JP3498836B2 - 圧電体素子およびその製造方法 - Google Patents
圧電体素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JP3498836B2 JP3498836B2 JP04989299A JP4989299A JP3498836B2 JP 3498836 B2 JP3498836 B2 JP 3498836B2 JP 04989299 A JP04989299 A JP 04989299A JP 4989299 A JP4989299 A JP 4989299A JP 3498836 B2 JP3498836 B2 JP 3498836B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- thin film
- piezoelectric element
- piezoelectric
- platinum
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 111
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 67
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 65
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 56
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 26
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 13
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 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 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020684 PbZr Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N acetic acid;trihydrate Chemical compound O.O.O.CC(O)=O KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N propan-1-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-].CCC[O-] XPGAWFIWCWKDDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/1626—Manufacturing processes etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1642—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by CVD [chemical vapor deposition]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1645—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by spincoating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
- B41J2/1646—Manufacturing processes thin film formation thin film formation by sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
- H10N30/077—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition
- H10N30/078—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition by sol-gel deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
- H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
- H10N30/079—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing using intermediate layers, e.g. for growth control
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/1051—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
- H10N30/10513—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
- H10N30/10516—Intermediate layers, e.g. barrier, adhesion or growth control buffer layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead based oxides
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、特
定配向の圧電体薄膜を製造工程でクラックなどを生ずる
ことなく容易に製造する圧電体素子の製造方法およびそ
の製造物に関する。
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、特
定配向の圧電体薄膜を製造工程でクラックなどを生ずる
ことなく容易に製造する圧電体素子の製造方法およびそ
の製造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体素子は、下部電極と上部電極との
間に、チタン酸ジルコニウム酸鉛（以下「ＰＺＴ」とい
う）等を熱処理によって結晶化した圧電体薄膜を備えて
いる。ゾルゲル法といわれる圧電体素子の製造方法は、
金属アルコキシド等の溶液からなるゾルを下部電極上に
塗布し、これを乾燥・脱脂した後、熱処理をして結晶化
させるものである。圧電体薄膜の結晶は、幾つかの配向
性を持つ。
間に、チタン酸ジルコニウム酸鉛（以下「ＰＺＴ」とい
う）等を熱処理によって結晶化した圧電体薄膜を備えて
いる。ゾルゲル法といわれる圧電体素子の製造方法は、
金属アルコキシド等の溶液からなるゾルを下部電極上に
塗布し、これを乾燥・脱脂した後、熱処理をして結晶化
させるものである。圧電体薄膜の結晶は、幾つかの配向
性を持つ。
【０００３】従来、この結晶の配向性が圧電体素子の特
性に影響を与えることから、製法と配向性との関係につ
いて様々な研究がされてきている。例えば、T. Tani氏
等による論文（Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 310(199
3)269）には、電極の組成によって、圧電体薄膜が＜１
００＞配向に結晶したり＜１１１＞配向に結晶したり変
化する旨が記載されている。また、下部電極にチタンを
使用して結晶を＜１１１＞配向に制御する方法がC. Kim
氏らによる論文（Jpn.J. Appl. Phys., 33(1994)2675に
記載されている。
性に影響を与えることから、製法と配向性との関係につ
いて様々な研究がされてきている。例えば、T. Tani氏
