JP2011040644A - 柱状構造膜とその成膜方法、圧電素子、液体吐出装置、及び圧電型超音波振動子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】柱状構造膜は、基板上に成膜され、基板の基板面に対して非平行方向に延びる多数の柱状体からなる柱状構造膜であり、気相成長法により成膜されたものであり、膜厚方向に見たときの水平方向の平均柱径の最大値をGSmaxとし、最小値をGSminとしたとき、GSmax>2.0GSminを充足する。GSmax/GSminの値が大きい膜構造では、膜厚方向のグレインバウンダリが膜の下面から上面まで貫通する確率が低くなり、リークパスが減少するため、耐電圧が向上し、駆動耐久性が向上する。
【選択図】図8
Description
特許文献1には、1層目の結晶粒径が3000−4000nm、2層目の結晶粒径が50−80nm、3層目の結晶粒径が100−500nmの積層構造が記載されている(段落0028,0030,0031)。
特許文献1では、圧電体の構成金属を含む複数種類の金属アルコキシドを含む塗布液を塗布した後にこれを熱処理する工程を、条件を変えて複数回繰り返すゾルゲル法により上記積層構造を得ている。かかる方法では、プロセスが複雑で、圧電体膜の成膜に時間を要する。圧電体膜の薄膜化も難しい。
基板上に成膜され、該基板の基板面に対して非平行方向に延びる多数の柱状体からなる柱状構造膜において、
気相成長法により成膜されたものであり、
膜厚方向に見たときの水平方向の平均柱径の最大値をGSmaxとし、最小値をGSminとしたとき、GSmax>2.0GSminを充足することを特徴とするものである。
本発明者は、気相成膜の成膜条件を工夫することにより、膜厚方向に見たときの水平方向の平均柱径の最大値をGSmaxとし、最小値をGSminとしたとき、GSmax>2.0GSminを充足する柱状構造膜を実現した。本発明者はさらに、GSmax≧2.5GSmin、GSmax≧3.0GSmin、GSmax≧3.5GSminの膜を実現した(図8を参照)。本発明者は、GSmax/GSminの値が大きくなる程、耐電圧性が向上し、駆動耐久性が向上することを見出し、本発明を完成した。
気相成長法により成膜されたものであり、
膜厚方向に見たときの水平方向の平均柱径の最大値をGSmaxとし、最小値をGSminとしたとき、GSmax>2.0GSminを充足することを特徴とするものである。
本発明の柱状構造膜は、誘電体膜に適用できる。
本発明の柱状構造膜は、圧電体膜に適用できる。
本発明の柱状構造膜は、強誘電体膜に適用できる。
一般式ABO3・・・(P)
(式中、A:Aサイトの元素であり、Pbを含む少なくとも1種の元素。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Sb,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素。
O:酸素元素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系;
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、ビスマスフェライト等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
Aa(Zrx,Tiy,Mb−x−y)bOc・・・(PX)
(式中、A:Aサイトの元素であり、Pbを含む少なくとも1種の元素。
Mは1種又は2種以上の金属元素を示す。
0<x<b、0<y<b、0≦b−x−y。
a:b:c=1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
被置換イオンの価数よりも高い価数を有する各種ドナイオンを添加したPZTでは、真性PZTよりも圧電性能等の特性が向上することが知られている。Mは、4価のZr,Tiよりも価数の大きい1種又は2種以上のドナイオンであることが好ましい。かかるドナイオンとしては、V5+,Nb5+,Ta5+,Sb5+,Mo6+,及びW6+等が挙げられる。本発明の圧電体膜は、ペロブスカイト型酸化物(PX)の中でも、0<b−x−yであり、MがV,Nb,Ta,及びSbからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含むペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。
成膜初期には、下地の結晶構造を引きずって結晶成長が起こる。また、成膜される粒子の持つエネルギーが大きい程、横方向の柱状体の成長が大きくなる傾向にある。したがって、これらの条件を好適化することで、グレインの横方向の成長を制御することができ、これによって膜厚方向の平均柱径を変えることができる。本発明者は、表2に示す多くの試験例において、成膜中に成膜条件を変えずに、基板側から柱状体の柱径が徐々に大きくなる柱状構造膜の成膜に成功している。
図1を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。図1はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の膜厚方向の断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
図2及び図3を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図2は装置全体図であり、図3は部分上面図である。
印字部102をなすヘッド3K,3C,3M,3Yが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド3である。
ロール紙を使用する装置では、図2のように、デカール処理部120の後段に裁断用のカッター128が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター128は不要である。
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部102の上流側に、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
印字検出部124は、印字部102の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
後乾燥部142の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター148を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置100は、以上のように構成されている。
図4を参照して、本発明に係る一実施形態の圧電型超音波振動子の構造について説明する。図4は圧電型超音波振動子の要部断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
本実施形態の圧電型超音波振動子5は、超音波モータ等に使用できる。
本実施形態の圧電型超音波振動子5はまた、特定周波数の超音波を発生し、対象物より反響して戻ってきた超音波を検知するセンサ等として使用でき、超音波探触子等に使用できる。対象物より反響して戻ってきた超音波を受けて振動板82が振動すれば、その応力に応じて圧電体膜72が変位し、圧電素子4にはその変位量に応じた電圧が生じる。これを検出することで、対象物の形状等を検出することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
Si基板上にスパッタ法により、基板温度350℃にて、50nm厚のTiW膜と150nm厚のIr下部電極とを順次成膜した。この下部電極上に、3.9μm厚のNbドープPZT圧電体膜を成膜した。圧電体膜の成膜途中でRf投入電力を変更した。成膜条件は以下の通りとした。
