KR100651046B1 - 유전체막 구조체, 유전체막 구조체를 사용하는 압전액추에이터 및 잉크젯 헤드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판과 상기 기판 상에 제공된 유전체막을 구비하는 유전체막 구조체이며, 상기 유전체막은 상기 기판에 대해 (001) 면방위를 갖고, 상기 유전체막에 관련된 하기 식 1의 값 u가 2보다 큰 실수인 유전체막 구조체를 제공한다.
[식 1]
u = (Cc/Ca) × (Wa/Wc)
여기서, Cc는 면외 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (00l') 면의 피크의 카운트 수이고(여기서, l'는 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수이다), Ca는 면내 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (h'00) 면의 피크의 카운트 수이고(여기서, h'는 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수이다), Wc는 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막 (00l') 면의 피크의 절반값 폭이고, Wa는 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (h'00)의 피크의 절반값 폭이다.
유전체막, 면방위, 회절 측정, 압전 액추에이터, 잉크젯 헤드
Description
도1a는 본 발명에 따른 양측 레버식 압전 액추에이터의 사시도이고, 도1b는 도1a의 선 1B-1B를 따라 취한 본 발명의 양측 레버식 압전 액추에이터의 단면도.
도2a는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 사시도이고, 도2b는 도2a의 선 2B-2B를 따라 취한 본 발명의 잉크젯 헤드의 단면도.
도3a는 압전 세라믹 페이스트를 사용한 양측 레버식 압전 액추에이터의 사시도이고, 도3b는 도3a의 선 3B-3B를 따라 취한 압전 세라믹 페이스트를 사용한 양측 레버식 압전 액추에이터의 단면도.
도4a는 유니 모프식의 잉크젯 헤드의 사시도이고, 도4b는 도4a의 선 4B-4B를 따라 취한 유니 모프식의 잉크젯 헤드의 단면도.
도5는 X선 회절 측정 챠트를 도시한 개략도.
도6은 로킹 커브 X선 회절 측정 챠트를 도시한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 비임(레버)
102 : 실리콘 기판
103 : 진동 플레이트
105 : 하부 전극
106 : 유전체막
107 : 상부 전극
201 : 유로 기판
208 : 잉크 가압 챔버
209 : 공통 잉크 챔버
210 : 연통로
211 : 노즐 플레이트
212 : 노즐
본 발명은 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 가지며 액추에이터, 메모리 또는 센서와 같은 요소로서 이용 가능한 유전체막 구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유전체막 구조체를 갖는 압전 액추에이터에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 액체를 토출하기 위한 토출압 발생 요소로서 이러한 압전 액추에이터를 이용하는 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
근래, 티탄산 지르콘산 납[Pb(Zr, Ti)O3, PZT], 티탄산 바륨(BaTiO3), 티탄 산 지르콘산 납-마그네슘 니오브산 납[Pb(Zr, Ti)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
, PZT-PMN]의 고용체를 포함하는 유전체막을 갖는 유전체막 구조체가, 그의 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 이용함으로써 액추에이터, 메모리 및 센서와 같은 다양한 요소로 널리 사용되고 있다. 현재, 전자/전기 기기가 소형화되고 고기능화됨에 따라, 요소 자체의 소형화 및 고집적화에 대한 요구가 높아지고 있다.
예를 들면, 유전체막 구조체를 갖는 압전 액추에이터는, 개인용 컴퓨터의 출력 장치로서 상용화되어 있는 잉크젯 프린터의 잉크 토출 수단으로서 이용되고 있다.
압전 액추에이터를 이용하는 다양한 방식의 잉크젯 헤드가 공지되어 있다. 이러한 방식으로서, 예를 들면 일본 특허 공개 소53-12138호(1978)에 개시된 바이-모프(bi-morph)식, 일본 특허 공개 소62-22790호(1987)에 개시된 유니-모프(uni-morph)식 및 미국 특허 제4,584,590호, 일본 특허 공개 평7-33089호(1995) 및 미국 특허 제5,265,315호에 개시된 셰어 모드(share mode)식이 있다.
이제, 유니-모프식 압전 액추에이터를 사용하는 잉크젯 헤드와 관련하여 잉크젯 헤드를 설명한다. 도4a는 유니-모프식 잉크젯 헤드의 사시도이고, 도4b는 도4a의 선 4B-4B를 따라 취한 단면도이다. 잉크젯 헤드는 주로 압전 액추에이터(8), 유로 기판(9) 및 노즐 플레이트(10)를 포함하는 3개의 부분으로 형성된다. 복수의 노즐(3)이 미리 정해진 피치 및 패턴으로 노즐 플레이트에 형성되고 각각의 노즐은 유로 기판의 이면에 토출 포트를 형성하며, 이 토출 포트는 그를 통해 잉크가 토출되는 개구이다. 또한, 각각의 액추에이터 및 잉크 가압 챔버(1)에 대응하는 노즐이 각각의 노즐에 대응하여 유로 기판에 형성된다.
노즐 플레이트 및 유로 기판은 노즐이 대응 잉크 가압 챔버와 연통하도록 함께 접합된다. 또한, 공통 잉크 챔버(2)가 유로 기판에 형성되고 모든 복수의 잉크 가압 챔버는 공통 잉크 챔버와 연통한다. 잉크 가압 챔버(1)의 측벽 중 하나(도면에서 천정부)는 또한 압전 액추에이터의 진동 플레이트(4)로서 기능한다. 하부 전극(5), 유전체막(6) 및 상부 전극(7)이 진동 플레이트 상에 순서대로 적층되어, 이에 의해 압전 액추에이터를 구성한다.
잉크가 토출되면, 잉크는 공통 잉크 챔버(2)로부터 잉크 가압 챔버(1)로 공급되어 잉크 가압 챔버(1)를 충전한다. 이 상태에서, 압전 액추에이터(8)의 상부 전극(7) 및 하부 전극(5)에 전압을 인가함으로써, 유전체막(6)은 막의 표면에 평행한 방향으로 수축되거나 팽창될 수 있다. 그 결과, 압전 액추에이터(8)는 잉크 가압 챔버(1)의 내부 또는 외부를 향해 만곡된다. 예를 들면, 압전 액추에이터가 잉크 가압 챔버의 내부를 향해 만곡되면, 잉크 가압 챔버 내의 잉크가 가압되어 잉크 액적이 압력에 의해 노즐로부터 토출될 수 있다.
현재 상용화되어 있는 잉크젯 헤드의 유전체막은 통상적으로 압전 세라믹 페이스트(paste)의 스크린 인쇄에 의해 형성된다. 압전 세라믹 페이스트는 압전 재료의 원료 분말에 소량의 유기 결합제를 첨가함으로써 얻어진다. 압전 세라믹 페이스트는, 미리 정해진 피치로 형성된 잉크 가압 챔버에 대응하여 하부 전극에 스크린 인쇄를 행하고, 그 후 소결을 수행하여 다결정 유전체막을 얻음으로써 패터닝 코팅된다.
그러나, 노즐 배열의 고밀도화 및 잉크젯 헤드의 길이 연장(헤드 당 노즐의 수의 증가)의 발생을 고려하면, 스크린 인쇄를 사용하는 방법은 이하의 문제점을 갖는다.
잉크젯 헤드의 노즐 배열의 고밀도화가 추구되는 경우, 잉크 가압 챔버의 폭은 이에 따라 감소되어야 하고 압전 액추에이터의 더 큰 변위가 요구된다. 따라서, 노즐 배열의 고밀도화를 성취하기 위해, 스크린 인쇄에 의해 얻어진 유전체막은 만족스러운 압전 특성을 제공하지 않을 수도 있다.
또한, 스크린 인쇄를 사용하는 유전체막의 형성시에, 소결을 수행하기 위해 950 ℃ 내지 1300 ℃ 범위의 온도 및 수십 분 내지 수 시간 범위의 시간이 요구된다. 이와 같이 얻어진 유전체막의 패턴은 소결 중의 체적 수축에 기인하여, 스크린 인쇄가 수행될 때 얻어진 패턴으로부터 위치적인 편차를 발생시킨다. 이러한 유전체막의 위치적인 편차는 노즐 배열의 고밀도화가 성취되고 잉크젯 헤드의 길이가 증가함에 따라 토출 성능에 대한 영향과 관련하는 중대한 문제점을 발생시킬 수도 있다. 또한, 일반적으로, 반도체 제조 기술을 사용하는 실리콘 기판의 미세 가공이 잉크 가압 챔버의 고집적화를 성취하기 위한 수단으로서 적합한 것으로 고려되지만, 유전체막이 스크린 인쇄에 의해 형성되는 경우, 소결 중의 가열에 기인하는 실리콘 기판의 열화를 회피하지 못할 수도 있다.
이들 문제점을 해결하기 위해, 스패터링법(spattering method), 졸겔법(sol-gel method) 또는 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)법과 같은 방법을 사용하여 성 막 조건의 온도가 감소되고 유전체막의 결정 구조를 제어함으로써 특성이 향상되는 기술이 개발되었다.
