JP4516166B2 - Method for manufacturing ink jet recording head - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速動作に適した強誘電体素子に係わり、特に、高周波駆動に適した圧電体素子及び高周波の読み出し/書き込みに適した不揮発性強誘電体メモリ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
強誘電性を示す複合酸化物の結晶性材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等には、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、及び焦電効果等の多くの機能をもつので、広範なデバイス開発に応用されている。例えば、その圧電性を利用して圧電体素子として、分極特性を利用してデータの読み出し/書き込みを行うFRAM(Ferroelectric Random Access Memory)等の不揮発性強誘電体メモリ素子に、焦電性を利用して赤外線リニアアレイセンサに、また、その電気光学効果を利用して導波路型光変調器にと、様々な方面で用いられている。このように強誘電体材料を用いた強誘電体素子は多様な機能を有するため、機能素子とも呼ばれる。
【0003】
例えば、圧電体素子用の強誘電体材料としては、一般には鉛、ジルコニウム、チタン等を含有し、Aサイトは鉛等の2価イオン、BサイトはZr,Ti等の4価イオンで構成されるABO3 型ペロブスカイト(perovskite)型結晶構造を有するPZT系材料が用いられている。具体的には、Bサイトを平均的に4価としたPb( Ni1/21/2 )O3 、Pb( Co1/3Nb2/3 )O3 、Pb( Ni1/3Nb2/3 )O3 などの複合ペロブスカイト化合物とPZTとの固溶体が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような強誘電体材料の選定は、誘電率、電気機械結合係数、圧電歪定数や、電界誘起による機械的変位の大きな組成物を探索することによって行われる。本発明者は強誘電体材料の結晶構造が圧電特性に与える影響を考慮し、特開平10−81016号公報において、優先配向方位が(111)面方位、或いは(100)面方位である菱面体晶系のPZT系圧電材料が良好な圧電特性を示すことを提案した。
【0005】
しかし、一般的にPZT系材料において、誘電率、電気機械結合係数、圧電歪定数や、電界誘起による機械的変位が最大の値を示すのは、菱面体晶系(rhombohedoral)と正方晶系(tetragonal)の結晶相境界(morphotropic phase boundary:以下、MPBという)のように複数の晶系が混在する状態、或いは疑似立方晶系(psudocubic)であることが判明しており、上述した結晶構造、例えば、面方位(111)優先配向の結晶構造においてMPB近傍の組成を用いて圧電体素子を構成すると、結晶粒の配向方位によって当該素子を駆動するときの電圧印加でドメインの回転を伴う場合が生じる。
【0006】
かかるドメインの回転をアクチュエータとして利用すると、ドメインの回転が戻るのに時間を要するため、高速駆動ができないという不都合が生じる。特に、圧電体素子をインクジェット式記録ヘッドのインク吐出駆動源とする場合、14kHz乃至28kHz程度の駆動周波数において高い変位特性を得ることができないという不都合が生じる。
【0007】
また、本発明者は上記の結晶構造の他に、結晶系が正方晶で(001)に優先配向している結晶構造、結晶系が正方晶で(111)に優先配向している結晶構造、結晶系が菱面体晶で(111)に優先配向している結晶構造のそれぞれについても実験を行ったところ、これらいずれの結晶構造においてもMPB近傍の組成を使用するとドメインの回転が生じ、高速駆動に適さないことが判明した。
【0008】
また、PZT系材料はその分極特性を利用して不揮発性強誘電体メモリ素子にも応用されているが、当該メモリ素子の高周波の読み出し/書き込みにおいても上記のような問題が生じていた。
【0009】
そこで、本発明は上記問題点を解決するべく、ドメインの回転を伴わずに高速動作を可能とする強誘電体素子をインク吐出駆動源とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【0010】
本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、インク吐出駆動源として機能する圧電体素子の機械的変位によって内容積が変化する加圧室と、当該加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、(110)面方位の単結晶基板を用いて前記加圧室が加工される基板上に、振動板膜を介してIrとTiの2層からなる前記圧電体素子の下部電極を形成する工程と、該下部電極上に厚さ30nmのTiからなる層を形成する工程と、該Tiからなる層上に組成がPb(Zr0.56Ti0.44)O3で、MPB(結晶相境界)近傍のペロブスカイト結晶構造及び(110)の優先配向をもつ前記圧電体素子の圧電体層をエピタキシャル成長させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【0011】
強誘電体素子をかかる構成とすることで、ドメインの回転を伴わずに強誘電体素子を駆動させることができる。例えば、強誘電体膜が正方晶の場合、強誘電体素子の優先配向面を(110)面に選ぶと、6つの分極軸のうち2つは(110)面に対して平行であるから、強誘電体素子に印加した電圧によって上記2つの分極軸は変位しない。また、残りの4つの分極軸のうち2つは(110)面に対して上向きに45°の角度を成し、2つは(110)面に対して下向きに45°の角度を成しているため、分極処理により後者の2つの分極軸を180°反転させることで両者は(110)面の法線に対して対称となるため、強誘電体素子に電圧を印加してもドメインの回転を伴わない。
【0012】
また同様に強誘電体膜が菱面体晶の場合、強誘電体素子の優先配向面を(110)面に選ぶと、8つの分極軸のうち4つは(110)面に対して平行であるから、強誘電体素子に印加した電圧によって上記2つの分極軸は変位しない。また、残りの4つの分極軸のうち2つは(110)面に対して上向きに約35°の角度を成し、2つは(110)面に対して下向きに約35°の角度を成しているため、分極処理により後者の2つの分極軸を180°反転させることで両者は(110)面の法線に対して対称となるため、強誘電体素子に電圧を印加してもドメインの回転を伴わない。従って、上記の構成により高速駆動可能な強誘電体素子を提供することができる。
【0013】
また、強誘電体膜は(110)面方位にエピタキシャル成長した薄膜であることが好ましい。エピタキシャル成長させることで(110)面方位の配向度を高めることができる。
【0014】
強誘電体膜として、例えば、ABO型のペロブスカイト結晶構造を有する複合酸化物の結晶性材料が好ましい。この場合、(A)BOのように添加物を含んだり、A(B)Oのように多成分系としてもよい。強誘電体膜の具体例として、チタン酸ジルコン酸鉛が好適である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施の形態について説明する。
【0021】
図1は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100、本体102、トレイ103、ヘッド駆動機構106を備えて構成されている。インクジェット式記録ヘッド100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101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100のインク吐出タイミング及びヘッド駆動機構106の走査を制御し、高精度なインクドット制御、ハーフトーン処理等を実現する。また、本体102は背面にトレイ103を備えるとともに、その内部にオートシードフィーダ(自動連続給紙機構)105を備え、記録用紙107を自動的に送り出し、正面の排出口104から記録用紙107を排紙する。記録用紙107として、普通紙、専用紙、推奨OHPシート、光沢紙、光沢フィルム、レベルシート、官製葉書等が利用できる。
【0022】
