JP2000299513A - Piezoelectric element and method of manufacturing the same - Google Patents
Piezoelectric element and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、電
極と圧電体薄膜との密着性が良い圧電体素子およびその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element used for an ink jet recording head or the like, and more particularly to a piezoelectric element having good adhesion between an electrode and a piezoelectric thin film, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧電体素子は、下部電極と上部電極との
間に、チタン酸ジルコニウム酸鉛(以下「PZT」とい
う)等を熱処理によって結晶化した圧電体薄膜を備えて
いる。ゾルゲル法といわれる圧電体素子の製造方法は、
金属アルコキシド溶液からなるゾル(前駆体)を下部電
極上に塗布し、これを乾燥・脱脂した後、熱処理をして
結晶化させるものである。圧電体薄膜の結晶は、幾つか
の配向性を持つ。2. Description of the Related Art A piezoelectric element has a piezoelectric thin film in which lead zirconate titanate (hereinafter referred to as "PZT") is crystallized by heat treatment between a lower electrode and an upper electrode. The method of manufacturing a piezoelectric element called a sol-gel method,
A sol (precursor) composed of a metal alkoxide solution is applied on the lower electrode, and the sol is dried and degreased, and then heat-treated for crystallization. The crystal of the piezoelectric thin film has several orientations.
【0003】従来、この結晶の配向性が圧電体素子の特
性に影響を与えることから、製法と配向性との関係につ
いて様々な研究がされてきている。例えば、T. Tani氏
等による論文(Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 310(199
3)269)には、脱脂温度と配向性についての考察が記載
されている。この論文によれば脱脂温度を低温から高温
にするに連れて主たる配向性が<111>配向から<1
00>配向に変化していくと論じられている。また、C.
Kim氏等による論文(Journal of Material Science, 3
2(1997)1213)においても、脱脂温度と配向性の関係に
ついて考察されている。脱脂温度が低いとゾルに有機物
が残留し<111>配向が多くなり、脱脂温度が高いと
有機物が少なく<100>配向が優勢になる旨が記載さ
れている。すなわち脱脂温度を調整することで、圧電体
薄膜の配向性を制御するのである。Conventionally, since the orientation of the crystal affects the characteristics of the piezoelectric element, various studies have been conducted on the relationship between the manufacturing method and the orientation. For example, a paper by T. Tani et al. (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 310 (199
3) 269) describes considerations on degreasing temperature and orientation. According to this paper, as the degreasing temperature is increased from low to high, the main orientation changes from <111> orientation to <1.
00> orientation. Also, C.
A paper by Kim et al. (Journal of Material Science, 3
2 (1997) 1213) also discusses the relationship between degreasing temperature and orientation. It is described that when the degreasing temperature is low, the organic substance remains in the sol and the <111> orientation increases, and when the degreasing temperature is high, the organic substance decreases and the <100> orientation becomes dominant. That is, the orientation of the piezoelectric thin film is controlled by adjusting the degreasing temperature.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして製造された圧電体素子であっても、圧電体薄
膜と下部電極との密着性が悪い場合が生じていた。圧電
体素子を圧電アクチュエータとして長期間使用した場合
には、圧電体薄膜が下部電極から剥離し、装置の信頼性
を低下させていた。However, even with the piezoelectric element manufactured as described above, there have been cases where the adhesion between the piezoelectric thin film and the lower electrode is poor. When the piezoelectric element is used as a piezoelectric actuator for a long period of time, the piezoelectric thin film peels off from the lower electrode, thereby reducing the reliability of the device.
【0005】上記問題点に鑑み本願発明は、圧電体薄膜
と下部電極との密着性が良い圧電体素子を提供すること
を目的とする。また本願発明は、信頼性の高いインクジ
ェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供することを他
の目的とする。[0005] In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a piezoelectric element having good adhesion between a piezoelectric thin film and a lower electrode. Another object of the present invention is to provide a highly reliable ink jet recording head and printer.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記Tani氏の論文にも記
載されているように、圧電体薄膜の配向性は、脱脂温度
以外に電極の配向性能によっても変化する。もしも下部
電極の配向性能と圧電体薄膜の配向性とが一致していな
いと、両者の密着性が悪くなると考えられる。両者の配
向性を一致させるように構成しておくことが圧電体素子
を製造する上で重要であることが判る。As described in the above-mentioned Tani's paper, the orientation of a piezoelectric thin film changes depending on the orientation performance of an electrode in addition to the degreasing temperature. If the orientation performance of the lower electrode does not match the orientation of the piezoelectric thin film, it is considered that the adhesion between them is deteriorated. It can be seen that it is important to manufacture the piezoelectric element in such a manner that the orientations of the two are matched.
【0007】そのため本発明の圧電体素子は、結晶構造
においてペロブスカイト型結晶の<100>面のX線回
折強度をI100、<110>面のそれをI110、<
111>面のそれをI111とする場合に、 I100/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている圧電体薄膜と、前記圧電
体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料として含
み、当該電極材料のX線回折測定における線源としてC
u−Kβを使用した場合の回折角度2θが36°±0.
3°であるX線回折強度をIBEとした場合に、 IBE/I100≦0.05 を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする。ここで下部電極材料に関係する36°
のX線回折には、X線回折測定における光源(線源)と
Ptとの相互作用によるピーク、TiO2によるピーク
またはPt−Ti合金によるピークの三種類が含まれて
いると考えられる。いずれの原因による回折強度なのか
を判別するのは困難である。Therefore, in the piezoelectric element of the present invention, in the crystal structure, the X-ray diffraction intensity of the <100> plane of the perovskite crystal is I 100 , and that of the <110> plane is I 110 , < 110 .
Its 111> plane when the I 111, the piezoelectric thin film is set to satisfy the I 100 / (I 100 + I 110 + I 111) ≧ 0.5, platinum provided on the piezoelectric thin film side And titanium as an electrode material, and C as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material.
When u-Kβ is used, the diffraction angle 2θ is 36 ° ± 0.
The X-ray diffraction intensity is 3 ° when the I BE, characterized in that and a lower electrode is set to satisfy the I BE / I 100 ≦ 0.05. Here, 36 ° related to the lower electrode material
The X-ray diffraction, the peak due to the interaction between the light source (radiation source) and Pt in the X-ray diffraction measurement, is believed to contain a three peak by peak or Pt-Ti alloy according to TiO 2. It is difficult to determine which cause is the diffraction intensity.
