JP2008060599A - Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element - Google Patents
Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008060599A JP2008060599A JP2007273401A JP2007273401A JP2008060599A JP 2008060599 A JP2008060599 A JP 2008060599A JP 2007273401 A JP2007273401 A JP 2007273401A JP 2007273401 A JP2007273401 A JP 2007273401A JP 2008060599 A JP2008060599 A JP 2008060599A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- ferroelectric
- electrode
- forming
- insulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 269
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 12
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- -1 0.3 Pa Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、ならびに強誘電体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a ferroelectric element, an actuator using the same, an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a method for manufacturing a ferroelectric element.
従来のインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドとしては、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのアクチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極とを備えており、強誘電体膜の圧電効果により変位する振動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から吐出させるように構成されていた。 An ink jet head of a conventional ink jet recording apparatus includes a pressure chamber part having a pressure chamber for storing ink liquid, and a ferroelectric element as an actuator unit for discharging ink droplets from the pressure chamber. . A ferroelectric element includes a ferroelectric film, and individual electrodes and a common electrode that contract and expand by applying a voltage to the ferroelectric film, and vibration that is displaced by the piezoelectric effect of the ferroelectric film. The plate was configured to eject ink droplets from the nozzle holes of the pressure chamber.
例えば、特開平2−49471号公報には、下部電極と、この下部電極上に形成されたポリシリコン酸化膜と、ポリシリコン酸化膜上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜上に形成された上部電極からなる半導体素子が開示されている。 For example, JP-A-2-49471 discloses a lower electrode, a polysilicon oxide film formed on the lower electrode, a ferroelectric film formed on the polysilicon oxide film, and a ferroelectric film. A semiconductor device comprising an upper electrode formed in the above is disclosed.
また、特許第3111416号公報には、半導体上に形成されたトランジスタなどの能動素子と、強誘電体からなるキャパシタとの間に、主成分がSiNからなる絶縁膜を形成する技術が開示されている。 Japanese Patent No. 311416 discloses a technique for forming an insulating film composed mainly of SiN between an active element such as a transistor formed on a semiconductor and a capacitor made of a ferroelectric. Yes.
そして、特許第3139491号公報には、強誘電体が2つの電極で挟まれた構造を有する強誘電体素子において、少なくとも一方の電極の周辺部と強誘電体膜との間にSiO2膜からなる常誘電体層を形成する技術が開示されている。
しかしながら、従来の強誘電体素子においては、強誘電体膜を形成するときに、異物の混入などにより、内部に結晶構造欠陥や結晶粒の異常成長が発生し、強誘電体膜と異常成長粒との界面に隙間やピンホールなどの欠陥が生じる。そして、そのような強誘電体膜を用いて強誘電体素子を作成した場合には、欠陥を起点にして個別電極と共通電極との間で膜が本来有する絶縁耐圧よりも低い電圧印加によっても絶縁破壊が生じることがある。 However, in the conventional ferroelectric element, when a ferroelectric film is formed, crystal structure defects and abnormal growth of crystal grains occur due to contamination of foreign matters, and the ferroelectric film and abnormally grown grains are generated. Defects such as gaps and pinholes occur at the interface. When a ferroelectric element is formed using such a ferroelectric film, a voltage lower than the intrinsic breakdown voltage of the film between the individual electrode and the common electrode can be applied from the defect. Dielectric breakdown may occur.
また、上記のような欠陥に水分が入ると膜の絶縁性が著しく劣化する、また、強誘電体膜と絶縁膜の密着性が悪くなるという課題があった。 In addition, when moisture enters the above defects, there is a problem that the insulating properties of the film are remarkably deteriorated, and the adhesion between the ferroelectric film and the insulating film is deteriorated.
そこで、本発明は、強誘電体膜の絶縁性向上とともに信頼性及び耐圧性の向上を図ることのできる強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、ならびに強誘電体素子の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention relates to a ferroelectric element capable of improving reliability and pressure resistance as well as improving the insulation properties of a ferroelectric film, and an actuator, an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a ferroelectric element using the same. It aims at providing the manufacturing method of.
この課題を解決するために、本発明の強誘電体素子は、第1の電極と、前記第1の電極上に形成された強誘電体機能膜と、前記強誘電体機能膜上に形成された第2の電極とを有し、前記強誘電体機能膜は、強誘電体膜及びこの強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含み、前記強誘電体膜よりも結晶性の低い絶縁強化膜から構成され、前記強誘電体膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa0、前記強誘電体機能膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa、半値幅の増加率をp=(a−a0)/a0とするとき、1<p≦2.5である強誘電体素子から構成されているものである。 In order to solve this problem, a ferroelectric element of the present invention is formed on a first electrode, a ferroelectric functional film formed on the first electrode, and the ferroelectric functional film. The ferroelectric functional film includes a ferroelectric film and at least one element of constituent elements of the ferroelectric film, and is more crystalline than the ferroelectric film. A half-width of the diffraction peak by the X-ray analysis of the ferroelectric film is a0, the half-width of the diffraction peak by the X-ray analysis of the ferroelectric functional film is a, When the increase rate is p = (a−a0) / a0, it is composed of a ferroelectric element in which 1 <p ≦ 2.5.
このように、強誘電体膜及び当該強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化膜からなる強誘電体機能膜が電極間に形成されているので、強誘電体膜の絶縁性低下の原因となる欠陥(強誘電体膜と異常成長粒との界面に生じる隙間やピンホールなど)が絶縁強化膜により完全に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上する。そして、強誘電体膜と強誘電体機能膜とのX線解析法による回折ピークの半値幅の増加率が1<p≦2.5である強誘電体素子で構成されているので、駆動電圧の増加が30%以内に抑えられ強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上する。 As described above, since the ferroelectric functional film composed of the ferroelectric film and the insulating reinforcing film containing at least one element of the constituent elements of the ferroelectric film is formed between the electrodes, the ferroelectric film Defects (such as gaps and pinholes generated at the interface between the ferroelectric film and abnormally grown grains) that cause a decrease in insulation properties are completely covered by the insulation enhancement film, improving the insulation of the ferroelectric film, The adhesion between the ferroelectric film and the insulation enhancement film is good, and the dielectric constant of the insulation enhancement film is close to the dielectric constant of the ferroelectric film, thereby improving the reliability and pressure resistance of the ferroelectric film. Since the increase rate of the half width of the diffraction peak by the X-ray analysis method of the ferroelectric film and the ferroelectric functional film is 1 <p ≦ 2.5, the driving voltage is set. The increase in the resistance is suppressed to within 30%, and the reliability and pressure resistance of the ferroelectric film are improved.
