压电体及其制造方法、具有该压电体的压电元件、喷墨头及喷墨式记录装置制造方法及图纸

在包括设置于基板１上的第一电极２、设置于此第一电极２上的压电体３和设置于此压电体３上的第二电极４的压电元件中，使上述压电体３具有用通式ＡＢＯ↓［３］表示的该Ａ点的主要成分是Ｐｂ且Ｂ点的主要成分是Ｚｒ、Ｔｉ和Ｐｂ的钙钛矿型结晶构造，在上述Ｂ点，Ｐｂ原子占全部原子的比例在３％以上３０％以下。即，使压电体３在Ｐｂ过剩的同时，将此过剩的Ｐｂ原子在成膜时活化，以Ｐｂ↑［４＋］的形式导入到Ｂ点中。（*该技术在2023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钙钛矿型结晶构造的压电体及其制造方法、具有该压电体的压电元件、喷墨头和喷墨式记录装置的

技术介绍
近年来，针对微型泵、微型扬声器、微型开关、喷墨头等具有压电体的机械，强烈地提出了小型化、节能化和高速驱动等要求，为了满足这些要求，正在将压电体做成比过去经常使用的烧结体体积更小，能够在薄膜上形成的形式。因此在这样的薄膜压电体方面，广泛进行了旨在提高压电特性的研究开发，比如，在特开2000-299510号公报中，公开了在以Pb、Zr及Ti为主要成分的钙钛矿型结晶构造的压电体(钛酸锆酸铅(PZT))当中，使Pb、Zr及Ti的组成摩尔比Pb/(Zr+Ti)大于1，1.3以下，也就是说Pb要过量。在同一份公报中还说，上述薄膜压电体能够在由MgO、Si等制造的基板上通过溅镀法成膜很容易地制造，同时要将在此溅镀时使用的靶子的组成制成PZT和PbO的混合物，使得PZT和PbO的组成摩尔比PbO/(PZT+PbO)为0.05～0.35，很容易得到Pb过剩的压电体。此压电体具有钙钛矿型结晶构造，其用通式ABO3表示的该A点的主要成分是Pb，而B点的主要成分是Zr和Ti。但是，在如上所述的Pb过剩压电体中，由于有在高湿度下变质的担心，还有改进的余地。即，如图8所示，在基板101上通过依次溅镀法等将第一电极102、压电体103和第二电极104成膜制造的压电元件上的上述压电体103中，通常在钙钛矿型柱状晶粒之间存在着结晶晶界103a等晶格缺陷，在Pb过剩时，此过剩的Pb原子，以氧化铅(PbOx)等的形式进入上述结晶晶界103a中。因此，这样的压电体103，在曝露于高湿度(特别是高温且高湿度)的环境中时，当在第一和第二电极102、104之间施加电压而在该压电体103中形成电场时，由于产生漏电电流而使压电体103变质的可能性是很高的。鉴于这一点，本专利技术的目的是得到一种压电体，其压电常数大，而且具有在曝露于高温和高湿度的环境下也不变质的高可靠性。
技术实现思路
为了实现如上所述的目的，在具有用通式ABO3所示的钙钛矿型结晶构造的压电体中，在其上述B点活化导入过剩的Pb原子，减少进入到结晶晶界的Pb量。具体地说，在本专利技术的第一方面，作为具有用通式ABO3所示的钙钛矿型结晶构造的压电体，上述A点的主要成分是Pb，上述B点的主要成分是Zr、Ti及Pb，在上述B点中，相对于全部原子，Pb原子所占的比例在3％以上30％以下。由此，就把过剩的Pb原子导入B点，稳定地保持在晶格内，由此，能够减少进入结晶晶界的Pb的量。这样一来，Pb就容易导入B点。也就是说，通过适当地设定由溅镀法进行压电体成膜时的成膜条件，Pb原子被活化成为Pb4+，就能够很容易地导入到B点中。而且，当在B点上Pb原子相对于全部原子所占的比例少于3％时，不能充分减少进入到结晶晶界等的Pb的量，而另一方面，当高于30％时，会引起晶格内的氧原子的位置很大的变化等结晶构造的改变，由于伴随着产生的内部应力的影响，由在压电体上施加电压产生的机械位置变化而在压电体上产生裂纹，所以取在3％以上30％以下。因此，通过使Pb过剩，能够提高压电体的压电常数的同时，由于这些过剩的Pb原子不进入结晶晶界，使得存在于结晶晶界处的PbOx量减少，从而就能够得到即使在高温、高湿度的环境下曝露也不会变质的具有高可靠性的压电体。