等による論文（Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 310(199
3)269）には、電極の組成によって、圧電体薄膜が＜１
００＞配向に結晶したり＜１１１＞配向に結晶したり変
化する旨が記載されている。また、下部電極にチタンを
使用して結晶を＜１１１＞配向に制御する方法がC. Kim
氏らによる論文（Jpn.J. Appl. Phys., 33(1994)2675に
記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
工業品として圧電体薄膜を製造する場合に、有機物を取
り除く脱脂工程において圧電体前駆体薄膜にクラックが
生じて歩留まりが悪くなるおそれがあった。また特異な
圧電特性を得るためには、薄膜を構成する結晶粒の粒径
が小さい方が好ましい場合もあるが、従来の製造方法で
は結晶粒の粒径を制御することができなかった。上記文
献においても粒径の制御方法については明らかにされて
いなかった。
工業品として圧電体薄膜を製造する場合に、有機物を取
り除く脱脂工程において圧電体前駆体薄膜にクラックが
生じて歩留まりが悪くなるおそれがあった。また特異な
圧電特性を得るためには、薄膜を構成する結晶粒の粒径
が小さい方が好ましい場合もあるが、従来の製造方法で
は結晶粒の粒径を制御することができなかった。上記文
献においても粒径の制御方法については明らかにされて
いなかった。
【０００５】上記問題点に鑑み本願発明は、脱脂工程に
おいてクラックを生ずることがなく、かつ、結晶粒の粒
径制御が容易な圧電体素子の製造方法およびその製造物
を提供することを目的とする。
おいてクラックを生ずることがなく、かつ、結晶粒の粒
径制御が容易な圧電体素子の製造方法およびその製造物
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電体素子は、
添加物として有機物を含むゾルから形成された圧電体薄
膜と、前記圧電体薄膜側に形成される白金成分を多く含
む上層およびチタンと白金との合金からなる下層を有す
る下部電極と、を備えていることを特徴とする。
添加物として有機物を含むゾルから形成された圧電体薄
膜と、前記圧電体薄膜側に形成される白金成分を多く含
む上層およびチタンと白金との合金からなる下層を有す
る下部電極と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】一例として、この圧電体薄膜は、＜１００
＞配向の結晶を他配向の結晶に比べて多く含み、かつ、
２層に分離しており、分離した層のうち前記下部電極側
の層には微結晶粒が含まれず、他方の層には微結晶を含
んで構成されている。具体的に、圧電体薄膜の結晶粒
は、０．１μｍ以上乃至０．５μｍ以下の平均粒径を備
えている。圧電体薄膜の微結晶粒は、０．００５μｍ以
上乃至０．０５μｍ以下の粒径であって、微結晶粒の内
外における組成は同一である圧電体素子である。
＞配向の結晶を他配向の結晶に比べて多く含み、かつ、
２層に分離しており、分離した層のうち前記下部電極側
の層には微結晶粒が含まれず、他方の層には微結晶を含
んで構成されている。具体的に、圧電体薄膜の結晶粒
は、０．１μｍ以上乃至０．５μｍ以下の平均粒径を備
えている。圧電体薄膜の微結晶粒は、０．００５μｍ以
上乃至０．０５μｍ以下の粒径であって、微結晶粒の内
外における組成は同一である圧電体素子である。
【０００８】本発明の圧電体素子は、添加物として有機
物を含まないゾルから形成された圧電体薄膜と、前記圧
電体薄膜側に形成される白金成分を多く含む上層および
チタンと白金との合金からなる下層を有する下部電極
と、を備えていることを特徴とする。
物を含まないゾルから形成された圧電体薄膜と、前記圧
電体薄膜側に形成される白金成分を多く含む上層および
チタンと白金との合金からなる下層を有する下部電極
と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】例えば、圧電体薄膜は、＜１００＞配向の
結晶を他配向の結晶に比べて多く含み、かつ、０．０５
μｍより小さい粒径の微結晶粒を含まない単層から構成
されている。この圧電体薄膜の結晶粒は、０．５μｍ以
上乃至５μｍ以下の平均粒径を備えている。
結晶を他配向の結晶に比べて多く含み、かつ、０．０５
μｍより小さい粒径の微結晶粒を含まない単層から構成
されている。この圧電体薄膜の結晶粒は、０．５μｍ以
上乃至５μｍ以下の平均粒径を備えている。
【００１０】本発明における下部電極は、前記下層の厚
みに対する前記上層の厚みの比が、０．１以上かつ１以
下で構成されている。
みに対する前記上層の厚みの比が、０．１以上かつ１以
下で構成されている。
【００１１】本発明は、上記のような圧電体素子を圧電
アクチュエータとして備えたことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドや、このインクジェット式記録ヘッ
ドを印字手段として備えたことを特徴とするプリンタで
ある。
アクチュエータとして備えたことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドや、このインクジェット式記録ヘッ
ドを印字手段として備えたことを特徴とするプリンタで
ある。
【００１２】本発明の圧電体素子の製造方法は、チタン
を含んだ材料を使用してチタン層を形成する工程と、チ
タン層上に白金を含んだ材料を使用して白金層を形成す
る工程と、チタン層および白金層を熱処理してチタンを
拡散させ、前記下部電極を形成する工程と、を備えてい
ることを特徴とする。
を含んだ材料を使用してチタン層を形成する工程と、チ
タン層上に白金を含んだ材料を使用して白金層を形成す
る工程と、チタン層および白金層を熱処理してチタンを
拡散させ、前記下部電極を形成する工程と、を備えてい
ることを特徴とする。
【００１３】さらに添加物として有機化合物を含まない
ゾルを焼結して下層側圧電体薄膜層を形成する工程と、
添加物として有機物を含むゾルを焼結して上層側圧電体
薄膜層を形成する工程と、を備えていてもよい。
ゾルを焼結して下層側圧電体薄膜層を形成する工程と、
添加物として有機物を含むゾルを焼結して上層側圧電体
薄膜層を形成する工程と、を備えていてもよい。
【００１４】例えば、添加物として有機化合物を鉛１モ
ルに対して０．２乃至０．５モルの割合で配合したゾル
を使用することは好ましい。
ルに対して０．２乃至０．５モルの割合で配合したゾル
を使用することは好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１６】（実施形態１）本実施形態は、＜１００＞
配向の圧電体薄膜の好適な製造方法およびその製造方法
で製造された圧電体素子、その圧電体素子を備えたイン
クジェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。
配向の圧電体薄膜の好適な製造方法およびその製造方法
で製造された圧電体素子、その圧電体素子を備えたイン
クジェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。
【００１７】図１は、実施形態１におけるインクジェッ
ト式記録ヘッドの圧電体素子部分の拡大断面図である。
本実施形態の圧電体素子４０は、図１に示すように、下
部電極３２と上部電極４２との間に圧電体薄膜層４１を
挟持して構成されている。図では、下部電極３２をイン
クジェット式記録ヘッドの振動板３０全体に共通電極と
して形成してあるが、圧電体素子４０の領域のみに下部
電極を形成してもよい。
ト式記録ヘッドの圧電体素子部分の拡大断面図である。
本実施形態の圧電体素子４０は、図１に示すように、下
部電極３２と上部電極４２との間に圧電体薄膜層４１を
挟持して構成されている。図では、下部電極３２をイン