【0008】ここで、下部電極は、チタン層に対する白
金層の厚みが、10以上に設定されていることが好まし
い。また下部電極の白金層は、その結晶粒径が50nm
乃至100nmの範囲に設定されていることが好まし
い。Here, it is preferable that the thickness of the platinum layer of the lower electrode relative to the titanium layer is set to 10 or more. The platinum layer of the lower electrode has a crystal grain size of 50 nm.
Preferably, it is set in the range of 100 nm to 100 nm.
【0009】また本発明の圧電体素子は、結晶構造にお
いてペロブスカイト型結晶の<100>面のX線回折強
度をI100、<110>面のそれをI110、<11
1>面のそれをI111とする場合に、 I111/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている圧電体薄膜と、前記圧電
体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料として含
み、当該電極材料のX線回折測定における線源としてC
u−Kβを使用した場合の回折角度2θが36°±0.
3°であるX線回折強度をIBEとした場合に、 IBE/I111≦0.05 を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする。ここで下部電極の白金層は、その結晶
粒径が50nm以下に設定されていることが好ましい。In the piezoelectric element of the present invention, the X-ray diffraction intensity of the <100> plane of the perovskite crystal is I 100 , and that of the <110> plane is I 110 , <11.
1> The surface of the piezoelectric thin film which is set so as to satisfy I 111 / (I 100 + I 110 + I 111 ) ≧ 0.5 when the surface is I 111, and the platinum provided on the piezoelectric thin film side And titanium as an electrode material, and C as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material.
When u-Kβ is used, the diffraction angle 2θ is 36 ° ± 0.
When the X-ray diffraction intensity of 3 ° is I BE , a lower electrode is set to satisfy I BE / I 111 ≦ 0.05. Here, the platinum layer of the lower electrode preferably has a crystal grain size of 50 nm or less.
【0010】本発明は、電極で圧電体薄膜を挟持させた
圧電体素子の製造方法において、圧電体薄膜を結晶化さ
せる前の前駆体膜の結晶を電極が特定の結晶方向に配向
させる性能と前駆体膜における結晶を特定の結晶方向に
配向する性能とが、同じ結晶方向になるように、電極お
よび前駆体膜を組み合わせて結晶化させることを特徴と
する圧電体素子の製造方法である。According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a piezoelectric element in which a piezoelectric thin film is sandwiched between electrodes, the ability of the electrode to orient the crystal of the precursor film before crystallizing the piezoelectric thin film in a specific crystal direction. A method for manufacturing a piezoelectric element, characterized in that an electrode and a precursor film are combined and crystallized such that the ability to orient crystals in a specific crystal direction in the precursor film is in the same crystal direction.
【0011】例えば、この製造方法は、圧電体薄膜を結
晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を含ま
ないゾルで形成することにより<100>配向が優勢な
圧電体薄膜を製造することを特徴とする。For example, in this manufacturing method, a piezoelectric thin film in which <100> orientation is predominant is manufactured by forming a precursor film before crystallizing the piezoelectric thin film with a sol containing no organic substance as an additive. It is characterized by the following.
【0012】例えば、この製造方法は、圧電体薄膜を結
晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を0.
2モル/リットル以上含むゾルで形成することにより<
111>配向が優勢な圧電体薄膜を製造することを特徴
とする。For example, in this manufacturing method, the precursor film before the crystallization of the piezoelectric thin film is formed by adding an organic substance as an additive to the precursor film.
By forming with a sol containing 2 mol / l or more,
111> is characterized by producing a piezoelectric thin film in which orientation is predominant.
【0013】本発明の圧電体の製造方法は、前駆体膜を
350℃以上の温度で熱分解させる工程を備える。The method for manufacturing a piezoelectric body according to the present invention includes a step of thermally decomposing the precursor film at a temperature of 350 ° C. or higher.
【0014】また本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、本発明の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備
えている。本発明のプリンタは、本発明のインクジェッ
ト式記録ヘッドを印字手段として備えている。The ink jet recording head of the present invention includes the piezoelectric element of the present invention as a piezoelectric actuator. The printer of the present invention includes the ink jet recording head of the present invention as a printing unit.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、図面
を参照して説明する。 (実施形態1)本実施形態は、<100>優先配向の圧
電体薄膜を備えた圧電体素子、その圧電体素子を備えた
インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。
図6は、実施形態1におけるインクジェット式記録ヘッ
ドの圧電体素子部分の拡大断面図である。本実施形態の
圧電体素子40は、図6に示すように、下部電極32と
上部電極42との間に圧電体薄膜層41を挟持して構成
されている。図では、下部電極32をインクジェット式
記録ヘッドの振動板30全体に共通電極として形成して
あるが、圧電体素子40の領域のみに下部電極を形成し
てもよい。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. (Embodiment 1) The present embodiment relates to a piezoelectric element having a piezoelectric thin film of <100> preferred orientation, an ink jet recording head and a printer having the piezoelectric element.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a piezoelectric element portion of the ink jet recording head according to the first embodiment. As shown in FIG. 6, the piezoelectric element 40 of the present embodiment is configured by sandwiching a piezoelectric thin film layer 41 between a lower electrode 32 and an upper electrode 42. In the figure, the lower electrode 32 is formed as a common electrode on the entire diaphragm 30 of the ink jet recording head, but the lower electrode may be formed only in the region of the piezoelectric element 40.
【0016】下部電極32は、圧電体薄膜層41に電圧
を印加するための上部電極42と対になる電極であり、
チタンを含むチタン層321と圧電体薄膜側に設けられ
る白金層322とを備えている。圧電体薄膜側に白金層
を設けるのは、白金を下地として圧電体薄膜の前駆体を
結晶化させると圧電体薄膜が<100>配向になる傾向
が強いからである。The lower electrode 32 is an electrode paired with the upper electrode 42 for applying a voltage to the piezoelectric thin film layer 41,
A titanium layer 321 containing titanium and a platinum layer 322 provided on the piezoelectric thin film side are provided. The reason why the platinum layer is provided on the piezoelectric thin film side is that when the precursor of the piezoelectric thin film is crystallized using platinum as a base, the piezoelectric thin film has a strong tendency to be <100> oriented.
