CN110271287B - 压电元件以及液体喷出头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压电特性良好的压电元件以及液体喷出头。压电元件具备：第一电极，其被设置在基体的上方；取向控制层，其含有钛，并且被设置在所述第一电极的上方；压电体层，其具有钙钛矿型的结晶结构，并且被设置在所述取向控制层的上方；第二电极，其被设置在所述压电体层的上方，所述取向控制层的厚度在5.0nm以上且22.0nm以下。

Description

压电元件以及液体喷出头
技术领域
本发明涉及一种压电元件以及液体喷出头。
背景技术
压电元件一般具有压电体层和夹持压电体层的两个电极，所述压电体层具有机电转换特性。压电元件例如被利用在搭载于喷墨式记录头上的液体喷出头中。作为被用于压电体层的材料，已知有以锆钛酸铅(PZT)为代表的各种材料，并且多数采用钙钛矿型的结晶结构。
虽然在将压电体层设置为薄膜的情况下，压电体层成为排列了多个结晶 (结晶粒子)的结构，但是正在研究通过提高各结晶的压电常数来增大位移的方法。例如，在专利文献1中，尝试着通过对压电体的结晶的晶格畸变量 (c/a)进行控制，从而提高压电特性或者介电特性的方法。
压电元件的特性会依赖于多种原因(组成、结晶结构、结晶取向、晶格畸变、电畴结构、厚度、电极界面结构等)而发生变化。因此，如专利文献 1所记载的技术那样，仅着眼于压电体的结晶来对其c/a进行控制，还不足以充分引出压电元件的较大的位移。
专利文献1：日本特开2011-233817号公报
发明内容
本发明所涉及的压电元件的一个方式，具备：第一电极，其被设置在基体的上方；取向控制层，其含有钛，并且被设置在所述第一电极的上方；压电体层，其具有钙钛矿型的结晶结构，并且被设置在所述取向控制层的上方；第二电极，其被设置在所述压电体层的上方，所述取向控制层的厚度在5.0nm 以上且22.0nm以下。
在所述压电元件的一个方式中，也可采用如下方式，即，所述取向控制层的厚度在6.85nm以上且21.5nm以下。
在所述压电元件的一个方式中，也可以采用如下方式，即，具备其他压电体层，所述其他压电体层具有钙钛矿型的结晶结构，并且被设置在所述第一电极与所述取向控制层之间。
在所述压电元件的一个方式中，也可以采用如下的方式，即，所述压电体层、取向控制层以及所述其他压电体层的厚度的合计在1.0μm以下。
在所述压电元件的一个方式中，也可以采用如下方式，即，所述第一电极的厚度在50nm以上且140nm以下。
在所述压电元件的一个方式中，也可以采用如下的方式，即，所述取向控制层含有铅以及钛。
在所述压电元件的一个方式中，也可以采用如下的方式，即，所述第二电极为，与其他压电元件共用的共用电极。
本发明所涉及的液体喷出头的一个方式为，含有所述压电元件的一个方式。
附图说明
图1为实施方式所涉及的压电元件的截面的示意图以及结晶的轴的定义。
图2为示意性地表示实施方式所涉及的液体喷出头的分解立体图。
图3为示意性地表示实施方式所涉及的液体喷出头的俯视图。
图4为示意性地表示实施方式所涉及的液体喷出头的剖视图。
图5为表示在将低电容率层的介电常数设为ε1，并对低电容率层以及 PZT层的层压体施加了电压V的情况下的、施加到PZT层的电压分压V2相对于电压V的比(V2/V)的关系的曲线图(假设低电容率层的电容C1和PZT 层的电容C2被串联连接，并且将低电容率层的厚度设为10nm、PZT层的介电常数ε2设为2000、厚度设为760nm)。
图6为表示钛层的厚度和压电位移量的变化率之间的关系的曲线图。
图7为表示钛层与取向控制层的厚度的关系的曲线图。
图8为实施例5的试料的、包括第一电极、第一压电体层、取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的a轴方向的畸变((a轴长度/参照衍射图案的a轴长度)-1:εxx)、以及c轴方向的畸变((c轴长度/参照衍射图案的 c轴长度)-1:εyy)的各自的曲线图。
图9为实施例5的试料的、包括第一电极、第一压电体层、取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的畸变(c/a)的曲线图。
图10为参考例2的试料的、包括第一电极、第一压电体层、取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的a轴方向的畸变((a轴长度/参照衍射图案的a轴长度)-1:εxx)、以及c轴方向的畸变((c轴长度/参照衍射图案的 c轴长度)-1:εyy)的各自的曲线图。
图11为参考例2的试料的、包括第一电极、第一压电体层、取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的畸变(c/a)的曲线图。
图12为实施例5的试料的、从PZT结晶φ3nm域获得的电子衍射图案。
图13为参考例2的试料的、从PZT结晶φ3nm域获得的电子衍射图案。
具体实施方式
以下，对于本发明的几个实施方式进行说明。以下所说明的实施方式是对本发明的一个示例进行说明的内容。本发明丝毫不被限定于以下的实施方式，并且还包括在不变更本发明的主旨的范围内所实施的各种变形方式。另外，下文所说明的结构并非全部是本发明的必要的结构。
1.压电元件
参照附图对本实施方式所涉及的压电元件进行说明。图1为示意性地表示本实施方式所涉及的压电元件100的剖视图。本实施方式的压电元件100 具备：第一电极10、第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30、第二压电体层40和第二电极50。
1.1.第一电极
第一电极10为，用于向第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40施加电压的一方的电极。也能够将第一电极10称为下部电极。在图示的示例中，第一电极10被设置在基体2(振动板230)之上。
第一电极10的形状例如为层状。第一电极10的膜厚(厚度)依赖于压电元件100的大小，例如在3nm以上且300nm以下，优选为，在50nm以上且 140nm以下。在压电元件100被用于液体喷出头中的情况下，且在液体喷出喷嘴的配置为高密度(例如，400dpi以上)的情况下，由于压电元件100也以高密度配置，因此压电元件100的尺寸变小。若压电元件100的尺寸变小，则将压电元件100的厚度设为较薄时对振动板进行驱动的效率变得更好。因此，例如，有时将压电元件100的第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40和第一电极10的合计的厚度设为1μm以下。在这种情况下，优选为将第一电极10也设置得更薄，第一电极10的厚度在10nm以上且 200nm以下，更优选为在30nm以上且150nm以下，进一步优选为在40nm以上且100nm以下。
