專利名稱：壓電元件、噴墨頭、角速度傳感器及其制法、噴墨式記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呈現(xiàn)機(jī)電變換功能的壓電元件、使用該壓電元件的噴墨頭、角速度傳感器及其制造方法、以及配備上述噴墨頭來作為打印裝置的噴墨式記錄裝置。
背景技術(shù)：
通常，壓電材料是將機(jī)械能變換為電能、或?qū)㈦娔茏儞Q為機(jī)械能的材料。作為該壓電材料的代表，有鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的鈦酸鋯酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3)(下面稱為PZT)。在該P(yáng)ZT中，得到最大壓電變位的方向在正方晶系的情況下是<001>方向(c軸方向)，在菱面體晶系的情況下是<111>方向。但是，因?yàn)槎鄶?shù)壓電材料是由結(jié)晶粒子的集合體構(gòu)成的多晶體，所以各結(jié)晶粒子的結(jié)晶軸朝向任意方向。因此，自發(fā)極化Ps也任意排列。
但是，隨著近年來電子設(shè)備的小型化，也強(qiáng)烈要求使用壓電材料的壓電元件小型化。因此，為了滿足該要求，與以前用于多種用途的燒結(jié)體相比，趨于以可顯著減小體積的薄膜形態(tài)來使用壓電元件，針對這種壓電元件的薄膜化研究開發(fā)盛行。例如，在正方晶系PZT的情況下，自發(fā)極化Ps朝向c軸方向，所以為了即使薄膜化也可實(shí)現(xiàn)高的壓電特性，必需沿垂直于基板表面的方向?qū)R構(gòu)成PZT薄膜的結(jié)晶的c軸。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在以前使用濺射法，使用按照結(jié)晶方位(100)面在表面露出的方式切割的NaCl型結(jié)晶構(gòu)造的氧化鎂(MgO)構(gòu)成的單晶基板，在該基板上形成取向于(100)面的Pt電極薄膜，作為下部電極，并在該P(yáng)t電極上，以600-700℃的溫度下，形成沿垂直于該表面方向c軸取向的PZT薄膜(例如參照J(rèn)ournal of Applied Physics vol.65No.4(1989年2月15日，美國物理學(xué)會發(fā)行)pp1666-1670、特開平10-209517號公報)。此時，若在形成PZT薄膜之前，在取向于(100)面的Pt電極上形成由不存在Zr的PbTiO3或(Pb，La)TiO3構(gòu)成的膜厚為0.1微米的壓電體層，作為PZT薄膜之底層，在其上，通過濺射法形成膜厚為2.5微米的PZT薄膜，則在PZT薄膜形成初期，難以形成由Zr氧化物構(gòu)成的結(jié)晶性低的層，得到結(jié)晶性較高的PZT薄膜。即，得到(001)面取向度(α(001))大致為100％的PZT薄膜。
這里，由α(001)＝I(001)/∑I(hkl)來定義α(001)?！艻(hkl)是在X線衍射法中，使用Cu-Kα線時的2θ為10°-70°的鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造距PZT中各結(jié)晶面的衍射峰值強(qiáng)度的總和。另外，因?yàn)?002)面及(200)面是與(001)面及(100)面等價的面，所以不包含在∑I(hkl)內(nèi)。
但是，在上述方法中，因?yàn)槭褂肕gO單晶基板作為底基板，所以存在壓電元件價格高，從而使用該壓電元件的噴墨頭的價格也變高的問題。另外，存在基板材料也局限于MgO單晶這一種的缺點(diǎn)。
因此，作為在硅等廉價基板上形成PZT等鈣鈦礦型壓電材料的(001)面或(100)面結(jié)晶取向膜的方法，有各種形式。例如在特開平6-116095號公報中，公開了在取向于(111)面的Pt電極上涂布PZT或含有鑭的PZT的前驅(qū)體溶液，在使該前驅(qū)體溶液結(jié)晶化之前，首先在450-550℃下使之熱分解，之后，在550-800℃下加熱處理，使之結(jié)晶(溶膠·凝膠法)，從而可生成PZT膜的(100)面優(yōu)先取向膜。
另外，在特開2001-88294號公報中公開了通過在銥下部電極上形成極薄的鈦層，可抑制形成于其上的PZT膜的結(jié)晶取向性。該方法是如下制造方法，即，在硅等基板上形成以氧化鋯為主要成分的底層，在該底層上形成含有銥的下部電極，在該下部電極上層疊極薄的鈦層，在該鈦層上形成構(gòu)成具有壓電特性的強(qiáng)電介質(zhì)的、包含金屬元素及氧元素的非晶質(zhì)的壓電體前驅(qū)體薄膜，通過在高溫下熱處理該非晶質(zhì)薄膜的方法使之結(jié)晶化(溶膠·凝膠法)，變化為鈣鈦礦型壓電體薄膜，在該制造方法中，可通過鈦層的膜厚來控制PZT等壓電體薄膜的結(jié)晶取向性，若設(shè)鈦層膜厚為2-10nm，則得到(100)面取向膜。
并且，在特開平11-191646號公報中，公開了在使用溶膠·凝膠法法形成壓電體薄膜時，在(111)面取向的Pt電極上形成4-6nm的鈦層，通過將該鈦層的鈦氧化后的氧化鈦?zhàn)鳛楹?，得?100)面取向的PZT膜。
但是，上述任一方法中，因?yàn)橥ㄟ^作為不使用價格高的MgO單晶基板的方法而利用好的溶膠·凝膠法形成壓電體薄膜，所以如在MgO單晶基板上形成壓電體薄膜的情況那樣形成膜時，難以得到結(jié)晶取向的結(jié)晶性良好的膜。因此，通過首先形成非晶質(zhì)壓電體薄膜，對每個基板熱處理包含該壓電體薄膜的層疊膜，結(jié)晶軸可在相應(yīng)的方向上優(yōu)先取向。
另外，在溶膠·凝膠法中，若大量生產(chǎn)壓電元件，則在去除有機(jī)物的脫脂工序中，非晶質(zhì)的壓電體前驅(qū)體薄膜容易產(chǎn)生因體積變化引起的裂紋，并且，即使在高溫加熱非晶質(zhì)的壓電體前驅(qū)體薄膜使之結(jié)晶的工序中，因結(jié)晶變化也容易發(fā)生裂紋或與下部電極的膜剝離。
因此，作為解決溶膠·凝膠法中這些課題的方法，在特開2000-252544號公報或特開平10-81016號公報中，公開了向下部電極中添加鈦或氧化鈦是有效的。尤其是在特開平10-81016號公報中，公開了即使在使用濺射法的情況下，也可得到(100)面取向的PZT膜。但是，在下部電極上不能直接得到鈣鈦礦型PZT膜，最初在200℃以下的低溫下形成非結(jié)晶或焦綠石型結(jié)晶構(gòu)造的PZT膜，之后，通過在氧氣氣氛中在500-700℃的高溫下進(jìn)行熱處理使之結(jié)晶，與溶膠·凝膠法一樣，存在因在高溫加熱結(jié)晶工序下的結(jié)晶變化而容易產(chǎn)生裂紋或與下部電極剝離的缺點(diǎn)。另外，通過上述溶膠·凝膠法或?yàn)R射法形成的PZT膜的(001)面取向度或(100)面取向度無論哪種方法都在85％以下。
并且，在溶膠·凝膠法中，因?yàn)橐淮喂ば?前驅(qū)體溶液的涂布及之后的熱處理)中形成的PZT膜的膜厚充其量不過100nm左右，所以為了得到壓電元件必需的1微米以上的膜厚，必需反復(fù)10次以上上述工序，這樣會存在生產(chǎn)率低的問題。
另一方面，根據(jù)上述特開2001-88294號公報，通過作為暫時形成非晶質(zhì)薄膜，并通過熱處理等的后處理使之變化為結(jié)晶性薄膜后進(jìn)行合成的方法的溶膠·凝膠法(也包含MOD法)以外的方法、即不是利用熱處理的結(jié)晶工序而直接形成結(jié)晶性薄膜的成膜法、例如濺射法、激光打磨法、CVD法，嘗試向在表面形成有極薄鈦層的Ir底電極上的PZT取向控制，但除溶膠·凝膠法以外，得不到取向膜。原因在于，在溶膠·凝膠法中，從下部電極側(cè)向上部電極側(cè)緩慢進(jìn)行PZT膜的結(jié)晶，相對于此，在CVD法或?yàn)R射法等中，PZT膜的結(jié)晶隨意進(jìn)行，結(jié)晶無規(guī)律性，難以取向控制。
另外，在(111)面取向Pt電極層上形成厚度12nm以下的氧化鈦層，通過直接濺射法形成鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的鈦酸鉛膜或PZT膜的情況下，任一膜都表示(111)面取向性，得不到(100)面或(001)面取向膜(參照J(rèn)ournal of Applied Physics vol.83 No.7(1998年4月1日，美國物理學(xué)會發(fā)行)pp3835-3841)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此作出本發(fā)明，目的在于以低成本得到壓電特性好、可靠性高的壓電元件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成電極層，在該電極層上形成由菱面體晶系或正方晶系的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的壓電體層，使該壓電體層優(yōu)先取向于(001)面。
具體而言，本發(fā)明的壓電元件具備第1電極層、設(shè)置在該第1電極層上的壓電體層、和設(shè)置在該壓電體層上的第2電極層，其中，上述第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
通過上述結(jié)構(gòu)，若在基板上形成第1電極層，在該第1電極層上通過濺射法等形成壓電體層，則即使第1電極層是(111)面取向等，壓電體層也容易取向于(001)面(在菱面體晶系的情況下，因?yàn)?100)面與(001)面相同，所以包含該菱面體晶系的(100)面取向)中。即，向構(gòu)成該第1電極層的貴金屬中添加的添加物島狀散布在第1電極層的表面部中，作為該添加物的Mg、Ca、Sr、Ba等堿性金屬或Al因易氧化，即使不以氧化物的形態(tài)添加，如果在形成壓電體層時存在氧，則散布在該表面部中的添加物成為氧化物。另外，因?yàn)镸g、Ca、Sr及Ba的各氧化物是結(jié)晶構(gòu)造與MgO基板相同的NaCl型氧化物，所以壓電體層以上述添加物(氧化物)為核在其上側(cè)結(jié)晶生長，從而，在添加物上變?yōu)橐兹∠蛴?001)面。另外，Al的氧化物是Al2O3這一種，是穩(wěn)定氧化物，因此，通過最佳化形成壓電體層的條件，以Al(氧化鋁)為核在其上側(cè)結(jié)晶生長，穩(wěn)定取向于(001)面。另外，Al因?yàn)槠溲趸锓€(wěn)定，所以具有壓電元件的過程管理較容易、同時環(huán)境耐性也好的優(yōu)點(diǎn)。
另一方面，在第1電極層使用硅等基板的情況下，通常變?yōu)?111)面取向，因此，就壓電體層而言，在第1電極層表面部中不存在上述添加物的部分的上側(cè)區(qū)域中，變?yōu)?001)面以外的面取向(例如(111)面取向)，變?yōu)榉墙Y(jié)晶。但是，這種未變?yōu)?001)面取向的區(qū)域僅存在于壓電體層中的第1電極層側(cè)的表面附近部(充其量距該表面20nm左右的范圍)。即，因?yàn)樵诎醯哪夥諝庀?001)面容易生長，所以可在上述添加物上的壓電膜的(001)面結(jié)晶生長速度快，以反圓錐形狀橫向擴(kuò)展，同時在(001)面以外的結(jié)晶生成速度慢的面取向的結(jié)晶粒子(例如(111)取向的粒子等)的生長被抑制狀態(tài)下，引起膜生長，所以關(guān)聯(lián)結(jié)晶生長，在該區(qū)域與層厚方向垂直截面中的面積從第1電極層側(cè)向其相反側(cè)(第2電極層側(cè))變大，由此，未變?yōu)?001)面取向的區(qū)域變小，在壓電體層厚度變?yōu)?0nm左右后的階段中，基本上整體變?yōu)?001)面取向的區(qū)域。結(jié)果，若設(shè)壓電體層為例如0.5微米以上的膜厚，則足以得到90％以上的(001)面取向度。
因此，即使是在廉價的硅等基板上通過溶膠·凝膠法以外的、不是利用熱處理的結(jié)晶化工序而直接形成結(jié)晶性薄膜的成膜法(濺射法或CVD法等)，也可得到取向性好的壓電體層，由此，可將壓電特性差異抑制得低，同時，可提高可靠性。即，因?yàn)閴弘娫挥糜谘卮怪庇谄鋲弘婓w層的膜表面方向施加電場，所以尤其是對正方晶系鈣鈦礦型PZT膜而言，通過(001)面取向，電場方向變?yōu)榕c<001>極化軸方向平行，可得到大的壓電特性。另外，因?yàn)槭┘与妶霾粫饦O化旋轉(zhuǎn)，所以可將壓電特性差異抑制得低，同時，可提高可靠性。另一方面，就菱面體晶系鈣鈦礦型PZT膜而言，因?yàn)闃O化軸為<111>方向，所以通過(100)面取向，在電場方向與極化軸方向之間產(chǎn)生約54°的角度，從而提高(100)面取向性，由此，極化相對電場施加可始終保持一定的角度，所以該情況下施加電場也不會引起極化旋轉(zhuǎn)，從而可將壓電特性差異抑制得低，同時，可提高可靠性(例如在無取向的PZT膜的情況下，因?yàn)闃O化朝向各種方向，所以若施加電場，則極化軸變?yōu)槌蚺c電場平行的方向，所以壓電特性具有電壓依賴性，差異變大，產(chǎn)生經(jīng)時變化，可靠性成問題)。
另外，即使不使用價格高的MgO單晶基板，也由于容易得到具有良好取向性的壓電體層，所以通過使用廉價的玻璃基板、金屬基板、陶瓷基板、Si基板等，可降低制造成本。
并且，即使壓電體層的膜厚在1微米以上，也不必象溶膠·凝膠法那樣重復(fù)幾次相同工序，可通過濺射法等容易形成壓電體層，可抑制生產(chǎn)率的降低。
在上述壓電元件中，期望在上述第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
由此，若通過濺射法等在第1電極層上形成取向控制層，則即使第1電極層為(111)面取向等，也與上述壓電元件的壓電體層一樣，取向控制層容易取向于(100)面或(001)面(在立方晶系的情況下，(100)面與(001)面相同)中。若在如此形成的取向控制層上形成結(jié)晶構(gòu)造與該取向控制層一樣的壓電體層，則壓電體層通過該取向控制層變?yōu)?001)面取向。通過設(shè)置這種取向控制層，可在壓電體層中使用壓電特性好的壓電材料，并且可在取向控制層中使用進(jìn)一步提高結(jié)晶性和取向性的材料，結(jié)果，容易得到結(jié)晶取向性高且穩(wěn)定的壓電體層。另外，取向控制層中未取向于(100)面或(001)面的區(qū)域不僅存在于第1電極層的表面附近，也可存在于壓電體層側(cè)的表面中。即使在這種情況下，若取向控制層的層厚大于0.01微米，則壓電體層側(cè)的表面的大部分變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域，壓電體層的(001)面取向度在90％以上。
上述取向控制層最好由鋯的含有量在0以上20摩爾％以下、且鑭的含有量為0以上30摩爾％以下的鈦酸鑭鋯酸鉛構(gòu)成。
若將這種鈦酸鑭鋯酸鉛(PLZT；包含鋯的含有量為0的情況下的鈦酸鑭鉛(PLT))用于取向控制層，則取向控制層通過(100)面或(001)面取向變得更容易，進(jìn)而可提高壓電體層的取向性。并且，若如此設(shè)鋯的含有量20摩爾％以下，則在結(jié)晶生長初期難以形成由Zr氧化物構(gòu)成的結(jié)晶性低的層，與設(shè)鑭的含有量30摩爾％以下相結(jié)合，可確實(shí)抑制取向控制層的結(jié)晶性降低，由此可提高耐壓。從而，可確實(shí)提高壓電體層的結(jié)晶性和取向性，可進(jìn)一步提高壓電元件的壓電特性。
另外，上述取向控制層也可由包含鍶的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，此時，優(yōu)選含有鈦酸鍶。
由此，包含鍶的鈣鈦礦型氧化物與PZT等相比，可低溫形成，容易得到取向性及結(jié)晶性好的薄膜，尤其是若含有鈦酸鍶，則可確實(shí)提高取向控制層的(100)面或(001)面取向性及結(jié)晶性，從而可提高壓電元件的取向性。
另外，上述取向控制層中鈦酸鍶的含有量優(yōu)選5摩爾％以上100摩爾％以下。
即，若含有5摩爾％以上的鈦酸鍶，則可確實(shí)提高取向控制層的取向性和結(jié)晶性。此時，取向控制層既可僅由鈦酸鍶構(gòu)成(含有100摩爾％)，也可由鈦酸鍶與鈦酸鉛或PLZT、鈦酸鋇等的固溶體構(gòu)成。
上述壓電元件中，上述第1電極層優(yōu)選由從鉑、銥、鈀及釕的組中選擇的至少1種貴金屬構(gòu)成。
由此，足以忍耐通過濺射法等形成壓電元件各膜時的溫度，同時可得到適于作為電極的材料。
另外，在上述壓電元件中，上述第1電極層中添加物的添加量優(yōu)選0以上20摩爾％以下。
即，若添加物的添加量超過20摩爾％，則取向控制層的結(jié)晶性及取向性低，因此設(shè)為20摩爾％以下好。
并且，在上述壓電元件中，上述壓電體層優(yōu)選由以鈦酸鋯酸鉛作為主要成分的壓電材料構(gòu)成。
由此，可得到壓電特性好的壓電材料，得到高性能的壓電元件。
另外，在上述壓電元件中，優(yōu)選在基板上設(shè)置第1電極層，在上述基板與第1電極層之間設(shè)置提高該基板與第1電極層附著性的附著層。
從而，可提高基板與第1電極層的附著性，可防止制造壓電元件時的膜剝離。
本發(fā)明的第1噴墨頭具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第2電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上、具有容納墨水的壓力室，通過上述壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使上述振動層沿層厚方向變位，吐出上述壓力室內(nèi)的墨水，其中，上述壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
