本發(fā)明涉及位移特性優(yōu)異的壓電元件以及壓電元件應用設備。

背景技術(shù)：

通常，壓電元件具有：具有機電轉(zhuǎn)換特性的壓電體層以及夾持壓電體層的兩個電極。近年來，正在積極進行將這樣的壓電元件作為驅(qū)動源來使用的設備(壓電元件應用設備)的開發(fā)。作為開發(fā)中的壓電元件應用設備，可以列舉出以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭、以壓電mems元件為代表的mems構(gòu)件、以超聲波傳感器等為代表的超聲波測定裝置、以及壓電致動器裝置等。

壓電體層所使用的壓電材料要求具有較高的壓電特性，作為這樣壓電材料，眾所周知有復合氧化物(鈣鈦礦型復合氧化物)、即鋯酸鈦酸鉛(pb(zr，ti)o3，以下稱為“pzt”)，上述復合氧化物具有包含鈦酸鉛(pbtio3，以下稱為“pt”)和氧化鋯鉛(pbzro3，以下稱為“pz”)的二成分系的鈣鈦礦構(gòu)造。

另外，近年來，也在開發(fā)使pzt含有第三成分的多成分系的鈣鈦礦型復合氧化物，作為這樣的多成分系的pzt，已知含有鈮酸鎳酸鉛(pb(ni，nb)o3，以下稱為“pnn”)作為第三成分的pzt(pnn-pzt)(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。

專利文獻1：日本特開平11-129478號公報

專利文獻2：日本特開平11-207957號公報

然而，pnn-pzt無法得到搭載有壓電元件應用設備的各種裝置的高性能化等所需要的位移特性，至少需要具有與pzt相匹敵的位移特性。為了得到優(yōu)異的位移特性，需要針對鈣鈦礦型復合氧化物的置換位、置換元素的選擇、置換量等進行進一步的研究，來實現(xiàn)進一步的優(yōu)化。此外，這樣的問題不僅局限于搭載于噴墨式記錄頭的壓電元件，在壓電mems元件、超聲波傳感器元件、壓電致動器元件等中也同樣存在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述實際情況而提出的，其目的在于提供一種實現(xiàn)位移量的提高，能夠得到優(yōu)異的位移特性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)漏電流的減少的壓電元件以及壓電元件應用設備。

解決上述課題的本發(fā)明所涉及的方式是一種壓電元件，其特征在于，具備第一電極、第二電極以及設置于第一電極與第二電極之間的壓電體層，上述壓電體層由下述式(1)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物構(gòu)成，上述鈣鈦礦型復合氧化物中的ni及nb的含量的合計相對于在b位所含有的元素的總含量為1[mol％]以上5[mol％]以下，

pb(ni，nb，zr，ti)o3……(1)。

在上述方式中，上述壓電體層由上述式(1)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物構(gòu)成，該復合氧化物中的ni及nb的含量的合計相對于在b位所含有的元素的總含量為1[mol％]以上5[mol％]以下，因此能夠形成具有優(yōu)異的位移特性的壓電元件。

這里，上述壓電體層也可以由下述式(2)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物構(gòu)成，

xpb(ni，nb)o3-(1-x)pb(zr，ti)o3……(2)，

式中，滿足0.01≤x≤0.05。

根據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)上述壓電元件的位移量的提高。

這里，對于上述壓電體層而言，優(yōu)選上述式(1)或式(2)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物所含有的ni與nb的摩爾比為1：2。

根據(jù)此，除了能夠?qū)崿F(xiàn)上述壓電元件的位移量的提高之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)漏電流的減少。

另外，解決上述課題的本發(fā)明所涉及的其他的方式是一種壓電元件應用設備，其特征在于，具備上述任意一種方式的壓電元件。

在上述方式中，能夠形成具有優(yōu)異的位移特性的壓電元件應用設備。

附圖說明

圖1是示出噴墨式記錄裝置的簡要結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是示出噴墨式記錄頭的簡要結(jié)構(gòu)的分解立體圖。

圖3是示出噴墨式記錄頭的簡要結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖4是示出噴墨式記錄頭的簡要結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖5是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖6是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖7是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖8是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖9是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖10是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

圖11是對噴墨式記錄頭的制造例進行說明的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。以下的說明示出本發(fā)明的一個方式，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)能夠任意地變更。此外，在各附圖中標注相同的附圖標記的部件表示相同的部件，并適當?shù)厥÷云湔f明。另外，在圖2～圖11中，x、y以及z表示相互正交的三個空間軸。在本說明書中，將沿著這些軸的方向分別作為第一方向x(x方向)、第二方向y(y方向)以及第三方向z(z方向)來進行說明。x方向以及y方向表示板、層以及膜的面內(nèi)方向，z方向表示板、層以及膜的厚度方向或?qū)盈B方向。

