专利名称：含单晶氧化物导体的叠层体、激励器和喷墨头及制造方法
技术领域：
本发明涉及在Si衬底上具有单晶氧化物导体的叠层体以及使用它的激励器以及喷墨头和其制造方法。
背景技术：
近年，作为个人计算机等的印刷装置，使用喷墨记录装置的打印机因印字性能好、使用简单、低成本等原因而得到广泛普及。在该喷墨记录装置中，有通过热能使墨水中产生气泡，靠该气泡产生的压力波喷射墨滴的方式、靠静电力吸引喷射墨滴的方式，利用由压电以及电致伸缩元件那样的振动元件产生的压力波等的各种方式。
一般，使用压电以及电致伸缩元件的打印机，例如，具备与墨水提供室连通的压力室和与该压力室连通的墨水吐出口，在该压力室上设置与压电元件连接的振动板构成。在这种构成中，由于在压电元件上施加规定的电压使压电元件伸缩，因而通过引起伸缩振动来压缩压力室内的墨水，使墨水液滴从墨水吐出口吐出。现在，彩色的喷墨记录装置已普及，其印字性能提高，特别是在高解象度化以及高印字速度下进一步要求喷墨头的长尺寸化。因此试验使用使喷墨头微细化的多喷嘴头构造实现高解象度以及高印字速度。为了使喷墨头微细化，需要使用于喷墨的压电元件小型化。
在激励器以及喷墨头中，为了使压电以及电致伸缩元件小型化，压电以及电致伸缩元件自身更致密，需要具有即使小型化也不会降低驱动能力的高压电常数。这表示需要压电以及电致伸缩薄膜的结晶性优异的膜。所谓结晶性优异的膜，是在同一方向上定向的单一定向薄膜和至面内的定向前可靠一致的单晶薄膜。另外，因为压电元件以及电致伸缩薄膜是单晶，所以需要压电薄膜制作时正下方的层是单晶，并且需要压电薄膜和正下方的层的晶格匹配好。
作为PZT压电薄膜和正下层的晶格匹配好的材料，如特开平6-280023号公报中所述，构成使用还可以作为电极材料使用的SRO的元件。但是，在上述提案中SRO是多晶体，没有记述可用特性优异的单一定向或者单晶压电体的方法。
可是，例如为了在Si上形成SRO等的氧化物导体的单晶，需要外延成长。但是，为了外延成长，需要MBE法等的昂贵方法。另外，例如在特开平11-26296号公报中，记述有在Si上成膜单晶SRO层的方法。该方法是为了成膜SRO，为了缓和Si上的应力，经由YSZ以及BaTiO3单晶层成膜的方法。该方法存在因为隔着多层不需要的层在Si上成膜容易引起SRO结晶性的劣化，另外难以得到在该SRO上成膜的压电膜的结晶性好的元件的问题。另外，即使粘合用伯努力法等制成出的单晶后研磨，因为在膜厚度上有界限，不是均匀的薄膜，其自身不能作为振动板使用，所以不能形成需要膜厚度是薄膜的微型机器的激励器电极。进而，如果驱动把直接成膜在Si上的氧化物导电性材料作为电极的激励器，以及喷墨，则容易从氧化物导体材料/Si界面上剥离，在耐久性方向存在问题。
发明内容
本发明的目的之一是，提供一种在应用于半导体器件等的Si衬底上包含单晶氧化物的叠层体中，解决因为Si上的单晶层受到应力而不能简化层构成的问题，在Si衬底上以简单的层构成制作器件的方法。另外，本发明的目的之一是，提供一种通过用单一定向或者单晶的叠层体构成喷墨头的压电元件，可以在半导体加工中进行微细化，用于制作高密度喷墨头的，在Si衬底上具有单晶氧化物导体的叠层体以及使用它的激励器以及喷墨头及其制造方法。
该目的可以通过使用具有以下特征的氧化物导电性材料作为激励器的下部电极而得到解决，氧化物导电性材料是作为钙钛矿压电体以及电致伸缩的电极材料以及成膜衬底的氧化物导电材料，在Si衬底上的单晶氧化物导体中，Si原子间距离x和单晶氧化物导体的原子间距离y满足下式。Z=|mynx-1|min≥0.05]]>(n，m是任意的正整数，并且1≤n≤5，1≤m≤7，并且nx≤3，my≤3)任意连接在和上述单晶氧化物导体面对的Si衬底面上出现的Si原子的距离x，在3nm以下，该距离至多相当于从硅晶片表面原子的某一Si原子到相邻的第5个Si原子的距离。把x扩大n倍的距离nx也一样，是nx＞3nm，该距离最大相当于5倍x的距离。把构成在和Si面对的单晶氧化物导体表面出现的单晶氧化物导体的原子设置为与x以一元关系任意连接的距离y也一样，是3nm以下的范围，其距离，相当于从单晶氧化物导体的表面原子到相邻的第7个原子的距离。把y设置为m倍的距离my一样，my＞3nm，该距离最大相当于7倍y的距离。
