JP2008218620A - 圧電体薄膜素子、圧電体薄膜素子の製造方法、インクジェットヘッド、およびインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体薄膜の圧電性能を向上し、電圧に対する圧電定数の依存性に優れた結晶構造とし、高性能で信頼性の高い圧電体薄膜素子の提供、そしてその製造方法の提供、更に圧電体薄膜素子の圧電性能を十分に発揮し、耐電圧性能や駆動信頼性に優れたインクジェットヘッドの提供、およびこのインクジェットを搭載した高画質なインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電体薄膜素子において、圧電体薄膜の結晶粒５０と、この結晶粒の間に形成された結晶粒界５１を含み、この結晶粒界５１と結晶粒５０の結晶配向を同一に構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気機械変換機能を呈する圧電体薄膜素子、圧電体薄膜素子の製造方法、インクジェットヘッド、およびインクジェット式記録装置に関する。

一般に、圧電体薄膜素子は、圧電体をその厚み方向に２つの電極で挟んでなる積層体を備えている。ここで、圧電体の材料は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する材料である。圧電体材料の代表的なものは、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）（以降、ＰＺＴと呼称する）や、このＰＺＴにマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。

特に、ペロブスカイト型結晶構造の正方晶系ＰＺＴの場合には＜００１＞軸方向（Ｃ軸方向）に、菱面体晶系ＰＺＴの場合には＜１１１＞軸方向に、大きな圧電変位が得られる。しかし、多くの圧電体材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であり、各結晶軸はあらゆる方向を向いている。このため、自発分極Ｐｓもあらゆる方向に配列しているが、圧電性を利用する圧電体薄膜素子の場合には、それらのベクトルの総和が、電界と平行方向になるように作られている。そして、この圧電体薄膜素子の１つの形態である圧電アクチュエータ（上記積層体に振動板を設ける）においては、両電極間に電圧を印加すると、その電圧の大きさに比例した機械的変位を有効に得ることができる。

圧電体薄膜素子に利用される圧電体薄膜はスパッタ法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ）や化学的気相成長法（ＣＶＤ）、ゾルゲル法等のスピンコート法等で形成され、従来の焼結体と比較して、圧電体薄膜の膜厚を精度良く、ばらつきが少なく形成できる。またフォトリソグラフィーやドライエッチング等による微細加工が適用できるため、素子の小型化、高密度化に有利である。また最近水熱合成法と呼ばれ、種結晶をアルカリ加熱水中で成長させる技術も提案されている。

この圧電体薄膜素子の圧電体薄膜は一般的に多結晶体からなり、その結晶構造は圧電体薄膜を成す複数の結晶粒と、この結晶粒間に存在する結晶粒界から構成され、これらを改良して圧電体特性を高めるための種々の試みが提案されている。特に圧電体薄膜の耐電圧特性の優劣の程度を決めるものとして、結晶粒内の例えば酸素欠損等の欠陥による影響と結晶粒径や結晶粒界の状態による影響が考えられており、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）等に、いくつかの知見と改良案が開示されている。

また圧電性能の向上についても種々の検討が行われ、その１つとして、例えば（非特許文献１）等には、ＭｇＯ等の単結晶基板上にＰｔ電極、ＰＺＴ薄膜をエピタキシャル成長により形成し、単結晶のＰＺＴ薄膜を形成する事が提案されている。

エピタキシャル成長により形成されたＰＺＴ薄膜は結晶粒界がないため、圧電体薄膜に電界を印加して分極させても、初めから分極軸方向が揃っているため、非常に良好な分極の履歴が得られ、これにより高い圧電特性とともに印加した電圧履歴に対しても高い追従性と再現特性を示す。

これに対して多結晶体で構成される圧電体薄膜では、構成される圧電体のドメイン（結晶粒）は電圧印加時に分極方向を電界方向に合わせるように移動する。例えば（特許文献４）には、その時に結晶粒と結晶粒の間に形成される結晶粒界が圧電体薄膜の残留歪や歪特性（変位特性）および耐電圧特性に対して大きな影響を与えることが開示されている。

更に（特許文献４）には、結晶粒界に異物が少ないか、ほとんどない場合は、圧電体薄膜のドメインの移動が少なく、ドメイン移動により結晶粒界の空隙発生を抑制することが示されている。しかしながら結晶粒界における配向は結晶粒と不連続であり、ＸＲＤ解析による結果でも、（１１０）等の本来目的としていないピークも観察されている。さらにＰｂＯ等の圧電特性を有さない、組成の化合物の析出が結晶粒界に存在する事が記載されている。
特開２０００−３０７１６３号公報 特開２００１−２３７４６８号公報 特開平１０−２１７４５８号公報 特開平１１−２１４７６３号公報 ＪＡＥ−ＨＹＵＮ ＪＯＯ，ＹＯＵ−ＪＩＮ ＬＥＥ，ＳＥＵＮＧ−ＫＩ ＪＯＯ，Ｆｅｌｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，１９９７，ｖｏｌ．１９６；ｐｐ．１−４

上述したように、圧電体薄膜の電圧歪特性（変位特性）は圧電体薄膜が多結晶体の場合、単結晶薄膜と比較して電圧の印加履歴に対してのリニアリティーが劣るという課題がある。電界強度が低い領域では印加電圧に対しての変位量が小さく、高電界の領域では相対的に変位量が大きくなる。圧電定数ｄ３１は変位量に対して比例関係にあるので、印加電圧に対して圧電定数が一定でないという問題がある。

これに対して単結晶薄膜の場合は電圧に対して変位量がほぼ１次の相関を示し、圧電定数は印加電圧に対して一定である。多結晶体の場合は圧電体薄膜の組成や、製造条件等により結晶粒の成長や結晶粒界の構成が変わるため、圧電特性も電圧に対して種々のパターンの依存性を示す。圧電定数ｄ３１の電圧に対する依存性が大きいと、例えば圧電体薄膜素子をインクジェットヘッドのアクチュエータとして用いた場合、変位量によって吐出させるインク滴の量をコントロールする場合に、正確な制御ができなくなる等の問題が生じる。

また多結晶体の他の課題として、電圧印加によって起るドメイン移動により、結晶粒界にクラックが生じたり、結晶粒界に析出した過剰なＰｂ等が電流のリークパスとなるなど、信頼性についても課題を抱えている。

これらの課題を解決するためには、圧電体薄膜を単結晶化する事が考えられるが、例えば単結晶基板であるＭｇＯ基板の大型化が困難で、大量生産においては大きな制約となり、採用は実質的に困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、圧電体薄膜の圧電性能を向上し、電圧に対する圧電定数の依存性に優れた結晶構造とし、高性能で信頼性の高い圧電体薄膜素子の提供、そしてその製造方法を提供することを目的とする。更に本発明は、圧電体薄膜素子の圧電性能を十分に発揮し、耐電圧性能や駆動信頼性に優れたインクジェットヘッド、およびこのインクジェットを搭載した高画質なインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の圧電体薄膜素子は、電極間に圧電体薄膜を設けた圧電体薄膜素子であって、圧電体薄膜は、結晶粒と、この結晶粒の間に形成された結晶粒界を含み、この結晶粒界と結晶粒の結晶配向を同一に構成したものである。

本発明による圧電体薄膜素子の構成によれば、圧電性能が向上するとともに、電圧に対する圧電定数の依存性が小さく、更に耐電圧性能に優れた圧電体薄膜素子を提供することが可能となる。

本発明の圧電体薄膜素子は、電極間に圧電体薄膜を設けた圧電体薄膜素子であって、圧電体薄膜は、結晶粒と、この結晶粒の間に形成された結晶粒界を含み、この結晶粒界と結晶粒の結晶配向を同一に構成したものである。

これによって電圧印加時のドメインの移動がスムーズに行え、良好な圧電特性を得ることができる。

また本発明は、圧電体薄膜を、結晶粒の結晶配向が（００１）単一配向の多結晶体で構成したものである。

これによって、電圧印加時のドメイン移動量が少なくてすみ、他のピークも存在しないため、良好な圧電特性を得ることができる。

また本発明は、結晶粒を、電極の一方の一端から略垂直方向に成長する柱状結晶としたものである。

これによって、圧電特性を発揮するのに良好な結晶構造とすることができる。

また本発明は、結晶粒の粒径を０．０２〜０．５μｍとし、更に結晶粒界の幅を１〜５ｎｍとしたものである。

これによって、結晶粒の配置が緻密であり、結晶粒界の幅が狭い範囲で制御されることにより、圧電性に優れた結晶構造を得ることができる。

また本発明は、圧電体薄膜の結晶配向ピーク強度を、圧電体薄膜と同一の膜厚を有する（００１）単一配向を有する単結晶薄膜の結晶配向ピーク強度と比較して、強度比で０．１５以上としたものである。

これによって、多結晶体である圧電体薄膜が、配向性に優れた結晶構造となり、単結晶圧電体薄膜に近い特性を得ることができる。

また本発明は、圧電体薄膜を構成する結晶粒の間に形成される結晶粒界を、少なくとも結晶粒の構成元素を含み、かつ圧電性を有する組成比としたものである。

これによって、結晶粒界に圧電性を阻害する異物の存在がなく、良好な圧電特性の発現と、耐電圧特性に優れた結晶構造とすることができる。

また本発明は、圧電体薄膜をＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含むペロブスカイト構造の酸化物で構成したものである。

これによって、優れた圧電特性を発揮する組成と結晶構造とすることができる。

また本発明は、Ｚｒの組成比を０．３＜Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜０．７としたものである。

これによって、圧電性が高い組成とすることができる。

また本発明は、Ｐｂの組成比を１＜Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜１．４としたものである。

これによって成膜時のＰｂ抜けによる結晶構造の劣化を防止でき、高い圧電特性を発揮することができる。

また本発明は、圧電体薄膜をスパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相成長法で形成したものである。

係る工法を採用することで、圧電体薄膜の結晶成長や膜厚を精度よく制御でき、圧電特性と耐電圧特性の優れた圧電体薄膜を形成することができる。

また本発明は、圧電体薄膜の圧電定数ｄ３１が印加電圧の履歴に対する変動範囲として、０≦１００×｛（ｄ３１（最大値）−ｄ３１（最小値））／（ｄ３１（最大値）＋ｄ３１（最小値））｝＜１０となるように圧電定数ｄ３１の範囲を設定したものである。

これによって、圧電特性の電圧に対する依存性が少なく、変位量の制御性がよく、再現性の高い圧電体薄膜素子を得ることができる。

本発明のインクジェットヘッドは、上述の圧電体薄膜素子のいずれかの電極側の面に設けられた振動板膜と、この振動板膜の圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、圧電体薄膜素子の圧電効果により振動板膜を膜厚方向に変位させて圧力室のインクを吐出させるように構成したものである。

これによって、制御性に優れた高い吐出性能を有するインクジェットヘッドを提供することができる。

また本発明は、電極のいずれかに積層されてなる振動板を備え、振動板の内部応力を圧縮応力としたものである。

これによって、圧電体薄膜素子の特性を十分に発揮し、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができる。

また本発明は、振動板の内部応力と、積層された圧電体薄膜素子の内部応力との総和が圧縮応力となるように、振動板の内部応力を設定したものである。

これによって、耐電圧特性に優れ、長期の駆動信頼性に優れたインクジェットヘッドを提供することができる。

本発明のインクジェット式記録装置は、上述のインクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、この相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から、圧力室に収容されたインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成したものである。

これによって、高性能で高い信頼性を有するインクジェット式記録装置を提供することができる。

本発明の圧電体薄膜素子の製造方法は、基板上に第１の電極層を形成する工程と、第１の電極層の上にスパッタ法を用いて圧電体薄膜層を形成する工程と、圧電体薄膜層の上に第２の電極層を形成する工程とを有し、圧電体薄膜層を形成する工程において、基板の温度を所定の結晶配向が得られるよう加熱しながら成膜を行うようにしたものである。

