JP2011044528A - Piezoelectric element, piezoelectric actuator, liquid injection head, and liquid injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric element, a piezoelectric actuator, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus.
圧電素子は、圧電体が2つの電極によって挟まれた構造を含んでいる。圧電素子は、このような構造を含むため、圧電体に電界を印加して伸縮等の変形を生じさせることができる。 The piezoelectric element includes a structure in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes. Since the piezoelectric element includes such a structure, an electric field can be applied to the piezoelectric body to cause deformation such as expansion and contraction.
圧電素子は、液体噴射ヘッド等の圧電アクチュエーターにも利用されている。圧電素子の性能は、圧電体の劣化により悪化する場合がある。圧電体が水分と接触すると、例えば、2つの電極間に生じる漏れ電流の増加などを発生し、圧電素子の信頼性が低下することが知られている。 Piezoelectric elements are also used in piezoelectric actuators such as liquid jet heads. The performance of the piezoelectric element may deteriorate due to deterioration of the piezoelectric body. It is known that when a piezoelectric body comes into contact with moisture, for example, an increase in leakage current generated between two electrodes is generated, and the reliability of the piezoelectric element is lowered.
圧電体が水分と接触することを抑制する方法としては、バリア膜によって、圧電体を覆うことが行われている。このような例としては、特開2005−088441号公報(特許文献1)には、圧電体を電極で覆い、該電極にバリア膜の機能を兼ねさせ、圧電体と水分との接触を抑制した液体噴射ヘッドの開示がある。 As a method for suppressing the contact of the piezoelectric body with moisture, the piezoelectric body is covered with a barrier film. As an example of this, in JP-A-2005-088441 (Patent Document 1), a piezoelectric body is covered with an electrode, and the electrode also serves as a barrier film, thereby suppressing contact between the piezoelectric body and moisture. There is a disclosure of a liquid jet head.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、信頼性の高い圧電素子を提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a highly reliable piezoelectric element.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、上記圧電素子を含む圧電アクチュエーターを提供することにある。 One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a piezoelectric actuator including the piezoelectric element.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、上記圧電アクチュエーターを含む液体噴射ヘッドを提供することにある。 An object of some embodiments of the present invention is to provide a liquid jet head including the piezoelectric actuator.
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、上記液体噴射ヘッドを含む液体噴射装置を提供することにある。 An object of some embodiments of the present invention is to provide a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head.
(1)本発明の態様の1つに係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の側面および上面を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の側面および上面を覆って形成された上部電極と、
を含み、
前記上部電極は、前記圧電体層の上面において、第1領域と、第2領域と、を有し、
前記第1領域は、平面視において前記下部電極と重なる領域の少なくとも一部を含み、
前記第2領域は、前記第1領域以外の領域であり、
前記第1領域は、前記第2領域よりも厚みが小さい。
(1) A piezoelectric element according to one aspect of the present invention is:
A substrate,
A lower electrode formed above the substrate;
A piezoelectric layer formed to cover a side surface and an upper surface of the lower electrode;
An upper electrode formed to cover a side surface and an upper surface of the piezoelectric layer;
Including
The upper electrode has a first region and a second region on the upper surface of the piezoelectric layer,
The first region includes at least a part of a region overlapping the lower electrode in plan view,
The second region is a region other than the first region,
The first region has a smaller thickness than the second region.
本発明の態様の1つに係る圧電素子は、第1領域における上部電極の厚みの方が第2領域における上部電極の厚みよりも小さい。そのため、圧電素子の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができ、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。 In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention, the thickness of the upper electrode in the first region is smaller than the thickness of the upper electrode in the second region. As a result, the mechanical operation (deformation, etc.) of the piezoelectric element can be further restrained, and a highly reliable piezoelectric element can be obtained.
(2)本発明の態様の1つに係る圧電素子において、
前記上部電極は、第1上部電極と、第2上部電極と、を有し、
前記第1上部電極は、前記圧電体層の上面に形成され、
前記第2上部電極は、前記圧電体層の側面および前記第2領域に形成され、かつ、前記第2領域において、前記第1上部電極の上面に形成されることができる。
(2) In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention,
The upper electrode has a first upper electrode and a second upper electrode,
The first upper electrode is formed on an upper surface of the piezoelectric layer,
The second upper electrode may be formed on a side surface of the piezoelectric layer and the second region, and may be formed on an upper surface of the first upper electrode in the second region.
本発明の態様の1つに係る圧電素子は、第1領域に形成される第2上部電極を除去する際に、第1上部電極がエッチングストッパとなることができる。そのため、第1上部電極がエッチングされにくいので、圧電素子の信頼性をより高めることができる。 In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention, the first upper electrode can serve as an etching stopper when the second upper electrode formed in the first region is removed. Therefore, since the first upper electrode is difficult to be etched, the reliability of the piezoelectric element can be further improved.
(3)本発明の態様の1つに係る圧電素子において、
さらに、中間層を有し、
前記中間層は、前記第1領域および前記第2領域に形成され、かつ、前記第1上部電極と前記第2上部電極との間に位置することができる。
(3) In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention,
Furthermore, it has an intermediate layer,
The intermediate layer may be formed in the first region and the second region, and may be located between the first upper electrode and the second upper electrode.
本発明の態様の1つに係る圧電素子は、第1領域に形成される第2上部電極を除去する際に、中間層がエッチングストッパとなることができる。そのため、第1上部電極がエッチングされないので、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。 In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention, the intermediate layer can serve as an etching stopper when the second upper electrode formed in the first region is removed. Therefore, since the first upper electrode is not etched, a highly reliable piezoelectric element can be obtained.
(4)本発明の態様の1つに係る圧電素子において、
さらに、中間層を有し、
前記中間層は、前記第2領域に形成され、かつ、前記第1上部電極と前記第2上部電極との間に位置することができる。
(4) In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention,
Furthermore, it has an intermediate layer,
The intermediate layer may be formed in the second region and positioned between the first upper electrode and the second upper electrode.
本発明の態様の1つに係る圧電素子は、第1領域に中間層が形成されない。そのため、圧電素子の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができ、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。 In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention, no intermediate layer is formed in the first region. As a result, the mechanical operation (deformation, etc.) of the piezoelectric element can be further restrained, and a highly reliable piezoelectric element can be obtained.
(5)本発明の態様の1つに係る圧電素子において、
さらに、前記中間層は、前記圧電体層の側面に形成され、かつ、前記圧電体層の側面において前記第2上部電極の下に位置することができる。
(5) In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention,
Further, the intermediate layer may be formed on a side surface of the piezoelectric layer, and may be positioned below the second upper electrode on the side surface of the piezoelectric layer.
