本发明专利技术公开了一种压电元件、喷墨头、角速度传感器以及喷墨式记录装置。在压电元件中，在第１电极层（１４）上设有立方晶系或者正方晶系的取向控制层（１５），该取向控制层（１５）上形成有由添加了大于等于１ｍｏｌ％且小于等于５０ｍｏｌ％的、以化学通式Ｐｂ（Ａ↓［ａ］Ｂ↓［ｂ］）Ｏ↓［３］表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，且具有三角晶系或正方晶系晶体结构的压电体层（１６）。在形成该压电体层（１６）之际，使该压电体层（１６）晶粒成为沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与长度之比大于等于１／５０且小于等于１／１４的柱状粒子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种呈现机电转换功能的压电元件、使用该压电元件的喷墨头、角速度传感器及其制造方法、以及配备上述喷墨头来作为打印装置的喷墨式记录装置。
技术介绍
通常，压电材料是把机械能转换为电能、或把电能转换为机械能的材料。钙钛矿型晶体结构的锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)(以下称为PZT)就是该压电材料的代表。在该PZT中，能获得最大压电变位的方向在正方晶系的情况下是<001>方向(c轴方向)；在三角晶系的情况下是<111>方向。但是，由于很多压电材料是由晶粒的集合体构成的多晶体，所以各晶粒的晶轴朝向任意方向。因此，自发极化Ps也任意排列。但是，随着近年来电子设备的小型化，也强烈要求使用压电材料的压电元件小型化。为了满足该要求，在与以前用于多种用途的烧结体相比能够显著地使体积减小的薄膜形态下使用压电元件，都在进行这种压电元件的薄膜化研究开发工作。例如，在正方晶系PZT的情况下，自发极化Ps朝向c轴方向，所以为达到即使薄膜化也能得到很高的压电特性这一目的，有必要使构成PZT薄膜的晶体的c轴与基板表面的垂直方向一致。为实现它，以前是利用溅射法，使用由按照结晶方位(100)面在表面露出的方式切出的NaCl型晶体结构的氧化镁(MgO)构成的单晶基板，在该基板上形成在(100)面取向的铂电极薄膜作为下电极，并在600～700℃的温度下，在该铂电极上形成沿垂直于该表面方向c轴取向的PZT薄膜(例如参照Journal of AppliedPhysics vol.65 No.4(1989年2月15日，美国物理学会发行)p.1666～1670、特开平10209517号公报)。此时，若在形成PZT薄膜之前，在取向(100)面的铂电极上形成由无锆的PbTiO3或由(Pb，La)TiO3构成的膜厚为0.1微米的压电体层，作为PZT薄膜之底层，在其上，通过溅射法形成膜厚为2.5微米的PZT薄膜，则在PZT薄膜形成初期，难以形成由锆氧化物构成的低结晶性的层，得到结晶性更高的PZT薄膜。即得到(001)面取向度(α(001))约为100％的PZT薄膜。这里，α(001)由α(001)＝I(001)/∑I(hkl)来定义。∑I(hkl)是，在X线衍射法中，使用Cu-Kα线时，来自2θ为10°～70°的钙钛矿型晶体结构的PZT的各晶面的衍射峰值强度的总和。再者，因为(002)面及(200)面是与(001)面及(100)面等价的面，所以不包含在∑I(hkl)内。但是，在上述方法中，因为使用MgO单晶基板作为底基板，所以存在压电元件价格高，从而使用该压电元件的喷墨头的价格也变高，这是一个问题。而且，基板材料被限制在MgO单晶这一种材料上，这是一个缺点。因此，在在硅等廉价基板上形成PZT等钙钛矿型压电材料的(001)面或(100)面结晶取向膜的方法上做了很多努力。例如在专利第3021930号公报中，公开了在(111)面取向的铂电极上涂布PZT或含有镧的PZT的前驱体溶液，在使该前驱体溶液结晶化之前，首先在450～550℃的温度下使之热分解，之后，在550～800℃的温度下进行加热处理，使之结晶(溶胶·凝胶法)，从而可生成PZT膜的(100)面优先取向膜。另外，在日本公开特许公报特开2001-88294号公报中公开了这样的情况，即通过在铱下电极上形成极薄的钛层，可抑制形成于其上的PZT膜的结晶取向性。该方法是如下制造方法，即在硅等基板上形成以氧化锆为主要成分的底层，在该底层上形成含有铱的下电极，在该下电极上层叠极薄的钛层，在该钛层上形成构成具有压电特性的强介电体的、包含金属元素及氧元素的非晶质压电体前驱体薄膜，在高温下热处理该非晶质薄膜使之结晶化(溶胶·凝胶法)，变化为钙钛矿型压电体薄膜。