図2はインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。ここではインクの共通流路が加圧室基板内に設けられるタイプを示す。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドは加圧室基板1、ノズルプレート2及び基体3から構成される。加圧室基板1は(110)面方位のシリコン単結晶基板がエッチング加工された後、各々に分離される。加圧室基板1には複数の短冊状の加圧室10が設けられ、全ての加圧室(キャビティ)10にインクを供給するための共通流路12を備える。加圧室10の間は側壁11により隔てられている。加圧室基板1の基体3側にはインク吐出駆動源として圧電体素子が取り付けられている。各圧電体素子からの配線はフレキシブルケーブルである配線基板4に収束され、プリントエンジン部によって制御される。
【0023】
ノズルプレート2は加圧室基板1に貼り合わされる。ノズルプレート2における加圧室10の対応する位置にはインク滴を吐出するためのノズル(吐出口)21が形成されている。ノズル21は印字の際のインクジェット式記録ヘッドの主走査方向と略平行方向にライン状に列設されており、ノズル間のピッチは印刷精度に応じて適宜設定される。例えば、1440dpi×720dpiの解像度を設定すると、ノズル径は極細になるため、超微小のインクドットにより高精細な印字が可能になる。各色のノズル数は、カラー印字精度に応じて定められ、例えば、黒色32ノズル、カラー各色32ノズル等が設定される。基体3はプラスチック等で形成されており、加圧室基板1の取付台となる。
【0024】
図3(F)はインクジェット式記録ヘッドの主要部の断面図である。加圧室基板1には加圧室10がエッチング加工により形成されている。加圧室10の上面には振動板膜として機能する下地層5が成膜されており、当該下地層5上には圧電体素子9が形成されている。圧電体素子9は本発明の強誘電体素子の一例である。当該素子の機械的変位は加圧室10内の内容積を変化させ、加圧室10に充填されているインクをノズル21から吐出する。同図(C)に示すように、圧電体素子9は下部電極6、圧電体膜7及び上部電極8を備えて構成されている。圧電体素子9は圧電アクチュエータ、マイクロアクチュエータ、電気機械変換素子或いは微小変位制御素子とも呼ばれる。
【0025】
圧電体膜7は(110)面方位に優先配向処理がなされたMPB近傍のPZT(PbZrX Ti1-X3 )系材料から成膜されたものである。圧電体膜7としてPZT膜を採用する場合は、二成分系を主成分とするもの、或いはこの二成分系に第三成分を加えた三成分系を主成分とするものが好適である。二成分系PZTの好ましい具体例としては、
Pb(ZrxTi1-x)O3+YPbO
の化学式で表わされる組成を有するものが挙げられる。ここで、上記X、Yは、
0.40≦X≦0.60, 0≦Y≦0.30
の関係を有するものが好ましい。
【0026】
また、三成分系PZTの好ましい具体例としては、前記二成分系のPZTに、例えば、第三成分を添加した以下に示す化学式で表わされる組成を有するものが挙げられる。
【0027】
PbTiaZrb(Agh)c3+ePbO+(fMgO)n
ここで、Aは、Mg,Co,Zn,Cd,Mn及びNiからなる群から選択される2価の金属またはSb,Y,Fe,Sc,Yb,Lu,In及びCrからなる群から選択される3価の金属を表す。また、Bは、Nb,Ta及びSbからなる群から選択される5価の金属、またはW及びTeからなる群から選択される6価の金属を表す。また、
a+b+c=1,
0.35≦a≦0.55, 0.25≦b≦0.55,
0.1≦c≦0.40,0≦e≦0.30, 0≦f≦0.15
g=f=0.5, n=0
であるが、Aが3価の金属であり、かつBが6価の金属でなく、また、Aが2価の金属であり、かつBが5価の金属である場合、gは1/3であり、hは2/3である。また、AはMg、BがNbの場合に限り、nは1を表す。
【0028】
三成分系のより好ましい具体例としては、マグネシウムニオブ酸鉛、すなわち、AがMgであり、BがNbであり、gが1/3、hが2/3であるものが挙げられる。
【0029】
さらに、これら二成分系PZT及び三成分系PZTのいずれであっても、その圧電特性を改善するために、微量のBa,Sr,La,Nd,Nb,Ta,Sb,Bi,W,Mo及びCa等が添加されてもよい。とりわけ、三成分系では0.1モル%以下のSr,Baの添加が圧電特性の改善に一層好ましい。また、三成分系では、0.10モル%以下のMn,Niの添加が、その焼結性を改善するので好ましい。
【0030】
その他、圧電体膜7の具体例として例えば、Pb(Zn、Nb)OとPbTiOの固溶体(PMN−PT)、Pb(Mg、Nb)OとPbTiOの固溶体(PZN−PT)、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウムバリウム(SrBa1−XTiO)等がある。
【0031】
次に、図3乃至図5を参照して圧電体素子の製造工程を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。
(実施例1)
図3(A)に示すように、直径100mm、厚さ220μmを有する面方位(110)のシリコン単結晶基板から成る加圧室基板1上に下地層5としてせリア(CeO)を電子線蒸着法により0.5μmの厚さにエピタキシャル成長させて成膜した。続いて下部電極6となる白金を下地層2上にエピタキシャル成長させて100nm程度の厚みに成膜した後、同図(B)に示すように、強誘電体材料を構成する有機金属原料を気化した原料ガスと酸素含有ガス、キャリアガス等の供給量を適宜調整しながら、圧電体膜7をCVD法によりエピタキシャル成長させて1μm程度の厚みに成膜した。
【0032】
一般にバルクのPZTの場合、室温付近の結晶系はX線回折測定による結晶相同定の結果、ペロブスカイト構造におけるBサイトの構成元素比、即ち、Zr/Tiのモル比が0/1以上で0.53/0.47未満の範囲にあるときは正方晶系を構成し、0.53/0.47を超えて0.90/0.10以下の範囲にあるときは菱面体晶系を構成し、Zr/Tiのモル比が0.53/0.47近傍においては正方晶/菱面体晶の結晶相境界、即ち、MPBが存在することが結晶学的に判明している。そこで、本実施例ではZr/Tiのモル比を0.56/0.44とし、圧電体膜7をMPB近傍の結晶構造とした。下地層5及び下部電極6は(110)面方位に優先配向しているため、下部電極6上にエピタキシャル成長した圧電体膜7も(110)面方位に優先配向している。
【0033】
さらに、同図(C)に示すように、圧電体膜7上に上部電極8として白金を100nmの膜厚にDCスパッタ法で成膜した。以上の工程を経て上部電極8、圧電体膜7及び下部電極6から成る圧電体素子9が得られる。
【0034】
当該圧電体素子9をインク吐出駆動源とするインクジェット式記録ヘッドを製造する場合にはさらに以下の製造工程を実行する。
【0035】
上部電極8上にレジストをスピンコートし、加圧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8、圧電体膜7及び下部電極6をエッチングし、加圧室が形成されるべき位置に対応して圧電体素子9を分離した(同図(D))。下地層5は加圧室を加圧するための振動板として機能する。続いて、加圧室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いたドライエッチングにより、予め定められた深さまで加圧室基板1をエッチングし、加圧室10を形成した(同図(E))。エッチングされずに残った部分は側壁11となる。ドライエッチングの他に、例えば80℃に保温された濃度10%の水酸化カリウム水溶液を用いて加圧室基板1を異方性ウエットエッチングすることもできる。この場合には異方性ウエットエッチングにより容易に加圧室10の高密度配列を形成できる。
【0036】
最後に、同図(F)に示すように、樹脂等を用いてノズルプレート2を加圧室基板1に接合した。ノズル21はリソグラフィ法、レーザ加工、FIB加工、放電加工等を利用してノズルプレート2の所定位置に開口することで形成することができる。ノズルプレート2を加圧室基板1に接合する際には、各ノズル21が加圧室10の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。ノズルプレート2を接合した加圧室基板1を基体3に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッドが完成する。
【0037】
本実施例によれば、エピタキシャル成長により圧電体膜7は(110)面方位に強く配向し、且つMPB近傍の結晶構造を有しているため、圧電体素子9をアクチュエータとして使用する場合にドメインの回転を伴わなずに駆動することができる。従って、高速駆動に適した圧電体素子9を製造することができる。
