KR20050060008A - 압전막 소자, 그의 제조방법 및 액체 토출 헤드 - Google Patents

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Abstract

다공성 층은 다공성 실리콘으로 이루어지며 양극 산화처리에 의해 형성되고 기판위에서 액체 토출 헤드의 진동판으로 작동하며 단결정 박막은 다공성 층위에서 적층 성장된다. 하부 전극, 압전막 및 상부 전극들은 단결정 박막위에 적층되고 압전막은 열처리에 의해서 단결정 또는 고배향 다결정으로 만들어진다. 기판과 압전막의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 응력은 다공성 층을 이들 사이에 배치시켜 쉽게 완화된다.

Description

압전막 소자, 그의 제조방법 및 액체 토출 헤드{PIEZOELECTRIC FILM ELEMENT, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND LIQUID DISCHARGE HEAD}
본 발명은 잉크젯 프린터 및 유사물과 같은 액체 토출 기록 장치, 마이크, 스피커 및 유사물과 같은 음향 발생체, 여러가지 진동기 및 오실레이터 그리고 구동 유니트 및 여러가지 센서용 유사 유니트의 액체 토출 헤드에 적용되는 압전막 소자와 이러한 소자와 액체 토출 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이전에는, 압전 성질을 가지는 유전성 막(압전막)을 사용한 압전막 소자가 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 에너지 변환 소자로서 센서와 작동기에 널리 사용되고 있다. 특히, 근래에는 잉크젯 프린터에 설치된 액체 토출 헤드의 압전 작동기 및 압전막이 사용된 눈에 띄는 예와 같은 유사물이 있다.
액체 토출 헤드의 압전 작동기의 압전막 소자는 일반적으로 압전막, 상부 전극 및 압전막을 가로지르는 하부 전극으로 구성된다. 압전막의 소자로서는, 주로 납 지르콘 티탄(lead zirconate titanate: PZT)을 포함하는 2개의 성분의 조성물이나 이러한 2개의 조성물에 제3의 성분을 덧붙인 3개의 성분의 조성물이 알려져 있다. 더욱이, 압전막의 제조방법, 스패터링 방법, 졸-겔 방법, CVD 방법 및 유사한 방법들이 사용된다.
일본 특허출원 공개평 제08-078748호는 주로 PZT 를 포함하는 압전막과 잉크젯 기록 헤드를 소개한다.
도 5는 일본 특허출원 공개평 제08-078748호에 소개된 통상적인 압전막 소자의 막 구성을 도시하는데, 압전막 소자는 기판으로서 실리콘 기판(101), 실리콘 서멀 산화막(102), 하부 전극(103), 압전막(104)및 상부 전극(105)을 가지며, 밀폐 접촉 층(105a)은 상부 전극(105)과 압전막(104)사이에 위치되고 밀폐 접촉 층(103a)은 하부 전극(103)과 압전막(104)사이에 위치된다.
비록 최근의 잉크젯 프린터들이 사진의 품질에 비교되는 화상 품질을 이루었으나, 사용자들은 화상 품질이 더 좋아지고 프린트 속도가 더 좋아지기를 바라고 있다. 이러한 요구에 대하여, 큰 이동량, 저 전력 소모 및 크기의 소형화가 액체 토출 기록 장치의 압전 작동기에 요구되고 있다. 따라서, 압전 특성이 더욱 좋아진 압전막의 개발이 요구된다. 좋은 압전 상수를 얻기 위해서는, 압전막은 통상 500℃ 내지 700℃의 온도 또는 그 이상의 온도에서 열처리되어야 한다. 그러나, 종래의 압전막 소자는 실리콘 기판, 압전막, 하부 전극, 상부 전극 및 도 5에 도시된 바와 같이 적층된 다른 열팽창 계수를 가지는 유사물들을 적층하여 제조된다. 따라서, 이들이 그 열팽창 계수의 차이로 인해 상기와 같은 열처리 과정에서 다르게 열팽창하기 때문에 응력이 발생되고 압전막의 압전 성질은 저하되고 균열이 발생된다. 기판이 압전막과 같은 열팽창 계수를 가지는 재료로 이루어지면 압전막에 가해지는 응력은 감소될 수 있다. 그러나, 기판에 사용될 수 있는 재료와 제조방법이 크게 제한되는 문제가 있다. 더욱이, 응력은 압전막의 두께와 거의 동일하거나 그보다 적은 기판의 두께를 제조하여 감소될 수 도 있다. 그러나, 압전막의 두께는 수 미크론 미터 내지 수십 미크론 미터로 제조되기 때문에 불가능하지는 않지만 취급이 매우 어려워서 실용적이지 않다.
