压电元件以及压电元件应用设备

摘要

本发明提供一种压电元件以及压电元件应用设备，其中，压电元件具备第一电极、第二电极以及设置于上述第一电极与上述第二电极之间的压电体层，压电体层由Pb(Ni，Nb，Zr，Ti)O3所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，钙钛矿型复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计相对于在B位所含有的元素的总含量为1[mol％]以上5[mol％]以下。

权利要求

1.一种压电元件，其特征在于，

具备第一电极、第二电极以及设置于所述第一电极与所述第二电极之间的压电体层，所述压电体层由下述式(1)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，所述钙钛矿型复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计相对于在B位所含有的元素的总含量为1[mol％]以上2.5[mol％]以下，Pb(Ni，Nb，Zr，Ti)O3……(1)。

2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，所述压电体层由下述式(2)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，xPb(Ni，Nb)O3-(1-x)Pb(Zr，Ti)O3……(2)，式中，满足0.01≤x≤0.025。

3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，对于所述压电体层而言，所述式(1)或式(2)所表示的钙钛矿型复合氧化物所含有的Ni与Nb的摩尔比为1：2。

4.一种压电元件应用设备，其特征在于，具备权利要求1～3中任意一项所述的压电元件。

说明书

压电元件以及压电元件应用设备

技术领域

[0001] 本发明涉及位移特性优异的压电元件以及压电元件应用设备。

背景技术

[0002] 通常，压电元件具有：具有机电转换特性的压电体层以及夹持压电体层的两个电极。近年来，正在积极进行将这样的压电元件作为驱动源来使用的设备(压电元件应用设备)的开发。作为开发中的压电元件应用设备，可以列举出以喷墨式记录头为代表的液体喷射头、以压电MEMS元件为代表的MEMS构件、以超声波传感器等为代表的超声波测定装置、以及压电致动器装置等。

[0003] 压电体层所使用的压电材料要求具有较高的压电特性，作为这样压电材料，众所周知有复合氧化物(钙钛矿型复合氧化物)、即锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3，以下称为“PZT”)，上述复合氧化物具有包含钛酸铅(PbTiO3，以下称为“PT”)和氧化锆铅(PbZrO3，以下称为“PZ”)的二成分系的钙钛矿构造。

[0004] 另外，近年来，也在开发使PZT含有第三成分的多成分系的钙钛矿型复合氧化物，作为这样的多成分系的PZT，已知含有铌酸镍酸铅(Pb(Ni，Nb)O3，以下称为“PNN”)作为第三成分的PZT(PNN-PZT)(例如，参照专利文献1、专利文献2)。

[0005] 专利文献1：日本特开平11-129478号公报

[0006] 专利文献2：日本特开平11-207957号公报

[0007] 然而，PNN-PZT无法得到搭载有压电元件应用设备的各种装置的高性能化等所需要的位移特性，至少需要具有与PZT相匹敌的位移特性。为了得到优异的位移特性，需要针对钙钛矿型复合氧化物的置换位、置换元素的选择、置换量等进行进一步的研究，来实现进一步的优化。此外，这样的问题不仅局限于搭载于喷墨式记录头的压电元件，在压电MEMS元件、超声波传感器元件、压电致动器元件等中也同样存在。

发明内容

[0008] 本发明是鉴于上述实际情况而提出的，其目的在于提供一种实现位移量的提高，能够得到优异的位移特性，并且能够实现漏电流的减少的压电元件以及压电元件应用设备。

[0009] 解决上述课题的本发明所涉及的方式是一种压电元件，其特征在于，具备第一电极、第二电极以及设置于第一电极与第二电极之间的压电体层，上述压电体层由下述式(1)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，上述钙钛矿型复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计相对于在B位所含有的元素的总含量为1[mol％]以上5[mol％]以下，

[0010] Pb(Ni，Nb，Zr，Ti)O3……(1)。

[0011] 在上述方式中，上述压电体层由上述式(1)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，该复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计相对于在B位所含有的元素的总含量为1[mol％]以上5[mol％]以下，因此能够形成具有优异的位移特性的压电元件。

[0012] 这里，上述压电体层也可以由下述式(2)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成，[0013] xPb(Ni，Nb)O3-(1-x)Pb(Zr，Ti)O3……(2)，

