JP2005129670A - Unimorph type piezoelectric film element and its manufacturing method, and unimorph type ink jet head - Google Patents

Unimorph type piezoelectric film element and its manufacturing method, and unimorph type ink jet head Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost and high-quality ink jet head. <P>SOLUTION: On a diaphragm; a bottom electrode, a film having piezo-electricity, and a top electrode are formed in order. Between the diaphragm and the film having piezo-electricity, a film having a coefficient of thermal expansion larger than that of the film having piezo-electricity is formed in such a manner that satisfied: (coefficient of thermal expansion of the film having a coefficient of thermal in expansion larger than that of the film having piezo-electricity × thickness × Young's modulus)-(coefficient of thermal expansion of the diaphragm × thickness × Young's modulus)≥(coefficient of thermal expansion of the film having piezo-electricity × thickness × Young's modulus). The film having piezo-electricity is formed by sputtering so as to satisfy a formula of (average free path of metal atoms knocked out of a target)≥(distance between target and substrate). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロポンプ、液滴噴射装置等のデバイスに用いられる、圧電性を有する膜と振動板を用いたユニモルフ型圧電膜素子の構造と、これを駆動源とするインクジェットヘッド及びユニモルフ型圧電膜素子の作製方法に関するものである。   The present invention relates to a structure of a unimorph type piezoelectric film element using a piezoelectric film and a diaphragm, which is used in a device such as a micropump or a droplet ejecting apparatus, and an ink jet head and a unimorph type piezoelectric element using this structure. The present invention relates to a method for manufacturing a film element.

近年、機能性薄膜を使ったデバイス研究が盛んである。機能性材料を薄膜化しデバイスに応用することによって、優れた機能の実現が期待されている。   In recent years, device research using functional thin films has been active. Realization of superior functions is expected by thinning functional materials and applying them to devices.

例えば、強誘電体の圧電性、焦電性、分極反転等の物性を用いた圧電体素子やセンサー、不揮発メモリー等のデバイス研究が盛んであるが、中でも圧電体素子を用いてインクを吐出させるインクジェット方式は高速高密度で高精細高画質の記録が可能で、且つ、カラー化・コンパクト化にも適しており、プリンターはもとより、複写機、ファクシミリ等にも適用され、近年、急速な発展を成し遂げた。このような記録技術分野においては、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。実現のための1つの方法として、圧電性を有する膜を利用した圧電膜素子が挙げられ、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。   For example, devices such as piezoelectric elements and sensors that use physical properties of ferroelectrics such as piezoelectricity, pyroelectricity, and polarization inversion, and non-volatile memories are actively researched. In particular, ink is ejected using piezoelectric elements. The inkjet method is capable of high-speed, high-density, high-definition, high-quality recording, and is suitable for colorization and compactness. It has been applied to printers, copiers, facsimiles, etc. Accomplished. In such a recording technology field, there is an increasing demand for further high-quality and high-definition recording technology in the future. One method for realization is a piezoelectric film element using a film having piezoelectricity, and application to next-generation high-quality and high-definition recording technology is expected.

圧電性を有する膜の作製に当たっては様々な方法が挙げられるが、例えば特許文献1等にRFスパッタリングを用いた結晶性の向上したPZT膜の成膜方法が記載されている。又、特許文献2等に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を形成する方法が記載されている。   There are various methods for producing a piezoelectric film. For example, Patent Document 1 discloses a method for forming a PZT film with improved crystallinity using RF sputtering. Patent Document 2 and the like describe a method of forming PZT oriented in the (100) plane by controlling the precursor decomposition temperature of the sol-gel method.

圧電性を有する膜を利用した圧電膜素子には様々な方式が挙げられるが、中でも圧電性を有する膜とはヤング率の異なる振動板と圧電性を有する膜を積層したユニモルフ型圧電膜素子は非常に簡易で優れた圧電膜素子であり、様々なデバイスへの応用が考えられる。特に、インクジェットヘッドへの適応が容易であることから様々な提案がなされている。   There are various types of piezoelectric film elements using piezoelectric films. Among them, a unimorph type piezoelectric film element in which a diaphragm having a different Young's modulus from a piezoelectric film and a piezoelectric film are stacked is used. It is a very simple and excellent piezoelectric film element, and can be applied to various devices. In particular, various proposals have been made because it is easy to adapt to an inkjet head.

圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電膜素子を駆動源とするインクジェットヘッドの一例として、予め流路を形成したSi基板上に陽極接合したガラス基板上に圧電性を有する膜を転写した構成が挙げられる。ガラス基板は振動板として優れているとともに熱膨張係数がSiと近く、流路を形成したSi基板上に陽極接合してユニモルフ型圧電素子を形成するのに適している。インクジェット作製時におけるガラス基板とSi基板の陽極接合の例としては、特許文献3〜5等に代表的な方法が記載されている。   As an example of an inkjet head using a unimorph type piezoelectric film element using a piezoelectric film as a drive source, a structure in which a piezoelectric film is transferred onto a glass substrate that has been anodically bonded to a Si substrate on which a flow path has been formed in advance. Is mentioned. The glass substrate is excellent as a vibration plate and has a thermal expansion coefficient close to that of Si, and is suitable for forming a unimorph type piezoelectric element by anodic bonding on a Si substrate on which a flow path is formed. As an example of anodic bonding between a glass substrate and a Si substrate during ink jet production, representative methods are described in Patent Documents 3 to 5 and the like.

又、圧電性を有する膜を、転写プロセスを用いないで、直接振動板上に形成する方法が幾つか提案されている。圧電性を有する膜は一般に複合酸化物であるため、結晶化には高い温度が必要となる。結晶化するためには、基板を非加熱で成膜を行い、成膜後にアニールする方法や基板を加熱し結晶化しながら成膜を行う方法があるが、結晶化するために高温を要するため、圧電性を有する膜が形成される基板は高温に耐え得る材料が必要となる。   Several methods have been proposed in which a piezoelectric film is directly formed on a diaphragm without using a transfer process. Since a film having piezoelectricity is generally a complex oxide, a high temperature is required for crystallization. In order to crystallize, there are a method of forming a film without heating the substrate and annealing after the film formation and a method of forming the film while heating and crystallizing the substrate, but because high temperature is required for crystallization, A substrate on which a piezoelectric film is formed needs a material that can withstand high temperatures.

高温に耐え得る材料としては、代表的なものとしてMgOやSrTiO 等の高価な単結晶基板が挙げられるが、振動板上に接着した後に単結晶基板のみを熱燐酸等で溶解して除去して転写しなければならないため、コストのみならずスループット上も非常に不利で量産化の大きな障壁になる。このような問題点を解決するために、耐熱性の振動板材料に圧電性を有する膜を転写プロセスを用いることなく、直接成膜する方法が有効である。耐熱性の振動板材料に圧電性を有する膜を直接成膜する方法に関しては、特許文献6にSi基板の表面を熱酸化してSiO 層として振動板とする方法が記載されている。 Typical materials that can withstand high temperatures include expensive single crystal substrates such as MgO and SrTiO 3 , but after bonding onto the diaphragm, only the single crystal substrate is dissolved and removed with hot phosphoric acid or the like. Therefore, not only the cost but also the throughput is very disadvantageous and becomes a big barrier to mass production. In order to solve such problems, a method of directly forming a film having piezoelectricity on a heat-resistant diaphragm material without using a transfer process is effective. Regarding a method for directly forming a piezoelectric film on a heat-resistant diaphragm material, Patent Document 6 describes a method in which the surface of a Si substrate is thermally oxidized to form a diaphragm as an SiO 2 layer.

又、本発明者等も、歪み点の高い耐熱性のガラスを振動板として予め流路を形成したSi基板に陽極接合を行い、振動板を研磨薄片化し、その上に電極を介して直接圧電性を有する膜を歪み点以下の温度で成膜又は常温で成膜後に歪み点以下でアニールすることにより、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドを簡易に作製する方法を提案している。   In addition, the present inventors also performed anodic bonding to a Si substrate in which a flow path was previously formed using heat-resistant glass having a high strain point as a vibration plate, and the vibration plate was polished and sliced. An ink jet head using a unimorph type piezoelectric element using a piezoelectric film as a drive source, by forming a film having a property at a temperature below the strain point or annealing at a room temperature after film formation at room temperature. A method of manufacturing is proposed.

特開平6−290983号公報JP-A-6-290983 特開平11−220185号公報JP-A-11-220185 特開平01−266376号公報Japanese Patent Laid-Open No. 01-266376 特開平04−132887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-132877 特開平11−192712号公報JP-A-11-192712 特開2000−52550号公報JP 2000-52550 A

しかし、圧電性を有する膜を、転写プロセスを用いないで振動板上に形成する手法の場合、以下のような大きな問題点が挙げられる。   However, in the case of a method of forming a piezoelectric film on a diaphragm without using a transfer process, the following major problems can be cited.

即ち、特許文献6においては、Si上にSiO 層が形成され、その上に圧電性を有するPZT膜が直接成膜されて結晶化された後、Si基板がPZT膜面とは反対の面からエッチングにより裏抜きされて流路が形成される。このような方法の場合、圧電性を有するPZT膜は高温で結晶化して室温まで冷却される際に、成膜基板であるSi基板や振動板となるSiO 層の熱膨張係数に大きく影響を受けて格子定数が変化し、PZTの圧電性が大きく劣化する。この現象の理由は完全には解明できていないが、以下のように考えられる。 That is, in Patent Document 6, after a SiO 2 layer is formed on Si and a piezoelectric PZT film is directly formed thereon and crystallized, the Si substrate is opposite to the PZT film surface. Then, the flow path is formed by being etched back by etching. In such a method, when the piezoelectric PZT film is crystallized at a high temperature and cooled to room temperature, it greatly affects the thermal expansion coefficient of the Si substrate as the film formation substrate and the SiO 2 layer as the vibration plate. In response, the lattice constant changes, and the piezoelectricity of PZT is greatly degraded. The reason for this phenomenon has not been fully clarified, but is thought to be as follows.

PZTの熱膨張係数は組成によって異なるが、最も圧電性の高いMPB組成(Zr:Ti=0.53:0.47)近傍では9×10−6(/℃)程度である。一方、Si基板の熱膨張係数は3×10−6(/℃)、更に振動板となるSiO 層は0.2×10−6(/℃)であり、PZTに比べて可成り小さい。このため、圧電性を有するPZT膜が結晶化し、キュリー点を経て室温まで冷却される際に、PZT膜が大きく収縮しようとするのに対してSi基板やSiO 振動板の収縮は小さいため、PZT膜は引っ張り方向の力を受けることになる。この力を緩和するため、正方晶であるPZTの結晶の方位は、結晶軸の長いC軸が引っ張りの力を受けるSi基板の面内方向に向くものが多くなる。正方晶であるPZTの分極軸はC軸方向であるから、電界の掛かる基板面上下方向に対して分極方向が垂直に向いた結晶=90°ドメインが多くなるということであり、即ち圧電性の大きな劣化を引き起こすと考えられる。 Although the thermal expansion coefficient of PZT varies depending on the composition, it is about 9 × 10 −6 (/ ° C.) in the vicinity of the MPB composition having the highest piezoelectricity (Zr: Ti = 0.53: 0.47). On the other hand, the thermal expansion coefficient of the Si substrate is 3 × 10 −6 (/ ° C.), and the SiO 2 layer serving as the diaphragm is 0.2 × 10 −6 (/ ° C.), which is considerably smaller than that of PZT. For this reason, when the PZT film having piezoelectricity is crystallized and cooled to room temperature via the Curie point, the PZT film tends to shrink greatly, whereas the shrinkage of the Si substrate and the SiO 2 diaphragm is small. The PZT film receives a force in the pulling direction. In order to relieve this force, the orientation of tetragonal PZT crystals tends to be in the in-plane direction of the Si substrate where the C-axis having a long crystal axis receives tensile force. Since the polarization axis of PZT which is a tetragonal crystal is the C-axis direction, the crystal whose polarization direction is perpendicular to the vertical direction of the substrate surface to which an electric field is applied = 90 ° domain increases. It is thought to cause great deterioration.