응력을 줄이는 아이디어는 일본 특허출원 공개 제H10-095111호가 하부 전극이 최소한 2개의 금속막 층으로 구성되고 제1층의 금속막 입자가 제2층의 입자보다 작게 제조되는 구조를 제시한다. 이러한 구성에서는, 하부 전극이 기판의 반대 방향으로 말리기 때문에 압전막에 가해지는 응력은 감소될 수 있다.
그러나, 일본 특허출원 공개 제H10-095111호에 소개된 막 구성에서는, 압전막이 작동기로서 사용되면 하부 전극의 두께가 최소한 압전막의 두께와 동일하거나 그보다 적게 제조되어야 하며 그 두께는 통상 0.5 μm 또는 그 미만이다. 대조적으로, 기판의 두께는 통상 400 μm 또는 그 이상이므로 하부 전극에 의해 기판의 열응력 영향을 줄이려는 효과는 작다고 사료된다.
종래 기술이 해결하지 못한 문제점을 고려하여, 본 발명의 목적은 다공성 층을 압전막의 기판과 압전막사이에 위치시켜 기판과 압전막의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생하는 응력을 줄이고 압전막의 성능 저하를 막고 제조 과정에서의 박리, 균열 및 유사물의 발생을 낮추어 그 밀도를 높이고 비용을 줄이는 압전막 소자를 제공하고 압전막 소자와 액체 토출 헤드를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명의 압전막 소자는 기판, 기판위에 형성된 다공성 층, 다공성 층위에 형성된 단결정 또는 한방향 박막 및 박막위에 형성된 압전막을 구비한다.
기판은 실리콘으로 이루어지고 다공성 층은 다공성 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.
산화물 막 층은 압전막과 박막사이에 위치되는 것이 좋다.
본 발명의 압전막 소자의 제조 방법은 기판위에 다공성 층을 형성하는 다공성 층 형성 단계와, 다공성 층위에 단결정 박막을 적층 성장시키는 단계 및 박막위에 압전막을 형성하는 단계로 이루어진다.
다공성 층 형성 단계는 기판 표면을 양극 산화처리하여 다공성 층을 형성하는 단계이다.
도전층을 압전막과 박막사이에 배치하는 것이 바람직하다.
압전 구동력으로 압력 발생 챔버속의 액체를 가압하고 토출 포트로부터 액체를 토출하는 액체 토출 헤드는 압력 발생 챔버가 위치되는 유동로 기판과 압력 발생 챔버에 상응하게 유동로 기판위에 배치된 진동판과, 진동판위에 형성된 다공성 층, 다공성 층위에 형성된 단결정 또는 한방향 박막, 박막위에 형성된 압전막 및 압전막에 전력을 인가하는 전극을 구비한다.
압전막을 단결정 또는 고배향 다결정으로 만들기 위한 단결정 박막은 기판위에서 다공성 층을 적층 성장시켜서 적층된 막이고 단결정 박막의 두께는 압전막의 두께와 동일하다. 또한, 다공성 층은 응력 해소 층으로 작용하기 때문에, 압전막은 기판으로부터 제한 받지 않는다. 따라서, 압전막과 기판의 열팽창 계수의 차이로 인하여 압전막에 발생하는 응력은 크게 감소되며 높은 품질의 압전막이 얻어질 수 있다.
단결정 박막이 실리콘으로 이루어지고 다공성 층이 다공성 실리콘으로 이루어지며 기판이 실리콘으로 이루어지면, 반도체 재료 및 MEMS 재료로서 널리 연구되고 사용되는 실리콘을 사용하므로 비용이 절감될 수 있다. 더욱이, 실리콘 제조방법이 널리 시험되고 다양한 처리방법이 선택될 수 있다.
