專利名稱：用于形成鐵電薄膜的組合物、鐵電薄膜以及鐵電薄膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成鐵電薄膜的組合物、鐵電薄膜以及鐵電薄膜的制造方法，其中，所述用于形成鐵電薄膜的組合物含有形成鐵電薄膜的金屬化合物。
背景技術(shù)：
由于具有如下鐵電薄膜的壓電元件具有自發(fā)極化、高介電常數(shù)、電光效應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等，因此被應(yīng)用于廣泛的設(shè)備開發(fā)中，其中所述鐵電薄膜包含有以鋯鈦酸鉛(PZT)等為代表的結(jié)晶。此外，這種鐵電薄膜的成膜方法例如公知有飛濺法、溶膠-凝膠法、CVD法等，但在其中，溶膠-凝膠法是順序進(jìn)行溶膠(膠體溶液)的涂布、干燥、燒結(jié)的成膜方法，具有能夠以較低的成本且簡便地形成鐵電薄膜的優(yōu)點。例如，在這種溶膠-凝膠法中，將金屬醇鹽等金屬化合物融解在乙醇等溶劑中，并根據(jù)需要，將加入任意的添加劑進(jìn)行調(diào)整而得的用于形成鐵電薄膜的組合物(溶膠)涂布到襯底上，之后進(jìn)行干燥，進(jìn)而進(jìn)行脫脂、燒結(jié)，從而可形成鐵電薄膜。
但是，如果通過以往的用于形成鐵電薄膜的組合物來形成鐵電薄膜，則存在由于在該鐵電薄膜中產(chǎn)生呈放射狀延伸的凹凸的條紋形狀，即條痕(striation)，因此無法形成平坦的鐵電薄膜的問題。另外，條痕的產(chǎn)生原因現(xiàn)在還沒有清楚地弄明白。
因此，為解決上述問題，提出了將溶膠成分中的水分含量設(shè)為規(guī)定量以下的用于形成鐵電薄膜的組合物(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。但是，存在組合物的選擇，例如含有結(jié)晶水的化合物、通過水分解來含有羥基的醇鹽等化合物的使用將明顯受限制的問題。
此外，提出了含有硅酮的用于形成鈣鈦礦型氧化物薄膜的原料溶液(例如，參見專利文獻(xiàn)2)。所述用于形成鈣鈦礦型氧化物薄膜的原料溶液，通過在原料溶液的成分中含有硅酮來消除條痕，所述硅酮具有難以與有機(jī)物反應(yīng)的化學(xué)穩(wěn)定性且具有非常小的表面張力。
但是，如上所述，由于硅酮化學(xué)性能穩(wěn)定，難以與其他的化合物反應(yīng)，所以即使進(jìn)行干燥、燒結(jié)，也會在鐵電薄膜的內(nèi)部作為雜質(zhì)原樣殘留下來，從而可能會影響壓電特性。
專利文獻(xiàn)1日本專利特開2001-48540號公報(權(quán)利要求書)專利文獻(xiàn)2日本專利特開2001-72416號公報(權(quán)利要求書，第三頁，段落 )發(fā)明內(nèi)容鑒于所述事由，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效地防止條痕的產(chǎn)生，并且能夠擴(kuò)大溶膠組合物選擇范圍的用于形成鐵電薄膜的組合物、鐵電薄膜以及鐵電薄膜的制造方法。
解決上述問題的本發(fā)明的第一方式是一種用于形成鐵電薄膜的組合物，其含有作為形成鐵電薄膜的材料的金屬化合物，其特征在于，包含疏水性化合物，所述疏水性化合物具有與羥基反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)，同時除所述反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分的至少端部側(cè)具有疏水性。
在所述第一方式中，溶膠組合物中所含的羥基與疏水性化合物的反應(yīng)基團(tuán)通過化學(xué)結(jié)合而生成疏水性膠體，由此可有效地防止條痕的產(chǎn)生。此外，可以積極地使用含有羥基的化合物，能夠擴(kuò)大溶膠組合物的選擇范圍。
