JP2006203037A - 有機薄膜の形成方法、強誘電体膜、圧電体膜、強誘電体キャパシタの製造方法、圧電素子の製造方法、強誘電体メモリ、圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、および電子機器。 - Google Patents
有機薄膜の形成方法、強誘電体膜、圧電体膜、強誘電体キャパシタの製造方法、圧電素子の製造方法、強誘電体メモリ、圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、および電子機器。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 より簡易な工程で形成できる有機系材料からなる有機薄膜の形成方法を提供する。
【解決手段】 本発明の有機薄膜20の形成方法は、
(a)基体10の上に接着用溶液を塗布すること、
(b)前記接着用溶液が塗布された前記基体10の上に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜20aを接着すること、
(c)前記有機系材料膜20aの膜厚を制御すること、を含む。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の有機薄膜20の形成方法は、
(a)基体10の上に接着用溶液を塗布すること、
(b)前記接着用溶液が塗布された前記基体10の上に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜20aを接着すること、
(c)前記有機系材料膜20aの膜厚を制御すること、を含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、有機薄膜の形成方法、強誘電体膜、圧電体膜、強誘電体キャパシタの製造方法、圧電素子の製造方法、強誘電体メモリ、圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、および電子機器に関する。
有機系材料からなる強誘電体膜は、PZTやSBTなどの無機系材料からなる強誘電体膜と比して、その製造装置や材料が安価であるという利点を有するため、その形成方法や材料の開発が注目されている。このような有機系材料からなる強誘電体膜は、通常、該当する有機系材料を溶解もしくは分散させた原料液を基板に塗布することで形成される。
しかし、有機系材料によっては、その分子構造に強誘電特性や圧電特性の有無が左右されることがある。たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、強誘電特性を出すために、分子鎖が特定の構造を取る必要があることは知られている。そのため、これらの有機系材料の原料液を塗布して膜を形成したのちに、分子鎖を所望の構造にするため、熱処理などを施している。しかし、この方法では、十分な強誘電特性を得るために、分子鎖を所望の構造にするのは難しく、より簡易な工程で、良好な強誘電特性や圧電特性が得られる強誘電体膜の形成方法の開発が望まれている。
本発明の目的は、より簡易な工程で形成できる有機系材料からなる有機薄膜の形成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、より簡易な工程で形成することができる有機系材料からなる強誘電体膜、およびこの強誘電体膜を含む強誘電体キャパシタの形成方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、より簡易工程で形成される圧電体膜およびこの圧電体膜を含む圧電素子の形成方法を形成することにある。
また、本発明の他の目的は、強誘電体メモリ、圧電アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタおよび電子機器を提供することにある。
1.有機薄膜の形成方法
本発明の有機薄膜の形成方法は、
(a)基体の上に接着用溶液を塗布すること、
(b)前記接着用溶液が塗布された前記基体の上に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(c)前記有機系材料膜の膜厚を制御すること、
を含む。
本発明の有機薄膜の形成方法は、
(a)基体の上に接着用溶液を塗布すること、
(b)前記接着用溶液が塗布された前記基体の上に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(c)前記有機系材料膜の膜厚を制御すること、
を含む。
本発明の有機薄膜の形成方法によれば、従来困難が多いとされていた有機系材料からなる薄膜をより簡易な工程で形成することができる。
本発明の有機薄膜の形成方法は、さらに、下記の態様をとることができる。
(A)本発明の有機薄膜の形成方法において、前記(c)は、ウェットエッチングにより行われることができる。
(B)本発明の有機薄膜の形成方法において、前記(a)は、スピンコート法により行われることができる。
(C)本発明の有機薄膜の形成方法において、前記溶液は、その沸点の温度が、前記(b)の処理雰囲気の温度と比して大きいことができる。
2.強誘電体キャパシタの製造方法
