本发明专利技术提供一种压电元件及其制造方法、有该压电元件的喷墨头、喷墨式记录装置及角速度传感器。压电元件具备第一电极膜（２）；压电体层叠膜（１０），由形成于第一电极膜（２）上的第一压电体膜（３）、和形成于该第一压电体膜（３）上且由其来控制结晶取向性的第二压电体膜（４）构成；和形成于第二压电体膜（４）上的第二电极膜（５）。第一和第二压电体膜（３、４）是结晶生长方向从压电体层叠膜（１０）的厚度方向一侧指向另一侧的柱状粒子的集合体。第二压电体膜（４）的柱状粒子的截面直径比第一压电体膜（３）的柱状粒子的截面直径大。压电体层叠膜（１０）的厚度１与第二压电体膜（４）的截面直径ｄ的比ｌ／ｄ为２０以上、６０以下。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种压电元件及其制造方法、以及具备该压电元件的喷墨头、喷墨式记录装置及角速度传感器。
技术介绍
压电材料是将机械能变换为电能、或将电能变换为机械能的材料。作为压电材料的代表例，有作为钙钛矿型结晶结构的氧化物的钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)(下面称为PZT)。尤其是在钙钛矿型正方晶系结晶结构的PZT中，可在<001>轴向(c轴方向)上得到最大的压电位移。但是，多数压电材料是由结晶粒子的集合体构成的多晶体，各结晶粒子的结晶轴指向不同的方向。因此，自发极化Ps也不同排列。但是，随着近年来的电子设备的小型化，对压电元件也强烈要求小型化。另外，为了满足该要求，与以前多数使用的烧结体相比，以体积明显小的薄膜形式来使用压电元件。因此，压电元件的薄膜化的研究开发盛行。例如，在PZT中自发极化Ps指向<001>轴向，所以为了实现即使薄膜化也仍然高的压电特性(压电位移特性)，必需使构成PZT薄膜的结晶的<001>轴变为垂直于基板厚度方向一侧的面的方向。另外，以前，为了实现该情况，在结晶方位(100)面突出表面的、由岩盐型结晶结构的氧化镁(MgO)构成的单晶基板上，在600-700度(℃)的温度下，通过将PZT用作靶的溅射法直接形成<001>轴取向于垂直于该基板的厚度方向一侧的面的方向的、结晶性良好的PZT薄膜(例如参照应用物理杂志(Journal of Applied Physics，美国，美国物理学会，1989年2月15日，第65卷，第4号，p.1666-1670))。该方法的特征在于使用MgO单晶基板，由此开始实现具有高的压电特性的、优先取向于结晶方向的压电体薄膜。但是，因为该MgO单晶是价格非常高的材料，所以该方法在批量生产使用压电体薄膜的压电元件等工业制品时，从成本的观点看不优选。因此，作为在廉价的基板上形成由压电材料构成的结晶取向膜的方法，有例如作为后期退火方式的代表例的溶胶凝胶状态互换(solgel)法。下面，说明例如将SrTiO3基板用作基板的情况下的基于溶胶凝胶状态互换法的结晶取向膜的形成工序。首先，在通过溅射法形成于基板上的RuO2下部电极上，通过旋涂涂布Zr和Ti的浓度比为Zr/Ti＝75/25的溶胶液，并加热干燥，形成前驱体膜。之后，在该前驱体膜上，使用Zr和Ti的浓度比为Zr/Ti＝52/48的溶胶液形成多层前驱体膜，之后，在900度下高温烧结。从而，不产生裂纹地合成(001)结晶取向的PZT类压电体氧化膜薄膜(例如参照特开2000-208828号公报(第3-4页)。如上所述，通过形成结晶取向于作为压电常数大的结晶方向的(001)面上的PZT薄膜，可制作具有高的压电特性的压电体薄膜。这里，本专利技术者们开发出以不必后期退火的方式、例如溅射法来合成的方法，作为在廉价的基板上形成结晶取向膜的方法。下面，说明基于该方法的结晶取向膜的形成工序。首先，在基板上，通过溅射法形成由包含钛(Ti)的、铂(Pt)或铱(Ir)等贵金属合金构成的电极薄膜，作为基底电极。接着，在该电极薄膜上，通过溅射法形成作为钙钛矿型结晶结构的氧化物的钛酸镧铅(PLT)等的不含Zr的氧化物所构成、且结晶取向于(001)面的薄膜，作为初始层。之后，将该初始层作为基底，在该初始层上通过溅射法形成PZT，从而得到结晶取向于(001)面的PZT薄膜。并且，本专利技术者们发现当将包含钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、铁(Fe)、铜(Cu)的贵金属合金所构成的电极薄膜用作基底电极时，通过在该电极薄膜上直接形成PZT，可得到(001)结晶取向的PZT薄膜。如上所述，通过形成结晶取向于作为压电常数大的结晶方位的(001)面上的PZT薄膜，可制作具有高的压电特性的压电体薄膜。因为如上所述得到的压电体薄膜示出高的压电常数，所以即使施加电压低，也产生大的压电位移，因此，可期待被用作各种领域的致动器。另外，通过向上述压电体薄膜施加大的电压，还可进行更大的压电位移驱动。