以上のように、本発明によれば、強誘電体膜及び当該強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化膜からなる強誘電体機能膜が電極間に形成されているので、強誘電体膜の絶縁性低下の原因となる欠陥が絶縁強化膜により完全に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって駆動電圧を低減できるという有効な効果が得られる。そして、強誘電体膜と強誘電体機能膜とのX線解析法による回折ピークの半値幅の増加率が1<p≦2.5である強誘電体素子で構成されているので、駆動電圧の増加が30%以内に抑えられ強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上する。 As described above, according to the present invention, the ferroelectric functional film composed of the ferroelectric film and the insulating reinforcing film containing at least one element of the constituent elements of the ferroelectric film is formed between the electrodes. Therefore, defects that cause a decrease in the insulation properties of the ferroelectric film are completely covered by the insulation enhancement film, improving the insulation properties of the ferroelectric film and improving the adhesion between the ferroelectric film and the insulation enhancement film. As a result, the dielectric constant of the insulating enhancement film is close to the dielectric constant of the ferroelectric film, and an effective effect that the driving voltage can be reduced is obtained. Since the increase rate of the half width of the diffraction peak by the X-ray analysis method of the ferroelectric film and the ferroelectric functional film is 1 <p ≦ 2.5, the driving voltage is set. The increase in the resistance is suppressed to within 30%, and the reliability and pressure resistance of the ferroelectric film are improved.
また、絶縁強化膜のPb含有量を強誘電体膜のPb含有量よりも多くすれば、強誘電体膜表面のPb濃度が高くなり、結晶性が低下して絶縁強化膜の絶縁性がより強化されるという有効な効果が得られる。 Further, if the Pb content of the insulation enhancement film is made larger than the Pb content of the ferroelectric film, the Pb concentration on the surface of the ferroelectric film becomes higher, the crystallinity is lowered, and the insulation property of the insulation enhancement film is further increased. An effective effect of strengthening is obtained.
絶縁強化膜の酸素含有量を強誘電体膜の酸素含有量よりも多くすれば、絶縁強化膜の絶縁性の強化を図ることができるという有効な効果が得られる。 If the oxygen content of the insulation enhancement film is made larger than the oxygen content of the ferroelectric film, an effective effect that the insulation of the insulation reinforcement film can be enhanced can be obtained.
絶縁強化膜の結晶性を強誘電体膜の結晶性よりも低くすれば、絶縁強化膜の絶縁性の強化を図ることができるという有効な効果が得られる。 If the crystallinity of the insulation enhancement film is made lower than the crystallinity of the ferroelectric film, an effective effect that the insulation of the insulation enhancement film can be enhanced can be obtained.
このような強誘電体素子を用いたアクチュエータによれば、安定した変位動作を行うことが可能になるという有効な効果が得られる。 According to the actuator using such a ferroelectric element, an effective effect that a stable displacement operation can be performed is obtained.
このようなアクチュエータを用いたインクジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行うことが可能になるという有効な効果が得られる。 According to the ink jet head using such an actuator, it is possible to obtain an effective effect of enabling stable ink discharge.
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になるという有効な効果が得られる。 In addition, according to the ink jet recording apparatus including such an ink jet head, an effective effect that high quality printing can be performed by stable ink ejection is obtained.
本発明の請求項1に記載の発明は、第1の電極と、第1の電極上に形成された強誘電体機能膜と、強誘電体機能膜上に形成された第2の電極とを有し、強誘電体機能膜は、強誘電体膜及びこの強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含み、強誘電体膜よりも結晶性の低い絶縁強化膜から構成され、強誘電体膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa0、強誘電体機能膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa、半値幅の増加率をp=(a−a0)/a0とするとき、1<p≦2.5である強誘電体素子であり、強誘電体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって駆動電圧の増加が30%以内に抑えられ強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上するという作用を有する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a first electrode, a ferroelectric functional film formed on the first electrode, and a second electrode formed on the ferroelectric functional film. The ferroelectric functional film includes a ferroelectric film and at least one element of constituent elements of the ferroelectric film, and is composed of an insulating reinforcing film having lower crystallinity than the ferroelectric film. The full width at half maximum of the diffraction peak by X-ray analysis of the dielectric film is a0, the full width at half maximum of the diffraction peak by X-ray analysis of the ferroelectric functional film is a, and the increase rate of the full width at half maximum is p = (a−a0) / When a0, it is a ferroelectric element in which 1 <p ≦ 2.5, and the defect of the ferroelectric film is covered with the insulating reinforcing film so that the insulating property of the ferroelectric film is improved, and the ferroelectric The adhesion between the film and the insulation enhancement film is good, and the dielectric constant of the insulation enhancement film is close to the dielectric constant of the ferroelectric film, resulting in an increase in driving voltage of 3 Reliability and pressure resistance of the suppressed and the ferroelectric film within% has the effect of improving.
本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、強誘電体膜のX線解析法による回折ピークが、(001)配向面に基づくものである強誘電体素子であり、強誘電体機能膜の絶縁性が向上するとともに、駆動電圧を低減する作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第1の電極または第2の電極のX線解析法による回折ピークが、強誘電体機能膜のX線解析法による回折ピークと同一の配向面に基づくものである強誘電体素子であり、強誘電体機能膜の絶縁性が向上するとともに、駆動電圧を低減する作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、第1の電極または第2の電極のX線解析法による回折ピークが、(001)配向面に基づくものである強誘電体素子であり、強誘電体機能膜の絶縁性が向上するとともに、駆動電圧を低減する作用を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the diffraction peak of the first electrode or the second electrode by the X-ray analysis method is based on a (001) orientation plane. This is a ferroelectric element, which has the effect of improving the insulation of the ferroelectric functional film and reducing the driving voltage.