在Si和单晶氧化物导体直接成膜的晶格匹配性中，在x和y变为相等的距离时满足外延的条件。但是，即使在x＞3nm，y＞3nm时例如x和y相等在外延的条件下成膜，因为和两者的粘合点少粘接力弱，所以由于热膨胀系数的差产生的外部应力容易剥离。n以及m是任意的正整数时存在变为相等的距离或者大致相等的距离的条件，但当n＞6以及m＞8时，因为nx以及my是3nm以上，同样因为和两者的接合点少粘接力弱，所以由于热膨胀系数的差异引起的外部应力产生剥离。x，y，例如从用面外XRD(X线衍射)和面内XRD(X线衍射)实测的面间隔求结晶晶格的a、b、c轴长度，并计算。作为Z的值，理想的是在0.06以上，更理想的是0.07以上。
当直接成膜时，由于来自热膨胀系数的差和不匹配引起的外部应力容易剥离。与此相反，因为通过经过把本发明的单晶氧化物导体粘合到Si衬底上的转印工序，可以满足式1，所以可以避免由于热膨胀系数的差和不匹配的外部应力引起的剥离。因而，所谓单晶，通过XRD(X线衍射)的θ-2θ测定膜的优先定向度在80％以上，理想的是85％以上，更理想的是98％以上。理想的是单晶氧化物导体的表面粗糙度Ra满足Ra≤20nm。进而更理想的是Ra≤10nm。
用于本发明的Si衬底可以使用衬底方位(100)、(111)、(110)等的全部种类的衬底方位，理想的是使用可以向和利用各向异性蚀刻的衬底面垂直方向进行蚀刻的Si(110)。另外，在单晶氧化物导体和Si的界面上有可能存在SiO2，而如果其厚度在5nm以下则没问题，理想的是在1nm以下。
作为在本发明中使用的单晶氧化物导体的物质可以选择钙钛矿型构造的氧化物。理想的是表示从1×10-1至1×10-5Ω·cm的导电性的氧化物。理想的是，SrRuO3(镧酸锶)，添加La的SrTiO3(钛酸锶)，添加Nb的SrTiO3(钛酸锶)。
单晶氧化物导体的膜厚度，理想的是3μm以下。在单晶氧化物导体的膜厚度是3μm以上时，单晶氧化物导体的表面粗糙度增大，需要经过表面的研磨工序，有可能单晶氧化物导体的结晶性劣化，或者在单晶氧化物导体上产生缺陷，不理想。另外，氧化物导体的膜厚理想的是20nm以上。
本发明的激励器，把单晶氧化物导体设置成下部电极以及钙钛矿型压电体以及电致伸缩体的外延生成衬底，在钙钛矿型压电体以及电致伸缩体上，通过成膜例如Pt/Ti、Au、Ag等的上部电极构成。作为在本发明中使用的钙钛矿型压电体以及电致伸缩体的物质可以选择以下物质。例如，是PZT[Pb(ZrxTi1-x)O3]，PMN[Pb(MgxNb1-x)O3]，PNN[Pb(NbxNi1-x)O3]，PSN[Pb(ScxNb1-x)O3]，PZN[Pb(ZnxNb1-x)O3]，PMN-PT[(1-y)[Pb(MgxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]，PSN-PT[(1-y)[Pb(ScxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]，PZN-PT[(1-y)[Pb(ZnxNb1-x)O3]-y[PbTiO3]]。在此，x以及y是1以下，0以上的数。例如，当PMN的情况下x是0.2～0.5理想，在PSN中x是0.4～0.7理想，PMN-PT的y是0.2～0.4理想，PSN-PT的y是0.35～0.5理想，PZN-PT的y是0.03～0.35理想。压电体可以是单一组成，也可以是2种以上组合。也可以是在上述主成分中掺入微量元素的组成物。
