JP3817729B2

JP3817729B2 - 圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッド

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Publication number: JP3817729B2
Application number: JP2002321368A
Authority: JP
Inventors: 天光樋口; 節也岩下; 浩二角; 正己村井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: US20030132991A1; US6739703B2; JP2003209303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電体とこれを挟んで配置される一対の電極を備えた圧電アクチュエータに係り、特に、下部電極としてルテニウム酸ストロンチウムを備えた圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電アクチュエータは、電気機械変換機能を呈する圧電体膜を２つの電極で挟んだ圧電体素子を備え、圧電体膜は結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。この圧電性セラミックスとしては、ペロブスカイト型結晶構造を有し、化学式ＡＢＯ_３で示すことのできる複合酸化物が知られている。例えばＡには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている。
【０００３】
従来、ＰＺＴ系圧電体素子の電極材料として用いられてきたのはＰｔである。Ｐｔは最密充填構造である面心立方格子（ＦＣＣ）構造をとるため自己配向性が強く、ＳｉＯ_２のようなアモルファス上に成膜すると（１１１）に強く配向し、その上の圧電体膜も配向性が良くなる。しかし、配向性が強いため柱状結晶が成長し、粒界に沿ってＰｂなどが下地に拡散し易くなるといった問題があった。またＰｔとＳｉＯ_２の密着性にも問題があった。
【０００４】
更に、ＰｔとＳｉＯ_２との密着性の改善のために、Ｔｉを用いたり、Ｐｂなどの拡散バリア層としてＴｉＮなどを用いても、複雑な電極構造になる上、Ｔｉの酸化、ＴｉのＰｔ中への拡散、それに伴うＰＺＴの結晶性の低下が起こり、圧電特性などの電気特性が悪化する。
【０００５】
Ｐｔ電極にはこのような問題があるため、強誘電体メモリなどの分野では、ＲｕＯ_ｘやＩｒＯ_２などの導電性酸化物の電極材料が研究されている。中でもルテニウム酸ストロンチウムは、ＰＺＴと同じペロブスカイト型結晶構造を有しているので、界面での接合性に優れ、ＰＺＴのエピタキシャル成長を実現し易く、Ｐｂの拡散バリア層としての特性にも優れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ルテニウム酸ストロンチウムを圧電体素子の下部電極として用いる場合は、それより下の層を構成する物質は、振動板としての物理的性質や、ルテニウム酸ストロンチウムを適切に配向制御し基板や下部電極との密着性を確保する化学的性質を満たしていなければならない。
【０００７】
本発明は、下部電極として（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウムを用いた場合に最適な層構成を備えた圧電アクチュエータを提供することを目的とする。そして、この圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電アクチュエータは、Ｓｉ基板上に形成された、ＳｉＯ_２若しくはＺｒＯ_２、又はＳｉＯ_２とＺｒＯ_２との積層構造からなる振動板と、前記振動板上に形成された、（１００）配向又は（１１０）配向のＳｒＯからなるバッファ層と、前記バッファ層上に形成された、ペロブスカイト構造を有する（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウムを備えた下部電極と、前記下部電極上に形成された、（１００）配向のＰＺＴからなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成された上部電極と、を備えている。
【０００９】
上記圧電アクチュエータにおいて、前記下部電極を構成するルテニウム酸ストロンチウムのうち少なくとも前記圧電体層側の層は、ＳｒＲｕＯ_３で表される組成を有することが望ましい。これにより、下部電極としての導電性と、圧電体膜の配向制御を十分に確保することができる。
【００１０】
上記圧電アクチュエータにおいて、前記バッファ層は、前記振動板及び前記下部電極に全体を覆われていることが望ましい。これにより、潮解性を有するＳｒＯが外気に触れることを防止することができる。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドは、上記の圧電アクチュエータを備え、前記圧電アクチュエータに備えられた前記振動板の振動により容積変化可能に構成された圧力室を前記Ｓｉ基板に備えたものである。
【００１２】
本発明の液体吐出装置は、上記の液体吐出ヘッドを印字手段として備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（インクジェットプリンタの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを備えた液体吐出装置の一例であるインクジェットプリンタの構成図である。インクジェットプリンタは、主にインクジェット式記録ヘッド１、本体２、トレイ３、ヘッド駆動機構７を備えて構成されている。
