压电元件、喷墨头、喷墨打印机以及压电元件的制造方法技术

作为压电元件的致动器是将包含钛(Ti)的密接层(24)、包含铂(Pt)的下部电极(25)、压电薄膜(26)以及上部电极按照这个顺序形成在基板上而构成的。在下部电极(25)上析出构成密接层(24)的Ti粒子(24a)。构成下部电极(25)的Pt的晶体粒径是75nm以上且150nm以下。

Piezoelectric element, ink jet head, ink jet printer, and method for manufacturing piezoelectric element

As an actuator of the piezoelectric element is will contain titanium (Ti) of the adhesion layer (24) containing platinum (Pt) (25), a lower electrode of the piezoelectric film (26) and an upper electrode formed on the substrate in this order form. The lower electrode (25) is deposited on a adhesion layer (24) particles of Ti (24a). The crystal size of Pt constituting the lower electrode (25) is above 75Nm and below 150nm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将包含Ti(钛)的密接层、包含Pt(铂)的下部电极、压电薄膜及上部电极按照这个顺序形成在基板上而成的压电元件、具备该压电元件的喷墨头、具备该喷墨头的喷墨打印机以及上述压电元件的制造方法。
技术介绍
以往以来，在致动器、传感器等中应用的压电元件中，使用了以PZT(锆钛酸铅)为代表的压电体。作为压电体，以往使用了块(bulk)材料，但近年来，由于小型化、薄型化的需求，研究并使用了薄膜的压电体(压电薄膜)。特别地，在使用压电元件作为喷墨头的致动器的情况下，为了印刷图像的高清晰化而需要高密度地配置喷嘴，所以与各喷嘴对应地使压电元件小型化变得重要。作为压电薄膜的成膜方法，有溅射法、溶胶-凝胶法等。压电薄膜在成为基底的层上成膜，所以较强地受到成为基底的层的材料、取向等的影响。因此，为了提高压电薄膜的特性，使用了控制成为该基底的下部电极的取向、或者在下部电极与压电薄膜之间形成取向控制层等各种方法。在下部电极中，使用Pt、Au(金)、Ir(铱)等贵金属的情形较多。另外，在下部电极与基板(例如带氧化膜的硅基板)之间，以提高它们的密接性为目的，设置包含Ti、TiOx(氧化钛)等的密接层的情况较多。例如，在专利文献1中，公开了将氧化硅膜、氧化钛膜(密接层)、包含Pt的下部电极、PZT膜(压电薄膜)、上部电极按照这个顺序层叠在硅基板上而成的压电元件。另外，在上述专利文献1中，在下部电极上通过溅射法岛状地形成Ti，并将PZT膜成膜在其上。认为在通过在下部电极上岛状地形成Ti从而将PZT膜成膜在下部电极上时，岛状的Ti成为晶体核而控制PZT的取向，所以能够提高PZT的结晶性(取向性)而提高压电特性。在例如专利文献2中，也公开了这样在下部电极上岛状地形成了成为晶体核的晶种之后将压电薄膜成膜的方法。在专利文献2中，在将包含Ti的密接层和包含Pt的下部电极按照这个顺序形成在基板上之后，在氧环境中对基板进行退火，从而使Ti扩散到Pt中，使包含TiOx的种子岛状地分布在下部电极上。另外，实际上，即使是真空装置的背压程度(10-3Pa～10-5Pa)，对于薄膜表面的原子的量也存在充足的量的氧，所以即使不在氧环境中进行退火，也可以一旦设定Pt成膜时的基板温度等成膜条件，就向下部电极上析出晶种(Ti)。但是，如专利文献1那样，在下部电极上通过溅射法形成晶种(Ti)的方法中，难以通过溅射法控制必要的Ti的量。顺带地，在专利文献2中，下部电极表面中的晶种(TiOx)相对Pt的比例是1.5原子％左右。在下部电极上成膜的PZT等钙钛矿晶体的结晶性被该晶种的比值大幅影响，但难以通过溅射法控制该1.5原子％左右的Ti的量。另外，虽然还取决于供给电力等其他条件，但即使在对晶种进行1原子层量成膜的情况下，其成膜时间是几秒左右，按照1.5原子％的比例在表面成膜的情况下，成膜时间变得更短。在溅射法中，以上述那样的短的成膜时间在基板上制作均匀的膜是非常困难的。另外，如果是不均匀的膜，则生产性显著降低。相对于此，相比于通过溅射法形成晶种的方式，在使密接层的Ti在下部电极上析出的方式中，通过Pt的成膜温度的控制，更易于恰当地控制Ti析出量，所以更易于在基板上均匀地形成Ti，在这一点上是有利的。专利文献1：日本特开平11-191646号公报(参照权利要求1、8、段落〔0035〕、〔0063〕、〔0065〕、〔0066〕、图1等)专利文献2：日本特开2003-188432号公报(参照权利要求1、段落〔0019〕、图1等)