当上述钙钛矿型压电体以及电致收缩体是单晶或者单一定向结晶的情况下，其压电特性、机械特性、电气特性优异。定向率85％以上，理想的定向率98％以上的结晶性的钙钛矿型压电体以及电致伸缩体，是其压电特性、机械特性、电气特定进一步优越的氧化物。
列举本发明的喷墨头中的激励器部分的具体的层构成。层构成表示为上部电极//压电体薄膜//下部电极/(振动板)//衬底。(//作为外延成长的关系，/没有外延成长的关系)，即，压电体薄膜//下部电极是外延成长的关系。
例1Pt/Ti/PZT(001)//SrRuO3(100)/Si(110)例2Pt/Ti/PZT(001)//La-SrTiO3(100)/Si(110)例3Pt/Ti/PZT(001)//Nb-SrTiO3(100)/Si(110)例4Pt/Ti/PZT(001)//SrRuO3(100)/SiO2/Si(110)例5Pt/Ti/PZT(001)//La-SrTiO3(100)/SiO2/Si(110)例6Pt/Ti/PZT(001)//Nb-SrTiO3(100)/SiO2/Si(110)例7Pt/Ti/PMN(001)//SrRuO3(100)/Si(110)例8Pt/Ti/PMN(001)//La-SrTiO3(100)/Si(110)例9Pt/Ti/PMN(001)//Nb-SrTiO3(100)/Si(110)例10Pt/Ti/PMN(001)//SrRuO3(100)/SiO2/Si(110)例11Pt/Ti/PMN(001)//La-SrTiO3(100)/SiO2/Si(110)例12Pt/Ti/PMN(001)//Nb-SrTiO3(100)/SiO2/Si(110)作为上述具体例子用PZT、PMN示例了压电薄膜，但它们也可以适宜变更为上述铅系列压电薄膜PZN、PSN、PNN、PMN-PT、PSN-PT和PZN-PT的层构成，进而，也可以是在上述主成分中例如掺杂有La的PZTPLZT[(Pb，La)(Z，Ti，)O3]那样，掺杂有La等的微量元素的组成物。
但作为单晶或者单一定向结晶的钙钛矿型压电体以及电致伸缩体的膜厚度，最好其可以驱动的膜厚度在5nm以上。进而理想的是在100nm以上，进而最理想的是在500nm以上。
形成单晶氧化物导体膜的工序，例如是用溅射法、MOCVD法、溶胶凝胶法、MBE法、水热合成法等的方法向MgO、STO、MgAl2O4等(单晶生成衬底)可以蚀刻以及剥离的衬底上进行外延的工序。
把单晶氧化物导体接合在Si衬底上的工序，例如是用以下接合方法接合单晶氧化物导体的工序。所谓接合方法例如是在Si衬底上对单晶氧化物导体的接合。在接合方法中，有直接接合、活性金属法等。直接接合是用NH40H-H202水溶液表面处理氧化物表面，在和一方的材料重合后，通过在空气中或者真空中进行100℃～1000℃的加热进行接合的方法。活性金属法是在要接合的金属的至少一方的面上形成Au/Cr等的金属膜，在重合后，例如通过加热到80℃至300℃进行接合的方法。
