JP7067085B2 - Piezoelectric element and liquid discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子及び液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a piezoelectric element and a liquid discharge head.
圧電素子は、一般に、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する2つの電極と、を有している。このような圧電素子は、例えば、インクジェット式記録ヘッドに搭載される液体吐出ヘッドに利用される。 The piezoelectric element generally has a piezoelectric layer having electromechanical conversion characteristics and two electrodes sandwiching the piezoelectric layer. Such a piezoelectric element is used, for example, in a liquid discharge head mounted on an inkjet recording head.
圧電体層に用いられる材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)をはじめとする各種の材料が知られており、多くはペロブスカイト型の結晶構造をとる。圧電体層を薄膜とする場合には、圧電体層は多数の結晶(結晶粒)が配列された構造となり、各結晶の分極方向が一定方向に揃わないことが多い。 As a material used for the piezoelectric layer, various materials such as lead zirconate titanate (PZT) are known, and most of them have a perovskite type crystal structure. When the piezoelectric layer is a thin film, the piezoelectric layer has a structure in which a large number of crystals (crystal grains) are arranged, and the polarization directions of the crystals are often not aligned in a certain direction.
特許文献1には、圧電体薄膜に自発分極を生じさせたい方向と平行な方向に電場を印加して圧電体薄膜の前駆体を結晶化させることで、自発分極の方向が一定方向に揃った圧電体薄膜が形成されることが開示されている。
In
上記特許文献1に記載の圧電体薄膜の製造方法では、電場を印加しながら結晶化する必要があったので工程が複雑となる問題があった。また、上記特許文献1に記載の圧電体薄膜の製造方法で得られた圧電体薄膜を含む圧電素子では、圧電特性は高いとはいえ、ピニング等が生じやすく未だ改良すべき点があった。
The method for producing a piezoelectric thin film described in
本発明に係る圧電素子の一態様は、
基体の上方に設けられた第1電極と、
自発分極の方向が、菱面体晶のペロブスカイト構造の自発分極の方向と類似する結晶を含み、前記第1電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を備え、
前記結晶の結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号のロッキングカーブの信号強度分布の、2σが7.0°以内である。
One aspect of the piezoelectric element according to the present invention is
The first electrode provided above the substrate and
A piezoelectric layer having a direction of spontaneous polarization similar to the direction of spontaneous polarization of the perovskite structure of rhombohedral crystals and provided above the first electrode.
A second electrode provided above the piezoelectric layer and
Equipped with
When the crystal structure of the crystal is regarded as a pseudo-cubic crystal, 2σ of the signal intensity distribution of the locking curve of the X-ray diffraction signal attributed to (100) is within 7.0 °.
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、複数の層を有してもよい。
In the piezoelectric element according to the present invention
The piezoelectric layer may have a plurality of layers.
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、ビスマス、鉄及びチタンを含んでもよい。
In the piezoelectric element according to the present invention
The piezoelectric layer may contain bismuth, iron and titanium.
本発明に係る圧電素子において、
前記第1電極に正の電位が印加され、
前記第2電極に接地電位が印加されてもよい。
In the piezoelectric element according to the present invention
A positive potential is applied to the first electrode,
A ground potential may be applied to the second electrode.
本発明に係る圧電素子において、
前記第1電極は、前記第2電極に近い側から白金層及びチタン層が積層した積層構造を含んでもよい。
In the piezoelectric element according to the present invention
The first electrode may include a laminated structure in which a platinum layer and a titanium layer are laminated from the side close to the second electrode.
本発明に係る圧電素子において、
前記第2電極は、前記第1電極に近い側からイリジウム層、チタン層、イリジウム層及びチタン層が積層した積層構造を有してもよい。
In the piezoelectric element according to the present invention
The second electrode may have a laminated structure in which an iridium layer, a titanium layer, an iridium layer, and a titanium layer are laminated from the side close to the first electrode.
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、上述の圧電素子を含む。 One aspect of the liquid discharge head according to the present invention includes the above-mentioned piezoelectric element.
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described. The embodiments described below describe an example of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modifications implemented without changing the gist of the present invention. Not all of the configurations described below are essential configurations of the present invention.
1.圧電素子
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。本実施形態の圧電素子100は、第1電極10と、第1電極10の上方に設けられた圧電体層20と、圧電体層の上方に設けられた第2電極30と、を備える。
1. 1. Piezoelectric element The piezoelectric element according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the
1.1.第1電極
第1電極10は、圧電体層20に電圧を印加するための一方の電極である。第1電極10は、圧電体層20の下に設けられた下部電極と呼ぶこともできる。図示の例では、第1電極10は、基体2(振動板230)の上に設けられている。
1.1. First Electrode The
第1電極10の形状は、例えば、層状である。第1電極10の膜厚(厚さ)は、例えば、3nm以上300nm以下である。第1電極10の材質は、導電性を有する限り限定されないが、例えば、金属、導電性酸化物などである。第1電極10は、例示した材質の層を複数積層した構造を有していてもよい。
The shape of the
第1電極10は、白金族元素を含むことが好ましい。白金族元素とは、周期表において第5周期及び第6周期であって、第8族、第9族及び第10族に位置する元素であり、具体的にはルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金のことを指す。また、第1電極10は、圧電体層20の側から(第2電極30に近い側から)白金層及びチタン層が積層した積層構造を含むことがより好ましい。ここで、チタン層とは、チタンを主成分とする層であり、白金層とは白金を主成分とする層である。なお「主成分」とは、ある部材を構成する元素の全量に対して特定の元素が占める割合が、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上であることを指す。第1電極10が、圧電体層20の側から(第2電極30に近い側から)白金層及びチタン層が積層した積層構造を含むことにより、第1電極10のバリア性を高めることができ、金属元素が第1電極10を透過して拡散することをより抑制することができる。
The
1.2.圧電体層
圧電体層20は、第1電極10の上方に設けられる。図示の例では、圧電体層20は、第1電極10上に設けられている。圧電体層20の膜厚は、例えば、100nm以上3μm以下である。圧電体層20は、第1電極10と第2電極30との間に電圧(電界)が印加されることにより、変形することができる。圧電体層20は、ペロブスカイト型の結晶構造を含んでおり、電圧が印加されることにより電気機械変換効果を発現する。
1.2. Piezoelectric layer The
圧電体層20は、圧電性を有する材質としては、例えば、ペロブスカイト型の結晶構造をとる複合酸化物を用いることができる。圧電体層20に含まれる金属元素としては、Pb、Ba、Ca、Nb、La、Li、Sr、Bi、Na、K、Fe、Ti、Ta、Mg、Mo、Ni、Mn、Zr、Zn、W、Ybなどが挙げられる。
As the material having piezoelectricity, the
このような材料のうち、Ti、Zr、Pbを含む複合酸化物(チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))、カリウム(K)、ナトリウム(Na)及びニオブ(Nb)を含む複合酸化物(KNN)、Bi、Feを含む複合酸化物(鉄酸ビスマス(BFO))、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O3:PZTN)等が、より良好な圧電特性を得やすいのでより好ましい。 Among such materials, a composite oxide containing Ti, Zr, and Pb (lead zirconate titanate (PZT)), a composite oxide containing potassium (K), sodium (Na), and niobium (Nb) (KNN). , Bi, Fe-containing composite oxide (bismuth iron acid (BFO)), lead zirconate titanate niobate (Pb (Zr, Ti, Nb) O 3 : PZTN), etc. are likely to obtain better piezoelectric properties. Therefore, it is more preferable.
