JP6519735B2 - 圧電素子及び圧電素子応用デバイス - Google Patents
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Description
[式1]
Bi:Sr:Fe:Ti=x・(1−y):y:1−z:z ・・・ (1)
(1.0≦x≦1.22、0.1≦y≦0.3、0.4≦z≦0.6)
かかる態様によれば、上記のペロブスカイト構造の複合酸化物からなるシード層によって圧電体層を配向制御でき、変位の向上を図ることができる。
ここで、前記圧電体層の優先配向軸は、前記圧電体層の膜厚方向に対して角度を成していることが好ましい。これによれば、シード層によって圧電体層を更に好適に配向制御でき、変位の向上を図ることができる。
また、前記圧電体層の結晶の(100)面X線逆格子マッピングにより得られるピーク中心の回折角度の絶対値が、5°以上12°以下の範囲内にあることが好ましい。これによれば、シード層によって圧電体層を更に好適に配向制御でき、変位の向上を図ることができる。
本発明の他の態様は、上記の何れかに記載の圧電素子を具備することを特徴とする圧電素子応用デバイスにある。かかる態様によれば、上記の圧電素子を具備するため、圧電素子応用デバイスの各種特性の向上を図ることができる。
本発明に関連する別の態様は、第1電極と、圧電体層と、第2電極と、を具備し、前記第1電極及び前記圧電体層の間には、前記圧電体層が特定の結晶面に対して優先配向するように制御するシード層が形成されており、前記シード層は、少なくともBi、Sr、Fe及びTiを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記シード層における前記Bi、前記Sr、前記Fe及び前記Tiの元素比は、下記式(1)を満たすものであることを特徴とする圧電素子にある。
[式1]
Bi:Sr:Fe:Ti=x・(1−y):y:1−z:z ・・・ (1)
(1.0≦x<1.3、0<y<0.4、0.4≦z≦0.6)
かかる態様によれば、上記のペロブスカイト構造の複合酸化物からなるシード層によって圧電体層を配向制御でき、変位の向上を図ることができる。
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置である。
(Bi1-a,Laa)(Fe1-b,Mnb)O3 ・・・ (2)
(式中、a及びbは、何れも0より大きく1より小さい値をとる。)
(Bi1-a,Laa)(Fe1-b-c,Mnb,Tic)O3 ・・・ (3)
(式中、a、b及びcは、何れも0より大きく1より小さい値をとる。)
(Bi1-a,Baa)(Fe1-b-c,Mnb,Tic)O3 ・・・ (4)
(式中、a、b及びcは、何れも0より大きく1より小さい値をとる。)
(Bi,Sr)(Fe,Ti)O3 ・・・ (5)
Bi:Sr:Fe:Ti=x・(1−y):y:1−z:z ・・・ (1)
(1.0≦x<1.3、0<y<0.4、0.4≦z≦0.6)
より好ましい範囲は、1.0≦x≦1.22、0.1≦y≦0.3、0.4≦z≦0.6である。yについて特に好ましい範囲は0.15<y<0.25である。また、Fe/Ti((1−z)/z)は、0.67≦Fe/Ti≦1.5が好ましく、0.67≦Fe/Ti<1.5がより好ましく、0.67≦Fe/Ti≦1.0が更に好ましい。
<基板の準備>
まず、シリコン(Si)基板を酸化し表面に酸化シリコン(SiO2)膜を形成し、そのSiO2膜上に、ジルコニウム(Zr)膜をスパッタしそれを酸化炉にて酸化処理を施し、絶縁体膜52としての酸化ジルコニウム(ZrO2)を形成した。その後、密着層としてのZr膜をZrO2上に形成し、この密着層上に白金(Pt)膜からなる第1電極60を形成して電極付き基板とした。
まず、シード層65用溶液を適量マイクロピペットに取り、スピンコーターにセットした基板上に滴下した。スピンコーターで成膜した後、ホットプレート上で180℃×3min、350℃×3minでベークしアモルファス膜を形成し、ランプアニール炉を用いて700℃×5min焼成してシード層65とした。
