压电元件、液体喷射头、液体喷射装置和传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及压电元件、液体喷射头、液体喷射装置和传感器。
【背景技术】
[0002] 作为液体喷射头的代表例公知的喷墨式记录头等所使用的压电元件中，为了实质 上提高压电体层的压电特性，其结晶系为菱面体晶时优选在（100)面取向。而且，例如为了 使锆钛酸铅（PZT)在（100)面优先取向，已公开有了在下部电极上介由钛酸铅层形成由锆 钛酸铅构成的压电体层的压电元件的制造方法（例如，参照专利文献1)。另外，公开有使用 镧镍氧化物（LNO)作为晶种层，使铁酸铋系和钛酸铋系的压电体层在（100)面优先取向的 技术（例如，参照专利文献2)。此外，还提出有将由能够形成PZT结晶B位点的金属元素构 成的缓冲层作为晶种层而在（100)面优先取向的技术（例如，参照专利文献3)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2011-238774号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2012-006182号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开2005-340428号公报
【发明内容】
[0008] 如果使用这样的晶种层，能够使压电体层在（100)面有效地取向。然而，在驱动压 电元件时，电压也被分配到晶种层，施加于压电体层的电压下降，产生压电元件的位移量降 低的问题。
[0009] 应予说明，这样的问题不仅存在于喷墨式记录头，在喷出油墨以外的液滴的其它 液体喷射头中也同样存在，另外，用于液体喷射头以外的压电元件、压电致动器中也同样存 在。
[0010] 本发明鉴于这样的情况，其目的是提供使用可减小电压下降对其施加电压的影响 的晶种层而能够使压电体层在（100)面优先取向并且能够提高位移量的压电元件、具备压 电元件的液体喷射头、液体喷射装置和传感器。
[0011] 解决上述课题的本发明的方式是一种压电元件，其特征在于，具备第1电极、隔着 晶种层设置于上述第1电极的压电体层以及设置于上述压电体层的第2电极，其中，上述晶 种层由具有钙钛矿结构且A位点含有铋、B位点含有铁和钛的在（100)面优先取向的复合 氧化物构成，上述压电体层由具有钙钛矿结构且在（100)面优先取向的压电材料构成，上 述晶种层的厚度小于20nm〇
[0012] 根据上述方式，通过设置具有钙钛矿结构且A位点含有铋、B位点含有铁和钛的在 (100)面优先取向的晶种层，能够使晶种层上的压电体层在（100)面优先取向。另外，由于 晶种层小于20nm、较薄，所以能够实现减小对晶种层的电压分配而使位移量提高的压电元 件。
[0013] 另外，上述晶种层优选设置成岛状。这里，上述晶种层可通过控制材料溶液的稀 释率、煅烧条件而制成薄膜状或岛状，岛状是指因凝聚等而未全面膜化，结晶分离或独立存 在的状态，相对于覆盖压电体层面，岛状时的晶种层的占有率优选为30%以上，更优选为 60%以上。认为如果为30%以上，则取向控制功能提高，如果为60%以上，则有助于压电层 的结晶性提高。由此，能够实现进一步减小对晶种层的电压分配而使位移量进一步提高的 压电元件。
[0014] 这里，优选上述第1电极由在（111)面优先取向的铂构成，来源于上述（111)面的 基于X射线衍射法的衍射峰的半峰宽为10度以下。由此，能够在（111)面优先取向的铂上 设置（100)面优先取向的压电体层。
[0015] 这里，优选上述A位点的铋与上述B位点的铁和钛的摩尔比（铋八铁和钛））为 I. 0~1. 4 (铋：铁和钛=I. 0 :1. 0~I. 4 :1. 0)。由此，构成晶种层的复合氧化物的组成为 最佳，能够使压电体层可靠地在（100)面优先取向。
[0016] 这里，优选上述B位点的铁与钛的摩尔比（铁/钛）为9/11~3.0(铁：钛=9 : 11~9 :3)。由此，B位点的铁与钛的摩尔比成为最佳，能够使压电体层更可靠地在（100) 面优先取向。
[0017] 另外，本发明的另一方式是一种液体喷射头，其特征在于，具备上述方式的压电元 件。根据该方式，由于具备位移量得到提高的压电元件，所以能够实现喷出特性优异的液体 喷'射头。
[0018] 另外，本发明的又一方式是一种液体喷射装置，其特征在于，具备上述方式的液体 喷射头。根据该方式，能够实现具备位移量得到了提高而喷出特性优异的液体喷射头的液 体喷射装置。
[0019] 另外，本发明的又一方式是一种传感器，其特征在于，具备上述方式的压电元件。 在该方式中，由于具备位移量得到提高的压电元件，所以能够实现检测灵敏度优异的传感 器。
