JP5660288B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子並びに液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、前記第1電極は、(111)面の半値幅が10度以下である白金を含む白金層を含み、前記圧電体層は前記白金層上に形成されていることが好ましい。
また、前記鉄マンガン酸ビスマスランタンは、下記一般式で表される複合酸化物であることが好ましい。
(Bi 1−x ,La x )(Fe 1−y ,Mn y )O 3 (1)
(0.10≦x≦0.20,0.01≦y≦0.09)
また、0.17≦x≦0.20であることが好ましい。
また、0.19≦x≦0.20であることが好ましい。
また、0.01≦y≦0.05であることが好ましい。
本発明の他の態様は、前記態様のいずれかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
また、他の態様は、鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層に形成された電極と、を備え、前記電極は、酸化イリジウムを含む酸化イリジウム層と、前記酸化イリジウム層上に形成され(111)面の半値幅が10度以下である白金を含む白金層とを含み、前記圧電体層は前記白金層上に形成されており、前記圧電体層は、結晶が(111)面に優先配向していることを特徴とする圧電素子にある。
また、他の態様は、前記態様に記載する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記酸化イリジウム層上に前記白金層を形成する工程と、前記白金層上に前記圧電体層の前駆体となる圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成して前記圧電体層とする工程とを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
別の態様では、ノズル開口に連通する圧力発生室と、第1電極と、前記第1電極上に形成され鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、を具備し、前記圧電体層は、結晶が(111)面に優先配向していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。これによれば、鉛を含有しない鉄マンガン酸ビスマスランタンからなる圧電体層であって、且つ、変位特性の優れた液体噴射ヘッドとなる。
(Bi1−x,Lax)(Fe1−y,Mny)O3 (1)
(0.10≦x≦0.20,0.01≦y≦0.09)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造される液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図であり、図3は図2のA−A′断面図(図3(a))及び要部拡大図(図3(b))である。
(Bi1-x,Lax)(Fe1-y,Mny)O3 (1)
(0.10≦x≦0.20,0.01≦y≦0.09)
結晶が(111)面に優先配向した圧電体層は、上述した製造方法により製造されたものに限定されるものではない。
上述した実施形態1では、第1電極60を、白金層62上に配向を制御する配向制御層としてSTO層やSRO層を設けた構成とし、これにより鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層の結晶が(111)面に優先配向するようにしたが、本実施形態では、第1電極60を、酸化イリジウムを含む酸化イリジウム層上に白金を含む白金層を設ける構成とした。なお、第1電極60以外のインクジェット式記録ヘッドの構成は実施形態1と同様の構成であり、説明は省略する。
まず、シリコン基板の表面に熱酸化により二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にRFスパッタ法により膜厚400nmの酸化ジルコニウム膜を形成した。次いで、酸化ジルコニウム膜上に、DCスパッタ法により膜厚20nmのチタン膜を形成した。次に、チタン膜上にDCスパッタ法により膜厚130nmの白金膜を形成した。次に、白金膜上に、Nb−STOゾルゲル溶液を、500rpm、次に3000rpmで30秒スピンコートし、300℃で3分間乾燥、脱脂を行い、STO前駆体膜を形成した。
白金膜上に、STO層の代わりに、スパッタ法により、(100)優先配向した厚さ50nmのルテニウム酸ストロンチウム(SRO)層を形成した以外は、実施例1と同様にして圧電素子を形成した。
STO層を設けない以外は、実施例1と同様の操作を行った。
酸化ジルコニウム膜上に、チタン膜のかわりに酸化チタン膜を形成し、この上に白金膜を設け、この白金膜上にSTO層を設けないで圧電体層を形成した以外は、実施例1と同様の操作を行った。
実施例1、2及び比較例1、2の圧電素子について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、圧電体層の粉末X線回折パターンをφ=ψ=0°で求めた。実施例1、2、比較例1、2の回折強度−回折角2θの相関関係を示す図であるX線回折パターンを、図24に示す。また、図25には、実施例1の逆格子マッピング図を示す。