【0017】特に下部電極32は、圧電体薄膜側に設け
られ白金層とチタンとを電極材料として含み、当該電極
材料のX線回折測定における線源としてCu−Kβを使
用した場合の回折角度2θが36°±0.3°であるX
線回折強度をIBEとした場合に、 IBE/I100≦0.05 を満たすように設定されている点に特徴がある。特性X
線にCu−Kα線とCu−Kβ線とを使用した場合の強
度である。In particular, the lower electrode 32 is provided on the piezoelectric thin film side, contains a platinum layer and titanium as an electrode material, and has a diffraction angle 2θ when Cu-Kβ is used as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material. X is 36 ° ± 0.3 °
The ray diffraction intensity when a I BE, is characterized in that it is set to satisfy I BE / I 100 ≦ 0.05. Characteristic X
This is the intensity when a Cu-Kα line and a Cu-Kβ line are used for the line.
【0018】図1に示すように、X線回折特性における
ピーク強度(すなわち配向ごとの結晶存在量)の比較に
おいて、<100>配向のピーク強度に対する下部電極
のピーク強度が、低いほど、両者の密着性が高くなるか
らである。大体好適な密着性を確保できる境が0.05
である。As shown in FIG. 1, the lower the peak intensity of the lower electrode with respect to the peak intensity of the <100> orientation, the lower the peak intensity of the <100> orientation in the comparison of the peak intensity in the X-ray diffraction characteristics (ie, the crystal abundance per orientation). This is because the adhesion becomes higher. The boundary at which suitable adhesion can be secured is approximately 0.05
It is.
【0019】また、チタン層321に対する白金層32
2の厚みは、10以上に設定される。図2に示すよう
に、白金が多いと電極の結晶成長面の平滑性が高く<1
00>配向になり易いからである。The platinum layer 32 with respect to the titanium layer 321
The thickness of 2 is set to 10 or more. As shown in FIG. 2, when the amount of platinum is large, the smoothness of the crystal growth surface of the electrode is high and <1.
This is because 00> orientation tends to occur.
【0020】さらに白金層322は、その結晶粒径が5
0nm乃至100nmの範囲に設定されていることが好
ましい。このように結晶粒径が大きいと、チタンが圧電
体薄膜層側に拡散しにくく、<100>配向の結晶を発
生し易くなるからである。Further, the platinum layer 322 has a crystal grain size of 5
Preferably, it is set in the range of 0 nm to 100 nm. If the crystal grain size is large as described above, titanium is unlikely to diffuse toward the piezoelectric thin film layer, and a crystal having a <100> orientation is easily generated.
【0021】圧電体薄膜層41は、金属アルコキシド溶
液のゾルから形成した圧電性セラミックスの結晶であ
り、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘
電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル又はマグネ
シウム等の金属を添加したもの等が用いられる。その組
成は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択す
る。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン
酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコニ
ウム酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((P
b,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネ
シウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,
Ti)(Mg,Nb)O3)等を用いることができる。
圧電体薄膜層41は、あまりに厚くすると高い駆動電圧
が必要となる。またあまりに薄くすると膜厚を均一にで
きずエッチング後に分離された各圧電体素子の特性がば
らついたり製造工数が多くなって妥当なコストで製造で
きなくなったりする。このため圧電体薄膜層41は、5
00nm〜3000nm程度の厚みが好ましい。The piezoelectric thin film layer 41 is a crystal of a piezoelectric ceramic formed from a sol of a metal alkoxide solution, for example, a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), niobium, or the like. Those to which a metal such as nickel or magnesium is added are used. The composition is appropriately selected in consideration of the characteristics and use of the piezoelectric element. Specifically, lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lanthanum lead titanate ((P
b, La), TiO 3 ), lead lanthanum zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), or lead zirconium titanate magnesium niobate (Pb (Zr,
Ti) (Mg, Nb) O 3 ) or the like can be used.
If the piezoelectric thin film layer 41 is too thick, a high driving voltage is required. On the other hand, if the thickness is too small, the film thickness cannot be made uniform, and the characteristics of each piezoelectric element separated after the etching will vary, or the number of manufacturing steps will increase, making it impossible to manufacture at a reasonable cost. Therefore, the piezoelectric thin film layer 41
A thickness of about 00 nm to 3000 nm is preferred.
【0022】特に圧電体薄膜層41は、結晶構造におい
てペロブスカイト型結晶の<100>面のX線回折強度
をI100、<110>面のそれをI110、<111
>面のそれをI111とする場合に、 I100/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている。下部電極表面が白金で
あり<100>配向性能を有するため、必然的に圧電体
薄膜層の配向も<100>配向が優勢になるからであ
る。In particular, the piezoelectric thin film layer 41 has a crystal structure in which the X-ray diffraction intensity of the <100> plane of the perovskite crystal is I 100 , and that of the <110> plane is I 110 , <111.
> Its surface when the I 111, are set so as to satisfy the I 100 / (I 100 + I 110 + I 111) ≧ 0.5. This is because the lower electrode surface is made of platinum and has <100> orientation performance, so that the <100> orientation inevitably prevails in the orientation of the piezoelectric thin film layer.
【0023】この圧電体薄膜の製造方法は、圧電体薄膜
を結晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を
含まないゾルで形成することを特徴とするものである。
図3に示すように、脱脂後に有機物を含まない前駆体を
熱処理すると、<100>配向になり易いためである。This method of manufacturing a piezoelectric thin film is characterized in that a precursor film before crystallization of the piezoelectric thin film is formed of a sol containing no organic matter as an additive.
This is because, as shown in FIG. 3, when the precursor containing no organic substance is heat-treated after degreasing, the precursor is likely to be in the <100> orientation.
【0024】なお上部電極膜42は、圧電体薄膜層に電
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば膜厚0.1μmの白金(Pt)で構成され
ている。絶縁膜31は振動板30の主たる材料となるも
のである。絶縁膜31は、導電性のない材料、例えばシ
リコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により
構成される。そして圧電体層の体積変化により変形し、
キャビティ21の内部の圧力を瞬間的に高めることが可
能に構成されている。The upper electrode film 42 is the other electrode for applying a voltage to the piezoelectric thin film layer, and is made of a conductive material, for example, platinum (Pt) having a thickness of 0.1 μm. The insulating film 31 is a main material of the diaphragm 30. The insulating film 31 is made of a material having no conductivity, for example, silicon dioxide formed by thermally oxidizing a silicon substrate. And it is deformed by the volume change of the piezoelectric layer,
The pressure inside the cavity 21 can be instantaneously increased.