【0038】
尚、上記の例では下地層5としてセリアを成膜したが、これに替えてセリア/セリアジルコニア(CeO/CeZrO)を成膜してもよい。また、加圧室基板1として(110)面のシリコン単結晶基板を用いたが、この他に(110)面の単結晶チタン酸ストロンチウム基板(SrTiO:STO)、(110)面の単結晶酸化マグネシウム基板(MgO)を用いても良い。
【0039】
また、これらの単結晶基板と下部電極との間に任意の振動板膜(例えば、エピタキシャル成長した絶縁膜)を介在させてもよい。また、下部電極はエピタキシャル成長できる導電性材料であれば特に限定されるものではなく、白金の他にイリジウムから成る単層、イリジウム層/白金層、白金層/イリジウム層、イリジウム層/白金層/イリジウム層の積層構造としてもよい。
(実施例2)
図4(A)に示すように、シリコン単結晶基板から成る加圧室基板1上に熱酸化法により二酸化珪素膜を1μmの厚みに成膜するとともに、ジルコニウムをターゲットとし、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法で酸化ジルコニウム膜(ZrO)を400nm程度に成膜した。これら二酸化珪素膜と酸化ジルコニウム膜で振動板膜51が構成される。
【0040】
続いて、振動板膜51上に下部電極52を成膜した(同図(B))。下部電極52はイリジウムやチタン、白金等の複数の薄膜の積層構造を有しており、次工程で成膜する圧電体膜54の{110}優先配向度を調整するために適宜その構成が決定される。さらに下部電極52上にPZTの種層となるチタン層53を成膜し(同図(C))、ゾル・ゲル法で圧電体膜54を成膜した(同図(D))。
【0041】
本実施例では圧電体膜54の組成をPb(Zr0.56Ti0.44)Oとし、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛のモル混合比が56:44となる2成分系のPZTとした。かかる圧電体膜54の結晶はMPB近傍にある。圧電体膜54を成膜するために、上記PZTを構成する金属成分の水酸化物の水和錯体、即ち、ゾルを調整した。このゾルを調整するため、2−n−ブトキシエタノールを主溶媒として、これにチタニウムテトライソプロポキシド、テトラ−n−プロポキシジルコニウムを混合し、室温下で20分間攪拌した。次いで、ジエタノールアミンを加えて室温で更に20分間攪拌し、更に酢酸鉛を加え、80℃に加熱した。加熱した状態で20分間攪拌し、その後、室温になるまで自然冷却した。
【0042】
このようにして得られたゾルをチタン層53上に塗布するためにスピンコートした。このとき、膜厚を均一にするために最初は500rpmで30秒間、次に1500rpmで30秒間、最後に500rpmで10秒間、スピンコーティングした。この工程でPZTを構成する各金属原子は有機金属錯体として分散している。ゾルをチタン層53上に塗布した後、180℃で30分間乾燥させ、ホットプレートを用いて空気中において330℃で10分間脱脂した。スピンコートから脱脂までの工程を2回繰り返し、その後、環状炉にて酸素雰囲気中700℃で30分間結晶化熱処理を行った。この工程をさらに7回繰り返すことで合計14層から成る膜厚1.6μmの圧電体膜54を成膜した。
【0043】
このとき、チタン層53の膜厚及び下部電極52の構成をそれぞれ適当に調整することで、圧電体膜54の{110}優先配向度を調整することができる。例えば、チタン層53の膜厚を5nm〜15nmに設定し、下部電極52をIr(膜厚20nm)/Pt(膜厚60nm)/Ir(膜厚20nm)/Ti(膜厚20nm)にすると、圧電体膜54の{110}優先配向度は30%程度になり、チタン層53の膜厚を30nmに設定し、下部電極52の構成をIr(膜厚200nm〜300nm)/Ti(膜厚20nm)にすると、圧電体膜54の{110}優先配向度は60%程度になることが確認できた。
尚、配向度とは、例えば、広角XRD法にて圧電体膜の面方位{XYZ}面の反射強度をI(XYZ)で表したときに、
I(XYZ)/{I(100)+I(110)+I(111)}
と表されるものとする。
【0044】
最後に圧電体膜54上に白金をスパッタ法で成膜し、上部電極55を形成した(同図(E))。以上の工程を経て上部電極55、圧電体膜54、チタン層53及び下部電極52から成る圧電体素子56が得られる。圧電体素子56をインク吐出駆動源としてインクジェット式記録ヘッドを製造する場合には、実施例1で説明した図3(D)〜同図(F)に示す工程に従って所望の加工処理を実行すればよい。
【0045】
圧電体膜54の{110}優先配向度を変えたときの圧電定数d31を図5に示す。同図に示すように、{110}優先配向度が高くなる程、圧電特性が向上することが確認できる。圧電体膜54の{110}優先配向度が高くなる程、圧電体素子56をアクチュエータとして使用する際にドメインの回転を伴わなくなるため、高周波駆動に適したインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
(他の実施例)本発明の強誘電体素子は上述した圧電体素子の他に、不揮発性強誘電体メモリ素子の電荷蓄積キャパシタとしても利用することができる。不揮発性強誘電体メモリ素子は強誘電体膜の分極の反転を利用して情報の読み出し/書き込みを行うため、MPB近傍の結晶構造を有し、且つ(110)優先配向をもつPZT系強誘電体薄膜を蓄積容量の容量絶縁膜として用いることで高周波の読み出し/書き込みに適した不揮発性強誘電体メモリ素子を提供することができる。また、かかる強誘電体膜を用いれば、従来よりも実効的に残留分極量を大きくできるため、メモリセルのサイズを小さくすることができ、不揮発性強誘電体メモリ素子の集積度を高めることができる。
【0046】
また、本発明の強誘電体素子は上記の他に、フィルタ、遅延線、リードセレクタ、音叉発振子、音叉時計、トランシーバ、圧電ピックアップ、圧電イヤホン、圧電マイクロフォン、SAWフィルタ、RFモジュレータ、共振子、遅延素子、マルチストリップカプラ、圧電加速度計、圧電スピーカ等に応用することができる
【発明の効果】
本発明によれば、ドメインの回転を伴わずに高速動作可能な強誘電体素子を提供することができる。特に、本発明の強誘電体素子をインクジェット式記録ヘッドのインク吐出駆動源として用いることで高周波数特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを提供することができる。
【0047】
また、本発明によれば、高周波の読み出し/書き込み可能な不揮発性強誘電体メモリ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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】インクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【図4】圧電体素子の製造工程断面図である。
【図5】圧電体膜の{110}優先配向度に対する圧電定数d31のグラフである。
【符号の説明】
1…加圧室基板、2…ノズルプレート、3…基体、4…配線基板、5…下地層、6…下部電極、7…圧電体膜、8…上部電極、9…圧電体素子、10…加圧室、11…側壁、12…共通流路、21…ノズル、51…振動板膜、52…下部電極、53…チタン層、54…圧電体膜、55…上部電極、56…圧電体素子、100…インクジェット式記録ヘッド、101…インクカートリッジ、102…本体、103…トレイ、104…排出口、105…オートシートフィーダ、106…ヘッド駆動機構、107…記録用紙
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferroelectric element suitable for high-speed operation, and more particularly to a piezoelectric element suitable for high-frequency driving and a nonvolatile ferroelectric memory element suitable for high-frequency reading / writing.
[0002]
[Prior art]
