[go: up one dir, main page]

JPH11157068A - Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them - Google Patents

Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them

Info

Publication number
JPH11157068A
JPH11157068A JP32481997A JP32481997A JPH11157068A JP H11157068 A JPH11157068 A JP H11157068A JP 32481997 A JP32481997 A JP 32481997A JP 32481997 A JP32481997 A JP 32481997A JP H11157068 A JPH11157068 A JP H11157068A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
layer
piezoelectric element
dielectric constant
low dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP32481997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Oka
宏 邱
Manabu Nishiwaki
学 西脇
Koji Sumi
浩二 角
Masami Murai
正己 村井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP32481997A priority Critical patent/JPH11157068A/en
Publication of JPH11157068A publication Critical patent/JPH11157068A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体素子における低誘電率層を薄く形成す
る製造方法の提供。 【解決手段】 導電性材料より構成される下部電極を形
成する工程、下部電極の電界が印加されると体積変化を
生ずる圧電性材料を塗布する工程、圧電性材料の塗布
後、850℃から950℃の間の温度で焼成して圧電体
層を形成する工程、および焼成された圧電体層に導電性
材料より構成される上部電極を形成する工程を備える。
上記温度で焼成することにより、低誘電率層の発達を極
力抑えることができる。
(57) [Problem] To provide a manufacturing method for forming a thin low dielectric constant layer in a piezoelectric element. SOLUTION: A step of forming a lower electrode made of a conductive material, a step of applying a piezoelectric material which causes a volume change when an electric field of the lower electrode is applied, and after applying the piezoelectric material, from 850 ° C. to 950 ° C. A step of forming a piezoelectric layer by firing at a temperature between ℃ and a step of forming an upper electrode made of a conductive material on the fired piezoelectric layer.
By firing at the above temperature, the development of the low dielectric constant layer can be suppressed as much as possible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッドに用いる圧電体素子に係る。特に、高い圧電
特性を与える圧電体素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element used for an ink jet recording head. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric element that provides high piezoelectric characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電体素子は、電界を印加することによ
り体積変化を生じたり、圧力を加えると電圧変化を生じ
たりする電気機械変換作用を生ずるものであり、インク
ジェット式記録ヘッドの重要な駆動素子である。ペロブ
スカイト(perovskite)結晶構造を有するセラミックス
はこの作用を顕著に示すものが多いため、圧電体素子の
材料に用いられている。
2. Description of the Related Art Piezoelectric elements produce an electromechanical conversion effect in which a volume change occurs when an electric field is applied or a voltage change occurs when pressure is applied. Element. Many ceramics having a perovskite crystal structure exhibit this effect remarkably, and are therefore used as materials for piezoelectric elements.

【0003】従来、圧電体素子の製造方法は、PZT等
の圧電性セラミックスをゾル−ゲル法で積層し、比較的
低い温度で熱処理を施してペロブスカイト結晶構造を発
達させていくものであった。例えば、特開平3−695
12号公報には、有機化合物の水素を金属で置換したア
ルコキシドを含んだ前駆物質を、金属カチオンを用いて
加水分解し、その水溶液を基質に塗布して、最後に60
0℃から700℃程度の温度でアニールして圧電特性を
示す薄膜を成形する手順が記載されている。
Conventionally, a method for manufacturing a piezoelectric element has been to develop a perovskite crystal structure by laminating piezoelectric ceramics such as PZT by a sol-gel method and performing heat treatment at a relatively low temperature. For example, JP-A-3-695
No. 12 discloses that a precursor containing an alkoxide in which hydrogen of an organic compound is substituted with a metal is hydrolyzed using a metal cation, and the aqueous solution is applied to a substrate.
A procedure for forming a thin film having piezoelectric characteristics by annealing at a temperature of about 0 ° C. to 700 ° C. is described.

【0004】また、このような従来の圧電体素子の製造
方法は、例えば、Communications of the American Cer
amic Society, vol. 79, no. 8, 2189-92 (1996)にも記
載されている。
Further, such a conventional method for manufacturing a piezoelectric element is described in, for example, Communications of the American Cer.
amic Society, vol. 79, no. 8, 2189-92 (1996).

【0005】インクジェット式記録ヘッドは、インクを
溜めるための圧力室基板の一面を形成する振動板上に、
この圧電体素子を設けて構成される。圧電体素子の体積
が変化すると、圧力室に設けられた振動板が変形し、圧
力室のインクに圧力が加えられてインクが吐出される。
[0005] An ink jet recording head is provided on a diaphragm forming one surface of a pressure chamber substrate for storing ink.
It is configured by providing this piezoelectric element. When the volume of the piezoelectric element changes, the diaphragm provided in the pressure chamber is deformed, and pressure is applied to the ink in the pressure chamber to discharge the ink.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、公知文献で
ある、J. Mater. Res. 9(1994), pp2540によれば、圧電
体素子の形成過程において、圧電体薄膜と電極膜との界
面に、電極膜の組成を含んだ層が、製造上自然に発生す
る旨が記載されている。この層は、圧電体材料と電極材
料との反応が高温であるという理由により発生するもの
である。この層は、電極膜の組成が含まれ、圧電体薄膜
の組成からずれているため、圧電体薄膜に比べて低い誘
電率を有する。
According to J. Mater. Res. 9 (1994), pp. 2540, which is a known document, in the process of forming a piezoelectric element, an interface between a piezoelectric thin film and an electrode film is formed. It is described that a layer containing the composition of the electrode film naturally occurs in manufacturing. This layer is generated because the reaction between the piezoelectric material and the electrode material is at a high temperature. Since this layer contains the composition of the electrode film and deviates from the composition of the piezoelectric thin film, it has a lower dielectric constant than the piezoelectric thin film.

【0007】この低誘電率の層が厚くなればなる程、圧
電体素子全体の誘電率と圧電特性が低下するという問題
があった。
There is a problem that the thicker the low dielectric constant layer, the lower the dielectric constant and piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric element.

【0008】上記問題を解決するために、本発明の第1
の課題は、圧電体素子の製造時に発生する低誘電率の層
を薄くすることにより、良好な圧電特性を示す圧電体素
子およびインクジェット式記録ヘッドを提供することで
ある。
[0008] In order to solve the above problem, the first aspect of the present invention is as follows.
It is an object of the present invention to provide a piezoelectric element and an ink jet recording head which exhibit good piezoelectric characteristics by reducing the thickness of a low dielectric constant layer generated during the production of a piezoelectric element.

【0009】本発明の第2の課題は、圧電体素子の製造
時に、低誘電率の層が発生することを防止するための具
体的な製造条件を提供することにより、良好な圧電特性
を示す圧電体素子およびインクジェット式記録ヘッドの
製造方法を提供することである。
A second object of the present invention is to provide good piezoelectric characteristics by providing specific manufacturing conditions for preventing the formation of a layer having a low dielectric constant during the manufacture of a piezoelectric element. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric element and an ink jet recording head.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願出願人は、上記課題
を解決するため、圧電体素子の製造工程において、圧電
性材料を焼成する際の温度を変化させて、圧電体素子の
特性比較や、発生した低誘電率の層の厚みを比較した。
その結果として、焼成を一定の条件化で行うことによ
り、低誘電率の層の厚みを薄くし、圧電体素子全体の特
性を向上できることを発見した。
In order to solve the above-mentioned problems, the applicant of the present invention changed the temperature at which the piezoelectric material was fired in the process of manufacturing the piezoelectric element, and compared the characteristics of the piezoelectric element. And the thickness of the generated low dielectric constant layer was compared.
As a result, it has been found that by performing firing under certain conditions, the thickness of the low dielectric constant layer can be reduced, and the characteristics of the entire piezoelectric element can be improved.