クジェット式記録ヘッドの振動板３０全体に共通電極と
して形成してあるが、圧電体素子４０の領域のみに下部
電極を形成してもよい。
【００１８】下部電極３２は、圧電体薄膜層４１に電圧
を印加するための上部電極４２と対になる電極であり、
特に下層３２１と上層３２２の二層で構成されている点
に特徴がある。下層３２１は、チタンと白金との合金で
あり、白金の結晶構造の粒界にチタン粒子が入り込んだ
ような形で形成されている。上層３２２は、純粋な白金
の結晶構造で構成されている。チタンが若干拡散してい
たとしてもほぼ白金で構成されていることを要する。白
金結晶からなる層は表面の平滑性が高いため、圧電体薄
膜を＜１００＞配向で結晶化させるような配向性能を備
えている。下層３２１に対する上層３２２の厚みは、１
０以上に設定しておくのが好ましい。また上層下層とも
に白金結晶は、結晶粒径が５０ｎｍ乃至１００ｎｍの範
囲に設定されていることが好ましい。
を印加するための上部電極４２と対になる電極であり、
特に下層３２１と上層３２２の二層で構成されている点
に特徴がある。下層３２１は、チタンと白金との合金で
あり、白金の結晶構造の粒界にチタン粒子が入り込んだ
ような形で形成されている。上層３２２は、純粋な白金
の結晶構造で構成されている。チタンが若干拡散してい
たとしてもほぼ白金で構成されていることを要する。白
金結晶からなる層は表面の平滑性が高いため、圧電体薄
膜を＜１００＞配向で結晶化させるような配向性能を備
えている。下層３２１に対する上層３２２の厚みは、１
０以上に設定しておくのが好ましい。また上層下層とも
に白金結晶は、結晶粒径が５０ｎｍ乃至１００ｎｍの範
囲に設定されていることが好ましい。
【００１９】圧電体薄膜層４１は、下層４１１および上
層４１２の二層構造から構成されている。
層４１２の二層構造から構成されている。
【００２０】下層４１１は、有機化合物を含まないゾル
から焼結された層であり、柱状結晶の中に微結晶粒を含
まない。上層４１２は、有機化合物を適用含んだゾルか
ら焼結された層であり、柱状結晶の中に一定密度の微結
晶粒４３を備えている。
から焼結された層であり、柱状結晶の中に微結晶粒を含
まない。上層４１２は、有機化合物を適用含んだゾルか
ら焼結された層であり、柱状結晶の中に一定密度の微結
晶粒４３を備えている。
【００２１】図２に示すように、有機化合物を含んだゾ
ルを使用する程、焼結後の微結晶粒の粒径が大きくなる
傾向にあるからである。微結晶粒４３の平均粒径は、
０．００５μｍ〜０．０５μｍの範囲である。
ルを使用する程、焼結後の微結晶粒の粒径が大きくなる
傾向にあるからである。微結晶粒４３の平均粒径は、
０．００５μｍ〜０．０５μｍの範囲である。
【００２２】下層４１１の厚みは、０．０５μｍ乃至
０．３μｍの範囲にする。この範囲より薄いと＜１００
＞配向が得られなくなるという問題がある。この範囲よ
り厚いと粒径の大きな下層の影響が強くなって小粒径制
御をした効果が小さくなるという問題が生ずる。
０．３μｍの範囲にする。この範囲より薄いと＜１００
＞配向が得られなくなるという問題がある。この範囲よ
り厚いと粒径の大きな下層の影響が強くなって小粒径制
御をした効果が小さくなるという問題が生ずる。
【００２３】上層４１２の厚みは、０．５μｍ乃至３μ
ｍの範囲にする。この範囲より薄いと同じく小粒径制御
にした効果が小さくなるからであり、この範囲より厚い
とクラックが発生する可能性が高くなるという問題が生
ずる。
ｍの範囲にする。この範囲より薄いと同じく小粒径制御
にした効果が小さくなるからであり、この範囲より厚い
とクラックが発生する可能性が高くなるという問題が生
ずる。
【００２４】これら圧電体薄膜層は、金属アルコキシド
等の溶液のゾルから形成した圧電性セラミックスの結晶
であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の
強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル又はマ
グネシウム等の金属を添加したもの等が用いられる。そ
の組成は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択
する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコ
ニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、
マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることが
できる。
等の溶液のゾルから形成した圧電性セラミックスの結晶
であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の
強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル又はマ
グネシウム等の金属を添加したもの等が用いられる。そ
の組成は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択
する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコ
ニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、
マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等を用いることが
できる。
【００２５】特に圧電体薄膜層４１は、結晶構造におい
て全配向に対する＜１００＞配向の存在比が０．５以
上、すなわちペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ
線回折強度をＩ100、＜１１０＞面のそれをＩ110、＜１
１１＞面のそれをＩ111とする場合に、 Ｉ100／（Ｉ100＋Ｉ110＋Ｉ111）≧０．５ を満たすように設定されている。下部電極が強い＜１０
０＞配向性能を有するため、必然的に圧電体薄膜層の配
向も＜１００＞配向が優勢になるからである。
て全配向に対する＜１００＞配向の存在比が０．５以
上、すなわちペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ
線回折強度をＩ100、＜１１０＞面のそれをＩ110、＜１
１１＞面のそれをＩ111とする場合に、 Ｉ100／（Ｉ100＋Ｉ110＋Ｉ111）≧０．５ を満たすように設定されている。下部電極が強い＜１０
０＞配向性能を有するため、必然的に圧電体薄膜層の配
向も＜１００＞配向が優勢になるからである。
【００２６】なお上部電極膜４２は、圧電体薄膜層に電
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成され
ている。絶縁膜３１は振動板３０の主たる材料となるも
のである。絶縁膜３１は、導電性のない材料、例えばシ
リコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により
構成される。
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成され
ている。絶縁膜３１は振動板３０の主たる材料となるも
のである。絶縁膜３１は、導電性のない材料、例えばシ
リコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により
構成される。
【００２７】次に上記圧電体素子４０を備えたインクジ
ェット式記録ヘッドの構造を説明する。本インクジェッ
ト式記録ヘッド１は、図４に示すように、ノズル板１
０、圧力室基板２０、振動板３０および圧電体素子４０
を備えている。圧力室基板２０は、キャビティ（圧力
