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JP2020198366A - Thin-film piezo electric element, manufacturing method for the same, actuator, ink jet head, and image forming apparatus - Google Patents

Thin-film piezo electric element, manufacturing method for the same, actuator, ink jet head, and image forming apparatus Download PDF

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JP2020198366A
JP2020198366A JP2019103708A JP2019103708A JP2020198366A JP 2020198366 A JP2020198366 A JP 2020198366A JP 2019103708 A JP2019103708 A JP 2019103708A JP 2019103708 A JP2019103708 A JP 2019103708A JP 2020198366 A JP2020198366 A JP 2020198366A
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慎太郎 原
江口 秀幸
Hideyuki Eguchi
秀幸 江口
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Abstract

【課題】高温環境で長期的にパルス駆動させたときの、圧電体の変位量の経時的な低下が抑制された薄膜状圧電素子を提供すること。
【解決手段】上部電極および下部電極、ならびに上記上部電極と下部電極との間に配置されたペロブスカイト構造を有する圧電体、を有する薄膜状圧電素子。上記上部電極および下部電極の少なくとも一方の電極は、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film piezoelectric element in which a decrease in a displacement amount of a piezoelectric body with time is suppressed when a pulse is driven for a long period of time in a high temperature environment.
A thin-film piezoelectric element having an upper electrode and a lower electrode, and a piezoelectric body having a perovskite structure arranged between the upper electrode and the lower electrode. At least one of the upper electrode and the lower electrode is made of an Ir—Ti alloy containing Ir as a main component, and both Ir and Ti are partially oxidized.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、薄膜状圧電素子およびその製造方法、アクチュエータ、インクジェットヘッド、ならびに画像形成装置に関する。 The present invention relates to a thin film piezoelectric element, a method for manufacturing the same, an actuator, an inkjet head, and an image forming apparatus.

薄膜状の圧電体と、上記圧電体に対して厚み方向に電圧を印加する上下の電極と、を有する薄膜状圧電素子は、アクチュエータとしてインクジェットヘッドやハードディスクドライブ(HDD)などに幅広く用いられている。 A thin-film piezoelectric element having a thin-film piezoelectric body and upper and lower electrodes for applying a voltage to the piezoelectric body in the thickness direction is widely used as an actuator in an inkjet head, a hard disk drive (HDD), or the like. ..

上記圧電体としては、強誘電性および良好な圧電特性を有する、ペロブスカイト構造を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が一般的に用いられている。また、上記上下の電極には、多種多様な金属またはその酸化物を使用できることが知られている(特許文献1および特許文献2参照)。 As the piezoelectric material, lead zirconate titanate (PZT) having a perovskite structure, which has ferroelectricity and good piezoelectric characteristics, is generally used. Further, it is known that a wide variety of metals or oxides thereof can be used for the upper and lower electrodes (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許文献3〜特許文献5には、圧電体としてペロブスカイト型酸化物を用い、かつ、上記上下の電極にチタン(Ti)または酸化チタンと、イリジウム(Ir)とを含む貴金属を用いた圧電素子が記載されている。特許文献3〜特許文献5には、TiまたはIrを含むターゲットを用いたスパッタ法により、上記電極を作製できると記載されている。 Patent Documents 3 to 5 describe a piezoelectric element in which a perovskite-type oxide is used as a piezoelectric material, and a noble metal containing titanium (Ti) or titanium oxide and iridium (Ir) is used for the upper and lower electrodes. Have been described. Patent Documents 3 to 5 describe that the electrode can be produced by a sputtering method using a target containing Ti or Ir.

特開2016−36006号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-36006 特開2005−228838号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-228838 特開2004−47928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-47928 特開2004−186646号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-186646 特開2005−119166号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-119166

特許文献1〜特許文献5にも記載のように、ペロブスカイト構造を有する圧電体を用いた薄膜状圧電素子は広く使用されている。 As described in Patent Documents 1 to 5, thin-film piezoelectric elements using a piezoelectric material having a perovskite structure are widely used.

たとえば上記薄膜状圧電素子をインクジェットヘッドに用いるときは、長期的にパルス駆動させたときに圧電体の変位量が低下すると、インクジェットヘッドからの液滴の射出速度も経時的に変化してしまう。薄膜状圧電素子の耐久性を高める観点から、圧電体には、長期的な使用による変位量の変化が少ないことが求められる。特に、本発明者らの知見によれば、ペロブスカイト構造を有する圧電体を高温環境で長期的にパルス駆動させたときに、変位量の低下が顕著である。 For example, when the thin-film piezoelectric element is used in an inkjet head, if the displacement amount of the piezoelectric body decreases when the piezoelectric element is pulse-driven for a long period of time, the ejection speed of droplets from the inkjet head also changes with time. From the viewpoint of improving the durability of the thin-film piezoelectric element, the piezoelectric body is required to have little change in the amount of displacement due to long-term use. In particular, according to the findings of the present inventors, when a piezoelectric material having a perovskite structure is pulse-driven for a long period of time in a high temperature environment, the amount of displacement is significantly reduced.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、高温環境で長期的にパルス駆動させたときの、圧電体の変位量の経時的な低下が抑制された薄膜状圧電素子、その製造方法、当該薄膜状圧電素子を有するアクチュエータ、当該アクチュエータを有するインクジェットヘッド、ならびに当該インクジェットヘッドを有する画像形成装置を提供することを、その目的とする。 The present invention has been made based on the above findings, and is a thin-film piezoelectric element in which a decrease in the amount of displacement of the piezoelectric body with time is suppressed when the piezoelectric body is pulse-driven for a long period of time in a high temperature environment, and a method for manufacturing the same. An object of the present invention is to provide an actuator having the thin-film piezoelectric element, an inkjet head having the actuator, and an image forming apparatus having the inkjet head.

上記課題は、上部電極および下部電極、ならびに上記上部電極と下部電極との間に配置されたペロブスカイト構造を有する圧電体、を有する薄膜状圧電素子によって解決される。上記上部電極および下部電極の少なくとも一方の電極は、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている。 The above problem is solved by a thin film piezoelectric element having an upper electrode and a lower electrode, and a piezoelectric body having a perovskite structure arranged between the upper electrode and the lower electrode. At least one of the upper electrode and the lower electrode is made of an Ir—Ti alloy containing Ir as a main component, and both Ir and Ti are partially oxidized.

また、上記課題は、基板の一面に下部電極を形成する工程、上記下部電極の前記基板とは反対側に圧電体を形成する工程、および上記圧電体の前記基板とは反対側に上部電極を形成する工程、を有する、薄膜状圧電素子の製造方法により解決される。上記下部電極を形成する工程および上部電極を形成する工程の少なくとも一方の工程は、Irを主成分とするIr−Ti合金焼結体ターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気ガスの存在下で、上記基板を加熱しながら反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程と、上記成膜された電極膜を酸素雰囲気下でアニールする工程と、を含む。 Further, the above-mentioned problems are a step of forming a lower electrode on one surface of a substrate, a step of forming a piezoelectric body on the side of the lower electrode opposite to the substrate, and an upper electrode on the side of the piezoelectric body opposite to the substrate. It is solved by a method for manufacturing a thin-film piezoelectric element having a step of forming. At least one of the steps of forming the lower electrode and the step of forming the upper electrode is performed by using an Ir—Ti alloy sintered body target containing Ir as a main component in the presence of an atmospheric gas containing oxygen. The process includes a step of forming an electrode film by a reactive sputtering method while heating a substrate, and a step of annealing the formed electrode film in an oxygen atmosphere.

また、上記課題は、上記薄膜状圧電素子を有するアクチュエータによって解決される。 Further, the above problem is solved by the actuator having the thin film piezoelectric element.

また、上記課題は、上記アクチュエータ他を有するインクジェットヘッドによって解決される。 Further, the above problem is solved by an inkjet head having the above actuator or the like.

また、上記課題は、上記インクジェットヘッドを有する画像形成装置によって解決される。 Further, the above-mentioned problem is solved by the image-forming apparatus having the above-mentioned inkjet head.

本発明により、高温環境で長期的にパルス駆動させたときの、圧電体の変位量の経時的な低下が抑制された薄膜状圧電素子、その製造方法、当該薄膜状圧電素子を有するアクチュエータ、当該アクチュエータを有するインクジェットヘッド、ならびに当該インクジェットヘッドを有する画像形成装置が提供される。 According to the present invention, a thin-film piezoelectric element in which a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body is suppressed over time when pulse-driven for a long period of time in a high-temperature environment, a method for manufacturing the same, an actuator having the thin-film piezoelectric element, An inkjet head having an actuator and an image forming apparatus having the inkjet head are provided.