本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、
(a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む。
本発明の強誘電体キャパシタの製造方法は、
(a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む。
本発明の強誘電体キャパシタの製造方法において、
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いることができる。
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いることができる。
3.圧電素子の製造方法
本発明の圧電素子の製造方法は、
(a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む。
本発明の圧電素子の製造方法は、
(a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む。
本発明の圧電素子の製造方法において、
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いることができる。
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いることができる。
4.強誘電体膜および圧電体膜
本発明の強誘電体膜は、上記の本発明の有機薄膜の形成方法により形成された膜である。
本発明の強誘電体膜は、上記の本発明の有機薄膜の形成方法により形成された膜である。
本発明の圧電体膜は、上記の本発明の有機薄膜の形成方法により形成された膜である。
5.その他
本発明の強誘電体メモリは、上記の本発明の強誘電体キャパシタの製造方法により製造された強誘電体キャパシタを含む。
本発明の強誘電体メモリは、上記の本発明の強誘電体キャパシタの製造方法により製造された強誘電体キャパシタを含む。
本発明の圧電アクチュエータは、上記の本発明の圧電素子の製造方法により製造された圧電素子を含む。
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、上記の本発明の圧電アクチュエータを含む。
本発明のインクジェットプリンタは、上記の本発明のインクジェット式記録ヘッドを用いたものである。
本発明の電子機器は、
表示体と、タッチパネル部と、入力情報装置とを、含み、
前記タッチパネル部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられた本発明にかかる圧電体膜と、
前記圧電体膜を挟み前記第1電極と対向して設けられた第2電極と、を有し、
前記入力情報取得装置は、前記強誘電体が発生する電圧を検出して入力情報を取得し、前記タッチパネル部は、前記表示体の画像が表示される表示画面側に設けられている。
表示体と、タッチパネル部と、入力情報装置とを、含み、
前記タッチパネル部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられた本発明にかかる圧電体膜と、
前記圧電体膜を挟み前記第1電極と対向して設けられた第2電極と、を有し、
前記入力情報取得装置は、前記強誘電体が発生する電圧を検出して入力情報を取得し、前記タッチパネル部は、前記表示体の画像が表示される表示画面側に設けられている。
以下、本発明の実施の形態の一例について説明する。
1.有機薄膜の形成方法
本実施の形態にかかる有機薄膜の形成方法について、図1を参照しつつ説明する。
本実施の形態にかかる有機薄膜の形成方法について、図1を参照しつつ説明する。
まず、図1(A)に示すように、所与の基体10を準備する。基体10としては、ガラス基板、半導体基板などの他に、可撓性を有する樹脂フィルムなどを用いることができる。樹脂フィルムからなる基体10としては、たとえば、ポリエステル系(たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリオレフィン系(たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリアミド系(たとえば、ナイロン、アラミド等)、ポリイミド系、ポリスルホン系、セルロース系などを挙げることができる。これらは、使用目的に応じてその種類、物性(例えば、ヤング率、熱膨張率、表面粗さ、耐熱性、耐溶媒性等)、厚みなどを適宜選択して用いる。
一方、基体10とは別に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜20aを準備する。この有機系材料膜20aは、公知の延伸処理などが施されて配向が制御され、強誘電特性または圧電特性を示す膜のことをいう。たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)や、ポリフッ化ビニリデンとトリフッ化エチレンとの共重合体、奇数ナイロン、シアノ化ビニリデン、ポリウレア、TGSおよびロッシェル塩などを挙げることができる。