[0014] 式中，满足0.01≤x≤0.05。

[0015] 根据此，能够实现上述压电元件的位移量的提高。

[0016] 这里，对于上述压电体层而言，优选上述式(1)或式(2)所表示的钙钛矿型复合氧化物所含有的Ni与Nb的摩尔比为1：2。

[0017] 根据此，除了能够实现上述压电元件的位移量的提高之外，还能够实现漏电流的减少。

[0018] 另外，解决上述课题的本发明所涉及的其他的方式是一种压电元件应用设备，其特征在于，具备上述任意一种方式的压电元件。

[0019] 在上述方式中，能够形成具有优异的位移特性的压电元件应用设备。

附图说明

[0020] 图1是示出喷墨式记录装置的简要结构的图。

[0021] 图2是示出喷墨式记录头的简要结构的分解立体图。

[0022] 图3是示出喷墨式记录头的简要结构的俯视图。

[0023] 图4是示出喷墨式记录头的简要结构的剖视图。

[0024] 图5是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0025] 图6是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0026] 图7是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0027] 图8是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0028] 图9是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0029] 图10是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

[0030] 图11是对喷墨式记录头的制造例进行说明的图。

具体实施方式

[0031] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下的说明示出本发明的一个方式，在不脱离本发明的要旨的范围内能够任意地变更。此外，在各附图中标注相同的附图标记的部件表示相同的部件，并适当地省略其说明。另外，在图2～图11中，X、Y以及Z表示相互正交的三个空间轴。在本说明书中，将沿着这些轴的方向分别作为第一方向X(X方向)、第二方向Y(Y方向)以及第三方向Z(Z方向)来进行说明。X方向以及Y方向表示板、层以及膜的面内方向，Z方向表示板、层以及膜的厚度方向或层叠方向。

[0032] 实施方式1

[0033] 首先，参照图1对作为液体喷射装置的一个例子的喷墨式记录装置进行说明。

[0034] 图1示出喷墨式记录装置的简要结构。如图所示，在喷墨式记录装置(记录装置I)中，喷墨式记录头单元(头单元II)以能够装卸的方式设置于墨盒2A、墨盒2B。墨盒2A、墨盒2B构成油墨供给机构。头单元II具有后述的多个喷墨式记录头(记录头1，参照图2等)，并搭载于滑架3。滑架3以能够沿轴向自如移动的方式设置于安装在装置主体4的滑架轴5上。这些头单元II、滑架3例如构成为分别能够喷射黑色油墨组合物以及彩色油墨组合物。

[0035] 而且，驱动电机6的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带7传递至滑架3，从而搭载有头单元II的滑架3沿滑架轴5移动。另一方面，在装置主体4中设置有作为输送机构的输送辊8，作为纸张等记录介质的记录片材S由输送辊8输送。此外，输送记录片材S的输送机构并不限定于输送辊，也可以是带、鼓等。

[0036] 在记录头1中，作为压电致动器装置，使用本发明的实施方式所涉及的压电元件300，在后面对此进行详细的叙述。通过使用压电元件300，能够避免记录装置I中的各种特性(耐久性、油墨喷射特性等)的降低。

[0037] 接下来，参照图2～图4，对作为搭载于液体喷射装置的液体喷射头的一个例子的喷墨式记录头进行说明。

[0038] 图2是喷墨式记录头的分解立体图。图3是流路形成基板的压电元件侧的俯视图(从压电元件侧观察流路形成基板时的俯视图)，图4是以图3的A-A′线为基准的剖视图。

[0039] 流路形成基板10(以下，称为“基板10”)例如由硅单晶基板构成，并形成有压力产生室12。而且，被多个隔壁11划分的压力产生室12沿着并列设置喷出相同颜色的油墨的多个喷嘴开口21的方向(X方向)并列设置。基板10的材料并不限定于硅，也可以是SOI、玻璃等。

[0040] 在基板10中的压力产生室12的Y方向的一端部侧，形成有油墨供给路13和连通路14。在连通路14的外侧(+Y方向侧)形成有连通部15。连通部15构成歧管100的一部分。歧管
100成为各压力产生室12的共用的油墨室。像这样，在基板10上形成有由压力产生室12、油墨供给路13、连通路14以及连通部15构成的液体流路。

[0041] 在基板10的一个面(-Z方向侧的面)上接合有例如SUS制的喷嘴板20。在喷嘴板20上沿X方向并列设置有喷嘴开口21。喷嘴开口21与各压力产生室12连通。喷嘴板20能够通过粘接剂、热熔接膜等与基板10接合。

[0042] 在基板10的另一个面(+Z方向侧的面)上形成有振动板50。振动板50例如由形成于基板10上的弹性膜51以及形成于弹性膜51上的绝缘体膜52构成。弹性膜51例如由二氧化硅(SiO2)构成，绝缘体膜52例如由氧化锆(ZrO2)构成。

