JP4091641B2 - 圧電素子とその製造方法、及びインクジェット式記録ヘッド - Google Patents
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Description
特許文献2には、基板としてMgO基板を用いることで、結晶配向性に優れたPZT膜を成膜できることが記載されている。
特許文献2に記載の方法では、高価なMgO基板を用いる必要があり、製造コストが高くなってしまう。
本発明はまた、上記圧電素子を備えたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することを目的とするものである。
前記基板上にシード層と前記下部電極とを順次成膜する工程(A)と、
前記シード層に含まれる元素を拡散させて、該元素を前記下部電極の表面に析出させる工程(B)と、
前記下部電極上に前記圧電膜を成膜する工程(C)とを順次有することを特徴とするものである。
本明細書における「平均表面粗さRa」は、JIS B0601−1994に基づいて求められる算術平均粗さRaである。
配向度Fは、下記式で表される。
F(%)=(P−P0)/(1−P0)×100・・・(i)
式(i)中、Pは、配向面からの反射強度の合計と全反射強度の合計の比である。(001)配向の場合、Pは、(00l)面からの反射強度I(00l)の合計ΣI(00l)と、各結晶面(hkl)からの反射強度I(hkl)の合計ΣI(hkl)との比({ΣI(00l)/ΣI(hkl)})である。例えば、ペロブスカイト結晶において(001)配向の場合、P=I(001)/[I(001)+I(100)+I(101)+I(110)+I(111)]である。
P0は、完全にランダムな配向をしている試料のPである。
完全にランダムな配向をしている場合(P=P0)にはF=0%であり、完全に配向をしている場合(P=1)にはF=100%である。
基板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子において、
前記下部電極は、該電極の表面に、前記圧電膜の構成元素を少なくとも1種含む析出物を有するものであり、かつ該下部電極の平均表面粗さRaが0.5〜30nmであることを特徴とする圧電素子を提供することができる。
図1を参照して、本発明に係る実施形態の圧電素子、及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッドの構造について説明する。図1はインクジェット式記録ヘッドの要部断面図(圧電素子の厚み方向断面図)である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
ペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系;
チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
圧電膜40は、1種又は複数種のペロブスカイト型酸化物により構成することができる。例示した圧電材料はいずれも、電界無印加時において、自発分極性を有する強誘電体である。
強誘電性結晶構造における自発分極軸は以下の通りである。
正方晶系:<001>、斜方晶系:<110>、菱面体晶系:<111>
図2を参照して、圧電素子1及びインクジェット式記録ヘッド2の製造方法について説明する。図2は工程図であり、図1に対応した断面図である。
はじめに、図2(a)に示す如く、シリコン、ガラス、ステンレス(SUS)等の基板、あるいはシリコン基板の表面にSiO2酸化膜が形成されたSOI基板等の基板10を用意し、該基板上の略全面にシード層20と下部電極30とを順次成膜する。図2(a)中の拡大図面に示すように、この時点の下部電極30の表面は略平坦であり、平均表面粗さRaは例えば0.5nm未満である。
次に、図2(b)に示す如く、シード層20に含まれる圧電膜40の構成元素を拡散させて、該元素を下部電極30の表面に析出させる。下部電極30の表面に析出された析出物に符号21を付してある。シード層20に含まれる圧電膜40の構成元素の拡散は、加熱による熱拡散により実施することができる。加熱は、ヒータ等を用いた通常の熱処理の他、光照射等による加熱でもよい。
熱拡散温度及び熱拡散の実施時間は特に制限なく、シード層20に含まれる圧電膜40の構成元素を良好に熱拡散させることができ、基板10の劣化等の問題のない範囲内で設定すればよい。
熱拡散温度は400〜700℃が好ましく、450〜650℃が特に好ましい。熱拡散温度を圧電膜40の成膜温度と等しく設定すれば、圧電膜40の成膜開始時に設定温度を変更する必要がないので、成膜効率が良く好ましい。
熱拡散の実施時間は、熱拡散温度と下部電極30の厚み等の条件によるが、10分間〜2時間が好ましい。