【0011】すなわち、上記第1の課題を解決する圧電
体素子は、電極の間に圧電体層を挟んで構成される圧電
体素子において、この圧電体層に比べて誘電率の低い低
誘電率層が、下電極膜に沿って10nm以下の厚みで設
けられている。
That is, a piezoelectric element which solves the first problem is a piezoelectric element having a piezoelectric layer sandwiched between electrodes, and has a low dielectric constant lower than that of the piezoelectric layer. The layer is provided with a thickness of 10 nm or less along the lower electrode film.

【0012】この低誘電率層の有する比誘電率は、例え
ば、100以下である。また、この低誘電率層には、当
該低誘電率層に接する電極を構成する成分が含まれてい
る。
The relative dielectric constant of the low dielectric constant layer is, for example, 100 or less. In addition, the low dielectric constant layer contains a component constituting an electrode in contact with the low dielectric constant layer.

【0013】上記第1の課題を解決するインクジェット
式記録ヘッドは、圧電体素子に電圧を印加して体積変化
を生じさせることによって圧力室と連通したノズルから
インクを吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘ
ッドである。そして、この圧電体素子は、二つの電極膜
の間に、(a)電界が印加されると体積変化を生ずる圧
電性材料によって構成される圧電体層と、(b)10n
m以下の厚みで形成されており、この圧電体層に比べて
誘電率が低い低誘電率層と、を備えて構成されている。
An ink jet recording head which solves the first problem is configured to be capable of discharging ink from a nozzle communicating with a pressure chamber by applying a voltage to a piezoelectric element to cause a volume change. It is a recording head. The piezoelectric element comprises, between two electrode films, (a) a piezoelectric layer made of a piezoelectric material whose volume changes when an electric field is applied, and (b) 10n
m and a low dielectric constant layer having a dielectric constant lower than that of the piezoelectric layer.

【0014】上記第2の課題を解決する圧電体素子の製
造方法は、(a)導電性材料より構成される下部電極膜
を形成する下部電極膜形成工程と、(b)前記二つの電
極膜の間に電界が印加されると体積変化を生ずる圧電性
材料を塗布する塗布工程と、(c)この圧電性材料の塗
布後、850℃から950℃の間の温度で焼成して圧電
体層を形成する焼成工程と、(d)焼成されたこの圧電
体層に導電性材料より構成される上部電極膜を形成する
上部電極膜形成工程と、を備えて構成される。
A method of manufacturing a piezoelectric element which solves the second problem includes: (a) a lower electrode film forming step of forming a lower electrode film made of a conductive material; and (b) the two electrode films. (C) applying a piezoelectric material that changes in volume when an electric field is applied between the piezoelectric layer and (c) firing the piezoelectric material at a temperature between 850 ° C. and 950 ° C. after applying the piezoelectric material; And (d) an upper electrode film forming step of forming an upper electrode film made of a conductive material on the fired piezoelectric layer.

【0015】この焼成工程では、900℃の温度で焼成
することが特に好ましい。また、この焼成工程では、略
1分間焼成することが好ましい。
In this firing step, firing at a temperature of 900 ° C. is particularly preferred. In this baking step, it is preferable to bake for about 1 minute.

【0016】この塗布工程は、所定の厚みにこの圧電性
材料を塗布する工程と、塗布された圧電性材料を加熱
し、当該圧電性材料を焼成させ、乾燥させる工程と、を
複数回繰り返すものである。
The applying step includes repeating a plurality of times of applying the piezoelectric material to a predetermined thickness, heating the applied piezoelectric material, firing the piezoelectric material, and drying the applied piezoelectric material. It is.

【0017】上記第2の課題を解決するインクジェット
式記録ヘッドの製造方法は、請求項5乃至請求項8のい
ずれか一項に記載の圧電体素子の製造方法を使用したイ
ンクジェット式記録ヘッドの製造方法である。本発明
は、さらに、(a)絶縁膜が形成された基板に、この下
部電極膜、圧電体層および上部電極膜から構成されるこ
の圧電体素子を形成した後、当該圧電体素子を、この基
板に形成されるインクを吐出させるための圧力室に対応
した形状にエッチングする工程と、(b)エッチングさ
れたこの圧電体素子が設けられている位置に対応させて
この基板をエッチングし、この圧力室を形成する工程
と、(c)圧力室に対応する位置にインクを吐出するた
めのノズルが設けられたノズル板を、この基板と貼り合
わせる工程と、を備えて構成されている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ink jet type recording head, comprising: using the method of manufacturing a piezoelectric element according to any one of claims 5 to 8. Is the way. According to the present invention, further, (a) after forming the piezoelectric element composed of the lower electrode film, the piezoelectric layer and the upper electrode film on the substrate on which the insulating film is formed, Etching a substrate into a shape corresponding to a pressure chamber for discharging ink formed on the substrate; and (b) etching the substrate corresponding to a position where the etched piezoelectric element is provided. The method includes a step of forming a pressure chamber, and a step of (c) bonding a nozzle plate provided with a nozzle for discharging ink to a position corresponding to the pressure chamber to the substrate.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】次に、本発明の最良の実施形態
を、図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明の
圧電体素子をインクジェット式記録ヘッドに適用したも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the best embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the piezoelectric element of the present invention is applied to an ink jet recording head.

【0019】(インクジェットプリンタの構成)図1
に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが用いら
れるインクジェットプリンタの斜視図を示す。同図に示
すように、本インクジェットプリンタ100は、本体1
02に、本発明に係るインクジェット式記録ヘッド10
1、トレイ103および排出口104等を備えて構成さ
れている。トレイ103は、用紙105を載置可能に構
成される。インクジェット式記録ヘッド101は、図示
しない内部移送機構により、用紙105の幅方向(矢印
方向)に移送自在に構成されている。
(Configuration of Inkjet Printer) FIG.
FIG. 1 shows a perspective view of an ink jet printer using the ink jet recording head of the present embodiment. As shown in FIG.
02, the inkjet recording head 10 according to the present invention.
1, a tray 103, a discharge port 104, and the like. The tray 103 is configured so that the paper 105 can be placed thereon. The ink jet recording head 101 is configured to be able to be transported in the width direction (arrow direction) of the paper 105 by an internal transport mechanism (not shown).

【0020】この構成において、コンピュータ等から印
字用データがこのインクジェットプリンタ100に供給
されると、図示しない内部ローラが用紙105を本体1
02に取り入れる。用紙105は、ローラの近傍を通過
するとき、同図矢印方向に駆動されるインクジェット式
記録ヘッド101により印字され、排出口104から排
出される。
In this configuration, when printing data is supplied to the ink jet printer 100 from a computer or the like, an internal roller (not shown)
02. The paper 105 is printed by an ink jet recording head 101 driven in the direction of the arrow in FIG.

【0021】図2に、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの構造を説明する斜視図を示す。同図に示すよ
うに、インクジェット式記録ヘッド101は、ノズル1
1の設けられたノズル板1、および振動板3の設けられ
た圧力室基板2を、筐体5に嵌め込んで構成される。圧
力室基板2は、本発明に係る製造方法により、キャビテ
ィ(圧力室)21、側壁22およびリザーバ23等が形
成されている。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the structure of the ink jet recording head according to the present embodiment. As shown in FIG.
The nozzle plate 1 provided with the pressure plate 1 and the pressure chamber substrate 2 provided with the vibration plate 3 are fitted into a housing 5. The pressure chamber substrate 2 has a cavity (pressure chamber) 21, a side wall 22, a reservoir 23, and the like formed by the manufacturing method according to the present invention.

