專利名稱：壓電元件及其制法、噴墨頭、噴墨式記錄裝置和角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電元件及其制造方法、以及具備該壓電元件的噴墨頭、噴墨式記錄裝置及角速度傳感器。
背景技術(shù)：
壓電材料是將機(jī)械能變換為電能、或?qū)㈦娔茏儞Q為機(jī)械能的材料。作為壓電材料的代表例，有作為鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物的鈦酸鋯酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3)(下面稱為PZT)。尤其是在鈣鈦礦型正方晶系結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT中，可在<001>軸向(c軸方向)上得到最大的壓電位移。但是，多數(shù)壓電材料是由結(jié)晶粒子的集合體構(gòu)成的多晶體，各結(jié)晶粒子的結(jié)晶軸指向不同的方向。因此，自發(fā)極化Ps也不同排列。
但是，隨著近年來(lái)的電子設(shè)備的小型化，對(duì)壓電元件也強(qiáng)烈要求小型化。另外，為了滿足該要求，與以前多數(shù)使用的燒結(jié)體相比，以體積明顯小的薄膜形式來(lái)使用壓電元件。因此，壓電元件的薄膜化的研究開發(fā)盛行。
例如，在PZT中自發(fā)極化Ps指向<001>軸向，所以為了實(shí)現(xiàn)即使薄膜化也仍然高的壓電特性(壓電位移特性)，必需使構(gòu)成PZT薄膜的結(jié)晶的<001>軸變?yōu)榇怪庇诨搴穸确较蛞粋?cè)的面的方向。另外，以前，為了實(shí)現(xiàn)該情況，在結(jié)晶方位(100)面突出表面的、由巖鹽型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化鎂(MgO)構(gòu)成的單晶基板上，在600-700度(℃)的溫度下，通過(guò)將PZT用作靶的濺射法直接形成<001>軸取向于垂直于該基板的厚度方向一側(cè)的面的方向的、結(jié)晶性良好的PZT薄膜(例如參照應(yīng)用物理雜志(Journal of Applied Physics，美國(guó)，美國(guó)物理學(xué)會(huì)，1989年2月15日，第65卷，第4號(hào)，p.1666-1670))。該方法的特征在于使用MgO單晶基板，由此開始實(shí)現(xiàn)具有高的壓電特性的、優(yōu)先取向于結(jié)晶方向的壓電體薄膜。
但是，因?yàn)樵揗gO單晶是價(jià)格非常高的材料，所以該方法在批量生產(chǎn)使用壓電體薄膜的壓電元件等工業(yè)制品時(shí)，從成本的觀點(diǎn)看不優(yōu)選。
因此，作為在廉價(jià)的基板上形成由壓電材料構(gòu)成的結(jié)晶取向膜的方法，有例如作為后期退火方式的代表例的溶膠凝膠狀態(tài)互換(solgel)法。下面，說(shuō)明例如將SrTiO3基板用作基板的情況下的基于溶膠凝膠狀態(tài)互換法的結(jié)晶取向膜的形成工序。首先，在通過(guò)濺射法形成于基板上的RuO2下部電極上，通過(guò)旋涂涂布Zr和Ti的濃度比為Zr/Ti＝75/25的溶膠液，并加熱干燥，形成前驅(qū)體膜。之后，在該前驅(qū)體膜上，使用Zr和Ti的濃度比為Zr/Ti＝52/48的溶膠液形成多層前驅(qū)體膜，之后，在900度下高溫?zé)Y(jié)。從而，不產(chǎn)生裂紋地合成(001)結(jié)晶取向的PZT類壓電體氧化膜薄膜(例如參照特開2000-208828號(hào)公報(bào)(第3-4頁(yè))。
如上所述，通過(guò)形成結(jié)晶取向于作為壓電常數(shù)大的結(jié)晶方向的(001)面上的PZT薄膜，可制作具有高的壓電特性的壓電體薄膜。
這里，本發(fā)明者們開發(fā)出以不必后期退火的方式、例如濺射法來(lái)合成的方法，作為在廉價(jià)的基板上形成結(jié)晶取向膜的方法。下面，說(shuō)明基于該方法的結(jié)晶取向膜的形成工序。首先，在基板上，通過(guò)濺射法形成由包含鈦(Ti)的、鉑(Pt)或銥(Ir)等貴金屬合金構(gòu)成的電極薄膜，作為基底電極。接著，在該電極薄膜上，通過(guò)濺射法形成作為鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物的鈦酸鑭鉛(PLT)等的不含Zr的氧化物所構(gòu)成、且結(jié)晶取向于(001)面的薄膜，作為初始層。之后，將該初始層作為基底，在該初始層上通過(guò)濺射法形成PZT，從而得到結(jié)晶取向于(001)面的PZT薄膜。
并且，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)當(dāng)將包含鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鐵(Fe)、銅(Cu)的貴金屬合金所構(gòu)成的電極薄膜用作基底電極時(shí)，通過(guò)在該電極薄膜上直接形成PZT，可得到(001)結(jié)晶取向的PZT薄膜。
如上所述，通過(guò)形成結(jié)晶取向于作為壓電常數(shù)大的結(jié)晶方位的(001)面上的PZT薄膜，可制作具有高的壓電特性的壓電體薄膜。
因?yàn)槿缟纤龅玫降膲弘婓w薄膜示出高的壓電常數(shù)，所以即使施加電壓低，也產(chǎn)生大的壓電位移，因此，可期待被用作各種領(lǐng)域的致動(dòng)器。另外，通過(guò)向上述壓電體薄膜施加大的電壓，還可進(jìn)行更大的壓電位移驅(qū)動(dòng)。
但是，若向以上述不必后期退火的濺射法形成PZT膜的致動(dòng)器施加大的電壓，則存在在作為基底電極的膜與鈣鈦礦型氧化物膜之間產(chǎn)生膜分離等問(wèn)題，具有作為高位移的壓電致動(dòng)器其持久性低的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題作出，其目的在于提供一種即使為了得到大的致動(dòng)器位移而以高電壓驅(qū)動(dòng)也示出高的持久性的、可靠性高的壓電體元件。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，其特征在于所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
這里，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第一和第二壓電體膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二壓電體膜的所述b值為0.50以上、0.60以下的相同值，所述第一壓電體膜的Pb含量比所述第二壓電體膜多，所述第一壓電體膜的所述a值為0.05以上、0.15以下，所述第二壓電體膜的所述a值為0以上、0.10以下。
由此，第一電極膜與第一壓電體膜的緊貼性變高。由此，即使施加大的電壓，在第一電極膜與第一壓電體膜之間也不會(huì)產(chǎn)生膜分離。因此，可實(shí)現(xiàn)在具有高的壓電性的同時(shí)、不引起惡化的壓電元件。
另外，本發(fā)明的壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，其特征在于所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
這里，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第一和第二壓電體膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二壓電體膜的所述b值為0.50以上、0.60以下的相同值。
由此，第一電極膜與第一壓電體膜的緊貼性變高。由此，即使施加大的電壓，在第一電極膜與第一壓電體膜之間也不會(huì)產(chǎn)生膜分離。因此，可實(shí)現(xiàn)在具有高的壓電性的同時(shí)、不引起惡化的壓電元件。另外，通過(guò)如此導(dǎo)入緩沖層膜，容易制作形成于該緩沖層膜上的、與第一電極膜的緊貼性高的第一壓電體膜。
這里，期望本發(fā)明的壓電元件中，緩沖層膜由鈦酸鑭鉛或向鈦酸鑭鉛中添加鎂(Mg)和錳(Mn)中至少之一的材料構(gòu)成。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，緩沖層膜是包含鍶(Sr)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述緩沖層膜含有鈦酸鍶。
并且，期望本發(fā)明的壓電元件中，具備形成于所述第一電極膜中的與所述第一壓電體膜相反側(cè)的面上或所述第二電極膜中的與所述第二壓電體膜相反側(cè)的面上的振動(dòng)板膜。并且，期望所述振動(dòng)板膜由硅、玻璃、陶瓷材料和金屬材料中任一構(gòu)成。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為40nm以上、70nm以下，且長(zhǎng)度為5nm以上、100nm以下。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為60nm以上、200nm以下，且長(zhǎng)度為2500nm以上、5000nm以下。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第一和第二壓電體膜由至少包含Pb、Zr和Ti的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物構(gòu)成，當(dāng)將按照基于X射線衍射法的衍射圖案的各結(jié)晶面的反射強(qiáng)度求出的壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率定義為在晶格間距離從4.2至1.5的X射線衍射范圍內(nèi)(001)峰值強(qiáng)度與(002)峰值強(qiáng)度之和相對(duì)歸屬于壓電體膜的全部峰值強(qiáng)度總和的百分率時(shí)，所述第一壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為50％以上、80％以下，另一方面，所述第二壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為95％以上、100％以下。
另外，期望本發(fā)明的壓電元件中，所述第一電極膜由Pt或Ir所構(gòu)成的貴金屬、或向該貴金屬中添加Ti、Co和Ni中至少之一的合金構(gòu)成，是截面直徑為20nm以上、30nm以下的柱狀粒子的集合體。
由此，第一電極膜可使第一壓電體膜作為結(jié)晶取向控制膜的功能活化。因此，第一壓電體膜可確實(shí)控制第二壓電體膜的結(jié)晶取向性。
另外，本發(fā)明的壓電元件的制造方法的特征在于具備如下工序通過(guò)濺射法在基板上形成第一電極膜；通過(guò)將規(guī)定材料用作靶且在規(guī)定成膜條件下的濺射法，在所述第一電極膜上形成第一壓電體膜；通過(guò)將所述規(guī)定材料用作靶且在與上述規(guī)定成膜條件不同的成膜條件下的濺射法，在所述第一壓電體膜上形成由該第一壓電體膜控制結(jié)晶取向的第二壓電體膜，從而形成壓電體層疊膜；和通過(guò)濺射法在所述第二壓電體膜上形成第二電極膜。
另外，本發(fā)明的壓電元件的制造方法的特征在于具備如下工序通過(guò)濺射法在基板上形成第一電極膜；通過(guò)將規(guī)定的第一材料用作靶且在規(guī)定的第一成膜條件下的濺射法，在所述第一電極膜上形成緩沖層膜；通過(guò)將規(guī)定的第二材料用作靶且在規(guī)定的第二成膜條件下的濺射法，在所述緩沖層膜上形成第一壓電體膜；通過(guò)將所述規(guī)定的第二材料用作靶且在與所述規(guī)定的第二成膜條件不同的成膜條件下的濺射法，在所述第一壓電體膜上形成由該第一壓電體膜控制結(jié)晶取向的第二壓電體膜，從而形成壓電體層疊膜；和通過(guò)濺射法在所述第二壓電體膜上形成第二電極膜。
這里，期望本發(fā)明的壓電元件的制造方法還具備通過(guò)濺射法在所述第二電極膜上形成振動(dòng)板膜的工序；和去除所述基板的工序。
并且，本發(fā)明的噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室地設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
并且，本發(fā)明的噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室地設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜， 所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
并且，本發(fā)明的噴墨式記錄裝置具備噴墨頭，該噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室，和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出；和使所述噴墨頭與記錄媒體相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)部件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
并且，本發(fā)明的噴墨式記錄裝置具備噴墨頭，該噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室，和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出；和使所述噴墨頭與記錄媒體相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)部件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
另外，本發(fā)明的角速度傳感器具備基板，該基板具有固定部和從該固定部向規(guī)定方向延伸的至少一對(duì)振動(dòng)部，在該基板的至少各振動(dòng)部上設(shè)置壓電元件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下，將所述第二電極膜布圖成使所述振動(dòng)部沿其寬度方向振動(dòng)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與檢測(cè)所述振動(dòng)部的厚度方向變形用的至少一個(gè)檢測(cè)電極。
另外，本發(fā)明的角速度傳感器具備基板，該基板具有固定部和從該固定部向規(guī)定方向延伸的至少一對(duì)振動(dòng)部，在該基板的至少各振動(dòng)部上設(shè)置壓電元件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比1/d為20以上、60以下，將所述第二電極膜布圖成使所述振動(dòng)部沿其寬度方向振動(dòng)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與檢測(cè)所述振動(dòng)部的厚度方向變形用的至少一個(gè)檢測(cè)電極。
并且，期望所述基板由硅或玻璃構(gòu)成。
另外，本發(fā)明的壓電元件除噴墨頭或噴墨式記錄裝置或角速度傳感器外，還適用于陀螺儀或振動(dòng)傳感器等電子部件中。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榈谝浑姌O膜與第一壓電體膜的緊貼性高，所以可實(shí)現(xiàn)具有大的壓電特性與高的持久性的壓電元件。另外，根據(jù)本發(fā)明的壓電元件的制造方法，可容易批量生產(chǎn)具有大的壓電特性與高的持久性的壓電元件。并且，根據(jù)本發(fā)明，可提供噴出能力的差異少、且具有高的可靠性的噴墨頭和具備該噴墨頭的噴墨式記錄裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明，可提供具有高的可靠性、且可容易批量生產(chǎn)的薄型角速度傳感器。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的壓電元件的立體圖。