本発明の態様の1つに係る圧電素子は、第2上部電極が圧電素子に接触していない。したがって、第2上部電極が酸化されにくいので、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。 In the piezoelectric element according to one aspect of the present invention, the second upper electrode is not in contact with the piezoelectric element. Therefore, since the second upper electrode is not easily oxidized, a highly reliable piezoelectric element can be obtained.
(6)本発明の態様の1つに係る圧電アクチュエーターは、
上記の圧電素子を含み、
前記基板は、前記圧電体層の動作によって変形する。
(6) A piezoelectric actuator according to one aspect of the present invention is:
Including the piezoelectric element described above,
The substrate is deformed by the operation of the piezoelectric layer.
本発明の態様の1つに係る圧電アクチュエーターは、上記圧電素子を含むため、高い信頼性を有することができる。 Since the piezoelectric actuator according to one aspect of the present invention includes the piezoelectric element, it can have high reliability.
(7)本発明の態様の1つに係る液体噴射ヘッドは、
上記の圧電アクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む。
(7) A liquid jet head according to one aspect of the present invention includes:
The above piezoelectric actuator;
A pressure chamber in communication with the nozzle hole, the volume of which is changed by the operation of the piezoelectric actuator;
including.
本発明の態様の1つに係る液体噴射ヘッドは、上記圧電アクチュエーターを含むため、高い信頼性を有することができる。 Since the liquid ejecting head according to one aspect of the present invention includes the piezoelectric actuator, the liquid ejecting head can have high reliability.
(8)本発明の態様の1つに係る液体噴射装置は、
上記の液体噴射ヘッドを含む。
(8) A liquid ejecting apparatus according to one aspect of the present invention includes:
The liquid ejecting head is included.
本発明の態様の1つに係る液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドを含むため、高い信頼性を有することができる。 Since the liquid ejecting apparatus according to one aspect of the present invention includes the liquid ejecting head, the liquid ejecting apparatus can have high reliability.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not restrict | limited to these.
1. 第1実施形態
1.1 圧電素子
図1は、第1実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る圧電素子100は、基板10と、下部電極20と、圧電体層30と、上部電極40と、を含む。
1. 1. First Embodiment 1.1 Piezoelectric Element FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a
基板10は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板10は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板10は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。例えば、後述する液体噴射ヘッド(図21参照)のように、基板10の下方に圧力室等が形成されているような場合においては、基板10より下方に形成される複数の構成をまとめて一つの基板10とみなしてもよい。
The
基板10は、例えば、可撓性を有し、圧電体層30の動作によって変形(屈曲)することのできる振動板であってもよい。この場合、圧電素子100は、振動板と、下部電極20と、圧電体層30と、上部電極40と、を含む圧電アクチュエーター102となる。ここで、基板10が可撓性を有するとは、基板10がたわむことができることを指す。基板10を振動板とした場合、基板10のたわみは、例えば、圧電アクチュエーター102を液体噴射ヘッドに使用する場合、吐出させる液体の体積と同程度に圧力室の容積を変化させうる程度である。
The
基板10が振動板である場合は、基板10の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を例示することができる。この場合においても基板10は、例示した物質の2種以上の積層構造であってもよい。
When the
本実施形態では、以下、基板10が振動板であって、酸化ジルコニウムによって形成されている場合を例示する。したがって、圧電素子100は、可撓性を有し、圧電体層30の動作によって変形(屈曲)することができる振動板を備えた圧電アクチュエーター102と実質的に同一である。したがって以下の説明においては、圧電素子100および圧電アクチュエーター102は、相互に読み替えることができる。
In the present embodiment, the case where the
基板10(振動板)の厚みは、用いる材質の弾性率等によって選択することができる。基板10の厚みは、例えば、200nm以上2000nm以下とすることができる。基板10の厚みが200nmよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなる場合があり、2000nmよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。
The thickness of the substrate 10 (diaphragm) can be selected depending on the elastic modulus of the material used. The thickness of the
下部電極20は、基板10の上方に形成される。下部電極20の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(例えば酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物(SrRuOx:SRO)、ランタンとニッケルの複合酸化物(LaNiOx:LNO)などを例示することができる。
The
下部電極20は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極20と基板10との間には、例えば、密着層等が形成されていてもよい。この場合の密着層としては、例えばチタン層などが挙げられる。
The
下部電極20の厚みは、例えば、50nm以上300nm以下とすることができる。下部電極20の機能としては、圧電体層30に電圧を印加するための一方の電極(圧電体層30の下部に形成された下部電極)となることが挙げられる。
The thickness of the
圧電体層30は、下部電極20の側面および上面を覆って形成される。図1の例では、圧電体層30は、下部電極20の上面および側面と、基板10の上面と、を覆って形成されている。圧電体層30と下部電極20との間には、他の層が形成されてもよい。この場合の他の層としては、例えば圧電体層30の結晶の配向を制御するための配向制御層(例えばチタン層)などが挙げられる。
The
圧電体層30の厚さは、例えば、300nm以上3000nm以下とすることができる。圧電体層30の厚みが前記範囲を外れると、基板10を変形させるために必要な伸縮が得られなくなる場合がある。
The thickness of the
圧電体層30は、上面32と、上面32に連続する側面34と、を有する。図示の例では、圧電体層30の上面32は、平坦な面であり、基板10の上面と平行となっている。圧電体層30の側面34は、一つの面で構成されてもよいし、複数の面によって構成されてもよい。また、圧電体層30の側面34は、曲面を含んで構成されてもよい。
The
圧電体層30は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体層30は、下部電極20および上部電極40によって電界が印加されることで変形することができる。この変形により基板10は、たわんだり振動したりすることができる。
The
圧電体層30の材質としては、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型酸化物を用いることができる。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)(以下これを「PZT」と略記することがある)、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O3)(以下これを「PZTN」と略記することがある。)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)NbO3)などが挙げられる。
As a material of the
上部電極40は、圧電体層30の上面32および側面34を覆って形成される。図1の例では、上部電極40は、基板10の上面と、圧電体層30の上面32および側面34と、を覆って形成されている。
The
上部電極40は、圧電体層30の上面32において、第1領域40Aと、第2領域40Bと、を有する。第1領域40Aは、平面視において下部電極20と重なる領域の少なくとも一部を含む。第2領域40Bは、第1領域40A以外の領域である。
The