[0043] 在绝缘体膜52上形成有包括第一电极60、压电体层70以及第二电极80的压电元件300。并且，虽然在图2～图4中省略了图示，但为了增强绝缘体膜52与第一电极60之间的粘着性，在绝缘体膜52与第一电极60之间设置有粘着层56(参照图5～图11)。也可以省略粘着层56。

[0044] 第一电极60针对每个压力产生室12来设置。即，第一电极60构成为针对每个压力产生室12而独立的分立电极。并且，压电体层70也针对每个压力产生室12来设置。

[0045] 第二电极80遍及X方向在第一电极60、压电体层70以及振动板50上连续设置。即，第二电极80构成为共用电极。也可以不将第二电极80作为共用电极，而将第一电极60作为共用电极。

[0046] 第一电极60的端部(-Y方向侧的端部)从压电体层70的-Y方向侧的端部露出。第一电极60的-Y方向侧的端部与引线电极90a连接。

[0047] 另外，在第二电极80连接有引线电极90b。能够通过在基板10上遍及整个面地形成构成引线电极90a以及引线电极90b的材料的层之后，将该层图案化成规定的形状，来同时形成引线电极90a以及引线电极90b。

[0048] 在形成有压电元件300的基板10上，通过粘接剂35接合有保护基板30。保护基板30具有歧管部32。借助歧管部32构成歧管100的至少一部分。本实施方式所涉及的歧管部32在厚度方向(Z方向)上贯通保护基板30，并且遍及压力产生室12的宽度方向(X方向)形成。而且，歧管部32如上述那样与基板10的连通部15连通。利用这些结构，构成形成各压力产生室12的共用的油墨室的歧管100。

[0049] 在保护基板30上接合有由密封膜41以及固定板42构成的柔性基板40。固定板42的与歧管100对置的区域成为在厚度方向(Z方向)上被完全除去的开口部43。歧管100的一个面(+Z方向侧的面)仅由具有挠性的密封膜41密封。

[0050] 这样的喷墨式记录头通过如下的动作排出墨滴。首先，从与未图示的外部油墨供给机构连接的油墨导入口获取油墨，从歧管100至喷嘴开口21使内部充满油墨。然后，根据来自未图示的驱动电路的记录信号，向与压力产生室12对应的各个第一电极60与第二电极80之间施加电压，而使压电元件300挠曲变形。据此，各压力产生室12内的压力增大，从而从喷嘴开口21排出墨滴。

[0051] 接下来，对压电元件300进一步进行详细的说明。压电元件300包括第一电极60、第二电极80、以及设置于第一电极60与第二电极80之间的压电体层70。第一电极60的厚度约为50nm。压电体层70为厚度在50nm以上2000nm以下的所谓的薄膜的压电体。第二电极80的厚度约为50nm。在此列举出的各构件的厚度均是一个例子，能够在不改变本发明的要旨的范围内进行变更。

[0052] 第一电极60以及第二电极80的材料只要是能够维持导电性的材料，就不做特别限定。作为这样的材料，例如可以列举出白金(Pt)、铱(Ir)等贵金属、或者以镧镍氧化物(LNO)等为代表的导电性氧化物。

[0053] 压电体层70使用由至少含有铅(Pb)、镍(Ni)、铌(Nb)、锆(Zr)以及钛(Ti)各金属元素且具有钙钛矿构造的复合氧化物(钙钛矿型复合氧化物)构成的压电材料构成。

[0054] 这里，钙钛矿型复合氧化物是用通式ABO3表示的复合氧化物的一种。对于钙钛矿型复合氧化物而言，在A位配位12个氧，在B位配位6个氧，构成八面体(Octahedron)。构成压电体层70的复合氧化物在A位含有Pb，在B位含有Ni、Nb、Zr以及Ti。

[0055] 构成压电体层70的复合氧化物虽然可以认为是铌酸镍酸铅(Pb(Ni，Nb)O3，以下称为“PNN”)与锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3，以下称为“PZT”)的混晶或者PNN与PZT均匀地固溶而成的固溶体，但在X射线衍射图案中，PNN、PZT无法单独被检测出。因此，构成压电体层70的复合氧化物的组成能够如下述式(3)那样表示。

[0056] Pb(Ni，Nb，Zr，Ti)O3……(3)

[0057] 从确保压电元件300中的充分的位移量的观点考虑，在式(3)的复合氧化物中，优选该复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计相对于在B位所含有的元素的总含量小于6[mol％]，更加优选为1[mol％]以上5[mol％]以下。

[0058] 另外，从兼顾确保压电元件300中的充分的位移量以及减少漏电流的观点考虑，优选上述复合氧化物中的Ni及Nb的含量的合计小于3[mol％]，更加优选满足1[mol％]以上2.5[mol％]以下。

[0059] 此外，式(3)所表示的钙钛矿型复合氧化物的组成表述是基于化学计量表述的，只要构成压电体层70的复合氧化物能够获取钙钛矿构造，则当然允许由晶格失配、氧缺损等引起的不可避免的组成偏差，并且也允许例如钾(K)、钠(Na)、镧(La)、钐(Sm)、铈(Ce)、铝(Al)、钴(Co)等元素的部分置换等。例如，若将化学计量比设为1，则允许0.85以上1.20以下的范围内的组成。并且，即使在用通式表示的情况下不同，也存在将A位的元素与B位的元素的比相同的复合氧化物视为相同的复合氧化物的情况。

[0060] 另一方面，构成压电体层70的复合氧化物也可以使用由下述式(4)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成的压电材料构成。

[0061] xPb(Ni，Nb)O3-(1-x)Pb(Zr，Ti)O3……(4)

[0062] 式中，满足0.01≤x≤0.05。

[0063] 在式(4)中，从确保压电元件300中的充分的位移量的观点考虑，优选满足x＜0.06，更加优选满足0.01≤x≤0.05。

[0064] 另外，在式(4)中，从兼顾确保压电元件300中的充分的位移量以及减少漏电流的观点考虑，较优选满足x＜0.03，更加优选满足0.01≤x≤0.025。

[0065] 此外，PNN、PZT分别为具有钙钛矿构造的公知的压电材料，并存在各种组成。作为这样的组成的PNN、PZT，例如可以列举出PNN、PZT所含有的各金属元素(Pb、Ni、Nb、Zr、Ti)以及氧的一部分缺损或者过剩的组成、各元素的一部分被置换为其他元素的组成等。因此，在表述为PNN、PZT的情况下，只要不改变基本的特性，则因缺损、过剩而导致与化学计量的组成产生偏差的组成、元素的一部分被置换为其他元素的组成也包含于PNN、PZT的范围。

[0066] 对于构成压电体层70的复合氧化物而言，从兼顾确保压电元件300中的充分的位移量以及减少漏电流的观点出发，优选其组成中所含有的Ni以及Nb的摩尔比为1∶2。

[0067] 压电体层70通过用由式(3)或式(4)所表示的钙钛矿型复合氧化物构成的压电材料构成，从而能够使该复合氧化物的结晶在(100)面优先取向。并且，该压电材料可以不使用取向控制层，而在(100)面自然取向。此外，在本实施方式中，“在(100)面优先取向”是指在(100)面取向的结晶的比例大于在(110)面、(111)面取向的结晶的比例。该比例例如为60％以上，优选为75％以上，更加优选为80％以上。

[0068] 接下来，参照图5～图11，结合喷墨式记录头的制造方法来对搭载于喷墨式记录头的压电元件的制造方法的一个例子进行说明。

[0069] 首先，如图5所示，准备硅基板110(流路形成基板10)。接下来，通过将硅基板110热氧化，从而在其表面形成由二氧化硅(SiO2)构成的弹性膜51。另外，在弹性膜51上通过溅射法形成锆膜，并将其热氧化，从而得到由氧化锆(ZrO2)构成的绝缘体膜52。这样，形成由弹性膜51及绝缘体膜52构成的振动板50。

[0070] 接下来，在绝缘体膜52上形成由氧化钛(TiOx)构成的粘着层56。粘着层56能够通过溅射法、热氧化等形成。但是，也可以省略粘着层56。接下来，在粘着层56上形成第一电极60。第一电极60例如能够通过溅射法、真空蒸镀法(PVD法)、激光烧蚀法等气相成膜、旋涂法等液相成膜等来形成。

[0071] 接下来，如图6所示，将粘着层56以及第一电极60同时图案化。粘着层56以及第一电极60的图案化例如能够通过反应性离子蚀刻(RIE：Reactive Ion Etching)、离子铣削等干式蚀刻、使用了蚀刻液的湿式蚀刻来进行。此外，粘着层56以及第一电极60的图案化的形状不做特别限定。

[0072] 接下来，如图7所示那样形成压电体层70。压电体层70的形成方法不做限定。例如，能够使用通过涂敷干燥含有金属络合物的溶液(前体溶液)，再以高温进行烧结从而得到金属氧化物的MOD(Metal-Organic Decomposition：金属有机物分解)法、溶胶-凝胶法等化学溶液法(湿式法)。另外，还可以使用激光烧蚀法、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD法)、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学汽相淀积)法、气溶胶沉积法等、或液相法或固相法来制造压电体层70。

