压电器件及其制造方法以及液体喷射头技术

一种压电器件，包括：基板；层积在基板上方的第一电极；层积在第一电极上方的第一压电膜；层积在第一压电膜上方的金属氧化物膜；层积在金属氧化物膜上方的金属膜；层积在金属膜上方的第二压电膜；以及层积在第二压电膜上方的第二电极，其中第一压电膜的极化方向和第二压电膜的极化方向彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
压电器件及其制造方法以及液体喷射头
本专利技术涉及压电器件及制造该压电器件的方法，尤其涉及由压电膜构成的压电器件及其制造技术，以及使用该压电器件的液体喷射头，该压电器件能够用于多个目的，例如致动器等。
技术介绍
日本专利申请公开No.2009-139338公开了一种压电材料膜被层叠以用于压力传感器的结构。该压力传感器具有电极层的层积结构，并且压电膜交替地设置在基板上，从而形成由两层或多层压电膜构成的压电膜层积体。电极包括例如铂(Pt)、铝(Al)、钼(Mo)、氮化钛(TiN)、钌(Ru)等材料(JP2009-139338中的0034段)，并且每一压电膜由溅射方法形成(JP2009-139338中的0077段)。日本专利申请公开No.08-116103公开了一种双压电晶片结构的压电致动器，其中电极由铂或钯构成。该压电致动器具有层积结构，其中第一压电材料膜(钛酸锆铅(PZT))层积在用作外电极的铂电极上，用作内电极的另一铂电极层积在该第一PZT膜上，并且第二PZT膜以及铂的外电极层积在其上(JP08-116103中的0018段以及图3)。日本专利申请公开No.09-181368公开了一种具有层积结构的致动器器件，其通过例如溅射方法以及类似方法的膜形成技术交替地层积压电体和导电体而制造，并且还公开了其的布线方法。在日本专利申请公开No.09-181368中，描述了与压电体的材料和电极的材料(铂、铝、金或银)相关的一般材料。日本专利申请公开No.2001-077438公开了一种具有一对电极和设置在它们之间的压电体的压电器件，其中该压电体由第一和第二压电膜构成，它们的极化方向彼此反向。在使基板温度不同时连续地形成该第一和第二压电膜。通过沿着压电体的厚度方向改变成分，实现了薄膜双压电晶片结构。
技术实现思路
如上所述，已知这样的层积结构，其中通过溅射方法层积压电膜，并且电极和压电膜被交替地形成在层中。然而，如果根据现有技术使用一般电极材料和压电材料层积压电膜时，存在电极剥离以及压电膜也剥离的问题，并且实际上难以形成上述的由压电膜构成的层积结构。例如，在铂或钯电极设置为中间层(内电极)的情形下，如在JP08-116103中的，在形成压电膜时，压电材料可能剥离或破裂。作为其它具体例子，在通过气相外延方式形成压电膜时，基板温度被设定为不低于350℃并不高于650℃(基板温度是压电材料在气相外延中直接晶体化生长的温度)，如果在形成压电膜之后在常规条件下形成Pt、铱(Ir)等的电极，并且接着在该电极上形成另一压电膜，则存在电极剥离并且压电膜也剥离的问题。并且，即使在不发生上面所提到的剥离等情况，在膜形成之后的膜的附着性也不好，并且器件的耐用性也存在问题。即使为了提高附着性而使用钛(Ti)等的附着层，也存在压电膜实际上剥离的问题。在日本专利申请公开No.2001-077438所公开的结构中，在压电体的内部部分(在第一和第二压电膜之间)中不存在任何中间电极。日本专利申请公开No.2001-077438描述了一般电极材料，例如Pt、Au、Pd、Ag等的电极膜能够形成在第一和第二压电膜之间；然而，未涉及上面所提到的剥离的问题和由于附着性减小而导致的耐用性的问题。并且，在压电器件用作致动器等的情形下，除了上面所提到的问题之外，出于减小驱动电路(驱动器)负荷的目的，通过施加尽可能低的电压来获得大位移是期望的。对此，日本专利申请公开No.2001-077438没有任何关于驱动方法和驱动电压施加方法的描述，也没有表明减小驱动电路负荷的观点。此外，在没有中间电极的例如日本专利申请公开No.2001-077438中所示的结构中，用于产生与致动器相同的位移所必需的电压与单相的相同，并且没有提供降低驱动电压的效果。进一步地，因为具有不同极化的压电体彼此直接接触，因此界面的极化状态变得不稳定，并且压电体的极化状态的稳定性被恶化。此外，存在当压电体被去极化时没有提供用于再极化的器件的问题。本专利技术针对这些情况问题而设计，其目的在于提供一种压电器件，该压电器件增强了通过层积多个压电膜而形成的层积体中的膜的附着性以防止剥离，并且具有高耐用性和可靠性，在于提供具有良好的位移效率(驱动效率)的压电器件，在于提供能够制造上面所提到的压电器件的制造方法，以及在于提供使用上面所提到的压电器件的液体喷射头。为了达到前面提到的目的，本专利技术涉及一种压电器件，包括：基板；层积在基板上方的第一电极；层积在第一电极上方的第一压电膜；层积在第一压电膜上方的金属氧化物膜；层积在金属氧化物膜上方的金属膜；层积在金属膜上方的第二压电膜；以及层积在第二压电膜上方的第二电极，其中第一压电膜的极化方向和第二压电膜的极化方向彼此不同。根据本专利技术的这一方面，层积在第一压电膜上方的金属氧化物膜用作扩散阻挡层，并且从压电膜向金属膜的氧原子和压电材料成分的扩散被抑制。因此，可以阻止金属膜的结构变化和由扩散导致的附着性的减小，并且可以获得在金属氧化物膜和金属膜的层积结构(中间层)之间具有牢固附着性的压电膜层积体。设置在第一压电膜和第二压电膜之间的金属膜用作中间电极。在金属氧化物膜由导电材料构成的情形下，中间电极包括金属氧化物膜和金属膜。根据本专利技术的这一方面，第一电极和第二电极可设定为接地电位，并且向中间电极施加驱动电压。在该结构中，驱动电路(驱动器)的负荷小，并且通过施加相对低的驱动电压能够获得大的位移。