專利名稱：形成鐵電體膜的方法、鐵電體膜、鐵電體器件和液體排出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體膜含有PZT 類鈣鈦礦型氧化物。本發(fā)明還涉及通過所述用于形成鐵電體膜的方法獲得 的鐵電體膜。本發(fā)明還涉及包含該鐵電體膜的鐵電體器件，以及使用該鐵 電體器件的液體排出裝置。
背景技術(shù)：
迄今為止，壓電器件已經(jīng)用于諸如安裝在噴墨式記錄頭上的致動器的 用途，所述壓電器件配置有壓電體和用于跨過壓電體施加電場的電極，所 述壓電體具有壓電特性，使得壓電體根據(jù)跨過壓電體施加電場的增強和降
低而膨脹和收縮。作為壓電體材料，迄今為止已經(jīng)廣泛采用鈣鈦礦型氧化
物，如鋯鈦酸鉛(PZT)。上述材料是在不施加電場時表現(xiàn)出自發(fā)極化的鐵 電體物質(zhì)。
從二十世紀60年代已經(jīng)知道摻雜有價數(shù)高于被置換離子的價數(shù)的給 體離子的PZT表現(xiàn)出比真正PZT的特性高的特性，如鐵電性。作為能夠 在A位置換Pl^+離子的給體離子，已知的是B產(chǎn)離子和各種鑭系元素陽離 子，如LZ離子。作為能夠在B位置換Zr"離子和/或Ti"離子的給體離子，
已知的是vS+離子，NbS+離子，TaS+離子，SbS+離子，Mo"離子，#+離子等。
迄今為止，鐵電體物質(zhì)是使用例如下列技術(shù)制備的其中將含有所需 組成的組成元素的多種氧化物粒子混合在一起，并且其中將這樣獲得的混 合粒子進行成型處理和焙燒處理的技術(shù)；或者其中將含有所需組成的組成
元素的多種氧化物粒子分散在有機粘結(jié)劑中，并且其中將這樣獲得的分散 體涂布在基板上并且焙燒的技術(shù)。使用上述用于制備鐵電體物質(zhì)的技術(shù)，
通過在至少600。C的溫度，通常在至少1,000°C的溫度下焙燒處理，制備 了鐵電體物質(zhì)。使用上述用于制備鐵電體物質(zhì)的技術(shù)，因為在高溫熱平衡
4狀態(tài)下進行生產(chǎn)加工，因此具有不匹配的價數(shù)的摻雜劑不能以高濃度摻 雜。
在例如S. Takahashi, Ferroelectrics (1981)，第41巻，143頁中描述了 關(guān)于各種給體離子對PZT塊體陶瓷材料摻雜的研究。圖15是說明上述文 獻的圖14的圖。具體地，圖15是顯示給體離子摻雜濃度和介電常數(shù)之間 的關(guān)系的圖。在圖15中，說明了在約1.0摩爾％(在圖15的情況下對應約 0.5重量％)的給體離子摻雜濃度，特性變得最佳，而在給體離子摻雜濃度 高于約1.0摩爾％的情況下，特性變差。據(jù)推測，在給體離子摻雜濃度高 于約1.0摩爾％的情況下，由于價數(shù)不匹配而不能形成固溶體的一部分給 體離子在粒子邊界經(jīng)歷偏析等，因此導致特性變差。
近來，在例如日本未審查專利出版物2006-96647， 2001-206769， 2001-253774和2006-188414中公開了其中給體離子在A位以比在S. Takahashi, Ferroelectrics (1981)，第41巻，143頁的文獻中的摻雜濃度更 高的摻雜濃度摻雜的鐵電體物質(zhì)。
在日本未審查專利出版物2006-96647 (其權(quán)利要求l)中公開了一種 PZT類鐵電體膜，其中Bi在A位以落入大于0摩爾°/。至小于100摩爾％ 的范圍內(nèi)的摻雜濃度摻雜，并且其中Nb或Ta在B位以落入5摩爾％至 40摩爾％的范圍內(nèi)的摻雜濃度摻雜。所公開的鐵電體膜是使用溶膠-凝膠 技術(shù)形成的。溶膠-凝膠技術(shù)是熱平衡處理。在日本未審查專利出版物 2006-96647中公開的鐵電體膜的情況下，為了可以促進燒結(jié)，并且為了可 以獲得熱平衡狀態(tài)，摻雜作為燒結(jié)助劑的Si是必要的。(可以參考例如， 日本未審查專利出版物2006-96647的
段)。
在日本未審査專利出版物2006-96647中，描述了在A位的Bi摻雜的 情況下，能夠抑制氧不足，并且能夠抑制電流泄漏。(可以參考例如，曰本 未審査專利出版物2006-96647的段
)。而且，在日本未審查專利出版 物2006-96647中描述了 ，因為Bi的摻雜濃度和Nb或Ta的摻雜濃度被設(shè) 定得高，因此極化-電場滯后的矩形性(rectangularity)能夠得到提高，并且 極化-電場滯后能夠變得適當。(可以參考例如，日本未審查專利出版物 2006-96647的
段)。