次に、図1(B)に示すように、基体10の上に、接着用溶液を塗布して、塗膜30を形成する。この接着用溶液は、基体10と有機系材料膜20aとを貼り合わせるための接着剤としての役割を果たす。接着用溶液の材料としては、基体10と有機系材料膜20aとの双方の表面を溶かすことのできる溶液であれば、基体10および有機系材料膜20aの材料に応じて適宜選択することができる。このような溶液の一例としては、ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの極性溶媒、種々の多価アルコール、含フッ素溶媒などを例示することができる。なお、接着用溶液は、基体10の材質によっては、基体10の表面のみを溶かすことができる溶液であっても用いることができる。この点については、後述する。
また、接着用溶液としては、その溶液の沸点の温度が、後述の有機系材料膜20aが接着されるまでの間の処理雰囲気の温度より大きい材料であることが好ましい。これは、接着用溶液の沸点の温度が上記条件を満たしている場合、塗布後の揮発量が少なくて済むという利点があるためである。また、この態様によれば、できる限り少量の溶液の塗布で足りることとなる。接着用溶液は、基体10の上面もしくは有機系材料膜20aの基体の接着面を溶解することで、これらを貼り付ける。そのため、少量の溶液で足りるとすれば、その溶解量を少なくすることができ、基体10や有機系材料膜20aへのダメージを少なくできるという利点を有することになる。
なお、図1(B)では、基体10の全面に塗膜30を形成した場合を図示するが、これに限定されることなく、基体10の上面であって、少なくとも最終的に有機薄膜を形成したい領域に塗布されていればよい。溶液の塗布方法としては、塗布できる限り特に制限はなく、たとえば、スピンコート法、ディッピング法およびスプレー法などを挙げることができる。これらの塗布方法の中でも、スピンコート法が好ましい。スピンコート法を用いる場合には、短時間で塗布することができるために、揮発性の高い溶液であっても利用でき、また、均一性の高い塗布を行うことができるという利点がある。
次に、図1(C)に示すように、有機系材料膜20aを溶液が塗布された基体の面に貼り合わせる。これにより、基体10の上に有機系材料膜20aを設けることができる。
次に、図1(D)に示すように、有機系材料膜20aの膜厚を制御する。具体的には、有機系材料膜20aを薄膜化するのである。この工程は、有機系材料膜20aの材質に応じて公知のウェットエッチングやドライエッチングを用いて行うことができる。特に、短時間でエッチングが可能である点や有機系材料膜に与えるダメージの少なさを考慮すると、ウェットエッチングを行うことが好ましい。ウェットエッチングを行う場合のエッチング液としては、有機系材料膜20aを溶解することができるものであれば、特に制限はされない。有機系材料膜20aが、PVDFである場合には、上述のDMFやNMPを用いることができる。
以上の工程により、基体10の上に有機薄膜20を形成することができる。
本実施の形態の有機薄膜の形成方法によれば、従来困難が多いとされていた有機系材料からなる薄膜をより簡易な工程で形成することができる。有機系材料からなる有機薄膜は、その配向によって、強誘電特性または圧電特性の傾向が決まる。たとえば、PVDFの場合、これが溶解または分散された原料液を所与に基板に塗布して形成されたPVDF膜は、安定した結晶構造であるII(α)型の結晶構造をとる。しかし、II(α)型の結晶構造では、強誘電特性が引き出されず、また、安定した結晶構造をとっている膜の結晶構造を変えるのは困難である。しかし、本実施の形態の有機薄膜の形成方法によれば、あらかじめ配向が制御されたシート状の有機系材料膜を用いることで、簡易な工程で所望の特性を有する有機系薄膜を形成することができることになる。
本実施の形態により得られる有機薄膜20は、有機系材料膜20aを準備する段階で、強誘電特性または圧電特性が大きくなるよう適宜配向性を制御することで、それぞれ、強誘電体膜または圧電体膜として用いることができる。
2.強誘電体キャパシタの製造方法
次に、本実施の形態の強誘電体キャパシタの製造方法について、図2を参照しつつ説明する。
次に、本実施の形態の強誘電体キャパシタの製造方法について、図2を参照しつつ説明する。
まず、図2(A)に示すように、基体10を準備する。基体10は、上述の有機薄膜の形成方法の項で述べたとおりである。
基体10の上に、下部電極12を形成する。下部電極12としては、公知の金属電極や導電性を有する高分子からなるポリマー電極を形成することができる。金属電極としては、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ランタン・ニッケル(LNO)アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)などが用いられる。また、ポリマー電極としては、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、たとえば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン(ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体など)も好適に用いられる。