シード層65用溶液の組成比を表1に示すものとして、実施例1と同様のプロセスにより、実施例2〜3に係る圧電素子を作製した。
シード層65用溶液の組成比を表1に示すものとして、実施例1と同様のプロセスにより、比較例1に係る圧電素子を作製した。また、シード層用溶液の組成比を表1に示すものとして、すなわちSrを配合しないシード層用溶液を用いた以外は実施例1と同様のプロセスにより、比較例2に係る圧電素子を作製した。
(逆格子マッピング)
実施例1〜3、及び比較例1〜2について、圧電体層の結晶の(100)面X線逆格子マッピングの測定を行った。図7〜8に、その測定結果をそれぞれ示す。
実施例1〜3、及び比較例1〜2について、圧電体層のX線回折を示す二次元マッピングの測定を行った。図9〜10に、その測定結果をそれぞれ示す。
実施例1〜3と、比較例1とについて、変位測定装置(DBLI)を用い、変位の大きさを測定した。図11に、実施例1〜3及び比較例1の測定結果をそれぞれ示す。
シード層65用溶液の組成比におけるBi過剰量やFe/Ti比を表2に示すものとして、実施例1と同様のプロセスにより、実施例4〜8に係る圧電素子を作製した。このうち、実施例4では、Biを過剰に加えることなくシード層を作製した。
(二次元マッピング)
上記の試験例1と同様に、実施例4〜8について、圧電体層のX線回折を示す二次元マッピングの測定を行った。図12及び図13に、その測定結果をそれぞれ示す。
シード層65用溶液の組成比を表3に示すものとして、実施例1と同様のプロセスにより、実施例9〜10に係る圧電素子を作製した。
シード層65用溶液の組成比を表3に示すものとして、すなわちSrを配合しない以外は実施例1と同様のプロセスにより、比較例3に係る圧電素子を作製した。
(比誘電率)
ヒューレットパッカード社製「4294A」を用い、バイアス電圧20Vを印加して検査用信号の周波数を変更した測定を行い、その1000Hzの値から、実施例9〜10及び比較例3のシード層について比誘電率を求めた。結果を表3に示す。尚、比誘電率の値が高いほど、圧電体層にかかる電界ロスが少なくなるため、圧電特性を向上させることができ、変位の向上を図ることができる。
以上、各図において同一の部材には同じ符号を付し、適宜説明を省略ながら、本発明の圧電素子や、圧電素子が搭載される液体噴射ヘッド及び液体噴射装置の一実施形態を説明した。上記の説明は、本発明の一態様を示しており、本発明の範囲内で任意に変更可能であって、本発明の基本的構成は上記のものに限定されるものではない。例えば、上記の実施形態1では、流路形成基板10としてシリコン単結晶基板を例示したが、これに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
Claims (4)
- 第1電極と、圧電体層と、第2電極と、を具備し、
前記第1電極及び前記圧電体層の間には、前記圧電体層が特定の結晶面に対して優先配向するように制御するシード層が形成されており、
前記シード層は、少なくともBi、Sr、Fe及びTiを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、前記シード層における前記Bi、前記Sr、前記Fe及び前記Tiの元素比は、下記式(1)を満たすものであることを特徴とする圧電素子。
Bi:Sr:Fe:Ti=x・(1−y):y:1−z:z ・・・ (1)
(1.0≦x≦1.22、0.1≦y≦0.3、0.4≦z≦0.6) - 前記圧電体層の優先配向軸は、前記圧電体層の膜厚方向に対して角度を成していること
を特徴とする請求項1に記載の圧電素子。 - 前記圧電体層の結晶の(100)面X線逆格子マッピングにより得られるピーク中心の
回折角度の絶対値が、5°以上12°以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電素子。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の圧電素子を具備することを特徴とする圧電素子応用
デバイス。
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