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、強誘電体膜が、Pb、La、Zr、Tiの少なくとも一種類の元素を含むペロブスカイト型酸化物である強誘電体素子であり、強誘電体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上するという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項6に記載の発明は、請求項5記載の発明において、絶縁強化膜のPb含有量が強誘電体膜のPb含有量よりも多い強誘電体素子であり、強誘電体膜表面のPb濃度が高くなり、結晶性が低下して絶縁強化膜の絶縁性がより強化されるという作用を有する。
The invention described in
本発明の請求項7に記載の発明は、請求項5または6記載の発明において絶縁強化膜の酸素含有量が強誘電体膜の酸素含有量よりも多い強誘電体素子であり、絶縁強化膜の絶縁性の強化を図ることができるという作用を有する。
The invention according to claim 7 of the present invention is the ferroelectric element according to
本発明の請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、絶縁強化膜は、パイロクロア型酸化物とペロブスカイト型酸化物の少なくともいずれか一方を含む多結晶膜またはアモルファス膜である強誘電体素子であり、強誘電体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上するという作用を有する。 According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the insulation reinforcing film is a polycrystalline film or an amorphous film containing at least one of a pyrochlore type oxide and a perovskite type oxide. It is a ferroelectric element, and the defects of the ferroelectric film are covered with the insulation enhancement film, so that the insulation property of the ferroelectric film is improved, and the adhesion between the ferroelectric film and the insulation enhancement film is good and insulation is achieved. The dielectric constant of the reinforced film is close to the dielectric constant of the ferroelectric film, so that the reliability and pressure resistance of the ferroelectric film are improved.
本発明の請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の強誘電体素子が用いられているアクチュエータであり、安定した変位動作を行うことが可能になるという作用を有する。 The invention according to claim 9 of the present invention is an actuator in which the ferroelectric element according to any one of claims 1 to 8 is used, and can perform a stable displacement operation. Has an effect.
本発明の請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のアクチュエータと、インク液が収容され、アクチュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出を行うことが可能になるという作用を有する。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head comprising the actuator according to the ninth aspect and a plurality of pressure chambers in which ink liquid is accommodated and the displacement of the actuator acts. It has the effect that it becomes possible to perform.
本発明の請求項11に記載の発明は、請求項10記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になるという作用を有する。 The invention according to an eleventh aspect of the present invention is an ink jet recording apparatus including the ink jet head according to the tenth aspect, and has an effect that high-quality printing can be performed by stable ink ejection.
本発明の請求項12に記載の発明は、第1の電極を形成する工程と、この第1の電極上に強誘電体機能膜を形成する工程と、この強誘電体機能膜上に第2の電極を形成する工程と、を備える強誘電体素子の製造方法であって、強誘電体機能膜を形成する工程は、強誘電体膜及び絶縁強化膜を形成する工程を含み、絶縁強化膜は、強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含むアモルファス膜であって、このアモルファス膜は、強誘電体膜を成膜した成膜装置と同一の成膜装置を用いて、少なくとも成膜温度を変化させて形成するようにした強誘電体素子の製造方法であり、強誘電体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好でかつ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性及び耐圧性が向上するとともに、別途の成膜装置が不要で、容易に所望の薄膜を作製できるという作用を有する。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a step of forming a first electrode, a step of forming a ferroelectric functional film on the first electrode, and a second step on the ferroelectric functional film. A method of manufacturing a ferroelectric element comprising the step of forming a ferroelectric functional film and a step of forming a ferroelectric film and an insulation enhancement film, Is an amorphous film containing at least one element of the constituent elements of the ferroelectric film, and this amorphous film is at least using the same film forming apparatus as that for forming the ferroelectric film. This is a method for manufacturing a ferroelectric element in which the film formation temperature is changed, and the ferroelectric film is covered with defects in the ferroelectric film to improve the insulation property of the ferroelectric film, and also in ferroelectric The adhesion between the body film and the insulation reinforcement film is good and the dielectric constant of the insulation reinforcement film is strong With reliability is improved and the withstand voltage of the ferroelectric film becomes close to the dielectric constant of the conductor film, has the effect of additional film-forming apparatus is not required, readily produce the desired film.
本発明の請求項13に記載の発明は、請求項12記載の発明において、アモルファス膜を成膜する際の成膜温度を室温とした強誘電体素子の製造方法であり、温度管理が容易になり所望の薄膜を作製できるという作用を有する。 A thirteenth aspect of the present invention is a method of manufacturing a ferroelectric element according to the twelfth aspect of the present invention, wherein the film formation temperature when forming the amorphous film is room temperature, and temperature control is easy. Therefore, the desired thin film can be produced.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図5を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図2は図1のインクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す断面図、図3は図2の要部を示す斜視図、図4は図2のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成を示す断面図、図5は本発明の一実施の形態である強誘電体素子を示す断面図、図6は圧電変位を測定するカンチレバーの構成を示す説明図、図7はアクチュエータの作製方法を示す断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an inkjet recording apparatus using a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an overall configuration of an inkjet head in the inkjet recording apparatus of FIG. 3 is a perspective view showing the main part of FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the actuator part of the ink jet head of FIG. 2, and FIG. 5 is a ferroelectric substance according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an element, FIG. 6 is an explanatory view showing the configuration of a cantilever for measuring piezoelectric displacement, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an actuator.