第一电极10优选为，包含铂族元素。铂族元素为，在周期表中位于第5 周期以及第6周期，处于第8族、第9族以及第10族的元素，具体是指，钌、铑、钯、锇、铱、铂这些元素。此外，更优选为，第一电极10包含从与第一压电体层20为相反侧起(从接近基体2的侧起)按照铂层、然后是铱层的顺序进行层压的层压结构。在此，铱层是指，以铱作为主要成分的层，铂层是指，以铂作为主要成分的层。另外，“主要成分”是指，相对于构成某个部件的元素的总量而特定的元素所占的比例为80％以上，优选为90％以上，更加优选为95％以上，进一步优选为98％以上。
第一电极10的材质只要具有导电性则并不限定，例如为金属、导电性氧化物等。第一电极10也可以具有层压了多层所例示的材质的层的结构。通过使第一电极10包含从与第一压电体层20为相反侧起(从与基体2接近一侧起)层压了铂层以及铱层的层压结构，从而能够提高第一电极10的阻隔性，例如，能够进一步抑制第一压电体层20的成分透过第一电极10而进行扩散的情况。
此外，在图1所示的示例中，第一电极10成为划分出压电元件100的有源部101的独立电极。在该情况下，在俯视观察的情况下，有源部101为，第一电极10和第二电极50重复的部分。在本说明书中，有时将压电元件100 的有源部101以外的部分称为无源部。
1.2.第一取向控制层
第一取向控制层15被设置在第一电极10的上方。在图示的示例中，第一取向控制层15被设置在第一电极10之上。第一取向控制层15被设置在第一电极10与第一压电体层20之间。第一取向控制层15能够对第一压电体层 20中包含的结晶的取向进行控制。
第一取向控制层15的膜厚例如在1.0nm以上且30.0nm以下，优选为，在2.0nm以上且20.0nm以下。
第一取向控制层15由包含钛的材质而形成。第一取向控制层15的材质可以是钛酸铅、钛酸铅中的钛或铅被替换为其他元素(例如，锆)的固溶体等。第一取向控制层15例如可以通过如下方式而形成，即，利用溅射等而形成钛层，并在形成第一压电体层20时和钛层一起进行烧成，从而被形成。由于通过烧成而形成以钛酸铅为主要成分的层，因此也可以将该层设为第一取向控制层15。
1.3.第一压电体层
第一压电体层20被设置在第一电极10的上方。在图示的示例中，第一压电体层20被设置在第一取向控制层15之上。此外，第一压电体层20被设置在，第一电极10与第二取向控制层30之间。
第一压电体层20的膜厚例如在100nm以上且300nm以下。此外，在压电元件100被用于液体喷出头中的情况下，并且在液体喷出喷嘴的配置的密度为超过400dpi这样的高密度的情况下，优选使第一压电体层20更薄，例如优选为，在50nm以上且200nm以下。第一压电体层20能够通过在第一电极 10与第二电极50之间施加电压(电场)而发生变形。第一压电体层20包含有钙钛矿型的结晶结构的结晶，并通过施加电压而体现机电转换效应。
第一压电体层20作为具有压电性的材质，而例如能够使用采用钙钛矿型的结晶结构的复合氧化物。作为被包含在第一压电体层20中的金属元素，可例举有Pb、Ba、Ca、Nb、La、Li、Sr、Bi、Na、K、Fe、Ti、Ta、Mg、Mo、 Ni、Mn、Zr、Zn、W、Yb等。
由于这些材料中的、包含Ti、Zr、Pb的复合氧化物(锆钛酸铅(PZT))、包含钾(K)、钠(Na)以及铌(Nb)的复合氧化物(KNN：铌酸钠钾)、包含Bi、Fe的复合氧化物(铁酸铋(BFO))、铌锆钛酸铅(Pb(Zr、Ti、Nb) O3：PZTN)等易于获得更好的压电特性，因此更加优选。
在图1的示例中，第一压电体层20被构图为与第一电极10的形状相对应的形状。因此，在俯视观察时，第一压电体层20的与第二电极50重叠的部分存在于有源部101中。
第一压电体层20为，多个结晶(结晶粒子)的集合体，并且由优先取向于{100}面的多晶体而构成。“优先取向于{100}面”包括，压电体层的全部的结晶均取向于{100}的情况和大部分的结晶(50％以上、优选为80％以上、更优选为90％以上的结晶)取向于{100}面的情况。另外，{100}面为，包含与(100)面等价的多个面在内的面。
对于第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40中包含的结晶的轴，在本说明书中入图1所示，有时将c轴设为第一电极10的法线方向，将沿着第一电极10的平面的方向称为a轴。另外，a轴也可以是在图示的示例中围绕c轴进行旋转的方向。
通过使包含在第一压电体层20中的结晶优先取向于{100}面，从而使压电元件100显示压电特性。第一压电体层20的结晶通过第一取向控制层15 的作用，而优先取向于{100}面。
第一压电体层20中包含的各个结晶中含有极化电畴(极化分区)。在单晶粒子之中存在极化方向不同的区域，而极化电畴是指极化方向一致的各个区域。在一个结晶内，通常情况下，在压电体的结晶化(烧成)时，会形成各自的自发极化的方向不同的多个极化电畴。虽然形成极化电畴的机理的详细情况尚不清楚，但却是依赖于结晶的生长过程、结晶缺陷的存在、结晶缺陷的修复(热处理)、压电体的原料元素的组合等而形成的。
当在钙钛矿型结晶结构中产生极化时，结晶的晶格会根据极化方向而发生畸变，从而成为正方晶体或者菱形晶体、或者设为除此之外的对称性的结构。因此，结晶的晶格常数会根据极化方向而发生变化。因此，虽然在一个极化电畴内晶格常数是固定的，但是在极化方向不同的其他的极化电畴中具有与极化方向相应的不同的固定的晶格常数。
在本实施方式的第一压电体层20中，在直径3nm以下的区域内包含有以高密度排列的层压缺陷。当因层压缺陷而使电畴尺寸变小时，由于畴壁以高密度而存在，因此能够提高介电常数，从而能够提高电场响应性。此外，考虑到包含有电荷或离子半径不同的各种离子，并且通过因电荷的不同而形成的局部的电场或者因离子半径的不同而形成的应力使电畴被固定，从而实现了没有滞后的状态，即，实现了介电常数不存在电场依赖性的状态。这种微小区域的层压缺陷的有无，例如，能够利用下文所述的透射式电子显微镜，通过纳米束电子线衍射等而获知。