예를 들면, 일본 특허 출원 공개 평6-350154(1994)호에는, 70 ％보다 많은 (111) 방위를 갖는 사방정계의 티탄산 지르콘산 납이 스패터링법에 의해 기판 상에 성막되고, 70 ％보다 많은 (001) 방위를 갖는 정방정계의 티탄산 지르콘산 납이 스패터링법에 의해 기판 상에 성막되는 유전체(압전체)막 요소가 개시되어 있고, 액체 분사 장치로서의 이용이 교시되어 있다.
그러나, 상기 공보에 개시된 유전체막(압전체) 요소는 몇 가지의 문제점을 갖는다.
먼저, 그의 압전 특성은 다결정 티탄산 지르콘산 납(PZT)의 소결체와 비교하여 향상되었지만, 다수의 경우 이러한 압전 특성은 고밀도 노즐 배열을 갖는 잉크젯 프린터를 실현하는데 불충분할 수도 있다. 또한, 유전체막 요소의 내구성은 다결정 PZT 소결체의 내구성보다 작고, 유전체막 요소가 반복적으로 사용되면, 그의 압전 특성이 상당히 감소될 수도 있다.
본 발명의 목적은 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 얻음으로써, 액추에이터, 메모리 또는 센서와 같은 요소의 소형화 및 고집적화를 성취하기 위한 기술을 제공하는 것이고, 특히 다결정 소결체를 포함하는 종래의 유전체막의 특성보다 우수한 특성을 갖고 우수한 내구성을 갖는 압전 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 압전 액추에이터를 갖고 또한 고밀도 노즐 배열을 성취하며 헤드의 길이 연장을 가능하게 하는데 적합한 구조를 갖는 잉크젯 헤드를 제공하는 것이다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체는 기판과, 기판 상에 제공된 유전체막을 갖는 유전체막 구조체이고, 이 유전체막은 기판에 대해 (001) 면방위를 갖고, 유전체막과 관련한 하기의 식1에서의 값 u는 2 보다 큰 실수이다.
[식1]
u = (Cc/Ca) ×(Wa/Wc)
여기서, Cc는 면외 X선 회절 측정(Out-of-plane X ray diffraction measurement)에서의 유전체막의 (00l')면의 피크의 카운트 수(카운트의 수)이고(여기서, l'은 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수이다), Ca는 면내(In-plane) X선 회절 측정에서의 유전체막의 (h'00)면의 피크의 카운트 수(여기서, h'는 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수임)이고, Wc는 면외 로킹 커브(rocking curve) X선 회절 측정에서의 유전체막의 (00l')면의 피크의 절반값 폭이고, Wa는 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (h'00)면의 피크의 절반값 폭이다.
본 발명의 카운트 수와 절반값 폭과 관련하여, X선 회절 측정 챠트(개략도)의 예를 사용하여 설명한다. 예를 들면, 제1 발명에 따른 유전체막 구조체의 면외 X선 회절 측정 챠트가 도5 및 도6에 도시한 바와 같다면(로킹 커브), Cc는 PZT (002) 피크의 카운트 수이고, Wc는 PZT (002) 피크의 절반값 폭이다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막은 반드시 기판 상에 직접 제공될 필요는 없으며, 중간층(예를 들면, 버퍼층 또는 전극층)이 유전체막과 기판 사이에 포함될 수도 있다. 또한, 복수의 중간층이 제공될 수도 있다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 성취하는데, 이는 유전체막이 기판에 대해 (001) 면방위를 갖고 그의 결정 구조는 상기 식1에서의 값 u가 2보다 큰 실수가 되도록 즉, 결정 구조가 유전체막의 두께 방향 및 그에 수직인 방향으로 더욱 바람직한 방식으로 제어되기 때문이다. 이러한 결정성을 갖는 유전체막을 사용함으로써, 이들 특성에 있어서, 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (001) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수한 특성을 갖는 유전체막 구조체가 얻어질 수 있다. 또한, 제1 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 갖고, 따라서 반복적으로 사용되더라도 특성의 열화가 거의 발생되지 않는다. 제1 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 값 u는 3보다 큰 실수이고, 더욱 바람직하게는 값 u는 5보다 큰 실수이고, 가장 바람직하게는 값 u는 7보다 큰 실수이다.
제1 발명에 따른 (001) 면방위를 갖는 유전체막에서, (001) 면 이외의 면들의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (00l') 면의 카운트 수의 10％ 보다 작고, (h00) 면 이외의 면들의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서의 (h'00) 면의 카운트 수의 10％보다 작다. 그러나, h 및 l은 임의의 자연수이고, l'은 (00l') 면의 피크의 카운트 수가 면외 X선 회절 측정에서 최대가 되도록 선택된 자연수이고, h'은 (h'00) 면의 피크의 카운트 수가 면내 X선 회절 측정에서 최대가 되도록 선택된 자연수이다. 바람직하게는, 이들은 5 ％보다 작고, 더욱 바람직하게는 1％ 보다 작다. 부수적으로, 본 발명의 유전체막의 (00l) 면 및 (h00) 면과 관련하여, 결정의 면 지수를 (hkl)로 가정하면, 기판의 표면에 평행한 면은 (00l) 면으로, 기판의 표면에 실질적으로 수직인 면은 (h00) 면으로 칭한다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체는, 유전체막이 Pb, Zr, Ti, Mg, Zn 및 Nb 중 3 종류 이상을 포함하는 유전체막인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 유전체막은 티탄산 지르콘산 납을 주성분으로 한다. 이 배열에 의해, 유전체막 구조체의 우수한 특성이 넓은 온도 범위에서 성취될 수 있다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 유전체막의 두께는 10 ㎚보다 크고 20 ㎛보다 작다. 이 구성에 의해, 유전체막의 두께를 증가시킴으로써 전기적인 내구성이 향상된다. 또한, 구조체는 더 넓은 전압 범위에서 사용될 수 있다. 또한, 유전체막의 두께가 너무 크면, 성막 시간이 증가될 것이다. 따라서, 이는 제조 효율의 관점에서 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, 두께는 100 ㎚ 보다 크고 15 ㎛ 보다 작고, 가장 바람직하게는 두께는 500 ㎚ 보다 크고 10 ㎛ 보다 작다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 유전체막의 결정 구조는 정방정이다. 정방정을 사용함으로써, 유전체막의 분극 방향이 두께 방향과 용 이하게 정렬될 수 있다.
제1 발명에 따른 압전 액추에이터는 전술한 제1 발명에 따른 유전체막 구조체를 포함한다. 따라서, 종래의 압전 액추에이터의 압전 특성보다 우수한 압전 특성이 성취될 수 있기 때문에, 액추에이터의 소형화 및 고집적화가 실현될 수 있다.
제1 발명에 따른 잉크젯 헤드는 전술한 제1 발명에 따른 압전 액추에이터를 포함한다. 따라서, 노즐 배열의 고밀도화를 성취하고 잉크젯 헤드의 길이를 연장하는 것(헤드 당 노즐의 수를 증가하는 것)이 가능하고, 그 결과 매우 미세한 화상이 잉크젯 헤드를 사용하여 얻어질 수 있고 인쇄 속도가 증가될 수 있다.
제1 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막에서, X선 회절에서의 측정값과 관련하여, 식 u = (Cc/Ca) ×(Wa/Wc)에서의 값 u가 2보다 큰 실수, 바람직하게는 3 보다 큰, 더욱 바람직하게는 5보다 큰 그리고 7 보다 큰 실수이면, 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성이 성취될 수 있다. 이들 특성은 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (001) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수하다. 또한, 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 갖고, 따라서 반복적으로 사용되더라도 특성의 열화가 거의 발생하지 않는다.
발명의 유전체막 구조체의 우수한 특성을 실현하기 위한 기구는 명백해지지는 않지만, 이하의 기구를 고려할 수 있다. 먼저, 유전체막의 결정 방위가 통상의 다결정의 결정 방위와는 달리 임의적이지 않고 두께 방향 및 면내 방향으로 정렬되는 것으로 고려된다. 따라서, 유전체막의 기능이 다양한 방향으로 분산되지 않고 특정 방향으로 집중되고, 이에 의해 탁월한 효과가 얻어진다.
다음, 본 발명의 유전체막의 규칙적으로 정렬된 결정 격자의 배열을 상세히 고찰한다. 이러한 격자 배열은 대체로 규칙적으로 정렬되어있지만, 엄밀히 말하면, 이 배열은 완전하지 않고 결정 방위의 약간의 왜곡이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 왜곡은 X선 회절 측정에서의 로킹 커브의 절반값 폭의 크기로서 관찰된다. 본 발명의 유전체막 구조체에서, 유전체막의 결정 격자의 로킹 커브의 절반값 폭의 크기는 두께 방향보다 면내 방향에서 더 커서, 결정 격자의 자유도가 면내 방향에서 더 큰 것으로 고려된다. 그 결과, 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성의 기반이 되는 유전체 결정의 구성 이온의 변위가 매우 용이하게 발생할 수 있어, 본 발명의 우수한 특성을 실현하는 기구가 추정된다.