図1に示すインクジェット式記録装置40は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド41を備え、このインクジェットヘッド41から吐出したインク滴を紙等の記録媒体42に着弾させて、記録媒体42に記録を行うものである。インクジェットヘッド41は、主走査方向Xに配置したキャリッジ軸43に設けられたキャリッジ44に搭載されていて、キャリッジ44がキャリッジ軸43に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Xに往復動する。更に、インクジェット式記録装置40は、記録媒体42をインクジェットヘッド41の幅方向(すなわち、主走査方向X)と略垂直方向の副走査方向Yに移動させる複数個のローラ(移動手段)45を備える。
An ink
図2は本発明の実施の形態のインクジェットヘッド41の全体構成を示し、図3はその要部の構成を示す。
FIG. 2 shows the overall configuration of the
図2及び図3において、Aは圧力室部品であって、圧力室用開口部1が形成される。Bは圧力室用開口部1の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエータ部、Cは圧力室用開口部1の下端開口面を覆うように配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Aの圧力室用開口部1は、その上下に位置するアクチュエータ部B及びインク液流路部品Cにより区画されて圧力室2となる。アクチュエータ部Bには、圧力室2の上方に位置する個別電極(第2の電極)3が配置されている。これ等圧力室2及び個別電極3は、図2からわかるように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部品Cには、インク液供給方向に並ぶ圧力室2間で共用する共通液室5と、この共通液室5を圧力室2に連通する供給口6と、圧力室2内のインク液が流出するインク流路7とが形成される。Dはノズル板であって、インク流路7に連通するノズル孔8が形成されている。また、図2において、EはICチップであって、ボンディングワイヤーBWを介して多数の個別電極3に対して電圧を供給する。
2 and 3, A is a pressure chamber part, and the pressure chamber opening 1 is formed. B is an actuator portion arranged to cover the upper end opening surface of the pressure chamber opening 1, and C is an ink liquid flow path component arranged to cover the lower end opening surface of the pressure chamber opening 1. The pressure chamber opening 1 of the pressure chamber part A is partitioned by an actuator part B and an ink liquid flow path part C positioned above and below to become a
次に、アクチュエータ部Bの構成を図4に基づいて説明する。 Next, the structure of the actuator part B is demonstrated based on FIG.
同図において、アクチュエータ部Bは、図2に示したインク液供給方向とは直交する方向の断面図を示す。同図では、直交方向に並ぶ4個の圧力室2を持つ圧力室部品Aが参照的に描かれている。
In the figure, the actuator part B shows a cross-sectional view in a direction orthogonal to the ink liquid supply direction shown in FIG. In the drawing, a pressure chamber part A having four
このアクチュエータ部Bは、各圧力室2の上方に位置する個別電極3、この個別電極3の直下に位置する強誘電体機能膜10、この強誘電体機能膜10の圧電効果により変位し振動する振動板11とを有する。振動板11は、導電性物質で形成されていて、各圧力室2で共通する共通電極(第1の電極)を兼用する。更に、アクチュエータ部Bは、各圧力室2の相互を区画する区画壁2aの上方に位置する縦壁13を持つ。なお、同図中、14は圧力室部品Aとアクチュエータ部Bとを接着する接着剤である。各縦壁13は、接着剤14を用いた接着時に、一部の接着剤14が区画壁2aの外方にはみ出した場合にも、この接着剤14が振動板11に付着せず、振動板11が所期通りの変位、振動を起こすように、圧力室2の上面と振動板11の下面との距離を拡げる役割を持つ。但し、振動板と共通電極は別体となっていてもよい。
The actuator portion B is displaced and vibrated by the
そして、個別電極3、強誘電体機能膜10及び共通電極11で強誘電体素子が構成されている。
The
なお、個別電極3は例えばPt(白金)で、振動板11は例えばCr(クロム)、Cu(銅)、Mo(モリブデン)またはTa(タンタル)で、形成されている。また、個別電極3は厚さ0.1〜1.0μmに、強誘電体機能膜10は厚さ2〜6μmに、振動板11は厚さ3〜10μmに、各々成膜されている。
The
図5に示すように、強誘電体機能膜10は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなるペロブスカイト型酸化物である強誘電体膜10aと、この強誘電体膜10aの構成元素の少なくとも一種類の元素(この場合には、Pb、Zr、Tiの少なくとも一種類の元素)を含む絶縁強化膜10bとから構成されている。
As shown in FIG. 5, the ferroelectric
なお、強誘電体膜10aにはPLT膜{例えば(Pb0.9La0.1)TiO3}やPLZT膜{例えば(Pb0.9La0.1)(Zr0.52Ti0.48)O3}などを適用することもできる。したがって、この場合には、絶縁強化膜10bは、Pb、La、Tiの少なくともいずれか一種類の元素を含むことになる。
Note that a PLT film {for example (Pb 0.9 La 0.1 ) TiO 3 } or a PLZT film {for example (Pb 0.9 La 0.1 ) (Zr 0.52 Ti 0.48 ) O 3 } may be applied to the
また、図5はアクチュエータ部Bで、縦壁13に相当する基板上に、共通電極11、強誘電体膜10a、絶縁強化膜10b、個別電極3を順次成膜しているために、絶縁強化膜10bは強誘電体膜10aと個別電極3との間に位置しているが、例えばMgO基板に個別電極、強誘電体膜、絶縁強化膜、共通電極を成膜し、これを縦壁に相当する基板に接着した後にMgO基板をエッチング除去する場合には、絶縁強化膜は強誘電体膜と共通電極との間に位置することになる。したがって、図5においては、強誘電体膜10aが振動板11側に、絶縁強化膜10bが個別電極3側に形成されているが、その逆でもよい。更に、絶縁強化膜10bは一層でなくてもよく、強誘電体膜10aの両側に形成するようにしてもよい。また、強誘電体膜10aと絶縁強化膜10bの積層の繰り返し構造であってもよい。
Further, FIG. 5 shows the actuator portion B. Since the
なお、PLT膜を成膜しておき、その上にPZT膜などの強誘電体膜10aを成膜するようにすれば、強誘電体膜10aの結晶性が向上する。
If a PLT film is formed in advance and a
ここで、絶縁強化膜10bは、パイロクロア型酸化物膜の多結晶膜、ペロブスカイト型酸化物の多結晶膜、または結晶性を持たないアモルファス膜、等の低結晶性膜である。なお、絶縁強化膜10bは、パイロクロア型酸化物の多結晶膜とペロブスカイト型酸化物の多結晶膜とで形成されていてもよい。
Here, the insulating
このような低結晶性膜は、例えば以下の条件のいずれか、あるいは組み合わせで作製される。 Such a low crystalline film is produced, for example, under any of the following conditions or in combination.