圖2是表示壓電元件的制造工序的圖。
圖3是表示壓電元件的膜結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖4是擴(kuò)大表示壓電體層疊膜的剖開截面的電子顯微鏡照片。
圖5是表示施加頻率為2kHz的電壓情況下的壓電元件的前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量的圖。
圖6是壓電元件的立體圖。
圖7是表示壓電元件的制造工序的圖。
圖8是噴墨頭的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖9是剖開墨水噴出元件的一部分的分解立體圖。
圖10是圖9的X-X線的截面圖。
圖11是表示致動(dòng)器部的制造工序的一部分的圖。
圖12是表示致動(dòng)器部的制造工序的一部分的圖。
圖13是串行方式的噴墨頭式記錄裝置的示意立體圖。
圖14是直線方式的噴墨頭式記錄裝置的示意立體圖。
圖15是角速度傳感器的示意立體圖。
圖16是圖15的XVI-XVI線截面圖。
圖17是表示角速度傳感器的制造工序的圖。
圖18是表示角速度傳感器的制造方法中、布圖第二電極膜后的狀態(tài)的平面圖。
圖19是使用水晶的現(xiàn)有角速度傳感器的示意立體圖。
圖20是圖19的XX-XX線截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電元件20具備薄的長(zhǎng)方形平板形狀的基板1(厚度為0.30mm、寬度為3.0mm、長(zhǎng)度為15.0mm)、和形成于該基板1上的層疊體11。壓電元件20的寬度為3.0mm。壓電元件20的長(zhǎng)度方向一端部(圖1中為左端部)經(jīng)環(huán)氧樹脂類粘接劑7固定在不銹鋼支撐基板6(厚度為1.0mm、寬度為3.0mm、長(zhǎng)度為10.0mm)上。該一端部是長(zhǎng)度距壓電元件20的一端(圖1中為左端)為3.0mm的部分。壓電元件20的長(zhǎng)度方向與不銹鋼支撐基板6的長(zhǎng)度方向大致正交。從而壓電元件20構(gòu)成懸臂梁。
基板1還起到阻礙層疊體11由于壓電效應(yīng)而伸縮的振動(dòng)板膜的作用。層疊體11具備形成于基板1上的第一電極膜2、形成于該第一電極膜2上的壓電體層疊膜10、和形成于該壓電體層疊膜10上的第二電極膜5。
第一電極膜2設(shè)置在基板1一側(cè)的整面上。壓電體層疊膜10設(shè)置在第一電極膜2的所述一端部以外的部分上。即，壓電體層疊膜10的寬度為3.0mm，長(zhǎng)度為12.0mm。壓電體層疊膜10由(001)優(yōu)先取向的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛類氧化物(下面稱為PZT類氧化物)構(gòu)成。所謂PZT類氧化物是至少包含Pb、Zr和Ti的氧化物。壓電體層疊膜10詳細(xì)而言由形成于第一電極膜2上的第一壓電體膜3、和形成于該第一壓電體膜3上的第二壓電體膜4構(gòu)成。第一壓電體膜3具有作為控制第二壓電體膜4的結(jié)晶取向性的結(jié)晶取向控制膜的功能。第二電極膜5由膜厚為250nm的鉑(Pt)構(gòu)成。第一和第二電極膜2、5分別連接導(dǎo)線8、9。
這里，作為本發(fā)明的特征，第一和第二壓電體膜3、4是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從壓電體層疊膜10(第一和第二壓電體膜3、4)的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體(參照?qǐng)D3)。換言之，第一和第二壓電體膜3、4是沿垂直于基板1(第一電極膜2)的厚度方向一側(cè)面的方向生長(zhǎng)的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜3、4的柱狀粒子彼此連續(xù)相接。
另外，第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑比第一壓電體膜3的柱狀粒子的截面直徑大。壓電體層疊膜10的厚度(壓電體層疊膜10的柱狀粒子的長(zhǎng)度)l與第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。這里，當(dāng)比l/d不足20時(shí)，由于成膜時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，在壓電體層疊膜10中產(chǎn)生裂紋，若比l/d超過(guò)60，則驅(qū)動(dòng)時(shí)的功耗變大，響應(yīng)性降低，所以均不優(yōu)選。
另外，第一壓電體膜3的柱狀粒子的截面直徑為40nm以上、70nm以下，同時(shí)長(zhǎng)度為5nm以上、100nm以下。第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑為60nm以上、200nm以下，同時(shí)長(zhǎng)度為2500nm以上、5000nm以下。
另外，第一壓電體膜3的(001)結(jié)晶取向率為50％以上、80％以下(后面詳細(xì)描述(001)結(jié)晶取向率)。第二壓電體膜4的(001)結(jié)晶取向率為95％以上、100％以下。
另外，第一和第二壓電體膜3、4的化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示。第一和第二壓電體膜3、4的b值為0.50以上、0.60以下的相同值。第一壓電體膜3的Pb含量比第二壓電體膜4多。第一壓電體膜3的a值為0.05以上、0.15以下。第二壓電體膜4的a值為0以上、0.10以下。
另外，第一電極膜2由Pt或Ir所構(gòu)成的貴金屬、或向該貴金屬中添加Ti、Co和Ni中至少之一的合金構(gòu)成，是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從第一電極膜2的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)、且截面直徑為20nm以上、30nm以下的柱狀粒子的集合體。
這里，若經(jīng)導(dǎo)線8、9向壓電元件20的第一和第二電極膜2、5施加電壓，則壓電體層疊膜10沿X軸方向延伸。在將施加電壓為E(V)、設(shè)壓電體層疊膜10的厚度為t(m)、設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)(m)、設(shè)壓電體層疊膜10的壓電常數(shù)為d31(微微m/V)時(shí)，壓電體層疊膜10在X軸方向延伸的變化量ΔL(m)由下式(1)求出。
ΔL＝d31×L×E/t 式(1)另外，接合在第二電極膜5上的壓電體層疊膜10的上側(cè)部分沿X軸方向延伸，另一方面，接合在第一電極膜2上的壓電體層疊膜10的下側(cè)部分的延伸被厚度大的基板1所抑制。結(jié)果，壓電元件20中與所述一端側(cè)相反的另一端(圖1中為右端。下面稱為前端)沿Z軸的-Z方向(圖1中為下側(cè))位移。因此，若以一定周期反復(fù)施加電壓，則壓電元件20的前端以規(guī)定的位移幅度沿Z軸方向位移。另外，通過(guò)調(diào)查施加電壓與壓電元件20的前端的位移幅度大小的關(guān)系，可評(píng)價(jià)壓電元件20的位移特性。
壓電元件的制造方法下面，參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明壓電元件20的制造方法。首先，如圖2(a)所示，在研磨(001)面后的、縱向20mm、橫向20mm、厚度0.30mm的硅基板101的表面上，使用形成寬度為5.0mm、長(zhǎng)度為18.0mm的長(zhǎng)方形開口部的不銹鋼制掩膜(厚度為0.2mm)，通過(guò)后述的RF磁控管濺射法，形成第一電極膜102。
接著，在第一電極膜102的表面上，使用形成寬度為5.0mm、長(zhǎng)度為12.0mm的長(zhǎng)方形開口部的不銹鋼制掩膜(厚度為0.2mm)，通過(guò)RF磁控管濺射法，正確形成壓電體層疊膜110。壓電體層疊膜110具體如下制作，即首先在第一電極膜102上，通過(guò)使用由PZT氧化物的燒結(jié)體構(gòu)成的靶、且在規(guī)定成膜條件下的RF磁控管濺射法，形成第一壓電體膜103，從此，通過(guò)使用與形成第一壓電體膜103時(shí)相同的靶、且在與形成第一壓電體膜103時(shí)的規(guī)定成膜條件不同的成膜條件下的RF磁控管濺射法，在第一壓電體膜103上連續(xù)形成第二壓電體膜104。
之后，在壓電體層疊膜110的表面上，使用形狀與所述掩膜相同的不銹鋼制掩膜，通過(guò)RF磁控管濺射法正確形成第二電極膜105。從而，如圖2(b)所示，得到由基板101、和形成于該基板101上的、包含壓電體層疊膜110的層疊體111構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體121。
接著，如圖2(c)所示，用切片鋸正確切斷結(jié)構(gòu)體121，以使整體變?yōu)閷挾葹?.0mm、長(zhǎng)度為15.0mm的薄的長(zhǎng)方形形狀，且使長(zhǎng)度距第一電極膜2中的一端(圖2(c)中為左端)為3.0mm為止的部分露出。結(jié)果，得到順序?qū)盈B基板1、第一電極膜2、第一壓電體膜3、第二壓電體膜4和第二電極膜5的壓電體元件結(jié)構(gòu)體部件22。
之后，如圖2(d)所示，使用環(huán)氧樹脂類粘接劑7將基板1中的第一電極膜2的露出部(圖2(d)中為左端部)側(cè)的部分接合在不銹鋼支撐基板6上。
之后，如圖2(e)所示，使用導(dǎo)電性粘接劑(銀膏)將0.1mm的金制導(dǎo)線8連接于第一電極膜2的露出部上，同時(shí)，通過(guò)引線接合法將導(dǎo)線9連接于第二電極膜5中的第一電極膜2的露出部側(cè)的部分上，從而得到圖1所示的壓電元件20。圖3是表示該壓電元件20的膜結(jié)構(gòu)的模式圖。
下面，說(shuō)明具體實(shí)施的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)在本實(shí)施例中，將硅基板用作基板101，將厚度為100nm的銥(Ir)薄膜用作第一電極膜102。該銥薄膜通過(guò)3維RF磁控管濺射裝置形成膜。具體而言，將硅基板101預(yù)加熱到400度后，在該溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝15∶1)用作濺射氣體，將總氣體壓力保持在0.25Pa。將銥用作3維磁控管濺射裝置的第一靶。通過(guò)施加200W的高頻功率并濺射960秒，成膜銥薄膜(不使用第二和第三靶)。
將壓電體層疊膜110的膜厚設(shè)為3550nm。壓電體層疊膜110由(001)優(yōu)先取向的鈦酸鋯酸鉛(下面稱為PZT)所構(gòu)成的厚度為50nm的第一壓電體膜103、和(001)優(yōu)先取向的PZT所構(gòu)成的厚度為3500nm的第二壓電體膜104構(gòu)成。
第一和第二壓電體膜103、104使用RF磁控管濺射裝置制作(參照?qǐng)D2(b))。此時(shí)，將過(guò)剩加入約20摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶。另外，第一和第二壓電體膜103、104的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的硅基板101預(yù)加熱到580度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝38∶2)用作濺射氣體，將其氣體壓力變?yōu)?.2Pa，同時(shí)，將流量設(shè)為每分40ml。將等離子體產(chǎn)生功率取為3kW，在50秒間形成第一壓電體膜103。之后，暫時(shí)停止成膜，僅將上述成膜條件中濺射氣體的混合比(氣體體積比)直接改變?yōu)锳r∶O2＝79∶1，其它成膜條件不變，成膜第二壓電體膜104共2900秒。
另外，為了正確求出圖2(b)所示第一壓電體膜103的膜厚、(001)取向性、組成、膜厚和截面結(jié)構(gòu)，在形成第一壓電體膜103后，還制作結(jié)束成膜的層疊膜。用掃描型電子顯微鏡觀察來(lái)觀察該試件的表面，并且，進(jìn)行基于X射線衍射及X射線微分析儀的組成分析。之后，破壞該試件，并用掃描型電子顯微鏡觀察其切斷截面。
另外，為了正確求出圖2(b)所示第二壓電體膜104的膜厚、(001)取向性、組成、膜厚和截面結(jié)構(gòu)，在形成第二壓電體膜104后，還制作中止成膜后的層疊膜。與上述一樣，也用掃描型電子顯微鏡來(lái)觀察該試件的表面，并且，在進(jìn)行基于X射線衍射及X射線微分析儀的組成分析后，破壞試件，并用掃描型電子顯微鏡觀察切斷截面。
另外，將圖2(b)所示的結(jié)構(gòu)體121用作試件，通過(guò)俄歇分析來(lái)進(jìn)行壓電體層疊膜110的深度方向(膜厚方向)的組成分析。并且，用掃描型電子顯微鏡觀察壓電體層疊膜110的切斷截面。圖4(a)表示放大表示該壓電體層疊膜110的切斷截面的掃描型電子顯微鏡照片，圖4(b)表示圖4(a)的局部放大圖。
以上各分析和觀察的結(jié)果，可知作為第一電極膜102的銥電極是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜103、104作為相互連續(xù)相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。第二壓電體膜104的膜厚為3500nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為22.2。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知第一和第二壓電體膜103、104是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第一壓電體膜103的形成面的(001)結(jié)晶取向率為70％，另一方面，第二壓電體膜104的形成面的(001)結(jié)晶取向率為98％。這里，將按照基于X射線衍射法的衍射圖案的各結(jié)晶面的反射強(qiáng)度求出的PZT類壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率定義為在晶格間距離從4.2(埃)至1.5的X射線衍射范圍內(nèi)(001)峰值強(qiáng)度與(002)峰值強(qiáng)度之和相對(duì)歸屬于PZT類壓電體膜的全部峰值強(qiáng)度總和的百分率。即，結(jié)晶取向率為屬于(001)的峰值強(qiáng)度相對(duì)PZT壓電體膜的X射線衍射圖案的(001)、(100)、(010)、(110)、(011)、(101)、(111)等的各結(jié)晶面的峰值強(qiáng)度總和的比率的百分率。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是(001)軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，經(jīng)導(dǎo)線8、9向第一和第二電極膜2、5之間施加從0V至-80V的三角波電壓，并使用激光多譜勒振動(dòng)位移測(cè)定裝置，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。圖5表示施加頻率為2kHz的電壓情況下的壓電元件20的前端在Z方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。
如圖5所示，在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件20的前端最大僅位移38.0微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件20的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件20的外觀。結(jié)果，該壓電元件20在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量為38.0微米，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例2)在本實(shí)施例中，將耐高溫硼硅酸玻璃基板用作基板101，將厚度為150nm的鉑(Pt)薄膜用作第一電極膜102。該鉑薄膜通過(guò)3維RF磁控管濺射裝置形成膜。具體而言，將耐高溫硼硅酸玻璃基板101預(yù)加熱到400度后，在該溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝15∶1)用作濺射氣體，將總氣體壓力保持在0.25Pa。將鉑用作3維RF磁控管濺射裝置的第一靶。通過(guò)施加200W的高頻功率并濺射1080秒，成膜鉑薄膜(不使用第二和第三靶)。
另外，將壓電體層疊膜110的膜厚設(shè)為5100nm。壓電體層疊膜110由(001)優(yōu)先取向的PZT所構(gòu)成的厚度為100nm的第一壓電體膜103、和形成于該第一體膜103上且(001)取向的PZT所構(gòu)成的厚度為5000nm的第二壓電體膜104構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例1一樣，第一和第二壓電體膜103、104使用RF磁控管濺射裝置制作(參照?qǐng)D2(b))。此時(shí)，將過(guò)剩加入約10摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50)用作靶。另外，第一和第二壓電體膜103、104的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成有第一電極膜102的基板101預(yù)加熱到550度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝79∶1)用作濺射氣體，將其氣體壓力變?yōu)?.25Pa，同時(shí)，將氣體流量設(shè)為每分40ml。之后，將等離子體產(chǎn)生功率設(shè)為2kW，成膜60秒，由此制作第一壓電體膜103。之后，停止成膜，將基板101的溫度變?yōu)?90度，且將等離子體產(chǎn)生功率變?yōu)?kW，其它成膜條件不變，成膜3800秒，由此制作第二壓電體膜104。
與上述實(shí)施例1相同的分析和觀察的結(jié)果，可知作為第一電極膜102的鉑電極是截面直徑為30nm的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜103、104作為相互連續(xù)相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為100nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。第二壓電體膜104的膜厚為5000nm，柱狀粒子的截面直徑為85nm。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為60.0。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知第一和第二壓電體膜103、104是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第一壓電體膜103的形成面的(001)結(jié)晶取向率為50％，另一方面，第二壓電體膜104的形成面的(001)結(jié)晶取向率為95％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.51∶0.49，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.51∶0.49。即，與上述實(shí)施例1一樣，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中為相同值，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，向壓電元件20施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件20的前端最大僅位移35.2微米。該壓電元件20在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例3)在本實(shí)施例中，將鏡面加工后的耐熱性不銹鋼基板用作基板101，將含鈦(Ti)的銥(Ir)所構(gòu)成的厚度為110nm的合金薄膜用作第一電極膜102。該合金薄膜通過(guò)3維RF磁控管濺射裝置形成膜。具體而言，將耐熱性不銹鋼基板101預(yù)加熱到400度后，在該溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝16∶1)用作濺射氣體，將總氣體壓力保持在0.25Pa。將銥用作3維磁控管濺射裝置的第一靶，將鈦用作第二靶。通過(guò)分別向第一和第二靶施加200W和60W的高頻功率并濺射960秒，成膜合金薄膜(不使用第三靶)。
另外，將壓電體層疊膜110的膜厚設(shè)為4000nm。壓電體層疊膜110由(001)優(yōu)先取向的PZT所構(gòu)成的厚度為100nm的第一壓電體膜103、和形成于該第一體膜103上且(001)取向的PZT所構(gòu)成的厚度為3900nm的第二壓電體膜104構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例1一樣，第一和第二壓電體膜103、104使用RF磁控管濺射裝置制作(參照?qǐng)D2(b))。此時(shí)，將過(guò)剩加入約10摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.60∶0.40)用作靶。另外，第一和第二壓電體膜103、104的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的基板101預(yù)加熱到570度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝38∶2)用作濺射氣體，將其氣體壓力變?yōu)?.25Pa，同時(shí)，將流量設(shè)為每分40ml。之后，將等離子體產(chǎn)生功率設(shè)為3kW，成膜第一壓電體膜103共100秒。之后，停止成膜，僅將上述成膜條件中濺射氣體的混合比(氣體體積比)變?yōu)锳r∶O2＝79∶1，其它成膜條件不變，成膜第二壓電體膜104共2500秒。
與上述實(shí)施例1相同的分析和觀察的結(jié)果，可知第一電極膜102是組成為包含1摩爾％的鈦的銥薄膜，是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜103、104作為相互連續(xù)相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為100nm，柱狀粒子的截面直徑為70nm。第二壓電體膜104的膜厚為3900nm，柱狀粒子的截面直徑為200nm。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20.0。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知第一和第二壓電體膜103、104是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第一壓電體膜103的形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％，另一方面，第二壓電體膜104的形成面的(001)結(jié)晶取向率為100％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.60∶0.40，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.60∶0.40。即，與上述實(shí)施例1一樣，可知第一和第二壓電體膜103、104是(001)軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中為相同值，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，向壓電元件20施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件20的前端最大僅位移38.3微米。該壓電元件20在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例4)在本實(shí)施例中，將鏡面研磨后的陶瓷(氧化鋁)用作基板101，將含鎳(Ni)的鉑(Pt)所構(gòu)成的厚度為120nm的合金薄膜用作第一電極膜102。該合金薄膜通過(guò)3維RF磁控管濺射裝置形成膜。具體而言，將基板101預(yù)加熱到400度后，在該溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝16∶1)用作濺射氣體，將總氣體壓力保持在0.25Pa。將鉑用作3維磁控管濺射裝置的第一靶，將鎳用作第二靶。通過(guò)分別向第一和第二靶施加200W和60W的高頻功率并濺射960秒，成膜合金薄膜(不使用第三靶)。
另外，將壓電體層疊膜110的膜厚設(shè)為2505nm。壓電體層疊膜110由(001)優(yōu)先取向的PZT所構(gòu)成的厚度為5nm的第一壓電體膜103、和形成于該第一體膜103上且(001)取向的PZT所構(gòu)成的厚度為2500nm的第二壓電體膜104構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例1一樣，第一和第二壓電體膜103、104使用RF磁控管濺射裝置制作(參照?qǐng)D2(b))。此時(shí)，將過(guò)剩加入約20摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.54∶0.46)用作靶。另外，第一和第二壓電體膜103、104的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的基板101預(yù)加熱到550度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝79∶1)用作濺射氣體，將其氣體壓力變?yōu)?.2Pa，同時(shí)，將流量設(shè)為每分40ml。之后，將等離子體產(chǎn)生功率設(shè)為2kW，成膜5秒，由此制作第一壓電體膜103。之后，停止成膜，將基板101的溫度變?yōu)?80度，且將等離子體產(chǎn)生功率變?yōu)?kW，其它成膜條件不變，成膜2000秒，由此制作第二壓電體膜104。
與上述實(shí)施例1相同的分析和觀察的結(jié)果，可知第一電極膜102由包含4摩爾％的鎳的鉑構(gòu)成，是截面直徑為25nm的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜103、104作為相互連續(xù)相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為5nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。第二壓電體膜104的膜厚為2500nm，截面直徑為60nm。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為41.7。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知第一和第二壓電體膜103、104是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第一壓電體膜103的形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％，另一方面，第二壓電體膜104的形成面的(001)結(jié)晶取向率為99.0％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.54∶0.46，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.54∶0.46。即，與上述實(shí)施例1一樣，可知第一和第二壓電體膜103、104是(001)軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中為相同值，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，向壓電元件20施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件20的前端最大僅位移32.7微米。該壓電元件20在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例5)在本實(shí)施例中，將硅基板用作基板101，將含鈷(Co)的銥(Ir)所構(gòu)成的厚度為120nm的合金薄膜用作第一電極膜102。該合金薄膜通過(guò)3維RF磁控管濺射裝置形成膜。具體而言，將基板101預(yù)加熱到400度后，在該溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝16∶1)用作濺射氣體，將總氣體壓力保持在0.25Pa。將銥用作3維RF磁控管濺射裝置的第一靶，將鈷用作第二靶。通過(guò)分別向第一和第二靶施加200W和60W的高頻功率并濺射960秒，成膜合金薄膜(不使用第三靶)。
另外，將壓電體層疊膜110的膜厚設(shè)為4580nm。壓電體層疊膜110由(001)優(yōu)先取向的PZT所構(gòu)成的厚度為80nm的第一壓電體膜103、和形成于該第一體膜103上且(001)取向的PZT所構(gòu)成的厚度為4500nm的第二壓電體膜104構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，與上述實(shí)施例1一樣，第一和第二壓電體膜103、104使用3維RF磁控管濺射裝置制作(參照?qǐng)D2(b))。此時(shí)，將過(guò)剩加入約20摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶。另外，第一和第二壓電體膜103、104的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成有第一電極膜102的基板101加熱到580度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝38∶2)用作濺射氣體，將其氣體壓力變?yōu)?.2Pa，同時(shí)，將流量設(shè)為每分40ml。之后，將等離子體產(chǎn)生功率設(shè)為3kW，成膜第一壓電體膜103共75秒。之后，停止成膜，僅將上述成膜條件中濺射氣體的混合比直接變?yōu)锳r∶O2＝79∶1，其它成膜條件不變，成膜第二壓電體膜104共3700秒。
與上述實(shí)施例1相同的分析和觀察的結(jié)果，可知第一電極膜102是組成為包含4摩爾％的鈷的銥薄膜，是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體。第一和第二壓電體膜103、104作為相互連續(xù)相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為80nm，柱狀粒子的截面直徑為50nm。第二壓電體膜104的膜厚為4500nm，柱狀粒子的截面直徑為150nm。壓電體層疊膜110的柱狀粒子的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為30.5。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知第一和第二壓電體膜103、104是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第一壓電體膜103的形成面的(001)結(jié)晶取向率為70％，另一方面，第二壓電體膜104的形成面的(001)結(jié)晶取向率為99.0％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.53∶0.47。即，與上述實(shí)施例1一樣，可知第一和第二壓電體膜103、104是(001)軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中為相同值，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，向壓電元件20施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件20的前端最大僅位移41.5微米。該壓電元件20在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
另外，在上述各實(shí)施例中，將作為Pb、Zr與Ti的三元氧化物的PZT膜用作壓電體層疊膜10，但可以是包含La的PZT膜(即PLZT膜)、或包含Nb或Mg等的離子的PZT膜等，只要是至少包含Pb、Zr和Ti的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，也可使用任一膜。這樣，在壓電體層疊膜10是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜的情況下，得到實(shí)現(xiàn)與上述各實(shí)施例一樣的作用、效果的壓電體層疊膜10。
(比較例1)為了與上述本實(shí)施例作比較，制作如下的比較例1的壓電元件。在本比較例中，僅形成單層的壓電體膜來(lái)代替壓電體層疊膜。另外，該壓電體膜的成膜方法與上述實(shí)施例1的第二壓電體膜104的成膜方法一樣。其它方面與實(shí)施例1完全相同。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，用掃描型電子顯微鏡觀察試件的表面，在進(jìn)行基于X射線衍射和X射線微分析儀的組成分析后，破壞試件后，用掃描型電子顯微鏡觀察試件。
與上述實(shí)施例1相同的分析和觀察的結(jié)果，可知本比較例的壓電體膜是柱狀粒子的集合體。壓電體膜的膜厚為3500nm，柱狀粒子的截面直徑為230nm。壓電體膜的厚度l與壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為15.2。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知壓電體膜是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其(001)結(jié)晶取向率為45％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知壓電體膜的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.53∶0.47。
另外，可知基于俄歇分光分析的壓電體膜的深度方向的Zr和Ti的組成分布在從第二電極膜界面到第一電極膜界面之間是一定的，Pb組成在距與第一電極膜的界面約10nm為止的部分(壓電體膜整體的15分之1的部分)比其它部分少。該現(xiàn)象認(rèn)為是由于Pb極少地?cái)U(kuò)散到第一電極膜中引起的。即，與上述實(shí)施例1一樣，壓電體膜是由沿垂直于基板的上面的方向生長(zhǎng)的柱狀粒子的集合體構(gòu)成的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT，但與實(shí)施例1的不同之處在于該柱狀粒子的截面直徑比上述實(shí)施例1大，(001)結(jié)晶取向率比實(shí)施例1小，且與第一電極膜的界面附近的Pb組成與壓電體膜整體相同、但與第一電極膜的界面上的Pb組成比其它部分稍少。
另外，與上述實(shí)施例1一樣，向壓電元件施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件的前端最大僅位移20.0微米。在通過(guò)該三角波電壓僅驅(qū)動(dòng)1億次后，調(diào)查壓電元件的驅(qū)動(dòng)狀況，同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡調(diào)查壓電元件的外觀的結(jié)果，可知壓電元件的驅(qū)動(dòng)停止，且在第一電極膜與壓電體膜之間膜產(chǎn)生分離。
(比較例2)為了與上述本實(shí)施例作比較，制作如下的比較例2的壓電元件。在本比較例中，僅形成單層的壓電體膜來(lái)代替壓電體層疊膜。另外，該壓電體膜的成膜方法與上述實(shí)施例5的第二壓電體膜104的成膜方法完全一樣。其它方面與實(shí)施例5完全相同。
另外，與上述實(shí)施例5一樣，用掃描型電子顯微鏡觀察試件的表面，在進(jìn)行基于X射線衍射和X射線微分析儀的組成分析后，破壞試件后，用掃描型電子顯微鏡觀察切斷截面。
與上述實(shí)施例5相同的分析和觀察的結(jié)果，可知壓電體膜是柱狀粒子的集合體。壓電體膜的膜厚為4500nm，柱狀粒子的截面直徑為230nm。壓電體膜的厚度l與壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為19.6。
另外，通過(guò)X射線衍射法分析的結(jié)果，可知壓電體膜是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其(001)結(jié)晶取向率為96％。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知壓電體膜的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.53∶0.47。
另外，可知基于俄歇分光分析的壓電體膜的深度方向的Zr和Ti的組成分布在從與第二電極膜的界面到與第一電極膜的界面之間是一定的，另一方面，Pb組成在距與第一電極膜的界面約10nm為止的部分(壓電體膜整體的20分之1左右的部分)比其它部分少。該現(xiàn)象雖不能以俄歇分光分析的精度來(lái)觀察，但認(rèn)為是由于Pb組成至少擴(kuò)散到第一電極膜中引起的。即，與上述實(shí)施例5一樣，壓電體膜是由沿垂直于基板的上面的方向生長(zhǎng)的柱狀粒子的集合體構(gòu)成的、(001)取向的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT，但與實(shí)施例5的不同之處在于該柱狀粒子的截面直徑比上述實(shí)施例5大，且與第一電極膜的界面附近的Pb組成與壓電體膜整體相同、但與第一電極膜的界面上的Pb組成比其它部分稍少。
另外，與上述實(shí)施例5一樣，向壓電元件施加從0V至-80V的三角波電壓(頻率為2kHz)，測(cè)定壓電元件前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。結(jié)果，壓電元件的前端最大僅位移38.0微米。在通過(guò)該三角波電壓驅(qū)動(dòng)10億次后，調(diào)查壓電元件的驅(qū)動(dòng)狀況，同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡調(diào)查壓電元件的外觀的結(jié)果，可知壓電元件的驅(qū)動(dòng)停止，且在第一電極膜與壓電體膜之間膜產(chǎn)生分離。
效果如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，第一電極膜2與第一壓電體膜3的緊貼性變高。從而，即使施加大電壓，在第一電極膜2與第一壓電體膜3之間也不會(huì)產(chǎn)生膜分離。因此，可實(shí)現(xiàn)在具有高的壓電特性的同時(shí)、不引起惡化的壓電元件20。
另外，第一電極膜2使第一壓電體膜3作為結(jié)晶取向控制膜的功能活化。因此，第一壓電體膜3可確實(shí)控制第二壓電體膜4的結(jié)晶取向性。
(實(shí)施方式2)如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式2的壓電元件21是類似于根據(jù)實(shí)施方式1的壓電元件20的形狀，具備薄的長(zhǎng)方形平板形狀的基板1(厚度為0.30mm、寬度為3.0mm、長(zhǎng)度為15.0mm)、和形成于該基板1上的層疊體12。壓電元件21的寬度為3.0mm。壓電元件21的長(zhǎng)度方向一端部(圖6中為左端部)經(jīng)環(huán)氧樹脂類粘接劑7固定在不銹鋼支撐基板6(厚度為1.0mm、寬度為3.0mm、長(zhǎng)度為10.0mm)上。所謂該一端部是長(zhǎng)度距壓電元件21的一端(圖6中為左端)長(zhǎng)為3.0mm的部分。壓電元件21的長(zhǎng)度方向與不銹鋼支撐基板6的長(zhǎng)度方向大致正交。從而壓電元件21構(gòu)成懸臂梁。
這里，根據(jù)本方式的壓電元件21構(gòu)成為在壓電元件21的層疊體12中存在緩沖層膜13，并在第一電極膜2與壓電體層疊膜10之間配置該緩沖層膜13，此外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的壓電元件20一樣。
層疊體12具備形成于基板1上的第一電極膜2、形成于該第一電極膜2上的緩沖層膜13、形成于該緩沖層膜13上的壓電體層疊膜10、和形成于該壓電體層疊膜10上的第二電極膜5。
第一電極膜2設(shè)置在基板1一側(cè)的整面上。緩沖層膜13形成于第一電極膜2的上述一端部以外的部分上，壓電體層疊膜10設(shè)置在緩沖層膜13上。即，緩沖層膜13和壓電體層疊膜10的寬度為3.0mm，長(zhǎng)度為12.0mm。緩沖層膜13具有作為控制后述的第一壓電體膜3的結(jié)晶取向性的結(jié)晶取向控制膜的功能、和能以較低溫度形成第一壓電體膜3的基底的功能。壓電體層疊膜10由形成于緩沖層膜13上的第一壓電體膜3和形成于該第一壓電體膜3上的第二壓電體膜4構(gòu)成。與上述實(shí)施方式1一樣，該第一壓電體膜3具有作為控制第二壓電體膜4的結(jié)晶取向性的結(jié)晶取向控制膜的功能。
這里，作為本發(fā)明的特征，第一和第二壓電體膜3、4是類似于根據(jù)實(shí)施方式1的壓電體層疊膜10的結(jié)構(gòu)的、結(jié)晶生長(zhǎng)方向從壓電體層疊膜10(第一和第二壓電體膜3、4)的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體。另外，與上述實(shí)施方式1一樣，第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑比第一壓電體膜3的柱狀粒子的截面直徑大。壓電體層疊膜10的厚度(壓電體層疊膜10的柱狀粒子的長(zhǎng)度)l與第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。這里，與上述實(shí)施方式1一樣，當(dāng)比l/d不足20時(shí)，由于成膜時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，在壓電體層疊膜10中產(chǎn)生裂紋，若比l/d超過(guò)60，則驅(qū)動(dòng)時(shí)的功耗變大，響應(yīng)性降低，所以均不優(yōu)選。
另外，緩沖層膜13也是柱狀粒子的集合體。第一壓電體膜3與緩沖層膜13作為柱狀粒子的集合體相接。
另外，緩沖層膜13的柱狀粒子與第一壓電體膜3的柱狀粒子的截面直徑都為40nm以上、70nm以下，同時(shí)長(zhǎng)度都為5nm以上、100nm以下。第二壓電體膜4的柱狀粒子的截面直徑為60nm以上、200nm以下，同時(shí)長(zhǎng)度為2500nm以上、5000nm以下。
另外，緩沖層膜13為鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，其(001)結(jié)晶取向率為50％以上、80％以下。
另外，第一壓電體膜3的(001)結(jié)晶取向率也為50％以上、80％以下。第二壓電體膜4的(001)結(jié)晶取向率為95％以上、100％以下。
另外，第一和第二壓電體膜3、4的化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示。第一和第二壓電體膜3、4的b值為0.50以上、0.60以下的相同值。另外，第一和第二壓電體膜3、4的a值為0以上、0.15以下。根據(jù)本實(shí)施方式的壓電體層疊膜10不必象根據(jù)實(shí)施方式1的壓電體層疊膜10那樣第一壓電體膜3的Pb含量比第二壓電體膜4多。
另外，第一電極膜2與上述實(shí)施方式1一樣，由Pt或Ir所構(gòu)成的貴金屬、或向該貴金屬中添加Ti、Co和Ni中至少之一的合金構(gòu)成，是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從第一電極膜2的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)、且截面直徑為20nm以上、30nm以下的柱狀粒子的集合體。
這里，與上述實(shí)施方式1一樣，若向壓電元件21的導(dǎo)線8、9施加電壓，則壓電元件21的前端沿Z軸的-Z方向位移。因此，若在一定周期中重復(fù)施加電壓，則壓電元件21的前端以規(guī)定的位移幅度沿Z軸方向位移，可評(píng)價(jià)壓電元件21的位移特性。
壓電元件的制造方法下面，參照?qǐng)D7來(lái)說(shuō)明壓電元件21的制造方法。首先，如圖7(a)所示，與實(shí)施方式1的圖2(a)中所示的相同，制作在一個(gè)面中形成第一電極膜102的硅基板101。接著，在研磨(001)面后的硅基板101(縱向20mm、橫向20mm、厚度0.30mm)的表面上，使用形成寬度為5.0mm、長(zhǎng)度為18.0mm的長(zhǎng)方形開口部的不銹鋼制掩膜(厚度為0.2mm)，通過(guò)RF磁控管濺射法，形成第一電極膜102。
接著，在第一電極膜102的表面上，使用形成寬度為5.0mm、長(zhǎng)度為12.0mm的長(zhǎng)方形開口部的不銹鋼制掩膜(厚度為0.2mm)，通過(guò)使用由鈦酸鑭鉛的燒結(jié)體構(gòu)成的靶的PF磁控管濺射法，形成緩沖層膜113。并且，在該緩沖層膜113上正確形成壓電體層疊膜110。壓電體層疊膜110具體如下制作，即首先在緩沖層膜113上，通過(guò)使用PZT氧化物的燒結(jié)體構(gòu)成的靶且在規(guī)定成膜條件下的RF磁控管濺射法，形成第一壓電體膜103，從此，通過(guò)使用與形成第一壓電體膜103時(shí)相同的靶、且在與形成第一壓電體膜103時(shí)的成膜條件不同的規(guī)定成膜條件下的RF磁控管濺射法，在第一壓電體膜103上連續(xù)形成第二壓電體膜104。
之后，在壓電體層疊膜110的表面上，使用形狀與所述掩膜相同的不銹鋼制掩膜，通過(guò)RF磁控管濺射法正確形成第二電極膜105。從而，如圖7(b)所示，得到由基板101、和形成于該基板101上的、且包含緩沖層膜13和壓電體層疊膜110的層疊體112構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體122。
接著，如圖7(c)所示，用切片鋸正確切斷結(jié)構(gòu)體122，以使整體變?yōu)閷挾葹?.0mm、長(zhǎng)度為15.0mm的薄的長(zhǎng)方形形狀，且使長(zhǎng)度距第一電極膜2中的一端(圖7(c)中為左端)為3.0mm為止的部分露出。結(jié)果，得到順序?qū)盈B基板1、第一電極膜2、緩沖層膜13、第一和第二壓電體膜3、4和第二電極膜5的壓電體元件結(jié)構(gòu)體部件23。
之后，如圖7(d)所示，使用環(huán)氧樹脂類粘接劑7將基板1中的第一電極膜2的露出部(圖7(d)中為左端部)側(cè)的部分接合在不銹鋼支撐基板6上。
之后，如圖7(e)所示，使用導(dǎo)電性粘接劑(銀膏)將0.1mm的金制導(dǎo)線8連接于第一電極膜2的露出部上，同時(shí)，通過(guò)引線接合法將導(dǎo)線9連接于第二電極膜5中的第一電極膜2的露出部側(cè)的部分上，從而得到圖7(e)所示的壓電元件21。
另外，上述描述了將硅基板用作基板的情況，但只要在500度以上的加熱下不變形，使用硅以外的材料也可以。
下面，說(shuō)明作為本發(fā)明更具體的實(shí)施方式的實(shí)施例。
(實(shí)施例6)在本實(shí)施例中，使用與上述實(shí)施例1完全一樣制作的基板101和第一電極膜102。即將硅基板用作基板101，將厚度為100nm的銥(Ir)薄膜用作第一電極膜102。