Ferroelectric composite oxide crystalline materials, such as lead zirconate titanate, barium titanate, lithium niobate, etc., spontaneous polarization, high dielectric constant, electro-optic effect, piezoelectric effect, pyroelectric effect And so on, it has been applied to a wide range of device development. For example, as a piezoelectric element using the piezoelectricity, pyroelectricity is used for a non-volatile ferroelectric memory element such as a FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) that reads / writes data using polarization characteristics. It is used in various fields such as an infrared linear array sensor and a waveguide type optical modulator utilizing its electro-optic effect. Since the ferroelectric element using the ferroelectric material has various functions, it is also called a functional element.
[0003]
For example, ferroelectric materials for piezoelectric elements generally contain lead, zirconium, titanium, etc., the A site is composed of divalent ions such as lead, and the B site is composed of tetravalent ions such as Zr, Ti. A PZT material having an ABO 3 type perovskite type crystal structure is used. Specifically, Pb (Ni 1/2 W 1/2 ) O 3 , Pb (Co 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (Ni 1/3 Nb) having an average tetravalent B site. 2/3 ) A solid solution of a complex perovskite compound such as O 3 and PZT is known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, selection of such a ferroelectric material is performed by searching for a composition having a large dielectric displacement, an electromechanical coupling coefficient, a piezoelectric strain constant, and a mechanical displacement induced by an electric field. The present inventor considered the influence of the crystal structure of the ferroelectric material on the piezoelectric characteristics, and in Japanese Patent Laid-Open No. 10-81016, the rhombohedral whose preferred orientation direction is the (111) plane orientation or the (100) plane orientation. It was proposed that the crystalline PZT piezoelectric material exhibits good piezoelectric properties.
[0005]
However, in general, in the PZT-based material, the dielectric constant, electromechanical coupling coefficient, piezoelectric strain constant, and electric field-induced mechanical displacement show the maximum values because of rhombohedral and tetragonal ( It has been found that a plurality of crystal systems such as tetragonal (morphotropic phase boundary: hereinafter referred to as MPB) are mixed, or pseudo cubic (psudocubic). For example, when a piezoelectric element is formed using a composition in the vicinity of MPB in a crystal structure with a plane orientation (111) preferential orientation, there is a case where a domain is rotated by voltage application when the element is driven by the orientation orientation of crystal grains. Arise.
[0006]
When such domain rotation is used as an actuator, it takes time for the domain rotation to return, which causes a disadvantage that high-speed driving cannot be performed. In particular, when a piezoelectric element is used as an ink discharge drive source for an ink jet recording head, there arises a disadvantage that high displacement characteristics cannot be obtained at a drive frequency of about 14 kHz to 28 kHz.
[0007]
In addition to the above crystal structure, the present inventor has a crystal structure in which the crystal system is tetragonal and is preferentially oriented to (001), a crystal structure in which the crystal system is tetragonal and is preferentially oriented to (111), Experiments were also conducted on each of the crystal structures in which the crystal system is rhombohedral and preferentially oriented to (111). When the composition near the MPB is used in any of these crystal structures, domain rotation occurs, resulting in high-speed driving. Turned out to be unsuitable.