[0073] 例如，通过湿式法形成的压电体层70具有多个压电体膜74，该压电体膜74通过涂敷前体溶液形成前体膜的工序(涂敷工序)、干燥前体膜的工序(干燥工序)、对干燥后的前体膜进行加热、脱脂的工序(脱脂工序)、以及烧结脱脂后的前体膜的工序(烧结工序)的一系列的工序而形成，在后面对此进行详细的叙述。即，压电体层70通过重复多次从涂敷工序至烧结工序的一系列的工序来形成。此外，在从涂敷工序至烧结工序的一系列的工序中，也可以在重复多次从涂敷工序至脱脂工序之后，实施烧结工序。

[0074] 通过湿式法形成的层、膜具有界面。在通过湿式法形成的层、膜上残留有涂敷或烧结的痕迹，这种痕迹成为通过观察其剖面、或解析层内(或膜内)中的元素的浓度分布而能够确认的“界面”。“界面”严格来说是层间或膜间的边界的意思，但是这里也有层或膜的边界附近的意思。在观察通过湿式法形成的层、膜的剖面的情况下，这种界面在与相邻的层、膜的边界附近，作为颜色比其他部分深的部分或颜色比其他部分淡的部分而被确认。另外，在对元素的浓度分布进行解析的情况下，这种界面在与相邻的层、膜的边界附近，作为元素的浓度比其他部分高的部分或元素的浓度比其他部分低的部分而被确认。压电体层70通过重复多次从涂敷工序至烧结工序的一系列的工序、或在重复多次从涂敷工序至脱脂工序之后实施烧结工序来形成(由多个压电体膜74构成)，因此与各压电体膜74对应地具有多个界面。

[0075] 通过湿式法来形成压电体层70的情况下的具体顺序的例子如下。首先，制成由含有金属络合物的MOD溶液、溶胶构成且用于形成压电体层70的前体溶液(调制工序)。然后，使用旋涂法等将该前体溶液涂敷于第一电极60上来形成前体膜(涂敷工序)。接下来，将该前体膜加热至规定温度、例如130℃～250℃左右并干燥一定时间(干燥工序)，再将干燥后的前体膜加热至规定温度、例如300℃～450℃左右并保持一定时间从而进行脱脂(脱脂工序)。进一步地，将脱脂后的前体膜加热至更高温度、例如650℃～800℃左右，并在该温度下保持一定时间，从而使其结晶化，形成压电体膜74(烧结工序)。然后，通过重复多次上述的涂敷工序、干燥工序、脱脂工序以及烧结工序，从而形成图7所示的由多层压电体膜74构成的压电体层70。

[0076] 此外，上述的前体溶液是通过烧结将能够形成含有上述的PNN以及PZT的钙钛矿型复合氧化物的金属络合物分别溶解或者分散至有机溶剂而成的溶液。即，前体溶液是含有Pb、Ni、Nb、Zr以及Ti的各元素作为金属络合物的中心金属的溶液。此时，也可以将含有上述元素以外的元素的金属络合物、例如含有K、Na、La、Sm、Ce、Al、Co等添加物的金属络合物进一步混合至前体溶液中。

[0077] 作为含有上述各元素的金属络合物，例如能够使用醇盐、有机酸盐、β-二酮络合物等。在前体溶液中，这些金属络合物的混合比例只要以使钙钛矿型复合氧化物所含有的Pb、Ni、Nb、Zr以及Ti成为所希望的摩尔比的方式进行混合即可。

[0078] 作为用于制作前体溶液的含有Pb的金属络合物，例如可以列举出乙酸铅等。作为含有Ni的金属络合物，例如可以列举出乙酸镍、硝酸镍、2-乙基己酸镍等。作为含有Nb的金属络合物，例如可以列举出五乙氧基铌、2-乙基己酸铌等。作为含有Zr的金属络合物，例如可以列举出乙酰丙酮锆、四乙酰丙酮锆、单乙酰丙酮锆、双乙酰丙酮锆等。作为含有Ti的金属络合物，例如可以列举出异丙醇钛、2-乙基己酸钛、(二异丙氧基)双(乙酰丙酮)钛等。此时，也可以并用两种以上的金属络合物。