實施方式1

首先，參照圖1對作為液體噴射裝置的一個例子的噴墨式記錄裝置進行說明。

圖1示出噴墨式記錄裝置的簡要結(jié)構(gòu)。如圖所示，在噴墨式記錄裝置(記錄裝置i)中，噴墨式記錄頭單元(頭單元ii)以能夠裝卸的方式設置于墨盒2a、墨盒2b。墨盒2a、墨盒2b構(gòu)成油墨供給機構(gòu)。頭單元ii具有后述的多個噴墨式記錄頭(記錄頭1，參照圖2等)，并搭載于滑架3?；?以能夠沿軸向自如移動的方式設置于安裝在裝置主體4的滑架軸5上。這些頭單元ii、滑架3例如構(gòu)成為分別能夠噴射黑色油墨組合物以及彩色油墨組合物。

而且，驅(qū)動電機6的驅(qū)動力經(jīng)由未圖示的多個齒輪以及同步帶7傳遞至滑架3，從而搭載有頭單元ii的滑架3沿滑架軸5移動。另一方面，在裝置主體4中設置有作為輸送機構(gòu)的輸送輥8，作為紙張等記錄介質(zhì)的記錄片材s由輸送輥8輸送。此外，輸送記錄片材s的輸送機構(gòu)并不限定于輸送輥，也可以是帶、鼓等。

在記錄頭1中，作為壓電致動器裝置，使用本發(fā)明的實施方式所涉及的壓電元件300，在后面對此進行詳細的敘述。通過使用壓電元件300，能夠避免記錄裝置i中的各種特性(耐久性、油墨噴射特性等)的降低。

接下來，參照圖2～圖4，對作為搭載于液體噴射裝置的液體噴射頭的一個例子的噴墨式記錄頭進行說明。

圖2是噴墨式記錄頭的分解立體圖。圖3是流路形成基板的壓電元件側(cè)的俯視圖(從壓電元件側(cè)觀察流路形成基板時的俯視圖)，圖4是以圖3的a-a′線為基準的剖視圖。

流路形成基板10(以下，稱為“基板10”)例如由硅單晶基板構(gòu)成，并形成有壓力產(chǎn)生室12。而且，被多個隔壁11劃分的壓力產(chǎn)生室12沿著并列設置噴出相同顏色的油墨的多個噴嘴開口21的方向(x方向)并列設置。基板10的材料并不限定于硅，也可以是soi、玻璃等。

在基板10中的壓力產(chǎn)生室12的y方向的一端部側(cè)，形成有油墨供給路13和連通路14。在連通路14的外側(cè)(+y方向側(cè))形成有連通部15。連通部15構(gòu)成歧管100的一部分。歧管100成為各壓力產(chǎn)生室12的共用的油墨室。像這樣，在基板10上形成有由壓力產(chǎn)生室12、油墨供給路13、連通路14以及連通部15構(gòu)成的液體流路。

在基板10的一個面(-z方向側(cè)的面)上接合有例如sus制的噴嘴板20。在噴嘴板20上沿x方向并列設置有噴嘴開口21。噴嘴開口21與各壓力產(chǎn)生室12連通。噴嘴板20能夠通過粘接劑、熱熔接膜等與基板10接合。

在基板10的另一個面(+z方向側(cè)的面)上形成有振動板50。振動板50例如由形成于基板10上的彈性膜51以及形成于彈性膜51上的絕緣體膜52構(gòu)成。彈性膜51例如由二氧化硅(sio2)構(gòu)成，絕緣體膜52例如由氧化鋯(zro2)構(gòu)成。

在絕緣體膜52上形成有包括第一電極60、壓電體層70以及第二電極80的壓電元件300。并且，雖然在圖2～圖4中省略了圖示，但為了增強絕緣體膜52與第一電極60之間的粘著性，在絕緣體膜52與第一電極60之間設置有粘著層56(參照圖5～圖11)。也可以省略粘著層56。

第一電極60針對每個壓力產(chǎn)生室12來設置。即，第一電極60構(gòu)成為針對每個壓力產(chǎn)生室12而獨立的分立電極。并且，壓電體層70也針對每個壓力產(chǎn)生室12來設置。

第二電極80遍及x方向在第一電極60、壓電體層70以及振動板50上連續(xù)設置。即，第二電極80構(gòu)成為共用電極。也可以不將第二電極80作為共用電極，而將第一電極60作為共用電極。

第一電極60的端部(-y方向側(cè)的端部)從壓電體層70的-y方向側(cè)的端部露出。第一電極60的-y方向側(cè)的端部與引線電極90a連接。

另外，在第二電極80連接有引線電極90b。能夠通過在基板10上遍及整個面地形成構(gòu)成引線電極90a以及引線電極90b的材料的層之后，將該層圖案化成規(guī)定的形狀，來同時形成引線電極90a以及引線電極90b。

