[发明专利]压电物质元件、液体排出头以及液体排出装置

说明书

本申请是申请日为2006年1月18日、申请号为200680002605.8、发明名称为“压电物质元件、压电物质膜制造方法、液体排出头以及液体排出装置”的专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明总的涉及一种展现更优越特征的压电物质元件，具体地说涉及一种适合于液体排出头(喷墨头)和MEMS(微机电系统)元件的压电物质元件。

背景技术

随着对MEMS和压电应用的研究的发展，期望展现良好特性的薄压电物质膜作为压电物质元件。压电物质元件按照将压电物质膜与电极压(pinch)在一起并向其施加电场的方式来膨胀和收缩，并且能用于电动机、超声电动机、致动器等等。大约50年前发现的PZT系列材料是用于该应用领域的主要材料。PZT材料的烧结温度等于或高于1100℃，并且存在采用溶胶-凝胶方法、溅射方法、MBE(分子束外延)方法、PLD(脉冲式激光沉积)方法、CVD(化学汽相沉积)方法等等的材料发展过程，以便将压电物质元件用作薄膜元件。但在用作薄膜的情况下，出现无法获得与陶瓷相同的特性的问题。为了解决这个问题，例如日本专利申请公开No.H08-116103公开了一种将结晶取向控制为(001)单晶体的方法。日本专利申请公开No.2000-332569(对应于美国专利No.6198208)提出采用90度的畴(domain)，在该畴中采取四方晶体结构的(100)取向和(001)取向混合存在。

即使通过日本专利申请公开No.H08-116103公开的方法，在高电场一侧仍然无法展现出与陶瓷相同的特性，由此压电物质元件在 作为元件的功能方面是较差的。此外，在日本专利申请公开No.2000-332569中公开的方法存在无法利用MPB(变晶相边界)区域的问题以及无法高度可再现地控制(100)取向与(001)取向的比例的问题。此外，作为薄膜元件来说，(100)取向比例增加的膜存在膜的持久性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，并提供一种展示高压电特性和更优越的持久性的压电物质元件，一种压电物质膜的制造方法，一种液体排出头和一种液体排出装置。根据本发明，还可以提供具有优异的位移可控制性和持久性的MEMS元件等。

根据本发明的压电物质元件的第一模式，提供了一种压电物质元件，其在基板上具有压电物质膜和一对与所述压电物质膜连接的电极，其中所述压电物质膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，Zr/(Zr+Ti)的组成比例大于0.4但小于0.7，所述压电物质膜是至少具有四方晶体a畴和c畴的膜，所述a畴和c畴相对于所述基板表面的角度在±10°的范围内，并且c畴体积与a畴和c畴的总体积之比等于或大于20％并且等于或小于60％。

根据本发明的压电物质元件的第二模式，提供了一种压电物质元件，其在基板上具有压电物质膜和一对与所述压电物质膜连接的电极，其中所述压电物质膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，Zr/(Zr+Ti)的组成比例大于0.4但小于0.7，所述压电物质膜是至少具有四方晶体a畴和c畴的膜，所述a畴和c畴相对于所述基板表面的角度在±10°的范围内，并且至少一些a畴和c畴处于孪晶对映关系，其中(NON)(N是整数)平面是孪晶面。

根据本发明的压电物质元件的第三模式，提供了一种压电物质元件，其具有压电物质膜和一对与所述压电物质膜连接的电极，其中所述压电物质膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，所述压电物质膜是具有四方晶体a畴和c畴的膜，并且在配置这些畴的[001]轴长度和[100] 轴长度中，[001]轴长度/[100]轴长度之比等于或大于1.004并且等于或小于1.040。

附图说明

图1是作为本发明压电物质膜的一个示例示出[100]轴和[001]轴的倾斜角的图，其中横轴代表(001)平面结构的体积[V(001)]与(001)平面结构和(100)平面结构的总体积[V(001)+V(100)]之比；

图2是示出在本发明压电物质膜的一个示例中c畴的体积与a畴和c畴的总体积之比和常数d之间的关系的图；

图3是示出在本发明压电物质膜的一个示例中的倒易空间映射的图；

图4是示出在本发明压电物质膜的一个示例中的倒易空间映射的图；

图5是示出本发明压电物质元件的结构示例的截面图；

图6是示出第二示例和第二对比示例的结果的图；

图7是示出在PZT(002)平面和PZT(200)平面上通过X射线衍射执行极点(pole)测量的结果的图；