又、特開2000−141644号公報等にSiO を設けたSi基板上に圧電性を有するPZT膜を形成する構成の中でPZT膜に引っ張り応力を加える膜を設ける内容が記載されている。この発明の目的はPZTの熱膨張係数が振動板となるSiO より大きいため、圧電性を有するPZT膜と反対側からインク流路を形成すると数ミクロンと薄くなったSiO 振動板がPZT膜の熱膨張差によって圧縮方向の力を受けてインク流路側に変形してしまうのを防ぐ目的のものである。しかし、この発明の方法では前記の引っ張り応力によって発生する圧電性を有するPZT膜の圧電性に寄与しない結晶方位=90°ドメインが逆に増えてしまう方向にあり、圧電性の劣化を防ぐことはできない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-141644 describes the provision of a film for applying a tensile stress to the PZT film in a structure in which a piezoelectric PZT film is formed on a Si substrate provided with SiO 2 . The object of the present invention is that the thermal expansion coefficient of PZT is larger than that of SiO 2 serving as a vibration plate. Therefore, when the ink flow path is formed from the opposite side to the piezoelectric PZT film, the SiO 2 vibration plate thinned to several microns becomes the PZT film. This is for the purpose of preventing the ink flow path from being deformed by receiving a force in the compression direction due to the difference in thermal expansion. However, in the method of the present invention, the crystal orientation of the PZT film having piezoelectricity generated by the tensile stress does not contribute to the piezoelectricity = 90 ° domain tends to increase on the contrary, and the deterioration of the piezoelectricity is prevented. Can not.

又、特開平07−246705号公報には、Si基板上にスパッタされた振動板となるSiN上に鉛拡散防止を目的としたジルコニア膜を介してPZT膜を直接成膜する方法が記載されている。ジルコニア膜は熱膨張係数がPZTより大きいため、目的は異なるが、このような膜を振動板と圧電性を有する膜の間に設けることは圧電性を有する膜の引っ張り応力を軽減するのに有効である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-246705 describes a method of directly forming a PZT film on SiN as a diaphragm sputtered on a Si substrate through a zirconia film for the purpose of preventing lead diffusion. Yes. The purpose of zirconia film is different from that of PZT because its thermal expansion coefficient is larger than that of PZT. However, providing such a film between the diaphragm and the piezoelectric film is effective in reducing the tensile stress of the piezoelectric film. It is.

しかし、応力はヤング率と歪み量の積であり、応力は単位面積当たりの力である。従って、熱履歴によって発生する力はその材料の熱膨張係数と断面積とヤング率の積に比例する。断面積のうち膜同士で接している長さは同じであるから、問題となるのは膜厚である。即ち、(熱膨張係数がPZTより大きい膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)≧(圧電性を有するPZT膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たさないと、圧電性を有するPZT膜への引っ張り応力を完全に無くすことはできない。   However, stress is a product of Young's modulus and strain, and stress is a force per unit area. Therefore, the force generated by the thermal history is proportional to the product of the thermal expansion coefficient, the cross-sectional area and the Young's modulus of the material. Since the lengths of the cross-sectional areas that are in contact with each other are the same, the problem is the film thickness. That is, (thermal expansion coefficient of film having thermal expansion coefficient larger than PZT × Young's modulus × thickness) − (thermal expansion coefficient of diaphragm × Young's modulus × thickness) ≧ (thermal expansion coefficient of PZT film having piezoelectricity × Unless the relationship of Young's modulus × thickness) is satisfied, the tensile stress on the piezoelectric PZT film cannot be completely eliminated.

本発明は上記問題点を解決し、更にはより優れた圧電素子を実現する方法を提供するものである。即ち、圧電性を有する膜への引っ張り応力を完全に無くし、更に好ましくは圧縮方向の応力にし、更に圧電性を有する膜を特定方向に配向する条件で成膜することによって、振動板上への圧電性を有する膜を、転写プロセスを用いない直接成膜においても、圧電性を最も効果的に発現させる分極軸方向が膜面に対して垂直方向になるように優先配向させ、安価で非常に高品位なインクジェットヘッドを実現することを目的とする。   The present invention solves the above problems and provides a method for realizing a more excellent piezoelectric element. That is, the tensile stress on the piezoelectric film is completely eliminated, more preferably the stress is in the compression direction, and the piezoelectric film is formed under the condition of being oriented in a specific direction. Even in direct film formation without using a transfer process, the piezoelectric film is preferentially oriented so that the direction of the polarization axis that exhibits the most effective piezoelectricity is perpendicular to the film surface. The object is to realize a high-quality inkjet head.

上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、振動板上に順次に下電極、圧電性を有する膜及び上電極をそれぞれ形成し、且つ、前記振動板と前記圧電性を有する膜の間に前記圧電性を有する膜よりも熱膨張係数の大きな膜を形成するとともに、(前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)−(前記振動板の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)≧(前記圧電性を有する膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)を満たすように各々を形成し、且つ、前記圧電性を有する膜をスパッタリング法を用いて(ターゲットから叩き出される各金属原子の平均自由工程)≧(ターゲット−基板間距離)を満たすように成膜を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on a diaphragm, and the diaphragm and the piezoelectric film are formed. In the meantime, a film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film is formed, and (thermal expansion coefficient of the film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film × thickness × Young's modulus) − (the vibration Each plate is formed so as to satisfy the thermal expansion coefficient of the plate × thickness × Young's modulus) ≧ (thermal expansion coefficient of the film having piezoelectricity × thickness × Young's modulus), and the piezoelectric film is sputtered. The method is characterized in that film formation is performed so as to satisfy (mean free process of each metal atom knocked out of the target) ≧ (target-substrate distance).

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記成膜を不活性ガスのみで行うことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the film formation is performed only with an inert gas.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記不活性ガスがArガスであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the inert gas is Ar gas.

請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明において、前記不活性ガスの分圧が0.5Pa以下であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the partial pressure of the inert gas is 0.5 Pa or less.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4の何れかに記載の発明において、前記(ターゲット−基板間距離)が150mm以上であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the (target-substrate distance) is 150 mm or more.

請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れかに記載の発明において、前記成膜終了後に後焼成によって酸化物薄膜を結晶化することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the oxide thin film is crystallized by post-baking after completion of the film formation.

請求項7記載の発明は、請求項6記載の発明において、前記後焼成を700℃を超える温度で行うことを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the post-baking is performed at a temperature exceeding 700 ° C.

請求項8記載の発明は、請求項1〜7の何れかに記載の発明において、前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜として、MgO、ZrO 又はCuを用いることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein MgO, ZrO 2 or Cu is used as the film having a larger thermal expansion coefficient than the film having piezoelectricity. .

請求項9記載の発明は、請求項1〜8の何れかに記載の発明において、前記圧電性を有する膜として、少なくともPbを含むペロブスカイト構造酸化物である膜を用いることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein a film having a perovskite structure oxide containing at least Pb is used as the piezoelectric film.

請求項10記載の発明は、請求項1〜9の何れかに記載の発明において、前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜を真空成膜によって形成することを特徴とする。   A tenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, a film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film is formed by vacuum film formation.

請求項11記載の発明は、請求項1〜10の何れかに記載の発明において、前記振動板の厚みを10μm以下にすることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to tenth aspects, the thickness of the diaphragm is 10 μm or less.

請求項12記載の発明は、請求項1〜11の何れかに記載の発明において、前記振動板を、加工の施されたSi基板上に形成することを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to eleventh aspects, the diaphragm is formed on a processed Si substrate.

請求項13記載の発明は、請求項1〜12の何れかに記載の発明において、前記振動板を、Si基板の酸化若しくは窒化によって作製することを特徴とする。   A thirteenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to twelfth aspects, the diaphragm is produced by oxidizing or nitriding a Si substrate.

請求項14記載の発明は、請求項1〜12の何れかに記載の発明において、前記振動板が結晶化ガラスであることを特徴とする。   The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the diaphragm is crystallized glass.

請求項15記載の発明は、請求項1〜12又は14の何れかに記載の発明において、前記振動板が陽極接合時可動イオンとして作用する不純物イオンを有し、且つ、前記Si基板と前記振動板を陽極接合にて接合することを特徴とする。   A fifteenth aspect of the invention is the invention according to any one of the first to twelfth or fourteenth aspects, wherein the diaphragm has impurity ions that act as movable ions during anodic bonding, and the Si substrate and the vibration The plates are joined by anodic bonding.

請求項16記載の発明は、請求項1〜12又は14の何れかに記載の発明において、前記振動板の熱膨張係数は、室温から前記圧電性を有する膜の熱処理温度までの範囲において前記Si基板の50%以内であることを特徴とする。   The invention according to claim 16 is the invention according to any one of claims 1 to 12 or 14, wherein the thermal expansion coefficient of the diaphragm is in the range from room temperature to the heat treatment temperature of the piezoelectric film. It is within 50% of the substrate.

請求項17記載のユニモルフ型圧電膜素子は、振動板上に接着剤を介さないで順次に下電極、圧電性を有する膜及び上電極がそれぞれ設けられ、且つ、前記圧電性を有する膜の分極軸方向が前記圧電性を有する膜面の垂直方向に優先配向していることを特徴とする。   The unimorph-type piezoelectric film element according to claim 17, wherein a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially provided on the diaphragm without using an adhesive, and the polarization of the piezoelectric film is provided. The axial direction is preferentially oriented in a direction perpendicular to the film surface having piezoelectricity.

請求項18記載の発明は、請求項17記載の発明において、前記振動板と前記圧電性を有する膜の間に前記圧電性を有する膜よりも熱膨張係数の大きな膜が設けられ、且つ、(前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)−(前記振動板の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)≧(前記圧電性を有する膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)の関係が満たされていることを特徴とする。   The invention according to claim 18 is the invention according to claim 17, wherein a film having a larger thermal expansion coefficient than the film having piezoelectricity is provided between the diaphragm and the film having piezoelectricity, and ( Thermal expansion coefficient x thickness x Young's modulus of a film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film-(thermal expansion coefficient x thickness x Young's modulus of the diaphragm) ≥ (heat of the piezoelectric film The relationship of expansion coefficient × thickness × Young's modulus is satisfied.

請求項19記載の発明は、請求項18記載の発明において、前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜がMgO、ZrO 又はCuであることを特徴とする。 A nineteenth aspect of the invention is characterized in that, in the eighteenth aspect of the invention, the film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film is MgO, ZrO 2 or Cu.

請求項20記載の発明は、請求項17〜19の何れかに記載の発明において、前記圧電性を有する膜が少なくともPbを含むペロブスカイト構造酸化物であることを特徴とする。   A twentieth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of any one of the seventeenth to nineteenth aspects, the piezoelectric film is a perovskite structure oxide containing at least Pb.

