JP5345917B2 - 液体吐出装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施形態のMEMS圧電デバイス1について説明する。図1Aは本発明に係る第1の実施形態の圧電デバイスの切断部端面図(圧電素子の厚み方向の切断部端面図)、図1Bは図1Aに示す圧電デバイス1の平面図であり、図1Bの1A−1Aにおける切断部端面図が図1Aに相当する。図2Aは本発明に係る第1の実施形態の変形例の圧電デバイス11の切断部端面図(圧電素子の厚み方向の切断部端面図)である。図2Aに示す圧電デバイス11は、図1Aに示す圧電デバイス1と層間絶縁膜40の形成範囲のみが相違する。図2Bは図2Aに示す圧電デバイス11の平面図であり、図2Aは、図2Bの2A−2Aにおける切断部端面図に相当する。図3A〜図3Fは圧電デバイスの製造工程を示す断面図である。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。
(A:Aサイトの元素であり、Pb,Ba,Sr,Bi,Li,Na,Ca,Cd,Mg,K,及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Mg,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,Ni,Hf,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
O:酸素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
圧電体膜30の成膜方法は特に制限されず、スパッタ法、プラズマCVD法、MOCVD法、及びPLD法等の気相法;ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法;及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。電極および圧電体膜を直接構造体に成膜することが量産、歩留まり向上の観点から好ましい。なお、圧電体膜のスパッタリングに際しては、例えば、特開2008−081801号公報、特開2008−081802号公報、特開2008−106703号公報等に記載の成膜条件を用い、特開2008−081803号公報に記載のスパッタ装置を用いることができる。
ここで、圧電体膜30および層間絶縁膜40は、V1/V0≦1/10となるようにその材料(ε1、ε2)および厚み(d1、d2)をそれぞれ決定して形成することが望ましい。この場合、ダイアフラム構造60に対応する所定領域41Aを除く領域の圧電体膜30に加わる電圧を十分に小さくできるため、ダイアフラム構造60に対応する所定領域41Aを除く領域の圧電素子破壊を効果的に抑制し、圧電デバイスの耐久性を増すことができる。一例として、圧電体膜として3.3μmのPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)膜を設け、層間絶縁膜としてSiO2を設けた場合は、層間絶縁膜SiO2を100nm以上の厚みになるよう形成することにより、V1/V0≦1/10を満たすことができ、好ましい。ここで、PZT圧電体膜の誘電率ε1=1200、SiO2層間絶縁膜の誘電率ε2=4であるため、V1/V0=ε2×d1/(ε2×d1+ε1×d2)≦0.0991となって、V1/V0≦1/10を満たす。
ここでは、層間絶縁膜40と圧電体膜30とが平面をなす方法の一例として、層間絶縁膜40の成膜レートを、圧電体膜30と層間絶縁膜40が平面をなす膜厚となるように制御するものとしたが、層間絶縁膜40と圧電体膜30とが平面をなす方法はこれに限られるものでなく、層間絶縁膜40を成膜後、層間絶縁膜40と圧電体膜30とが平面をなすように研磨して表面を均一化しても良い。研磨する行程の一例として、CMP(化学機械研磨、Chemical Mechanical Polishing)行程があげられる。
本発明の第2の実施形態の圧電デバイスであるインクジェット式記録ヘッド(液体吐出装置)2について以下に説明する。図5Aはインクジェット式記録ヘッドの要部平面図、図5Bは図5Aのインクジェット式記録ヘッドの5B−5B断面図(圧電素子の厚み方向の断面図)である。
図6および図7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100の構成例について説明する。図6は装置全体図であり、図7は部分上面図である。
本発明の第3の実施形態の圧電デバイスである圧電型超微細加工超音波トランスデューサー(pMUT)3について説明する。pMUTは例えば超音波内視鏡スコープの超音波プローブとして使われ、人体内の体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断することができる。図8は、本発明に係る第3の実施形態の圧電デバイス3の要部の断面図である。
2 圧電デバイス(インクジェット式記録ヘッド)
3 圧電デバイス(圧電型超微細加工超音波トランスデューサー)
10 基板
20 下部電極
30 圧電体膜
40 層間絶縁膜
50 上部電極
60 ダイアフラム構造
70 ノズルプレート
80 レジスト
90 駆動IC
100 インクジェット式記録装置
Claims (4)
- 複数のダイアフラム構造を備えた基板上の前記複数のダイヤフラム構造にそれぞれ対応する位置に、下部電極、圧電体膜、および上部電極がこの順に形成されてなる圧電素子を複数備え、前記下部電極および前記圧電体膜が前記複数の圧電素子に亘って一様に設けられた液体吐出装置であって、
前記基板の下面に、前記複数のダイアフラム構造によりそれぞれ構成される複数の空間とそれぞれ連通する複数の小孔を備えた薄板を備え、
前記複数の空間がそれぞれ圧力室を構成し、前記複数の小孔が前記複数の圧力室内の液体を外部に吐出する液体吐出口をそれぞれ構成してなり、
前記基板上の前記ダイアフラム構造に対応する所定領域を除く領域において、対向して設けられている前記下部電極と前記上部電極との間に、層間絶縁膜が設けられ、
前記上部電極の形成される面が平面であることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記所定領域の面積と前記ダイアフラム構造の開口面積との比が、0.2以上1.2以下であることを特徴とする請求項1記載の液体吐出装置。
- 前記層間絶縁膜が、前記圧電体膜の一部に埋め込まれていることを特徴とする請求項1または2記載の液体吐出装置。
- 前記層間絶縁膜が設けられた領域の前記圧電体膜にかかる電圧が、前記層間絶縁膜が設けられていない領域にかかる電圧の1/10以下となることを特徴とする請求項3記載の液体吐出装置。
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