此外，在本实施方式的压电元件100的第一压电体层20中，为了使粒子内的结构畸变缓和，而在直径小于3nm的区域内包含有层压缺陷，并存在被细分化了的纳米电畴。因此，能够生成新的电介质极化，从而提高电场响应性，进而容易地实施电畴旋转。
1.4.第二取向控制层
第二取向控制层30被设置在第一压电体层20的上方。第二取向控制层 30具有，对第二压电体层40的结晶的取向进行控制的功能。因此，第二取向控制层30被设置在第二压电体层40的下方。第二取向控制层30也可以不仅被设置在有源部101中，还被设置在无源部中。
在图示的示例中，第二取向控制层30以覆盖第一压电体层20、第一取向控制层15、第一电极10以及基体2的方式而设置。另外，在本实施方式的压电元件100的情况下，由于第一电极10是为了形成独立电极而被构图的，因此在被构图后，会出现第一压电体层20的表面、第一压电体层20、第一取向控制层15以及第一电极10的侧面、基体2的表面。在本实施方式的压电元件100中，在该状态下设置第二取向控制层30。由此会提高无源部上的第二压电体层40的取向性，从而抑制第二压电体层40的裂纹。
第二取向控制层30由包含钛的材质而形成。第二取向控制层30的材质也可以为，钛酸铅、将钛酸铅中的钛或铅替换为其他元素(例如，锆)的固溶体等。第二取向控制层30例如能够通过如下方式而形成，即，利用溅射等方式而形成钛层，并且在形成第二压电体层40时与钛层一起进行烧成，从而形成。由此，由于形成以钛酸铅为主要成分的层，因此也可以将该层设为第二取向控制层30。
第二取向控制层30的介电常数有时会根据材质而变得较低。例如，钛酸铅的介电常数为100至300左右，与压电体(例如，锆钛酸铅(PZT))的 1500左右的介电常数相比是非常低的。因此，当第二取向控制层30存在于第一电极10与第二电极50之间时，被施加在第一电极10与第二电极50之间的电压(分压)的大多数集中于第二取向控制层30。因此，被施加到第一压电体层20以及第二压电体层40上的电压(分压)变得相对较低。由此，存在压电元件100的位移相对于被输入的电压而变小的情况。从这种观点来看，对于第二取向控制层30的材质来说，介电常数越高则越为优选，而对于第二取向控制层30的厚度来说，则是越薄越为优选。
因此，对于构成第二取向控制层30的物质，只要选择介电常数更高的物质就能够提高压电元件100的位移。此外，在第二取向控制层30由特定的物质(例如，钛酸铅)构成的情况下，能够通过对其结晶的畸变进行控制，而对介电常数进行调节。在第二取向控制层30由钛酸铅形成的情况下，第二取向控制层30能够形成组成与下方的第一压电体层20和上方的第二压电体层 40不同的物质的连续的结晶。即，第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40以外延的方式而结晶化。通过设置成这种方式，从而能够对第二取向控制层30的结晶的畸变进行控制，进而对介电常数进行控制。
在本实施方式的压电元件100的第二取向控制层30中，结晶的晶格畸变 (c/a)在0.980以上且小于1.000。即，第二取向控制层30的结晶成为，在c轴方向上破坏的(在a轴、b轴方向上延伸的)晶格。由此，第二取向控制层30的极化方向成为沿着第一电极10(a轴)的方向。
根据Landolt Bornstein的数据手册，已知在正方晶结构的PbTiO3中，介电常数ε在极化轴的方向上变得最小(ε＝100左右)，在与极化轴正交的方向上变得最大(ε＝200左右)。由此，通过将极化轴配置成，平行于面内方向(a轴)，从而能够获得与朝向和面内方向正交的膜厚方向(c轴)的情况相比而较大的介电常数，由此能够使介电常数在膜厚方向上增加，进而能够提高c轴方向的介电常数。因此，如果第二取向控制层30的材质为钛酸铅，则本实施方式的第二取向控制层30的介电常数能够提高至200左右。由此，由于能够使介电常数在膜厚方向上增加，因此能够增加被施加到PZT层整体的有效电场。
此外，当第二取向控制层30的结晶的晶格畸变(c/a)小于0.980时，由于正方晶晶格的畸变过大，因此在使电畴旋转上需要较大的能量。此外，如果试图勉强进行电畴旋转，则容易产生裂纹等，因此存在一个合适的范围。
在图5中示出了，表示在将低电容率层的介电常数设为ε1，并对低电容率层以及PZT层的层压体施加了电压V的情况下的、施加到PZT层的电压分压V2相对于电压V的比(V2/V)的关系的曲线图。如图5所示，通过提高低电容率层的介电常数，从而能够提高施加到PZT层的分压(V2/V)，因此能够提高压电元件的位移的效率。
此外，由于第二取向控制层30被配置在第一电极10与第二电极50之间，因此为了尽可能减小电压分压，优选为第二取向控制层30较薄。但是，若第二取向控制层30的厚度过薄，则难以进行无源部中的第二压电体层40的结晶的取向的控制。因此，第二取向控制层30具有适合的厚度。第二取向控制层30的合适的厚度根据第二取向控制层30的材质、第二压电体层40的材质、压电元件100的大小、第一电极10与第二电极50之间的距离(第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40的合计的厚度)等非常多的因素而发生变化。
在本实施方式的压电元件100中，第二取向控制层30的厚度在5.0nm 以上且22.0nm以下，优选为在6.0nm以上且21.5nm以下，更优选为在6.8nm 以上且21.3nm以下，进一步优选为在7.0nm以上且20.0nm以下，特别优选为在7.0nm以上且19.0nm以下。只要第二取向控制层30的厚度在该范围内，则正方晶的极化轴能够从躺在a轴方向上的状态而有效且容易地向电压施加方向进行90°电畴旋转。此外，由于能够降低电畴旋转能量，因此也能够抑制裂纹。由此，能够对第二压电体层40的结晶的取向进行适当控制，并且即使在第二取向控制层30的介电常数较小的情况下，也能够通过进行90°电畴旋转而向压电元件100赋予相当于c/a比的巨大的畸变，从而能够增大位移。此外，只要第二取向控制层30的厚度在上述范围内，则在第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40的合计的厚度为1μm以下的情况下尤其有效。
在将第二取向控制层30的材质设为钛酸铅的情况下，能够利用溅射等形成钛层，并通过与第二压电体层40一起进行烧成而形成第二取向控制层30。在该情况下，例如能够通过对钛层的厚度进行调节而使第二取向控制层30 的厚度发生变化。此外，在这种情况下，还可以通过预先制作表示钛层的厚度与最终的第二取向控制层30的厚度之间的关系的检量线，并且基于该检量线而得到预定的厚度的第二取向控制层30(参照实施例)。
