JP2009238947A - Manufacturing method of piezoelectric element, piezoelectric element, and manufacturing method of device for discharging droplet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子の製造方法、圧電素子、及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特に、圧電体を結晶化する工程を含む、圧電素子の製造方法、圧電素子、及び液滴吐出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element, a method for manufacturing a piezoelectric element, and a droplet discharge device, and more particularly, to a method for manufacturing a piezoelectric element, a piezoelectric element, and a droplet discharge device including a step of crystallizing a piezoelectric body. It relates to a manufacturing method.
一般に、画像データに基づいてノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像を形成する液滴吐出装置を備えた画像形成装置がある。液滴吐出装置としては、圧電体を含む圧電素子を用いて、圧力室内の圧力を変化させてノズルからインク滴を吐出するピエゾ方式が知られている。 2. Description of the Related Art In general, there is an image forming apparatus that includes a droplet discharge device that forms an image on a recording medium by discharging droplets from nozzles based on image data. As a droplet discharge device, a piezo method is known in which a piezoelectric element including a piezoelectric body is used to change the pressure in a pressure chamber to discharge an ink droplet from a nozzle.
圧電体を含む圧電素子の製造方法としては、基板上に電極を形成し、電極の上に圧電材料(アモルファス層)をスパッタリングしている最中に圧電材料の結晶化温度まで基板を加熱し、当該加熱状態でスパッタリングを行う工程を含む製造方法が一般的に行われている。 As a method of manufacturing a piezoelectric element including a piezoelectric body, an electrode is formed on a substrate, and while the piezoelectric material (amorphous layer) is sputtered on the electrode, the substrate is heated to the crystallization temperature of the piezoelectric material, A manufacturing method including a step of performing sputtering in the heated state is generally performed.
また、MgO単結晶基板上に、電極を形成し、その上に配向層を加熱成膜し、その上にアモルファス層を非加熱成膜し、アニールにより結晶化する工程を含む技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記従来の技術では、結晶化工程の際に、不純物層であるパイロクロア層(A2B2O7)が形成されてしまい、その結果、圧電素子の圧電特性が劣化してしまう場合がある。 However, in the conventional technique, a pyrochlore layer (A2B2O7), which is an impurity layer, is formed during the crystallization process, and as a result, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element may deteriorate.
例えば、圧電材料のスパッタリング中に基板を結晶化温度まで加熱すると、成膜中に酸素が十分に取り込まれずに、酸素欠陥を起こしてパイロクロア層が形成される場合がある。さらに、この場合、圧電体膜内の内部応力も問題となる。 For example, when the substrate is heated to the crystallization temperature during sputtering of the piezoelectric material, oxygen may not be sufficiently taken in during film formation, and oxygen defects may be caused to form a pyrochlore layer. Further, in this case, the internal stress in the piezoelectric film becomes a problem.
また、上記従来の技術では、アモルファス層をアニールする際に、Pb抜けが発生して、パイロクロア層が形成される。 Further, in the above conventional technique, when the amorphous layer is annealed, Pb loss occurs and a pyrochlore layer is formed.
本発明は、圧電素子の圧電特性を向上することができる圧電素子の製造方法、圧電特性が向上された圧電素子、及び圧電特性が向上された圧電素子を用いた液滴吐出装置の製造方法、を提供することを目的とする。 The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element capable of improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element, a piezoelectric element having improved piezoelectric characteristics, and a method for manufacturing a droplet discharge device using the piezoelectric element having improved piezoelectric characteristics, The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の圧電素子の製造方法は、基板上に(111)格子面に優先配向した下部電極膜を形成する下部電極膜形成工程と、前記下部電極膜上にPbの元素を含むアモルファス層を形成するアモルファス層形成工程と、前記アモルファス層上にPbO膜を形成するPbO膜形成工程と、前記PbO膜が形成された前記アモルファス層を加熱処理する加熱処理工程と、前記加熱処理を行った前記PbO膜の上に上部電極膜を形成する上部電極膜形成工程と、を備える。 In order to achieve the above object, the piezoelectric element manufacturing method according to claim 1 includes a lower electrode film forming step of forming a lower electrode film preferentially oriented on a (111) lattice plane on a substrate, and the lower electrode film An amorphous layer forming step for forming an amorphous layer containing a Pb element thereon, a PbO film forming step for forming a PbO film on the amorphous layer, and a heat treatment for heating the amorphous layer on which the PbO film is formed And an upper electrode film forming step of forming an upper electrode film on the PbO film subjected to the heat treatment.