次に、図2(c)に示す如く、表面に析出物21を有する下部電極30上の略全面に、圧電膜40を成膜する。圧電膜40の成膜方法としては特に制限なく、スパッタリング法、MOCVD法、及びパルスレーザデポジッション法等の気相成長法が好ましい。圧電膜40の成膜方法としては、ゾルゲル法及び有機金属分解法等の化学溶液堆積法(CSD)、あるいはエアロゾルデポジション法等の方法でもよい。その後、図2(d)に示す如く、ドライエッチング等の公知方法により圧電膜40をパターニングして、圧電膜40を複数の凸部41が配列したパターンとする。
以上のように所定のパターンの圧電膜40を形成した後、図2(e)に示す如く、圧電膜40の各凸部41上に上部電極50を形成し、必要に応じて、基板10の下面をエッチングして基板10の厚みを薄くして、圧電素子1が完成する。
上記圧電素子1に振動板60及びインクノズル70を取り付けることにより(図示略)、インクジェット式記録ヘッド2が製造される。
図3及び図4を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド2を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図3は装置全体図であり、図4は部分上面図である。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。
基板として、(100)Si基板上に約300nm厚のSiO2膜と15μm厚のSi活性層とが順次積層されたSOI基板(6インチφ=約150mmφ)を用意した。
Tiの熱拡散条件を表1に示す条件に変更する以外は実施例1と同様にして、本発明の圧電素子を得た。
下部電極の成膜後に直ちに(具体的には5分以内に)圧電膜の成膜を行い、Tiの熱拡散を実施しなかった以外は実施例1と同様にして、比較用の圧電素子を得た。
<下部電極のAFM表面観察>
圧電膜の成膜開始時(実施例ではTiの熱拡散後、比較例では下部電極の成膜直後)の下部電極の表面を、AFM(原子間力顕微鏡)にて観察した。
<下部電極の平均表面粗さRa>
圧電膜の成膜開始時の下部電極の平均表面粗さRaを、JIS B0601−1994に準拠して求めた。
<下部電極と圧電膜とのTEM断面観察>
圧電膜の成膜後に、下部電極と圧電膜との界面及びその近傍の断面を、TEM(透過型電子顕微鏡)にて観察した。
<XRD測定>
圧電膜の成膜後に、XRD(粉末X線回折)測定を実施した。
<圧電定数d31>
得られた圧電素子の圧電定数d31を測定した。
各例の主な素子製造条件と評価結果を表1に示す。
下部電極と圧電膜との界面及びその近傍のTEM断面観察を行ったところ、下部電極の表面には、Tiの析出物は見られなかった。
下部電極と圧電膜との界面及びその近傍のTEM断面観察を行ったところ、下部電極の表面には、なだらかな山と山との谷の部分に島状のTiの析出物が析出していることが観察された。
下部電極の組成を表2に示す条件に変更する以外は実施例1と同様にして、本発明の圧電素子を得た。
下部電極の成膜後に直ちに(具体的には5分以内に)圧電膜の成膜を行い、Tiの熱拡散を実施しなかった以外は実施例4と同様にして、比較用の圧電素子を得た。
実施例4と比較例2についても、同様に評価を行った。各例の主な素子製造条件と評価結果を表2に示す。実施例1〜3及び比較例1と同様の結果が得られた。
下部電極と圧電膜との界面及びその近傍のTEM断面観察を行ったところ、下部電極の表面には、なだらかな山と山との谷の部分に島状のTiの析出物が析出していることが観察された。
本発明者はまた、基板として、ガラス基板又はステンレス(SUS)基板を用いても、同様の結果が得られることを確認している。
2 インクジェット式記録ヘッド
10 基板
20 シード層
21 析出物
30 下部電極
40 圧電膜
50 上部電極
70 インクノズル(インク貯留吐出部材)
71 インク室
72 インク吐出口
100 インクジェット式記録装置
Claims (17)
- 基板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子の製造方法において、
前記基板上に、前記圧電膜の構成元素を少なくとも1種含むシード層と前記下部電極とを順次成膜する工程(A)と、
非酸化雰囲気中にて前記シード層に含まれる前記圧電膜の構成元素を拡散させて、該元素を前記下部電極の表面に析出させる工程(B)と、
前記下部電極上に前記圧電膜を成膜する工程(C)とを順次有することを特徴とする圧電素子の製造方法。 - 工程(C)において、450℃以上575℃以下の成膜温度で、すべての前記圧電膜の成膜を実施することを特徴とする請求項1に記載の圧電素子の製造方法。
- 工程(A)において、前記シード層の厚みを5〜50nmとし、前記下部電極の厚みを50〜500nmとして、前記シード層及び前記下部電極の成膜を順次実施することを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電素子の製造方法。
- 工程(B)において、該工程終了後の前記下部電極の平均表面粗さRaが0.5〜8.0nmとなる条件で、前記拡散を実施することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