【0025】次にインクジェット式記録ヘッドの構造を
説明する。本インクジェット式記録ヘッド1は、図8に
示すように、ノズル板10、圧力室基板20、振動板3
0および圧電体素子40を備えている。圧力室基板20
は、キャビティ(圧力室)21、側壁(隔壁)22、リ
ザーバ23および供給口24を備えている。キャビティ
21は、シリコン等の基板をエッチングすることにより
形成される、インクなどを吐出するための貯める空間と
なっている。側壁22はキャビティ21間を仕切るよう
形成されている。リザーバ23は、各キャビティ21に
インクを共通して充たすための流路として形成されてい
る。供給口24は、リザーバ23から各キャビティ21
にインクを導入可能に形成されている。Next, the structure of the ink jet recording head will be described. As shown in FIG. 8, the ink jet recording head 1 includes a nozzle plate 10, a pressure chamber substrate 20, a vibration plate 3
0 and the piezoelectric element 40. Pressure chamber substrate 20
Has a cavity (pressure chamber) 21, a side wall (partition wall) 22, a reservoir 23, and a supply port 24. The cavity 21 is a space formed by etching a substrate such as silicon to store ink and the like. The side wall 22 is formed so as to partition between the cavities 21. The reservoir 23 is formed as a flow path for commonly filling each cavity 21 with ink. The supply port 24 is provided from the reservoir 23 to each cavity 21
Is formed so as to be able to introduce ink.
【0026】ノズル板10は、圧力室基板20に設けら
れたキャビティ21の各々に対応する位置にそのノズル
穴11が配置されるよう、圧力室基板20に貼り合わせ
られている。圧力室基板20のノズル板10の反対側に
は、図1に示した圧電体素子40が形成された振動板3
0が貼り合わせられている。各圧電体素子40はキャビ
ティ21に対応する位置に配置されている。The nozzle plate 10 is bonded to the pressure chamber substrate 20 such that the nozzle holes 11 are arranged at positions corresponding to the cavities 21 provided in the pressure chamber substrate 20. On the side of the pressure chamber substrate 20 opposite to the nozzle plate 10, the diaphragm 3 on which the piezoelectric element 40 shown in FIG.
0 is attached. Each piezoelectric element 40 is arranged at a position corresponding to the cavity 21.
【0027】さらに上記インクジェット式記録ヘッドが
使用されるプリンタの構造を説明する。本形態のプリン
タは、図9に示すように、本体2に、トレイ3および排
出口4が設けられている。本体2の内部には、上記イン
クジェット式記録ヘッド1が図示しない搬送機構によ
り、トレイ3から供給される用紙5を横切って搬送可能
に設けられている。当該インクジェット式記録ヘッド1
には、コンピュータ等から送信される制御信号に対応し
た印字信号が各圧電体素子40に供給されている。Further, the structure of a printer using the above-mentioned ink jet recording head will be described. As shown in FIG. 9, the printer according to the present embodiment is provided with a tray 3 and a discharge port 4 in a main body 2. Inside the main body 2, the inkjet recording head 1 is provided so as to be transported across the paper 5 supplied from the tray 3 by a transport mechanism (not shown). The ink jet recording head 1
A print signal corresponding to a control signal transmitted from a computer or the like is supplied to each piezoelectric element 40.
【0028】上記プリンタとインクジェット式記録ヘッ
ドの構成における印字原理を説明する。コンピュータか
ら制御信号が送信されると、それに対応する印字信号が
いずれかのキャビティ21に対応した圧電体素子40の
下部電極32−上部電極42間に供給される。The printing principle of the above-described printer and ink jet recording head will be described. When a control signal is transmitted from the computer, a corresponding print signal is supplied between the lower electrode 32 and the upper electrode 42 of the piezoelectric element 40 corresponding to one of the cavities 21.
【0029】圧電体素子40の下部電極32と上部電極
42との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜
層41は歪みを生じない。この電圧が印加されていない
圧電体素子40が設けられているキャビティ21には、
圧力変化が生じず、そのノズル穴11からインク滴は吐
出されない。When no voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 42 of the piezoelectric element 40, no distortion occurs in the piezoelectric thin film layer 41. In the cavity 21 in which the piezoelectric element 40 to which this voltage is not applied is provided,
No pressure change occurs, and no ink droplet is ejected from the nozzle hole 11.
【0030】一方、圧電体素子40の下部電極32と上
部電極42との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層41は歪みを生じる。この電圧が印加された圧電
体素子40が設けられているキャビティ21ではその振
動板30が大きくたわむ。このためキャビティ21内の
圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴11からインク滴が吐
出される。この結果、用紙5上に制御信号に対応して印
字されることになる。On the other hand, when a constant voltage is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 42 of the piezoelectric element 40, the piezoelectric thin film layer 41 is distorted. In the cavity 21 in which the piezoelectric element 40 to which the voltage is applied is provided, the vibration plate 30 is largely bent. Therefore, the pressure in the cavity 21 increases instantaneously, and ink droplets are ejected from the nozzle holes 11. As a result, printing is performed on the paper 5 in accordance with the control signal.
【0031】次に本発明の圧電体素子の製造方法を説明
する。この製造方法は広義のゾルゲル法を使用したもの
である。Next, a method for manufacturing the piezoelectric element of the present invention will be described. This manufacturing method uses a sol-gel method in a broad sense.
【0032】最初に、圧電体薄膜層の前駆体であるゾル
を作成する。溶質の基本溶媒として、2−n−ブトキシ
エタノール中に、チタニウムテトライソプロポキシド
(Ti(OC3H7)4)、ペンタエトキシニオブ(N
b(OC2H5)5)を加えて攪拌しこれらを溶解させ
る。次いでモノエタノールアミンをこの溶液に加えて攪
拌する。モノエタノールアミンの作用としては、これら
金属アルコキシドが加水分解を起さない様に前記2種の
金属アルコキシドを化学的に安定させるキレート剤とし
ての作用である。特に、添加物は加えない。前駆体内に
有機物が残留していると、配向性が<111>優勢とな
るからである。First, a sol as a precursor of the piezoelectric thin film layer is prepared. Titanium tetraisopropoxide (Ti (OC 3 H 7 ) 4 ) and pentaethoxy niobium (N) in 2-n-butoxyethanol as basic solvents for the solute
b (OC 2 H 5 ) 5 ) is added and stirred to dissolve them. Then monoethanolamine is added to the solution and stirred. The action of monoethanolamine is a function as a chelating agent for chemically stabilizing the two metal alkoxides so that the metal alkoxides do not undergo hydrolysis. In particular, no additives are added. This is because if an organic substance remains in the precursor, the orientation becomes <111> dominant.