本专利技术的第二方面是，在上述本专利技术的第一方面中，B点的Zr和Ti的组成比Zr/(Ti+Zr)在0.3以上0.7以下。由此，能够最大限度地提高压电体的压电常数。本专利技术的第三方面是，在上述本专利技术的第一方面中，结晶构造优先取向于(001)面或(111)面，而且极化轴和单轴方向相一致。因此，由于电场施加方向和极化方向之间的角度能始终保持一定，施加电场不会引起极化的旋转，由此，就能够将压电特性的变动抑制得很低。通过使极化方向与电场施加方向一致，变动变小而得到更大的压电特性。本专利技术的第四方面是，作为具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造的压电体，上述A点的主要成分是Pb，上述B点的主要成分是Zr、Ti和Pb，上述A点的Pb原子是以Pb2+的形式存在，而另一方面，B点的Pb原子是以Pb4+的形式存在。由于本专利技术，与上述本专利技术的第一方面同样，过剩的Pb原子以Pb4+的形式导入至B点，由此能够减少存在于结晶晶界等的PbOx的量。因此，在能够提高压电体的压电常数的同时，也能够提高对漏电电流的可靠性。本专利技术的第五方面是，在上述本专利技术的第四方面当中，在B点的Pb原子占全部原子的比例在3％以上30％以下。因此，如上所述，能够一边抑制在压电体上产生裂纹，一边充分地减少在结晶晶界处存在的PbOx的量。本专利技术的第六方面是，在上述本专利技术的第四方面中，在B点的Zr和Ti的组成摩尔比Zr/(Ti+Zr)在0.3以上0.7以下。由此得到与上述本专利技术第二方面同样的作用效果。本专利技术的第七方面是，在上述本专利技术的第四方面中，结晶构造优先取向于(001)面或(111)面，而且极化轴与单轴方向相一致。由此得到与上述本专利技术的第三方面同样的作用效果。本专利技术的第八方面是一种压电体的制造方法的专利技术，是通过溅镀法在基板上进行成膜来制造具有用通式ABO3表示的该A点的主要成分是Pb且B点的主要成分是Zr、Ti和Pb的钙钛矿型结晶构造的压电体，在此专利技术中，在进行上述溅镀时，将上述基板的温度设定为400℃以上700℃以下，将在进行上述溅镀时所使用的溅镀气体，定为氩气和氧气的混合气体，并且将该溅镀气体的氧气分压设定为2％以上30％以下，将上述溅镀气体压力设定为0.01Pa以上3.0Pa以下，将在进行上述溅镀时施加在靶子上的高频电功密度设定为1.0～10W/cm2。由于本专利技术，通过使Pb被活化为Pb4+，可以容易导入至B点，就很容易地制造本专利技术的第一方面和第四方面的压电体。本专利技术的第九方面是，在上述本专利技术的第八方面中，将溅镀气体压力设定为0.01Pa以上1.0Pa以下。本专利技术的第十方面是，在上述本专利技术的第八方面中，将溅镀气体的氧气分压设定为2％以上10％以下。本专利技术的第十一方面是，在上述本专利技术的第八方面中，将在进行溅镀时施加在靶子上的高频电功密度设定为2.5～10W/cm2。由本专利技术的第九～第十一方面，使得Pb原子更容易活化，更确实地得到本专利技术的第一或第四方面的压电体。本专利技术的第十二方面是一种压电元件的专利技术，该压电元件包括设置在基板上的第一电极；设置在该第一电极上并具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造的压电体；设置在该压电体上的第二电极，在此专利技术中，上述压电体的A点主要成分是Pb，上述压电体的B点的主要成分是Zr、Ti和Pb，在上述压电体的B点，Pb原子占全部原子的比例是3％以上30％以下。由于本专利技术，得到与本专利技术的第一方面同样的作用效果，这样的压电元件能够作为致动器或传感器等得到广泛地使用。本专利技术的第十三方面是，在上述本专利技术的第十二方面中，压电体的B点的Zr和Ti的组成摩尔比Zr/(Ti+Zr)，由第一电极侧向第二电极侧增大。由此，在基板上将压电体成膜为第一电极时，由于在其成膜初期减少与Pb亲合性低的Zr，能够更加稳定地向B点导入Pb原子。本专利技术的第十四方面，作为包括设置在基板上的第一电极、设置在该第一电极上并具有用通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电体，它具有用通式ＡＢＯ↓［３］表示的钙钛矿型结晶构造，其特征在于：所述Ａ点的主要成分是Ｐｂ，所述Ｂ点的主要成分是Ｚｒ、Ｔｉ和Ｐｂ在所述Ｂ点，Ｐｂ原子占全部原子的比例是３％以上３０％以下。