本發(fā)明的第二方式是如第一方式所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，所述反應(yīng)基團(tuán)是羧基、鹵代硅烷基、羥基硅烷基、以及烷氧基硅烷基中的至少一種。
在所述第二方式中，通過含有具有預(yù)定反應(yīng)基團(tuán)的疏水性化合物的用于形成鐵電薄膜的組合物，可以有效地防止條痕的產(chǎn)生。
本發(fā)明的第三方式是如第一方式或者第二方式中的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為抑制所述金屬化合物水解的水解抑制劑，含有二乙醇胺。
在所述第三方式中，可以有效地防止金屬化合物水解。
本發(fā)明的第四方式是如第一至第三方式中任一方式所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為使所述金屬化合物穩(wěn)定的穩(wěn)定劑，含有聚乙二醇。
在所述第四方式中，可有效地防止在鐵電薄膜上產(chǎn)生裂紋、即龜裂。
本發(fā)明的第五方式是如第一至第四方式中任一方式所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為溶解所述金屬化合物的溶劑，含有2-丁氧基乙醇。
在所述第五方式中，可以較容易地溶解金屬化合物。
本發(fā)明的第六方式是一種鐵電薄膜的制造方法，其特征在于，在將第一至第五方式中任一方式所述的用于形成鐵電薄膜的組合物涂布到對象物上后，通過進(jìn)行干燥并燒結(jié)來形成鐵電薄膜。
在所述第六方式中，通過溶膠-凝膠法，可有效地防止條痕，從而能夠較容易地形成平坦的鐵電薄膜。
本發(fā)明的第七方式是一種鐵電薄膜，其特征在于，所述鐵電薄膜是通過第六方式的制造方法而形成的。
在所述第七方式中，通過溶膠-凝膠法可以有效地防止條痕，從而能夠較容易地形成平坦的鐵電薄膜。
本發(fā)明通過在用于形成鐵電薄膜的組合物的成分中含有下述疏水性化合物來抑制條痕，因此不同于限制水分含量或添加硅酮等的現(xiàn)有技術(shù)，其中所述疏水性化合物可與被認(rèn)為是條痕產(chǎn)生原因的羥基起化學(xué)反應(yīng)來形成疏水性膠體。


圖1(a)及圖1(b)是表示鐵電薄膜的膜厚變化率動向的圖表；圖2是噴墨式記錄頭的立體圖；圖3(a)及圖3(b)分別是噴墨式記錄頭的平面圖及截面圖；圖4(a)至圖4(d)是表示噴墨式記錄頭制造工序的截面圖；圖5(a)及圖5(b)是表示噴墨式記錄頭制造工序的截面圖。
具體實施例方式
下面，基于實施方式詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明涉及的形成鐵電薄膜用的組合物是用于形成鐵電薄膜的組合物，它是一種溶膠組合物，作為基本成分含有作為鐵電薄膜的材料的金屬醇鹽等金屬化合物、溶解該金屬化合物的溶劑、以及其他添加劑。
這里，鐵電薄膜是壓電陶瓷的結(jié)晶，作為形成該鐵電薄膜的材料，例如可使用鋯鈦酸鉛(PZT)等強絕緣性壓電材料，或者在其中添加了鈮、鎳、鎂、鉍、鐿等金屬的弛豫鐵電體等。對于其成分，可以考慮壓電元件的特性、用途來進(jìn)行適當(dāng)選擇，例如可例舉PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(P ZN-PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PIN-PT)、Pb(Sc1/3Ta1/2)O3-PbTiO3(PST-PT)、Pb(Sc1/3Nb1/2)O3-PbTiO3(P SN-PT)、BiScO3-PbTiO3(BS-PT)、BiYbO3-PbTiO3(BY-PT)等。
雖然特別限定使用本發(fā)明的用于形成鐵電薄膜組合物進(jìn)行成膜的方法，但例如優(yōu)選采用溶膠-凝膠法。這是由于能夠以較低成本且簡便地形成鐵電薄膜的緣故。
