[發明專利]壓電物質元件、壓電物質膜制造方法、液體排出頭以及液體排出裝置

有效

• 申請號: 200680002605.8
• 申請日: 2006-01-18
• 公開（公告）號: CN101107724A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 福井哲朗;武田憲一;伊福俊博;舟窪浩;橫山信太郎;金容寬;中木寬;上野梨紗子;岡本莊司
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社;國立大學法人東京工業大學
• 主分類號: H01L41/09
• 分類號: H01L41/09;H01L41/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 付建軍

技術領域

本發明總的涉及一種展現更優越特征的壓電物質元件，具體地說涉及一種適合于液體排出頭(噴墨頭)和MEMS(微機電系統)元件的壓電物質元件。

背景技術

隨著對MEMS和壓電應用的研究的發展，期望展現良好特性的薄壓電物質膜作為壓電物質元件。壓電物質元件按照將壓電物質膜與電極壓(pinch)在一起并向其施加電場的方式來膨脹和收縮，并且能用于電動機、超聲電動機、致動器等等。大約50年前發現的PZT系列材料是用于該應用領域的主要材料。PZT材料的燒結溫度等于或高于1100℃，并且存在采用溶膠-凝膠方法、濺射方法、MBE(分子束外延)方法、PLD(脈沖式激光沉積)方法、CVD(化學汽相沉積)方法等等的材料發展過程，以便將壓電物質元件用作薄膜元件。但在用作薄膜的情況下，出現無法獲得與陶瓷相同的特性的問題。為了解決這個問題，例如日本專利申請公開No.H08-116103公開了一種將結晶取向控制為(001)單晶體的方法。日本專利申請公開No.2000-332569(對應于美國專利No.6198208)提出采用90度的疇(domain)，在該疇中采取四方晶體結構的(100)取向和(001)取向混合存在。

即使通過日本專利申請公開No.H08-116103公開的方法，在高電場一側仍然無法展現出與陶瓷相同的特性，由此壓電物質元件在作為元件的功能方面是較差的。此外，在日本專利申請公開No.2000-332569中公開的方法存在無法利用MPB(變晶相邊界)區域的問題以及無法高度可再現地控制(100)取向與(001)取向的比例的問題。此外，作為薄膜元件來說，(100)取向比例增加的膜存在膜的持久性較差的問題。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，并提供一種展示高壓電特性和更優越的持久性的壓電物質元件，一種壓電物質膜的制造方法，一種液體排出頭和一種液體排出裝置。根據本發明，還可以提供具有優異的位移可控制性和持久性的MEMS元件等。

根據本發明的壓電物質元件的第一模式，提供了一種壓電物質元件，其在基板上具有壓電物質膜和一對與所述壓電物質膜連接的電極，其中所述壓電物質膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，Zr/(Zr+Ti)的組成比例大于0.4但小于0.7，所述壓電物質膜是至少具有四方晶體a疇和c疇的膜，所述a疇和c疇相對于所述基板表面的角度在±10°的范圍內，并且c疇體積與a疇和c疇的總體積之比等于或大于20％并且等于或小于60％。

根據本發明的壓電物質元件的第二模式，提供了一種壓電物質元件，其在基板上具有壓電物質膜和一對與所述壓電物質膜連接的電極，其中所述壓電物質膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，Zr/(Zr+Ti)的組成比例大于0.4但小于0.7，所述壓電物質膜是至少具有四方晶體a疇和c疇的膜，所述a疇和c疇相對于所述基板表面的角度在±10°的范圍內，并且至少一些a疇和c疇處于孿晶對映關系，其中(NON)(N是整數)平面是孿晶面。

根據本發明的壓電物質元件的第三模式，提供了一種壓電物質元件，其具有壓電物質膜和一對與所述壓電物質膜連接的電極，其中所述壓電物質膜的主要成分是Pb(Zr，Ti)O₃，所述壓電物質膜是具有四方晶體a疇和c疇的膜，并且在配置這些疇的[001]軸長度和[100]軸長度中，[001]軸長度/[100]軸長度之比等于或大于1.004并且等于或小于1.040。

附圖說明

圖1是作為本發明壓電物質膜的一個示例示出[100]軸和[001]軸的傾斜角的圖，其中橫軸代表(001)平面結構的體積[V(001)]與(001)平面結構和(100)平面結構的總體積[V(001)+V(100)]之比；

圖2是示出在本發明壓電物質膜的一個示例中c疇的體積與a疇和c疇的總體積之比和常數d之間的關系的圖；

圖3是示出在本發明壓電物質膜的一個示例中的倒易空間映射的圖；

圖4是示出在本發明壓電物質膜的一個示例中的倒易空間映射的圖；

圖5是示出本發明壓電物質元件的結構示例的截面圖；

圖6是示出第二示例和第二對比示例的結果的圖；

圖7是示出在PZT(002)平面和PZT(200)平面上通過X射線衍射執行極點(pole)測量的結果的圖；

圖8是示出可以從圖7的極點圖中確認的A、B、C的晶體傾角(傾斜)與膜厚度方向之間關系的圖；