室）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給
口２４を備えている。キャビティ２１は、シリコン等の
基板をエッチングすることにより形成される、インクな
どを吐出するための貯める空間となっている。側壁２２
はキャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リザ
ーバ２３は、各キャビティ２１にインクを共通して充た
すための流路として形成されている。供給口２４は、リ
ザーバ２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に
形成されている。
ェット式記録ヘッドの構造を説明する。本インクジェッ
ト式記録ヘッド１は、図４に示すように、ノズル板１
０、圧力室基板２０、振動板３０および圧電体素子４０
を備えている。圧力室基板２０は、キャビティ（圧力
室）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給
口２４を備えている。キャビティ２１は、シリコン等の
基板をエッチングすることにより形成される、インクな
どを吐出するための貯める空間となっている。側壁２２
はキャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リザ
ーバ２３は、各キャビティ２１にインクを共通して充た
すための流路として形成されている。供給口２４は、リ
ザーバ２３から各キャビティ２１にインクを導入可能に
形成されている。
【００２８】ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けら
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０に貼り合わせ
られている。圧力室基板２０のノズル板１０の反対側に
は、図１に示した圧電体素子４０が形成された振動板３
０が貼り合わせられている。各圧電体素子４０はキャビ
ティ２１に対応する位置に配置されている。
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０に貼り合わせ
られている。圧力室基板２０のノズル板１０の反対側に
は、図１に示した圧電体素子４０が形成された振動板３
０が貼り合わせられている。各圧電体素子４０はキャビ
ティ２１に対応する位置に配置されている。
【００２９】さらに上記インクジェット式記録ヘッドが
使用されるプリンタの構造を説明する。本形態のプリン
タは、図５に示すように、本体２に、トレイ３および排
出口４が設けられている。本体２の内部には、上記イン
クジェット式記録ヘッド１が図示しない搬送機構によ
り、トレイ３から供給される用紙５を横切って搬送可能
に設けられている。当該インクジェット式記録ヘッド１
には、コンピュータ等から送信される制御信号に対応し
た印字信号が各圧電体素子４０に供給されている。
使用されるプリンタの構造を説明する。本形態のプリン
タは、図５に示すように、本体２に、トレイ３および排
出口４が設けられている。本体２の内部には、上記イン
クジェット式記録ヘッド１が図示しない搬送機構によ
り、トレイ３から供給される用紙５を横切って搬送可能
に設けられている。当該インクジェット式記録ヘッド１
には、コンピュータ等から送信される制御信号に対応し
た印字信号が各圧電体素子４０に供給されている。
【００３０】上記プリンタとインクジェット式記録ヘッ
ドの構成における印字原理を説明する。コンピュータか
ら制御信号が送信されると、それに対応する印字信号が
いずれかのキャビティ２１に対応した圧電体素子４０の
下部電極３２−上部電極４２間に供給される。
ドの構成における印字原理を説明する。コンピュータか
ら制御信号が送信されると、それに対応する印字信号が
いずれかのキャビティ２１に対応した圧電体素子４０の
下部電極３２−上部電極４２間に供給される。
【００３１】圧電体素子４０の下部電極３２と上部電極
４２との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜
層４１は歪みを生じない。この電圧が印加されていない
圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１には、
圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐
出されない。
４２との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜
層４１は歪みを生じない。この電圧が印加されていない
圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１には、
圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐
出されない。
【００３２】一方、圧電体素子４０の下部電極３２と上
部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層４１は歪みを生じる。この電圧が印加された圧電
体素子４０が設けられているキャビティ２１ではその振
動板３０が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の
圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐
出される。この結果、用紙５上に制御信号に対応して印
字されることになる。
部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層４１は歪みを生じる。この電圧が印加された圧電
体素子４０が設けられているキャビティ２１ではその振
動板３０が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の
圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐
出される。この結果、用紙５上に制御信号に対応して印
字されることになる。
【００３３】次に本発明の圧電体素子の製造方法を説明
する。この製造方法はいわゆるゾルゲル法を使用したも
のである。
する。この製造方法はいわゆるゾルゲル法を使用したも
のである。
【００３４】最初に、圧電体薄膜層の出発原料であるゾ
ルを作成する。ブトキシエタノール、メトキシエタノー
ル、イソプロパノールのいずれかを基本溶媒とする。溶
質は、圧電体薄膜４１の組成（例えばＰｂＺｒ0.55Ｔｉ
0.45Ｏ3）を構成するための各元素を化学量論比通り含
むものを使用する。例えば、溶媒に可溶性のあるチタニ
ウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4）、
ジルコニウムプロポキシド（Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4）およ
び酢酸鉛三水和物（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ）
を加えて攪拌しこれらを溶解させる。圧電体薄膜４１の
うち下層４１１を形成するためのゾルは、添加物を加え
る事無くこのまま使用する。上層４１２を形成するため
のゾルは、添加物として、下層用ゾルに有機化合物、例
えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ルまたはジエチレングリコールのうちいずれか一種類を
添加する。添加量は、鉛元素１モルに対して有機化合物
が０．２０〜０．５０モル混合されるようにする。この
範囲より少ないと微結晶が出現しなくなり、この範囲よ
り多いと主体である柱状結晶の結晶構造を乱す結果とな
るからである。
ルを作成する。ブトキシエタノール、メトキシエタノー