【００１４】
インクジェット式記録ヘッド１は、本発明の液体吐出ヘッドの一例である。インクジェットプリンタは、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジを備えており、フルカラー印刷が可能なように構成されている。また、このインクジェットプリンタは、内部に専用のコントローラボード等を備えており、インクジェット式記録ヘッド１のインク吐出タイミング及びヘッド駆動機構７の走査を制御する。
【００１５】
また、本体２は背面にトレイ３を備えるとともに、その内部にオートシートフィーダ（自動連続給紙機構）６を備え、記録用紙５を自動的に送り出し、正面の排出口４から記録用紙５を排紙する。
【００１６】
（インクジェット式記録ヘッドの全体構成）
図２に、上記インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図を示す。インクジェット式記録ヘッド１は、圧力室基板（Ｓｉ基板）２０と、その一方の面に固定された振動板３０と、他方の面に固定されたノズル板１０とを備えて構成されている。このヘッド１は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【００１７】
圧力室基板２０は、圧力室（キャビティ）２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２４を備えている。圧力室２１は、インクなどの液体を吐出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２は複数の圧力室２１間を仕切るよう形成されている。リザーバ２３は、インクを共通して各圧力室２１に充たすための流路となっている。供給口２４は、リザーバ２３から各圧力室２１にインクを導入可能に形成されている。
【００１８】
ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けられた圧力室２１の各々に対応する位置にそのノズル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。ノズル板１０を貼り合わせた圧力室基板２０は、筐体２５に納められている。
【００１９】
振動板３０には圧電アクチュエータ（後述）が設けられている。振動板３０には、インクタンク口（図示せず）が設けられて、図示しないインクタンクに貯蔵されているインクをリザーバ２３に供給可能になっている。
【００２０】
（層構造）
図３は、本発明の製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドおよび各圧電アクチュエータの層構造を説明する断面図である。図に示すように、圧電アクチュエータは、Ｓｉ基板２０上に、絶縁膜３１（振動板３０）、バッファ層３２、下部電極４２、圧電体薄膜４３および上部電極４４を積層して構成されている。
【００２１】
絶縁膜３１は、導電性のない材料、特に非晶質の酸化珪素（ＳｉＯ_２）若しくは酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、又は酸化珪素と酸化ジルコニウムの積層体により構成される。絶縁膜３１は、圧電体層の変形により変形し、圧力室２１の内部の圧力を瞬間的に高める為の振動板３０として機能する。
【００２２】
バッファ層３２は、（１００）配向又は（１１０）配向の酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）により構成される。このバッファ層３２は、絶縁膜３１上に下部電極４２をエピタキシャル成長させるのに適している。またここには図示されていないが、バッファ層３２は下部電極の形成領域より狭い領域に形成され、絶縁膜３１と下部電極４２とによってその全体が覆われていることが望ましい。そうすることにより、潮解性を有する酸化ストロンチウムを外気に触れないようにすることができる。また、バッファ層３２はこれに限らず、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）などでもよい。
【００２３】
下部電極４２は、圧電体薄膜層４３に電圧を印加するための一方の電極であり、圧力室基板２０上に形成される複数の圧電体薄膜素子に共通な電極として機能するように絶縁膜３１と同じ領域に形成される。ただし、圧電体薄膜層４３と同様の大きさに、すなわち上部電極と同じ形状に形成することも可能である。下部電極４２は、導電性金属酸化物、特に（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）により構成される。また、２層のＳＲＯ間にイリジウム又は白金の層を挟み込んだ構造としても良い。
【００２４】
ＳＲＯはペロブスカイト構造をとり、Ｓｒ_ｎ＋１Ｒｕ_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎは１以上の整数）で表される。ｎ＝１のときＳｒ_２ＲｕＯ_４となり、ｎ＝２のときＳｒ_３Ｒｕ_２Ｏ_７となり、ｎ＝∞のときＳｒＲｕＯ_３となる。本実施形態における下部電極としてＳＲＯを用いるときは、導電性及び圧電体薄膜の結晶性を高めるためＳｒＲｕＯ_３が最も好ましい。また、前述のように２層のＳＲＯ間にイリジウム又は白金の層を挟み込んだ構造とする場合には、特に圧電体薄膜層側のＳＲＯを、ＳｒＲｕＯ_３とすることが好ましい。