請求項2に記載の圧電素子の製造方法は、前記請求項1に記載の圧電素子の製造方法において、前記アモルファス層はTi、Zrの元素をさらに含む。 The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 2 is the method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1, wherein the amorphous layer further contains elements of Ti and Zr.
アモルファス層形成工程により形成されるアモルファス層は、Pbに加えて、さらにTi、Zrの元素をさらに含むものとすることができる。このようなアモルファス層の一例としては、PZT(PbZrO3及びPbTiO3の固溶体)のアモルファス層等が挙げられる。 The amorphous layer formed by the amorphous layer forming step may further contain elements of Ti and Zr in addition to Pb. An example of such an amorphous layer is an amorphous layer of PZT (a solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 ).
請求項3に記載の圧電素子の製造方法は、前記請求項1または請求項2に記載の圧電素子の製造方法において、前記PbO膜形成工程は、前記PbO膜の厚みが700nm未満となるように前記PbO膜を形成する。 The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 3 is the method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the PbO film forming step is such that the thickness of the PbO film is less than 700 nm. The PbO film is formed.
PbO膜の厚みが700nmを越えると、PbOの残留等により、製造される圧電素子の圧電特性が低下する。そのため、PbO膜形成工程は、PbO膜の厚みが700nm未満となるようにPbO膜を形成することが好ましい。 When the thickness of the PbO film exceeds 700 nm, the piezoelectric characteristics of the manufactured piezoelectric element deteriorate due to the residual PbO. Therefore, in the PbO film formation step, it is preferable to form the PbO film so that the thickness of the PbO film is less than 700 nm.
請求項4に記載の圧電素子の製造方法は、前記請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法において、前記加熱工程処理は、加熱温度が500℃以上、かつ、700℃以下の範囲内の温度である。 The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 4 is the method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating process is performed at a heating temperature of 500 ° C or higher. The temperature is in the range of 700 ° C. or lower.
加熱工程処理の加熱温度が500℃未満であると、不純物層である異相のパイロクロア層が形成され、800℃を越えると、形成された膜が基板から剥離する。そのため、加熱温度はパイロクロア層が形成されない500℃以上、かつ、形成された膜と基板との密着性がよい700℃以下の範囲内の温度とすることが好ましい。 When the heating temperature in the heating process is less than 500 ° C., a heterophase pyrochlore layer as an impurity layer is formed, and when the heating temperature exceeds 800 ° C., the formed film is peeled off from the substrate. Therefore, the heating temperature is preferably 500 ° C. or higher at which the pyrochlore layer is not formed and 700 ° C. or lower in which the adhesion between the formed film and the substrate is good.
請求項5に記載の圧電素子は、基板上に形成された、(111)格子面に優先配向した下部電極膜と、前記下部電極膜上に、Pbの元素を含むアモルファス層が結晶化された圧電体層と、前記圧電体層上に、形成されたPbO膜と、前記PbO膜の上に形成された上部電極膜と、を備える。 The piezoelectric element according to claim 5 is formed by crystallizing a lower electrode film preferentially oriented on a (111) lattice plane formed on a substrate and an amorphous layer containing a Pb element on the lower electrode film. A piezoelectric layer; a PbO film formed on the piezoelectric layer; and an upper electrode film formed on the PbO film.
請求項6に記載の液滴吐出装置の製造方法は、液滴吐出素子形成用基板の上に請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧電素子を製造する工程と、前記液滴吐出素子形成用基板に圧力室を形成する工程と、圧力室が形成された前記液滴吐出素子形成用基板に、液滴吐出口を形成する工程と、を備える。 A method for manufacturing a droplet discharge device according to a sixth aspect includes a step of manufacturing the piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4 on a droplet discharge element forming substrate, and the liquid Forming a pressure chamber on the droplet discharge element forming substrate; and forming a droplet discharge port on the droplet discharge element forming substrate on which the pressure chamber is formed.
以上説明したように、請求項1〜請求項5に記載の本発明によれば、圧電素子の圧電特性を向上することができる、という効果が得られる。 As described above, according to the first to fifth aspects of the present invention, the piezoelectric characteristic of the piezoelectric element can be improved.