[0008]
PZT-based materials are also applied to nonvolatile ferroelectric memory elements by utilizing their polarization characteristics, but the above-described problems also occur in high-frequency reading / writing of the memory elements.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an ink jet recording head using a ferroelectric element capable of high-speed operation without rotation of a domain as an ink discharge drive source in order to solve the above-described problems. And
[0010]
An ink jet recording head manufacturing method according to the present invention includes a pressurizing chamber whose internal volume changes due to mechanical displacement of a piezoelectric element that functions as an ink ejection drive source, and ejects ink droplets in communication with the pressurizing chamber. In a method of manufacturing an ink jet recording head having an ejection port, Ir and Ti 2 are formed on a substrate on which the pressurizing chamber is processed using a single crystal substrate having a (110) plane orientation through a diaphragm film. A step of forming a lower electrode of the piezoelectric element made of a layer, a step of forming a layer made of Ti having a thickness of 30 nm on the lower electrode, and a composition of Pb (Zr 0.56 Ti 0.44 on the layer made of Ti. And a step of epitaxially growing a piezoelectric layer of the piezoelectric element having a perovskite crystal structure in the vicinity of MPB (crystal phase boundary) and a preferential orientation of (110) with O 3 .
[0011]
By adopting such a configuration of the ferroelectric element, it is possible to drive the ferroelectric element without rotating the domain. For example, when the ferroelectric film is a tetragonal crystal, if the preferred orientation plane of the ferroelectric element is selected as the (110) plane, two of the six polarization axes are parallel to the (110) plane. The two polarization axes are not displaced by the voltage applied to the ferroelectric element. Also, two of the remaining four polarization axes form an angle of 45 ° upward with respect to the (110) plane, and two form an angle of 45 ° downward with respect to the (110) plane. Therefore, by reversing the latter two polarization axes by 180 ° by polarization processing, both are symmetric with respect to the normal line of the (110) plane, so that the rotation of the domain occurs even when a voltage is applied to the ferroelectric element. Not accompanied.
[0012]
Similarly, when the ferroelectric film is rhombohedral, when the preferential orientation plane of the ferroelectric element is selected as the (110) plane, four of the eight polarization axes are parallel to the (110) plane. Thus, the two polarization axes are not displaced by the voltage applied to the ferroelectric element. Of the remaining four polarization axes, two form an angle of approximately 35 ° upward with respect to the (110) plane, and two form an angle of approximately 35 ° downward with respect to the (110) plane. Therefore, by inverting the latter two polarization axes by 180 ° by polarization processing, both are symmetric with respect to the normal line of the (110) plane, so that the domain can be applied even if a voltage is applied to the ferroelectric element. Without rotation. Therefore, it is possible to provide a ferroelectric element that can be driven at a high speed by the above configuration.
[0013]
The ferroelectric film is preferably a thin film epitaxially grown in the (110) plane orientation. The degree of orientation in the (110) plane orientation can be increased by epitaxial growth.
[0014]
As the ferroelectric film, for example, a composite oxide crystalline material having an ABO 3 type perovskite crystal structure is preferable. In this case, an additive may be included such as (A 1 A 2 ) BO 3 or a multicomponent system such as A (B 1 B 2 ) O 3 may be used. As a specific example of the ferroelectric film, lead zirconate titanate is suitable.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ink jet printer. The ink jet printer mainly includes an ink jet recording head 100, a main body 102, a tray 103, and a head driving mechanism 106. The ink jet recording head 100 includes a total of four ink cartridges 101 of yellow, magenta, cyan, and black, and is configured to be capable of full color printing. In addition, this ink jet printer includes a dedicated controller board and the like, and controls ink ejection timing of the ink jet recording head 100 and scanning of the head driving mechanism 106 to perform highly accurate ink dot control, halftone processing, and the like. Is realized. In addition, the main body 102 includes a tray 103 on the back surface and an auto seed feeder (automatic continuous paper feeding mechanism) 105 inside the main body 102 to automatically feed the recording paper 107 and eject the recording paper 107 from the front discharge port 104. Make paper. As the recording paper 107, plain paper, exclusive paper, recommended OHP sheet, glossy paper, glossy film, level sheet, government postcard, and the like can be used.
[0022]
FIG. 2 is an exploded perspective view of the ink jet recording head. Here, a type in which a common ink flow path is provided in the pressurizing chamber substrate is shown. As shown in the figure, the ink jet recording head includes a pressurizing chamber substrate 1, a nozzle plate 2, and a base 3. The pressurizing chamber substrate 1 is separated into each after a silicon single crystal substrate having a (110) plane orientation is etched. The pressurizing chamber substrate 1 is provided with a plurality of strip-shaped pressurizing chambers 10 and includes a common flow path 12 for supplying ink to all the pressurizing chambers (cavities) 10. The pressurizing chambers 10 are separated by side walls 11. A piezoelectric element is attached to the base 3 side of the pressurizing chamber substrate 1 as an ink discharge drive source. The wiring from each piezoelectric element is converged on the wiring board 4 which is a flexible cable, and is controlled by the print engine unit.
[0023]
The nozzle plate 2 is bonded to the pressurizing chamber substrate 1. A nozzle (ejection port) 21 for ejecting ink droplets is formed at a position corresponding to the pressurizing chamber 10 in the nozzle plate 2. The nozzles 21 are arranged in a line in a direction substantially parallel to the main scanning direction of the ink jet recording head at the time of printing, and the pitch between the nozzles is appropriately set according to the printing accuracy. For example, if a resolution of 1440 dpi × 720 dpi is set, the nozzle diameter becomes extremely fine, and therefore high-definition printing is possible with ultra-fine ink dots. The number of nozzles for each color is determined according to the color printing accuracy. For example, 32 nozzles for black and 32 nozzles for each color are set. The base 3 is made of plastic or the like and serves as a mounting base for the pressurizing chamber substrate 1.
[0024]
FIG. 3F is a cross-sectional view of the main part of the ink jet recording head. A pressurizing chamber 10 is formed on the pressurizing chamber substrate 1 by etching. An underlayer 5 that functions as a diaphragm film is formed on the upper surface of the pressurizing chamber 10, and a piezoelectric element 9 is formed on the underlayer 5. The piezoelectric element 9 is an example of a ferroelectric element of the present invention. The mechanical displacement of the element changes the internal volume in the pressurizing chamber 10 and ejects ink filled in the pressurizing chamber 10 from the nozzle 21. As shown in FIG. 2C, the piezoelectric element 9 includes a lower electrode 6, a piezoelectric film 7, and an upper electrode 8. The piezoelectric element 9 is also called a piezoelectric actuator, a microactuator, an electromechanical conversion element, or a minute displacement control element.
