压电体元件、喷墨记录头和压电体元件的制造方法技术

提供一种压电体元件、喷墨记录头和压电体元件的制造方法。该压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于：上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有金属氧化物系铁电体薄膜的压电体元件、使用它的喷墨记录头和压电体元件的制造方法，上述金属氧化物系铁电体薄膜可望用在利用电气和/或光学性质的各种介电体器件中。
技术介绍
压电体元件由铁电性或顺电性的结晶化了的压电性陶瓷构成。压电性陶瓷的组成一般是由以钛酸锆酸铅(以下称为“PZT”)为主要成分的双成分系或向该双成分系的PZT中加了第三成分的三成分系构成。采用双成分系PZT的铁电体在Applied Physics Letters，1991，Vol.158，No.11.pp1161～1163中有记载。作为这样的金属氧化物型的铁电体薄膜的制造方法，可举出溅射法、MOCVD法、溶胶凝胶法等。溶胶凝胶法，是在基板上涂敷含有作为原料的各金属成分的水解性化合物、其部分水解性化合物或其部分缩聚物的溶液，使该涂膜干燥后，在空气中加热，形成金属氧化物的膜，再在该金属氧化物的结晶化温度以上烧制而使膜结晶化，由此形成铁电体薄膜的方法。作为原料的水解性的金属化合物，一般使用金属醇盐、其部分水解物或部分缩聚物之类的有机化合物。利用溶胶凝胶法可以廉价且简便地形成铁电体薄膜。作为与溶胶凝胶法类似的方法，有有机金属分解法(MOD法)。MOD法，是在基板上涂敷热分解性的有机金属化合物、例如金属的β-二酮络合物和碳基酸盐的溶液，在例如空气中或氧中加热，使涂膜中的溶剂蒸气和金属化合物热分解，形成金属氧化物的膜，再在结晶化温度以上烧制，使膜结晶化的方法。在本专利技术中，把溶胶凝胶法、MOD法和将它们混合的方法流称为“溶胶凝胶法”。另外，使用了通过溶胶凝胶法形成膜的压电体元件的喷墨记录头已公开。例如，在日本专利特开平9-92897号公报，特开平10-139594号公报、特开平10-290053号公报等中公开了，利用溶胶凝胶法，通过在下部电极上多次分开涂敷含压电体材料的溶胶并反复进行加热处理，形成在喷墨记录头中使用的压电体元件的压电体膜的方法。如在日本专利特开平9-92897号公报，特开平10-139594号公报、特开平10-290053号公报等中公开的那样，已提出了为了提高用作致动器的压电体元件的特性和动作可靠性以实现喷墨记录头的高性能化和耐久性的提高的多种提案。作为利用溶胶凝胶法的压电体材料的多晶结构，已知有柱状结构。柱状结构是晶界与膜厚大致垂直地形成的结构，其表面上有与晶粒大小对应的凹凸。有时这会导致在与上部电极的界面上产生粗糙，增大泄露电流和使压电特性恶化。另外，在现有的压电体元件中，作为下部电极使用Ru、Pt等的贵金属及其氧化物，由于压电体膜和下部电极的界面的不匹配会导致电气特性下降，即泄露电流增大和介电破坏耐性降低等等问题。另外，在现有结构的压电体元件中，如果作为下部电极使用钛酸钡、钛酸锶和钛酸锆等的钙钛矿型氧化物，由于电极的电阻值比贵金属高，所以存在压电体膜的特性尤其是位移量下降的场合。而且，在现有的结构的压电体元件中在振动板和下部电极的接合界面处发生面内应力的集中，在制造时的热处理工序和元件驱动时有时成为剥落的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，提供一种通过提高上部电极、压电体膜、下部电极和振动板之间的匹配性和密合性而保持了良好的介电常数、电气特性的驱动寿命长的压电体元件、使用压电体元件的喷墨记录头以及压电体元件的制造方法。本专利技术的另一目的是提供一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。本专利技术的又一目的是提供一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，上述压电体元件，在上述振动板和上述下部电极之间具有构成上述振动板的物质和构成上述下部电极的物质相混合的区域，在上述下部电极和上述压电体膜之间具有构成上述下部电极的物质和构成压电体膜的物质相混合的区域，在上述压电体膜和上述上部电极之间具有构成上述压电体膜的物质和构成上述上部电极的物质相混合的区域。本专利技术的再一目的是提供一种压电体元件的制造方法，该压电体元件由依次层叠振动板、下部电极、压电体膜和上部电极而成，该制造方法依次包括在基板上设置用来形成上述振动板的振动板材料的工序；使上述振动板材料干燥的工序；在上述振动板材料上设置用来形成上述下部电极的电极材料的工序；使上述电极材料干燥的工序；在上述电极材料上设置用来形成上述压电体膜的压电体材料的工序；使上述压电体材料干燥的工序；以及烧制上述振动板材料、上述电极材料和上述压电体材料的工序。本专利技术的还有一目的是提供一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。