一方、基体10とは別に、配向が制御された有機系材料膜20aを準備する。これは、1.の項で述べたとおりである。
次に、図2(B)に示すように、下部電極12の上に溶液を塗布し、塗膜30を形成する。この溶液の役割、材料および塗布方法については、1.の項で述べたとおりであるため、ここでの詳細な説明は省略する。さらに、下部電極12として、ポリマー電極を用いた場合には、接着用溶液としては、ポリマー電極のみを溶解し、有機系材料膜20aを溶解することのない溶液を用いることが好ましい。この態様を取る場合、有機系材料膜20aは溶解されないため、ダメージを少なくできる。そのため、あらかじめ制御された配向を確実に維持できるためである。他方、ポリマー電極の導電性は、分子構造による影響を受けることが少ないため、溶解されても導電性を維持することができる。
次に、図2(C)に示すように、塗膜30が形成された下部電極12の上に有機系材料膜20aを接着させる。ついて、有機系材料膜20aの膜厚を薄膜化することで、有機薄膜20が形成される。
次に、図2(D)に示すように、有機薄膜20の上に上部電極14を形成する。上部電極14の材質および形成方法としては、下部電極12と同様の材質を用いることができるが、中でも、ポリマー電極が好ましい。これは、スパッタ法などの物理的ダメージの多い形成方法により形成しなくて済むため、有機薄膜へのダメージを少なくすることができるためである。ここで、蒸着法により形成されたアルミ電極についても低温・低ダメージで形成することが可能である。
以上の工程により、有機薄膜が、対向する2つの電極(上部電極14および下部電極12)に挟まれた構造からなる強誘電体キャパシタを形成することができる。
本実施の形態の強誘電体キャパシタの製造方法によれば、良好な強誘電特性を示す有機薄膜を含む強誘電体キャパシタを簡易な工程で形成することができる。また、本実施の形態にかかる製造方法により製造される強誘電体キャパシタは、上記理由によりヒステリシス特性の良好な強誘電体キャパシタである。
(実験例)
以下に、本実施の形態の製造方法の実験例について説明する。本実験例では、基体10としてガラス基板を準備した。ガラス基板の上に、ポリイミドからなる粘着性両面テープを貼り付け、さらにその上にポリアミド膜を貼り付けた。ポリアミド膜は、実装基板の役割を果たす。
ポリアミド膜の上に下部電極12として、ポリアニリンからなるポリマー電極を形成した。この下部電極12の膜厚は、320μmであった。ついで、下部電極12の上に、DMFを塗布して塗膜30を形成した。塗膜30が形成された面の上に、あらかじめ準備しておいた延伸処理をして配向が制御された有機系材料膜(膜厚は100μm)20aを載せ接着させた。ついで、有機系材料膜20aをウェットエッチングによりエッチングし、その膜厚が100nmになるまで薄膜化を行い、有機薄膜20を形成した。有機薄膜20の上に上部電極14として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)からなるポリマー電極を形成した。ポリイミド粘着テープからポリアミド膜を剥がすことにより、フレキシブルな強誘電体キャパシタが形成された。
以下に、本実施の形態の製造方法の実験例について説明する。本実験例では、基体10としてガラス基板を準備した。ガラス基板の上に、ポリイミドからなる粘着性両面テープを貼り付け、さらにその上にポリアミド膜を貼り付けた。ポリアミド膜は、実装基板の役割を果たす。
ポリアミド膜の上に下部電極12として、ポリアニリンからなるポリマー電極を形成した。この下部電極12の膜厚は、320μmであった。ついで、下部電極12の上に、DMFを塗布して塗膜30を形成した。塗膜30が形成された面の上に、あらかじめ準備しておいた延伸処理をして配向が制御された有機系材料膜(膜厚は100μm)20aを載せ接着させた。ついで、有機系材料膜20aをウェットエッチングによりエッチングし、その膜厚が100nmになるまで薄膜化を行い、有機薄膜20を形成した。有機薄膜20の上に上部電極14として、3,4−エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)からなるポリマー電極を形成した。ポリイミド粘着テープからポリアミド膜を剥がすことにより、フレキシブルな強誘電体キャパシタが形成された。
図3に、この強誘電体キャパシタのヒステリシス特性を示す。図3から分かるように、本実施の形態にかかる強誘電体キャパシタは、良好な角形性を有していることが確認された。
3.圧電素子の製造方法
本実施の形態の圧電素子の製造方法については、有機薄膜の特性が異なる点以外は、構成や部材および形成方法などは強誘電体キャパシタと同様である。詳細な説明は、後述の4.2の項を参照されたい。
本実施の形態の圧電素子の製造方法については、有機薄膜の特性が異なる点以外は、構成や部材および形成方法などは強誘電体キャパシタと同様である。詳細な説明は、後述の4.2の項を参照されたい。
4.その他(適用例)
4.1.強誘電体メモリ
次に、本実施の形態にかかる形成方法により形成された強誘電体膜を含む強誘電体メモリについて説明する。
4.1.強誘電体メモリ
次に、本実施の形態にかかる形成方法により形成された強誘電体膜を含む強誘電体メモリについて説明する。