這里，可以根據(jù)所采用的成膜方法來適當(dāng)選擇作為形成鐵電薄膜的材料的金屬化合物，例如可例舉鈦、鋯、鉛、鋅等金屬的甲醇鹽、乙醇鹽、丙醇鹽、或丁醇鹽等醇鹽，或者醋酸鹽化合物等。
另一方面，作為溶解這種金屬化合物的溶劑，例如可例舉2-丁氧基乙醇、丙醇等醇。
此外，在本發(fā)明中，作為抑制溶膠組合物中含有的金屬化合物水解的水解抑制劑，例如可以將一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等作為添加劑來加入。另外，作為使溶膠組合物中含有的金屬化合物穩(wěn)定、從而防止產(chǎn)生條痕的穩(wěn)定劑，例如可以將聚乙二醇等作為添加劑來加入。并且，除此之外，還可以加入增粘劑等添加劑。
另外，本發(fā)明的鐵電薄膜形成組合物，在這些成分中作為必要成分還要加入疏水性化合物，所述疏水性化合物具有與羥基反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)，同時至少在除該反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分的端部側(cè)具有疏水性。
所述疏水性化合物例如是在分子鏈的一側(cè)端部具有與羥基反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)，同時在另一側(cè)的端部具有疏水性的化合物，可以是當(dāng)反應(yīng)基團(tuán)與羥基反應(yīng)時疏水性化合物的外側(cè)顯示疏水性，例如形成疏水性膠體的化合物。另外，這里，所謂羥基是指由溶膠組合物中所含有的水分、結(jié)晶水等所產(chǎn)生的，由水解的醇鹽所產(chǎn)生的，以及由作為上述添加劑的二乙醇胺或聚乙二醇所產(chǎn)生的羥基。
另一方面，作為疏水性化合物的反應(yīng)基團(tuán)，例如可例舉羧基、鹵代硅烷基、羥基硅烷基、以及烷氧基硅烷基等。另外，鹵代硅烷基是指以-Si-X(X表示鹵元素)表示的反應(yīng)基團(tuán)，羧基硅烷基是指以-Si-OH表示的反應(yīng)基團(tuán)，烷氧基硅烷基是指以-Si-OR(R表示烷基)表示的反應(yīng)基團(tuán)。另外，反應(yīng)基團(tuán)只要是與上述羥基起化學(xué)反應(yīng)的即可，例如可以是異氰酸基。
此外，疏水性化合物的除反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分的至少端部顯示疏水性，是指在反應(yīng)基團(tuán)與羥基進(jìn)行反應(yīng)的狀態(tài)下至少端部顯示疏水性，最好是分子鏈的余下部分顯示疏水性。例如可例舉除反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分在直鏈或者分支的烴基上，或者在烴的分子鏈中或端部上存在氨基的化合物，只要是至少在端部存在烷基、氨基等疏水性基團(tuán)即可。
另外，在本發(fā)明中使用的疏水性化合物不是在分子鏈中具有聚硅氧烷鍵的化合物，因此可與硅酮化合物區(qū)別開。
由于本發(fā)明的用于形成鐵電薄膜的組合物含有這種疏水性化合物，所以通過與溶膠組合物中存在的羥基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而結(jié)合，從而可以減少組合物中存在的羥基，由此可有效地防止在鐵電薄膜中產(chǎn)生條痕。即，在這種本發(fā)明的組合物中，即使將含有羥基的物質(zhì)用作溶劑或添加劑，或者作為金屬化合物使用含有結(jié)晶水的，由于這些羥基與疏水性化合物的反應(yīng)基團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)，因此可有效地防止條痕。換句話說，作為組合物可以積極地使用例如含有結(jié)晶水的化合物、通過水解來具有羥基的醇鹽等化合物。即，在用于形成鐵電薄膜的組合物的調(diào)制中，具有能夠擴(kuò)大溶膠組合物選擇范圍的效果。
