HK1008143A1 - Printed head for ink jet recording and process for the preparation thereof - Google Patents

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Claims (24)

  1. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung mit einem von Löchern durchdrungenen Einkristallsiliciumsubstrat (101), einer Zirconiumoxidschicht (103), welche derart in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats (101) oder einer Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Silciumsubstrats (101) gebracht ist, daß ein Ende der Löcher in dem Siliciumsubstrat (101) bedeckt ist, einer auf der Zirconiumoxidschicht (103) vorgesehenen unteren Elektrode (104), einer auf der unteren Elektrode (104) vorgesehenen piezoelektrischen Schicht (105) sowie einer auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehenen oberen Elektrode (106).
  2. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß Anspruch 1, bei dem die Kristallstruktur der Zirconiumoxidschicht (103) bei Raumtemperatur monoklin bleibt.
  3. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke der Zirconiumoxidschicht (103) größer ist als die der unteren Elektrode (104).
  4. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die durchschnittliche Kristallkorngröße der Zirconiumoxidschicht (103) von 500 bis 3.000 Å beträgt.
  5. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der Zirconiumoxidschicht (103) von 100 bis 600 Å beträgt.
  6. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der piezoelektrischen Schicht (105) von 0,5 bis 5 µm beträgt.
  7. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die piezoelektrische Schicht (105) eine Schicht aus Bleititanatzirconat (PZT) ist.
  8. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß Anspruch 7, bei dem die piezoelektrische Schicht (105) eine ternäre Schicht aus Bleititanatzirconat (PZT) ist, welche eine dritte Komponente in einer Menge von nicht weniger als 5 Mol-% enthält.
  9. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die untere Elektrode (104) aus einem Material hergestellt ist, welches Platin oder Palladium als eine Hauptkomponente enthält.
  10. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der des weiteren eine Haftschicht aufweist, welche zwischen der Zirconiumoxidschicht (103) und der unteren Elektrode (104) angeordnet ist.
  11. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß Anspruch 10, bei dem die Haftschicht aus einem Metalloxid hergestellt ist.
  12. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß Anspruch 11, bei dem das Metalloxid Titanoxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid, Zinnoxid, Tantalbleioxid, Iridiumoxid oder eine Mischung davon ist.
  13. Druckkopf zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die untere Elektrode (104), die piezoelektrische Schicht (105) und die obere Elektrode (106) mittels eines Dünnfilmherstellungsverfahrens gebildet sind.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Druckkopfs zur Tintenstrahlaufzeichnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, welches das Ausbilden einer Zirconiumoxidschicht auf einem Einkristallsiliciumsubstrat oder auf der Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Substrats umfaßt, wodurch aufgrund der Volumenexpansion der Zirconiumoxidschicht bedingt durch den kristallinen Phasenübergang oder die Oxidation von Zirconium zu Zirconiumoxid die Spannung verringert wird, die auf das Einkristallsilicium einwirkt, welche aus der Differenz zwischen der Volumenänderung des Einkristallsiliciumsubstrats und der Volumenänderung der unteren Elektrode und der piezoelektrischen Schicht resultiert, die mit der Temperaturänderung im Herstellungsprozeß von hoher Temperatur zu Raumtemperatur einhergeht.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Druckkopfs zur Tintenstrahlaufzeichnung mit einem von Löchern durchdrungenen Einkristallsiliciumsubstrat, einer monoklinen Zirconiumoxidschicht, welche derart in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats oder einer Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebracht wird, daß ein Ende der Löcher in dem Siliciumsubstrat bedeckt wird, einer auf der Zirconiumoxidschicht vorgesehenen unteren Elektrode, einer auf der unteren Elektrode vorgesehenen piezoelektrischen Schicht und einer auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehenen oberen Elektrode, wobei das Verfahren nach der Bildung der Zirconiumoxidschicht einen Schritt umfaßt, bei dem das Material, d.h. das Substrat mit der Zirconiumoxidschicht, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterworfen wird, die höher ist als die Temperatur, bei der sich die Kristallstruktur der Zirconiumschicht von monoklin zu tetragonal umwandelt.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Druckkopfs zur Tintenstrahlaufzeichnung mit einem von Löchern durchdrungenen Einkristallsiliciumsubstrat, einer monoklinen Zirconiumoxidschicht, welche derart in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats oder einer Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebracht wird, daß ein Ende der Löcher in dem Siliciumsubstrat bedeckt wird, einer auf der Zirconiumoxidschicht vorgesehenen unteren Elektrode, einer auf der unteren Elektrode vorgesehenen piezoelektrischen Schicht und einer auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehenen oberen Elektrode, wobei das Verfahren einen Schritt umfaßt, bei dem eine metallische Zirconiumschicht gebildet wird, sowie einen Schritt, bei dem das Material, d.h. das Substrat mit der metallischen Zirconiumschicht, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterworfen wird, die höher ist als die Temperatur, bei der sich die Kristallstruktur der Zirconiumschicht von monoklin zu tetragonal umwandelt, in einer Atmosphäre, welche Sauerstoff zur Umwandlung der metallischen Zirconiumschicht in die Zirconiumoxidschicht enthält.