在形成有壓電元件300的基板10上，通過粘接劑35接合有保護基板30。保護基板30具有歧管部32。借助歧管部32構(gòu)成歧管100的至少一部分。本實施方式所涉及的歧管部32在厚度方向(z方向)上貫通保護基板30，并且遍及壓力產(chǎn)生室12的寬度方向(x方向)形成。而且，歧管部32如上述那樣與基板10的連通部15連通。利用這些結(jié)構(gòu)，構(gòu)成形成各壓力產(chǎn)生室12的共用的油墨室的歧管100。

在保護基板30上接合有由密封膜41以及固定板42構(gòu)成的柔性基板40。固定板42的與歧管100對置的區(qū)域成為在厚度方向(z方向)上被完全除去的開口部43。歧管100的一個面(+z方向側(cè)的面)僅由具有撓性的密封膜41密封。

這樣的噴墨式記錄頭通過如下的動作排出墨滴。首先，從與未圖示的外部油墨供給機構(gòu)連接的油墨導入口獲取油墨，從歧管100至噴嘴開口21使內(nèi)部充滿油墨。然后，根據(jù)來自未圖示的驅(qū)動電路的記錄信號，向與壓力產(chǎn)生室12對應的各個第一電極60與第二電極80之間施加電壓，而使壓電元件300撓曲變形。據(jù)此，各壓力產(chǎn)生室12內(nèi)的壓力增大，從而從噴嘴開口21排出墨滴。

接下來，對壓電元件300進一步進行詳細的說明。壓電元件300包括第一電極60、第二電極80、以及設置于第一電極60與第二電極80之間的壓電體層70。第一電極60的厚度約為50nm。壓電體層70為厚度在50nm以上2000nm以下的所謂的薄膜的壓電體。第二電極80的厚度約為50nm。在此列舉出的各構(gòu)件的厚度均是一個例子，能夠在不改變本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)進行變更。

第一電極60以及第二電極80的材料只要是能夠維持導電性的材料，就不做特別限定。作為這樣的材料，例如可以列舉出白金(pt)、銥(ir)等貴金屬、或者以鑭鎳氧化物(lno)等為代表的導電性氧化物。

壓電體層70使用由至少含有鉛(pb)、鎳(ni)、鈮(nb)、鋯(zr)以及鈦(ti)各金屬元素且具有鈣鈦礦構(gòu)造的復合氧化物(鈣鈦礦型復合氧化物)構(gòu)成的壓電材料構(gòu)成。

這里，鈣鈦礦型復合氧化物是用通式abo3表示的復合氧化物的一種。對于鈣鈦礦型復合氧化物而言，在a位配位12個氧，在b位配位6個氧，構(gòu)成八面體(octahedron)。構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物在a位含有pb，在b位含有ni、nb、zr以及ti。

構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物雖然可以認為是鈮酸鎳酸鉛(pb(ni，nb)o3，以下稱為“pnn”)與鋯酸鈦酸鉛(pb(zr，ti)o3，以下稱為“pzt”)的混晶或者pnn與pzt均勻地固溶而成的固溶體，但在x射線衍射圖案中，pnn、pzt無法單獨被檢測出。因此，構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物的組成能夠如下述式(3)那樣表示。

pb(ni，nb，zr，ti)o3……(3)

從確保壓電元件300中的充分的位移量的觀點考慮，在式(3)的復合氧化物中，優(yōu)選該復合氧化物中的ni及nb的含量的合計相對于在b位所含有的元素的總含量小于6[mol％]，更加優(yōu)選為1[mol％]以上5[mol％]以下。

另外，從兼顧確保壓電元件300中的充分的位移量以及減少漏電流的觀點考慮，優(yōu)選上述復合氧化物中的ni及nb的含量的合計小于3[mol％]，更加優(yōu)選滿足1[mol％]以上2.5[mol％]以下。

此外，式(3)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物的組成表述是基于化學計量表述的，只要構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物能夠獲取鈣鈦礦構(gòu)造，則當然允許由晶格失配、氧缺損等引起的不可避免的組成偏差，并且也允許例如鉀(k)、鈉(na)、鑭(la)、釤(sm)、鈰(ce)、鋁(al)、鈷(co)等元素的部分置換等。例如，若將化學計量比設為1，則允許0.85以上1.20以下的范圍內(nèi)的組成。并且，即使在用通式表示的情況下不同，也存在將a位的元素與b位的元素的比相同的復合氧化物視為相同的復合氧化物的情況。

另一方面，構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物也可以使用由下述式(4)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物構(gòu)成的壓電材料構(gòu)成。

xpb(ni，nb)o3-(1-x)pb(zr，ti)o3……(4)

