圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッド
【課題】信頼性の高い圧電素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された下部電極２０と、下部電極２０の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層３０と、圧電体層３０の上方に形成された上部電極４０と、を含み、圧電体層３０の対向する短辺が、平面視において、下部電極２０より外側に位置し、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０を有する。
【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された下部電極２０と、下部電極２０の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層３０と、圧電体層３０の上方に形成された上部電極４０と、を含み、圧電体層３０の対向する短辺が、平面視において、下部電極２０より外側に位置し、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を利用したものとしては、例えば、インクジェット記録装置に搭載される液体噴射ヘッドが知られている。液体噴射ヘッドは、圧電素子により振動板を駆動させ、圧力室に圧力を加えることにより、インク滴をノズル孔から吐出する。圧電素子は、下部電極および上部電極によって電界が印加されることで圧電体層が変形し駆動する（特開２００５−１１９１９９号公報参照）。
【０００３】
圧電素子は、圧電体層が下部電極と上部電極に挟まれた圧電素子の実質的な駆動領域と、圧電体層が振動板上に形成された駆動しない領域との境界に、駆動による応力が集中するため、クラック等の破壊が発生しやすい。
【特許文献１】特開２００５−１１９１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、信頼性の高い圧電素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、上記圧電素子を有する圧電アクチュエータおよび液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層の対向する前記短辺が、平面視において、前記下部電極より外側に位置し、
前記下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に空洞部を有することができる。
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、下部電極の側面と圧電体層とが接する領域に空洞部を有するため、圧電素子の駆動による応力が緩和され、高い信頼性を有することができる。
【０００７】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００８】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、複数の層からなり、
前記空洞部は、前記下部電極の少なくとも１層の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、前記基板の上方に形成された第１下部電極と、
前記第１下部電極の上方に形成された第２下部電極と、を有し、
前記第１下部電極は、白金族金属からなり、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなることができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記空洞部は、前記第１下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記空洞部は、前記第２下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をパターニングする工程と、
前記下部電極の側面の少なくとも一部を後退させ空洞部を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記圧電体層と前記上部電極をパターニングする工程と、を含み、
前記圧電体層を形成する工程は、前記空洞部が残るように前記圧電体層が形成され、
前記圧電体層をパターニングする工程は、前記圧電体層が短辺と長辺を有し、かつ、前記短辺は、平面視において、前記下部電極より外側に位置するように形成される。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、下部電極の側面と圧電体層とが接する領域に空洞部を形成することができるため、圧電素子の駆動による応力が緩和され、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を後退させる工程は、アニールまたはエッチングにより行われることができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
前記下部電極を形成する工程の後に、前記下部電極の上方に第１圧電体層を形成し、前記下部電極と前記第１圧電体層とを同一工程でパターニングする工程を有し、
前記第１圧電体層の上方に第２圧電体層が形成されることで、前記圧電体層が形成されることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程は、前記基板の上方に第１下部電極を形成する工程と、
前記第１下部電極の上方に第２下部電極を形成する工程と、を含み、
前記第１下部電極は、白金属金属からなるように形成され、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなるように形成されることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電アクチュエータは、
本発明に係る圧電素子を含み、
前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有することができる。
【００１８】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエータを含み、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１．圧電素子
図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示した平面図である。なお、図１は、図２で示したＡ−Ａ線における断面図である。図３および図４は、本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示した断面図である。
【００２１】
圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０と、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、空洞部５０と、を含む。