부수적으로, 상기 식1에서의 값 u를 구하기 위한 X선 회절 측정의 조건은 특정의 것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 슬릿 폭이 0.2°내지 1°이고 X선 튜브 전압이 50 kV이고 X선 튜브 전류가 40 mA인 측정 조건이 사용될 수 있다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체는 기판과, 기판 상에 제공된 유전체막을 갖는 유전체막 구조체이고, 이 유전체막은 기판에 대해 (111) 면방위를 갖고, 유전체막과 관련한 하기의 식2에서의 값 v는 2보다 큰 실수이다.
[식2]
v = (C111/C-110) ×(W-110/W111)
여기서, C111은 면외 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (111) 면의 피크의 카 운트 수(카운트의 수)이고, C-110은 면내 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (-110) 면의 피크의 카운트 수이고, W111은 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (111) 면의 피크의 절반값 폭이고, W-110은 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (-110) 면의 피크의 절반값 폭이다.
부수적으로, 면내 X선 회절의 (-110) 면의 복수의 반사 피크가 존재하면, C-110 및 W-110은 최대 카운트 수를 지시하는 피크에 대응한다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막은 반드시 기판 상에 직접 제공될 필요는 없고, 중간층(예를 들면, 버퍼층 또는 전극층)이 유전체막과 기판 사이에 포함될 수도 있다. 또한, 복수의 중간층이 제공될 수도 있다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 성취할 수 있는데, 이는 유전체막이 기판에 대해 (111) 면방위를 갖고 그의 결정 구조는 상기 식2에서의 값 v가 2보다 큰 실수가 되도록 즉, 결정 구조가 두께 방향과 그에 수직인 방향에서 더욱 바람직한 방식으로 제어되기 때문이다. 이러한 결정성을 갖는 유전체막을 사용함으로써, 이들 특성에 있어서, 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (111) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수한 특성을 갖는 유전체막 구조체가 얻어질 수 있다. 또한, 제2 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 갖고, 따라서 반복적으로 사용되더라도 특성의 열화가 거의 발생하지 않는다. 제2 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게 는 값 v는 3보다 큰 실수이고, 더욱 바람직하게는 값 v는 5보다 큰 실수이고, 가장 바람직하게는 값 v는 7보다 큰 실수이다.
제2 발명에 따른 (111) 면방위를 갖는 유전체막에서, (111) 면에 평행하지 않은 면들의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (111) 면의 카운트 수의 10％보다 작고, {-110} 면에 평행하지 않은 면들의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서의 (-110) 면의 카운트 수의 10％보다 작다. 바람직하게는 이들은 모두 5％보다 작고, 더욱 바람직하게는 1％보다 작다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체는 Pb, Zr, Ti, Mg, Zn 및 Nb 중 3 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 유전체막은 티탄산 지르콘산 납을 주성분으로 한다. 이 배열에 의해, 유전체막 구조체의 우수한 특성이 넓은 온도 범위에서 성취될 수 있다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 유전체막의 두께는 10 ㎚보다 크고 20 ㎛보다 작다. 이 구성에서, 유전체막의 두께를 증가시킴으로써, 전기적인 내구성이 향상된다. 또한, 구조체는 더 넓은 전압 범위에서 사용될 수 있다. 또한, 유전체막의 두께가 너무 크면, 성막 시간이 증가될 수 있다. 따라서, 이는 제조 효율의 관점에서 바람직하지 않다. 더욱 바람직하게는, 두께는 100 ㎚ 보다 크고 15 ㎛ 보다 작고, 가장 바람직하게는 500 ㎚보다 크고 10 ㎛보다 작다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 유전체막의 결정 구조는 사방정이다. 사방정을 사용함으로써, 유전체막의 분극 방향이 두께 방향과 용 이하게 정렬될 수 있다.
제2 발명에 따른 압전 액추에이터는 전술한 제2 발명에 따른 유전체막 구조체를 포함한다. 따라서, 종래의 압전 액추에이터의 압전 특성보다 우수한 압전 특성이 성취될 수 있고, 액추에이터의 소형화 및 고집적화가 실현될 수 있다.
제2 발명에 따른 잉크젯 헤드는 전술한 제2 발명에 따른 압전 액추에이터를 포함한다. 따라서, 노즐 배열의 고밀도화를 성취하고 잉크젯 헤드의 길이를 연장시키는 것(헤드 당 노즐의 수를 증가시키는 것)이 가능하고, 그 결과 매우 미세한 화상이 잉크젯 헤드를 사용함으로써 얻어질 수 있고 인쇄 속도가 증가될 수 있다.
제2 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막에서, X선 회절에서의 측정값과 관련하여, 식 v = (C111/C-110) ×(W-110/W111)에서의 값 v가 2보다 큰 실수, 바람직하게는 3보다 큰, 더욱 바람직하게는 5보다 큰 및 7보다 큰 실수이면, 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성이 성취된다. 이들 특성은 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (111) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수하다. 또한, 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 갖고, 따라서 반복적으로 사용되더라도 특성의 열화가 거의 발생하지 않는다.
본 발명의 유전체막 구조체의 우수한 특성을 실현하기 위한 기구는 명백해지지는 않지만, 이하의 기구를 고려할 수 있다. 먼저, 본 발명의 유전체막 구조체의 결정 방위는 통상의 다결정의 결정 방위와는 달리 임의적이지 않고 두께 방향 및 면내 방향에서 정렬되는 것으로 고려된다. 따라서, 유전체막의 기능이 다양한 방 향으로 분산되지 않고 특정 방향에 집중되어 우수한 효과가 얻어진다.
다음, 본 발명의 유전체막의 규칙적으로 정렬된 결정 격자의 배열을 상세히 고찰한다. 이러한 격자 배열은 대체로 규칙적으로 정렬되어있지만, 엄밀히 말하면 배열이 완전하지 않고 결정 방위의 약간의 왜곡이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이러한 왜곡은 X선 회절 측정에서의 로킹 커브의 절반값 폭의 크기로서 관찰된다. 본 발명의 유전체막 구조체에서, 유전체막의 결정 격자의 로킹 커브의 절반값 폭의 크기는 두께 방향보다는 면내 방향에서 커서, 결정 격자의 자유도가 면내 방향에서 더 큰 것으로 고려된다. 그 결과, 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성의 기반이 되는 유전체 결정의 구성 이온의 변위가 매우 용이하게 발생하여 본 발명의 우수한 특성을 실현할 수 있는 기구가 추정된다.
부수적으로, 상기 식2에서의 값 v를 구하기 위한 X선 회절 측정의 조건은 특정의 것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 슬릿 폭이 0.2°내지 1°이고 X선 튜브 전압이 50 ㎸이고 X선 튜브 전류가 40 ㎃인 측정 조건이 사용될 수 있다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조체는 기판과, 기판 상에 제공된 유전체막을 갖는 유전체막 구조체이고, 이 유전체막은 기판에 대해 (110) 면방위를 갖고, 유전체막과 관련된 하기의 식 3에서의 값 w는 2보다 큰 실수이다.
[식 3]
w = (C110 / C00m) ×(W00m / W110)
여기서, C110은 면외 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (110) 면의 피크의 카 운트 수(카운트의 수)이고, C00m은 면내 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (00m) 면의 피크의 카운트 수(여기서, m은 C00m이 최대가 되도록 선택된 자연수임)이고, W110은 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (110) 면의 피크의 절반값 폭이고, W00m은 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 유전체막의 (00m) 면의 피크의 절반값 폭이다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막은 반드시 기판 상에 직접 제공될 필요는 없으며, 중간층(예를 들면, 버퍼층 또는 전극층)이 유전체막과 기판 사이에 포함될 수도 있다. 또한, 복수의 중간층이 제공될 수도 있다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 갖는데, 이는 유전체막이 기판에 대해 (110) 면방위를 갖고 그의 결정 구조는 상기 식3에서의 값 w가 2보다 큰 실수가 되도록 즉, 결정 구조가 두께 방향 및 그에 수직인 방향에서 더욱 바람직한 방식으로 제어되기 때문이다. 이러한 결정성을 갖는 유전체막을 사용함으로써, 이들 특성에 있어서, 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (110) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수한 특성을 갖는 유전체막 구조체가 얻어질 수 있다. 또한, 제3 발명에 따른 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 갖고, 따라서 반복적으로 사용되더라도 특성의 열화가 거의 발생하지 않는다. 제3 발명에 따른 유전체막 구조체에서, 바람직하게는 값 w는 3보다 큰 실수이고, 더욱 바람직하게는 값 w는 5보다 큰 실수이고, 가장 바람직하게는 값 w는 7보다 큰 실수이다.