【0022】なお、本実施形態では、インクを溜めるリ
ザーバが流路基板に設けられているが、ノズル板を多層
構造にし、その内部にリザーバを設けるものでもよい。
In this embodiment, the reservoir for storing the ink is provided on the flow path substrate. However, the nozzle plate may have a multi-layer structure and the reservoir may be provided therein.

【0023】(インクジェット式記録ヘッドの構成)図
3に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの一部
拡大斜視図を示す。一部は断面図になっている。この図
は、図2に示すインクジェット式記録ヘッドの構造のう
ち、圧力室基板2および振動板3の部分を反対側から拡
大して見た図に相当する。同図に示すように、本インク
ジェット式記録ヘッド101の主要部は、ノズル板1、
圧力室基板2、振動板3および圧電体素子4を備えて構
成されている。
(Configuration of Inkjet Recording Head) FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of the inkjet recording head of the present embodiment. Some are cross-sectional views. This figure corresponds to an enlarged view of the pressure chamber substrate 2 and the vibration plate 3 from the opposite side in the structure of the ink jet recording head shown in FIG. As shown in FIG. 1, the main part of the ink jet recording head 101 includes a nozzle plate 1,
It comprises a pressure chamber substrate 2, a diaphragm 3 and a piezoelectric element 4.

【0024】ノズル板1は、圧力室基板2に複数設けら
れたキャビティ21の各々に対応する位置にそのノズル
11が配置されるよう、圧力室基板2に貼り合わせられ
て構成されている。
The nozzle plate 1 is bonded to the pressure chamber substrate 2 so that the nozzles 11 are arranged at positions corresponding to the plurality of cavities 21 provided in the pressure chamber substrate 2.

【0025】圧力室基板2は、キャビティ21、側壁2
2、リザーバ23および供給口24を備えている。圧力
室基板2のキャビティ21は、シリコン等の基板をエッ
チングすることにより複数形成されるものであり、個々
のキャビティにはインクが充填可能に形成される。側壁
22は、エッチングされずに残った部分であり、キャビ
ティ21間を仕切るよう構成される。リザーバ23は、
各キャビティ21にインクを供給可能な共通の流路とし
て構成されている。供給口24は、各キャビティ21に
インクを導入可能に構成されている。
The pressure chamber substrate 2 includes a cavity 21 and a side wall 2.
2, a reservoir 23 and a supply port 24 are provided. A plurality of cavities 21 of the pressure chamber substrate 2 are formed by etching a substrate such as silicon, and each cavity is formed so as to be filled with ink. The side wall 22 is a portion left without being etched, and is configured to partition between the cavities 21. The reservoir 23
Each of the cavities 21 is configured as a common flow path that can supply ink. The supply port 24 is configured so that ink can be introduced into each cavity 21.

【0026】振動板3は、圧力室基板2の一方の面に設
けられている。振動板3の一部には、インクタンク口3
3が設けられており、筐体5を介して、図示しないイン
クタンクからのインクをリザーバ23に供給可能な構成
になっている。
The vibration plate 3 is provided on one surface of the pressure chamber substrate 2. A part of the diaphragm 3 has an ink tank opening 3
3 is provided so that ink from an ink tank (not shown) can be supplied to the reservoir 23 via the housing 5.

【0027】圧電体素子4は、本発明に係る部材であ
り、振動板3上に所定の形状で形成されている。
The piezoelectric element 4 is a member according to the present invention, and is formed on the diaphragm 3 in a predetermined shape.

【0028】(圧電体素子の層構造)図4に、振動板3
および圧電体素子4の層構造を断面図で示す。同図に示
すように、振動板3が、絶縁膜301および下部電極膜
302を積層して構成され、圧電体素子4が、低誘電率
層401、圧電体層402、さらに上部電極膜403を
積層して構成されている。
(Layer Structure of Piezoelectric Element) FIG.
And a layer structure of the piezoelectric element 4 is shown in a sectional view. As shown in the figure, the vibration plate 3 is configured by laminating an insulating film 301 and a lower electrode film 302, and the piezoelectric element 4 includes a low dielectric constant layer 401, a piezoelectric layer 402, and an upper electrode film 403. It is configured by lamination.

【0029】絶縁膜301は、導電性のない材料、例え
ば、シリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素
により構成され、圧電体素子の体積変化により変形し、
キャビティ21の内部の圧力を瞬間的に高めることが可
能に構成されている。
The insulating film 301 is made of a material having no conductivity, for example, silicon dioxide formed by thermally oxidizing a silicon substrate, and is deformed by a volume change of the piezoelectric element.
The pressure inside the cavity 21 can be instantaneously increased.

【0030】下部電極膜302は、上部電極膜403と
対になる、圧電体層に電圧を印加するための電極であ
り、導電性を有する複数の材料、例えば、白金(Pt)
層で構成されている。下部電極膜は、同図に示すように
熱酸化膜301の総ての領域に重ねて形成しても、圧電
体素子4の下部のみに形成してもよい。また、圧電体素
子4の下部における厚みとその他の領域における厚みと
を異ならせて形成してもよい。
The lower electrode film 302 is an electrode for applying a voltage to the piezoelectric layer, which is paired with the upper electrode film 403, and is made of a plurality of conductive materials, for example, platinum (Pt).
It is composed of layers. The lower electrode film may be formed so as to overlap all the regions of the thermal oxide film 301 as shown in the figure, or may be formed only below the piezoelectric element 4. Further, the thickness in the lower portion of the piezoelectric element 4 and the thickness in other regions may be different.

【0031】上部電極膜403は、圧電体素子に電圧を
印加するための電極であり、導電性を有する材料、例え
ば、厚み0.1μmの白金(Pt)で形成されている。
The upper electrode film 403 is an electrode for applying a voltage to the piezoelectric element, and is formed of a conductive material, for example, platinum (Pt) having a thickness of 0.1 μm.

【0032】圧電体層402は、圧電特性を有する圧電
性セラミックスにより構成されている。例えば、チタン
酸鉛(PbTiO)、ジルコン酸チタン酸鉛(Pb
(Zr、Ti)O:PZT)、ジルコン酸鉛(PbZ
rO)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La)TiO
)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)
(Zr、Ti)O):PLZT)またはマグネシウム
ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr0.56
Ti0.440.8(Mg1/3Nb2/30.1
)等で構成される。
The piezoelectric layer 402 is made of a piezoelectric ceramic having piezoelectric characteristics. For example, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb
(Zr, Ti) O 3 : PZT), lead zirconate (PbZ)
rO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO
3 ), lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La)
(Zr, Ti) O 3 ): PLZT) or magnesium zirconium niobate lead titanate (Pb (Zr 0.56
Ti 0.44 ) 0.8 (Mg 1/3 Nb 2/3 ) 0.1
O 3 ).