【００２２】
基板１０の材質は、例えば、導電体、半導体または絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。基板１０は、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板を用いることができる。基板１０は、後述するインクジェット式記録ヘッドのキャビティ（圧力室）となる開口部が形成されることができる。基板１０は、例えば、振動板や酸化チタン等の密着層を有してもよい。
【００２３】
下部電極２０は、基板１０の上に形成される。下部電極２０は、単層もしくは複数の層からなり、少なくとも一層の側面が後退していることができる。図１に示す例では、下部電極２０は、第１下部電極２２と第２下部電極２４とを有することができる。下部電極２０は、第１下部電極２２の側面が第２下部電極２４の側面より、後退していることができる。下部電極２０は、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極である。
【００２４】
第１下部電極２２は、基板１０の上に形成される。第１下部電極２２の厚さは、例えば、８０ｎｍ程度とすることができる。第１下部電極２２としては、例えば、白金属金属を用いることができる。第１下部電極２２としては、例えば、イリジウムまたは白金などを用いることができる。
【００２５】
第２下部電極２４は、第１下部電極２２の上に形成される。第２下部電極２４は、圧電体層３０の結晶の配向を制御するバッファ層としての機能も有する。第２下部電極２４の厚さは、例えば、４０ｎｍ程度とすることができる。第２下部電極２４としては、例えば、導電性酸化物を用いることができる。第２下部電極２４としては、例えば、ランタンニッケルオキサイド（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）（以下ＬＮＯという）またはストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）などを用いることができる。
【００２６】
下部電極２０は、図２に示すように、複数の圧電素子１００の共通電極であることができる。なお、図示はしないが、下部電極２０は、例えば、圧電素子１００のそれぞれに設けられた独立した電極であることもできる。
【００２７】
圧電体層３０は、下部電極２０の上に形成される。圧電体層３０には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層３０は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層３０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層３０は、第１圧電体層３２と、第２圧電体層３４とを有することができる。
【００２８】
第１圧電体層３２は、下部電極２０の上に形成される。第１圧電体層３２の厚さは、１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２９】
第２圧電体層３４は、第１圧電体層３２の上と、基板１０の上に形成される。第２圧電体層３４の厚さは、圧電素子１００の用途によるが、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。第２圧電体層３４は、図２に示すように、平面視において、短辺と長辺を有するように形成される。第２圧電体層３４は、対向する短辺が下部電極２０より外側に位置するように形成される。
【００３０】
空洞部５０は、下部電極２０の少なくとも１層の側面と第２圧電体層３４とが接する領域に形成されることができる。空洞部５０は、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４とが接する領域に形成されることができる。空洞部５０は、例えば、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４との間隔、すなわち空間部５０の幅が、３００ｎｍ程度であることができる。空洞部５０は、図２に示すように、下部電極２０の第２圧電体層３４の短辺側の辺に形成される。空洞部５０は、例えば、下部電極２０が共通電極の場合、連続して形成されることができる。
【００３１】
空洞部５０が形成される領域は、圧電体層３０が上部電極４０と下部電極２０とで挟まれた圧電素子１００の実質的な駆動領域と、圧電体層３０が基板１０の上に形成された駆動しない領域との境界にあたり、圧電素子１００の駆動による応力が集中する。圧電素子１００は、空洞部５０を有することで、駆動による応力を緩和することができる。
【００３２】
上部電極４０は、圧電体層３０の上に形成される。上部電極４０は、下部電極２０と対になり他方の電極として機能する。上部電極４０の厚みは、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。上部電極４０としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物などを用いることができる。また、上部電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３３】
変形例として、図３に示すように、下部電極２０は、第２下部電極２４の側面が後退していることができる。空洞部５０は、第２下部電極２４の側面と第２圧電体層３４の接する領域に形成されることができる。
【００３４】
図４に示すように、例えば、第１下部電極２２の側面を後退させ空洞部５０が形成される場合には、第２下部電極２４が空洞部５０の上面を規定するため、第１圧電体層３２は、形成されないこともできる。
【００３５】
圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３６】
圧電素子１００は、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０が形成されることができる。すなわち、空洞部５０は、圧電素子１００の実質的な駆動領域と、駆動しない領域との境界に形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、駆動による応力を緩和することができるため、クラック等の発生を防止し、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図８は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図９は、本実施形態に係る圧電素子１００の変形例の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図５に示すように、基板１０の上に第１下部電極２２と、第２下部電極２４と、第１圧電体層３２とをこの順に成膜する。
【００３９】
第１下部電極２２および第２下部電極２４は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。
【００４０】
第１圧電体層３２は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。ここで例えば、第１圧電体層３２の材質がＰＺＴからなる場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことで、第１圧電体層３２が結晶化される。
【００４１】
図６に示すように、第１下部電極２２と、第２下部電極２４と、第１圧電体層３２とをパターニングして、所望の形状に形成する。各層のパターニングには、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。具体的には、図示はしないが、レジストパターンを公知の方法で形成し、各層をドライエッチング法により、パターニングする。ドライエッチング法は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマを用いたエッチング装置で１．０Ｐａ以下の圧力で行うと良好なパターニングができる。
【００４２】
第１圧電体層３２のエッチングガスとしては、例えば、塩素系のガスとフロン系のガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などが挙げられる。第２下部電極２４および第１下部電極２２のエッチングガスとしては、例えば、塩素とアルゴンの混合ガスを用いることができる。第２下部電極２４がＬＮＯからなる場合、５０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得ることができる。第１下部電極２２がイリジウムからなる場合、１００ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得ることができる。その後、例えば、酸素プラズマを用いた公知の方法でレジストマスクを除去することができる。
【００４３】
図７に示すように、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４の接する領域に、空洞部５０を形成する。空洞部５０は、第１下部電極２２をアニールにより収縮させることで、第１下部電極２２の側面が後退し、形成されることができる。第１下部電極２２がイリジウムからなる場合には、６００℃〜７５０℃の酸素アニールを行うことで、約０．１％収縮させることができる。なお、導電性酸化物からなる第２下部電極２４および第１圧電体層３２は、酸素アニールによりほとんど収縮しない。また、この酸素アニールにより、第１圧電体層３２は、ドライエッチングにより受けたダメージを回復することができる。例えば、ドライエッチングにより形成された第１圧電体層３２の側壁部の結晶性を回復できる。
【００４４】
図８に示すように、第１圧電体層３２の上と、下部電極２０の側面と、基板１０の上とを覆う第２圧電体層３４を成膜する。第２圧電体層３４の成膜は、空洞部５０が残るように行われる。具体的には、第２圧電体層３４は、例えば、ゾルゲル法や、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の溶液塗布法、スパッタ法により成膜されることができる。成膜が比較的埋め込み特性の良くない溶液塗布法、スパッタ法により行われるため、空洞部５０は、第２圧電体層３４が入り込むことがなく、残ることができる。溶液塗布法においては、原料液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して、所望の膜厚にしてもよい。
【００４５】
図１に示すように、上部電極４０を成膜した後、上部電極４０と圧電体層３０をパターニングして、所望の形状に形成する。
【００４６】
上部電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。
【００４７】
パターニングは、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。第２圧電体層３４は、図２に示すように、短辺と長辺を有し、かつ、短辺が、平面視において、下部電極２０より外側に位置するようにパターニングされることができる。
【００４８】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００４９】
変形例として、図３に示す圧電素子１００は、上述の空洞部５０を形成する工程を以下の工程に置き換えることで形成される。
【００５０】
図９に示すように、第２下部電極２４の側面を後退させて、空洞部５０を形成することができる。第２下部電極２４は、例えば、ウエットエッチングにより選択的にエッチングされることで、側面を後退させることができる。第２下部電極２４がＬＮＯからなる場合、例えば、フッ化水素（ＨＦ）またはヘキサフルオロ珪酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を用いてエッチングすることができる。
【００５１】
以上の工程に置き換えることで、図３に示す圧電素子１００を製造することができる。
【００５２】
また、下部電極２０が複数の層からなる場合は、少なくとも１層を上述のいずれかの方法により後退させることで、空洞部５０を設けることができる。また、例えば、上述の方法を組み合わせることにより、複数の空洞部５０を設けることもできる。
【００５３】
圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００５４】
圧電素子１００の製造方法によれば、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０が形成されることができる。すなわち、空洞部５０は、圧電素子１００の実質的な駆動領域と、駆動しない領域との境界に形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、駆動による応力を緩和することができるため、クラック等の発生を防止し、高い信頼性を有することができる。
【００５５】
３．液体噴射ヘッド
次に、上述した圧電素子がアクチュエータとして機能している液体噴射ヘッドについて説明する。
【００５６】
図１０は、本実施に係る液体噴射ヘッド２００の要部を模式的に示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図である。なお、図１１は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００５７】
液体噴射ヘッド２００は、図１０に示すように、ノズル板７０と、圧力室１２と、圧電アクチュエータ１５０と、を含む。圧電アクチュエータ１５０は、振動板６０と、圧電素子１００と、を含む。液体噴射ヘッド２００は、図１１に示すように、さらに、筐体１７を有する。なお、図１１では、便宜上、積層体９０を簡略化している。
【００５８】