式中，滿足0.01≤x≤0.05。

在式(4)中，從確保壓電元件300中的充分的位移量的觀點考慮，優(yōu)選滿足x＜0.06，更加優(yōu)選滿足0.01≤x≤0.05。

另外，在式(4)中，從兼顧確保壓電元件300中的充分的位移量以及減少漏電流的觀點考慮，較優(yōu)選滿足x＜0.03，更加優(yōu)選滿足0.01≤x≤0.025。

此外，pnn、pzt分別為具有鈣鈦礦構(gòu)造的公知的壓電材料，并存在各種組成。作為這樣的組成的pnn、pzt，例如可以列舉出pnn、pzt所含有的各金屬元素(pb、ni、nb、zr、ti)以及氧的一部分缺損或者過剩的組成、各元素的一部分被置換為其他元素的組成等。因此，在表述為pnn、pzt的情況下，只要不改變基本的特性，則因缺損、過剩而導致與化學計量的組成產(chǎn)生偏差的組成、元素的一部分被置換為其他元素的組成也包含于pnn、pzt的范圍。

對于構(gòu)成壓電體層70的復合氧化物而言，從兼顧確保壓電元件300中的充分的位移量以及減少漏電流的觀點出發(fā)，優(yōu)選其組成中所含有的ni以及nb的摩爾比為1∶2。

壓電體層70通過用由式(3)或式(4)所表示的鈣鈦礦型復合氧化物構(gòu)成的壓電材料構(gòu)成，從而能夠使該復合氧化物的結(jié)晶在(100)面優(yōu)先取向。并且，該壓電材料可以不使用取向控制層，而在(100)面自然取向。此外，在本實施方式中，“在(100)面優(yōu)先取向”是指在(100)面取向的結(jié)晶的比例大于在(110)面、(111)面取向的結(jié)晶的比例。該比例例如為60％以上，優(yōu)選為75％以上，更加優(yōu)選為80％以上。

接下來，參照圖5～圖11，結(jié)合噴墨式記錄頭的制造方法來對搭載于噴墨式記錄頭的壓電元件的制造方法的一個例子進行說明。

首先，如圖5所示，準備硅基板110(流路形成基板10)。接下來，通過將硅基板110熱氧化，從而在其表面形成由二氧化硅(sio2)構(gòu)成的彈性膜51。另外，在彈性膜51上通過濺射法形成鋯膜，并將其熱氧化，從而得到由氧化鋯(zro2)構(gòu)成的絕緣體膜52。這樣，形成由彈性膜51及絕緣體膜52構(gòu)成的振動板50。

接下來，在絕緣體膜52上形成由氧化鈦(tiox)構(gòu)成的粘著層56。粘著層56能夠通過濺射法、熱氧化等形成。但是，也可以省略粘著層56。接下來，在粘著層56上形成第一電極60。第一電極60例如能夠通過濺射法、真空蒸鍍法(pvd法)、激光燒蝕法等氣相成膜、旋涂法等液相成膜等來形成。

接下來，如圖6所示，將粘著層56以及第一電極60同時圖案化。粘著層56以及第一電極60的圖案化例如能夠通過反應性離子蝕刻(rie：reactiveionetching)、離子銑削等干式蝕刻、使用了蝕刻液的濕式蝕刻來進行。此外，粘著層56以及第一電極60的圖案化的形狀不做特別限定。

接下來，如圖7所示那樣形成壓電體層70。壓電體層70的形成方法不做限定。例如，能夠使用通過涂敷干燥含有金屬絡合物的溶液(前體溶液)，再以高溫進行燒結(jié)從而得到金屬氧化物的mod(metal-organicdecomposition：金屬有機物分解)法、溶膠-凝膠法等化學溶液法(濕式法)。另外，還可以使用激光燒蝕法、濺射法、脈沖激光沉積法(pld法)、cvd(chemicalvapordeposition：化學汽相淀積)法、氣溶膠沉積法等、或液相法或固相法來制造壓電體層70。

例如，通過濕式法形成的壓電體層70具有多個壓電體膜74，該壓電體膜74通過涂敷前體溶液形成前體膜的工序(涂敷工序)、干燥前體膜的工序(干燥工序)、對干燥后的前體膜進行加熱、脫脂的工序(脫脂工序)、以及燒結(jié)脫脂后的前體膜的工序(燒結(jié)工序)的一系列的工序而形成，在后面對此進行詳細的敘述。即，壓電體層70通過重復多次從涂敷工序至燒結(jié)工序的一系列的工序來形成。此外，在從涂敷工序至燒結(jié)工序的一系列的工序中，也可以在重復多次從涂敷工序至脫脂工序之后，實施燒結(jié)工序。