【0033】低誘電率層401は、製造過程において形
成される誘電率の低い層である。この層は、上記圧電体
層をゾル−ゲル方法等で形成し、焼成する過程におい
て、圧電体材料と電極材料との反応が高温であるという
理由で自然に形成される層である。その層には、下部電
極膜302の組成が混入する。例えば、下部電極膜にP
tを用い、圧電体セラミックスとしてPZTを用いてい
る場合、低誘電率層には、Pt、O、Ti、Zr、Pb
等の元素が含まれる。この中で、他の圧電体層の組成に
比べ、OとTiの組成比が多く、ZrとPbの組成比が
少なくなっている。また、低誘電率層401は、圧電体
層402の他の部分における誘電率が3000程度であ
るのに対し、低誘電率層401の比誘電率は100以下
である。
The low dielectric constant layer 401 is a layer having a low dielectric constant formed during the manufacturing process. This layer is formed naturally because the reaction between the piezoelectric material and the electrode material is at a high temperature in the process of forming and firing the piezoelectric layer by a sol-gel method or the like. The composition of the lower electrode film 302 is mixed in the layer. For example, P
When Pt is used as the piezoelectric ceramics, Pt, O, Ti, Zr, Pb
Etc. are included. Among them, the composition ratio of O and Ti is larger and the composition ratio of Zr and Pb is smaller than the composition of the other piezoelectric layers. The low dielectric constant layer 401 has a dielectric constant of about 3000 in other parts of the piezoelectric layer 402, whereas the low dielectric constant layer 401 has a relative dielectric constant of 100 or less.

【0034】低誘電率層が圧電体素子全体の誘電率を低
下させるため、圧電体素子全体としては圧電特性が悪く
なる。従来の低誘電率層では、さらに結晶が良好に形成
されず、非晶質となっている場合もあった。圧電体素子
の全体で圧電特性を良くするためには、低誘電率層を結
晶化させ、薄く抑える程好ましい。本発明では、以下に
述べる製造方法によって、結晶化した低誘電率層を薄く
抑えることに成功した。
Since the low dielectric constant layer lowers the dielectric constant of the entire piezoelectric element, the piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric element deteriorate. In the conventional low dielectric constant layer, a crystal was not formed more favorably and was sometimes amorphous. In order to improve the piezoelectric characteristics of the entire piezoelectric element, it is preferable that the low dielectric constant layer be crystallized to be thin. In the present invention, the crystallized low dielectric constant layer has been successfully reduced in thickness by the manufacturing method described below.

【0035】具体的には、従来の製造方法で圧電体素子
を形成した場合には、低誘電率層が20nm以上の厚み
で形成され、この厚みの低誘電率層が圧電体素子の圧電
特性を劣化させていた。これに対し、本発明の製造方法
で圧電体素子を形成した場合には、好適な条件で製造す
れば、低誘電率層を10nm以下、さらに最適な条件で
製造すれば5nm以下の厚みに抑えることができる。
Specifically, when a piezoelectric element is formed by a conventional manufacturing method, a low dielectric constant layer is formed with a thickness of 20 nm or more, and the low dielectric constant layer having this thickness has a piezoelectric characteristic of the piezoelectric element. Had deteriorated. On the other hand, when the piezoelectric element is formed by the manufacturing method of the present invention, the thickness of the low dielectric constant layer is suppressed to 10 nm or less when manufactured under suitable conditions, and is suppressed to 5 nm or less when manufactured under optimal conditions. be able to.

【0036】圧電体層402の厚みは、800nm以上
かつ2000nm以下の厚みに設定する。圧電体層の厚
みをあまりに厚くすると、高い駆動電圧が必要となり、
あまりに薄くすると、駆動電圧を印加する際、PZT膜
内に高電場が商事、膜の特性が低下したり、膜が絶縁破
壊したりする。
The thickness of the piezoelectric layer 402 is set to a thickness of 800 nm or more and 2000 nm or less. If the thickness of the piezoelectric layer is too large, a high driving voltage is required,
If the thickness is too small, when a driving voltage is applied, a high electric field may occur in the PZT film, the characteristics of the film may be deteriorated, or the film may be subjected to dielectric breakdown.

【0037】(作用)圧電体層を乾燥させ脱脂させ、最
後に圧電体層全体を焼成すると、アモルファス状態であ
った分子構造から、ペロブスカイト結晶構造の緻密な結
晶構造が発達する。焼成時に結晶化が迅速に進められる
と考えられるが、焼成の温度が余りに低く、焼成時間が
長いと、圧電性材料に下部電極膜の構成分子が混入し、
圧電性材料の偏析が生じ、低誘電率層が発達する。焼成
の時間が短くても焼成の温度が余りに高いと、やはり下
部電極膜の構成分子が混入し、圧電性材料の偏析が生
じ、低誘電率層が発達する。
(Function) When the piezoelectric layer is dried and degreased, and finally the entire piezoelectric layer is baked, a dense perovskite crystal structure is developed from the amorphous molecular structure. It is thought that crystallization proceeds rapidly during firing, but if the firing temperature is too low and the firing time is long, constituent molecules of the lower electrode film are mixed into the piezoelectric material,
Segregation of the piezoelectric material occurs, and a low dielectric constant layer develops. Even if the firing time is short, if the firing temperature is too high, the constituent molecules of the lower electrode film are also mixed, segregation of the piezoelectric material occurs, and the low dielectric constant layer develops.

【0038】本発明では、圧電体層の焼成を一定条件化
で行うこととしたので、低誘電率層の発生を抑えること
ができ、低誘電率層の厚みを薄く、例えば10nm以下
とすることができる。この薄い低誘電率層を備えた圧電
体素子によれば、良好な圧電特性を示す。
In the present invention, since the firing of the piezoelectric layer is performed under a constant condition, the generation of the low dielectric constant layer can be suppressed, and the thickness of the low dielectric constant layer is reduced to, for example, 10 nm or less. Can be. According to the piezoelectric element having the thin low dielectric constant layer, good piezoelectric characteristics are exhibited.

【0039】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
では、この良好な圧電特性を示す圧電体素子を備える。
このインクジェット式記録ヘッドの動作原理を説明す
る。圧電体素子4の下部電極302と上部電極403と
の間に電圧が印加されていない場合、圧電特性を示す圧
電体層402には、体積変化を生じさせない。したがっ
て、電圧が印加されない圧電体素子4に対応して形成さ
れたキャビティ21に圧力に変化が生じず、ノズル11
からインク滴は吐出されない。
The ink jet recording head of the present embodiment is provided with a piezoelectric element exhibiting such good piezoelectric characteristics.
The operation principle of this ink jet recording head will be described. When no voltage is applied between the lower electrode 302 and the upper electrode 403 of the piezoelectric element 4, the volume of the piezoelectric layer 402 exhibiting piezoelectric characteristics does not change. Therefore, the pressure does not change in the cavity 21 formed corresponding to the piezoelectric element 4 to which no voltage is applied, and the nozzle 11
No ink droplet is ejected from the nozzle.

【0040】一方、圧電体素子4の下部電極302と上
部電極403との間に、圧電体素子4に体積変化を生じ
させる電圧が印加されている場合、圧電体層402は体
積変化を生じる。したがって、電圧が印加されている圧
電体素子4が取り付けられた振動板3が大きくたわみ、
そのキャビティ21内の体積を変化させる。このためキ
ャビティ21内の圧力が変化し、ノズル11からインク
滴が吐出される。本発明によれば、低誘電率層401が
薄いため圧電体素子4の圧電特性が劣化しない。このた
め圧電体素子の体積変化が従来のものより大きく、より
少ない電圧の印加でより多くのインクを吐出させること
ができる。
On the other hand, when a voltage causing a change in volume of the piezoelectric element 4 is applied between the lower electrode 302 and the upper electrode 403 of the piezoelectric element 4, the piezoelectric layer 402 changes in volume. Therefore, the diaphragm 3 to which the piezoelectric element 4 to which the voltage is applied is attached is largely bent,
The volume in the cavity 21 is changed. Therefore, the pressure in the cavity 21 changes, and ink droplets are ejected from the nozzles 11. According to the present invention, since the low-k layer 401 is thin, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element 4 do not deteriorate. For this reason, the volume change of the piezoelectric element is larger than that of the conventional one, and more ink can be ejected by applying a smaller voltage.