つまり、第1の条件は、成膜温度を強誘電体膜作製時(500〜600℃)よりも下げるというものである。これにより、室温でアモルファス膜が、例えば350〜450℃でパイロクロア膜が作製される。なお、第1の条件は、別途のスパッタ装置は不要で成膜条件を変えるだけなので、容易に所望の薄膜が作製されるという利点がある。 That is, the first condition is that the deposition temperature is lower than that at the time of manufacturing the ferroelectric film (500 to 600 ° C.). Thereby, an amorphous film is produced at room temperature, for example, a pyrochlore film at 350 to 450 ° C. Note that the first condition is advantageous in that a desired thin film can be easily manufactured because a separate sputtering apparatus is not required and only the film forming conditions are changed.
第2の条件は、スパッタリング時の圧力を強誘電体膜作製時(0.1〜0.3Pa)よりも上げ、例えば2〜3Paにするというものである。 The second condition is that the pressure during sputtering is higher than that during production of the ferroelectric film (0.1 to 0.3 Pa), for example, 2 to 3 Pa.
そして、第3の条件は、酸素分圧(O2/Ar流量比)を強誘電体膜作製時(2〜10%)よりも上げ、例えば30〜50%にするというものである。 The third condition is that the oxygen partial pressure (O 2 / Ar flow rate ratio) is increased from that at the time of manufacturing the ferroelectric film (2 to 10%), for example, 30 to 50%.
但し、成膜はスパッタリング法に限定されるものではなく、例えば有機金属を用いたMO−CVD法やゾル・ゲル法など他の成膜技術を適用できるのは勿論である。 However, the film formation is not limited to the sputtering method, and other film formation techniques such as an MO-CVD method using an organic metal or a sol-gel method can be applied.
このように、本実施の形態の強誘電体素子は、強誘電体膜10a及びこの強誘電体膜10aの構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化膜10bからなる強誘電体機能膜10が電極3,振動板(共通電極)11間に形成されているので、強誘電体膜10aと異常成長粒との界面に生じる隙間やピンホールなど、強誘電体膜10aの絶縁性低下の原因となる欠陥が絶縁強化膜10bにより完全に被覆されることになり、強誘電体膜10aの絶縁性が向上する。
As described above, the ferroelectric element according to the present embodiment includes the ferroelectric
また、このように、絶縁強化膜10bが強誘電体膜10aの構成元素の少なくとも一種類の元素を含んだ膜となっているので、強誘電体膜10aとの密着性が良好になって強誘電体膜10aの信頼性が向上する。
Further, as described above, since the insulating reinforcing
更に、絶縁強化膜10bが強誘電体膜10aの構成元素の少なくとも一種類の元素を含んだ膜となっているので、絶縁強化膜10bの誘電率が強誘電体膜10aの誘電率と近くなって駆動電圧の低減を図ることが可能になる。
Furthermore, since the insulating
ここで、成膜時において、絶縁強化膜10bのPb含有量を強誘電体膜10aのPb含有量よりも多くすれば、強誘電体膜10a表面のPb濃度が高くなり、結晶性が低下して強誘電体膜10a内部の結晶粒の異常成長を止めることができ、更に欠陥部を覆うので絶縁強化膜10bの絶縁性がより強化される。
Here, at the time of film formation, if the Pb content of the insulating
また、成膜時において、絶縁強化膜10bの酸素含有量を強誘電体膜10aの酸素含有量よりも多くすれば、絶縁強化膜10bの絶縁性の強化を図ることができる。
Further, at the time of film formation, if the oxygen content of the
更に、絶縁強化膜10bの結晶性を強誘電体膜10aの結晶性よりも低くすれば、同様に、絶縁強化膜10bの絶縁性の強化を図ることができる。
Furthermore, if the crystallinity of the insulating
ここで、結晶性はX線回折法もしくは電子線回折法で測定される。例えば、強誘電体膜がエピタキシャル単結晶膜である場合には電子線回折パターンはスポットパターンを示すが、低結晶性膜が多結晶である場合はリングパターンとなる。更に、アモルファス膜の場合はリング形状が不明瞭になってハロー状パターンとなる。X線回折法の場合は、強誘電体膜から得られる特定の回折ピークの半値幅によって結晶性を判断する。強誘電体膜にペロブスカイト型PZTを用いた場合について説明する。例えばPZT膜からの回折される(001)回折ピークの半値幅はPZT膜の結晶性を表す。このPZT膜上に絶縁強化膜として低結晶性膜を形成すると、PZT膜からの回折線が低結晶成膜からの散乱を受けてPZT(001)回折ピークの半値幅が増加する。PZT(001)回折ピークの半値幅がa0からaに増加した場合の半値幅の増加率をp=(a−a0)/a0と定義すると、1<p≦2.5が望ましい。更には1.2<p≦2.5が望ましく、更には1.5<p≦2.5が望ましい。p>2.5の場合は、強誘電体膜の特性が著しく低下して駆動電圧が増加するので望ましくない。駆動電圧の増加を30%以内に抑えるためには1<p≦2.5であることが必要である。絶縁耐圧を20%以上向上するには1.2<p≦2.5が必要であり、更に50%以上向上するには1.5<p≦2.5である必要がある。 Here, the crystallinity is measured by an X-ray diffraction method or an electron beam diffraction method. For example, when the ferroelectric film is an epitaxial single crystal film, the electron diffraction pattern shows a spot pattern, but when the low crystalline film is polycrystalline, it becomes a ring pattern. Further, in the case of an amorphous film, the ring shape becomes unclear and a halo pattern is formed. In the case of the X-ray diffraction method, the crystallinity is determined by the half width of a specific diffraction peak obtained from the ferroelectric film. A case where perovskite PZT is used for the ferroelectric film will be described. For example, the half width of the (001) diffraction peak diffracted from the PZT film represents the crystallinity of the PZT film. When a low crystalline film is formed as an insulation enhancement film on this PZT film, the diffraction line from the PZT film is scattered from the low crystal film formation, and the half width of the PZT (001) diffraction peak increases. When the half-width increase rate when the half-width of the PZT (001) diffraction peak increases from a0 to a is defined as p = (a−a0) / a0, 1 <p ≦ 2.5 is desirable. Furthermore, 1.2 <p ≦ 2.5 is desirable, and 1.5 <p ≦ 2.5 is further desirable. When p> 2.5, the characteristics of the ferroelectric film are remarkably deteriorated and the driving voltage is increased, which is not desirable. In order to suppress the increase in driving voltage within 30%, it is necessary that 1 <p ≦ 2.5. 1.2 <p ≦ 2.5 is necessary to improve the withstand voltage by 20% or more, and 1.5 <p ≦ 2.5 is necessary to further improve it by 50% or more.