从单晶氧化物导体中除去单晶衬底的工序，例如是从SrRuO3单晶氧化物导体中除去作为单晶生成衬底使用的MgO、STO、MaAl2O4等单晶衬底的工序，有采用干蚀刻、湿蚀刻的除去方法，以及衬底剥离的方法。但是，理想的是剥离方法。在剥离方法中，例如，照射激光光束，作为在剥离中使用的激光，使用准分子激光、红外激光。当照射准分子激光的剥离方法的情况下，作为单晶衬底，使用从波长230nm到260nm光的透过率在20％以上的单晶衬底。当照射红外激光光束剥离的情况下使用从700nm到1250nm的透过率在20％以上的单晶衬底。在单晶衬底上图案形成单晶氧化膜导体后，在与Si衬底接合后，从压电体的相反侧通过单晶衬底照射激光光束，由于其瞬间的热膨胀的差异或者热分解，可以分离单晶氧化物导体和透明衬底。作为激光光束的照射能量，理想的是在50mJ/cm2以上，1000mJ/cm2以下。当用准分子激光剥离的情况下，如果在230nm-260nm附近有透光性，作为本发明方式的单晶衬底具有充分的功能。当使用红外激光(二氧化碳激光，YAG激光)剥离的情况下，如果在700nm-1250nm附近有透光性，则作为本发明方式的单晶衬底起到充分的功能。当使用准分子激光的情况下，例如可以使用MgO衬底和氧化铝、蓝宝石、石英玻璃、CaCO3、LiF等。当使用红外激光的情况下，例如是MgO、MgF2、Y2O3、CaF2、石英玻璃、氧化铝、蓝宝石、SrTiO3单晶衬底氧化铝、石英玻璃等。
在单晶氧化物导体上成膜钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料的工序，是用溅射法、MOCVD法、溶胶凝胶法、MBE法、水热合成法等的方法外延成长钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料的工序。在钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料上成膜上部电极的工序，是用溅射法、蒸镀法等的气相法、电镀法等的液相法成膜的工序。
在Si衬底上形成压力室、墨水提供路径的工序，例如，是使用各向异性蚀刻的湿蚀刻和ICP、Liga工艺、炉腹工艺等的干蚀刻对Si衬底形成压力室、墨水提供路径的工序。另外，压力室的形状，可以选择长方形、圆形、椭圆形等各种形状。另外，在侧槽的情况下的压力室的断面形状也可以设置成向透镜方向收缩的形状。
把形成有喷射口的喷嘴板接合在压力室上的工序，例如是把喷嘴穿过的喷嘴板与各压力室部对应接合的工序。另外，也可以用抗蚀剂材料等形成喷嘴。另外，可以在粘合聚合物衬底后提供激光加工与各压力室对应地形成喷嘴。
本发明的激励器以及喷墨头的制造方法，和上述单晶氧化物导体一样，因为压电材料以及/或者电致伸缩材料是单晶或者单一定向，所以可以提供以高密度吐出力大的，并且完全没有剥离引起的劣化，并可以与高频率对应的激励器以及喷墨头。本发明，在转印在Si衬底上的单晶氧化物导体上，提供外延成长压电体，具有可以去除成膜时的外部应力的效果。由此没有妨碍驱动的因素，具有导致飞跃性变位的效果。另外，具有可以防止单晶压电体/Si或者单晶压电体/SiO2界面的剥离引起的压电体的性能劣化的效果。
图1是本发明的实施例1、2、3、4的流程图。
图2是本发明的实施例1的样本1的模式图。
图3是本发明的实施例1的样本2的模式图。
图4是本发明的比较例1的模式图。
图5是本发明的实施例3的斜视图。
图6是本发明的比较例3的斜视图。
图7是本发明的实施例4的斜视图。
图8是本发明的比较例4的斜视图。
具体实施例方式
以下举实施例说明作为本发明的实施方式的Si衬底上的单晶氧化物导体以及制造方法。
(实施例1)以下，从图1(1)～图1(3)展示作为本发明的实施方式1的Si衬底上的单晶氧化物导体制造方法的流程图。(1)一边充分加热衬底一边用溅射法在MgO(单晶生成衬底11)的衬底上，外延生成作为单晶氧化物导体材料12的SrRuO3。(2)用直接接合法把这样得到的单晶氧化物导体接合在Si衬底13上。以下，(3)用准分子激光(KrF激光，曝光能量350mJ/cm2)剥离除去MgO(单晶生成衬底11)。在同样条件下制作2个(样本1，样本2)单晶氧化物导体/Si。这样得到的氧化物导体/Si由表面高差计(α-STEP)测定膜厚度和表面粗糙度。其结果，本发明的SrRuO3(单晶氧化物导体)的膜厚度分别为样本1是505nm，样本2是503nm。表面粗糙度Ra分别为样本1是11nm，样本2是12nm。