また、圧電体層20は、複数層の積層構造となっていてもよい。この場合、積層される各層は、同種の材料で構成されてもよいし、互いに異なる種の材料で構成されても良い。圧電体層20を複数層の積層構造とする場合、ビスマス、鉄及びチタンを含む層を含んでもよい。ビスマス、鉄及びチタンを含む層の材質としては、例えば鉄酸チタン酸ビスマス(BFT)が挙げられ、ペロブスカイト型の結晶構造を有する結晶を含んでもよい。
Further, the
さらに、圧電体層20がビスマス、鉄及びチタンを含む層を有する場合には、ビスマス、鉄及びチタンを含む層をシード層として機能させてもよい。ここでシード層とは、圧電体層を結晶化させる場合に生成する結晶の配向性を制御するための層という意味である。したがってこの場合、ビスマス、鉄及びチタンを含む層は、第1電極10の上に設けられると、その上方に形成されるPZT等の結晶の配向をより効率よく制御することができる。また、このようにビスマス、鉄及びチタンを含む層を配置した場合、圧電体層20に電圧を印加する方向を、第1電極10に正の電位が印加され、第2電極30に接地電位が印加されるようにすることがより好ましい。このようにすれば、第2電極30側から電子が圧電体層に注入されるので、第1電極10と圧電体層20との界面の劣化をより抑制することができる。すなわち、第1電極10の上のビスマス、鉄及びチタンを含む層に対して電子が流入しないので、第1電極10と圧電体層20との界面を良好に保ちやすい。なお、同様の理由で第2電極30に近接してビスマス、鉄及びチタンを含む層を配置した場合には、第1電極10に接地電位が印加され、第2電極30に正の電位が印加されるように
することがより好ましい。
Further, when the
圧電体層20には、自発分極の方向が、菱面体晶のペロブスカイト構造の自発分極の方向と類似する結晶が含まれる。上述の複合酸化物であれば、ペロブスカイト型の結晶構造をとるので、菱面体晶のペロブスカイト構造の自発分極の方向と類似する自発分極の方向を有する結晶とすることができる。ここで「2つの方向が類似する」とは、2つの方向を同一平面に描いた場合に、互いに±10°以内、好ましくは±5°以内、より好ましくは±2°以内となる関係にあることを指す。
The
なお、ペロブスカイト型の結晶構造をとる複合酸化物を用いる場合、一般にAサイトの原料を、化学量論組成(ストイキオメトリー)よりも多く(過剰に)仕込んで焼成されることが多い。例えば、PZTの場合には、鉛は、ジルコニウムおよびチタンの合計モル数を1としたとき、例えば1.0以上1.30以下の比率で含まれることができる。1.0より過剰な鉛原子のうち一部は、ABO3で表記されるペロブスカイト型構造のBサイトに入る。ここでBサイトとは、酸素が6配位している原子サイトを指す。また、一部は結晶粒界面等に偏在する。また、一部は焼成時に大気中に揮発する。 When a composite oxide having a perovskite-type crystal structure is used, in general, the raw material of A site is often charged (excessively) in a larger amount (excessive) than the stoichiometric composition (stoichiometry) and calcined. For example, in the case of PZT, lead can be contained in a ratio of, for example, 1.0 or more and 1.30 or less, where 1 is the total number of moles of zirconium and titanium. Some of the lead atoms in excess of 1.0 enter the B site of the perovskite-type structure represented by ABO 3 . Here, the B site refers to an atomic site in which oxygen is coordinated to six. In addition, a part is unevenly distributed at the crystal grain interface and the like. In addition, part of it volatilizes into the atmosphere during firing.
本実施形態の圧電体層20に含まれる結晶は、結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号のロッキングカーブの信号強度分布の±2σ区間が、7.0°以内である。
The crystal contained in the
ここで、「結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号」とは、X線回折パターンにおいて、結晶が歪んでいる場合などに、正方晶、斜方晶、単斜晶等に対応して、(100)、(010)、(001)に帰属されるピークが現れ、ピークが複雑になることがあるが、これをより対称性の高い立方晶であるとみなした場合に(100)と帰属されるX線回折信号のことをいう。 Here, the "X-ray diffraction signal attributed to (100) when the crystal structure is regarded as a pseudo-cubic crystal" is a tetragonal crystal or an oblique crystal when the crystal is distorted in the X-ray diffraction pattern. Peaks attributed to (100), (010), and (001) may appear corresponding to crystals, monoclinic crystals, etc., and the peaks may be complicated. It refers to an X-ray diffraction signal attributed to (100) when it is considered to be present.
またロッキングカーブとは、ω(オメガ)スキャンとも称される測定方法の一種であり、結晶の2θを一定とした場合に、基板と垂直な結晶の方位(向き)が測定結果に反映される測定方法である。したがってロッキングカーブの信号強度分布は、基板に垂直な方向に対する結晶の面方位の揺らぎを表すことになる。ロッキングカーブの形状は、理論的にはガウス分布(正規分布)となるため、得られたロッキングカーブの信号強度分布をガウス分布でフィッティングし、その標準偏差(σ)を得ることができる。 The locking curve is a kind of measurement method also called ω (omega) scan, and when the 2θ of the crystal is constant, the orientation (orientation) of the crystal perpendicular to the substrate is reflected in the measurement result. The method. Therefore, the signal intensity distribution of the locking curve represents the fluctuation of the plane orientation of the crystal with respect to the direction perpendicular to the substrate. Since the shape of the locking curve is theoretically a Gaussian distribution (normal distribution), the signal intensity distribution of the obtained locking curve can be fitted with a Gaussian distribution to obtain its standard deviation (σ).