- 前記圧電膜が、Ti含有ペロブスカイト型酸化物からなる膜(不可避不純物を含んでもよい)であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
- 前記圧電膜は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム及びこれらの混晶系からなる群より選ばれる少なくとも1種のペロブスカイト型酸化物からなる膜(不可避不純物を含んでもよい)であることを特徴とする請求項5に記載の圧電素子の製造方法。
- 工程(A)において、Tiを含む前記シード層を成膜し、工程(B)において、該シード層に含まれるTiを拡散させて、前記下部電極の表面に析出させることを特徴とする請求項5又は6に記載の圧電素子の製造方法。
- 工程(B)において、450℃以上575℃以下の熱処理によってTiを熱拡散させることを特徴とする請求項7に記載の圧電素子の製造方法。
- 前記圧電膜は、正方晶系又は菱面体晶系の結晶構造を有し、(100)面又は(001)面に結晶配向性を有する膜であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
- 前記下部電極は、Pt,Ir,IrO2,RuO2,LaNiO3,及びSrRuO3からなる群より選ばれる少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
- 前記下部電極が、Ir又はPtを主成分とするものであることを特徴とする請求項10に記載の圧電素子の製造方法。
- 前記基板は、シリコン基板、ステンレス基板、及びガラス基板のうちいずれかであることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の圧電素子の製造方法により製造されたものであることを特徴とする圧電素子。
- 基板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子において、
前記下部電極は、該電極の表面に、前記圧電膜の構成元素を少なくとも1種含む析出物を有するものであり、かつ該下部電極の平均表面粗さRaが0.5〜8.0nmであることを特徴とする圧電素子。 - 前記圧電膜の圧電定数d31が150pm/V以上であることを特徴とする請求項13又は14に記載の圧電素子。
- 請求項13〜15のいずれかに記載の圧電素子と、
インクが貯留されるインク室及び該インク室から外部に前記インクが吐出されるインク吐出口を有するインク貯留吐出部材とを備えたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 請求項16に記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
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US8164234B2 (en) * | 2009-02-26 | 2012-04-24 | Fujifilm Corporation | Sputtered piezoelectric material |
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JP2012056194A (ja) * | 2010-09-09 | 2012-03-22 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置 |
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JP6266987B2 (ja) * | 2013-03-19 | 2018-01-24 | 住友化学株式会社 | 圧電薄膜素子、圧電センサ及び振動発電機 |
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US9147826B2 (en) * | 2014-01-23 | 2015-09-29 | Tdk Corporation | Thin film piezoelectric element, thin film piezoelectric actuator, and thin film piezoelectric sensor; and hard disk drive, and inkjet printer |
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US6861356B2 (en) * | 1997-11-05 | 2005-03-01 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a barrier film and method of forming wiring structure and electrodes of semiconductor device having a barrier film |
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