[0079] 作为用于前体溶液的制作的有机溶剂，例如可以列举出丙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、辛烷、癸烷、环已烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、乙酸、辛酸、2-正丁氧基乙醇、正辛烷等或它们的混合溶剂等。前体溶液可以含有使含有Pb、Ni、Nb、Zr以及Ti的金属络合物的分散稳定化的添加剂。作为这样的添加剂，可以列举出2-乙基己酸等。

[0080] 另外，作为在干燥工序、脱脂工序以及烧结工序中使用的加热装置，例如可以列举出通过红外线灯的照射进行加热的RTA(Rapid Thermal Annealing：快速热退火)装置、加热板等。

[0081] 接下来，如图8所示，对由多个压电体膜74构成的压电体层70进行图案化。图案化能够通过所谓的反应性离子蚀刻或离子铣削等干式蚀刻、使用了蚀刻液的湿式蚀刻来进行。此外，对压电体层70的图案化的形状不做特别限定。然后，在图案化后的压电体层70上形成第二电极80。第二电极80能够通过与第一电极60相同的方法形成。通过以上的工序，完成具备第一电极60、压电体层70以及第二电极80的压电元件300。换言之，第一电极60、压电体层70以及第二电极80相重叠的部分成为压电元件300。

[0082] 接下来，如图9所示，在硅基板110的压电元件300侧的面，经由未图示的粘接剂接合保护基板用晶片130(保护基板30)。然后，对保护基板用晶片130的表面进行切削使其变薄。另外，在保护基板用晶片130上形成歧管部32、未图示的贯通孔33(参照图2～图4)。接下来，如图10所示，在硅基板110的与压电元件300相反侧的面上形成掩模膜53，并将其图案化成规定形状。然后，如图11所示，经由掩模膜53，对硅基板110实施使用了KOH等碱溶液的各向异性蚀刻(湿式蚀刻)。由此，除了与各个压电元件300对应的压力产生室12之外，还形成未图示的油墨供给路13、连通路14以及连通部15(参照图2～图4)。

[0083] 接下来，通过切割等将硅基板110以及保护基板用晶片130的外周边部的不需要的部分切断、除去。并且，在硅基板110的与压电元件300相反侧的面上接合未图示的喷嘴板20(参照图2、图4)。另外，在保护基板用晶片130接合未图示的柔性基板40(参照图2～图4)。通过进行至此的工序，从而完成记录头1的芯片的集合体。通过将该集合体分割为各个芯片，从而能够得到记录头1(参照图2～图4)。

[0084] 实施例

[0085] 以下，以示出实施例的方式对本发明进行更加具体的说明。此外，本发明并不限定于以下的实施例。

[0086] 样本1的制作

[0087] 首先，通过对(100)面的单晶硅(Si)基板(硅基板110)进行热氧化，从而在该Si基板的表面上形成膜厚1200nm的氧化硅(SiO2)膜(弹性膜51)。接下来，通过利用RF磁控溅射法，在SiO2膜上制成膜厚40nm的钛膜，并对该钛膜进行热氧化，从而制成氧化钛(TiOx)膜(粘着层56)。接下来，通过RF磁控溅射法，在TiOx膜上在(111)面进行取向，从而形成膜厚100nm的白金(Pt)膜(第一电极60)。

[0088] 接下来，混合乙酸铅(II)三水合物、乙酸镍(II)四水合物、五正丁氧基铌、四(2，4-戊烷二酮)锆(IV)以及四异丙氧基钛，并作为主溶剂添加丁基溶纤剂、作为稳定剂添加二乙醇胺、作为增稠剂添加聚乙二醇，从而制成前体溶液(调制工序)。接下来，将该前体溶液滴加至第一电极60上，将基板以500rpm旋转6秒后，以3000rpm旋转20秒，从而通过旋涂法在第一电极60上制成前体膜(涂敷工序)。接下来，在加热板上搭载基板，在180℃下对前体膜进行2分钟的干燥(干燥工序)。接下来，利用加热板在380℃下对前体膜进行2分钟的脱脂(脱脂工序)。接下来，在重复两次上述的从涂敷工序至脱脂工序之后，在氧气环境中通过RTA装置在700℃下对前体膜进行5分钟的烧结，从而得到钙钛矿型复合氧化物膜(压电体膜74)(烧结工序)。

[0089] 如此，在重复两次上述的从涂敷工序至脱脂工序之后进行烧结，并将这些工序重复六次，从而合计进行十二次前体膜的成膜，由此形成钙钛矿型复合氧化物层(压电体层70)。此外，在前体溶液中调整的各金属的组成比与压电体层70的组成比几乎没有偏差。