ここで、実施の形態として、図5において、縦壁13にMgO基板上を用い、MgO基板上に、振動板11にPt、強誘電体膜10aにPZT{Pb(Zr0.53Ti0.47)O3}、個別電極3にPtを用い、絶縁強化膜10bに種々の膜を用いて膜の圧電特性と絶縁特性を評価した。
Here, as an embodiment, in FIG. 5, an MgO substrate is used for the
先ず、(100)方位のMgO単結晶基板上にPt膜0.2μmとPZT膜2.7μmを連続成膜した。成膜装置としてはRFマグネトロンスパッタ装置を用いた。Pt膜はArガス、0.3Pa、基板温度650℃で成膜し、PZT膜はArに酸素分圧10%のAr混合ガス、0.3Pa、基板温度620℃で成膜した。粉末X線回折装置を用いて膜の結晶構造を解析すると、Pt膜とPZT膜のいずれもMgO単結晶基板の(001)方位にそろったエピタキシャル膜であった。 First, a 0.2 μm Pt film and a 2.7 μm PZT film were successively formed on a (100) oriented MgO single crystal substrate. An RF magnetron sputtering apparatus was used as the film forming apparatus. The Pt film was formed at an Ar gas, 0.3 Pa, and a substrate temperature of 650 ° C., and the PZT film was formed at an Ar mixed gas of 10% oxygen partial pressure, 0.3 Pa, at a substrate temperature of 620 ° C. When the crystal structure of the film was analyzed using a powder X-ray diffractometer, both the Pt film and the PZT film were epitaxial films aligned in the (001) direction of the MgO single crystal substrate.
次に、同じPZTターゲットを用い、RFマグネトロンスパッタ装置により絶縁強化膜0.3μmを形成した。 Next, using the same PZT target, an insulation reinforcing film of 0.3 μm was formed by an RF magnetron sputtering apparatus.
サンプルAは、基板温度を400℃で成膜した。他のスパッタ条件はPZT膜と同じにした。 Sample A was deposited at a substrate temperature of 400 ° C. Other sputtering conditions were the same as those for the PZT film.
サンプルBは、スパッタ圧を2Paで成膜した。他のスパッタ条件はPZT膜と同じにした。 Sample B was deposited at a sputtering pressure of 2 Pa. Other sputtering conditions were the same as those for the PZT film.
サンプルCは、酸素分圧を50%で成膜した。他のスパッタ条件はPZT膜と同じにした。 Sample C was formed with an oxygen partial pressure of 50%. Other sputtering conditions were the same as those for the PZT film.
比較例Dは、比較例として、SiO2膜をスパッタにより形成した。 In Comparative Example D, as a comparative example, a SiO 2 film was formed by sputtering.
比較例Eは、比較例として、PZT3μmを形成し、絶縁強化膜は形成しなかった。 In Comparative Example E, PZT of 3 μm was formed as a comparative example, and no insulation reinforcing film was formed.
サンプルA,B,Cについて粉末X線回折装置を用いて膜の結晶構造を解析すると、絶縁強化膜の構造は、アモルファス、パイロクロア多結晶、ペロブスカイト多結晶、あるいはこれらの結晶相の混合であることがわかった。また、強誘電体膜と絶縁強化膜の組成をEPMA分析で測定し、(表1)の結果を得た。絶縁強化膜は強誘電体膜に比べてPb含有量(Pb/(Zr+Ti)原子比)、あるいは、酸素含有量(O/(Zr+Ti)原子比)が多い。 Analyzing the crystal structure of the samples A, B, and C using a powder X-ray diffractometer, the structure of the insulation enhancement film is amorphous, pyrochlore polycrystal, perovskite polycrystal, or a mixture of these crystal phases I understood. Further, the compositions of the ferroelectric film and the insulation reinforcing film were measured by EPMA analysis, and the results shown in Table 1 were obtained. The insulating reinforcing film has a higher Pb content (Pb / (Zr + Ti) atomic ratio) or oxygen content (O / (Zr + Ti) atomic ratio) than the ferroelectric film.
上記のサンプルにPt膜を室温でスパッタ成膜して、上部電極とした。各サンプルの絶縁破壊電圧と、同じ圧電変位を得るために上下電極に印加する電圧(駆動電圧)の相対値を(表2)にまとめた。絶縁破壊電圧は素子のリーク電流密度が1μA/cm2以上となる電圧と定義した。圧電変位は、図6に示す、長さ15mm、幅2mmの板状のカンチレバーを作製し、一端を固定して電圧を印加した時のもう一端の変位をレーザードップラー変位計で測定した。 A Pt film was formed on the above sample by sputtering at room temperature to form an upper electrode. The relative values of the breakdown voltage of each sample and the voltage (drive voltage) applied to the upper and lower electrodes to obtain the same piezoelectric displacement are summarized in Table 2. The dielectric breakdown voltage was defined as a voltage at which the leakage current density of the device was 1 μA / cm 2 or more. For the piezoelectric displacement, a plate-shaped cantilever having a length of 15 mm and a width of 2 mm shown in FIG. 6 was prepared, and the displacement at the other end when a voltage was applied with one end fixed was measured with a laser Doppler displacement meter.