압전막과 단결정 박막사이에 위치된 산화물 막 층은 압전막이 열처리 될 때 상호 확산을 방지하는 방지 층으로 유용하다. 산화물 막 층은 특히 납과 같은 성분을 포함하는 재료와 확산하기 쉬운 재료를 압전 재료로서 사용할 때 적합하게 선택된다.
단결정이 압전막으로 사용될 때, 고배향성을 가지는 막 또는 단결정 산화물 막을 산화물 막 층으로 사용하는 것이 좋다. 또한, 도전 산화물 막으로 된 산화물 막 층을 전극으로 사용하는 것이 바람직하다. 압전막이 납, 티탄 및 지르코늄 중 하나 또는 모두를 포함할 때, 압전 성능이 우수한 압전막을 얻을 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 낮은 응력으로 우수한 성능을 가지는 압전막은 단결정 박막을 다공성 층위에 적층 성장시키고 단결정 박막위에 압전막을 배치시켜 그에 가해지는 응력을 감소시키며 형성될 수 있다.
양극 산화처리를 다공성 층을 형성하는 방법으로 채택하면, 요구되는 밀도를 가지는 다공성 층을 형성할 수 있다.
안정되게 제조될 수 있는 높은 품질의 저응력 압전막을 액체 토출 헤드 및 유사물에 사용하면 그 정밀도를 증진시키고 비용을 절약하는데 기여한다.
도1은 제1 실시예에 따른 압전막 소자의 막 구성을 도시하는데, 다공성 층(12)은 단결정 기판(11)위에 형성되고 단결정 또는 일방향 박막(13)(이후 "단결정 박막"으로 참조됨)은 다공성 층(12)위에 형성되며 하부 전극(14), 압전막(15)및 상부 전극(16)들은 단결정 박막(13)위에 순차적으로 형성된다.
도2는 제2 실시예에 따른 압전막 소자의 막 구성을 도시하는데, 확산 방지 산화 막 층(23)이 단결정 박막(13)과 하부 전극(14)사이에 위치된다. 기판(11), 다공성 층(12), 단결정 박막(13), 압전막(15), 전극 수단으로 작동하는 상부 전극(16)및 하부 전극(14)들은 제1 실시예와 동일하여 동일한 부호로 표시되며 이에 대한 설명은 되풀이하지 않는다.
도1에 도시된 압전막 소자의 제조방법을 도3a, 3b 및 3c를 참조로 설명한다. 먼저, 도3a에는 다공성 층(12)이 기판(11)위에 형성된다. 전기 분해법, 졸-겔법 등이 다공성 층(12)을 형성하는 방법으로 사용될 수 있다. 다공성 실리콘, 다공성 갈륨 비소화물, 다공성 알루미나, 다공성 티탄 산화물 및 유사물들이 다공성 층(12)의 재료로 사용될 수 있다. 또한, 다공성 층(12)은 탄소 또는 소결되지 않은 세라믹을 포함하는 재료로 형성될 수 도 있다. 다공성 층(12)은 수 내지 수십의 미크론 미터의 두께를 가지면 충분하다.
다음으로, 도3b에 도시되듯이 단결정 박막(13)이 적층 성장에 의해서 다공성 층(12)위에 형성된다. 단결정 박막(13)의 막 두께는 압전막(15)의 재질과 막 두께를 고려하여 결정되기는 하지만, 그 막 두께는 대개 압전막(15)의 두께와 동일하여 2 μm 또는 그 미만이 좋다. 이 때, CVD 법과 PVD 법이 적층 성장법으로 사용될 수 있다. 더욱이, 적층 성장에 의해 별개의 기판에 적층된 단결정도 다공성 층(12)에 접합되어 단결정 박막(13)으로 배치될 수도 있다.
산화물 막 층(23)이 도2에 도시된 바와 같이 단결정 박막(13)위에 형성되면, 확산되기 쉬운 성분이 사용되어도 확산은 방지될 수 있다.