进而，进行XRD(ATX-Gリガク株式会社制造)的面内测定和面外测定，根据面间隔求结晶晶格的a，b，c轴，计算出在3nm以下的范围中任意联结在和单晶氧化物导体面对的Si衬底面上出现的Si原子的距离x、以和x是一维关系在3nm以下的范围中任意联结在和Si面对的单晶氧化物导体面上出现的构成单晶氧化物导体的原子的距离y。把其结果和该x，y的值代入式1的结果如表1所示。另外，此时的样本1的晶格匹配的关系图如图2。根据图2、表1，nx＝2.172nm和my＝2.378，如果把它们代入式(1)，则在Z＝0.095下变为满足0.05以上的结果。另外，样本2的晶格匹配的关系图如图3所示。也和表1一样，为nx＝1.629nm和my＝1.748，如果把它们代入式(1)，则在Z＝0.073下变为满足0.05以上的结果。由此，通过采用本发明的方法，可以制作满足式(1)的单晶氧化物导体/Si。
表1
Z=|mynx-1|min≥0.05]]>(n，m为任意的正整数，1≤n≤5，1≤m≤7且nx≤3，my≤3)为了调查单晶氧化物导体/Si是否可以作为电极材料使用，用Loresta-GP(MCP-600)(三菱化学制造)的4端针法测定，样本1的电阻率是1.2×10-3(Ω·cm)，样本2的电阻率是1.1×10-3(Ω·cm)。另外，为了调查Si衬底和单晶氧化物导体的密合性，进行了横切试验，SrRuO3(氧化物导体)/Si的样本1、样本2各自的SrRuO3(氧化物导体)不完全剥离。
(比较例1)使用由溅射法直接成膜，制作氧化物导体/缓冲层/Si衬底元件。制造，首先是在Si衬底上用溅射法等形成YSZ(为了取得Si和作为电极材料的Pt的匹配的缓冲层)。这时，加热衬底，一边保持500℃以上的温度，一边成膜，由此YSZ与Si衬底相对配置。进而，用同样的方法在YSZ上形成氧化物导体SrRuO3，得到SrRuO3(氧化物导体)/YSZ(缓冲层)/Si衬底元件。
这样得到的氧化物导体/Si由表面高差计(α-STEP)测定膜厚度和表面粗糙度。其结果，SrRuO3(单晶氧化物导体)膜厚度是512nm。表面粗糙度Ra是22nm。
另外，进行XRD(ATX-Gリガク株式会社制造)的面内测定和面外测定，根据面间隔求结晶晶格的a，b，c轴，计算出在3nm以下的范围中任意联结在和单晶氧化物导体面对的Si衬底面上出现的Si原子的距离x、以和x是一维关系在3nm以下的范围中任意联结在和Si面对的单晶氧化物导体面上出现的构成单晶氧化物导体的原子的距离y。把其结果和该x，y的值代入式(1)的结果如表1所示。另外，此时的晶格匹配的关系图如图4。根据图4、表1，nx＝0.768nm和my＝0.782，如果把它们代入式(1)，则在Z＝0.018下变为满足0.05以下，比较例1的氧化物导体/Si不满足式(1)。
为了调查单晶氧化物导体/Si是否可以作为电极材料使用，用Loresta-GP(MCP-600)(三菱化学制造)的4端针法进行了测定，是1×10-2(Ω·cm)。在Si衬底上形成有SrRuO3/YSZ膜的SrRuO3的单晶性与实施例1相比不好。另外，为了调查Si衬底和单晶氧化物导体的密合性，进行了横切试验，SrRuO3(氧化物导体)/YSZ(缓冲层)/Si衬底元件发现剥离。
(实施例2)以下说明作为本发明的实施方式2的Si衬底上的单晶氧化物导体的实施方式。