【００２５】
圧電体薄膜層４３は、ペロブスカイト型結晶構造を持つ圧電性セラミックスであり、下部電極４２上に所定の形状で形成されて構成されている。圧電体薄膜層４３の組成は、特にジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）又はこれにマグネシウムやニオブなどの添加物を加えたものが好ましい。また、これに限らず、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ_３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ_３）などでもよい。ＰＺＴは、菱面体晶系でかつ（１００）配向であることが好ましい。
【００２６】
上部電極４４は、圧電体薄膜層４３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、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等で構成されている。アルミニウムを用いる場合、電蝕対策のため更にイリジウム等を積層する。
【００２７】
（インクジェット式記録ヘッドの動作）
上記インクジェット式記録ヘッド１の動作を説明する。所定の吐出信号が供給されず圧電体薄膜素子４０の下部電極４２と上部電極４４との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層４３には変形を生じない。吐出信号が供給されていない圧電体薄膜素子４０が設けられている圧力室２１には、圧力変化が生じず、そのノズル１１からインク滴は吐出されない。
【００２８】
一方、所定の吐出信号が供給され圧電体薄膜素子４０の下部電極４２と上部電極４４との間に一定電圧が印加された場合、圧電体薄膜層４３に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体薄膜素子４０が設けられている圧力室２１ではその振動板３０が大きくたわむ。このため圧力室２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル１１からインク滴が吐出される。細長いヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出信号を個別に供給することで、任意の文字や図形を印刷させることができる。
【００２９】
（製造方法）
図４を参照しながら本実施の形態の圧電アクチュエータの製造工程について、インクジェット式記録ヘッドの製造工程と併せて説明する。
【００３０】
基板及び絶縁膜の形成（Ｓ１）
まず、図４（Ｓ１）に示すように、圧力室基板２０に振動板としての絶縁膜３１を成膜する。圧力室基板２０として、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２００μｍの（１１０）配向シリコン単結晶基板を用いる。絶縁膜３１は、１１００℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化させ、２μｍ以下、好ましくは約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成する。この方法ではＳｉ基板２０の両面にＳｉＯ_２からなる絶縁膜３１が形成される、そのうち一方の絶縁膜３１が振動板３０となる。
【００３１】
なお、この他に、ＣＶＤ法等の成膜法を適宜選択して成膜してもよい。また上述のように、絶縁膜３１（振動板３０）として、二酸化珪素に限られず、酸化ジルコニウム膜等を成膜してもよい。
【００３２】
バッファ層の形成（Ｓ２）
次に、図４（Ｓ２）に示すように、絶縁膜３１上に酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）からなるバッファ層３２を形成する。これは、例えば、イオンビーム照射を伴ったレーザアブレーション法を用いて、次のように行うことができる。
【００３３】
まず、基板２０を基板ホルダーに装填して、真空装置内に設置する。
なお、真空装置内には、基板２０に対向して、前述したようなバッファ層３２の構成元素を含む第１ターゲット（バッファ層用ターゲット）が所定距離、離間して配置されている。なお、第１ターゲットとしては、目的とするバッファ層３２の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使用される。
【００３４】
次いで、例えばレーザー光を第１ターゲットに照射すると、第１ターゲットから酸素原子および金属原子を含む原子が叩き出され、プルームが発生する。換言すれば、このプルームが絶縁膜３１に向かって照射される。そして、このプルームは、絶縁膜３１（基板２０）上に接触するようになる。
【００３５】
また、これとほぼ同時に、絶縁膜３１の表面に対して、イオンビームを所定角度傾斜させて照射する。
【００３６】
これにより、絶縁膜３１上に、表面に垂直な方向および表面に平行な方向ともに配向（面内配向）したバッファ層３２が形成される。
【００３７】
なお、前記原子を第１ターゲットから叩き出す方法としては、レーザー光を第１ターゲット表面へ照射する方法の他、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマ、電子線等を第１ターゲット表面へ照射（入射）する方法を用いることもできる。
