压电体元件、喷墨记录头和压电体元件的制造方法技术

一种压电体元件，该压电体元件是具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜的压电体元件，其特征在于，　　　　所述下部电极和／或所述上部电极与所述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，所述下部电极和／或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和／或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和／或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合的区域。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电体元件、使用该压电体元件的喷墨记录头和压电体元件的制造方法。
技术介绍
压电体元件由强介电性或常介电性的结晶化压电性陶瓷构成。压电性陶瓷的组成一般是以钛酸锆酸铅(以下称为“PZT”)为主成分的二成分系、或在该二成分系PZT之外再加入第三成分的三成分系组成。使用二成分系PZT的强电介质记载在Applied Physics Letters 1991.vol58 No11 pp1161-1163中。作为这些金属氧化物型的强电介质薄膜的制法，例如可以举出溅镀法、MOCVD法、溶胶凝胶法等。溶胶凝胶法是将含有作为原料的各成分金属的水解性化合物、其部分水解物或其部分缩聚物涂布在基板上，使涂膜干燥后，在空气中加热，形成金属氧化物膜，再在该金属氧化物的结晶化温度以上进行焙烧，使膜结晶化，由此形成强电介质薄膜的方法。作为原料的水解性金属化合物，一般使用金属醇盐、其部分水解物或部分缩聚物等有机化合物。溶胶凝胶法可以最廉价、最简便地形成强电介质薄膜。作为与溶胶凝胶法类似的方法，例如有有机金属分解法(MOD法)。MOD法是将含有热分解性有机金属化合物如金属的β-二酮配位化合物或羧酸盐的溶液涂布在基板上，在例如空气中或氧气中进行加热，使涂膜中的溶剂蒸发和使金属化合物热分解，形成金属氧化物的膜，再在结晶化温度以上进行焙烧使膜结晶化的方法。本专利技术中将溶胶凝胶法、MOD法及其组合的方法统称为“溶胶凝胶法”。另外，还公开了使用由溶胶凝胶法成膜的压电体元件的喷墨式打印机头。例如，在特开平9-92897号公报、特开平10-139594号公报、特开平10-290035号公报等中公开了利用溶胶凝胶法，在下部电极上分数次涂布含有压电体材料的溶胶后进行加热，重复进行该处理，由此形成用于喷墨式打印机头的压电体元件的压电体薄膜的方法。另外还公开了在电极和压电体薄膜的各层间形成混和存在结晶结构的混合层，由此提高了密合性的压电体元件的制造方法(参照特开2000-79689号公报)。如特开平9-92897号公报、特开平10-139594号公报、特开平10-290035号公报等中所公开的那样，以前，为了能够提高喷墨式打印机头的高性能化或耐久性，提出了为提高作为致动器使用的压电体元件的特性或工作可靠性的多种提案。作为由溶胶凝胶法形成的压电体材料的多结晶结构，已知采用柱状结构。柱状结构是晶粒间界相对于膜厚方向大致垂直的结构，其表面具有相应于颗粒尺寸的凹凸。这容易导致与上部电极之间的界面发生粗糙，使泄漏电流增大或压电特性恶化。另外，现有的压电体元件，作为下部电极如果使用Ru、Pt等贵金属或其氧化物，则因压电体薄膜与下部电极间的界面不整合，导致发生电特性降低，即泄漏电流增大或介电破坏耐性降低等问题。另外，如果使用导电性钙钛矿型氧化物作为下部电极，则因为电极的电阻值比贵金属高，所以发生压电体薄膜的特性特别是位移量降低的问题。另外，在特开2000-79689号公报的方法中，因为电极不具有钙钛矿型结构，所以在与具有钙钛矿结构的压电体薄膜的界面上发生压电体薄膜内结晶散乱，存在压电体薄膜特性降低的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种压电体薄膜和下部电极或上部电极之间的整合性高、具有良好的介电常数和电特性的压电体元件，使用该元件的喷墨式记录头，及该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，该压电体元件是具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜的压电体元件，其特征在于，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和/或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合的区域。所述混合的区域也优选为钙钛矿结构。本专利技术的另一目的是提供一种喷墨记录头，该记录头具有一种压电体元件，所述压电体元件具有与油墨喷出口连通的压力室、对应于该压力室设置的振动板、对应于所述振动板设置的夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜，通过由所述压电体元件发生的所述压力室内的体积变化使所述压力室内的油墨从所述油墨喷出口喷出，其特征在于，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和/或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合的区域。