図4(A)および図4(B)は、上記実施の形態の製造方法により得られる強誘電体キャパシタを用いた強誘電体メモリ装置1000を模式的に示す図である。なお、図4(A)は、強誘電体メモリ装置1000の平面的形状を示すものであり、図4(B)は、図4(A)におけるI−I断面を示すものである。
強誘電体メモリ装置1000は、図3(A)に示すように、メモリセルアレイ200と、周辺回路部300とを有する。そして、メモリセルアレイ200と周辺回路部300とは、異なる層に形成されている。また、周辺回路部300は、メモリセルアレイ200に対して半導体基板400上の異なる領域に配置されている。なお、周辺回路部300の具体例としては、Yゲート、センスアンプ、入出力バッファ、Xアドレスデコーダ、Yアドレスデコーダ、又はアドレスバッファを挙げることができる。
メモリセルアレイ200は、行選択のための下部電極210(ワード線)と、列選択のための上部電極220(ビット線)とが交叉するように配列されている。また、下部電極210及び上部電極220は、複数のライン状の信号電極から成るストライプ形状を有する。なお、信号電極は、下部電極210がビット線、上部電極220がワード線となるように形成することができる。
そして、図4(B)に示すように、下部電極210と上部電極220との間には、強誘電体膜215が配置されている。メモリセルアレイ200では、この下部電極210と上部電極220との交叉する領域において、強誘電体キャパシタ230として機能するメモリセルが構成されている。強誘電体膜215は、1.の項で述べた形成方法により形成された膜である。なお、強誘電体膜215は、少なくとも下部電極210と上部電極220との交叉する領域の間に配置されていればよい。
さらに、強誘電体メモリ装置1000は、下部電極210、強誘電体膜215、及び上部電極220を覆うように、第2の層間絶縁膜430が形成されている。さらに、配線層450、460を覆うように第2の層間絶縁膜430の上に絶縁性の保護層440が形成されている。
周辺回路部300は、図4(A)に示すように、前記メモリセルアレイ200に対して選択的に情報の書き込み若しくは読出しを行うための各種回路を含み、たとえば、下部電極210を選択的に制御するための第1の駆動回路310と、上部電極220を選択的に制御するための第2の駆動回路320と、その他にセンスアンプなどの信号検出回路(図示省略)とを含んで構成される。
また、周辺回路部300は、図4(B)に示すように、半導体基板400上に形成されたMOSトランジスタ330を含む。MOSトランジスタ330は、ゲート絶縁膜332、ゲート電極334、及びソース/ドレイン領域336を有する。各MOSトランジスタ330間は、素子分離領域410によって分離されている。このMOSトランジスタ330が形成された半導体基板400上には、第1の層間絶縁膜420が形成されている。そして、周辺回路部300とメモリセルアレイ200とは、配線層450によって電気的に接続されている。
次に、強誘電体メモリ装置1000における書き込み、読出し動作の一例について述べる。
まず、読出し動作においては、選択されたメモリセルのキャパシタに読み出し電圧が印加される。これは、同時に‘0’の書き込み動作を兼ねている。このとき、選択されたビット線を流れる電流又はビット線をハイインピーダンスにしたときの電位をセンスアンプにて読み出す。そして、非選択のメモリセルのキャパシタには、読み出し時のクロストークを防ぐため、所定の電圧が印加される。
書き込み動作においては、‘1’の書き込みの場合は、選択されたメモリセルのキャパシタに分極状態を反転させる書き込み電圧が印加される。‘0’の書き込みの場合は、選択されたメモリセルのキャパシタに分極状態を反転させない書き込み電圧が印加され、読み出し動作時に書き込まれた‘0’状態を保持する。このとき、非選択のメモリセルのキャパシタには書き込み時のクロストークを防ぐために、所定の電圧が印加される。
この強誘電体メモリ装置1000において、強誘電体キャパシタ230は、低コストで簡易な工程で形成することができる有機系材料からなる強誘電体膜215を有する。そのため、周辺回路部300を構成するMOSトランジスタ330などを劣化させることなく、強誘電体メモリ1000装置を製造することができるという利点を有する。また、この強誘電体キャパシタ230は、良好なヒステリシス特性を有するため、信頼性の高い強誘電体メモリ装置1000を提供することができる。
4.2.圧電素子
次に、本実施の形態にかかる形成方法を用いて形成された圧電体膜を用いた圧電素子について図5を参照しつつ説明する。
次に、本実施の形態にかかる形成方法を用いて形成された圧電体膜を用いた圧電素子について図5を参照しつつ説明する。
図5は、本実施の形態にかかる形成方法により形成された圧電体膜を有する圧電素子1を示す断面図である。この圧電素子1は、基板2と、基板2の上に形成された下部電極3と、下部電極3の上に形成された圧電体膜4と、圧電体膜4の上に形成された上部電極5と、を含んでいる。
基板2は、たとえばシリコン基板を用いることができる。本実施形態において、基板2には、(110)配向の単結晶シリコン基板を用いている。なお、基板2としては、(100)配向の単結晶シリコン基板または(111)配向の単結晶シリコン基板なども用いることができる。また、基板2としては、シリコン基板の表面に、熱酸化膜または自然酸化膜などのアモルファスの酸化シリコン膜を形成したものも用いることができる。基板2は加工されることにより、後述するようにインクジェット式記録ヘッド50においてインクキャビティー521を形成するものとなる(図6参照)。
下部電極3は、圧電体膜4に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極3は、たとえば、圧電体膜4と同じ平面形状に形成されることができる。なお、後述するインクジェット式記録ヘッド50(図6参照)に複数の圧電素子1が形成される場合、下部電極3は、各圧電素子1に共通の電極として機能するように形成されることもできる。下部電極3の膜厚は、たとえば100nm〜200nm程度に形成されている。
圧電体膜4は、1.の項で述べた形成方法により形成された膜である。
上部電極5は、たとえばスパッタ法あるいは真空蒸着法などによって形成することができる。上部電極5は、たとえばPt(白金)からなる。なお、上部電極5の材料は、Ptに限定されることなく、たとえば、Ir(イリジウム)、IrOx(酸化イリジウム)、Ti(チタン)、または、SrRuO3などを用いることができる。
本実施の形態の圧電素子によれば、圧電体膜4が上記実施の形態にかかる形成方法により形成されているため簡易な方法で形成することができ、かつ、低コストで特性の優れた圧電素子を提供することができる。
4.3.インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンター
次に、上述の圧電素子が圧電アクチュエータとして機能しているインクジェット式記録ヘッドおよびこのインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンターについて説明する。以下の説明では、インクジェット式記録ヘッドについて説明した後に、インクジェットプリンターについて説明する。図6は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図7は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図8には、本実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタ600を示す。
次に、上述の圧電素子が圧電アクチュエータとして機能しているインクジェット式記録ヘッドおよびこのインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンターについて説明する。以下の説明では、インクジェット式記録ヘッドについて説明した後に、インクジェットプリンターについて説明する。図6は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図7は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。なお、図8には、本実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェットプリンタ600を示す。
図6に示すように、インクジェット式記録ヘッド50は、ヘッド本体(基体)57と、ヘッド本体57上に形成される圧電部54と、を含む。圧電部54には圧電素子1が設けられ、圧電素子1は、下部電極3、圧電体膜(強誘電体膜)4及び上部電極5が順に積層して構成されている。インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電部54は、圧電アクチュエータとして機能する。
インクジェット式記録ヘッド50は、ノズル板51と、インク室基板52と、弾性膜55と、弾性膜55に接合された圧電部54と、を含み、これらが筐体56に収納されて構成されている。なお、このインクジェット式記録ヘッド50は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
ノズル板51は、たとえばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル511を一列に形成したものである。これらノズル511間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
ノズル板51には、インク室基板52が固着(固定)されている。インク室基板52は、ノズル板51、側壁(隔壁)522、及び弾性膜55によって、複数のキャビティ(インクキャビティ)521と、リザーバ523と、供給口524と、を区画形成したものである。リザーバ523は、インクカートリッジ(図示しない)から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口524によって、リザーバ523から各キャビティ521にインクが供給される。
キャビティ521は、図6及び図7に示すように、各ノズル511に対応して配設されている。キャビティ521は、弾性膜55の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティ521は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