[0090] 接下来，在压电体层70上通过RF磁控溅射法形成膜厚100nm的白金(Pt)膜(第二电极80)，从而制成样本1(压电元件300)。

[0091] 将样本1中的压电体层70的组成、以及测定后述的样本1的悬臂位移量(以下，称为“位移量”)以及漏电流的结果示于下述表1。并且，将测定后述的样本1的膜厚、相对介电常数及杨氏模量的结果、以及利用它们而计算出的压电电压系数g31示于下述表2。另外，针对后述的样本2～样本11中的压电体层70的组成、各样本的位移量以及漏电流的测定结果，也与样本1相同地分别示于表1。并且，针对测定后述的样本2～样本8及样本11中的膜厚、相对介电常数及杨氏模量的结果、以及利用它们而计算出的压电电压系数g31，也与样本1相同地分别示于表2。

[0092] 样本2～样本11的制作

[0093] 除了将压电体层70所含有的Pb、Ni、Nb、Zr以及Ti的摩尔比调整为与下述表1所记载的化学计量比一致来制作前体溶液以外，其余与样本1相同，来分别制成样本2～样本11。

[0094] 表1

[0095]

[0096] 针对测定出的样本1～样本11的位移量以及漏电流，将判定结果示于表1。在表1中，在以样本11的位移量以及漏电流为基准的情况下，将位移量增加且漏电流减少的样本标记为“◎”，将位移量增加且漏电流为相同程度的样本标记为“○”，将位移量减少且漏电流为相同程度或增大的样本标记为“×”。

[0097] 表2

[0098]

[0099] 针对测定出的样本1～样本8的压电电压系数g31，将判定结果示于表2。在表2中，在以样本11的压电电压系数g31为基准的情况下，将压电电压系数g31较大的样本标记为“○”，将压电电压系数g31较小的样本标记为“×”。相关的判定为“○”的样本在应用于各种传感器的情况下，与应用了PZT的传感器相比，期待看到其性能的优越性。

[0100] 试验例1

[0101] 针对样本1～样本11，利用激光位移仪在室温(25℃)下，使用电极面积0.3cm2的电极图案，施加频率100Hz、电压20V的三角波，来求出位移量，并将其结果示于表1。此外，悬臂的尺寸为全长1.5cm、宽度0.4cm、基板厚度625μm。

[0102] 根据表1的结果可知，PNN的含量为1[mol％]以上5[mol％]以下的样本1～样本6与样本11相比，位移量较大。

[0103] 另一方面，根据表1的结果可知，PNN的含量为6[mol％]的样本7以及0.5[mol％]的样本8与样本11相比，位移量较小。并且，可知不含Ni以及Nb中的任意一种的样本9以及样本10与样本11相比，位移量较小。另外，可知样本9以及样本10与Ni及Nb的摩尔比为1：2的样本
1～样本6相比，位移量较小。

[0104] 试验例2

[0105] 针对样本1～样本11施加±80V的电压，求出了电流密度与电压之间的关系(I-V曲线)。I-V曲线的测定使用惠普公司生产的“4140B”且使测定时的保持时间为2秒而在空气中进行。并且，测定使用遮光后的探针器并排除光电动势等的影响来进行。然后，根据所得到的I-V曲线求出施加电压20V中的漏电流，并将其结果示于表1。

[0106] 根据表1的结果可知，PNN的含量为1[mol％]以上2.5[mol％]以下的样本1～样本3与样本11相比，漏电流较小。另外，可知PNN的含量为3[mol％]以上5[mol％]以下的样本4～样本6与样本11为相同程度的漏电流。

[0107] 另一方面，根据表1的结果可知，PNN的含量为6[mol％]的样本7与样本11相比，漏电流较大。另外，可知0.5[mol％]的样本8与样本11为相同程度的漏电流。另外，可知不含Ni以及Nb中的任意一种的样本9以及样本10与样本11相比，漏电流较大。另外，可知样本9以及样本10与Ni及Nb的摩尔比为1：2的样本1～样本8相比，漏电流较大。

[0108] 试验例3

[0109] 针对样本1～样本8及样本11，计算压电材料的五个性能指标(压电应变系数d、压电电压系数g、机电耦合系数k、机械品质系数Qm、声阻抗Z)之一的压电电压系数g，来评价压电性能。此外，在本试验例中，计算出压电电压系数g31。压电电压系数g31通过下述式(5)求得。

[0110] g31＝d31/(ε0×K)……(5)

[0111] 式中，d31表示压电应变系数，ε0表示真空的介电常数，K表示相对介电常数。

[0112] 另外，式(5)的压电应变系数d31通过下述式(6)求得。

[0113]