图1的(1)至(4)是展示作为本发明的实施方式2的压电体/单晶氧化物导体/Si衬底的制造方法的流程图。一边充分加热衬底一边用溅射法在MgO(单晶生成衬底11)的衬底上，外延生成作为单晶氧化物导体材料12的SrRuO3。把这样得到的单晶氧化物导体接合在Si衬底13上。以下，用准分子激光和红外激光剥离除去MgO(单晶生成衬底11)以及用热浓磷酸蚀刻除去MgO。在此的单晶生成衬底11，除了MgO以外，还可以是STO、MgAl2O4、蓝宝石等。这样可以得到单晶氧化物导体/Si。进而，用溅射装置，充分加热上述制造的衬底，在其上形成PZT膜14，可以制成ZT(单晶压电体)/SrRuO3(单晶氧化物导体)/Si衬底。
对这样得到的压电体/氧化物导体//Si衬底元件进行X线衍射，ZT(压电体)/SrRuO3(氧化物导体)/Si的PZT(压电体)朝C轴定向，PZT(001)的定向率是99％。另外，为了调查单晶氧化物导体和PZT(压电体)的密合性，进行横切试验，PZT(压电体)/SrRuO3(氧化物导体)/Si的PZT(压电体)未完全剥离。
为了进行电气特性测定，在元件上作为上部电极用溅射成膜Pt(200nm)/Ti(20nm)形成Ф10nm的点电极。把这些元件用precisionpro(RADIANT制造)测定了强介电特性。另外，d33测定使用压电常数测定装置(东阳テクニカ制造)。结果展示于表2。
表2
施加20V(10kHz)Ф10nm(比较例2)使用由溅射法直接成膜，制作压电体/下部电极/缓冲层/Si衬底元件。制造，首先是在Si衬底上用溅射法等成膜YSZ(为了取得Si和作为电极材料的Pt的匹配的缓冲层)。这时，加热衬底，一边保持500℃以上的温度，一边成膜，由此YSZ与Si衬底相对配置。进而，用同样的方法在YSZ上形成SrRuO3(氧化物导体)膜得到薄膜。进而，用同样的方法在SrRuO3(氧化物导体)上形成压电体PZT膜，得到压电体的定向膜。
对这样得到的压电体/氧化物导体//Si衬底元件进行X线衍射，SrRuO3(氧化物导体)/YSZ(缓冲层)/Si衬底元件的PZT(001)的定向率是60％。另外，为了调查单晶氧化物导体和压电体PZT的密合性，进行了横切试验，SrRuO3(氧化物导体)/YSZ(缓冲层)/Si衬底元件发现剥离。
为了进行电气特性测定，在元件上作为上部电极用溅射成膜Pt(200nm)/Ti(20nm)形成Ф10nm的点电极。把这些元件用precisionpro(RADIANT制造)测定了强介电特性。另外，d33测定使用压电常数测定装置(东阳テクニカ制造)。结果展示于表2。
(实施例3)图1展示本发明的实施方式3的使用压电体/单晶氧化物导体/Si衬底的激励器制造的流程图。如图1的(5)所示，在PZT14上，设置Pt/Ti上部电极15，在Si衬底13上形成凹部13a。在图5中展示通过施加电压膜上下振动的本发明的实施方式的激励器的构成。在图5中，1是衬底，2是单晶氧化物导体，3是压电体，4是上部电极。本实施方式的层构成是Pt/Ti(上部电极)/PZT(单晶压电体)/SrRuO3(单晶氧化物导体)/Si衬底。该激励器的膜厚度是Pt/Ti(上部电极)(200nm/20nm)/PZT(压电体)(3μm)/SrRuO3(单晶氧化物导体)(0.5μm)/Si衬底(600μm)。图中的1是Si衬底，2是单晶氧化物导体，3是压电体，4是上部电极。表3展示向本发明的激励器施加20V时的变位量。在各自的层构成中可以得到0.3～0.4μm的变位。
表3
施加20V(10kHz)Ф10nm另外，输入20V、20kH、矩形波尝试驱动109次以上，没有发现膜劣化和剥离等产生的变位的衰减。