図1は、本発明の第1の実施形態に関する薄膜状圧電素子の模式的な構成を示す、厚み方向への断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view in the thickness direction showing a schematic configuration of a thin-film piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第2の実施形態に関する薄膜状圧電素子の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a thin-film piezoelectric element according to a second embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第2の実施形態における上部電極を形成する工程(工程S110)に含まれる各工程を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing each step included in the step of forming the upper electrode (step S110) in the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第2の実施形態における下部電極を形成する工程(工程S150)に含まれる各工程を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing each step included in the step of forming the lower electrode (step S150) in the second embodiment of the present invention. 図5は、実施例において、ACT−1およびACT−2のそれぞれに100億パルスの駆動電圧を印加したときの、印加したパルス数と、アクチュエータの変位量の低下率との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of applied pulses and the reduction rate of the displacement amount of the actuator when a drive voltage of 10 billion pulses is applied to each of ACT-1 and ACT-2 in the embodiment. is there. 図6は、実施例において、ACT−1を有するインクジェットヘッドおよびACT−2を有するインクジェットヘッドのそれぞれに100億パルスの駆動電圧を印加したときの、印加したパルス数と、射出速度の低下率との関係を示すグラフである。FIG. 6 shows the number of applied pulses and the rate of decrease in injection speed when a drive voltage of 10 billion pulses was applied to each of the inkjet head having ACT-1 and the inkjet head having ACT-2 in the embodiment. It is a graph which shows the relationship of.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The common members in each figure are designated by the same reference numerals. Moreover, the present invention is not limited to the following forms.

[薄膜状圧電素子]
図1は、本発明の第1の実施形態に関する薄膜状圧電素子100の模式的な構成を示す、厚み方向への断面図である。
[Thin film piezoelectric element]
FIG. 1 is a cross-sectional view in the thickness direction showing a schematic configuration of the thin film piezoelectric element 100 according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、薄膜状圧電素子100は、この順に配置された、上部電極110、配向制御層120、圧電体130、低誘電率層140、下部電極150および振動板160を有する。 As shown in FIG. 1, the thin-film piezoelectric element 100 has an upper electrode 110, an orientation control layer 120, a piezoelectric body 130, a low dielectric constant layer 140, a lower electrode 150, and a diaphragm 160 arranged in this order.

上部電極110は、主成分であるイリジウム(Ir)とチタン(Ti)とを含む、Ir−Ti合金からなる電極である。上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている。下部電極150は、膜厚が0.1μm〜0.4μmの薄膜状部材とすることができる。 The upper electrode 110 is an electrode made of an Ir—Ti alloy containing iridium (Ir) and titanium (Ti) as main components. A part of Ir and Ti is oxidized. The lower electrode 150 can be a thin film member having a film thickness of 0.1 μm to 0.4 μm.

配向制御層120は、上部電極110と圧電体130との間に配置された、圧電体130よりも比誘電率が低い材料から形成された層である。配向制御層120は、薄膜状圧電素子100の作製時に、圧電体130の材料の結晶性を制御して、(001)面への配向度を高めるための層である。配向制御層120は、ペロブスカイト型結晶構造を有する材料からなればよく、チタン酸ランタン鉛(PLT)、PLTにジルコニウムを添加したPLZT、PLTまたはPLZTにマグネシウムまたはマンガンを添加した合金、酸化ストロンチウムルテニウム、酸化ストロンチウムチタン、および酸化マグネシウムなどの材料から形成された、膜厚が0.01μm〜0.2μmの薄膜状部材とすることができる。 The orientation control layer 120 is a layer arranged between the upper electrode 110 and the piezoelectric body 130 and formed of a material having a relative permittivity lower than that of the piezoelectric body 130. The orientation control layer 120 is a layer for controlling the crystallinity of the material of the piezoelectric body 130 at the time of manufacturing the thin-film piezoelectric element 100 to increase the degree of orientation toward the (001) plane. The orientation control layer 120 may be made of a material having a perovskite-type crystal structure, and may be made of lead lanthanate titanate (PLT), PLZT with zirconium added to PLT, PLT or an alloy with magnesium or manganese added to PLZT, strontium ruthenium oxide, It can be a thin film member having a film thickness of 0.01 μm to 0.2 μm, which is formed of a material such as titanium oxide and magnesium oxide.

上記配向制御層120の材料は、(001)面に優先配向していることが好ましい。これにより、配向制御層120の表面に接して形成された圧電体130の材料(PZT)を、(001)面に優先配向させることができる。上記圧電体130の材料の配向性をより高める観点から、上記配向制御層120の材料であるPLTは、ランタン(La)の含有量が0モル%より多く25モル%以下であることが好ましく、また、Pbの含有量が化学量論組成よりも0モル%以上30モル%以下過剰であることが好ましい。 The material of the orientation control layer 120 is preferably preferentially oriented on the (001) plane. Thereby, the material (PZT) of the piezoelectric body 130 formed in contact with the surface of the orientation control layer 120 can be preferentially oriented to the (001) plane. From the viewpoint of further enhancing the orientation of the material of the piezoelectric body 130, the PLT which is the material of the orientation control layer 120 preferably has a lanthanum (La) content of more than 0 mol% and 25 mol% or less. Further, it is preferable that the content of Pb is 0 mol% or more and 30 mol% or less excess of the stoichiometric composition.

圧電体130は、本実施形態では菱面体晶系または正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有する材料からなる。圧電体130の材料は、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する限りにおいて特に限定されないが、ペロブスカイト構造(ABO)のAサイトに鉛(Pb)を含むことが好ましく、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)であることが好ましい。圧電体130は、膜厚が0.5μm〜5.0μmの薄膜状部材とすることができる。 In this embodiment, the piezoelectric body 130 is made of a material having a rhombohedral crystal system or a tetragonal crystal system perovskite type crystal structure. The material of the piezoelectric body 130 is not particularly limited as long as it has the above-mentioned perovskite type crystal structure, but it is preferable that the A site of the perovskite structure (ABO 3 ) contains lead (Pb), and lead zirconate titanate (PZT) is used. It is preferable to have. The piezoelectric body 130 can be a thin film-like member having a film thickness of 0.5 μm to 5.0 μm.

上記PZTは、(001)面に優先配向しており、たとえば(001)面への配向度は90%以上とすることができる。なお、上記(001)面への配向度は、X線回折法においてCu−Kα線を用いて測定された、2θが10°〜70°の範囲におけるペロブスカイト型結晶構造を有するPZTの各結晶面からピーク強度の総和に対する、(001)面からのピーク強度の割合である。 The PZT is preferentially oriented toward the (001) plane, and for example, the degree of orientation toward the (001) plane can be 90% or more. The degree of orientation to the (001) plane was measured using Cu—Kα rays in the X-ray diffraction method, and each crystal plane of PZT having a perovskite-type crystal structure in the range of 2θ of 10 ° to 70 °. It is the ratio of the peak intensity from the (001) plane to the total of the peak intensities.

上記PZTの組成は、Bサイトに入るジルコニウム(Zr)とチタン(Ti)との組成比が、正方晶と菱面体晶との境界(モルフォトロピック境界、Zr/Ti=53/47)の付近であることが好ましく、Zr/Ti=30/70〜70/30であることが好ましい。また、上記PZTは、ストロンチウム(Sr)、ニオブ(Nb)、およびAlなどを含有してもよいし、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛(PMN−PT)および亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛(PZN−PT)などであってもよい。 The composition of the above PZT is such that the composition ratio of zirconium (Zr) and titanium (Ti) entering the B site is near the boundary between the tetragonal crystal and the rhombic crystal (morphoscopic boundary, Zr / Ti = 53/47). It is preferable that there is Zr / Ti = 30/70 to 70/30. Further, the PZT may contain strontium (Sr), niobium (Nb), Al and the like, and lead magnesium niobate (PMN-PT) and lead zirconate titanate (PZN-PT). And so on.

低誘電率層140は、下部電極150と圧電体130との間に配置された、圧電体130よりも誘電率が低い材料から形成された層である。低誘電率層140は、電圧印加時に圧電体130に発生する応力を緩和するなどして、長期駆動時などに生じやすいリーク電流を抑制する。低誘電率層140は、PLT、PLZT、PLTまたはPLZTにマグネシウムまたはマンガンを添加した合金、酸化ストロンチウムルテニウム、酸化ストロンチウムチタン、および酸化マグネシウムなどの材料から形成された、膜厚が0.01μm〜0.2μmの薄膜状部材とすることができる。 The low dielectric constant layer 140 is a layer arranged between the lower electrode 150 and the piezoelectric body 130 and formed of a material having a dielectric constant lower than that of the piezoelectric body 130. The low dielectric constant layer 140 suppresses a leak current that tends to occur during long-term driving by relaxing the stress generated in the piezoelectric body 130 when a voltage is applied. The low dielectric constant layer 140 is formed of materials such as PLT, PLZT, PLT or PLZT with magnesium or manganese added, strontium oxide ruthenium oxide, strontium oxide titanium oxide, and magnesium oxide, and has a thickness of 0.01 μm to 0. It can be a thin film member of .2 μm.

下部電極150は、Irを主成分とするIr−Ti合金からなる電極である。上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている。下部電極150は、膜厚が0.1μm〜0.4μmの薄膜状部材とすることができる。 The lower electrode 150 is an electrode made of an Ir—Ti alloy containing Ir as a main component. A part of Ir and Ti is oxidized. The lower electrode 150 can be a thin film member having a film thickness of 0.1 μm to 0.4 μm.

振動板160は、圧電体130が圧電効果により体積変動(変位)することにより、厚み方向に変位して振動する薄膜状部材である。本実施形態において、振動板は、振動板160aおよび振動板160bを有する、積層構造を有する。 The diaphragm 160 is a thin film-like member that vibrates by being displaced in the thickness direction by the volume fluctuation (displacement) of the piezoelectric body 130 due to the piezoelectric effect. In the present embodiment, the diaphragm has a laminated structure having a diaphragm 160a and a diaphragm 160b.