제3 발명에 따른 (110) 면방위를 갖는 유전체막에 있어서, (110) 면에 평행하지 않는 면의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (110) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작고 {-110} 면에 평행하지 않은 면의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서의 (-110) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이들 모두는 5 ％보다 작고 더욱 바람직하게는 1 ％보다 작다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조는 바람직하게는 Pb, Zr, Ti, Mg, Zn 및 Nb 중 3 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는, 유전체막은 티탄산 지르콘산 납을 주성분으로 포함한다. 이 배열에 의해, 유전체막 구조체의 우수한 특성이 광범위한 온도 범위에서 달성될 수 있다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조체에 있어서, 바람직하게는 유전체막의 두께는 10 ㎚보다 크고 20 ㎛보다 작다. 이 구성에 있어서, 유전체막의 두께를 증가시킴으로써, 전기적인 내구성은 향상된다. 또한, 구조체는 보다 넓은 전압 범위에서 사용될 수 있다. 또한, 유전체막의 두께가 너무 큰 경우, 성막 시간은 증가될 것이다. 따라서, 제조 효율의 관점에서 바람직하지 못하다. 보다 바람직하게는, 두께는 100 ㎚보다 크고 15 ㎛보다 작으며, 가장 바람직하게는 두께는 500 ㎚보다 크고 10 ㎛보다 작다.
제3 발명에 따른 압전 액추에이터는 전술된 제3 발명에 따른 유전체막 구조체를 포함한다. 따라서, 종래의 압전 액추에이터의 것보다 우수한 압전 특성이 달성될 수 있기 때문에, 액추에이터의 소형화 및 고집적화가 실현될 수 있다.
제3 발명에 따른 잉크젯 헤드는 전술된 제3 발명에 따른 압전 액추에이터를 포함한다. 따라서, 노즐 배열의 고밀도화를 달성하고 잉크젯 헤드의 길이를 연장하는 것(헤드 당 노즐의 수를 증가시키는 것)이 가능하여서, 그 결과 매우 미세한 화상이 잉크젯 헤드를 사용함으로써 얻어질 수 있고 인쇄 속도는 증가될 수 있다.
제3 발명에 따른 유전체막 구조체의 유전체막에 있어서, X선 회절에서의 측정값과 관련하여, 식 w = (C110 / C00m) ×(W00m / W110)에서의 값 w가 2보다 크고 바람직하게는 3보다 크고 더 바람직하게는 5보다 및 7보다 큰 실수인 경우, 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성이 달성된다. 이들 특성은 종래의 다결정 유전체막 또는 종래의 (110) 면방위를 갖는 유전체막의 특성보다 우수하다. 또한, 유전체막 구조체는 우수한 내구성을 가지고, 따라서 반복 사용되는 경우에도 특성의 열화는 거의 발생하지 않는다.
본 발명의 유전체막 구조체의 우수한 특성을 실현하기 위한 기구가 명백해지지는 않지만, 다음의 기구가 고려될 수 있다. 먼저, 본 발명의 유전체막 구조체의 결정 방위가 통상의 다결정의 결정 방위와는 달리 임의적이지 않고 두께 방향 및 면내 방향으로 정렬되는 것으로 고려된다. 따라서, 유전체막의 기능은 다양한 방향으로 분산되지 않고 특정 방향으로 집중됨으로써, 큰 효과를 얻는다.
다음, 본 발명의 유전체막의 규칙적으로 정렬된 결정 격자의 배열을 상세히 고찰한다. 이러한 격자 배열이 대체적으로 규칙적으로 정렬되어 있지만, 엄밀히 말해, 배열은 완전하지 않고 결정 방위에 있어서의 약간의 왜곡이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이러한 왜곡은 X선 회절 측정에 있어서 로킹 커브의 절반값 폭의 크 기로서 관찰된다. 본 발명의 유전체막 구조체에 있어서, 유전체막의 결정 격자의 로킹 커브의 절반값 폭의 크기는 두께 방향보다 면내 방향으로 더 커서, 결정 격자의 자유도가 면내 방향에서 더 큰 것으로 고려된다. 그 결과로서, 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성의 기초가 되는 유전체 결정 내의 구성 이온의 변위가 매우 용이하게 발생될 수 있어서, 본 발명의 우수한 특성을 실현시킬 수 있는 기구가 추정된다.
부수적으로, 앞선 식 3에서 값 w를 구하기 위한 X선 회절 측정의 조건이 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들면 슬릿 폭이 0.2°내지 1°이고, X선 튜브 전압이 50 ㎸이며, X선 튜브 전류가 40 ㎃인 측정 조건이 사용될 수 있다.
본 발명의 이러한 유전체막 구조체가 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 가지기 때문에, 액추에이터, 메모리 및 센서와 같은 요소의 소형화 및 고집적화가 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 압전 액추에이터는 우수한 압전 특성 및 내구성을 모두 가지므로, 우수한 압전 특성은 장기간 동안 유지될 수 있다.
게다가, 본 발명의 잉크젯 헤드가 전술된 압전 액추에이터를 포함하기 때문에, 헤드는 우수한 잉크 토출성 및 내구성을 제공하고 고밀도의 노즐 배열을 가지는 연장된 잉크젯 헤드가 제공될 수 있다.
본 발명의 유전체막을 형성하기 위한 방법이 특별히 제한되지는 않지만, 스패터링법, 증착법, 레이저 연마법, MOCVD법, 분자빔 에피탁시(molecular beam epitaxy)법, 졸겔법 또는 이온 도금법과 같은 방법이 사용될 수 있고, 앞선 식 1에 서의 값 u, 앞선 식 2에서의 값 v 및 앞선 식 3에서의 값 w가 미리 정해진 값이 되는 결정 구조를 얻기 위한 제조 조건이 설정된다. 스패터링법에서의 성막 조건에 대해, 성막 시의 기판 온도는 500 ℃보다 크고 700 ℃보다 작고, 산소 분위기 내부의 아르곤/산소의 비는 20/1보다 크고 50/1보다 작고, 가스 압력은 0.2 Pa보다 크고 0.5 Pa보다 작고, RF 인가 전력은 0.5 W/cm2보다 크고 1.2 W/cm2보다 작으며, 성막 후 기판 냉각 속도는 65 ℃/min보다 크다. 보다 바람직하게는 성막 시 아르곤/산소의 비는 30/1보다 크고 50/1보다 작고, 가스 압력은 0.2 Pa보다 크고 0.3 Pa보다 작고, RF 인가 전력은 0.5 W/cm2보다 크고 0.8 W/cm2보다 작으며, 성막 후 기판 냉각 속도는 100 ℃/min보다 크다. 특히, 180 ℃까지의 냉각은 바람직하게는 전술된 속도에서 수행되고, 또한, 성막 전에 수행되는 예비 스패터링이 성막 동안의 RF 인가 전력의 절반보다 적은 전력으로 짧게 수행되고 예비 스패터링은 성막으로 신속하게 이행되는 것이 바람직하다. 원하는 유전체막의 형성에 따라, 조건은 막을 형성하기 위해 전술된 조건으로부터 적절하게 선택될 수 있다. 특히, La와 같은 불순물이 첨가된 시스템에 있어서, 기판 온도는 감소될 수 있어 RF 인가 전력은 더 높게 설정될 수 있다. 기판은 적외선 가열 방법 또는 저항식 가열 방법에 의해 가열되는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 기판 온도의 분산을 ±5 ％ 내로 억제시킴으로써, 유전체막이 큰 면적을 가지는 기판을 사용하여 형성되는 경우에도, 균일성 및 안정한 특성을 갖는 유전체막이 획득될 수 있다.
앞선 식 1에서의 값 u, 앞선 식 2에서의 값 v 및 앞선 식 3에서의 값 w가 미 리 정해진 값이 되는 결정 구조라면 본 발명의 유전체막을 구성하는 재료는 특정 재료에 제한되지는 않지만, 바람직하게는 이러한 재료는 티탄산 바륨(BaTiO3), 티탄산 납(PbTiO3, PT), 티탄산 지르콘산 납[Pb(Zr, Ti)O3, PZT], 티탄산 라듐, 아연 니오븀산 납[Pb(Zn1/3Nb2/3)O3, PZN), 마그네슘 니오븀산 납[Pb(Mg1/3
Nb2/3)O3, PMN), 니켈 니오븀산 납[Pb(Ni1/3Nb2/3)O3, PNN), 니오븀산 칼륨(KNbO3, KN), 니오븀산 리튬(LiNbO3, LN) 또는 이것들의 고용체(예를 들면, PMN-PT 고용체, PZN-PT 고용체 또는 PNN-PT 고용체)일 수도 있다. 보다 바람직하게는 이러한 재료는 티탄산 지르콘산 납을 주성분으로 포함한다.
유전체막에 있어서, 재료의 개선을 위해, 소량의 첨가제가 첨가될 수도 있고, 구성 원소가 다른 원소로 대체될 수도 있고 또는 다른 성분이 고용화될 수도 있다. 이러한 양은 특별히 제한되지는 않지만, 바람직한 양으로서는, 소량의 첨가제는 10 질량％보다 작고, 구성 원소에 대한 대체 원소는 10몰보다 적고 고용화되는 성분은 전체 성분의 10 몰％보다 적다.