在日本未審査專利出版物2001-206769中公幵了 一種PZT類塊狀燒結(jié)體，所述PZT類塊狀燒結(jié)體含有0.01重量％至10重量％的Bi203以及0.01 重量％至10重量。/。的GeO2。而且，在日本未審査專利出版物2001-253774 中公開了一種PZT類塊狀燒結(jié)體，所述PZT類塊狀燒結(jié)體含有0.01重量 %至10重量％的Bi203以及0.01重量％至10重量％的V2Os。在日本未審 査專利出版物2001-206769和2001-253774中，描述了通過摻雜作為燒結(jié) 助劑的Ge或V，燒結(jié)處理能夠在較低的溫度進行。
此外，在日本未審查專利出版物2006-188414中公開了一種PZT類塊 狀燒結(jié)體，其中為了價數(shù)匹配，共摻雜了作為具有高價數(shù)的給體離子的 Bi以及作為具有低價數(shù)的受體離子的Sc或In。
在日本未審查專利出版物2006-96647， 2001-206769禾卩2001-253774 中公開的鐵電體物質(zhì)的情況下，為了可以促進燒結(jié)，并且為了可以獲得熱 平衡狀態(tài)，摻雜作為燒結(jié)助劑的Si， Ge或V是必要的。然而，在摻雜上 述燒結(jié)助劑的情況下，鐵電特性變差。因此，使用在日本未審査專利出版 物2006-96647， 2001-206769和2001-253774中公開的技術(shù)，未必能夠充 分得到在A位的給體離子摻雜的效果。
而且，在日本未審查專利出版物2001-253774中使用的V作為在B位 的給體離子。V的離子半徑小于Nb和Ta中的每一個的離子半徑，并且據(jù) 認為作為給體離子的V的作用小于Nb和Ta中的每一個的作用。此外， 優(yōu)選不使用具有高毒性的V205。
在日本未審查專利出版物2006-188414中描述的鐵電體物質(zhì)的情況
下，為了價數(shù)匹配，共摻雜了具有高價數(shù)的給體離子以及具有低價數(shù)的受 體離子。然而，已知的是具有低價數(shù)的受體離子起著降低鐵電特性的作用。 使用其中共摻雜受體離子的體系，未必能夠充分得到給體離子摻雜的效 果。
而且，隨著近年來在電子設(shè)備中所進行的尺寸降低和重量降低，以及 在電子設(shè)備中所進行的功能的提高，出現(xiàn)了朝著降低壓電器件的尺寸和重 量以及提高壓電器件的功能的趨勢。例如，在用于噴墨式記錄頭的壓電器 件的情況下，為了可以獲得具有良好質(zhì)量的圖像，近來已經(jīng)研究提高壓電 器件的排列密度。此外，為了可以提高壓電器件的排列密度，近來已經(jīng)研 究降低壓電器件的厚度。鐵電體物質(zhì)應當優(yōu)選采取薄膜的形式。
6在日本未審查專利出版物2001-206769， 2001-253774和2006-188414
中，將塊狀燒結(jié)體作為目標。在日本未審查專利出版物2006-96647中，描 述了使用溶膠-凝膠技術(shù)形成鐵電體膜。使用溶膠-凝膠技術(shù)，在設(shè)定大的 膜厚度的情況下，容易出現(xiàn)裂紋。因此，使用溶膠-凝膠技術(shù)，未必可以形 成厚度大于lpm的薄膜。在用于鐵電體存儲器等的用途中，鐵電體膜可以 是厚度為至多l(xiāng)pm的薄膜。然而，在用于壓電器件的用途中，使用厚度為 至多l(xiāng)pm的鐵電體膜，不能獲得足夠的位移。因此，在用于壓電器件的用 途中，鐵電體膜的膜厚度應當優(yōu)選為至少3pm?？梢允褂闷渲兄貜捅∧さ?層壓的技術(shù)設(shè)定大的膜厚度。然而，用于重復薄膜的層壓的技術(shù)不實用。 而且，使用溶膠-凝膠技術(shù)，容易發(fā)生Pb的不足。在發(fā)生Pb不足的情況 下，存在鐵電性變差的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種用于形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體 膜含有PZT類鈣鈦礦型氧化物，其中無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，并且 其中給體離子能夠在A位以至少5摩爾％的摻雜濃度摻雜。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，所 述鈣鈦礦型氧化物是PZT類鈣鈦礦型氧化物，在A位摻雜有摻雜濃度為 至少5摩爾％的給體離子，并且具有良好的鐵電性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，所 述鈣鈦礦型氧化物是PZT類鈣鈦礦型氧化物，沒有A位不足，在A位摻