尤其是在通过多个阶段来形成第二压电体层40的情况下(在下文中进行叙述)，第二取向控制层30由于干燥、脱脂、烧成等而受到的热履历的次数变多。
第二取向控制层30的厚度例如能够利用透射式电子显微镜，并根据需要而利用适当的分析方法来进行测量。
1.5.第二压电体层
第二压电体层40被设置在第二取向控制层30的上方。在图示的示例中，第二压电体层40被设置在第二取向控制层30之上，并且，既被设置在压电元件100的有源部101中，也被设置在无源部中。另外，在本说明书中，在将第二压电体层40称为压电体层的情况下，将上述的第一压电体层20称为其他压电体层。
第二压电体层40的膜厚例如在400nm以上且900nm以下。此外，在压电元件100被用于液体喷出头中的情况下，并且在液体喷出喷嘴的配置密度为超过400dpi这样的高密度的情况下，优选为第二压电体层40更薄，例如，优选为在300nm以上且700nm以下。第二压电体层40能够通过向第一电极 10与第二电极50之间施加电压(电场)而发生变形。第二压电体层40包含钙钛矿型的结晶结构，并且通过施加电压而体现机电转换效应。
第二压电体层40作为具有压电性的材质而例如能够使用设为钙钛矿型的结晶结构的复合氧化物。作为第二压电体层40中含有的金属元素，可例举 Pb、Ba、Ca、Nb、La、Li、Sr、Bi、Na、K、Fe、Ti、Ta、Mg、Mo、Ni、Mn、 Zr、Zn、W、Yb等。
由于这样的材料中的、包含Ti、Zr、Pb的复合氧化物(锆钛酸铅(PZT))、包含钾(K)、钠(Na)以及铌(Nb)的复合氧化物(KNN)、包含Bi、Fe 的复合氧化物(铁酸铋(BFO))、铌锆钛酸铅(Pb(Zr、Ti、Nb)O3：PZTN) 等容易获得更好的压电特性，因此更优选。
在图1以及图2的示例中，第二压电体层40被构图。第二压电体层40 被构图并被去除的区域，附图中作为凹陷40a而标记了符号。压电元件100 的有源部101成为，第一电极10和第二电极50重叠的部分。第二压电体层 40既可以通过一次的一系列的工序而形成整体，也可以通过多次实施一系列的工序而形成。图1的示例的第二压电体层40是经过多个阶段的工序而形成的。在图1中，通过在第二压电体层40内绘制虚线，从而表示通过实施三次涂布以及烧成的工序的组来形成第二压电体层40的情况。图中的虚线并不是表示结构性的变化的边界，各层是相互连续的。有时会产生各层中的组成的不均。
和第一压电体层20同样，第二压电体层40为多个结晶(结晶粒子)的集合体，各个结晶的c轴基本与第一电极10的法线方向(从第一电极10朝向第二电极50的方向)平行。
如果第二压电体层40中包含的结晶优先取向于{100}面，则能够充分获得压电特性。通过设置上述的第二取向控制层30，从而能够将第二压电体层40的结晶设置为[001]取向。还可以通过使第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40层压而使各自的结晶连续。
此外，与第一压电体层20同样，在第二压电体层40中包含的各个结晶中包含有极化电畴(极化分区)。
包含在本实施方式的第二压电体层40中的结晶的极化电畴的尺寸并未被特别限定，例如在10nm以下，更优选为在5nm以下。作为包含在第一压电体层20中的结晶的极化电畴可以大于上述的第一压电体层20的极化电畴的理由，可例举如下的情况，即，第二压电体层40与上述的第一压电体层20 相比，结晶性更好。作为其主要原因，是由于越靠上层则因热履历而引起的铅向第一电极侧的扩散量越少，从而能够抑制构成钙钛矿的骨架的A位的铅缺损。因此，无论极化电畴的大小如何，均能够容易地进行极化旋转，也难以产生钉扎。
虽然例如能够通过溶胶凝胶法而形成第二压电体层40，但是也可以如已经叙述的那样采用多层结构。即，第二压电体层40也可以是通过重复多次原料涂布、干燥、脱脂以及烧成中的至少两个的组而形成的。
1.6.第二电极
第二电极50被设置在第二压电体层40的上方。第二电极50包括：第一层51和第二层52。在图示的示例中，第二电极50的第一层51被设置在第二压电体层40之上，并且与第二压电体层40同样地被构图。此外，第二电极50的第二层52被设置在第二压电体层40上的第一层51之上以及第二压电体层40被蚀刻而成的凹陷40a内。第二电极50为，用于向第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30以及第二压电体层40施加电压的电极。也能够将第二电极50称为上部电极。
第二电极50的形状与第一层51以及第二层52同样均为例如层状。第二电极50的第一层51的厚度例如在2nm以上且20nm以下。此外，第二电极 50的第二层52的厚度例如在5nm以上且50nm以下。
第二电极50例如由铱、铂、钛等金属、这些金属的导电性氧化物(例如氧化铱)、钌酸锶等材质而构成。第二电极50也可以具有层压了多层上文所例示的层的结构。例如，第二电极50的第一层51优选为，从第二压电体层 40侧(从与第一电极10接近的一侧起)层压了铱层以及钛层的层压结构。此外，对于第二电极50的第二层52也优选为，从第二压电体层40侧层压了铱层以及钛层的层压结构。在此，铱层是指，以铱为主要成分的层，钛层是指，以钛为主要成分的层。此外，在这种情况下，第一层51的铱层的厚度优选为在3nm以上且7nm以下，钛层的厚度优选为在2nm以上且6nm以下。而且，在这种情况下，第二层52的铱层的厚度优选为在10nm以上且20nm以下，钛层的厚度优选为在15nm以上且25nm以下。
第二电极50由上述的第一层51以及第二层52而构成，并且通过在第二压电体层40之上包含从第二压电体层40侧层压了铱层、钛层、铱层以及钛层的层压结构，从而能够通过第二电极50形成后的恢复退火而增高电极表面的肖特基势垒，从而抑制界面漏电流。此外，能够有效实施过剩铅的吸收。
1.7.其他结构
压电元件100例如被形成在基体2上。基体2例如为由半导体、绝缘体等而形成的平板。基体2既可以是单层，也可以是层压了多个层的结构。只要基体2的上表面为平面的形状，则内部的结构并不被限定，例如，也可以是内部形成有空间等复杂的结构。
基体2既可以是具有可挠性并能够通过压电元件100的动作而发生变形 (位移)的振动板230，也可以通过包含所涉及的振动板230而成为更高阶的结构。振动板230例如为氧化硅层、氧化锆层、或者这些层的层压体(例如，在氧化硅层上设置了氧化锆层的层压体)等。另外，虽然没有图示，但是也可以在第一电极10与基体2之间设置提高两者的紧贴性的紧贴层。紧贴层例如为钛层、氧化钛层、锆层等。此外，在设置了如钛层、锆层那样的导电性的紧贴层的情况下，也可以将该紧贴层视为第一电极10的一部分。