振動板160aは、振動板160bよりもヤング率が小さい材料(金属)からなる。このような振動板160aは、製造時の応力を緩和して、上記応力による圧電体130(あるいは上部電極110、配向制御層120、低誘電率層140および下部電極150など)へのクラックの発生を抑制する。 The diaphragm 160a is made of a material (metal) having a Young's modulus smaller than that of the diaphragm 160b. Such a diaphragm 160a relaxes the stress during manufacturing, and cracks occur in the piezoelectric body 130 (or the upper electrode 110, the orientation control layer 120, the low dielectric constant layer 140, the lower electrode 150, etc.) due to the stress. Suppress.

振動板160bは、振動板160aよりもヤング率が大きい材料(金属)からなる。このような振動板160bは、圧電体130が生じた変位からより大きな発生圧力を取り出すことを可能とする。 The diaphragm 160b is made of a material (metal) having a Young's modulus larger than that of the diaphragm 160a. Such a diaphragm 160b makes it possible to extract a larger generated pressure from the displacement generated by the piezoelectric body 130.

また、振動板160が、ヤング率がより小さい振動板160aを圧電体130により近い側に有し、ヤング率がより大きい振動板160aを圧電体130からより遠い側に有することで、振動中心の位置を圧電体130からより離れた位置に変更して振動板160をより変位させやすくすることができる。 Further, the diaphragm 160 has the diaphragm 160a having a smaller Young ratio on the side closer to the piezoelectric body 130 and the diaphragm 160a having a larger Young ratio on the side farther from the piezoelectric body 130, whereby the vibration center is centered. The position can be changed to a position farther from the piezoelectric body 130 to make it easier to displace the diaphragm 160.

振動板の材料および構成は特に限定されないものの、たとえば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)およびシリコン(Si)、ならびにこれらの酸化物または窒化物(たとえば、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および窒化シリコンなど)などから形成された、膜厚が2.0μm〜10.0μmの薄膜状部材とすることができる。振動板160aおよび振動板160bに使用する材料の組み合わせは特に限定されないものの、たとえば、振動板160aはAu、Cu、およびAlなどを含んで形成され、振動板160bはCr、Mo、Ti、W、Pt、およびIrなどを含んで形成されることが好ましい。 The material and composition of the vibrating plate are not particularly limited, but for example, chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum. Formed from (Mo), platinum (Pt), iridium (Ir) and silicon (Si), and oxides or nitrides thereof (eg, silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon nitride), etc. It can be a thin film-like member having a film thickness of 2.0 μm to 10.0 μm. The combination of the materials used for the diaphragm 160a and the diaphragm 160b is not particularly limited, but for example, the diaphragm 160a is formed to include Au, Cu, Al and the like, and the diaphragm 160b is Cr, Mo, Ti, W, etc. It is preferably formed containing Pt, Ir and the like.

本実施形態において、上部電極110および下部電極150は、Irを主成分とするIr−Ti合金からなる電極であり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている。なお、Irを主成分とするIr−Ti合金とは、Irの含有量がTiよりも多い合金を意味する。 In the present embodiment, the upper electrode 110 and the lower electrode 150 are electrodes made of an Ir—Ti alloy containing Ir as a main component, and both Ir and Ti are partially oxidized. The Ir-Ti alloy containing Ir as a main component means an alloy having an Ir content higher than that of Ti.

本発明者らの知見によると、上記薄膜状圧電素子を高温環境で長期的にパルス駆動させると、圧電体130から酸素が抜けていき、これによって圧電体のヒステリシス曲線がシフトして、圧電体130の変位量が経時的に低下していく。上記変位量の経時的な変化は、特に印加電圧を複雑に変化させる(複雑な波形をかける)インクジェットヘッドなどで、顕著である。 According to the findings of the present inventors, when the thin-film piezoelectric element is pulse-driven for a long period of time in a high temperature environment, oxygen is released from the piezoelectric body 130, which shifts the hysteresis curve of the piezoelectric body and causes the piezoelectric body. The amount of displacement of 130 decreases with time. The change over time in the amount of displacement is particularly remarkable in an inkjet head or the like that changes the applied voltage in a complicated manner (applies a complicated waveform).

これに対し、上部電極110および下部電極150が、その一部が酸化されているIr、およびその一部が酸化されているTiを含むと、圧電体130の変位量の経時的な低下が抑制される。これは、上部電極110および下部電極150に含まれる上記酸化物が、圧電体130からの酸素抜けを防止するためだと考えられる。 On the other hand, when the upper electrode 110 and the lower electrode 150 contain Ir in which a part thereof is oxidized and Ti in which a part thereof is oxidized, a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body 130 with time is suppressed. Will be done. It is considered that this is because the oxide contained in the upper electrode 110 and the lower electrode 150 prevents oxygen from escaping from the piezoelectric body 130.

本実施形態において、上記Irの酸化物は、IrOを含む。また、本実施形態において、上記Tiの酸化物は、TiOおよびTiである。上記Tiの酸化物は、TiOおよびTiのいずれか一方を含めばよいが、TiOおよびTiの双方を含むことが好ましい。 In this embodiment, the oxide of the Ir comprises IrO 2. Further, in the present embodiment, the oxides of Ti are TiO 2 and Ti 2 O 3 . Oxides of the above Ti is may include either one of TiO 2 and Ti 2 O 3, it is preferable to include both TiO 2 and Ti 2 O 3.

上部電極110および下部電極150に含まれるIr原子のうち、上記酸化物(IrO)となっているIr原子の割合は、Ir原子の全量に対して、X線光電子分光XPS分析測定による結合スペクトル強度比より5%から50%以下であることが好ましく、10%から40%であることがより好ましく、15%から35%であることがさらに好ましい。貴金属であるIrは酸化しにくいが、後述する製造方法のようにアニールすることで、Irの酸化を促進し、酸化物となっているIr原子の割合を上記範囲とすることができる。また、酸化物となっているIr原子の割合を上記範囲のように多くすることで、圧電体130からの酸素の抜けをより効果的に抑制して、圧電体130の変位量の経時的な低下をさらに抑制することができる。 Of the Ir atoms contained in the upper electrode 110 and the lower electrode 150, the ratio of the Ir atoms that are the oxide (IrO 2 ) is the bond spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy XPS analysis measurement with respect to the total amount of Ir atoms. From the strength ratio, it is preferably 5% to 50% or less, more preferably 10% to 40%, and even more preferably 15% to 35%. Ir, which is a noble metal, is difficult to oxidize, but by annealing as in the production method described later, oxidation of Ir can be promoted, and the proportion of Ir atoms that are oxides can be within the above range. Further, by increasing the proportion of Ir atoms as oxides as in the above range, the escape of oxygen from the piezoelectric body 130 can be more effectively suppressed, and the displacement amount of the piezoelectric body 130 over time can be suppressed. The decrease can be further suppressed.

上部電極110および下部電極150に含まれるTi原子のうち、TiOおよびTiとなっている酸化物の割合は90%以上でほぼ100%に近い割合となっている事が好ましい。さらにX線光電子分光XPS分析測定による結合スペクトル強度比の解析よりTiOおよびTiの比率を換算すると、TiOおよびTiのうちTiOの強度を100%とすると、Tiの比率は5%から40%以下であることが好ましく、10%から30%であることがより好ましく、10%から20%であることがさらに好ましい。TiOは配向制御に必要な酸化状態でもあるためTiより優位な比率となっている事が好ましい。Tiの酸化物がTiOおよびTiの状態で存在する事で、圧電体130からの酸素の抜けをより効果的に抑制して、圧電体130の変位量の経時的な低下をさらに抑制することができる。 Of the Ti atoms contained in the upper electrode 110 and the lower electrode 150, the proportion of oxides that are TiO 2 and Ti 2 O 3 is preferably 90% or more, which is close to 100%. Still converted the ratio of TiO 2 and Ti 2 O 3 than the analysis of the binding spectrum intensity ratio by X-ray photoelectron spectroscopy XPS analysis measurement, when the strength of the TiO 2 of TiO 2 and Ti 2 O 3 and 100%, Ti 2 preferably the ratio of O 3 is 40% or less 5%, more preferably from 10% to 30%, more preferably from 10% and 20%. Since TiO 2 is also an oxidized state necessary for orientation control, it is preferable that the ratio is superior to that of Ti 2 O 3 . The presence of the oxide of Ti in the state of TiO 2 and Ti 2 O 3 more effectively suppresses the escape of oxygen from the piezoelectric body 130, further reducing the displacement amount of the piezoelectric body 130 with time. It can be suppressed.

また、本実施形態において、酸化されていないIrは、(111)配向されたIr結晶および(002)配向されたIr結晶となっている。上記酸化されていないIrは、(111)配向されたIr結晶および(002)配向されたIr結晶のいずれかとして存在すればよいが、(111)配向されたIr結晶および(002)配向されたIr結晶の双方が存在することが好ましい。 Further, in the present embodiment, the unoxidized Ir is a (111) oriented Ir crystal and a (002) oriented Ir crystal. The unoxidized Ir may be present as either a (111) oriented Ir crystal or a (002) oriented Ir crystal, but the (111) oriented Ir crystal and the (002) oriented Ir crystal. It is preferable that both Ir crystals are present.