通過濕式法形成的層、膜具有界面。在通過濕式法形成的層、膜上殘留有涂敷或燒結(jié)的痕跡，這種痕跡成為通過觀察其剖面、或解析層內(nèi)(或膜內(nèi))中的元素的濃度分布而能夠確認的“界面”。“界面”嚴格來說是層間或膜間的邊界的意思，但是這里也有層或膜的邊界附近的意思。在觀察通過濕式法形成的層、膜的剖面的情況下，這種界面在與相鄰的層、膜的邊界附近，作為顏色比其他部分深的部分或顏色比其他部分淡的部分而被確認。另外，在對元素的濃度分布進行解析的情況下，這種界面在與相鄰的層、膜的邊界附近，作為元素的濃度比其他部分高的部分或元素的濃度比其他部分低的部分而被確認。壓電體層70通過重復多次從涂敷工序至燒結(jié)工序的一系列的工序、或在重復多次從涂敷工序至脫脂工序之后實施燒結(jié)工序來形成(由多個壓電體膜74構(gòu)成)，因此與各壓電體膜74對應地具有多個界面。

通過濕式法來形成壓電體層70的情況下的具體順序的例子如下。首先，制成由含有金屬絡合物的mod溶液、溶膠構(gòu)成且用于形成壓電體層70的前體溶液(調(diào)制工序)。然后，使用旋涂法等將該前體溶液涂敷于第一電極60上來形成前體膜(涂敷工序)。接下來，將該前體膜加熱至規(guī)定溫度、例如130℃～250℃左右并干燥一定時間(干燥工序)，再將干燥后的前體膜加熱至規(guī)定溫度、例如300℃～450℃左右并保持一定時間從而進行脫脂(脫脂工序)。進一步地，將脫脂后的前體膜加熱至更高溫度、例如650℃～800℃左右，并在該溫度下保持一定時間，從而使其結(jié)晶化，形成壓電體膜74(燒結(jié)工序)。然后，通過重復多次上述的涂敷工序、干燥工序、脫脂工序以及燒結(jié)工序，從而形成圖7所示的由多層壓電體膜74構(gòu)成的壓電體層70。

此外，上述的前體溶液是通過燒結(jié)將能夠形成含有上述的pnn以及pzt的鈣鈦礦型復合氧化物的金屬絡合物分別溶解或者分散至有機溶劑而成的溶液。即，前體溶液是含有pb、ni、nb、zr以及ti的各元素作為金屬絡合物的中心金屬的溶液。此時，也可以將含有上述元素以外的元素的金屬絡合物、例如含有k、na、la、sm、ce、al、co等添加物的金屬絡合物進一步混合至前體溶液中。

作為含有上述各元素的金屬絡合物，例如能夠使用醇鹽、有機酸鹽、β-二酮絡合物等。在前體溶液中，這些金屬絡合物的混合比例只要以使鈣鈦礦型復合氧化物所含有的pb、ni、nb、zr以及ti成為所希望的摩爾比的方式進行混合即可。

作為用于制作前體溶液的含有pb的金屬絡合物，例如可以列舉出乙酸鉛等。作為含有ni的金屬絡合物，例如可以列舉出乙酸鎳、硝酸鎳、2-乙基己酸鎳等。作為含有nb的金屬絡合物，例如可以列舉出五乙氧基鈮、2-乙基己酸鈮等。作為含有zr的金屬絡合物，例如可以列舉出乙酰丙酮鋯、四乙酰丙酮鋯、單乙酰丙酮鋯、雙乙酰丙酮鋯等。作為含有ti的金屬絡合物，例如可以列舉出異丙醇鈦、2-乙基己酸鈦、(二異丙氧基)雙(乙酰丙酮)鈦等。此時，也可以并用兩種以上的金屬絡合物。

作為用于前體溶液的制作的有機溶劑，例如可以列舉出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、環(huán)已烷、二甲苯、甲苯、四氫呋喃、乙酸、辛酸、2-正丁氧基乙醇、正辛烷等或它們的混合溶劑等。前體溶液可以含有使含有pb、ni、nb、zr以及ti的金屬絡合物的分散穩(wěn)定化的添加劑。作為這樣的添加劑，可以列舉出2-乙基己酸等。

另外，作為在干燥工序、脫脂工序以及燒結(jié)工序中使用的加熱裝置，例如可以列舉出通過紅外線燈的照射進行加熱的rta(rapidthermalannealing：快速熱退火)裝置、加熱板等。