【0033】さらに酢酸鉛3水和物、ジルコニウムアセ
チルアセトナートおよび酢酸マグネシウム5水和物を混
合する。その混合液を80℃乃至120℃で加熱して溶
解させる。Further, lead acetate trihydrate, zirconium acetylacetonate and magnesium acetate pentahydrate are mixed. The mixture is heated and dissolved at 80 ° C. to 120 ° C.
【0034】ゾルの製造と並行して、圧力室基板20に
絶縁膜31を形成する。シリコン基板20としては、例
えば200μm程度のものを用いる。絶縁膜31は、1
μm程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱
酸化法等を用いる。In parallel with the production of the sol, an insulating film 31 is formed on the pressure chamber substrate 20. As the silicon substrate 20, for example, a silicon substrate of about 200 μm is used. The insulating film 31 includes 1
It is formed to a thickness of about μm. For the production of the insulating film, a known thermal oxidation method or the like is used.
【0035】次いで、下部電極を形成する。最初にチタ
ン層321を、次いで白金層322を形成する。両者の
厚みの比率は、1:10以上になるように設定する。例
えばチタン層を0.01μm、白金層を0.1μm形成
する。形成方法は直流スパッタ法、蒸着法等を用いる。Next, a lower electrode is formed. First, a titanium layer 321 and then a platinum layer 322 are formed. The thickness ratio between the two is set to be 1:10 or more. For example, a titanium layer is formed with a thickness of 0.01 μm, and a platinum layer is formed with a thickness of 0.1 μm. As a forming method, a direct current sputtering method, an evaporation method, or the like is used.
【0036】次いで、上記ゾルを用いて下部電極32上
に圧電体薄膜層41を形成する。まずゾルを下部電極上
に一定の厚みに塗布する。例えば公知のスピンコート法
を用いる場合には、毎分500回転で30秒、毎分15
00回転で30秒、最後に毎分500回転で10秒間塗
布する。塗布後、一定温度(例えば180度)で一定時
間(例えば10分程度)乾燥させる。乾燥により溶媒で
あるブトキシエタノールが蒸発する。乾燥後、さらに大
気雰囲気下において所定の高温以上(例えば350度)
で一定時間(30分間)脱脂する。脱脂により金属に配
位している有機の配位子が熱分解され、金属が酸化され
て金属酸化物となる。この過程で有機物がゾル中からほ
ぼ完全に消える。この塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定
回数、例えば8回繰り返して8層の薄膜層を積層する。
これらの乾燥や脱脂により、溶液中の金属アルコキシド
と酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属−酸素−金属の
ネットワークが形成される。Next, a piezoelectric thin film layer 41 is formed on the lower electrode 32 using the sol. First, the sol is applied on the lower electrode to a certain thickness. For example, when a known spin coating method is used, 500 rotations per minute is performed for 30 seconds and 15 minutes per minute.
The coating is performed at 00 rotations for 30 seconds and finally at 500 rotations per minute for 10 seconds. After the application, the coating is dried at a constant temperature (for example, 180 degrees) for a certain time (for example, about 10 minutes). Drying causes the solvent butoxyethanol to evaporate. After drying, a predetermined high temperature or higher (for example, 350 ° C.) in an air atmosphere
For a certain period of time (30 minutes). By degreasing, the organic ligand coordinated to the metal is thermally decomposed, and the metal is oxidized to a metal oxide. In this process, the organic matter disappears almost completely from the sol. The steps of coating, drying, and degreasing are repeated a predetermined number of times, for example, eight times, and eight thin film layers are stacked.
By these drying and degreasing, a metal-oxygen-metal network is formed between the metal alkoxide and the acetate in the solution through thermal decomposition of the ligand.
【0037】この薄膜層を4層形成した後と8層形成し
た後には、さらに公知の条件で高速熱処理(RTA:Ra
pid Thermal Annealing)をする。焼成処理には通常良
く用いられるランプアニール炉などを用いる。After the formation of the four thin film layers and the formation of the eight thin film layers, rapid heat treatment (RTA: Ra
pid Thermal Annealing). For the baking treatment, a lamp annealing furnace or the like which is usually used is used.
【0038】以上の焼成処理によりアモルファス状態の
前駆体ゲルからいずれかの結晶構造を備えたペロブスカ
イト結晶構造が形成される。このとき、下部電極32の
白金層322が<100>配向性能を備えており、その
結晶粒径が適正であり、前駆体の結晶条件が<100>
配向を生じさせ易いように調整されているので、<10
0>配向が優勢な圧電体薄膜層41が形成される。The perovskite crystal structure having any crystal structure is formed from the precursor gel in an amorphous state by the above-described calcination treatment. At this time, the platinum layer 322 of the lower electrode 32 has <100> orientation performance, the crystal grain size is appropriate, and the crystallization condition of the precursor is <100>.
Since it is adjusted so as to easily cause orientation, <10
0> The piezoelectric thin film layer 41 in which the orientation is dominant is formed.
【0039】圧電体薄膜層41が結晶化されたら、その
上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて、
上部電極42を形成する。上部電極の材料は、白金(P
t)等を用いる。厚みは100nm程度にする。After the piezoelectric thin film layer 41 has been crystallized, a technique such as an electron beam evaporation method or a sputtering method is used thereon.
The upper electrode 42 is formed. The material of the upper electrode is platinum (P
t) and the like are used. The thickness is about 100 nm.
【0040】以上の工程で圧電体素子の原形が完成す
る。この圧電体素子を適用箇所に適した形状にエッチン
グすることで、本発明の圧電体素子として動作させるこ
とが可能である。圧力室基板20をさらにエッチングし
てノズル板10と貼り合わせ、所定の筐体に収めれば、
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを製造するこ
とが可能である。Through the above steps, the original form of the piezoelectric element is completed. By etching this piezoelectric element into a shape suitable for the application location, it is possible to operate as the piezoelectric element of the present invention. If the pressure chamber substrate 20 is further etched and bonded to the nozzle plate 10 and housed in a predetermined housing,
It is possible to manufacture the ink jet recording head of the present embodiment.