ノズル板７０は、圧力室（キャビティ）１２に通じるノズル孔７２を有する。ノズル孔７２からは、インクが吐出される。ノズル板７０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製の圧延プレートである。ノズル板７０は、通常使用される状態では基板１０の下（図１１では上）に固定される。筐体１７は、ノズル板７０および圧電素子１００を収納することができる。筐体１７は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００５９】
基板１０がノズル板７０と振動板６０との間の空間を区画することにより、リザーバ（液体貯留部）１４、供給口１５および複数のキャビティ１２が設けられている。振動板６０には、厚さ方向に貫通した貫通孔１６が設けられている。リザーバ１４は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔１６を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口１５によって、リザーバ１４から各キャビティ１２へインクが供給される。
【００６０】
キャビティ１２は、基板１０に形成されている。キャビティ１２は、各ノズル孔７２に対して１つずつ配設されている。キャビティ１２は、振動板６０の変形により容積可変になっている。この容積変化により、ノズル孔７２からインクが吐出される。
【００６１】
振動板６０は、基板１０の上に形成されている。振動板６０は、圧電素子１００の動作により、屈曲することができる。振動板６０は、例えば、酸化シリコンと酸化ジルコニウムの２層からなることができる。
【００６２】
積層体９０は、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、空洞部５０と、を含む。積層体９０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板６０は、積層体９０の変形によって変形し、キャビティ１２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００６３】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１５０と液体噴射ヘッド２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６４】
本実施形態に係る圧電素子１００は、上述のように、高い信頼性を有する。これにより、高い信頼性を有する圧電アクチュエータ１５０と液体噴射ヘッド２００を得ることができる。
【００６５】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００６６】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００６７】
例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、発振器や周波数フィルタなどに用いられる圧電振動子、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどに用いられる角速度センサなどに適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の変形例の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 基板、１２ 圧力室（キャビティ）、１４ リザーバ、１５ 供給口、１６ 貫通孔、１７ 筐体、２０ 下部電極、２２ 第１下部電極、２４ 第２下部電極、３０ 圧電体層、３２ 第１圧電体層、３４ 第２圧電体層、４０ 上部電極、５０ 空洞部、６０ 振動板、７０ ノズル板、７２ ノズル孔、９０ 積層体、１００ 圧電素子、１５０ 圧電アクチュエータ、２００ 液体噴射ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエータ、並びに、液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を利用したものとしては、例えば、インクジェット記録装置に搭載される液体噴射ヘッドが知られている。液体噴射ヘッドは、圧電素子により振動板を駆動させ、圧力室に圧力を加えることにより、インク滴をノズル孔から吐出する。圧電素子は、下部電極および上部電極によって電界が印加されることで圧電体層が変形し駆動する（特開２００５−１１９１９９号公報参照）。
【０００３】
圧電素子は、圧電体層が下部電極と上部電極に挟まれた圧電素子の実質的な駆動領域と、圧電体層が振動板上に形成された駆動しない領域との境界に、駆動による応力が集中するため、クラック等の破壊が発生しやすい。
【特許文献１】特開２００５−１１９１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、信頼性の高い圧電素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、上記圧電素子を有する圧電アクチュエータおよび液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層の対向する前記短辺が、平面視において、前記下部電極より外側に位置し、
前記下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に空洞部を有することができる。
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、下部電極の側面と圧電体層とが接する領域に空洞部を有するため、圧電素子の駆動による応力が緩和され、高い信頼性を有することができる。
【０００７】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００８】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、複数の層からなり、
前記空洞部は、前記下部電極の少なくとも１層の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極は、前記基板の上方に形成された第１下部電極と、
前記第１下部電極の上方に形成された第２下部電極と、を有し、
前記第１下部電極は、白金族金属からなり、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなることができる。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記空洞部は、前記第１下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記空洞部は、前記第２下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成されることができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をパターニングする工程と、