上述压电体元件，在上述振动板和上述下部电极之间具有构成上述振动板的物质和构成上述下部电极的物质相混合的区域，在上述下部电极和上述压电体膜之间具有构成上述下部电极的物质和构成压电体膜的物质相混合的区域，在上述压电体膜和上述上部电极之间具有构成上述压电体膜的物质和构成上述上部电极的物质相混合的区域。本专利技术的还有一目的是提供一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间实质上不存在接合界面。根据本专利技术，在利用溶胶凝胶法的压电体元件的制造中，由于没有上部电极/压电体膜/下部电极/振动板的各接合界面，所以可提供剩余极化大、位移大的压电体元件和喷墨记录头。附图说明图1是展示本专利技术的压电体元件的概略的剖面图。图2是展示把本专利技术的压电体元件作为喷墨记录头的致动器用时的概略的剖面图。图3A是展示在实施例1、2中制作的压电体元件的概略的剖面图，图3B是其背面图。图4是展示在喷墨记录头的评价中用的头的概略的剖面图；图5是展示在喷墨记录头的评价中用的头的概略的斜视图。具体实施例方式下面，说明用来实施本专利技术的方式。压电体元件具有振动板、下部电极、压电体膜和上部电极的部件。图1展示了本专利技术的压电体元件的一实施方式的结构。在该压电体元件中，1是基板。虽然对基板的材质没有特别的限定，但优选为对于通常在850℃以下进行的溶胶凝胶法中的热处理工序不变形、不熔融的材料。另外，在用本专利技术的压电体元件制造本专利技术的喷墨记录头时，基板也可以兼作用于形成压力室的压力室基板。例如，出于这样的目的优选采用由硅(Si)和钨(W)等构成的半导体基板和耐热不锈钢(SUS)基板，但即使用氧化锆、氧化铝、氧化硅等的陶瓷也没有关系。另外，也可以把多种这样的材料组合，也可以用叠层的结构。也可以与铂、钯等的金属层组合，叠层使用。图1中，2是振动板，在本专利技术中由用溶胶凝胶法制造的金属氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于：上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电 体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。

【技术特征摘要】
JP 2003-9-3 311305/20031.一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。2.一种压电体元件，由振动板、下部电极、压电体膜和上部电极依次层叠而成，其特征在于上述下部电极、上述上部电极和上述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，上述振动板由金属氧化物构成，上述压电体元件，在上述振动板和上述下部电极之间具有构成上述振动板的物质和构成上述下部电极的物质相混合的区域，在上述下部电极和上述压电体膜之间具有构成上述下部电极的物质和构成上述压电体膜的物质相混合的区域，在上述压电体膜和上述上部电极之间具有构成上述压电体膜的物质和构成上述上部电极的物质相混合的区域。3.如权利要求2所述的压电体元件，其特征在于在上述振动板和上述下部电极之间、上述下部电极和上述压电体膜之间、及上述压电体膜和上述上部电极之间实质上不存在接合界面。4.如权利要求1所述的压电体元件，其特征在于上述振动板由钙钛矿型氧化物构成。5.如权利要求2所述的压电体元件，其特征在于上述区域的任一个都具有钙钛矿型晶体结构。6.如权利要求1所述的压电体元件，其特征在于上述下部电极、上述上部电极、上述压电体膜和上述振动板是由溶胶凝胶法制造的。7.如权利要求1所述的压电体元件，其特征在于上述下部电极和上述上部电极分别独立地由M1RuO3或Sr(1-x)M2xCoO3构成，其中，M1表示从由Sr、Ba或Ca构成的组中选出的至少一种，M2表示从由La、Pr、Sm和Nd构成的组中选出的至少一种，且0≤x＜1；上述压电体膜由Pb(1-x)Lax(ZryTi1-y)O3构成，其中，0≤x＜1，0≤y≤1。8.一种喷墨记录头，具有连通墨的吐出口的压力室、和为了从上述吐出口吐出墨而使上述压力室的容积变化的压电体元件，其特征在于上述压电体元件是如权利要求1所述的压电体元件，且上述压电体元件的振动板配置成构成上述压力室的内壁的一部分。9.如权利要求8所述的喷墨记录头，其特征在于在共同的基板上配置多个由上述压力室、上述吐出口和上述压电体元件构成的单位。10.一种压电体元件的制造方法，是如权利要求1的压电体元件的制造方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保田纯，小林本和，襟立信二，铃木久男，内田文生，清水千惠美，前田宪二，
申请(专利权)人：佳能株式会社，富士化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]