본 발명의 목적이 달성될 수 있는 한 이들 다른 성분이 특정한 것에 제한되지는 않지만, 바람직하게는 이러한 성분은 Na, K, Ca, Cr, Co, Bi, Sr, La, Zr, Sn, Mg, Mn, Zn, Nb, Ta 또는 Ni과 같은 원소(이온) 또는 이러한 성분을 포함하는 복합 산화물 또는 산화물일 수도 있다.
본 발명의 유전체막 구조체는 구성부로서 전극을 포함할 수도 있고, 유전체 막이 그 사이에 소정의 간극을 가진 채로 대향되는 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 배열을 채용함으로써, 압전 요소와 같은 요소는 얻어질 수 있다. 전극의 재료는 특정한 것으로 제한되지는 않지만, 백금, 이리듐, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 오스뮴, 금, 은, 구리, 크롬 또는 알루미늄과 같은 금속일 수도 있다. 특히, 유전체막과 같은 다른 층이 전극 상에서 에피택셜(epitaxial) 성장되는 경우에, 백금이 바람직하다. 또한, 도전성 산화물이 전극 재료로서 사용될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 복수의 요소가 정렬되는 경우, 한 쌍의 전극 중 하나는 복수의 요소에 대한 공통 전극으로서 사용될 수 있다.
제조 조건에 견딜 수 있는 것이면 본 발명에 사용되는 기판은 특정한 것으로 제한되는 않지만, 바람직하게는, 기판은 실리콘, 티탄산 스트론튬(SrTiO3), 산화 마그네슘(MgO), 산화 지르코늄(ZrO2), 안정화된 산화 지르코늄, 인산 갈륨(gallium phosphorous), 사파이어(α-A12O3) 또는 티탄산 납과 같은 재료로서 형성될 수도 있다. 특히, 실리콘 기판은 정밀 가공의 관점에서 바람직하다. 또한, 전술된 재료는 실리콘 기판 상에서 적층될 수도 있다. 이 경우, 산화 실리콘 또는 질화 실리콘으로 형성된 층이 중간층으로서 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 압전 액추에이터에 있어서, 유전체막은 진동 플레이트 상에서 전술된 구성을 가지는 한 쌍의 전극 사이에 배치된다. 진동 플레이트는 유전체막을 지지하는 기판의 적어도 일부로서 또는 기판 상에서 별도로 적층되는 막으로서 형성될 수 있다. 별도로 적층되는 층의 재료로서, 기판의 표면을 형성할 수 있 는 재료가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 헤드는 액체 토출 포트 및 토출 포트로부터 액체를 토출하기 위한 토출압 발생 요소를 포함하고, 전술된 압전 액추에이터는 토출압 발생 요소로서 사용된다. 액체는 다양한 액체 중에서 선택되고 잉크는 기록용으로 사용된다.
실시예 1 내지 실시예 5
실시예 1 내지 실시예 5에 대한 유전체막 구조체로서, 도1a 및 도1b에 도시된 양측 레버식의 압전 액추에이터가 제조되었다. 도1a는 본 발명에 따른 양측 레버식 압전 액추에이터의 사시도이고 도1b는 도1a의 선 1B-1B를 따라 취한 단면도이다. 빔(레버)(101)의 치수는, 폭이 100 ㎛이고 길이가 800 ㎛이다.
먼저, 마스크가 빔의 패턴이 형성될 수 있도록 (100) 실리콘 기판(102) 상에 제공되고 (100) 면방위를 가지고 700 ㎚ 내지 4000 ㎚의 두께를 가지는 티탄산 스트론튬이 스패터링법에 의해 성막됨으로써, 진동 플레이트(103)를 얻었다. 도면 부호 104는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판을 나타낸다. 마스크가 이 기판 상에 유사하게 제공되고 (100) 면방위를 가지는 백금이 스패터링법에 의해 에피택셜 성장됨으로써, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 하부 전극(105)을 형성하였다. 패터닝용 마스크는 그 위에 제공되었고 결정 구조의 방위는 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 티탄산 지르콘산 납(PZT)의 조성에 대응하여 성막 동안의 분위기 및 기판 온도 그리고 성막 이후의 냉각 조건을 적절히 조정함으로써 제어되었고 유전체막(106)은 (100) 면방위로의 에피택셜 성장에 의해 형성되었다. 이 경우의 성막 조건에 대 해, 기판 온도는 600 ℃ 내지 650 ℃이었고, 성막 시의 아르곤/산소의 비는 25/1 내지 30/1이었고, 가스 압력은 0.2 Pa이었고 성막 시의 RF 인가 전력은 0.8 W/cm2이었고, 성막 후의 냉각 속도는 온도가 180 ℃ 아래에 도달할 때까지 100 ℃/분보다 큰 속도로 제어되었고, 성막 전의 예비 스패터링은 0.3 W/cm2의 RF 인가 전력에서 3분 동안 수행되었다. 유전체막의 막 두께 및 지르코늄과 티탄 사이의 원소비는 다음의 표 2에 도시된다. 유전체막의 조성 분석은 ICP(플라즈마 발광)법을 사용하여 수행되었다.
또한, 면외 및 면내 X선 회절 측정은 유전체막에 대해 수행되었다. 실시예 1 내지 실시예 5 모두에 있어서, 면외 X선 회절 측정에서의 유전체막의 최대 카운트 수의 피크가 (002) 면의 피크임을 알 수 있었다. 여기서, (002) 면에 평행하지 않은 면의 피크 중 피크의 최대 카운트 수는 Cnc이고 면내 X선 회절 측정에서 (200) 면에 평행하지 않은 면의 피크 중 최대 피크의 카운트 수는 Cna인 것으로 가정된다. 실시예 1 내지 실시예 5 모두에 따른 면외 X선 회절 측정에 있어서, Cnc는 Cc[여기서 (002) 면의 피크의 카운트 수]의 10 ％보다 작은 것을 알 수 있었다. 실시예 1 내지 실시예 5 모두에 따른 면내 X선 회절 측정에 있어서, Cna는 Ca[여기서, (200) 면의 피크의 카운트 수]의 10 ％보다 작은 것을 알 수 있었다. 카운트 수의 비(Cnc/Cc 및 Cna/Ca)에 대한 세부사항이 표 2에 도시된다. 또한, Cc, Wc, Ca, Wa, 및 u 값이 다음 표 1에 도시된다.
또한, 상부 전극(107)은 스패터링법에 의해 유전체막 상에 약 100 ㎚의 두께를 갖는 백금을 성막시킴으로써 형성되었다. 마지막으로, 빔 하부 상의 실리콘이 이방성 에칭에 의해 제거됨으로써, 양측 레버식 액추에이터를 완성시켰다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험은 이 액추에이터의 상부 전극과 하부 전극 사이에 전압을 인가시킴으로써 107 회만큼 수행되었다. 이 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107 회의 내구성 시험 후의 변위량 및 초기 변위량에 대한 107 회의 내구성 시험 후의 변위량의 감소율이 표 2에 도시된다.
비교예 1
도3a 및 도3b에 도시된 양측 레버식 압전 액추에이터는 다음과 같이 제조되었다. 펀칭 가공에 의해 얻어지는 안정화된 산화 지르코늄의 그린 시트(green sheet)가 적층된 이후에, 그들을 함께 접합시키도록 가열이 수행됨으로써, 200 ㎛의 폭 및 800 ㎛의 길이를 갖는 양측 레버 빔을 형성하였다. 이는 기판(401)으로서 사용되었고, 백금을 포함하는 전극 페이스트가 빔 상에서 스크린 인쇄된 이후에 건조됨으로써 하부 전극(402)을 형성하였다. 티탄산 지르콘산 납(PZT)의 압전 세라믹 페이스트가 스크린 인쇄에 의해 하부 전극 상에 코팅된 이후에, 건조됨으로써, 유전체막(403)을 형성하였다. 백금을 포함하는 전극 페이스트가 유전체막 상에서 스크린 인쇄된 이후에, 건조됨으로써 상부 전극(404)을 형성하였다. 얻어진 기판, 하부 전극, 유전체막 및 상부 전극을 포함하는 구조체는 동시에 구워져서 양측 레버식 액추에이터를 완성시켰다. X선 회절 측정의 결과로서, 유전체막이 방위 를 갖지 않는 다결정인 것을 알 수 있었다. 유전체막의 막 두께 및 지르코늄과 티탄 사이의 원소비는 다음 표 4에 도시된다.
앞선 실시예들과 유사하게, 107 회 반복되는 변위에 대한 내구성 시험이 이러한 액추에이터를 사용함으로써 수행되었다. 이 경우에 있어서의 인가 전압, 초기 변위, 107 회 내구성 시험 후의 변위량 및 초기 변위량에 대한 107 회 내구성 시험 후의 변위량의 감소율이 표 4에 도시된다.