本実施形態の圧電体層20は、上記のように100nm以上3μm以下である薄膜状の形状を有している。そのため圧電体層20に含まれる結晶は、薄膜形状に起因して方位が揃いにくく、また、基板応力等の外場(外的要因)の影響により歪みを伴いやすい。したがって、ロッキングカーブを測定した場合に、ピークがロッキングカーブのψ軸に沿う方向に拡がりを有する。
As described above, the
本実施形態の圧電体層20に含まれる結晶は、ロッキングカーブの信号強度分布の2σが、7.0°以内であり、より好ましくは5.0°以内、さらに好ましくは3.0°以内である。なお、ロッキングカーブの分布は基板と垂直な方向からの傾きである。本明細書に記載の結晶は面内配向を考慮しないため、分布中央値(基板に対する垂線に相当)に対してプラスとマイナスは等価である。このことから、分布幅の半分が傾き角である。例えば、全体の強度の95.45%が存在する範囲である±2σ区間における傾き角の分布幅は2σとなる。したがって、2σが、7.0°以内という場合は、結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号のψ軸に沿う方向のプロファイルにおける95.45%の強度が傾き角7.0°以内にあることをいう。
In the crystal contained in the
1.3.第2電極
第2電極30は、圧電体層20の上方に設けられる。図示の例では、第2電極30は、圧電体層20上に設けられている。第2電極30は、圧電体層20に電圧を印加するための他方の電極である。第2電極30は、圧電体層20の上に設けられた上部電極である。
1.3. Second electrode The
第2電極30の形状は、例えば、層状である。第2電極30の膜厚は、例えば、50nm以上300nm以下である。第2電極30は、例えば、イリジウム層や白金層などの金属層、それらの導電性酸化物層(例えば酸化イリジウム層)、ルテニウム酸ストロンチウム層などである。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。
The shape of the
第2電極30は、白金族元素を含むことが好ましい。白金族元素とは、周期表において第5周期及び第6周期であって、第8族、第9族及び第10族に位置する元素であり、具体的にはルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金のことを指す。
The
また、第2電極30は、圧電体層20の側から(第1電極10に近い側から)イリジウム層、チタン層、イリジウム層及びチタン層が積層した積層構造を含むことがより好ましい。ここで、イリジウム層とは、イリジウムを主成分とする層であり、チタン層とはチタンを主成分とする層である。なお「主成分」とは、既に定義した通りである。
Further, it is more preferable that the
第2電極30が、圧電体層20の側からイリジウム層、チタン層、イリジウム層及びチタン層が積層した積層構造を含むことにより、第2電極30のバリア性を高めることができ、金属元素が第2電極30を透過して拡散することをより抑制することができる。
By including the laminated structure in which the iridium layer, the titanium layer, the iridium layer and the titanium layer are laminated from the side of the
1.4.その他の構成
圧電素子100は、例えば、基体2上に形成される。基体2は、例えば、半導体、絶縁体などで形成された平板である。基体2は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基体2は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成されたような複雑な構造であってもよい。
1.4. Other configurations The
基体2は、可撓性を有し、圧電体層20の動作によって変形(変位)することのできる振動板230であってもよいし、かかる振動板230を含んだより高次の構成となっていてもよい。振動板230は、例えば、酸化シリコン層、酸化ジルコニウム層、又はこれらの積層体(例えば、酸化シリコン層上に酸化ジルコニウム層が設けられた積層体)などである。なお、図示はしないが、第1電極10と基体2との間には、両者の密着性を向上させる密着層が設けられていてもよい。密着層は、例えば、チタン層、酸化チタン層、ジルコニウム層などである。またチタン層、ジルコニウム層のような導電性の密着層を設けた場合には、当該密着層を第1電極10の一部とみなしてもよい。
The
なお、本明細書では、図示の例のように、基体2(振動板230)と、圧電素子100とで構成される部材を、アクチュエーター110と称することがある。アクチュエーター110は、圧電素子100が変形した場合に撓んだり、振動したりすることができる。また、アクチュエーター110の振動板が、後述する液体吐出ヘッドの圧力発生室を区画する壁の一部を構成することにより、圧力発生室の容積を、入力される信号に応じて変化させることができる。さらに、振動板230と第1電極10とを合わせて振動板と称してもよい。
In the present specification, as shown in the illustrated example, the member composed of the substrate 2 (diaphragm 230) and the
アクチュエーター110は、例えば、圧力発生室の液体を加圧する圧電アクチュエーターとして、液体吐出ヘッドや、該液体吐出ヘッドを用いたプリンターなどに用いられても
よい。また、圧電素子100は、圧電体層の変形を電気信号として検出する圧電センサー(超音波センサー、ジャイロセンサー)等に用いられてもよい。
The
1.5.作用効果等
本実施形態の圧電素子100では、圧電体層20に含まれる結晶が、結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号のロッキングカーブの信号強度分布の±2σ区間が、7.0°以内である。そのため、圧電体層20に含まれる結晶の各々の方位が、バラツキの小さい状態で配置される。そのため、ピニングが生じにくく、これにより、例えば、圧電素子100を振動板230を変位させるために用いる場合、分極処理による変位のバイアスを抑制することができる。
1.5. Action effect, etc. In the
2.圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子100の製造方法について説明する。
2. 2. Method for Manufacturing Piezoelectric Element Next, a method for manufacturing the
まず、基体2を準備する。具体的には、シリコン基板を熱酸化することによって酸化シリコン層を形成する。次に、酸化シリコン層上にスパッタ法などによってジルコニウム層を形成し、ジルコニウム層を熱酸化することによって酸化ジルコニウム層を形成する。以上の工程により、基体2を準備することができる。
First, the
次に、基体2上に、第1電極10を形成する。第1電極10は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによって形成される。
Next, the
次に、第1電極10上に、圧電体層20を形成する。圧電体層20は、例えば、ゾルゲル法やMOD(Metal Organic Deposition)などの液相法(化学溶液法)によって形成される。より具体的には、圧電体層20に含まれる金属を含む金属錯体を、有機溶媒に溶解又は分散させて前駆体溶液を調製し、前駆体溶液を、第1電極10上に、スピンコート法等を用いて塗布して前駆体層を形成する(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)。
Next, the
以上の工程により、第1電極10上に圧電体層20を形成する。なお、必要に応じて上記の塗布工程から焼成工程までの一連の工程を複数回繰り返すことによって、複数の層からなる圧電体層20を形成してもよい。また、圧電体層20を、複数の層で形成する場合に、最初に形成する層をシード層としてもよい。シード層の材質としては、例えば、ビスマス、鉄及びチタンを含む層であり、材料を選択すれば同様に形成することができる。
By the above steps, the
圧電体層20を形成するための乾燥工程、脱脂工程、及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するRTA(Rapid Thermal Annealing)装置が挙げられる。
Examples of the heating device used in the drying step, the degreasing step, and the firing step for forming the
次に、圧電体層20をパターニングする。これにより、図1に示すように、所定形状の圧電体層20及び第1電極10を形成することができる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングによって行われる。なお、パターニングは第2電極30となる膜を成膜した後に行ってもよい。
Next, the
次に、圧電体層20上に第2電極30を形成する。第2電極30は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによる成膜、及びフォトリソグラフィー及びエッチングによるパター
ニングによって形成される。
Next, the
以上の工程により、圧電素子100を製造することができる。基体2が振動板230である場合や、さらに基体2を加工して振動板230とする場合には、これらの工程に適宜の工程を付加する等によりアクチュエーター110を製造することができる。なお、上記では、液相法によって圧電体層20を形成する例について説明したが、圧電体層20の形成方法は、特に限定されず、例えば、CVD法、スパッタ法などによってもよい。
By the above steps, the
3.液体吐出ヘッド
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2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3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4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3のIX-IX線断面図である。なお、図2~図4では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、及びZ軸を図示している。
3. 3. Liquid Discharge Head Next, the liquid discharge head according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the
本発明に係る液体吐出ヘッドは、上述の圧電素子100又は上述のアクチュエーター110を含む。以下では、一例として、圧電素子100を含む液体吐出ヘッド200について説明する。
The liquid discharge head according to the present invention includes the above-mentioned
液体吐出ヘッド200は、図2~図4に示すように、例えば、圧電素子100と、流路形成基板210と、ノズルプレート220と、振動板230と、保護基板240と、回路基板250と、コンプライアンス基板260と、を含む。なお、便宜上、図3では、回路基板250及び接続配線204の図示を省略している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
流路形成基板210は、例えば、シリコン基板である。流路形成基板210には、圧力発生室211が設けられている。圧力発生室211は、複数の隔壁212によって区画されている。
The flow
流路形成基板210のうち、圧力発生室211の+X軸方向側の端部には、インク供給路213及び連通路214が設けられている。インク供給路213は、圧力発生室211の+X軸方向側の端部をY軸方向から絞ることで、その開口面積が小さくなるように構成されている。連通路214のY軸方向の大きさは、圧力発生室211のY軸方向の大きさと、例えば同じである。連通路214の+X軸方向側には、連通部215が設けられている。連通部215は、マニホールド216の一部を構成する。マニホールド216は、各圧力発生室211の共通のインク室となる。このように、流路形成基板210には、圧力発生室211、インク供給路213、連通路214、及び連通部215からなる液体流路が形成されている。
An
ノズルプレート220は、流路形成基板210の一方の面(-Z軸方向側の面)に設けられている。ノズルプレート220の材質は、例えば、SUS(Steel Use Stainless)である。ノズルプレート220は、例えば接着剤や熱溶着フィルム等によって、流路形成基板210に接合されている。ノズルプレート220には、Y軸に沿ってノズル開口222が並設されている。ノズル開口222は、圧力発生室211に連通している。
The
振動板230は、流路形成基板210の他方の面(+Z軸方向側の面)に設けられている。振動板230は、例えば、流路形成基板210上に形成された第1絶縁層232と、第1絶縁層232上に設けられた第2絶縁層234と、により構成されている。第1絶縁層232は、例えば、酸化シリコン層である。第2絶縁層234は、例えば、酸化ジルコニウム層である。
The
圧電素子100は、例えば、振動板230上に設けられている。圧電素子100は、複数設けられている。圧電素子100の数は、特に限定されない。
The
液体吐出ヘッド200では、電気機械変換特性を有する圧電体層20の変形によって、振動板230及び第1電極10が変位する。すなわち、液体吐出ヘッド200では、振動板230及び第1電極10が、実質的に振動板としての機能を有している。なお、振動板230を省略して、第1電極10のみが振動板として機能するようにしてもよい。流路形成基板210上に第1電極10を直接設ける場合には、第1電極10にインクが接触しないように、第1電極10を絶縁性の保護膜等で保護することが好ましい。
In the
第1電極10は、圧力発生室211ごとに独立する個別電極として構成されている。第1電極10のY軸方向の大きさは、圧力発生室211のY軸方向の大きさよりも小さい。第1電極10のX軸方向の大きさは、圧力発生室211のX軸方向の大きさよりも大きい。X軸方向において、第1電極10の両端部は、圧力発生室211の両端部より外側に位置している。第1電極10の-X軸方向側の端部には、リード電極202が接続されている。
The
圧電体層20のY軸方向の大きさは、例えば、第1電極10のY軸方向の大きさよりも大きい。圧電体層20のX軸方向の大きさは、例えば、圧力発生室211のX軸方向の大きさよりも大きい。圧電体層20の+X軸方向側の端部は、例えば、第1電極10の+X軸方向側の端部よりも外側に(+X軸方向側に)位置している。すなわち、第1電極10の+X軸方向側の端部は、圧電体層20によって覆われている。一方、圧電体層20の-X軸方向側の端部は、例えば、第1電極10の-X軸方向側の端部よりも内側に(+X軸方向側に)位置している。すなわち、第1電極10の-X軸方向側の端部は、圧電体層20によって覆われていない。
The size of the
第2電極30は、圧電体層20及び振動板230上に連続して設けられている。第2電極30は、複数の圧電素子100に共通する共通の電極として構成されている。なお、図示はしないが、第2電極30ではなく、第1電極10を共通の電極としてもよい。
The
保護基板240は、接着剤203によって流路形成基板210に接合されている。保護基板240には、貫通孔242が設けられている。図示の例では、貫通孔242は、保護基板240をZ軸方向に貫通しており、連通部215と連通している。貫通孔242及び連通部215は、各圧力発生室211の共通のインク室となるマニホールド216を構成している。さらに、保護基板240には、保護基板240をZ軸方向に貫通する貫通孔244が設けられている。貫通孔244には、リード電極202の端部が位置している。
The
保護基板240には、開口部246が設けられている。開口部246は、圧電素子100の駆動を阻害しないための空間である。開口部246は、密封されていてもよいし、密封されていなくてもよい。
The
回路基板250は、保護基板240上に設けられている。回路基板250には、圧電素子100を駆動させるための半導体集積回路(IC)を含む。回路基板250とリード電極202は、接続配線204を介して電気的に接続されている。
The
コンプライアンス基板260は、保護基板240上に設けられている。コンプライアンス基板260は、保護基板240上に設けられた封止層262と、封止層262上に設けられた固定板264と、を有している。封止層262は、マニホールド216を封止するための層である。封止層262は、例えば、可撓性を有する。固定板264には、貫通孔
266が設けられている。貫通孔266は、固定板264をZ軸方向に貫通している。貫通孔266は、平面視において(Z軸方向からみて)、マニホールド216と重なる位置に設けられている。
The
液体吐出ヘッド200は、上述の圧電素子100を含むので、圧電体層20に含まれる結晶の各々の方位が、バラツキの小さい状態で配置されている。そのため、ピニングが生じにくい。これにより、振動板230を変位させるために用いる場合、分極処理による変位のバイアスを抑制することができ、例えば、圧力発生室211の体積変化の範囲をより大きくできるので、液体を吐出する効率が高い。
Since the
4.実験例
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
4. Experimental Examples Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
4.1.実施例の試料の作成
<BFT溶液の調製>
容器にプロピオン酸を量り取り、次いで酢酸ビスマス、酢酸鉄、及びチタニウムテトラ-i-プロポキシドを量りとって、これらを140℃で2時間加熱撹拌した。冷却後、プロピオン酸で濃度調整を行うことで、BFT前駆体溶液を調製した。
4.1. Preparation of sample of example <Preparation of BFT solution>
Propionic acid was weighed into a container, then bismuth acetate, iron acetate, and titanium tetra-i-propoxide were weighed and stirred at 140 ° C. for 2 hours. After cooling, a BFT precursor solution was prepared by adjusting the concentration with propionic acid.
<PZT溶液の調製>
容器に酢酸及び水を量り取り、次いで酢酸鉛、ジルコニウムブトキシド、チタニウムテトラ-i-プロポキシド、及びポリエチレングリコールを量り取って、これらを90℃で加熱撹拌を行うことでPZT前駆体溶液を調製した。
<Preparation of PZT solution>
Acetic acid and water were weighed in a container, then lead acetate, zirconium butoxide, titanium tetra-i-propoxide, and polyethylene glycol were weighed, and these were heated and stirred at 90 ° C. to prepare a PZT precursor solution. ..
<第1電極パターンと圧電体膜の作成>
6inchシリコン基板を熱酸化することで基板上に二酸化シリコン膜を形成した。次に、スパッタ法にてジルコニウム膜を作製し、熱酸化させることで酸化ジルコニウム膜(絶縁体膜)を作製した。次に、スパッタ法にてチタン、白金の順番で作製することで、第1電極を作製した。その後、所定のパターン(未開示)のフォトレジストパターンを作製し、イオンミリングにより第1電極をパターニングすることで第1電極パターンを形成した。
<Creation of first electrode pattern and piezoelectric film>
A silicon dioxide film was formed on the 6 inch silicon substrate by thermal oxidation. Next, a zirconium film was produced by a sputtering method and thermally oxidized to produce a zirconium oxide film (insulator film). Next, the first electrode was manufactured by manufacturing titanium and platinum in this order by a sputtering method. Then, a photoresist pattern having a predetermined pattern (undisclosed) was prepared, and the first electrode was patterned by ion milling to form the first electrode pattern.
次に、第1電極パターン上にBFT前駆体溶液をスピンコート法で塗布した後、ホットプレート上で350℃に加熱した後、RTAで650℃に加熱することで、BFTからなる配向制御層(シード層)を作製した。次に、PZT前駆体溶液をスピンコート法で塗布した後、ホットプレート上で140℃及び370℃に加熱した後、RTAで737℃に加熱する工程を4回繰り返すことで、膜厚700nmのPZTからなる圧電体層を作成した。 Next, the BFT precursor solution was applied onto the first electrode pattern by the spin coating method, then heated to 350 ° C. on a hot plate, and then heated to 650 ° C. by RTA. (Seed layer) was prepared. Next, the PZT precursor solution was applied by the spin coating method, heated to 140 ° C. and 370 ° C. on a hot plate, and then heated to 737 ° C. by RTA by repeating the process four times to obtain PZT having a film thickness of 700 nm. A piezoelectric layer made of was created.
<アクチュエーター(ACT)とキャビティー構造(CAV)の形成>
圧電体層上にスパッタリング法にてイリジウム4nm及びチタン3nmを成膜した後に、RTAを使用し740℃で焼き付け処理を行うことで、第2電極を作製した。次に、第2電極パターン上にスパッタリング法にてイリジウム40nmを形成することで、第2電極を作製した。この第2電極パターン上に所定のパターンのフォトレジストパターンを作製し、イオンミリングにより第2電極をパターニングすることで、第2電極パターンを形成した。
<Formuator (ACT) and cavity structure (CAV)>
After forming iridium 4 nm and titanium 3 nm on the piezoelectric layer by a sputtering method, a second electrode was produced by baking at 740 ° C. using RTA. Next, the second electrode was produced by forming
第2電極パターンの裏面を研磨処理により削ることで、シリコン厚を400μmまで薄化した。その後、研磨面上に所定のパターンのCrハードマスクを作製し、KOH水溶液
によるウェットエッチングにより空洞(CAV)構造を形成した。以上の工程により、撓み振動型圧電素子を形成した。
The back surface of the second electrode pattern was ground by polishing to reduce the silicon thickness to 400 μm. Then, a Cr hardmask having a predetermined pattern was prepared on the polished surface, and a cavity (CAV) structure was formed by wet etching with a KOH aqueous solution. By the above steps, a flexible vibration type piezoelectric element was formed.