另外，在本發(fā)明中，形成鐵電薄膜時，若使用弛豫鐵電材料則會很有效。即，弛豫鐵電材料例如與PZT相比，由于金屬醇鹽等金屬化合物的量較多，所以隨之需要注入大量具有羥基的添加劑，例如，水解抑制劑或穩(wěn)定劑等。例如，由于與PMN-PT、PZN-PT、Nb(金屬醇鹽)的添加相應(yīng)地會使水解抑制劑等添加劑的濃度增加，因此隨之會增加羥基，從而容易產(chǎn)生條痕。即使在這種情況下，在本發(fā)明中，也可以通過注入上述疏水性化合物來有效地防止條痕的產(chǎn)生。
這里，基于下面例舉的實施例1及比較例1，對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
(實施例1)將2-丁氧基乙醇作為主溶劑，向其中混合作為金屬化合物的四乙酰丙酮鋯(Zr(CH3COCHCOCH3)4)、四異丙醇鈦(Ti((CH3)2CHO)4)，并在室溫下攪拌20分鐘時間。接著，加入作為水解抑制劑的二乙醇胺(HN(CH2CH2OH)2)，再加入作為疏水性化合物的氨基硅烷化合物(NH2C2H4NHC3H6Si(OCH3)3)，并加熱到80℃。在加熱的狀態(tài)下攪拌20分鐘時間后，冷卻至室溫，從而將其作為實施例1的用于形成鐵電薄膜的組合物。
(比較例1)將除了不向成分中加入氨基硅烷化合物以外其他都與實施例1相同的物質(zhì)作為比較例1的用于形成鐵電薄膜的組合物。
(實驗例1)使實施例1的用于形成鐵電薄膜的組合物中所含的氨基硅烷化合物的含有率為10wt％，另外使實施例1及比較例1的用于形成鐵電薄膜的組合物中所含的二乙醇胺的含有率為9.6wt％，分別測定在改變聚乙二醇的含有率時在鐵電薄膜(PZT膜)中產(chǎn)生的條痕(放射狀的條紋形狀)的大小、即凹入部分(谷)與凸起部分(山)的膜厚，根據(jù)各膜厚的測定值來求出PZT膜的平均膜厚，調(diào)查PZT膜的膜厚變化率(％)的動向。將其結(jié)果表示在圖1(a)中。這里，圖1(a)是聚乙二醇的含有率與鐵電薄膜的膜厚變化的關(guān)系圖表。
這里，在設(shè)置于襯底表面的金屬層的表面上，以1000～3000rpm旋轉(zhuǎn)涂布用于形成鐵電薄膜的組合物長達(dá)10～30秒，從而形成厚度為1.0μm的PZT膜。然后，例如通過能量分散型X射線(EDX)及熒光X射線等來對實施例1及比較例1的PZT膜進(jìn)行元素分析。其結(jié)果是，從實施例1的PZT膜，相對于約1.00[mol]的PZT，檢測到約1.05[mol]的硅，所述硅被認(rèn)為是實施例1的用于形成鐵電薄膜的組合物中所含的氨基硅烷化合物的硅，但是從比較例1的PZT膜卻沒有檢測到硅。由此可知，對于實施例1的PZT膜與比較例1的PZT膜，可以通過在元素分析中是否檢測到硅來對二者進(jìn)行判斷。
此外，對PZT膜的膜厚變化率動向的進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果如圖1(a)所示，在比較例1中，PZT膜的膜厚變化率在聚乙二醇的含有率達(dá)到約4.7wt％之前急劇增加，然后緩緩增加，并在使聚乙二醇的含有率為12wt％時大約達(dá)到7％。由此可知，如果使聚乙二醇的含有率增加，則容易產(chǎn)生條痕。
與此相對，從實施例1可知，不知是否是由于氨基硅烷化合物的反應(yīng)基團(tuán)與溶膠組合物中存在的羥基、特別是聚乙二醇的羥基起化學(xué)反應(yīng)，從而減少了組合物中存在的羥基的原因，即使使聚乙二醇的含有率到達(dá)約12wt％，也可以將PZT膜的膜厚變化率抑制在約3.5％。即可知，通過實施例1的組合物，與比較例1的組合物相比，能夠?qū)ZT膜的膜厚變化率減小到約一半以下。由此可以確定，如實施例1所示，通過使用含有氨基硅烷化合物的用于形成鐵電薄膜的組合物，即使增加聚乙二醇的添加量，也能夠有效地防止條痕。