請求項21記載の発明は、請求項17〜20の何れかに記載の発明において、前記圧電性を有する膜が多結晶膜であることを特徴とする。   The invention according to claim 21 is the invention according to any one of claims 17 to 20, wherein the piezoelectric film is a polycrystalline film.

請求項22記載の発明は、請求項17〜21の何れかに記載の発明において、前記圧電膜素子が加工の施されたSi基板上に形成されていることを特徴とする。   A twenty-second aspect of the invention is characterized in that, in the invention of any of the seventeenth to twenty-first aspects, the piezoelectric film element is formed on a processed Si substrate.

請求項23記載の発明は、請求項17〜22の何れかに記載の発明において、前記振動板が10μm以下の厚さであることを特徴とする。   The invention according to claim 23 is the invention according to any one of claims 17 to 22, wherein the diaphragm has a thickness of 10 μm or less.

請求項24記載の発明は、請求項17〜23の何れかに記載の発明において、前記振動板がSiO 若しくはSiNであることを特徴とする。 According to a twenty-fourth aspect of the invention, in the invention according to any one of the seventeenth to twenty- third aspects, the diaphragm is made of SiO 2 or SiN.

請求項25記載の発明は、請求項17〜23の何れかに記載の発明において、前記振動板が結晶化ガラスであることを特徴とする。   A twenty-fifth aspect of the invention is the invention according to any one of the seventeenth to twenty-third aspects, wherein the diaphragm is crystallized glass.

請求項26記載の発明は、請求項17〜23又は25の何れかに記載の発明において、前記振動板の熱膨張係数は、室温から前記圧電性を有する膜の熱処理温度までの範囲において前記Si基板の50%以内であることを特徴とする。   According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the seventeenth to twenty-third or twenty-fifth aspects, the thermal expansion coefficient of the diaphragm is in the range from room temperature to a heat treatment temperature of the piezoelectric film. It is within 50% of the substrate.

請求項27記載の発明は、請求項17〜23,25又は26の何れかに記載の発明において、前記振動板は不純物イオンを有し、且つ、前記不純物イオンが陽極接合時可動イオンとして作用し、陽極接合が容易な材料であることを特徴とする。   According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the seventeenth to twenty-third, twenty-five, or twenty-sixth aspects, the diaphragm has impurity ions, and the impurity ions act as movable ions during anodic bonding. The material is characterized by being easily anodic bonded.

請求項28記載のユニモルフ型インクジェットヘッドは、ノズル、圧力室、流路及びインク室となる溝が形成されているSi基板を用い、且つ、前記Si基板上に請求項17〜27の何れかに記載の圧電膜素子が形成されていることを特徴とする。   A unimorph-type ink jet head according to claim 28 uses a Si substrate in which grooves serving as nozzles, pressure chambers, flow paths, and ink chambers are formed, and is provided on any one of claims 17 to 27 on the Si substrate. The piezoelectric film element described is formed.

流路を形成する基板にSiを用いる場合、振動板はSiに近い熱膨張係数のものを用いないと熱履歴により剥離する確率が大きくなる。Si基板は、熱膨張係数が3×10−6(/℃)程度と可成り小さい部類に入り、振動板も熱膨張係数の比較的小さなものを選択する必要性がある。又、接合を用いないでSiを酸化することによってSiO を作製し、裏抜きして振動板として用いることも可能であるが、SiO もその熱膨張係数は0.2×10−6(/℃)程度と非常に小さく、熱膨張係数の小さな振動板を用いることに変わりはない。 When Si is used for the substrate for forming the flow path, the vibration plate has a higher probability of peeling due to thermal history unless a diaphragm having a thermal expansion coefficient close to that of Si is used. The Si substrate has a coefficient of thermal expansion as small as about 3 × 10 −6 (/ ° C.), and it is necessary to select a diaphragm having a relatively small thermal expansion coefficient. It is also possible to produce SiO 2 by oxidizing Si without using bonding and use it as a diaphragm by backing it out. However, the thermal expansion coefficient of SiO 2 is 0.2 × 10 −6 ( / [Deg.] C.) and a diaphragm having a small thermal expansion coefficient is still used.

しかし、圧電性を有する膜は熱膨張係数の大きなものが多く、特に代表的なPZTは最も圧電性の高いMPB組成において9×10−6(/℃)程度とかなり大きい。従って、熱膨張係数の大きな圧電性を有する膜を熱膨張係数の小さな振動板に成膜することになり、圧電性を有する膜を結晶化して冷却する際に圧電性を有する膜に引っ張り応力を加えることになる。 However, many films having piezoelectricity have a large coefficient of thermal expansion, and typical PZT is particularly large at about 9 × 10 −6 (/ ° C.) in the MPB composition having the highest piezoelectricity. Therefore, a piezoelectric film having a large thermal expansion coefficient is formed on a diaphragm having a small thermal expansion coefficient, and when the piezoelectric film is crystallized and cooled, a tensile stress is applied to the piezoelectric film. Will be added.

一例として図1に十分に厚いMgO基板上にPZTを無配向になる条件で成膜し焼成・結晶化させたときのX線回折パターンを、図2に十分に厚い基板上にPZTを上記と同じ無配向になる条件で成膜・焼成したときの熱膨張係数とX線回折で得られたPZT(112)(211)混合ピークの面間隔の関係を示す。   As an example, FIG. 1 shows an X-ray diffraction pattern when PZT is formed on a sufficiently thick MgO substrate under non-oriented conditions, fired and crystallized, and FIG. 2 shows PZT on a sufficiently thick substrate. The relationship between the thermal expansion coefficient when film-forming and baking is carried out under the same non-oriented condition and the interplanar spacing of the PZT (112) (211) mixed peak obtained by X-ray diffraction is shown.

図1に示すようにPZTは無配向であり、PZT(211)は正確にはPZT(112)(211)混合ピークである。このPZT(112)(211)混合ピークに着目すると、図2のように熱膨張係数の小さなSi基板上では面間隔が小さくなり引っ張りに、PZTより熱膨張係数の大きなMgO上では面間隔が大きくなり圧縮になっている様子が分かる。   As shown in FIG. 1, PZT is non-oriented, and PZT (211) is precisely a PZT (112) (211) mixed peak. Focusing on this PZT (112) (211) mixed peak, the surface spacing becomes smaller on the Si substrate having a small thermal expansion coefficient as shown in FIG. 2, and the surface spacing becomes larger on MgO having a larger thermal expansion coefficient than PZT. You can see how it is compressed.

図3に圧電性劣化の原因のモデルを示す。Siのように熱膨張係数の小さな基板上に成膜された場合、結晶化温度からキュリー点を超えて室温まで冷却される際に引っ張りの応力が結晶の相転移時に掛かり、PZTのような正方晶においては分極軸であるC軸方向が引っ張り応力の加わる電界と垂直な面内を向く所謂90°ドメインが多くなる。即ち、例を挙げれば、正方晶である結晶化温度で(100)(010)(001)等価面であったものは、キュリー点を通過して正方晶に転移する際に面内引張りにより(100)を向くものが多くなり、結晶化温度で(110)(101)(011)等価面であったものは、(110)を向くものが多くなるので、電界に対し分極軸が垂直に向いているものが多くなり、圧電性が大きく劣化すると考えられる。   FIG. 3 shows a model of the cause of piezoelectric deterioration. When a film is formed on a substrate having a small coefficient of thermal expansion such as Si, a tensile stress is applied at the phase transition of the crystal when the film is cooled from the crystallization temperature to the room temperature exceeding the Curie point, and is square like PZT. In the crystal, the so-called 90 ° domain in which the C-axis direction, which is the polarization axis, faces in a plane perpendicular to the electric field to which tensile stress is applied increases. That is, for example, when the crystallization temperature is tetragonal (100) (010) (001) equivalent plane, it passes through the Curie point and transitions to the tetragonal crystal by in-plane tension ( 100 is more oriented, and (110) (101) (011) equivalent planes at the crystallization temperature are more oriented to (110), so the polarization axis is perpendicular to the electric field. It is considered that the piezoelectricity is greatly deteriorated.

図4に熱膨張係数の大きなMgO上にPZTを成膜した場合の電気的特性を、図5に熱膨張係数の小さなSi基板上にPZTを成膜した時の電気的特性を示す。電界と電束密度の関係(P−Eカーブ)においてMgO上では角型比が高く、飽和電束密度が高い良好なヒステリシスを描き圧電性も高いが、Si基板上では角型比が落ち、飽和電束密度も低くヒステリシスが劣化し、圧電性も低くなる。   FIG. 4 shows electrical characteristics when PZT is formed on MgO having a large thermal expansion coefficient, and FIG. 5 shows electrical characteristics when PZT is formed on a Si substrate having a small thermal expansion coefficient. In the relationship between the electric field and the electric flux density (PE curve), the squareness ratio is high on MgO and the saturation electric flux density is high, and the piezoelectricity is high, but the squareness ratio is lowered on the Si substrate, The saturation electric flux density is also low, the hysteresis is deteriorated, and the piezoelectricity is also lowered.

本発明者は鋭意研究を重ね、先願した発明において、ユニモルフ型圧電膜素子の10μm以下の十分に薄い振動板と圧電性を有する膜の間に、圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜を、(圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板の熱膨張係数×ヤング率と×厚さ)≧(圧電性を有する膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たすように設けることによって、圧電性を有する膜に圧縮方向の応力を加え、90°ドメインの増加を抑制することに成功した。   The present inventor has intensively studied, and in the previously filed invention, between the sufficiently thin diaphragm of 10 μm or less of the unimorph type piezoelectric film element and the film having piezoelectricity, the coefficient of thermal expansion is larger than that of the film having piezoelectricity. The film is (thermal expansion coefficient of film having a larger thermal expansion coefficient than piezoelectric film × Young's modulus × thickness) − (thermal expansion coefficient of diaphragm × Young's modulus and thickness) ≧ (film having piezoelectricity) The thermal expansion coefficient x Young's modulus x thickness) was applied to the film, and the stress in the compression direction was applied to the piezoelectric film to successfully suppress the increase in the 90 ° domain.

又、本発明者は、先願した発明において、スパッタリング成膜において圧電性を有する膜を(ターゲットから叩き出される各金属原子の平均自由工程)≧(ターゲット−基板間距離)を満たすように成膜を行うことにより、圧電性を有する膜を特定方向に優先配向(50%程度以上配向している状態)させることに成功した。この発明は以下のように説明される。   In addition, the inventor of the present invention has formed a piezoelectric film in a sputtering film formation so as to satisfy (average free process of each metal atom knocked out of the target) ≧ (target-substrate distance). By performing the film, the piezoelectric film was successfully preferentially oriented in a specific direction (in a state of being oriented at about 50% or more). The present invention will be described as follows.

即ち、導入されたスパッタガス粒子がイオン化されてターゲットに衝突し、ターゲット中の原子が叩き出され、この叩き出された原子がスパッタガス中を飛行して基板に到達することによって成膜が行われる。通常はターゲット中から叩き出された原子は飛行中に導入されたスパッタガスの粒子に何度もぶつかり、そのエネルギーを失いながら基板に到達する。   That is, the introduced sputter gas particles are ionized and collide with the target, atoms in the target are knocked out, and the sputtered atoms fly through the sputter gas and reach the substrate to form a film. Is called. Normally, atoms struck out from the target repeatedly hit the sputter gas particles introduced during the flight and reach the substrate while losing their energy.