雜有摻雜濃度為至少5摩爾％的給體離子，并且具有良好的鐵電性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，所
述鈣鈦礦型氧化物是PZT類鈣鈦礦型氧化物，在A位摻雜有摻雜濃度為
至少5摩爾％的給體離子，并且具有良好的鐵電性，所述鐵電體膜能夠具
有至少3.0jim的膜厚度。
本發(fā)明的另一個目的是提供包含該鐵電體膜的鐵電體器件。 本發(fā)明的又一個目的是提供使用該鐵電體器件的液體排出裝置。 本發(fā)明提供第一種用于在基板上形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體膜
含有由下面顯示的式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，其中設(shè)置靶和基板，使得所述靶和所述基板可以保持相互面對，其中 所述的靶具有根據(jù)要形成的鐵電體膜的膜組成的組成，并且
所述鐵電體膜在滿足下面顯示的式(1)和(2)的成膜條件下通過濺射技 術(shù)形成
(Pb卜x+sMx)(ZryTi.y)Oz (P) 其中M表示選自Bi和鑭系元素(即，元素序數(shù)57至71的元素(La至Lu)) 中的至少一種元素，
x表示滿足0.05 0.4的條件的數(shù)值，并且 y表示滿足0 < y S 0.7的條件的數(shù)值，
標準組成是使得S=0和z=3的組成，條件是在使得能夠獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 范圍內(nèi)，5值和z值分別可以偏離0和3的標準值， 400STs(oC)S500 (1) 30SD(mm)"0 (2)， 其中Ts (。C)表示成膜溫度，并且D(mm)表示基板和靶之間的間隔距離。
本發(fā)明還提供第二種用于在基板上形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體 膜含有由下面顯示的式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，
其中設(shè)置靶和基板，使得所述靶和所述基板可以保持相互面對，其中 所述的靶具有根據(jù)要形成的鐵電體膜的膜組成的組成，并且
所述鐵電體膜在滿足下面顯示的式(3)和(4)的成膜條件下通過濺射技
術(shù)形成
(Pb一Mx)(ZryTVy)Oz (P) 其中M表示選自Bi和鑭系元素中的至少一種元素， x表示滿足0.05《x《0.4的條件的數(shù)值，并且 y表示滿足0 < y S 0.7的條件的數(shù)值，
標準組成是使得5=0和z=3的組成，條件是在使得能夠獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 范圍內(nèi)，S值和z值分別可以偏離0和3的標準值，
500 S Ts (。C) < 600 (3)
30SD(mm)S 100 (4)， 其中Ts(。C)表示成膜溫度，并且D(mm)表示基板和靶之間的間隔距離。 如這里所用的術(shù)語"成膜溫度T《C)"指在其上形成膜的基板的中心溫
8度。
而且，如這里所用的術(shù)語"基板和靶之間的間隔距離"指沿著將保持面 對靶的基板表面的中心點和靶相互連接，使得線可以垂直于耙的線測出的 距離。在多個靶同時用于成膜的情況下，如這里所用的術(shù)語"基板和耙之 間的間隔距離"指基板和多個靶之間的間隔距離的平均值。
根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成鐵電體膜的方法的每一種應 當優(yōu)選被改變，使得式(P)中的M表示Bi。在這樣的情況下，根據(jù)本發(fā)明 的第一種和第二種用于形成鐵電體膜的方法的每一種應當更優(yōu)選被改變，
使得x表示滿足0.05 S x S 0.25的條件的數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成鐵電體膜的方法的每一種能
夠提供含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，該鈣鈦礦型氧化物具有其中s表
示滿足0 < 5 S 0.2的條件的數(shù)值，并且富含A位元素的組成。