在該第一電極膜102上形成緩沖層膜113。將向含有14摩爾％的鑭(La)的鈦酸鑭鉛(化學(xué)組成(Pb0.86La0.14)TiO3)中10摩爾％過(guò)剩地加入氧化鉛(PbO)并調(diào)合的燒結(jié)體(4英寸直徑)用作靶來(lái)制作緩沖層膜113。緩沖層膜113通過(guò)在基板溫度為500度、氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)、真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下成膜300秒來(lái)制作。
另外，壓電體層疊膜110使用上述實(shí)施例1中使用的RF磁控管濺射裝置制作。將過(guò)剩加入約20摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.20∶0.53∶0.47)用作靶來(lái)制作壓電體層疊膜110。壓電體層疊膜110的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的硅基板101預(yù)加熱到540度，并在該基板溫度下保持。將關(guān)于第一壓電體膜103的氬氣-氧氣的體積比設(shè)為Ar∶O2＝38∶2，將關(guān)于第二壓電體膜104的氬氣-氧氣的體積比設(shè)為Ar∶O2＝79∶1。將關(guān)于第一和第二壓電體膜103、104的氬氣-氧氣的氣體流量設(shè)為每分40ml，真空度設(shè)為0.2Pa，高頻功率設(shè)為3kW。之后，將第一和第二壓電體膜103、104的成膜時(shí)間分別設(shè)為50秒和3190秒。
通過(guò)與上述實(shí)施例1一樣的方法來(lái)調(diào)查第一電極膜102、緩沖層膜113、和壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
可知作為第一電極膜102的銥電極是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體。
緩沖層膜113的膜厚為100nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Ti＝0.90∶0.14∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為70％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜。緩沖層膜13的柱狀粒子的平均直徑為40nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為75％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為24.4。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，使用與上述實(shí)施例1一樣的評(píng)價(jià)裝置來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。即，經(jīng)導(dǎo)線8、9向第一和第二電極膜2、5之間施加從0V至-100V的三角波電壓(頻率為2kHz)，并使用激光多譜勒振動(dòng)位移測(cè)定裝置，測(cè)定壓電元件20前端在Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)的位移量。
在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移42.0微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為42.0微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例7)在本實(shí)施例中，使用與上述實(shí)施例6完全一樣制作的基板101、第一電極膜102和緩沖層膜113。
另外，壓電體層疊膜110使用上述實(shí)施例6中使用的RF磁控管濺射裝置、使用與上述實(shí)施例6中使用的相同靶來(lái)制作。壓電體層疊膜110的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的硅基板101預(yù)加熱到550度，并在該基板溫度下保持。將關(guān)于第一壓電體膜103的氬氣-氧氣的體積比設(shè)為Ar∶O2＝95∶1，將關(guān)于第二壓電體膜104的氬氣-氧氣的體積比設(shè)為Ar∶O2＝79∶1。將關(guān)于第一和第二壓電體膜103、104的氬氣-氧氣的氣體流量設(shè)為每分40ml，真空度設(shè)為0.2Pa，高頻功率設(shè)為3kW。之后，將第一和第二壓電體膜的成膜時(shí)間分別設(shè)為60秒和3190秒。
通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的方法來(lái)調(diào)查壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為60nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為72％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為24.4。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中少。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)裝置來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移40.0微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為40.0微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例8)在本實(shí)施例中，除將緩沖層膜113的制作時(shí)間變更為600秒外，與實(shí)施例6完全一樣地制作壓電元件21。
緩沖層膜113的膜厚為200nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Ti＝0.90∶0.14∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為75％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為50nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為50nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為180nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為100％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為21.7。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移42.0微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為42.0微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例9)在本實(shí)施例中，除將緩沖層膜113的制作時(shí)間變更為150秒外，與實(shí)施例6完全一樣地制作壓電元件21。
緩沖層膜113的膜厚為45nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Ti＝0.90∶0.14∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為55％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為40nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為40nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為70％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為24.4。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移42.0微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為42.0微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例10)在本實(shí)施例中，將耐高溫硼硅酸玻璃基板用作基板101(形狀和組成與上述實(shí)施例2中使用的相同)，使用與上述實(shí)施例4完全一樣制作的第一電極膜102。即，將含有4摩爾％的鎳(Ni)的厚度為120nm的鉑(Pt)薄膜用作第一電極膜102。
在該第一電極膜102上形成緩沖層膜113。將向含有12摩爾％的鑭(La)和6摩爾％的鎂(Mg)的鈦酸鑭鎂鉛(化學(xué)組成(Pb0.82Mg0.06La0.12)TiO3)中10摩爾％過(guò)剩地加入氧化鉛(PbO)并調(diào)合的燒結(jié)體(4英寸直徑)用作靶來(lái)制作緩沖層膜113。緩沖層膜113通過(guò)在基板溫度為500度、氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)、真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下成膜300秒來(lái)制作。
另外，壓電體層疊膜110與上述實(shí)施例2一樣，使用RF磁控管濺射裝置制作。將過(guò)剩加入約10摩爾％PbO并調(diào)合的、化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.50∶0.50)用作靶來(lái)制作壓電體層疊膜110。壓電體層疊膜110的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的硅基板101預(yù)加熱到530度，并在該基板溫度下保持。對(duì)于第一和第二壓電體膜103、104，將氬氣-氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝79∶1)用作濺射氣體，將該氣體壓力設(shè)為0.25Pa，同時(shí)，將氬氣-氧氣的混合氣體流量設(shè)為每分40ml。之后，通過(guò)將等離子體產(chǎn)生功率變?yōu)?kW并成膜60秒來(lái)制作第一壓電體膜103。另一方面，通過(guò)將等離子體產(chǎn)生功率變?yōu)?kW并成膜3800秒來(lái)制作第二壓電體膜104。
通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的方法來(lái)調(diào)查第一電極膜102、緩沖層膜113、和壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
可知第一電極膜102由包含4摩爾％鎳的鉑構(gòu)成，是截面直徑為25nm的柱狀粒子的集合體。
緩沖層膜113的膜厚為100nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Mg∶Ti＝0.86∶0.12∶0.08∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為65％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為30nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為100nm，柱狀粒子的截面直徑為30nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為5000nm，柱狀粒子的截面直徑為85nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99.5％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為60.0。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.51∶0.49，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.51∶0.49。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移43.1微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為43.1微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例11)在本實(shí)施例中，將鏡面加工后的氧化鋁基板用作基板101(形狀和組成與上述實(shí)施例4中使用的相同)，使用與上述實(shí)施例3完全一樣制作的第一電極膜102。即，將含有1摩爾％的鈦(Ti)的厚度為110nm的銥(Ir)薄膜用作第一電極膜102。
在該第一電極膜102上形成緩沖層膜113。將向含有10摩爾％鑭(La)、3摩爾％的錳(Mn)的鈦酸錳鑭鉛(化學(xué)組成(Pb0.87Mn0.03La0.10)TiO3)中10摩爾％過(guò)剩地加入氧化鉛(PbO)并調(diào)合的燒結(jié)體(4英寸直徑)用作靶來(lái)制作緩沖層膜113。緩沖層膜113通過(guò)在基板溫度為540度、氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)、真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下成膜300秒來(lái)制作。
另外，壓電體層疊膜110與上述實(shí)施例3一樣，使用RF磁控管濺射裝置制作。即，將過(guò)剩加入約10％摩爾％PbO并調(diào)合的鈦酸鋯酸鉛(PZT)的6英寸直徑的燒結(jié)體(組成摩爾比Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.60∶0.40)用作靶來(lái)制作壓電體層疊膜110。壓電體層疊膜110的成膜條件如下所示。即，在裝配上述靶的成膜室中，將在一側(cè)面上形成第一電極膜102的硅基板101預(yù)加熱到550度，并在該基板溫度下保持。將氬氣與氧氣的混合氣體(氣體體積比Ar∶O2＝38∶2)用作濺射氣體，將該氣體壓力設(shè)為0.25Pa，同時(shí)，將氬氣與氧氣的混合氣體流量設(shè)為每分40ml。另外，將等離子體產(chǎn)生功率變?yōu)?kW，成膜第一壓電體膜103共100秒。之后，暫時(shí)停止成膜，在將上述成膜條件中濺射氣體的混合比變?yōu)锳r∶O2＝79∶1、其它相同的成膜條件下，成膜第二壓電體膜104共2500秒。
通過(guò)與上述實(shí)施例1一樣的方法來(lái)調(diào)查第一電極膜102、緩沖層膜113、和壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
可知第一電極膜102是包含1摩爾％Ti的銥薄膜(Ir)，是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體。
緩沖層膜113的膜厚為100nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶Mn∶La∶Ti＝0.90∶0.03∶0.10∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為60％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為70nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為100nm，柱狀粒子的截面直徑為70nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3900nm，柱狀粒子的截面直徑為200nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99.5％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20.0。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.05∶0.60∶0.40，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.00∶0.60∶0.40。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移46.5微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為46.5微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例12)在本實(shí)施例中，使用與上述實(shí)施例6完全一樣制作的基板101和第一電極膜102。即，將硅基板用作基板101，將厚度為100nm的銥(Ir)薄膜用作第一電極膜102。