由此，若通過濺射法等依次在基板上形成第1電極層、壓電體層、第2電極層及振動層，在該振動層上接合壓力室部件后，去除上述基板，則得到具備與上述本發(fā)明的壓電元件一樣構(gòu)成的壓電元件的噴墨頭，可使壓電元件的壓電體層的(001)面取向度在90％以上。由此，得到噴墨性能差異少、持久性好的噴墨頭。
在上述第1噴墨頭中，優(yōu)選在上述壓電元件的第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
由此，若通過濺射法等依次在基板上形成第1電極層、取向控制層、壓電體層、第2電極層及振動層，在該振動層上接合壓力室部件后，去除上述基板，則得到噴墨性能穩(wěn)定且持久性好的噴墨頭。
本發(fā)明的第2噴墨頭具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第1電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上、具有容納墨水的壓力室，通過上述壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使上述振動層沿層厚方向變位，吐出上述壓力室內(nèi)的墨水，其中，上述壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
由此，若將壓力室部件作為基板，通過濺射法等依次在其上形成振動層、第1電極層、壓電體層及第2電極層，則可得到具有與上述第1噴墨頭一樣的作用效果的噴墨頭。
在上述第2噴墨頭中，期望在上述壓電元件的第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
由此，若將壓力室部件作為基板，通過濺射法等依次在其上形成振動層、第1電極層、取向控制層、壓電體層及第2電極層，則可得到具有與在壓電元件中設(shè)置取向控制層的第1噴墨頭一樣的作用效果的噴墨頭。
本發(fā)明的角速度傳感器具備基板，該基板具有固定部、和從該固定部沿規(guī)定方向延伸的至少一對振動部，在該基板的至少各振動部上依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層，該各振動部上的第2電極層被圖案形成為使該振動部沿振動部寬度方向振動的至少1個驅(qū)動電極、和檢測該振動部厚度方向變形的至少1個檢測電極，上述第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
由此，通過向第2電極層的驅(qū)動電極及第1電極層之間施加電壓，使基板的各振動部沿振動部的寬度方向振動，若振動時振動部由于科里奧利力沿厚度方向變形，則在第2電極層的檢測電極及第1電極層間發(fā)生電壓，可根據(jù)該電壓的大小(科里奧利力)來檢測角速度。另外，因?yàn)槿绱藱z測角速度的部分(振動部)由與上述本發(fā)明的壓電元件一樣的壓電元件構(gòu)成，所以壓電常數(shù)可比現(xiàn)有使用水晶的角速度傳感器還大40倍左右，可非常小型化。另外，即使工業(yè)上批量生產(chǎn)，特性的再現(xiàn)性也好，可得到差異少、耐壓及可靠性好的角速度傳感器。
在上述角速度傳感器中，優(yōu)選在上述第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
作為本發(fā)明的壓電元件的制造方法，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；和在上述壓電體層上形成第2電極層。
由此，可容易制造本發(fā)明的壓電元件。
另外，也可包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成取向控制層，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在上述取向控制層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；和在上述壓電體層上形成第2電極層。
由此，可容易制造在第1電極層與壓電體層之間設(shè)置取向控制層的壓電元件。
作為上述第1噴墨頭的制造方法，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；在上述第2電極層上形成振動層；將形成壓力室用的壓力室部件和上述振動層的與第2電極層相反側(cè)的面接合；和在上述接合工序后，去除上述基板。
由此，可容易制造上述第1噴墨頭。
另外，也可包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及他們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成取向控制層，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在上述取向控制層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；在上述第2電極層上形成振動層；將形成壓力室用的壓力室部件和上述振動層的與第2電極層相反側(cè)的面接合；和在上述接合工序后，去除上述基板。
由此，可容易制造在壓電元件中設(shè)置取向控制層的第1噴墨頭。
作為上述第2噴墨頭的制造方法，包含如下工序在形成壓力室用的壓力室基板上形成振動層；通過濺射法在上述振動層上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；和在上述壓力室基板中形成壓力室。
由此，可容易制造第2噴墨頭。
另外，也可包含如下工序在形成壓力室用的壓力室基板上形成振動層；通過濺射法在上述振動層上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成取向控制層，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在上述取向控制層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；和在上述壓力室基板中形成壓力室。
由此，可容易制造在壓電元件中設(shè)置取向控制層的第2噴墨頭。
作為上述角速度傳感器的制造方法，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；布圖上述第2電極層，形成上述驅(qū)動電極和檢測電極；布圖上述壓電體層及第1電極層；和布圖上述基板，形成上述固定部和振動部。
由此，可容易制造上述角速度傳感器。
另外，也可包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在上述第1電極層上形成取向控制層，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在上述取向控制層上形成壓電體層，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在上述壓電體層上形成第2電極層；布圖上述第2電極層，形成上述驅(qū)動電極和檢測電極；布圖上述壓電體層、取向控制層及第1電極層；和布圖上述基板，形成上述固定部和振動部。
由此，可容易制造在檢測角速度的部分中設(shè)置取向控制層的角速度傳感器。
本發(fā)明的第1噴墨式記錄裝置，具備噴墨頭，該噴墨頭具有依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第2電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上，具有容納墨水的壓力室，并且該噴墨頭可相對記錄媒體移動，當(dāng)該噴墨頭相對記錄媒體移動時，通過該噴墨頭中壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)，使上述振動層沿層厚方向變位，從連通該壓力室的噴嘴孔向上述記錄媒體吐出上述壓力室內(nèi)的墨水，進(jìn)行記錄，其中，上述噴墨頭中壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
另外，本發(fā)明的第2噴墨式記錄裝置，具備噴墨頭，該噴墨頭具有依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第1電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上，具有容納墨水的壓力室，并且該噴墨頭可相對記錄媒體移動，當(dāng)該噴墨頭相對記錄媒體移動時，通過該噴墨頭中壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)，使上述振動層沿層厚方向變位，從連通該壓力室的噴嘴孔向上述記錄媒體吐出上述壓力室內(nèi)的墨水，進(jìn)行記錄，其中，上述噴墨頭中壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，上述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
在這些第1及第2噴墨式記錄裝置中，打印性能及持久性非常好。
在上述第1及第2噴墨式記錄裝置中，優(yōu)選在噴墨頭中壓電元件的第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
由此，穩(wěn)定且容易得到打印性能及持久性非常好的噴墨式記錄裝置。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的壓電元件的截面圖。
圖2是模式表示圖1的壓電元件中的取向控制層構(gòu)造的放大截面圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式的其它壓電元件的截面圖。
圖4是模式表示圖3的壓電元件中的壓電體層構(gòu)造的放大截面圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式的噴墨頭整體構(gòu)成的立體圖。
圖6是表示圖5的噴墨頭中壓力室部件及致動器部主要部分的分解立體圖。
圖7是表示圖5的噴墨頭中壓力室部件及致動器部主要部分的截面圖。
圖8A-圖8C是表示圖5的噴墨頭制造方法中的層疊工序、壓力室用開口部的形成工序及粘接劑的附著工序的圖。
圖9A及圖9B是表示圖5的噴墨頭制造方法中的成膜后基板與壓力室部件的接著工序及縱壁形成工序的圖。
圖10A及圖10B是表示圖5的噴墨頭制造方法中的基板(成膜用)及附著層的去除工序及第1電極層分立化工序的圖。
圖11A及圖11B是表示圖5的噴墨頭制造方法中的取向控制層及壓電體層分立化工序與基板(壓力室部件用)的切斷工序的圖。
圖12A-圖12D是表示圖5的噴墨頭制造方法中的墨水流路部件及噴嘴板的生成工序、墨水流路部件及噴嘴板的接著工序、壓力室部件與墨水流路部件的接著工序及完成的噴墨頭的圖。
圖13是表示圖5的噴墨頭制造方法中、成膜后的Si基板與壓力室部件用Si基板的接著狀態(tài)的平面圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施方式的其它噴墨頭中壓力室部件及致動器部主要部分的截面圖。
圖15A及圖15B是表示圖14的噴墨頭制造方法中的層疊工序及壓力室形成工序的圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施方式的噴墨式記錄裝置的示意立體圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施方式的角速度傳感器的示意立體圖。
圖18是圖17的XVIII-XVIII線截面圖。
圖19A-圖19F是表示圖17的角速度傳感器制造方法的圖。
圖20是表示角速度傳感器制造方法中，第2電極層圖案化后的狀態(tài)的平面圖。
圖21是表示使用水晶的現(xiàn)有角速度傳感器的示意立體圖。
圖22是圖21的XXII-XXII線截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的壓電元件，圖中，11是由厚度為0.3mm的φ為4英寸的硅(Si)晶片構(gòu)成的基板，在該基板11上，形成厚度為0.02微米、由鈦(Ti)構(gòu)成的附著層12。另外，上述基板11不限于Si，也可以是玻璃基板、金屬基板、陶瓷基板等。
在上述附著層12上，形成厚度為0.22微米、由添加了3.2摩爾％Sr的鉑(Pt)構(gòu)成的第1電極層14。該第1電極層14為(111)面取向。
在上述第1電極層14上形成取向控制層15，取向控制層15由鑭(La)的含有量為10摩爾％、且鉛的含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩8摩爾％的、具有立方晶系或正方晶系的鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的PLT構(gòu)成。該取向控制層15優(yōu)先取向于(100)面或(001)面，其膜厚為0.03微米。另外，取向控制層15的膜厚為0.01-0.2微米的范圍就可以。
在上述取向控制層15上形成厚度為3微米、由具有菱面體晶系或正方晶系的鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造的PZT構(gòu)成的壓電體層16。該壓電體層16優(yōu)先取向于(001)面。上述PZT的組成是正方晶與菱面體晶的晶界(變形相晶界)附近的組成(Zr/Ti＝53/47)。另外，壓電體層16中的Zr/Ti組成不限于Zr/Ti＝53/47，也可以是Zr/Ti＝30/70-70/30。另外，壓電體層16的構(gòu)成材料可以是PZT中含有Sr、Nb、Al等添加物等那樣以PZT為主要成分的壓電材料，也可以是PMN或PZN。并且，膜厚在0.5-5.0微米的范圍即可。
在上述壓電體層16上形成厚度為0.2微米、由Pt構(gòu)成的第2電極層17。另外，第2電極層17的材料不限于Pt，導(dǎo)電性材料即可，膜厚在0.1-0.4微米的范圍即可。
該壓電元件通過濺射法在上述基板11上依次成膜而層疊附著層12、第1電極層14、取向控制層15、壓電體層16及第2電極層17。成膜法不限于濺射法，只要不是利用熱處理的結(jié)晶化工序而直接形成結(jié)晶性薄膜的成膜法(例如CVD法等)即可。另外，附著層12及第2電極層17的成膜法也可是溶膠·凝膠法等。
上述附著層12用于提高上述基板11與第1電極層14的附著性，不限于Ti，也可由鉭、鐵、鈷、鎳或鉻或其(包含Ti)的化合物構(gòu)成。另外，膜厚在0.05-1微米的范圍即可。因?yàn)樵摳街鴮?2不是必需的，所以也可直接在基板11上形成第1電極層14。
上述第1電極層14不僅具有作為電極的作用，而且還承擔(dān)通過添加Sr、使上述取向控制層15優(yōu)先取向于(100)面或(001)面的作用，作為具有這種作用的添加物，不限于Sr，也可以是從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物。該添加物的添加量優(yōu)選0以上20摩爾％以下。另外，第1電極層14的材料從Pt、銥、鈀及釕的組中選擇至少一種貴金屬即可，膜厚在0.05-2微米的范圍即可。
上述取向控制層15使上述壓電體層16的結(jié)晶性及(001)面取向性提高，因此，為含有La且不含Zr、鉛含有量比化學(xué)量理論組成多的PLT。另外，從提高壓電體層16的結(jié)晶性及取向性的觀點(diǎn)來看，La的含有量在0以上且30摩爾％以下即可，鉛含有量過剩0以上而30摩爾％以下即可。另外，構(gòu)成取向控制層15的材料不限于上述PLT，也可是在PLT中含有鋯的PLZT，也可向PLT或PLZT中添加鎂及錳至少之一。上述鋯的含有量優(yōu)選20摩爾％以下，在添加鎂及錳至少之一的情況下，總添加量優(yōu)選0以上10摩爾％以下(也可是至少一方的添加量為0)。另外，取向控制層15為了使壓電體層16的結(jié)晶性及(001)面取向性提高，也可由與PZT等相比可低溫形成的、包含鍶的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。此時，特別是優(yōu)選鈦酸鍶(SrTiO3)，該鈦酸鍶的含有量優(yōu)選5摩爾％以上100摩爾％以下，也可僅含有鈦酸鍶(含有100摩爾％)，除鈦酸鍶外，也可含有鈦酸鉛或PLZT、鈦酸鋇等，與鈦酸鍶形成固溶體。
另外，如圖2所示，上述取向控制層15中的第1電極層14側(cè)的表面附近部具有如下結(jié)構(gòu)(100)面或(001)面取向區(qū)域15a存在于位于第1電極層14中的取向控制層15側(cè)的表面部中的Sr上，上述區(qū)域15a在垂直于層厚方向的截面中的面積從第1電極層14側(cè)向壓電體層16側(cè)變大。另一方面，因?yàn)榈?電極層14為(111)面取向，所以取向控制層15中在第1電極層14的表面部中不存在Sr的部分的上側(cè)區(qū)域15b，不取向于(100)面或(001)面，這里，變?yōu)?111)面取向(因第1電極層14的材料變?yōu)?111)面以外的取向，變?yōu)榉墙Y(jié)晶)。這種未變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域15b僅存在于取向控制層15的距第1電極層14側(cè)表面最大不過20nm左右的范圍內(nèi)，若取向控制層15的膜厚在0.02微米以上，則取向控制層15的壓電體層16側(cè)的表面的大致整體變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域15a。