以上のように、本発明を用いることにより高い絶縁性が得られるとともに、駆動電圧を低減することができる。 As described above, by using the present invention, high insulation can be obtained and the driving voltage can be reduced.
本実施の形態では、(100)方位のMgO単結晶基板上にエピタキシャル成長した強誘電体膜を用いたが、例えばSi基板や石英基板上にPt多結晶膜、強誘電体多結晶膜を形成しても本発明の効果を損なうものではない。 In this embodiment, a ferroelectric film epitaxially grown on a (100) -oriented MgO single crystal substrate is used. For example, a Pt polycrystalline film or a ferroelectric polycrystalline film is formed on a Si substrate or a quartz substrate. However, the effect of the present invention is not impaired.
次にインクジェットヘッドのアクチュエータ作製について図7を用いて説明する。図7(a)はサンプルAの構成であり、71はMgO単結晶基板、72は振動板かつ共通電極となるPt膜、73は強誘電体膜であるPZTエピタキシャル膜、74は絶縁強化膜である低結晶膜、75は個別電極であるPt膜である。次にMgO基板の所望の部分をエッチングにより除去して図7(b)の構造体を形成する。MgO基板のエッチングは80℃に過熱した燐酸水溶液を用いた。MgOを残したい部分にはレジストを塗布して燐酸によるエッチングを阻止すればよい。Pt膜は燐酸によって溶解しないので、MgOエッチングはPt膜に達するとそれ以上進行することはない。また、一部MgOを残して振動板としてとして用いてもよい。更にMgO基板側の面にインク遮断層76としてレジストやポリイミドを形成する。このような工法で、図5のアクチュエータ部Bに相当するアクチュエータを作製でき、更に図4に示すインクジェットヘッドを作製することができる。
Next, the production of the actuator of the ink jet head will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows the configuration of Sample A, 71 is an MgO single crystal substrate, 72 is a Pt film that is a diaphragm and a common electrode, 73 is a PZT epitaxial film that is a ferroelectric film, and 74 is an insulation enhancement film. A
以上に説明した本実施の形態では、本発明の強誘電体素子をインクジェット式記録装置のインク吐出に用いられるアクチュエータに適用した場合について説明したが、その焦電性を利用した温度センサや、電気光学効果を利用した光変調デバイス、光弾性効果を利用した光アクチュエータ、SAWデバイスに用いるなど、他の種々の用途に適用することが可能である。 In the present embodiment described above, the case where the ferroelectric element of the present invention is applied to an actuator used for ink ejection of an ink jet recording apparatus has been described. However, a temperature sensor using the pyroelectric property, The present invention can be applied to various other uses such as a light modulation device utilizing an optical effect, an optical actuator utilizing a photoelastic effect, and a SAW device.
また、本実施の形態では、説明の便宜上、個別電極3を第2の電極とし、共通電極11を第1の電極としたが、個別電極3を第1の電極とし、共通電極(振動板11)を第2の電極としてもよい。
In the present embodiment, for convenience of explanation, the
なお、以上説明した強誘電体素子を用いたアクチュエータによれば、安定した変位動作を行うことが可能になり、このようなアクチュエータを用いたインクジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行うことが可能になる。そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になる。 In addition, according to the actuator using the ferroelectric element described above, it is possible to perform a stable displacement operation, and according to the ink jet head using such an actuator, it is possible to perform stable ink discharge. It becomes possible. According to the ink jet recording apparatus provided with such an ink jet head, it is possible to perform high quality printing by stable ink ejection.
以上述べてきたように、本発明は、インクジェットヘッドおよび、インクジェットヘッドを搭載したインクジェット式記録装置に好適に応用することができる。 As described above, the present invention can be suitably applied to an ink jet head and an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head.
3 個別電極(第2の電極)
10 強誘電体機能膜
10a 強誘電体膜
10b 絶縁強化膜
11 振動板(共通電極(第1の電極)を兼ねる)
40 インクジェット式記録装置
41 インクジェットヘッド
3 Individual electrode (second electrode)
DESCRIPTION OF
40
Claims (13)
前記第1の電極上に形成された強誘電体機能膜と、
前記強誘電体機能膜上に形成された第2の電極とを有し、
前記強誘電体機能膜は、強誘電体膜及びこの強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含み、前記強誘電体膜よりも結晶性の低い絶縁強化膜から構成され、
前記強誘電体膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa0、
前記強誘電体機能膜のX線解析法による回折ピークの半値幅をa、
半値幅の増加率をp=(a−a0)/a0とするとき、
1<p≦2.5であることを特徴とする強誘電体素子。 A first electrode;
A ferroelectric functional film formed on the first electrode;
A second electrode formed on the ferroelectric functional film,
The ferroelectric functional film includes a ferroelectric film and at least one element of constituent elements of the ferroelectric film, and is composed of an insulating reinforcing film having lower crystallinity than the ferroelectric film,
The full width at half maximum of the diffraction peak by X-ray analysis of the ferroelectric film is a0,
The full width at half maximum of the diffraction peak by the X-ray analysis method of the ferroelectric functional film is a,
When the increase rate of the half width is p = (a−a0) / a0,
1. A ferroelectric element characterized by satisfying 1 <p ≦ 2.5.
インク液が収容され、前記アクチュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。 An actuator according to claim 9;
An ink-jet head comprising: a plurality of pressure chambers in which ink liquid is stored and the displacement of the actuator acts.