在該第一電極膜102上形成緩沖層膜113。將向含有12摩爾％的鑭(La)和3摩爾％的鍶(Sr)的鈦酸鑭鍶鉛(化學(xué)組成(Pb0.85Sr0.03La0.12)TiO3)中10摩爾％過(guò)剩地加入氧化鉛(PbO)并調(diào)合的燒結(jié)體(4英寸直徑)用作靶來(lái)制作緩沖層膜113。緩沖層膜113通過(guò)在基板溫度為520度、氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)、真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下成膜300秒來(lái)制作。
另外，與上述實(shí)施例6完全一樣地制作壓電體層疊膜110。
通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的方法來(lái)調(diào)查第一電極膜102、緩沖層膜113、和壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
可知作為第一電極膜102的銥電極是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體(膜厚為100nm)。
緩沖層膜113的膜厚為100nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Sr∶Ti＝0.88∶0.12∶0.03∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為65％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為30nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為30nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為75％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為99％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為24.4。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)裝置來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移41.2微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為41.2微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(實(shí)施例13)在本實(shí)施例中，使用與上述實(shí)施例6完全一樣制作的基板101和第一電極膜102。即，將硅基板用作基板101，將厚度為100nm的銥(Ir)薄膜用作第一電極膜102。
在該第一電極膜102上形成緩沖層膜113。將鈦酸鍶(化學(xué)組成SrTiO3)的燒結(jié)體(4英寸直徑)用作靶來(lái)制作緩沖層膜113。緩沖層膜113通過(guò)在基板溫度為540度、氬氣與氧氣的混合氣氛氣中(氣體體積比Ar∶O2＝19∶1)、真空度為0.8Pa、高頻功率300W的條件下成膜550秒來(lái)制作。
另外，與上述實(shí)施例6完全一樣地制作壓電體層疊膜110。
通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的方法來(lái)調(diào)查第一電極膜102、緩沖層膜113、和壓電體層疊膜110的第一和第二壓電體膜103、104的膜厚、化學(xué)組成、膜結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶取向性。
可知作為第一電極膜102的銥電極是截面直徑為20nm的柱狀粒子的集合體(膜厚為100nm)。
緩沖層膜113的膜厚為85nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Sr∶Ti＝1∶1，且是(001)結(jié)晶取向率為60％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為30nm。
壓電體層疊膜110作為第一和第二壓電體膜103、104這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜103的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為30nm。另外，可知第一壓電體膜103是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為70％。另一方面，第二壓電體膜104的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為160nm。另外，可知第二壓電體膜104也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為98％。壓電體層疊膜110的厚度l與第二壓電體膜104的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為24.4。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜103的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜104的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜103、104是<001>軸在垂直于基板101的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜103、104中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜103中比第二壓電體膜104中多。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)裝置來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件21的前端最大僅位移41.6微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件21的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件21的外觀。結(jié)果，該壓電元件21在10億次驅(qū)動(dòng)后，位移量也為41.6微米，未變化，未發(fā)現(xiàn)膜產(chǎn)生分離或裂紋。
(比較例3)在本比較例中，除將緩沖層膜的制作時(shí)間變更為900秒以外，與上述實(shí)施例6完全一樣地制作壓電元件。
緩沖層膜的膜厚為300nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Ti＝0.90∶0.14∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為80％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的柱狀結(jié)構(gòu)膜，其柱狀粒子的平均直徑為50nm。
壓電體層疊膜作為第一和第二壓電體膜這兩個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)膜相接的柱狀粒子的集合體而存在。第一壓電體膜的膜厚為50nm，柱狀粒子的截面直徑為50nm。另外，可知第一壓電體膜是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為80％。另一方面，第二壓電體膜的膜厚為3850nm，柱狀粒子的截面直徑為180nm。另外，可知第二壓電體膜也是鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，其形成面的(001)結(jié)晶取向率為100％。壓電體層疊膜的厚度l與第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為21.7。
另外，基于X射線微分析儀的陽(yáng)離子的組成分析結(jié)果，可知第一壓電體膜的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.15∶0.53∶0.47，另一方面，第二壓電體膜的組成為Pb∶Zr∶Ti＝1.10∶0.53∶0.47。即，可知第一和第二壓電體膜是<001>軸在垂直于基板的上面的方向上優(yōu)先取向生長(zhǎng)的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PZT膜。Zr和Ti的組成在第一和第二壓電體膜中相同，另一方面，Pb的組成在第一壓電體膜中比第二壓電體膜中多。
另外，使用與上述實(shí)施例6一樣的評(píng)價(jià)方法來(lái)進(jìn)行致動(dòng)器的壓電位移的驅(qū)動(dòng)持久性試驗(yàn)。在施加所述三角波電壓的情況下，壓電元件的前端最大僅位移40.5微米。在通過(guò)該三角波電壓往復(fù)驅(qū)動(dòng)1億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為13.9小時(shí))后和往復(fù)驅(qū)動(dòng)10億次(驅(qū)動(dòng)時(shí)間為138.9小時(shí))后，在調(diào)查壓電元件的驅(qū)動(dòng)狀況的同時(shí)，通過(guò)光學(xué)顯微鏡來(lái)調(diào)查壓電元件的外觀。結(jié)果，該壓電元件在1億次驅(qū)動(dòng)后，位移量下降到34.0微米，在周邊部分稍引起膜分離。在10億次驅(qū)動(dòng)后，壓電元件未位移，在多個(gè)膜中產(chǎn)生分離或裂紋。
效果如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)在第一電極膜2與第一壓電體膜3之間配置緩沖層膜13，第一電極膜2與第一壓電體膜3的緊貼性變高。從而，即使施加大電壓，在第一電極膜2與第一壓電體膜3之間也不會(huì)產(chǎn)生膜分離。因此，可實(shí)現(xiàn)在具有高的壓電特性的同時(shí)、不引起惡化的壓電元件21。
另外，第一電極膜2使緩沖層膜13作為結(jié)晶取向控制膜的功能活化。另外，緩沖層膜13使第一壓電體膜3作為結(jié)晶取向控制膜的功能活化。因此，第一壓電體膜3可確實(shí)控制第二壓電體膜4的結(jié)晶取向性。
(實(shí)施方式3)本實(shí)施方式中將根據(jù)本發(fā)明的壓電元件適用于噴墨頭。
如圖8所示，根據(jù)本實(shí)施方式的噴墨頭201由分別排成列狀且彼此形狀相同的10個(gè)墨水噴出元件202、…、和連接于各墨水噴出元件202的單獨(dú)電極33(參照?qǐng)D9)上且驅(qū)動(dòng)墨水噴出元件202的驅(qū)動(dòng)電源元件203構(gòu)成。
如圖9所示，墨水噴出元件202順序?qū)盈B噴嘴板D、墨水液流路部件C、壓力部件A和致動(dòng)器部B。這些部件A-D彼此通過(guò)粘接劑粘接固定。在壓力室部件A中形成壓力室用開口部31。覆蓋壓力室用開口部31的上端開口面地配置致動(dòng)器部B。即，致動(dòng)器部B的厚度方向一側(cè)的一部分臨近壓力室用開口部31來(lái)設(shè)置。上述上端開口面是短軸為200微米、長(zhǎng)軸為400微米的橢圓形狀。致動(dòng)器部B位于壓力室32的上方。覆蓋壓力室用開口部31的下端開口面地配置墨水液流路部件C。即，用分別配置在其上下的致動(dòng)器部B和墨水液流路部件C來(lái)劃分壓力室部件A的壓力室用開口部31，被劃分出的空間構(gòu)成容納墨水液的壓力室32(厚度為0.2mm)。在墨水液流路部件C上形成沿規(guī)定方向(例如墨水提供方向)列狀排列的多個(gè)壓力室32、…共用的共用液室35、連通該共用液室35與壓力室32的提供口36、和連通壓力室32與后述的噴嘴孔38的墨水流路37。在噴嘴板D中穿透設(shè)置直徑為30微米的噴嘴孔38。上述驅(qū)動(dòng)電源元件203經(jīng)接合引線分別向多個(gè)墨水噴出元件202、…的單獨(dú)電極33提供電壓。另外，本發(fā)明的頭主體部對(duì)應(yīng)于噴嘴板D、墨水液流路部件C和壓力部件A，壓電元件對(duì)應(yīng)于致動(dòng)器部B。下面，詳細(xì)說(shuō)明致動(dòng)器部B的結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施例14)圖10是表示本實(shí)施例的致動(dòng)器部B的截面圖。致動(dòng)器部B具有由包含4摩爾％鈷(Co)的銥(Ir)膜構(gòu)成的厚度為240nm的單獨(dú)電極33；位于該單獨(dú)電極33的正下方、且由用Pb1.15Zr0.53Ti0.47O3表示的PZT構(gòu)成的厚度為80nm的第一壓電體膜41；位于該第一壓電體膜41的正下方、且由用Pb1.05Zr0.53Ti0.47O3表示的PZT構(gòu)成的厚度為4500nm的第二壓電體膜42；位于該第二壓電體膜42的正下方、且由鉑構(gòu)成的厚度為100nm的第二電極膜(共用電極)43；和位于該第二電極膜43的正下方、且由鉻(Cr)構(gòu)成的厚度為3500nm的振動(dòng)板膜44。單獨(dú)電極33設(shè)置在對(duì)應(yīng)于壓力室32的位置上，被單獨(dú)化。振動(dòng)板膜44隨著壓電體膜41、42的壓電效應(yīng)位移振動(dòng)。第二電極膜43和振動(dòng)板膜44在各墨水噴出元件202之間共用。在第二電極膜43上層疊單獨(dú)電極33、第一壓電體膜41和第二壓電體膜42的層疊膜以外的部分，形成由聚酰亞胺樹脂構(gòu)成的電絕緣有機(jī)膜45至與單獨(dú)電極33的上面相同的高度。在該電絕緣有機(jī)膜45的上面形成連接于單獨(dú)電極33且由金屬構(gòu)成的導(dǎo)線形狀的膜厚為100nm的引出電極膜46。
(致動(dòng)器部的制造方法)下面，參照?qǐng)D11和圖12來(lái)說(shuō)明致動(dòng)器部B的制造方法。首先，與上述實(shí)施例5一樣，在縱向20mm、橫向20mm、厚度0.3mm的硅基板50上順序?qū)盈B第一電極膜52、第一壓電體膜53、第二壓電體膜54和第二電極膜43，得到圖11(a)所示的結(jié)構(gòu)體55。接著，在該結(jié)構(gòu)體55的第二電極膜43上，使用RF磁控管濺射法在室溫下形成振動(dòng)板膜44(參照?qǐng)D11(b))。之后，如圖11(c)所示，經(jīng)振動(dòng)板膜44和粘接劑(丙烯酸酯類樹脂)56，將在一側(cè)面上形成振動(dòng)板膜44的結(jié)構(gòu)體55貼合在玻璃制的壓力室部件57上。