上述壓電體層16通過上述取向控制層15優(yōu)先取向于(001)面，其(001)面取向度α大于90％。
另外，取向控制層15的壓電體層16側(cè)的全部表面不必都變?yōu)樯鲜鰠^(qū)域15a，若膜厚比0.02微米小，則可能部分存在未取向于(100)面及(001)面的區(qū)域15b。但是，即使在該情況下，若取向控制層15的層厚在0.01微米以上，則壓電體層16側(cè)的大部分表面變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域，壓電體層16的(001)面取向度可在90％以上。
下面，說明上述壓電元件的制造方法。
即，通過濺射法依次在Si基板11上成膜附著層12、第1電極層14、取向控制層15、壓電體層16及第2電極層17。
使用Ti靶，將基板11加熱到400℃、并施加100W的高頻功率，在1Pa氬氣中，形成1分鐘，得到上述附著層12。
使用含有3摩爾％Sr的Pt合金靶，將基板11將基板11加熱到500℃、并在1Pa氬氣中，利用200W的高頻功率，形成12分鐘，得到上述第1電極層14。Sr以島狀散布在如此得到的第1電極層14中與附著層12相反的表面部中。
使用向含有13摩爾％鑭的PLT中加入多于12摩爾％的氧化鉛(PbO)后并進(jìn)行混合的燒結(jié)靶，在基板11的溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成12分鐘，得到上述取向控制層15。
據(jù)此，取向控制層15以散布在第1電極層14中的取向控制層15側(cè)的表面部中的Sr為核，結(jié)晶生長，由此，在Sr上可容易取向于(100)面或(001)面。即，Sr由于容易氧化即使不以氧化物的形態(tài)添加Sr，也可通過形成取向控制層15時的氧，將散布在其表面部中的Sr變?yōu)檠趸J，因?yàn)檠趸J是與MgO基板結(jié)晶構(gòu)造相同的Nacl型氧化物，所以取向控制層15以Sr(氧化鍶)為核，并在其上側(cè)結(jié)晶生長，由此，在Sr上可容易取向于(100)面或(001)面。
另外，如上所述，作為第1電極層14的添加物例舉的Mg、Ca及Ba也是與Sr相同的堿性金屬，容易氧化，變?yōu)镹acl型氧化，所以取向控制層15以該添加物(氧化物)為核，并在其上側(cè)結(jié)晶生長，由此，在添加物上可容易取向于(100)面或(001)面。另外，Al的氧化物是Al2O3這一種，是穩(wěn)定的氧化物，所以通過最佳化形成壓電體層的條件(例如在通過濺射法來形成壓電體層的情況下，使用氬與氧的混合氣體來作為濺射氣體，較小地設(shè)氧氣分壓為5％以下)，以Al(氧化鋁)為核，在其上側(cè)結(jié)晶生長，穩(wěn)定取向于(001)面。
另一方面，因?yàn)榈?電極層14變?yōu)?111)面取向，所以取向控制層15在第1電極層14表面部中不存在Sr的部分的上側(cè)區(qū)域中不變?yōu)?100)面或(001)面取向(這里，變?yōu)?111)面取向)。但是，在包含氧的成膜氣氛下，(001)面容易生長，所以可在Sr上的PLT膜的(001)面的結(jié)晶生長速度快，以反圓錐形狀橫向擴(kuò)展，并且在抑制取向于結(jié)晶生長速度慢的(111)面的結(jié)晶粒子生長的狀態(tài)下引起膜生長，所以關(guān)聯(lián)結(jié)晶生長，(100)面或(001)面取向的區(qū)域擴(kuò)大，另一方面，(111)面取向的區(qū)域變小。結(jié)果，如上所述，取向控制層15中第1電極層14側(cè)的表面附近部具有在位于第1電極層14中取向控制層15側(cè)的表面部中的Sr上存在的(100)面或(001)面取向的區(qū)域15a、和在第1電極層14表面部中不存在Sr的部分的上側(cè)存在的、且未變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域15b，該(100)面或(001)面取向的區(qū)域15a從第1電極層14側(cè)向其相反側(cè)(壓電體層16側(cè))變寬，在取向控制層15的厚度變?yōu)?0nm左右后的階段中，大致整體變?yōu)?001)面取向的區(qū)域15a。結(jié)果，若取向控制層15的厚度只要為0.03微米，則取向控制層15的壓電體層16側(cè)的表面整體變?yōu)?100)面或(001)面取向的區(qū)域15a。
使用PZT(Zr/Ti＝53/47)的燒結(jié)體靶，在基板11的溫度570℃下，在氬與氧的混合氣氛中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度0.3Pa、高頻功率250W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層16。壓電體層16通過上述取向控制層15的壓電體層16側(cè)的表面變?yōu)?100)面或(001)面取向，變?yōu)?001)面取向(這里，因?yàn)槭荶r/Ti＝53/47，所以變?yōu)榱饷骟w晶系，在該菱面體晶系的情況下，因?yàn)?100)面與(001)面相同，所以包含該菱面體晶系的(100)面取向)，(001)面取向度(菱面體晶系的(100)面取向度)變?yōu)?0％以上。另外，因?yàn)槿∠蚩刂茖?5的結(jié)晶性好，所以壓電體層16的結(jié)晶性也好。
使用Pt靶，在室溫下，在1Pa氬氣中200W的高頻功率下形成10分鐘，得到上述第2電極層17。
因此，在上述實(shí)施方式中，即使不使用高價格的MgO的單晶基板，也可通過濺射法在廉價的硅基板11上成膜，得到結(jié)晶性及取向性好的壓電體層16，可降低制造成本，并且將壓電元件的壓電特性差異抑制得低，同時，可提高可靠性。另外，因?yàn)槿∠蚩刂茖?5中不含有鋯，所以難以形成由Zr氧化物構(gòu)成的結(jié)晶性低的層，由此，可提高壓電元件的耐壓。
另外，不一定必需上述取向控制層15，如圖3所示，也可直接在第1電極層14上形成壓電體層16。此時，壓電體層16與上述取向控制層15一樣，以Sr為核，在其上側(cè)結(jié)晶生長，在Sr上取向于(001)面。另外，如圖4所示，壓電體層16中的第1電極層14側(cè)的表面附近部具有如下結(jié)構(gòu)(001)面取向的區(qū)域16a存在于位于第1電極層14中的壓電體層16側(cè)的表面部的Sr上，上述區(qū)域16a在與層厚方向垂直的截面中的面積從第1電極層14側(cè)向第2電極層17側(cè)變大。另一方面，壓電體層16在第1電極層14的表面部中不存在Sr部分的上側(cè)區(qū)域16b中，不取向于(001)面，這里，變?yōu)?111)面取向(因第1電極層14的材料，變?yōu)?111)面以外的取向，變?yōu)榉墙Y(jié)晶)。這種未變?yōu)?001)面取向的區(qū)域16b僅存在于距壓電體層16的第1電極層14側(cè)的表面最大也不過20nm左右的范圍內(nèi)，在壓電體層16的厚度變?yōu)?0nm左右的階段中，大致整體變?yōu)?001)面取向的區(qū)域。結(jié)果，若設(shè)壓電體層為例如0.5微米以上的膜厚，則可足以得到大于90％的(001)面取向度。
下面，說明具體實(shí)施的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)實(shí)施例1的各膜的材料、膜厚、制造方法等與上述實(shí)施方式中說明的一樣。在實(shí)施例1的壓電元件的各膜中看不見裂紋或膜剝離。
研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成。即，根據(jù)X射線衍射法的分析，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝97％。另外，X射線微量分析儀進(jìn)行組成分析的結(jié)果，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成。即，通過X射線衍射法進(jìn)行分析的結(jié)果，Pt膜表示(111)面取向。另外，通過X射線光電子光譜學(xué)(XPS)進(jìn)行距表面5nm深度處的組成分析的結(jié)果，Sr量為3.2摩爾％。
接著，研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成。該取向控制層PLT膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Sr部分的上側(cè)。另外，X射線微量分析儀進(jìn)行組成分析的結(jié)果，含有10摩爾％的鑭，含有過剩8摩爾％的Pb。
下面，使用形成第2電極層之前狀態(tài)的壓電元件，制作100個通過切割切成15mm×2mm的懸臂，通過濺射法形成0.2微米厚的第2電極層，測定壓電常數(shù)d31(就壓電常數(shù)d31的測定方法而言，例如參照特開2001-21052號公報)。該100個懸臂的壓電常數(shù)的平均值為-125pC/N，差異為σ＝4.0％。
之后，通過濺射法，使用金屬掩膜，以10mm間隔形成65個上述壓電元件的第2電極層，作為1mm見方、0.2微米厚的Pt膜，向各第2電極層與第1電極層之間施加電壓，測定耐壓。另外，耐壓值為電流值因施加電壓而變?yōu)?微安時的值。結(jié)果，耐壓值平均為124V，差異為σ＝4.1％。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例2中，設(shè)基板為0.25mm厚、φ為4英寸不銹鋼(SUS304)，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的鉭(Ta)膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有9摩爾％氧化鍶的Pt膜，在取向控制層中使用膜厚為0.03微米、含有17摩爾％的鑭和10摩爾％的鋯、且鉛含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩6摩爾％的PLZT膜，在壓電體層中使用膜厚為2.8微米的PZT膜(Zr/Ti＝40/60)，在第2電極層中使用膜厚為0.1微米的Pt膜。
使用Ta靶，將基板加熱到500℃、并施加100W的高頻功率，在1Pa的氬氣中，形成1分鐘得到上述附著層。
使用向含有10摩爾％Sr的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，并在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝15∶1)，在200W高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
使用在含有20摩爾％的鑭和10摩爾％的鋯的PLZT中加入過剩10摩爾％的氧化鉛(PbO)并進(jìn)行混合的燒結(jié)靶，在基板溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成15分鐘，得到上述取向控制層。
使用PZT(Zr/Ti＝40/60)的燒結(jié)靶，在基板溫度590℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.3Pa、高頻功率250W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層。
與上述實(shí)施例1一樣得到上述第2電極層(但是，形成時間不同)。
在實(shí)施例2的壓電元件的各膜中看不見裂紋或膜剝離。在用與上述實(shí)施例1一樣的方法研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成后，壓電體層表示(001)面取向正方晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(001)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為40/60。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，氧化鍶量為9摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，該膜表示(001)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層的表面中不存在氧化鍶部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.1微米厚的Pt膜)測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-132pC/N，差異為σ＝2.5％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.1微米厚的Pt膜)，測定耐壓，耐壓值平均為130V，差異為σ＝4.4％。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，設(shè)基板為0.5mm厚的鋇硼硅酸玻璃(100mm方形大小)，分別在附著層中使用膜厚為0.005微米的鎳(Ni)膜，在第1電極層中使用膜厚為0.15微米、含有18摩爾％Ca的銥(Ir)膜，在取向控制層中使用膜厚為0.02微米、由含有18摩爾％Sr的鈦酸鍶和含有15摩爾％Zr且鉛含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩16摩爾％的PZT的固溶體構(gòu)成的膜，在壓電體層中使用膜厚為2.5微米的PZT膜(Zr/Ti＝60/40)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用Ni靶，將基板加熱到300℃、并施加200W的高頻功率，在1Pa的氬氣中，形成1分鐘得到上述附著層。
使用含有16摩爾％Ca的Ir合金靶，將基板加熱到600℃，并在1Pa的氬氣中，在200W高頻功率下，形成10分鐘，得到上述第1電極層。
使用由鈦酸鍶(Sr的含有量為20摩爾％)與PZT(設(shè)Zr的含有量為16摩爾％，并加入過剩22摩爾％的氧化鉛(PbO)后混合而成)的固溶體構(gòu)成的燒結(jié)靶，在基板溫度580℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成15分鐘，得到上述取向控制層。
使用PZT(Zr/Ti＝60/40)的燒結(jié)靶，在基板溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.3Pa、高頻功率260W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層。
與上述實(shí)施例1一樣得到上述第2電極層(但是，形成時間不同)。
在實(shí)施例3的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝97％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為60/40。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，Ca量為18摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，該膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面部中不存在Ca的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.01微米厚的Pt膜)，測定壓電常數(shù)d31，壓電常數(shù)的平均值為-125pC/N，差異為σ＝3.6％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.01微米厚的Pt膜)，測定耐壓，耐壓值平均為118V，差異為σ＝5.2％。
(實(shí)施例4)在實(shí)施例4中，設(shè)基板為0.5mm厚、φ為4英寸硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的鈦膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有5摩爾％氧化鎂的Ir膜，在取向控制層中使用膜厚為0.05微米、含有10摩爾％的鑭、且鉛含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩10摩爾％的PLT膜，在壓電體層中使用膜厚為3.2微米的PZT膜(Zr/Ti＝52/48)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用Ti靶，將基板加熱到500℃、并施加100W的高頻功率，在1Pa的氬氣中，形成1分鐘得到上述附著層。
使用含有5摩爾％Mg的Ir合金靶，將基板加熱到500℃，并在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝10∶1)，在200W高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