図1の例では、第1領域40Aは、平面視における下部電極20と重なる領域を示している。また、図1の例では、第2領域40Bは、平面視における下部電極20と重なる領域を除く領域、つまり、第1領域40A以外の領域を示している。
In the example of FIG. 1, the
上部電極40において、第1領域40Aは、第2領域40Bよりも厚みが小さい。図1の例では、圧電体層30の上面32における上部電極40の厚みは、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄く形成されている。第1領域40Aを第2領域40Bよりも薄く形成することによって、上部電極40による圧電体層30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
In the
上部電極40の機能のとしては、下部電極20と対になり、圧電素子100の一方の電極となることが挙げられる。また、上部電極40の機能としては、圧電体層30の圧電材料と、外界からの水分等との接触を抑制することが挙げられる。すなわち、上部電極40は、水分等を透過させにくいバリア性を有する。そのため上部電極40によって覆われた圧電体層30の圧電材料は、水分等による劣化が抑制される。
The function of the
上部電極40の厚みは、バリア性を有し、圧電素子100の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。上部電極40の厚みは、例えば10nm以上200nm以下とすることができる。上部電極50の厚みが10nmよりも薄いと、電気抵抗の増大、バリア性の不足、ピンホールの発生等を招く場合があり、200nmよりも大きいと、圧電素子100の変形を阻害してしまう場合がある。
The thickness of the
特に、第1領域40Aにおける上部電極40の厚みは、10nm以上50nm以下とすることができる。第1領域40Aにおける厚みを上記範囲内にすることで、圧電素子100の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。そのため、圧電素子100の変形をより向上させ、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。
In particular, the thickness of the
上部電極40の材質は、バリア性を有し、かつ、導電性を有する限り特に限定されない。上部電極40の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(例えば酸化イリジウムなど)、SRO、LNOなどを例示することができる。また、上部電極40は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
The material of the
上部電極40は、例えば、蒸着、スパッタ等の方法により形成されることができる。このような方法により成膜された上部電極40は、成膜時に内部に残留応力が生じる場合がある。内部に残留した応力は、上部電極40が厚み方向に屈曲している部位に集中して生じやすい。つまり、残留応力は、圧電体層30における上面32と側面34との境界部分である屈曲部に集中する。屈曲部に形成された上部電極40は、他の部位に比較してクラック等の破壊が生じやすい。したがって、上部電極40において、第1領域40Aよりも厚みの大きい第2領域40Bを屈曲部に形成することによって、クラック等を防止することができる。
The
本実施形態に係る圧電素子100は、圧電体層30の上面32における上部電極40の厚みは、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄い。そのため、圧電素子100の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。したがって、圧電素子100の変形をより向上でき、信頼性の高い圧電素子100を得ることができる。
In the
なお、後述する第2実施形態ないし第8実施形態は、上述の第1実施形態と同様の作用効果を有することができ、同様の作用効果についてはその記載を省略する。 In addition, 2nd Embodiment thru | or 8th Embodiment mentioned later can have the effect similar to the above-mentioned 1st Embodiment, The description is abbreviate | omitted about the same effect.
1.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第1実施形態の圧電素子100を製造する方法を例示し、図面を参照しながら説明する。図7ないし図11は、圧電素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing a piezoelectric element, a method for manufacturing the
まず、図7に示すように、基板10上に下部電極20を形成する。図7の例では、基板10として、シリコン基板12の上にジルコニア層14が形成されたものを用いている。下部電極20は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。より具体的には、基板10上の全面に、下部電極(図示せず)を形成してパターニングすることにより、下部電極20を形成することができる。
First, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、下部電極20を覆うように、基板10の上面の全面に圧電体層30aを形成する。これにより、下部電極20の側方および上方に圧電体層30aが形成される。圧電体層30aは、例えば、ゾルゲル法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、MOD(Metal Organic Deposition)法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成されることができる。ここで圧電体層30aの材質が、例えば、PZTである場合、酸素雰囲気で700℃程度のアニールを行うことにより、圧電体層30aを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層30aをパターニングした後に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 8, a
次いで、第1パターニング工程を行う。第1パターニング工程は、例えば、以下のように行うことができる。まず、圧電体層30aの上面に所望の形状のレジストを形成する(図示せず)。次いで、レジストをマスクとして圧電体層30aをエッチングして、圧電体層30を形成する。このようにして、図9に示すように、下部電極20および圧電体層30の積層構造を形成する。
Next, a first patterning process is performed. The first patterning step can be performed as follows, for example. First, a resist having a desired shape is formed on the upper surface of the
第1パターニング工程におけるエッチングは、例えば、ICP(Inductively Coupled Plasma)のような高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングにより行うことができる。高密度プラズマ装置(ドライエッチング装置)において、1.0Pa以下の圧力に設定すると良好なエッチングを行うことができる。圧電体層30aにPZTを用いた場合のエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスとフロン系ガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、Cl2、BCl3などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、C4F8、CF4などが挙げられる。
Etching in the first patterning step can be performed by dry etching using a high-density plasma apparatus such as ICP (Inductively Coupled Plasma), for example. In a high-density plasma apparatus (dry etching apparatus), good etching can be performed when the pressure is set to 1.0 Pa or less. As an etching gas when PZT is used for the
次に、図10に示すように、基板10の上面と、圧電体層30の上面32および側面34と、を覆うように上部電極40aを形成する。上部電極40aは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成されることができる。
Next, as shown in FIG. 10, the
次いで、第2パターニング工程を行う。第2パターニング工程は、例えば、以下のように行うことができる。まず、上部電極40aの上面において、第1領域40A以外の領域に所定の形状のレジストを形成する(図示せず)。次いで、レジストをマスクとして、図11に示すように、第1領域40Aを所望の厚み(例えば、10nm以上50nm以下)までエッチングして上部電極40を形成する。第2パターニング工程によって、圧電体層30の上面32における上部電極40の厚みは、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄くなるように形成される。
Next, a second patterning process is performed. The second patterning step can be performed as follows, for example. First, a resist having a predetermined shape is formed in a region other than the
第2パターニング工程におけるエッチングは、第1パターニング工程におけるエッチングと同様の方法で行うことができる。例えば、上部電極40aにイリジウムを用いた場合のエッチングガスとしては、例えば、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いることができる。
The etching in the second patterning step can be performed by the same method as the etching in the first patterning step. For example, as an etching gas when iridium is used for the