ここで、或る粒子がその粒子しか存在しない空間内を衝突せずに飛行できる平均距離である平均自由工程Lは以下の式で表される。   Here, an average free path L, which is an average distance that a certain particle can fly without colliding in a space where only the particle exists, is expressed by the following equation.

Figure 2005129670
・粒子直径:D
・粒子密度:n
ここで、空間内の粒子の圧力Pは以下の式であらわされる。
Figure 2005129670
-Particle diameter: D
-Particle density: n
Here, the pressure P of the particles in the space is expressed by the following equation.

・P=nkT
・ボルツマン定数:k
・粒子の絶対温度:T
但し、粒子の絶対温度はスパッタリング中のプラズマ中の粒子温度であるので数百〜千数百Kであり、本発明においては1000Kと仮定している。
・ P = nkT
Boltzmann constant: k
-Absolute particle temperature: T
However, since the absolute temperature of the particle is the particle temperature in the plasma during sputtering, it is several hundred to several hundred hundred K, and is assumed to be 1000 K in the present invention.

圧力Pの式から、平均自由工程Lは以下の式に書き換えられる。   From the expression of the pressure P, the mean free path L can be rewritten as the following expression.

Figure 2005129670
更に、この式を拡張して、スパッタガス粒子Aが飛び交う中に微量の被スパッタ粒子Bが飛行する場合、被スパッタ粒子Bの平均自由工程L は、被スパッタ粒子Bはスパッタガス粒子Aのみと衝突すると仮定して以下のように表される。
Figure 2005129670
Further, by extending this equation, if the flight is the sputtered particles B traces in the sputtered gas particles A flurry, mean free L B of the sputtered particles B is the sputtered particles B is only sputtering gas particles A Assuming that it collides with

Figure 2005129670
・P
:粒子Aの圧力
・D
:粒子Aの直径
・D
:粒子Bの直径
・m
:粒子Aの重量
・m
:粒子Bの重量
本発明者は、酸化物薄膜の成膜時に、スパッタリング中にターゲットから叩き出された原子のエネルギーに注目し、他の原子・分子と衝突せずにエネルギーを失わないで基板に到達する原子が多くなる場合の酸化物薄膜の配向性について検討を行った。
Figure 2005129670
· P A
: Pressure of particle A ・ D A
: Of particle A diameter · D B
: Of particle B diameter · m A
: Weight of particle A · m B
: Weight of particle B The inventor pays attention to the energy of atoms knocked out of the target during sputtering during the formation of the oxide thin film, and does not lose energy without colliding with other atoms / molecules. The orientation of the oxide thin film when the number of atoms reaching the surface increases is investigated.

ここで、スパッタガス粒子Aが飛び交う中を飛行して基板に直接到達する被スパッタ粒子Bの割合は以下の式で表される。   Here, the ratio of the particles B to be sputtered that fly directly through the sputter gas particles A and reach the substrate is expressed by the following equation.

Figure 2005129670
・N
=基板まで衝突しないで到達する粒子Bの個数
・N
=出発点(ターゲット)からスパッタされた粒子Bの個数
・X=粒子Bが飛行する出発点(ターゲット)からの基板までの距離
本発明者はこの検討において、他の原子・分子と衝突せずにエネルギーを失わないで基板に到達する原子が多くなる程酸化物薄膜の特定の方位面に優先的に配向する傾向が強まり、
直接基板に到達する原子が40%程度以上に達する、叩き出される原子の平均自由工程がターゲット基板間距離以上になる(L ≧X)条件で成膜された膜は、後焼成においても或る特定温度以上の焼成でほぼ完全に特定方位面に優先配向する実験事実を見出した。この条件で作製された膜は基板を選ばず、
電極を形成した様々な基板上で特定方向に優先配向することも明らかになった。
Figure 2005129670
· N B
= Number of particles B that reach the substrate without colliding -N 0
= Number of sputtered particles B from the starting point (target) X = Distance from the starting point (target) where the particle B flies to the substrate In this study, the present inventors did not collide with other atoms / molecules As more atoms reach the substrate without losing energy, the tendency to preferentially align in a specific orientation plane of the oxide thin film becomes stronger.
A film formed under the condition that the number of atoms directly reaching the substrate reaches about 40% or more, and the mean free path of the knocked-out atoms is equal to or greater than the distance between the target substrates (L B ≧ X). The experimental fact that preferential orientation in the specific orientation plane was found almost completely by firing at a specific temperature or higher. The film produced under these conditions does not choose the substrate,
It has also been revealed that preferential orientation in a specific direction on various substrates on which electrodes are formed.

本発明者は、更に鋭意研究を重ね、振動板上に熱膨張係数の大きな膜を介して直接圧電性を有する膜を、(ターゲットから叩き出される各金属原子の平均自由工程)≧(ターゲット−基板間距離)を満たすように成膜することによって、圧電性を有する膜の優先配向する特定方向を、圧電性を発現させるのに最も効果的な、圧電性を有する膜の分極方向を膜面に垂直方向にコントロールできることを見出した。即ち、圧電性を有する膜を、圧電性を発現させるのに最も効果的な圧電性を有する膜の分極方向に優先配向させることが、接着剤を用いない振動板上への直接成膜で可能になった。このように優れたユニモルフ型圧電膜素子を形成することが可能になり、この手法を用いて作製したユニモルフ型圧電膜素子を駆動源として優れたインクジェットヘッドを実現することが可能になった。   The present inventor conducted further earnest research, and formed a film having piezoelectricity directly on the diaphragm via a film having a large thermal expansion coefficient (mean free process of each metal atom knocked out from the target) ≧ (target− By forming the film so as to satisfy the distance between the substrates), the specific direction in which the piezoelectric film is preferentially oriented is the film surface that indicates the polarization direction of the piezoelectric film that is most effective for expressing the piezoelectricity. It was found that it can be controlled vertically. In other words, it is possible to preferentially orient the film having piezoelectricity in the polarization direction of the film having piezoelectricity that is most effective for expressing the piezoelectricity by directly forming the film on the diaphragm without using an adhesive. Became. Thus, an excellent unimorph type piezoelectric film element can be formed, and an excellent ink jet head can be realized by using a unimorph type piezoelectric film element manufactured by this method as a drive source.

以下、本発明を詳細に説明する。本実施例においては特定の圧電性を有する膜を用い、 ユニモルフ型圧電膜素子及びこれを用いたインクジェットヘッドの作製を行った例を示す。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In this embodiment, an example in which a unimorph type piezoelectric film element and an ink jet head using the same are manufactured using a film having specific piezoelectricity is shown.

本発明における振動板には様々な材料を用いることができるが、Siを酸化若しくは窒化して得られるSiO やSiNも基台として用いられるSiとの剥がれが発生しにくく、又、振動板の厚さを研磨等では困難な薄い範囲まで自在にコントロールし易く好ましい。又、ヤング率が低く、高耐熱性を有し、Si基板と熱膨張係数が高い温度領域まで近く、陽極接合後に剥がれの発生しにくい結晶化ガラス基板も好ましい。 Various materials can be used for the diaphragm in the present invention, but SiO 2 or SiN obtained by oxidizing or nitriding Si is hardly peeled off from Si used as a base, and It is preferable because the thickness can be freely controlled in a thin range that is difficult to polish. In addition, a crystallized glass substrate having a low Young's modulus, high heat resistance, close to a temperature range where the thermal expansion coefficient is high with that of the Si substrate, and hardly peeled off after anodic bonding is preferable.

本発明における機能性を有する酸化物薄膜の作製方法にはスパッタリングを利用した様々な成膜方法を用いることができるが、特にマグネットの電子閉じ込め効果により低ガス圧までプラズマ維持が可能なため、ガス圧によるスパッタ粒子の平均自由工程のコントロール幅が広いRFマグネトロンスパッタが好ましい。   Various film formation methods using sputtering can be used as a method for producing a functional oxide thin film in the present invention. In particular, the gas can be maintained up to a low gas pressure due to the electron confinement effect of the magnet. RF magnetron sputtering with a wide control range of the mean free process of sputtered particles by pressure is preferable.

圧電特性を有する膜には、圧電性を有する様々な膜を用いることができるが、特にPbを含むペロブスカイト構造酸化物が望ましい。例えば、Pb(Zr,Ti)O 、(Pb,La)(Zr,Ti)O 等がその代表例として挙げられる。特に、Pb(Zr,Ti)O (所謂PZTと表される)は圧電特性に優れ、材料として好ましい。又、最近注目を浴びているPb(Zn,Nb)O −PbTiO 固溶体(所謂PZN−PTと表される)やPb(Mg,Nb)O −PbTiO 固溶体(所謂PMN−PTと表される)等もPZTを大きく上回る非常に大きな圧電特性を有し、材料として好ましい。 As the film having piezoelectric characteristics, various films having piezoelectricity can be used. In particular, a perovskite structure oxide containing Pb is desirable. For example, Pb (Zr, Ti) O 3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, and the like are given as typical examples. In particular, Pb (Zr, Ti) O 3 (expressed as so-called PZT) is excellent in piezoelectric characteristics and is preferable as a material. Recently, Pb (Zn, Nb) O 3 —PbTiO 3 solid solution (referred to as PZN-PT) and Pb (Mg, Nb) O 3 —PbTiO 3 solid solution (referred to as PMN-PT) Etc.) has a very large piezoelectric characteristic that greatly exceeds PZT, and is preferable as a material.

圧電性を有する膜より大きな熱膨張係数を持つ膜には、熱膨張係数の大きな様々な膜を用いることができるが、特に熱膨張係数が13.0×10−6(/℃)のMgO、熱膨張係数が11.5×10−6(/℃)のZrO 、熱膨張係数が16.8×10−6(/℃)のCu等は、その熱膨張係数が特に大きく、又、耐熱性にも優れ、材料として好ましい。 Various films having a large thermal expansion coefficient can be used as the film having a larger thermal expansion coefficient than the film having piezoelectricity, and in particular, MgO having a thermal expansion coefficient of 13.0 × 10 −6 (/ ° C.), ZrO 2 with a thermal expansion coefficient of 11.5 × 10 −6 (/ ° C.), Cu with a thermal expansion coefficient of 16.8 × 10 −6 (/ ° C.) has a particularly large thermal expansion coefficient, and heat resistance It is also excellent as a material and is preferable as a material.

図8に沿って本発明における圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電膜素子を駆動源とするインクジェットヘッドの構造について簡単に説明する。   The structure of an inkjet head using a unimorph type piezoelectric film element using a piezoelectric film according to the present invention as a drive source will be briefly described with reference to FIG.