上部電極110および下部電極150に含まれるIrは、X線回折測定のθ―2θ測定の回折角度が10°から70°の範囲で、(111)面と(002)面の回折強度の総和を100%とすると、(111)への配向度が70%以上95%以下であることが好ましく、80%以上95%以下であることがより好ましく、85%以上95%以下であることがさらに好ましい。 Ir contained in the upper electrode 110 and the lower electrode 150 is the sum of the diffraction intensities of the (111) plane and the (002) plane in the range of the diffraction angle of θ-2θ measurement of the X-ray diffraction measurement in the range of 10 ° to 70 °. When it is 100%, the degree of orientation to (111) is preferably 70% or more and 95% or less, more preferably 80% or more and 95% or less, and further preferably 85% or more and 95% or less. ..

また、上部電極110および下部電極150に含まれるIrは、(002)面への配向度が5%以上30%以下であることが好ましく、5%以上20%以下であることがより好ましく、5%以上15%以下であることがさらに好ましい。(111)配向は圧電体の配向制御に必要な配向であるため(002)配向に対して有意な配向度を有する事が好ましい。 Further, Ir contained in the upper electrode 110 and the lower electrode 150 preferably has an orientation degree to the (002) plane of 5% or more and 30% or less, more preferably 5% or more and 20% or less. It is more preferably% or more and 15% or less. Since the (111) orientation is an orientation necessary for controlling the orientation of the piezoelectric body, it is preferable to have a significant degree of orientation with respect to the (002) orientation.

上記Tiは、製造時に用いる基板への上部電極110の密着性や、振動板160への下部電極150の密着性を高める。また、上記Tiは、上部電極110の表面に配向制御層120を結晶成長させるときに、上記配向制御層120の材料(PLT)を、(001)面に優先配向させやすくする。一方で、比抵抗がより高いTiの含有量を多くすることによる、導電性の低下を抑制するため、上部電極110および下部電極150におけるTiの含有量は、IrとTiとの合計質量に対して、0質量%より多く10質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上0.8質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以上0.4質量%以下であることがさらに好ましく、0.2質量%以上1.0質量%以下であることが特に好ましい。 The Ti enhances the adhesion of the upper electrode 110 to the substrate used in manufacturing and the adhesion of the lower electrode 150 to the diaphragm 160. Further, the Ti facilitates preferential alignment of the material (PLT) of the orientation control layer 120 on the (001) plane when the orientation control layer 120 is crystal-grown on the surface of the upper electrode 110. On the other hand, in order to suppress the decrease in conductivity due to the increase in the content of Ti having a higher specific resistance, the content of Ti in the upper electrode 110 and the lower electrode 150 is based on the total mass of Ir and Ti. It is preferably more than 0% by mass and 10% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 0.8% by mass or less, and 0.1% by mass or more and 0.4% by mass or less. It is more preferable, and it is particularly preferable that it is 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less.

なお、上部電極110および下部電極150は、IrおよびTi以外の他の金属原子を含んでいてもよい。 The upper electrode 110 and the lower electrode 150 may contain metal atoms other than Ir and Ti.

[薄膜状圧電素子の製造方法]
図2は、本発明の第2の実施形態に関する薄膜状圧電素子100の製造方法を示すフローチャートである。
[Manufacturing method of thin film piezoelectric element]
FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the thin film piezoelectric element 100 according to the second embodiment of the present invention.

薄膜状圧電素子100は、基板の一面に上部電極110を形成(工程S110)し、その後、配向制御層120の形成(工程S120)、圧電体130の形成(工程S130)、低誘電率層140の形成(工程S140)、下部電極150の形成(工程S150)、および振動板160の形成(工程S160)をこの順に行うことで、作製することができる。 In the thin film piezoelectric element 100, the upper electrode 110 is formed on one surface of the substrate (step S110), and then the orientation control layer 120 is formed (step S120), the piezoelectric body 130 is formed (step S130), and the low dielectric constant layer 140 is formed. (Step S140), the lower electrode 150 (step S150), and the vibrating plate 160 (step S160) are formed in this order.

基板は特に限定されず、シリコン(Si)ウエハや、ガラス基板、金属基板およびセラミックス基板などを用いることができる。 The substrate is not particularly limited, and a silicon (Si) wafer, a glass substrate, a metal substrate, a ceramic substrate, or the like can be used.

基板の、薄膜状圧電素子100が形成される表面には、密着層が形成されていてもよい。上記密着層は、基板への上部電極110の密着性を高めるための層である。上記密着層は、Ti、Ta、鉄(Fe)、コバルト(Co)、NiおよびCr、ならびにこれらの原子を含む合金から形成された層であることが好ましく、上部電極110の密着性をより高める観点からは、Tiを含む層であることがより好ましい。密着層は、膜厚が0.005〜1μmの層とすることができる。 An adhesion layer may be formed on the surface of the substrate on which the thin-film piezoelectric element 100 is formed. The adhesion layer is a layer for enhancing the adhesion of the upper electrode 110 to the substrate. The adhesion layer is preferably a layer formed of Ti, Ta, iron (Fe), cobalt (Co), Ni and Cr, and an alloy containing these atoms, and further enhances the adhesion of the upper electrode 110. From the viewpoint, a layer containing Ti is more preferable. The adhesion layer can be a layer having a film thickness of 0.005 to 1 μm.

上部電極110を形成する工程(工程S110)では、基板の表面、または密着層の表面に、上部電極110を形成する。 In the step of forming the upper electrode 110 (step S110), the upper electrode 110 is formed on the surface of the substrate or the surface of the adhesion layer.

図3は、上部電極110を形成する工程(工程S110)に含まれる各工程を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing each step included in the step of forming the upper electrode 110 (step S110).

上部電極110は、反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程(工程S112)と、成膜された電極膜を酸素雰囲気下でアニールする工程(工程114)と、により形成される。 The upper electrode 110 is formed by a step of forming an electrode film by a reactive sputtering method (step S112) and a step of annealing the formed electrode film in an oxygen atmosphere (step 114).

電極膜の成膜(工程S112)では、Ir−Ti合金からなる合金焼結体ターゲットを用い、基板を加熱しながら、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気ガスの存在下で、RF電源(高周波電源)により反応性スパッタ法を行って、電極膜を成膜する。 In the film formation of the electrode film (step S112), an alloy sintered body target made of an Ir—Ti alloy is used, and while heating the substrate, a mixed gas of argon and oxygen is used as an RF power source (high frequency power source) in the presence of an atmospheric gas. ) Is performed to form an electrode film.

上記合金焼結体ターゲットは、形成される上部電極110中のIrとTiとの組成比を制御しやすく、かつ、上部電極110中にTiをより均一に分布させやすいため、IrターゲットおよびTiターゲットの2種を用いるよりも好ましい。上記合金焼結体ターゲットにおけるTiの含有量は、形成すべき上部電極中のTiの含有量と略同一とすることができ、IrとTiとの合計質量に対して、0質量%より多く10質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上0.8質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以上0.4質量%以下であることがさらに好ましく、0.2質量%以上1.0質量%以下であることが特に好ましい。 Since the alloy sintered body target makes it easy to control the composition ratio of Ir and Ti in the formed upper electrode 110 and makes it easier to distribute Ti more uniformly in the upper electrode 110, the Ir target and the Ti target It is preferable to use two kinds of. The Ti content in the alloy sintered body target can be substantially the same as the Ti content in the upper electrode to be formed, and is more than 0% by mass with respect to the total mass of Ir and Ti. It is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 0.8% by mass or less, further preferably 0.1% by mass or more and 0.4% by mass or less, and 0.2. It is particularly preferable that it is mass% or more and 1.0 mass% or less.

基板の加熱温度は、300℃以上500℃以下であることが好ましい。圧電体130からの酸素抜けを効果的に防止するためには、上部電極110に含まれるIrも十分に酸化されていることが重要である。上記加熱温度をより高くすることで、Tiのみならず貴金属であるIrをも、より積極的に酸化させることができる。基板加熱温度を上げる事は酸化には有利であるが、基板との線膨張係数の差による応力が大きくなることを加味して、上記加熱温度は、300℃から400℃であることがより好ましく、300℃から350℃であることがさらに好ましい。 The heating temperature of the substrate is preferably 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. In order to effectively prevent oxygen from escaping from the piezoelectric body 130, it is important that Ir contained in the upper electrode 110 is also sufficiently oxidized. By raising the heating temperature, not only Ti but also Ir, which is a precious metal, can be more actively oxidized. Raising the heating temperature of the substrate is advantageous for oxidation, but the heating temperature is more preferably 300 ° C. to 400 ° C. in consideration of the fact that the stress due to the difference in the coefficient of linear expansion from the substrate increases. , 300 ° C to 350 ° C, more preferably.

上記雰囲気ガスは、不活性ガスに酸素を混合したガスであればよい。上記雰囲気ガス中の酸素分圧は、IrおよびTiをより十分に酸化させる観点からは、0%より多く30%以下であることが好ましく、2%以上30%以下であることがより好ましく、5%以上30%以下であることがさらに好ましく、10%より多く30%以下であることが特に好ましい。上記雰囲気ガスの真空度は、特に限定されないものの、0.05Pa以上5.0Pa以下であることが好ましく、0.5Pa以上2.0Pa以下であることがより好ましい。 The atmospheric gas may be a gas obtained by mixing oxygen with an inert gas. The oxygen partial pressure in the atmospheric gas is preferably more than 0% and 30% or less, more preferably 2% or more and 30% or less, from the viewpoint of more sufficiently oxidizing Ir and Ti. It is more preferably% or more and 30% or less, and particularly preferably more than 10% and 30% or less. The degree of vacuum of the atmospheric gas is not particularly limited, but is preferably 0.05 Pa or more and 5.0 Pa or less, and more preferably 0.5 Pa or more and 2.0 Pa or less.