ル、イソプロパノールのいずれかを基本溶媒とする。溶
質は、圧電体薄膜４１の組成（例えばＰｂＺｒ0.55Ｔｉ
0.45Ｏ3）を構成するための各元素を化学量論比通り含
むものを使用する。例えば、溶媒に可溶性のあるチタニ
ウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（ＯＣ3Ｈ7）4）、
ジルコニウムプロポキシド（Ｚｒ（ＯＣ3Ｈ7）4）およ
び酢酸鉛三水和物（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・３Ｈ2Ｏ）
を加えて攪拌しこれらを溶解させる。圧電体薄膜４１の
うち下層４１１を形成するためのゾルは、添加物を加え
る事無くこのまま使用する。上層４１２を形成するため
のゾルは、添加物として、下層用ゾルに有機化合物、例
えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ルまたはジエチレングリコールのうちいずれか一種類を
添加する。添加量は、鉛元素１モルに対して有機化合物
が０．２０〜０．５０モル混合されるようにする。この
範囲より少ないと微結晶が出現しなくなり、この範囲よ
り多いと主体である柱状結晶の結晶構造を乱す結果とな
るからである。
【００３５】ゾルの製造と並行して、圧力室基板２０に
絶縁膜３１を形成する。シリコン基板２０としては、例
えば２００μｍ程度のものを用いる。絶縁膜３１は、１
μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱
酸化法等を用いる。
絶縁膜３１を形成する。シリコン基板２０としては、例
えば２００μｍ程度のものを用いる。絶縁膜３１は、１
μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱
酸化法等を用いる。
【００３６】次いで、下部電極を形成する。最初に下部
電極の前身として、チタン層を形成し、チタン層の上に
白金層を形成する。両者の厚みの比率は、１：１０以上
になるように設定する。例えばチタン層を０．０１μ
ｍ、白金層を０．１μｍ形成する。形成方法は直流スパ
ッタ法、蒸着法等を用いる。次いでチタン層と白金層と
を熱処理する。熱処理は、例えば８００℃で３０分間程
度拡散炉を利用して熱を加える。この熱処理によりチタ
ンが拡散し、下層３２１がチタンと白金の合金構造とな
り、上層３２２が白金を基本として形成される。この熱
処理により形成される白金とチタンとの合金層の熱膨張
係数は、白金層とチタン層とが分離している元の状態の
合計熱膨張係数と異なる。この結果として熱処理時と室
温処理時における圧電体薄膜層にかかる応力の差が小さ
くなると考えられる。このため圧電体薄膜焼結時のクラ
ック発生を防止できる。
電極の前身として、チタン層を形成し、チタン層の上に
白金層を形成する。両者の厚みの比率は、１：１０以上
になるように設定する。例えばチタン層を０．０１μ
ｍ、白金層を０．１μｍ形成する。形成方法は直流スパ
ッタ法、蒸着法等を用いる。次いでチタン層と白金層と
を熱処理する。熱処理は、例えば８００℃で３０分間程
度拡散炉を利用して熱を加える。この熱処理によりチタ
ンが拡散し、下層３２１がチタンと白金の合金構造とな
り、上層３２２が白金を基本として形成される。この熱
処理により形成される白金とチタンとの合金層の熱膨張
係数は、白金層とチタン層とが分離している元の状態の
合計熱膨張係数と異なる。この結果として熱処理時と室
温処理時における圧電体薄膜層にかかる応力の差が小さ
くなると考えられる。このため圧電体薄膜焼結時のクラ
ック発生を防止できる。
【００３７】次いで上記下層用ゾルを用いて下部電極３
２上に圧電体薄膜の下層４１１を形成する。まず下層用
ゾルを下部電極上に一定の厚みに塗布する。例えば公知
のスピンコート法を用いる。ゾルの塗布後、一定温度
（例えば２５０℃）で一定時間（例えば１０分程度）乾
燥させる。乾燥により溶媒が蒸発する。乾燥後、さらに
酸素雰囲気下において拡散炉などを用いて所定の温度
（例えば７００度）で一定時間（例えば１０分間）焼成
する。この焼成により金属に配位している有機の配位子
が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となり、結
晶化まで反応が進行する。このとき下部電極３２には熱
膨張が生じ難くなっているので、その塗布された前駆体
膜にクラックを生じない。この塗布→乾燥→脱脂→結晶
化の各工程を所定回数、例えば４回繰り返して４層の薄
膜を積層する。
２上に圧電体薄膜の下層４１１を形成する。まず下層用
ゾルを下部電極上に一定の厚みに塗布する。例えば公知
のスピンコート法を用いる。ゾルの塗布後、一定温度
（例えば２５０℃）で一定時間（例えば１０分程度）乾
燥させる。乾燥により溶媒が蒸発する。乾燥後、さらに
酸素雰囲気下において拡散炉などを用いて所定の温度
（例えば７００度）で一定時間（例えば１０分間）焼成
する。この焼成により金属に配位している有機の配位子
が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となり、結
晶化まで反応が進行する。このとき下部電極３２には熱
膨張が生じ難くなっているので、その塗布された前駆体
膜にクラックを生じない。この塗布→乾燥→脱脂→結晶
化の各工程を所定回数、例えば４回繰り返して４層の薄
膜を積層する。
【００３８】次いで、上層４１２を上層用ゾルを用いて
上記下層と同様の手順で形成する。上層４１２を焼結す
る場合、前駆体膜中には一定量の有機化合物が脱脂され
ずに含まれているので、その影響で上層４１２の結晶構
造中に多数の微結晶粒４３が散在することになる。下層
４１１は、アモルファス状態の前駆体膜からペロブスカ
イト結晶構造が形成されるとき、下部電極３２の白金層
３２２が＜１００＞配向性能を備えており、その結晶粒
径が適正であり、前駆体の結晶条件が＜１００＞配向を
生じさせ易いように調整されているので、＜１００＞配
向が優勢な圧電体薄膜層４１が形成される。上層４１２
は、下層４１１に倣って結晶成長させる。その配向は下
層４１１と同様になるが、下層４１１より小さい結晶粒
径を有する微結晶粒が出現する。
上記下層と同様の手順で形成する。上層４１２を焼結す
る場合、前駆体膜中には一定量の有機化合物が脱脂され
ずに含まれているので、その影響で上層４１２の結晶構
造中に多数の微結晶粒４３が散在することになる。下層
４１１は、アモルファス状態の前駆体膜からペロブスカ
イト結晶構造が形成されるとき、下部電極３２の白金層
３２２が＜１００＞配向性能を備えており、その結晶粒
径が適正であり、前駆体の結晶条件が＜１００＞配向を
生じさせ易いように調整されているので、＜１００＞配
向が優勢な圧電体薄膜層４１が形成される。上層４１２
は、下層４１１に倣って結晶成長させる。その配向は下
層４１１と同様になるが、下層４１１より小さい結晶粒
径を有する微結晶粒が出現する。
【００３９】圧電体薄膜層４１が結晶化されたら、その
上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて、
上部電極４２を形成する。上部電極の材料は、白金（Ｐ
ｔ）等を用いる。厚みは１００ｎｍ程度にする。
上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて、
上部電極４２を形成する。上部電極の材料は、白金（Ｐ
ｔ）等を用いる。厚みは１００ｎｍ程度にする。
【００４０】以上の工程で圧電体素子の原形が完成す
る。この圧電体素子を適用箇所に適した形状にエッチン
グすることで、本発明の圧電体素子として動作させるこ
とが可能である。圧力室基板２０をさらにエッチングし
てノズル板１０と貼り合わせ、所定の筐体に収めれば、