【0041】(実施例)上記実施形態により<100>
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのX線回折特性
(2θ)を図4に示す。図4に示すように結晶の配向と
して、<100>配向が非常に多くなっており、全配向
に対する<100>配向の存在比が0.5以上になって
いる。(Example) <100> according to the above embodiment.
A piezoelectric element having a predominant orientation was manufactured. FIG. 4 shows the X-ray diffraction characteristics (2θ). As shown in FIG. 4, as the crystal orientation, the <100> orientation is extremely large, and the ratio of the <100> orientation to all the orientations is 0.5 or more.
【0042】表1に、ゾルにポリエチレングリコール
(PEG)を添加せずに製造した実施例1,2と、添加
して製造した比較例とにおける結晶配向の存在比、<1
00>配向に対する電極材料の存在比、圧電体薄膜層お
よび下部電極の配向性能の組み合わせおよび密着性の関
係を示す。Table 1 shows the abundance ratios of crystal orientations in Examples 1 and 2 prepared without adding polyethylene glycol (PEG) to the sol and Comparative Examples prepared with the added sol.
The relationship between the ratio of the electrode material to the orientation and the orientation performance of the piezoelectric thin film layer and the lower electrode and the adhesion are shown below.
【0043】[0043]
【表1】 表1から判るように、ゾルに有機物を添加せずに製造し
た場合には、圧電体薄膜層が<100>配向優勢とな
り、電極を<100>配向性能にした条件では、両者の
密着性が良好になっている。一方、ゾルに有機物を添加
して製造した場合には、圧電体薄膜層が<111>配向
優勢となり、したがって電極を<100>配向性能にし
た条件では、両者の密着性が悪化している。[Table 1] As can be seen from Table 1, when the sol was manufactured without adding an organic substance, the piezoelectric thin film layer became dominant in the <100> orientation, and under the condition where the electrode was made to have the <100> orientation, the adhesion between the two was poor. It's getting better. On the other hand, when the sol is manufactured by adding an organic substance, the piezoelectric thin film layer becomes dominant in the <111> orientation, and therefore, the adhesion between the two is deteriorated under the condition that the electrode has the <100> orientation performance.
【0044】(実施形態2)本実施形態は、<111>
配向の圧電体薄膜を備えた圧電体素子、その圧電体素子
に関する。図7は、実施形態2におけるインクジェット
式記録ヘッドの圧電体素子部分の拡大断面図である。本
実施形態の圧電体素子40bは、図7に示すように、下
部電極32bの構造が上記実施形態1と異なる。下部電
極32bをインクジェット式記録ヘッドの振動板30全
体に共通電極として形成してあるが、圧電体素子40b
の領域のみに下部電極を形成してもよい点は、実施形態
1と同様である。(Embodiment 2) In the present embodiment, <111>
The present invention relates to a piezoelectric element having an oriented piezoelectric thin film, and to the piezoelectric element. FIG. 7 is an enlarged sectional view of a piezoelectric element portion of the ink jet recording head according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the piezoelectric element 40b of the present embodiment is different from the first embodiment in the structure of the lower electrode 32b. The lower electrode 32b is formed as a common electrode on the entire diaphragm 30 of the ink jet recording head.
As in the first embodiment, the lower electrode may be formed only in the region of FIG.
【0045】本実施形態の下部電極32bは、チタンを
含むチタン層321と白金層322と圧電体薄膜側に設
けられるチタンを含むチタン層323とを備えている。
圧電体薄膜側にチタン層が形成され、圧電体素子の結晶
が異なっている点で実施形態1と異なる。チタン層を圧
電体薄膜層側に設けるのは、チタンを下地として圧電体
薄膜の前駆体を結晶化させると圧電体薄膜が<111>
配向になる傾向が強いからである。The lower electrode 32b of this embodiment includes a titanium layer 321 containing titanium, a platinum layer 322, and a titanium layer 323 containing titanium provided on the piezoelectric thin film side.
Embodiment 2 is different from Embodiment 1 in that a titanium layer is formed on the piezoelectric thin film side and the crystal of the piezoelectric element is different. The provision of the titanium layer on the side of the piezoelectric thin film layer is achieved by crystallizing the precursor of the piezoelectric thin film using titanium as a base to make the piezoelectric thin film <111>.
This is because orientation tends to be strong.
【0046】下部電極32bは、圧電体薄膜側に設けら
れ白金層とチタンとを電極材料として含み、当該電極材
料のX線回折測定における線源としてCu−Kβを使用
した場合の回折角度2θが36°±0.3°であるX線
回折強度をIBEとした場合に、 IBE/I111≦0.05 を満たすように設定されている点に特徴がある。特性X
線にCu−Kα線とCu−Kβ線とを使用した場合の強
度である。The lower electrode 32b is provided on the piezoelectric thin film side, includes a platinum layer and titanium as electrode materials, and has a diffraction angle 2θ when Cu-Kβ is used as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material. When the X-ray diffraction intensity of 36 ° ± 0.3 ° is I BE , it is characterized in that it is set so as to satisfy I BE / I 111 ≦ 0.05. Characteristic X
This is the intensity when a Cu-Kα line and a Cu-Kβ line are used for the line.
【0047】図1に示すように、X線回折特性における
ピーク強度(すなわち配向ごとの結晶存在量)の比較に
おいて、<111>配向のピーク強度に対する白金−チ
タン合金のピーク強度が、低いほど、両者の密着性が高
くなるからである。大体好適な密着性を確保できる境が
0.05である。As shown in FIG. 1, in the comparison of the peak intensities (that is, the amount of crystals for each orientation) in the X-ray diffraction characteristics, the lower the peak intensity of the platinum-titanium alloy with respect to the peak intensity of the <111> orientation, This is because the adhesion between both becomes high. The boundary at which a suitable adhesiveness can be secured is approximately 0.05.
【0048】白金層322は、その結晶粒径が50nm
以下に設定されていることが好ましい。この結晶粒径に
なっていると、白金層の粒径を小さくしておくと、チタ
ンが圧電体薄膜側に拡散し易く、<111>配向の結晶
を形成し易くなるからである。The platinum layer 322 has a crystal grain size of 50 nm.
It is preferable to set the following. This is because, if the crystal grain size is attained, if the grain size of the platinum layer is reduced, titanium is easily diffused to the piezoelectric thin film side, and crystals of <111> orientation are easily formed.