使用在含有10摩爾％鑭的PLT中加入過剩14摩爾％的氧化鉛(PbO)并進(jìn)行混合的燒結(jié)靶，在基板溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝15∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成20分鐘，得到上述取向控制層。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)的燒結(jié)靶，在基板溫度620℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.4Pa、高頻功率270W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層。
與上述實(shí)施例1一樣得到上述第2電極層(但是，形成時間不同)。
在實(shí)施例4的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為52/48。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，氧化鎂量為5摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，PLT膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層的表面部中不存在氧化鎂部分的上側(cè)。另外，含有10摩爾％的鑭，含有過剩10摩爾％的Pb。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.01微米厚的Pt膜)測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-140pC/N，差異為σ＝2.4％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層為0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為121V，差異為σ＝4.2％。
(實(shí)施例5)在實(shí)施例5中，設(shè)基板為0.3mm厚、φ為4英寸硅晶片，無附著層，在基板上直接形成第1電極層，同時，分別在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、含有1.8摩爾％Ba的Pt膜，在取向控制層中使用膜厚為0.03微米、由鈦酸鍶與鈦酸鋇的固溶體(鈦酸鍶的含有量90摩爾％)構(gòu)成的膜，在壓電體層中使用膜厚為3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Ba的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，并在1Pa的氬氣中，施加200W的高頻功率，形成12分鐘得到上述第1電極層。
使用由鈦酸鍶和鈦酸鋇的固溶體(鈦酸鍶的含有量90摩爾％)構(gòu)成的燒結(jié)靶，在基板溫度650℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成12分鐘，得到上述取向控制層。
使用PZT(Zr/Ti＝53/47)的燒結(jié)靶，在基板溫度610℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.3Pa、高頻功率250W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層。
與上述實(shí)施例1一樣得到上述第2電極層。
在實(shí)施例5的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝99％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Ba量為1.8摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，PLT膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層的表面中不存在Ba部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-132pC/N，差異為σ＝4.2％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為124V，差異為σ＝4.1％。
(實(shí)施例6)
在實(shí)施例6中，設(shè)基板為0.3mm厚、φ為4英寸硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.02微米的鈦膜，在第1電極層中使用膜厚為0.21微米、含有3.6摩爾％Al的Pt膜，在取向控制層中使用膜厚為0.03微米、含有10摩爾％的鑭、且鉛含有量比化學(xué)量理論組成過剩8摩爾％的PLT膜，在壓電體層中使用膜厚為3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有4摩爾％Al的Pt合金靶，將基板加熱到380℃，并在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例1一樣得到上述附著層、取向控制層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成取向控制層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝24∶1)。
在實(shí)施例6的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(001)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Al為3.6摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，該膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層的表面部中不存在Al的部分的上側(cè)。另外，含有10摩爾％的鑭，含有過剩8摩爾％的Pb。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-127pC/N，差異為σ＝4.1％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為125V，差異為σ＝4.0％。
(實(shí)施例7)在實(shí)施例7中，設(shè)基板為0.25mm厚、φ為4英寸不銹鋼(SUS304)，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的Ta膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有1.5摩爾％氧化鋁的Pt膜，在取向控制層中使用膜厚為0.03微米、含有17摩爾％的鑭和10摩爾％的鋯、且鉛含有量比化學(xué)量理論組成過剩6摩爾％的PLZT膜，在壓電體層中使用膜厚為2.8微米的PZT膜(Zr/Ti＝40/60)，在第2電極層中使用膜厚為0.1微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Al的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，并在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1)，在200W的高頻功率下形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例2一樣得到上述附著層、取向控制層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成取向控制層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝24∶1，真空度為0.9Pa)。
在該實(shí)施例7的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(001)面取向正方晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(001)面取向度為α＝97％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為40/60。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，氧化鋁量為1.5摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，該膜表示(001)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層的表面部中不存在氧化鋁部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-130pC/N，差異為σ＝2.6％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為132V，差異為σ＝4.4％。
(實(shí)施例8)在實(shí)施例8中，設(shè)基板為0.5mm厚的鋇硼硅酸玻璃(100mm方形大小)，分別在附著層中使用膜厚為0.005微米的Ni膜，在第1電極層中使用膜厚為0.15微米、含有18摩爾％Al的Ir膜，在取向控制層中使用膜厚為0.02微米、由含有18摩爾％Sr的鈦酸鍶與含有15摩爾％Zr、且鉛含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩16摩爾％的PZT的固溶體構(gòu)成的膜，在壓電體層中使用膜厚為2.5微米的PZT膜(Zr/Ti＝60/40)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有20摩爾％Al的Ir合金靶，將基板加熱到300℃，在0.3Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成10分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例3一樣得到上述附著層、取向控制層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成取向控制層時，設(shè)基板溫度為590℃，氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1，真空度為0.6Pa，在形成壓電體層時，高頻功率為250W)。
在實(shí)施例8的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝97％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為60/40。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，Al量為18摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，該膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-127pC/N，差異為σ＝3.6％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為120V，差異為σ＝5.0％。
(實(shí)施例9)在實(shí)施例9中，設(shè)基板為0.5mm厚、φ為4英寸的硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的Ti膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有5摩爾％氧化鋁的Ir膜，在取向控制層中使用膜厚為0.05微米、含有10摩爾％的鑭、且鉛含有量與化學(xué)量理論組成相比過剩10摩爾％的PLT膜，在壓電體層中使用膜厚為3.2微米的PZT膜(Zr/Ti＝52/48)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有6摩爾％Al的Ir合金靶，將基板加熱到500℃，在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1)，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例4一樣得到上述附著層、取向控制層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝25∶1)。
在實(shí)施例9的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝99％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為52/48。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，氧化鋁量為5摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，PLT膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面中不存在氧化鋁的部分的上側(cè)。另外，含有10摩爾％的鑭，含有過剩10摩爾％的Pb。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-141pC/N，差異為σ＝2.5％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為120V，差異為σ＝4.4％。
(實(shí)施例10)在實(shí)施例10中，設(shè)基板為0.3mm厚、φ為4英寸的硅晶片，沒有附著層，在基板上直接形成第1電極層，同時，分別在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、含有1.8摩爾％Al的Ir膜，在取向控制層中使用膜厚為0.03微米、由鈦酸鍶與鈦酸鋇的固溶體(鈦酸鍶的含有量90摩爾％)構(gòu)成的膜，在壓電體層中使用膜厚為3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Al的Ir合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例5一樣得到上述取向控制層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成取向控制層時，設(shè)基板溫度為620℃，氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1，真空度為0.5Pa)。
在實(shí)施例10的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝96％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成取向控制層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，Al量為1.8摩爾％。
接著，在研究形成壓電體層之前的取向控制層的結(jié)晶取向性及膜組成中，PLT膜表示(100)面取向鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造。
另外，在取向控制層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-133pC/N，差異為σ＝4.0％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為120V，差異為σ＝4.3％。
(實(shí)施例11)在實(shí)施例11中，無取向控制層，在第1電極層上直接形成壓電體層(以下的實(shí)施例12-20也一樣)，設(shè)基板為0.3mm厚的φ為4英寸的硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.02微米的Ti膜，在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、添加了2.1摩爾％Sr的Pt膜，在壓電體層中使用膜厚為2.7微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Sr的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例1一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)基板溫度為610℃)。
在實(shí)施例11的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Sr量為2.1摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面部中不存在Sr的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-129pC/N，差異為σ＝4.0％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為121V，差異為σ＝4.3％。
(實(shí)施例12)在實(shí)施例12中，設(shè)基板為0.25mm厚的φ為4英寸的不銹鋼(SUS304)，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的鉭(Ta)膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有8摩爾％氧化鍶的Pt膜，在壓電體層中使用膜厚為2.7微米的PZT膜(Zr/Ti＝40/60)，在第2電極層中使用膜厚為0.1微米的Pt膜。