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを製造するこ
とが可能である。
る。この圧電体素子を適用箇所に適した形状にエッチン
グすることで、本発明の圧電体素子として動作させるこ
とが可能である。圧力室基板２０をさらにエッチングし
てノズル板１０と貼り合わせ、所定の筐体に収めれば、
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを製造するこ
とが可能である。
【００４１】（実施例）上記実施形態により＜１００＞
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのＸ線回折特性
（２θ）を図３に示す。図３に示すように結晶の配向と
して、＜１００＞配向が非常に多くなっており、全配向
に対する＜１００＞配向の存在比が０．５以上になって
いる。
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのＸ線回折特性
（２θ）を図３に示す。図３に示すように結晶の配向と
して、＜１００＞配向が非常に多くなっており、全配向
に対する＜１００＞配向の存在比が０．５以上になって
いる。
【００４２】表１に、下部電極に熱処理を加えずに製造
した従来の圧電体素子を比較例として、下部電極に熱処
理を加え二層構造にした実施例との関係を示す。
した従来の圧電体素子を比較例として、下部電極に熱処
理を加え二層構造にした実施例との関係を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】表1から判るように、下部電極を熱処理せ
ずに従来通りに作成した比較例の圧電体素子と本発明の
実施例とでは、クラック発生に顕著な差がでた。また実
施例の圧電体素子は、二層構造の圧電体薄膜を備えるた
め、圧電特性も優れていることも確認できる。
ずに従来通りに作成した比較例の圧電体素子と本発明の
実施例とでは、クラック発生に顕著な差がでた。また実
施例の圧電体素子は、二層構造の圧電体薄膜を備えるた
め、圧電特性も優れていることも確認できる。
【００４５】（実施形態２）本実施形態は、圧電体薄膜
を単層で作成する圧電体素子に関する。図６は、実施形
態２におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電体素子
部分の拡大断面図である。
を単層で作成する圧電体素子に関する。図６は、実施形
態２におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電体素子
部分の拡大断面図である。
【００４６】本実施形態の圧電体素子４０ｂは、図６に
示すように、圧電体薄膜層４１が単層である点で二層構
造を備えた上記実施形態１と異なる。その他の層の組成
については、上記実施形態１と同様なので説明を省略す
る。下部電極３２をインクジェット式記録ヘッドの振動
板３０全体に共通電極として形成してあるが、圧電体素
子４０ｂの領域のみに下部電極を形成してもよい点は、
実施形態１と同様である。
示すように、圧電体薄膜層４１が単層である点で二層構
造を備えた上記実施形態１と異なる。その他の層の組成
については、上記実施形態１と同様なので説明を省略す
る。下部電極３２をインクジェット式記録ヘッドの振動
板３０全体に共通電極として形成してあるが、圧電体素
子４０ｂの領域のみに下部電極を形成してもよい点は、
実施形態１と同様である。
【００４７】本実施形態の圧電体薄膜４１は、上記実施
形態１における下層と同様のゾルから同様の製造方法で
形成される。ゾルの製造方法と結晶化工程も実施形態１
と同様である。有機化合物を添加していないゾルから形
成されるため、薄膜中に微結晶粒が存在しない。
形態１における下層と同様のゾルから同様の製造方法で
形成される。ゾルの製造方法と結晶化工程も実施形態１
と同様である。有機化合物を添加していないゾルから形
成されるため、薄膜中に微結晶粒が存在しない。
【００４８】（実施例）表２に、下部電極に熱処理を加
えずに製造した従来の圧電体素子を比較例として、下部
電極に熱処理を加え単層構造にした実施例との関係を示
す。
えずに製造した従来の圧電体素子を比較例として、下部
電極に熱処理を加え単層構造にした実施例との関係を示
す。
【００４９】
【表２】
【００５０】表２から判るように、下部電極を熱処理せ
ずに従来通りに作成した比較例の圧電体素子と本発明の
実施例とでは、クラック発生に顕著な差がでた。
ずに従来通りに作成した比較例の圧電体素子と本発明の
実施例とでは、クラック発生に顕著な差がでた。
【００５１】（その他の変形例）本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態ではゾルゲル法を用いて圧電
体薄膜層を結晶化させていたが、ＭＯＤ法や共沈法、水
熱法によって有機金属の前駆体から圧電体薄膜層を結晶
化させるものでもよい。
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態ではゾルゲル法を用いて圧電
体薄膜層を結晶化させていたが、ＭＯＤ法や共沈法、水
熱法によって有機金属の前駆体から圧電体薄膜層を結晶
化させるものでもよい。
【００５２】また本発明で製造した圧電体素子は、上記
インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみならず、
不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気
検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装
置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器等
のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装置、
圧電装置、および電気光学装置の製造に適応することが
できる。
インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみならず、
不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気
検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装
置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器等
のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装置、
圧電装置、および電気光学装置の製造に適応することが
できる。
【００５３】
【発明の効果】本願発明によれば、下部電極を熱処理し
てから圧電体薄膜を成膜するので、圧電体薄膜の結晶過
程の一つである脱脂工程において、基板から圧電体薄膜
に及ぼされる応力が緩和され、クラックフリーの圧電体
薄膜およびその製造方法を提供することができる。
てから圧電体薄膜を成膜するので、圧電体薄膜の結晶過
程の一つである脱脂工程において、基板から圧電体薄膜
に及ぼされる応力が緩和され、クラックフリーの圧電体
薄膜およびその製造方法を提供することができる。
【００５４】また本願発明によれば、下部電極は熱処理
した電極と白金のみの層とから構成したので、圧電体薄
膜を＜１００＞面に配向させることができる。さらに添
加剤として有機物を含むゾルを採用したので、圧電体薄
膜の結晶粒径を制御することも可能となった。
した電極と白金のみの層とから構成したので、圧電体薄
膜を＜１００＞面に配向させることができる。さらに添
加剤として有機物を含むゾルを採用したので、圧電体薄
膜の結晶粒径を制御することも可能となった。
【図１】実施形態１の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。