(实施例3)用比较例2的压电体/下部电极/缓冲层/Si衬底元件，制作图6的激励器。这时振动板是YSZ。各膜的膜厚度是Pt/Ti(上部电极)(200nm/20nm)/PZT(压电体)(3μm)/SrRuO3(单晶氧化物导体)(0.5μm)/YSZ(2μm)/Si衬底(600μm)。图中的1是Si衬底，3是压电体，4是上部电极，5是振动板以及缓冲层，6是下部电极。表3展示在该激励器上施加20V时的变位量。本比较例3的激励器的变位是51nm。连续输入20V、20kH、矩形波，如果驱动超过104次，发现膜劣化和剥离等引起的变位的衰减。
(实施例4)图7是本发明的实施方式的喷墨头的斜视图。具备多个吐出口8、与各吐出口8对应设置的压力室9、分别设置在压力室9上的压电体2，构成如下。在图中，1是Si衬底，2是单晶氧化物导体，3是压电体，4是上部电极，7是喷嘴板，8是吐出口，9是压力室，10是压力室壁。本实施例的层构成是Pt/Ti(上部电极)/PZT(单晶压电体)/SrRuO3(单晶氧化物导体)/Si衬底。该各膜的膜厚度是Pt/Ti(上部电极)(200nm/20nm)/PZT(压电体)(3μm)/SrRuO3(单晶氧化物导体)(0.5μm)/Si衬底(600μm)。另外，为了实现180dpi，压力室9的宽度设置成90μm，压力室壁10的宽度设置成50μm。
使用在实施例3中得到的激励器，用图1的喷墨头制造工艺制作180dpi的喷墨头。如图1的(6)所示，在Si衬底13上形成墨水流动的通路13b，设置具有吐出口16a的吐出口板16。
在表4中展示在以20V、10kHz施加在实施例4的喷墨头上时的墨水液滴的吐出量和吐出速度。根据表4，可以在各个层构成上得到吐出量15pl、吐出速度12m/sec。
表4
施加20V(10kHz)Ф10nm
(比较例4)作为实施例4的比较例制造以下构成的喷墨头。把它展示在图8中。图中，1是Si衬底，3是压电体，4是上部电极，5是振动板以及缓冲层，6是下部电极，7是喷嘴板，8是吐出口，9是压力室，10是压力室壁。本例的层构成是Pt/Ti(上部电极)/PZT(单晶压电体)/SrRuO3(单晶氧化物导体)/YSZ(缓冲层)/Si衬底。该各膜的膜厚度是Pt/Ti(上部电极)(200nm/20nm)/PZT(压电体)(3μm)/SrRuO3(单晶氧化物导体)(0.5μm)/YSZ(缓冲层)(2μm)/Si衬底(600μm)。另外，和实施例4一样，为了实现180dpi，压力室9的宽度设置成90μm，压力室壁10的宽度设置成50μm。
制造，首先是在Si衬底1上用溅射法等形成YSZ振动板膜。这时，加热衬底，一边保持500℃以上的温度，一边成膜，由此YSZ振动板5形成高定向膜。进而，用同样的方法在作为下部电极6在高定向YSZ振动板5上形成SrRuO3氧化物导电材料膜，由此可以得到高定向膜。进而，用同样的方法，在高定向SrRuO3下部电极6上成膜PZT压电体3，由此可以得到压电体的高定向薄膜。上部电极4可以用溅射法成膜为和实施例4一样的Pt/Ti。
此后，和实施例4一样，用上述的喷墨头制造工艺制作180dpi的喷墨头。在表4中展示在以20V、10kHz施加在各层的材料构成和它们的元件上时的墨水液滴的吐出量和吐出速度。根据表4，在该层构成中吐出量为8pl、吐出速度为8m/sec。
权利要求
1.在Si衬底上具有单晶氧化物导体的叠层体，Si的原子间距离x和单晶氧化物导体的原子间距离y满足下式Z=|mynx-1|min≥0.05,]]>其中n、m是任意的正整数，并且1≤n≤5，1≤m≤7，nx≤3，my≤3，其中，x是任意联结在和单晶氧化物导体面对的Si衬底上出现的Si原子间的距离，nx是3nm以下的数值，y是在和x成一维关系下任意联结在和Si面对的单晶氧化物导体面上出现的构成单晶氧化物导体的原子的距离，my是3nm以下的数值。
2.权利要求1所述的叠层体，上述单晶氧化物导体的膜厚度在3μm以下。