この第1の電極上に強誘電体機能膜を形成する工程と、
この強誘電体機能膜上に第2の電極を形成する工程と、
を備える強誘電体素子の製造方法であって、
前記強誘電体機能膜を形成する工程は、強誘電体膜及び絶縁強化膜を形成する工程を含み、
前記絶縁強化膜は、前記強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含むアモルファス膜であって、
このアモルファス膜は、前記強誘電体膜を成膜した成膜装置と同一の成膜装置を用いて、少なくとも成膜温度を変化させて形成するようにしたことを特徴とする強誘電体素子の製造方法。 Forming a first electrode;
Forming a ferroelectric functional film on the first electrode;
Forming a second electrode on the ferroelectric functional film;
A method for manufacturing a ferroelectric element comprising:
The step of forming the ferroelectric functional film includes a step of forming a ferroelectric film and an insulation enhancement film,
The insulation enhancement film is an amorphous film containing at least one element of the constituent elements of the ferroelectric film,
The amorphous film is formed by changing the film forming temperature at least by using the same film forming apparatus as that for forming the ferroelectric film. Production method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007273401A JP2008060599A (en) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007273401A JP2008060599A (en) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001328841A Division JP4578744B2 (en) | 2001-10-02 | 2001-10-26 | Ferroelectric element, actuator using the same, ink jet head, and ink jet recording apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008060599A true JP2008060599A (en) | 2008-03-13 |
Family
ID=39242904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007273401A Pending JP2008060599A (en) | 2007-10-22 | 2007-10-22 | Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008060599A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010018011A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric actuator |
JP2010068667A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Dielectric actuator |
JP2011181764A (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Tdk Corp | Piezoelectric-body element and method of manufacturing the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05347391A (en) * | 1992-06-16 | 1993-12-27 | Seiko Epson Corp | Ferroelectric storage device |
JPH11126877A (en) * | 1997-07-18 | 1999-05-11 | Ramtron Internatl Corp | Multilayered method for optimizing performance of ferroelectric thin film |
JP2000086242A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-28 | Seiko Epson Corp | Thin film and its production |
JP2001181089A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | Thin layer laminate, ferroelectric thin layer element and method for producing them |
JP2001210888A (en) * | 1999-11-18 | 2001-08-03 | Kansai Research Institute | Piezoelectric element and its manufacturing method, and ink-jet type printer head using them |
-
2007
- 2007-10-22 JP JP2007273401A patent/JP2008060599A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05347391A (en) * | 1992-06-16 | 1993-12-27 | Seiko Epson Corp | Ferroelectric storage device |
JPH11126877A (en) * | 1997-07-18 | 1999-05-11 | Ramtron Internatl Corp | Multilayered method for optimizing performance of ferroelectric thin film |
JP2000086242A (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-28 | Seiko Epson Corp | Thin film and its production |
JP2001210888A (en) * | 1999-11-18 | 2001-08-03 | Kansai Research Institute | Piezoelectric element and its manufacturing method, and ink-jet type printer head using them |
JP2001181089A (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | Thin layer laminate, ferroelectric thin layer element and method for producing them |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010018011A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Seiko Epson Corp | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric actuator |
JP2010068667A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Toyoda Gosei Co Ltd | Dielectric actuator |
US8368284B2 (en) | 2008-09-12 | 2013-02-05 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dielectric actuator |
JP2011181764A (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Tdk Corp | Piezoelectric-body element and method of manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6525255B2 (en) | Electro-mechanical transducer, method of manufacturing electro-mechanical transducer, droplet discharge head and droplet discharge device | |
EP2044245B1 (en) | Piezoelectric substance, piezoelectric element, and liquid discharge head and liquid discharge apparatus using piezoelectric element | |
EP0991130B1 (en) | Piezoelectric device, ink-jet recording head, method for manufacture, and printer | |
JP2007335779A (en) | Piezoelectric body thin film element, ink-jet head and ink-jet recorder | |
US20150070444A1 (en) | Piezoelectric actuator, fluid discharge head, and image forming device | |
JP3772977B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
JP3996594B2 (en) | Piezoelectric element, inkjet head, and inkjet recording apparatus | |
JP4250593B2 (en) | Dielectric element, piezoelectric element, ink jet head, and manufacturing method thereof | |
JP2008041921A (en) | Piezoelectric thin film element and its manufacturing method, as well as ink jet head and ink jet-type recorder | |
JP2011061118A (en) | Piezoelectric element, liquid injection head, and liquid injection apparatus | |
JP5943178B2 (en) | Piezoelectric element manufacturing method, liquid ejecting head manufacturing method, liquid ejecting apparatus manufacturing method, ultrasonic device manufacturing method, and sensor manufacturing method | |
JPH10217458A (en) | Piezoelectric element, and actuator and ink jet recording head using the same | |
EP1401030A2 (en) | Piezoelectric element, ink jet recording head and method for manufacturing piezoelectric element | |
US7193756B2 (en) | Piezoelectric element, method for fabricating the same, inkjet head, method for fabricating the same, and inkjet recording apparatus | |
JP2008060599A (en) | Ferroelectric element and actuator using the same, ink jet head, ink jet record device, and method of manufacturing ferroelectric element | |
US20180351075A1 (en) | Piezoelectric element | |
JP3907628B2 (en) | Piezoelectric actuator, manufacturing method thereof, and liquid discharge head | |
JP2005119166A (en) | Piezoelectric element, inkjet head, method of manufacturing the same, and inkjet recorder | |
US20100225711A1 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element | |
JP4578744B2 (en) | Ferroelectric element, actuator using the same, ink jet head, and ink jet recording apparatus | |
US7023036B2 (en) | Ferroelectric element and actuator using the same, and ink jet head and ink jet recording device | |
JP2008028285A (en) | Piezoelectric thin film element, inkjet head and inkjet recorder | |
JP4689482B2 (en) | Piezoelectric actuator, method for manufacturing piezoelectric actuator, and liquid discharge head | |
JP2003118104A (en) | Sputtering target for forming ferroelectric film, ferroelectric film using the same, ferroelectric element, actuator using the same, ink jet head and ink jet recorder | |
JP6221270B2 (en) | Electro-mechanical conversion element manufacturing apparatus and electro-mechanical conversion element manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20091127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110721 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110726 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111122 |