【0041】(製造方法の説明)次に、本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。
(Description of Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing the ink jet recording head of the present invention will be described.

【0042】酸化膜形成工程(図5(a)): まず、
圧力室基板2の基礎となるシリコン基板201に絶縁膜
301、例えば二酸化ケイ素の膜を形成する。シリコン
基板201は、例えば200μm程度、絶縁膜301
は、1μm程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には、
公知の熱酸化法等を用いる。
Oxide film forming step (FIG. 5A):
An insulating film 301, for example, a silicon dioxide film is formed on a silicon substrate 201 which is a base of the pressure chamber substrate 2. The silicon substrate 201 is, for example, about 200 μm
Is formed to a thickness of about 1 μm. For the production of insulating films,
A known thermal oxidation method or the like is used.

【0043】下部電極膜形成工程(同図(b)): 次い
で絶縁膜301の上に下部電極膜302を形成する。下
部電極膜302は、例えば、白金層を0.5μmの厚み
で積層する。これら層の製造は、公知の直流スパッタ法
等を用いる。
Lower electrode film forming step (FIG. 7B): Next, a lower electrode film 302 is formed on the insulating film 301. The lower electrode film 302 is formed, for example, by stacking a platinum layer with a thickness of 0.5 μm. For the production of these layers, a known direct current sputtering method or the like is used.

【0044】圧電体層形成工程(同図(c)): 圧電
体層の形成は、ゾル−ゲル法を用いるのが好ましい。た
だし、スパッタリング法等も用いることができる。スパ
ッタリング法等を用いる場合にも、焼成温度を下記の通
り制御することが必要である。
Piezoelectric layer forming step (FIG. 3C): The piezoelectric layer is preferably formed by a sol-gel method. However, a sputtering method or the like can also be used. Even when using a sputtering method or the like, it is necessary to control the firing temperature as described below.

【0045】圧電体層402を形成するために、まず前
述した組成の圧電性セラミックスを混入させた溶解液を
調合する。次いで高分子物質を混入した溶解液を、下電
極膜302上に、一定の厚みに塗布する。例えば、公知
のスピンコート法を用いる場合には、毎分500回転で
30秒、毎分1500回転で30秒、最後に毎分500
回転で10秒間塗布する。塗布後、一定温度(例えば1
80度)で一定時間(例えば10分程度)乾燥させる。
In order to form the piezoelectric layer 402, first, a solution in which a piezoelectric ceramic having the above-described composition is mixed is prepared. Next, a solution mixed with a polymer substance is applied on the lower electrode film 302 to a certain thickness. For example, when a known spin coating method is used, 500 revolutions per minute is 30 seconds, 1500 revolutions per minute is 30 seconds, and finally 500 revolutions per minute.
Apply by rotation for 10 seconds. After application, a constant temperature (for example, 1
(80 degrees) for a certain period of time (for example, about 10 minutes).

【0046】乾燥後、さらに有機溶媒を蒸発させるべ
く、大気雰囲気下において、所定の高温(例えば400
度)で一定時間(30分間)脱脂する。
After drying, a predetermined high temperature (for example, 400
Degreasing for a certain period of time (30 minutes).

【0047】この塗布→乾燥→脱脂の各工程を複数回繰
り返していく。4層重ねた後には、さらに、セラミック
ス層の結晶化を促進し、圧電体としての特性を向上させ
るために、所定の雰囲気下で熱処理する。例えば、4層
積層後、酸素雰囲気下において、高速熱処理(RAT)
で、600度で5分間、さらに725度で1分間加熱す
る。
The steps of coating, drying and degreasing are repeated a plurality of times. After the four layers are stacked, heat treatment is further performed in a predetermined atmosphere to promote crystallization of the ceramic layer and improve characteristics as a piezoelectric body. For example, after laminating four layers, rapid heat treatment (RAT) is performed in an oxygen atmosphere.
Then, heat at 600 degrees for 5 minutes and further at 725 degrees for 1 minute.

【0048】最終熱処理工程(同図(d)): 次い
で、8層積層後、酸素雰囲気下において、RATで、6
50度で5分間、さらに本発明の熱処理温度で短時間
(例えば1分間)加熱する。この熱処理温度は、850
℃から950℃の間に設定することが重要である。この
温度より低いと、結晶化を完了させるために長時間の熱
処理が必要になるため、下部電極材料の混入により、圧
電性材料の偏析を促進することになり、この温度より高
いと、高温のために短い熱処理であっても下部電極材料
が混入し圧電性材料の偏析を促進するからである。特
に、900℃程度の温度で熱処理することは好ましい。
この温度では、発生する低誘電率層401の厚みを最も
薄くすることができるからである。
Final heat treatment step ((d) in the same figure): Next, after laminating eight layers, 6
Heat at 50 ° C. for 5 minutes and at the heat treatment temperature of the present invention for a short time (for example, 1 minute). This heat treatment temperature is 850.
It is important to set it between ℃ and 950 ℃. If the temperature is lower than this temperature, a long-time heat treatment is required to complete the crystallization, so that the mixing of the lower electrode material promotes the segregation of the piezoelectric material. Therefore, even if the heat treatment is short, the lower electrode material is mixed and the segregation of the piezoelectric material is promoted. In particular, heat treatment at a temperature of about 900 ° C. is preferable.
This is because, at this temperature, the thickness of the generated low dielectric layer 401 can be minimized.

【0049】上記処理により、低誘電率層401の発達
が、少なくとも10nm以下、好ましくは5nm以下の
厚みに抑えられる。圧電体層402は、例えば、0.8
μm〜2μm程度の厚みで形成される。
By the above processing, the development of the low dielectric constant layer 401 is suppressed to a thickness of at least 10 nm or less, preferably 5 nm or less. The piezoelectric layer 402 has, for example, 0.8
It is formed with a thickness of about μm to 2 μm.

【0050】上部電極形成工程(同図(e)): 圧電体
層402の上に、さらに電子ビーム蒸着法、スパッタ法
等の技術を用いて、上部電極膜403を形成する。上部
電極の材料は、白金(Pt)等を用いる。厚みは100
nm程度にする。
Upper electrode forming step (FIG. 9E): An upper electrode film 403 is further formed on the piezoelectric layer 402 by using a technique such as an electron beam evaporation method or a sputtering method. As a material of the upper electrode, platinum (Pt) or the like is used. The thickness is 100
nm.

【0051】エッチング工程(図6(a)): 各層を形
成後、振動板膜3(絶縁膜301および下部電極膜30
2)上の積層構造(401,402および403)を、
各キャビティ21の形状に合わせた形状になるようマス
クし、その周囲をエッチングする。すなわち、低誘電率
層401、圧電体層402および上部電極膜403を取
り除く。エッチングする際、スピンナー法、スプレー法
等の方法を用いて均一な厚さのレジストを塗布し、露光
・現像して、レジストが上部電極膜403上に形成す
る。これに、通常用いるイオンミリング、あるいはドラ
イエッチング法等を適用して、不要な層構造部分を除去
する。エッチングで不要部分を取り除くことによって、
圧電体素子4が形成される。
Etching step (FIG. 6A): After forming each layer, the diaphragm film 3 (the insulating film 301 and the lower electrode film 30) is formed.
2) The above laminated structure (401, 402 and 403)
A mask is formed so as to have a shape corresponding to the shape of each cavity 21, and the periphery thereof is etched. That is, the low dielectric constant layer 401, the piezoelectric layer 402, and the upper electrode film 403 are removed. At the time of etching, a resist having a uniform thickness is applied using a method such as a spinner method or a spray method, and is exposed and developed to form a resist on the upper electrode film 403. Unnecessary layer structure portions are removed by applying ion milling, dry etching, or the like that is usually used. By removing unnecessary parts by etching,
The piezoelectric element 4 is formed.