【附图说明】
[0020] 图1是表示实施方式1涉及的记录头的概略构成的分解立体图。
[0021] 图2是实施方式1涉及的记录头的俯视图。
[0022] 图3是实施方式1涉及的记录头的截面图和主要部位放大截面图。
[0023] 图4是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
[0024] 图5是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
[0025] 图6是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
[0026] 图7是表示实施方式1涉及的记录头的制造工序的截面图。
[0027] 图8是表示样品1~3的X射线衍射图案的图。
[0028] 图9是表示样品4~6的X射线衍射图案的图。
[0029] 图10是表示样品7、8、9的X射线衍射图案的图。
[0030] 图11是样品6的压电元件的EFTEM-BF图像。
[0031] 图12是样品6的压电元件的EFTEM-BF图像的放大图。
[0032] 图13是样品6的压电元件的STEM-EDS映射图像。
[0033] 图14是表示本发明的一实施方式涉及的记录装置的概略构成的图。
【具体实施方式】
[0034] (实施方式1)
[0035] 图1是属于本发明的实施方式1涉及的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头的 分解立体图，图2是图1的俯视图。另外，图3(a)是以图2的A-A'线为基准的截面图，图 3(b)是以图3(a)的B-B'线为基准的截面图。
[0036] 如图所示，记录头I所具备的流路形成基板10形成有压力产生室12。而且，被多 个隔壁11划分成的压力产生室12沿着并列设置喷出相同颜色油墨的多个喷嘴开口 21的 方向并列设置。以下，将该方向称为压力产生室12的并列设置方向或者第1方向X，将与第 1方向X正交的方向称为第2方向Y。
[0037] 另外，在流路形成基板10的压力产生室12的长边方向的一端部侧，即与第1方向 X正交的第2方向Y的一端部侧，被多个隔壁11划分出油墨供给路13和连通路14。在连 通路14的外侧（在第2方向Y与压力产生室12相反的一侧）形成有连通部15,该连通部 15构成成为各压力产生室12的共通的油墨室（液体室）的歧管100的一部分。即，在流路 形成基板10设有由压力产生室12、油墨供给路13、连通路14和连通部15构成液体流路。
[0038] 在流路形成基板10的一面侧，即压力产生室12等液体流路开口的面通过粘接剂、 热熔膜等接合有喷嘴板20,在该喷嘴板20上穿设有与各压力产生室12连通的喷嘴开口 21。即，在喷嘴板20上沿第1方向X并列设有喷嘴开口 21。应予说明，喷嘴板20例如由玻 璃陶瓷、单晶硅基板、不锈钢等构成。
[0039] 在流路形成基板10的另一面侧形成有振动板50。本实施方式涉及的振动板50由 弹性膜51和绝缘体膜52构成，该弹性膜51例如由二氧化硅等构成，该绝缘体膜52例如由 氧化错（ZrO2)等构成。
[0040] 另外，在绝缘体膜52的上方例如隔着钛等构成密合层56层叠形成有第1电极60 ; 设置在第1电极60的上方且厚度例如小于20nm的晶种层65 ;设置在该晶种层65上且厚 度为3 ym以下、优选为0. 3~I. 5 ym的薄膜的压电体层70 ;设置在压电体层70的上方的 第2电极80;从而构成压电元件300。应予说明，这里所说的上方不仅是正上方，也包括在 中间存在其它部件的状态。这里，压电元件300是指包含第1电极60、晶种层65、压电体层 70和第2电极80的部分。通常是将压电元件300的一个电极作为共用电极，将另一电极和 压电体层70在每个压力产生室12中进行图案形成而构成。在本实施方式中，将第1电极 60对应各压力产生室12进行分割，作为相对于后述的每个能动部310独立的独立电极，将 第2电极80作为压电元件300的共用电极。
[0041] 另外，这里，将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生位移的振动板50 合起来称为压电致动器。应予说明，在上述例子中，弹性膜51、绝缘体膜52、密合层56和第 1电极60可作为振动板发挥作用，当然并不限于此，例如也可以不设置弹性膜51、绝缘体膜 52和密合层56中的一个以上，仅将第1电极60作为振动板发挥作用。另外，压电元件300 本身实际上可以兼作振动板50。但是