[0025]
The piezoelectric film 7 is one which is formed from PZT (PbZr X Ti 1-X O 3) based material MPB vicinity preferential orientation treatment is made on (110) plane orientation. When a PZT film is adopted as the piezoelectric film 7, a film mainly composed of a two-component system or a film composed mainly of a three-component system obtained by adding a third component to the two-component system is suitable. Preferred specific examples of the binary PZT include
Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 + YPbO
Those having a composition represented by the chemical formula: Here, X and Y are
0.40 ≦ X ≦ 0.60, 0 ≦ Y ≦ 0.30
Those having the following relationship are preferable.
[0026]
Further, preferred specific examples of the ternary PZT include those having a composition represented by the following chemical formula in which, for example, a third component is added to the two-component PZT.
[0027]
PbTi a Zr b (A g B h) c O 3 + ePbO + (fMgO) n
Here, A is selected from a divalent metal selected from the group consisting of Mg, Co, Zn, Cd, Mn and Ni or a group consisting of Sb, Y, Fe, Sc, Yb, Lu, In and Cr. Represents a trivalent metal. B represents a pentavalent metal selected from the group consisting of Nb, Ta and Sb, or a hexavalent metal selected from the group consisting of W and Te. Also,
a + b + c = 1,
0.35 ≦ a ≦ 0.55, 0.25 ≦ b ≦ 0.55
0.1 ≦ c ≦ 0.40, 0 ≦ e ≦ 0.30, 0 ≦ f ≦ 0.15
g = f = 0.5, n = 0
Where A is a trivalent metal, B is not a hexavalent metal, A is a divalent metal, and B is a pentavalent metal, g is 1/3 And h is 2/3. Further, n represents 1 only when A is Mg and B is Nb.
[0028]
More preferable specific examples of the ternary system include lead magnesium niobate, that is, A is Mg, B is Nb, g is 1/3, and h is 2/3.
[0029]
Further, in any of these two-component PZT and three-component PZT, in order to improve the piezoelectric characteristics, a small amount of Ba, Sr, La, Nd, Nb, Ta, Sb, Bi, W, Mo and Ca etc. may be added. In particular, in a three-component system, addition of 0.1 mol% or less of Sr and Ba is more preferable for improving the piezoelectric characteristics. Further, in the case of a ternary system, addition of 0.10 mol% or less of Mn and Ni is preferable because the sinterability is improved.
[0030]
Other specific examples of the piezoelectric film 7 include, for example, a solid solution of Pb (Zn, Nb) O 3 and PbTiO 3 (PMN-PT), a solid solution of Pb (Mg, Nb) O 3 and PbTiO 3 (PZN-PT), Examples thereof include barium titanate (BaTiO 3 ) and strontium barium titanate (Sr X Ba 1-X TiO 3 ).
[0031]
Next, the manufacturing process of the piezoelectric element will be described together with the manufacturing process of the ink jet recording head with reference to FIGS.
Example 1
As shown in FIG. 3A, the rear layer (CeO 2 ) is formed as an underlayer 5 on the pressurizing chamber substrate 1 made of a silicon single crystal substrate having a surface orientation (110) having a diameter of 100 mm and a thickness of 220 μm. A film was formed by epitaxial growth to a thickness of 0.5 μm by vapor deposition. Subsequently, platinum serving as the lower electrode 6 was epitaxially grown on the underlayer 2 to form a film having a thickness of about 100 nm, and then the organometallic raw material constituting the ferroelectric material was vaporized as shown in FIG. While appropriately adjusting the supply amounts of the source gas, the oxygen-containing gas, the carrier gas, etc., the piezoelectric film 7 was epitaxially grown by the CVD method to a thickness of about 1 μm.
[0032]
In general, in the case of bulk PZT, as a result of crystal phase identification by X-ray diffraction measurement for a crystal system near room temperature, the constituent element ratio of the B site in the perovskite structure, that is, the molar ratio of Zr / Ti is 0/1 or more and 0. When it is in the range of less than 53 / 0.47, it constitutes a tetragonal system, and when it is in the range of more than 0.53 / 0.47 and not more than 0.90 / 0.10, it constitutes a rhombohedral system. It has been found crystallographically that a tetragonal / rhombohedral crystal phase boundary, that is, MPB exists when the molar ratio of Zr / Ti is around 0.53 / 0.47. Therefore, in this example, the Zr / Ti molar ratio was 0.56 / 0.44, and the piezoelectric film 7 had a crystal structure near the MPB. Since the underlayer 5 and the lower electrode 6 are preferentially oriented in the (110) plane orientation, the piezoelectric film 7 epitaxially grown on the lower electrode 6 is also preferentially oriented in the (110) plane orientation.
[0033]
Further, as shown in FIG. 3C, platinum was deposited on the piezoelectric film 7 as the upper electrode 8 to a thickness of 100 nm by DC sputtering. Through the above steps, the piezoelectric element 9 including the upper electrode 8, the piezoelectric film 7, and the lower electrode 6 is obtained.
[0034]
When manufacturing an ink jet recording head using the piezoelectric element 9 as an ink discharge drive source, the following manufacturing process is further executed.
[0035]
A resist is spin-coated on the upper electrode 8, and exposure and development are performed and patterned in accordance with the position where the pressurizing chamber is to be formed. Using the remaining resist as a mask, the upper electrode 8, the piezoelectric film 7 and the lower electrode 6 were etched to separate the piezoelectric element 9 corresponding to the position where the pressurizing chamber was to be formed ((D) in the figure). The underlayer 5 functions as a diaphragm for pressurizing the pressurizing chamber. Subsequently, an etching mask is applied in accordance with the position where the pressurizing chamber is to be formed, and the pressurizing chamber substrate 1 is moved to a predetermined depth by dry etching using an active gas such as parallel plate type reactive ion etching. Etching was performed to form the pressurizing chamber 10 ((E) in the figure). The portion that remains without being etched becomes the side wall 11. In addition to dry etching, the pressure chamber substrate 1 can be anisotropically wet etched using, for example, a 10% potassium hydroxide aqueous solution kept at 80 ° C. In this case, a high-density array of the pressure chambers 10 can be easily formed by anisotropic wet etching.
[0036]
Finally, as shown in FIG. 5F, the nozzle plate 2 was joined to the pressurizing chamber substrate 1 using a resin or the like. The nozzle 21 can be formed by opening at a predetermined position of the nozzle plate 2 using a lithography method, laser processing, FIB processing, electric discharge processing, or the like. When the nozzle plate 2 is bonded to the pressurizing chamber substrate 1, the nozzles 21 are aligned so as to be arranged corresponding to the respective spaces of the pressurizing chamber 10. When the pressurizing chamber substrate 1 to which the nozzle plate 2 is bonded is attached to the base 3, an ink jet recording head is completed.