【0052】圧力室形成工程(同図(b)): 圧電体
素子4を形成した圧力室基板の他方の面をエッチングし
てキャビティ21を形成する。例えば、異方性エッチン
グ、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を
用いた異方性エッチングを用いて、キャビティ21空間
のエッチングを行う。エッチングされずに残された部分
が側壁22になる。エッチングでキャビティ等を形成し
たものが、圧力室基板2である。
Pressure chamber forming step (FIG. 2B): The other surface of the pressure chamber substrate on which the piezoelectric element 4 is formed is etched to form a cavity 21. For example, the cavity 21 space is etched using anisotropic etching using an active gas such as anisotropic etching and parallel plate type reactive ion etching. The portion left without being etched becomes the side wall 22. The pressure chamber substrate 2 has a cavity or the like formed by etching.

【0053】貼り合わせ工程(同図(c)): エッチ
ング後の圧力室基板2にノズル板1を、樹脂等を用いて
貼り合わせる。このとき、各ノズル11がキャビティ2
1各々の空間に配置されるよう位置合せする。ノズル板
1の貼り合わせられた圧力室基板2を筐体5に取り付け
れば(図2参照)、インクジェット式記録ヘッド101
が完成する。
Bonding step (FIG. 10C): The nozzle plate 1 is bonded to the etched pressure chamber substrate 2 using a resin or the like. At this time, each nozzle 11 is
1 Align so that they are arranged in each space. When the pressure chamber substrate 2 to which the nozzle plate 1 is attached is attached to the housing 5 (see FIG. 2), the ink jet recording head 101
Is completed.

【0054】(実施例)上記実施形態の製造方法に沿っ
て製造した圧電体素子の実施例を示す。圧電体層を構成
する材料には、Pb(Zr0.56Ti0.44)0.9
(Mg1/3Nb2/3)0.1の組成を有するもの
を用いた。
Example An example of a piezoelectric element manufactured according to the manufacturing method of the above embodiment will be described. The material constituting the piezoelectric layer is Pb (Zr 0.56 Ti 0.44 ) 0.9
One having a composition of (Mg 1/3 Nb 2/3 ) 0.1 O 3 was used.

【0055】表1に、上記本発明の製造方法によって製
造したインクジェット式記録ヘッドの実施例と、従来の
製造方法によって製造したインクジェット式記録ヘッド
の比較例との比較結果を示す。比較項目は、圧電体素子
の圧電特性を決定する圧電d定数、圧電g定数および誘
電率εと、圧電体層の厚みである。なお、圧電d定数お
よび圧電g定数の添え字31は、圧電体素子の厚み方向
についての定数であることを示す。
Table 1 shows the results of comparison between the embodiment of the ink jet recording head manufactured by the manufacturing method of the present invention and a comparative example of an ink jet recording head manufactured by the conventional manufacturing method. The comparison items are the piezoelectric d constant, the piezoelectric g constant, and the dielectric constant ε that determine the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element, and the thickness of the piezoelectric layer. The suffix 31 of the piezoelectric d constant and the piezoelectric g constant indicates a constant in the thickness direction of the piezoelectric element.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】表1から判るように、熱処理温度を850
℃から950℃の範囲で行った実施例では、低誘電率層
を薄く形成することに成功している。このため、圧電体
素子全体における誘電率が高く、圧電d定数や圧電g定
数も高くなっていることが判る。これに対し、高すぎる
熱処理温度の比較例では、低誘電率層が厚く、また圧電
特性が悪い。また、850℃に対し低すぎる熱処理温度
では、圧電体層の結晶性が悪くなって、圧電特性も悪化
する。
As can be seen from Table 1, the heat treatment temperature was 850.
In the embodiment performed at a temperature in the range of 950 ° C. to 950 ° C., a low dielectric constant layer was successfully formed. Therefore, it can be seen that the dielectric constant of the entire piezoelectric element is high, and the piezoelectric d constant and the piezoelectric g constant are also high. On the other hand, in the comparative example where the heat treatment temperature is too high, the low dielectric constant layer is thick and the piezoelectric characteristics are poor. On the other hand, if the heat treatment temperature is lower than 850 ° C., the crystallinity of the piezoelectric layer deteriorates, and the piezoelectric characteristics also deteriorate.

【0058】図7に、900℃で熱処理した本発明の実
施例と、1050℃で熱処理した従来の比較例との比較
写真を示す。同図(a)と(c)とは、それぞれ実施例
および比較例における、圧電体層と下部電極膜との界面
付近の断面TEM(Transmission Electron Microscop
y)写真である。同図(b)と(d)とは、低誘電率層
における断面透過電子回折パターンを示した写真であ
る。
FIG. 7 shows comparative photographs of the example of the present invention heat-treated at 900 ° C. and a conventional comparative example heat-treated at 1050 ° C. FIG (a) and (c) are in each examples and comparative examples, the cross-sectional TEM in the vicinity of the interface between the piezoelectric layer and the lower electrode film (T ransmission E lectron M icroscop
y) It is a photograph. FIGS. 3B and 3D are photographs showing cross-sectional transmission electron diffraction patterns of the low dielectric constant layer.

【0059】同図(a)と(c)とでは、矢印で示す線
が、圧電体層と下部電極膜との界面になっている。界面
の上部に白んで見える層が低誘電率層である。実施例
(同図(a))では、低誘電率層が10nm以下の厚み
に抑えられているが、比較例(同図(c))では、低誘
電率層が30nm以上の厚みにまで発達している。ま
た、同図(b)と(d)とでは、白い斑点が結晶である
ことを示す。
In FIGS. 7A and 7C, the line indicated by the arrow is the interface between the piezoelectric layer and the lower electrode film. The layer that looks white above the interface is the low dielectric constant layer. In the example (FIG. (A)), the low dielectric constant layer is suppressed to a thickness of 10 nm or less, but in the comparative example (FIG. (C)), the low dielectric layer develops to a thickness of 30 nm or more. doing. Also, in FIGS. 7B and 7D, white spots indicate crystals.

【0060】上記断面EDX(Electron Dispersive X-
ray)により分析した低誘電率層と圧電体層における組
成を表2に示す。
[0060] The cross-sectional EDX (E lectron D ispersive X -
Table 2 shows the compositions of the low dielectric constant layer and the piezoelectric layer analyzed by (ray).

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】表2から判るように、低誘電率層には下部
電極膜の組成であるPtが混入している。また低誘電率
層は、圧電体層に比べて、TiとOの組成が多く、逆に
PbとZrの組成が少ないのが判る。
As can be seen from Table 2, Pt which is the composition of the lower electrode film is mixed in the low dielectric constant layer. It can also be seen that the low dielectric layer has a higher composition of Ti and O and a lower composition of Pb and Zr, as compared to the piezoelectric layer.

【0063】上記したように本実施形態によれば、圧電
体層の焼成温度および時間を一定条件とすることによ
り、低誘電率層の発達を抑えることができる。このた
め、圧電体素子の圧電特性を向上させることができる。
したがって、本実施形態の製造方法で製造した圧電体素
子では、圧電体素子に従来のものより大きな体積変化を
起こさせることができる。また、この圧電体素子を用い
たインクジェット式記録ヘッドでは、従来よりも少ない
電圧でより多くのインクを吐出させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the development of the low dielectric constant layer can be suppressed by keeping the firing temperature and time of the piezoelectric layer constant. For this reason, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element can be improved.
Therefore, in the piezoelectric element manufactured by the manufacturing method of the present embodiment, a larger volume change can be caused in the piezoelectric element than in a conventional piezoelectric element. Further, in an ink jet recording head using this piezoelectric element, more ink can be ejected with a lower voltage than in the past.