請求項6に記載の本発明によれば、圧電特性が向上された圧電素子を用いた液滴吐装置が得られる、という効果が得られる。 According to the sixth aspect of the present invention, there is an effect that a droplet discharge device using a piezoelectric element with improved piezoelectric characteristics can be obtained.
[第1の実施の形態]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態である、圧電素子及びその製造方法を詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a piezoelectric element and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態の圧電素子の概略構成の一例を示した断面図である。図1に示すように本発明の実施の形態の圧電素子10は、基板12、下部電極膜14、圧電体層16、PbO(酸化鉛)膜18、及び上部電極膜20を備えて構成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a piezoelectric element 10 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 12, a lower electrode film 14, a piezoelectric layer 16, a PbO (lead oxide) film 18, and an upper electrode film 20. Yes.
基板12は、Si(シリコン)基板やMgO単結晶基板等が挙げられる。 Examples of the substrate 12 include a Si (silicon) substrate and a MgO single crystal substrate.
下部電極膜14は、結晶格子の(111)面に優先配向したPt(プラチナ)やIr(イリジウム)の薄膜等が挙げられる。 Examples of the lower electrode film 14 include a thin film of Pt (platinum) or Ir (iridium) preferentially oriented on the (111) plane of the crystal lattice.
圧電体層16は、少なくともPbを含む圧電材料により形成された層(膜)であり、Zr、Tiをさらに主成分として含む圧電材料が結晶化された層であることが好ましい。なお、本実施の形態では、PZT(PbZrO3及びPbTiO3の固溶体)を用いているが、これに限らない。 The piezoelectric layer 16 is a layer (film) formed of a piezoelectric material containing at least Pb, and is preferably a layer obtained by crystallizing a piezoelectric material further containing Zr and Ti as main components. In this embodiment, PZT (a solid solution of PbZrO 3 and PbTiO 3 ) is used, but the present invention is not limited to this.
PbO膜18は、700nm以下の厚みの膜である(詳細後述)。 The PbO film 18 is a film having a thickness of 700 nm or less (details will be described later).
上部電極膜20は、下部電極膜と同様にPtやIrの薄膜等が挙げられるが、これに限定されるものではない。 The upper electrode film 20 may be a thin film of Pt or Ir as in the case of the lower electrode film, but is not limited thereto.
また、図2は、本発明の実施の形態の圧電素子の製造方法の手順の概略を示すフローチャートの一例である。 FIG. 2 is an example of a flowchart showing an outline of the procedure of the method for manufacturing a piezoelectric element according to the embodiment of the present invention.
まず、ステップ100では、基板12上に下部電極膜14を形成する。下部電極膜14は、例えば、スパッタ法により形成するが、これに限らない。 First, in step 100, the lower electrode film 14 is formed on the substrate 12. The lower electrode film 14 is formed by, for example, sputtering, but is not limited thereto.
次のステップ102では、下部電極膜14上にPZTのアモルファス層を非加熱で成膜する。本実施の形態では、下部電極膜14上に常温でスパッタ法で成膜してPZTのアモルファス層を形成する。本実施の形態では、具体的一例として4μmの厚さのアモルファス層を形成する。なお、PZTのアモルファス層の形成方法はこれに限らず、真空蒸着等のその他のPVD(物理的気相成長法)やCVD(化学的気相成長法)、水熱合成法、ソルゲル法、液相成長法等でもよい。 In the next step 102, an amorphous layer of PZT is formed on the lower electrode film 14 without heating. In this embodiment, a PZT amorphous layer is formed on the lower electrode film 14 by sputtering at room temperature. In this embodiment, an amorphous layer having a thickness of 4 μm is formed as a specific example. In addition, the formation method of the amorphous layer of PZT is not limited to this, and other PVD (physical vapor deposition method) such as vacuum deposition, CVD (chemical vapor deposition method), hydrothermal synthesis method, sol-gel method, liquid A phase growth method or the like may be used.