비교예 2 내지 비교예 7
실시예 1에서의 프로세스와 유사하게, 양측 레버식 압전 액추에이터는 유전체막의 형성 동안 분위기 및 기판 온도 그리고 성막 후의 냉각 조건을 조정함으로써 제조되었다. 부수적으로, 유전체막이 형성되는 경우, 성막 이후의 냉각 속도는 400 ℃보다 작은 온도에 대해서는 제어되지 않았고 예비 스패터링은 성막 동안의 RF 인가 전력과 동일한 전력에서 60분 동안 수행되었다. X선 회절 측정의 결과로서, 특히 비교예 2의 유전체막에 대해, (00h) 면 이외의 피크가 면외 측정에서 두드러지며 유전체막이 (001) 면방위를 갖는 다결정인 것을 알 수 있었다. 유전체막의 막 두께 및 지르코늄과 티탄 사이의 원소비가 표 4에 도시된다. 면외 및 면내 X선 회절 측정의 결과가 다음 표 3 및 표 4에 도시된다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험은 이러한 액추에이터를 사용함으로써 107 회만큼 수행되었다. 이 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107 회 내구성 시험 후의 변 위량 및 초기 변위량에 대한 107 회 내구성 시험 후의 변위량의 감소율이 표 4에 도시된다.
실시예 6
하부 전극은 스패터링법에 의해 티탄산 스트론튬의 (100) 기판 상에서 (100) 면방위 및 10 ㎚의 두께를 갖는 백금을 에피택셜 성장시킴으로써 형성되었다. 10 ㎚의 두께 및 (100) 면방위를 갖는 티탄산 지르콘산 납이 전술된 조건 하에서 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 하부 전극 상에서 에피택셜 성장됨으로써, 10 ㎚의 두께를 갖는 유전체막을 형성하였다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원소비 및 X선 회전 측정의 결과는 다음 표 5에 도시된다. 10 ㎚의 두께를 가지는 백금이 스패터링법에 의해 유전체막 상에서 성막됨으로써 상부 전극을 형성하여서 유전체막 구조체를 완성시켰다. 내구성 시험은 이러한 유전체막 구조체를 사용하여 수행되었다. 전압은 1 V의 최대 전압까지 인가되었다. 그러나, 누설은 발생되지 않았고 내구성에 대한 문제점은 없었다.
실시예 7
도2a 및 도2b에 도시된 잉크젯 헤드가 다음과 같이 제조되었다. 도2a는 본 발명의 잉크젯 헤드의 일예를 도시한 사시도이고, 도2b는 도2a의 선 2B-2B를 따라 취한 단면도이다.
(100) 면방위 및 2000 ㎚의 두께를 갖는 티탄산 스트론튬이 유로 기판(201)을 구성하는 (100) 실리콘 기판 상에서 성막됨으로써, 진동 플레이트(202)를 형성 하였다. 이 플레이트는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판(203)으로서 사용되었다. 마스크가 잉크 가압 챔버(208)가 형성되는 위치에 대응하여 티탄산 스트론튬층 상에 패터닝되었고 (100) 면방위를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 에피택셜 성장됨으로써 약 100 ㎚ 정도의 두께를 갖는 하부 전극(204)을 형성하였다. 100 ㎛의 폭 및 5 mm의 길이를 갖는 마스크는 하부 전극(204) 상에서 패터닝되었고 (001) 면방위를 가지는 0.9 PZT - 0.1 PMN 고용체의 유전체막(205)이 전술된 성막 조건 하에서 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 에피택셜 성장됨으로써, 폭 방향으로 200 dpi의 피치로 200 개의 유전체막을 형성하였다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원소비 및 X선 회절 측정의 결과가 다음 표 6에 도시된다. 또한, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 유전체막 상에서 성막됨으로써, 상부 전극(206)을 형성하였다.
잉크 가압 챔버(208), 공통 잉크 챔버(209), 잉크 가압 챔버와 공통 잉크 챔버 사이를 연결하는 연통로(210) 및 공통 잉크 챔버와 잉크 탱크 사이를 연결하는 연통로(도시 생략)는 유로 기판(201)의 하부측으로부터 반응 이온 에칭(RIE)에 의해 형성되었다. 이어서, 노즐(212)이 개별의 잉크 가압 챔버(208)에 대응하여 반응 이온 에칭(RIE)에 의해 200 dpi의 피치로 다른 실리콘 기판(211)에 형성됨으로써, 노즐 플레이트(211)를 형성하였다. 유로 기판(201) 및 노즐 플레이트(211)가 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 함께 접합됨으로써, 잉크젯 헤드를 완성하였다.
토출 시험은 이 잉크젯 헤드를 사용하여 수행되었다. 10 pl의 잉크 액적이 14.5 m/sec의 토출 속도로 토출될 수 있는 것을 알 수 있었고 적절한 토출 속도가 얻어질 수 있음이 확인되었다.
실시예 8 내지 실시예 12
실시예 8 내지 실시예 12에 대한 유전체막 구조체로서, 도1a 및 도1b에 도시된 양측 레버식 압전 액추에이터가 다음과 같이 제조되었다. 도1a는 본 발명에 따른 양측 레버식 압전 액추에이터의 사시도이고 도1b는 도1a의 선 1B-1B를 따라 취한 단면도이다. 빔(레버)(101)의 치수는, 폭이 100 ㎛이고 길이가 800 ㎛이다.
먼저, 마스크가 빔의 패턴이 형성될 수 있도록 (100) 실리콘 기판(102) 상에 제공되었고 (111) 면방위를 가지고 700 ㎚ 내지 4000 ㎚의 두께를 가지는 티탄산 스트론튬이 스패터링법에 의해 성막됨으로써, 진동 플레이트(103)를 얻었다. 도면 부호 104는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판을 나타낸다. 마스크가 이 기판 상에 유사하게 제공되고 (111) 면방위를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 에피택셜 성장됨으로써, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 하부 전극(105)을 형성하였다. 패터닝용 마스크는 그 위에 제공되었고 결정 구조의 방위는 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 티탄산 지르콘산 납(PZT)의 조성에 대응하여 성막 동안의 분위기 및 기판 온도 그리고 성막 이후의 냉각 조건을 적절히 조정함으로써 제어되었고 유전체막(106)은 (111) 면방위로의 에피택셜 성장에 의해 형성되었다. 이 경우의 성막 조건에 대해, 기판 온도는 600 ℃ 내지 650 ℃이었고, 성막 시의 아르곤/산소의 비는 25/1 내지 30/1이었고, 가스 압력은 0.2 Pa이었고 성막 시의 RF 인가 전력은 0.8 W/cm2이었고, 성막 후의 냉각 속도는 온도가 180 ℃ 아래에 도달할 때까지 100 ℃/분보다 큰 속도로 제어되었고, 성막 전의 예비 스패터링은 0.3 W/cm2의 RF 인가 전력으로 3분 동안 수행되었다. 유전체막의 막 두께 및 지르코늄과 티탄 사이의 원소비가 다음의 표 8에 도시된다. 유전체막의 조성 분석은 ICP(플라즈마 발광)법을 사용하여 수행되었다.
또한, 면외 및 면내 X선 회절 측정은 유전체막에 대해 수행되었다. 실시예 8 내지 실시예 12 모두에서, 면외 X선 회절 측정에서의 유전체막의 최대 카운트 수의 피크는 (111) 면의 피크임을 알 수 있었다. 여기서, (111) 면에 평행하지 않은 면의 피크 중 피크의 최대 카운트 수는 Cn111이고 면내 X선 회절 측정에서 {-110} 면에 평행하지 않은 면의 피크 중 최대 피크의 카운트 수는 Cn-110인 것으로 가정된다. 실시예 8 내지 실시예 12 모두에 따른 면외 X선 회절 측정에 있어서, Cn111은 C111의 10 ％보다 작은 것을 알 수 있었다. 실시예 8 내지 실시예 12 모두에 따른 면내 X선 회절 측정에 있어서, Cn-110은 C-110의 10 ％보다 작은 것을 알 수 있었다. 카운트 수의 비(Cn111/C111 및 Cn-110/C-110)에 대한 세부사항이 표 8에 도시된다. 또한, C111, W111, C-110, W-110, 및 v 값이 다음 표 7에 도시된다.
또한, 상부 전극(107)은 스패터링법에 의해 유전체막 상에 약 100 ㎚의 두께를 갖는 백금을 성막시킴으로써 형성되었다. 마지막으로, 빔의 하부 상의 실리콘이 이방성 에칭에 의해 제거됨으로써, 양측 레버식 액추에이터를 완성시켰다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험이 이러한 액추에이터를 사용하여 107 회만큼 수행되었다. 이 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107 회의 내구성 시험 후의 변위량 및 초기 변위량에 대한 107 회의 내구성 시험 후의 변위량의 감소율이 표 8에 도시된다.