【0064】<その他の変形例>本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態では、ゾル−ゲル法を用いて
圧電体層を形成したが、それ以外の方法、例えばスパッ
タリング法を用いて圧電体層を形成してもよい。
<Other Modifications> The present invention can be applied to various modifications without depending on the above embodiments. For example, in the above embodiment, the piezoelectric layer is formed using the sol-gel method, but the piezoelectric layer may be formed using another method, for example, a sputtering method.

【0065】また、上記実施形態では、単一の圧電性材
料により圧電体層を形成したが、層ごとに異なる圧電性
材料を用いてもよい。異なる圧電性材料を用いる場合に
も、最終的な熱処理温度を上記実施形態に準じて管理す
れば、低誘電率層の発生を最小限に抑えることができ
る。
In the above embodiment, the piezoelectric layer is formed of a single piezoelectric material, but a different piezoelectric material may be used for each layer. Even when a different piezoelectric material is used, the generation of the low dielectric constant layer can be minimized if the final heat treatment temperature is controlled according to the above embodiment.

【0066】また、本発明の圧電体素子は、上記インク
ジェット式記録ヘッドに使用する圧電体素子のみなら
ず、不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ
電気検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶
装置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器
等のような圧電体装置、誘電体装置、パイロ電気装置、
および電気光学装置の製造に適応することができる。
The piezoelectric element of the present invention is not limited to the piezoelectric element used in the above-mentioned ink jet recording head, but also includes a nonvolatile semiconductor memory device, a thin film capacitor, a pyroelectric detector, a sensor, and a surface acoustic wave optical waveguide. Piezoelectric devices such as tubes, optical storage devices, spatial light modulators, frequency doublers for diode lasers, dielectric devices, pyroelectric devices,
And the manufacture of electro-optical devices.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、圧電体素子の製造時に
発生する低誘電率の層を薄くしたので、良好な圧電特性
を示す圧電体素子を提供することができる。したがっ
て、従来より電気機械変換効率の高い圧電体素子を提供
できる。この圧電体素子を使用したインクジェット式記
録ヘッドでは、従来より少ない電圧でより多くのインク
を吐出させることができる。
According to the present invention, a layer having a low dielectric constant, which is generated at the time of manufacturing a piezoelectric element, is thinned, so that a piezoelectric element exhibiting good piezoelectric characteristics can be provided. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric element having higher electromechanical conversion efficiency than before. In an ink jet recording head using this piezoelectric element, more ink can be ejected with a lower voltage than in the past.

【0068】また、圧電体層の膜厚を厚くすることは、
相対的に低誘電層の厚みを薄くすることになり、良好な
圧電特性と変動の少ない圧電特性とを得ることができ
る。
Further, increasing the thickness of the piezoelectric layer is as follows.
Since the thickness of the low dielectric layer is relatively reduced, good piezoelectric characteristics and piezoelectric characteristics with little fluctuation can be obtained.

【0069】本発明によれば、圧電体素子の製造時に、
低誘電率の層が発生することを防止するための具体的な
製造条件を提供したので、従来より電気機械変換効率の
高い圧電体素子を製造することができる。また本発明の
製造方法で製造したインクジェット式記録ヘッドでは、
従来より少ない電圧でより多くのインクを吐出させるこ
とができる。
According to the present invention, when the piezoelectric element is manufactured,
Since specific manufacturing conditions for preventing generation of a layer having a low dielectric constant are provided, it is possible to manufacture a piezoelectric element having higher electromechanical conversion efficiency than before. In the ink jet recording head manufactured by the manufacturing method of the present invention,
More ink can be ejected with a smaller voltage than before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態のインクジェットプリンタの構造を説
明する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of an inkjet printer according to an embodiment.

【図2】実施形態のインクジェット式記録ヘッドの構造
を説明する斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the structure of an ink jet recording head according to the embodiment.

【図3】実施形態のインクジェット式記録ヘッドの斜視
図一部断面図である。
FIG. 3 is a perspective view and a partial cross-sectional view of the ink jet recording head of the embodiment.

【図4】本発明のインクジェット式記録ヘッドの積層構
造を説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure of the ink jet recording head of the present invention.

【図5】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。(a)は絶縁膜形
成工程、(b)は下部電極膜形成工程、(c)は圧電体
層形成工程、(d)は熱処理工程および(e)は上部電
極膜形成工程である。
FIG. 5 is a manufacturing process sectional view for explaining the method for manufacturing the ink jet recording head of the present invention. (A) is an insulating film forming step, (b) is a lower electrode film forming step, (c) is a piezoelectric layer forming step, (d) is a heat treatment step, and (e) is an upper electrode film forming step.

【図6】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。(a)はエッチン
グ工程、(b)は圧力室形成工程、および(c)は貼り
合わせ工程である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process for explaining a method for manufacturing an ink jet recording head of the present invention. (A) is an etching step, (b) is a pressure chamber forming step, and (c) is a bonding step.