使用含有8摩爾％Sr的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比為Ar∶O2＝15∶1)，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例2一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)基板溫度為600℃)。
在實(shí)施例12的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(001)面取向正方晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(001)面取向度為α＝97％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為40/60。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，氧化鍶量為8摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在氧化鍶的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-124pC/N，差異為σ＝2.8％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為119V，差異為σ＝4.7％。
(實(shí)施例13)在實(shí)施例13中，設(shè)基板為0.5mm厚的鋇硼硅酸玻璃(100mm方形大小)，分別在附著層中使用膜厚為0.005微米的Ni膜，在第1電極層中使用膜厚為0.15微米、含有18摩爾％Mg的Ir膜，在壓電體層中使用膜厚為2.6微米的PZT膜(Zr/Ti＝60/40)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有19摩爾％Mg的Ir合金靶，將基板加熱到600℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成10分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例3一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)基板溫度為580℃)。
在實(shí)施例13的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝96％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為60/40。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，Mg量為18摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面中不存在Mg的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-123pC/N，差異為σ＝3.9％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為116V，差異為σ＝5.2％。
(實(shí)施例14)在實(shí)施例14中，設(shè)基板為0.5mm厚的φ為4英寸的硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的Ti膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有5摩爾％氧化鈣的Ir膜，在壓電體層中使用膜厚為3.2微米的PZT膜(Zr/Ti＝52/48)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有5摩爾％Ca的Ir合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比為Ar∶O2＝10∶1)，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例4一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層。
在實(shí)施例14的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝99％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為52/48。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，氧化鈣量為5摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面中不存在氧化鈣的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-140pC/N，差異為σ＝2.4％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為124V，差異為σ＝4.1％。
(實(shí)施例15)在實(shí)施例15中，設(shè)基板為0.3mm厚的φ為4英寸的硅晶片，無附著層，在基板上直接形成第1電極層，同時，分別在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、含有2.1摩爾％Ba的Pt膜，在壓電體層中使用膜厚為3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Ba的Pt合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例5一樣得到上述壓電體層及第2電極層。在實(shí)施例15的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。
在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Ba量為2.1摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Ba的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，100個懸臂的壓電常數(shù)的平均值為-131pC/N，差異為σ＝4.1％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為122V，差異為σ＝3.9％。
(實(shí)施例16)在實(shí)施例16中，設(shè)基板為0.3mm厚的φ為4英寸的硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.02微米的Ti膜，在第l電極層中使用膜厚為0.22微米、添加2.1摩爾％Al的Pt膜，在壓電體層中使用膜厚為2.7微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Pt膜。
使用含有2摩爾％Al的Pt合金靶，將基板加熱到450℃，在0.5Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例1一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成附著層時，設(shè)基板溫度為420℃，在形成壓電體層時，設(shè)基板溫度為610℃，氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1，真空度為0.2Pa)。
在實(shí)施例16的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝97％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Al量為2.1摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-120pC/N，差異為σ＝3.8％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為131V，差異為σ＝4.0％。
(實(shí)施例17)在實(shí)施例7中，設(shè)基板為0.25mm厚、φ為4英寸不銹鋼(SUS304)，分別在附著層中使用膜厚為0.015微米的Ta膜，在第1電極層中使用膜厚為0.24微米、含有8摩爾％氧化鋁的Pt膜，在壓電體層中使用膜厚為2.7微米的PZT膜(Zr/Ti＝40/60)，在第2電極層中使用膜厚為0.1微米的Pt膜。
使用含有8摩爾％Al的Pt合金靶，將基板加熱到450℃，并在1.5Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比為Ar∶O2＝25∶1)，在200W的高頻功率下形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例2一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1)。
在實(shí)施例17的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(001)面取向正方晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(001)面取向度為α＝99％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為40/60。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，氧化鋁量為8.4摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在氧化鋁的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-128pC/N，差異為σ＝2.9％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.1微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為119V，差異為σ＝4.7％。
(實(shí)施例18)在實(shí)施例18中，設(shè)基板為0.5mm厚的鋇硼硅酸玻璃(100mm方形大小)，分別在附著層中使用膜厚為0.005微米的Ni膜，在第1電極層中使用膜厚為0.15微米、含有17摩爾％Al的Ir膜，在壓電體層中使用膜厚為2.6微米的PZT膜(Zr/Ti＝60/40)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有20摩爾％Al的Ir合金靶，將基板加熱到600℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成10分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例3一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成附著層時，設(shè)基板溫度為400℃，在形成壓電體層時，基板溫度為580℃，氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1，在形成第2電極層時，高頻功率為210W)。
在實(shí)施例18的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝95％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為60/40。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir膜表示(111)面取向。另外，Al量為17摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分。認(rèn)為該變?yōu)榉墙Y(jié)晶的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-133pC/N，差異為σ＝3.7％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為114V，差異為σ＝5.0％。
(實(shí)施例19)在實(shí)施例19中，設(shè)基板為0.5mm厚的φ為4英寸的硅晶片，分別在附著層中使用膜厚為0.01微米的Ti膜，在第1電極層中使用膜厚為0.25微米、含有5摩爾％Al的Ir-Pd合金膜(Ir/Pd＝80/20)，在壓電體層中使用膜厚為3.2微米的PZT膜(Zr/Ti＝52/48)，在第2電極層中使用膜厚為0.01微米的Pt膜。
使用含有5摩爾％Al的Ir-Pd合金靶(Ir/Pd＝80/20)，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣氣氛中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例4一樣得到上述附著層、壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1)。
在實(shí)施例19的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝99％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為52/48。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Ir-Pd膜表示(111)面取向。另外，Al量為4.7摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-140pC/N，差異為σ＝2.3％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.01微米厚的Pt膜)測定耐壓中，耐壓值平均為125V，差異為σ＝4.0％。
(實(shí)施例20)在實(shí)施例20中，設(shè)基板為0.3mm厚的φ為4英寸的硅晶片，沒有附著層，在基板上直接形成第1電極層，同時，分別在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、含有2.1摩爾％Al的Ir膜，在壓電體層中使用膜厚為3微米的PZT膜(Zr/Ti＝53/47)，在第2電極層中使用膜厚為0.2微米的Ir膜。
使用含有2摩爾％Al的Ir合金靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣中，在200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層。
分別與上述實(shí)施例5一樣得到上述壓電體層及第2電極層(但是，在形成壓電體層時，設(shè)氬氣與氧氣的氣體體積比為Ar∶O2＝29∶1，真空度為0.2Pa)。
在實(shí)施例20的壓電元件的各膜中也看不見裂紋或膜剝離。在研究形成第2電極層之前的壓電體層的結(jié)晶取向性和膜組成中，壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝98％。另外，PZT膜的組成與靶組成相同，Zr/Ti比為53/47。
接著，在研究形成壓電體層之前的第1電極層的結(jié)晶取向性及膜組成中，Pt膜表示(111)面取向。另外，Al量為2.1摩爾％。
另外，在壓電體層的第1電極層側(cè)看見變?yōu)?111)面取向的部分。認(rèn)為該變?yōu)?111)面取向的部分存在于第1電極層表面中不存在Al的部分的上側(cè)。
下面，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.2微米厚的Ir膜)測定壓電常數(shù)d31中，100個懸臂的壓電常數(shù)的平均值為-133pC/N，差異為σ＝4.2％。
之后，在與上述實(shí)施例1一樣(但是，第2電極層是0.2微米厚的Ir膜)測定耐壓中，耐壓值平均為122V，差異為σ＝3.7％。
(比較例1)比較例1與上述實(shí)施例11或16的不同之處在于向第1電極層的Pt膜的添加物，結(jié)構(gòu)為在基板上依次形成附著層、第1電極層、壓電體層及第2電極層來。在第1電極層中使用膜厚為0.22微米、含有2.1摩爾％Ti的Pt膜。另外，使用多維濺射裝置，使用Ti靶及Pt靶，將基板加熱到400℃，在1Pa的氬氣中，分別在85W及200W的高頻功率下，形成12分鐘，得到該第1電極層。
比較例1的壓電元件中的壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝31％。
另外，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-72pC/N，差異為σ＝11.5％。
并且，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為65V，差異為σ＝14.5％。
(比較例2)比較例2與上述比較例1一樣，但在形成第1電極層時，設(shè)基板溫度為410℃。
比較例2的壓電元件中的壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝30％。