(實驗例2)使實施例1的用于形成鐵電薄膜的組合物中所含氨基硅烷化合物的含有率為10wt％，另外使實施例1及比較例1的用于形成鐵電薄膜的組合物中所含聚乙二醇的含有率為4.7wt％，并調(diào)查除了改變二乙醇胺的含有率以外、與實驗例1相同地形成的鐵電薄膜(PZT膜)的膜厚變化的動向。將其結(jié)果表示在圖1(b)中。這里，圖1(b)是表示二乙醇胺的含有率與鐵電薄膜的膜厚變化之間關(guān)系的圖表。
如圖1(b)所示，關(guān)于鐵電薄膜的膜厚變化率，在比較例1中可知，若增加二乙醇胺的含有率，則膜厚變化率也與之成正比地增大，并且若使二乙醇胺的含有率約為19wt％，則PZT膜的膜厚變化率將達(dá)到約10％。
與此相對，在實施例1中，不知是否是氨基硅烷化合物的反應(yīng)基團(tuán)與溶膠組合物中存在的羥基、特別是聚乙二醇的羥基起化學(xué)反應(yīng)，從而減少了組合物中存在的羥基的原因，與比較例1相比，即使使聚乙二醇的含有率約為19wt％，也能夠?qū)ZT膜的膜厚變化率抑制在約4％。即可知，若根據(jù)實施例1的組合物，則與比較例1的組合物相比，能夠與上述實驗例1相同地將PZT膜的膜厚變化率減小到約一半以下。由此可以確定，如實施例1所示，通過使用含有氨基硅烷化合物的用于形成鐵電薄膜的組合物，即使增加聚乙二醇的添加量，也能夠有效地防止條痕。
另外，上述本發(fā)明所涉及的用于形成鐵電薄膜的組合物以及由該用于形成鐵電薄膜的組合物所形成的鐵電薄膜，能夠應(yīng)用于廣泛的設(shè)備開發(fā)中，其用途等不受特別限制，例如，可以應(yīng)用于微致動器、濾波器、延遲線、舌簧選擇器、音叉振蕩器、音叉表、無線電收發(fā)機(jī)、壓電傳感器、壓電耳機(jī)、壓電麥克風(fēng)、SAW濾波器、RF調(diào)制器、諧振器、延遲元件、多帶耦合器(multi-strip coupler)、壓電加速度計、壓電揚聲器等。
下面，參照圖2和圖3(a)、圖3(b)詳細(xì)說明下述的噴墨式記錄頭，其中所述噴墨式記錄頭是將本發(fā)明應(yīng)用于壓電致動器中的液體噴頭的一個例子。圖2是簡要表示作為液體噴頭的一個例子的噴墨式記錄頭的分解立體圖，圖3(a)和圖3(b)分別是圖2的平面圖及截面圖。如圖2及圖3(a)、圖3(b)所示，在本實施例中，流路形成襯底10由面方位(100)的硅單結(jié)晶襯底構(gòu)成，在其一面上形成有彈性膜50，該彈性膜50由事先通過熱氧化而形成的氧化硅(SiO2)構(gòu)成，其厚度為1～2μm。
在所述流路形成襯底10上，通過對硅單結(jié)晶襯底從一面進(jìn)行各向異性蝕刻，在寬度方向上并列設(shè)置了由多個隔板11劃分的壓力發(fā)生室12。此外，在其長度方向的外側(cè)，形成有連通部分13，所述連通部分13與后述的封閉襯底30的儲墨部分32相連通。此外，所述連通部分13分別在各壓力發(fā)生室12的長度方向一端通過墨水供給通路14而連通。
形成有上述壓力發(fā)生室12等的流路形成襯底10的厚度，最好對應(yīng)于壓力發(fā)生室12的設(shè)置密度來選擇最佳的厚度。例如，在每一英寸對應(yīng)180個(180dpi)左右地設(shè)置壓力發(fā)生室12時，流路形成襯底10的厚度為180～280μm合適，優(yōu)選220μm左右。此外，例如在以360dpi左右的較高密度來配置壓力發(fā)生室12時，流路形成襯底10的厚度最好為100μm以下。這是由于這種厚度能夠保持相鄰壓力發(fā)生室12之間的隔板11的剛性，同時還能提高排列密度的緣故。當(dāng)然，也可以以360dpi以上，例如以600dpi高密度地排列壓力發(fā)生室12。
此外，在流路形成襯底10的開口面一側(cè)通過粘接劑或熱熔粘薄膜等固定有噴嘴板20，所述噴嘴板20貫穿設(shè)置有噴嘴口21，所述噴嘴口21與各壓力發(fā)生室12的墨水供給通路14相反側(cè)的端部附近相連通。