더욱이, 산화물 막 층(23)은 높은 배향성을 가지는 것이 좋으며 단결정 막은 압전막(15)으로 사용된다. SiO2, YSZ, MgO, Al2O3, LaAlO3, Ir2O3, SRO, STO 등이 산화물 막 층(23)의 재료로 사용될 수 있다.
단결정 박막(13)이 형성된 후에는, 하부 전극(14), 압전막(15)및 상부 전극(16)들이 도3C에 도시되듯이 순차적으로 형성된다. 예를 들어, Ti 막 층과 플래티넘 막과 같은 밀폐 접촉 층과 금속 층이 조합되지만 Ir2O3 와 같은 도전성 산화 결정과 유사물이 하부 전극으로서 사용될 수 있으며, 압전막(15)의 재료와 제조방법을 고려하여 좋은 재료를 선택할 수 있다.
하부 전극(14)이 형성된 후에는, 압전막(15)이 형성된다. 납 지르콘 티탄(PZT), 바륨 티탄, 바륨 티탄 지르콘 또는 예컨대 Mn, Nb, La, Ge 등과 같은 성분을 첨가한 재료들이 압전막(15)의 재료로서 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 재료들은 단결정 및 다결정 중에 하나일 수 있다. 스퍼터링 법, 졸-겔 법, 열수성 결정화 법, CVD 법, 레이저 마멸법, 가스 침착법 및 유사한 방법들이 압전막(15)을 형성하는 방법으로 사용될 수 있다. 압전막(15)이 형성된 후에는, 상부 전극(16)이 형성된다. 하부 전극(14)과 유사한 재료가 상부 전극(16)의 재료로 사용될 수 있다.
도4a및 4b는 도1에 도시된 압전막 소자가 설치될 수 있는 액체 토출 헤드의 구성을 도시한다. 도4a에 도시되듯이, 유동로 기판으로 작동하는 Si 기판으로 구성된 본체(1)는 토출 포트(2), 압력 발생 챔버(3), 공통 액체 챔버(4)및 유사물로서 작동하는 홈들을 구비하며, 압전막 소자의 기판(11)은 본체(1)의 상부 개구를 폐쇄하게 본체(1)에 연결되고 압전막(15)과 상부 전극(16)들은 도4b에 도시된 압력 발생 챔버(3)의 형상에 따라 형태가 이루어진다. 압전막 소자의 하부 전극(14)과 상부 전극(16)에 구동 전력을 인가할 때 압전막(15)에 변형 왜곡이 발생하며 압력 발생 챔버(3)속의 액체는 진동판으로 작동하는 기판(11)을 통하여 가압되고 토출 포트(2)로부터 토출된다.
(실시예 1)
실시예 1에 따르면, 도1에 도시된 막 구성을 가지는 압전막 소자에서는 다공성 실리콘이 실리콘 기판위에 형성되고 다결정 PZT 가 적층 성장 단결정 실리콘위에 형성된다.
먼저, 도3a에 도시되듯이 두께 625 μm 의 5인치 P형 (100) 단결정 실리콘 기판이 기판(11)으로 사용되고 다공성 층(12)으로 작동하는 다공성 실리콘 층이 단결정 실리콘 기판을 49% HF 용액에서 양극 산화처리시켜 기판(11)위에 형성된다. 전류 밀도가 100 mA/cm2 이면, 다공성 층의 성형 속도는 8.4 μm/min 이고 두께 20 μm 인 다공성 층(12)이 약 2.5 분 동안 양극 산화처리하여 얻어진다. 다음에는, 도3b에 도시되듯이 단결정 실리콘이 CVD 법에 의해서 다공성 층(12)위에 2 μm 두께로 적층 성장하고 단결정 실리콘 박막(13)으로 배치된다. 적층 성장 조건은 다음과 같다.
사용 가스: SiH4/H2
가스 유량: 0.62/140(1/min)
온도: 750℃
압력: 10640 Pa
성장 속도: 0.12 μm/min
다음에는, 확산을 방지하도록 단결정 실리콘 박막(13)은 1100℃의 증기 분위기에서 열처리되어 두께 0.1 μm의 열 산화 막(도시 않됨)이 적층 층으로 단결정 박막(13)위에 형성된다.