另外，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-75pC/N，差異為σ＝11.8％。
并且，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為65V，差異為σ＝14.1％。
(比較例3)比較例3與上述比較例1一樣，但設(shè)第1電極層的膜厚為2.5微米，Ti的添加量為2.5摩爾％。
比較例3的壓電元件中的壓電體層表示(100)面取向菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，(100)面取向度為α＝34％。
另外，在與上述實(shí)施例1一樣測定壓電常數(shù)d31中，壓電常數(shù)的平均值為-70pC/N，差異為σ＝11.7％。
并且，在與上述實(shí)施例1一樣測定耐壓中，耐壓值平均為68V，差異為σ＝14.0％。
因此，如上述實(shí)施例1-10所示，僅通過經(jīng)取向控制層在添加Sr或Al等的Pt膜上設(shè)置壓電體層，可知可提高壓電體層的結(jié)晶性或取向性，并可提高壓電元件的壓電特性或耐壓。另外，如上述實(shí)施例11-20所示，即使沒有取向控制層，也可通過在添加Sr或Al等的Pt膜上設(shè)置壓電體層，可知可提高壓電體層的結(jié)晶性或取向性，并可提高壓電元件的壓電特性或耐壓。
(實(shí)施方式2)圖5表示本發(fā)明實(shí)施方式的噴墨頭的整體構(gòu)成，圖6表示其主要部分構(gòu)成。在圖5及圖6中，A為壓力室部件，在該壓力室部件A中形成沿其厚度方向(上下方向)貫通的壓力室開口部101。B是按照覆蓋上述壓力室開口部101的上端開口的方式配制的致動器部，C是按照覆蓋壓力室開口部101下端開口的方式配制的墨水流路部件。上述壓力室部件A的壓力室開口部101由位于其上下的上述致動器部B及墨水流路部件C來閉塞，從而構(gòu)成壓力室102。
上述致動器部B具有位于上述各壓力室102的大致正上方的第1電極層103(分立電極)，從圖5可知，多個壓力室102及第1電極層103排列成島狀。
上述墨水流路部件C具有在排列在墨水供給方向的壓力室102之間共用的共用液室105；向上述壓力室102提供該共用液室105的墨水的供給口106；和使壓力室102內(nèi)的墨水出來的墨水流路107。
D是噴嘴板，在該噴嘴板D中形成連通于上述墨水流路107上的噴嘴孔108。另外，E是IC芯片，從該IC芯片經(jīng)接合線BW分別向上述各分立電極103提供電壓。
下面，根據(jù)圖7來說明上述致動器部B的構(gòu)成。圖7是與圖5所示墨水供給方向垂直的方向的截面圖。在該圖中，參照描繪了具有排列在上述垂直方向上的4個壓力室102的壓力室部件A。致動器部B具有如上所述分別位于各壓力室102近似正上方的第1電極層103；設(shè)置在各第1電極層103上(同圖中下側(cè))的取向控制層104；設(shè)置在取向控制層104上(同下側(cè))的壓電體層110；設(shè)置在該壓電體層110上(同下側(cè))、與所有壓電體層110共通的第2電極層112(共用電極)；設(shè)置在第2電極層112上(同下側(cè))、通過上述壓電體層110的壓電效應(yīng)而在層厚方向變位振動的振動層111；和設(shè)置在振動層111上(同下側(cè))、位于區(qū)分各壓力室102彼此的區(qū)分壁102a上方的中間層113(縱壁)，順序?qū)盈B上述第1電極層103、取向控制層104、壓電體層110及第2電極層112來構(gòu)成壓電元件。另外，振動層111設(shè)置在該壓電元件的第2電極層112側(cè)的面中。
另外，圖7中，114是粘接壓力室部件A與致動器部B的粘接劑，上述各中間層113的作用在于，擴(kuò)大壓力室102的上面與振動層111下面之間的距離，以便在使用粘接劑114進(jìn)行粘接時，即使在部分粘接劑114漏到區(qū)分壁102a以外的情況下，也可使粘接劑114不附著在振動層111上，從而振動層111進(jìn)行期望的變位及振動。雖然優(yōu)選經(jīng)中間層113將壓力室部件A與致動器部B的振動層111中與第2電極層112相反的側(cè)面接合，但也可直接將壓力室部件A接合在振動層111中與第2電極層112相反的側(cè)面處。
上述第1電極層103、取向控制層104、壓電體層110及第2電極層112的各構(gòu)成材料分別與上述實(shí)施方式1中說明的第1電極層14、取向控制層15、壓電體層16及第2電極層17一樣。另外，取向控制層104及壓電體層110的構(gòu)造也分別與取向控制層15及壓電體層16一樣，取向控制層104中的第1電極層103側(cè)的表面附近部構(gòu)造成(100)面或(001)面取向的區(qū)域存在于位于第1電極層103中的取向控制層104側(cè)的表面部的Sr上，上述區(qū)域在垂直于層厚方向的截面中的面積從第1電極層103側(cè)向壓電體層110側(cè)變大。
下面，根據(jù)圖8A-圖8C、圖9A及圖9B、圖10A及圖10B、圖11A及圖11b、及圖12A-圖12D來說明去除圖5的IC芯片E后的噴墨頭、即圖6所示由上述壓力室部件A、致動器部B、墨水流路部件C及噴嘴板D構(gòu)成的噴墨頭的制造方法。
如圖8A所示，在基板120上，通過濺射法，依次成膜、層疊附著層121、第1電極層103、取向控制層104、壓電體層110、第2電極層112、振動層111、上述中間層113。另外，上述附著層121與上述實(shí)施方式1中說明的附著層12一樣，形成于基板120與第1電極層103之間，以提高基板120與第1電極層103的附著性(不必一定形成附著層121)。如后所述，該附著層121與基板120一樣去除。另外，分別在振動層111的材料中使用Cr，在中間層113中使用Ti。
在上述基板120中使用切斷成18mm方形的Si基板，該基板120不限于Si，也可是玻璃基板或金屬基板、陶瓷基板。另外，基板尺寸也不限于18mm方形，只要是Si基板，也可是φ2-φ10英寸的晶片。
使用Ti靶，將基板120加熱到400℃，并施加100W的高頻功率，在1Pa的氬氣中，形成1分鐘，得到上述附著層121。該附著層121的膜厚為0.02微米。另外，附著層121的材料不限于Ti，也可以是鉭、鐵、鈷、鎳或鉻或其(包含Ti)的化合物。另外，膜厚在0.005-0.2微米的范圍即可。
使用含有3摩爾％Sr的Pt合金靶，將基板120加熱到500℃，并在1Pa的氬氣中，在200W高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層103。該第1電極層103的膜厚為0.22微米，取向于(111)面。另外，Sr的含有量為3.2摩爾％。該第1電極層103也可與上述實(shí)施方式1中的第1電極層14一樣，在從Pt、銥、鈀及釕的組中選擇的至少一種貴金屬中添加從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物(添加物的添加量優(yōu)選0以上20摩爾％以下)，膜厚在0.05-2微米的范圍即可。
使用在含有13摩爾％鑭的PLT中加入過剩12摩爾％的氧化鉛(PbO)并進(jìn)行混合的燒結(jié)靶，在基板120的溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成12分鐘，得到上述取向控制層104。所得到的鈦酸鑭鉛膜是包含10摩爾％鑭、且包含比化學(xué)組成量理論組成過剩8％的鉛的鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)造，在位于第1電極層103中的取向控制層104側(cè)的表面部的Sr上，取向于(100)面或(001)面，該(100)面或(001)面取向的區(qū)域從第1電極層103側(cè)向其相反側(cè)(壓電體層110側(cè))擴(kuò)大。另一方面，對于取向控制層104中，在第1電極層103的表面部中不存在Sr的部分的上側(cè)區(qū)域不是(100)面或(001)面，但該區(qū)域向壓電體層110側(cè)縮小。另外，這里因?yàn)槿∠蚩刂茖?04的膜厚為0.03微米，所以壓電體層110側(cè)的表面整體變?yōu)槿∠蛴?100)面或(001)面的區(qū)域。
另外，與上述實(shí)施方式1中的取向控制層15一樣，上述取向控制層104的La的含有量在0以上30摩爾％以下即可，鉛含有量過剩0以上30摩爾％以下即可。另外，構(gòu)成取向控制層104的材料可以是在PLT中含有鋯的PLZT(鋯的含有量優(yōu)選20摩爾％以下)，也可以是向PLT或PLZT中添加鎂及錳至少之一(鎂及錳的添加量優(yōu)選在0以上10摩爾％以下)。并且，也可由包含鍶的鈣鈦礦型氧化物(尤其是鈦酸鍶)來構(gòu)成取向控制層104，該鈦酸鍶的含有量優(yōu)選在5摩爾％以上100摩爾％以下，也可僅含有鈦酸鍶(含有100摩爾％)，除鈦酸鍶外，也可含有鈦酸鉛或PLZT、鈦酸鋇等，與鈦酸鍶形成固溶體。另外，取向控制層104的膜厚也可為0.01-0.2微米的范圍。另外，如上述實(shí)施方式1中所述，也可不形成該取向控制層104。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)的燒結(jié)靶，在基板120的溫度570℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.3Pa、高頻功率250W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層110。得到的PZT膜為菱面體晶系鈣鈦礦型結(jié)晶構(gòu)成，為(100)面取向。另外，壓電體層110的膜厚為3微米。該壓電體層110的Zr/Ti組成也可以是Zr/Ti＝30/70-70/30，膜厚也可以為1-5微米的范圍。另外，壓電體層110的構(gòu)成材料也可以是在PZT中含有Sr、Nb、Al等的添加物的那樣以PZT為主要成分的壓電材料，也可以是PMN或PZN。
使用Pt靶，在室溫下，在1Pa的氬氣中，以200W的高頻功率，形成10分鐘，得到上述第2電極層112。該第2電極層112的膜厚為0.2微米。另外，第2電極層112的材料不限于Pt，導(dǎo)電性材料即可，膜厚也可在0.1-0.4微米的范圍內(nèi)。
使用Cr靶，在室溫下，在1Pa的氬氣中，以200W的高頻功率，形成6小時，得到上述振動層111。該振動層111的膜厚為3微米。另外，該振動層111的材料不限于Cr，也可是鎳、鋁、鉭、鎢、硅或其氧化物或氮化物(例如二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氮化硅)等。另外振動層111的膜厚在2-5微米即可。
使用Ti靶，在室溫下，在1Pa的氬氣中，以200W的高頻功率，形成5小時，得到上述中間層113。該中間層113的膜厚為5微米。該中間層113的材料不限于Ti，也可是Cr等導(dǎo)電性金屬。另外，中間層113的膜厚在3-10微米即可。
另一方面，如圖8B所示，形成壓力室部件A。使用尺寸比上述Si基板120大的、例如4英寸晶片的硅基板130(參照圖13)來形成該壓力室部件A。具體而言，首先，對硅基板130(壓力室部件用)布圖多個壓力室用開口部101。從圖8B可知，該布圖以4個壓力室開口部101為一組，將區(qū)分各組的區(qū)分壁102b設(shè)定為寬度大約是區(qū)分各組內(nèi)壓力室開口部101的區(qū)分壁102a寬度的兩倍。之后，通過化學(xué)腐蝕或干蝕刻等加工上述布圖后的硅基板130，形成各組4個壓力室用開口部101，得到壓力室部件A。
之后，用粘接劑來粘接上述成膜后的硅基板120(成膜用)和上述壓力室部件A。粘接劑的形成由電解淀積來進(jìn)行。即，首先，如圖8C所示，通過電解淀積將粘接劑114附著在壓力室的區(qū)分壁102a、102b的上面，作為壓力室部件A側(cè)的粘接面。具體而言，雖未圖示，但在上述區(qū)分壁102a、102b的上面，通過濺射法形成能透過光的數(shù)百埃的薄的Ni薄膜，作為底電極膜，之后，在上述Ni薄膜上形成布圖的粘接樹脂劑114。此時，作為電解淀積液，使用向丙烯樹脂類水分散液中加入0-50重量部的純水、充分?jǐn)嚢杌旌虾蟮娜芤?。將Ni薄膜的膜厚設(shè)定為只要透過光越薄越好是因?yàn)榭扇菀妆鎰e粘接樹脂完全附著在硅基板130(壓力室部件用)上。電解淀積條件根據(jù)實(shí)驗(yàn)最好是液溫約為25℃、直流電壓為30V、通電時間為60秒，在該條件下，在硅基板130(壓力室部件用)的Ni薄膜上電解淀積樹脂形成約3-10微米的丙烯樹脂。
另外，如圖9A所示，用上述電解淀積的粘接劑114來粘接上述層疊的Si基板120(成膜用)和壓力室部件A。該粘接將成膜于基板120(成膜用)中的中間層113作為基板側(cè)粘接面來進(jìn)行。另外，Si基板120(成膜用)為18mm大小，形成壓力室部件A的Si基板130為4英寸大小，所以如圖13所示，在1個壓力室部件A(Si基板130)上粘接多個(圖中為14個)Si基板120(成膜用)。如圖9A所示，該粘接在使各Si基板120(成膜用)的中心位于壓力室部件A的厚度的區(qū)分壁102b中心的狀態(tài)下進(jìn)行。粘接后，將壓力室部件A壓緊、附著在Si基板120(成膜用)側(cè)，使兩者的粘接的液密性高。并且，在加熱爐中緩慢升溫上述粘接的Si基板120(成膜用)及壓力室部件A，使上述粘接劑114完全固化。之后，進(jìn)行等離子體處理，去除上述粘接劑114中溢出的斷片。
另外，在圖9A中，粘接成膜后的Si基板120(成膜用)和壓力室部件A，但也可將未形成壓力室開口部101的階段的Si基板130(壓力室部件用)與上述成膜后的Si基板120(成膜用)相粘接。
之后，如圖9B所示，將壓力室部件A的各區(qū)分壁102a、102b作為掩膜，蝕刻中間層113，形成為規(guī)定形狀(變?yōu)檫B接于上述各區(qū)分壁102a、102b的形狀(縱壁))。
接著，如圖10A所示，通過蝕刻來去除Si基板120(成膜用)及附著層121。
之后，如圖10B所示，對位于上述壓力室部件A上的第1電極層103，使用光刻技術(shù)，分立化為每個壓力室102。
另外，如圖11A所示，使用光刻技術(shù)來蝕刻取向控制層104和壓電體層110，分立化成與第1電極層103一樣的形狀。這些蝕刻后的第1電極層103、取向控制層104及壓電體層110位于壓力室102的各自上方，并且，第1電極層103、取向控制層104及壓電體層110的寬度方向中心與對應(yīng)的壓力室102的寬度方向中心高精度一致地形成。從而，在每個壓力室102中分立化第1電極層103、取向控制層104及壓電體層110后，如圖11B所示，用各厚度的區(qū)分壁102b的部分來切斷硅基板130(壓力室部件用)，完成4組具有4個壓力室102的壓力室部件A和固定在其上面的致動器部B。
之后，如圖12A所示，在墨水流路部件C中形成共用液室105、供給口106及墨水流路107，同時，在噴嘴板D中形成噴嘴孔108。接著，如圖12B所示，用粘接劑109來粘接上述墨水流路部件C和噴嘴板D。
之后，如圖12C所示，將粘接劑(未圖示)轉(zhuǎn)移到壓力室部件A的下端面或墨水流路部件C的上端面，進(jìn)行壓力室部件A與墨水流路部件C的對齊調(diào)整，由上述粘接劑來粘接兩者。如此，如圖12D所示，完成具有壓力室部件A、致動器部B、墨水流路部件C及噴嘴板D的噴墨頭。
向如此得到的噴墨頭的第1及第2電極層103、112之間施加規(guī)定電壓，測定振動層111中對應(yīng)于各壓力室102的部分在層厚方向的變位量，該變位量的差異為σ＝1.8％。另外，連續(xù)施加10天的頻率為20kHz的20V交流電壓，但完全沒有墨水吐出不暢，未發(fā)現(xiàn)吐出性能降低。
并且，即使向第1電極層103的Pt膜的添加物為Al(含有3.2摩爾％)的噴墨頭，也可得到同樣的效果。
另一方面，制作如下噴墨頭，其與上述本發(fā)明的噴墨頭的不同之處在于沒有設(shè)置取向控制層104及向第1電極層103的Pt膜的添加物(與上述實(shí)施方式1中的比較例1-3一樣，添加物為Ti)，向該噴墨頭的第1及第2電極層103、112之間施加規(guī)定電壓，測定振動層111中對應(yīng)于各壓力室102的部分在層厚方向的變位量，該變位量的差異為σ＝7.2％。另外，連續(xù)施加10天的頻率為20kHz的20V交流電壓，在對應(yīng)于所有壓力室102中大約30％的壓力室102的部分中，發(fā)生墨水吐出不暢。由于這不是因?yàn)槟亩氯?，所以認(rèn)為致動器部B(壓電元件)的持久性低。
因此，知道本發(fā)明的噴墨頭的墨水吐出性能差異少，且持久性好。
(實(shí)施方式3)圖14表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的其它噴墨頭的主要部分，不象上述實(shí)施方式2的噴墨頭那樣將基板單獨(dú)用于成膜用和壓力室部件用，而是兼用作成膜用和壓力室部件用。
具體而言，在通過蝕刻加工形成壓力室402的壓力室基板401(壓力室部件)上，順序?qū)盈B振動層403、附著層404、第1電極層406(共用電極)、取向控制層407、壓電體層408及第2電極層409(分立電極)。依次層疊上述第1電極層406、取向控制層407、壓電體層408及第2電極層409來構(gòu)成壓電元件。另外，振動層403經(jīng)附著層404設(shè)置在壓電元件的第1電極層406側(cè)的面中。該附著層404可提高振動層403與第1電極層406的附著性，可與上述實(shí)施方式2中的附著層121同樣沒有。上述附著層404、第1電極層406、取向控制層407、壓電體層408及第2電極層409的各構(gòu)成材料分別與上述實(shí)施方式2中說明的附著層121、第1電極層103、取向控制層104、壓電體層110及第2電極層112一樣。取向控制層407及壓電體層408的構(gòu)造也分別與取向控制層104及壓電體層110一樣，取向控制層407中的第1電極層406側(cè)的表面附近部構(gòu)造成(100)面或(001)面取向的區(qū)域存在于位于第1電極層406中的取向控制層407側(cè)的表面部中的Sr上，上述區(qū)域在垂直于層厚方向的截面中的面積從第1電極層406側(cè)向壓電體層408側(cè)變大。