前記下部電極の側面の少なくとも一部を後退させ空洞部を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記圧電体層と前記上部電極をパターニングする工程と、を含み、
前記圧電体層を形成する工程は、前記空洞部が残るように前記圧電体層が形成され、
前記圧電体層をパターニングする工程は、前記圧電体層が短辺と長辺を有し、かつ、前記短辺は、平面視において、前記下部電極より外側に位置するように形成される。
【００１３】
本発明に係る圧電素子の製造方法によれば、下部電極の側面と圧電体層とが接する領域に空洞部を形成することができるため、圧電素子の駆動による応力が緩和され、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を後退させる工程は、アニールまたはエッチングにより行われることができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
前記下部電極を形成する工程の後に、前記下部電極の上方に第１圧電体層を形成し、前記下部電極と前記第１圧電体層とを同一工程でパターニングする工程を有し、
前記第１圧電体層の上方に第２圧電体層が形成されることで、前記圧電体層が形成されることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記下部電極を形成する工程は、前記基板の上方に第１下部電極を形成する工程と、
前記第１下部電極の上方に第２下部電極を形成する工程と、を含み、
前記第１下部電極は、白金属金属からなるように形成され、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなるように形成されることができる。
【００１７】
本発明に係る圧電アクチュエータは、
本発明に係る圧電素子を含み、
前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有することができる。
【００１８】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエータを含み、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１．圧電素子
図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示した平面図である。なお、図１は、図２で示したＡ−Ａ線における断面図である。図３および図４は、本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示した断面図である。
【００２１】
圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０と、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、空洞部５０と、を含む。
【００２２】
基板１０の材質は、例えば、導電体、半導体または絶縁体などを用いることができ、特に限定されない。基板１０は、例えば、（１１０）単結晶シリコン基板を用いることができる。基板１０は、後述するインクジェット式記録ヘッドのキャビティ（圧力室）となる開口部が形成されることができる。基板１０は、例えば、振動板や酸化チタン等の密着層を有してもよい。
【００２３】
下部電極２０は、基板１０の上に形成される。下部電極２０は、単層もしくは複数の層からなり、少なくとも一層の側面が後退していることができる。図１に示す例では、下部電極２０は、第１下部電極２２と第２下部電極２４とを有することができる。下部電極２０は、第１下部電極２２の側面が第２下部電極２４の側面より、後退していることができる。下部電極２０は、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極である。
【００２４】
第１下部電極２２は、基板１０の上に形成される。第１下部電極２２の厚さは、例えば、８０ｎｍ程度とすることができる。第１下部電極２２としては、例えば、白金属金属を用いることができる。第１下部電極２２としては、例えば、イリジウムまたは白金などを用いることができる。
【００２５】
第２下部電極２４は、第１下部電極２２の上に形成される。第２下部電極２４は、圧電体層３０の結晶の配向を制御するバッファ層としての機能も有する。第２下部電極２４の厚さは、例えば、４０ｎｍ程度とすることができる。第２下部電極２４としては、例えば、導電性酸化物を用いることができる。第２下部電極２４としては、例えば、ランタンニッケルオキサイド（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）（以下ＬＮＯという）またはストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）などを用いることができる。
【００２６】
下部電極２０は、図２に示すように、複数の圧電素子１００の共通電極であることができる。なお、図示はしないが、下部電極２０は、例えば、圧電素子１００のそれぞれに設けられた独立した電極であることもできる。
【００２７】
圧電体層３０は、下部電極２０の上に形成される。圧電体層３０には、圧電性を有する材料を用いることができる。圧電体層３０は、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層３０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層３０は、第１圧電体層３２と、第２圧電体層３４とを有することができる。
【００２８】
第１圧電体層３２は、下部電極２０の上に形成される。第１圧電体層３２の厚さは、１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２９】
第２圧電体層３４は、第１圧電体層３２の上と、基板１０の上に形成される。第２圧電体層３４の厚さは、圧電素子１００の用途によるが、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍとすることができる。第２圧電体層３４は、図２に示すように、平面視において、短辺と長辺を有するように形成される。第２圧電体層３４は、対向する短辺が下部電極２０より外側に位置するように形成される。
【００３０】
空洞部５０は、下部電極２０の少なくとも１層の側面と第２圧電体層３４とが接する領域に形成されることができる。空洞部５０は、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４とが接する領域に形成されることができる。空洞部５０は、例えば、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４との間隔、すなわち空間部５０の幅が、３００ｎｍ程度であることができる。空洞部５０は、図２に示すように、下部電極２０の第２圧電体層３４の短辺側の辺に形成される。空洞部５０は、例えば、下部電極２０が共通電極の場合、連続して形成されることができる。
【００３１】