4.2.比較例の試料の作成
第1電極の形成工程において、白金スパッタ後にスパッタ法にてイリジウム及びチタンを成膜し、BFTから成る配向制御層を作成する工程を省略した以外は、上述の実施例と同様の手法にて比較例の試料を作成した。
4.2. Preparation of Sample of Comparative Example In the step of forming the first electrode, iridium and titanium were formed by a sputtering method after platinum sputtering, and the step of forming an orientation control layer made of BFT was omitted. A sample of a comparative example was prepared by the same method.
4.3.構造解析
<X線回折及びロッキングカーブ>
実施例及び比較例の結晶構造及び配向性を、Bruker AXS社製「D8 Discover」、線源はCuKα、検出器は2次元検出器(GADDS)を使用し、2次元マッピング画像及び回折パターンを測定した。
4.3. Structural analysis <X-ray diffraction and locking curve>
The crystal structure and orientation of the examples and comparative examples were measured using "D8 Discover" manufactured by Bruker AXS, a CuKα as a radiation source, and a two-dimensional detector (GADDS) as a detector, and two-dimensional mapping images and diffraction patterns were measured. bottom.
その結果、すべての実施例において、(100)配向であることが確認された。なお、本明細書における(100)配向とは、配向方位の表現として、ABO3型ペロブスカイト構造を擬似的に立方晶とみなした時(擬立方結晶)の面指数で表記したものであり、実際の結晶構造における面指数とは異なる。例えば、正方晶の(100)面に配向したものと(001)面に配向したものを合わせて、本明細書に記載の擬立方晶における(100)配向と表現している。配向については、下記に示す各ピークの面積比F*により定義した。
F*=A(100)/{A(100)+A(110)+A(111)}
As a result, it was confirmed that the orientation was (100) in all the examples. It should be noted that the (100) orientation in the present specification is expressed as a plane index when the ABO type 3 perovskite structure is regarded as a pseudo cubic crystal (pseudo-cubic crystal) as an expression of the orientation orientation, and is actually expressed. It is different from the plane index in the crystal structure of. For example, the one oriented in the (100) plane and the one oriented in the (001) plane of the tetragonal crystal are collectively referred to as the (100) orientation in the pseudo-cubic crystal described in the present specification. The orientation was defined by the area ratio F * of each peak shown below.
F * = A (100) / {A (100) + A (110) + A (111) }
まず、面直方向(基板面に垂直な方向)に対する2次元マッピングにおけるψ=±10°の領域において回折パターンを求め、そのピーク面積からF*を計算した。その結果、実施例ではF*=0.99、比較例ではF*=0.91といずれも良好な(100)配向であることが明らかとなった。 First, the diffraction pattern was obtained in the region of ψ = ± 10 ° in the two-dimensional mapping with respect to the plane perpendicular direction (direction perpendicular to the substrate plane), and F * was calculated from the peak area. As a result, it was clarified that F * = 0.99 in the example and F * = 0.91 in the comparative example, both of which are good (100) orientations.
次に、2次元マッピングから(100)ピークのロッキングカーブを求め、ガウス関数でフィッティングを行うことで標準偏差σを算出した。その結果、実施例ではσ=3.34°、比較例ではσ=8.50°であった。 Next, the locking curve of the (100) peak was obtained from the two-dimensional mapping, and the standard deviation σ was calculated by fitting with a Gaussian function. As a result, σ = 3.34 ° in the example and σ = 8.50 ° in the comparative example.
ここで、XRDにおける回折強度は配向の頻度分布とみなすことができる。加えて、揺らぎ角の+σと-σは等価であるため、実施例では2σに対応する95%以上が6.7°以下の揺らぎ角であることが明らかとなった。一方、比較例では35%以上が8.5°よりも大きな揺らぎ角を有していることが明らかとなった。図5には、実施例のロッキングカーブを示す(2σ、傾き角については、「1.2.圧電体層」の項も参照。)。 Here, the diffraction intensity in XRD can be regarded as the frequency distribution of orientation. In addition, since the fluctuation angles of + σ and −σ are equivalent, it was clarified that in the examples, 95% or more corresponding to 2σ had a fluctuation angle of 6.7 ° or less. On the other hand, in the comparative example, it was clarified that 35% or more had a fluctuation angle larger than 8.5 °. FIG. 5 shows the locking curve of the embodiment (see also the section “1.2. Piezoelectric layer” for 2σ and the tilt angle).
<光学顕微鏡による形状観察及び測長>
加工形状及び電極の有効面積はアクチュエーターの振動特性に大きく影響を与える。このため、すべての実施例の加工形状について、株式会社ニコン製「OPTIPHOT・200」の光学顕微鏡を用い形状観察及び測長さを行った。その結果、すべての試料において所定の形状となっており、特性に影響を及ぼす特異な異常は観測されなかった。したがって、以後の測定結果は構造要因を考慮する必要がないことが明らかとなった。
<Shape observation and length measurement with an optical microscope>
The machined shape and the effective area of the electrodes greatly affect the vibration characteristics of the actuator. Therefore, for the processed shapes of all the examples, shape observation and length measurement were performed using an optical microscope of "
<STEMによる断面形状の測長さ>
断面形状の測定長のため、日立製作所製「走査型透過電子顕微鏡HD2000」を用い、電子顕微鏡観察を行った。なお、測定断面の作製は収束電子ビーム(FIB)により行った。その結果、狙い通りの膜構成となっており、実施例間において有意な差は観測されなかった。
<Measurement length of cross-sectional shape by STEM>
Since the measurement length of the cross-sectional shape was measured, an electron microscope observation was performed using a "scanning transmission electron microscope HD2000" manufactured by Hitachi, Ltd. The measurement cross section was prepared by a focused electron beam (FIB). As a result, the film composition was as intended, and no significant difference was observed between the examples.
4.4.評価
<インプリント試験>
東陽テクニカ製「FCEシステム」を用い、パルス印加後のP-E loopを測定した。疲労波形は第2電極を基準電位(GND)として、低電位VL=+15V、高電位VH=+35Vの矩形波を印加し、所定パルス数を印加後に1kHz、±25VのP-E loop測定を行った。
4.4. Evaluation <Imprint test>
The PE loop after pulse application was measured using the "FCE system" manufactured by Toyo Corporation. For the fatigue waveform, a square wave with low potential VL = + 15V and high potential VH = + 35V is applied with the second electrode as the reference potential (GND), and after applying a predetermined number of pulses, 1 kHz, ± 25 V P-E loop measurement is performed. rice field.