RF電源からの投入電力およびスパッタ時間は特に限定されず、たとえば500Wの投入電力で10分間の成膜を行えばよい。 The input power and the sputtering time from the RF power supply are not particularly limited, and for example, the film formation may be performed for 10 minutes with an input power of 500 W.

成膜された電極膜のアニール(工程S114)は、上記電極膜の酸化を促進し、特に貴金属であるIrをより積極的に酸化させるために行う。 Annealing of the formed electrode film (step S114) is performed in order to promote the oxidation of the electrode film and particularly to more positively oxidize Ir, which is a noble metal.

上記アニール時の基板温度は、電極膜を形成するときの基板温度よりも高いことが好ましく、たとえば、350℃から600℃であることが好ましく、400℃から550℃であることがより好ましく、400℃から500℃であることがさらに好ましい。 The substrate temperature at the time of annealing is preferably higher than the substrate temperature at the time of forming the electrode film, for example, preferably 350 ° C. to 600 ° C., more preferably 400 ° C. to 550 ° C., 400 ° C. More preferably, the temperature is from ° C to 500 ° C.

上記アニールは、酸素雰囲気下で行う。このときの雰囲気ガス(酸素ガス)の圧力は、0.5Paから30Paであることが好ましく、1Paから10Paであることがより好ましく、3Paから5Paであることがさらに好ましい。アニール時間は特に限定されないものの、5分程度であればよい。 The annealing is performed in an oxygen atmosphere. The pressure of the atmospheric gas (oxygen gas) at this time is preferably 0.5 Pa to 30 Pa, more preferably 1 Pa to 10 Pa, and further preferably 3 Pa to 5 Pa. The annealing time is not particularly limited, but may be about 5 minutes.

配向制御層120を形成する工程(工程S120)では、形成された上部電極110の表面(基板とは反対側の面)に、配向制御層120を形成する。 In the step of forming the orientation control layer 120 (step S120), the orientation control layer 120 is formed on the surface (the surface opposite to the substrate) of the formed upper electrode 110.

配向制御層120は、上記配向制御層120の材料からなる焼結体ターゲットを用い、基板を加熱しながら、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気ガスの存在下で、RF電源(高周波電源)によりスパッタ法を行って、形成する。 The orientation control layer 120 uses a sintered target made of the material of the orientation control layer 120, and sputters a mixed gas of argon and oxygen in the presence of an atmospheric gas by an RF power supply (high frequency power supply) while heating the substrate. Do the law and form.

上記焼結体ターゲットは、形成すべき配向制御層120と略同一の金属原子比を有する合金とすることができ、たとえば、Laの含有量が0モル%より多く25モル%以下であり、また、Pbの含有量が化学量論組成よりも0モル%以上30モル%以下過剰であるPLTとすることができる。 The sintered body target can be an alloy having substantially the same metal atomic ratio as the orientation control layer 120 to be formed, for example, the La content is more than 0 mol% and 25 mol% or less, and , PB can be a PLT in which the content of Pb is 0 mol% or more and 30 mol% or less excess of the stoichiometric composition.

このときの基板の加熱温度は、450℃以上750℃以下であることが好ましく、500℃以上650℃以下であることがより好ましい。上記加熱温度を450℃以上とすることで、配向制御層120の材料の結晶性を十分に高めることができ、かつペロブスカイト型結晶構造をパイロクロア型結晶構造よりも優先して形成させることができる。上記加熱温度を750℃以下とすることで、形成された膜中からPbが蒸発することによる結晶性の低下を抑制することができる。 The heating temperature of the substrate at this time is preferably 450 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, and more preferably 500 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. By setting the heating temperature to 450 ° C. or higher, the crystallinity of the material of the orientation control layer 120 can be sufficiently enhanced, and the perovskite-type crystal structure can be formed in preference to the pyrochlore-type crystal structure. By setting the heating temperature to 750 ° C. or lower, it is possible to suppress a decrease in crystallinity due to evaporation of Pb from the formed film.

上記雰囲気ガスの酸素分圧は、0%より多く10%以下であることが好ましく、0.5%以上10以下であることが好ましい。上記雰囲気ガスが酸素を含むことで、配向制御層120の材料の結晶性を十分に高めることができる。上記酸素分圧が10%以下であると、配向制御層120の材料の(001)面への配向性を十分に高めることができる。 The oxygen partial pressure of the atmospheric gas is preferably more than 0% and 10% or less, and preferably 0.5% or more and 10 or less. When the atmospheric gas contains oxygen, the crystallinity of the material of the orientation control layer 120 can be sufficiently enhanced. When the oxygen partial pressure is 10% or less, the orientation of the material of the orientation control layer 120 toward the (001) plane can be sufficiently enhanced.

上記雰囲気ガスの真空度は、0.05Pa以上5Pa以下であることが好ましく、0.1Pa以上2Pa以下であることがより好ましい。上記真空度が0.05Pa以上であると、配向制御層120の結晶性のばらつきを抑制することができる。上記真空度が5Pa以下であると、配向制御層120の材料の(001)面への配向性を十分に高めることができる。 The degree of vacuum of the atmospheric gas is preferably 0.05 Pa or more and 5 Pa or less, and more preferably 0.1 Pa or more and 2 Pa or less. When the degree of vacuum is 0.05 Pa or more, the variation in crystallinity of the orientation control layer 120 can be suppressed. When the degree of vacuum is 5 Pa or less, the orientation of the material of the orientation control layer 120 toward the (001) plane can be sufficiently enhanced.

RF電源からの投入電力およびスパッタ時間は特に限定されず、たとえば300Wの投入電力で12分間の成膜を行えばよい。 The input power and sputtering time from the RF power supply are not particularly limited, and for example, the film formation may be performed for 12 minutes with an input power of 300 W.

圧電体130を形成する工程(工程S130)では、形成された配向制御層120の表面(基板とは反対側の面)に、圧電体130を形成する。 In the step of forming the piezoelectric body 130 (step S130), the piezoelectric body 130 is formed on the surface (the surface opposite to the substrate) of the formed orientation control layer 120.

圧電体130は、上記圧電体130の材料からなる焼結体ターゲットを用い、基板を加熱しながら、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気ガスの存在下で、RF電源(高周波電源)によりスパッタ法を行って、形成する。 The piezoelectric body 130 uses a sintered body target made of the material of the piezoelectric body 130, and while heating the substrate, a mixed gas of argon and oxygen is sputtered by an RF power source (high frequency power source) in the presence of an atmospheric gas. Go and form.

上記焼結体ターゲットは、形成すべき圧電体130と略同一の金属原子比を有する合金とすることができ、たとえば、Bサイトに入るジルコニウム(Zr)とチタン(Ti)との組成比が、Zr/Ti=30/70〜70/30であるPZTとすることができる。 The sintered body target can be an alloy having substantially the same metal atom ratio as the piezoelectric body 130 to be formed. For example, the composition ratio of zirconium (Zr) and titanium (Ti) entering the B site can be determined. It can be a PZT with Zr / Ti = 30/70 to 70/30.

このときの基板の加熱温度は、450℃以上750℃以下であることが好ましく、525℃以上625℃以下であることがより好ましい。上記加熱温度を450℃以上とすることで、圧電体130の材料の結晶性を十分に高めることができ、かつペロブスカイト型結晶構造をパイロクロア型結晶構造よりも優先して形成させることができる。上記加熱温度を750℃以下とすることで、形成された膜中からPbが蒸発することによる結晶性の低下を抑制することができる。 The heating temperature of the substrate at this time is preferably 450 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, and more preferably 525 ° C. or higher and 625 ° C. or lower. By setting the heating temperature to 450 ° C. or higher, the crystallinity of the material of the piezoelectric body 130 can be sufficiently enhanced, and the perovskite-type crystal structure can be formed in preference to the pyrochlore-type crystal structure. By setting the heating temperature to 750 ° C. or lower, it is possible to suppress a decrease in crystallinity due to evaporation of Pb from the formed film.

上記雰囲気ガスの酸素分圧は、0%より多く30%以下であることが好ましく、1%以上10以下であることが好ましい。上記雰囲気ガスが酸素を含むことで、圧電体130の材料の結晶性を十分に高めることができる。上記酸素分圧が30%以下であると、圧電体130の材料の(001)面への配向性を十分に高めることができる。 The oxygen partial pressure of the atmospheric gas is preferably more than 0% and 30% or less, and preferably 1% or more and 10 or less. When the atmospheric gas contains oxygen, the crystallinity of the material of the piezoelectric body 130 can be sufficiently enhanced. When the oxygen partial pressure is 30% or less, the orientation of the material of the piezoelectric body 130 toward the (001) plane can be sufficiently enhanced.