これによって成膜と同時に所定の結晶配向を有する圧電体薄膜が得られ、結晶粒と結晶粒界の組成を同一にすることが可能となる。

また本発明は、圧電体薄膜層をＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉで構成されるスパッタリングターゲットを用いて成膜し、このスパッタリングターゲットを、目標とする圧電体薄膜素子の組成と同一か、あるいはＺｒ，Ｔｉの比率は同じで、かつＰｂの過剰量が０〜０．４モルの範囲としたものである。

これによって成膜と同時に所定の結晶配向を有する圧電体薄膜が得られ、高い圧電特性を発揮することが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る圧電体薄膜素子を模式的に示す断面図である。

図１において１１は厚みが０．３ｍｍのφ４インチシリコン（Ｓｉ）ウエハからなる基板であり、この基板１１上には、厚みを例えば０．０２μｍとしたチタン（Ｔｉ）からなる密着層１２が形成されている。尚、基板１１は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や、金属基板、セラミックス基板等であってもよい。

密着層１２上には、厚みを例えば０．２２μｍとした白金（Ｐｔ）からなる第１の電極層１３が形成されている。

第１の電極層１３上には、厚みを例えば３．５μｍとする菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴからなる圧電体薄膜層１４が形成されている。この圧電体薄膜層１４は（００１）面に優先配向している。圧電体薄膜層１４の組成は、正方晶と菱面体晶との境界（モルフォトロピック相境界）付近の組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）である。尚、圧電体薄膜層１４におけるＺｒ／Ｔｉ組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７に限らず、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０であればよい。また、圧電体薄膜層１４の構成材料は、ＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌ等の添加物を含有したもの等のように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料であればよく、ＰＭＮやＰＺＮであってもよい。

また（１１１）面への優先配向であっても単一配向が得られれば良い。他の配向であっても圧電性が発現でき、配向が単一配向であれば同様の効果が得られる。また実施の形態１において、圧電体薄膜層１４は圧電性を発現しないＰｂＯ等のＰｂ化合物やＴｉＯ、ＺｒＯ₂等の構成元素からなる他の化合物のピークについては存在しない。

さらに、圧電体薄膜層１４の膜厚は、０．５〜１０．０μｍの範囲であればよい。好ましくは１．０〜５．０μｍがよく、この範囲とすることで圧電アクチュエータとして十分な変位量が得られる。

さて、圧電体薄膜の形成方法にはスパッタ法やレーザーアブレーション法、ＣＶＤ法などの真空中で膜を用いて形成する方法と、ゾルゲル法や水熱合成法、エアロゾルデポジション法等の真空を用いない方法が知られている。いずれの方法でも外部から圧電性を発現しない化合物等の異物の混入がなく、ＰＺＴ膜からなる圧電体薄膜層１４を構成する結晶粒５０（図４参照）が均一で緻密に配列し、結晶粒５０と結晶粒界５１（図４参照）の結晶配向が同一の単一配向ができる成膜条件や成膜環境が実現可能であればよい。

実施の形態１においてはスパッタ法を用いて成膜を行っているが、スパッタ法を用いることで、より好適に上述の「圧電性を発現しない化合物等の生成を排除」することが可能となる。このとき、作成したい圧電薄膜と同一組成、もしくはＺｒとＴｉの比率は同じでＰｂの過剰量が０〜０．４モルの範囲のＰＺＴ組成ターゲットを用いて成膜を行うことが特に有効である。

これは、スパッタ法においては成膜時に基板１１が高温になっているため、Ｐｂの蒸気圧が低いことからＰｂの再蒸発がおこり、Ｐｂが膜から抜けやすいためである。スパッタ圧や基板１１温度等の成膜条件の差によってもＰｂの再蒸発量は変化するが、作成するＰＺＴ膜のＰｂ量が理論値より少なくなると、配向性の劣化や圧電特性の低下を招くため、あらかじめ過剰なＰｂをターゲットに添加しておく必要がある。

さらに実施の形態１においてはスパッタリングを行う時に基板１１の温度を所定の結晶配向（例えば（００１）配向）が得られる温度で加熱しながら成膜を行い、成膜と同時に所定の結晶配向が得られる方法としている。

すなわち、実施の形態１のスパッタ法では、上述した組成の焼結体ターゲット（ＰＺＴ組成ターゲット）を用いて、プラズマ中のイオンをターゲットにぶつけることにより、ターゲットから出てきたＰＺＴの粒子（Ｐｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｏのイオンや原子など）を飛び出させ、所定の温度に加熱した基板１１上で反応させて、結晶性のＰＺＴ膜を成長させている。

これは水熱合成法やゾルゲル法で一般的に行われる、最初に前駆体等の結晶性の違う膜を形成し、その後仮焼成や本焼成を繰り返すような方法とは異なる。またあらかじめ種結晶により核を形成する方法ではなく、実施の形態１においては加熱された基板１１上にスパッタリングされた粒子が飛来し、基板１１の表面で凝集し核となり、核が成長して結晶粒となる。さらに結晶粒が成長して配向した膜となっている。飛来する粒子はＰＺＴを構成する原子やイオンにあたるため、すべて反応してＰＺＴ結晶となり、結晶粒５０の中に取り込まれる。このため、結晶粒界５１に異物や、結晶粒５０とは異なる配向の結晶は存在しない。このようなプロセスによって、結晶粒界５１の結晶配向と結晶粒５０の結晶配向が同一になる。

一般的にＰＶＤやＣＶＤといった気相成長法においてはメカニズム的に類似性が高く、成膜条件の設定によって、同一の特性を持った膜を形成するのに適している。これに対してゾルゲル法や水熱合成法といった成膜法では真空中で成膜するのと異なり、プロセス中の外部からの異物の混入を防ぐ必要があり、出発原料の純度管理も課題となる。また結晶化を段階的に行うため、一部が完全に結晶化されなかったり、結晶粒界５１にＰｂＯ等の圧電性を阻害する組成が析出する場合がある。これらは成膜環境の管理や成膜条件によって制御する事は困難で、成膜の再現性の問題もあり、気相成長法を用いることがより好適である。

圧電体薄膜層１４の上には、厚みを例えば０．２μｍとするＰｔで構成される第２の電極層１６が形成されている。尚、第２の電極層１６を構成する材料はＰｔに限らず、導電性材料であればよく、膜厚は０．１〜０．５μｍの範囲であればよい。

圧電体薄膜素子１５は第１の電極層１３と第２の電極層１６に挟まれた圧電体薄膜層１４からなり、両電極に電圧を印加して圧電歪み特性である変位特性を得ることができる。

なお、この圧電体薄膜素子１５の成膜法は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相成長法が好ましいが、ゾルゲル法、最近着目されている水熱合成法などであってもよい。

密着層１２は、基板１１と第１の電極層１３との密着性を高めるためのものであって、Ｔｉに限らず、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれらの化合物で構成してもよい。また、密着層１２の膜厚は０．００５〜１．０μｍの範囲であればよい。この密着層１２は、基板１１と第１の電極層１３との密着性を確保できるのであれば、必ずしも必要なものではない。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１について図１を用いて更に詳細に説明する。

実施例１では、Ｓｉで構成された基板１１上に、密着層１２、第１の電極層１３、圧電体薄膜層１４、および第２の電極層１６をスパッタ法により順次成膜する例について詳細に説明する。

密着層１２は、Ｔｉターゲットを用いて、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を印加し、１Ｐａのアルゴンガス中で、１分間形成することにより得られる。

第１の電極層１３は、Ｐｔターゲットを用い、基板１１を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で７分間形成することにより得られる。このような条件において、第１の電極層１３の膜厚は０．１μｍとなり、第１の電極層１３を構成するＰｔは（１１１）面に配向する。この第１の電極層１３は、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよく、膜厚は０．０５〜２．０μｍの範囲であればよい。

圧電体薄膜層１４は、多元スパッタ装置を用いて作製した。

ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７、Ｐｂが２０モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。まず初めに基板１１をヒーター加熱により基板温度６００℃にした後、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９．５：０．５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの成膜条件で１７０分間の成膜時間で膜を堆積する。

さらに第２の電極層１６は、Ｐｔターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１４分間形成することにより得られる。

図２は、本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＳＥＭ断面写真を示す図である。

図２は、実施例１によって得られた、第２の電極層１６を形成する前の第１の電極層１３であるＰｔ上に形成した圧電体薄膜のＳＥＭ断面を観察したものである。

図３は、本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＳＥＭ表面写真を示す図である。

これらの図面によって、圧電体薄膜層１４を構成するＰＺＴは多結晶体からなり、第１の電極層１３から膜厚方向に柱状に成長した柱状結晶が略垂直方向に連続的に形成されていることが分かる。

次に、実施例１で作成した圧電体薄膜層１４を詳細に観察するため、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行った。

図４は、本発明の実施例１係る圧電体薄膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行ったＴＥＭ観察像を示す図である。

図４によれば結晶粒径が０．０２μｍ〜０．５μｍの結晶粒５０が互いに隣接して形成され、それぞれの結晶粒５０の間には結晶粒界５１が形成されている。結晶粒５０は緻密に配置され、２つの結晶粒５０の間に存在する結晶粒界５１の幅はほぼ均一である。この結晶粒界５１の幅は１ｎｍ〜５ｎｍの範囲であり、空隙等は観察されない。

図５乃至図７に、結晶粒５０と結晶粒界５１の組成を分析した結果を示す。

図５は、本発明の実施例１に係る圧電体薄膜の結晶粒５０と結晶粒界５１の組成分析を行った測定ポイントを示すＴＥＭ観察像を示す図である。

実施例１ではポイント１〜３の３ヶ所の組成分析を行った。

ポイント１は結晶粒界５１から５０ｎｍ離れたポイント、ポイント２は約２ｎｍの結晶粒界５１において、これと接する結晶粒５０からほぼ等距離にある結晶粒界５１内のポイント、ポイント３は結晶粒界５１から約５ｎｍ離れた結晶粒５０内のポイントである。元素分析を行う測定ビーム径は約０．５ｎｍであり、結晶粒界５１の組成についても十分な分解能があり、組成比の分析が可能である。

図６は、本発明の実施例１に係る圧電体薄膜の元素分析の結果を示すグラフである。

図６に示すように、上述の各ポイントともほぼ同じピークプロファイルを示し、異物である他の元素のプロファイルは観察されなかった。

（表１）はＰＺＴの組成であるＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉのそれぞれの原子百分率をポイント毎に算出した結果である。

多結晶体の圧電体薄膜素子１５では結晶粒５０が圧電性能を発現し、その組成も圧電特性を最大限に発揮するように作成される。一方、結晶粒界５１は従来では構成元素以外の組成や特定の元素が多く存在していたため、圧電体薄膜素子１５全体としての圧電特性を阻害する要因となっていた。

例えばＰＺＴにおいては、融点の低いＰｂの化合物であるＰｂＯが析出する事が報告されており、これにより結晶粒界５１の結晶性が不連続で残留歪の増大や信頼性に影響を及ぼす事がわかっている。

今回作成した圧電体薄膜素子１５では、圧電体薄膜層１４における結晶粒界５１の組成は、圧電特性に関係する元素について結晶粒５０の組成とほぼ同じであり、測定の誤差を勘案しても圧電性を有する組成比を有しており、圧電体薄膜素子１５全体の圧電特性を阻害しない。

更に、実施例１で得られたＰＺＴからなる圧電体薄膜層１４の組成比を詳細に分析した結果を（表２）に示す。

（表２）によれば、実施例１の圧電体薄膜にはＰｂが過剰に含まれていることが分かる。これに（表１）および図６に示した結果を総合すると、圧電体薄膜層１４を構成する結晶粒５０および結晶粒界５１には、いずれもＰｂが過剰に含まれていると判断できる。

このＰｂの過剰量はＺｒやＴｉの含まれるＢサイトのモル比と比較して、１．０＜Ｐｂ（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜１．４の範囲の値が好ましい。

Ｐｂが１．０より小さくなり、Ｐｂが欠乏状態となると、結晶性が劣化する。またＰｂの過剰量が１．４を超える場合、結晶粒界５１にＰｂＯ等の形で析出し、電圧印加時に電流リークのパスとして働き、耐電圧特性が著しく劣化する。

またＺｒとＴｉの比は、０．３＜Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜０．７の範囲で圧電性が良好である。

実施例１による圧電体薄膜は結晶粒界５１の組成が結晶粒５０とほぼ同じであり、組成分析でも各測定ポイントでばらつきのない均一な組成分布となっている。

また実施例１で得られた圧電体薄膜の配向を測定するため、ＸＲＤ分析を行った。ＸＲＤ分析はリガク社製ＲＩＮＴ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩによりθ−２θ法で行った。

図７は、本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＸＲＤ分析結果を示すグラフである。

図７に示すように、圧電体薄膜であるＰＺＴの配向面に関しては（００１）ピーク以外、たとえば（１１１）や（１０１）等の他のピークは観察されず、またＰＺＴ（００１）ピーク強度比で有意性のある他の微小ピークについても観察されていない。

観察した圧電体薄膜の領域の一部にパイロクロア相や構成元素の他の配向ピークもなく、結晶粒５０、結晶粒界５１ともに結晶配向が同一の（００１）単一配向である多結晶体圧電体薄膜となっている。また今回作成した圧電体薄膜の配向性を評価するのに、ＸＲＤ分析でのピーク強度を調べるために、５ヶ所のポイントで測定を行った。比較のため、ＭｇＯ基板上にエピタキシャル成長で形成したＰｔ、ＰＺＴ薄膜を形成した単結晶薄膜とのピーク強度を測定した。エピタキシャルＰＺＴの膜厚は多結晶体薄膜と同じであり、配向も（００１）単一配向で、他のピークは観察されなかった。

（表３）にＸＲＤ解析の測定条件を揃えて、エピタキシャル成長させた圧電体薄膜と、実施例１の圧電体薄膜の（００１）配向のピーク強度を測定した結果を示す。

エピタキシャル成長させた圧電体薄膜は単結晶薄膜であり、配向性は格段に優れ、非常に高いピーク強度を示す。

これまで、エピタキシャル成長で作成した薄膜（単結晶膜）に対して、従来の多結晶薄膜では少なくとも２桁程度のピーク強度比の差があったが、（表３）に示すように、実施例１で作成した圧電体薄膜（多結晶）では結晶配向性が非常に良好で、強度比で単結晶膜の０．１５以上が得られている。これにより、圧電特性や電気的な特性についても単結晶に近い特性が得られることが考えられる。具体的には、印加電圧に対するドメインの追従性が優れ、印加電圧に対する圧電特性の履歴のリニアリティーが向上する。

次に、実施例１で作成した圧電体薄膜の圧電特性を評価するために、第２の電極層１６を形成する前の状態のものを用いて、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１０個作製し、その後０．２μｍ厚の第２の電極層１６をスパッタ法により形成して、圧電定数ｄ３１の測定を行った（圧電定数ｄ３１の測定方法については、例えば特開２００１−０２１０５２号公報に記載されている）。

従来の多結晶体では結晶粒界５１の配向や異物がドメインの移動を阻害していたため、低電圧での圧電定数は低く、高電圧での圧電定数は大きくなっていた。圧電体薄膜の材料組成や作成条件にもよるが、電圧に対して３０％程度の圧電定数ｄ３１の変動を持つ物もあり、電圧依存性が大きい圧電体薄膜ではさらに繰り返し電圧履歴を加えたときの再現性も乏しかった。実施例１の電圧に対する圧電定数の電圧依存性を比較するために、（数１）の値を算出した。

１００×｛（ｄ３１（最大値）−ｄ３１（最小値））／（ｄ３１（最大値）＋ｄ３１（最小値））｝ ・・・（数１）
（表４）に、実施例１で製作した圧電体薄膜の電圧に対する圧電定数ｄ３１の測定値と、電圧依存性の算出結果を示す。

実施例１により作成した圧電体薄膜は電圧に対する圧電定数ｄ３１の依存性が小さく、また電圧履歴による再現性にも優れていた。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの全体構成を示す構成図である。

図９は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの要部の構成を示す要部構成図である。

以降、図８、図９を用いて実施の形態２に係るインクジェットヘッドの構成について説明する。

図８及び図９において、Ａは圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室開口部１０１が形成されている。Ｂは圧力室開口部１０１の上端開口を覆うように配置されたアクチュエータ部であり、Ｃは圧力室開口部１０１の下端開口を覆うように配置されたインク流路部材である。圧力室部材Ａの圧力室開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置するアクチュエータ部Ｂ及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２を構成している。

アクチュエータ部Ｂは、各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２及び第１の電極層１０３は、図８に示すように千鳥状に多数配列されている。

インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。

Ｄはノズル板であって、このノズル板Ｄには、インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップから各個別電極１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。

図１０は、本発明の実施の形態２におけるアクチュエータ部Ｂの構成を示す構成図である。

図１０は、図８に示したインク供給方向とは直交する方向の断面を示している。

以降、アクチュエータ部Ｂの構成を図１０に基づいて説明する。

図１０には、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａが模式的に描かれている。

このアクチュエータ部Ｂは、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層１０３と、この各第１の電極層１０３上（図１０では下側）に設けられた配向制御層１０４と、この配向制御層１０４上（同下側）に設けられた圧電体薄膜層１１０と、この圧電体薄膜層１１０上（同下側）に設けられ、全圧電体薄膜層１１０に共通となる第２の電極層１１２（共通電極）と、この第２の電極層１１２上（同下側）に設けられ、圧電体薄膜層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動板１１１と、この振動板１１１上（同下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層１１３（縦壁）とを有しており、第１の電極層１０３、圧電体薄膜層１１０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電体薄膜素子を構成することになる。

また、振動板１１１は、この圧電体薄膜素子の第２の電極層１１２側の面に設けられ、内部応力が圧縮応力になるように形成されている。振動板１１１の圧縮応力は他の構成材料、特に圧電体薄膜層１１０にクラック等の影響を及ぼさないように所定の値に設定される。