図8は本発明を最も良く表わす断面図であり、同図に示すように、流路を設けたSi基板11上に薄い振動板12が形成されている。流路上に位置する振動板上に圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜13が、(その熱膨張係数×ヤング率×厚さ−振動板の熱膨張係数×ヤング率×厚さ≧圧電性を有する膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たすように形成されている。更に、その上に、原子の拡散防止と電極を兼ねた貴金属の第1電極層14が形成され、その上に第2層として圧電性を有する膜15が形成される。その上に第2電極層16が形成される。以下、具体例を示す。   FIG. 8 is a cross-sectional view that best represents the present invention. As shown in FIG. 8, a thin diaphragm 12 is formed on a Si substrate 11 provided with a flow path. A film 13 having a larger coefficient of thermal expansion than the film having piezoelectricity on the diaphragm located on the flow path is (the coefficient of thermal expansion × Young's modulus × thickness−the coefficient of thermal expansion of the diaphragm × Young's modulus × thickness ≧ piezoelectric. The film is formed so as to satisfy the relationship of thermal expansion coefficient × Young's modulus × thickness of the film having the property. Further, a noble metal first electrode layer 14 that serves as an electrode for preventing diffusion of atoms and an electrode is formed thereon, and a piezoelectric film 15 is formed thereon as a second layer. A second electrode layer 16 is formed thereon. Specific examples are shown below.

中空構造を持つSi基板に設けられた熱酸化による振動板SiO 上に、成膜方法としてRFスパッタリングを用いて圧電性を有するPZT膜を非加熱成膜し、後焼成してユニモルフ型圧電膜素子を作製した例を挙げる。 A unimorph-type piezoelectric film is formed by non-thermally forming a PZT film having piezoelectricity using RF sputtering as a film forming method on a vibrating plate SiO 2 provided on a Si substrate having a hollow structure, and using post-firing. The example which produced the element is given.

Si(100)基板上に熱酸化によって1μm厚のSiO 膜を形成した。これをSiO 面とは反対の面からエッチング技術を行って溝を形成し、中空構造のSi基板上に振動板となるSiO が形成された構造とした。SiO の熱膨張係数は0.2×10−6(/℃)、ヤング率は7.2×1010(N/m )である。この上に熱膨張係数の大きなMgOをRFスパッタにて表示Arガス圧=0.14Pa、O 流量/Ar流量=5%で室温で厚さ1.0μm形成した。その後、750℃で後熱処理を行った。MgO膜のSiO 上の焼成前後のX線回折図を図12及び図13に示す。 A 1 μm thick SiO 2 film was formed on the Si (100) substrate by thermal oxidation. This was etched from the surface opposite to the SiO 2 surface to form grooves, and a structure was obtained in which SiO 2 serving as a diaphragm was formed on a hollow Si substrate. The thermal expansion coefficient of SiO 2 is 0.2 × 10 −6 (/ ° C.), and the Young's modulus is 7.2 × 10 10 (N / m 2 ). On top of this, MgO having a large thermal expansion coefficient was formed by RF sputtering, with an Ar gas pressure = 0.14 Pa, an O 2 flow rate / Ar flow rate = 5%, and a thickness of 1.0 μm formed at room temperature. Thereafter, a post heat treatment was performed at 750 ° C. The X-ray diffraction patterns before and after firing the MgO film on SiO 2 are shown in FIGS.

焼成前・後、共にMgO(111)に優先配向しているが、MgO(200)も見られ、多結晶の膜になっている。MgOの熱膨張係数は13.0×10−6(/℃)、ヤング率は20.6×1010(N/m )である。その後、熱膨張係数の大きなMgO側に密着層としてTiを厚さ4nm、更にその上に第1電極となるPtを厚さ150nmをRFスパッタにて形成した。その上に基板ヒーターOFF、表示Arガス圧0.2Pa、ターゲット−基板間距離=160mmで、アモルファスのPZT層をRFスパッタにて1μm表面に形成した。このアモルファスのPZT層は通常MgO基板上で450℃の後熱処理により図14のように(001)に優先配向の結晶化したPZT層となるが、熱膨張係数の小さなSi基板上では450℃の後熱処理により結晶化後の冷却時に引っ張り応力が掛かり、図15のように(100)に優先配向したPZT膜となる。PZTの熱膨張係数はMPB組成近傍で9.0×10−6(/℃)、ヤング率は8.0×1010(N/m )である。 Both pre- and post-firing are preferentially oriented to MgO (111), but MgO (200) is also observed, resulting in a polycrystalline film. MgO has a thermal expansion coefficient of 13.0 × 10 −6 (/ ° C.) and a Young's modulus of 20.6 × 10 10 (N / m 2 ). Thereafter, Ti was formed as an adhesion layer on the MgO side having a large thermal expansion coefficient by a thickness of 4 nm, and further, Pt as a first electrode was formed thereon by RF sputtering with a thickness of 150 nm. On top of that, an amorphous PZT layer was formed on the surface of 1 μm by RF sputtering with substrate heater OFF, display Ar gas pressure 0.2 Pa, target-substrate distance = 160 mm. This amorphous PZT layer is usually a crystallized PZT layer preferentially oriented to (001) as shown in FIG. 14 by post-heat treatment at 450 ° C. on an MgO substrate, but it is 450 ° C. on a Si substrate having a small thermal expansion coefficient. A tensile stress is applied during cooling after crystallization by post-heat treatment, and a PZT film preferentially oriented at (100) is obtained as shown in FIG. The thermal expansion coefficient of PZT is 9.0 × 10 −6 (/ ° C.) near the MPB composition, and the Young's modulus is 8.0 × 10 10 (N / m 2 ).

形成した膜を酸素雰囲気中で昇降温1℃/min、750℃で5hrアニールし、結晶化を行った。図6及び図7に結晶化温度から室温までの各層に働く収縮の力関係と形状変化を示す。   The formed film was annealed in an oxygen atmosphere at an elevated temperature of 1 ° C./min and 750 ° C. for 5 hours for crystallization. FIG. 6 and FIG. 7 show the contraction force relationship and shape change acting on each layer from the crystallization temperature to room temperature.

結晶化温度から冷却過程が進むに連れて、図6のように振動板12の熱収縮は非常に小さく他の層に対して引っ張りに働く。熱膨張係数の大きなMgO層13は引張りをキャンセルして圧縮方向に働こうとする。(MgOの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板SiO の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)≧(PZTの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たしており、且つ、(MgOの熱膨張係数)>(PZTの熱膨張係数)の関係にあるため、結晶化温度から室温までの温度領域でPZTに対して圧縮の力が働く。 As the cooling process proceeds from the crystallization temperature, the thermal contraction of the diaphragm 12 is very small as shown in FIG. The MgO layer 13 having a large thermal expansion coefficient cancels the tension and tries to work in the compression direction. It satisfies the relationship of (thermal expansion coefficient of MgO × Young's modulus × thickness) − (thermal expansion coefficient of diaphragm SiO 2 × Young's modulus × thickness) ≧ (thermal expansion coefficient of PZT × Young's modulus × thickness) In addition, since there is a relationship of (thermal expansion coefficient of MgO)> (thermal expansion coefficient of PZT), a compressive force acts on PZT in the temperature range from the crystallization temperature to room temperature.

更に、振動板となるSiO が1μmと薄く、冷却過程のMgO層の大きな収縮に対して中空部分に対向する振動板が図7のように圧力室側に大きく変形して圧縮の応力が失われない。この結果、PZTが焼成温度から室温まで冷却される際に圧縮の応力が加わり、PZTの分極軸方向(C軸)が膜面に垂直方向に優先配向し、(001)の優先配向となった。 Furthermore, the SiO 2 that becomes the diaphragm is as thin as 1 μm, and the diaphragm facing the hollow part is greatly deformed to the pressure chamber side as shown in FIG. 7 due to the large shrinkage of the MgO layer in the cooling process, and the compression stress is lost. I will not. As a result, compressive stress was applied when the PZT was cooled from the firing temperature to room temperature, and the polarization axis direction (C axis) of the PZT was preferentially oriented in the direction perpendicular to the film surface, resulting in a preferential orientation of (001). .

又、SiO
はSi基板上に熱酸化で設けられており、750℃で焼成しても問題は発生しなかった。その後、結晶化したPZT表面に第2電極となるPtをRFスパッタにより形成した。PZT上の第1電極PtをSi上の溝に合わせてドライエッチングにてパターニングを行った。更に、Ptのパターンに沿ってウェットエッチングによりPZTをエッチングした。このPZTの電気的特性を測定したところ、電界強度と電束密度の関係であるP−Eカーブにおいて良好な角型比と高い飽和電束密度を示し、良好なヒステリシス特性を示した。又、このようにして作製したユニモルフ型圧電膜素子を図11のような矩形波を印加してレーザードップラー変位計による測定を行ったところ、ユニモルフ型圧電膜素子として十分な変位を確認できた。
SiO 2
Was provided on the Si substrate by thermal oxidation, and no problem occurred even when baked at 750 ° C. Thereafter, Pt serving as the second electrode was formed on the crystallized PZT surface by RF sputtering. Patterning was performed by dry etching with the first electrode Pt on PZT aligned with the groove on Si. Further, PZT was etched by wet etching along the Pt pattern. When the electrical characteristics of the PZT were measured, the P-E curve, which is the relationship between the electric field strength and the electric flux density, showed a good squareness ratio and a high saturated electric flux density, and showed good hysteresis characteristics. Further, when the unimorph type piezoelectric film element manufactured in this way was measured with a laser Doppler displacement meter by applying a rectangular wave as shown in FIG. 11, a sufficient displacement as a unimorph type piezoelectric film element was confirmed.

予め流路を設けたSi基板上に振動板となる熱酸化膜を転写し、振動板上に熱膨張係数の非常に大きいMgOを成膜し、更にその上に成膜方法としてRFスパッタリングを用いて、圧電性を有するPZT膜を非加熱成膜・後焼成し、ユニモルフ型圧電膜素子を駆動源とするインクジェットヘッドを作製した例を挙げる。   A thermal oxide film to be a vibration plate is transferred onto a Si substrate provided with a flow path in advance, and MgO having a very large thermal expansion coefficient is formed on the vibration plate, and further, RF sputtering is used as a film formation method thereon. An example in which an ink jet head using a unimorph type piezoelectric film element as a drive source is manufactured by forming a piezoelectric PZT film without heating and post-baking.

Si(100)基板上にICPドライエッチング技術を用いてインク流路となる溝を形成した。図9はノズル方向から見た完成形のインクジェットヘッド断面図である。図10にインクジェットヘッドの上視図を示す。   A groove serving as an ink flow path was formed on the Si (100) substrate using an ICP dry etching technique. FIG. 9 is a cross-sectional view of the completed inkjet head viewed from the nozzle direction. FIG. 10 shows a top view of the inkjet head.

インク供給室、連絡ノズル、圧力室、吐出ノズルが形成されており、インク供給室の一部は貫通している。その後、熱酸化膜1μmが形成されたSi基板を後述の溝が形成されたSi基板上に固相接合を用いて貼り付け、熱酸化膜が形成されたSi基板を裏面からウェットエッチングすることによって熱酸化膜SiO =1μmの振動板を形成した。 An ink supply chamber, a communication nozzle, a pressure chamber, and a discharge nozzle are formed, and a part of the ink supply chamber penetrates. After that, the Si substrate on which the thermal oxide film 1 μm is formed is pasted onto the Si substrate on which a groove described later is formed using solid phase bonding, and the Si substrate on which the thermal oxide film is formed is wet-etched from the back surface. A diaphragm having a thermal oxide film SiO 2 = 1 μm was formed.

