびＰＺＴ膜を所定のパターンにエッチングして、図７に示した断面構造のインクジェットヘッドを作製した。
【００６９】
本実施例では、上述のようにして、基板を加熱して、圧電性膜１４と同じ主成分で、その組成を変化させ、原子数においてＺｒ＋Ｔｉ＝１．０として、０．７≦Ｐｂ＜（Ｚｒ＋Ｔｉ）の組成にすることで、酸・アルカリに溶け難く、高配向性な層を形成する。この層を格子定数のマッチングの取れたシーズ層として利用することで、全体的に配向性が高く、理想的な組成の圧電性膜１４を形成できる。
【００７０】
次に、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１７の変位を測定したので、その結果について説明する。
【００７１】
作製したインクジェットヘッドに図８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０．１３μｍであった。この変位量はインクジェット用の圧電素子として十分な値である。また、圧力室２２にＩＰＡを充填して、圧電素子２４を動作させることで、ＩＰＡの液滴の吐出を確認した。
【００７２】
なお、本発明におけるシーズ層１３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、用いる材料を構成する原子の蒸気圧の違いを利用して、基板温度によって組成比をコントロールし、圧電性膜１４と主成分が同じで、かつ腐蝕に強いシーズ層１３を形成できる。特に、ガス圧および温度により組成制御の容易なＲＦスパッタリングが好ましい。
【００７３】
また、本発明における圧電性膜１４には、圧電性を有し、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉを主成分とするあらゆる複合酸化物を用いることができる。圧電性膜１４は、特に、ＡＢＯ₃型ペロブスカイト構造酸化物であることが望ましく、ＡサイトはＰｂの他にＬａを含んでもよく、ＢサイトにはＴｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、およびＭｇから選ばれる少なくとも２種類の元素を含む物を用いることができる。
【００７４】
その代表例として、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、および（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃などがある。特に、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃は圧電性に優れ、材料として好ましい。シーズ層１３の膜厚は、圧電性膜１４の持つ圧電性を損なわないようにするために、０．５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより望ましい。
【００７５】
本発明では、上述の第１実施例〜第３実施例のようにして、ＲＦスパッタリングによる成膜中にガス圧や基板温度などの条件を変えることにより、形成する膜の組成を変化させ、酸・アルカリへの溶解度や結晶配向を制御している。特に、ＡＢＯ₃で表わされるＰＺＴなどのペロブスカイト構造の酸化物の場合、Ａサイトの原子を減少させた、Ｂサイトの原子が中心の酸化物では、本来のペロブスカイト構造物よりもはるかに酸・アルカリに溶け難くなり、結晶配向性が高くなった。
【００７６】
すなわち、圧電性膜の成膜前に、圧電性膜と同じ組成で、その組成を変化させて理想的な組成からずらすことで、酸・アルカリに溶け難く、高配向性な層を形成でき、この層を格子定数のマッチングの取れたシーズ層として利用することにより、全体的に配向性が高く、組成も理想的な圧電性膜を形成できる。
【００７７】
また、上記シーズ層１３をＭｇＯ基板除去の際にストップエッチ層として活用することで、強力な酸・アルカリによる圧電性膜１４へのダメージを軽減できる。
【００７８】
（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。
【００７９】
まず、従来の圧電性膜について説明する。
【００８０】
図９は従来の圧電性膜の断面構造を示す模式図である。
【００８１】
図９は、基板１１上に上部電極１２および圧電性膜２８が順に形成された構成を示す。図９に示した構造から、第１実施例と同様に、圧電性膜２８上に下部電極１５および振動板１７を順に形成し、基板１１を溶解等で除去することで、圧電素子が作製される。
【００８２】
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。
【００８３】
まず、Ｐｔ（１１１）／Ｔｉ／ＭｇＯ基板の積層構造の上に、圧電性膜２８として、理想的な組成比のＰＺＴ膜を３μｍ形成し、続いて、第１実施例と同様に、酸素雰囲気、昇降温速度１℃／ｍｉｎ、処理温度７００℃、５ｈｒのアニール処理を行った。このＰＺＴ膜のＸ線回折パターンを測定したところ、完全に無配向であった。
【００８４】
続いて、上記アニール処理の後、第１実施例と同様に、ＰＺＴ膜上に下部電極１５および振動板１７を形成し、圧電素子を作製した。
【００８５】
次に、上記圧電素子を用いたインクジェットヘッドを作製したので説明する。
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。
【００８６】
厚さ４００μｍのＳｉ基板１８上に、第１実施例と同様にして、連絡ノズル２１、吐出ノズル２３、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の振動板１７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。
【００８７】
続いて、熱リン酸で基板１１となるＭｇＯ基板を完全に溶解した。その際、上部電極１２のＰｔに部分的に皺が発生した。その後、第１実施例と同様に、上部電極１２およびＰＺＴ膜を所定のパターンにエッチングして、インクジェットヘッドを作製した。
【００８８】
次に、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１７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。
【００８９】
作製したインクジェットヘッドに図８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０．０５μｍであった。この変位量は、第１実施例〜第３実施例のいずれの実施例と比較してもかなり少ない値であった。また、上部電極１２に皺が発生した部分では圧電素子の駆動に問題があった。
【００９０】
【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。
【００９１】
本発明によれば、圧電性膜と主成分が同じで、かつ腐蝕に強い層をシーズ層として設ければ、その後に圧電性膜を非加熱で成膜し、アニールすることにより、高配向性で優れた圧電性膜となるため、高性能、高品質な圧電素子を提供できる。
【００９２】
また、圧電性膜と主成分が同じで、かつ腐蝕に強い層がストップエッチ層として機能するため、圧電性膜へのエッチングダメージが軽減され、プロセス上の歩留まりが大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の圧電性膜の断面構造を示す模式図である。
【図２】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３】Ａｒガス圧と膜組成比の関係を示すグラフである。
【図４】各成膜条件におけるＰＺＴ膜の組成比および熱リン酸溶解性を示す表である。
【図５】Ｐｔ（１１１）のＸ線ピーク強度に対するＰＺＴ各配向面のＸ線ピーク強度比を示すグラフである。
【図６】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７】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８】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９】従来の圧電性膜の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１１基板
１２上部電極
１３シーズ層
１４、２８圧電性膜
１５下部電極
１６溝間部
１７振動板
１８Ｓｉ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
２６素子分離部

Claims

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｎｂ、およびＭｇのうち少なくともいずれか二つの元素、ならびにＰｂを主成分として含む圧電性膜を有する圧電素子であって、
前記圧電性膜と前記主成分が同一で、かつ該圧電性膜より腐蝕に強いシーズ層が前記圧電性膜と積層された圧電素子。