上記雰囲気ガスの真空度は、0.1Pa以上1Pa以下であることが好ましく、0.15Pa以上0.8Pa以下であることがより好ましい。上記真空度が0.1Pa以上であると、圧電体130の材料の結晶性のばらつきを抑制することができる。上記真空度が1Pa以下であると、圧電体130の材料の(001)面への配向性を十分に高めることができる。 The degree of vacuum of the atmospheric gas is preferably 0.1 Pa or more and 1 Pa or less, and more preferably 0.15 Pa or more and 0.8 Pa or less. When the degree of vacuum is 0.1 Pa or more, it is possible to suppress variations in the crystallinity of the material of the piezoelectric body 130. When the degree of vacuum is 1 Pa or less, the orientation of the material of the piezoelectric body 130 with respect to the (001) plane can be sufficiently enhanced.

RF電源からの投入電力およびスパッタ時間は特に限定されず、たとえば250Wの投入電力で3時間の成膜を行えばよい。 The input power and sputtering time from the RF power supply are not particularly limited, and for example, the film formation may be performed for 3 hours with an input power of 250 W.

低誘電率層140を形成する工程(工程S140)では、形成された圧電体130の表面(基板とは反対側の面)に、低誘電率層140を形成する。 In the step of forming the low dielectric constant layer 140 (step S140), the low dielectric constant layer 140 is formed on the surface (the surface opposite to the substrate) of the formed piezoelectric body 130.

低誘電率層140の形成は、配向制御層120の形成と同様に行い得るので、重複する説明は省略する。 Since the formation of the low dielectric constant layer 140 can be performed in the same manner as the formation of the orientation control layer 120, overlapping description will be omitted.

下部電極150を形成する工程(工程S150)では、形成された低誘電率層140の表面(基板とは反対側の面)に、下部電極150を形成する。 In the step of forming the lower electrode 150 (step S150), the lower electrode 150 is formed on the surface (the surface opposite to the substrate) of the formed low dielectric constant layer 140.

図4は、下部電極150を形成する工程(工程S150)に含まれる各工程を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing each step included in the step of forming the lower electrode 150 (step S150).

下部電極150は、反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程(工程S152)と、成膜された電極膜を酸素雰囲気下でアニールする工程(工程154)と、により形成される。 The lower electrode 150 is formed by a step of forming an electrode film by a reactive sputtering method (step S152) and a step of annealing the formed electrode film in an oxygen atmosphere (step 154).

上記電極膜の成膜およびアニールには、上部電極110の形成における電極膜の成膜およびアニールと同様に行い得るので、重複する説明は省略する。 Since the film formation and annealing of the electrode film can be performed in the same manner as the film formation and annealing of the electrode film in the formation of the upper electrode 110, overlapping description will be omitted.

振動板160を形成する工程(工程S160)では、形成された下部電極150の表面(基板とは反対側の面)に、振動板160を形成する。 In the step of forming the diaphragm 160 (step S160), the diaphragm 160 is formed on the surface (the surface opposite to the substrate) of the formed lower electrode 150.

振動板160の形成方法は特に限定されず、たとえば、上記振動板160aの材料からなるターゲットを用い、室温において、アルゴンガスを雰囲気ガスの存在下で、RF電源(高周波電源)によりスパッタ法を行い、その後、上記振動板160bの材料からなるターゲットを用い、室温において、アルゴンガスを雰囲気ガスの存在下で、RF電源(高周波電源)によりスパッタ法を行って、形成することができる。 The method for forming the diaphragm 160 is not particularly limited. For example, using a target made of the material of the diaphragm 160a, argon gas is sputtered with an RF power source (high frequency power source) at room temperature in the presence of atmospheric gas. After that, using a target made of the material of the diaphragm 160b, argon gas can be formed by performing a sputtering method with an RF power source (high frequency power source) in the presence of an atmospheric gas at room temperature.

このようにして、基板上に、上部電極110、配向制御層120、圧電体130、低誘電率層140、下部電極150および振動板160がこの順に積層されてなる、薄膜状圧電素子100を作製することができる。 In this way, a thin-film piezoelectric element 100 is produced in which the upper electrode 110, the orientation control layer 120, the piezoelectric body 130, the low dielectric constant layer 140, the lower electrode 150, and the diaphragm 160 are laminated in this order on the substrate. can do.

作製された薄膜状圧電素子100は、その後、各種アクチュエータの用途に応じてさらなる処理を付されてもよい。たとえば、作製された薄膜状圧電素子100は、接着剤を用いて振動板160をインクジェットヘッドの圧力室部材(あるいは加工前の圧力室部材の材料)に電着させ、さらに、基板および密着層をエッチングにより除去し、さらに、上部電極110、配向制御層120および圧電体130を、エッチングにより圧力室ごとに個別化してもよい。その後、これらをインク流路部材およびノズル板に接着させるなどして、インクジェットヘッドを作製することができる。 The produced thin-film piezoelectric element 100 may then be further processed depending on the use of various actuators. For example, in the produced thin-film piezoelectric element 100, the vibrating plate 160 is electrodeposited on the pressure chamber member (or the material of the pressure chamber member before processing) of the inkjet head using an adhesive, and the substrate and the adhesion layer are further formed. It may be removed by etching, and the upper electrode 110, the orientation control layer 120, and the piezoelectric body 130 may be individualized for each pressure chamber by etching. After that, the inkjet head can be manufactured by adhering them to the ink flow path member and the nozzle plate.

[用途]
上記薄膜状圧電素子は、インクジェットヘッド、メモリデバイス、超音波センサ、およびジャイロセンサなどの、アクチュエータが使用されている各種用途に適用可能である。
[Use]
The thin-film piezoelectric element can be applied to various applications in which an actuator is used, such as an inkjet head, a memory device, an ultrasonic sensor, and a gyro sensor.

[その他の実施形態]
なお、上記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これよって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
[Other Embodiments]
It should be noted that the above embodiment is merely an example of the embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.

たとえば、上記各実施形態では、上部電極および下部電極の両方が、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、かつ上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている電極であるとしたが、上部電極および下部電極のいずれか一方のみを上記電極としても、酸素抜けを防止して圧電体の変位量の経時的な低下を抑制する効果は奏される。 For example, in each of the above embodiments, both the upper electrode and the lower electrode are made of an Ir-Ti alloy containing Ir as a main component, and both Ir and Ti are electrodes in which a part thereof is oxidized. However, even if only one of the upper electrode and the lower electrode is used as the electrode, the effect of preventing oxygen leakage and suppressing a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body with time is exhibited.

また、上部電極および下部電極は、高温環境で長期的にパルス駆動させたときの、圧電体の変位量の経時的な低下を抑制する効果が顕著に阻害されない限り、上記Ir−Ti合金以外の他の成分を含んでいてもよい。 Further, the upper electrode and the lower electrode are other than the above Ir—Ti alloy unless the effect of suppressing a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body with time when pulse-driven for a long period of time in a high temperature environment is significantly impaired. It may contain other components.

また、上部電極、配向制御層、圧電体、低誘電率層、および下部電極は、いずれも複数の層からなる積層構造であってもよい。また、振動板は、単層からなるものであってもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。 Further, the upper electrode, the orientation control layer, the piezoelectric material, the low dielectric constant layer, and the lower electrode may all have a laminated structure composed of a plurality of layers. Further, the diaphragm may be made of a single layer or may have a laminated structure of three or more layers.

以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples, but the present invention is not limited thereto.

(Ir−Ti薄膜の解析)
IrにTiを1.0wt%添加した焼結体ターゲットを用いて、基板を350℃に加熱を行いながら、0.5Paのアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中(酸素分圧:20%)で、RF電源(高周波電源)からの投入電力を500Wとして、10分間の反応性スパッタリングにより、上記基板の一面にIr−Ti薄膜を成膜した。その後、基板温度を400℃まで上昇させ、酸素のみ1.0Paの雰囲気を保ちつつ、5分間のアニールを行った。
(Analysis of Ir-Ti thin film)
Using a sintered target in which 1.0 wt% of Ti was added to Ir, while heating the substrate to 350 ° C., in a mixed gas atmosphere of 0.5 Pa of argon and oxygen (oxygen partial pressure: 20%). An Ir—Ti thin film was formed on one surface of the substrate by reactive sputtering for 10 minutes with the input power from the RF power supply (high frequency power supply) being 500 W. Then, the substrate temperature was raised to 400 ° C., and annealing was performed for 5 minutes while maintaining an atmosphere of 1.0 Pa for oxygen only.

このようにしてアニールされたIr−Ti薄膜を、Cu−Kα線を用いてX線回折測定したところ、Ir、Irの酸化物、Ti、Tiの酸化物のピーク(ピーク強度順)が観察された。なお、Irの結晶を示すピークとしてが、(111)面(配向度:90%)、(002)面(配向度:10%)、に配向されたIrのピークが観察された。なお、上記配向度とは、上記2つのIrの結晶を示すピークのピーク強度の総和に対する、それぞれのピーク強度が占める割合である。 When the Ir-Ti thin film thus annealed was subjected to X-ray diffraction measurement using Cu-Kα rays, peaks (in order of peak intensity) of Ir and Ir oxides and Ti and Ti oxides were observed. It was. As peaks showing Ir crystals, peaks of Ir oriented on the (111) plane (alignment degree: 90%) and the (002) plane (alignment degree: 10%) were observed. The degree of orientation is the ratio of each peak intensity to the total peak intensity of the peaks showing the two Ir crystals.

この結果から、上記Ir−Ti薄膜は、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されていることがわかる。 From this result, it can be seen that the Ir-Ti thin film is made of an Ir-Ti alloy containing Ir as a main component, and a part of both Ir and Ti is oxidized.