[0037]
According to the present embodiment, the piezoelectric film 7 is strongly oriented in the (110) plane orientation by epitaxial growth and has a crystal structure in the vicinity of the MPB. Therefore, when the piezoelectric element 9 is used as an actuator, It can be driven without rotation. Therefore, the piezoelectric element 9 suitable for high-speed driving can be manufactured.
[0038]
In the above example, ceria is formed as the underlayer 5, but ceria / ceria zirconia (CeO 2 / CeZrO 2 ) may be formed instead. In addition, a (110) plane silicon single crystal substrate was used as the pressurizing chamber substrate 1, but in addition to this, a (110) plane single crystal strontium titanate substrate (SrTiO 3 : STO) and a (110) plane single crystal were used. A magnesium oxide substrate (MgO) may be used.
[0039]
Further, an arbitrary diaphragm film (for example, an epitaxially grown insulating film) may be interposed between the single crystal substrate and the lower electrode. The lower electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material that can be epitaxially grown. In addition to platinum, a single layer made of iridium, an iridium layer / platinum layer, a platinum layer / iridium layer, an iridium layer / platinum layer / iridium A layered structure of layers may be used.
(Example 2)
As shown in FIG. 4A, a silicon dioxide film having a thickness of 1 μm is formed on a pressurized chamber substrate 1 made of a silicon single crystal substrate by thermal oxidation, and zirconium is used as a target and oxygen gas is introduced. A zirconium oxide film (ZrO 2 ) was formed to a thickness of about 400 nm by reactive sputtering. The diaphragm film 51 is composed of the silicon dioxide film and the zirconium oxide film.
[0040]
Subsequently, a lower electrode 52 was formed on the diaphragm film 51 ((B) in the same figure). The lower electrode 52 has a laminated structure of a plurality of thin films such as iridium, titanium, platinum, etc., and its configuration is determined as appropriate in order to adjust the {110} preferential orientation degree of the piezoelectric film 54 to be formed in the next process. Is done. Further, a titanium layer 53 serving as a PZT seed layer was formed on the lower electrode 52 (FIG. (C)), and a piezoelectric film 54 was formed by a sol-gel method (FIG. (D)).
[0041]
In this embodiment, the composition of the piezoelectric film 54 is Pb (Zr 0.56 Ti 0.44 ) O 3 , and a two-component PZT in which the molar mixing ratio of lead zirconate and lead titanate is 56:44. . The crystal of the piezoelectric film 54 is in the vicinity of the MPB. In order to form the piezoelectric film 54, a hydrated complex of metal component hydroxide constituting the PZT, that is, a sol was prepared. In order to prepare this sol, 2-n-butoxyethanol was used as a main solvent, and titanium tetraisopropoxide and tetra-n-propoxyzirconium were mixed therein and stirred at room temperature for 20 minutes. Next, diethanolamine was added, and the mixture was further stirred at room temperature for 20 minutes. Further, lead acetate was added and heated to 80 ° C. The mixture was stirred for 20 minutes in the heated state, and then naturally cooled to room temperature.
[0042]
The sol thus obtained was spin-coated for coating on the titanium layer 53. At this time, in order to make the film thickness uniform, spin coating was first performed at 500 rpm for 30 seconds, then at 1500 rpm for 30 seconds, and finally at 500 rpm for 10 seconds. In this step, each metal atom constituting PZT is dispersed as an organometallic complex. The sol was applied on the titanium layer 53, dried at 180 ° C. for 30 minutes, and degreased in air at 330 ° C. for 10 minutes using a hot plate. The steps from spin coating to degreasing were repeated twice, and thereafter, a crystallization heat treatment was performed in an annular atmosphere at 700 ° C. for 30 minutes. This process was further repeated 7 times to form a 1.6 μm-thick piezoelectric film 54 having a total of 14 layers.
[0043]
At this time, the {110} preferential orientation degree of the piezoelectric film 54 can be adjusted by appropriately adjusting the thickness of the titanium layer 53 and the configuration of the lower electrode 52. For example, when the thickness of the titanium layer 53 is set to 5 nm to 15 nm and the lower electrode 52 is Ir (film thickness 20 nm) / Pt (film thickness 60 nm) / Ir (film thickness 20 nm) / Ti (film thickness 20 nm), The {110} preferential orientation degree of the piezoelectric film 54 is about 30%, the film thickness of the titanium layer 53 is set to 30 nm, and the configuration of the lower electrode 52 is Ir (film thickness 200 nm to 300 nm) / Ti (film thickness 20 nm). ), The {110} preferred orientation degree of the piezoelectric film 54 was confirmed to be about 60%.
The orientation degree is, for example, when the reflection intensity of the plane orientation {XYZ} plane of the piezoelectric film is expressed by I (XYZ) by the wide angle XRD method.
I (XYZ) / {I (100) + I (110) + I (111)}
It shall be expressed as
[0044]
Finally, platinum was deposited on the piezoelectric film 54 by a sputtering method to form the upper electrode 55 ((E) in the figure). Through the above steps, a piezoelectric element 56 including the upper electrode 55, the piezoelectric film 54, the titanium layer 53, and the lower electrode 52 is obtained. In the case of manufacturing an ink jet recording head using the piezoelectric element 56 as an ink discharge drive source, a desired processing can be performed according to the steps shown in FIGS. 3D to 3F described in the first embodiment. Good.
[0045]
FIG. 5 shows the piezoelectric constant d 31 when the {110} preferential orientation degree of the piezoelectric film 54 is changed. As shown in the figure, it can be confirmed that the piezoelectric property improves as the {110} priority orientation degree increases. The higher the {110} preferential orientation degree of the piezoelectric film 54, the less the domain rotation occurs when the piezoelectric element 56 is used as an actuator, so that an ink jet recording head suitable for high frequency driving can be provided. .
Other Embodiments The ferroelectric element of the present invention can be used as a charge storage capacitor of a nonvolatile ferroelectric memory element in addition to the piezoelectric element described above. Since the nonvolatile ferroelectric memory element reads / writes information using inversion of the polarization of the ferroelectric film, it has a crystal structure near the MPB and has a (110) preferential orientation PZT type ferroelectric A nonvolatile ferroelectric memory element suitable for high-frequency reading / writing can be provided by using a thin body film as a capacitor insulating film of a storage capacitor. Further, if such a ferroelectric film is used, the amount of remanent polarization can be increased more effectively than before, so that the size of the memory cell can be reduced and the degree of integration of the nonvolatile ferroelectric memory element can be increased. it can.