空洞部５０が形成される領域は、圧電体層３０が上部電極４０と下部電極２０とで挟まれた圧電素子１００の実質的な駆動領域と、圧電体層３０が基板１０の上に形成された駆動しない領域との境界にあたり、圧電素子１００の駆動による応力が集中する。圧電素子１００は、空洞部５０を有することで、駆動による応力を緩和することができる。
【００３２】
上部電極４０は、圧電体層３０の上に形成される。上部電極４０は、下部電極２０と対になり他方の電極として機能する。上部電極４０の厚みは、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。上部電極４０としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物などを用いることができる。また、上部電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３３】
変形例として、図３に示すように、下部電極２０は、第２下部電極２４の側面が後退していることができる。空洞部５０は、第２下部電極２４の側面と第２圧電体層３４の接する領域に形成されることができる。
【００３４】
図４に示すように、例えば、第１下部電極２２の側面を後退させ空洞部５０が形成される場合には、第２下部電極２４が空洞部５０の上面を規定するため、第１圧電体層３２は、形成されないこともできる。
【００３５】
圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３６】
圧電素子１００は、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０が形成されることができる。すなわち、空洞部５０は、圧電素子１００の実質的な駆動領域と、駆動しない領域との境界に形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、駆動による応力を緩和することができるため、クラック等の発生を防止し、高い信頼性を有することができる。
【００３７】
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図８は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図９は、本実施形態に係る圧電素子１００の変形例の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図５に示すように、基板１０の上に第１下部電極２２と、第２下部電極２４と、第１圧電体層３２とをこの順に成膜する。
【００３９】
第１下部電極２２および第２下部電極２４は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。
【００４０】
第１圧電体層３２は、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。ここで例えば、第１圧電体層３２の材質がＰＺＴからなる場合、酸素雰囲気で７００℃程度のアニールを行うことで、第１圧電体層３２が結晶化される。
【００４１】
図６に示すように、第１下部電極２２と、第２下部電極２４と、第１圧電体層３２とをパターニングして、所望の形状に形成する。各層のパターニングには、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。具体的には、図示はしないが、レジストパターンを公知の方法で形成し、各層をドライエッチング法により、パターニングする。ドライエッチング法は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマを用いたエッチング装置で１．０Ｐａ以下の圧力で行うと良好なパターニングができる。
【００４２】
第１圧電体層３２のエッチングガスとしては、例えば、塩素系のガスとフロン系のガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、ＢＣｌ３、Ｃｌ２などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６などが挙げられる。第２下部電極２４および第１下部電極２２のエッチングガスとしては、例えば、塩素とアルゴンの混合ガスを用いることができる。第２下部電極２４がＬＮＯからなる場合、５０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得ることができる。第１下部電極２２がイリジウムからなる場合、１００ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得ることができる。その後、例えば、酸素プラズマを用いた公知の方法でレジストマスクを除去することができる。
【００４３】
図７に示すように、第１下部電極２２の側面と第２圧電体層３４の接する領域に、空洞部５０を形成する。空洞部５０は、第１下部電極２２をアニールにより収縮させることで、第１下部電極２２の側面が後退し、形成されることができる。第１下部電極２２がイリジウムからなる場合には、６００℃〜７５０℃の酸素アニールを行うことで、約０．１％収縮させることができる。なお、導電性酸化物からなる第２下部電極２４および第１圧電体層３２は、酸素アニールによりほとんど収縮しない。また、この酸素アニールにより、第１圧電体層３２は、ドライエッチングにより受けたダメージを回復することができる。例えば、ドライエッチングにより形成された第１圧電体層３２の側壁部の結晶性を回復できる。
【００４４】
図８に示すように、第１圧電体層３２の上と、下部電極２０の側面と、基板１０の上とを覆う第２圧電体層３４を成膜する。第２圧電体層３４の成膜は、空洞部５０が残るように行われる。具体的には、第２圧電体層３４は、例えば、ゾルゲル法や、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の溶液塗布法、スパッタ法により成膜されることができる。成膜が比較的埋め込み特性の良くない溶液塗布法、スパッタ法により行われるため、空洞部５０は、第２圧電体層３４が入り込むことがなく、残ることができる。溶液塗布法においては、原料液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して、所望の膜厚にしてもよい。
【００４５】
図１に示すように、上部電極４０を成膜した後、上部電極４０と圧電体層３０をパターニングして、所望の形状に形成する。
【００４６】
上部電極４０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により形成される。
【００４７】
パターニングは、例えば、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることができる。第２圧電体層３４は、図２に示すように、短辺と長辺を有し、かつ、短辺が、平面視において、下部電極２０より外側に位置するようにパターニングされることができる。
【００４８】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００４９】