また、上記アニールされたIr−Ti薄膜をXPS測定して、Ti2p3/2のピークをピークフィッティングしたところ、価数3価(Ti)および価数2価(TiO)に分離可能だった。また、Ir4f7/2ピークをピークフィッティングしたところ、IrとIr酸化物に分離可能だった。Irは不安定であり、存在できないと考えられるので、上記Ir酸化物は、IrOであると判断された。 Further, when the annealed Ir-Ti thin film was measured by XPS and the peak of Ti2p 3/2 was peak-fitted, it could be separated into valence trivalent (Ti 2 O 3 ) and valence divalent (TIO 2 ). was. Moreover, when the Ir4f 7/2 peak was peak-fitted, it was possible to separate Ir and Ir oxide. Ir 2 O 3 is unstable, it is considered that can not exist, the Ir oxide was determined to be IrO 2.

また、上記アニールされたIr−Ti薄膜をX線光電子分光XPS分析測定による各々の原子の結合スペクトルを測定した。まずIr原子のうち、上記酸化物(IrO)となっているIr原子の割合は、Ir原子の全量に対して、強度比より30%となっていた。 In addition, the bonded spectrum of each atom of the annealed Ir-Ti thin film was measured by X-ray photoelectron spectroscopy XPS analysis measurement. First, among the Ir atoms, the ratio of the Ir atoms that are the oxide (IrO 2 ) was 30% of the total amount of the Ir atoms from the intensity ratio.

次にTi原子のうち、TiOおよびTiとなる酸化物の割合はスペクトル比より全量の95%以上であることがピークフィッティング解析より判断できた。またTi2p3/2スペクトル強度比のピークフィッティング解析より、TiOおよびTiに分離が出来、比率を換算すると、TiOおよびTiのうちTiOを100とすると、Tiの比率はおよそ25%であると判断された。 Next, it was determined from the peak fitting analysis that the proportion of oxides of Ti O 2 and Ti 2 O 3 among Ti atoms was 95% or more of the total amount from the spectral ratio. Also from peak fitting analysis Ti2p3 / 2 spectral intensity ratio, it is separated into TiO 2 and Ti 2 O 3, when converting the ratio, when the TiO 2 of TiO 2 and Ti 2 O 3 and 100, Ti 2 O 3 The ratio of was determined to be approximately 25%.

(アクチュエータの変位特性)
Si基板上に、Tiを1.0wt%添加した焼結体ターゲットを用いて、基板を350℃に加熱を行いながら、0.5Paのアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中(酸素分圧:20%)で、RF電源(高周波電源)からの投入電力を500Wとして、10分間の反応性スパッタリングにより、Ir−Ti薄膜を成膜した。その後、基板温度を400℃まで上昇させ、酸素のみ1.0Paの雰囲気を保ちつつ、5分間のアニールを行って、上部電極を形成した。
(Displacement characteristics of actuator)
Using a sintered target containing 1.0 wt% of Ti on a Si substrate, while heating the substrate to 350 ° C., in a mixed gas atmosphere of 0.5 Pa of argon and oxygen (oxygen partial pressure: 20%). ), The Ir-Ti thin film was formed by reactive sputtering for 10 minutes with the input power from the RF power supply (high frequency power supply) being 500 W. Then, the substrate temperature was raised to 400 ° C., and annealing was performed for 5 minutes while maintaining an atmosphere of 1.0 Pa for oxygen only to form an upper electrode.

上記形成された上部電極の表面に、Laを14モル%含有するPLTに、酸化鉛(PbO)を化学量論組成よりも12モル%過剰に加えて調合した焼結体ターゲットを用い、基板の温度600℃、真空度0.8Paとしたアルゴンと酸素の混合ガス(酸素分圧:5%)雰囲気中で、300Wの投入電力で12分のRFスパッタを行い、配向制御層を形成した。 Using a sintered target prepared by adding lead oxide (PbO) in an excess of 12 mol% from the stoichiometric composition to PLT containing 14 mol% of La on the surface of the formed upper electrode, a substrate was used. In an atmosphere of a mixed gas of argon and oxygen (oxygen partial pressure: 5%) at a temperature of 600 ° C. and a vacuum degree of 0.8 Pa, RF sputtering was performed for 12 minutes with an input power of 300 W to form an orientation control layer.

上記形成された配向制御層の表面に、ZrとTiとの組成比が、Zr/Ti=53/47であるPZTの焼結体他0ゲットを用い、基板の温度610℃、真空度0.3Paとしたアルゴンと酸素の混合ガス(酸素分圧:5%)雰囲気中で、250Wの投入電力で3時間のRFスパッタを行い、圧電体を形成した。 On the surface of the formed orientation control layer, a PZT sintered body or other 0 get having a composition ratio of Zr and Ti of Zr / Ti = 53/47 was used, and the substrate temperature was 610 ° C. and the degree of vacuum was 0. In an atmosphere of a mixed gas of argon and oxygen (oxygen partial pressure: 5%) at 3 Pa, RF sputtering was performed for 3 hours with an input power of 250 W to form a piezoelectric body.

上記形成された圧電体の表面に、Laを14モル%含有するPLTに、酸化鉛(PbO)を化学量論組成よりも12モル%過剰に加えて調合した焼結体ターゲットを用い、基板の温度600℃、真空度0.8Paとしたアルゴンと酸素の混合ガス(酸素分圧:5%)雰囲気中で、300Wの投入電力で12分のRFスパッタを行い、低誘電率層を形成した。 Using a sintered target prepared by adding lead oxide (PbO) in an excess of 12 mol% from the stoichiometric composition to PLT containing 14 mol% of La on the surface of the formed piezoelectric body, a substrate was used. A low dielectric constant layer was formed by RF sputtering for 12 minutes with an input power of 300 W in an atmosphere of a mixed gas of argon and oxygen (oxygen partial pressure: 5%) at a temperature of 600 ° C. and a vacuum degree of 0.8 Pa.

上記形成された低誘電率層の表面に、Tiを1.0wt%添加した焼結体ターゲットを用いて、基板を350℃に加熱を行いながら、0.5Paのアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中(酸素分圧:20%)で、RF電源(高周波電源)からの投入電力を500Wとして、10分間の反応性スパッタリングにより、Ir−Ti薄膜を成膜した。その後、基板温度を400℃まで上昇させ、酸素のみ1.0Paの雰囲気を保ちつつ、5分間のアニールを行って、下部電極を形成した。 Using a sintered target to which 1.0 wt% of Ti was added to the surface of the formed low dielectric constant layer, while heating the substrate to 350 ° C., in a mixed gas atmosphere of 0.5 Pa of argon and oxygen. An Ir-Ti thin film was formed by reactive sputtering for 10 minutes at (oxygen partial pressure: 20%) and the input power from the RF power source (high frequency power source) was 500 W. Then, the substrate temperature was raised to 400 ° C., and the lower electrode was formed by annealing for 5 minutes while maintaining an atmosphere of 1.0 Pa for oxygen only.

上記形成された下部電極の表面に、Crターゲットを用いて、室温において、1Paのアルゴンガス雰囲気中で、RF電源(高周波電源)からの投入電力を200Wとして、6時間のスパッタリングにより、振動板を形成した。 On the surface of the formed lower electrode, a diaphragm is formed by sputtering for 6 hours at room temperature in a 1 Pa argon gas atmosphere with an input power of 200 W from an RF power source (high frequency power source) using a Cr target. Formed.

その後、基板をエッチングにより除去して、アクチュエータ−1(ACT−1)を得た。 Then, the substrate was removed by etching to obtain an actuator-1 (ACT-1).

上部電極および下部電極を、Ptターゲットを用いて、基板を400℃に加熱しながら、1Paのアルゴンガス雰囲気中で、RF電源(高周波電源)からの投入電力を200Wとして、12分間のスパッタリングにより形成した以外は、ACT−1の作製と同様にして、アクチュエータ−2(ACT−2)を得た。 The upper and lower electrodes are formed by sputtering for 12 minutes in a 1 Pa argon gas atmosphere while heating the substrate to 400 ° C. using a Pt target and setting the input power from the RF power supply (high frequency power supply) to 200 W. Actuator-2 (ACT-2) was obtained in the same manner as in the production of ACT-1 except for the above.

ACT−1およびACT−2の両電極間に、15V、AC、60kHzのパルス駆動電圧を印加して、50℃の高温環境下で、駆動耐久試験を行った。 A pulse drive voltage of 15 V, AC, and 60 kHz was applied between both electrodes of ACT-1 and ACT-2, and a drive durability test was performed in a high temperature environment of 50 ° C.

図5は、ACT−1およびACT−2のそれぞれに100億パルスの駆動電圧を印加したときの、印加したパルス数と、アクチュエータの変位量の低下率との関係を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of applied pulses and the reduction rate of the displacement amount of the actuator when a driving voltage of 10 billion pulses is applied to each of ACT-1 and ACT-2.

図5から明らかなように、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されているIr−Ti薄膜を上部電極および下部電極に用いたACT−1は、Pt薄膜を上部電極および下部電極に用いたACT−2よりも、圧電体の変位量の経時的な低下が抑制されていた。 As is clear from FIG. 5, it is composed of an Ir-Ti alloy containing Ir as a main component, and in each of the above Ir and Ti, an Ir-Ti thin film in which a part thereof is oxidized is used for the upper electrode and the lower electrode. In ACT-1, the decrease in the displacement amount of the piezoelectric material with time was suppressed as compared with ACT-2 in which the Pt thin film was used for the upper electrode and the lower electrode.

