(57)【要約】【課題】圧電体層の性能低下を低減した、圧電素子および液体噴射ヘッド、液体噴射装置を提供すること。【解決手段】弾性膜５０上と第１電極６０上にわたって圧電体層７０がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層７０の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層７０の性能低下を低減できる。  また、弾性膜５０がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層７０のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層７０への歪が少なくなり圧電体層７０の性能低下を低減できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜と、
前記弾性膜上に形成された電極と、
前記電極上に形成されたペロブスカイト構造を有する複合酸化物圧電体層とを備え、
前記圧電体層の一部が、前記弾性膜と接触している
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が５％以下である
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が無配向である
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項２に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が（１１１）配向している
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項２に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が（１００）配向している
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項６】
請求項２〜請求項５に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向とが同じ配向である
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の圧電素子において、
前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物はアルミニウム酸ランタンである
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の圧電素子を備えた
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液体噴射ヘッドを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子、この圧電素子を備えた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撓み振動モードを使用した圧電素子は、液体噴射ヘッドに搭載される。液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を変形させて圧力発生室のインクを加圧して、ノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。また、液体噴射装置として、圧電素子を搭載したインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置が知られている。
【０００３】
圧電素子の一部を構成する振動板は、例えば、インクジェット式記録ヘッドであれば、吐出するインクの粘弾性に最適な圧電素子の変形量、発生力および共振周波数にあわせて選択される。圧電素子の変形量、発生力および共振周波数は、振動板の弾性コンプライアンスで調整することができる。
【０００４】
撓み振動モードを使用した圧電素子では、振動板の弾性コンプライアンスの物性値として、ヤング率が用いられる。
特に、シリコンを使って、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）で作成された撓み振動モードを使用した圧電素子では、シリコンを酸化して得られる二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が振動板として用いられる。ここで、ＳｉＯ2のヤング率が７２ＧＰａと低いため、例えば、ヤング率が２４５ＧＰａの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）などのヤング率が高い材料が、振動板の弾性コンプライアンス調整のために使用されている（コンプライアンス調整層）。
【０００５】
撓み振動を用いたインクジェット式記録ヘッドの一例を図１に示す。図１に示すように、撓み振動を用いたインクジェット式記録ヘッド５００は、構成要素として、インク滴を吐出するノズル開口２１と、ノズル開口２１と連通する圧力発生室１２と、圧力発生室１２の一部を構成する振動板５０を有する圧電素子３００とを含む。
圧電素子３００の製造工程は、振動板５０上にパターニングされた第１電極６０を形成する工程と、振動板５０上から第１電極６０上にかけて圧電体層７０を形成する工程とを含む。すなわち、圧電体層７０には、振動板５０上に形成される部位７１と、第１電極６０上に形成される部位７２が存在する。
【０００６】
特許文献１には、コンプライアンス調整層にＺｒＯ2を、第１電極としての下部電極に白金（Ｐｔ）およびイリジウム（Ｉｒ）を用い、圧電体層にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた構成が報告されている。下部電極上およびＺｒＯ2上にＰＺＴを形成する場合、下部電極とＺｒＯ2とＰＺＴとの結晶構造がそれぞれ異なるため、配向制御および均質なモフォロジー膜の形成が難しい。
このため、特許文献１では、下部電極上にチタニウム（Ｔｉ）層を形成し、Ｔｉ上にＰＺＴを形成することで、（１００）配向ＰＺＴを形成している。しかしながら、特許文献１の構成では、下部電極上のＴｉを原因とする低誘電率層の形成およびそれに伴う圧電体層の性能低下、および下部電極をパターニングしたときに発生するコンプライアンス調整層（ＺｒＯ2）の露出部での配向制御ができないという問題があった。
このため、特許文献２において、下部電極およびコンプライアンス調整層の露出部に中間層としてＴｉ層を形成することで、均一な圧電体層を形成することができることが報告されている。しかしながら、特許文献２の構成では、下部電極上のＴｉによる圧電体層の性能低下に加え、中間層として導入したＴｉによる圧電体層の性能低下が起こるという問題がある。
特許文献３では、下部電極上の配向層のＴｉの代わりにニッケル酸ランタンを使用する構成が報告されている。この構成では、下部電極上のＴｉを必要としないため、圧電体層の性能低下が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８８２９４号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９７１４号公報
【特許文献３】特許第４６６２０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ニッケル酸ランタンは高い電気伝導性を示すため、コンプライアンス調整層の露出部での配向制御層としては使用できない。このため、特許文献３の構成であっても、コンプライアンス調整層の露出部での配向制御のために中間層としてＴｉ層を形成する必要があり、結果としてＴｉを原因とする低誘電率層の形成を避けられない。このことから、依然として圧電体層の性能低下が起こる。このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の圧電素子においても同様に存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］本適用例に係る圧電素子は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜と、前記弾性膜上に形成された電極と、前記電極上に形成されたペロブスカイト構造を有する複合酸化物圧電体層とを備え、前記圧電体層の一部が、前記弾性膜と接触していることを特徴とする圧電素子。
【００１１】
本適用例によれば、弾性膜上と電極上にわたって圧電体層がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層の部位による特性のばらつきが少なくなり、圧電体層の性能低下が低減される。
また、弾性膜がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含み、このペロブスカイト構造を有する複合酸化物に接するように、圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層への歪が少なくなり圧電体層の性能低下が低減される。
さらに、弾性膜上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層を形成する際に、圧電体層が弾性膜と接しているので、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む弾性膜の配向に圧電体層の配向が揃い易い。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が５％以下であるのが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が５％以下であるので、配向制御がより容易になる。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が無配向であるのが好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、無配向すなわち全方位に対し配向が等価となるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が均質な膜となり、これによって膜中の配向ばらつきが等価な膜を形成することができる。
したがって、均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が（１１１）配向しているのが好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、（１１１）配向とすることができるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が共に（１１１）配向となり、これによって配向が揃った膜を形成することができる。
したがって、（１１１）配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が（１００）配向しているのが好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、（１００）配向とすることができるため、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化と圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が共に（１００）配向となり、これによって配向が揃った膜を形成することができる。
したがって、（１００）配向の均質な膜を形成できる、という効果を得ることができる。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向と前記圧電体層のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の配向とが同じ配向であるのが好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と圧電体層とが良好な界面を形成することができる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に記載の圧電素子は、前記弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物はアルミニウム酸ランタンであることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、アルミニウム酸ランタンと圧電体層とが共にペロブスカイト構造の複合酸化物であるため両者が格子整合し、圧電体層の配向を制御でき、均質な圧電体層とすることができる。
加えて、アルミニウム酸ランタンは高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタンを含むコンプライアンス調整層を形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタンとすることで、Ｔｉを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
【００２４】
［適用例８］本適用例に係る液体噴射ヘッドは、上記に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【００２５】
本適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
【００２６】
［適用例９］本適用例に係る液体噴射装置は、上記に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００２７】
本適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの平面図。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図７】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図８】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図９】インクジェット式記録装置の一例を示す概略図。
【図１０】評価用サンプル１および評価用サンプル２の金属顕微鏡写真を示す図。
【図１１】評価用サンプル１のＸ線回折パターンを示す図。
【図１２】評価用サンプル２および実施例１のＸ線回折パターンを示す図。
【図１３】評価用サンプル３および実施例２のＸ線回折パターンを示す図。
【図１４】実施例１および実施例２の格子定数と格子不整合率を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度は実際とは異なっている。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド５００の概略構成を示す分解斜視図であり、図２は図１の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。また、図３中には、インクジェット式記録ヘッド５００の一部を示す拡大図を円内に示した。
【００３１】
図１〜図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド５００は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とを備えている。
流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４および連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、保護基板３０のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００の一部を構成する。
【００３２】
インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路１４を形成してもよい。実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４および連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００３３】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００３４】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、図３中の拡大図に示すように、二酸化ケイ素膜５１およびコンプライアンス調整層としてのアルミニウム酸ランタン膜５５を含む振動板としての弾性膜５０が形成されている。弾性膜５０は、積層構造を有している。また、アルミニウム酸ランタン膜５５は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。
【００３５】
ここで、弾性膜５０は、二酸化ケイ素膜５１とアルミニウム酸ランタン膜５５との間に、酸化チタンを含む酸化物層５２が形成されていてもよい。二酸化ケイ素膜５１とアルミニウム酸ランタン膜５５の間に酸化チタンを含む積層構造とすることで、ケイ素とアルミニウムの複合酸化物であるアルミノケイ酸の形成を抑えることができる。加えて、酸化チタン上にアルミニウム酸ランタンを形成することで、アルミニウム酸ランタンを（１１１）配向とすることができる。
【００３６】
また、弾性膜５０は、二酸化ケイ素膜５１とアルミニウム酸ランタン膜５５との間に、ニッケル酸ランタンを含む酸化物層５２が形成されていてもよい。ニッケル酸ランタン上にアルミニウム酸ランタンを形成することで、アルミニウム酸ランタンを（１００）配向とすることができる。
【００３７】
また、弾性膜５０は、二酸化ケイ素膜５１とアルミニウム酸ランタン膜５５との間に、酸化ジルコニウムを含む酸化物層５２が形成されていてもよい。二酸化ケイ素とアルミニウム酸ランタンの間に酸化ジルコニウムを形成することで、弾性膜５０の外部応力および弾性コンプライアンスを調整することができる。
【００３８】
弾性膜５０上には、密着層５６と、第１電極６０と、厚さが２μｍ以下、好ましくは１μｍ〜０．３μｍの薄膜である圧電体層７０と、第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。
ここで、圧電素子３００は、弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０、圧電体層７０および第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
なお、上述した例では、弾性膜５０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではない。
【００３９】
実施形態においては、圧電体層７０を構成する圧電材料は、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。ペロブスカイト構造、すなわち、ＡＢＯ3型構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。
圧電体層７０には、振動板５０上に形成される部位７１と、第１電極６０上に形成される部位７２が存在する。振動板５０上に形成される圧電体層７０の一部である部位７１は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜５５と接触している。
【００４０】
このような圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００４１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、密着層５６およびリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。
リザーバー部３１は、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材、例えば、弾性膜５０にリザーバー１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００４３】
保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１および固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４４】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド５００では、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、第１電極６０および圧電体層７０を撓み変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４５】
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド５００の製造方法の一例について、図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図８は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０の構成要素である二酸化ケイ素を含む二酸化ケイ素膜５１を熱酸化等で形成する。さらに、振動板はシリコン基板から形成されることが望ましい。かかる態様では、Ｓｉ−ＭＥＭＳプロセスを使用し、容易に構造作成が可能である。
次いで、図４（ｂ）に示すように、必要に応じて酸化物層５２、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、ニッケル酸ランタン等を、スパッタ法やＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法にて形成する。
次いで、図４（ｃ）に示すように、製造方法は特に限定されないが、例えば、金属種が溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物を得るＣＳＤ法を用いてアルミニウム酸ランタン層５５を形成できる。その他、レーザアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法などでもよい。
【００４６】
アルミニウム酸ランタン層５５の具体的な形成手順例としては、まず、二酸化ケイ素膜５１、もしくはその上に作成した酸化物層５２上に、ランタン（Ｌａ）、およびアルミニウム（Ａｌ）を目的とする組成比になる割合で含む前駆体溶液を、スピンコート法などを用いて、塗布してアルミニウム酸ランタン前駆体膜を形成する（塗布工程）。
塗布する前駆体溶液は、例えば、ＬａとＡｌをモル比１：１で含む前駆体溶液、等が挙げられる。
次いで、このアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥したアルミニウム酸ランタン前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、アルミニウム酸ランタン前駆体膜に含まれる有機成分を、配位子単体、もしくはＮＯx、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガス中でもよい。また、乾燥工程と脱脂工程は一括で行っても良い。
【００４７】
次に、図５（ｄ）に示すように、アルミニウム酸ランタン膜５５上に、例えばチタン、ジルコニウム、もしくは酸化チタンからなる密着層５６を、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。この工程は後述する第１電極６０の種類によっては省略しても良い。
【００４８】
次に、図５（ｅ）に示すように、密着層５６の上に、白金、イリジウム、酸化イリジウム、ニッケル酸ランタン、ルテニウム酸ストロンチウムのいずれか１つ、もしくはいずれか２つ以上の積層構造等からなる第１電極６０をスパッタリング法、ＣＳＤ法等により全面に形成した後、図５（ｆ）に示すように、弾性膜５０が露出するようにパターニングする。パターンニングによって、弾性膜５０を構成するアルミニウム酸ランタン膜５５が露出する。
【００４９】
次いで、図６（ｇ）に示すように、第１電極６０および弾性膜５０上に、圧電体層７０を積層する。圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、金属種が溶媒に溶解、分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得るＣＳＤ法を用いて圧電体層７０を形成できる。その他、レーザアブレーション法、スパッタリング法、ＰＬＤ法、ＣＶＤ法、エアロゾル−デポジション法などでもよい。
【００５０】
圧電体層７０を形成した後は、図６（ｈ）に示すように、圧電体層７０上に白金、もしくはイリジウム等からなる第２電極８０をスパッタリング法等で形成する。その後、必要に応じて、６００℃〜８００℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層７０の結晶性を改善することができる。
【００５１】
次に、図６（ｉ）に示すように、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０および第２電極８０を同時にパターニングして、弾性膜５０と第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０を含む圧電素子３００を形成する。
ここで、振動板５０上に形成される圧電体層７０の一部である部位７１は、弾性膜のペロブスカイト構造を有する複合酸化物であるアルミニウム酸ランタン膜５５と接触している。
なお、圧電体層７０と第２電極８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。
【００５２】
次に、図７（ｊ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して圧電素子３００毎にパターニングする。
次に、図７（ｋ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を、接着剤３５を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００５３】
次に、図８（ｌ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、マスク膜５４を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
そして、図８（ｍ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を、マスク膜５４を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４および連通路１５等を形成する。
【００５４】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０および保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面のマスク膜５４を除去した後にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、実施形態のインクジェット式記録ヘッド５００とする。
【００５５】
インクジェット式記録ヘッド５００は、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置１０００に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。
【００５６】
図９に示すインクジェット式記録装置１０００において、インクジェット式記録ヘッド５００を有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００５７】
このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）弾性膜５０上と第１電極６０上にわたって圧電体層７０がペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含んでいるので、圧電体層７０の部位による特性のばらつきを少なくでき、圧電体層７０の性能低下を低減できる。
また、弾性膜５０がアルミニウム酸ランタン膜５５を含み、アルミニウム酸ランタン膜５５に接するように、圧電体層７０のペロブスカイト構造を有する複合酸化物が接しているので、接している面で歪が少なく、圧電体層７０への歪が少なくなり圧電体層７０の性能低下を低減できる。
さらに、弾性膜５０上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物を含む圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０が弾性膜５０のアルミニウム酸ランタン膜５５と接しているので、アルミニウム酸ランタン膜５５を含む弾性膜５０の配向に圧電体層７０の配向が揃い易い。
【００５８】
（２）弾性膜５０のアルミニウム酸ランタン膜５５と圧電体層７０のペロブスカイト構造を有する複合酸化物の格子不整合率が５％以下であるので、配向制御がより容易になる。
【００５９】
（３）弾性膜５０のアルミニウム酸ランタン膜５５が無配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜５５上の圧電体層７０の配向も無配向となり、配向のばらつきが等価な膜を形成することができるので、均質な圧電体層７０を得ることができる。
【００６０】
（４）弾性膜５０のアルミニウム酸ランタン膜５５が（１１１）配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜５５上の圧電体層７０の配向も（１１１）配向となり、配向が（１１１）に揃った均質な圧電体層７０を得ることができる。
【００６１】
（５）弾性膜５０のアルミニウム酸ランタン膜５５が（１００）配向であるので、アルミニウム酸ランタン膜５５上の圧電体層７０の配向も（１００）配向となり、配向が（１００）に揃った均質な圧電体層７０を得ることができる。
【００６２】
（６）アルミニウム酸ランタン膜５５と圧電体層７０とが良好な界面を形成することができる。
【００６３】
（７）アルミニウム酸ランタン膜５５と圧電体層７０とが共にペロブスカイト構造の複合酸化物であるため両者が格子整合し、圧電体層の配向を制御でき、均質な圧電体層７０とすることができる。
加えて、アルミニウム酸ランタン膜５５は高い絶縁性を有する材料である。このため、前述のニッケル酸ランタンとは異なり、コンプライアンス調整層の露出部の配向制御層とすることができる。
以上のことから、アルミニウム酸ランタン膜５５をコンプライアンス調整層として形成し、コンプライアンス調整層の露出部の表層をアルミニウム酸ランタン膜５５とすることで、Ｔｉを原因とする低誘電率層の形成、及びそれに伴う圧電体層の性能低下を防ぐことができる。
【００６４】
（８）前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
【００６５】
（９）前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
【００６６】
以下、評価用サンプルおよび実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（評価用サンプル１）
まず、（１００）に配向したシリコン基板の表面に熱酸化により膜厚１０７０ｎｍの二酸化ケイ素膜を形成した。
次いで、二酸化ケイ素膜上にアルミニウム酸ランタンをスピンコート法により形成した。その手順は以下のとおりである。
【００６７】
まず、２−エチルヘキサン酸ランタン、および２−エチルヘキサン酸アルミニウムを１：１の割合で含む前駆体溶液を調製した。
そしてこの前駆体溶液を上記基板上に滴下し、１５００ｒｐｍで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。
次に４５０℃で３分間乾燥・脱脂を行った（乾燥及び脱脂工程）。この塗布工程・乾燥および脱脂工程を４回繰り返した後に、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）で８００℃、５分間、酸素雰囲気下（加熱装置内を１００ｃｃ／分の流量の窒素でフロー）で焼成を行った（焼成工程）。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を４回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を２回繰り返し、計８回の塗布により全体で厚さ１６５ｎｍのアルミニウム酸ランタン層を形成した。
【００６８】
（評価用サンプル２）
二酸化ケイ素膜を形成後に、ＲＦスパッタ法及び熱酸化により４０ｎｍの酸化チタン層を形成した以外は、評価用サンプル１と同様の手法で作成した。
【００６９】
（評価用サンプル３）
酸化チタン層上にスピンコート法とＲＴＡを使用してニッケル酸ランタン層を形成した以外は、評価用サンプル２と同様の手法で作成した。
【００７０】
（実施例１）
まず、評価用サンプル２と同様の手法でアルミニウム酸ランタン層を形成した。次に、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム、チタンの２−エチルヘキサン酸錯体を含む溶液を調合し、鉄酸マンガン酸チタン酸ビスマスバリウム（ＢＦＭ−ＢＴ）前駆体溶液を調整した。そして、そしてこの前駆体溶液をアルミニウム酸ランタンが形成された上記基板上に滴下し、３０００  ｒｐｍで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。
次に１８０℃で２分間乾燥・脱脂を行った後、３５０℃で３分間乾燥・脱脂を行った（乾燥及び脱脂工程）。
この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を２回繰り返した後に、ＲＴＡで６５０℃、３分間、酸素雰囲気下（加熱装置内を１００ｃｃ／分の流量の酸素でフロー）で焼成を行った（焼成工程）。これにより、圧電体層７０を形成した。
【００７１】
（実施例２）
評価用サンプル３のニッケル酸ランタン層を使用した以外は実施例１と同様の手法で作成した。
【００７２】
（試験例１）
評価用サンプル１および評価用サンプル２の外観状態を金属顕微鏡観察により調べた。図１０に、２００倍で撮影した評価用サンプル１および評価用サンプル２の外観写真を示す。（ａ）は評価用サンプル１を、（ｂ）は評価用サンプル２を示している。
図１０に示すように、評価用サンプル１では円形の外観不良が観測された。これはアルミニウムとケイ素の反応性生物であるアルミノシリケートである。一方、評価用サンプル２ではアルミノシリケートは観測されなかった。このことから、酸化チタン等の拡散防止層を導入することで、アルミノシリケートの生成を抑制することができることが明らかとなった。
【００７３】
（試験例２）
評価用サンプル１〜評価用サンプル３、実施例１および実施例２について、Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ社製の「Ｄ８  Ｄｉｓｃｏｖｅｒ」を用い、Ｘ線源にＣｕＫα線を使用し、室温で、圧電体層のＸ線回折パターンを求めた。
評価用サンプル１の測定結果を図１０に示す。
図１１に示すように、評価用サンプル１は、無配向の擬立方晶ペロブスカイト構造であることが明らかとなった。
【００７４】
図１２に評価用サンプル２および実施例１の測定結果を示す。
図１２に示すように、酸化チタン膜上に形成したアルミニウム酸ランタン及び、その上に作成したＢＦＭ−ＢＴは（１１１）配向であることが明らかとなった。このことから、酸化チタンはアルミニウム酸ランタンに対して（１１１）配向シード層として働くことが明らかとなった。加えて、（１１１）配向したアルミニウム酸ランタンは格子整合によりＢＦＭ−ＢＴを配向させることが明らかとなった。
【００７５】
図１３に評価用サンプル３および実施例２の測定結果を示す。図１３に示すように、ニッケル酸ランタン上に形成したアルミニウム酸ランタン及び、その上に作成したＢＦＭ−ＢＴは（１００）配向であることが明らかとなった。このことから、ニッケル酸ランタンはアルミニウム酸ランタンに対して（１００）配向シード層として働くことが明らかとなった。加えて、（１００）配向したアルミニウム酸ランタンは格子整合によりＢＦＭ−ＢＴを配向させることが明らかとなった。
【００７６】
図１４に上記結果から求めたアルミニウム酸ランタンとＢＦＭ−ＢＴの格子定数を示す。なお、格子定数は結晶構造を擬立方晶（ａ＝ｂ＝ｃ、α＝β＝γ＝９０度）とみなし、式（１）の関係式を使用し、実施例１は（１１１）面から、実施例２は（２００）面から求めたものである。
２ｄｓｉｎθ＝ｎλ・・・（１）
【００７７】
図１４より、アルミニウム酸ランタンとＢＦＭ−ＢＴは約５％の格子不整合を有していることが明らかとなった。なお、格子不整合率は下記の式で定義した。
（格子不整合率）＝１００×（ａ圧電膜−ａLAO）／ａLAO・・・（２）
一般的に下地をテンプレートとした配向制御において、格子不整合が小さいほど配向制御が容易である。したがって、アルミニウム酸ランタンは格子不整合率が５％以下の圧電膜の配向制御能を有することが明らかとなった。
【００７８】
（変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
さらに、上述した実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した圧電素子３００を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。
【００７９】
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルター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（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００８０】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、ＩＲセンサー等の焦電素子等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。
【００８１】
また、本発明は、圧電膜とアルミニウム酸ランタンの屈折率の差を利用した光学コート膜、圧電膜の分極反転に伴う屈折率変化を利用した光干渉デバイス、光スイッチ、及び光導波路にも同様に適応することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１Ａ，１Ｂ…記録ヘッドユニット、２Ａ，２Ｂ…構成するカートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…プラテン、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、３１…リザーバー部、３２…圧電素子保持部、３３…貫通孔、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…弾性膜、５１…二酸化ケイ素膜、５２…酸化物層、５４…マスク膜、５５…アルミニウム酸ランタン層、５６…密着層、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、９０…リード電極、１００…リザーバー、１１０…流路形成基板用ウェハー、１２０…駆動回路、１２１…接続配線、１３０…保護基板用ウェハー、２００…液晶表示装置、３００…圧電素子、５００…インクジェット式記録ヘッド、１０００…インクジェット式記録装置。
【図１】
2013089660.tif 000003
【図２】
2013089660.tif 000004
【図３】
2013089660.tif 000005
【図４】
2013089660.tif 000006
【図５】
2013089660.tif 000007
【図６】
2013089660.tif 000008
【図７】
2013089660.tif 000009
【図８】
2013089660.tif 000010
【図１０】
2013089660.tif 000011
【図１１】
2013089660.tif 000012
【図１２】
2013089660.tif 000013
【図１３】
2013089660.tif 000014
【図１４】
2013089660.tif 000015
【図９】
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