根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成鐵電體膜的方法的每一種能 夠提供含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，該鈣鈦礦型氧化物基本上沒有 Si， Ge和V。如這里所用的術(shù)語"基本上沒有Si， Ge和V"指每一種元素 的濃度是在Si的情況下小于0.1重量％，并且在Ge和V的每一種的情況 下小于0.01%，所述濃度是采用X-射線熒光分析從鈣鈦礦型氧化物的表面 (例如，在鈣鈦礦型氧化物膜的情況下，該膜的表面)上檢測的。
本發(fā)明還提供通過根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成鐵電體膜 的方法的每一種獲得的鐵電體膜。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜能夠以下列鐵電體膜的形式提供，該鐵電體膜 具有使得(Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)xl00 (%)的值至多等于25%這樣的特性，其 中Ecl表示雙極性極化-電場曲線中的正電場側(cè)上的矯頑磁場，并且Ec2 表示雙極性極化-電場曲線中的負電場側(cè)上的矯頑磁場。
而且，根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜能夠以具有包含多個柱狀晶體的膜結(jié)構(gòu) 的鐵電體膜的形式提供。
此外，根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜能夠以膜厚度為至少3.0,的鐵電體膜
的形式提供。
本發(fā)明還提供一種鐵電體器件，其包括 i)根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜；和ii)用于跨過所述鐵電體膜施加電場的電極。本發(fā)明還提供一種液體排出裝置，其包括
i) 由根據(jù)本發(fā)明的鐵電體器件組成的壓電器件；禾Q
ii) 液體儲存和排出構(gòu)件，其配置有
a)其中儲存液體的液體儲存室，和^b)液體排出口，通過所述液體排出口，將所述液體從所述液體儲存
室排出到所述液體儲存室的外面。
使用根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成含有PZT類f丐鈦礦型氧化物的鐵電體膜的方法的每一種，無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，并且給體離子能夠在A位以落入5摩爾％至40摩爾％的范圍內(nèi)的摻雜濃度慘雜。使用根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜的方法的每一種，可以獲得含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，該鈣鈦礦型氧化物在A位以落入5摩爾％至40摩爾％的范圍內(nèi)的高摻雜濃度摻雜有給體離子，并且具有良好的鐵電性(良好的壓電性)。使用根據(jù)本發(fā)明的第一種和第二種用于形成含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜的方法的每一種，其中無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，并且其中給體離子能夠在A位以上述高摻雜濃度摻雜，能夠抑制由燒結(jié)助劑或受體離子所致的鐵電性的降低，能夠充分得到通過用給體離子摻雜所致的鐵電性的提高。
在下文中將參考附圖進一步詳細描述本發(fā)明。


圖1A是顯示濺射裝置的示意性截面圖，圖1B是顯示如何形成膜的說明圖，
圖2是顯示在基板-耙間隔距離和成膜速率之間的關(guān)系的圖，所述關(guān)系是在實施例l中獲得的，
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的壓電器件(作為鐵電體器件)的實施方案和配置有該壓電器件的實施方案的噴墨式記錄頭(作為液體排出裝置)的截面圖，
圖4是顯示其中使用圖3的噴墨式記錄頭的噴墨式記錄系統(tǒng)的一個實例的示意圖，
10圖6是顯示在Bi摻雜濃度和殘余極化強度Pr，最大極化強度P s大，
和介電常數(shù)s中的每一個之間的關(guān)系的圖，所述關(guān)系是對在實施例1中形
成的Bi-PZT膜的每一個所獲得的，，