上述壓力室基板401使用φ為4英寸、厚度為200微米的Si基板。在本實(shí)施方式中，也不限于Si，也可是玻璃基板或金屬基板、陶瓷基板。
在本實(shí)施方式中，上述振動層403的膜厚為2.8微米，由二氧化硅構(gòu)成。另外，該振動層403的材料不限于二氧化硅，也可以是上述實(shí)施方式2中說明的材料(鎳、鉻等單體或其氧化物或氮化物)。另外，振動層111的膜厚在0.5-10微米即可。
下面，參照圖15A及圖15B來說明上述噴墨頭的制造方法。
即，首先，如圖15A所示，在未形成壓力室402的壓力室基板401中，通過濺射法，依次形成振動層403、附著層404、第1電極層406、取向控制層407、壓電體層408及第2電極層409。
使用二氧化硅燒結(jié)體的靶，不加熱壓力室基板401，在室溫下，并施加300W的高頻功率，在0.4Pa的氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝5∶25)中，形成8小時，得到上述振動層403。另外，作為該振動層403的成膜法，不限于濺射法，也可以是熱CVD法、等離子體CVD法、溶膠·凝膠法等，也可是通過壓力室基板401的熱氧化處理來形成的方法。
使用Ti靶，將壓力室基板401加熱到400℃，并施加100W的高頻功率，在1Pa的氬氣中，形成1分鐘，得到上述附著層404。該附著層404的厚度為0.03微米。另外，附著層404的材料不限于Ti，也可以是鉭、鐵、鈷、鎳或鉻或它們(含Ti)的化合物。另外，膜厚在0.005-0.1微米的范圍即可。
使用含有3摩爾％Sr的Pt合金靶，將壓力室基板401加熱到500℃，并在1Pa的氬氣中，在200W高頻功率下，形成12分鐘，得到上述第1電極層406。該第1電極層406的膜厚變?yōu)?.22微米，取向于(111)面。另外，Sr的含有量為3.2摩爾％。該第1電極層406也可與上述實(shí)施方式1中的第1電極層14一樣，在從Pt、銥、鈀及釕的組中選擇的至少一種貴金屬中添加從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物(添加物的添加量在0以上20摩爾％以下)，膜厚在0.05-2微米的范圍即可。
使用在含有13摩爾％鑭的PLT中加入過剩12摩爾％的氧化鉛(PbO)并進(jìn)行混合的燒結(jié)靶，在壓力室基板401的溫度600℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下，形成12分鐘，得到上述取向控制層407。所得到的鈦酸鑭鉛膜與上述實(shí)施方式2中的取向控制層104相同。
另外，與上述實(shí)施方式1中的取向控制層15一樣，上述取向控制層407的La的含有量在0以上30摩爾％以下即可，鉛含有量過剩0以上而30摩爾％以下即可。另外，構(gòu)成取向控制層407的材料可以是在PLT中含有鋯的PLZT(鋯的含有量優(yōu)選20摩爾％以下)，也可以是向PLT或PLZT中添加鎂及錳至少之一(鎂及錳的添加量優(yōu)選0以上10摩爾％以下)。并且，也可由包含鍶的鈣鈦礦型氧化物(尤其是鈦酸鍶)來構(gòu)成取向控制層407，鈦酸鍶的含有量在5摩爾％以上100摩爾％以下即可，也可僅含有鈦酸鍶(含有100摩爾％)，除鈦酸鍶外，也可含有鈦酸鉛或PLZT、鈦酸鋇等，與鈦酸鍶形成固溶體。另外，取向控制層407的膜厚也可為0.01-0.2微米的范圍。另外，也可不形成該取向控制層407。
使用PZT(Zr/Ti＝52/48)的燒結(jié)靶，在壓力室基板401的溫度570℃下，在氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)，在真空度為0.3Pa、高頻功率250W的條件下，形成3小時，得到上述壓電體層408。得到的PZT膜與上述實(shí)施方式2中的壓電體層110同樣。另外，壓電體層408的Zr/Ti組成也可以是Zr/Ti＝30/70-70/30，膜厚也可以為1-5微米的范圍。另外，壓電體層408的構(gòu)成材料也可以是像在PZT中含有Sr、Nb、Al等的添加物那樣以PZT為主要成分的壓電材料，也可以是PMN或PZN。
使用Pt靶，在室溫下，在1Pa的氬氣中，以200W的高頻功率，形成10分鐘，得到上述第2電極層409。第2電極層409的膜厚為0.2微米。另外，第2電極層409的材料不限于Pt，是導(dǎo)電性材料即可，膜厚在0.1-0.4微米的范圍內(nèi)即可。
之后，通過旋涂在上述第2電極層409上涂布抗蝕劑，與應(yīng)形成壓力室402的位置一致后，進(jìn)行曝光、顯影，并布圖。另外，蝕刻并分立化第2電極層409、壓電體層408及取向控制層407。通過使用氬氣與包含氟元素的有機(jī)氣體的混合氣體的干蝕刻來進(jìn)行該蝕刻。
接著，如圖15B所示，在壓力室基板401中形成壓力室402。通過使用六氟化硫氣體、包含氟元素的有機(jī)氣體或它們的混合氣體的各向異性干蝕刻來形成壓力室402。即，在壓力室基板401的與形成上述各膜的面相反側(cè)的面中變?yōu)閭?cè)壁413的部分中形成蝕刻掩膜，通過各向異性干蝕刻來形成壓力室402。
通過使用粘接劑，將事先形成噴嘴孔410的噴嘴板412接合在壓力室基板401的與形成上述各膜的面相反側(cè)的面上，完成噴墨頭。上述噴嘴孔410可通過平版印刷法、激光加工法、放電加工法等，在噴嘴板412的規(guī)定位置處開口。另外，在將噴嘴板412接合在壓力室基板401上時，按照各噴嘴孔410與壓力室402對應(yīng)配置的方式來使位置一致。
向如此得到的噴墨頭的第1及第2電極層406、409之間施加規(guī)定電壓，測定振動層403中對應(yīng)于各壓力室402的部分在層厚方向的變位量，該變位量的差異為σ＝1.8％。另外，連續(xù)施加10天的頻率為20kHz的20V交流電壓，但完全沒有墨水吐出不暢，未發(fā)現(xiàn)吐出性能降低。
并且，即使是向第1電極層406的Pt膜的添加物為Al(含有3.2摩爾％)的噴墨頭，也可得到同樣的效果。
另一方面，制作如下噴墨頭，其與上述本發(fā)明的噴墨頭的不同之處僅在于未設(shè)置取向控制層407及向第1電極層103的Pt膜的添加物(與上述實(shí)施方式1中的比較例1-3一樣，添加物為Ti)，向該噴墨頭的第1及第2電極層406、409之間施加規(guī)定電壓，測定振動層403中對應(yīng)于各壓力室402的部分在層厚方向的變位量，該變位量的差異為σ＝5.8％。另外，連續(xù)施加10天的頻率為20kHz的20V交流電壓，在對應(yīng)于所有壓力室402中大約25％的壓力室402的部分中，發(fā)生墨水吐出不暢。由于這不是因?yàn)槟亩氯?，所以認(rèn)為致動器部(壓電元件)的持久性低。
因此，知道本實(shí)施方式的噴墨頭與上述實(shí)施方式2的噴墨頭一樣，墨水吐出性能差異少，且持久性好。
(實(shí)施方式4)
圖16表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的噴墨式記錄裝置27，該噴墨式記錄裝置27具備與上述實(shí)施方式2或3中說明的一樣的噴墨頭28。該噴墨頭28構(gòu)成為從設(shè)置成連通于壓力室(上述實(shí)施方式2中的壓力室102或?qū)嵤┓绞?中的壓力室402)的噴嘴孔(上述實(shí)施方式2中的噴嘴孔108或?qū)嵤┓绞?中的噴嘴孔410)向記錄媒體29(記錄紙等)等吐出該壓力室內(nèi)的墨水，進(jìn)行記錄。
將上述噴墨頭28裝載于在沿主掃描方向X延伸的運(yùn)送軸30上設(shè)置的運(yùn)送部31上，該運(yùn)送部31構(gòu)成為沿主掃描方向X往復(fù)動作，以對應(yīng)于沿運(yùn)送軸30往復(fù)動作。由此，運(yùn)送部31構(gòu)成使噴墨頭28和記錄媒體29沿主掃描方向相對移動的相對移動單元。
另外，噴墨式記錄裝置27具備使上述記錄媒體29沿與噴墨頭28的主掃描方向X(寬度方向)大致垂直方向的副掃描方向Y移動的多個輥32。由此，多個輥32構(gòu)成使噴墨頭28與記錄媒體29沿副掃描方向Y相對移動的相對移動單元。另外，圖16中，Z為上下方向。
當(dāng)噴墨頭28通過運(yùn)送部31沿主掃描方向X移動時，使墨水從噴墨頭28的噴嘴孔吐出到記錄媒體29，若結(jié)束1次掃描記錄，則通過上述輥32，使記錄媒體29移動規(guī)定量，進(jìn)行下一次掃描記錄。
因此，因?yàn)樵搰娔接涗浹b置27具備與上述實(shí)施方式2或3一樣的噴墨頭28，所以具有好的打印性能及持久性。
(實(shí)施方式5)圖17及圖18表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的角速度傳感器，該角速度傳感器是音叉型，適用于裝載在車輛中的導(dǎo)航裝置等。
上述角速度傳感器具有由厚度為0.3mm的硅晶片構(gòu)成的基板500(也可以是玻璃基板或金屬基板、陶瓷基板)。該基板500具有固定部500a、和從該固定部500a沿規(guī)定方向(檢測的角速度的旋轉(zhuǎn)中心軸延伸的方向；在本實(shí)施方式中，為圖17所示的y方向)延伸的一對振動部500b。這些固定部500a及一對振動部500b從基板500的厚度方向(圖17所示z方向)看，形成音叉狀，一對振動部500b相對于音叉的臂部，以沿振動部500b的寬度方向排列的狀態(tài)彼此平行延伸。
在上述基板500的各振動部500b及固定部500a的振動部側(cè)的部分上，依次層疊第1電極層503、取向控制層504、壓電體層505和第2電極層506。另外，該角速度傳感器也與上述實(shí)施方式1中的壓電元件一樣，優(yōu)選在上述基板500與第1電極層503之間設(shè)置附著層。
上述第1電極層503、取向控制層504、壓電體層505和第2電極層506的各構(gòu)成材料及厚度分別與上述實(shí)施方式1中說明的第1電極層14、取向控制層15、壓電體層16和第2電極層17一樣。另外，取向控制層504及壓電體層505的構(gòu)造也分別與取向控制層15及壓電體層16一樣，取向控制層504中的第1電極層503側(cè)的表面附近部構(gòu)造成(100)面或(001)面取向的區(qū)域存在于位于第1電極層503中的取向控制層504側(cè)的表面部中的鈦上，上述區(qū)域在垂直于層厚方向的截面中的面積從第1電極層503側(cè)向壓電體層505側(cè)變大。
上述第2電極層506在上述各振動部500b上，圖案形成用于使該振動部500b沿振動部500b的寬度方向(圖17所示x方向)驅(qū)動的兩個驅(qū)動電極507、和用于檢測該振動部500b在厚度方向(z方向)變形(彎曲)的一個檢測電極508。
在該振動部500b的寬度方向(x方向)兩端部上，橫貫振動部500b的長度方向整體(y方向)設(shè)置上述兩個驅(qū)動電極507，各驅(qū)動電極507在固定部500a側(cè)的端部位于固定部500a上，構(gòu)成連接端子507a。另外，在各振動部500b的寬度方向一端部上也可僅設(shè)置1個驅(qū)動電極507。
另一方面，在該振動部500b的寬度方向中央部上，橫貫振動部500b的長度方向整體而設(shè)置上述檢測電極508，與上述驅(qū)動電極507一樣，檢測電極508在固定部500a側(cè)的端部位于固定部500a上，構(gòu)成連接端子508a。另外，在各振動部500b上也可設(shè)置多個檢測電極508。
另外，上述第1電極層503在固定部500a上的一對振動部500b之間的中央位置處，具有向與振動部500b相反側(cè)突出的連接端子503a。
在上述各振動部500b上的上述第1電極層503與兩個驅(qū)動電極507之間，施加與振動部500b的固有振動共振的頻率的電壓，使該振動部500b沿其寬度方向振動。即，向第1電極層503施加接地電壓，另一方面，向兩個驅(qū)動電極507施加正負(fù)彼此相反的電壓，由此，當(dāng)各振動部500b的寬度方向一端部側(cè)伸長時，另一端部側(cè)收縮，該振動部500b向該另一端部側(cè)變形。另一方面，當(dāng)各振動部500b的寬度方向一端部側(cè)收縮時，另一端部側(cè)伸長，振動部500b向該一端部側(cè)變形。通過交互重復(fù)該動作，振動部500b沿其寬度方向振動。另外，即使僅向各振動部500b上的兩個驅(qū)動電極500b之一施加電壓，也可使該振動部500b沿其寬度方向振動。另外，一對振動部500b在各振動部500b的寬度方向上沿彼此相反方向變形，相對于在一對振動部500b之間的中央處并沿該振動部500b長度方向延伸的中央線L對稱振動。
在上述構(gòu)成的角速度傳感器中，當(dāng)使一對振動部500b沿其寬度方向(x方向)相對上述中央線L對稱振動時，若在中央線L軸施加角速度ω，則兩個振動部500b通過科里奧利力沿厚度方向(z方向)彎曲變形(一對振動部500b在彼此相反的方向上等量彎曲)，由此，壓電體層505中也發(fā)生彎曲，在第1電極層503與檢測電極508之間，發(fā)生對應(yīng)于科里奧利力大小的電壓?？筛鶕?jù)該電壓的大小(科里奧利力)來檢測角速度ω。
即，科里奧利力Fc在設(shè)各振動部500b的寬度方向的速度為v、設(shè)各振動部500b的質(zhì)量為m，則Fc＝2mvω，所以根據(jù)科里奧利力Fc，可知道角速度ω的值。
下面，參照圖19A-圖19F及圖20來說明上述角速度傳感器的制造方法。
即，如圖19A所示，準(zhǔn)備由厚度為0.3mm、φ為4英寸的硅晶片(平面圖參照圖20)構(gòu)成的基板500，如圖19B所示，在該基板500上，以與上述實(shí)施方式1相同的條件，通過濺射法來形成第1電極層503。
接著，如圖19C所示，在上述第1電極層503上，以與上述實(shí)施方式1相同的條件，通過濺射法來形成取向控制層504。如上述實(shí)施方式1中所述，該取向控制層504中的第1電極層503側(cè)的表面附近部中，(100)面或(001)面取向的區(qū)域存在于鈦上，且上述區(qū)域在與層厚方向垂直的截面中的面積從第1電極層503側(cè)向上側(cè)變大。
接著，如圖19D所示，在上述取向控制層504上，以與上述實(shí)施方式1相同的條件，通過濺射法來形成壓電體層505。如上述實(shí)施方式1中所述，該壓電體層505為菱面體晶系，(001)面取向度90％以上。
接著，如圖19E所示，在上述壓電體層505上，以與上述實(shí)施方式1相同的條件，通過濺射法來形成第2電極層506。
之后，如圖19及圖20所示，布圖上述第2電極層506，形成驅(qū)動電極507及檢測電極508。即，在第2電極層506上涂布感光樹脂，曝光該感光樹脂中驅(qū)動電極507及檢測電極508的圖案，之后，去除未曝光部分的感光樹脂，通過蝕刻去除去除了該感光樹脂的部分中的第2電極層506，之后，去除驅(qū)動電極507及檢測電極508上的感光樹脂。
在布圖上述第2電極層506后，通過同樣的工序布圖壓電體層505、取向控制層504及第1電極層503，同時，布圖上述基板500，形成固定部500a及振動部500b。從而完成上述角速度傳感器。
另外，上述各層的成膜法不限于濺射法，也可不是依賴于熱處理的結(jié)晶化工序而直接形成結(jié)晶性薄膜的成膜法(例如CVD法等)。
這里，參照圖21及圖22來說明現(xiàn)有的角速度傳感器。
該現(xiàn)有角速度傳感器具有由厚度為0.3mm的水晶構(gòu)成的壓電體600，該壓電體600與根據(jù)本實(shí)施例的角速度傳感器的基板500一樣，具有固定部600a、和從該固定部600a向其一側(cè)(圖21所示y方向)彼此平行延伸的一對振動部600b。另外，在相對上述各振動部600b的厚度方向(圖21所示z方向)的兩個面中分別各設(shè)置一種使該振動部600b沿其寬度方向(圖21所示x方向)驅(qū)動的驅(qū)動電極603，在各振動部600b的兩側(cè)面分別各設(shè)置一種檢測該振動部600b在厚度方向變形的檢測電極607。
另外，在上述現(xiàn)有角速度傳感器中，在上述各振動部600b中的兩個驅(qū)動電極603之間，施加與振動部600b的固有振動共振的頻率的電壓，與根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器一樣，使一對振動部600b沿其寬度方向(x方向)相對位于該一對振動部600b間中央的中央線L對稱振動。此時，若在中央線L軸施加角速度ω，則一對振動部600b通過科里奧利力沿厚度方向(z方向)彎曲變形，在各振動部600b中的兩個檢測電極607之間發(fā)生對應(yīng)于科里奧利力大小電壓，根據(jù)該電壓的大小(科里奧利力)來檢測角速度ω。
在上述現(xiàn)有角速度傳感器中，因?yàn)槭褂糜伤?gòu)成的壓電體600，所以壓電常數(shù)低至-3pC/N，并且，因?yàn)橥ㄟ^機(jī)械加工來形成固定部600a及振動部600b，所以存在難以小型化，尺寸精度低的問題。