【００３８】
これらの中でも、前記原子を第１ターゲットから叩き出す方法としては、特に、レーザー光を第１ターゲット表面へ照射する方法が好ましい。かかる方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いて、容易かつ確実に、原子を第１ターゲットから叩き出すことができる。
【００３９】
また、このレーザー光は、好ましくは波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光とされる。具体的には、レーザー光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザーのようなエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＣＯ_２レーザー等が挙げられる。これらの中でも、レーザー光としては、特に、ＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適である。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも、取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子を第１ターゲットから叩き出すことができる。
【００４０】
一方、絶縁膜３１の表面に照射するイオンビームとしては、特に限定されないが、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスのうちの少なくとも１種のイオン、または、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオン等が挙げられる。
【００４１】
このイオンビームのイオン源としては、例えば、Ｋａｕｆｆｍａｎイオン源等を用いるのが好ましい。このイオン源を用いることにより、イオンビームを比較的容易に生成することができる。
【００４２】
また、イオンビームの絶縁膜３１の表面に対する照射角度（前記所定角度）は、特に限定されないが、４２〜４７°程度とするのが好ましい。このような照射角度に設定して、イオンビームを絶縁膜３１の表面に照射することにより、立方晶（１００）配向で、かつ、面内配向したバッファ層３２を形成することができる。
【００４３】
このようなバッファ層３２の形成における各条件は、バッファ層３２が面内配向し得るものであればよく、例えば、次のようにすることができる。
【００４４】
レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好ましい。
【００４５】
レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ^２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ^２以上とするのがより好ましい。
【００４６】
イオンビームの加速電圧は、１００〜３００ｅＶ程度とするのが好ましく、１５０〜２５０ｅＶ程度とするのがより好ましい。
【００４７】
また、イオンビームの照射量は、１〜３０ｍＡ程度とするのが好ましく、５〜１５ｍＡ程度とするのがより好ましい。
【００４８】
基板２０の温度は、０〜１００℃程度とするのが好ましく、３０〜７０℃程度とするのがより好ましい。
【００４９】
基板２０と第１ターゲットとの距離は、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００５０】
また、真空装置内の圧力は、１×１０^−１Ｔｏｒｒ以下とするのが好ましく、１×１０^−３Ｔｏｒｒ以下とするのがより好ましい。
【００５１】
真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【００５２】
バッファ層３２の形成における各条件を、それぞれ、前記範囲とすると、より効率よく、バッファ層３２を面内配向成長させることができる。
【００５３】
また、このとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、バッファ層３２の平均厚さを前述したような範囲に調整することができる。このレーザー光およびイオンビームの照射時間は、前記各条件によっても異なるが、通常、２００秒以下とするのが好ましく、１００秒以下とするのがより好ましい。
【００５４】
このようなバッファ層３２の形成方法によれば、イオンビームの照射角度を調整するという簡単な方法で、揃える配向方位を任意の方向に調整が可能である。また、このようにバッファ層３２の配向方位を、精度よく揃えることができるので、バッファ層３２の平均厚さをより小さくすることができるという利点もある。
【００５５】
ＳｒＯは、界面の密着性を確保するため、また潮解性を有しているため膜厚が薄いことが好ましく、例えば１０ｎｍまたはそれ以下の厚みとする。また、ＳｒＯの代わりにＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯをバッファ層３２に用いても同様の効果が得られる。さらに、バッファ層３２は、レーザアブレーション法に限らず、スパッタ法などの公知のＰＶＤ（物理的蒸着法）によって形成してもよい。
【００５６】
以上のようにして、面内配向（二軸配向）した（１００）ＳｒＯ膜が形成される。
【００５７】
バッファ層のエッチング（Ｓ３）