另外，在本说明书中，如图示的示例那样，有时将由基体2(振动板230) 和压电元件100所构成的部件称为致动器110。致动器110能够在压电元件 100发生了变形的情况下进行挠曲或者振动。此外，通过使致动器110的振动板230构成对下文所述的液体喷出头的压力产生室进行划分的壁的一部分，从而能够使压力产生室的容积根据所输入的信号而发生变化。
致动器110例如可以作为对压力产生室的液体进行加压的压电致动器，而应用在液体喷出头或使用了该液体喷出头的打印机等中。此外，压电元件 100也可以被应用在将压电体层的变形作为电信号而进行检测的压电传感器 (超声波传感器、陀螺传感器)等中。
1.8.分析方法
为了评价结晶的轴长以及极化电畴的尺寸，需要进行结晶晶格的畸变的精密测量。由于被实施了球面像差校正的扫描透射型分析电子显微镜(STEM) 和CMOS摄像机等周边设备的技术的发展，而能够在纳米尺寸的区域内照射平行电子线。并且，确立了一种截面STEM-NBD(纳米束衍射)结构解析方法，该方法能够与扫描线同步地以高速取得所获取的微细光点的电子衍射图案。通过应用该方法，从而能够以0.1％(1/1000)以下的检测灵敏度，来对至今为止较为困难的包括界面在内的结晶晶格的畸变进行判断。
作为用于这样的解析的***的一个示例，例举有日本电子公司制造的扫描透射型分析电子显微镜JEM-ARM200F(加速电压200kV)、GATAN公司制造的ONE-VIEW STEMx摄像机***。
作为更详细的具体例，在评价第二取向控制层30的结晶的情况下，通过对任意的(柱状)结晶粒子于<100>pc方位上射入φ3nm左右的大概平行的电子线(μμDIFF模式、Cs集电极断开)，并且使由此获得的电子衍射图案(NBD) 与扫描线同步，从而取得与实际空间为相反空间的四维分布的4D-STEM像(宽度150×高度300nm)。
关于结晶的畸变率(c/a)，针对结晶粒子内部的参照衍射图案而对各点的畸变进行自动计测，从而显示畸变映射像。更详细而言，能够对平行于第一电极10的方向上的结晶的畸变((a轴长度/参照衍射图案的a轴长度) -1:εxx)、以及垂直于第一电极10的方向上的结晶的畸变((c轴长度/参照衍射图案的c轴长度)-1:εyy)进行测量。并且，能够将各方向的畸变转换为轴长(1+εxx、1+εyy)，并显示其轴比c/a的映射像，再通过读取该映射像而获得结晶的畸变率(c/a)。
此外，也能够通过电子衍射图案(NBD)的解析来获得各个压电体层的结晶性。从单结晶区域所获得的各个点的电子衍射图案反映了，从收敛电子线的光点直径本身的区域起的结晶性。在衍射图案内包含有缺陷的情况下，观察到反映了缺陷的衍射点或者条纹。
1.9.作用效果
由于的本实施方式的压电元件100的第二取向控制层30的厚度在5.0nm 以上且22.0nm以下，因此即使在被施加到第一电极10以及第二电极50之间的电压中的、分配到第二取向控制层30上的分压较高的情况下，也能够增大压电元件100整体的位移。此外，由于本实施方式的压电元件100的第二取向控制层30的结晶的畸变量(c/a)在0.980以上且小于1.000，因此提高了第二取向控制层30的介电常数，其结果是，即使在被施加到第一电极10以及第二电极50之间的电压中的、分配到第二取向控制层30的分压较高的情况下，也能够增大压电元件100整体的位移。而且，本实施方式的压电元件100的第一压电体层20由于在直径3nm以下的区域内通过层压缺陷而使电畴被细分化，因此被认为电场响应性得以提高。在较低的电场中能够产生电畴旋转，因此，难以在第一压电体层20上产生裂纹等。
2.压电元件的制造方法
接下来，对于本实施方式所涉及的压电元件100的制造方法的示例进行说明。
首先，准备基体2。具体而言，通过对硅{110}基板进行热氧化，从而形成520nm厚的氧化硅层。接下来，通过溅射法而在氧化硅层上形成锆层，并通过对锆层进行热氧化，从而形成200nm厚的氧化锆层。通过以上的工序而准备基体2。
接下来，在基体2上，作为紧贴层而设置20nm厚的钛层，并且在其上通过溅射法而形成依次由50nm厚的铂层、5nm厚的铱层构成的第一电极10。虽然第一电极10的厚度通过下述的烧成等工序，而与在该工序中形成的厚度有所变化，但是通过在本工序中对厚度进行调节，以使得最终成为在10nm以上且200nm以下。
接下来，形成第一取向控制层15。第一取向控制层15通过第一压电体层20、第二压电体层40的烧成而使组成发生变化。在此，作为第一取向控制层15的前驱体而形成厚度4nm的钛层。例如，通过溅射法等而形成钛层。另外，如上文所述那样，在成为第一取向控制层15时，能够将钛层的厚度调节成为在1.0nm以上且50.0nm以下的厚度。
接下来，在钛层上，通过液相法而形成第一压电体层20。胶体溶液的结构组成例如设为铅/锆/钛＝120/52/48，利用旋涂法等将前驱体溶液涂布在钛层上，从而形成前驱体层(涂布工序)。接下来，将前驱体层在130℃以上且250℃以下的温度下进行加热，并干燥一定时间(干燥工序)，并且，通过将干燥了的前驱体层在300℃以上且450℃以下的温度下进行加热并保持一定时间而进行脱脂(脱脂工序)。接下来，通过将脱脂了的前驱体层在650℃以上且800℃以下的温度下进行加热，并在该温度下保持一定时间，从而进行结晶化(烧成工序)。通过以上的工序，从而在第一电极10的上方形成第一压电体层20。此外，通过以上的工序，从而形成第一取向控制层15。
接下来，对第一压电体层20、第一取向控制层15以及第一电极10进行构图，从而以成为压电元件100的独立电极的方式形成第一电极10。构图例如是通过离子束铣削而实施的。由此，如图1所示，能够形成预定形状的第一压电体层20、第一取向控制层15以及第一电极10。
接下来，形成第二取向控制层30。由于第二取向控制层30的组成因第二压电体层40的烧成而发生变化，因此，在此作为第二取向控制层30的前驱体而形成钛层。例如能够通过溅射法而形成钛层。钛层的厚度例如为1.0nm 以上且5.0nm以下，并且在如上文所述那样形成了第二取向控制层30时，调节成为5.0nm以上且22.0nm以下的厚度。