次のステップ104では、アモルファス層の上にPbO膜18を真空成膜する。PbO膜の厚みは、700nm以下、好ましくは500nm以下である。本実施の形態では、具体的一例として、スパッタ法により、500nm以下のPbO膜を、電力が500W、スパッタガス圧力が1.0Paのスパッタ条件でスパッタ法により成膜する。なお、PbO膜の形成方法はこれに限らず、真空成膜であればよく、真空蒸着等のその他のPVD(物理的気相成長法)やCVD(化学的気相成長法)等でもよい。 In the next step 104, the PbO film 18 is vacuum-deposited on the amorphous layer. The thickness of the PbO film is 700 nm or less, preferably 500 nm or less. In this embodiment, as a specific example, a PbO film having a thickness of 500 nm or less is formed by a sputtering method under a sputtering condition with a power of 500 W and a sputtering gas pressure of 1.0 Pa by a sputtering method. The method for forming the PbO film is not limited to this, and it may be vacuum film formation, and may be other PVD (physical vapor deposition method) such as vacuum vapor deposition, CVD (chemical vapor deposition method), or the like.
次のステップ106では、大気中でアニール処理し、アモルファス層を結晶化して圧電体層16を形成する。本実施の形態では、具体的一例として、大気中、昇温温度が10℃/min、アニール温度が500〜700℃、アニール時間が30minのアニール条件でアニールしている。アニール条件はこれに限定されないが、アニール温度が500℃未満では、不純物層(異層)であるパイロクロア層が形成されてしまい、また、アニール温度が800℃を越えると、スパッタ膜が基板から剥離してしまうため、アニール温度は500〜700℃の範囲内であることが好ましい。この温度範囲内であれば、パイロクロア層が形成されることなく、基板に密着した高性能の圧電体を形成することができる。 In the next step 106, the piezoelectric layer 16 is formed by annealing in the atmosphere and crystallizing the amorphous layer. In the present embodiment, as a specific example, annealing is performed in the air under an annealing condition of a temperature rising temperature of 10 ° C./min, an annealing temperature of 500 to 700 ° C., and an annealing time of 30 min. The annealing conditions are not limited to this, but if the annealing temperature is less than 500 ° C., a pyrochlore layer as an impurity layer (different layer) is formed, and if the annealing temperature exceeds 800 ° C., the sputtered film is peeled off from the substrate. Therefore, the annealing temperature is preferably in the range of 500 to 700 ° C. Within this temperature range, a high-performance piezoelectric body that is in close contact with the substrate can be formed without forming a pyrochlore layer.
また、本実施の形態では、所定時間(上記具体例では30min)でアニールした後、アニール温度のままでヒータ(アニール温度に加熱していた加熱手段)を停止し、自然放熱により冷却する。 In this embodiment, after annealing for a predetermined time (30 minutes in the above specific example), the heater (heating means heated to the annealing temperature) is stopped at the annealing temperature and cooled by natural heat dissipation.
次のステップ108では、PbO膜18の上に、上部電極膜を形成する。上部電極膜18は、例えば、スパッタ法により形成するが、これに限らない。また、下部電極膜14と同様の方法であってもよいし、異なる方法であってもよい。 In the next step 108, an upper electrode film is formed on the PbO film 18. The upper electrode film 18 is formed by, for example, sputtering, but is not limited thereto. Moreover, the same method as the lower electrode film 14 may be used, or a different method may be used.
これにより、圧電素子10が完成する。 Thereby, the piezoelectric element 10 is completed.
図3に、アモルファス層の上にPbO膜を形成した後、アニール処理した場合(本実施の形態)及びPbO膜を形成せずにアニール処理した場合のXRD(X線回折)測定の結果を示す。 FIG. 3 shows the results of XRD (X-ray diffraction) measurement when a PbO film is formed on an amorphous layer and then annealed (this embodiment) and when the PbO film is annealed without being formed. .
なお、ここでは、本実施の形態の製造方法として、PZTアモルファス層の上に、スパッタ法で150nmの厚みPbO膜を成膜した後、アニール温度が700℃、アニール時間が30minの条件でアニール処理したものを用いている。 Here, as a manufacturing method of the present embodiment, after a PbT film having a thickness of 150 nm is formed on a PZT amorphous layer by a sputtering method, an annealing process is performed under conditions of an annealing temperature of 700 ° C. and an annealing time of 30 min. We use what we did.
