JP7024381B2 - 圧電素子および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
基体の上方に設けられた第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を含み、
前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で2分割した場合に、前記第1電極側の第1部分と、前記第2電極側の第2部分と、を有し、
前記圧電体層は、線欠陥を有し、
前記第2部分の前記線欠陥の密度は、前記第1部分の前記線欠陥の密度よりも大きい。
用いる場合に、A上に直接Bを形成するような場合と、A上に他のものを介してBを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
前記線欠陥は、前記圧電体層の膜厚方向と垂直な方向の格子規則性を観察したときに観察されてもよい。
前記線欠陥は、刃状転位であってもよい。
前記線欠陥は、正の刃状転位であってもよい。
本発明に係る圧電素子を含む。
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る圧電素子100を模式的に示す断面図である。
0と、を含む。圧電素子100は、例えば、基体2上に形成されている。
であり、刃状転位を、横線の下に縦線が付いた記号で示している。また、図2および図3では、原子を白丸で示している。また、図2および図3では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。図2および図3において、Z軸方向は、例えば、圧電体層の膜厚方向である。
ム層などである。第2電極30は、上記に例示した層を複数積層した構造を有していてもよい。
次に、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る圧電素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。
体層を形成する(塗布工程)。次に、前駆体層を、例えば130℃以上250℃以下で加熱して一定時間乾燥させ(乾燥工程)、さらに、乾燥した前駆体層を、例えば300℃以上450℃以下で加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。次に、脱脂した前駆体層を、例えば650℃以上800℃以下で加熱し、この温度で一定時間保持することによって結晶化させる(焼成工程)。
のため、圧電体層20の第2電極原子を含む部分の格子定数と、圧電体層20の第2電極原子を含まない部分の格子定数と、の差に起因したストレスが発生し、該ストレスによって、線欠陥22が生じる。
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す分解斜視図である。図6は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す平面図である。図7は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド200を模式的に示す図6のVII-VII線断面図である。なお、図5~図7では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
数設けられている。圧電素子100の数は、特に限定されない。
に設けられている。
次に、本実施形態に係るプリンターについて、図面を参照しながら説明する。図8は、本実施形態に係るプリンター300を模式的に示す斜視図である。
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
5.1.1. 実施例1
シリコン基板、シリコン基板上に設けられた酸化シリコン層、および酸化シリコン層上に設けられた酸化ジルコニウム層を有する基体を形成した。次に、基体上に酸化チタン層を形成した。次に、酸化チタン層上に、スパッタ法によって白金からなる第1電極(膜厚
50nm)を形成した。
比較例1では、第2電極を形成した後に、RTA装置による加熱処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同じ方法で圧電素子を作製した。
比較例1では、第2電極を形成した後に、RTA装置による加熱処理を650℃にしたこと以外は、実施例1と同じ方法で圧電素子を作製した。
実施例1および比較例1,2の圧電素子に対して、照射系球面収差補正付きの走査型透過電子顕微鏡:CsコレクタSTEM(日本電子製:JEM-ARM200F、加速電圧120kV)を用い、走査モアレフリンジ法による原子分解能結晶欠陥観測を行った。なお、試料作製には、集束イオンビーム加工:FIB(サーモフィッシャー製:Helios600i)を用い、最終加工2kVでダメージ層を除去した。
を増幅できるので極めて実用的な手法である。
pAメーター(Agilent Technologies社製:4140B)を用いて、実施例1および比較例1,2の圧電素子のリーク電流を測定した。具体的には、第1電極と第2電極との間に、delay time、hold timeを共に2秒とし、
2秒毎に電圧を2Vずつ上げていき、20Vの電圧を印加したときの、リーク電流を測定した。図12は、実施例1および比較例1のリーク電流の測定結果を示すグラフであり、縦軸は、電流密度を表している。
Claims (5)
- 基体の上方に設けられた第1電極と、
前記第1電極の上方に設けられ、カリウム、ナトリウム、およびニオブを含み、ペロブスカイト型構造を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を含み、
前記圧電体層は、前記圧電体層を膜厚方向の中心で2分割した場合に、前記第1電極側の第1部分と、前記第2電極側の第2部分と、を有し、
前記圧電体層は、線欠陥を有し、
前記第2部分の前記線欠陥の密度は、前記第1部分の前記線欠陥の密度よりも大きく、
前記圧電体層は、複数の前駆体層から構成され、
前記複数の前駆体層のうちの第1前駆体層は、前記複数の前駆体層のうち最も上方に位置し、
前記複数の前駆体層のうちの第2前駆体層は、前記第1前駆体層と接して前記第1前駆体層の下に位置し、
前記第1前駆体層および前記第2前駆体層の前記線欠陥の数は、前記複数の前駆体層のうち、前記第1前駆体層および前記第2前駆体層を除く全ての前駆体層の前記線欠陥の数よりも大きい、圧電素子。 - 請求項1において、
前記線欠陥は、前記圧電体層の膜厚方向と垂直な方向の格子規則性を観察したときに観察される、圧電素子。 - 請求項1または2において、
前記線欠陥は、刃状転位である、圧電素子。 - 請求項3において、
前記線欠陥は、正の刃状転位である、圧電素子。 - 請求項1ないし4のいずれか1項の圧電素子を含む、液体吐出ヘッド。
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