変形例として、図３に示す圧電素子１００は、上述の空洞部５０を形成する工程を以下の工程に置き換えることで形成される。
【００５０】
図９に示すように、第２下部電極２４の側面を後退させて、空洞部５０を形成することができる。第２下部電極２４は、例えば、ウエットエッチングにより選択的にエッチングされることで、側面を後退させることができる。第２下部電極２４がＬＮＯからなる場合、例えば、フッ化水素（ＨＦ）またはヘキサフルオロ珪酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を用いてエッチングすることができる。
【００５１】
以上の工程に置き換えることで、図３に示す圧電素子１００を製造することができる。
【００５２】
また、下部電極２０が複数の層からなる場合は、少なくとも１層を上述のいずれかの方法により後退させることで、空洞部５０を設けることができる。また、例えば、上述の方法を組み合わせることにより、複数の空洞部５０を設けることもできる。
【００５３】
圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００５４】
圧電素子１００の製造方法によれば、下部電極２０の側面と圧電体層３０とが接する領域に空洞部５０が形成されることができる。すなわち、空洞部５０は、圧電素子１００の実質的な駆動領域と、駆動しない領域との境界に形成されることができる。これにより、圧電素子１００は、駆動による応力を緩和することができるため、クラック等の発生を防止し、高い信頼性を有することができる。
【００５５】
３．液体噴射ヘッド
次に、上述した圧電素子がアクチュエータとして機能している液体噴射ヘッドについて説明する。
【００５６】
図１０は、本実施に係る液体噴射ヘッド２００の要部を模式的に示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図である。なお、図１１は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００５７】
液体噴射ヘッド２００は、図１０に示すように、ノズル板７０と、圧力室１２と、圧電アクチュエータ１５０と、を含む。圧電アクチュエータ１５０は、振動板６０と、圧電素子１００と、を含む。液体噴射ヘッド２００は、図１１に示すように、さらに、筐体１７を有する。なお、図１１では、便宜上、積層体９０を簡略化している。
【００５８】
ノズル板７０は、圧力室（キャビティ）１２に通じるノズル孔７２を有する。ノズル孔７２からは、インクが吐出される。ノズル板７０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）製の圧延プレートである。ノズル板７０は、通常使用される状態では基板１０の下（図１１では上）に固定される。筐体１７は、ノズル板７０および圧電素子１００を収納することができる。筐体１７は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００５９】
基板１０がノズル板７０と振動板６０との間の空間を区画することにより、リザーバ（液体貯留部）１４、供給口１５および複数のキャビティ１２が設けられている。振動板６０には、厚さ方向に貫通した貫通孔１６が設けられている。リザーバ１４は、外部（例えばインクカートリッジ）から貫通孔１６を通じて供給されるインクを一時的に貯留する。供給口１５によって、リザーバ１４から各キャビティ１２へインクが供給される。
【００６０】
キャビティ１２は、基板１０に形成されている。キャビティ１２は、各ノズル孔７２に対して１つずつ配設されている。キャビティ１２は、振動板６０の変形により容積可変になっている。この容積変化により、ノズル孔７２からインクが吐出される。
【００６１】
振動板６０は、基板１０の上に形成されている。振動板６０は、圧電素子１００の動作により、屈曲することができる。振動板６０は、例えば、酸化シリコンと酸化ジルコニウムの２層からなることができる。
【００６２】
積層体９０は、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、空洞部５０と、を含む。積層体９０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板６０は、積層体９０の変形によって変形し、キャビティ１２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００６３】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１５０と液体噴射ヘッド２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６４】
本実施形態に係る圧電素子１００は、上述のように、高い信頼性を有する。これにより、高い信頼性を有する圧電アクチュエータ１５０と液体噴射ヘッド２００を得ることができる。
【００６５】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００６６】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００６７】
例えば、上述した本発明の実施形態に係る圧電素子は、発振器や周波数フィルタなどに用いられる圧電振動子、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどに用いられる角速度センサなどに適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の変形例を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る圧電素子の変形例の製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 基板、１２ 圧力室（キャビティ）、１４ リザーバ、１５ 供給口、１６ 貫通孔、１７ 筐体、２０ 下部電極、２２ 第１下部電極、２４ 第２下部電極、３０ 圧電体層、３２ 第１圧電体層、３４ 第２圧電体層、４０ 上部電極、５０ 空洞部、６０ 振動板、７０ ノズル板、７２ ノズル孔、９０ 積層体、１００ 圧電素子、１５０ 圧電アクチュエータ、２００ 液体噴射ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層の対向する前記短辺が、平面視において、前記下部電極より外側に位置し、
前記下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に空洞部を有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記下部電極は、複数の層からなり、
前記空洞部は、前記下部電極の少なくとも１層の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記下部電極は、前記基板の上方に形成された第１下部電極と、
前記第１下部電極の上方に形成された第２下部電極と、を有し、