계속해서, 하부 전극(14), 압전막(15) 및 상부 전극(16)들이 도3c에 도시되듯이 연이어 형성된다. 먼저, 하부 전극(14)으로서 Ti 및 Pt 가 스퍼터링 법으로 각기 두께 4 nm 및 150 nm으로 연이어 적층된다. 스퍼터링 조건은 다음과 같다.
RF 주파수: 13.56 MHz
RF 전력: 300 W
스퍼터링 압력: 0.67 Pa
Ar 유량: 30 sccm
상기의 조건 하에서, Ti 막 성형 속도는 약 4.8 nm/min 이고 Pt 막 성형 속도는 약 14 nm/min 이었다. 다음에는, PZT 가 스퍼터링 법으로 두께 약 3 μm의 막으로 형성된다. PZT 의 스퍼터링 조건은 다음과 같다.
RF 주파수: 13.56 MHz
RF 전력: 200 W
스퍼터링 압력: 3 Pa
Ar 유량: 50 sccm
상기 조건 하에서, PZT 성형 속도는 약 5.5 nm/min 이었다. PZT 막이 스퍼터링 법으로 형성된 후에는 700℃의 산소 분위기에서 5시간 동안 열처리되어 압전막(15)이 완성된다. 압전 성질을 가지는 PZT 막은 X레이 회절법으로 측정되며 PZT 막이 고배향 다결정으로 이루어졌음을 확인한다. 마지막으로, Ti 및 Pt 들은 스퍼터링 법으로 각기 4 nm 및 150 nm 두께로 연이어 적층되어 상부 전극(16)이 형성된다. 스퍼터링 조건은 하부 전극(14)의 조건과 동일하다.
(실시예 2)
실시예 2에 따르면, 도2에 도시된 막 구성을 가지는 압전막 소자에서는 다공성 실리콘이 실리콘 기판위에 형성되고 다결정 PZT 가 적층 성장 단결정 실리콘위에 형성된다. 도2에 도시된 기판(11)은 두께 625 μm 의 5인치 P형 (100) 실리콘 기판으로 이루어지고 다공성 층(12)은 다공성 실리콘으로 이루어지며 단결정 박막(13)은 적층 성장 단결정 실리콘으로 이루어지고 하부 전극(14)은 도전성 산화 단결정으로 이루어지며 압전막(15)은 단결정 PZT로 이루어지고 상부 전극(16)은 압전막(15)위에 형성된다.
P형 실리콘 기판(11)은 실시예 1과 같은 HF 용액에서 양극 산화처리되어 다공성 실리콘으로 된 다공성 층(12)이 형성된다. 다공성 실리콘 층의 두께와 양극 산화처리 조건은 실시예 1과 동일하다. 다음에는, 두께 2 μm 의 적층 단결정(100) 실리콘 막으로 된 단결정 박막(13)이 실시예 1과 같은 방법으로 형성된다. 그리고 산화물 막 층(23)이 800℃에서 스퍼터링 (100) YSP 에 의해 형성되고 두께 0.3 μm 의 단결정 YSZ 가 산화물 막 층(23)을 40°이상의 냉각 속도에서 냉각시켜 형성된다.
그 후에는, 두께 0.5 μm 의 하부 전극(14)이 (111) Pt 를 스퍼터링하여 형성되고 (111) PT 와 (111) PZT 가 600℃에서 연이어 하부 전극(14)위에 형성되어 두께 3.5 μm 의 압전막(15)이 형성된다. 이 때, 0.02 μm 두께의 SiO2 막이 (100) YSZ 로 된 산화물 막 층(23)과 적층 단결정 (100) 실리콘 막으로 된 단결정 박막(13)사이의 경계상에 형성된다. 압전막(15)의 단결정성은 C레이 회절법으로 실험되어 압전막(15)이 99% 이상의 (111) 배향을 가지는 단결정 PZT 로 이루어졌는지를 확인한다. 마지막으로, Ti 및 Pt 가 상부 전극(16)으로서 스퍼터링 법으로 각기 4 nm 및 150 nm 두께로 적층된다.