但是，若向以上述不必后期退火的溅射法形成PZT膜的致动器施加大的电压，则存在在作为基底电极的膜与钙钛矿型氧化物膜之间产生膜分离等问题，具有作为高位移的压电致动器其持久性低的缺点。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题作出，其目的在于提供一种即使为了得到大的致动器位移而以高电压驱动也示出高的持久性的、可靠性高的压电体元件。为了解决上述问题，本专利技术的压电元件具备第一电极膜；压电体层叠膜，由形成于该第一电极膜上的第一压电体膜、和形成于该第一压电体膜上且由所述第一压电体膜来控制结晶性的第二压电体膜构成；和形成于该第二压电体膜上的第二电极膜，其特征在于所述第一和第二压电体膜是结晶生长方向从所述压电体层叠膜的厚度方向一侧指向另一侧的柱状粒子的集合体，所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径比所述第一压电体膜的柱状粒子的截面直径大，所述压电体层叠膜的厚度l与所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径d的比l/d为20以上、60以下。这里，期望本专利技术的压电元件中，所述第一和第二压电体膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化学组成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二压电体膜的所述b值为0.50以上、0.60以下的相同值，所述第一压电体膜的Pb含量比所述第二压电体膜多，所述第一压电体膜的所述a值为0.05以上、0.15以下，所述第二压电体膜的所述a值为0以上、0.10以下。由此，第一电极膜与第一压电体膜的紧贴性变高。由此，即使施加大的电压，在第一电极膜与第一压电体膜之间也不会产生膜分离。因此，可实现在具有高的压电性的同时、不引起恶化的压电元件。另外，本专利技术的压电元件具备第一电极膜；形成于该第一电极膜上的缓冲层膜；压电体层叠膜，由形成于该缓冲层膜上的第一压电体膜、和形成于该第一压电体膜上且由所述第一压电体膜来控制结晶取向性的第二压电体膜构成；和形成于该第二压电体膜上的第二电极膜，其特征在于所述第一和第二压电体膜是结晶生长方向从所述压电体层叠膜的厚度方向一侧指向另一侧的柱状粒子的集合体，所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径比所述第一压电体膜的柱状粒子的截面直径大，所述压电体层叠膜的厚度l与所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径d的比l/d为20以上、60以下。这里，期望本专利技术的压电元件中，所述第一和第二压电体膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化学组成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二压电体膜的所述b值为0.50以上、0.60以下的相同值。由此，第一电极膜与第一压电体膜的紧贴性变高。由此，即使施加大的电压，在第一电极膜与第一压电体膜之间也不会产生膜分离。因此，可实现在具有高的压电性的同时、不引起恶化的压电元件。另外，通过如此导入缓冲层膜，容易制作形成于该缓冲层膜上的、与第一电极膜的紧贴性高的第一压电体膜。这里，期望本专利技术的压电元件中，缓冲层膜由钛酸镧铅或向钛酸镧铅中添加镁(Mg)和锰(Mn)中至少之一的材料构成。另外，期望本专利技术的压电元件中，缓冲层膜是包含锶(Sr)的钙钛矿型结晶结构的氧化物。另外，期望本专利技术的压电元件中，所述缓冲层膜含有钛酸锶。并且，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电元件，具备：第一电极膜；压电体层叠膜，由形成于该第一电极膜上的第一压电体膜、和形成于该第一压电体膜上且由所述第一压电体膜来控制结晶取向性的第二压电体膜构成；和形成于该第二压电体膜上的第二电极膜，其特征在于：所述第一和第二压电 体膜结晶生长方向从所述压电体层叠膜的厚度方向一侧指向另一侧的柱状粒子的集合体，所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径比所述第一压电体膜的柱状粒子的截面直径大，所述压电体层叠膜的厚度１与所述第二压电体膜的柱状粒子的截面直径ｄ的比 ｌ／ｄ为２０以上、６０以下。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鸟井秀雄，藤井映志，镰田健，藤井觉，
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]
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