次に、必要に応じて、上部電極40をパターニングして上部電極の配線層を形成しても良い(図示せず)。
Next, if necessary, the
以上の工程により、圧電素子100を製造することができる。本実施形態に係る圧電素子100の製造方法によれば、圧電素子100の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができ、信頼性の高い圧電素子100を容易に製造することができる。
Through the above steps, the
2. 第2実施形態
2.1 圧電素子
次に、第2実施形態に係る圧電素子110について、図面を参照しながら説明する。図2は、第2実施形態に係る圧電素子110を模式的に示す断面図であり、図1に対応している。以下、第2実施形態に係る圧電素子110において、第1実施形態に係る圧電素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2. 2. Second Embodiment 2.1 Piezoelectric Element Next, a
第2実施形態に係る圧電素子110は、上部電極40が第1上部電極42および第2上部電極44を有するという点で、第1実施形態に係る圧電素子100と異なっている。それ以外の点については、第2実施形態に係る圧電素子110は、第1実施形態に係る圧電素子100と同様である。
The
図2に示すように、上部電極40は、第1上部電極42と、第2上部電極44と、を有することができる。第1上部電極42は、圧電体層30の上面に形成されることができる。図2の例では、第1上部電極42は、圧電体層30の上面32を覆って形成されている。
As shown in FIG. 2, the
第2上部電極44は、圧電体層30の側面34および第2領域40Bに形成され、かつ、第2領域40Bにおいて、第1上部電極42の上面に形成されることができる。図2の例では、第2上部電極44は、基板10の上面、圧電体層30の側面34、および第2領域40Bに形成されている。さらに、図2の例では、第2上部電極44は、第2領域40Bにおいて、第1上部電極42の上面に形成されている。
The second
図2に示すように、第1領域40Aには、第1上部電極42が形成されている。一方、第2領域40Bには、第1上部電極42および第2上部電極44が形成されている。したがって、上部電極40の厚みは、圧電体層30の上面32において、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄く形成される。そのため、上部電極40による圧電体層30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
As shown in FIG. 2, a first
第1上部電極42および第2上部電極44は、第1実施形態において例示した上部電極40の材質を用いることができる。第1上部電極42と第2上部電極44とは、それぞれ同一の材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。異なる材質を用いる場合には、第2上部電極だけ選択的に除去できるエッチング条件を用いることで、第1上部電極42をエッチングストッパ層として使用でき、第1領域40Aに形成される第2上部電極44を容易に除去できる。
The material of the
第1上部電極42をエッチングストッパとして利用すると、第1上部電極42の上面が露出した時点でエッチングを停止できる。そのため、第1領域40Aの上面は、ほとんどエッチングされることがない。したがって、第1領域40Aの厚みを一定に加工することが容易であり、均一な特性の圧電素子を製造しやすい。
When the first
また、上述したように、第1領域40Aの上面は、ほとんどエッチングされることがない。したがって、第2実施形態における第1領域40Aの上面は、第1実施形態における第1領域40Aの上面に比べて、平坦な面を有することができる。
Further, as described above, the upper surface of the
2.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第2実施形態の圧電素子110を製造する方法を例示し、図面を参照しながら説明する。図12ないし図15は、圧電素子110の製造工程を模式的に示す断面図である。以下、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法において、第1実施形態に係る圧電素子100の製造方法における構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing the piezoelectric element, a method for manufacturing the
第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法は、上部電極40の形成工程について、第1実施形態に係る圧電素子100の製造方法と異なっている。それ以外の点については、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法は、第1実施形態に係る圧電素子100の製造方法と同様である。
The method for manufacturing the
図12に示すように、圧電体層30aを覆うように、圧電体層30aの上面の全面に第1上部電極42aを形成する。第1上部電極42aの形成方法は、上述した第1実施形態における上部電極40aと同様の方法を用いることができる。
As shown in FIG. 12, the first
次いで、第1パターニング工程を行う。第1パターニング工程では、図13に示すように、第1上部電極42aおよび圧電体層30aをエッチングし、下部電極20、圧電体層30、および第1上部電極42の積層構造を形成する。第1パターニング工程におけるエッチングは、上述した第1実施形態における第1パターニング工程と同様の方法を用いることができる。例えば、第1上部電極42aにイリジウムを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いることができる。また、圧電体層30aにPZTを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素系ガスとフロン系ガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、Cl2、BCl3などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、C4F8、CF4などが挙げられる。
Next, a first patterning process is performed. In the first patterning step, as shown in FIG. 13, the first
圧電体層30aは、その上面が第1上部電極42aによって覆われている。そのため、圧電体層30aの上面は、第1パターニング工程によるダメージ(例えばレジスト塗布やレジスト剥離等)を受けにくくなり、信頼性の高い圧電素子を形成できる。
The upper surface of the
次に、図14に示すように、基板10の上面と、圧電体層30の側面34と、第1上部電極42の上面を覆うように第2上部電極44aを形成する。第2上部電極44aの形成方法は、上述した第1実施形態における上部電極40aと同様の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 14, the second
次いで、第2パターニング工程を行う。第2パターニング工程では、図15に示すように、第1領域40Aにおける第2上部電極44aを第1上部電極42の上面が露出するまでエッチングする。このようにして、第1上部電極42と第2上部電極44とからなる上部電極40を形成する。第2パターニング工程を行うことで、第1領域40Aには、第1上部電極42のみが形成されている。一方、第2領域40Bには、第1上部電極42および第2上部電極44が形成されている。したがって、上部電極40の厚みは、圧電体層30の上面32において、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄く形成される。
Next, a second patterning process is performed. In the second patterning step, as shown in FIG. 15, the second
第2パターニング工程におけるエッチングは、上述した第1実施形態に係る第2パターニング工程と同様の方法で行うことができる。例えば、第2上部電極44aにタングステンを用いた場合のエッチングガスとしては、フロン系のガスを用いることができる。フロン系のガスとしては、例えば、SF6、CF4などが挙げられる。
Etching in the second patterning step can be performed by the same method as in the second patterning step according to the first embodiment described above. For example, as an etching gas when tungsten is used for the second
第1上部電極42と第2上部電極44とについて、異なる材料を用いた場合には、第2パターニング工程において、エッチングの選択比を利用することができる。第2パターニング工程において、第2上部電極44aに対して選択比の高いエッチングガスを用いた場合には、第1上部電極42の表面が露出した時点でエッチングを容易に終了させることができる。つまり、第1上部電極42は、エッチングストッパとして機能して、第2パターニング工程においてエッチングされにくい。そのため、第1上部電極42は、圧電体素子の上面32を水分等から確実に保護することができる。
When different materials are used for the first
また、第1上部電極42をエッチングストッパとして利用すると、第1上部電極42の上面が露出した時点でエッチングを停止できる。そのため、第2領域40Aの上面は、ほとんどエッチングされることがない。したがって、第2実施形態における第2領域40Aの上面は、第1実施形態における第2領域40Aの上面に比べて、より均一で平坦な面を有することができる。
If the first
3. 第3実施形態
3.1 圧電素子
次に、第3実施形態に係る圧電素子120について、図面を参照しながら説明する。図3は、第3実施形態に係る圧電素子120を模式的に示す断面図であり、図2に対応している。以下、第3実施形態に係る圧電素子120において、第2実施形態に係る圧電素子110の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Third Embodiment 3.1 Piezoelectric Element Next, a