상기와 같은 실시예 1 및 2 에서, 기판위에 형성된 다공성 층은 기판과 압전막의 열팽창 계수의 차이로 인해 압전막에 발생하는 응력을 감소시킨다.
따라서, 압전막의 제조 과정에서 발생하는 박리, 균열 및 유사한 현상이 효과적으로 저지되어 우수한 압전 특성을 가지는 압전막이 높은 밀도에서 안정되게 제조될 수 있다.
압전막을 압전 작동기로서 액체 토출 헤드에 설치하면 액체 토출 헤드의 성능을 증진시키고 보다 정밀하게 하며 비용을 줄여준다.
본 발명에 따르면, 기판위에 형성된 다공성 층은 기판과 압전막의 열팽창 계수의 차이로 인해 압전막에 발생하는 응력을 감소시키는 효과가 있다.
도1은 제1 실시예에 따른 압전막 소자의 막 구성을 도시하는 도면
도2는 제2 실시예에 따른 압전막 소자의 막 구성을 도시하는 도면
도3a, 도3b 및 도3c는 도 1에 도시된 압전막 소자의 제조 방법을 설명하는 공정도
도4a 및 도4b는 액체 토출 헤드의 일부분을 도시하며, 도4a는 액체 토출 헤드의 개략적인 부분 단면도이고 도4b는 압력 발생 챔버의 패턴을 도시하는 평면도
도 5는 종래의 예에 따른 압전막 소자의 막 구성을 도시하는 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 본체
2: 토출 포트
3: 압력 발생 챔버
4: 공통 액체 챔버
11: 기판
12: 다공성 층
13: 단결정 박막
14: 하부 전극
15: 압전막
16: 상부 전극

Claims (7)

  1. 기판과, 기판위에 형성된 다공성 층과, 다공성 층위에 형성된 단결정 또는 일방향 박막 및 박막위에 형성된 압전막을 포함하는 압전막 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘으로 구성되고 상기 다공성 층은 다공성 실리콘으로 구성되는 압전막 소자.
  3. 제1항에 있어서, 산화물 막 층이 압전막과 박막사이에 개재되는 압전막 소자.
  4. 압전막 소자의 제조 방법이며,
    다공성 층을 기판위에 형성하는 다공성 층 형성 단계와,
    다공성 층위에 단결정 또는 일방향 박막을 적층 성장시키는 단계와,
    박막위에 압전막을 형성하는 단계를 포함하는 압전막 소자 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 다공성 층 형성 단계는 기판의 표면에 양극 산화처리하여 다공성 층을 형성하는 단계인 압전막 소자 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 도전층이 압전막과 박막사이에 개재되는 압전막 소자 제조방법.
  7. 압력 발생 챔버속의 액체를 압전 구동력으로 가압하고 토출 포트로부터 액체를 토출시키는 액체 토출 헤드이며,
    압력 발생 챔버가 배치되는 유동로 기판과,
    압력 발생 챔버에 대응되게 유동로 기판위에 위치한 진동판과,
    진동판위에 형성된 다공성 층과,
    다공성 층위에 형성된 단결정 또는 일방향 박막과,
    박막위에 형성된 압전막과,
    압전막에 전력을 인가하는 전극을 포함하는 액체 토출 헤드.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497962B2 (en) * 2004-08-06 2009-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing liquid discharge head and method of manufacturing substrate for liquid discharge head
US7524038B2 (en) * 2005-03-01 2009-04-28 Seiko Epson Corporation Liquid-jet head and liquid-jet apparatus
US7585423B2 (en) * 2005-05-23 2009-09-08 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and producing method therefor
US7578943B2 (en) 2005-05-23 2009-08-25 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and producing method therefor
US7963640B2 (en) * 2006-09-08 2011-06-21 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head and method for manufacturing the liquid discharge head
JP4241859B2 (ja) * 2007-07-19 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュールの製造方法、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両
JP2010228272A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
WO2012026055A1 (ja) * 2010-08-23 2012-03-01 パナソニック株式会社 アクチュエータ、及びアクチュエータを駆動する方法