(インクジェットヘッドの射出特性)
ACT−1およびACT−2を、接着剤を用いて圧力室部材に電着させ、さらに、上部電極、低誘電率層および圧電体を、エッチングにより圧力室ごとに個別化した。その後、これらをインク流路部材およびノズル板に接着させて、それぞれ、インクジェットヘッドとした。
(Injection characteristics of inkjet head)
ACT-1 and ACT-2 were electrodeposited on the pressure chamber member using an adhesive, and the upper electrode, the low dielectric constant layer and the piezoelectric body were separated for each pressure chamber by etching. Then, these were adhered to the ink flow path member and the nozzle plate to obtain an inkjet head, respectively.

上記インクジェットヘッドを画像形成装置に搭載し、50℃の高温環境下で、初期速度が7m/secとなるように波形を調整して、60kHzのパルス駆動耐久試験を行った。 The above-mentioned inkjet head was mounted on an image forming apparatus, and the waveform was adjusted so that the initial speed was 7 m / sec in a high temperature environment of 50 ° C., and a pulse drive durability test of 60 kHz was performed.

図6は、ACT−1を有するインクジェットヘッドおよびACT−2を有するインクジェットヘッドのそれぞれに100億パルスの駆動電圧を印加したときの、印加したパルス数と、射出速度の低下率との関係を示すグラフである。 FIG. 6 shows the relationship between the number of applied pulses and the rate of decrease in injection speed when a drive voltage of 10 billion pulses is applied to each of the inkjet head having ACT-1 and the inkjet head having ACT-2. It is a graph.

図6から明らかなように、Irを主成分とするIr−Ti合金からなり、上記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されているIr−Ti薄膜を上部電極および下部電極に用いたACT−1は、Cr薄膜を上部電極および下部電極に用いたACT−2よりも、インクジェットヘッドに用いたときの射出速度の経時的な低下が抑制されていた。 As is clear from FIG. 6, it is composed of an Ir-Ti alloy containing Ir as a main component, and both of the above Ir and Ti use an Ir-Ti thin film in which a part thereof is oxidized is used for the upper electrode and the lower electrode. Compared to ACT-2 in which the Cr thin film was used for the upper electrode and the lower electrode, ACT-1 was suppressed from a decrease in injection speed over time when used in an inkjet head.

本発明の薄膜状圧電素子によれば、高温環境で長期的にパルス駆動させたときの、圧電体の変位量の経時的な低下が抑制される。そのため、本発明には、特にはインクジェットヘッドなどの、高温で長期的に使用する用途における薄膜状圧電素子の長期信頼性を向上させることができ、薄膜状圧電素子を備える各機器の耐久性向上に貢献することが期待される。 According to the thin-film piezoelectric element of the present invention, it is possible to suppress a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body with time when the piezoelectric body is pulse-driven for a long period of time in a high temperature environment. Therefore, in the present invention, it is possible to improve the long-term reliability of the thin-film piezoelectric element, especially in applications where the thin-film piezoelectric element is used for a long period of time at high temperature, such as an inkjet head, and the durability of each device provided with the thin-film piezoelectric element is improved. It is expected to contribute to.

100 薄膜状圧電素子
110 上部電極
120 配向制御層
130 圧電体
140 低誘電率層
150 下部電極
160、160a、160b 振動板
100 Thin-film piezoelectric element 110 Upper electrode 120 Orientation control layer 130 Piezoelectric body 140 Low dielectric constant layer 150 Lower electrode 160, 160a, 160b Diaphragm

Claims (17)

上部電極および下部電極、ならびに前記上部電極と下部電極との間に配置されたペロブスカイト構造を有する圧電体、を有する薄膜状圧電素子であって、
前記上部電極および下部電極の少なくとも一方の電極は、Irを主成分とするIr−Ti合金を含んでなり、前記IrおよびTiは、いずれも、その一部が酸化されている、
薄膜状圧電素子。
A thin-film piezoelectric element having an upper electrode and a lower electrode, and a piezoelectric body having a perovskite structure arranged between the upper electrode and the lower electrode.
At least one of the upper electrode and the lower electrode contains an Ir-Ti alloy containing Ir as a main component, and both Ir and Ti are partially oxidized.
Thin film piezoelectric element.
前記Ir−Ti合金は、IrOを含む、請求項1に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to claim 1, wherein the Ir-Ti alloy contains IrO 2 . 前記Ir−Ti合金は、TiOおよびTiを含む、請求項1または2に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to claim 1 or 2, wherein the Ir-Ti alloy contains TiO 2 and Ti 2 O 3 . 前記Ir−Ti合金は、(111)配向および(002)配向されたIr結晶を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein the Ir-Ti alloy contains (111) oriented Ir crystals and (002) oriented Ir crystals. 前記Ir−Ti合金は、IrとTiとの合計質量に対して0質量%より多く10質量%以下のTiを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein the Ir-Ti alloy contains Ti in an amount of more than 0% by mass and 10% by mass or less with respect to the total mass of Ir and Ti. 前記Ir−Ti合金は、IrとTiとの合計質量に対して0.2質量%以上1.0質量%以下のTiを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子。 The thin film piezoelectric according to any one of claims 1 to 5, wherein the Ir-Ti alloy contains Ti of 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the total mass of Ir and Ti. element. 前記少なくとも一方の電極と前記圧電体との間に配置された低誘電率層を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 6, which has a low dielectric constant layer arranged between the at least one electrode and the piezoelectric body. 前記上部電極および下部電極の両方の電極は、前記Ir−Ti合金を含んでなり、請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子。 The thin-film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 7, wherein both the upper electrode and the lower electrode contain the Ir—Ti alloy. 基板の一面に下部電極を形成する工程、
前記下部電極の前記基板とは反対側に圧電体を形成する工程、および
前記圧電体の前記基板とは反対側に上部電極を形成する工程、
を有し、
前記下部電極を形成する工程および上部電極を形成する工程の少なくとも一方の工程は、Irを主成分とするIr−Ti合金焼結体ターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気ガスの存在下で、前記基板を加熱しながら反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程と、
前記成膜された電極膜を酸素雰囲気下でアニールする工程と、
を含む、
薄膜状圧電素子の製造方法。
The process of forming the lower electrode on one surface of the substrate,
A step of forming a piezoelectric body on the side of the lower electrode opposite to the substrate, and a step of forming an upper electrode on the side of the piezoelectric body opposite to the substrate.
Have,
At least one of the steps of forming the lower electrode and the step of forming the upper electrode is performed by using an Ir-Ti alloy sintered body target containing Ir as a main component in the presence of an atmospheric gas containing oxygen. The process of forming an electrode film by the reactive sputtering method while heating the substrate, and
The step of annealing the formed electrode film in an oxygen atmosphere and
including,
A method for manufacturing a thin film piezoelectric element.
前記Ir−Ti合金焼結体ターゲットは、IrとTiとの合計質量に対して0質量%より多く10質量%以下のTiを含む、請求項9に記載の薄膜状圧電素子の製造方法。 The method for manufacturing a thin-film piezoelectric element according to claim 9, wherein the Ir-Ti alloy sintered body target contains Ti in an amount of more than 0% by mass and 10% by mass or less with respect to the total mass of Ir and Ti. 前記Ir−Ti合金焼結体ターゲットは、IrとTiとの合計質量に対して0.2質量%以上1.0質量%以下のTiを含む、請求項9または10に記載の薄膜状圧電素子の製造方法。 The thin-film piezoelectric element according to claim 9 or 10, wherein the Ir-Ti alloy sintered body target contains Ti of 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the total mass of Ir and Ti. Manufacturing method. 前記成膜する工程は、前記基板を300℃以上500℃以下に加熱しながら反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程である、請求項9〜11のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子の製造方法。 The thin film form according to any one of claims 9 to 11, wherein the film forming step is a step of forming an electrode film by a reactive sputtering method while heating the substrate to 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. Manufacturing method of piezoelectric element. 前記成膜する工程は、酸素分圧が2%以上30%以下である前記雰囲気ガスの存在下で反応性スパッタ法により電極膜を成膜する工程である、請求項9〜12のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子の製造方法。 The step of forming an electrode film is a step of forming an electrode film by a reactive sputtering method in the presence of the atmospheric gas having an oxygen partial pressure of 2% or more and 30% or less, any one of claims 9 to 12. The method for manufacturing a thin film piezoelectric element according to the section. 前記下部電極を形成する工程および上部電極を形成する工程の両方の工程は、前記成膜する工程と、 前記アニールする工程と、を含む、請求項9〜13のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子の製造方法。 The thin film according to any one of claims 9 to 13, wherein both the steps of forming the lower electrode and the step of forming the upper electrode include the step of forming the film and the step of annealing. A method for manufacturing a state piezoelectric element. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜状圧電素子、または請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法で製造された薄膜状圧電素子、を有するアクチュエータ。 An actuator having the thin-film piezoelectric element according to any one of claims 1 to 8, or the thin-film piezoelectric element manufactured by the method according to any one of claims 9 to 14. 請求項15に記載のアクチュエータを有するインクジェットヘッド。 An inkjet head having the actuator according to claim 15. 請求項16に記載のインクジェットヘッドを有する画像形成装置。 The image forming apparatus having the inkjet head according to claim 16.
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