压电膜的制造方法、基板和压电膜的层叠结构、压电激励器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种通过向基板上喷射含有压电材料颗粒的气溶胶而在基板上制造压电膜的方法，其包括第一膜形成步骤，在基板上形成第一压电层；和第二膜形成步骤，在第一压电层上形成第二压电层，其中在第一和第二膜形成步骤中，当颗粒与基板或第一压电层碰撞时，至少一部分颗粒被压碎；并且在第二膜形成步骤中用于压碎颗粒的平均能量比在第一膜形成步骤中的小。根据本发明专利技术的压电膜在面向基板一侧上的层具有良好粘接性，在外侧上的层具有良好的压电特性。由于可用相同ＡＤ方法，只要改变形成膜的条件就可以层叠具有不同特性的层，因此可用简单的工艺获得具有良好特性的压电膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造压电膜的方法、基板和压电膜的层叠结构、压电激励器及其制造方法。
技术介绍
一种被称为气溶胶淀积(AD)的方法是制造用在喷射打印机的打印机头中的压电激励器等的一种方式。这种方法包括在气体中分散压电材料的微粒子，从而形成气溶胶，并且向基板表面喷射这种气溶胶，并使微粒子与基板碰撞并淀积在基板上，从而形成压电膜(例如参见日本专利申请特许公开No.2001-152360和日本专利申请特许公开No.H11-330577)。
技术实现思路
根据本专利技术人进行的研究，发现膜形成条件和得到的压电膜特性之间存在相关性。例如，如果向基板上喷射气溶胶的喷射速度升高，则可以提高膜与基板的粘接性以及膜的介电强度特性，但是膜的压电特性趋于下降。此外，即使进行退火(为了提高其压电特性加热膜的处理)，也不会总是获得满意的压电特性。这样，难以找到同时满足压电膜所需的各个特性的膜形成条件。本专利技术鉴于上述问题而做出，并且本专利技术的目的是提供一种制造压电膜的简单方法，将同时满足其所需的各个特性。本专利技术通过为了研制一种制造压电膜的新方法而进行专心的研究还做出了以下发现，该方法可以同时满足压电膜所需的各个特性。如上所述，在AD法中，当提高喷射速度时，压电膜粘接和介电强度特性提高了。其原因被认为是材料粒子与基板的碰撞压碎了粒子，使它们射入基板中并具有精细结构，导致形成固态晶界面，并且通过这样的碰撞而暴露的粒子和基板的新表面在电气和化学活性上很高，从而基板和粒子之间的电气和化学粘接力增强。在这种情况下，可想而知已经具有精细结构的这些粒子的晶界面将是复杂的，因此推测在压电膜的厚度方向晶粒间界距离增加。另一方面，如果喷射速度降低，则粘接性和介电强度特性降低，但是在膜形成之后通过进行退火仍然可以获得满意的压电特性。其原因被认为是与基板碰撞的较低碰撞能量增加了没有被压碎而粘接的材料颗粒的数量，这就增加了压电膜中的具有大晶粒尺寸的晶体数量，并且颗粒结构中的较少缺陷(例如，晶格缺陷、应变、位错和孔)意味着退火导致特性的较大恢复。具体地说，相信颗粒中的结构缺陷与用于压碎一个颗粒的平均能量成比例地增加。在碰撞之前一个颗粒所具有的能量不必在它与基板碰撞时用于压碎该颗粒。只有一部分能量可以用于压碎颗粒，或者几乎没有能量可以用于压碎颗粒。如果颗粒不因为碰撞而被压碎，则用于压碎颗粒的能量是零。不被压碎的颗粒的数量增加导致用于压碎一个颗粒的平均能量减少。被较细地压碎的颗粒数量增加导致平均能量增加。因此，膜形成是首先在平均能量相对大的条件下进行的，由此形成具有良好粘接性的层，然后通过在平均能量相对较小的条件下形成膜，在这个第一层上形成具有良好压电特性的层。这就允许制造具有在面向基板的一侧上的良好粘接性的层以及具有在外侧上的良好压电特性的层的压电膜，并且可以实现与基板的良好粘接性和良好压电特性。本专利技术是在这些新发现的基础上进行构思的。具体地说，本专利技术提供一种在基板上制造压电膜的方法，该方法通过向基板上喷射含有压电材料颗粒的气溶胶，从而使颗粒粘接在基板上，该方法包括第一膜形成步骤，在基板上形成第一压电层；和第二膜形成步骤，在第一压电层上形成第二压电层，其中在第一和第二膜形成步骤中当颗粒与基板或第一压电层碰撞时，至少一部分颗粒被压碎；并且用于压碎一个颗粒的平均能量在第二膜形成步骤中比在第一膜形成步骤中的平均能量少。与第一膜形成步骤相比降低了第二膜形成步骤中的平均能量可以例如通过以下操作来实现降低气溶胶中的颗粒的浓度、减小气溶胶内的颗粒的喷射速度、减小气溶胶喷射到基板上的角度、改变气溶胶中的颗粒的尺寸或材料、或者组合这些措施。