インク室基板52を得るための母材としては、(110)配向のシリコン単結晶基板が用いられている。この(110)配向のシリコン単結晶基板は、異方性エッチングに適しているのでインク室基板52を、容易にかつ確実に形成することができる。なお、このようなシリコン単結晶基板は、弾性膜55の形成面が(110)面となるようにして用いられている。
インク室基板52のノズル板51と反対の側には弾性膜55が配設されている。さらに弾性膜55のインク室基板52と反対の側には複数の圧電部54が設けられている。弾性膜55の所定位置には、図7に示すように、弾性膜55の厚さ方向に貫通して連通孔531が形成されている。連通孔531により、インクカートリッジからリザーバ523へのインクの供給がなされる。
各圧電部54は、圧電素子駆動回路(図示しない)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電部54はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエータ)として機能する。弾性膜55は、圧電部54の振動(たわみ)によって振動し(たわみ)、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
なお、上述では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本実施の形態は、圧電素子を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、たとえば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
また、本実施の形態に係る圧電素子は、上述した適用例に限定されるものではなく、圧電ポンプ、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子、周波数フィルタ、発振器(たとえば電圧制御SAW発振器)など、様々な形態に適用することができる。
4.4.電子機器
図9、10は、電子機器2000を模式的に示す図であり、図11は、電子機器2000の入力装置100に含まれる押圧検出部110を拡大して模式的に示す断面図である。電子機器2000は、たとえば、図11の入力装置100が表示パネル130(広義には表示体)に設けられて構成されている。また、電子機器2000では、表示パネル130の画像表示領域と重なるように入力装置100が表示パネル130に設けられている。
図9、10は、電子機器2000を模式的に示す図であり、図11は、電子機器2000の入力装置100に含まれる押圧検出部110を拡大して模式的に示す断面図である。電子機器2000は、たとえば、図11の入力装置100が表示パネル130(広義には表示体)に設けられて構成されている。また、電子機器2000では、表示パネル130の画像表示領域と重なるように入力装置100が表示パネル130に設けられている。
入力装置100の構成要素の1つである押圧検出部110は、図11に示すように、対向する第1電極3と第2電極5との間に設けられた圧電体10と、第1電極3と第2電極5の外側に設けられた保護膜420、430とを有する。第1電極3、第2電極5、圧電体10および保護膜420、430を透明性の物質で形成することで、表示パネル130の表示画面側に入力装置100を設けることができる。
図10は、図9を方向DR1からみた側面概略図である。図10の方向DR2は、表示パネル130の表示画像を視覚する側を示す。すなわち、入力装置100は、表示パネル130の画像が表示される表示画面側に設けられている。このようにすることで、表示パネル130に表示される画像に対応した領域について、たとえば押圧情報を入力装置100が検出できるので、よりユーザーフレンドリーな入力インターフェースを備えた電子機器を提供することができる。
なお、入力装置100は、表示パネル130の画像表示領域全体を覆うような大きさに形成されているが、これに限定されない。たとえば、入力装置100は、表示パネル130上において所望の入力を検出するのに必要な領域に合わせた大きさに形成されても良い。
次に、他の電子機器の例として電子ペーパへの適用例について説明する。図12は電子ペーパ2100を示す図である。電子ペーパ2100は、たとえば、図10の入力装置100と、表示パネル140を含む。なお、入力装置100は、押圧検出部110(広義にはタッチパネル部)と、エンコーダ120(広義には入力情報取得装置)とを含む。表示パネル140は、フレキシブル基板に形成され、可撓性を有する。電子ペーパ2100は、可撓性を有する表示パネル140に入力装置100が設けられて構成され、入力装置100は表示パネル140の表示画面側に設けられている。
図13(A)、図13(B)は、電子ペーパ2100を方向DR3から見た側面概略図である。図13(A)の方向DR4は、表示パネル140の表示画面が見える視覚方向を示す。図13(A)に示すように、入力装置100は表示パネル140の表示画面側に設けられている。入力装置100の押圧検出部110は、図10に示した押圧検出部110と同様の構成を有し、各部材は、透明性および可撓性を有する材質で形成されている。すなわち、入力装置100の押圧検出部110も可撓性を有するので、図13(B)に示すように電子ペーパ2100は、表示パネル140と同様に可撓性を有している。
