[发明专利]压电元件、喷墨头、喷墨打印机以及压电元件的制造方法

说明书

作为压电元件的致动器是将包含钛(Ti)的密接层(24)、包含铂(Pt)的下部电极(25)、压电薄膜(26)以及上部电极按照这个顺序形成在基板上而构成的。在下部电极(25)上析出构成密接层(24)的Ti粒子(24a)。构成下部电极(25)的Pt的晶体粒径是75nm以上且150nm以下。

技术领域

本发明涉及将包含Ti(钛)的密接层、包含Pt(铂)的下部电极、压电薄膜及上部电极按照这个顺序形成在基板上而成的压电元件、具备该压电元件的喷墨头、具备该喷墨头的喷墨打印机以及上述压电元件的制造方法。

背景技术

以往以来，在致动器、传感器等中应用的压电元件中，使用了以 PZT(锆钛酸铅)为代表的压电体。作为压电体，以往使用了块(bulk) 材料，但近年来，由于小型化、薄型化的需求，研究并使用了薄膜的压电体(压电薄膜)。特别地，在使用压电元件作为喷墨头的致动器的情况下，为了印刷图像的高清晰化而需要高密度地配置喷嘴，所以与各喷嘴对应地使压电元件小型化变得重要。

作为压电薄膜的成膜方法，有溅射法、溶胶-凝胶法等。压电薄膜在成为基底的层上成膜，所以较强地受到成为基底的层的材料、取向等的影响。因此，为了提高压电薄膜的特性，使用了控制成为该基底的下部电极的取向、或者在下部电极与压电薄膜之间形成取向控制层等各种方法。

在下部电极中，使用Pt、Au(金)、Ir(铱)等贵金属的情形较多。另外，在下部电极与基板(例如带氧化膜的硅基板)之间，以提高它们的密接性为目的，设置包含Ti、TiOx(氧化钛)等的密接层的情况较多。例如，在专利文献1中，公开了将氧化硅膜、氧化钛膜(密接层)、包含Pt的下部电极、PZT膜(压电薄膜)、上部电极按照这个顺序层叠在硅基板上而成的压电元件。

另外，在上述专利文献1中，在下部电极上通过溅射法岛状地形成Ti，并将PZT膜成膜在其上。认为在通过在下部电极上岛状地形成Ti从而将PZT膜成膜在下部电极上时，岛状的Ti成为晶体核而控制PZT的取向，所以能够提高PZT的结晶性(取向性)而提高压电特性。

在例如专利文献2中，也公开了这样在下部电极上岛状地形成了成为晶体核的晶种之后将压电薄膜成膜的方法。在专利文献2中，在将包含Ti的密接层和包含Pt的下部电极按照这个顺序形成在基板上之后，在氧环境中对基板进行退火，从而使Ti扩散到Pt中，使包含 TiOx的种子岛状地分布在下部电极上。

另外，实际上，即使是真空装置的背压程度(10^-3Pa～10^-5Pa)，对于薄膜表面的原子的量也存在充足的量的氧，所以即使不在氧环境中进行退火，也可以一旦设定Pt成膜时的基板温度等成膜条件，就向下部电极上析出晶种(Ti)。

但是，如专利文献1那样，在下部电极上通过溅射法形成晶种 (Ti)的方法中，难以通过溅射法控制必要的Ti的量。

顺带地，在专利文献2中，下部电极表面中的晶种(TiOx)相对Pt的比例是1.5原子％左右。在下部电极上成膜的PZT等钙钛矿晶体的结晶性被该晶种的比值大幅影响，但难以通过溅射法控制该1.5 原子％左右的Ti的量。另外，虽然还取决于供给电力等其他条件，但即使在对晶种进行1原子层量成膜的情况下，其成膜时间是几秒左右，按照1.5原子％的比例在表面成膜的情况下，成膜时间变得更短。在溅射法中，以上述那样的短的成膜时间在基板上制作均匀的膜是非常困难的。另外，如果是不均匀的膜，则生产性显著降低。

相对于此，相比于通过溅射法形成晶种的方式，在使密接层的 Ti在下部电极上析出的方式中，通过Pt的成膜温度的控制，更易于恰当地控制Ti析出量，所以更易于在基板上均匀地形成Ti，在这一点上是有利的。

专利文献1：日本特开平11-191646号公报(参照权利要求1、8、段落〔0035〕、〔0063〕、〔0065〕、〔0066〕、图1等)

专利文献2：日本特开2003-188432号公报(参照权利要求1、段落〔0019〕、图1等)