断面図である。
【図２】ゾル中の有機化合物添加量に対する圧電体薄膜
中の微結晶粒の粒径の関係を示す図である。
中の微結晶粒の粒径の関係を示す図である。
【図３】実施形態１の実施例におけるＸ線回折特性図
（２θ）である。
（２θ）である。
【図４】実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図である。
斜視図である。
【図５】実施形態のプリンタの斜視図である。
【図６】実施形態２の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。
断面図である。
１０…ノズル板
２０…圧力室基板
３０…振動板
３１…絶縁膜
３２…下部電極
３２１…下層(チタンと白金との合金）、３２２…上層
（白金） ４０、４０ｂ…圧電体素子 ４１…圧電体薄膜層 ４１１…下層（有機化合物無し）、４１２…上層（有機
化合物あり）
（白金） ４０、４０ｂ…圧電体素子 ４１…圧電体薄膜層 ４１１…下層（有機化合物無し）、４１２…上層（有機
化合物あり）
Claims (10)
- 【請求項１】 電気機械変換機能を有する圧電体素子に
おいて、 添加物として有機物を含むゾルから形成された圧電体薄
膜と、 前記圧電体薄膜側に形成される白金成分を多く含む上層
およびチタンと白金との合金からなる下層を有する下部
電極と、を備え、 前記圧電体薄膜は、＜１００＞配向の結晶を他配向の結
晶に比べて多く含み、かつ、２層に分離しており、分離
した層のうち前記下部電極側の層には微結晶粒が含まれ
ず、他方の層には微結晶を含んで構成されていることを
特徴とする圧電体素子。 - 【請求項２】 前記圧電体薄膜の結晶粒は、０．１μｍ
以上乃至０．５μｍ以下の平均粒径を備えている請求項
１に記載の圧電体素子。 - 【請求項３】 前記圧電体薄膜の微結晶粒は、０．００
５μｍ以上乃至０．０５μｍ以下の粒径であって、微結
晶粒の内外における組成は同一である請求項２に記載の
圧電体素子。 - 【請求項４】 電気機械変換機能を有する圧電体素子に
おいて、 添加物として有機物を含まないゾルから形成された圧電
体薄膜と、 前記圧電体薄膜側に形成される白金成分を多く含む上層
およびチタンと白金との合金からなる下層を有する下部
電極と、を備え、 前記圧電体薄膜は、＜１００＞配向の結晶を他配向の結
晶に比べて多く含み、かつ、０．０５μｍより小さい粒
径の微結晶粒を含まない単層から構成されていることを
特徴とする圧電体素子。 - 【請求項５】 前記圧電体薄膜の結晶粒は、０．５μｍ
以上乃至５μｍ以下の平均粒径を備えている請求項４に
記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 前記下部電極は、 前記下層の厚みに対する前記上層の厚みの比が、０．１
以上かつ１以下で構成されている請求項１または請求項
４のいずれかに記載の圧電体素子。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に
記載の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えたこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド - 【請求項８】 請求項７に記載のインクジェット式記録
ヘッドを印字手段として備えたことを特徴とするプリン
タ。 - 【請求項９】 電気機械変換機能を備えた圧電体素子の
製造方法であって チタンを含んだ材料を使用してチタン層を形成する工程
と、 前記チタン層上に白金を含んだ材料を使用して白金層を
形成する工程と、 前記チタン層および白金層を熱処理してチタンを拡散さ
せ、前記下部電極を形成する工程と、 添加物として有機化合物を含まないゾルを焼結して下層
側圧電体薄膜層を形成する工程と、 添加物として有機物を含むゾルを焼結して上層側圧電体
薄膜層を形成する工程と、を備えていることを特徴とす
る圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記添加物として有機化合物を鉛１モ
ルに対して０．２乃至０．５モルの割合で配合したゾル
を使用する請求項９に記載の圧電体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04989299A JP3498836B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電体素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04989299A JP3498836B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電体素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000252544A JP2000252544A (ja) | 2000-09-14 |
| JP3498836B2 true JP3498836B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=12843694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04989299A Expired - Fee Related JP3498836B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 圧電体素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3498836B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4434537B2 (ja) | 2001-08-27 | 2010-03-17 | パナソニック株式会社 | 圧電機能部品 |
| JP4182329B2 (ja) | 2001-09-28 | 2008-11-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体薄膜素子およびその製造方法、ならびにこれを用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| AU2002359979B2 (en) | 2001-12-18 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, manufacturing method thereof, and ink jet type recording apparatus |
| 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 |
| US7083270B2 (en) | 2002-06-20 | 2006-08-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, method for manufacturing the same, and ink jet recording apparatus |
| US7193756B2 (en) * | 2003-11-26 | 2007-03-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, method for fabricating the same, inkjet head, method for fabricating the same, and inkjet recording apparatus |