  17. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die Wärmebehandlungstemperatur nicht weniger als 1.050°C, vorzugsweise nicht weniger als 1.150°C beträgt.
  18. Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, welches des weiteren einen Schritt umfaßt, bei dem eine piezoelektrische Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) auf der unteren Elektrode gebildet wird, sowie einen Schritt, bei dem das Material einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als 650°C unterworfen wird, in einer Atmosphäre, welche Sauerstoff zur Umwandlung der piezoelektrischen Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) in eine piezoelektrische Schicht aus Bleititanatzirconat (PZT) enthält.
  19. Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, der des weiteren einen Schritt umfaßt, bei dem eine ternäre piezoelektrische Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT), welche eine dritte Komponente in einer Menge von nicht weniger als 5 Mol-% enthält, auf der unteren Elektrode gebildet wird, und einen Schritt, bei dem das Material einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als 700°C unterworfen wird in einer Atmosphäre, welche Sauerstoff zur Umwandlung der piezoelektrischen Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) in eine piezoelektrische Schicht aus Bleititanatzirconat (PZT) enthält.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Druckkopfs zur Tintenstrahlaufzeichnung mit einem von Löchern durchdrungenen Einkristallsiliciumsubstrat, einer Zirconiumoxidschicht mit einer Dicke von 100-600 Å, welche derart in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats oder einer Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebracht wird, daß ein Ende der Löcher in dem Siliciumsubstrat bedeckt wird, einer auf der Zirconiumoxidschicht vorgesehenen unteren Elektrode, einer auf der unteren Elektrode vorgesehenen piezoelektrischen Schicht und einer auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehenen oberen Elektrode, wobei das Verfahren einen Schritt aufweist, bei dem eine metallische Zirconiumschicht direkt auf dem Einkristallsubstrat oder einer Siliciumoxidschicht auf dem Siliciumsubstrat gebildet wird, einen Schritt, bei dem eine untere Elektrode auf der metallischen Zirconiumschicht gebildet wird, einen Schritt, bei dem eine piezoelektrische Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) auf der unteren Elektrode mittels eines Dünnfilmherstellungsverfahrens gebildet wird, sowie einen Schritt, bei dem das Substrat, auf welchem eine piezoelektrische Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) ausgebildet worden ist, einer Wärmebehandlung unterworfen wird in einer Atmosphäre, welche Sauerstoff zur Umwandlung der piezoelektrischen Vorläuferschicht aus Bleititanatzirconat (PZT) in eine kristalline piezoelektrische Substanz aus Bleititanatzirconat (PZT) enthält, wobei die metallische Zirconiumschicht in eine Zirconiumoxidschicht umgewandelt wird.
  21. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 20, bei dem nach dem Schritt, bei dem eine metallische Zirconiumschicht gebildet wird, ein Schritt durchgeführt wird, bei dem eine als Haftschicht dienende Metallschicht auf der metallischen Zirconiumschicht gebildet wird, woran sich ein Schritt anschließt, bei dem eine untere Elektrode auf der Metallschicht gebildet wird.
  22. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 21, bei dem die als Haftschicht dienende Metallschicht eine Schicht aus Titan, Tantal, Aluminium, Zinn, Iridium oder einer Mischung daraus ist.
  23. Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die Wärmebehandlungstemperatur von 650°C bis 850°C beträgt.
  24. Betätigungselement mit einem von Löchern durchdrungenen Einkristallsiliciumsubstrat, einer Zirconiumoxidschicht, welche derart in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats oder einer Siliciumoxidschicht auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebracht wird, daß ein Ende der Löcher in dem Substrat bedeckt wird, einer auf der Zirconiumoxidschicht vorgesehenen unteren Elektrode, einer auf der unteren Elektrode vorgesehenen piezoelektrischen Schicht und einer auf der piezoelektrischen Schicht vorgesehenen oberen Elektrode.
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