SiO
の熱膨張係数は0.2×10−6(/℃)、ヤング率は7.2×1010(N/m )である。この上に熱膨張係数の大きなMgOをRFスパッタにて表示Arガス圧=0.14Pa、O 流量/Ar流量=5%で室温で厚さ1.0μm形成した。その後、750℃で後熱処理を行った。MgO膜のSiO 上の焼成前後のX線回折図を図13及び図14に示す。
SiO 2
Has a thermal expansion coefficient of 0.2 × 10 −6 (/ ° C.) and a Young's modulus of 7.2 × 10 10 (N / m 2 ). On top of this, MgO having a large thermal expansion coefficient was formed by RF sputtering, with an Ar gas pressure = 0.14 Pa, an O 2 flow rate / Ar flow rate = 5%, and a thickness of 1.0 μm formed at room temperature. Thereafter, a post heat treatment was performed at 750 ° C. The X-ray diffraction patterns before and after firing the MgO film on SiO 2 are shown in FIGS.

焼成前・後、共にMgO(111)に優先配向しているが、MgO(200)も見られ、多結晶の膜になっている。MgOの熱膨張係数は13.0×10−6(/℃)、ヤング率は20.6×1010(N/m )である。その後、熱膨張係数の大きなMgO側に密着層としてTiを厚さ4nm、更にその上に第1電極となるPtを厚さ150nmをRFスパッタにて形成した。その上に基板ヒーターOFF、表示Arガス圧0.2Pa、ターゲット−基板間距離=160mmで、アモルファスのPZT層をRFスパッタにて1μm表面に形成した。このアモルファスのPZT層は通常MgO基板上で750℃の後熱処理により図のように(001)に優先配向の結晶化したPZT層となるが、熱膨張係数の小さなSi基板上では750℃の後熱処理により結晶化後の冷却時に引っ張り応力が掛かり、図のように(100)に優先配向したPZT膜となる。PZTの熱膨張係数はMPB組成近傍で9.0×10−6(/℃)、ヤング率は8.0×1010(N/m )である。 Both pre- and post-firing are preferentially oriented to MgO (111), but MgO (200) is also observed, resulting in a polycrystalline film. MgO has a thermal expansion coefficient of 13.0 × 10 −6 (/ ° C.) and a Young's modulus of 20.6 × 10 10 (N / m 2 ). Thereafter, Ti was formed as an adhesion layer on the MgO side having a large thermal expansion coefficient by a thickness of 4 nm, and further, Pt as a first electrode was formed thereon by RF sputtering with a thickness of 150 nm. On top of that, an amorphous PZT layer was formed on the surface of 1 μm by RF sputtering with substrate heater OFF, display Ar gas pressure 0.2 Pa, target-substrate distance = 160 mm. This amorphous PZT layer is usually a crystallized PZT layer preferentially oriented to (001) as shown in the figure by post-heat treatment at 750 ° C. on the MgO substrate, but after 750 ° C. on the Si substrate having a small thermal expansion coefficient. A tensile stress is applied during cooling after crystallization by heat treatment, and a PZT film preferentially oriented at (100) as shown in the figure. The thermal expansion coefficient of PZT is 9.0 × 10 −6 (/ ° C.) near the MPB composition, and the Young's modulus is 8.0 × 10 10 (N / m 2 ).

形成した膜を酸素雰囲気中で昇降温1℃/min、750℃で5hrアニールし、結晶化を行った。図9に結晶化温度から室温までの各層の熱収縮の関係を示す。振動板12の熱収縮は非常に小さく、他の層に対して引っ張りに働く。熱膨張係数の大きなMgO層13は引張りをキャンセルして圧縮方向に働こうとする。(MgOの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板SiO の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)≧(PZTの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たしており、且つ、(MgOの熱膨張係数)>(PZTの熱膨張係数)の関係にあるため、結晶化温度から室温までの温度領域でPZTに対して圧縮の力が働く。 The formed film was annealed in an oxygen atmosphere at an elevated temperature of 1 ° C./min and 750 ° C. for 5 hours for crystallization. FIG. 9 shows the relationship of thermal shrinkage of each layer from the crystallization temperature to room temperature. The thermal contraction of the diaphragm 12 is very small and acts as a tension against the other layers. The MgO layer 13 having a large thermal expansion coefficient cancels the tension and tries to work in the compression direction. It satisfies the relationship of (thermal expansion coefficient of MgO × Young's modulus × thickness) − (thermal expansion coefficient of diaphragm SiO 2 × Young's modulus × thickness) ≧ (thermal expansion coefficient of PZT × Young's modulus × thickness) In addition, since there is a relationship of (thermal expansion coefficient of MgO)> (thermal expansion coefficient of PZT), a compressive force acts on PZT in the temperature range from the crystallization temperature to room temperature.

更に、振動板となるSiO が1μmと薄いため、冷却過程のMgO層の大きな収縮に対して中空部分に対向する振動板が図7のように圧力室側に大きく変形して圧縮の応力が失われない。この結果、PZTが焼成温度から室温まで冷却される際に圧縮の応力が加わり、PZTの分極軸方向(C軸)が膜面に垂直方向に優先配向し、(001)が優先配向となった。 Further, since SiO 2 serving as a diaphragm is as thin as 1 μm, the diaphragm facing the hollow portion is greatly deformed toward the pressure chamber as shown in FIG. Not lost. As a result, compressive stress was applied when PZT was cooled from the firing temperature to room temperature, and the polarization axis direction (C axis) of PZT was preferentially oriented in the direction perpendicular to the film surface, and (001) became preferential orientation. .

又、SiO
はSi基板上に固相接合で接合されており、750℃で焼成しても問題は発生しなかった。その後、結晶化したPZT表面に第2電極となるPtをRFスパッタにより形成した。PZT上の第1電極PtをSi上の溝に合わせてドライエッチングにてパターニングを行った。更に、Ptのパターンに沿ってウェットエッチングによりPZTをエッチングした。このPZTの電気的特性を測定したところ、電界強度と電束密度の関係であるP−Eカーブにおいて良好な角型比と高い飽和電束密度を示し、良好なヒステリシス特性を示した。又、このようにして作製したユニモルフ型圧電膜素子を図11のような矩形波を印可してレーザードップラー変位計による測定を行ったところ、ユニモルフ型圧電膜素子として十分な変位を確認できた。
SiO 2
Was bonded to the Si substrate by solid phase bonding, and no problem occurred even when baked at 750 ° C. Thereafter, Pt serving as the second electrode was formed on the crystallized PZT surface by RF sputtering. Patterning was performed by dry etching with the first electrode Pt on PZT aligned with the groove on Si. Further, PZT was etched by wet etching along the Pt pattern. When the electrical characteristics of the PZT were measured, the P-E curve, which is the relationship between the electric field strength and the electric flux density, showed a good squareness ratio and a high saturated electric flux density, and showed good hysteresis characteristics. Further, when the unimorph type piezoelectric film element thus fabricated was applied with a rectangular wave as shown in FIG. 11 and measured with a laser Doppler displacement meter, a sufficient displacement as a unimorph type piezoelectric film element was confirmed.

本実施例では圧電性を有する膜の上下に電極を設けた圧電素子の片方の面に、振動版が貼り付けられたユニモルフ型の圧電膜素子が形成されている。予めSi基板上に様々な加工を施すことにより、ユニモルフ型の圧電膜素子を用いた様々なデバイスが作製可能である。本実施例においては、Si基板に溝を形成することにより、ユニモルフ型の圧電膜素子を利用したインクジェットヘッドを形成している。   In this embodiment, a unimorph type piezoelectric film element having a vibration plate attached is formed on one surface of a piezoelectric element in which electrodes are provided above and below a piezoelectric film. By performing various processes on the Si substrate in advance, various devices using unimorph type piezoelectric film elements can be manufactured. In this embodiment, an ink jet head using a unimorph type piezoelectric film element is formed by forming a groove in a Si substrate.

このように作製したインク吐出用のインクジェットヘッドを用いて吐出確認を行った。このインクジェットヘッドにIPAを充填して図11のような駆動波形によって駆動したところ、液滴の吐出を確認することができた。   The ejection was confirmed using the ink jet head for ink ejection thus prepared. When this ink jet head was filled with IPA and driven with a drive waveform as shown in FIG. 11, ejection of droplets could be confirmed.

成膜方法としてRFスパッタリングを用いて、予め流路を設けたSi基板上に陽極接合した振動板となる結晶化ガラス上に熱膨張係数の非常に大きいMgOを成膜し、更にその上に圧電性を有するPZT膜を非加熱成膜・後焼成し、ユニモルフ型圧電膜素子を駆動源とするインクジェットヘッドを作製した例を挙げる。   Using RF sputtering as the film formation method, MgO with a very high thermal expansion coefficient is formed on crystallized glass, which is a vibration plate that has been anodically bonded to a Si substrate that has been previously provided with a flow path, and piezoelectric film is further formed thereon. An example in which an ink-jet head using a unimorph type piezoelectric film element as a drive source is produced by forming a PZT film having the property into a non-heated film and post-baking it.

Si(100)基板上にICPドライエッチング技術を用いて実施例2と同様にインク流路となる溝を形成した。その後、振動板として30μm厚の結晶化ガラスを後述の溝が形成されたSi基板上に陽極接合を用いて貼り付け、結晶化ガラスを研磨にて3μmまで薄片化した。結晶化ガラスの熱膨張係数は3.2×10−6(/℃)、ヤング率は8.9×1010(N/m )である。研磨によって薄片化した結晶化ガラス上に熱膨張係数の大きなMgOをRFスパッタにて表示Arガス圧=0.14Pa、O 流量/Ar流量=5%で室温で厚さ1.0μm形成した。 A groove serving as an ink flow path was formed on the Si (100) substrate using the ICP dry etching technique in the same manner as in Example 2. Thereafter, crystallized glass having a thickness of 30 μm was attached as a vibration plate on a Si substrate on which grooves described later were formed using anodic bonding, and the crystallized glass was thinned to 3 μm by polishing. The thermal expansion coefficient of crystallized glass is 3.2 × 10 −6 (/ ° C.), and the Young's modulus is 8.9 × 10 10 (N / m 2 ). MgO having a large thermal expansion coefficient was formed on the crystallized glass sliced by polishing by RF sputtering, and a thickness of 1.0 μm was formed at room temperature with Ar gas pressure = 0.14 Pa, O 2 flow rate / Ar flow rate = 5%.

MgOの熱膨張係数は13.0×10−6(/℃)、ヤング率は20.6×1010(N/m )である。その後、熱膨張係数の大きなMgO側に密着層としてTiを厚さ4nm、更にその上に第1電極となるPtを厚さ150nmをRFスパッタにて形成した。その上に基板ヒーターOFF、表示Arガス圧0.2Pa、ターゲット−基板間距離=160mmで、アモルファスのPZT層をRFスパッタにて1μm表面に形成した。このアモルファスのPZT層は通常MgO基板上で750℃の後熱処理により図14のように(001)に優先配向の結晶化したPZT層となるが、熱膨張係数の小さなSi基板上では750℃の後熱処理により結晶化後の冷却時に引っ張り応力が掛かり、図15のように(100)に優先配向したPZT膜となる。PZTの熱膨張係数はMPB組成近傍で9.0×10−6(/℃)、ヤング率は8.0×1010(N/m )である。 MgO has a thermal expansion coefficient of 13.0 × 10 −6 (/ ° C.) and a Young's modulus of 20.6 × 10 10 (N / m 2 ). Thereafter, Ti was formed as an adhesion layer on the MgO side having a large thermal expansion coefficient by a thickness of 4 nm, and further, Pt as a first electrode was formed thereon by RF sputtering with a thickness of 150 nm. On top of that, an amorphous PZT layer was formed on the surface of 1 μm by RF sputtering with substrate heater OFF, display Ar gas pressure 0.2 Pa, target-substrate distance = 160 mm. This amorphous PZT layer is usually a crystallized PZT layer preferentially oriented to (001) as shown in FIG. 14 by post-heat treatment at 750 ° C. on the MgO substrate, but it is 750 ° C. on the Si substrate having a small thermal expansion coefficient. A tensile stress is applied during cooling after crystallization by post-heat treatment, and a PZT film preferentially oriented at (100) is obtained as shown in FIG. The thermal expansion coefficient of PZT is 9.0 × 10 −6 (/ ° C.) near the MPB composition, and the Young's modulus is 8.0 × 10 10 (N / m 2 ).