【技术特征摘要】
JP 2002-2-19 041058/20021.一种压电体，它具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造，其特征在于所述A点的主要成分是Pb，所述B点的主要成分是Zr、Ti和Pb在所述B点，Pb原子占全部原子的比例是3％以上30％以下。2.如权利要求1所述的压电体，其特征在于B点的Zr和Ti的组成摩尔比Zr/(Ti+Zr)是0.3以上0.7以下。3.如权利要求1所述的压电体，其特征在于结晶构造优先取向于(001)面或(111)面，并且极化轴与单轴方向相一致。4.一种压电体，它具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造，其特征在于所述A点的主要成分是Pb，所述B点的主要成分是Zr、Ti和Pb，所述A点的Pb原子是以Pb2+的形式存在，另一方面，B点的Pb原子是以Pb4+的形式存在。5.如权利要求4所述的压电体，其特征在于在B点，Pb原子占全部原子的比例是3％以上30％以下。6.如权利要求4所述的压电体，其特征在于B点的Zr和Ti的组成摩尔比Zr/(Ti+Zr)是0.3以上0.7以下。7.如权利要求4所述的压电体，其特征在于结晶构造优先取向于(001)面或(111)面，并且极化轴与单轴方向相一致。8.一种压电体的制造方法，通过溅镀法在基板上进行成膜来制造具有用通式ABO3表示的该A点的主要成分是Pb且B点的主要成分是Zr、Ti和Pb的钙钛矿型结晶构造的压电体，其特征在于在进行所述溅镀时，将所述基板的温度设定为400℃以上700℃以下，将在进行所述溅镀时所使用的溅镀气体，定为氩气和氧气的混合气体，并且将该溅镀气体的氧气分压设定为2％以上30％以下，将所述溅镀气体压力设定为0.01Pa以上3.0Pa以下，将在进行所述溅镀时施加在靶子上的高频电功密度设定为1.0W/cm2以上10W/cm2以下。9.如权利要求8所述的压电体的制造方法，其特征在于将溅镀气体压力设定为0.01Pa以上1.0Pa以下。10.如权利要求8所述的压电体的制造方法，其特征在于将溅镀气体的氧气分压设定为2％以上10％以下。11.如权利要求8所述的压电体的制造方法，其特征在于将在进行溅镀时施加在靶子上的高频电功密度设定为2.5W/cm2以上10W/cm2以下。12.一种压电元件，包括设置在基板上的第一电极；设置在该第一电极上并具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造的压电体；设置在该压电体上的第二电极，其特征在于所述压电体的A点主要成分是Pb，所述压电体的B点的主要成分是Zr、Ti和Pb，在所述压电体的B点，Pb原子占全部原子的比例是3％以上30％以下。13.如权利要求12所述的压电元件，其特征在于压电体的B点处的Zr和Ti的组成摩尔比Zr/(Ti+Zr)，由第一电极侧向第二电极侧增大。14.一种压电元件，包括设置在基板上的第一电极；设置在该第一电极上并具有用通式ABO3表示的钙钛矿型结晶构造的压电体；设置在该压电体上的第二电极，其特征在于所述压电体的A点的主要成分是Pb，所述压电体的B点的主要成分是Zr、Ti和Pb，所述压电体的A点的Pb原子是以Pb2+的形式存在，另一方面，B点...

【专利技术属性】
技术研发人员：神野伊策，松永利之，鎌田健，原慎太郎，
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]