図４（Ｓ３）に示すように、バッファ層３２の周囲を異方性エッチング等により選択的にエッチングする。これによりバッファ層３２は、後に下部電極が形成された場合に絶縁膜３１と下部電極４２に全体を覆われた構造となる。また、以下に示す下部電極の厚みや成膜方法によっては、このエッチング工程を省略することもできる。
【００５８】
下部電極の形成（Ｓ４）
図４（Ｓ４）に示すように、バッファ層３２の上に、下部電極４２を成膜する。下部電極４２として、上述のＳＲＯ、又はＳＲＯ／Ｐｔ／ＳＲＯ若しくはＳＲＯ／Ｉｒ／ＳＲＯの積層構造を、厚さ約５００ｎｍに成膜する。これは、例えば、レーザアブレーション法を用いて、次のように行うことができる。
【００５９】
なお、下部電極４２の形成に先立って、前記第１ターゲットに代わり、バッファ層３２（基板２０）に対向して、前述したような下部電極４２の構成元素を含む第２ターゲット（下部電極用ターゲット）が所定距離、離間して配置される。なお、第２ターゲットとしては、目的とする下部電極４２の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使用される。
【００６０】
バッファ層３２上に、酸素原子および各種金属原子を含む原子のプルームを照射する。そして、このプルームがバッファ層３２の表面（上面）に接触することにより、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物（前述した通りである）を含む下部電極４２が、エピタキシャル成長により膜状に形成される。
【００６１】
このプルームは、前記第２ターゲット表面に、前記バッファ層の形成（Ｓ２）と同様に、レーザー光を照射することにより、第２ターゲットから酸素原子および各種金属原子を含む原子を叩きだして、発生させるのが好ましい。
【００６２】
このようなレーザー光は、前記バッファ層の形成（Ｓ２）と同様に、ＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適である。
【００６３】
なお、必要に応じて、前記バッファ層の形成（Ｓ２）と同様に、バッファ層３２の表面にイオンビームを照射しつつ、下部電極４２を形成するようにしてもよい。これにより、より効率よく下部電極４２を形成することができる。
【００６４】
また、下部電極４２の形成における各条件は、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、バッファ層３２上に到達し、かつ、下部電極４２がエピタキシャル成長し得るものであればよく、例えば、次のようにすることができる。
【００６５】
レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下程度とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下程度とするのがより好ましい。
【００６６】
レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ^２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ^２以上とするのがより好ましい。
【００６７】
バッファ層３２が形成された基板１１の温度は、３００〜８００℃程度とするのが好ましく、４００〜７００℃程度とするのがより好ましい。
【００６８】
なお、イオンビームの照射を併用する場合には、この温度は、０〜１００℃程度とするのが好ましく、３０〜７０℃程度とするのが好ましい。
【００６９】
バッファ層１２が形成された基板１１と第２ターゲットとの距離は、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００７０】
また、真空装置内の圧力は、例えば、酸素ガス供給下で１×１０^−３Ｔｏｒｒ以上とするのが好ましく、原子状酸素ラジカル供給下で１×１０^−５Ｔｏｒｒ以上とするのが好ましい。
【００７１】
なお、イオンビームの照射を併用する場合には、真空装置内の圧力は、１×１０^−１Ｔｏｒｒ以下とするのが好ましく、１×１０^−３Ｔｏｒｒ以下とするのがより好ましい。また、この場合、真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【００７２】
下部電極４２の形成における各条件を、それぞれ、前記範囲とすると、さらに効率よく下部電極４２を形成することができる。
【００７３】
また、このとき、レーザー光の照射時間を適宜設定することにより、下部電極４２の平均厚さを前述したような範囲に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるが、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。
【００７４】
またレーザアブレーション法に限らず、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法などの公知の薄膜作製法をとってもよい。
【００７５】
以上のようにして、下部電極４２が得られる。
【００７６】
圧電体薄膜の形成（Ｓ５）
続いて図４（Ｓ５）に示すように、下部電極４２上に、圧電体薄膜４３を成膜する。本実施形態ではＰｂ（Ｚｒ_０．５６Ｔｉ_０．４４）Ｏ_３の組成からなるＰＺＴ膜を例えばゾル・ゲル法で成膜する。すなわち、金属アルコキシド等の金属有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて非晶質膜である圧電体前駆体膜を成膜し、更に焼成によって結晶化させる。