また、振動板１１１の圧縮応力は、好ましくは振動板１１１の上に形成される圧電体薄膜層１１０で構成される圧電体薄膜素子の内部応力と振動板１１１の内部応力の総和が圧縮応力となるように設定される。圧電体薄膜素子の内部応力が引っ張り応力の場合は、振動板１１１の圧縮応力を強くして、２つ層の応力の総和が圧縮になるようにする。また圧電体薄膜素子の内部応力が圧縮応力の場合は、振動板１１１の内部応力は０もしくは弱い圧縮応力にする事が好ましい。

振動板１１１の内部応力を圧縮応力とすることで、電圧印加時の機械的な収縮による、引き剥がしの力に対して強くなり、剥離やクラック等を防ぐことが可能である。

また圧電体薄膜素子と振動板１１１の内部応力の総和が圧縮応力となることで、各層の密着性が向上するなど、さらに信頼性の向上に対する効果が期待できる。

尚、図１０中、１１４は圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動板１１１に付着しないで振動板１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動板１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。このようにアクチュエータ部Ｂの振動板１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動板１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。

第１の電極層１０３、圧電体薄膜層１１０及び第２の電極層１１２の各構成材料は、実施の形態１で説明した第１の電極層１３、圧電体薄膜層１４及び第２の電極層１６（いずれも図１参照）とそれぞれ同様である（構成元素の含有量が異なるものもある）。また振動板１１１はＣｕやＣｒ、Ｔｉの金属薄膜や酸化ジルコニウム等の酸化物セラミックなどで構成されている。

以降、図８のＩＣチップＥを除くインクジェットヘッド、つまり図９に示す圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄよりなるインクジェットヘッドの製造方法を図１１乃至図１５に基づいて説明する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、積層工程、圧力室用開口部１０１の形成工程及び接着剤１１４の付着工程を示す説明図である。

図１１（ａ）に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、第１の電極層１０３、圧電体薄膜層１１０、第２の電極層１１２、振動板１１１、中間層１１３をスパッタ法により成膜して、積層する。尚、密着層１２１は、実施の形態１で説明した密着層１２（図１参照）と同等のものであって、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために基板１２０と第１の電極層１０３との間に形成する（両者の密着性が十分に確保できる場合、必ずしも密着層１２１を形成する必要はない）。この密着層１２１は、後述の如く、ヘッド構成上不要な部分は、基板１２０と同様に除去される。また、振動板１１１の材料にはＣｒを、中間層１１３にはＴｉをそれぞれ使用する。

基板１２０には、１８ｍｍ角に切断したＳｉ基板を用いる。この基板１２０は、Ｓｉに限るものではなく、ガラス基板や金属基板、セラミックス基板であってもよい。また、基板サイズも１８ｍｍ角に限るものではなく、Ｓｉ基板であれば、φ２〜１０インチのウエハであってもよい。

密着層１２１から順次形成される圧電体素子は実施の形態１で示した工程と同様に形成される。

振動板１１１は、Ｃｒターゲットを用いて、室温において０．３Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で１５０分間形成することにより得られる。この振動板１１１の膜厚は３μｍとなる。振動板１１１の内部応力はスパッタの成膜条件によって調整される。内部応力が圧縮かどうかは成膜時にダミー基板としてＳｉ基板を一緒に成膜し、成膜後に取り出してから基板の反り量を測定することで確認できる。成膜前にダミーのＳｉ基板の反り量をあらかじめ測定しておき、成膜後に膜の形成面を上にして、凸の反り量が圧縮側の応力となるので、測定前の反り量を差し引いて、凸側の反り量が得られれば圧縮応力となる。

内部応力は反り量から算出可能なので、成膜条件により内部応力を調整する。一般的にスパッタ法ではＡｒの打ち込みエネルギーが大きいほど圧縮応力が得られやすいので、ガス圧や投入パワーのパラメータを調整して圧縮応力を調整する。圧電体素子と振動板１１１との内部応力の総和は同様の方法により算出する。

最初の基板１２０の反り量と振動板１１１までを積層して形成した後の反り量からトータルの内部応力を見積もることが可能である。一般的に圧電体薄膜の内部応力は高温プロセスを経るため、調整が困難で、振動板１１１の応力により内部応力を圧縮応力とする。この振動板１１１の材料は、Ｃｒに限らず、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン又はこれらの酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）等であってもよい。また、振動板１１１の膜厚は０．５〜１０μｍであればよい。

中間層１１３は、Ｔｉターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中２００Ｗの高周波電力で５時間形成することにより得られる。実施の形態２においては、この中間層１１３の膜厚は５μｍとした。この中間層１１３の材料は、Ｔｉに限らず、Ｃｒ等の導電性金属であればよい。また、中間層１１３の膜厚は３〜１０μｍであればよい。

図１６は、本発明の実施の形態２において、インクジェットヘッドの製造に使用されるシリコン基板１３０を示す平面図である。

以降、図１１（ｂ）に図１６を併用して説明を続ける。

上述のように各層を成膜した後、図１１（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａを形成する。この圧力室部材Ａは、Ｓｉで構成された基板１２０よりも大きいサイズ、例えば４インチウエハのシリコン基板１３０（図１６参照）を使用して形成される。

具体的には、先ず、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に対して複数の圧力室用開口部１０１をパターンニングする。このパターンニングは、図１１（ｂ）から判るように、４つの圧力室用開口部１０１を１組として、各組を区画する区画壁１０２ｂは、各組内の圧力室用開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの幅の２倍（厚幅）に設定される。その後、上記パターンニングされたシリコン基板１３０をケミカルエッチング又はドライエッチング等で加工して、各組で４個の圧力室用開口部１０１を形成し、圧力室部材Ａを得る。

その後、上述したＳｉ成膜後の基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを樹脂からなる接着剤１１４を用いて接着する。この接着剤１１４の形成は電着による。