【0049】圧電体薄膜層41は、組成は実施形態1と
同様であるがその結晶配向が異なる。すなわち、圧電体
薄膜層は、ペロブスカイト型結晶の<100>面のX線
回折強度をI100、<110>面のそれをI110、
<111>面のそれをI11 1とする場合に、 I111/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている。The composition of the piezoelectric thin film layer 41 is the same as that of the first embodiment, but the crystal orientation is different. That is, the piezoelectric thin film layer has the X-ray diffraction intensity of the <100> plane of the perovskite crystal as I 100 , that of the <110> plane as I 110 ,
Its <111> faces when the I 11 1, are set so as to satisfy the I 111 / (I 100 + I 110 + I 111) ≧ 0.5.
【0050】その他の層の組成については、上記実施形
態1と同様なので説明を省略する。The composition of the other layers is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
【0051】製造方法に関しては、ゾルを形成する際に
添加するPEGなどの有機物の添加量は、脱脂工程にお
ける熱分解温度でこの有機物が完全に蒸発せず、依然と
して前駆体中に残留するような量を添加する点で上記実
施形態1と異なる。Regarding the production method, the amount of the organic substance such as PEG to be added when forming the sol is determined so that the organic substance does not completely evaporate at the thermal decomposition temperature in the degreasing step and remains in the precursor. Embodiment 2 differs from Embodiment 1 in that the amount is added.
【0052】また下部基板32bを製造後に熱処理(例
えば、800℃で30分程度)を加えることにより、下
部基板の<111>配向性を高めておく点でも異なる。Another difference is that the <111> orientation of the lower substrate 32b is increased by applying a heat treatment (for example, at 800 ° C. for about 30 minutes) after manufacturing the lower substrate 32b.
【0053】(実施例)上記実施形態により<111>
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのX線回折特性
(2θ)を図5に示す。図5に示すように結晶の配向と
して、<111>配向が非常に多くなっており、全配向
に対する<111>配向の存在比が0.5以上になって
いる。(Example) According to the above embodiment, <111>
A piezoelectric element having a predominant orientation was manufactured. FIG. 5 shows the X-ray diffraction characteristics (2θ). As shown in FIG. 5, as the crystal orientation, the <111> orientation is very large, and the abundance ratio of the <111> orientation to all the orientations is 0.5 or more.
【0054】表2に、ゾルにPEGを添加して製造した
実施例3と、添加せずに製造した比較例とにおける結晶
配向の存在比、<100>配向に対する電極材料の存在
比、圧電体薄膜層および下部電極の配向性能の組み合わ
せおよび密着性の関係を示す。Table 2 shows the crystal orientation ratio, the ratio of the electrode material to the <100> orientation, and the piezoelectric material in Example 3 in which PEG was added to the sol and Comparative Example in which PEG was not added. The relationship between the combination of the alignment performance of the thin film layer and the lower electrode and the adhesion are shown.
【0055】[0055]
【表2】 表1から判るように、ゾルに有機物を添加してに製造し
た場合には、圧電体薄膜層が<111>配向優勢とな
り、電極を<111>配向性能にした条件では、両者の
密着性が良好になっている。一方、ゾルに有機物を添加
せずに製造した場合には、圧電体薄膜層が<100>配
向優勢となり、したがって電極を<111>配向性能に
した条件では、両者の密着性が悪化している。[Table 2] As can be seen from Table 1, when the sol was produced by adding an organic substance, the piezoelectric thin film layer became dominant in the <111> orientation, and under the condition that the electrode was made to have the <111> orientation, the adhesion between the two was poor. It's getting better. On the other hand, when the sol is manufactured without adding an organic substance, the piezoelectric thin film layer becomes dominant in the <100> orientation, and therefore, the adhesion between the two is deteriorated under the condition that the electrode has the <111> orientation performance. .
【0056】(その他の変形例)本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態ではゾルゲル法を用いて圧電
体薄膜層を結晶化させていたが、MOD法や共沈法、水
熱法によって有機金属の前駆体から圧電体薄膜層を結晶
化させるものでもよい。また本発明で製造した圧電体素
子は、上記インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子の
みならず、不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、
パイロ電気検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光
学記憶装置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数
二倍器等のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電
気装置、圧電装置、および電気光学装置の製造に適応す
ることができる。(Other Modifications) The present invention can be applied to various modifications without depending on the above embodiments. For example, in the above embodiment, the piezoelectric thin film layer is crystallized using the sol-gel method. However, the piezoelectric thin film layer may be crystallized from an organic metal precursor by a MOD method, a coprecipitation method, or a hydrothermal method. Good. Further, the piezoelectric element manufactured by the present invention is not limited to the piezoelectric element of the above-described ink jet recording head, but also a nonvolatile semiconductor storage device, a thin film capacitor,
Ferroelectric devices such as pyroelectric detectors, sensors, surface acoustic wave optical waveguides, optical storage devices, spatial light modulators, frequency doublers for diode lasers, dielectric devices, pyroelectric devices, piezoelectric devices , And the manufacture of electro-optical devices.
【0057】[0057]
【発明の効果】本願発明によれば、圧電体薄膜と下部電
極とが同一の配向性能を備えるようになるので、圧電体
薄膜と下部電極との密着性が良い圧電体素子を提供する
ことができる。また本願発明によれば、圧電体薄膜と下
部電極との密着性が良い圧電体素子を備えたので、信頼
性の高いインクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを
提供することができる。According to the present invention, since the piezoelectric thin film and the lower electrode have the same orientation performance, it is possible to provide a piezoelectric element having good adhesion between the piezoelectric thin film and the lower electrode. it can. Further, according to the present invention, since the piezoelectric element having good adhesion between the piezoelectric thin film and the lower electrode is provided, it is possible to provide a highly reliable ink jet recording head and printer.
【図1】<100>配向または<111>配向のピーク
強度に対する電極材料のピーク強度比と密着性の関係図
である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the peak intensity ratio of an electrode material to the peak intensity of <100> orientation or <111> orientation and adhesion.
【図2】チタン層の厚みに対する白金層の厚みの変化に
対応する結晶配向の存在比を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an existing ratio of crystal orientation corresponding to a change in the thickness of a platinum layer with respect to the thickness of a titanium layer.
【図3】ゾル中の有機物残留量に対する結晶配向の存在
比を示す図である。FIG. 3 is a view showing the ratio of the presence of crystal orientation to the amount of residual organic substances in a sol.