비교예 8 내지 비교예 13
실시예 8에서의 프로세스와 유사하게, 비교예 8 내지 비교예 13을 위한 양측 레버식 압전 액추에이터가 유전체막의 형성 동안 분위기 및 기판 온도 그리고 성막 후의 냉각 조건을 조정함으로써 제조되었다. 부수적으로, 유전체막이 형성될 때, 성막 후의 냉각 속도는 400 ℃보다 작은 온도에 대해서는 제어되지 않았고 예비 스패터링은 성막 동안의 RF 인가 전력과 동일한 전력으로 60분 동안 수행되었다. X선 회절 측정의 결과로서, 특히 비교예 9의 유전체막에 대해, (111) 면 이외의 피크가 면외 측정에서 현저하며 유전체막이 낮은 (111) 면방위를 갖는 다결정인 것을 알 수 있었다. 유전체막의 막 두께 및 지르코늄과 티탄 사이의 원소비가 다음 표 10에 도시된다. 면외 및 면내 X선 회절 측정의 결과가 다음 표 9 및 표 10에 도시된다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험은 이러한 액추에이터를 사용함으로써 107 회만큼 수행되었다. 이러한 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107 회 내구성 시험 후 의 변위량 및 초기 변위량에 대한 107 회 내구성 시험 후의 변위량의 감소율이 표 10에 도시된다.
실시예 13
하부 전극은 스패터링법에 의해 티탄산 스트론튬의 (111) 기판 상에 (111) 면방위와 10 ㎚의 두께를 갖는 백금을 에피택셜 성장시킴으로써 형성된다. (111) 면방위와 10 ㎚의 두께를 갖는 티탄산 지르콘산 납은 전술된 조건 하에서 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 하부 전극 상에 에피택셜 성장되어, 10 ㎚의 두께를 갖는 유전체막을 형성한다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원소비 및 X선 회절 측정의 결과가 표 11에 도시된다. 10 ㎚의 두께를 갖는 백금은 스패터링법에 의해 유전체막 상에 성막되어 상부 전극을 형성함으로써, 유전체막 구조체를 완성한다. 내구성 시험은 이러한 유전체막 구조체를 사용하여 수행되었다. 최대 1 V의 전압이 인가되었다. 그러나, 누설은 발생하지 않았고 내구성에 대한 어떠한 문제도 없다.
제14 실시예
도2a 및 도2b에 도시된 잉크젯 헤드가 다음과 같이 제조되었다. 도2a는 본 발명의 잉크젯 헤드의 예를 도시하고, 도2b는 도2a의 선 2B-2B에 따라 절취한 단면도이다.
(111) 면방위와 약 2000 ㎚의 두께를 갖는 티탄산 스트론튬은 유로 기판(201)을 구성하는 (100) 실리콘 기판 상에 성막되어, 진동 플레이트(202)를 형 성한다. 이 플레이트는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판(203)으로서 사용된다. 마스크는 잉크 가압 챔버(208)가 형성될 위치에 대응하여 티탄산 스트론튬층에 패터닝되고 (111) 면방위를 갖는 백금은 스패터링법에 의해 에피택셜 성장되어, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 하부 전극(204)을 형성하였다. 100 ㎛의 두께와 5 ㎜의 길이를 갖는 마스크는 하부 전극(204) 상에 패터닝되고 (111) 면방위를 갖는 0.9 PZT-0.1 PMN 고용체의 유전체막(205)은 전술한 성막 조건 하에서 RF 마크네트론 스패터링법에 의해 에피택셜 성장되어, 폭 방향으로 200 dpi의 피치로 200개의 유전체막을 형성하였다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원소비 및 X선 회절 측정의 결과가 다음 표 12에 도시된다. 또한, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 유전체막 상에 성막되어서, 상부 전극(206)을 형성하였다.
잉크 가압 챔버(208), 공통 잉크 챔버(209), 잉크 가압 챔버들과 공통 잉크 챔버 사이를 연결하는 연통로(210)와, 공통 잉크 챔버와 잉크 탱크 사이를 연결하는 연통로(도시 생략)는 유로 기판(201)의 하부측으로부터 반응 이온 에칭(RIE)에 의해 형성되었다. 그런 후, 노즐(212)이 개별 잉크 가압 챔버(208)에 대응하여 반응 이온 에칭(RIE)에 의해 200 dpi의 피치로 다른 실리콘 기판(211)에 형성되어, 노즐 플레이트(211)를 형성하였다. 유로 기판(201) 및 노즐 플레이트(211)는 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 함께 접합되어, 잉크젯 헤드를 완성하였다.
토출 시험이 이 잉크젯 헤드를 사용하여 수행되었다. 12 pl의 잉크 액적이 16.1 m/sec의 토출 속도로 토출될 수 있다는 것을 알게 되었고 적절한 토출 속도가 얻어질 수 있음이 확인되었다.
실시예 15 내지 19
실시예 15 내지 19를 위한 유전체막 구조체로서, 도1a 및 도1b에 도시된 양측 레버(both lever)식 압전 액추에이터가 다음과 같이 제조되었다. 도1a는 본 발명에 따른 양측 레버식 압전 액추에이터의 사시도이고, 도1b는 도1a의 선 1B-1B를 따라 취한 단면도이다. 비임(레버)(101)의 치수는, 폭이 100 ㎛이고 길이가 800 ㎛이다.
우선, 비임의 패턴이 형성될 수 있도록 (100) 실리콘 기판(102) 상에 마스크가 제공되고 (110) 면방위 및 700 ㎚ 내지 4000 ㎚의 두께를 갖는 티탄산 스트론튬이 스패터링법에 의해 성막되어, 진동 플레이트(103)를 얻었다. 참조번호 104는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판을 지시한다. 마스크가 마찬가지로 이 기판 상에 제공되고 (110) 면방위를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 에픽택셜 성장되어, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 하부 전극(105)을 형성한다. 패터닝용 마스크가 그 상에 제공되고 결정 구조의 방위는 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 티탄산 지르콘산 납(PZT)의 조성에 대응하여 성막 동안의 분위기 및 기판 온도와 성막 후의 냉각 조건을 적절하게 제어함에 의해서 제어되었고 유전체막(106)은 (110) 면방위로의 에픽택셜 성장에 의해 형성되었다. 이 경우의 성막 조건은, 기판 온도가 600 ℃ 내지 650 ℃, 성막 시의 아르곤/산소의 비가 25/1 내지 30/1, 가스 압력이 0.2 ㎩, 그리고 성막 시의 RF 인가 전력은 0.8 W/㎠ 이었고, 성막 후의 냉각 속도는 온도가 180 ℃ 아래로 도달할 때까지 100 ℃/min 이고, 성막 전의 예비 스패터링은 0.3 W/㎠의 RF 인가 전력으로 3분간 수행되었다. 유전체막의 막 두께와 지르코늄과 티탄 사이의 원소비가 도14에 도시된다. 유전체막의 조성 분석은 ICP(플라즈마 발광)법을 사용하여 수행되었다.
또한, 유전체막에 대해 면외(out-of-plane) 및 면내(in-plane) X선 회절 측정이 수행되었다. 실시예 15 내지 19 모두에서, 면외 X선 회절 측정에서의 유전체막의 최대 카운트 수의 피크가 (110) 면의 피크인 것을 알게 되었다. 여기서, (110) 면에 평행하지 않은 면의 피크 중에서 피크의 최대 카운트 수는 Cn110이고, 면내 X선 회절 측정에서의 (001) 면에 평행하지 않은 면의 피크 중 최대 피크의 카운트 수는 Cn001이라고 가정된다. 실시예 15 내지 19 모두에 따른 면외 X선 회절 측정에서, Cn110는 C110의 10 ％보다 작다는 것을 알게 되었다. 실시예 15 내지 19 모두에 따른 면내 X선 회절 측정에서, Cn001은 C001의 10 ％보다 작다는 것을 알게 되었다. 카운트 수의 비 Cn110/C110 및 Cn001/C001가 표 14에 도시된다. 또한, C110, W110, C001, W001 및 w가 다음의 표 13에 도시된다.
또한, 상부 전극(107)은 스패터링법에 의해 유전체막 상에 약 100 ㎚의 두께를 갖는 백금을 성막시킴에 의해서 형성되었다. 마지막으로, 비임의 하부 상의 실리콘이 이방성 에칭에 의해 제거되어, 양측 레버식 액추에이터를 완성하였다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험이 이러한 액추에이터를 사용하여 107 회 수행되었다. 이 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107회 내구성 시험 후 변위량 및 초 기 변위에 대한 107회 내구성 시험후 변위량의 감소율이 표 14에 도시된다.
비교예 14 내지 16
실시예 15의 프로세스와 마찬가지로, 비교예 14 내지 16을 위한 양측 레버식 압전 액추에이터가 유전체막의 형성 동안의 분위기 및 기판 온도와 성막 후의 냉각 조건을 조정함에 의해서 제조되었다. 부수적으로, 유전체막이 형성될 때, 성막 후의 냉각 속도는 400 ℃보다 작은 온도에 대해서는 제어되지 않았고, 예비 스패터링은 성막 동안의 RF 인가 전력과 동일한 전력으로 60분 동안 수행되었다. 유전체막의 막 두께와 지르코늄과 티탄 사이의 원소비가 다음의 표 16에 도시된다. 면외 및 면내 X선 회절 측정의 결과가 다음의 표 15 및 표 16에 도시된다.