【００７７】
ＰＺＴはＳＲＯ下部電極の結晶構造の影響をうけて結晶成長する。本実施形態では（１００）配向のＳＲＯ上にＰＺＴを成膜するため、（１００）配向のＰＺＴ薄膜が形成される。圧電体薄膜層の厚みは例えば１μｍ以上２μｍ以下とする。
【００７８】
上部電極の形成（Ｓ６）
次に図４（Ｓ６）に示すように、圧電体薄膜４３上に上部電極４４を形成する。具体的には、上部電極４４として白金（Ｐｔ）等を１００ｎｍの膜厚に直流スパッタ法で成膜する。
【００７９】
（圧電アクチュエータの形成）
図５（Ｓ７）に示すように、圧電体薄膜４３及び上部電極４４を所定形状に加工して圧電アクチュエータを形成する。具体的には、上部電極４４上にレジストをスピンコートした後、圧力室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極４４、圧電体薄膜４３をイオンミリング等でエッチングする。以上の工程により、圧電体薄膜素子４０を備えた圧電アクチュエータが形成される。
【００８０】
（インクジェット式記録ヘッドの形成）
図５（Ｓ８）に示すように、圧力室基板２０に圧力室２１を形成する。本実施形態では圧力室基板２０として（１１０）配向のＳｉ基板を用いているので、圧力室２１の形成方法としては異方性エッチングを用いる。エッチングされずに残った部分は側壁２２となる。
【００８１】
最後に、図５（Ｓ９）に示すように、樹脂等を用いてノズル板１０を圧力室基板２０に接合する。ノズル板１０を圧力室基板２０に接合する際には、ノズル１１が圧力室２１の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。以上の工程により、インクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００８２】
なお、本発明の液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置に用いられるインクを吐出するヘッド以外にも、液晶ディスプレイ等のためのカラーフィルタの製造に用いられる色材を含む液体を吐出するヘッド、有機ＥＬディスプレイや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を含む液体を吐出するヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出するヘッド等、種々の液体を噴射するヘッドに適用することが可能である。
【発明の効果】
本発明によれば、下部電極として（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウムを用いた場合に最適な層構成を備えた圧電アクチュエータを提供することができ、圧電体薄膜の面内方位と圧電素子の伸縮方向を調整することで、効率よく振動板を撓ませることができる。そして、この圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータを備えたインクジェットプリンタの構成図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】本発明の製造方法によって製造されるインクジェット式記録ヘッドおよび圧電アクチュエータの層構造を説明する断面図である。
【図４】本実施形態の圧電アクチュエータの製造工程断面図である。
【図５】本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【符号の説明】
２０…圧力室基板（Ｓｉ基板）、３０…振動板、３１…絶縁膜、３２…バッファ層、４２…下部電極、４３…圧電体薄膜、４４…上部電極、２１…圧力室、１０…ノズル板、１１…ノズル

Claims

Ｓｉ基板上に形成された、ＳｉＯ_２又はＳｉＯ_２とＺｒＯ_２との積層構造からなる振動板と、
前記振動板上に形成された、（１００）配向又は（１１０）配向のＳｒＯからなるバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された、ペロブスカイト構造を有する（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウムを備えた下部電極と、
前記下部電極上に形成された、菱面体晶系でかつ（１００）配向のＰＺＴからなる圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された上部電極と、
を備えた、圧電アクチュエータ。
請求項１において、
前記下部電極は、単層のルテニウム酸ストロンチウムもしくは第１および第２のルテニウム酸ストロンチウム間にイリジウムもしくは白金の層を挟み込んだ構造より成り、
前記単層のルテニウム酸ストロンチウムおよび前記第１および第２のルテニウム酸ストロンチウムのうち少なくとも前記圧電体層側の層は、ＳｒＲｕＯ_３で表される組成を有する圧電アクチュエータ。
請求項１又は請求項２において、
前記バッファ層は、前記振動板及び前記下部電極に全体を覆われた、圧電アクチュエータ。
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧電アクチュエータを備え、
前記圧電アクチュエータに備えられた前記振動板の振動により容積変化可能に構成された圧力室を前記Ｓｉ基板に備えた、液体吐出ヘッド。
請求項４に記載の液体吐出ヘッドを印字手段として備えた液体吐出装置。