まず、単結晶シリコン基板の表面に熱酸化により二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上に、DCマグネトロンスパッタ法により、膜厚50nmの窒化チタンアルミニウム膜と、膜厚100nmのイリジウム膜と、膜厚30nmの酸化イリジウム膜と、膜厚150nmの白金膜とを、順次積層した。
加熱装置内を5L/分の流量の窒素でフローしたRTAのかわりに、加熱装置内を5L/分の流量の酸素でフローしたRTAを行った以外は、実施例3と同様の操作を行った。
実施例3及び比較例3の圧電素子について、Bruker AXS社製の「D8 Discover」を用い、X線源にCuKα線を使用し、室温で、圧電体層の粉末X線回折パターンをφ=ψ=0°で求めた。実施例3及び比較例3の回折強度−回折角2θの相関関係を示す図であるX線回折パターンを、実施例1及び比較例1の結果と共に図26に示す。また、図27には、実施例3の逆格子マッピング図を示す。
X線ロッキングカーブ法により、実施例1及び実施例3の白金層の(111)面の半値幅を求めた。白金層の(111)面のχスキャン結果を、実施例1については図28に、実施例3については図29に示す。この結果、実施例1では半値幅は14.825°と比較的ブロードであるのに対し、実施例3では半値幅は5.786°であり、実施例3のほうが、白金層の配向性・結晶性共に優れていることがわかった。
実施例1及び実施例3において、第2電極を形成する前に、表面及び断面を5万倍の走査電子顕微鏡(SEM)により観察した。結果を、実施例1については図30(a)(断面)及び図30(b)(表面)に、実施例3については図31(a)及び図31(b)(断面)に示す。図30及び図31に示すように、実施例1、実施例3ともに、焼成界面に空孔は若干見られるものの、緻密で良好なモフォロジーであった。
実施例1、3及び比較例1、3の各圧電素子300について、東陽テクニカ社製「FCE−1A」で、φ=400μmの電極パターンを使用し、室温で周波数1kHzの三角波を印加して、P(分極量)−V(電圧)の関係を求めた。結果を、実施例1については図32(a)、実施例3については図32(b)、比較例1については図32(c)、比較例3については図32(d)に示す。また、実施例3及び比較例1については、図32からPr(残留分極)及びPm(飽和分極)を求め、印加電界に対してプロットした図を、図33に示す。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、圧電体層の基本組成が、金属元素として、Bi、La、Fe及びMnのみを含有するABO3型の複合酸化物について記載したが、Bi、La、Fe及びMnを含むABO3型の複合酸化物であればよく、他の金属を添加し特性の調整を行ってもよい。
Claims (8)
- ノズル開口に連通する圧力発生室と、
第1電極と、前記第1電極上に形成され鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第2電極と、を備えた圧電素子と、を具備し、
前記第1電極は、酸化イリジウムを含む酸化イリジウム層と、前記酸化イリジウム層上に形成され(111)面の半値幅が10度以下である白金を含む白金層とを含み、前記圧電体層は前記白金層上に形成されており、
前記圧電体層は、結晶が(111)面に優先配向していることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記鉄マンガン酸ビスマスランタンは、下記一般式で表される複合酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
(Bi1−x,Lax)(Fe1−y,Mny)O3 (1)
(0.10≦x≦0.20,0.01≦y≦0.09) - 0.17≦x≦0.20であることを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 0.19≦x≦0.20であることを特徴とする請求項3に記載の液体噴射ヘッド。
- 0.01≦y≦0.05であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
- 鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、
前記圧電体層に形成された電極と、を備え、
前記電極は、酸化イリジウムを含む酸化イリジウム層と、前記酸化イリジウム層上に形成され(111)面の半値幅が10度以下である白金を含む白金層とを含み、前記圧電体層は前記白金層上に形成されており、
前記圧電体層は、結晶が(111)面に優先配向していることを特徴とする圧電素子。 - 請求項1に記載する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記酸化イリジウム層上に前記白金層を形成する工程と、前記白金層上に前記圧電体層の前駆体となる圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成して前記圧電体層とする工程とを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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