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公開番号2024126254
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023034524
出願日2023-03-07
発明の名称圧電素子応用デバイス
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 30/853 20230101AFI20240912BHJP()
要約【課題】振動板の変位量を向上させることを可能とする圧電素子応用デバイスを提供する。
【解決手段】本発明の圧電素子応用デバイスは、酸化シリコンからなる振動板と、振動板の上方に形成された第1電極と、第1電極および、振動板の上方に形成されたシード層と、シード層上に形成され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層と、圧電体層上に形成された第2電極と、を備え、振動板は、さらにカリウムとナトリウムを含み、振動板および圧電体層における2次イオン質量分析において、振動板におけるカリウムの強度は、圧電体層におけるカリウムの強度に比べて低く、振動板におけるナトリウムの強度は、圧電体層におけるナトリウムの強度に比べて低い。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
酸化シリコンからなる振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１電極と、
前記第１電極および、前記振動板の上方に形成されたシード層と、
前記シード層上に形成され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、
を備え、
前記振動板は、さらにカリウムとナトリウムを含み、
前記振動板および前記圧電体層における２次イオン質量分析において、
前記振動板におけるカリウムの強度は、前記圧電体層におけるカリウムの強度に比べて低く、
前記振動板におけるナトリウムの強度は、前記圧電体層におけるナトリウムの強度に比べて低い
ことを特徴とする圧電素子応用デバイス。
続きを表示（約 640 文字）【請求項２】
前記振動板と前記第１電極との間には、酸化チタンを含む層を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子応用デバイス。
【請求項３】
前記シード層は、ビスマスと鉄とチタンと鉛とを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子応用デバイス。
【請求項４】
前記振動板は、シリコン基板上に形成され、
前記シリコン基板は圧力室を有し、
前記振動板の内、前記圧力室の壁面の一部を形成する領域を第１領域とした場合、
前記圧電体の厚み方向から見て、前記第１電極は、前記第１領域を覆うことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子応用デバイス。
【請求項５】
前記振動板の内、前記第１領域および前記第１領域以外の第２領域における２次イオン質量分析において、
前記第１領域におけるカリウムの強度の平均値は、前記第２領域におけるカリウムの強度の平均値に比べて低く、
前記第１領域におけるナトリウムの強度の平均値は、前記第２領域におけるナトリウムの強度の平均値に比べて低いことを特徴とする請求項４に記載の圧電素子応用デバイス。
【請求項６】
前記振動板におけるカリウムの強度は、前記第１電極におけるカリウムの強度に比べて高く、
前記振動板におけるナトリウムの強度は、前記第１電極におけるナトリウムの強度に比べて高いことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子応用デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子応用デバイスに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、一般に、基板と、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する２つの電極と、を有している。このような圧電素子を駆動源として用いたデバイス（圧電素子応用デバイス）の開発が、近年、盛んに行われている。圧電素子応用デバイスの一つとして、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、圧電ＭＥＭＳ素子に代表されるＭＥＭＳ要素、超音波センサー等に代表される超音波測定装置、更には、圧電アクチュエーター装置等がある。
【０００３】
圧電素子の圧電体層の材料（圧電材料）として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている。しかし近年は、環境負荷低減の観点から、鉛の含有量を抑えた非鉛系の圧電材料の開発が進められている。
【０００４】
非鉛系の圧電材料の１つとして、たとえば、特許文献１のように、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ；（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ
３
）が提案されている。
具体的に、特許文献１には、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた、カリウム、ナトリウムおよびニオブを含むペロブスカイト型の複合酸化物からなる薄膜の圧電体層（ＫＮＮ系圧電体層）と、を備える圧電素子が開示されている。また特許文献１には、基板上に形成された二酸化シリコンからなる弾性膜と、弾性膜上に形成された酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜と、により構成される振動板が開示されている。特許文献１に開示の酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜は、圧電体層を構成するカリウム等の成分の基板側への拡散を抑制する機能を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－１３３４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、これまで非鉛系の圧電材料の１つとしてＫＮＮを用いた圧電素子（ＫＮＮ系圧電素子）が提案されてきた。しかしながら、ＫＮＮ系圧電体層の変位特性は、従来の鉛系の圧電体層（例えば、ＰＺＴ圧電体層）の変位特性に比べて小さいことが知られており、基板の一部を弾性膜とした圧電素子およびそれを備える圧電素子応用デバイス（圧電デバイス）においては、ＰＺＴ圧電体層をＫＮＮ圧電体層に置き換えるだけでは振動板の変位量が低下し、圧電デバイスとしての要件仕様を満たせない場合がある。
【０００７】
このような事情から、振動板の変位量を向上させることを可能とするＫＮＮ系圧電素子が求められている。
【０００８】
なお、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搭載された圧電アクチュエーターに限定されず、他の圧電素子応用デバイス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】
上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様によれば、酸化シリコンからなる振動板と、前記振動板の上方に形成された第１電極と、前記第１電極および、前記振動板の上方に形成されたシード層と、前記シード層上に形成され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備え、前記振動板は、さらにカリウムとナトリウムを含み、前記振動板および前記圧電体層における２次イオン質量分析において、前記振動板におけるカリウムの強度は、前記圧電体層におけるカリウムの強度に比べて低く、前記振動板におけるナトリウムの強度は、前記圧電体層におけるナトリウムの強度に比べて低いことを特徴とする圧電素子応用デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態の記録装置の概略構成を示す斜視図である。
図１の記録装置の記録ヘッドの分解斜視図である。
図１の記録装置の記録ヘッドの平面図である。
図３のＡ－Ａ′線断面図である。
図４のＢ－Ｂ′線拡大断面図である。
実施例１の二次イオン質量分析法の測定結果を示す図である。
実施例２の二次イオン質量分析法の測定結果を示す図である。
比較例１の二次イオン質量分析法の測定結果を示す図である。
比較例２の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
第１実施形態の圧電素子の二次イオン質量分析法の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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