【図4】実施形態1の実施例におけるX線回折特性図
(2θ)である。FIG. 4 is an X-ray diffraction characteristic diagram (2θ) in the example of the first embodiment.
【図5】実施形態2の実施例におけるX線回折特性図
(2θ)である。FIG. 5 is an X-ray diffraction characteristic diagram (2θ) in the example of the second embodiment.
【図6】実施形態1の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure of the piezoelectric element according to the first embodiment.
【図7】実施形態2の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure of a piezoelectric element according to a second embodiment.
【図8】実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of the ink jet recording head of the embodiment.
【図9】実施形態のプリンタの斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the printer of the embodiment.
10…ノズル板 20…圧力室基板 30…振動板 31…絶縁膜 32…下部電極 321、323…チタン層 322…白金層 40…圧電体素子 41…圧電体薄膜層 42…上部電極 11…ノズル 21…キャビティ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nozzle plate 20 ... Pressure chamber substrate 30 ... Vibration plate 31 ... Insulating film 32 ... Lower electrode 321, 323 ... Titanium layer 322 ... Platinum layer 40 ... Piezoelectric element 41 ... Piezoelectric thin film layer 42 ... Upper electrode 11 ... Nozzle 21 …cavity
Claims (11)
備えた圧電体素子において、 結晶構造においてペロブスカイト型結晶の<100>面
のX線回折強度をI1 00、<110>面のそれをI
110、<111>面のそれをI111とする場合に、 I100/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている圧電体薄膜と、 前記圧電体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料
として含み、当該電極材料のX線回折測定における線源
としてCu−Kβを使用した場合の回折角度2θが36
°±0.3°であるX線回折強度をIBEとした場合
に、 IBE/I100≦0.05 を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする圧電体素子。1. A piezoelectric device having a piezoelectric thin film having an electromechanical conversion function, X-rays diffraction intensity of <100> plane of the perovskite-type crystal in the crystal structure of I 1 00, its <110> faces I
110 , a piezoelectric thin film set so as to satisfy I 100 / (I 100 + I 110 + I 111 ) ≧ 0.5, where I 111 is the surface of the <111>plane; The electrode includes platinum and titanium as electrode materials, and has a diffraction angle 2θ of 36 when Cu-Kβ is used as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material.
The ° ± 0.3 a ° X-ray diffraction intensity when a I BE, piezoelectric, characterized in that it and a lower electrode is set to satisfy the I BE / I 100 ≦ 0.05 Body element.
ている請求項1に記載の圧電体素子。2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the thickness of the platinum layer with respect to the titanium layer of the lower electrode is set to 10 or more.
れている請求項1または請求項2のいずれかに記載の圧
電体素子。3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the platinum layer of the lower electrode has a crystal grain size set in a range of 50 nm to 100 nm.
備えた圧電体素子において、 結晶構造においてペロブスカイト型結晶の<100>面
のX線回折強度をI1 00、<110>面のそれをI
110、<111>面のそれをI111とする場合に、 I111/(I100+I110+I111)≧0.5 を満たすように設定されている圧電体薄膜と、 前記圧電体薄膜側に設けられチタンと白金とを電極材料
として含み、当該電極材料のX線回折測定における線源
としてCu−Kβを使用した場合の回折角度2θが36
°±0.3°であるX線回折強度をIBEとした場合
に、 IBE/I111≦0.05 を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする圧電体素子。4. A piezoelectric element having a piezoelectric thin film having an electromechanical conversion function, X-rays diffraction intensity of <100> plane of the perovskite-type crystal in the crystal structure of I 1 00, its <110> faces I
110 , a piezoelectric thin film set so as to satisfy I 111 / (I 100 + I 110 + I 111 ) ≧ 0.5, where I 111 is the surface of the <111>plane; The electrode includes titanium and platinum as electrode materials, and the diffraction angle 2θ is 36 when Cu-Kβ is used as a radiation source in X-ray diffraction measurement of the electrode material.
A lower electrode set to satisfy I BE / I 111 ≦ 0.05 when an X-ray diffraction intensity of ± 0.3 ° is I BE. Body element.
に記載の圧電体素子。5. The platinum layer of the lower electrode has a crystal grain size of 50 nm or less.
3. The piezoelectric element according to item 1.
記載の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えたこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。6. An ink jet recording head comprising the piezoelectric element according to claim 1 as a piezoelectric actuator.
ヘッドを印字手段として備えたことを特徴とするプリン
タ。7. A printer comprising the ink jet recording head according to claim 6 as printing means.
子の製造方法において、 圧電体薄膜を結晶化させる前の前駆体膜の結晶を電極が
特定の結晶方向に配向させる性能と前駆体膜における結
晶を特定の結晶方向に配向する性能とが、同じ結晶方向
になるように、前記電極および前記前駆体膜を組み合わ
せて結晶化させることを特徴とする圧電体素子の製造方
法。8. A method for manufacturing a piezoelectric element in which a piezoelectric thin film is sandwiched between electrodes, wherein the electrode is oriented in a specific crystal direction and the precursor is crystallized before crystallization of the piezoelectric thin film. A method of manufacturing a piezoelectric element, comprising: crystallizing a combination of the electrode and the precursor film such that the ability to orient a crystal in a film in a specific crystal direction is in the same crystal direction.
であって、 前記前駆体膜を、添加物として有機物を含まないゾルで
形成することにより<100>配向が優勢な圧電体薄膜
を製造することを特徴とする圧電体素子の製造方法。9. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 8, wherein the <100> orientation is predominant by forming the precursor film using a sol containing no organic substance as an additive. And a method for manufacturing a piezoelectric element.
法であって、 前記前駆体膜を、添加物として有機物を0.2モル/リ
ットル以上含むゾルで形成することにより<111>配
向が優勢な圧電体薄膜をを特徴とする圧電体素子の製造
方法。10. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 8, wherein the precursor film is formed of a sol containing an organic substance as an additive in an amount of 0.2 mol / liter or more, and thereby has a <111> orientation. A method for manufacturing a piezoelectric element, characterized by comprising a piezoelectric thin film in which is predominant.
熱分解させる工程を備える請求項9または請求項10に
記載の圧電体素子の製造方法。11. The method according to claim 9, further comprising a step of thermally decomposing the precursor film at a temperature of 350 ° C. or higher.
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