接下来，通过液相法而在钛层上形成第二压电体层40。胶体溶液的结构组成为铅/锆/钛＝120/52/48，利用旋涂法将前驱体溶液涂布在第二取向控制层30上，从而形成前驱体层(涂布工序)。接下来，将前驱体层在130℃以上且250℃以下的温度下进行加热，并干燥一定时间(干燥工序)，并且，将干燥了的前驱体层在300℃以上且450℃以下的温度下进行加热，并保持一定时间，从而进行脱脂(脱脂工序)。接下来，将脱脂了的前驱体层在650℃以上且800℃以下的温度下进行加热，并且以该温度保持一定时间，从而进行结晶化(烧成工序)。通过经由该烧成工序，而使钛层的组成发生变化，从而使第二取向控制层30成为预定的材质。在图1的示例中，通过重复三次从上述的涂布工序至烧成工序为止的工序的组，从而形成由三个层而构成的第二压电体层40。通过以上的工序而形成第二取向控制层30，并且在该层上形成第二压电体层40。
作为在用于形成第一压电体层20以及第二压电体层的干燥工序、脱脂工序以及烧成工序中使用的加热装置，例如可例举有通过红外线灯的照射而进行加热的RTA(RapidThermal Annealing：快速热退火)装置。
接下来，在第二压电体层40上形成第二电极50。第二电极50是通过在形成第一层51，并对第一层51、第二压电体层40以及第二取向控制层30 进行了构图后再形成第二层52而形成的。
第一层51例如通过在第二压电体层40上，从接近第二压电体层40的侧起，通过溅射而形成5nm厚的铱层和4nm厚的钛层的层压膜。在该状态下，也可以根据需要而实施用于使通过溅射而产生的压电体的缺陷恢复的热处理 (恢复退火)。恢复退火的温度例如在650℃以上且800℃以下。
在形成了第一层51之后，与第二压电体层40以及第二取向控制层30 一起例如通过离子束铣削而进行构图并去除，从而被形成。通过该工序，从而形成第二压电体层40的凹陷40a，而成为使基体2(锆层)、第二取向控制层30的侧面、第二压电体层40的侧面以及第一层51露出的状态。
然后，在其上例如从与第二压电体层40接近侧通过对15nm厚的铱层和 20nm厚的钛层的层压膜进行溅射而形成第二层52，从而作为共用电极而形成第二电极50。
通过以上的工序，能够制造出压电元件100。在基体2为振动板230的情况下、或者进一步对基体2进行加工而形成振动板230的情况下，通过在这些工序中附加适当的工序等，从而能够制造出致动器110。另外，虽然在上文中，对通过液相法而形成压电体层的示例进行了说明，但是压电体层的形成方法并不被特别限定，例如也可以通过CVD法、溅射法等而形成。
3、液体喷出头
接下来，参照附图对本实施方式所涉及的液体喷出头进行说明。图2为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的分解立体图。图3为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的俯视图。图4为示意性地表示本实施方式所涉及的液体喷出头200的图3的IX-IX线剖视图。另外，在图2至图4中，作为相互正交的三个轴，而图示了X轴、Y轴以及Z轴。
本发明所涉及的液体喷出头包括上述的压电元件100或者上述的致动器 110。在下文中，作为一个示例而对包括压电元件100的液体喷出头200进行说明。
如图2至图4所示，液体喷出头200例如包括压电元件100、流道形成基板210、喷嘴板220、振动板230、保护基板240、电路基板250、柔性基板260。另外，为了便于说明，在图3中省略了电路基板250以及连接配线 204的图示。
流道形成基板210例如为硅基板。在流道形成基板210上设置有压力产生室211。压力产生室211通过多个隔壁212而被划分。
在流道形成基板210中的、压力产生室211的+X轴方向侧的端部处设置有油墨供给通道213以及连通通道214。油墨供给通道213被构成为，通过将压力产生室211的+X轴方向侧的端部从Y轴方向进行缩小，从而使其开口面积变小。连通通道214的Y轴方向的大小和压力产生室211的Y轴方向的大小例如相同。在连通通道214的+X轴方向侧设置有连通部215。连通部215 构成歧管216的一部分。歧管216成为各压力产生室211的共同的油墨室。如此，在流道形成基板210上形成有，由压力产生室211、油墨供给通道213、连通通道214以及连通部215而构成的液体流道。
喷嘴板220被设置在，流道形成基板210的一个面(-Z轴方向侧的面) 上。喷嘴板220的材质例如为SUS(Steel Use Stainless：不锈钢)。喷嘴板220例如通过粘合剂或者热熔膜等而被接合在流道形成基板210上。在喷嘴板220上，沿着Y轴而并列设置有喷嘴开口222。喷嘴开口222与压力产生室211连通。
振动板230被设置在流道形成基板210的另一个面(+Z轴方向侧的面) 上。振动板230例如由被形成在流道形成基板210上的第一绝缘层232、和被设置在第一绝缘层232上的第二绝缘层234而构成。第一绝缘层232例如为氧化硅层。第二绝缘层234例如为氧化锆层。
压电元件100例如被设置在振动板230上。压电元件100被设置有多个。压电元件100的数量并不被特别限定。另外，在图示的示例中，压电元件的第二电极50成为共用电极。
在液体喷出头200中，通过具有机电转换特性的压电元件100的变形，从而使振动板230以及第一电极10进行位移。也就是说，在液体喷出头200 中，振动板230以及第一电极10实际上具有作为振动板的功能。另外，还可以省略振动板230，而仅使第一电极10作为振动板来发挥作用。当在流道形成基板210上直接设置第一电极10的情况下，优选为，使用绝缘性的保护膜等来保护第一电极10，以使液体不会与第一电极10接触。
第一电极10作为与每个压力产生室211单独对应的独立电极而被构成。第一电极10的Y轴方向的大小小于压力产生室211的Y轴方向的大小。第一电极10的X轴方向的大小大于压力产生室211的X轴方向的大小。在X轴方向上，第一电极10的两端部与压力产生室211的两端部相比而位于外侧。在第一电极10的-X轴方向侧的端部处连接有引线电极202。
关于第一电极10、第一压电体层20、第二取向控制层30、第二压电体层40以及凹陷40a的大小或者形状，只要在俯视观察时(参照图3)有源部 101被形成在压力产生室211的内侧，则可以是任意的。
第二电极50被连续地设置在第二压电体层40以及振动板230上。第二电极50作为多个压电元件100所共用的共用电极而被构成。另外，在图示的示例中，存在第二压电体层40被构图并被去除而成的凹陷40a。凹陷40a在俯视观察时以与压力产生室211重复的方式而形成，在能够使振动板230的挠曲更大的这点上更为优选。