在该制造方法中，可通过钛层的膜厚来控制PZT等压电体薄膜的结晶取向性，若设钛层膜厚为2～10纳米，则得到(100)面取向膜；若设钛层膜厚为10～20纳米，则得到(111)面取向膜。在日本公开特许公报特开平11-191646号公报中，公开了这样的一种情况，即在利用溶胶·凝胶法形成压电体薄膜时，在取向(111)面的铂电极上形成4～6纳米的钛层，以该钛层的钛氧化后的氧化钛作为核，而得到(100)面取向的PZT膜。而且，为了得到比PZT薄膜还高的压电特性，进行了在PZT中添加上添加物在硅基板上形成压电体薄膜的尝试。如在日本公开特许公报特开平10-81016号公报中，公开有使用添加了镁铌酸铅的PZT薄膜的压电元件，同时还公开有能够利用溶胶·凝胶法在铂电极上以在三角晶系(100)面优先取向的形式形成添加了镁铌酸铅的PZT薄膜。另外，在日本应用物理学会1999年2月发行的日本应用物理月报(Japanese Journal of Applied Physics)第38卷第2A号p.886～889中，对添加了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的PZT薄膜(0.9PZT-0.1PMN薄膜)的压电特性做了评价。该PZT薄膜是正方晶，取向(100)面和(111)面这两个方向，但电场强度是170kV/cm，压电常数d31是190pm/V，非常高。但是，虽然上述任一方法作为不使用价格高的MgO单晶基板的方法是很优秀的，但由于利用溶胶·凝胶法形成压电体薄膜，所以很难象在MgO单晶基板上形成压电体薄膜时那样，形成膜时得到已结晶取向的结晶性良好的膜。因此，要这样做，即首先形成非晶质压电体薄膜，针对每个基板，对包含该压电体薄膜的层叠膜进行热处理，而让晶轴在合适的方向上优先取向。在溶胶·凝胶法中，若大量生产压电元件，则在去除有机物的脱脂工序中，非晶质的压电体前驱体薄膜容易产生因体积变化而引起的龟裂，并且，在高温下加热非晶质的压电体前驱体薄膜使之结晶的工序中，也容易因结晶变化而产生龟裂或与下电极的膜剥离等。因此，作为解决溶胶·凝胶法中这些课题的方法，在日本公开特许公报特开平10-81016号公报、日本公开特许公报特开2000-252544号公报中公开了这样的一种情况，即向下电极中添加钛或氧化钛很有效。尤其是在日本公开特许公报特开平10-81016号公报中，公开了这样的一种情况，在使用溅射法的情况下，也能得到(100)面取向的PZT膜。但是，并非能在下电极上直接得到钙钛矿型PZT膜，而是一开始，在小于等于200℃的低温下形成非晶态或烧(焦)绿石型晶体结构的PZT膜，之后，再在氧气环境中500～700℃的高温下进行热处理使之结晶。与溶胶·凝胶法一样，因在高温加热使之结晶的工序下的结晶变化而容易产生龟裂或与下电极剥离，这是一个缺点。另外，无论是利用上述溶胶·凝胶法还是利用溅射法形成的PZT膜，其(001)面取向度或(100)面取向度，都小于等于85％。并且，在溶胶·凝胶法中，因为一次工序(前驱体溶液的涂布及之后的热处理)中形成的PZT膜的膜厚充其量不过100纳米左右，所以为了得到压电元件所需要的大于等于1微米的膜厚，便需要重复进行上述工序，次数要大于等于10次，这样，就产生了生产率低的问题。另一方面，根据上述日本公开特许公报特开2001-88294号公报，利用暂时形成非晶质薄膜，再通过热处理等的后处理使之变化为结晶性薄膜后进行合成的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电元件，具备：第１电极层、设置在该第１电极层上的取向控制层、设置在该取向控制层上的压电体层、以及设置在该压电体层上的第２电极层，其特征在于：所述取向控制层由立方晶系或正方晶系钙钛矿型氧化物制成；所述压电体层，由添加了大 于等于１ｍｏｌ％且小于等于５０ｍｏｌ％的、以化学通式Ｐｂ（Ａ↓［ａ］Ｂ↓［ｂ］）Ｏ↓［３］表示的含铅复合钙钛矿型化合物的锆钛酸铅制成，具有三角晶系或正方晶系晶体结构；所述压电体层的晶粒，是沿着该压电体层的厚度方向延伸且平均截面直径与 长度之比大于等于１／５０且小于等于１／１４的柱状粒子。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤井觉，镰田健，友泽淳，藤井映志，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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