接下來，如圖8所示，對由多個壓電體膜74構(gòu)成的壓電體層70進行圖案化。圖案化能夠通過所謂的反應性離子蝕刻或離子銑削等干式蝕刻、使用了蝕刻液的濕式蝕刻來進行。此外，對壓電體層70的圖案化的形狀不做特別限定。然后，在圖案化后的壓電體層70上形成第二電極80。第二電極80能夠通過與第一電極60相同的方法形成。通過以上的工序，完成具備第一電極60、壓電體層70以及第二電極80的壓電元件300。換言之，第一電極60、壓電體層70以及第二電極80相重疊的部分成為壓電元件300。

接下來，如圖9所示，在硅基板110的壓電元件300側(cè)的面，經(jīng)由未圖示的粘接劑接合保護基板用晶片130(保護基板30)。然后，對保護基板用晶片130的表面進行切削使其變薄。另外，在保護基板用晶片130上形成歧管部32、未圖示的貫通孔33(參照圖2～圖4)。接下來，如圖10所示，在硅基板110的與壓電元件300相反側(cè)的面上形成掩模膜53，并將其圖案化成規(guī)定形狀。然后，如圖11所示，經(jīng)由掩模膜53，對硅基板110實施使用了koh等堿溶液的各向異性蝕刻(濕式蝕刻)。由此，除了與各個壓電元件300對應的壓力產(chǎn)生室12之外，還形成未圖示的油墨供給路13、連通路14以及連通部15(參照圖2～圖4)。

接下來，通過切割等將硅基板110以及保護基板用晶片130的外周邊部的不需要的部分切斷、除去。并且，在硅基板110的與壓電元件300相反側(cè)的面上接合未圖示的噴嘴板20(參照圖2、圖4)。另外，在保護基板用晶片130接合未圖示的柔性基板40(參照圖2～圖4)。通過進行至此的工序，從而完成記錄頭1的芯片的集合體。通過將該集合體分割為各個芯片，從而能夠得到記錄頭1(參照圖2～圖4)。

實施例

以下，以示出實施例的方式對本發(fā)明進行更加具體的說明。此外，本發(fā)明并不限定于以下的實施例。

樣本1的制作

首先，通過對(100)面的單晶硅(si)基板(硅基板110)進行熱氧化，從而在該si基板的表面上形成膜厚1200nm的氧化硅(sio2)膜(彈性膜51)。接下來，通過利用rf磁控濺射法，在sio2膜上制成膜厚40nm的鈦膜，并對該鈦膜進行熱氧化，從而制成氧化鈦(tiox)膜(粘著層56)。接下來，通過rf磁控濺射法，在tiox膜上在(111)面進行取向，從而形成膜厚100nm的白金(pt)膜(第一電極60)。

接下來，混合乙酸鉛(ii)三水合物、乙酸鎳(ii)四水合物、五正丁氧基鈮、四(2，4-戊烷二酮)鋯(iv)以及四異丙氧基鈦，并作為主溶劑添加丁基溶纖劑、作為穩(wěn)定劑添加二乙醇胺、作為增稠劑添加聚乙二醇，從而制成前體溶液(調(diào)制工序)。接下來，將該前體溶液滴加至第一電極60上，將基板以500rpm旋轉(zhuǎn)6秒后，以3000rpm旋轉(zhuǎn)20秒，從而通過旋涂法在第一電極60上制成前體膜(涂敷工序)。接下來，在加熱板上搭載基板，在180℃下對前體膜進行2分鐘的干燥(干燥工序)。接下來，利用加熱板在380℃下對前體膜進行2分鐘的脫脂(脫脂工序)。接下來，在重復兩次上述的從涂敷工序至脫脂工序之后，在氧氣環(huán)境中通過rta裝置在700℃下對前體膜進行5分鐘的燒結(jié)，從而得到鈣鈦礦型復合氧化物膜(壓電體膜74)(燒結(jié)工序)。

如此，在重復兩次上述的從涂敷工序至脫脂工序之后進行燒結(jié)，并將這些工序重復六次，從而合計進行十二次前體膜的成膜，由此形成鈣鈦礦型復合氧化物層(壓電體層70)。此外，在前體溶液中調(diào)整的各金屬的組成比與壓電體層70的組成比幾乎沒有偏差。

接下來，在壓電體層70上通過rf磁控濺射法形成膜厚100nm的白金(pt)膜(第二電極80)，從而制成樣本1(壓電元件300)。

將樣本1中的壓電體層70的組成、以及測定后述的樣本1的懸臂位移量(以下，稱為“位移量”)以及漏電流的結(jié)果示于下述表1。并且，將測定后述的樣本1的膜厚、相對介電常數(shù)及楊氏模量的結(jié)果、以及利用它們而計算出的壓電電壓系數(shù)g31示于下述表2。另外，針對后述的樣本2～樣本11中的壓電體層70的組成、各樣本的位移量以及漏電流的測定結(jié)果，也與樣本1相同地分別示于表1。并且，針對測定后述的樣本2～樣本8及樣本11中的膜厚、相對介電常數(shù)及楊氏模量的結(jié)果、以及利用它們而計算出的壓電電壓系數(shù)g31，也與樣本1相同地分別示于表2。