| US7530676B2 (en) | 2004-03-05 | 2009-05-12 | Panasonic Corporation | Piezoelectric element, inkjet head, angular velocity sensor, methods for manufacturing them and inkjet recording device |
| US7312558B2 (en) | 2004-04-02 | 2007-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, and ink jet recording apparatus |
| EP1953840A3 (en) | 2007-01-31 | 2012-04-11 | Panasonic Corporation | Piezoelectric thin film device and piezoelectric thin film device manufacturing method and inkjet head and inkjet recording apparatus |
| JP2013197522A (ja) | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Ricoh Co Ltd | 圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置 |
| JP5934540B2 (ja) * | 2012-03-28 | 2016-06-15 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪アクチュエータ及びその製造方法 |
| JP6142586B2 (ja) * | 2013-03-11 | 2017-06-07 | 株式会社リコー | 圧電膜の製造方法、圧電素子の製造方法 |
| JP6232866B2 (ja) * | 2013-09-10 | 2017-11-22 | 株式会社リコー | アクチュエータ素子、圧電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、並びに画像形成装置 |
| CN105659401B (zh) | 2013-10-29 | 2019-08-23 | 柯尼卡美能达株式会社 | 压电元件、喷墨头、喷墨打印机以及压电元件的制造方法 |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP04989299A patent/JP3498836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000252544A (ja) | 2000-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3882946B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
| US6494567B2 (en) | Piezoelectric element and manufacturing method and manufacturing device thereof | |
| JP4530615B2 (ja) | 圧電体素子および液体吐出ヘッド | |
| JP3498836B2 (ja) | 圧電体素子およびその製造方法 | |
| JP4122564B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JP3567977B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、及び圧電体素子の製造方法 | |
| JP3902023B2 (ja) | 圧電アクチュエータ、液滴噴射ヘッド、およびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| JP2003133604A (ja) | 圧電体薄膜素子およびその製造方法、ならびにこれを用いたインクジェット記録ヘッド及びインクジェットプリンタ | |
| JP2004186646A (ja) | 圧電素子、インクジェットヘッド及びこれらの製造方法、並びにインクジェット式記録装置 | |
| JP4069578B2 (ja) | 圧電体膜及びこれを備えた圧電体素子 | |
| JP3695625B2 (ja) | 圧電体素子およびその製造方法 | |
| JP2005119166A (ja) | 圧電素子、インクジェットヘッド、及びこれらの製造方法、並びにインクジェット式記録装置 | |
| JP2001203404A (ja) | 強誘電体薄膜素子の製造方法及び加熱処理装置 | |
| JP5115910B2 (ja) | プリンタ | |
| JP4092867B2 (ja) | 圧電体膜及びこれを備えた圧電体素子 | |
| JP3899639B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11307834A (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JP3750413B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法 | |
| JP3800477B2 (ja) | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド | |
| JP4055329B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
| JP4207167B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法 | |
| JP3646773B2 (ja) | 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法 | |
| JP4836003B2 (ja) | 圧電体膜の製造方法、圧電体素子の製造方法、インクジェット式記録ヘッドの製造方法 | |
| JPH11238921A (ja) | 圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッド | |
| JP4737027B2 (ja) | 圧電体素子の製造方法、及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3498836 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081205 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081205 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091205 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101205 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101205 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121205 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121205 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131205 Year of fee payment: 10 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |