(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電特性に優れた電気機械変換膜を提供する。【解決手段】液滴吐出ヘッド１は、電気機械変換素子２と、ノズル板１０と、圧力室基板２０と、基板３０と、振動板３１を有する。電気機械変換素子２は、密着層４１と、下部電極４２と、電気機械変換膜４３と、上部電極４４とを含んで構成され、圧力室２１内のインクを加圧する機能を有する。電気機械変換膜４３は、ＸＲＤ法により測定された（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面の回折強度のピークが、（ｌｍｎ）面を、（ｌｍｎ）面と平行な面に対して傾けた面の回折強度のピークより小さい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＲＤ法により測定された（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面の回折強度のピークが、前記（ｌｍｎ）面を、前記（ｌｍｎ）面と平行な面に対して傾けた面の回折強度のピークより小さい電気機械変換膜。
【請求項２】
ＸＲＤ法により測定された（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面の回折強度のピークが、前記（ｌｍｎ）面を、前記（ｌｍｎ）面と平行な面に対して、５°以上２５°以下、又は−５°以上−２５°以下の範囲内で傾けた面の回折強度のピークより小さい電気機械変換膜。
【請求項３】
前記（ｌｍｎ）面は、（１００）面である
請求項１又は請求項２に記載の電気機械変換膜。
【請求項４】
前記（ｌｍｎ）面は、（００１）面である
請求項１又は請求項２に記載の電気機械変換膜。
【請求項５】
（前記傾けた面の回折強度のピーク）／（前記（ｌｍｎ）面の回折強度のピーク）が、０．５以上５．０以下である
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電気機械変換膜。
【請求項６】
（１１１）面の配向率が、５０％以上９９％以下である
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電気機械変換膜。
【請求項７】
上部電極と、下部電極と、
前記上部電極と前記下部電極とに挟まれた電気機械変換膜と、を有し、
前記上部電極及び前記下部電極は、（１１１）面の配向率が、５０％以上９８％以下であり、
前記電気機械変換膜は、ＸＲＤ法により測定された（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面の回折強度のピークが、前記（ｌｍｎ）面を、前記（ｌｍｎ）面と平行な面に対して、５°以上２５°以下、又は−５°以上−２５°以下の範囲内で傾けた面の回折強度のピークより小さい
電気機械変換素子。
【請求項８】
前記上部電極又は前記下部電極は、第１の電極及び第２の電極を備え、
前記第１の電極の主成分は、金属であり、
前記第２の電極の主成分は、酸化物であり、
前記電気機械変換膜の主成分は、ジルコン酸チタン酸鉛である
請求項７に記載の電気機械変換素子。
【請求項９】
前記酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウムである
請求項８に記載の電気機械変換素子。
【請求項１０】
前記第２の電極の膜厚が、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である
請求項８又は請求項９に記載の電気機械変換素子。
【請求項１１】
Ｘ線ロッキングカーブ法により測定された前記第１の電極の半値幅が、２．５°以上７．０°以下である
請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１２】
コロナ放電により発生した電荷が注入され、分極処理が施される
請求項７乃至請求項１１のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１３】
最大分極が３５μＣ／ｃｍ２以上５５μＣ／ｃｍ２以下である
請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１４】
分極率が１０μＣ／ｃｍ２以下である
請求項７乃至請求項１３のいずれか一項に記載の電気機械変換素子。
【請求項１５】
請求項７乃至請求項１４のいずれか一項に記載の電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１５記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換膜、電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置及び液滴吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子とを有するものが知られている。
【０００３】
電気機械変換素子は、例えば、下部電極上に電気機械変換膜及び上部電極を積層した構造を有する。薄膜である電気機械変換膜は、例えば、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法等により製造できる。
【０００４】
電気機械変換素子は、電界が印加されると歪むという圧電特性を有する。圧電特性を表す指標の一つである圧電定数の大きさは、歪みの大きさ（変位量）に正比例し、圧電定数が大きい程、電気機械変換素子としての性能は高い。
【０００５】
電気機械変換膜に含まれる結晶の配向性、電界印加時のドメイン壁の移動（図１参照）等が、電気機械変換素子の圧電特性に影響を及ぼすことが知られている。例えば、電気機械変換膜において（１１１）面の配向率を高めると、印加電界の増大に伴って、変位量は大きくなり、圧電特性の増強を図ることができる（図２参照）。
【０００６】
上部電極と下部電極との間に挟まれた誘電体膜（ＰＺＴ膜）を有し、上部電極、下部電極の少なくとも一方に、ＳｒＲｕＯ３（以下、ＳＲＯと表記する。）膜を利用し、該膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度である半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
又、Ｓｉ基板（１００）上に、ＳＲＯを主成分とするエピタキシャル膜（１００）を成膜し、該エピタキシャル膜表面の平均粗さが１０ｎｍ以下である電子デバイスが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
液滴吐出ヘッドの吐出信頼性を高めるためには、圧電特性に優れた電気機械変換膜を使用することが好ましい。
【０００９】
電気機械変換膜に含まれる結晶が、完全に（１１１）面に配向すると、印加電界の増大に伴って、変位量が途中飽和してしまう。
【００１０】
特許文献１におけるＰＺＴ膜では、（１１１）面の配向率が低く、電極（ＳＲＯ膜）の膜厚が薄すぎるため、十分な変位量が得られない。
【００１１】
又、特許文献２におけるエピタキシャル膜では、（１００）面が優先配向しているため、最初の電界印加による変位量（初期変位）が小さく、繰り返しの電界印加による変位量の劣化（変位劣化）が生じ易い。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧電特性に優れた電気機械変換膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施の形態の電気機械変換膜は、ＸＲＤ法により測定された（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面の回折強度のピークが、（ｌｍｎ）面を、該（ｌｍｎ）面と平行な面に対して傾けた面の回折強度のピークより小さいことを要件とする。
【発明の効果】
【００１４】
本実施の形態によれば、圧電特性に優れた電気機械変換膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ドメイン壁の移動を説明する模式図である。
【図２】印加電界と変位量との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを例示する断面図である。
【図４】実施の形態１に係る電気機械変換素子を例示する図である。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。
【図６】実施の形態１に係る結晶の配向性を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る圧電素子を例示する断面図である。
【図８】Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図９】分極処理装置を例示する図である。
【図１０】分極処理の原理を説明する図である。
【図１１】Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図１２】Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。
【図１３】実施の形態２に係るインクジェット記録装置を例示する斜視図である。
【図１４】実施の形態２に係るインクジェット記録装置の、機構部を例示する側面図である。
【図１５】Ｘ線ロッキングカーブ法により測定された回折強度を示すグラフである。
【図１６】ＸＲＤ法により測定された回折強度を示すグラフである。
【図１７】ＸＲＤ法により測定された回折強度を示すグラフである。
【図１８】結晶の配向性を説明する図である。
【図１９】ＸＲＤ法により測定された回折強度を示すグラフである。
【図２０】ＸＲＤ法により測定された回折強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１７】
なお、本明細書において、「あおり角」とは、電気機械変換膜に含まれる結晶の（ｌｍｎ）（ｌ、ｍ、ｎは、０又は１）面が、（ｌｍｎ）面と平行な面に対して傾きを有する際、（ｌｍｎ）面と傾きを有する面との間で為す角度を指すものとする。
【００１８】
又、本明細書において、「回折強度のピーク」とは、ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ−ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定による測定結果を示したグラフにおける、凸部の先端を指すものとする。従って、「回折強度のピーク」と「回折強度の最大値」とは必ずしも、一致しない。
【００１９】
又、本明細書において、「回折強度比」とは、『（ｌｍｎ）面を、あおり角５°以上２５°以下、又は−５°以上−２５°以下の範囲内で傾けた面の回折強度のピーク』を、『（ｌｍｎ）面の回折強度のピーク』で除した値を指すものとする。
【００２０】
又、本明細書において、「配向率」とは、ＸＲＤ測定により得られた各配向面の回折強度のピークの総和に対する、特定配向面の回折強度のピークの比率を指すものとする。
【００２１】
〈第１の実施の形態〉
本実施の形態では、電気機械変換膜を用いた圧電素子について説明する。圧電素子は、インクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドの構成部品として用いることができる。
［電気機械変換素子］
まず、第１の実施の形態に係る電気機械変換素子の一例について説明する。図３は、電気機械変換素子２を用いた液滴吐出ヘッド１を例示する断面図である。又、図４は、電気機械変換素子２を例示する断面図である。
【００２２】
図３に示す様に、液滴吐出ヘッド１は、電気機械変換素子２と、ノズル板１０と、圧力室基板２０と、基板３０と、振動板３１を有する。ノズル板１０には、インク滴を吐出するノズル１１が形成されている。ノズル板１０、圧力室基板２０、基板３０、及び振動板３１により、ノズル１１に連通する圧力室２１（インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある）が形成されている。基板３０は、インク流路の壁面の一部を形成している。
【００２３】
電気機械変換素子２は、密着層４１と、下部電極４２と、電気機械変換膜４３と、上部電極４４とを含んで構成され、圧力室２１内のインクを加圧する機能を有する。密着層４１は、下部電極４２と振動板３１との密着性を向上する機能を有する。
【００２４】
図４に示す様に、下部電極４２は、第１の電極４５及び第２の電極４６の積層から成る。又、上部電極４４は、第３の電極４７及び第４の電極４８の積層から成る。
【００２５】
電気機械変換素子２において、下部電極４２と上部電極４４との間に電界が印加されると、電気機械変換膜４３が機械的に変位する。電気機械変換膜４３の機械的変位にともなって、振動板３１が例えば横方向（ｄ３１方向）に変形変位し、圧力室２１内のインクを加圧する。これにより、ノズル１１からインク滴を吐出させることができる。電気機械変換膜４３の機械的変位の量（変位量）を表す１つの指標として、圧電定数（ｄ３１）が挙げられる。
【００２６】
なお、図５に示す様に、液滴吐出ヘッド１を複数個並設し、液滴吐出ヘッド３を構成することもできる。
【００２７】
密着層４１の材料としては、例えば、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等を用いることができる。
【００２８】
密着層４１は、例えば、スパッタ法等の方法により形成することができる。スパッタ条件（成膜温度等）を、適宜調整することによって、密着層４１上に形成される第１の電極４５（例えば、Ｐｔ膜）、第１の電極４５上に形成される電気機械変換膜（例えば、ＰＺＴ膜）等の結晶配向性を制御することが可能である。
【００２９】
密着層４１の膜厚は、約０．０５μｍ〜１．００μｍであることが好ましく、約０．１μｍ〜０．５μｍ程度であることが、より好ましい。
【００３０】
又、密着層４１を形成する際、成膜温度は、１００℃以上であることが好ましく、２００℃以上４００℃以下であることがより好ましい。
【００３１】
第１の電極４５の材料としては、高い耐熱性を有する金属等を用いることができる。具体的には、低い反応性を有するルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料等を用いることができる。特に、プラチナ（Ｐｔ）を用いることが好ましい。
【００３２】
第１の電極４５は、例えば、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜法等の方法により形成することができる。成膜温度等を、適宜調整することによって、第１の電極４５の結晶配向性を制御することができる。
【００３３】
第１の電極４５の結晶配向性としては、（１１１）面の配向率が高いことが好ましい。（１１１）面の配向率を高めることで、第１の電極４５上に形成される電気機械変換膜４３においても、（１１１）面の配向率を高めることができる。
【００３４】
第１の電極４５の膜厚は、約０．０５μｍ〜１．００μｍであることが好ましく、約０．１μｍ〜０．５μｍであることが、より好ましい。
【００３５】
又、第１の電極４５を形成する際、成膜温度は、２００℃以上であることが好ましく、３００℃以上５５０℃以下であることがより好ましい。
【００３６】
第２の電極４６の材料としては、導電性酸化物を用いることができる。具体的には、化学式Ｓｒ（ｘ）Ａ（１−ｘ）Ｒｕ（ｙ（１−ｙ））で記述され、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、  Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、  （ｙ＝０〜０．５）等の材料を用いることができる。又、化学式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、  Ｂ＝Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、を主成分とする複合酸化物があり、ＳｒＲｕＯ３やＣａＲｕＯ３、これらの固溶体である（Ｓｒ１−ｘ  Ｃａｘ）Ｏ３のほか、ＬａＮｉＯ３やＳｒＣｏＯ３、更にはこれらの固溶体である（Ｌａ，  Ｓｒ）（Ｎｉ１−ｙ  Ｃｏｙ）Ｏ３  （ｙ＝１でも良い）が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２も挙げられる。特に、ＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）を用いることが好ましい。
【００３７】
なお、ＳＲＯを用いる場合、成膜後のＳｒとＲｕの組成比については、Ｓｒ／Ｒｕが、０．８２以上１．２２以下であることが好ましい。Ｓｒ／Ｒｕが、この範囲を満たさないと、ＳＲＯ膜において、比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる。
【００３８】
第２の電極４６は、例えば、スパッタ法等の方法により形成することができる。成膜温度等を、適宜調整することによって、第２の電極４６の結晶配向性を制御することができる。
【００３９】
第２の電極４６の結晶配向性としては、（１１１）面の配向率が高いことが好ましい。具体的には、（１１１）面の配向率は、５０％以上９８％以下であることが好ましい。（１１１）面の配向率を高めることで、第２の電極４６上に形成される電気機械変換膜４３においても、（１１１）面の配向率を高めることができる。つまり、電気機械変換膜４３の圧電特性を良好にすることができる。
【００４０】
第２の電極４６の膜厚は、約２０μｍ〜１５０μｍであることが好ましく、約３０μｍ〜５０μｍであることが、より好ましい。第２の電極４６の膜厚が薄すぎると、電気機械変換膜４３において、十分な変位量を得ることができず、繰り返しの電界印加により、変位劣化が生じ易くなってしまう。
【００４１】
第２の電極４６成膜時の基板加熱温度は、３００℃以上であることが好ましく、４００℃以上５５０℃以下であることがより好ましい。室温での成膜は、第２の電極４６の（１１０）面を、優先配向させてしまう。
【００４２】
第４の電極４８は、第１の電極４５と同様の材料、同様の方法で形成することができる。
【００４３】
第３の電極４７は、第２の電極４６と同様の材料、同様の方法で形成することができる。
【００４４】
なお、第３の電極４７の膜厚は、約２０μｍ〜８０μｍであることが好ましく、約３０μｍ〜５０μｍであることが、より好ましい。第３の電極４７の膜厚が薄すぎると、電気機械変換膜４３において、十分な変位量を得ることができない。又、膜厚が厚すぎると、電気機械変換膜４３の絶縁耐圧が悪化する。
【００４５】
電気機械変換膜４３の材料としては、例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）を用いることができる。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体である。例えば、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率によって、ＰＺＴの特性を変化させることができる。
【００４６】
電気機械変換膜４３としてＰＺＴを使用する場合、例えば、出発材料に酢酸鉛水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを使用し、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液を作製しても良い。酢酸鉛水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムの混合量は、必要とするＰＺＴの特性に応じて、当業者が適宜選択できるものである。
【００４７】
なお、金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に分解する。そのため、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液に、安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を添加してもよい。
【００４８】
電気機械変換膜４３の材料として、例えば、チタン酸バリウム等を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体ゾルゲル溶液を作製することが可能である。又、例えば、チタン酸バリウムとビスマスペロブスカイトの固溶体等を用いても構わない。
【００４９】
これら材料は一般式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ  Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として（Ｐｂ１−ｘ、Ｂａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、と表され、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合である。このような置換は２価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。
【００５０】
電気機械変換膜４３の結晶配向性としては、（１１１）面の配向率が高いことが好ましい。具体的には、（１１１）面の配向率は、５０％以上９９％以下であることが好ましい。（１１１）面の配向率が高い電気機械変換膜を利用して、電気機械変換素子を形成することで、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性を高めることができる。即ち、インク液滴を、液滴吐出ヘッド１のノズルから、正確に、吐出させることができ、又、安定して、連続吐出させることができる。
【００５１】
なお、（１１１）面の配向率が１００％になってしまうと、印加電界の増大に伴って、変位量が途中飽和してしまう。
【００５２】
又、電気機械変換膜４３において、（１１１）面以外の配向面、即ち、（１００）面、又は（００１）面は、各配向面と平行な面に対して、傾きを有することが好ましい（図６参照）。具体的には、あおり角が、５°以上２５°以下、又は−５°以上−２５°以下の範囲内であることが好ましく、１５°、又は−１５°であることがより好ましい。
【００５３】
又、電気機械変換膜４３の回折強度比は、０．５以上５以下であることが好ましい。回折強度比が０．５以上５以下となるように、あおり角を制御することで、圧電特性に優れた電気機械変換膜４３を得ることができる。
【００５４】
即ち、電気機械変換膜４３に含まれる結晶は、（１１１）面の配向率が高く、且つ（１００）面、又は（００１）面が、各配向面と平行な面に対して、あおり角１５°、又は−１５°で、傾くことが好ましい。
【００５５】
基板３０の材料としては、例えば、厚さ約１００ｎｍ〜６００ｎｍの単結晶シリコンを用いることができる。（１００）面、（１１０）面、（１１１）面、いずれの面方位を有するシリコン基板を用いても構わない。
【００５６】
振動板３１は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、ゾルゲル法等の方法により形成することができる。
【００５７】
振動板３１の材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の材料を、用いることができる。振動板３１は、第１の電極４５の下部に存在し、第１の電極４５は、電気機械変換素子２に信号入力する際の共通電極として機能するため、これらの点を考慮すると絶縁体であることが好ましい。
【００５８】
又、振動板３１の材料としては、熱膨張係数を考慮して、選定しても良い。具体的には、熱膨張係数が５×１０−６[１／Ｋ]〜１０×１０−６[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることが好ましく、７×１０−６[１／Ｋ]〜９×１０−６[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることがより好ましい。これらの材料として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が挙げられる。
【００５９】
［圧電素子］
次に、第１の実施の形態に係る圧電素子の一例について説明する。圧電素子５は、上述の電気機械変換素子２を含む。図７（Ａ）は、圧電素子５の断面図であり、図７（Ｂ）は、圧電素子５の上面図である。電気機械変換素子２に対して、絶縁保護膜、引き出し配線（図示せず）、共通電極配線、個別電極配線等を更に付加し、圧電素子５を形成する。
【００６０】
圧電素子５は、電気機械変換素子２、第１の絶縁保護膜５１、第５の電極５２、第６の電極５３、第２の絶縁保護膜５４、共通電極ＰＡＤ５７、個別電極ＰＡＤ５８を含む。
【００６１】
第５の電極５２は、共通電極となっている。又、第６の電極５３は、個別電極となっている。第２の絶縁保護膜５４は、共通電極配線、及び個別電極配線を被覆し、保護層としての機能を有する。なお、共通電極配線用に作製されたものを共通電極ＰＡＤ５７、個別電極配線用に作製されたものを個別電極ＰＡＤ５８としている。
【００６２】
第１の絶縁保護膜５１は、コンタクトホール５５を有しており、コンタクトホール５５を介して、下部電極４２と第５の電極５２とは電気的に接続され、又、上部電極４４と第６の電極５３とは電気的に接続されている。第２の絶縁保護膜５４は、コンタクトホール５６を有しており、コンタクトホール５６を介して、共通電極と共通電極ＰＡＤとは電気的に接続され、又、個別電極と個別電極ＰＡＤとは電気的に接続されている。
【００６３】
コンタクトホール５６は、圧電素子５の周囲に形成される。コンタクトホール５５、５６は、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを、組み合わせて形成することができる。電気機械変換素子２は、第１の絶縁保護膜５１及び第２の絶縁保護膜５４により保護されているため、コンタクトホール５６を形成しても、電気機械変換素子２に悪影響が及ぶことはない。
【００６４】
共通電極ＰＡＤ５７、及び個別電極ＰＡＤ５８の面積は、５０μｍ×５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ×３００μｍ以上であることがより好ましい。ＰＡＤの面積を広くする程、配線の機能を向上させ、適切な分極処理を行うことができる。
【００６５】
第１の絶縁保護膜５１の材料としては、大気中の水分が透過し難い緻密な無機材料等を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、成膜工程、及びエッチング工程において、電気機械変換素子２へのダメージを防ぐことができる。又、第１の絶縁保護膜５１の材料としては、薄膜で高い保護性能を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、酸化物、窒化物、炭化物、等が挙げられる。又、第１の絶縁保護膜５１の材料としては、電極、電気機械変換膜、基板、振動板、等と密着性が高い材料を用いることが好ましい。具体的には、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の酸化物材料が挙げられる。これらの酸化物材料を用いることで、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるプロセス中のダメージを抑制し、膜密度の非常に高い第１の絶縁保護膜５１を作製することができる。
【００６６】
第１の絶縁保護膜５１は、例えば、蒸着法、ＡＬＤ法等の方法により形成することができる。
【００６７】
第１の絶縁保護膜５１の膜厚は、圧電素子５の保護層としての機能を、十分に確保できる程度に厚くする必要があり、且つ振動板３１の機械的変位を阻害しない程度に薄くする必要がある。このため、膜厚は、約２０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００６８】
なお、膜厚が１００ｎｍより厚い場合、振動板３１の機械的変位は阻害され、液滴吐出ヘッド１の吐出効率は悪化する。一方、膜厚が２０ｎｍより薄い場合、圧電素子５の圧電特性が悪化する。
【００６９】
第１の絶縁保護膜５１は、２層の積層構造であっても良い。この場合、１層目の絶縁保護膜の膜厚を、２層目の絶縁保護膜の膜厚と比較して厚くすることが好ましい。１層目の絶縁保護膜の膜厚は、約５０ｎｍ以上であることが好ましい。又、２層目の絶縁保護膜の膜厚は、下部電極４２、個別電極ＰＡＤ５８等に印加される電界によって、絶縁破壊されない程度に厚くすることが好ましい。即ち、２層目の絶縁保護膜の膜厚は、約２００ｎｍ以上であることが好ましく、約５００ｎｍ以上であることが、より好ましい。
【００７０】
２層目の絶縁保護膜の材料としては、酸化物、窒化物、炭化物、又はこれらの複合化合物等を用いることができる。特に、酸化シリコンを用いることが好ましい。
【００７１】
２層目の絶縁保護膜は、公知の成膜方法を用いることができ、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられる。電極が形成される部分に生じる段差を考慮した場合、等方的な成膜が可能であるＣＶＤ法を用いることが、より好ましい。
【００７２】
第２の絶縁保護膜５４の材料としては、透湿性の低い、無機材料又は有機材料を用いることができる。膜厚が薄い場合であっても、十分な配線保護機能を有する無機材料を用いることが、より好ましい。無機材料として、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。特に、Ｓｉ３Ｎ４を用いることが好ましい。有機材料として、具体的には、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。
【００７３】
第２の絶縁保護膜５４の膜厚は、約２００ｎｍ以上とすることが好ましく、約５００ｎｍ以上とすることがより好ましい。
【００７４】
なお、第２の絶縁保護膜５４の膜厚が、薄すぎると、保護層として十分に機能することができないため、配線材料の腐食による断線が発生し、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性が低下する。厚すぎると、振動板３１の機械的変位を阻害してしまう。
【００７５】
第５の電極５２及び第６の電極５３の材料としては、金属等を用いることができる。具体的には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属や、銀（Ａｇ）を含む合金材料、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金材料等を用いることができる。
【００７６】
第５の電極５２及び第６の電極５３は、例えば、スパッタ法、スピンコート法等を用いて形成することができる。
【００７７】
第５の電極５２及び第６の電極５３の膜厚は、約０．１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、約０．２μｍ〜１０μｍであることが、より好ましい。
【００７８】
なお、膜厚が、薄すぎると第５の電極５２及び第６の電極５３の抵抗が大きくなり、十分な電流を流すことができなくなるため、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性が低下する。一方、膜厚が、厚すぎると成膜時間が長くなる。
【００７９】
又、共通電極（第５の電極５２）の、コンタクトホール（例えば、１０μｍ×１０μｍ）５６での接触抵抗は、１０Ω以下であることが好ましく、５Ω以下であることがより好ましい。
【００８０】
又、個別電極（第６の電極５３）の、コンタクトホール（例えば、１０μｍ×１０μｍ）５６での接触抵抗は、１Ω以下であることが好ましく、０．５Ω以下であることがより好ましい。
【００８１】
[分極（ｐｏｌｉｎｇ）処理]
次に、圧電素子５に対する分極処理について説明する。
【００８２】
圧電素子５に対して、微小電界を印加しても、各結晶の圧電効果が相殺されてしまうため、圧電素子５に歪みを発生させることができない。しかし、圧電素子５に対して、ある程度強い電界を印加すると、各結晶の自発分極軸の方向が揃うため、圧電素子５に歪みを発生させることができる（分極処理）。自発分極軸の方向と電界印加方向とが、完全に一致すると、大きな圧電定数が得られる。
【００８３】
図８は、一般的なＰ−Ｅヒステリシス曲線である。分極処理が施された、即ち、一旦、圧電特性を付与された圧電素子５は、電界を取り除いても、分極が残る（残留分極Ｐｒ）。残留分極を打消すためには、逆方向の電界（抗電界Ｅｃ）を加えれば良い。分極処理が施された圧電素子５は、圧電素子としての機能を有することになる。
【００８４】
図９は、分極処理装置を例示する図である。
【００８５】
分極処理装置２００は、コロナ電極２０１と、グリッド電極２０２と、サンプルステージ２０３と、コロナ電源２０４と、グリッド電源２０５を含む。コロナ電極２０１には、コロナ電源２０４から所定の電位が供給されている。又、グリッド電極２０２には、グリッド電源２０５から所定の電位が供給されている。
【００８６】
サンプルステージ２０３には、温度調節機能が付加されている。温度は、最大で３５０℃程度まで、昇温させることが可能であり、昇温させたサンプルステージ２０３上で、分極処理を行うことが可能である。又、サンプルステージ２０３は、分極処理を行うため、アースされ、例えばＧＮＤとなっている。
【００８７】
なお、グリッド電極２０２には、メッシュ加工が施されているため、コロナ電極２０１に対して、強い電界を印加する際、コロナ放電により発生するイオンや電荷等を、高効率で、サンプルステージ２０３に対して、降り注ぐことができる。
【００８８】
コロナ電極２０１におけるコロナ放電の強弱は、コロナ電極２０１及びグリッド電極２０２に印加する電界の大きさ、サンプルステージ２０３とコロナ電極２０１との間の距離、及びサンプルステージ２０３とグリッド電極２０２との間の距離、等により適宜制御することが可能である。
【００８９】
図１０は、コロナ放電を利用した分極処理を示す図である。
【００９０】
コロナ電極２０１に対して、電界が印加されると、コロナ放電により、大気中の分子２０５がイオン化され、陽イオン２０５ａ及び陰イオン２０５ｂが発生する。
【００９１】
陽イオン２０５ａは、圧電素子５の共通電極ＰＡＤ５７、及び個別電極ＰＡＤ５８を介して、圧電素子５に注入される。電荷が圧電素子５の上部電極４４に蓄積することにより、圧電素子５に対して分極処理が施される。
【００９２】
例えば、上部電極４４に陽イオン２０５ａが蓄積した場合、電気機械変換膜４３の上部には陰イオンが、電気機械変換膜４３の下部には陽イオンが発生する。この結果、圧電素子５に歪みが発生する。
【００９３】
圧電素子５に対して、分極処理を施すために必要な電界は、上部電極４４（下部電極４２）に蓄積する電荷の量（電荷量Ｑ[Ｃ]）に比例する。電荷量Ｑ[Ｃ]は、１Ｅ−８[Ｃ]以上であることが好ましく、４Ｅ−８[Ｃ]以上であることがより好ましい。
【００９４】
電荷量Ｑ[Ｃ]が、１Ｅ−８[Ｃ]未満である場合は、圧電素子５に対して、分極処理を十分に施すことができない。
【００９５】
[分極率]
次に、分極処理の前後における分極率について説明する。
【００９６】
図１１は、分極処理前の状態を示すＰ−Ｅヒステリシスループである。又、図１２は、分極処理後の状態を示すＰ−Ｅヒステリシスループである。横軸は、印加電界Ｅ（単位：[ｋＶ／ｃｍ]）、縦軸は、分極Ｐ（単位：[μＣ／ｃｍ２]）である。
【００９７】
最初に、印加電界Ｅ＝０[ｋＶ／ｃｍ]とした場合の分極をＰｉｎｄとする。又、印加電界Ｅ＝１５０[ｋＶ／ｃｍ]とし、更に印加電界Ｅ＝０[ｋＶ／ｃｍ]とした場合の分極をＰｒとする。
【００９８】
分極Ｐｒと分極Ｐｉｎｄとの差を、分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）とする。Ｐ−Ｅヒステリシスループから読み取れる、分極率から、分極処理の状態を判断することができる。
【００９９】
分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）は、１０以下であることが好ましく、５以下であることが、より好ましい。分極率が、１０より大きい場合、圧電素子５の圧電特性を良好にすることができない。即ち、分極率を５以下とすることで、初期変位が大きく、変位劣化が生じ難い高性能な圧電素子５を得ることができる。
【０１００】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１（図１参照）を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図１３は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図１４は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
【０１０１】
図１３及び図１４を参照するに、インクジェット記録装置４は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した液滴吐出ヘッド１の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４、インクジェット記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納する。
【０１０２】
記録装置本体８１の下方部には、多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット８４（或いは給紙トレイでもよい）を抜き差し自在に装着することができる。又、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【０１０３】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド９４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。又、キャリッジ９３は、インクジェット記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
【０１０４】
インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド９４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド９４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。
【０１０５】
キャリッジ９３は、用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。タイミングベルト１００は、キャリッジ９３に固定されている。
【０１０６】
又、インクジェット記録装置４は、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１、フリクションパッド１０２、用紙８３を案内するガイド部材１０３、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５、搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６、を設けている。これにより、給紙カセット８４にセットした用紙８３を、インクジェット記録ヘッド９４の下方側に搬送される。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１０７】
用紙ガイド部材である印写受け部材１０９は、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３をインクジェット記録ヘッド９４の下方側で案内する。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設けている。更に、用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【０１０８】
画像記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【０１０９】
キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェット記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を有する。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有する。キャリッジ９３は、印字待機中に回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。又、記録途中等に、記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１１０】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェット記録ヘッド９４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。又、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。更に、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１１１】
このように、インクジェット記録装置４においては、液滴吐出ヘッド１の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られるため、画像品質を向上できる。
【０１１２】
＜実施例１＞
本実施例では、第１の実施の形態に示す密着層４１（チタン膜）、第１の電極４５（Ｐｔ膜）、第２の電極４６（ＳＲＯ膜）、電気機械変換膜４３（ＰＺＴ膜）、第３の電極４７（ＳＲＯ膜）、第４の電極４８（Ｐｔ膜）の成膜条件を変えて、圧電素子を実際に作製した。
【０１１３】
本実施例では、７種類の圧電素子を作製した（表１参照）。各圧電素子を、サンプル１〜サンプル７とした。実施例のサンプルとして、サンプル１〜サンプル５を用いた。比較例のサンプルとして、サンプル６及びサンプル７を用いた。
【０１１４】
【表１】
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サンプル１〜サンプル７に対応させて、Ｐｔ膜（（１１１）面）の半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した。又、ＳＲＯ膜の膜厚を測定した。又、ＳＲＯ膜において、（１１１）面の配向率を測定した。又、ＰＺＴ膜において、（１１１）面の配向率を測定した。又、ＰＺＴ膜において、回折強度比を測定した。又、圧電素子の最大分極（Ｐｍ）、分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）、圧電定数（ｄ３１）を測定した。
【０１１５】
[サンプル１]
まず、サンプル１について、説明する。
【０１１６】
６インチのシリコンウェハに、熱酸化膜（膜厚１μｍ）を形成した。本実施例では、主に（１００）面の面方位を有する単結晶シリコンウェハを使用した。
【０１１７】
次に、密着層として、チタン膜（膜厚３０ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、３５０℃とした。なお、スパッタ装置は、１つのチャンバーに対して、複数のターゲットが備え付けられている。
【０１１８】
次に、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて、７５０℃で、チタン膜に対して熱酸化を行った。
【０１１９】
次に、第１の電極として、白金膜（膜厚１００ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、５５０℃とした。
【０１２０】
次に、第２の電極として、ＳＲＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、４５０℃とした。次に、ＲＴＡ装置を用いて、ポストアニール処理を５５０℃で行った。
【０１２１】
次に、ＰＺＴ前駆体溶液を作製するための、出発材料を準備した。出発材料としては、酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水を、メトキシエタノールに溶解した溶液を脱水した。
【０１２２】
なお、これらの出発材料は、Ｐｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ３の化学両論組成に対し、鉛量が過剰になる組成となるように秤量した。これは、熱処理中の所謂、鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。
【０１２３】
次に、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解した溶液に対して、アルコール交換反応、及びエステル化反応を進行させた。
【０１２４】
次に、これらの溶液を、混合し、ＰＺＴ前駆体溶液を作製した。ＰＺＴ前駆体溶液は、０．５ｍｏｌ／ｌとした。又、ＰＺＴ前駆体溶液において、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、それぞれの組成比が、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１５：５３：４７となる様に調整した。
【０１２５】
次に、電気機械変換膜として、ＰＺＴ前駆体溶液を、スピンコート法により、成膜した。
【０１２６】
次に、シリコンウェハを、ホットプレートに載せ、シリコンウェハ下面より第１の加熱処理を行った。昇温速度を、１００℃／ｍｉｎとして、室温から１２０℃まで温度上昇させた。ホットプレートの温度が、１２０℃に到達した後も、溶液が乾燥するまで、加熱処理を行った。次に、第２の加熱処理を行った。５００℃での加熱処理を行うことで、前駆体塗膜に含まれる有機物の熱分解処理を行った。次に、第３の加熱処理（結晶化処理）を行った。ＲＴＡ装置を用いて、７５０℃の急速加熱処理を行うことで、加熱処理された前駆体塗膜を結晶化させた。結晶化処理された前駆体塗膜の膜厚は、２４０ｎｍであった。
【０１２７】
次に、ＰＺＴ前駆体溶液の成膜、加熱処理、という工程を８回繰り返し行った。この結果、膜厚２μｍのＰＺＴ膜が得られた。
【０１２８】
次に、第３の電極として、ＳＲＯ膜（膜厚４０ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、５５０℃とした。次に、第４の電極として、白金膜（膜厚１２５ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、３００℃とした。
【０１２９】
次に、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、公知のフォトリソグラフィ法により、レジストパターンを形成した。レジストパターンに基づき、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いてドライエッチングを行った。
【０１３０】
次に、第１の絶縁保護膜として、ＡＬＤ法により、Ａｌ２Ｏ３膜（膜厚５０ｎｍ）を、成膜した。ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）と、オゾンジェネレーターによって発生させたＯ３とを交互に積層させることで、Ａｌ２Ｏ３膜の成膜を行った。
【０１３１】
次に、第１の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。
【０１３２】
次に、第５の電極及び第６の電極として、Ａｌ膜（膜厚１０００ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜し、該Ａｌ膜に対して、エッチングを行った。
【０１３３】
次に、第２の絶縁保護膜として、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、Ｓｉ３Ｎ４膜（膜厚５００ｎｍ）を、成膜した。
【０１３４】
次に、第２の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。
【０１３５】
これにより、サンプル１の圧電素子が作製できた。
【０１３６】
作製した圧電素子に対して、分極処理装置２００を用いて、コロナ放電による分極処理を行った。コロナ放電には、線径５０μｍのタングステンのワイヤーを用いた。
【０１３７】
分極処理条件は、処理温度８０℃、コロナ電界９ｋＶ、グリッド電界２．５ｋＶ、処理時間３０ｓ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離４ｍｍ、グリッド電極とサンプルステージとの間の距離４ｍｍ、個別電極ＰＡＤ間の距離８０μｍとした。
【０１３８】
以下、サンプル２〜サンプル７について、説明する。サンプル１と同一の条件で行った工程の説明は省略し、異なる条件で行った工程についてのみ説明する。
【０１３９】
[サンプル２]
密着層として、チタン膜の膜厚を３０ｎｍとし、成膜温度を３５０℃とした。第１の電極として、白金膜の成膜温度を２００℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を２０ｎｍとした。
【０１４０】
[サンプル３]
密着層として、チタン膜の成膜温度を３５０℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を１５０ｎｍとし、成膜温度を５５０℃とした。又、ポストアニール処理を行わなかった。
【０１４１】
[サンプル４]
密着層として、チタン膜の膜厚を５０ｎｍとし、成膜温度を３００℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を６０ｎｍとし、成膜温度を３００℃とした。
【０１４２】
[サンプル５]
第１の電極として、白金膜の成膜温度を３００℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を６０ｎｍとした。
【０１４３】
[サンプル６]
密着層として、チタン膜の膜厚を５０ｎｍとし、成膜温度を２００℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を１８０ｎｍとし、成膜温度を６００℃とした。又、ポストアニール処理を行わなかった。
【０１４４】
[サンプル７]
密着層として、チタン膜の膜厚を１５ｎｍとし、成膜温度を４５０℃とした。第１の電極として、白金膜の成膜温度を１５０℃とした。第２の電極として、ＳＲＯ膜の膜厚を１０ｎｍとし、成膜温度を室温とした。
【０１４５】
[測定結果からの考察]
表１の測定結果に基づき、作製したサンプル１〜サンプル７における圧電素子としての性能を評価した。
【０１４６】
〔Ｐｔ膜の半値幅（ＦＷＨＭ）〕
Ｐｔ膜（（１１１）面）の半値幅（ＦＷＨＭ）は、Ｘ線ロッキングカーブ法により測定した。Ｘ線ロッキングカーブ（Ｘ−ｒａｙ  Ｒｏｃｋｉｎｇ  Ｃｕｒｖｅ）法とは、２θを、ある回折強度のピーク位置（Ｐｔ膜の場合、２θ＝約３９．７°付近、即ち、ＸＲＤ法により（１１１）面の回折強度のピークが見られる位置）に固定し、ω方向の走査によって、結晶の配向性を評価する測定法である。半値幅から、測定対象の膜に含まれる結晶の配向の度合を判断することが可能である。
【０１４７】
なお、半値幅とは、ある配向面での回折強度のピークが見られる位置で、２θを固定した状態で、ω方向の走査を行って得られる回折強度のピークをＭＡＸとした場合、１／２ＭＡＸでのωの幅を表す（図１５参照）。
【０１４８】
表１より、半値幅は、２．５°以上７．０°以下であることが好ましく、３．０°以上４．５°以下であることがより好ましいことがわかった。この範囲以上になると、圧電素子として、十分な初期変位を得ることができない。又、この範囲以下になると、圧電素子として、変位劣化が生じ易くなる。
【０１４９】
〔ＳＲＯ膜の膜厚〕
表１より、ＳＲＯ膜の膜厚は、２０nm以上１５０nm以下であることが好ましいことがわかった。
【０１５０】
〔ＳＲＯ膜＿（１１１）面の配向率〕
表１より、ＳＲＯ膜＿（１１１）面の配向率は、５０％以上９８％以下であることが好ましいことがわかった。
【０１５１】
〔ＰＺＴ膜＿（１１１）面の配向率〕
表１より、ＰＺＴ膜＿（１１１）面の配向率は、５０％以上９９％以下であることが好ましいことがわかった。
【０１５２】
〔ＰＺＴ膜の回折強度比〕
表１より、ＰＺＴ膜の回折強度比（Ｉｎｔ（５°≦χ≦２５°、−２５°≦χ≦−５°）／Ｉｎｔ（χ＝０°））は、０．５以上５．０以下であることが好ましいことがわかった。
【０１５３】
〔圧電素子の最大分極（Ｐｍ）、分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）〕
表１より、最大分極（Ｐｍ）が３５μＣ／ｃｍ２以上５５μＣ／ｃｍ２以下であることが好ましいことがわかった。又、分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）が１０μＣ／ｃｍ２以下であることが好ましいことがわかった。
【０１５４】
〔圧電定数（ｄ３１）〕
圧電定数は、電界印加によるＰＺＴ膜の変位量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。
【０１５５】
表１より、サンプル１〜サンプル５において、電界印加が１回後の圧電定数は、−１６０[ｐｍ／Ｖ]≦ｄ３１≦−１３０[ｐｍ／Ｖ]の範囲を満たしていることがわかった。又、電界印加が１０１０回後の圧電定数も、−１６０[ｐｍ／Ｖ]≦ｄ３１≦−１３０[ｐｍ／Ｖ]の範囲を満たしていることがわかった。つまり、サンプル１〜サンプル５は、一般的なセラミック焼結体と同等の特性値を有する。これより、サンプル１〜サンプル５は、初期変位が大きく、変位劣化が生じ難いため、圧電素子としての性能が高いことが示唆される。
【０１５６】
又、サンプル６では、電界印加が１回後の圧電定数は、ｄ３１＝−１０１[ｐｍ／Ｖ]、電界印加が１０１０回後の圧電定数は、ｄ３１＝−８６[ｐｍ／Ｖ]であることがわかった。これより、サンプル６は、初期変位が小さく、変位劣化が生じ易いため、圧電素子としての性能が低いことが示唆される。
【０１５７】
又、サンプル７では、電界印加が１回後の圧電定数は、ｄ３１＝−１５２[ｐｍ／Ｖ]、電界印加が１０１０回後の圧電定数は、ｄ３１＝−９１[ｐｍ／Ｖ]であることがわかった。これより、サンプル７は、初期変位は、大きいが、変位劣化が生じ易いため、圧電素子としての性能が低いことが示唆される。
【０１５８】
上述の測定結果から、成膜条件を適宜調整し、ＰＺＴ膜に含まれる結晶の（１１１）面を適度に優先配向させ、且つ、（１００）面、又は（００１）面に対して、各配向面と平行な面に対して、約１５°前後の傾きを与えることで、圧電特性に優れたＰＺＴ膜を得られることが示唆される。又、圧電特性に優れたＰＺＴ膜を使用して、圧電素子を作製し、該圧電素子を、液滴吐出ヘッド１に搭載することで、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性を高めることができることが示唆される。
【０１５９】
なお、成膜条件を適宜調整する以外に、スパッタ成膜時のチャンバー環境を制御することによっても、ＰＺＴ膜の圧電特性は変化する。従って、ＰＺＴ膜の配向面は、様々な要因により変化する可能性があると考えられる。
【０１６０】
〈実施例２〉
本実施例では、本実施の形態に係る電気機械変換膜（ＰＺＴ膜）、電極（ＳＲＯ膜）について、ＸＲＤ法により、回折強度を測定し、最適なあおり角、電極の結晶配向性が電気機械変換膜の結晶配向性に与える影響を評価した。
【０１６１】
[ＰＺＴ膜の回折強度]
図１６に、本実施の形態に係るＰＺＴ膜において、あおり角を変化させた場合における回折強度の測定結果を示す。又、図１７に、従来のＰＺＴ膜において、あおり角を変化させた場合における回折強度の測定結果を示す。
【０１６２】
図１６及び図１７では、２θ＝２１．８°に固定し、あおり角（χ）を−２５°〜２５°の範囲で変化させた。横軸はあおり角χ（単位：°）、縦軸は回折強度Ｉ（単位：任意単位）とする。なお、２θ＝２１．８°は、ＰＺＴ膜の（００１）面又は（１００）面の回折強度のピークが得られる位置である。
【０１６３】
図１６より、χ＝０°での回折強度のピークは、χ＝±１５°付近での回折強度のピークと比べて小さいことがわかった。又、５°以上２５°以下、又は−５°以上−２５°以下の範囲内に回折強度のピークが存在することがわかった。又、χ＝±１５°付近での回折強度のピークは、χ＝０°での回折強度のピークと比較して、格段に大きいことがわかった。
【０１６４】
一方、図１７より、χ＝０°での回折強度のピークは、極めて大きく、χ＝±１５°付近では、回折強度のピークは、ほぼ見られないことがわかった。
【０１６５】
これより、本実施の形態に係るＰＺＴ膜において、最適なあおり角は、±１５°であることが示唆される。
【０１６６】
なお、図１８に示す様に、（１１０）面（又は（１０１）面）が４５°傾く（即ち、あおり角χ＝４５°）と、（００１）面（又は（１００）面）となる。従って、（００１）面（又は（１００）面）が、２２．５°以上傾くと、主面として、（１１０）面（又は（１０１）面）が傾いたものであると考えられる。一般的に、ドメイン壁の移動だけを考慮した場合、（００１）面（又は（１００）面）が、最も変位量が大きくなる。従って、主面として、（００１）面（又は（１００）面）が傾いた方が変位量は大きくなり易いと考えられるため、主面として、（００１）面（又は（１００）面）が傾くことが好ましい。
【０１６７】
[ＳＲＯ膜の回折強度]
ＳＲＯ膜の成膜条件を変えて、ＳＲＯ膜の結晶配向性を制御し、更に、ＳＲＯ膜と接するＰＺＴ膜の結晶配向性を調べた。
【０１６８】
図１９に、成膜温度６００℃、成膜温度３００℃という異なる成膜温度で形成したＳＲＯ膜において、あおり角を変化させた場合における回折強度の測定結果を示す。２θ＝３２．０°に固定し、あおり角（χ）を−１０°〜５０°の範囲で変化させた。横軸はあおり角χ（単位：°）、縦軸は回折強度Ｉ（単位：任意単位）とする。
【０１６９】
又、図２０に、これらのＳＲＯ膜と接するＰＺＴ膜における回折強度の測定結果を示す。２θを２０°〜６０°の範囲で変化させた。横軸は２θ（単位：°）、縦軸は回折強度Ｉ（単位：任意単位）とする。
【０１７０】
ＳＲＯ膜の成膜温度が、６００℃の場合、χ＝０°、４５°において、回折強度のピークが見られなかった。一方、χ＝３５°付近において、回折強度のピークが見られた。
【０１７１】
ＳＲＯ膜の成膜温度が、３００℃の場合、χ＝４５°において、回折強度のピークが見られなかった。一方、χ＝０°、３５°付近において、回折強度のピークが見られた。
【０１７２】
χ＝３５°付近において、回折強度のピークが存在することは、（１１１）面の配向率が高いことを示す。又、χ＝０°付近において、回折強度のピークが存在することは、（１１０）面の配向率が高いことを示す。
【０１７３】
従って、成膜温度３００℃で形成したＳＲＯ膜は、成膜温度６００℃で形成したＳＲＯ膜と比べて、（１１０）面の配向率が高いことがわかった。つまり、成膜温度６００℃で形成したＳＲＯ膜は、（１１１）面の配向率が高いことがわかった。
【０１７４】
ＳＲＯ膜の（１１１）面の配向率は、χ＝０°付近での回折強度のピークをＳＲＯ＿Ｉ（１ １ ０）、χ＝３５°付近での回折強度のピークをＳＲＯ＿Ｉ（１ １ １）、χ＝４５°付近での回折強度のピークをＳＲＯ＿Ｉ（１ ０ ０）、として、ρ＝（Ｉ（１ １ １）：（（１１１）面での回折強度のピーク））／（ΣＩ（ｈ ｋ ｌ）：（各配向面での回折強度のピークの総和））＝（ＳＲＯ＿Ｉ（１ １ １））／（（ＳＲＯ＿Ｉ（１ １ ０））＋（ＳＲＯ＿Ｉ（１ １ １））＋（ＳＲＯ＿Ｉ（１ ０ ０）））と表すことができる。
【０１７５】
成膜温度３００℃で形成したＳＲＯ膜の（１１１）面の配向率は、成膜温度６００℃で形成したＳＲＯ膜の（１１１）面の配向率に比べて小さくなるため、ρ＿（３００℃）＜ρ＿（６００℃）と表すことができる。
【０１７６】
又、図２０より、成膜温度６００℃で形成したＳＲＯ膜に接して形成されたＰＺＴ膜は、成膜温度３００℃で形成したＳＲＯ膜に接して形成されたＰＺＴ膜と比べて、（１１１）面の配向率が高いことがわかった。つまり、ＳＲＯ膜の結晶配向性は、ＰＺＴ膜の結晶配向性に依存することが示唆される。
【０１７７】
上述の測定結果から、最適なあおり角は、±１５°付近であり、電極の結晶配向性は、成膜温度に依存し、且つ電気機械変換膜の結晶配向性に影響を及ぼすことが示唆される。
【０１７８】
なお、電極として、例えばＰｔを用いた場合、Ｐｔの結晶配向性も、電気機械変換膜の結晶配向性に影響を及ぼすと考えられる。
【０１７９】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８０】
１  液滴吐出ヘッド
２  電気機械変換素子
４  インクジェット記録装置
４２  下部電極
４３  電気機械変換膜
４４  上部電極
４５  第１の電極
４６  第２の電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１８１】
【特許文献１】特開２０００−２０８７２５号公報
【特許文献２】特開平１１−２６２９６号公報
【図１】
2015012125.tif 000004
【図２】
2015012125.tif 000005
【図３】
2015012125.tif 000006
【図４】
2015012125.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015012125.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015012125.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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