成膜装置:Rfスパッタ装置、
ターゲット:120mmφのPb1.3(Zr0.46Ti0.42Nb0.12)O3焼結体、
基板温度:475℃、
基板―ターゲット間距離(T−S距離):60mm、
成膜圧力:0.3Pa(2.3mTorr)、
成膜ガス:Ar/O2=97.5/2.5(モル比)、
投入電力:成膜開始〜40分間は500W、その後の30分間は700W。
得られた圧電素子に対して、30kHz、35Vピークtoピーク矩形波にて駆動耐久性試験を行ったところ、3000億サイクル駆動しても劣化が見られなかった。
圧電体膜の成膜条件を途中で変えず、終始同じ条件で圧電体膜の成膜を実施した以外は、試験例1と同様にして、比較用の圧電素子を得た。圧電体膜の成膜条件は以下の通りとした。
成膜装置:試験例1と同じ、
ターゲット:試験例1と同じ、
基板温度:試験例1と同じ、
基板―ターゲット間距離(T−S距離):試験例1と同じ、
成膜圧力:試験例1と同じ、
成膜ガス:試験例1と同じ、
投入電力:500W、
成膜時間:90分間。
得られた圧電素子に対して、試験例1と同様に、30kHz、35Vピークtoピーク矩形波にて駆動耐久性試験を行ったところ、50億サイクル駆動したところで、絶縁破壊が起こり、圧電体膜が破壊した。
成膜条件を種々変え、試験例1,2と同様にGSmax/GSminの異なる種々の圧電体膜の成膜を実施して圧電素子を得、耐電圧を評価した。成膜条件を表2に示す。表中の「→」は試験例1と同様に、成膜途中で成膜条件を変えたことを示している。表中、T−S距離は基板―ターゲット間距離、Vdcは成膜時のターゲットセルフバイアスを各々示す。
試験例1〜3では、1.5<GSmax/GSmin≦3.65の柱状構造膜が得られ、2.0<GSmax/GSmin≦3.65、好ましくは2.5≦GSmax/GSmin≦3.65、特に好ましくは3.0≦GSmax/GSmin≦3.65において、高い耐電圧特性が得られた。GSmax/GSmin=3.65では、単結晶体に近い耐電圧特性が得られた。
SOI基板上に、下部電極として、50nm厚のTiW膜と150nm厚のIr下部電極とを順次成膜した。この下部電極上に、試験例1と同様の条件でNbドープPZT圧電体膜を成膜した。この圧電体膜上に、上部電極として100nm厚のPt膜を成膜した。SOI基板を裏面側からRIE加工することで、720μm×300μmの空洞部を有するキャビティ構造を形成して、圧電型超音波振動子を作製した。共振周波数は1MHzであった。同様にして、試験例2の圧電体膜を付けた圧電型超音波振動子を作製した。
3、3K,3C,3M,3Y インクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)
10 基板
20、40 電極
30 圧電体膜(柱状構造膜)
60 インクノズル(液体貯留吐出部材)
61 インク室(液体貯留室)
62 インク吐出口(液体吐出口)
100 インクジェット式記録装置
4 圧電素子
5 圧電型超音波振動子(超音波トランスデューサ)
71、73 電極
72 圧電体膜(柱状構造膜)
82 振動板
90 Rf電源(高周波交流電源)
Claims (16)
- 基板上に成膜され、該基板の基板面に対して非平行方向に延びる多数の柱状体からなる柱状構造膜において、
気相成長法により成膜されたものであり、
膜厚方向に見たときの水平方向の平均柱径の最大値をGSmaxとし、最小値をGSminとしたとき、GSmax>2.0GSminを充足することを特徴とする柱状構造膜。 - GSmax≧2.5GSminを充足することを特徴とする請求項1に記載の柱状構造膜。
- GSmax≧3.0GSminを充足することを特徴とする請求項2に記載の柱状構造膜。
- 電流値が1μA以上となる印加電圧により定義される絶縁破壊電圧が300kV/cm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の柱状構造膜。
- 膜厚方向に見たときに、前記基板側の面の水平方向の平均柱径が最も小さく、前記基板と反対側の面の水平方向の平均柱径が最も大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の柱状構造膜。
- 水平方向の平均柱径が膜厚方向に連続的に変化していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の柱状構造膜。
- プラズマを用いる気相成長法により成膜されたものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の柱状構造膜。
- 誘電体膜であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の柱状構造膜。
- 圧電体膜であることを特徴とする請求項8に記載の柱状構造膜。
- 強誘電体膜であることを特徴とする請求項9に記載の柱状構造膜。
- 下記式で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物(P)を含むことを特徴とする請求項9又は10に記載の柱状構造膜。
一般式ABO3・・・(P)
(式中、A:Aサイトの元素であり、Pbを含む少なくとも1種の元素。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Sb,Cr,Mo,W,Mn,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素。
O:酸素元素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。) - 下記式で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物(PX)を含むことを特徴とする請求項11に記載の柱状構造膜。
Aa(Zrx,Tiy,Mb−x−y)bOc・・・(PX)
(式中、A:Aサイトの元素であり、Pbを含む少なくとも1種の元素。
Mは1種又は2種以上の金属元素を示す。
0<x<b、0<y<b、0≦b−x−y。
a:b:c=1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。) - ペロブスカイト型酸化物(PX)のMが、V,Nb,Ta,及びSbからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素であることを特徴とする請求項12に記載の柱状構造膜。
- 請求項9〜13のいずれかに記載の柱状構造膜からなる圧電体膜と、該圧電体膜に対して電界を印加する電極とを備えたことを特徴とする圧電素子。
- 請求項14に記載の圧電素子と、該圧電素子に隣接して設けられた液体吐出部材とを備え、該液体吐出部材は、液体が貯留される液体貯留室と、前記圧電体膜に対する前記電界の印加に応じて該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口とを有することを特徴とする液体吐出装置。
- 請求項14に記載の圧電素子と、
前記電極に交流電流を印加する交流電源と、
前記圧電体の伸縮により振動する振動板とを備えたことを特徴とする圧電型超音波振動子。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014229902A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | Tdk株式会社 | 薄膜圧電素子、薄膜圧電アクチュエータ、及び薄膜圧電センサ、並びにハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置 |
WO2016084365A1 (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 富士フイルム株式会社 | 圧電体膜及びそれを備えた圧電素子、及び液体吐出装置 |