図3に示したように、PbO膜を形成していない従来の場合は、不純物層であるパイロクロア層が存在しているが、PbO膜を形成した後、アニール処理を行っている本実施の形態の場合では、不純物層であるパイロクロア層は存在していない。このように、アモルファス層の上にPbO膜を形成してからアニール処理(結晶化)処理を行うことにより、アニール中にアモルファス層から抜けるPbをPbO膜が補充するため、パイロクロア層の生成を抑えることができる。 As shown in FIG. 3, in the conventional case in which no PbO film is formed, a pyrochlore layer that is an impurity layer is present, but in the present embodiment, annealing is performed after the PbO film is formed. In this case, there is no pyrochlore layer as an impurity layer. In this way, by forming the PbO film on the amorphous layer and then performing the annealing (crystallization) process, the PbO film supplements the Pb that escapes from the amorphous layer during the annealing, thereby suppressing the formation of the pyrochlore layer. be able to.
また、図4に、形成されるPbO膜の厚みと圧電定数(d定数)との関係を示す。圧電定数とは、圧電素子の上部電圧と下部電圧との間に電圧を印加したときに、圧電素子がどれだけ変化するかを表す定数であり、圧電素子の圧電特性を表すものである。一般に、圧電素子のd31定数が50pm/V未満であると、例えば、1200dpi程度の高密度のノズル配線で採用し得る圧力室の大きさ(具体的一例として300μm)でのインクの吐出が不可能になるため、d31定数は、50pm/V以上であることが好ましい。 FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the formed PbO film and the piezoelectric constant (d constant). The piezoelectric constant is a constant representing how much the piezoelectric element changes when a voltage is applied between the upper voltage and the lower voltage of the piezoelectric element, and represents the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element. In general, when the d31 constant of the piezoelectric element is less than 50 pm / V, it is not possible to eject ink at a pressure chamber size (300 μm as a specific example) that can be employed in a high-density nozzle wiring of about 1200 dpi, for example. Therefore, the d31 constant is preferably 50 pm / V or more.
図4に示したように、PbO膜の厚みが150nmまでは、厚みの増加と共に、d31定数も増加するが、厚みが150nmよりも大きくなると、d31定数は減少していく。これは、PbOの残留が原因であると考えられる。そして、700nmを越えると、d31定数は、50pm/V以下になる。従って、PbOの厚みは、700nm以下が良く、好ましくは500nmであり、より好ましい最適範囲としては、100〜200nmである。 As shown in FIG. 4, when the thickness of the PbO film is up to 150 nm, the d31 constant increases as the thickness increases. However, when the thickness exceeds 150 nm, the d31 constant decreases. This is considered to be caused by PbO remaining. And if it exceeds 700 nm, d31 constant will be 50 pm / V or less. Therefore, the thickness of PbO is preferably 700 nm or less, preferably 500 nm, and a more preferable optimum range is 100 to 200 nm.
以上説明したように、本実施の形態の圧電素子10の製造方法では、PZTのアモルファス層を形成した後に、PbO膜18をスパッタ法で成膜して形成し、その後、大気中でアニールしてアモルファス層の結晶化処理を行い圧電体層16を形成するので、アモルファス層中に不純物層であるパイロクロア層が形成されることなく圧電体層16を形成することができ、パイロクロア層が形成されていない圧電素子10を製造することができる。従って、圧電素子10の圧電特性を向上することができる。 As described above, in the method for manufacturing the piezoelectric element 10 of the present embodiment, after forming the PZT amorphous layer, the PbO film 18 is formed by sputtering, and then annealed in the atmosphere. Since the amorphous layer is crystallized to form the piezoelectric layer 16, the piezoelectric layer 16 can be formed without forming the pyrochlore layer as an impurity layer in the amorphous layer, and the pyrochlore layer is formed. Piezoelectric element 10 can be produced. Therefore, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element 10 can be improved.
[第2の実施の形態]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態である、第1の実施の形態の圧電素子10を用いたインクジェットヘッド(液滴吐出装置)の製造方法を詳細に説明する。なお、ここでは、インクを吐出するノズル1個に対応する製造方法(構成)を説明しているが、複数のノズルを備えた液滴吐出装置の場合は、ノズル1個分ずつ製造してもよいし、複数のノズル分を同時に製造するようにしてもよい。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a manufacturing method of an ink jet head (droplet discharge device) using the piezoelectric element 10 of the first embodiment, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the drawings. Here, a manufacturing method (configuration) corresponding to one nozzle that discharges ink has been described. However, in the case of a droplet discharge device including a plurality of nozzles, one nozzle can be manufactured at a time. Alternatively, a plurality of nozzles may be manufactured at the same time.