下面，使用等離子體反應(yīng)蝕刻裝置，通過(guò)使用SF6氣體的干蝕刻去除硅基板51(參照?qǐng)D11(d))。之后，如圖11(e)所示，使用光致抗蝕劑樹脂膜58，將由第一電極膜52、第一壓電體膜53和第二壓電體膜54構(gòu)成的層疊膜的非蝕刻部分正確布圖成橢圓形狀圖案(具體而言是短軸為180微米、長(zhǎng)軸為380微米的橢圓形狀的圖案)。之后，通過(guò)進(jìn)行使用Ar氣體的干蝕刻和弱氟酸的濕蝕刻，將第一電極膜52、第一壓電體膜53和第二壓電體膜54構(gòu)成的層疊膜加工成光致抗蝕劑圖案并單獨(dú)化。由此，得到具備由單獨(dú)電極33、第一壓電體膜41和第二壓電體膜42構(gòu)成的層疊膜的致動(dòng)器結(jié)構(gòu)體(參照?qǐng)D12(a))。之后，用抗蝕劑剝離液處理并去除光致抗蝕劑樹脂膜58(參照?qǐng)D12(b))。接著，如圖12(c)所示，通過(guò)印刷法在第二電極膜43上的上述層疊膜以外的部分中形成電絕緣有機(jī)膜45。之后，通過(guò)DC濺射法在電絕緣有機(jī)膜45的上面形成引出電極膜46(參照?qǐng)D12(d))。這樣，得到如圖10所示的致動(dòng)器部B。
使用10個(gè)通過(guò)上述制法制作的墨水噴出元件202來(lái)制作圖8所示的噴墨頭201。
(噴墨頭的動(dòng)作)下面說(shuō)明噴墨頭201的動(dòng)作。
首先，經(jīng)接合線從驅(qū)動(dòng)電源元件203分別向10個(gè)墨水噴出元件202、…的單獨(dú)電極33提供電壓。之后，振動(dòng)板膜44隨著壓電體膜41、42的壓電效應(yīng)位移振動(dòng)。由此，共用液室35內(nèi)的墨水液經(jīng)由提供口36、壓力室32和墨水流路37從噴嘴孔38噴出。
此時(shí)，在噴墨頭201中，構(gòu)成致動(dòng)器部B的壓電體膜41、42的膜面結(jié)晶取向性在(001)面上一致。另外，壓電體膜41、42的壓電位移特性也在大的值下一致。因此，噴墨頭201可得到大的壓電位移(位移量)。
另外，因?yàn)榈谝浑姌O膜52與第一壓電體膜53的緊貼性高，所以即使施加高的電壓以大的位移驅(qū)動(dòng)，也難以引起導(dǎo)致膜分離的故障，結(jié)果，可可靠性高地穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。
另外，因?yàn)槟畤姵鲈?02的壓電位移大、即墨水噴出元件202的墨水液的噴出能力高，所以電源電壓的調(diào)整幅度可取極限。因此，可容易控制，以減小多個(gè)墨水噴出元件202、…各自的墨水液的噴出差異。
(實(shí)施例15)根據(jù)本發(fā)明的噴墨頭與實(shí)施例14的不同之處在于致動(dòng)器部B中，在單獨(dú)電極33與第一壓電體膜41之間配置緩沖層膜，其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例14完全一樣。這里，緩沖層膜與上述實(shí)施例6一樣，膜厚為100nm，同時(shí)，化學(xué)組成比為Pb∶La∶Ti＝0.90∶0.14∶1.00，且是(001)結(jié)晶取向率為50％的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鈦酸鑭鉛構(gòu)成的薄膜。
致動(dòng)器部B的制造方法與實(shí)施例14的不同之處在于在第一電極膜52與第一壓電體膜53之間形成緩沖層膜。該緩沖層膜通過(guò)與上述實(shí)施例6一樣的方法制作。使用如上制作的致動(dòng)器部B，與上述實(shí)施例14一樣形成噴墨頭201。
此時(shí)，在噴墨頭201中，構(gòu)成致動(dòng)器部B的壓電體膜41、42的膜面結(jié)晶取向性在(001)面上一致。另外，壓電體膜41、42的壓電位移特性也在大的值下一致。因此，噴墨頭201可得到大的壓電位移(位移量)。
另外，由于在第一電極膜52與第一壓電體膜53之間夾入緩沖層膜，從而第一電極膜52與第一壓電體膜53之間的緊貼性變高，所以即使施加高的電壓以大的位移驅(qū)動(dòng)，也難以引起導(dǎo)致膜分離的故障，結(jié)果，可可靠性高地穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。
另外，因?yàn)槟畤姵鲈?02的壓電位移大、即墨水噴出元件202的墨水液的噴出能力高，所以電源電壓的調(diào)整幅度可取極限。因此，可容易控制，以減小多個(gè)墨水噴出元件202、…各自的墨水液的噴出差異。
效果如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在排列多個(gè)墨水噴出元件202的噴墨頭201中，可減小墨水噴出元件202、…之間的墨水液的噴出差異。因此，可提供高特性的噴墨頭201。另外，構(gòu)成致動(dòng)器部B的第一電極膜52、第一壓電體膜53、第二壓電體膜54和第二電極膜43只要是用于上述實(shí)施方式1的壓電元件的材料，則可使用任何材料來(lái)制作高特性的致動(dòng)器部B。
另外，在本實(shí)施方式中，振動(dòng)板膜44由鉻構(gòu)成，但不限于此，也可由硅、玻璃、陶瓷材料、鉻以外的金屬材料中任一構(gòu)成。
另外，在本實(shí)施方式中，在第二電極膜43中的與第二壓電體膜42相反側(cè)的面上形成振動(dòng)板膜44，但也可在單獨(dú)電極33中的與第一壓電體膜41相反側(cè)的面上形成振動(dòng)板膜44。
(實(shí)施方式4)本實(shí)施方式中將根據(jù)本發(fā)明的壓電元件適用于噴墨式記錄裝置中。下面，說(shuō)明具體實(shí)施的實(shí)施例。
(實(shí)施例16)如圖13所示，根據(jù)本實(shí)施例的串聯(lián)方式的噴墨式記錄裝置81具備利用壓電體膜41、42的壓電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行記錄的噴墨頭201(參照實(shí)施方式3)，可通過(guò)使從噴墨頭201噴出的墨滴落于紙等記錄媒體82上來(lái)在記錄媒體82進(jìn)行記錄。噴墨頭201搭載在可滑動(dòng)地裝配在沿主掃描方向(圖13中為X方向)配置的運(yùn)送部(carridge)軸83的運(yùn)送部84上。另外，通過(guò)運(yùn)送部84沿運(yùn)送軸83往復(fù)運(yùn)動(dòng)，噴墨頭201沿主掃描方向X往復(fù)運(yùn)動(dòng)。噴墨式記錄裝置81還具備使記錄媒體82沿與噴墨頭201的寬度方向(即主掃描方向X)大致垂直的副掃描方向Y移動(dòng)的多個(gè)輥85、…。另外，根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)部件對(duì)應(yīng)于運(yùn)送軸83、運(yùn)送部84和輥85。
效果如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于使用可容易控制多個(gè)墨水噴出元件202、…之間的墨水液的噴出差異的噴墨頭201(參照實(shí)施方式3)來(lái)構(gòu)成串聯(lián)方式的噴墨式記錄裝置81，所以可減少印刷時(shí)的打印斑點(diǎn)。因此，可實(shí)現(xiàn)可靠性高的串聯(lián)方式的噴墨式記錄裝置81。
(實(shí)施例17)如圖14所示，根據(jù)本實(shí)施例的直線方式的噴墨式記錄裝置91配置在具有13個(gè)利用壓電體膜41、42的壓電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行記錄的噴墨頭201(參照實(shí)施方式3)的直線狀組件86中，可通過(guò)使從噴墨頭201噴出的墨滴落于紙等記錄媒體82上來(lái)對(duì)記錄媒體82進(jìn)行記錄。噴墨式記錄裝置91還具備使記錄媒體82沿副掃描方向Y移動(dòng)的多個(gè)輥85、…。另外，根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)部件對(duì)應(yīng)于輥85。
效果如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于使用可容易控制多個(gè)墨水噴出元件202、…之間的墨水液的噴出差異的噴墨頭201(參照實(shí)施方式3)來(lái)構(gòu)成直線方式的噴墨式記錄裝置91，所以可在寬度大的記錄媒體82中進(jìn)行高速印刷，同時(shí)，可減少印刷時(shí)的打印斑點(diǎn)。因此，可實(shí)現(xiàn)可靠性高的直線方式的噴墨式記錄裝置91。
(實(shí)施方式5)圖15和圖16示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式5的角速度傳感器，該角速度傳感器是音叉型的傳感器，適于搭載于車輛上的導(dǎo)航裝置等中。
角速度傳感器具有由厚度為0.3mm的硅晶片構(gòu)成的基板500。該基板500具有固定部500a、和從該固定部500a沿規(guī)定方向(檢測(cè)的角速度的旋轉(zhuǎn)中心軸延伸的方向在本實(shí)施方式中為圖15所示的Y方向)延伸的一對(duì)振動(dòng)部500b、500b。這些固定部500a和一對(duì)振動(dòng)部500b、500b從基板500的厚度方向(圖15所示的Z方向)看形成音叉狀，一對(duì)振動(dòng)部500b、500b相當(dāng)于音叉的臂部，以在振動(dòng)部500b的寬度方向上排列的狀態(tài)彼此平行延伸。另外，基板500也可是玻璃基板。
在基板500的各振動(dòng)部500b和固定部500a的在振動(dòng)部500b側(cè)的部分上，順序?qū)盈B第一電極膜503、由第一壓電體膜504和第二壓電體膜505構(gòu)成的壓電體層疊膜510和第二電極膜506。第一電極膜503、第一壓電體膜504、第二壓電體膜505和第二電極膜506的各構(gòu)成材料和厚度分別與上述實(shí)施方式1中說(shuō)明的第一電極膜2、第一壓電體膜3、第二壓電體膜4和第二電極膜5分別相同。
第二電極膜506在各振動(dòng)部500b上布圖成使振動(dòng)部500b沿其寬度方向(圖15所示的X方向)振動(dòng)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507、507、和用于檢測(cè)振動(dòng)部500b的厚度方向(Z方向)的變形(彎曲)用的一個(gè)檢測(cè)電極508。
兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507、507分別在振動(dòng)部500b的寬度方向(X方向)兩端部上橫跨振動(dòng)部500b的長(zhǎng)度方向(Y方向)整體而設(shè)置，各驅(qū)動(dòng)電極507的固定部500a側(cè)的端部位于固定部500a上，構(gòu)成連接端子507a。另外，也可僅在各振動(dòng)部500b的寬度方向一端部上設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507。
另一方面，檢測(cè)電極508在振動(dòng)部500b的寬度方向中央部上橫跨振動(dòng)部500b的長(zhǎng)度方向整體而設(shè)置，與驅(qū)動(dòng)電極507一樣，檢測(cè)電極508的固定部500a側(cè)的端部位于固定部500a上，構(gòu)成連接端子508a。另外，也可在各振動(dòng)部500b上設(shè)置多個(gè)檢測(cè)電極508。
第一電極膜503在固定部500a上的一對(duì)振動(dòng)部500b、500b之間的中央位置處具有向與振動(dòng)部500b相反側(cè)突出的連接端子503a。
向各振動(dòng)部500b上的第一電極膜503與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507、507之間，施加與振動(dòng)部500b的固有振動(dòng)諧振的頻率的電壓，使振動(dòng)部500b沿其寬度方向振動(dòng)。即，向第一電極膜503施加接地電壓，另一方面，向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507、507施加正負(fù)彼此相反的電壓，由此，當(dāng)各振動(dòng)部500b的寬度方向一端部側(cè)伸長(zhǎng)時(shí)，另一端部側(cè)收縮，振動(dòng)部500b向該另一端部側(cè)變形。另一方面，各振動(dòng)部500b的寬度方向一端部側(cè)收縮時(shí)，另一端部側(cè)伸長(zhǎng)，振動(dòng)部500b向該一端部側(cè)變形。通過(guò)交互重復(fù)該動(dòng)作，振動(dòng)部500b在其寬度方向上振動(dòng)。另外，即使僅向各振動(dòng)部500b上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極507、507中之一施加電壓，也可使振動(dòng)部500b沿其寬度方向振動(dòng)。另外，一對(duì)振動(dòng)部500b、500b在各振動(dòng)部500b的寬度方向上彼此向相反方向變形，對(duì)稱于位于一對(duì)振動(dòng)部500b、500b間的中央沿該振動(dòng)部500b的長(zhǎng)度方向延伸的中央線L振動(dòng)。
在上述結(jié)構(gòu)的角速度傳感器中，當(dāng)使一對(duì)振動(dòng)部500b、500b沿其寬度方向(X方向)對(duì)稱于中央線L振動(dòng)時(shí)，若繞該中央線L施加角速度ω，則兩個(gè)振動(dòng)部500b、500b由于科里奧利力沿厚度方向(Z方向)變形(一對(duì)振動(dòng)部500b、500b彼此向反向等量彎曲)，從而，在壓電體層疊膜510中也產(chǎn)生彎曲，在第一電極膜503與檢測(cè)電極508之間，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于科里奧利力的大小的電壓?？筛鶕?jù)該電壓的大小(科里奧利力)來(lái)檢測(cè)角速度ω。即，若設(shè)各振動(dòng)部500b的寬度方向的速度為v，各振動(dòng)部500b的質(zhì)量為m，則科里奧利力Fc為Fc＝2mvω所以可從科里奧利力Fc知道角速度ω的值。
下面，根據(jù)圖17和圖18來(lái)說(shuō)明上述角速度傳感器的制造方法。即，如圖17(a)所示，準(zhǔn)備研磨(001)面后的、厚度0.3mm、直徑4英寸的硅晶片(平面圖參照?qǐng)D18)構(gòu)成的基板500，如圖17(b)-(e)所示，在該基板500上，由3維RF磁控管濺射裝置形成第一電極膜503、第一壓電體膜504、第二壓電體膜505和第二電極膜506。具體的成膜條件與上述實(shí)施例1一樣。另外，成膜的各壓電體膜504、505的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、結(jié)晶取向性和組成也與上述實(shí)施例1一樣。
接著，如圖17(f)所示，布圖第二電極膜506，形成驅(qū)動(dòng)電極507和檢測(cè)電極508。即，在第二電極膜506上涂布感光樹脂，在該感光樹脂將驅(qū)動(dòng)電極507和檢測(cè)電極508的圖案曝光，之后，去除未曝光的部分的感光樹脂，并通過(guò)蝕刻去除將該感光樹脂去除后的部分中的第二電極膜506，接著，去除驅(qū)動(dòng)電極507和檢測(cè)電極508上的感光樹脂。
在布圖第二電極膜506后，再重復(fù)感光樹脂的涂布、曝光，布圖壓電體層疊膜510、第一電極膜503和硅基板500，形成固定部500a和振動(dòng)部500b。如此完成上述角速度傳感器。另外，也可將玻璃用作上述基板500以代替硅。
這里，參照?qǐng)D19和圖20來(lái)說(shuō)明現(xiàn)有的角速度傳感器。
該現(xiàn)有角速度傳感器具備由厚度為0.3mm的水晶構(gòu)成的壓電體600，該壓電體600與根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器的基板500一樣，具有固定部600a、和從該固定部600a沿其一側(cè)(圖19所示的Y方向)彼此平行延伸的一對(duì)振動(dòng)部600b、600b。另外，在相對(duì)各振動(dòng)部600b的厚度方向(圖19所示Z方向)的兩個(gè)面中，分別各設(shè)一個(gè)使振動(dòng)部600b沿其寬度方向(圖19所示X方向)振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電極603，在各振動(dòng)部600b的兩側(cè)面中分別各設(shè)一個(gè)檢測(cè)振動(dòng)部600b的厚度方向變形的檢測(cè)電極607。