另一方面，在與所述流路形成襯底10的開口面相反側(cè)的彈性膜50上，例如形成有厚度為約0.4μm的絕緣膜55，在該絕緣膜55上，通過后述的工藝層疊形成了厚度例如為約0.2μm的下電極膜60、厚度例如為約1μm的鐵電薄膜70、以及厚度例如為約0.05μm的上電極膜80，由此構(gòu)成了壓電元件300。這里，壓電元件300是指包含下電極膜60、鐵電薄膜70、以及上電極膜80的部分。一般來說，將壓電元件300的任一側(cè)電極作為共用電極，并為每個壓力發(fā)生室12通過圖案化來形成另一電極以及鐵電薄膜70。另外，這里將由通過圖案化而形成的任一個電極以及鐵電薄膜70構(gòu)成的、通過向兩個電極施加電壓而產(chǎn)生壓電變形的部分稱為壓電體主動部分。在本實施方式中，雖然將下電極膜60作為壓電元件300的共用電極，將上電極膜80作為壓電元件300的個別電極，但也可以根據(jù)驅(qū)動電路或布線的情況來相反地進(jìn)行設(shè)置。此外，在這里，將壓電元件300和通過所述壓電元件300的驅(qū)動而產(chǎn)生位移的振動板合在一起稱為壓電致動器。另外，在本實施方式中，彈性膜50、絕緣膜55以及下電極膜60起振動板作用。
此外，在流路形成襯底10的壓電元件300一側(cè)，在確保不妨害壓電元件300運動的程度的空間的狀態(tài)下，接合著具有可密封所述空間的壓電元件支承部分31的密封襯底30，壓電元件300被密封在該壓電元件支承部分31內(nèi)。另外，在密封襯底30上，設(shè)置有儲墨部分32，所述儲墨部分32構(gòu)成作為各壓力發(fā)生室12的共用墨水室的儲墨室(reserve)100的至少一部分，所述儲墨部分32如上述那樣與流路形成襯底10的連通部分13相連通，從而構(gòu)成作為各壓力發(fā)生室12的共用墨水室的儲墨室100。此外，在密封襯底30的壓電元件支承部分31與儲墨部分32之間的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置有在厚度方向上貫穿密封襯底30的貫穿孔33。另外，從各壓電元件300引出的引導(dǎo)電極90，其端部附近在貫穿孔33內(nèi)露出。
另外，在這種密封襯底30上，接合有由密封膜41及固定板42構(gòu)成的柔性(compliance)襯底40。此外，固定板42由金屬等硬質(zhì)材料形成。由于所述固定板42的與儲墨室100相對的區(qū)域構(gòu)成在厚度方向上完全被除去的開口部分43，因此儲墨室100的一面只被具有撓性的密封膜41密封著。
在所述實施方式的噴墨式記錄頭中，從沒有圖示的外部墨水供給裝置取入墨水，從儲墨室100直至噴嘴口21使內(nèi)部充滿墨水后，根據(jù)來自沒有圖示的驅(qū)動IC的驅(qū)動信號，向?qū)?yīng)于壓力發(fā)生室12的各個下電極膜60與上電極膜80之間施加驅(qū)動電壓，從而使彈性膜50、絕緣膜55、下電極膜60以及鐵電薄膜發(fā)生撓性變形，由此各壓力發(fā)生室12內(nèi)的壓力升高，從而從噴嘴口21噴出液滴。
圖4(a)～圖4(d)及圖5(a)、圖5(b)是壓力發(fā)生室12在長度方向上的截面圖，下面，參照這些圖4(a)～圖4(d)及圖5(a)、圖5(b)來說明本實施方式的噴墨式記錄頭的制造方法。首先，如圖4(a)所示，將構(gòu)成流路形成襯底10的硅單結(jié)晶襯底的晶片在約1100℃的擴(kuò)散爐中進(jìn)行熱氧化，從而在各個面上形成由氧化硅構(gòu)成的彈性膜50之后，在該彈性膜50上形成由氧化鋯(ZrO2)等構(gòu)成的絕緣膜55。接著，如圖4(b)所示，在絕緣膜55的整個面上形成下電極膜60之后，通過圖案化來形成為預(yù)定形狀。這里，例如下電極60是在絕緣膜55的面上至少層疊鉑與銥而形成的。
接著，如圖4(c)所示，在晶片的整個面上，以預(yù)定的厚度形成鐵電形成膜75，所述鐵電形成膜75是作為構(gòu)成各壓電元件的鐵電薄膜70的。在本實施方式中是通過溶膠-凝膠法來形成結(jié)晶已取向(配向)的鐵電形成膜75的，即，將含有與羥基結(jié)合的、且形成疏水性膠體的特定化合物的用于形成鐵電薄膜的組合物涂布干燥并膠化，進(jìn)而通過在600～800℃的高溫下燒結(jié)而獲得由金屬氧化物構(gòu)成的鐵電形成膜75。另外，溶膠-凝膠法是通過順序進(jìn)行溶膠的涂布、干燥、脫脂及燒結(jié)來進(jìn)行成膜的方法，具有能夠以較低成本且簡便地形成鐵電薄膜的優(yōu)點。另外，當(dāng)一次涂布無法到達(dá)期望的膜厚時，也可以在進(jìn)行多次涂布及干燥之后，進(jìn)行脫脂、燒結(jié)。這里，在進(jìn)行涂布之后，進(jìn)行干燥是為了除去膜中所含的溶劑，進(jìn)行燒結(jié)是為了使金屬化合物水解并轉(zhuǎn)化成復(fù)合氧化物。
具體地說，在晶片的下電極膜60上，使作為鐵電的鋯鈦酸鉛(PZT)膜成膜為規(guī)定的厚度，在本實施方式中為0.2μm左右，從而形成PZT膜(鐵電前驅(qū)體膜)。由于一次成膜所形成的PZT膜的厚度約為0.1μm左右，所以在本實施方式中，通過兩次成膜來形成約0.2μm左右厚度的PZT膜。接著，在擴(kuò)散爐中燒結(jié)所述晶片從而使PZT膜晶化。然后，通過重復(fù)多次形成所述PZT膜的成膜工序和燒結(jié)PZT膜的燒結(jié)工序，在本實施方式中重復(fù)五次，從而形成約1μm厚度的鐵電薄膜70。當(dāng)然，也可以通過在進(jìn)行多次成膜工序后，進(jìn)行一次燒結(jié)工序來形成鐵電形成膜。
這樣，在本實施方式中，由于使用用于形成鐵電薄膜的組合物并通過溶膠-凝膠法在下電極膜60上形成了鐵電形成膜75，因此可以減少成分中所含的羥基，從而可有效地防止條痕。
此外，以往的溶膠組合物由于與流路形成襯底之間的粘著性不好，因此，若涂布后使襯底傾斜或豎起，則所述溶膠組合物會從該襯底流出來，但是在本實施方式中，不知是否是用于形成鐵電薄膜的組合物中所含的疏水性化合物的反應(yīng)基團(tuán)與羥基反應(yīng)，從而提高了溶膠組合物的粘性的原因，具有即使將流路形成襯底豎起，所述組合物也不會從該襯底流出的優(yōu)點。因此，即使不使襯底處于精度非常高的水平面上，也可以連續(xù)進(jìn)行此后的成膜工序，從而具有能夠提高成膜工藝的操作性的效果。
另外，作為構(gòu)成如上述形成的鐵電形成膜75的材料，雖然使用了鋯鈦酸鉛類的材料，但是作為在噴墨式記錄頭中使用的材料，只要是能夠獲得良好的位移特性，并不僅限于鋯鈦酸鉛類材料。即，當(dāng)使壓力發(fā)生室12為高密度，例如600dpi時，優(yōu)選使用上述弛豫鐵電體。所述弛豫鐵電體，由于金屬醇鹽等金屬化合物的量比PZT多，因而含有羥基的添加劑的量也增多，但在本發(fā)明中，通過加入上述疏水性化合物，可以有效地防止條痕。
另外，在本實施方式中，作為成膜方法舉例說明了溶膠-凝膠法，但顯然并不僅限于此，只要是MOD(有機(jī)金屬裂解法)等伴隨旋轉(zhuǎn)涂布的鐵電薄膜形成方法，就可以有效地防止條痕的產(chǎn)生，從而可以較容易地形成由用于形成鐵電薄膜的組合物構(gòu)成的平坦的鐵電薄膜。
然后，在如上述形成鐵電薄膜70之后，例如通過層疊形成由銥(Ir)構(gòu)成的上電極形成膜85，并在與各壓力發(fā)生室12相對的區(qū)域內(nèi)通過圖案化來形成鐵電形成膜75及上電極形成膜85，由此，如圖4(d)所示，形成由下電極膜60、鐵電膜70及上電極膜80構(gòu)成的壓電元件300。然后，在流路形成襯底10的整個面上形成由金(Au)構(gòu)成的引導(dǎo)電極形成膜95后，例如在每一個壓電元件300上經(jīng)以抗蝕劑等構(gòu)成的掩膜圖案(沒有圖示)通過圖案化而形成引導(dǎo)電極形成膜95，從而形成引導(dǎo)電極90。