前記第１下部電極は、白金族金属からなり、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなる、圧電素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記空洞部は、前記第１下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項５】
請求項３において、
前記空洞部は、前記第２下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項６】
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をパターニングする工程と、
前記下部電極の側面の少なくとも一部を後退させ空洞部を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記圧電体層と前記上部電極をパターニングする工程と、を含み、
前記圧電体層を形成する工程は、前記空洞部が残るように前記圧電体層が形成され、
前記圧電体層をパターニングする工程は、前記圧電体層が短辺と長辺を有し、かつ、前記短辺は、平面視において、前記下部電極より外側に位置するように形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記下部電極を後退させる工程は、アニールまたはエッチングにより行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記下部電極を形成する工程の後に、前記下部電極の上方に第１圧電体層を形成し、前記下部電極と前記第１圧電体層とを同一工程でパターニングする工程を有し、
前記第１圧電体層の上方に第２圧電体層が形成されることで、前記圧電体層が形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、
前記下部電極を形成する工程は、前記基板の上方に第１下部電極を形成する工程と、
前記第１下部電極の上方に第２下部電極を形成する工程と、を含み、
前記第１下部電極は、白金属金属からなるように形成され、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなるように形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電素子を含み、
前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有する、圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧電アクチュエータを含み、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成され、短辺と長辺を有する圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、を含み、
前記圧電体層の対向する前記短辺が、平面視において、前記下部電極より外側に位置し、
前記下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に空洞部を有する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記下部電極は、複数の層からなり、
前記空洞部は、前記下部電極の少なくとも１層の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記下部電極は、前記基板の上方に形成された第１下部電極と、
前記第１下部電極の上方に形成された第２下部電極と、を有し、
前記第１下部電極は、白金族金属からなり、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなる、圧電素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記空洞部は、前記第１下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項５】
請求項３において、
前記空洞部は、前記第２下部電極の側面と前記圧電体層とが接する領域に形成される、圧電素子。
【請求項６】
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極をパターニングする工程と、
前記下部電極の側面の少なくとも一部を後退させ空洞部を形成する工程と、
前記下部電極の上方に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上方に上部電極を形成する工程と、
前記圧電体層と前記上部電極をパターニングする工程と、を含み、
前記圧電体層を形成する工程は、前記空洞部が残るように前記圧電体層が形成され、
前記圧電体層をパターニングする工程は、前記圧電体層が短辺と長辺を有し、かつ、前記短辺は、平面視において、前記下部電極より外側に位置するように形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記下部電極を後退させる工程は、アニールまたはエッチングにより行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記下部電極を形成する工程の後に、前記下部電極の上方に第１圧電体層を形成し、前記下部電極と前記第１圧電体層とを同一工程でパターニングする工程を有し、
前記第１圧電体層の上方に第２圧電体層が形成されることで、前記圧電体層が形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、
前記下部電極を形成する工程は、前記基板の上方に第１下部電極を形成する工程と、
前記第１下部電極の上方に第２下部電極を形成する工程と、を含み、
前記第１下部電極は、白金属金属からなるように形成され、
前記第２下部電極は、導電性酸化物からなるように形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電素子を含み、
前記基板の上方に形成され、前記圧電素子によって変形する振動板を有する、圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧電アクチュエータを含み、
前記基板に形成された圧力室と、
前記基板の下方に形成され、前記圧力室と連通するノズル孔を有するノズル板と、を有する、液体噴射ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２０６３２９（Ｐ２００９−２０６３２９Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４７８６７（Ｐ２００８−４７８６７）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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