図6及び図7に、それぞれ実施例及び比較例におけるインプリント試験前(as-grown)と101010100回のパルスを印加した後のP-E loop評価結果を示す。以下では、インプリントの指標として、下記式(I)に示すヒステリシスのシフト率(インプリント率:IPR)に基づいて評価する。
IPR=100*{(+VC)+(-VC)}/{(+VC)-(-VC)}
・・・式(I)
6 and 7 show the results of P-E loop evaluation before the imprint test (as-grown) and after applying 10101100 100 pulses, respectively, in Examples and Comparative Examples. In the following, as an index of imprint, evaluation is performed based on the shift rate of hysteresis (imprint rate: IPR) represented by the following formula (I).
IPR = 100 * {(+ VC) + (-VC ) } / {(+ VC )-(- VC )}
... Equation (I)
図6に示すように、実施例では初期状態で+Vc=1.62V、-Vc=-1.78V、パルス印加後で+Vc=2.48V、-Vc=-3.00Vであった。このため、実施例におけるIPRは、初期がマイナス側に5%、パルス印加後でもマイナス側に10%に留まった。一方、図7に示すように、比較例では初期状態で+Vc=1.85V、-Vc=-2.40V、パルス印加後で+Vc=1.22V、-Vc=-2.40Vであった。このため、比較例では初期がマイナス側に13%、パルス印加後ではマイナス側に33%と大きなインプリントを示した。この結果から、本発明に係る実施例では、インプリントが抑えられることが明らかとなった。 As shown in FIG. 6, in the embodiment, + Vc = 1.62V and −Vc = -1.78V in the initial state, and + Vc = 2.48V and −Vc = −3.00V after the pulse was applied. Therefore, the IPR in the examples remained at 5% on the minus side at the initial stage and at 10% on the minus side even after the pulse was applied. On the other hand, as shown in FIG. 7, in the comparative example, + Vc = 1.85V and −Vc = -2.40V in the initial state, and + Vc = 1.22V and −Vc = -2.40V after the pulse was applied. Therefore, in the comparative example, a large imprint of 13% on the minus side at the initial stage and 33% on the minus side after the pulse was applied was shown. From this result, it was clarified that imprinting was suppressed in the examples according to the present invention.
一般的にインプリントの原因は分極の固定化である。詳しくは後述するが、本明細書に記載の圧電素子における分極の固定化は分極転移の固定化(ピニング)である。このため、比較例に対し実施例はIPRが小さいことから、ピニングが抑制されていることがわかる。 Generally, the cause of imprint is the immobilization of polarization. As will be described in detail later, the immobilization of the polarization in the piezoelectric element described in the present specification is the immobilization (pinning) of the polarization transition. Therefore, since the IPR of the examples is smaller than that of the comparative examples, it can be seen that pinning is suppressed.
<撓み評価試験>
前述のインプリント試験のP-E loop測定前に、Veeco社製「光干渉型表面形状粗さ測定システムNT9300DMEMS」を用い、振動板の撓み位置及びその曲率半径評価を行った。本明細書では、図8、図9に示すように、CAV面に凸撓みの場合をプラス、CAV面に凹撓みの場合をマイナスで表現する。曲率半径は、撓み評価の結果と前述したSTEMにより測定したCAV幅から計算によって算出した。
<Flexibility evaluation test>
Before the PE loop measurement of the above-mentioned imprint test, the bending position of the diaphragm and its radius of curvature were evaluated using "optical interference type surface shape roughness measurement system NT9300DMEMS" manufactured by Veeco. In the present specification, as shown in FIGS. 8 and 9, the case of convex bending on the CAV surface is expressed as a plus, and the case of concave bending on the CAV surface is expressed as a minus. The radius of curvature was calculated from the result of the deflection evaluation and the CAV width measured by the above-mentioned STEM.
図10(表)に前述のパルス印加過程における実施例と比較例における撓み量及び曲率半径を示す。図10に示すように、パルス印加前の曲率半径は、実施例が3.0mm、比較例が2.9mmであった。この結果から、実施例及び比較例の曲率半径の差は3%であるため、電極及びシード層の違いによる内部応力差は無視できることが明らかとなった。 FIG. 10 (Table) shows the amount of deflection and the radius of curvature in the examples and comparative examples in the pulse application process described above. As shown in FIG. 10, the radius of curvature before applying the pulse was 3.0 mm in the example and 2.9 mm in the comparative example. From this result, it was clarified that the difference in the radius of curvature between the example and the comparative example was 3%, so that the difference in internal stress due to the difference in the electrode and the seed layer could be ignored.
図11に各印加パルスに対する撓み量を、図12に各印加パルス数に対する曲率半径を示す。図11に示すように、実施例では比較例に対し撓み変化が抑えられており、図12に示すように101010100回のパルス印加後における曲率半径は実施例では比較例に対し2.6倍長くなることが明らかとなった。 FIG. 11 shows the amount of deflection for each applied pulse, and FIG. 12 shows the radius of curvature for each applied pulse number. As shown in FIG. 11, in the example, the change in bending is suppressed as compared with the comparative example, and as shown in FIG. 12, the radius of curvature after applying 10101100 100 pulses is 2.6 times longer than that in the comparative example in the example. It became clear that it would be.