圖7A是顯示在實施例1中形成的各種PZT類膜的極化-電場滯后曲線
(PE滯后曲線)的圖，—
圖7B是顯示在實施例1中形成的各種PZT類膜的極化-電場滯后曲線
(PE滯后曲線)的圖，
圖8是顯示在給體離子的種類，給體離子摻雜濃度和
(Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)x 100(%)的值之間的關(guān)系的圖，所述關(guān)系是對在實施例
1中形成的各種PZT類膜所獲得的，
圖9是顯示在實施例2中獲得的主要鐵電體膜的XRD圖的圖，
圖10是顯示在實施例2中獲得的主要鐵電體膜的XRD圖的圖，
圖11是顯示在實施例2中獲得的主要鐵電體膜的XRD圖的圖，
圖12是顯示在實施例2中獲得的主要鐵電體膜的XRD圖的圖，
圖13是顯示在實施例3中獲得的主要鐵電體膜的XRD圖的圖，
圖14是顯示對實施例2和3中的所有樣品進行的XRD測量的結(jié)果的
圖，其中成膜溫度Ts被繪制在水平軸上，并且其中基板-靶間隔距離D被
繪制在垂直軸上，以及
圖15是說明S. Takahashi， Ferroelectrics (1981)，第41巻，143頁的
文獻的圖14的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在通過作為非熱平衡處理的濺射技術(shù)進行成膜的情況下，無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，并且給體離子能夠在鋯鈦酸鉛(PZT)的A位以至少5摩爾。/。的摻雜濃度摻雜。具體地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)給體離子能夠在PZT的A位以落入5摩爾％至40摩爾％的范圍內(nèi)的摻雜濃度摻雜。
更具體地，在根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜中含有的鈣鈦礦型氧化物由下面顯示的式(P)表示
(PbLx+sMx)(ZryTi,.y)Oz (P)其中M表示選自Bi和鑭系元素中的至少一種元素，x表示滿足0.05 0.4的條件的數(shù)值，并且y表示滿足0 < y ^ 0.7的條件的數(shù)值，
標準組成是使得5=0和z=3的組成—，條件是在使得能夠獲得所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，5值和z值分別可以偏離0和3的標準值。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜的特征在于含有上述根據(jù)本發(fā)明的鈣鈦礦型氧化物。
本發(fā)明能夠提供含有上述根據(jù)本發(fā)明的鈣鈦礦型氧化物作為主要組分的鐵電體膜。如這里所用的術(shù)語"主要組分"指該組分的比例至少等于80質(zhì)量％。
在日本未審查專利出版物2006-96647， 2001-206769和2001-253774中描述的鐵電體物質(zhì)的情況下，慘雜作為燒結(jié)助劑的Si， Ge或V是必要的。根據(jù)本發(fā)明，可以提供含有基本上沒有Si， Ge和V的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜。作為燒結(jié)助劑，還己知的是Sn。根據(jù)本發(fā)明，還可以提供含有基本上沒有Sn的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜。
使用日本未審查專利出版物2006-188414中公開的技術(shù)，為了可以以高濃度摻雜給體離子，共摻雜作為受體離子的Sc離子或In離子。根據(jù)本發(fā)明，可以提供含有基本上沒有上述受體離子的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜。
己知的是燒結(jié)助劑或受體離子的摻雜導致鐵電性變低。使用根據(jù)本發(fā)明的含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，其中無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，能夠抑制由燒結(jié)助劑或受體離子所致的鐵電性的降低，并且能夠充分得到通過用給體離子摻雜所致的鐵電性的提高。如上所述，使用根據(jù)本發(fā)明的含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子。然而，可以在使得不可能顯著發(fā)生對特性的負面影響這樣的范圍內(nèi)摻雜燒結(jié)助劑或受體離子。