【図7】本発明の圧電体素子における実施例と比較例と
の比較写真である。(a)は実施例における圧電体層と
下部電極膜との界面の断面TEM写真、(b)は実施例
における低誘電率層の断面透過電子回折写真である。
(c)は比較例における圧電体層と下部電極膜との界面
の断面TEM写真、(d)は比較例における低誘電率層
の電子回折写真である。
FIG. 7 is a comparative photograph of an example and a comparative example in the piezoelectric element of the present invention. (A) is a cross-sectional TEM photograph of the interface between the piezoelectric layer and the lower electrode film in the example, and (b) is a cross-sectional transmission electron diffraction photograph of the low dielectric constant layer in the example.
(C) is a cross-sectional TEM photograph of the interface between the piezoelectric layer and the lower electrode film in the comparative example, and (d) is an electron diffraction photograph of the low dielectric constant layer in the comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ノズル板 11…ノズル 2…圧力室基板 21…キャビティ 22…側壁 23…リザーバ 201…シリコン基板 3…振動板 301…絶縁膜 302…下部電極膜 4…圧電体素子 401…低誘電率層 402…圧電体層 403…上部電極膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nozzle plate 11 ... Nozzle 2 ... Pressure chamber substrate 21 ... Cavity 22 ... Side wall 23 ... Reservoir 201 ... Silicon substrate 3 ... Vibration plate 301 ... Insulating film 302 ... Lower electrode film 4 ... Piezoelectric element 401 ... Low dielectric constant layer 402 … Piezoelectric layer 403… Upper electrode film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 正己 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Masami Murai 3-3-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Prefecture Seiko Epson Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極膜の間に圧電体層を挟んで構成され
る圧電体素子において、前記圧電体層に比べて誘電率の
低い低誘電率層が、下電極膜に沿って10nm以下の厚
みで設けられていることを特徴とする圧電体素子。
1. A piezoelectric element having a piezoelectric layer sandwiched between electrode films, wherein a low dielectric constant layer having a lower dielectric constant than the piezoelectric layer has a thickness of 10 nm or less along the lower electrode film. A piezoelectric element characterized by being provided with a thickness.
【請求項2】 前記低誘電率層の有する比誘電率は、1
00以下である請求項1に記載の圧電体素子。
2. The low dielectric constant layer has a relative dielectric constant of 1
2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the value is not more than 00.
【請求項3】 前記低誘電率層には、当該低誘電率層に
接する電極を構成する成分が含まれている請求項1に記
載の圧電体素子。
3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the low dielectric constant layer contains a component constituting an electrode in contact with the low dielectric constant layer.
【請求項4】 圧電体素子に電圧を印加して体積変化を
生じさせることによって圧力室と連通したノズルからイ
ンクを吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 前記圧電体素子は、二つの電極膜の間に、電界が印加さ
れると体積変化を生ずる圧電性材料によって構成される
圧電体層と、10nm以下の厚みで形成されており、前
記圧電体層に比べて誘電率が低い低誘電率層と、を備え
て構成されていることを特徴とするインクジェット式記
録ヘッド。
4. An ink-jet recording head configured to be able to eject ink from a nozzle communicating with a pressure chamber by applying a voltage to a piezoelectric element to cause a volume change, wherein the piezoelectric element comprises two piezoelectric elements. A piezoelectric layer formed of a piezoelectric material that changes in volume when an electric field is applied between the electrode films, and a piezoelectric layer having a thickness of 10 nm or less and having a dielectric constant lower than that of the piezoelectric layer. An ink jet recording head comprising: a dielectric layer.
【請求項5】 導電性材料より構成される下部電極膜を
形成する下部電極膜形成工程と、 前記二つの電極膜の間に電界が印加されると体積変化を
生ずる圧電性材料を塗布する塗布工程と、 前記圧電性材料の塗布後、850℃から950℃の間の
温度で焼成して圧電体層を形成する焼成工程と、 焼成された前記圧電体層に導電性材料より構成される上
部電極膜を形成する上部電極膜形成工程と、を備えたこ
とを特徴とする圧電体素子の製造方法。
5. A lower electrode film forming step of forming a lower electrode film made of a conductive material, and applying a piezoelectric material which changes in volume when an electric field is applied between the two electrode films. And baking the piezoelectric material at a temperature between 850 ° C. and 950 ° C. after the application of the piezoelectric material to form a piezoelectric layer. A method for manufacturing a piezoelectric element, comprising: an upper electrode film forming step of forming an electrode film.
【請求項6】 前記焼成工程では、900℃の温度で焼
成する請求項5に記載の圧電体素子の製造方法。
6. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 5, wherein in the firing step, firing is performed at a temperature of 900 ° C.
【請求項7】 前記焼成工程では、略1分間焼成する請
求項5に記載の圧電体素子の製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein in the firing step, firing is performed for approximately one minute.
【請求項8】 前記塗布工程は、所定の厚みに前記圧電
性材料を塗布する工程と、塗布された圧電性材料を加熱
し、当該圧電性材料を焼成させ、乾燥させる工程と、を
複数回繰り返すものである請求項5に記載の圧電体素子
の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the applying step includes applying the piezoelectric material to a predetermined thickness, heating the applied piezoelectric material, firing the piezoelectric material, and drying the applied piezoelectric material a plurality of times. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 5, wherein the method is repeated.
【請求項9】 請求項5乃至請求項8のいずれか一項に
記載の圧電体素子の製造方法を使用したインクジェット
式記録ヘッドの製造方法において、 絶縁膜が形成された基板に、前記下部電極膜、圧電体層
および上部電極膜から構成される前記圧電体素子を形成
した後、当該圧電体素子を、前記基板に形成されるイン
クを吐出させるための圧力室に対応した形状にエッチン
グする工程と、 エッチングされた前記圧電体素子が設けられている位置
に対応させて前記基板をエッチングし、前記圧力室を形
成する工程と、 前記圧力室に対応する位置にインクを吐出するためのノ
ズルが設けられたノズル板を、前記基板と貼り合わせる
工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造方
法。
9. A method of manufacturing an ink jet recording head using the method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 5, wherein the lower electrode is provided on a substrate on which an insulating film is formed. Forming the piezoelectric element composed of a film, a piezoelectric layer, and an upper electrode film, and then etching the piezoelectric element into a shape corresponding to a pressure chamber for discharging ink formed on the substrate. Forming the pressure chamber by etching the substrate corresponding to the position where the etched piezoelectric element is provided; and forming a pressure chamber with a nozzle for discharging ink to a position corresponding to the pressure chamber. Bonding the provided nozzle plate to the substrate, and manufacturing the ink jet recording head.
JP32481997A 1997-11-26 1997-11-26 Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them Withdrawn JPH11157068A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32481997A JPH11157068A (en) 1997-11-26 1997-11-26 Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32481997A JPH11157068A (en) 1997-11-26 1997-11-26 Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11157068A true JPH11157068A (en) 1999-06-15

Family

ID=18170035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32481997A Withdrawn JPH11157068A (en) 1997-11-26 1997-11-26 Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11157068A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001203401A (en) * 2000-01-18 2001-07-27 Seiko Epson Corp Piezoelectric element and its manufacturing method, ink jet recording head and ink jet printer
US6646053B2 (en) 2000-09-18 2003-11-11 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Golf ball
JP2006076164A (en) * 2004-09-10 2006-03-23 Kyocera Corp Liquid ejection device and inkjet head

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001203401A (en) * 2000-01-18 2001-07-27 Seiko Epson Corp Piezoelectric element and its manufacturing method, ink jet recording head and ink jet printer
US6646053B2 (en) 2000-09-18 2003-11-11 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Golf ball
JP2006076164A (en) * 2004-09-10 2006-03-23 Kyocera Corp Liquid ejection device and inkjet head
JP4583117B2 (en) * 2004-09-10 2010-11-17 京セラ株式会社 Liquid ejection device and inkjet head

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7254877B2 (en) Method for the manufacture of a piezoelectric element
JP3882946B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element
JP2000079689A (en) Functional thin film, piezoelectric element, ink jet recording head, printer, method of manufacturing piezoelectric element and method of manufacturing ink jet recording head,
JP2003174211A (en) Piezoelectric thin film element, method of manufacturing the same, and liquid discharge head and liquid discharge device using the same
JP2004104066A (en) Piezoelectric element, liquid ejection head, and manufacturing method thereof
JPH11307833A (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them
JP3956134B2 (en) Piezoelectric element manufacturing method and liquid discharge head manufacturing method
JP3902023B2 (en) Piezoelectric actuator, liquid droplet ejecting head, and liquid droplet ejecting apparatus using the same
JP3498836B2 (en) Piezoelectric element and method of manufacturing the same
JP4069578B2 (en) Piezoelectric film and piezoelectric element provided with the same
JPH11112048A (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them
JP2001203404A (en) Method of manufacturing ferroelectric thin film element and heat treatment apparatus
JP3899639B2 (en) Piezoelectric element, ink jet recording head
JP4092867B2 (en) Piezoelectric film and piezoelectric element provided with the same
JP3591316B2 (en) Piezoelectric actuator, ink jet recording head, and printer
JP3542018B2 (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and method of manufacturing them
JP4310672B2 (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and printer
JPH11157068A (en) Piezoelectric element, ink jet recording head, and method for producing them
JPH10264384A (en) Ink jet recording head, method for manufacturing the same, and piezoelectric element
JP4836003B2 (en) Piezoelectric film manufacturing method, piezoelectric element manufacturing method, inkjet recording head manufacturing method
JP4055329B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element
JP4737027B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric element and method for manufacturing ink jet recording head
JP3646773B2 (en) Piezoelectric element, ink jet recording head and manufacturing method thereof
JP3800477B2 (en) Piezoelectric element and ink jet recording head
JP4078629B2 (en) Piezoelectric thin film element

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050201