第3実施形態に係る圧電素子120は、圧電体層30の上面において第1上部電極42と第2上部電極44との間に中間層50を有するという点で、第2実施形態に係る圧電素子110と異なっている。それ以外の点については、第3実施形態に係る圧電素子120は、第2実施形態に係る圧電素子110と同様である。
The
圧電素子120は、中間層50を有することができる。中間層50は、第1領域40Aおよび第2領域40Bに形成され、かつ、第1上部電極42と第2上部電極44との間に位置することができる。図3の例では、中間層50は、第1領域40Aおよび第2領域40Bにおいて、第1上部電極42の上面に形成されている。また、図3の例では、中間層50は、第2領域40Bにおいて、第2上部電極44の下面に形成されている。
The
中間層50の材質としては、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの酸化物(例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化イリジウムなど)、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物(SrRuOx:SRO)、ランタンとニッケルの複合酸化物(LaNiOx:LNO)、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の絶縁体を例示することができる。
Examples of the material of the
中間層50は、例示した材質の単層構造でもよいし、複数の材質を積層した構造であってもよい。中間層50の厚みは、例えば、10nm以上300nm以下とすることができる。
The
中間層50の機能としては、第2上部電極44のエッチングを行う際に、エッチングストッパ層となることが挙げられる。したがって、第1上部電極42と第2上部電極44とに同一の材質を用いる場合には、中間層50にエッチングストッパ層となる材質を選択することによって、第1領域40Aにおける第2上部電極44を容易に除去できる。
A function of the
3.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第3実施形態の圧電素子120を製造する方法を例示し、図面を参照しながら説明する。図16ないし図19は、圧電素子120の製造工程を模式的に示す断面図である。以下、第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法において、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法における構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing a piezoelectric element, a method for manufacturing the
第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法は、中間層50の形成工程が加わった点について、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法と異なっている。それ以外の点については、第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法は、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the
図16に示すように、第1上部電極42aを覆うように、第1上部電極42aの上面の全面に中間層50aを形成する。中間層50aの形成方法は、上述した第2実施形態における第1上部電極42aと同様の方法を用いることができる。
As shown in FIG. 16, an
次いで、第1パターニング工程を行う。第1パターニング工程では、図17に示すように、中間層50a、第1上部電極42a、および圧電体層30aをエッチングし、下部電極20、圧電体層30、第1上部電極42、および中間層50の積層構造を形成する。
Next, a first patterning process is performed. In the first patterning step, as shown in FIG. 17, the
第1パターニング工程におけるエッチングは、例えば、上述した第2実施形態における第1パターニング工程と同様の方法を用いることができる。例えば、中間層50aの材質にチタンを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスを用いることができる。また、第1上部電極42aにイリジウムを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いることができる。また、圧電体層30aにPZTを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素系ガスとフロン系ガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、Cl2、BCl3などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、C4F8、CF4などが挙げられる。
For the etching in the first patterning step, for example, the same method as in the first patterning step in the second embodiment described above can be used. For example, chlorine gas can be used as an etching gas when titanium is used as the material of the
次に、図18に示すように、基板10の上面と、圧電体層30の側面34と、中間層50aとを覆うように第2上部電極44aを形成する。第2上部電極44aの形成方法は、上述した第2実施形態における第2上部電極44aと同様の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 18, the second
次いで、第2パターニング工程を行う。第2パターニング工程では、図19に示すように、第1領域40Aにおける第2上部電極44aを中間層50の上面が露出するまでエッチングする。このようにして、第1上部電極42と第2上部電極44とからなる上部電極40を形成する。第2パターニング工程を行うことで、第1領域40Aには、第1上部電極42および中間層50が形成されている。一方、第2領域40Bには、第1上部電極42、中間層50および第2上部電極44が形成されている。したがって、上部電極40の厚みは、圧電体層30の上面32において、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄く形成される。
Next, a second patterning process is performed. In the second patterning step, as shown in FIG. 19, the second
第2パターニング工程におけるエッチングは、第1実施形態に係る第2パターニング工程と同様の方法で行うことができる。例えば、第2上部電極44aにイリジウムを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。
Etching in the second patterning step can be performed by the same method as in the second patterning step according to the first embodiment. For example, a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas can be used as an etching gas when iridium is used for the second
中間層50と第2上部電極44とについて、異なる材料を用いた場合には、第2パターニング工程において、エッチングの選択比を利用することができる。以下に、一例として、中間層50にチタン、第2上部電極44aにイリジウムを用いた場合について述べる。第2上部電極44aのエッチングガスに塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いると、エッチングの選択比によって、中間層50はほとんどエッチングされない。例えば、酸素ガスの流量を40%以上とすると、中間層50に用いたチタンのエッチングレートは、第2上部電極44aに用いたイリジウムのエッチングレートに対して、10分の1以下となる。したがって、中間層50の表面が露出した時点でエッチングを容易に終了させることができる。
When different materials are used for the
また、中間層50は、第2パターニング工程における第1上部電極42のエッチングを防止する、エッチングハードマスクとして機能することができる。
Further, the
以上のように、中間層50にエッチングストッパ層となる材質を選択することによって、第1領域40Aにおける第2上部電極44を容易に除去できる。したがって、本実施形態に係る圧電素子120の製造方法では、第1上部電極42と第2上部電極44とに同一の材質を用いても、容易に圧電素子120を製造することができる。
As described above, the second
4. 第4実施形態
4.1 圧電素子
次に、第4実施形態に係る圧電素子130について、図面を参照しながら説明する。図4は、第4実施形態に係る圧電素子130を模式的に示す断面図であり、図3に対応している。以下、第4実施形態に係る圧電素子130において、第3実施形態に係る圧電素子120の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
4). 4. Fourth Embodiment 4.1 Piezoelectric Element Next, a
第4実施形態に係る圧電素子130は、第1領域40Aに中間層50を有さないという点で、第3実施形態に係る圧電素子120と異なっている。それ以外の点については、第4実施形態に係る圧電素子130は、第3実施形態に係る圧電素子120と同様である。
The
中間層50は、第2領域40Bに形成され、かつ、第1上部電極42と第2上部電極44との間に位置することができる。図4の例では、中間層50は、第2領域40Bにおいて、第1上部電極42の上面、かつ第2上部電極44の下面に形成されている。
The
第4実施形態にかかる圧電素子130は、第1領域40Aにおいて、中間層50が形成されていない。そのため、第4実施形態にかかる圧電素子130は、第3実施形態にかかる圧電素子120に比べて、第1領域40Aにおける圧電体層30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
In the