[0114] 式中，his表示Si基板厚度、S11Piezo表示压电体层70的柔量(＝压电体层70的杨氏模量的倒数)、δ表示位移量、L表示悬臂长度、S11Si表示Si基板的柔量(＝Si基板的杨氏模量的倒数)、V表示施加电压。

[0115] 在试验例3中，通过共振法来测定样本1～样本8及样本11的压电体层70的杨氏模量。这里，共振法是指对试件施加机械式或电气式强迫振动来测量共振频率(固有振动频率)，并根据该共振频率来计算杨氏模量(纵向弹性系数)的测定法。在本试验例中，利用共振法中最普遍的自由共振来进行测定。具体而言，利用两根吊线对切割加工成带状(3mm×40mm)的试料进行保持，在驱动极与试件之间形成电容，由此产生固有振动，通过振动传感器来检测该固有振动，从而得到杨氏模量并将其示于表2。根据所得到的杨氏模量和在试验例1中测定出的位移量，基于式(6)来计算压电应变系数d31，基于式(5)计算压电电压系数g31并将其示于表2。此外，样本1～样本8及样本11的压电体层70的膜厚以及相对介电常数如表2所示。

[0116] 根据表2的结果可知，PNN的含量为1[mol％]以上5[mol％]以下的样本1～样本6与样本11相比，压电电压系数g31较大。另一方面，可知PNN的含量为6[mol％]的样本7以及0.5[mol％]的样本8与样本11相比，压电电压系数g31较小。

[0117] 其他实施方式

[0118] 在上述实施方式1中，作为液体喷射头的一个例子而列举喷墨式记录头来进行了说明，但本发明当然也能够应用于喷射油墨以外的液体的液体喷射头。作为喷射油墨以外的液体的液体喷射头，例如可以列举出液晶显示器等的彩色滤光器的制造所使用的颜色材料喷射头、有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成所使用的电极材料喷射头、生物芯片的制造所使用的生物体有机物喷射头等。

[0119] 另外，在上述实施方式1中，作为压电元件应用设备的一个例子，列举搭载于液体喷射装置的液体喷射头来进行了说明，但本发明的应用范围不限定于此。

[0120] 例如，也能够通过具备本发明的压电元件和控制机构来构成超声波测定装置，其中，上述控制机构利用基于通过本发明的压电元件发送的超声波以及通过本发明的压电元件接收的超声波中的至少一方的信号，来测定检测对象。

[0121] 这样的超声波测定装置基于从发送超声波的时刻到接受其发送的超声波被测定对象物反射回来的回波信号的时刻为止的时间，得到与测定对象物的位置、形状以及速度等相关的信息，有时作为用于产生超声波的元件、用于检测回波信号的元件而使用压电元件。作为这样的超声波产生元件、回波信号检测元件，能够提供具有优异的位移特性的超声波测定装置。

[0122] 另外，本发明的压电元件应用设备也可以是超声波电机、温度-电转换器、压力-电转换器、压电变压器、红外线等有害光线的截止滤光器、使用了因量子点形成而产生的光子晶体效应的光学滤光器、利用了薄膜的光干涉的光学滤光器等滤光器等。另外，也可以是超声波测定装置(超声波传感器)以外的传感器，例如是红外线传感器、热敏传感器、压力传感器、陀螺仪传感器(角速度传感器)。

[0123] 另外，本发明也能够优选用作铁电体元件。作为能够优选使用的铁电体元件，可以列举出铁电体存储器、铁电体晶体管(FeFET)、铁电体运算电路(FeLogic)、铁电体电容器等。另外，本发明的压电元件示出良好的热电特性，所以能够优选用作热电元件。并且，本发明也能够应用于以上述的电机为驱动源来利用的机器人等。

[0124] 附图标记说明：I…记录装置；II…头单元；S…记录片材；1…记录头；2A、2B…墨盒；3…滑架；4…装置主体；5…滑架轴；6…驱动电机；7…同步带；8…输送辊；10…流路形成基板(基板)；11…隔壁；12…压力产生室；13…油墨供给路；14…连通路；15…连通部；20…喷嘴板；21…喷嘴开口；30…保护基板；32…歧管部；33…贯通孔；35…粘接剂；40…柔性基板；41…密封膜；42…固定板；43…开口部；50…振动板；51…弹性膜；52…绝缘体膜；53…掩模膜；56…粘着层；60…第一电极；70…压电体层；74…压电体膜；80…第二电极；90a、90b…引线电极；100…歧管；110…硅基板；130…保护基板用晶片；300…压电元件。