另外，現(xiàn)有的角速度傳感器中，向各振動(dòng)部500b中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電極603、603之間施加與振動(dòng)部600b的固有振動(dòng)諧振的頻率的電壓，與根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器一樣，使一對(duì)振動(dòng)部600b、600b沿其寬度方向(圖19所示X方向)對(duì)稱于位于該一對(duì)振動(dòng)部600b、600b之間的中央的中央線L振動(dòng)。此時(shí)，若繞該中央線L施加角速度ω，則一對(duì)振動(dòng)部600b、600b由于科里奧利力沿厚度方向(圖19所示Z方向)彎曲變形，在各振動(dòng)部600b中的兩個(gè)檢測(cè)電極607、607之間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于科里奧利力的大小的電壓，可根據(jù)該電壓的大小(科里奧利力)來(lái)檢測(cè)角速度ω。
在上述現(xiàn)有的角速度傳感器中，因?yàn)槭褂糜伤?gòu)成的壓電體600，所以其壓電常數(shù)為-3微微m/V，低，并且固定部600a和振動(dòng)部600b通過(guò)機(jī)械加工形成，所以難以小型化，尺寸精度低。
相反，在根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器中，檢測(cè)角速度的部分(振動(dòng)部500b)由與上述實(shí)施方式1一樣結(jié)構(gòu)的壓電元件構(gòu)成，所以壓電常數(shù)變?yōu)樯鲜霈F(xiàn)有角速度傳感器的40倍可實(shí)現(xiàn)小型化。另外，可使用薄膜形成技術(shù)來(lái)進(jìn)行細(xì)微加工，可使尺寸精度格外提高。
另外，在本實(shí)施方式的角速度傳感器中，僅在基板500中設(shè)置1組一對(duì)振動(dòng)部500b、500b，但也可設(shè)置多組，分別檢測(cè)在各種方向上延伸的多個(gè)軸的角速度。
另外，在根據(jù)本實(shí)施方式的角速度傳感器中，也可如實(shí)施方式2所示的壓電元件的膜結(jié)構(gòu)那樣，在第一電極膜503與第一壓電體膜504之間，配置實(shí)施方式2的實(shí)施例中所用的緩沖層膜。此時(shí)，與上述一樣，即使在工業(yè)上批量生產(chǎn)，也可提供特性的再現(xiàn)性好、差異少且耐壓和可靠性好的角速度傳感器。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明不僅用于噴墨頭、角速度傳感器，也可用于陀螺儀元件、振動(dòng)傳感器等。另外，本發(fā)明還可適用于微機(jī)械設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一種壓電元件，具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，其特征在于所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
2.一種壓電元件，具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，其特征在于所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于具備在所述第一電極膜的與所述第一壓電體膜相反側(cè)的面上或在所述第二電極膜的與所述第二壓電體膜相反側(cè)的面上形成的振動(dòng)板膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于具備在所述第一電極膜的與所述第一壓電體膜相反側(cè)的面上或在所述第二電極膜的與所述第二壓電體膜相反側(cè)的面上形成的振動(dòng)板膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電元件，其特征在于所述振動(dòng)板膜由硅、玻璃、陶瓷材料和金屬材料中任一構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電元件，其特征在于所述振動(dòng)板膜由硅、玻璃、陶瓷材料和金屬材料中任一構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為40nm以上、70nm以下，且長(zhǎng)度為5nm以上、100nm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為40nm以上、70nm以下，且長(zhǎng)度為5nm以上、100nm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為60nm以上、200nm以下，且長(zhǎng)度為2500nm以上、5000nm以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑為60nm以上、200nm以下，且長(zhǎng)度為2500nm以上、5000nm以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述第一和第二壓電體膜由至少包含Pb、Zr和Ti的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物構(gòu)成，當(dāng)將按照基于X射線衍射法的衍射圖案的各結(jié)晶面的反射強(qiáng)度求出的壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率定義為在晶格間距離從4.2至1.5的X射線衍射范圍內(nèi)(001)峰值強(qiáng)度與(002)峰值強(qiáng)度之和相對(duì)歸屬于壓電體膜的全部峰值強(qiáng)度總和的百分率時(shí)，所述第一壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為50％以上、80％以下，另一方面，所述第二壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為95％以上、100％以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述第一和第二壓電體膜由至少包含Pb、Zr和Ti的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物構(gòu)成，當(dāng)將按照基于X射線衍射法的衍射圖案的各結(jié)晶面的反射強(qiáng)度求出的壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率定義為在晶格間距離從4.2至1.5的X射線衍射范圍內(nèi)(001)峰值強(qiáng)度與(002)峰值強(qiáng)度之和相對(duì)歸屬于壓電體膜的全部峰值強(qiáng)度總和的百分率時(shí)，所述第一壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為50％以上、80％以下，另一方面，所述第二壓電體膜的(001)結(jié)晶取向率為95％以上、100％以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述第一和第二壓電體膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二壓電體膜的所述b值為0.50以上、0.60以下的相同值，所述第一壓電體膜的Pb含量比所述第二壓電體膜多，所述第一壓電體膜的所述a值為0.05以上、0.15以下，所述第二壓電體膜的所述a值為0以上、0.10以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述第一和第二壓電體膜至少包含Pb、Zr和Ti，其化學(xué)組成比由Pb∶Zr∶Ti＝(1+a)∶b∶(1-b)表示，所述第一和第二壓電體膜的所述b值為0.50以上、0.60以下的相同值。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電元件，其特征在于所述第一電極膜由Pt或Ir所構(gòu)成的貴金屬、或向該貴金屬中添加Ti、Co和Ni中至少之一的合金構(gòu)成，是截面直徑為20nm以上、30nm以下的柱狀粒子的集合體。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述第一電極膜由Pt或Ir所構(gòu)成的貴金屬、或向該貴金屬中添加Ti、Co和Ni中至少之一的合金構(gòu)成，是截面直徑為20nm以上、30nm以下的柱狀粒子的集合體。
17.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述緩沖層膜由鈦酸鑭鉛或向鈦酸鑭鉛中添加鎂和錳中至少之一的材料構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述緩沖層膜是包含鍶的鈣鈦礦型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氧化物。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電元件，其特征在于所述緩沖層膜含有鈦酸鍶。
20.一種壓電元件的制造方法，其特征在于具備如下工序通過(guò)濺射法在基板上形成第一電極膜；通過(guò)將規(guī)定材料用作靶且在規(guī)定成膜條件下的濺射法，在所述第一電極膜上形成第一壓電體膜；通過(guò)將所述規(guī)定材料用作靶且在與所述規(guī)定成膜條件不同的成膜條件下的濺射法，在所述第一壓電體膜上形成第二壓電體膜，從而形成壓電體層疊膜；和通過(guò)濺射法在所述第二壓電體膜上形成第二電極膜。
21.一種壓電元件的制造方法，其特征在于具備如下工序通過(guò)濺射法在基板上形成第一電極膜；通過(guò)將規(guī)定的第一材料用作靶且在規(guī)定的第一成膜條件下的濺射法，在所述第一電極膜上形成緩沖層膜；通過(guò)將規(guī)定的第二材料用作靶且在規(guī)定的第二成膜條件下的濺射法，在所述緩沖層膜上形成第一壓電體膜；通過(guò)將所述規(guī)定的第二材料用作靶且在與所述規(guī)定的第二成膜條件不同的成膜條件下的濺射法，在所述第一壓電體膜上形成第二壓電體膜，從而形成壓電體層疊膜；和通過(guò)濺射法在所述第二壓電體膜上形成第二電極膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的壓電元件的制造方法，其特征在于還具備通過(guò)濺射法在所述第二電極膜上形成振動(dòng)板膜的工序；和去除所述基板的工序。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壓電元件的制造方法，其特征在于還具備通過(guò)濺射法在所述第二電極膜上形成振動(dòng)板膜的工序；和去除所述基板的工序。
24.一種噴墨頭，具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
25.一種噴墨頭，具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
26.一種噴墨式記錄裝置，具備噴墨頭，該噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出；和使所述噴墨頭與記錄媒體相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)部件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
27.一種噴墨式記錄裝置，具備噴墨頭，該噴墨頭具備頭主體，該頭主體形成有噴嘴和連通于該噴嘴且容納墨水的壓力室；和壓電元件，厚度方向一側(cè)的面的一部分臨近所述壓力室設(shè)置，且向所述壓力室內(nèi)的墨水施加壓力，使墨水從所述噴嘴中噴出；和使所述噴墨頭與記錄媒體相對(duì)移動(dòng)的移動(dòng)部件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
28.一種角速度傳感器，具備基板，該基板具有固定部和從該固定部向規(guī)定方向延伸的至少一對(duì)振動(dòng)部，在該基板的至少各振動(dòng)部上設(shè)置有壓電元件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；壓電體層疊膜，由形成于該第一電極膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下，將所述第二電極膜布圖成使所述振動(dòng)部沿其寬度方向振動(dòng)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與檢測(cè)所述振動(dòng)部的厚度方向變形用的至少一個(gè)檢測(cè)電極。
29.一種角速度傳感器，具備基板，該基板具有固定部和從該固定部向規(guī)定方向延伸的至少一對(duì)振動(dòng)部，在該基板的至少各振動(dòng)部上設(shè)置有壓電元件，其特征在于所述壓電元件具備第一電極膜；形成于該第一電極膜上的緩沖層膜；壓電體層疊膜，由形成于該緩沖層膜上的第一壓電體膜、和形成于該第一壓電體膜上且由所述第一壓電體膜來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜構(gòu)成；和形成于該第二壓電體膜上的第二電極膜，所述第一和第二壓電體膜是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從所述壓電體層疊膜的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體，所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑比所述第一壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑大，所述壓電體層疊膜的厚度l與所述第二壓電體膜的柱狀粒子的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下，將所述第二電極膜布圖成用于使所述振動(dòng)部沿其寬度方向振動(dòng)的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極與用于檢測(cè)所述振動(dòng)部的厚度方向變形的至少一個(gè)檢測(cè)電極。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的角速度傳感器，其特征在于所述基板由硅或玻璃構(gòu)成。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的角速度傳感器，其特征在于所述基板由硅或玻璃構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電元件及其制造方法、有該壓電元件的噴墨頭、噴墨式記錄裝置及角速度傳感器。壓電元件具備第一電極膜(2)；壓電體層疊膜(10)，由形成于第一電極膜(2)上的第一壓電體膜(3)、和形成于該第一壓電體膜(3)上且由其來(lái)控制結(jié)晶取向性的第二壓電體膜(4)構(gòu)成；和形成于第二壓電體膜(4)上的第二電極膜(5)。第一和第二壓電體膜(3、4)是結(jié)晶生長(zhǎng)方向從壓電體層疊膜(10)的厚度方向一側(cè)指向另一側(cè)的柱狀粒子的集合體。第二壓電體膜(4)的柱狀粒子的截面直徑比第一壓電體膜(3)的柱狀粒子的截面直徑大。壓電體層疊膜(10)的厚度1與第二壓電體膜(4)的截面直徑d的比l/d為20以上、60以下。
文檔編號(hào)H01L41/24GK1628976SQ20041004269
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者鳥井秀雄, 藤井映志, 鐮田健, 藤井覺 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社