本专利技术的另一目的是提供一种压电体元件的制造方法，所述压电体元件具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜，该方法依次包括以下步骤在基板上设置用于形成所述下部电极的电极材料的步骤；干燥所述电极材料的步骤；在所述电极材料上设置用于形成所述压电体膜的压电体材料的步骤；干燥所述压电体材料的步骤；焙烧所述电极材料和所述压电体材料的步骤。本专利技术中，在干燥所述电极材料的步骤之后，在所述电极材料上设置用于形成所述压电体膜的压电体材料的步骤之前，不进行焙烧所述电极材料的步骤。本专利技术的另一目的是提供一种压电体元件的制造方法，所述压电体元件具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜，该方法依次包括以下步骤在所述下部电极上设置用于形成压电体膜的压电体材料的步骤；干燥所述压电体材料的步骤；在所述压电体材料上设置用于形成所述上部电极的电极材料的步骤；干燥所述电极材料的步骤；焙烧所述压电体材料和所述电极材料的步骤。本专利技术中，在干燥所述压电体材料的步骤之后，在所述压电体材料上设置用于形成所述上部电极的电极材料的步骤之前，不进行焙烧所述压电体材料的步骤。本专利技术的另一目的是提供一种压电体元件的制造方法，该方法是至少层合了电极和压电体膜的压电体元件的制造方法，其特征在于包括以下步骤提供用于形成所述电极的焙烧前的电极材料与用于形成所述压电体膜的焙烧前的压电体材料的层合体的步骤；焙烧所述层合体的步骤。本专利技术的另一目的是提供一种压电体元件，该压电体元件是具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜的压电体元件，其特征在于，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和/或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合存在的区域。根据本专利技术，可以提供一种因为电极与压电体薄膜间没有接触界面，所以残留极化大、发生较大位移的压电体元件，喷墨记录头和压电体元件的制造方法。附图说明图1是表示本专利技术压电体元件简要构成的剖面图。图2是表示将本专利技术压电体元件用作喷墨式打印机头的致动器时的简要构成的剖面图。图3是表示实施例1～6、比较例1～2中使用的基板简要构成的斜视图。图4是表示实施例1～6、比较例1～2中使用的基板的简要构成的剖面图。图5是表示实施例1～6、比较例1～2中制备的压电体元件的简要构成的剖面图。图6是表示在喷墨式记录头的评价中使用的记录头简要构成的剖面图。图7是表示在喷墨式记录头的评价中使用的记录头简要构成的斜视图。图8是实施例1、比较例1的滞后曲线。具体实施例方式以下说明实施本专利技术的具体方案。图1是表示本专利技术压电体元件的一个实施方案构成的图，在该图中1表示基板。优选使用由硅(Si)或钨(W)等构成的半导体基板，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电体元件，该压电体元件是具有夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜的压电体元件，其特征在于，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和/或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合的区域。2.如权利要求1所述的压电体元件，其中所述混合的区域为钙钛矿结构。3.如权利要求1所述的压电体元件，其中所述下部电极、所述上部电极及所述压电体膜是由溶胶凝胶法制造的钙钛矿型氧化物构成的。4.如权利要求1所述的压电体元件，其中所述下部电极和所述上部电极是由通式M1RuO3(M1是选自Sr、Ba和Ca中的至少1种)、或Sr(1-x)M2(x)CoO3(M2是选自La、Pr、Sm和Nd中的至少1种，x表示0≤x＜1)表示的物质，所述压电体膜是由通式Pb(1-x)Lax(ZryTi1-y)O3(式中0≤x＜1，0≤y≤1)表示的物质。5.一种喷墨记录头，该记录头具有一种压电体元件，所述压电体元件具有与油墨喷出口连通的压力室、对应于该压力室设置的振动板、对应于所述振动板设置的夹在下部电极和上部电极之间的压电体膜，通过由所述压电体元件发生的所述压力室内的体积变化使所述压力室内的油墨从所述油墨喷出口喷出，其特征在于，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜由钙钛矿型氧化物构成，所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间不存在接合界面，且所述下部电极和/或所述上部电极与所述压电体膜之间存在所述下部电极和/或所述上部电极的结晶与所述压电体膜的结晶混合的区域。6.压电体元件的制造方法，所述压...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林本和，久保田纯，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：