保护基板240通过粘合剂203而被接合在流道形成基板210上。在保护基板240上设置有贯穿孔242。在图示的示例中，贯穿孔242于Z轴方向上贯穿保护基板240，并且与连通部215连通。贯穿孔242以及连通部215构成成为各个压力产生室211的共用的油墨室的歧管216。并且，在保护基板 240上设置有于Z轴方向上贯穿保护基板240的贯穿孔244。引线电极202 的端部位于贯穿孔244内。
在保护基板240上设置有开口部246。开口部246是为了不阻碍压电元件100的驱动而设置的空间。开口部246既可以被密封，也可以不被密封。
电路基板250被设置在保护基板240上。在电路基板250中包括用于对压电元件100进行驱动的半导体集成电路(IC)。电路基板250和引线电极 202经由连接配线204而电连接。
柔性基板260被设置在保护基板240上。柔性基板260具有被设置在保护基板240上的密封层262和被设置在密封层262上的固定板264。密封层 262是用于将歧管216密封的层。密封层262例如具有可挠性。在固定板264 上设置有贯穿孔266。贯穿孔266于Z轴方向上贯穿固定板264。贯穿孔266 在俯视观察时(从Z轴方向观察时)被设置在与歧管216重叠的位置处。
由于液体喷出头200包括上述的压电元件100，因此能够将所施加的电压有效地用于位移上，从而使振动板230的位移较大，进而使液体的喷出效率良好。此外，由于压电体层的结晶的极化电畴的尺寸较小，因此难以产生钉扎。由此，能够抑制因极化处理而产生的位移的偏置，例如，能够进一步增大压力产生室211的体积变化的范围，因此，喷出液体的效率较高。
4.实施例以及参考例
以下通过实施例而对本发明进一步具体进行说明，但是本发明并不被限定于此。
首先，准备了基体2。具体而言，通过对硅{110}基板进行热氧化，从而形成了520nm厚的氧化硅层。接下来，通过溅射法而在氧化硅层上形成锆层，并且通过对锆层进行热氧化，从而形成了200nm厚的氧化锆层。通过以上的工序而准备了基体2。
接下来，在基体2上，作为紧贴层而设置20nm厚的钛层，并且在其上通过溅射法而形成依次由50nm厚的铂层、5nm厚的铱层构成的第一电极10。
接下来，在第一电极10上形成4nm厚的钛层膜。经过以下的工序，该钛层成为第一取向控制层15。
接下来，在钛层上，通过液相法而形成第一压电体层20。将胶体溶液的结构组成设为铅/锆/钛＝120/52/48，并利用旋涂法等而将前驱体溶液涂布在钛层上，从而形成前驱体层(涂布工序)。接下来，在130℃以上且250℃以下的温度下，对前驱体层进行加热，并使其干燥一定时间(干燥工序)，并且，在300℃以上且450℃以下的温度下，对干燥了的前驱体层进行加热，并保持一定时间，从而进行脱脂(脱脂工序)。接下来，在650℃以上且800℃以下的温度下，对脱脂了的前驱体层进行加热，并且在该温度下保持一定时间，从而使其结晶化(烧成工序)。通过以上的工序，在第一电极10的上方形成了第一取向控制层15以及第一压电体层20。
接下来，通过对第一压电体层20、第一取向控制层15以及第一电极10 进行构图，从而以使第一电极10成为压电元件100的独立电极的方式而形成。构图是通过离子束铣削来实施的。由此，如图1所示，形成了预定形状的第一压电体层20、第一取向控制层15以及第一电极10。
接下来，形成第二取向控制层30。由于第二取向控制层30通过第二压电体层40的烧成而使组成发生变化，因此，在此作为第二取向控制层30的前驱体而形成钛层。钛层是通过溅射法而形成的。以下示出钛层的厚度以及成膜条件。
<钛成膜条件>
针对各例，按照钛膜厚(nm)、氩流量(sccm)、溅射功率(W)的顺序而示出。
实施例1：1.5；40；100
实施例2：2.0；40；100
实施例3：2.5；40；100
实施例4：4.0；40；100
参考例1：0.0；40；100
接下来，在第二取向控制层30上，通过液相法而形成第二压电体层40。将胶体溶液的结构组成设为铅/锆/钛＝120/52/48，并且利用旋涂法而将前驱体溶液涂布在第二取向控制层30上，从而形成前驱体层(涂布工序)。接下来，在130℃以上且250℃以下的温度下，对前驱体层进行加热，并使其干燥一定时间(干燥工序)，并且，在300℃以上且450℃以下的温度下，对干燥过的前驱体层进行加热并保持一定时间，从而进行脱脂(脱脂工序)。接下来，通过在650℃以上且800℃以下的温度下，对脱脂了的前驱体层进行加热，并在该温度下保持一定时间，从而使其结晶化(烧成工序)。经过该烧成工序，而使钛层的组成发生变化，由此使第二取向控制层30成为预定的材质。通过进一步重复两次该工序，从而以包括第一压电体层20在内而使压电体成为共四层，且使第一取向控制层15、第一压电体层20、第二取向控制层30 以及第二压电体层40的合计膜厚成为760nm的方式，而形成第二压电体层 40。
第二电极50是通过如下方式而形成的，即，在形成第一层51，并对第一层51、第二压电体层40以及第二取向控制层30进行了构图后，形成第二层52，从而被形成。首先，在第二压电体层40上，从与第二压电体层40接近侧起，通过溅射法而形成由5nm厚的铱层和4nm厚的钛层的层压膜而构成的第一层51。接下来，在下述条件下实施了恢复退火。然后，将第一层51 和第二压电体层40以及第二取向控制层30一起，通过离子束铣削而进行构图并去除。
接下来，从与第二压电体层40接近侧起，通过溅射15nm厚的铱层和20nm 厚的钛层的层压膜而形成第二层52，从而形成第二电极50。
以下示出在形成了第二电极50的第一层51后的恢复退火条件和压电位移量。另外，关于压电位移量，在通过由KOH实施的蚀刻而将成为对象的试料的基板的硅去除之后，通过激光多普勒振动仪而对成为振动板的位移的压电位移量进行测量。
<第二电极的第一层形成后的恢复退火条件以及压电位移量>
利用上述的实施例2的试料来实施退火。以下，按照退火温度(℃)、退火时间(min.)、压电位移量(nm)的顺序而示出。
实施例5：720；8；680
参考例2：720；2；587
<结果考察>
图6中示出了成为第二取向控制层的钛层的厚度和压电位移量的变化率之间的关系(实施例1至4以及参考例1)。当以钛层的厚度4nm的实施例4 为基准时，可知压电位移量的变化率在较薄侧逐渐增加，并且在2nm的实施例2中取最大值。另一方面，在不存在钛层(第二取向控制层)的情况下(参考例1)，可知，压电位移量反而降低14％左右。由此可知，钛层(第二取向控制层)在厚度上存在最优值，并且有助于压电位移。此外，根据图6，压电位移量的变化率变得大于0的钛层成膜的厚度为1.21nm。