JP2016157894A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 三菱マテリアル株式会社 | PNbZT膜及びPNbZT膜形成用組成物の製造方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2099082B1 (en) * | 2008-03-05 | 2014-05-07 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Piezoceramic material, piezoelectric element and non-resonance knock sensor |
US9070861B2 (en) * | 2011-02-15 | 2015-06-30 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Piezoelectric transducers using micro-dome arrays |
JP5825466B2 (ja) * | 2011-02-24 | 2015-12-02 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 |
JP6919237B2 (ja) * | 2017-03-09 | 2021-08-18 | Tdk株式会社 | 圧電組成物及び圧電素子 |
JP6919236B2 (ja) | 2017-03-09 | 2021-08-18 | Tdk株式会社 | 圧電組成物及び圧電素子 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005354026A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子及びインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法、並びにインクジェット式記録装置 |
JP2007123583A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Fujifilm Corp | 無機膜基板とその製造方法、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
JP2007335779A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体薄膜素子、インクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置 |
JP2008187092A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体薄膜素子及びその製造方法、インクジェットヘッド、並びにインクジェット式記録装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3748097B2 (ja) | 1999-04-20 | 2006-02-22 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体薄膜素子、圧電体薄膜素子を備えるアクチュエータおよびアクチュエータを備えるインクジェット式記録ヘッド |
WO2003064161A1 (fr) * | 2002-01-28 | 2003-08-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Circuit d'attaque a charge capacitive, procede d'attaque a charge capacitive, et appareil associe |
US6969157B2 (en) * | 2002-05-31 | 2005-11-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, method for manufacturing the same, and ink jet recording apparatus |
WO2005086248A1 (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電体素子、インクジェットヘッド、角速度センサ、これらの製造方法及びインクジェット式記録装置 |
JP2010080813A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Fujifilm Corp | 圧電体膜とその製造方法、圧電素子、及び液体吐出装置 |
-
2009
- 2009-08-14 JP JP2009188098A patent/JP5399166B2/ja active Active
-
2010
- 2010-08-12 US US12/855,627 patent/US8419171B2/en active Active
- 2010-08-13 EP EP20100172762 patent/EP2287934B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005354026A (ja) * | 2004-05-10 | 2005-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電素子及びインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法、並びにインクジェット式記録装置 |
JP2007123583A (ja) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Fujifilm Corp | 無機膜基板とその製造方法、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置 |
JP2007335779A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体薄膜素子、インクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置 |
JP2008187092A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体薄膜素子及びその製造方法、インクジェットヘッド、並びにインクジェット式記録装置 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014229902A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | Tdk株式会社 | 薄膜圧電素子、薄膜圧電アクチュエータ、及び薄膜圧電センサ、並びにハードディスクドライブ、及びインクジェットプリンタ装置 |
WO2016084365A1 (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 富士フイルム株式会社 | 圧電体膜及びそれを備えた圧電素子、及び液体吐出装置 |
JP2016103567A (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 富士フイルム株式会社 | 圧電体膜及びそれを備えた圧電素子、及び液体吐出装置 |
JP2016157894A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 三菱マテリアル株式会社 | PNbZT膜及びPNbZT膜形成用組成物の製造方法 |
Also Published As
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