すなわち、先ず、図１１（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａ側の接着面として、圧力室の区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に接着剤１１４を電着により付着させる。具体的には、図示しないが、区画壁１０２ａ、１０２ｂの上面に、下地電極膜として、光が透過する程度に薄い数百ÅのＮｉ薄膜をスパッタ法により形成し、その後、このＮｉ薄膜上に、パターニングされた接着剤１１４を形成する。この際、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。Ｎｉ薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設定するのは、シリコン基板１３０（圧力室部材用）に接着剤（接着樹脂）１１４が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。

電着条件は、実験によると、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒が好適であり、この条件下で約３〜１０μｍのアクリル樹脂を、シリコン基板１３０（圧力室部材用）のＮｉ薄膜上に電着樹脂形成する。

図１２は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、成膜後の基板１２０と圧力室部材Ａとの接着工程、及び縦壁の形成工程を示す説明図である。

次に、図１２（ａ）に示すように、Ｓｉが成膜された基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを、電着された接着剤１１４を用いて接着する。この接着は、基板１２０（成膜用）に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。また、Ｓｉが成膜された基板１２０（成膜用）は１８ｍｍのサイズであり、圧力室部材Ａを形成するシリコン基板１３０は４インチサイズと大きいため、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、複数（例えば図１６に示すシリコン基板では１４個）の基板１２０（成膜用）を１個の圧力室部材Ａ（シリコン基板１３０）に貼り付ける。この貼り付けは、図１２（ｂ）に示すように、各基板１２０（成膜用）の中心が圧力室部材Ａの厚幅の区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置付けられた状態で行われる。

この貼り付け後、圧力室部材Ａを基板１２０（成膜用）側に押圧、密着させて、両者の接着圧を高くする。さらに、接着した基板１２０（成膜用）及び圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温して、接着剤１１４を完全に硬化させる。続いて、プラズマ処理を行って、接着剤１１４のうち、はみ出した断片を除去する。

尚、図１２（ａ）では、成膜後の基板１２０（成膜用）と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室用開口部１０１を形成しない段階のシリコン基板１３０（圧力室部材用）をＳｉ成膜後の基板１２０（成膜用）と接着してもよい。

その後は、図１２（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ、１０２ｂをマスクとして中間層１１３をエッチングして所定形状に仕上げる（上記各区画壁１０２ａ、１０２ｂに連続する形状（縦壁）とする）。

図１３は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、基板１２０（成膜用）及び密着層１２１の除去工程、及び第１の電極層１０３の個別化工程を示す説明図である。

次いで、図１３（ａ）に示すように、基板１２０（成膜用）及び密着層１２１をエッチングにより除去する。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３について、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、圧力室１０２毎に個別化する。

図１４は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、圧電体薄膜層１１０の個別化工程、及びシリコン基板１３０（圧力室部材用）の切断工程を示す説明図である。

次いで、図１４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、圧電体薄膜層１１０をエッチングして、第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。これらエッチング後の第１の電極層１０３、圧電体薄膜層１１０は、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３及び圧電体薄膜層１１０の幅方向の中心が、対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。このように第１の電極層１０３及び圧電体薄膜層１１０を圧力室１０２毎に個別化した後、図１４（ｂ）に示すように、シリコン基板１３０（圧力室部材用）を各厚幅の区画壁１０２ｂの部分で切断して、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固着されたアクチュエータ部Ｂとが４組完成する。

図１５は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、インク流路部材Ｃ、及びノズル板Ｄの生成工程、インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとの接着工程、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとの接着工程、及び完成したインクジェットヘッドを示す説明図である。

続いて、図１５（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、図１５（ｂ）に示すように、インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。

その後、図１５（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行って、この両者を接着剤（図示せず）により接着する。

以上により、図１５（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを持つインクジェットヘッドが完成する。

（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３に係るインクジェット式記録装置２７の構成を示す構成図である。

このインクジェット式記録装置２７は、実施の形態２で詳細に説明したものと同様のインクジェットヘッド２８を備えている。このインクジェットヘッド２８において圧力室（実施の形態２で説明した圧力室１０２）に連通するように設けたノズル孔（実施の形態２で説明したノズル孔１０８）から圧力室内１０２のインクを記録媒体２９（記録紙等）に吐出させて記録を行うように構成されている。

インクジェットヘッド２８は、図１７に示す主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載されていて、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。このことで、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。

また、このインクジェット式記録装置２７は、記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。このことで、複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。尚、図１０中、Ｚは上下方向（主走査方向Ｘ、副走査方向Ｙのいずれとも直交する方向）である。

そして、インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１により主走査方向Ｘに移動しているときに、インクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、ローラ３２により記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行う。

以上説明したように、本発明の圧電体薄膜素子は、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に最適である。

また、これ以外にも、薄膜コンデンサー、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュエータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、角速度サンセー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。

特に、ディスク装置（コンピュータの記憶装置等として用いられるもの）における回転駆動されるディスクに対して情報の記録又は再生を行うヘッドが基板上に設けられたヘッド支持機構において、基板上に設けた圧電体薄膜素子によって、基板を変形させてヘッドを変位させるディスク装置用圧電体薄膜アクチュエータ（例えば特開２００１−３３２０４１号公報参照）に好適に用いることができる。

本発明の実施の形態１に係る圧電体薄膜素子を模式的に示す断面図 本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＳＥＭ断面写真を示す図 本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＳＥＭ表面写真を示す図 本発明の実施例１係る圧電体薄膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行ったＴＥＭ観察像を示す図 本発明の実施例１に係る圧電体薄膜の結晶粒と結晶粒界の組成分析を行った測定ポイントを示すＴＥＭ観察像を示す図 本発明の実施例１に係る圧電体薄膜の元素分析の結果を示すグラフ 本発明の実施例１に係る圧電体薄膜のＸＲＤ分析結果を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの全体構成を示す構成図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの要部の構成を示す要部構成図 本発明の実施の形態２におけるアクチュエータ部の構成を示す構成図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付着工程を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、成膜後の基板と圧力室部材との接着工程、及び縦壁の形成工程を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、基板（成膜用）及び密着層の除去工程、及び第１の電極層の個別化工程を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、圧電体薄膜層の個別化工程、及びシリコン基板（圧力室部材用）の切断工程を示す説明図 本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの製造方法において、インク流路部材、及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程、及び完成したインクジェットヘッドを示す説明図 本発明の実施の形態２において、インクジェットヘッドの製造に使用されるシリコン基板を示す平面図 本発明の実施の形態３に係るインクジェット式記録装置の構成を示す構成図