반복되는 변위에 대한 내구성 시험이 이러한 액추에이터를 사용하여 107회 수행되었다. 이 경우의 인가 전압, 초기 변위, 107회 내구성 시험후 변위량 및 초기 변위량에 대한 107회 내구성 시험후의 변위량의 감소율이 표 16에 도시된다.
실시예 20
하부 전극은 스패터링법에 의해 티탄산 스트론튬의 (110) 기판 상에 (110) 면방위 및 10 ㎚의 두께를 갖는 백금을 에픽택셜 성장시킴에 의해서 형성되었다. 10 ㎚의 두께 및 (110) 면방위를 갖는 티탄산 지르콘산 납은 전술된 조건 하에서 RF 마그네트론 스패터링법에 의해 하부 전극 상에 에픽택셜 성장되어, 10 ㎚의 두께를 갖는 유전체막을 형성한다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원 소비 및 X선 회절 측정의 결과가 다음의 표 17에 도시된다. 10 ㎚의 두께를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 유전체막 상에 성막되어, 상부 전극을 형성함으로써, 유전체막 구조체를 완성한다. 내구성 시험이 이러한 유전체막 구조체를 사용하여 수행되었다. 최대 1V의 전압이 인가되었다. 그러나, 누설은 발생되지 않았고 내구성에 대한 어떠한 문제도 없었다.
실시예 21
도2a 및 도2b에 도시된 잉크젯 헤드는 다음과 같이 제조되었다. 도2a는 본 발명의 잉크젯 헤드의 예를 도시하는 사시도이고, 도2b는 도2a의 선 2B-2B를 따라 취한 단면도이다.
(110) 면방위 및 약 2000 ㎚의 두께를 갖는 티탄산 스트론튬층은 유로 기판(201)을 구성하는 (100) 실리콘 기판 상에 성막되어, 진동 플레이트(202)를 형성한다. 이 플레이트는 본 발명의 유전체막 구조체의 기판으로서 사용되었다. 잉크 가압 챔버(208)가 형성되는 위치에 대응하여 마스크가 티탄산 스트론튬층 상에 패터닝되었고, (110) 면방위를 갖는 백금은 스패터링법에 의해 에픽택셜 성장되어, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 하부 전극(204)을 형성하였다. 100 ㎛ 의 폭과 5 ㎚의 길이를 갖는 마스크가 하부 전극(204) 상에 패터닝되었고, (110) 면방위를 갖는 0.9 PZT-0.1 PMN 고용체의 유전체막(205)이 전술된 성막 조건 하에서 RF 마그네트론 스패터링법에 의해서 에픽택셜 성장되어, 폭 방향으로 200 dpi의 피치로 200개의 유전체막을 형성하였다. 유전체막의 막 두께, 지르코늄과 티탄 사이의 원소비 및 X선 회절 측정의 결과가 다음의 표 18에 도시된다. 더욱이, 약 100 ㎚의 두께 를 갖는 백금이 스패터링법에 의해 유전체막 상에 성막되어, 상부 전극(206)을 형성하였다.
잉크 가압 챔버(208), 공통 잉크 챔버(209), 잉크 가압 챔버와 공통 잉크 챔버 사이를 연결하는 연통로(210) 및 공통 잉크 챔버와 잉크 탱크 사이를 연결하는 연통로(도시 생략)가 유로 기판(201)의 하부측으로부터 반응 이온 에칭(RIE)에 의해 형성되었다. 그런 후, 노즐(212)은 개별 잉크 가압 챔버(208)에 대응하여 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 200 dpi의 피치로 다른 실리콘 기판(211)에 형성되어, 노즐 플레이트(211)를 형성한다. 유로 기판(201) 및 노즐 플레이트(211)는 도2a 내지 도2b에 도시된 바와 같이 함께 접합되어 잉크젯 헤드를 완성하였다.
토출 시험이 이 잉크젯 헤드를 사용하여 수행되었다. 13 pl의 잉크 액적이 13.8 m/sec의 토출 속도로 토출될 수 있다는 것을 알게 되었고 적절한 토출 속도가 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.
본 발명에 의하여, 우수한 유전 특성, 압전 특성, 초전 특성 및 강유전 특성을 얻음으로써, 액추에이터, 메모리 또는 센서와 같은 요소의 소형화 및 고집적화를 성취하기 위한 기술을 제공할 수 있고, 특히 다결정 소결체를 포함하는 종래의 유전체막의 특성보다 우수한 특성을 갖고 우수한 내구성을 갖는 압전 액추에이터를 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 기판과 상기 기판 상에 제공된 유전체막을 구비하는 유전체막 구조체이며,상기 유전체막은 상기 기판에 대해 (001) 면방위를 갖고,상기 유전체막에 관련된 하기 식 1의 값 u가 2보다 큰 실수인 유전체막 구조체.[식 1]u = (Cc/Ca) × (Wa/Wc)여기서, Cc는 면외 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (00l') 면의 피크의 카운트 수이고(여기서, l'는 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수이다), Ca는 면내 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (h'00) 면의 피크의 카운트 수이고(여기서, h'는 Cc가 최대가 되도록 선택된 자연수이다), Wc는 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막 (00l') 면의 피크의 절반값 폭이고, Wa는 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (h'00)의 피크의 절반값 폭이다.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체막에서, (001) 면 이외의 면의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (00l') 면의 카운트 수의 10 ％보다 작고, (h00) 면 이외의 면의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서 (h'00) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작은 유전체막 구조체(여기서, h 및 l은 임의의 자연수이고, l'는 (00l') 면의 피크의 카운트 수가 면외 X선 회절 측정에서 최대가 되도록 선택된 자연수이고, h'는 (h'00) 면의 피크의 카운트 수가 면내 X선 회절 측정에서 최대가 되도록 선택된 자연수이다).
- 제1항에 있어서, 상기 유전체막의 두께가 10 ㎚ 보다 크고 20 ㎛ 보다 작은 유전체막 구조체.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체막의 결정 구조가 정방정인 유전체막 구조체.
- 기판과 상기 기판 상에 제공된 유전체막을 갖는 유전체막 구조체이며,상기 유전체막은 기판에 대해 (111) 면방위를 갖고,상기 유전체막에 관련된 하기 식 2에서 값 v는 2보다 큰 실수인 유전체막 구조체.[식 2]v = (C111/C-110) ×(W-110/W111)여기서, C111는 면외 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (111) 면의 피크의 카운트 수이고, C-110는 면내 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (-110) 면의 피크의 카운트 수이고, W111는 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막 의 (111) 면의 피크의 절반값 폭이고, W-110은 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (-110) 면의 피크의 절반값 폭이다.
- 제5항에 있어서, 상기 유전체막에서, (111) 면에 평행하지 않은 면의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (111) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작고, {-110} 면에 평행하지 않은 면의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서의 (-100) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작은 유전체막 구조체.
- 제5항에 있어서, 상기 유전체막의 결정 구조가 사방정인 유전체막 구조체.
- 기판과 상기 기판 상에 제공된 유전체막을 구비한 유전체막 구조체이며,상기 유전체막은 상기 기판에 대해 (110) 면방위를 갖고,상기 유전체막에 관련된 하기 식 3에서의 값 w는 2보다 큰 실수인 유전체막 구조체.[식 3]w = (C110/C00m) × (W00m/W110)여기서, C110은 면외 X선 회절 측정에서 상기 유전체막의 (110) 면의 피크의 카운트 수이고, C00m은 면내 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (00m) 면의 피크 의 카운트 수이고(여기서, m은 C00m이 최대가 되도록 선택된 자연수이다), W110은 면외 로킹 커브 X선 회절 측정에서 상기 유전체막의 (110) 면의 피크의 절반값 폭이고, W00m은 면내 로킹 커브 X선 회절 측정에서의 상기 유전체막의 (00m) 면의 피크의 절반값 폭이다.
- 제8항에 있어서, 상기 유전체막에서, (110) 면에 평행하지 않은 면의 카운트 수는 면외 X선 회절 측정에서의 (110) 면의 카운트 수의 10 ％보다 작고, (-110) 면에 평행하지 않은 면의 카운트 수는 면내 X선 회절 측정에서 {-110} 면의 카운트 수의 10 ％보다 작은 유전체막 구조체.
- 제1항에 따른 유전체막 구조체와,상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하는 압전 액추에이터.
- 제5항에 따른 유전체막 구조체와,상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하는 압전 액추에이터.
- 제8항에 따른 유전체막 구조체와,상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하는 압전 액추에이터.
- 제1항에 따른 유전체막 구조체와 상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비하는 압전 액추에이터를 포함하고, 상기 압전 액추에이터가 잉크를 토출하도록 구동되는 잉크젯 헤드.
- 제5항에 따른 유전체막 구조체와 상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비하는 압전 액추에이터를 포함하고, 상기 압전 액추에이터가 잉크를 토출하도록 구동되는 잉크젯 헤드.
- 제8항에 따른 유전체막 구조체와 상기 유전체막 구조체에 전압을 인가하기 위한 전극을 구비하는 압전 액추에이터를 포함하고, 상기 압전 액추에이터가 잉크를 토출하도록 구동되는 잉크젯 헤드.
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