本実施の形態にかかる電子機器によれば、1.項にかかる形成方法により形成された圧電体10を有することで、微少な押圧であっても十分に検知することができるなど、特性に優れ、かつ、本実施の形態にかかる有機薄膜を圧電体10として用いていることで、低コストな電子機器2100を提供することができる。
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。たとえば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
1…圧電素子、 2…基板、 3…下部電極、 4、10…圧電体膜(圧電体)、 5…上部電極、 5…上部電極、 50…インクジェット式記録ヘッド、 51…ノズル板、 52…インク室基板、 54…圧電部、 55…弾性膜、 56…筐体、 100…入力装置、 200…メモリセルアレイ、 110…押圧検出部、 120…エンコーダ、 210…下部電極、 215…強誘電体膜、 220…上部電極、 230…強誘電体キャパシタ、 300…周辺回路部、 310…第1の駆動回路、 320…第2の駆動回路、 330…MOSトランジスタ、332…ゲート絶縁膜、 334…ゲート電極、 336…ソース/ドレイン領域、 400…半導体基板、 410…素子分離領域、 420…第1の層間絶縁膜(保護膜)、 430…第2の層間絶縁膜(保護膜)、 440…保護層、 配線層450、460 130、140…表示パネル、 511…ノズル、 521…インクキャビティー、 522…側壁(隔壁)、 523…リザーバ、 524…供給口、 531…連通孔、 600…インクジェットプリンタ、 1000…強誘電体メモリ 2000…電子機器 2100…電子ぺーパ
Claims (15)
- (a)基体の上に接着用溶液を塗布すること、
(b)前記接着用溶液が塗布された前記基体の上に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(c)前記有機系材料膜の膜厚を制御すること、
を含む、有機薄膜の形成方法。 - 請求項1において、
前記(c)は、ウェットエッチングにより行われる、有機薄膜の形成方法。 - 請求項1または2において、
前記(a)は、スピンコート法により行われる、有機薄膜の形成方法。 - 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記溶液は、その沸点の温度が、前記(b)の処理雰囲気の温度と比して大きい、有機薄膜の形成方法。 - (a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む、強誘電体キャパシタの製造方法。 - 請求項5において、
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いる、強誘電体キャパシタの製造方法。 - (a)基体の上に第1電極を形成すること、
(b)前記第1電極の上に接着用溶液を塗布すること、
(c)前記第1電極の上方に、配向が制御されたシート状の有機系材料膜を接着すること、
(d)前記有機系材料膜の膜厚を制御して、有機薄膜を形成すること、
(e)前記有機薄膜の上方に第2電極を形成すること、
を含む、圧電素子の製造方法。 - 請求項7において、
前記第1電極としてポリマー電極を形成し、
前記接着用溶液として、前記第1電極の上面を溶解するが、前記有機系材料膜を溶解しない性質を有する溶液を用いる、圧電素子の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の有機薄膜の形成方法により形成された、強誘電体膜。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の有機薄膜の形成方法により形成された、圧電体膜。
- 請求項5または6に記載の強誘電体キャパシタの製造方法により製造された強誘電体キャパシタを含む、強誘電体メモリ。
- 請求項7または8に記載の圧電素子の製造方法により製造された圧電素子を含む、
圧電アクチュエータ。 - 請求項12に記載の圧電アクチュエータを用いた、インクジェット式記録ヘッド。
- 請求項13に記載のインクジェット式記録ヘッドを用いた、インクジェットプリンタ。
- 表示体と、タッチパネル部と、入力情報装置とを、含み、
前記タッチパネル部は、
第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられた請求項10に記載の圧電体膜と、
前記圧電体膜を挟み前記第1電極と対向して設けられた第2電極と、を有し、
前記入力情報取得装置は、前記強誘電体が発生する電圧を検出して入力情報を取得し、前記タッチパネル部は、前記表示体の画像が表示される表示画面側に設けられている、電子機器。
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-
2005
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