図5は、本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッド30の製造方法の手順の概略を示すフローチャートの一例である。また、図6は、図5に示したインクジェットヘッド30の製造方法の各工程を説明するための説明図である。 FIG. 5 is an example of a flowchart showing an outline of the procedure of the method of manufacturing the inkjet head 30 according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining each step of the method of manufacturing the inkjet head 30 shown in FIG.
なお、インクジェットヘッド30を形成するための基板32(図6(A)参照)は、Si基板等が挙げられるが、その他の機能成膜を多層した多層膜基板であってもよい。 The substrate 32 (see FIG. 6A) for forming the ink jet head 30 may be a Si substrate or the like, but may be a multilayer substrate in which other functional films are formed.
まず、ステップ200では、基板32上に第1の実施の形態の圧電素子10を製造する(図6(B)参照)。なお、圧電素子10はインクジェットヘッド30の所望の特性、仕様等にあわせてパターニングした状態とする。圧電素子10のパターニング方法の一例としては、例えば、基板21の上にSi基板12及び下部電極膜14を形成し、下部電極膜14の上にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとして下部電極膜14をドライエッチングしてパターニングし、さらに圧電体層16、PbO膜18、及び上部電極膜20を形成し、その上にパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をマスクとしてエッチングする方法が挙げられるが、これに限定されない。 First, in step 200, the piezoelectric element 10 of the first embodiment is manufactured on the substrate 32 (see FIG. 6B). Note that the piezoelectric element 10 is in a state of being patterned in accordance with desired characteristics and specifications of the inkjet head 30. As an example of the patterning method of the piezoelectric element 10, for example, the Si substrate 12 and the lower electrode film 14 are formed on the substrate 21, a patterned resist layer is formed on the lower electrode film 14, and the resist layer is formed. The lower electrode film 14 is dry-etched and patterned as a mask, and further, the piezoelectric layer 16, the PbO film 18, and the upper electrode film 20 are formed, and a patterned resist layer is formed thereon, and the resist layer is masked. A method of etching may be used, but the method is not limited to this.
次のステップ202では、圧力室(インク収納室)34を形成する(図6(C)参照)。本実施の形態では、基板32の一部をエッチング等により除去して、圧力室34を形成する。 In the next step 202, a pressure chamber (ink storage chamber) 34 is formed (see FIG. 6C). In the present embodiment, part of the substrate 32 is removed by etching or the like to form the pressure chamber 34.
次のステップ204では、インクを吐出するためのノズル38を形成する(図6(D)参照)。本実施の形態では、ノズル38を形成した基体36を別途作成しておき、圧力室34が形成された基体32に接着している。基体32の材質は、限定されないが、具体的例としては、SUSやNi等の金属材料や、ポリイミド等の非金属材料が挙げられる。 In the next step 204, the nozzles 38 for ejecting ink are formed (see FIG. 6D). In the present embodiment, the base body 36 on which the nozzles 38 are formed is separately prepared and bonded to the base body 32 on which the pressure chambers 34 are formed. Although the material of the base | substrate 32 is not limited, As a specific example, nonmetallic materials, such as metal materials, such as SUS and Ni, and a polyimide, are mentioned.
これにより、インクジェットヘッド30が完成する。 Thereby, the inkjet head 30 is completed.
なお、本実施の形態の製造方法の説明では省略したが、圧力室34の他に(または、圧力室34と共に)、圧力室34にインクを充填するための供給口等が形成される。 Although omitted in the description of the manufacturing method of the present embodiment, in addition to the pressure chamber 34 (or together with the pressure chamber 34), a supply port for filling the pressure chamber 34 with ink and the like are formed.
また、インクジェットヘッド30の製造方法の詳細はこれに限らず、基板32の上に第1の実施の形態の圧電素子10を製造し、その後、基板32の圧電素子10が形成されているのと反対側の面に、圧力室34やノズル38等を形成するようにすればよい。 The details of the method of manufacturing the inkjet head 30 are not limited to this, and the piezoelectric element 10 of the first embodiment is manufactured on the substrate 32, and then the piezoelectric element 10 of the substrate 32 is formed. The pressure chamber 34, the nozzle 38, and the like may be formed on the opposite surface.