4.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第4実施形態の圧電素子130を製造する方法を例示し説明する。以下、第4実施形態に係る圧電素子130の製造方法において、第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法における構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
4.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing a piezoelectric element, a method for manufacturing the
第4実施形態に係る圧電素子130の製造方法は、第2パターニング工程において中間層50のパターニングが加わった点について、第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法と異なっている。それ以外の点については、第4実施形態に係る圧電素子130の製造方法は、第3実施形態に係る圧電素子120の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the
第4実施形態に係る圧電素子130の製造方法において、第2パターニング工程は、以下のように行うことができる。図19に示すように、まず、第1領域40Aにおける第2上部電極44aを中間層50aの上面が露出するまでエッチングする。このようにして、第1上部電極42と第2上部電極44とからなる上部電極40を形成する。
In the method for manufacturing the
第2上部電極44のエッチングは、第3実施形態における第2パターニング工程と同様の方法で行うことができる。例えば、第2上部電極44aにイリジウムを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。
The etching of the second
次いで、図4に示すように、第1領域における中間層50aを第1上部電極42の上面が露出するまでエッチングして、圧電素子130が得られる。
Next, as shown in FIG. 4, the
中間層50aのエッチングは、第3実施形態における第2パターニング工程のエッチングと同様の方法で行うことができる。例えば、中間層50aの材質にチタンを用いた場合のエッチングガスとしては、塩素ガスを用いることができる。
The etching of the
チタンはイリジウムよりも塩素に反応しやすい。そのため、第1上部電極42にイリジウムを用いた場合には、圧力を高くする、バイアスの電力を下げるなど、化学反応性を高めるようなエッチング条件とすることで、チタンからなる中間層50aを選択的に除去できる。
Titanium is more sensitive to chlorine than iridium. Therefore, when iridium is used for the first
第2パターニング工程によって、第1領域40Aには、第1上部電極42が形成されている。一方、第2領域40Bには、第1上部電極42、中間層50および第2上部電極44が形成されている。したがって、上部電極40の厚みは、圧電体層30の上面32において、第1領域40Aの方が第2領域40Bよりも薄く形成される。
The first
本実施形態に係る中間層50と上部電極40とは、エッチングにおいて一方の選択比が高くなるような材質を選択することができる。例えば、第2上部電極44aをエッチングする際に、第2上部電極44aのエッチング速度が、中間層50aのエッチング速度に対して大きくなるような材質を選択することができる。この場合には、中間層50aがエッチングストッパ層として機能することができる。
The
また、中間層50aのエッチングの際には、中間層50aのエッチング速度が、第1上部電極42のエッチング速度に対して大きくなるような材質またはエッチング条件を選択することができる。この場合には、第1上部電極42がエッチングストッパ層として機能することができる。
In the etching of the
以上のように、圧電素子130は、第2パターニング工程によって、第1領域40Aにおける中間層50が除去されている。したがって、第4実施形態にかかる圧電素子130は、第3実施形態にかかる圧電素子120に比べて、第1領域40Aにおける圧電体30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
As described above, in the
5. 第5実施形態
5.1 圧電素子
次に、第5実施形態に係る圧電素子140について、図面を参照しながら説明する。図5は、第5実施形態に係る圧電素子140を模式的に示す断面図であり、図3に対応している。以下、第5実施形態に係る圧電素子140において、第3実施形態に係る圧電素子120の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
5). 5. Fifth Embodiment 5.1 Piezoelectric Element Next, a
第5実施形態に係る圧電素子140は、圧電体層30の側面34に中間層50を有する点で、第3実施形態に係る圧電素子120と異なっている。それ以外の点については、第5実施形態に係る圧電素子140は、第3実施形態に係る圧電素子120と同様である。
The
中間層50は、圧電体層30の側面34に形成され、かつ、圧電体層30の側面34において第2上部電極44の下に位置することができる。図5の例では、中間層50は、第1領域40Aにおいて、第1上部電極42の上面に形成されている。また、図5の例では、中間層50は、第2領域40Bにおいて、第1上部電極42と第2上部電極44との間に形成されている。また、図5の例では、中間層50は、圧電体層30の側面34において、第2上部電極44の下に形成されている。
The
本実施形態における中間層50の機能の一つとしては、圧電体層30の圧電材料と、外界からの水分等との接触を抑制することが挙げられる。すなわち、中間層50は、水分等を透過させにくいバリア性を有することができる。そのため中間層50によって覆われた圧電体層30の圧電材料は、水分等による劣化が抑制されることができる。
One of the functions of the
さらに、中間層50の機能の一つとしては、第2上部電極44の密着層としての機能を有することができる。また、中間層50の機能の一つとしては、第2上部電極44と圧電体層30との直接の接触による反応を抑制することができる。
Further, as one of the functions of the
中間層50の材質としては、導電性を有する限り特に限定されないが、バリア性を有し、圧電体層30、基板10、第1上部電極42、および第2上部電極44との密着性が高いほうが望ましい。また、中間層50の材質としては、第2上部電極44や圧電体層30の構成元素の拡散バリアとしての機能を有するものでも良い。中間層50の材質は、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物(例えば酸化イリジウムなど)、SRO、LNO、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムなどを例示することができる。また、中間層50は、単層でもよいし、複数の層を積層した構造であってもよい。
The material of the
第2上部電極44は、その下面に中間層50が形成されているので、圧電体層30に接していない。そのため、第2上部電極44は、圧電体層30によって酸化されにくい。したがって、第2上部電極44の材質としては、第1実施形態において例示した上部電極の材質に加えて、比較的酸化や拡散のしやすいアルミニウム、銅等の材質を用いることができる。さらに、中間層50に、圧電体層30、基板10、第1上部電極42との密着性の良い材質(例えばチタン)を選択すると、第2上部電極44の材質としては、中間層50との密着性のみを考慮すればよく、材質の選択がしやすくなる。
The second
以上のように、第5実施形態における第2上部電極44は、上述した第1実施形態ないし第4実施形態における上部電極40(第2上部電極44)に比べて、多様な材質を用いることができる。
As described above, the second
5.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第5実施形態の圧電素子140を製造する方法を例示し、図面を参照しながら説明する。図20は、圧電素子140の製造工程を模式的に示す断面図である。以下、第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法において、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法における構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
5.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing the piezoelectric element, a method for manufacturing the
第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法は、第1パターニング工程後であって第2上部電極44aを形成する前に中間層50aを形成する点について、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法と異なっている。それ以外の点については、第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法は、第2実施形態に係る圧電素子110の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the
第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法において、第1パターニング工程以降の工程は、以下のように行うことができる。まず、図20に示すように、基板10の上面と、圧電体層30の側面34と、第1上部電極42の上面を覆うように中間層50aを形成する。中間層50aの形成方法は、上述した第3実施形態における中間層50aと同様の方法を用いることができる。
In the method for manufacturing the
次いで、図20に示すように、中間層50aを覆うように第2上部電極44aを形成する。第2上部電極44aの形成方法は、上述した第3実施形態における第2上部電極44aと同様の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 20, the second
上記の工程以外については、第3実施形態における圧電素子120の製造方法と同様に行い、第5実施形態に係る圧電素子140を得ることができる。本実施形態の圧電素子140の製造方法によれば、圧電素子140の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができ、信頼性の高い圧電素子140を容易に製造することができる。
Except for the above steps, the
6. 第6実施形態
6.1 圧電素子