形成した膜を酸素雰囲気中で昇降温1℃/min、750℃で5hrアニールし、結晶化を行った。図9に結晶化温度から室温までの各層の熱収縮の関係を示す。振動板12の熱収縮は非常に小さく、他の層に対して引っ張りに働く。熱膨張係数の大きなMgO層13は引張りをキャンセルして圧縮方向に働こうとする。(MgOの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板となる結晶化ガラスの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)≧(PZTの熱膨張係数×ヤング率×厚さ)の関係を満たしており、且つ、(MgOの熱膨張係数)>(PZTの熱膨張係数)の関係にあるため、結晶化温度から室温までの温度領域でPZTに対して圧縮の力が働き、更に振動板となる結晶化ガラスが3μmと薄いため、冷却過程のMgO層の大きな収縮に対して中空部分に対向する振動板が図7のように圧力室側に大きく変形して圧縮の応力が失われない。この結果、PZTが焼成温度から室温まで冷却される際に圧縮の応力が加わり、PZTの分極軸方向(C軸)が膜面に垂直方向に優先配向し、(001)が優先配向となった。又、結晶化ガラスは歪み点が約1000℃であり、750℃で焼成しても問題は発生しなかった。又、Si基板と結晶化ガラスの熱膨張係数は高温まで非常に近く、焼成によっても剥離等の問題は全く発生しなかった。   The formed film was annealed in an oxygen atmosphere at an elevated temperature of 1 ° C./min and 750 ° C. for 5 hours for crystallization. FIG. 9 shows the relationship of thermal shrinkage of each layer from the crystallization temperature to room temperature. The thermal contraction of the diaphragm 12 is very small and acts as a tension against the other layers. The MgO layer 13 having a large thermal expansion coefficient cancels the tension and tries to work in the compression direction. The relationship of (thermal expansion coefficient of MgO × Young's modulus × thickness) − (thermal expansion coefficient of crystallized glass as vibration plate × Young's modulus × thickness) ≧ (thermal expansion coefficient of PZT × Young's modulus × thickness) And satisfying the relationship (thermal expansion coefficient of MgO)> (thermal expansion coefficient of PZT), a compressive force acts on PZT in the temperature range from the crystallization temperature to room temperature, and the diaphragm Since the crystallized glass becomes as thin as 3 μm, the diaphragm facing the hollow part is greatly deformed to the pressure chamber side as shown in FIG. 7 due to the large shrinkage of the MgO layer in the cooling process, and the compression stress is not lost. . As a result, compressive stress was applied when PZT was cooled from the firing temperature to room temperature, and the polarization axis direction (C axis) of PZT was preferentially oriented in the direction perpendicular to the film surface, and (001) became preferential orientation. . In addition, the crystallized glass has a strain point of about 1000 ° C., and no problem occurred even when fired at 750 ° C. Further, the thermal expansion coefficients of the Si substrate and the crystallized glass were very close to a high temperature, and no problems such as peeling occurred even after firing.

その後、結晶化したPZT表面に第2電極となるPtをRFスパッタにより形成したPZT上の第1電極PtをSi上の溝に合わせてドライエッチングにてパターニングを行った。更に、Ptのパターンに沿ってウェットエッチングによりPZTをエッチングした。このPZTの電気的特性を測定したところ、電界強度と電束密度の関係であるP−Eカーブにおいて良好な角型比と高い飽和電束密度を示し、良好なヒステリシス特性を示した。更に、作製したユニモルフ型圧電膜素子を図11のような矩形波を印加してレーザードップラー変位計による測定を行ったところ、ユニモルフ型圧電膜素子として十分な変位を確認できた。   Thereafter, the first electrode Pt on PZT in which Pt to be the second electrode was formed by RF sputtering on the crystallized PZT surface was patterned by dry etching in accordance with the groove on Si. Further, PZT was etched by wet etching along the Pt pattern. When the electrical characteristics of the PZT were measured, the P-E curve, which is the relationship between the electric field strength and the electric flux density, showed a good squareness ratio and a high saturated electric flux density, and showed good hysteresis characteristics. Furthermore, when the produced unimorph type piezoelectric film element was applied with a rectangular wave as shown in FIG. 11 and measured by a laser Doppler displacement meter, a sufficient displacement as a unimorph type piezoelectric film element was confirmed.

本実施例では、圧電性を有する膜の上下に電極を設けた圧電素子の片方の面に、振動版が貼り付けられたユニモルフ型の圧電膜素子が形成されている。予めSi基板上に様々な加工を施すことにより、ユニモルフ型の圧電膜素子を用いた様々なデバイスが作製可能である。本実施例においてはSi基板に溝を形成することにより、ユニモルフ型の圧電膜素子を利用したインクジェットヘッドを形成している。   In this embodiment, a unimorph type piezoelectric film element in which a vibration plate is attached is formed on one surface of a piezoelectric element in which electrodes are provided above and below a piezoelectric film. By performing various processes on the Si substrate in advance, various devices using unimorph type piezoelectric film elements can be manufactured. In this embodiment, an ink jet head using a unimorph type piezoelectric film element is formed by forming a groove in a Si substrate.

このように作製したインク吐出用のインクジェットヘッドを用いて吐出確認を行った。このインクジェットヘッドにIPAを充填して図11のような駆動波形によって駆動したところ、液滴の吐出を確認することができた。   The ejection was confirmed using the ink jet head for ink ejection thus prepared. When this ink jet head was filled with IPA and driven with a drive waveform as shown in FIG. 11, ejection of droplets could be confirmed.

本発明によれば、予め加工を施したSi基板上に薄い振動板を接合し、その上に第1層として圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜を、(圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)−(振動板の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)≧(圧電性を有する膜の熱膨張係数×ヤング率×厚さ)となるように形成し、その上に第2層として貴金属等の電極層を設け、更にその上に第3層として圧電性を有する膜をスパッタリング法を用いて(ターゲットから叩き出される各金属原子の平均自由工程)≧(ターゲット−基板間距離)を満たすように加熱結晶化しながら成膜若しくは非加熱成膜して後焼成により結晶化させることにより、圧電性を有する膜に降温時に圧縮応力を加える構成にし、圧電性を有する膜をその圧電性を最も効果的に発揮する分極軸方向(C軸)が膜面に垂直に50%程度以上配向した(001)優先配向状態になるように、振動板上へ直接形成することが可能になった。   According to the present invention, a thin diaphragm is bonded to a Si substrate that has been processed in advance, and a film having a larger thermal expansion coefficient than a film having piezoelectricity is formed thereon as a first layer (from a film having piezoelectricity). Thermal expansion coefficient of a film having a large thermal expansion coefficient × Young's modulus × thickness) − (Thermal expansion coefficient of the diaphragm × Young's modulus × thickness) ≧ (Thermal expansion coefficient of the film having piezoelectricity × Young's modulus × thickness) An electrode layer made of noble metal or the like is provided as a second layer thereon, and a piezoelectric film as a third layer is further formed thereon using a sputtering method (each metal atom struck out from the target). The average free process) ≧ (target-to-substrate distance) is formed while heating or crystallizing so as to satisfy the target-substrate distance and then crystallized by post-baking to cause compressive stress on the piezoelectric film when the temperature is lowered. A piezoelectric film with its pressure. Can be directly formed on the diaphragm so that the polarization axis direction (C axis) that exhibits the most effective property is in the (001) preferential orientation state in which the orientation is approximately 50% or more perpendicular to the film surface. It was.

圧電性を有する膜の上に第3層として貴金属等の電極層を形成し、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電膜素子を駆動源とするインクジェットヘッド等のデバイスを作製することができるが、Si基板上にインク流路やインク供給口等の加工を施した後に振動板を接合等により形成し、その上に圧電性を有する膜をその圧電性を劣化させることなく、更には圧電性をより効率良く発揮するように直接成膜することが可能になるため、従来より高精細で非常に高品位なインクジェットヘッドを歩留まり良く生産することが可能となる。   An electrode layer such as a noble metal is formed as a third layer on the piezoelectric film, and a device such as an ink jet head using a unimorph type piezoelectric film element using the piezoelectric film as a driving source can be manufactured. However, after processing the ink flow path and the ink supply port on the Si substrate, a diaphragm is formed by bonding or the like, and a piezoelectric film is further formed on the Si substrate without deteriorating its piezoelectricity. Therefore, it is possible to directly form a film so as to exhibit the efficiency more efficiently. Therefore, it is possible to produce a high-definition and extremely high-quality ink jet head with a high yield compared to the related art.

本発明の作用及び実施例の説明に適用される無配向PZTのX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of non-oriented PZT applied to description of an effect | action of this invention, and an Example. 本発明の作用の説明に適用される十分に厚い基板の熱膨張係数とその上に形成されたPZT(112)(211)混合ピークのX線回折による面間隔の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface space | interval by the X-ray diffraction of the thermal expansion coefficient of the sufficiently thick board | substrate applied for description of an effect | action of this invention, and the PZT (112) (211) mixed peak formed on it. 本発明の作用の説明に適用される熱膨張係数の小さな基板上に形成された圧電性を有する膜の圧電性劣化のモデル図である。It is a model figure of the piezoelectric deterioration of the film | membrane which has the piezoelectricity formed on the board | substrate with a small thermal expansion coefficient applied for description of an effect | action of this invention. 本発明の作用の説明に適用される、PZTに圧縮の力が働くMgO基板上の電気的特性=電界と電束密度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electrical property on the MgO board | substrate which the compression force acts on PZT = electric field and electric flux density applied to description of an effect | action of this invention. 本発明の作用の説明に適用される、PZTに引っ張りの力が働くSi基板上の電気的特性=電界と電束密度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electrical property on Si substrate in which the tension | pulling force acts on PZT applied to description of an effect | action of this invention = electric field and electric flux density. 本発明の実施例の説明に適用される、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電膜素子の断面図である。It is sectional drawing of the unimorph type piezoelectric film element using the film | membrane which has a piezoelectric property applied to description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用される、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電膜素子の結晶化温度からの冷却の際の形状変化を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shape change at the time of cooling from the crystallization temperature of the unimorph type | mold piezoelectric film element using the film | membrane which has a piezoelectric property applied to description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用される、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an inkjet head using a unimorph type piezoelectric element using a piezoelectric film as a drive source, which is applied to the description of an embodiment of the invention. 本発明の実施例の説明に適用される、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドのノズル方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the nozzle direction of the inkjet head which uses the unimorph type piezoelectric element using the film | membrane which has a piezoelectric property applied to description of the Example of this invention as a drive source. 本発明の比較例の説明に適用される、圧電性を有する膜を用いたユニモルフ型圧電素子を駆動源とするインクジェットヘッドの上視図である。It is a top view of the inkjet head which uses the unimorph type piezoelectric element using the film | membrane which has a piezoelectric property applied to description of the comparative example of this invention as a drive source. 本発明の実施例の説明に適用される圧電素子の評価に用いた駆動波形を示す図である。It is a figure which shows the drive waveform used for evaluation of the piezoelectric element applied to description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用されるMgO膜の焼成前X線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern before baking of the MgO film | membrane applied for description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用されるMgO膜の焼成後X線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern after baking of the MgO film | membrane applied for description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用される、MgO基板上に成膜された優先配向PZT膜の焼成後X線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern after baking of the priority orientation PZT film | membrane formed into a film on the MgO substrate applied to description of the Example of this invention. 本発明の実施例の説明に適用される、Si基板上に成膜された優先配向PZT膜の焼成後X線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern after baking of the priority orientation PZT film | membrane formed into a film on the Si substrate applied to description of the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 圧電膜素子の基台となるSi基板
11 インクジェット用の溝の形成されたSi基板
12 振動版
13 圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜
14 第1電極
15 圧電性を有する膜
16 第2電極
17 インク吐出用の溝
21 Si基板及び陽極接合された振動板
22 インク供給室貫通孔
23 インク供給室
24 連絡ノズル
25 圧力室及びその上のユニモルフ型圧電素子
26 吐出ノズル
27 吐出された液滴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Si substrate used as the base of a piezoelectric film element 11 Si substrate in which the groove | channel for inkjets was formed 12 Vibration plate 13 Film | membrane with a larger thermal expansion coefficient than the film | membrane which has piezoelectricity 14 1st electrode 15 Film | membrane which has piezoelectricity
16 Second electrode 17 Ink discharge groove 21 Si substrate and anode bonded diaphragm 22 Ink supply chamber through hole 23 Ink supply chamber 24 Connecting nozzle 25 Pressure chamber and unimorph piezoelectric element 26 Discharge nozzle 27 on the pressure chamber Droplet

