壓電元件及其制造方法以及壓電元件應用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及壓電元件及其制造方法以及壓電元件應用裝置。
【背景技術】
[0002]以往，報告了在微機電系統(MicroElectro Mechanical System ；MEMS)要素的電一機轉換機構使用了壓電元件的各種壓電元件應用裝置。在壓電元件應用裝置中，搭載MEMS致動器、MEMS傳感器等作為MEMS要素，例如，在以噴墨式記錄頭為代表的液體噴射頭中，利用振動板構成與噴嘴開口連通的壓力產生室的一部分，并且在該振動板上設置壓電元件來構成MEMS致動器，通過對該MEMS致動器的電壓施加使振動板變形而對壓力產生室的墨進行加壓，從而使墨滴從上述的噴嘴開口排出。
[0003]作為構成這種壓電元件的壓電體層，有使用了鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電體層(參照專利文獻I)。除此之外，根據近年來對MEMS要素的進一步小型化、高密度化以及高性能化等要求，有正在對能夠實現壓電特性的提高的壓電體層進行研究的狀況。
[0004]例如，提出了由以一般式ABOJ^述的鈣鈦礦型氧化物的復合氧化物構成，并使用了使鈮鎂酸鉛和鈦酸鉛固溶而得的單晶(Pb(Mg1/3Nb2/3)03— PbT13=PMN — PT)的壓電體層(參照專利文獻2)。已知PMN - PT表示較高的機電耦合系數、壓電常數以及介電常數(參照非專利文獻I)，通過使用這樣的PMN - PT得到壓電體層能夠期待壓電特性的提高。但是，對于PMN - PT，被指出在作為壓電體層的形成工序之一的燒制工序中，原子序數較小的Mg偏析到壓電體層與下部電極界面，或者在下部電極中擴散，且該Mg到達振動板的可能性。若Mg偏析到壓電體層與下部電極界面，則不能夠形成良好的界面而產生絕緣性和擊穿電壓降低，導致可靠性的降低。另外，若Mg到達振動板，則有在下部電極以及振動板的界面產生與振動板的構成材料(例如Si)的反應，引起形狀不良等，有可能導致可靠性降低。
[0005]從防止這樣的不良情況的觀點來看，提出了雖然擴散的金屬的種類不同，但在位于含有Bi的壓電體層的下部的第一電極與振動板之間設置氧化鈦層以及含鉍層(參照專利文獻3)。在專利文獻3記載了氧化鈦層以及含鉍層成為限制部，能夠防止透過第一電極的Bi進一步向振動板擴散這一情況。
[0006]專利文獻1:日本特開2001 - 223404號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2007 - 088441號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2011 - 189586號公報
[0009]非專利文獻I:T.0gawa, Jpn.J.Appl.Phys.，47，7655-7658 (2008)
[0010]然而，若將專利文獻3所記載的氧化鈦層作為PMN - PT所包含的Mg的限制層設置在第一電極與振動板之間，則擴散來的Mg與氧化鈦反應，有可能產生第一電極與振動板的緊貼性降低、形狀不良。
[0011]另外，若構為通過第一電極抑制Mg的擴散的構成，則有壓電體層與第一電極不能夠形成良好的界面，產生絕緣性、擊穿電壓的降低，有可能導致可靠性的降低。
[0012]這樣，在以往技術中，使用對實現壓電特性的提高有用的材料(例如PMN — PT)來確保較高的可靠性較困難。這樣的問題并不限定于使用了 PMN - PT的情況，只要是使用了包含Mg的壓電材料的壓電元件則同樣存在。另外，并不限定于液體噴射頭，在搭載利用這種壓電元件的MEMS致動器、MEMS傳感器等其它壓電元件應用裝置中也同樣存在上述的問題。
【發明內容】
[0013]本發明鑒于這樣的情況，目的在于提供一種能夠實現壓電特性的提高，并且，能夠確保較高的可靠性的壓電元件及其制造方法以及壓電元件應用裝置。
[0014]解決上述課題的本發明的方式是壓電元件是從基板側開始層疊第一電極、由包含Mg的ABO3型鈣鈦礦結構的復合氧化物構成的壓電體層、以及第二電極而形成的壓電元件，上述第一電極具備抑制上述Mg的擴散的擴散抑制層、和相對于上述擴散抑制層使上述Mg擴散的擴散層，上述擴散抑制層被設置在比上述擴散層靠近上述基板側。