次に、第6実施形態に係る圧電素子150について、図面を参照しながら説明する。図6は、第6実施形態に係る圧電素子150を模式的に示す断面図であり、図5に対応している。以下、第6実施形態に係る圧電素子150において、第5実施形態に係る圧電素子140の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
6). Sixth Embodiment 6.1 Piezoelectric Element Next, a
第6実施形態に係る圧電素子150は、第1領域40Aに中間層50を有さないという点で、第5実施形態に係る圧電素子140と異なっている。それ以外の点については、第6実施形態に係る圧電素子150は、第5実施形態に係る圧電素子140と同様である。
The
中間層50は、圧電体層30の側面34に形成され、圧電体層30の側面34において第2上部電極44の下面に形成されることができる。図6の例では、中間層50は、第2領域40Bにおいて、第1上部電極42と第2上部電極44との間に形成されている。また、図6の例では、中間層50は、圧電体層30の側面34において、第2上部電極44の下面に形成されている。
The
第6実施形態にかかる圧電素子150は、第1領域40Aにおいて、中間層50が形成されていない。そのため、第6実施形態にかかる圧電素子150は、第5実施形態にかかる圧電素子140に比べて、第1領域40Aにおける圧電体30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
In the
6.2 圧電素子の製造方法
次に、圧電素子の製造方法として、上述の第6実施形態の圧電素子150を製造する方法を例示し説明する。以下、第6実施形態に係る圧電素子150の製造方法において、第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法における構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
6.2 Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, as a method for manufacturing a piezoelectric element, a method for manufacturing the
第6実施形態に係る圧電素子150の製造方法は、第2パターニング工程において中間層50aのパターニングが加わった点について、第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法と異なっている。それ以外の点については、第6実施形態に係る圧電素子150の製造方法は、第5実施形態に係る圧電素子140の製造方法と同様である。
The manufacturing method of the
第6実施形態に係る圧電素子150の製造方法において、第2パターニング工程までは、第5実施形態に係る圧電素子の140の製造方法と同様に行うことができる。また、第2パターニング工程以降については、第4実施形態に係る圧電素子130の製造方法と同様に行うことができる。
In the manufacturing method of the
以上のようにして、第6実施形態に係る圧電素子150を得ることができる。圧電素子150は、第2パターニング工程によって、第1領域40Aにおける中間層50が除去されている。したがって、第6実施形態にかかる圧電素子150は、第5実施形態にかかる圧電素子140に比べて、第1領域40Aにおける圧電体30の機械的動作(変形等)の拘束をより小さく抑えることができる。
As described above, the
7. 第7実施形態
次に、本発明にかかる圧電素子が圧電アクチュエーターとして機能する液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図21は、液体噴射ヘッド400の要部を模式的に示す断面図である。図22は、液体噴射ヘッド400の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
7). Seventh Embodiment Next, a liquid jet head in which the piezoelectric element according to the present invention functions as a piezoelectric actuator will be described with reference to the drawings. FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the
液体噴射ヘッド400は、上述の圧電素子(圧電アクチュエーター)を有することができる。以下の例では、圧電アクチュエーターとして圧電素子100を有する液体噴射ヘッド400について説明する。なお、上述のとおり、圧電素子100が圧電アクチュエーターとして機能する場合、基板10は、可撓性を有し、圧電体層30の動作によって変形する振動板となっている。
The
また、図21の液体噴射ヘッド400は、第1実施形態に係る圧電素子100を複数形成したものを示すが、上述した他の実施形態の圧電素子も同様に複数形成することができる。以下、液体噴射ヘッド400において、上述の圧電素子100と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Further, the
液体噴射ヘッド400は、図21に示すように、下部電極20、圧電体層30、および上部電極40からなる積層構造体200より構成されており、積層構造体200が複数形成されているものである。図21の例では、積層構造体200が3つ設けられているが、その数は特に限定されない。
As shown in FIG. 21, the
上部電極40は、複数の積層構造体200において、共通する電極となっている。下部電極20は、複数の積層構造体200において、個別の電極となっており、電気的に分離されている。
The
液体噴射ヘッド400は、図21および図22に示すように、ノズル孔412を有するノズル板410と、圧力室422を形成するための圧力室基板420と、圧電素子100と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド600は、図22に示すように、筐体430を有することができる。なお、図22では、圧電素子100の積層構造体200を簡略化して図示している。
As shown in FIGS. 21 and 22, the
ノズル板410は、図21および図22に示すように、ノズル孔412を有する。ノズル孔412からは、インクが吐出されることができる。ノズル板410には、たとえば、多数のノズル孔412が一列に設けられている。ノズル板420の材質としては、たとえば、シリコン、ステンレス鋼(SUS)などを挙げることができる。
The
圧力室基板420は、ノズル板410上(図22の例では下)に設けられている。圧力室基板420の材質としては、たとえば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板420がノズル板410と基板10との間の空間を区画することにより、図22に示すように、リザーバー(液体貯留部)424と、リザーバー424と連通する供給口426と、供給口426と連通する圧力室422と、が設けられている。すなわち、リザーバー424、供給口426および圧力室422は、ノズル板410と圧力室基板420と基板10とによって区画されている。リザーバー424は、外部(たとえばインクカートリッジ)から、基板10に設けられた貫通孔428を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー424内のインクは、供給口426を介して、圧力室422に供給されることができる。圧力室422は、基板10の変形により容積が変化する。圧力室422はノズル孔412と連通しており、圧力室422の容積が変化することによって、ノズル孔412からインク等が吐出される。
The
圧電素子100は、圧力室基板420上(図22の例では下)に設けられている。圧電素子100の積層構造体200は、圧電素子駆動回路(図示せず)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動作(振動、変形)することができる。基板10は、積層構造体200(圧電体層30)の動作によって変形し、圧力室422の内部圧力を適宜変化させることができる。
The
筐体430は、図22に示すように、ノズル板410、圧力室基板420および圧電素子100を収納することができる。筐体430の材質としては、たとえば、樹脂、金属などを挙げることができる。
As shown in FIG. 22, the
液体噴射ヘッド400は、上述した信頼性の高い圧電素子100を有する。したがって、液体噴射ヘッド400は、信頼性の高いものとなっている。
The
なお、ここでは、液体噴射ヘッド400がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)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などとして用いられることもできる。
Here, the case where the
8. 第8実施形態
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図23は、本実施形態にかかる液体噴射装置500を模式的に示す斜視図である。液体噴射装置500は、本発明にかかる液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置500が上述の液体噴射ヘッド400を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。
8). Eighth Embodiment Next, a liquid ejecting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 23 is a perspective view schematically showing the
液体噴射装置500は、図23に示すように、ヘッドユニット530と、駆動部510と、制御部560と、を含む。さらに、液体噴射装置500は、装置本体520と、給紙部550と、記録用紙Pを設置するトレイ521と、記録用紙Pを排出する排出口522と、装置本体520の上面に配置された操作パネル570と、を含むことができる。
As shown in FIG. 23, the
ヘッドユニット530は、上述した液体噴射ヘッド400から構成されるインクジェット式記録ヘッド(以下単に「ヘッド」ともいう)を有する。ヘッドユニット530は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ531と、ヘッドおよびインクカートリッジ531を搭載した運搬部(キャリッジ)532と、を備える。
The
駆動部510は、ヘッドユニット530を往復動させることができる。駆動部510は、ヘッドユニット530の駆動源となるキャリッジモーター541と、キャリッジモーター541の回転を受けて、ヘッドユニット530を往復動させる往復動機構542と、を有する。
The
