[发明专利]钙钛矿型氧化物、铁电体膜及其制备方法、铁电体器件和液体排出装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿型氧化物，所述钙钛矿型氧化物是PZT类钙钛矿型氧化物。本发明还涉及含有该钙钛矿型氧化物的铁电体膜，以及用于制备该铁电体膜的方法。本发明还涉及包含该铁电体膜的铁电体器件，以及使用该铁电体器件的液体排出装置。

背景技术

迄今为止，压电器件已经用于诸如安装在喷墨式记录头上的致动器的用途，所述压电器件配置有压电体和用于跨过压电体施加电场的电极，所述压电体具有压电特性，使得压电体根据跨过压电体施加的电场的增强和降低而膨胀和收缩。作为压电体材料，迄今为止已经广泛采用钙钛矿型氧化物，如锆钛酸铅(PZT)。上述材料是在不施加电场时具有自发极化特性的铁电体物质。

从二十世纪60年代已经知道掺杂有价数高于被置换离子的价数的给体离子的PZT表现出比真正PZT的特性高的特性，如铁电性。作为能够在A位置换Pb²⁺离子的给体离子，已知的是Bi³⁺离子和各种镧系元素阳离子，如La³⁺离子。作为能够在B位置换Zr⁴⁺离子和/或Ti⁴⁺离子的给体离子，已知的是V⁵⁺离子，Nb⁵⁺离子，Ta⁵⁺离子，Sb⁵⁺离子，Mo⁶⁺离子，W⁶⁺离子等。

迄今为止，铁电体物质是使用例如下列技术制备的：其中将含有所需组成的组成元素的多种氧化物粒子混合在一起，并且其中将这样获得的粒子进行成型处理和焙烧处理的技术；或者其中将含有所需组成的组成元素的多种氧化物粒子分散在有机粘结剂中，并且其中将这样获得的分散体涂布在基板上并且焙烧的技术。使用上述用于制备铁电体物质的技术，通过在至少600℃的温度，通常在至少1,000℃的温度下焙烧处理，制备了铁电体物质。使用上述用于制备铁电体物质的技术，因为在高温热平衡状态下进行生产加工，因此具有不匹配的价数的掺杂剂不能以高浓度掺杂。

在例如“锆钛酸铅陶瓷中的杂质掺杂的效应(Effects of impurity dopingin lead zirconate-titanate ceramics)”，S.Takahashi，Ferroelectrics，第41卷，143-156页，1981中描述了关于各种给体离子对PZT块体陶瓷材料掺杂的研究。图15是说明上述文献的图14的图。具体地，图15是显示给体离子掺杂浓度和介电常数之间的关系的图。在图15中显示，在约1.0摩尔％(在图15的情况下对应约0.5重量％)的给体离子掺杂浓度，特性变得最佳，而在给体离子掺杂浓度高于约1.0摩尔％的情况下，特性变差。据推测，在给体离子掺杂浓度高于约1.0摩尔％的情况下，一部分给体离子，这部分给体离子由于价数不匹配而不能形成固溶体，在粒子边界经历偏析等，因此导致特性变差。

近来，在例如日本未审查专利出版物2006-96647，2001-206769，2001-253774和2006-188414中公开了其中给体离子在A位以比在S.Takahashi，Ferroelectrics(1981)，第41卷，143页的文献中的掺杂浓度更高的掺杂浓度掺杂的铁电体物质。

在日本未审查专利出版物2006-96647(其权利要求1)中公开了一种PZT类铁电体膜，其中在A位以落入大于0摩尔％至小于100摩尔％的范围内的掺杂浓度掺杂Bi，并且其中在B位以落入5摩尔％至40摩尔％的范围内的掺杂浓度掺杂Nb或Ta。所公开的铁电体膜是使用溶胶-凝胶技术形成的。溶胶-凝胶技术是热平衡处理。在日本未审查专利出版物2006-96647中公开的铁电体膜的情况下，为了可以促进烧结，并且为了可以获得热平衡状态，掺杂作为烧结助剂的Si是必要的。(可以参考例如，日本未审查专利出版物2006-96647的[0108]段)。

在日本未审查专利出版物2006-96647中，描述了在A位掺杂Bi的情况下，能够抑制氧不足，并且能够抑制电流泄漏。(可以参考例如，日本未审查专利出版物2006-96647的段[0040])。而且，在日本未审查专利出版物2006-96647中描述了，因为Bi的掺杂浓度和Nb或Ta的掺杂浓度被设定得高，因此极化-电场滞后的矩形性(rectangularity)能够得到提高，并且极化-电场滞后能够变得适当。(可以参考例如，日本未审查专利出版物2006-96647的段[0114])。