以上是膜形成工藝。在通過上述來進(jìn)行膜的形成之后，利用上述堿性溶液進(jìn)行晶片的各向異性蝕刻，從而形成壓力發(fā)生室12、連通部分13及墨水供給通路14。具體地說，首先，如圖5(a)所示，在晶片的壓電元件300側(cè)，接合事先已形成有壓電元件支承部分31、儲墨部分32等的密封襯底30。接著，如圖5(b)所示，將在與晶片的密封襯底30的接合面相反的面上形成的氧化硅膜圖案化為規(guī)定形狀而作為掩膜51，經(jīng)所述掩膜51利用上述堿性溶液進(jìn)行各向異性蝕刻，由此在晶片上形成壓力發(fā)生室12、連通部分13及墨水供給通路14等。另外，在密封了密封襯底30的表面的狀態(tài)下進(jìn)行如上述的各向異性蝕刻。
之后，在晶片的與密封襯底30相反的面上接合貫穿設(shè)置了噴嘴口21的噴嘴板20，同時在密封襯底30上接合柔性襯底40并分割成各小片(chip)尺寸，從而作為如圖2所示的本實施方式的噴墨式記錄頭。
另外，在本實施方式中，作為一種液體噴頭舉例說明了噴出墨水的噴墨式記錄頭，但并不僅限于此，例如可以例舉出在打印機(jī)等圖像記錄裝置中使用的記錄頭，在液晶顯示器等彩色濾波器的制造中使用的色料噴頭，在有機(jī)EL顯示器、FED(場發(fā)射顯示器)等的電極形成中使用的電極材料噴頭，在生物芯片(biochip)制造中使用的生物有機(jī)物噴頭等。
權(quán)利要求
1.一種用于形成鐵電薄膜的組合物，含有作為形成鐵電薄膜的材料的金屬化合物，其特征在于，包含疏水性化合物，所述疏水性化合物具有與羥基反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)，同時除所述反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分的至少端部側(cè)具有疏水性。
2.如權(quán)利要求1所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，所述反應(yīng)基團(tuán)是羧基、鹵代硅烷基、羥基硅烷基、以及烷氧基硅烷基中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為抑制所述金屬化合物水解的水解抑制劑，含有二乙醇胺。
4.如權(quán)利要求1所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為使所述金屬化合物穩(wěn)定的穩(wěn)定劑，含有聚乙二醇。
5.如權(quán)利要求1所述的用于形成鐵電薄膜的組合物，其特征在于，作為溶解所述金屬化合物的溶劑，含有2-丁氧基乙醇。
6.一種鐵電薄膜的制造方法，其特征在于，在將權(quán)利要求1至5中任一項所述的用于形成鐵電薄膜的組合物涂布在對象物上后，通過進(jìn)行干燥并燒結(jié)來形成所述鐵電薄膜。
7.一種鐵電薄膜，其特征在于，所述鐵電薄膜是通過權(quán)利要求6所述的制造方法而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供了能夠有效地防止條痕的產(chǎn)生，并且能夠擴(kuò)大溶膠組合物選擇范圍的用于形成鐵電薄膜的組合物、鐵電薄膜以及鐵電薄膜的制造方法。通過使含有作為鐵電薄膜形成材料的金屬化合物的用于形成鐵電薄膜的組合物包含下述的疏水性化合物，可以有效地抑制條痕的產(chǎn)生，并能夠擴(kuò)大溶膠組合物的選擇范圍，其中所述疏水性化合物具有與羥基反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)，同時除所述反應(yīng)基團(tuán)之外的余下部分的至少端部側(cè)具有疏水性。
文檔編號H01B3/10GK1609044SQ20041006254
公開日2005年4月27日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者角浩二 申請人:精工愛普生株式會社