上記インクジェットヘッド30では、下部電極膜14と上部電極膜20との間に駆動電圧を印加することにより、圧電体層16が変形して圧力室34の容積が変化し、これに伴う圧力変化により圧力室34内に収納されていたインクがノズル38から吐出される。インクの吐出後、圧電体層16の変形が元に戻る際に供給口(図示省略)を通って新しいインクが圧力室34に再充填される。 In the inkjet head 30, when a driving voltage is applied between the lower electrode film 14 and the upper electrode film 20, the piezoelectric layer 16 is deformed to change the volume of the pressure chamber 34, and the pressure change accompanying this changes. The ink stored in the pressure chamber 34 is ejected from the nozzle 38. After the ink is ejected, when the deformation of the piezoelectric layer 16 is restored, new pressure ink is refilled into the pressure chamber 34 through a supply port (not shown).
以上説明したように、本実施の形態のインクジェットヘッド30の製造方法では、基板32の上に第1の実施の形態の圧電素子10を製造し、その後、基板32の圧電素子10が形成されているのと反対側の面に、圧力室34及びノズル38を形成するので、圧電特性が向上された圧電素子10を用いたインクジェットヘッド30を製造することができる。従って、高画質の画像を形成することができる。 As described above, in the method of manufacturing the inkjet head 30 according to the present embodiment, the piezoelectric element 10 according to the first embodiment is manufactured on the substrate 32, and then the piezoelectric element 10 of the substrate 32 is formed. Since the pressure chamber 34 and the nozzle 38 are formed on the opposite side of the surface, the inkjet head 30 using the piezoelectric element 10 with improved piezoelectric characteristics can be manufactured. Therefore, a high quality image can be formed.
10 圧電素子
12 Si基板
14 下部電極
16 圧電体
18 PbO膜
20 上部電極
30 インクジェットヘッド
32 基板
34 圧力室
36 基体
38 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric element 12 Si substrate 14 Lower electrode 16 Piezoelectric 18 PbO film 20 Upper electrode 30 Inkjet head 32 Substrate 34 Pressure chamber 36 Base 38 Nozzle
Claims (6)
前記下部電極膜上にPbの元素を含むアモルファス層を形成するアモルファス層形成工程と、
前記アモルファス層上にPbO膜を形成するPbO膜形成工程と、
前記PbO膜が形成された前記アモルファス層を加熱処理する加熱処理工程と、
前記加熱処理を行った前記PbO膜の上に上部電極膜を形成する上部電極膜形成工程と、
を備えた圧電素子の製造方法。 Forming a lower electrode film preferentially oriented in a (111) lattice plane on a substrate;
An amorphous layer forming step of forming an amorphous layer containing an element of Pb on the lower electrode film;
A PbO film forming step of forming a PbO film on the amorphous layer;
A heat treatment step of heat-treating the amorphous layer on which the PbO film is formed;
An upper electrode film forming step of forming an upper electrode film on the heat-treated PbO film;
A method for manufacturing a piezoelectric element comprising:
前記請求項1に記載の圧電素子の製造方法。 The amorphous layer further includes elements of Ti and Zr.
The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1.
前記請求項1または請求項2に記載の圧電素子の製造方法。 In the PbO film forming step, the PbO film is formed so that the thickness of the PbO film is less than 700 nm.
The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 1 or 2.
前記請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電素子の製造方法。 In the heating process, the heating temperature is 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
The method for manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3.
前記下部電極膜上に、Pbの元素を含むアモルファス層が結晶化された圧電体層と、
前記圧電体層上に、形成されたPbO膜と、
前記PbO膜の上に形成された上部電極膜と、
を備えた圧電素子。 A lower electrode film formed on a substrate and preferentially oriented in a (111) lattice plane;
A piezoelectric layer obtained by crystallizing an amorphous layer containing an element of Pb on the lower electrode film;
A PbO film formed on the piezoelectric layer;
An upper electrode film formed on the PbO film;
A piezoelectric element comprising
前記液滴吐出素子形成用基板に圧力室を形成する工程と、
圧力室が形成された前記液滴吐出素子形成用基板に、液滴吐出口を形成する工程と、
を備えた液滴吐出装置の製造方法。 A step of manufacturing the piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4 on a droplet discharge element forming substrate;
Forming a pressure chamber in the droplet discharge element forming substrate;
Forming a droplet discharge port in the droplet discharge element forming substrate in which the pressure chamber is formed;
A method for manufacturing a droplet discharge device comprising:
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