相反，在根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器中，因?yàn)闄z測角速度的部分(振動部500b)由與上述實(shí)施方式1一樣構(gòu)成的壓電元件構(gòu)成，所以壓電常數(shù)可相對上述現(xiàn)有角速度傳感器增大40倍左右，并可實(shí)現(xiàn)非常小型化。另外，可使用薄膜形成技術(shù)來進(jìn)行細(xì)微加工，使尺寸精度額外提高。并且，即使工業(yè)上批量生產(chǎn)，特性的再現(xiàn)性也好，差異少，耐壓及可靠性好。
另外，即使在本實(shí)施方式的角速度傳感器中，也與上述實(shí)施方式1中的壓電元件一樣，取向控制層504的La的含有量在0以上30摩爾％以下即可，鉛含有量過剩0以上30摩爾％以下即可。另外，構(gòu)成取向控制層504的材料可以是在PLT中含有鋯的PLZT(鋯的含有量優(yōu)選20摩爾％以下)，也可向PLT或PLZT中添加鎂及錳至少之一(鎂或錳的添加量優(yōu)選0以上10摩爾％以下)。并且，也可由包含鍶的鈣鈦礦型氧化物(尤其是鈦酸鍶)來構(gòu)成取向控制層504，該鈦酸鍶的含有量在5摩爾％以上100摩爾％以下即可，也可僅含有鈦酸鍶(含有100摩爾％)，除鈦酸鍶外，也可含有鈦酸鉛或PLZT、鈦酸鋇等，與鈦酸鍶形成固溶體。另外，也可沒有該取向控制層504。
另外，第1電極層503也可以是在從鉑、銥、鈀及釕的組中選擇的至少一種貴金屬中添加從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物(添加物的添加量優(yōu)選0以上20摩爾％以下)。
并且，壓電體層505的構(gòu)成材料也可以像在PZT中含有Sr、Nb、Al等的添加物那樣以PZT為主要成分的壓電材料，也可以是PMN或PZN。
并且，在本實(shí)施方式的角速度傳感器中，在基板500中僅設(shè)置1組一對振動部500b，但也可設(shè)置多組，檢測繞沿各種方向延伸的多軸的角速度。
另外，在本實(shí)施方式的角速度傳感器中，在基板500有各振動部500b及固定部500a的振動部側(cè)部分上，依次層疊第1電極層503、取向控制層504、壓電體層505和第2電極層506，但層疊這種層的部位也可僅是各振動部500b上。
此外，在上述實(shí)施方式中，本發(fā)明的壓電元件雖適用于噴墨頭(噴墨式記錄裝置)及角速度傳感器，但此外也可適用于薄膜電容器、非易失性存儲器元件的電荷貯存電容器、各種致動器、紅外線傳感器、超聲波傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、沖擊傳感器、壓電變換器、壓電點(diǎn)火元件、壓電揚(yáng)聲器、壓電麥克風(fēng)、壓電濾波器、壓電拾波器、音叉振子、延遲線等。尤其是適用于盤裝置用薄膜壓電體致動器(例如參照特開2001-332041號公報)中，其中，在對盤裝置(用于計算機(jī)的存儲裝置等)中旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的盤進(jìn)行信息記錄或再現(xiàn)的頭設(shè)置于基板上的頭支持機(jī)構(gòu)中，通過設(shè)置在該基板上的薄膜壓電體元件，使基板變形而使該頭變位。即，上述薄膜壓電體元件依次層疊與上述實(shí)施方式說明的具有一樣結(jié)構(gòu)的第1電極層、取向控制層、壓電體層和第2電極層，該第2電極層接合在上述基板。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，具備第1電極層、設(shè)置在該第1電極層上的壓電體層、和設(shè)置在該壓電體層上的第2電極層，其特征在于所述第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于在第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于取向控制層由鋯的含有量為0以上20摩爾％以下、且鑭的含有量為0以上30摩爾％以下的鈦酸鑭鋯酸鉛構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于取向控制層由含有鍶的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電元件，其特征在于取向控制層含有鈦酸鍶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電元件，其特征在于取向控制層中鈦酸鍶的含有量為5摩爾％以上100摩爾％以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于第1電極層由從鉑、銥、鈀及釕的組中選擇的至少1種貴金屬構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于第1電極層中添加物的添加量為0以上20摩爾％以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于壓電體層由將鈦酸鋯酸鉛作為主要成分的壓電材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于在基板上設(shè)置有第1電極層，在所述基板與第1電極層之間設(shè)置提高該基板與第1電極層附著性的附著層。
11.一種噴墨頭，具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第2電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，和該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面接合、具有容納墨水的壓力室，通過所述壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使所述振動層沿層厚方向變位，吐出所述壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于所述壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的噴墨頭，其特征在于在壓電元件的第1電極層與壓電體層之間設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
13.一種噴墨頭，具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而成的壓電元件；在該壓電元件的第1電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，和該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面接合、具有容納墨水的壓力室，通過所述壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使所述振動層沿層厚方向變位，吐出所述壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于所述壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的噴墨頭，其特征在于在壓電元件的第1電極層與壓電體層之間，設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
15.一種角速度傳感器，具備基板，該基板具有固定部、和從該固定部沿規(guī)定方向延伸的至少一對振動部，在該基板的至少各振動部上依次層疊有第1電極層、壓電體層和第2電極層，該各振動部上的第2電極層被圖案形成使該振動部沿振動部寬度方向振動的至少1個驅(qū)動電極、和檢測該振動部厚度方向變形的至少1個檢測電極，其特征在于所述第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的角速度傳感器，其特征在于在第1電極層與壓電體層之間，設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
17.一種壓電元件的制造方法，其特征在于，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；和在所述壓電體層上形成第2電極層的工序。
18.一種壓電元件的制造方法，其特征在于，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成取向控制層的工序，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在所述取向控制層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；和在所述壓電體層上形成第2電極層的工序。
19.一種噴墨頭的制造方法，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而成的壓電元件，通過該壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使振動層沿層厚方向變位，吐出壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于，包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；在所述第2電極層上形成振動層的工序；將形成壓力室用壓力室部件和所述振動層的與第2電極層相反側(cè)的面接合的工序；和在所述接合工序后，去除所述基板的工序。
20.一種噴墨頭的制造方法，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具備依次層疊第1電極層、取向控制層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件，通過該壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使振動層沿層厚方向變位，吐出壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成取向控制層的工序，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在所述取向控制層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；在所述第2電極層上形成振動層的工序；將形成壓力室用壓力室部件和所述振動層的與第2電極層相反側(cè)的面接合的工序；和在所述接合工序后，去除所述基板的工序。
21.一種噴墨頭的制造方法，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具備依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件，通過該壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使振動層沿層厚方向變位，吐出壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于包含如下工序在形成壓力室用的壓力室基板上形成振動層的工序；通過濺射法在所述振動層上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；和在所述壓力室基板中形成壓力室的工序。
22.一種噴墨頭的制造方法，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具備依次層疊第1電極層、取向控制層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件，通過該壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)來使振動層沿層厚方向變位，吐出壓力室內(nèi)的墨水，其特征在于包含如下工序在形成壓力室用的壓力室基板上形成振動層的工序；通過濺射法在所述振動層上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成取向控制層的工序，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在所述取向控制層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；和在所述壓力室基板中形成壓力室的工序。
23.一種角速度傳感器的制造方法，該角速度傳感器具備基板，該基板具有固定部、和從該固定部沿規(guī)定方向延伸的至少一對振動部，在該基板的至少各振動部上依次層疊有第1電極層、壓電體層和第2電極層，該各振動部上的第2電極層被圖案化為使該振動部沿振動部寬度方向振動的至少1個驅(qū)動電極、和檢測該振動部厚度方向變形的至少1個檢測電極，其特征在于包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；布圖所述第2電極層，形成所述驅(qū)動電極和檢測電極的工序；布圖所述壓電體層及第1電極層的工序；和布圖所述基板，形成所述固定部和振動部的工序。
24.一種角速度傳感器的制造方法，該角速度傳感器具備基板，該基板具有固定部、和從該固定部沿規(guī)定方向延伸的至少一對振動部，在該基板的至少各振動部上依次層疊第1電極層、取向控制層、壓電體層和第2電極層，該各振動部上的第2電極層被圖案化為使該振動部沿振動部寬度方向振動的至少1個驅(qū)動電極、和檢測該振動部厚度方向變形的至少1個檢測電極，其特征在于包含如下工序通過濺射法在基板上形成第1電極層的工序，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成；通過濺射法在所述第1電極層上形成取向控制層的工序，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；通過濺射法在所述取向控制層上形成壓電體層的工序，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成；在所述壓電體層上形成第2電極層的工序；布圖所述第2電極層，形成所述驅(qū)動電極和檢測電極的工序；布圖所述壓電體層、取向控制層及第1電極層的工序；和布圖所述基板，形成所述固定部和振動部的工序。
25.一種噴墨式記錄裝置，其結(jié)構(gòu)為，具備噴墨頭，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具有依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第2電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上，具有容納墨水的壓力室，并且該噴墨頭可相對記錄媒體移動，當(dāng)該噴墨頭相對記錄媒體移動時，通過該噴墨頭中壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)，使所述振動層沿層厚方向變位，從連通該壓力室的噴嘴孔向所述記錄媒體吐出所述壓力室內(nèi)的墨水，進(jìn)行記錄，其特征在于所述噴墨頭中壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的噴墨式記錄裝置，其特征在于在噴墨頭中壓電元件的第1電極層與壓電體層之間，設(shè)置由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
27.一種噴墨式記錄裝置，其結(jié)構(gòu)為，具備噴墨頭，該噴墨頭的結(jié)構(gòu)為，具有依次層疊第1電極層、壓電體層和第2電極層而得的壓電元件；在該壓電元件的第1電極層側(cè)的面處設(shè)置的振動層；和壓力室部件，接合在該振動層的與壓電元件相反側(cè)的面上，具有容納墨水的壓力室，并且該噴墨頭可相對記錄媒體移動，當(dāng)該噴墨頭相對記錄媒體移動時，通過該噴墨頭中壓電元件的壓電體層的壓電效應(yīng)，使所述振動層沿層厚方向變位，從連通該壓力室的噴嘴孔向所述記錄媒體吐出所述壓力室內(nèi)的墨水，進(jìn)行記錄，其特征在于所述噴墨頭中壓電元件的第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，所述壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的噴墨式記錄裝置，其特征在于在噴墨頭中壓電元件的第1電極層與壓電體層之間，設(shè)置有由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的取向控制層。
全文摘要
一種壓電元件，在基板11上設(shè)置第1電極層14，該第1電極層由添加了從Mg、Ca、Sr、Ba和Al以及它們的氧化物的組中選擇的至少一種添加物的貴金屬構(gòu)成，在該第1電極層14上設(shè)置取向控制層15，該取向控制層由優(yōu)先取向于立方晶系或正方晶系的(100)面或(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，在該取向控制層15上形成壓電體層16，該壓電體層由優(yōu)先取向于菱面體晶系或正方晶系的(001)面的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
文檔編號H01L41/24GK1461703SQ03142519
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者友澤淳, 藤井映志, 鳥井秀雄, 村田晶子, 高山良一, 平澤拓 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社