3.一种激励器，其特征在于含有在上述单晶氧化物导体上叠层了钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料的权利要求1所述的叠层体。
4.权利要求3所述的激励器，其特征在于钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料是单晶或者单一定向的。
5.权利要求4所述的激励器，其特征在于钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料的定向率是85％以上。
6.权利要求4所述的激励器，其特征在于钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料的定向率是98％以上。
7.一种喷墨头，具备墨水吐出嘴、与该墨水吐出嘴连通的压力室、与该压力室连通的墨水供给路径、被设置在上述压力室中的激励器部分，其特征在于上述激励器部分由权利要求3所述的上述激励器构成。
8.在Si衬底上具有单晶氧化物导体的叠层体的制造方法，包含在单晶衬底上设置上述单晶氧化物导体的步骤；把上述单晶氧化物导体接合在上述Si衬底上的步骤；从上述单晶氧化物导体中除去上述单晶衬底的步骤。
9.一种激励器的制造方法，所述激励器在Si衬底上具有单晶氧化物导体，在该单晶氧化物导体上具有钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料，在该钙钛矿型压电材料以及/或者该电致伸缩材料上具有上部电极，所述激励器的制造方法包含在单晶衬底上设置上述单晶氧化物导体的步骤；把上述单晶氧化物导体接合在上述Si衬底上的步骤；从上述单晶氧化物导体中除去上述单晶衬底的步骤；在上述单晶氧化物导体上设置上述钙钛矿型压电材料以及/或者上述电致伸缩材料的步骤；在上述钙钛矿型压电材料以及/或者上述电致伸缩材料上设置上部电极的步骤。
10.一种喷墨头的制造方法，所述喷墨头在Si衬底上具有单晶氧化物导体，在该单晶氧化物导体上具有钙钛矿型压电材料以及/或者电致伸缩材料，在该钙钛矿型压电材料以及/或者该电致伸缩材料上具有上部电极，具有设置有吐出口的喷嘴板、与上述喷嘴连通的压力室、和该压力室连通的墨水提供路径，所述喷墨头的制造方法包含在单晶衬底上设置上述单晶氧化物导体的步骤；把上述单晶氧化物导体接合在上述Si衬底上的步骤；从上述单晶氧化物导体中除去上述单晶衬底的步骤；在上述单晶氧化物导体上设置上述钙钛矿型压电材料以及/或者上述电致伸缩材料的步骤；在上述钙钛矿型压电材料以及/或者上述电致伸缩材料上设置上述上部电极的步骤；形成上述压力室和上述墨水提供路径的步骤；把形成有上述吐出口的喷嘴板接合在上述压力室上的步骤。
11.权利要求8所述的叠层体的制造方法，其特征在于从上述单晶氧化物导体除去上述单晶衬底的步骤是采用光照射的剥离步骤。
12.权利要求9所述的激励器的制造方法，其特征在于从上述单晶氧化物导体除去上述单晶衬底的步骤是采用光照射的剥离步骤。
13.权利要求10所述的喷墨头的制造方法，其特征在于从上述单晶氧化物导体除去上述单晶衬底的步骤是采用光照射的剥离步骤。
全文摘要
用作钙钛矿压电体以及电致伸缩材料的电极材料和作为成膜衬底的氧化物导体材料，其特征在于在Si衬底上的单晶氧化物导体中，Si原子间距离x和单晶氧化物导体的原子间距离y满足(1)式其中n，m是任意的正整数，并且1≤n≤5，1≤m≤7，并且nx≤3，my≤3。
文档编号H01L41/08GK1451540SQ0311064
公开日2003年10月29日 申请日期2003年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者松田堅义 申请人:佳能株式会社