例如，如果通过改变气溶胶喷射速度来调整平均能量，则在第一膜形成步骤中喷射速度优选设置为至少300m/sec，并且更优选地设置在至少300m/sec和不大于450m/sec。在第二膜形成步骤中，这个速度优选至少为150m/sec和小于300m/sec，甚至更优选为至少150m/sec和不大于200m/sec。第二膜形成步骤之后，通过进行喷射，从而使平均能量大于第二膜形成步骤中的平均能量，可以层叠第三压电层。这提供了一种压电膜，该压电膜构成为在固体的并具有高介电强度的第一和第三层之间夹着中间第二层。这样的结构保持良好的压电特性，同时提高了膜的整体的介电强度特性。而且，加热压电膜的退火处理可以在完成所有膜形成步骤之后进行。本专利技术还提供一种制造压电激励器的方法，其中通过向导电基板或上喷射含有压电材料颗粒的气溶胶，从而使颗粒粘接其上，由此在构成一对正、负电极之一的导电基板上或者在位于导电基板上的导电中间层上形成压电膜，该方法包括第一膜形成步骤，在导电基板上或导电中间层上形成第一压电层；第二膜形成步骤，在第一压电层上形成第二压电层；和电极层形成步骤，在第二压电层上形成构成一对电极的另一个电极的电极层，其中在第一和第二膜形成步骤中，当颗粒与导电基板、导电中间层或第一压电层碰撞时，至少一部分颗粒被压碎；并且用于压碎一个颗粒的平均能量在第二膜形成步骤中比在第一膜形成步骤中的平均能量少。本专利技术还提供一种包括基板和压电膜的层叠结构，它是通过向基板上或形成在基板上的中间层上喷射含有压电材料的颗粒的气溶胶，从而使颗粒附着于其上而形成的，其中压电膜是通过层叠多个不同层而形成的，而多个不同层是通过在颗粒与基板或中间层碰撞时改变用于压碎一个颗粒的平均能量来形成的。优选地，多个不同层当中，与基板或中间层相邻的层与基板或中间层至少具有20Mpa的粘接强度，至少具有800的相对介电常数并至少具有350kv/cm的介电强度。而且，还优选的是，通过层叠多个层形成的压电膜与基板或中间层至少具有20Mpa的粘接强度，至少具有800的相对介电常数，并至少具有350kv/cm的介电强度。而且，本专利技术还有利地适用于例如用在喷射打印机的打印机头中的压电激励器。在这种情况下，基板使用导电材料，并用作电极之一，并且构成另一电极的电极层形成在压电膜上。利用本专利技术，可以制造出一种压电膜，它具有在面向基板一侧上的带有良好粘接性的一层和具有在外侧上的带有良好压电特性的一层，并且可以实现与基板的良好粘接性和良好的压电特性。而且，由于只通过改变膜形成条件而通过相同AD方法可以层叠具有不同性能的层，因此可以在不需要复杂制造工艺的情况下获得具有良好特性的压电膜。此外，本专利技术提供一种包括基板和形成在基板上的压电膜的压电激励器，压电膜是通过向基板上喷射含有压电材料颗粒的气溶胶，从而使颗粒粘接于其上而形成的，其中压电膜包括形成在基板上的第一压电层和形成在第一压电层上的第二压电层，并且通过进行喷射使构成第一压电层的颗粒比构成第二压电层的颗粒被压碎的更细，从而在形成第一压电层时在颗粒与基板碰撞时用于压碎一个颗粒的平均能量比在形成第二压电层时颗粒与第一压电层碰撞时用于压碎一个颗粒的平均能量大。附图说明图1是本专利技术的膜形成装置的示意图；图2是在膜形成装置中使用的粉末回收装置的顶视图；图3是在膜形成装置中使用的粉末回收装置的侧视图；图4A和4B是如何以不同喷射速度形成压电膜的侧视图；和图5是本专利技术压电激励器的剖面侧视图。具体实施例方式图1是用于形成本专利技术的压电膜的膜形成装置的示意图。这种膜形成装置1设有用于通过在载体气体中分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过向基板上喷射含有压电材料颗粒的气溶胶而将颗粒粘附在基板上，从而在基板上制造压电膜的方法，包括：第一膜形成步骤，在基板上形成第一压电层；和第二膜形成步骤，在第一压电层上形成第二压电层，其中在第一和第二膜形成步骤中，当颗 粒与基板或第一压电层碰撞时，至少一部分颗粒被压碎；并且在第二膜形成步骤中用于压碎一个颗粒的平均能量比在第一膜形成步骤中的平均能量少。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安井基博，明渡纯，
申请(专利权)人：兄弟工业株式会社，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]