JP5816185B2 (ja) * 2011-03-25 2015-11-18 日本碍子株式会社 積層体並びにそれらの製造方法
WO2013021614A1 (ja) * 2011-08-08 2013-02-14 パナソニック株式会社 圧電体素子
US9689748B2 (en) 2011-08-08 2017-06-27 Panasonic Corporation Infrared detection element
KR101952854B1 (ko) * 2013-07-16 2019-02-27 삼성전기주식회사 압전 소자 및 그 제조 방법, 그리고 상기 압전 소자를 구비하는 구동 어셈블리
FR3024587B1 (fr) * 2014-08-01 2018-01-26 Soitec Procede de fabrication d'une structure hautement resistive
CN107465983B (zh) 2016-06-03 2021-06-04 无锡华润上华科技有限公司 Mems麦克风及其制备方法
JP6951714B2 (ja) * 2016-08-31 2021-10-20 株式会社Flosfia ｐ型酸化物半導体及びその製造方法
GB2576194A (en) 2018-08-08 2020-02-12 Xaar Technology Ltd Electrical component comprising a lead-free thin film ceramic member and an alumina barrier layer
CN109818590B (zh) * 2019-03-13 2021-12-03 电子科技大学 具有应力缓冲层的单晶薄膜制备方法、单晶薄膜及谐振器
CN112622442B (zh) * 2020-12-25 2022-08-16 大连大学 药品铝箔喷码装置
CN115943565A (zh) * 2021-06-09 2023-04-07 日本碍子株式会社 复合基板及复合基板的制造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04363904A (ja) * 1991-06-11 1992-12-16 Ube Ind Ltd 圧電薄膜共振子
JP3371391B2 (ja) 1994-07-08 2003-01-27 セイコーエプソン株式会社 薄膜圧電体素子およびそれを用いたインクジェット記録ヘッド
US5825121A (en) 1994-07-08 1998-10-20 Seiko Epson Corporation Thin film piezoelectric device and ink jet recording head comprising the same
JPH1095111A (ja) 1996-09-25 1998-04-14 Seiko Epson Corp 圧電体薄膜素子及びこれを用いたインクジェット式記録ヘッド
JPH11163428A (ja) * 1997-11-21 1999-06-18 Hitachi Ltd 圧電素子電極構造及びその製造方法
GB0014963D0 (en) * 2000-06-20 2000-08-09 Koninkl Philips Electronics Nv A bulk acoustic wave device
JP3833070B2 (ja) * 2001-02-09 2006-10-11 キヤノン株式会社 液体噴射ヘッドおよび製造方法
JP2003112421A (ja) * 2001-07-30 2003-04-15 Fuji Photo Film Co Ltd 液滴吐出装置およびインクジェット記録ヘッド
KR20030032401A (ko) * 2001-10-18 2003-04-26 한국쌍신전기주식회사 압전박막형 공진기 및 그 제조방법
KR100616508B1 (ko) * 2002-04-11 2006-08-29 삼성전기주식회사 Ｆｂａｒ 소자 및 그 제조방법
JP2003309303A (ja) 2002-04-18 2003-10-31 Canon Inc 圧電膜型アクチュエータの製造方法および液体噴射ヘッドの製造方法
KR100506729B1 (ko) * 2002-05-21 2005-08-08 삼성전기주식회사 박막 벌크 어코스틱 공진기（ＦＢＡＲｓ）소자 및 그제조방법
MY147403A (en) * 2003-04-29 2012-11-30 Kowa Co Composition containing medicine extremely slightly solube in water and method for preparation thereof
US7119031B2 (en) * 2004-06-28 2006-10-10 Micron Technology, Inc. Methods of forming patterned photoresist layers over semiconductor substrates

Also Published As

Publication number Publication date
TWI243496B (en) 2005-11-11
US7581823B2 (en) 2009-09-01
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CN100339218C (zh) 2007-09-26
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CN1636728A (zh) 2005-07-13

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