符号の説明

１１ 基板
１２ 密着層
１３ 第１の電極層
１４ 圧電体薄膜層
１５ 圧電体薄膜素子
１６ 第２の電極層
２７ インクジェット式記録装置
２８ インクジェットヘッド
２９ 記録媒体
３０ キャリッジ軸
３１ キャリッジ（相対移動手段）
３２ ローラ
１０１ 圧力室開口部
１０２ 圧力室
１０２ａ 区画壁
１０２ｂ 区画壁
１０３ 第１の電極層（個別電極）
１０４ 配向制御層
１０５ 共通液室
１０６ 供給口
１０７ インク流路
１０８ ノズル孔
１０９ 接着剤
１１０ 圧電体薄膜層
１１１ 振動板
１１２ 第２の電極層（共通電極）
１１３ 中間層（縦壁）
１１４ 接着剤
１２０ 基板
１２１ 密着層
１３０ シリコン基板
Ａ 圧力室部材
Ｂ アクチュエータ部
Ｃ インク流路部材
Ｄ ノズル板
Ｅ ＩＣチップ

Claims (17)

1. 電極間に圧電体薄膜を設けた圧電体薄膜素子であって、
   前記圧電体薄膜は、
   結晶粒と、
   この結晶粒の間に形成された結晶粒界を含み、
   この結晶粒界と前記結晶粒の結晶配向を同一に構成した圧電体薄膜素子。
2. 請求項１記載の圧電体薄膜素子であって、
   前記圧電体薄膜を、前記結晶粒の結晶配向が（００１）単一配向の多結晶体で構成した圧電体薄膜素子。
3. 請求項１記載の圧電体薄膜素子であって、
   前記結晶粒を、前記電極の一方の一端から略垂直方向に成長する柱状結晶とした圧電体薄膜素子。
4. 請求項１記載の圧電体薄膜素子であって、
   前記結晶粒の粒径を０．０２〜０．５μｍとし、
   前記結晶粒界の幅を１〜５ｎｍとした圧電体薄膜素子。
5. 請求項１記載の圧電体薄膜素子であって、
   前記圧電体薄膜の結晶配向ピーク強度を、前記圧電体薄膜と同一の膜厚を有する（００１）単一配向を有する単結晶薄膜の結晶配向ピーク強度と比較して、強度比で０．１５以上とした圧電体薄膜素子。
6. 電極間に圧電体薄膜を設けた圧電体薄膜素子であって、
   前記圧電体薄膜を構成する結晶粒の間に形成される結晶粒界を、
   少なくとも前記結晶粒の構成元素を含み、かつ圧電性を有する組成比とした圧電体薄膜素子。
7. 請求項６記載の圧電体薄膜素子であって、
   前記圧電体薄膜をＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含むペロブスカイト構造の酸化物で構成した圧電体薄膜素子。
8. 請求項７記載の圧電体薄膜素子であって、
   Ｚｒの組成比を０．３＜Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜０．７とした圧電体薄膜素子。
9. 請求項７記載の圧電体薄膜素子であって、
   Ｐｂの組成比を１＜Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＜１．４とした圧電体薄膜素子。
10. 請求項１または６記載の圧電体薄膜素子であって、
    前記圧電体薄膜をスパッタ法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の気相成長法で形成した圧電体薄膜素子。
11. 請求項１乃至１０いずれか１項記載の圧電体薄膜素子であって、
    圧電体薄膜素子を構成する圧電体薄膜の圧電定数ｄ３１が、印加電圧の履歴に対する変動範囲として、
    ０≦１００×｛（ｄ３１（最大値）−ｄ３１（最小値））／（ｄ３１（最大値）＋ｄ３１（最小値））｝＜１０
    となるように圧電定数ｄ３１の範囲を設定した圧電体薄膜素子。
12. 請求項１〜１１いずれか１項記載の圧電体薄膜素子と、
    この圧電体薄膜素子のいずれかの前記電極側の面に設けられた振動板膜と、
    この振動板膜の圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、
    前記圧電体薄膜素子の圧電効果により前記振動板膜を膜厚方向に変位させて前記圧力室のインクを吐出させるように構成したインクジェットヘッド
13. 請求項１２記載のインクジェットヘッドであって、
    前記電極のいずれかに積層されてなる振動板を備え、前記振動板の内部応力を圧縮応力としたインクジェットヘッド。
14. 請求項１２記載のインクジェットヘッドであって、
    前記振動板の内部応力と、積層された前記圧電体薄膜素子の内部応力との総和が圧縮応力となるように、前記振動板の内部応力を設定したインクジェットヘッド。
15. 請求項１１乃至１４いずれか１項記載のインクジェットヘッドと、
    このインクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、
    この相対移動手段により前記インクジェットヘッドが前記記録媒体に対して相対移動しているときに、
    前記インクジェットヘッドにおいて前記圧力室に連通するように設けたノズル孔から、前記圧力室に収容されたインクを前記記録媒体に吐出させて記録を行うように構成したインクジェット式記録装置。
16. 基板上に第１の電極層を形成する工程と、
    第１の電極層の上にスパッタ法を用いて圧電体薄膜層を形成する工程と、
    圧電体薄膜層の上に第２の電極層を形成する工程と、
    を有し、
    前記圧電体薄膜層を形成する工程において、前記基板の温度を所定の結晶配向が得られるよう加熱しながら成膜を行う圧電体薄膜素子の製造方法。
17. 請求項１６記載の圧電体薄膜素子の製造方法であって、
    前記圧電体薄膜層をＰｂ，Ｚｒ，Ｔｉで構成されるスパッタリングターゲットを用いて成膜し、
    このスパッタリングターゲットを、目標とする圧電体薄膜素子の組成と同一か、あるいはＺｒ，Ｔｉの比率は同じで、かつＰｂの過剰量が０〜０．４モルの範囲とした圧電体薄膜素子の製造方法。

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