技术实现思路
但是，下部电极的表面的平坦性越良好、且结晶性越高(例如晶体粒径越大)，则在其上PZT越易于晶体生长、压电特性也越易于提高。但是，上述Ti的析出量和下部电极的结晶性处于折衷的关系，Ti的析出量越多，则下部电极的结晶性越降低。其原因为，在下部电极上析出的Ti从密接层通过下部电极的内部而在其表面析出，所以Ti的析出量越多则越阻碍下部电极的晶体生长。因此，为了提高下部电极的结晶性，需要减少Ti的析出量，但在该情况下，得不到通过Ti的析出来提高压电特性的效果。这样，在使Ti在下部电极上析出的方式中，无法同时满足通过Ti的析出来提高压电薄膜的特性的效果和基于下部电极的结晶性来提高压电薄膜的特性的效果。为了同时满足这些效果，需要恰当地规定左右下部电极的结晶性的、Pt的晶体粒径的范围。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够同时满足通过密接层的Ti在下部电极上析出来提高压电薄膜的特性的效果、和基于下部电极的结晶性来提高压电薄膜的特性的效果的压电元件、具备该压电元件的喷墨头、具备该喷墨头的喷墨打印机以及上述压电元件的制造方法。本专利技术的一个方面的压电元件是将包含钛的密接层、包含铂的下部电极、压电薄膜以及上部电极按照这个顺序形成在基板上而成的压电元件，其中，构成所述密接层的钛在所述下部电极上析出，构成所述下部电极的铂的晶体粒径是75nm以上且150nm以下。另外，本发明的另一方面的压电元件的制造方法具有：在基板上形成包含钛的密接层的工序；在所述密接层上形成包含铂的下部电极的工序；在所述下部电极上形成压电薄膜的工序；以及在所述压电薄膜上形成上部电极的工序，其中，在形成所述下部电极的工序中，以使构成所述密接层的钛在所述下部电极上析出、并且使铂的晶体粒径成为75nm以上且150nm以下的方式形成所述下部电极。构成密接层的Ti在下部电极上析出，构成下部电极的Pt的晶体粒径是75nm以上且150nm以下，所以能够同时满足通过Ti的析出来提高压电薄膜的特性的效果和基于下部电极的结晶性来提高压电薄膜的特性的效果。附图说明图1是示出本专利技术的一个实施方式的喷墨打印机的概略的结构的说明图。图2是示出上述喷墨打印机具有的喷墨头的致动器的概略的结构的平面图和该平面图中的A-A’线箭头标记剖面图。图3是上述喷墨头的剖面图。图4是示意地示出构成上述致动器具有的压电薄膜的PZT的晶体构造的说明图。图5是将上述致动器的一部分放大地示出的剖面图。图6是示出上述喷墨头的制造工序的剖面图。图7是示出上述喷墨头的其他结构的剖面图。(符号说明)1：喷墨打印机；21：喷墨头；21a：致动器(压电元件)；22：基板；22a：压力室(开口部)；24：密接层；25：下部电极；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电元件，是将包含钛的密接层、包含铂的下部电极、压电薄膜以及上部电极按照这个顺序形成在基板上而成的压电元件，其中，在所述下部电极上析出构成所述密接层的钛，构成所述下部电极的铂的晶体粒径是75nm以上且150nm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.29 JP 2013-2243111.一种压电元件，是将包含钛的密接层、包含铂的下部电极、压
电薄膜以及上部电极按照这个顺序形成在基板上而成的压电元件，其
中，
在所述下部电极上析出构成所述密接层的钛，
构成所述下部电极的铂的晶体粒径是75nm以上且150nm以下。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，
所述压电薄膜包含锆钛酸铅。
3.根据权利要求1或者2所述的压电元件，其中，
在所述下部电极与所述压电薄膜之间形成有用于控制所述压电
薄膜的取向的取向控制层。
4.根据权利要求3所述的压电元件，其中，
所述取向控制层包含镧钛酸铅。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的压电元件，其中，
在将所述密接层的膜厚设为t1nm、将所述下部电极的膜厚设为
t2nm时，膜厚比t1/t2是1/17以上且1/8以下。
6.一种喷墨头，具备：
权利要求1至5中的任意一项所述的压电元件；以及
喷嘴基板，具有用于将在所述压电元件的所述基板形成的开口部
中收容的墨向外部吐出的喷嘴孔。
7.一种喷墨打印机，具备权利要求6所述的喷墨头，从所述喷墨
头朝向记录介质吐出墨。
8.一种压电元件的制造方法，具有：
在...

【专利技术属性】
技术研发人员：渋谷和树，
申请(专利权)人：柯尼卡美能达株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP