压电元件、压电致动器装置、液体喷射头、液体喷射装置和超声波测定装置的制造方法_4

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热氧化而制成氧化错膜(绝缘体膜52)。通过在绝缘体膜52上用瓣射法 按照铁、销、银、铁的顺序制作而制成第1电极60。
[0090] 用旋涂法涂布上述PZT前体溶液后,通过在140°C和370°C下进行干燥/脱脂而制 成脱脂膜。通过对脱脂膜使用RTA(RapidThermalAnnealing:快速热退火)装置在737°C 下进行加热处理,制成由PZT构成的陶瓷膜(基底层70a)。接下来,用旋涂法在陶瓷膜上涂 布上述PNN-PZT前体溶液后,通过在180°C和350°C下进行干燥/脱脂而制成脱脂膜。通过 将该脱脂膜用RTA在750°C下加热处理,制成由PNN-PZT构成的陶瓷膜(前体膜74)。通过 反复进行6次制作该陶瓷膜的工序,从而在陶瓷膜(基底层70a)上制成由6层陶瓷膜(前 体膜74)构成的压电体层70。
[0091] 然后,在压电体层70上固定金属掩模,用瓣射法制成销膜。接下来,取下金属掩 模,使用RTA在650°C下进行电极的烧结处理而制成第2电极。通过W上工序,制成依次层 叠第1电极60、压电体层70和第2电极80而成的压电元件300。
[009引(实施例2~10)和(实施例11~25)
[0093] 通过与实施例1同样的工艺,使由通式似表示的组成的X、y和Z成为表1所示 的比例,制成实施例2~10的压电元件300。另外,使由通式似表示的组成的x、y和Z成 为表2所示的比例,也制成实施例11~25的压电元件300。实施例11~25的压电元件 300是上述通式似中22《X《38、0 <y《22、56《Z《72的压电元件。
[0094](比较例1~6)
[009引使通式似表示的组成的x、y和Z成为表1所示的比例,使其不含有化Zr03,除此 之外,与实施例1同样地制作而制成比较例1~5的压电元件。另外,使用由铁酸错铅(PZT) 构成的压电体层,制成比较例6的压电元件。
[009引(评价内容)
[0097] <扫描式电子显微镜观察>
[009引利用扫描式电子显微镜(SEM)观察实施例2的压电体层的截面。将其沈Μ图像示 于图9(a)~化)。其中图9(a)是在外加电压状态下的压电体层的SEM图像,图9(b)是在 没有外加电压的状态下的压电体层的SEM图像。如图所示,可知确认了在外加电压时,邻接 的各电畴的方向相同,即为条纹状晶粒(图9(a))。而且,可知确认了在没有外加电压的状 态下,邻接的各电畴的方向不同,即为砂状晶粒(图9化))。实施例2中,没有特别实施规定 的外加电压处理等W电畴的再排列为目的的处理,确认了W实施例2为代表的本实施方式 的压电体层即使不实施运样的处理也可W利用90°电畴翻转适当地产生位移。
[0099] <使用二维检测器的X射线衍射测定>
[0100]采用Br址erAXS公司制"DSDiscover",射线源采用CuKa,检测器采用二维检测 器(GADDS),对实施例1~25的晶体结构和取向性测定二维映射图像和衍射图案。由于能 W图像的形式检测的范围受装置构成的限制,检测(100)峰的2Θ= 22. 5°相当于Φ= ±30。,检测(111)峰的2Θ=40。相当于Φ= ±26。。应予说明,也检测了(200)峰, 但该(200)面与(100)面等价。
[0101] 图10表示在制作第2电极80前测定的实施例1~10的X射线衍射图案,图11表 示在制作第2电极80前测定的实施例11~25的X射线衍射图案。如图所示,实施例1~ 25中仅观测到出自基板的峰和由AB03结构产生的峰,未观测到异相。
[0102] 应予说明,运些实施例1~25中,没有特别实施规定的外加电压处理等W电畴的 再排列为目的的处理,即使不实施运样的处理,也可W利用90°电畴翻转适当地产生位移。
[0103] <晶粒直径的组成依赖性>
[0104] 在此,已知可W根据X畑的衍射图案的线宽度(半宽度:FWHM)评价晶粒直径。谢 乐公式由D=KA/Bcos0表示。其中,D是晶粒尺寸,K是谢乐常数,λ是X射线的波长 <CuK?=L5418A),B是由FWHM减去装置固有的线宽度而得的试样的线宽度,Θ是 布拉格角(衍射角2Θ的一半)。
[0105] 本说明书中K使用由体积加权平均厚度定义的Κ= 0.63661,装置固有线宽度使用 将娃标准试样用X畑装置测定而得的线宽度Βμ= 0. 19918。
[0106] 表1和表2中示出使用谢乐公式由衍射图案求得的(200)面和(002)面的晶粒直 径的组成依赖性W及(200)面的晶粒直径〇0。。>与(002)面的晶粒直径D之比值e。。/ 的组成依赖性。如表1和表2所示,在任一实施例1~25中,(002)面的晶粒直径小 于(200)面的晶粒直径,且为15皿W下。另一方面,(200)面的晶粒直径是(002)面的晶 粒直径的约3~约13倍的尺寸。
[0107] <与基底层的晶格匹配性>
[010引已知与基底层70a的晶格匹配性对压电体层70中的取向控制是重要的。表1和 表2中示出作为基底层70a的ΡΖΤ的(200)峰和作为压电体层70的PNN-PZT的(002)和 (200)峰的晶格失配率。(002)峰的晶格失配率对应压电体层70的复合氧化物的C轴成分 与作为基底层70a的PZT的晶格失配率。(200)峰的晶格失配率对应压电体层70的复合氧 化物的a轴成分和b轴成分与作为基底层70a的PZT的晶格失配率。应予说明,晶格失配 率是基于作为布拉格的条件的2dsin0 =ηλ求得d值,算出该d值的差分的绝对值。晶 格失配率越小,晶格匹配性越好。
[0109] 如表1和表2所示,对于实施例1~25的压电元件300,PNN-PZT的(002)成分的 晶格失配率为0.14~0.82%,具有非常良好的晶格匹配性。另一方面,(200)成分的晶格 失配率为1. 18~3. 11%。由此可知通过将为基底层70a的PZT作为{100}取向控制层发 挥功能,能够制成具有晶格匹配性好的(002)成分的PNN-PZT。
[0110]<DBLI测定>
[0111] 对实施例1~25和比较例1~6,使用AxactaixACCT公司制的位移测定装置 (DBLI),在单极模式下求得电场感应形变量-电压的关系。在测定溫度为室溫(25°C)、电 极图案为Φ= 500μπκ波形为Ξ角波、频率为1曲Z频率下进行测定。
[011引表1和表2中示出DBLI位移和电场感应形变常数(d33*)的结果。如表1和表2 所示,可知实施例1~25中DBLI位移和电场感应形变常数(d33*)优异。运样,{100}取向 的PNN-PZT显示特别高的压电性的理由是因90°电畴翻转引起的。虽然在后面进行说明, PNN-PZT具有1. 026~1. 015运样较大的c/a,且(100)成分与(001)成分的比例变化,因此 可W明确显示电场响应。运样的电场响应是由(100)成分的极化轴与电场正交而引起的。 另一方面,像比较例1运样进行{111}取向时,极化轴从电场倾斜,(100)成分和(001)成 分的角度接近。因此,受电场影响小,难W引起90°电畴翻转,作为结果,电场感应形变常数 也变小。
[0113]【表1】
[0114]
[0115] 【表2】
[0116]
[0117]应予说明,若将表1表示的实施例1~10和表2表示的实施例11~25中的X化(化/3,佩2/3)〇3、yPbZr〇3和zPbTiO3的组成比的关系图示,则如图12那样(图中,与图对 应的实施例编号简称为"实")。但是,运样的范围是本发明的具体方式的一个例子,如上所 述本发明不限定于实施例1~25。
[om] <C轴与a轴之比(c/a)的计算>
[0119] 对于实施例1~25,利用下式(3)所示的关于正方晶的布拉格角和密勒指数的相 关式求出压电体层70的复合氧化物的C轴与a轴之比(c/a)。
[0120] ...(3)
[0121]在式(3)中,目的值可W通过由X射线衍射图案分别确定与P順一PZT的C轴成 分对应的(001)的峰位置的2Θ的值、和与a轴成分对应的(100)的峰位置的2Θ的值而 求出。另外,在式(3)中,C轴成分的情况下,h=k= 0, 1 = 1。a轴成分的情况下,h= 1,K= 1 = 0。λ是X射线的波长:(C加泌S1,541δ產)9将运些值代入式(3)中,求出 (hKl) = (
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