图7为表示钛层的成膜厚度和烧成后的第二取向控制层的厚度之间的关系的曲线图。根据图7可知，钛层的成膜厚度和烧成后的第二取向控制层的厚度大致成比例关系，从而描绘了近似直线。近似直线的数学式为，在将纵轴设为y、将横轴设为x时，y＝5.25x+0.5。
接下来，根据图7的直线，与钛层的厚度1.21nm相对应的第二取向控制层的厚度为6.85nm。此外，与钛层的厚度4.0nm相对应的第二取向控制层的厚度为21.5nm。
图8以及图10分别为，实施例5以及参考例2的、包括第一电极、第一取向控制层、第一压电体层、第二取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的a轴方向上的畸变((a轴长/参照衍射图案的a轴长)-1:εxx)以及c 轴方向上的畸变((c轴长/参照衍射图案的c轴长)-1:εyy)的各自的曲线图。
图9以及图11分别为，实施例5以及参考例2的/包括第一电极、第一取向控制层、第一压电体层、第二取向控制层以及第二压电体层在内的、结晶的畸变(c/a)的曲线图。另外，这些曲线图是通过对第一电极上的第二压电体层的任意的结晶于<100>pc方位上射入φ3nm左右的大概平行电子线(μμDIFF模式、Cs集电极断开)，并且使由此所获得的电子衍射图案(NBD) 与扫描线同步，从而取得实际空间和相反空间的四维分布的4D-STEM像(宽150×高300nm)而获得的。分析装置使用了日本电子(株)制造的扫描透射式分析电子显微镜JEM-ARM200F(加速电压200kV)，作为摄像机***而使用了GATAN公司制造的ONE-VIEW STEMx***。
根据图9的实施例5的结果和图11的参考例2的结果可知，通过将低电容率层即第二取向控制层的极化轴平行配置在与第一电极的平面平行的方向上，从而能够获得更大的压电位移量。此外，可知在c/a比具有0.980≤c/a ＜1(如晶格在第一电极的平面内延伸这样的畸变)关系的情况下，压电位移量进一步提高。并且，可知，只要设为0.985≤c/a＜1，则能够使压电位移量可靠地提高。
此外，根据分析结果，可知第二取向控制层的组成通过与上层的第二压电体层之间的热扩散反应而成为钛含量丰富的锆钛酸铅(PZT)，并且其厚度增大至10nm左右(以2nm的厚度形成了钛膜的情况)。由于该钛含量丰富的锆钛酸铅的层为正方晶结构的纳米电畴结构，因此可认为有助于90°电畴旋转。
而且，在图12以及图13中分别示出了，实施例5以及参考例2的、第一压电体层(PZT)的截面STEM-NBD(纳米束衍射)图案。装置使用了日本电子(株)制造的扫描透射式分析电子显微镜JEM-ARM200F(加速电压200kV)，作为摄像机***而使用了GATAN公司制造的ONE-VIEW STEMX***，电子线射入在<100>pc方位上。当针对每个φ3nm域详细地观察结晶粒子内部时，在提高了压电位移量的实施例5(图12)中，由在a轴方向上连续的多个衍射斑点而构成，因此可知内含高密度排列的层压缺陷。即，可知在直径3nm以下的区域内，因为层压缺陷而使电畴被细分化，从而使直径小于3.0nm的极化电畴被包含在压电体层中。由于因为层压缺陷而使电畴被细分化，因此认为提高了电场响应性，并且能够在较低的电场中产生电畴旋转。另一方面，在参考例2(图13)中几乎无法确认这种存在。根据这些情况，可以认为，在实施例5中，被改质为电场响应性良好的电畴的微细化结构，并且能够获得较大的压电位移量。
在本说明书中，在说被设置在特定的A部件(以下，称为“A”)的“上方”或者“下方”的特定的B部件(以下，称为“B”)时，意味着，包含直接被设置在a之上或下的情况和B隔着其他部件而被设置在A之上或下的情况。此外，所说的A上的情况也和所说的A的上方的情况相同。此外，在说B存在于A的上方或者下方的情况下，意味着，如果改变观察的方向、角度或者旋转视角仍能够理解为以这种方式存在，而与重力的作用方向没有关系。
本发明并不被限定于上文所述的实施方式，能够进行各种变形。例如，本发明包括，与在实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。此外，本发明包括，替换了在实施方式中所说明的结构中的非本质的部分的结构。此外，本发明包括，能够取得与在实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或者能够达成相同的目的的结构。此外，本发明包括，在实施方式中所说明的结构中附加了公知技术的结构。
符号说明
2…基体；10…第一电极；15…第一取向控制层；20…第一压电体层；30…第二取向控制层；40…第二压电体层；40a…凹陷；50…第二电极；100…压电元件；101…有源部；110…致动器；200…液体喷出头；202…引线电极； 203…粘合剂；204…连接配线；210…流道形成基板；211…压力产生室；212…隔壁；213…油墨供给通道；214…连通通道；215…连通部；216…歧管；220…喷嘴板；222…喷嘴开口；230…振动板；232…第一绝缘层；234…第二绝缘层；240…保护基板；242、244…贯穿孔；246…开口部；250…电路基板；260…柔性基板；262…密封层；264…固定板；266…贯穿孔。

Claims (7)

1.一种压电元件，具备：
第一电极，其被设置在基体的上方；
取向控制层，其含有钛，并且被设置在所述第一电极的上方；
压电体层，其具有钙钛矿型的结晶结构，并且被设置在所述取向控制层的上方；
第二电极，其被设置在所述压电体层的上方；
其他压电体层，其具有钙钛矿型的结晶结构，并且被设置在所述第一电极与所述取向控制层之间，
所述取向控制层的厚度在5.0nm以上且22.0nm以下。
2.如权利要求1所述的压电元件，其中，
所述取向控制层的厚度在6.85nm以上且21.5nm以下。
3.如权利要求1或权利要求2所述的压电元件，其中，
所述压电体层、所述取向控制层以及所述其他压电体层的厚度的合计在1.0μm以下。
4.如权利要求1或权利要求2所述的压电元件，其中，
所述第一电极的厚度在50nm以上且140nm以下。
5.如权利要求1或权利要求2所述的压电元件，其中，
所述取向控制层含有铅以及钛。
6.如权利要求1或权利要求2所述的压电元件，其中，
所述第二电极为，与其他压电元件共用的共用电极。
7.一种液体喷出头，包括，
权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的压电元件。
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