进一步地，因为根据本专利技术的这一方面的压电器件具有这样的结构，即在该结构中具有不同极化的压电体与在它们之间的中间电极层积而彼此不直接接触，因此在具有不同极化的压电体直接接触的结构的情形下，能够避免界面的极化状态变得不稳定和压电体的极化状态的稳定性恶化的问题。此外，优势在于，在压电体被去极化时容易通过利用中间电极而将压电体再极化。在解释时，术语“A层积在B上方”不限于A直接层积在B上而A与B接触的情形，而且包括在A和B之间夹置一层或多层其它层的情形，以及A层积在B上方而在A和B之间具有其它层。该结构能够制成为重复这样的构造，即在该构造中，金属氧化物膜和金属膜的中间层层积在压电膜上方并且另一压电膜层积在该中间层上方，从而层积三层或者更多层的压电膜。在这种情况下，在顶层的压电膜可解释为“第二压电膜”，并且在第二或者更高级的压电膜可被解释为“第二压电膜”。优选地，由第一压电膜和第二压电膜之间的金属氧化物膜和金属膜构成的中间层中的应力和厚度的乘积小于100N/m2。根据本专利技术的这一方面，由压电膜和中间层之间的热膨胀系数的差异所引起的应力所导致的剥离被抑制。优选地，中间层的厚度不小于50nm并且小于250nm。考虑到中间层的扩散阻挡特性，以及对由压电膜和中间层之间的热膨胀系数的差异所引起的应力所导致的剥离的抑制，中间层的厚度设定为不小于50nm并且小于250nm的范围内的结构是优选的。优选地，金属氧化物膜包括铂族的金属氧化物。金属氧化物膜可以具有例如钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)以及铂(Pt)的铂族金属的任何金属的任何氧化物。优选地，金属膜包括铂族的金属。金属膜可包括各种金属，并且金属膜优选包括例如Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt等的铂族的金属。在这种情况下，第一电极和第二电极可包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电器件，包括：基板；层积在所述基板上方的第一电极；层积在所述第一电极上方的第一压电膜；层积在所述第一压电膜上方的金属氧化物膜；层积在所述金属氧化物膜上方的金属膜；层积在所述金属膜上方的第二压电膜；以及层积在所述第二压电膜上方的第二电极，其中，所述第一压电膜的极化方向与所述第二压电膜的极化方向彼此不同。

【技术特征摘要】
2011.10.04 US 61/543,0571.一种压电器件，包括：基板；层积在所述基板上方的第一电极；层积在所述第一电极上方的第一压电膜；层积在所述第一压电膜上方的金属氧化物膜；层积在所述金属氧化物膜上方的金属膜；层积在所述金属膜上方的第二压电膜；以及层积在所述第二压电膜上方的第二电极，其中，所述第一压电膜的极化方向与所述第二压电膜的极化方向彼此不同，在由所述第一压电膜和所述第二压电膜之间的所述金属氧化物膜和所述金属膜构成的中间层中的应力和厚度的乘积小于100N/m2，所述第一电极和所述第二电极配置为保持于接地电位；并且包括在所述第一压电膜和所述第二压电膜之间的所述金属膜的中间电极配置为用作驱动电极，将用于使所述第一压电膜和所述第二压电膜变形的驱动电压施加至所述驱动电极，当所述驱动电压施加至所述中间电极时，在与所述第一压电膜和所述第二压电膜中的每一个的极化方向相同的方向上对所述第一压电膜和所述第二压电膜中的每一个施加电场。2.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述中间层的厚度不小于50nm并且小于250nm。3.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述金属氧化物膜包括铂族金属的氧化物。4.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述金属膜包括铂族金属。5.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述第一压电膜和所述第二压电膜中的每一个通过气相外延方法来形成。6.如权利要求5所述的压电器件，其中，所述气相外延方法是通过实施热膜形成而晶体化的溅射方法。7.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述第一压电膜和所述第二压电膜中的每一个由钙钛矿型氧化物构成。8.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述第一压电膜的成分与所述第二压电膜的成分彼此不同。9.如权利要求1所述的压电器件，其中，所述第一压电膜和所述第二压电膜中的至少一个由一种或多种由下式表示的钙钛矿型氧化物构成，Aa(Zrx，Tiy，Mb-x-y)bOc，(PX)其中A为A位元素并且是包括Pb的至少一种元素；M为选自由V、Nb、Ta和Sb构成的组中的至少一种元素；O为氧，满足0<x<b，0<y<b并且0≤(b-x-y)的关系，并且a：b：c＝1:1:3，但是该摩尔比率可在能够获得钙钛矿结构的范围内偏离所述标准摩尔比率。10.如权利要求9所述的压电器件，其中：所述第一压电膜和所述第二压电膜中的一个由一种或多种由式PX表示的钙钛矿型氧化物构成；并且所述第一压电膜和所述第二压电膜中的另一个由一种或多种由下式表示的钙钛矿型氧化物构成：ABO3，(P)其中A为A位元素并且是包括Pb...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井隆满，菱沼庆一，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：