[0015]根據所述的方式，通過由包含Mg的規定的復合氧化物構成壓電體層，能夠實現壓電特性的提高。另外，由于第一電極具備擴散抑制層，且該擴散抑制層被設置在比擴散層靠近基板側，所以能夠防止來自壓電體層的Mg超過第一電極到達基板這一情況。另外，由于擴散抑制層被設置在比擴散層靠近基板側，所以能夠使來自壓電體層的Mg在擴散層中擴散，并使其在第一電極內，具體而言在擴散抑制層的跟前偏在，也能夠防止Mg偏在于壓電體層以及第一電極的界面。根據以上，能夠實現壓電特性的提高，并且，壓電體層以及第一電極、和第一電極以及振動板均能夠形成良好的界面而能夠確保較高的可靠性。另外，Mg —般來說是包含在B位的元素。
[0016]另外，優選在上述擴散層的上述擴散抑制層側具備上述Mg偏在的Mg偏在層。
[0017]另外，優選在從上述壓電體層側朝向上述基板側的方向通過二次離子質譜分析測定上述Mg的強度時，上述Mg偏在層中的Mg的最大強度比上述擴散層以及上述擴散抑制層的Mg的強度大。Mg偏在層的存在是擴散抑制層的Mg的擴散抑制效果較高的證據。S卩，由于具有Mg偏在層，能夠更可靠地確保較高的可靠性。
[0018]另外，優選上述擴散層包括從由Ir、LaNi03以及SrRuO3構成的組選擇的至少一種。據此，能夠使來自壓電體層的Mg在擴散層內適當地擴散。因此，能夠避免來自壓電體層的Mg過度地偏在于壓電體層以及第一電極的界面，能夠確保更高的可靠性。
[0019]另外，優選上述壓電體層還在上述六803型鈣鈦礦結構的A位包含從由Pb、B1、K以及Na構成的組選擇的至少一種，在上述々803型鈣鈦礦結構的B位包含上述Mg，且還包括從由Nb、Ti以及Fe構成的組選擇的至少一種。據此，例如，能夠得到包含鈮鎂酸鉛(Pb(Mg1/3，Nb’ 2/3)03)、和鈦酸鉛(PbT13)固溶而得的正方晶陶瓷的復合氧化物，由該復合氧化物構成壓電體層，能夠進一步實現壓電特性的提高。另外，能夠得到鈦鎂酸鉍(Bi (MgTi)O3)、鐵鎂酸鉍(Bi (FeMg)O3)、鈮鎂酸鉛(Pb (MgNb) O3)、鈮鎂酸鉍鉀鈉((KNaBi) (MgNb)O3)等復合氧化物，由該復合氧化物構成壓電體層，也能夠實現壓電特性的提高。
[0020]另外，優選上述擴散抑制層包含Pt (白金)。據此，能夠適當地抑制來自壓電體層的Mg的擴散。因此，來自壓電體層的Mg難以到達基板，能夠確保更高的可靠性。
[0021]解決上述課題的本發明的其它方式是是以具備上述的任意一項所述的壓電元件為特征的壓電元件應用裝置。根據所述的方式，能夠實現壓電特性的提高，并且，能夠提供搭載有能夠確保較高的可靠性的上述的壓電元件的、各種特性優異的壓電元件應用裝置。
[0022]解決上述課題的本發明的其它方式是從基板側開始層疊第一電極、由包含Mg的ABO3型鈣鈦礦結構的復合氧化物構成的壓電體層、以及第二電極的壓電元件的制造方法，形成上述第一電極的工序包括設置抑制上述Mg的擴散的擴散抑制層的工序、和在上述擴散抑制層上設置相對于上述擴散抑制層使上述Mg擴散的擴散層的工序。根據所述的方式，能夠實現壓電特性的提高，并且，能夠提供能夠確保較高的可靠性的上述的壓電元件。
【附圖說明】
[0023]圖1是表示實施方式I所涉及的記錄裝置的概略結構的立體圖。
[0024]圖2是實施方式I所涉及的記錄頭的分解立體圖。
[0025]圖3是實施方式I所涉及的記錄頭的俯視圖以及剖視圖。
[0026]圖4是說明與實施方式I所涉及的記錄頭的第一電極等有關的構成的剖視圖。
[0027]圖5是說明與實施方式I所涉及的記錄頭的第一電極等有關的構成的剖視圖。
[0028]圖6是用于說明實施方式I所涉及的記錄頭的制造例子的圖。
[0029]圖7是用于說明實施方式I所涉及的記錄頭的制造例子的圖。
[0030]圖8是用于說明實施方式I所涉及的記錄頭的制造例子的圖。
[0031]圖9是針對實施例1所涉及的壓電元件的X射線衍射圖案的測定結果圖。
[0032]圖10是針對實施例1以及比較例I所涉及的壓電元件的位移特性(壓電特性)的測定結果圖。
[0033]圖11是針對實施例1所涉及的壓電元件的二次離子質譜分析的測定結果圖。
[0034]圖12是針對比較例I所涉及的壓電元件的二次離子質譜分析的測定結果圖。
【具體實施方式】
[0035]實施方式I
[0036]圖1是表示搭載作為本發明的實施方式I所涉及的壓電元件應用裝置的一個例子的噴墨式記錄頭(液體噴射頭)的、噴墨式記錄裝置(液體噴射裝置)的立體圖。
[0037]如圖示那樣，在噴墨式記錄裝置I中，具有多個噴墨式記錄頭的噴墨式記錄頭單元11(頭單元)以能夠拆裝的方式設置在構成墨供給單元的墨盒2A以及2B。搭載頭單元II的滑架3以能夠在軸向移動的方式設置于被安裝在裝置主體4的滑架軸5上，例如，分別排出黑色