Claims (28)

振動板上に順次に下電極、圧電性を有する膜及び上電極をそれぞれ形成し、且つ、前記振動板と前記圧電性を有する膜の間に前記圧電性を有する膜よりも熱膨張係数の大きな膜を形成するとともに、(前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)−(前記振動板の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)≧(前記圧電性を有する膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)を満たすように各々を形成し、且つ、前記圧電性を有する膜をスパッタリング法を用いて(ターゲットから叩き出される各金属原子の平均自由工程)≧(ターゲット−基板間距離)を満たすように成膜を行うことを特徴とするユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   A lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on the diaphragm, and a thermal expansion coefficient is larger between the diaphragm and the piezoelectric film than the piezoelectric film. In addition to forming a film, (thermal expansion coefficient of the film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film × thickness × Young's modulus) − (thermal expansion coefficient of the diaphragm × thickness × Young's modulus) ≧ (the above Each is formed so as to satisfy the thermal expansion coefficient × thickness × Young's modulus of the film having piezoelectricity, and the film having piezoelectricity is sputtered (average of each metal atom knocked out from the target) A method for producing a unimorph type piezoelectric film element, wherein film formation is performed so as to satisfy a free step) ≧ (target-substrate distance). 前記成膜を不活性ガスのみで行うことを特徴とする請求項1記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein the film formation is performed only with an inert gas. 前記不活性ガスがArガスであることを特徴とする請求項2記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   3. The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 2, wherein the inert gas is Ar gas. 前記不活性ガスの分圧が0.5Pa以下であることを特徴とする請求項2又は3記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   4. The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 2, wherein the partial pressure of the inert gas is 0.5 Pa or less. 前記(ターゲット−基板間距離)が150mm以上であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 1 to 4, wherein the (target-substrate distance) is 150 mm or more. 前記成膜終了後に後焼成によって酸化物薄膜を結晶化することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   6. The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein the oxide thin film is crystallized by post-baking after completion of the film formation. 前記後焼成を700℃を超える温度で行うことを特徴とする請求項6記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 6, wherein the post-baking is performed at a temperature exceeding 700 ° C. 前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜として、MgO、ZrO 又はCuを用いることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。 The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 1 to 7, wherein MgO, ZrO 2 or Cu is used as the film having a larger thermal expansion coefficient than the film having piezoelectricity. 前記圧電性を有する膜として、少なくともPbを含むペロブスカイト構造酸化物である膜を用いることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   9. The method for manufacturing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein a film having a perovskite structure oxide containing at least Pb is used as the piezoelectric film. 前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜を真空成膜によって形成することを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 1 to 9, wherein a film having a larger thermal expansion coefficient than the film having piezoelectricity is formed by vacuum film formation. 前記振動板の厚みを10μm以下にすることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 1 to 10, wherein the diaphragm has a thickness of 10 m or less. 前記振動板を、加工の施されたSi基板上に形成することを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for producing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein the vibration plate is formed on a processed Si substrate. 前記振動板を、Si基板の酸化若しくは窒化によって作製することを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for manufacturing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein the diaphragm is manufactured by oxidizing or nitriding a Si substrate. 前記振動板が結晶化ガラスであることを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   The method for manufacturing a unimorph type piezoelectric film element according to claim 1, wherein the diaphragm is crystallized glass. 前記振動板が陽極接合時可動イオンとして作用する不純物イオンを有し、且つ、前記Si基板と前記振動板を陽極接合にて接合することを特徴とする請求項1〜12又は14の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   15. The diaphragm according to claim 1, wherein the diaphragm has impurity ions that act as movable ions during anodic bonding, and the Si substrate and the diaphragm are bonded by anodic bonding. A production method of the unimorph type piezoelectric film element described. 前記振動板の熱膨張係数は、室温から前記圧電性を有する膜の熱処理温度までの範囲において前記Si基板の50%以内であることを特徴とする請求項1〜12又は14の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子の作製方法。   15. The thermal expansion coefficient of the diaphragm is within 50% of the Si substrate in a range from room temperature to a heat treatment temperature of the piezoelectric film. Of manufacturing a unimorph type piezoelectric film element. 振動板上に接着剤を介さないで順次に下電極、圧電性を有する膜及び上電極がそれぞれ設けられ、且つ、前記圧電性を有する膜の分極軸方向が前記圧電性を有する膜面の垂直方向に優先配向していることを特徴とするユニモルフ型圧電膜素子。   A lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially provided on the diaphragm without using an adhesive, and the polarization axis direction of the piezoelectric film is perpendicular to the piezoelectric film surface. A unimorph type piezoelectric film element characterized by being preferentially oriented in a direction. 前記振動板と前記圧電性を有する膜の間に前記圧電性を有する膜よりも熱膨張係数の大きな膜が設けられ、且つ、(前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)−(前記振動板の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)≧(前記圧電性を有する膜の熱膨張係数×厚さ×ヤング率)の関係が満たされていることを特徴とする請求項17記載のユニモルフ型圧電膜素子。   A film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film is provided between the diaphragm and the piezoelectric film, and (thermal expansion of a film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film) Coefficient × thickness × Young's modulus) − (thermal expansion coefficient of the diaphragm × thickness × Young's modulus) ≧ (thermal expansion coefficient of the film having piezoelectricity × thickness × Young's modulus) The unimorph type piezoelectric film element according to claim 17. 前記圧電性を有する膜より熱膨張係数の大きな膜がMgO、ZrO 又はCuであることを特徴とする請求項18記載のユニモルフ型圧電膜素子。 The unimorph type piezoelectric film element according to claim 18, wherein the film having a larger thermal expansion coefficient than the piezoelectric film is MgO, ZrO 2 or Cu. 前記圧電性を有する膜が少なくともPbを含むペロブスカイト構造酸化物であることを特徴とする請求項17〜19の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   The unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 17 to 19, wherein the piezoelectric film is a perovskite structure oxide containing at least Pb. 前記圧電性を有する膜が多結晶膜であることを特徴とする請求項17〜20の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   21. The unimorph type piezoelectric film element according to claim 17, wherein the piezoelectric film is a polycrystalline film. 前記圧電膜素子が加工の施されたSi基板上に形成されていることを特徴とする請求項17〜21の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   The unimorph piezoelectric film element according to any one of claims 17 to 21, wherein the piezoelectric film element is formed on a processed Si substrate. 前記振動板が10μm以下の厚さであることを特徴とする請求項17〜22の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   23. The unimorph type piezoelectric film element according to claim 17, wherein the diaphragm has a thickness of 10 [mu] m or less. 前記振動板がSiO 若しくはSiNであることを特徴とする請求項17〜23の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。 The unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 17 to 23, wherein the diaphragm is made of SiO 2 or SiN. 前記振動板が結晶化ガラスであることを特徴とする請求項17〜23の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   The unimorph type piezoelectric film element according to any one of claims 17 to 23, wherein the vibration plate is crystallized glass. 前記振動板の熱膨張係数は、室温から前記圧電性を有する膜の熱処理温度までの範囲において前記Si基板の50%以内であることを特徴とする請求項17〜23又は25の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   26. The thermal expansion coefficient of the diaphragm is within 50% of the Si substrate in a range from room temperature to a heat treatment temperature of the piezoelectric film. Unimorph type piezoelectric film element. 前記振動板は不純物イオンを有し、且つ、前記不純物イオンが陽極接合時可動イオンとして作用し、陽極接合が容易な材料であることを特徴とする請求項17〜23,25又は26の何れかに記載のユニモルフ型圧電膜素子。   27. The diaphragm according to claim 17, wherein the diaphragm has impurity ions, and the impurity ions act as movable ions at the time of anodic bonding so that the anodic bonding is easy. The unimorph type piezoelectric film element described in 1. ノズル、圧力室、流路及びインク室となる溝が形成されているSi基板を用い、且つ、前記Si基板上に請求項17〜27の何れかに記載の圧電膜素子が形成されていることを特徴とするユニモルフ型インクジェットヘッド。   A Si substrate on which grooves for forming nozzles, pressure chambers, flow paths and ink chambers are formed, and the piezoelectric film element according to any one of claims 17 to 27 is formed on the Si substrate. A unimorph type inkjet head characterized by
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007049025A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Seiko Epson Corp Actuator, liquid spray head and liquid spraying device
JP2012174995A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Fujifilm Corp Resonant oscillator and ultrasonic surgical instrument with resonant oscillator
JP2013248762A (en) * 2012-05-30 2013-12-12 Toshiba Corp Inkjet recording head
JP2019130765A (en) * 2018-01-31 2019-08-08 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric device, liquid injection head, and liquid injection device
JP7421710B2 (en) 2019-04-03 2024-01-25 I-PEX Piezo Solutions株式会社 membrane structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007049025A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Seiko Epson Corp Actuator, liquid spray head and liquid spraying device
JP2012174995A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Fujifilm Corp Resonant oscillator and ultrasonic surgical instrument with resonant oscillator
JP2013248762A (en) * 2012-05-30 2013-12-12 Toshiba Corp Inkjet recording head
JP2019130765A (en) * 2018-01-31 2019-08-08 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric device, liquid injection head, and liquid injection device
JP7087413B2 (en) 2018-01-31 2022-06-21 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric devices, liquid spray heads, and liquid sprayers
JP7421710B2 (en) 2019-04-03 2024-01-25 I-PEX Piezo Solutions株式会社 membrane structure

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