樣本2～樣本11的制作

除了將壓電體層70所含有的pb、ni、nb、zr以及ti的摩爾比調(diào)整為與下述表1所記載的化學計量比一致來制作前體溶液以外，其余與樣本1相同，來分別制成樣本2～樣本11。

表1

針對測定出的樣本1～樣本11的位移量以及漏電流，將判定結(jié)果示于表1。在表1中，在以樣本11的位移量以及漏電流為基準的情況下，將位移量增加且漏電流減少的樣本標記為“◎”，將位移量增加且漏電流為相同程度的樣本標記為“○”，將位移量減少且漏電流為相同程度或增大的樣本標記為“×”。

表2

針對測定出的樣本1～樣本8的壓電電壓系數(shù)g31，將判定結(jié)果示于表2。在表2中，在以樣本11的壓電電壓系數(shù)g31為基準的情況下，將壓電電壓系數(shù)g31較大的樣本標記為“○”，將壓電電壓系數(shù)g31較小的樣本標記為“×”。相關(guān)的判定為“○”的樣本在應用于各種傳感器的情況下，與應用了pzt的傳感器相比，期待看到其性能的優(yōu)越性。

試驗例1

針對樣本1～樣本11，利用激光位移儀在室溫(25℃)下，使用電極面積0.3cm²的電極圖案，施加頻率100hz、電壓20v的三角波，來求出位移量，并將其結(jié)果示于表1。此外，懸臂的尺寸為全長1.5cm、寬度0.4cm、基板厚度625μm。

根據(jù)表1的結(jié)果可知，pnn的含量為1[mol％]以上5[mol％]以下的樣本1～樣本6與樣本11相比，位移量較大。

另一方面，根據(jù)表1的結(jié)果可知，pnn的含量為6[mol％]的樣本7以及0.5[mol％]的樣本8與樣本11相比，位移量較小。并且，可知不含ni以及nb中的任意一種的樣本9以及樣本10與樣本11相比，位移量較小。另外，可知樣本9以及樣本10與ni及nb的摩爾比為1：2的樣本1～樣本6相比，位移量較小。

試驗例2

針對樣本1～樣本11施加±80v的電壓，求出了電流密度與電壓之間的關(guān)系(i-v曲線)。i-v曲線的測定使用惠普公司生產(chǎn)的“4140b”且使測定時的保持時間為2秒而在空氣中進行。并且，測定使用遮光后的探針器并排除光電動勢等的影響來進行。然后，根據(jù)所得到的i-v曲線求出施加電壓20v中的漏電流，并將其結(jié)果示于表1。

根據(jù)表1的結(jié)果可知，pnn的含量為1[mol％]以上2.5[mol％]以下的樣本1～樣本3與樣本11相比，漏電流較小。另外，可知pnn的含量為3[mol％]以上5[mol％]以下的樣本4～樣本6與樣本11為相同程度的漏電流。

另一方面，根據(jù)表1的結(jié)果可知，pnn的含量為6[mol％]的樣本7與樣本11相比，漏電流較大。另外，可知0.5[mol％]的樣本8與樣本11為相同程度的漏電流。另外，可知不含ni以及nb中的任意一種的樣本9以及樣本10與樣本11相比，漏電流較大。另外，可知樣本9以及樣本10與ni及nb的摩爾比為1：2的樣本1～樣本8相比，漏電流較大。

試驗例3

針對樣本1～樣本8及樣本11，計算壓電材料的五個性能指標(壓電應變系數(shù)d、壓電電壓系數(shù)g、機電耦合系數(shù)k、機械品質(zhì)系數(shù)qm、聲阻抗z)之一的壓電電壓系數(shù)g，來評價壓電性能。此外，在本試驗例中，計算出壓電電壓系數(shù)g31。壓電電壓系數(shù)g31通過下述式(5)求得。

g31＝d31/(ε0×k)……(5)

式中，d31表示壓電應變系數(shù)，ε0表示真空的介電常數(shù)，k表示相對介電常數(shù)。

另外，式(5)的壓電應變系數(shù)d31通過下述式(6)求得。

式中，his表示si基板厚度、s11piezo表示壓電體層70的柔量(＝壓電體層70的楊氏模量的倒數(shù))、δ表示位移量、l表示懸臂長度、s11si表示si基板的柔量(＝si基板的楊氏模量的倒數(shù))、v表示施加電壓。

