[发明专利]压电元件及使用了该压电元件的液体喷出装置

说明书

技术领域

本发明涉及压电元件及使用了该压电元件的液体喷出装置，通过使用 等离子体的气相成长法，在基板上经由电极成膜压电膜。

背景技术

具备随着电场施加强度的增减而伸缩的具有压电性的压电膜、和对压 电膜施加电场的电极的压电元件作为搭载在喷墨式记录头的促动器等而 使用。目前，要求各种电子部件小型化、高性能化，即使在喷墨式记录头 中，为了更高画质化，也要将压电元件小型化且可高密度地安装。

在压电元件的小型化方面，由于加工精度的关系，用于压电元件的压 电膜优选为膜厚尽可能地薄且压电性良好的压电膜。但是，在利用现有的 烧结法获得的压电膜中，随着膜厚变薄，膜厚接近构成压电膜的晶粒的大 小，因此，不能无视由晶粒的大小及形状对压电性能的影响，易引起性能 的波动及劣化，难以获得足够的性能。为了回避这种晶粒的影响，作为代 替烧结法的薄膜形成技术，正在研究通过溅射法及PVD(物理蒸镀法)等 气相成长法将压电膜薄型化。

但是，即使在气相成长法的压电膜的薄膜化方面，由于晶粒场及结晶 取向性的问题，与大块烧结体相比，压电性能的波动大，难以获得具有足 够的压电性能的压电膜，因此，尝试结晶结构的合适化等。

在专利文献1中公开有如下构成的压电元件：构成含铅压电膜的晶粒 的过半数晶粒具有柱状结构、且膜厚方向的构成元素的组成连续或阶段性 地变化。

在专利文献2中公开有如下的压电元件：将压电膜作成双层结构的压 电体层叠膜，将压电体层叠膜的下层作成密合性与下部电极良好的取向控 制层。

专利文献1：(日本)特许第3705089号公报

专利文献2：(日本)特开2005-203725号公报

在专利文献1的压电元件中记载有具有良好的压电特性且可小型化， 但是，为了使压电膜的组成沿膜厚方向变化而进行精密的施加电压的控制 等成膜工艺复杂。

另外，记载有专利文献2的压电元件通过设置密合性高的取向控制层 而具有大的压电特性和高的耐久性，但是，为将压电膜作成双层结构而需 要根据各压电膜变更靶组成及成膜条件，从而工艺复杂。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而开发的，其目的在于提供一种通过使用等离 子体的气相成长法而在基板上经由电极将压电膜成膜的压电元件，该压电 元件其具有良好的压电特性且可通过简易的工艺进行制造。

本发明提供一种压电元件，通过使用等离子体的气相成长法在基板上 经由电极将压电膜进行成膜，其特征在于，压电膜为由下述通式表示的一 种或多种钙钛矿型氧化物(也可以含有不可避免的杂质)，由向相对于基 板面为非平行方向延伸的多个柱状结晶体构成的柱状构造膜构成，在柱状 构造膜的表面被观测的多个柱状结晶体的端面的最小的外接圆的直径具 有横跨100nm以下500nm以上分布的大小，且该外接圆的直径为含有 100nm以下的直径20％以上、500nm以上的直径5％以上，柱状构造膜的 算术平均表面粗糙度Ra为10nm以下，

Pb(Ti_x、Zr_y、M_z)O₃

(上述式中，M为选择由Sn、Nb、Ta、Mo、W、Ir、Os、Pd、Pt、 Re、Mn、Co、Ni、V、及Fe构成的组中的至少一种金属元素，0＜x＜1， 0＜y＜1，0≤z＜1，x+y+z＝1。)

上述式中，Pb为A侧元素，Ti、Zr、M为B侧元素。在本说明书中， A侧元素即Pb和氧原子的摩尔比、及B侧元素和氧元素的摩尔比基本上 为1∶3，但在获取钙钛矿结构的范围内，也可以偏离1∶3。对于由多种 元素构成的B侧而言，以氧原子摩尔数为3时的各B侧元素的摩尔数的和 即x+y+z以1为标准，但在获取钙钛矿结构的范围内，也可以偏离1。

优选所述气相成长法在成膜温度不足550℃的条件下进行成膜，另外， 优选在成膜时的等离子体中的等离子体电位Vs(V)和漂移电位Vf(V) 之差即Vs-Vf(V)为以10eV～30eV的条件成膜的方法。

在本说明书中，“成膜温度”是指进行成膜的基板的中心温度。

另外，优选的是，所述气相成长法为溅射法、离子束溅射法、离子喷 镀法、及等离子体CVD法中的任一方法。

在本发明的压电元件中，所述柱状构造膜的膜厚优选1μm以上。