[0046]
In addition to the above, the ferroelectric element of the present invention includes a filter, a delay line, a lead selector, a tuning fork oscillator, a tuning fork clock, a transceiver, a piezoelectric pickup, a piezoelectric earphone, a piezoelectric microphone, a SAW filter, an RF modulator, a resonator, Can be applied to delay elements, multi-strip couplers, piezoelectric accelerometers, piezoelectric speakers, etc.
According to the present invention, it is possible to provide a ferroelectric element capable of operating at high speed without causing domain rotation. In particular, by using the ferroelectric element of the present invention as an ink ejection drive source for an ink jet recording head, an ink jet recording head excellent in high frequency characteristics can be provided.
[0047]
In addition, according to the present invention, a high-frequency read / write nonvolatile ferroelectric memory element can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ink jet printer.
FIG. 2 is an exploded perspective view of an ink jet recording head.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an ink jet recording head manufacturing process.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a piezoelectric element.
FIG. 5 is a graph of the piezoelectric constant d 31 with respect to the {110} preferred orientation degree of the piezoelectric film.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressurization chamber board | substrate, 2 ... Nozzle plate, 3 ... Base | substrate, 4 ... Wiring board, 5 ... Underlayer, 6 ... Lower electrode, 7 ... Piezoelectric film, 8 ... Upper electrode, 9 ... Piezoelectric element, 10 ... Pressurizing chamber, 11 ... sidewall, 12 ... common flow path, 21 ... nozzle, 51 ... diaphragm film, 52 ... lower electrode, 53 ... titanium layer, 54 ... piezoelectric film, 55 ... upper electrode, 56 ... piezoelectric element DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Inkjet recording head 101 ... Ink cartridge 102 ... Main body 103 ... Tray 104 ... Discharge port 105 ... Auto sheet feeder 106 ... Head drive mechanism 107 ... Recording paper

Claims (2)

インク吐出駆動源として機能する圧電体素子の機械的変位によって内容積が変化する加圧室と、当該加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
(110)面方位の単結晶基板を用いて前記加圧室が加工される基板上に、振動板膜を介してIrとTiの2層からなる前記圧電体素子の下部電極を形成する工程と、
該下部電極上に厚さ30nmのTiからなる層を形成する工程と、
Tiからなる層上に組成がPb(Zr0.56Ti0.44)O3で、MPB(結晶相境界)近傍のペロブスカイト結晶構造及び(110)の優先配向をもつ前記圧電体素子の圧電体層をエピタキシャル成長させる工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
Manufacture of an ink jet recording head having a pressure chamber whose internal volume changes due to mechanical displacement of a piezoelectric element that functions as an ink discharge drive source, and a discharge port that communicates with the pressure chamber and discharges ink droplets In the method
Forming a lower electrode of the piezoelectric element composed of two layers of Ir and Ti on a substrate on which the pressurizing chamber is processed using a (110) plane single crystal substrate; ,
Forming a layer of Ti having a thickness of 30 nm on the lower electrode;
The composition on the layer is Pb (Zr 0.56 Ti 0.44) O 3 made of the Ti, MPB perovskite crystal structure (crystalline phase boundary) and near (110) preferentially oriented epitaxial growth of the piezoelectric layer of the piezoelectric element with the And an ink jet recording head manufacturing method.
前記下部電極は、Irが200〜300nm、Tiが20nmの厚さを有する請求項1に記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。  2. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the lower electrode has a thickness of Ir of 200 to 300 nm and Ti of 20 nm.
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US6793843B2 (en) 2000-11-21 2004-09-21 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic
JP3791614B2 (en) 2002-10-24 2006-06-28 セイコーエプソン株式会社 Ferroelectric film, ferroelectric memory device, piezoelectric element, semiconductor element, piezoelectric actuator, liquid ejecting head, and printer
JP4689482B2 (en) * 2003-02-07 2011-05-25 キヤノン株式会社 Piezoelectric actuator, method for manufacturing piezoelectric actuator, and liquid discharge head
JP4521751B2 (en) * 2003-03-26 2010-08-11 国立大学法人東京工業大学 Lead zirconate titanate-based film, dielectric element, and method for manufacturing dielectric film
CN101515629B (en) * 2004-02-27 2011-07-20 佳能株式会社 Piezoelectric thin film, piezoelectric element, and inkjet recording head
JP4568529B2 (en) * 2004-04-30 2010-10-27 Jfeミネラル株式会社 Piezoelectric single crystal element
JP4613032B2 (en) 2004-05-06 2011-01-12 Jfeミネラル株式会社 Piezoelectric single crystal element and manufacturing method thereof
US7235917B2 (en) 2004-08-10 2007-06-26 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric member element and liquid discharge head comprising element thereof
JP2006114562A (en) * 2004-10-12 2006-04-27 Seiko Epson Corp Piezoelectric substance film, piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, inkjet type recording head, inkjet printer, surface acoustic wave device, thin-film piezoelectric resonator, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic device
US7402938B2 (en) * 2004-10-29 2008-07-22 Jfe Mineral Co., Ltd. Piezoelectric single crystal device
JP4658773B2 (en) * 2004-10-29 2011-03-23 Jfeミネラル株式会社 Piezoelectric single crystal element
JP4543985B2 (en) * 2005-03-24 2010-09-15 セイコーエプソン株式会社 Lead zirconate titanate niobate laminate
JP4793568B2 (en) * 2005-07-08 2011-10-12 セイコーエプソン株式会社 Actuator device, liquid jet head, and liquid jet device
JP4953351B2 (en) * 2005-08-23 2012-06-13 キヤノン株式会社 Perovskite oxide, piezoelectric element using the same, liquid discharge head, and liquid discharge apparatus
JP5300184B2 (en) * 2006-07-18 2013-09-25 キヤノン株式会社 Piezoelectric body, piezoelectric element, liquid discharge head and liquid discharge apparatus using the piezoelectric element
JP2009054934A (en) * 2007-08-29 2009-03-12 Panasonic Corp Piezoelectric element
JP5521957B2 (en) * 2010-05-24 2014-06-18 三菱マテリアル株式会社 Ferroelectric thin film and thin film capacitor using the ferroelectric thin film
JP6311179B2 (en) * 2013-12-27 2018-04-18 株式会社ユーテック Ferroelectric ceramics

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10618285B2 (en) 2016-06-17 2020-04-14 Canon Kabushiki Kaisha Piezoelectric substrate and method of manufacturing the piezoelectric substrate, and liquid ejection head

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