在試驗例3中，通過共振法來測定樣本1～樣本8及樣本11的壓電體層70的楊氏模量。這里，共振法是指對試件施加機械式或電氣式強迫振動來測量共振頻率(固有振動頻率)，并根據(jù)該共振頻率來計算楊氏模量(縱向彈性系數(shù))的測定法。在本試驗例中，利用共振法中最普遍的自由共振來進行測定。具體而言，利用兩根吊線對切割加工成帶狀(3mm×40mm)的試料進行保持，在驅(qū)動極與試件之間形成電容，由此產(chǎn)生固有振動，通過振動傳感器來檢測該固有振動，從而得到楊氏模量并將其示于表2。根據(jù)所得到的楊氏模量和在試驗例1中測定出的位移量，基于式(6)來計算壓電應變系數(shù)d31，基于式(5)計算壓電電壓系數(shù)g31并將其示于表2。此外，樣本1～樣本8及樣本11的壓電體層70的膜厚以及相對介電常數(shù)如表2所示。

根據(jù)表2的結(jié)果可知，pnn的含量為1[mol％]以上5[mol％]以下的樣本1～樣本6與樣本11相比，壓電電壓系數(shù)g31較大。另一方面，可知pnn的含量為6[mol％]的樣本7以及0.5[mol％]的樣本8與樣本11相比，壓電電壓系數(shù)g31較小。

其他實施方式

在上述實施方式1中，作為液體噴射頭的一個例子而列舉噴墨式記錄頭來進行了說明，但本發(fā)明當然也能夠應用于噴射油墨以外的液體的液體噴射頭。作為噴射油墨以外的液體的液體噴射頭，例如可以列舉出液晶顯示器等的彩色濾光器的制造所使用的顏色材料噴射頭、有機el顯示器、fed(場致發(fā)射顯示器)等的電極形成所使用的電極材料噴射頭、生物芯片的制造所使用的生物體有機物噴射頭等。

另外，在上述實施方式1中，作為壓電元件應用設備的一個例子，列舉搭載于液體噴射裝置的液體噴射頭來進行了說明，但本發(fā)明的應用范圍不限定于此。

例如，也能夠通過具備本發(fā)明的壓電元件和控制機構(gòu)來構(gòu)成超聲波測定裝置，其中，上述控制機構(gòu)利用基于通過本發(fā)明的壓電元件發(fā)送的超聲波以及通過本發(fā)明的壓電元件接收的超聲波中的至少一方的信號，來測定檢測對象。

這樣的超聲波測定裝置基于從發(fā)送超聲波的時刻到接受其發(fā)送的超聲波被測定對象物反射回來的回波信號的時刻為止的時間，得到與測定對象物的位置、形狀以及速度等相關(guān)的信息，有時作為用于產(chǎn)生超聲波的元件、用于檢測回波信號的元件而使用壓電元件。作為這樣的超聲波產(chǎn)生元件、回波信號檢測元件，能夠提供具有優(yōu)異的位移特性的超聲波測定裝置。

另外，本發(fā)明的壓電元件應用設備也可以是超聲波電機、溫度-電轉(zhuǎn)換器、壓力-電轉(zhuǎn)換器、壓電變壓器、紅外線等有害光線的截止濾光器、使用了因量子點形成而產(chǎn)生的光子晶體效應的光學濾光器、利用了薄膜的光干涉的光學濾光器等濾光器等。另外，也可以是超聲波測定裝置(超聲波傳感器)以外的傳感器，例如是紅外線傳感器、熱敏傳感器、壓力傳感器、陀螺儀傳感器(角速度傳感器)。

另外，本發(fā)明也能夠優(yōu)選用作鐵電體元件。作為能夠優(yōu)選使用的鐵電體元件，可以列舉出鐵電體存儲器、鐵電體晶體管(fefet)、鐵電體運算電路(felogic)、鐵電體電容器等。另外，本發(fā)明的壓電元件示出良好的熱電特性，所以能夠優(yōu)選用作熱電元件。并且，本發(fā)明也能夠應用于以上述的電機為驅(qū)動源來利用的機器人等。

附圖標記說明：i…記錄裝置；ii…頭單元；s…記錄片材；1…記錄頭；2a、2b…墨盒；3…滑架；4…裝置主體；5…滑架軸；6…驅(qū)動電機；7…同步帶；8…輸送輥；10…流路形成基板(基板)；11…隔壁；12…壓力產(chǎn)生室；13…油墨供給路；14…連通路；15…連通部；20…噴嘴板；21…噴嘴開口；30…保護基板；32…歧管部；33…貫通孔；35…粘接劑；40…柔性基板；41…密封膜；42…固定板；43…開口部；50…振動板；51…彈性膜；52…絕緣體膜；53…掩模膜；56…粘著層；60…第一電極；70…壓電體層；74…壓電體膜；80…第二電極；90a、90b…引線電極；100…歧管；110…硅基板；130…保護基板用晶片；300…壓電元件。