4.5.メカニズム及び評価結果
インプリント試験におけるインプリント率と撓み量の変化は、実施例における95%以上の成分で配向揺らぎが7.0°以下であることに起因する。図12は配向揺らぎと分極の関係について説明するための図である。図13に示すように、(100)配向揺らぎが
無い場合(図13の上段)は菱面体晶の圧電材料の結晶における分極は面直方向(図13中の上下方向)に対し、<111>の4方向(4軸)が等価である。これに対し、配向揺らぎが存在する場合(図13の下段)、分極が4軸において非等価となる。このため、面直方向に電圧を印加すると、図示のような分極転移が発生する場合がある。この分極転移が不可逆に生じる(これをピニングと称する。)ことで、内部応力の変化が生じ、初期の撓み量が増大して(撓み量にバイアス量が生じて)、結果として与えられるエネルギーに対する撓み量が小さくなり、効率が低下すると考えられる。振動板が圧力発生室の一壁を構成する場合には、液体の吐出効率が低下すると考えられる。これに対して本発明の実施例の場合には、ピニングが抑えられるので、撓みの効率が良好で、液体吐出ヘッドに用いた場合に液体の吐出効率が良好となると考えられる。
4.5. Mechanism and evaluation results The changes in the imprint rate and the amount of deflection in the imprint test are due to the orientation fluctuation of 7.0 ° or less for 95% or more of the components in the examples. FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between orientation fluctuation and polarization. As shown in FIG. 13, (100) when there is no orientation fluctuation (upper part of FIG. 13), the polarization of the rhombohedral crystal in the piezoelectric material crystal is <111> with respect to the plane perpendicular direction (vertical direction in FIG. 13). 4 directions (4 axes) are equivalent. On the other hand, when there is an orientation fluctuation (lower part of FIG. 13), the polarizations are unequal in the four axes. Therefore, when a voltage is applied in the direction perpendicular to the plane, a polarization transition as shown in the figure may occur. When this polarization transition occurs irreversibly (this is called pinning), a change in internal stress occurs, the initial amount of deflection increases (the amount of deflection causes a bias amount), and the resulting energy is given. It is considered that the amount of deflection becomes small and the efficiency decreases. When the diaphragm constitutes one wall of the pressure generating chamber, it is considered that the liquid discharge efficiency is lowered. On the other hand, in the case of the embodiment of the present invention, since pinning is suppressed, it is considered that the efficiency of bending is good and the liquid discharge efficiency is good when used for the liquid discharge head.
本明細書において、特定のA部材(以下、「A」という。)の「上方」又は「下方」に設けられた特定のB部材(以下、「B」という。)というとき、Aの上又は下に直接Bが設けられた場合と、Aの上又は下に他の部材を介してBが設けられた場合とを含む意味である。また、A上という場合も、Aの上方という場合と同様である。また、Aの上方又は下方にBが存在するという場合、見る方向、角度を変えたり視野を回転すればそのように存在すると解し得ることを意味し、重力の作用方向とは無関係である。 In the present specification, when it is referred to as a specific B member (hereinafter referred to as "B") provided "upper" or "lower" of a specific A member (hereinafter referred to as "A"), it is above or above A. It is meant to include a case where B is directly provided below and a case where B is provided above or below A via another member. Further, the case of being on A is the same as the case of being above A. Further, when B exists above or below A, it means that it can be understood that it exists by changing the viewing direction and angle or rotating the field of view, and it is irrelevant to the action direction of gravity.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the present invention includes substantially the same configurations as those described in the embodiments (eg, configurations with the same function, method and result, or configurations with the same purpose and effect). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the present invention includes a configuration having the same action and effect as the configuration described in the embodiment or a configuration capable of achieving the same object. Further, the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
2…基体、10…第1電極、20…圧電体層、30…第2電極、100…圧電素子、110…アクチュエーター、200…液体吐出ヘッド、202…リード電極、203…接着剤、204…接続配線、210…流路形成基板、211…圧力発生室、212…隔壁、213…インク供給路、214…連通路、215…連通部、216…マニホールド、220…ノズルプレート、222…ノズル開口、230…振動板、232…第1絶縁層、234…第2絶縁層、240…保護基板、242,244…貫通孔、246…開口部、250…回路基板、260…コンプライアンス基板、262…封止層、264…固定板、266…貫通孔
2 ... substrate, 10 ... first electrode, 20 ... piezoelectric layer, 30 ... second electrode, 100 ... piezoelectric element, 110 ... actuator, 200 ... liquid discharge head, 202 ... lead electrode, 203 ... adhesive, 204 ... connection Wiring, 210 ... Flow path forming substrate, 211 ... Pressure generating chamber, 212 ... Bulk partition, 213 ... Ink supply path, 214 ... Communication passage, 215 ... Communication part, 216 ... Manifold, 220 ... Nozzle plate, 222 ... Nozzle opening, 230 ... Vibrating plate, 232 ... First insulating layer, 234 ... Second insulating layer, 240 ... Protective substrate, 242, 244 ... Through hole, 246 ... Opening, 250 ... Circuit board, 260 ... Compliance board, 262 ...
Claims (6)
自発分極の方向が、菱面体晶のペロブスカイト構造の自発分極の方向と類似する結晶を含み、前記第1電極の上方に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上方に設けられた第2電極と、
を備え、
前記圧電体層は、ビスマス、鉄及びチタンを含み、
前記結晶の結晶構造を擬立方晶とみなした場合の(100)に帰属されるX線回折信号のロッキングカーブの信号強度分布の、2σが7.0°以内である、圧電素子。 The first electrode provided above the substrate and
A piezoelectric layer having a direction of spontaneous polarization similar to the direction of spontaneous polarization of the perovskite structure of rhombohedral crystals and provided above the first electrode.
A second electrode provided above the piezoelectric layer and
Equipped with
The piezoelectric layer contains bismuth, iron and titanium.
A piezoelectric element in which 2σ of the signal intensity distribution of the locking curve of the X-ray diffraction signal attributed to (100) when the crystal structure of the crystal is regarded as a pseudo-cubic crystal is within 7.0 °.
前記圧電体層は、複数の層を有する、圧電素子。 In claim 1,
The piezoelectric layer is a piezoelectric element having a plurality of layers.
前記第1電極に正の電位が印加され、
前記第2電極に接地電位が印加される、圧電素子。 In claim 1 or 2 ,
A positive potential is applied to the first electrode,
A piezoelectric element to which a ground potential is applied to the second electrode.
前記第1電極は、前記第2電極に近い側から白金層及びチタン層が積層した積層構造を含む、圧電素子。 In any one of claims 1 to 3 ,
The first electrode is a piezoelectric element including a laminated structure in which a platinum layer and a titanium layer are laminated from a side close to the second electrode.
前記第2電極は、前記第1電極に近い側からイリジウム層、チタン層、イリジウム層及びチタン層が積層した積層構造を有する、圧電素子。 In any one of claims 1 to 4 ,
The second electrode is a piezoelectric element having a laminated structure in which an iridium layer, a titanium layer, an iridium layer, and a titanium layer are laminated from the side close to the first electrode.
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