往復動機構542は、その両端がフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸544と、キャリッジガイド軸544と平行に延在するタイミングベルト543と、を備える。キャリッジガイド軸544は、キャリッジ532が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ532を支持している。さらに、キャリッジ532は、タイミングベルト543の一部に固定されている。キャリッジモーター541の作動により、タイミングベルト543を走行させると、キャリッジガイド軸544に導かれて、ヘッドユニット530が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。
The
制御部560は、ヘッドユニット530、駆動部510および給紙部550を制御することができる。
The
給紙部550は、記録用紙Pをトレイ521からヘッドユニット530側へ送り込むことができる。給紙部550は、その駆動源となる給紙モーター551と、給紙モーター551の作動により回転する給紙ローラー552と、を備える。給紙ローラー552は、記録用紙Pの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー552aおよび駆動ローラー552bを備える。駆動ローラー552bは、給紙モーター551に連結されている。制御部560によって供紙部550が駆動されると、記録用紙Pは、ヘッドユニット530の下方を通過するように送られる。
The
ヘッドユニット530、駆動部510、制御部560および給紙部550は、装置本体520の内部に設けられている。
The
液体噴射装置500は、信頼性の高い液体噴射ヘッド400を有する。したがって液体噴射装置500の信頼性は高いものとなっている。
The
なお、上述した例では、液体噴射装置500がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明の液体噴射装置は、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。
In the above-described example, the case where the
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。たとえば各実施形態および各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。 In addition, embodiment mentioned above and a modification are examples, Comprising: It is not necessarily limited to these. For example, a plurality of embodiments and modifications can be combined as appropriate.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10 基板、12 シリコン基板、14 ジルコニア層、20 下部電極、30,30a 圧電体層、40,40a 上部電極、40A 第1領域、40B 第2領域、42,42a 第1上部電極、44,44a 第2上部電極、50,50a 中間層、100,110,120,130,140,150 圧電素子、200 積層構造体、400 液体噴射ヘッド、410 ノズル板、412 ノズル孔、420 圧力室基板、422 圧力室、424 リザーバー、426 供給口、428 貫通孔、430 筐体、500 液体噴射装置、510 駆動部、520 装置本体、521 トレイ、522 排出口、530 ヘッドユニット、531 インクカートリッジ、532 キャリッジ、541 キャリッジモーター、542 往復動機構、543 タイミングベルト、544 キャリッジガイド軸、550 給紙部、551 給紙モーター、552 給紙ローラー、552a 従動ローラー、552b 駆動ローラー、560 制御部、570 操作パネル
10 substrate, 12 silicon substrate, 14 zirconia layer, 20 lower electrode, 30, 30a piezoelectric layer, 40, 40a upper electrode, 40A first region, 40B second region, 42, 42a first upper electrode, 44, 44a first 2 Upper electrode, 50, 50a Intermediate layer, 100, 110, 120, 130, 140, 150 Piezoelectric element, 200 Laminated structure, 400 Liquid jet head, 410 Nozzle plate, 412 Nozzle hole, 420 Pressure chamber substrate, 422
Claims (8)
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の側面および上面を覆って形成された圧電体層と、
前記圧電体層の側面および上面を覆って形成された上部電極と、
を含み、
前記上部電極は、前記圧電体層の上面において、第1領域と、第2領域と、を有し、
前記第1領域は、平面視において前記下部電極と重なる領域の少なくとも一部を含み、
前記第2領域は、前記第1領域以外の領域であり、
前記第1領域は、前記第2領域よりも厚みが小さい、圧電素子。 A substrate,
A lower electrode formed above the substrate;
A piezoelectric layer formed to cover a side surface and an upper surface of the lower electrode;
An upper electrode formed to cover a side surface and an upper surface of the piezoelectric layer;
Including
The upper electrode has a first region and a second region on the upper surface of the piezoelectric layer,
The first region includes at least a part of a region overlapping the lower electrode in plan view,
The second region is a region other than the first region,
The first region is a piezoelectric element having a thickness smaller than that of the second region.
前記上部電極は、第1上部電極と、第2上部電極と、を有し、
前記第1上部電極は、前記圧電体層の上面に形成され、
前記第2上部電極は、前記圧電体層の側面および前記第2領域に形成され、かつ、前記第2領域において、前記第1上部電極の上面に形成された、圧電素子。 In claim 1,
The upper electrode has a first upper electrode and a second upper electrode,
The first upper electrode is formed on an upper surface of the piezoelectric layer,
The second upper electrode is a piezoelectric element formed on a side surface of the piezoelectric layer and the second region, and formed on an upper surface of the first upper electrode in the second region.
さらに、中間層を有し、
前記中間層は、前記第1領域および前記第2領域に形成され、かつ、前記第1上部電極と前記第2上部電極との間に位置する、圧電素子。 In claim 2,
Furthermore, it has an intermediate layer,
The intermediate layer is formed in the first region and the second region, and is located between the first upper electrode and the second upper electrode.
さらに、中間層を有し、
前記中間層は、前記第2領域に形成され、かつ、前記第1上部電極と前記第2上部電極との間に位置する、圧電素子。 In claim 2,
Furthermore, it has an intermediate layer,
The intermediate layer is formed in the second region, and is located between the first upper electrode and the second upper electrode.
さらに、前記中間層は、前記圧電体層の側面に形成され、かつ、前記圧電体層の側面において前記第2上部電極の下に位置する、圧電素子。 In claim 3 or claim 4,
Furthermore, the intermediate layer is formed on a side surface of the piezoelectric layer, and is located below the second upper electrode on the side surface of the piezoelectric layer.
前記基板は、前記圧電体層の動作によって変形する、圧電アクチュエーター。 Including the piezoelectric element according to any one of claims 1 to 5,
The substrate is a piezoelectric actuator that is deformed by the operation of the piezoelectric layer.
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む、液体噴射ヘッド。 A piezoelectric actuator according to claim 6;
A pressure chamber in communication with the nozzle hole, the volume of which is changed by the operation of the piezoelectric actuator;
Including a liquid jet head.
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