在根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜中含有的在A位摻雜有摻雜濃度落入5摩爾%至40摩爾％的范圍內(nèi)的給體離子的鈣鈦礦型氧化物相對于真正PZT或
12在PZT的B位摻雜有給體離子的PZT是有利的，原因是可以保持低的Pb
濃度，并且可以保持輕的環(huán)境負荷。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其中在PZT的B位摻雜作為給體離子的Nb， Ta或W的PZT膜表現(xiàn)出不對稱滯后，其中雙極性極化-電場曲線(PE曲線)偏向正電場側(cè)，而根據(jù)本發(fā)明的含有其中給體離子在A位摻雜的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜表現(xiàn)出，PE曲線的不對稱滯后減小為接近對稱滯后的滯后。PE滯后的不對稱性可以由其中正電場側(cè)上的矯頑磁場Eel和負電場側(cè)上的矯頑磁場Ec2的絕對值彼此不同的狀態(tài)(g卩，Ecl^Ec2l)來定義。
通常，鐵電體膜以鐵電體器件的形式使用，在所述鐵電體器件中，將下電極，鐵電體膜和上電極以這種順序相互重疊。下電極和上電極的任一個作為接地電極，在接地電極處施加電極被固定在0V，并且另一個電極作為地址電極，在地址電極處改變施加的電壓。通常，為了易于致動，下電極作為接地電極，而上電極作為地址電極。如這里所用的術(shù)語"其中將負電場施加到鐵電體膜上的狀態(tài)"指將負電壓施加到地址電極上。而且，如這里所用的術(shù)語"其中將正電場施加到鐵電體膜上的狀態(tài)"指將正電壓施加到地址電極上。
對于具有偏向正電場側(cè)的PE不對稱滯后的鐵電體膜，極化不易于在施加正電場的情況下發(fā)生，而易于在施加負電場的情況下發(fā)生。在這樣的情況下，壓電特性不易于在施加正電場的情況下發(fā)生，而易于在施加負電
場的情況下發(fā)生。為了施加負電場，必需設(shè)定用于上電極的致動驅(qū)動器ic
的負電壓。然而，負電壓的IC使用不廣泛，需要高IC的研發(fā)成本。在將下電極進行圖案化處理并且作為地址電極，并且將上電極作為接地電極的情況下，能夠使用廣泛地使用的正電極用致動驅(qū)動器IC。然而，在這樣的情況下，不能保持簡單的生產(chǎn)工藝。
在根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜的情況下，PE曲線變得接近對稱滯后。因此，出于容易致動的觀點，根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜是有利的。
PE曲線的不對稱滯后的水平能夠采用(Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)x100 (%)的值來評價，其中Ecl表示PE曲線中的正電場側(cè)上的矯頑磁場，并且Ec2表示PE曲線中的負電場側(cè)上的矯頑磁場。大的(Ecl+Ec2)/(Ecl-E。)x100(%)值表示PE滯后的不對稱性高。本發(fā)明能夠提供具有使得(Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)xl00 (%)值至多等于25%這樣的特性的鐵電體膜。(可 以參考稍后描述的實施例1，以及圖8)。
在根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜中含有的鈣鈦礦型氧化物應當優(yōu)選被改變， 使得式(P)中的M表示Bi。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在(P)中的M表示Bi的情 況下，可以獲得具有接近對稱滯后的PE曲線，同時具有良好的鐵電性的 鐵電體膜。如上面在"背景技術(shù)"中所述，在日本未審查專利出版物 2006-96647中，描述了在共摻雜Bi，以及Nb和Ta中的任一種的情況下， 能夠提高PE滯后的矩形性，并且PE滯后能夠變得適當。然而，本發(fā)明人 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的其中僅摻雜A位給體離子的體系具有比日本未審 查專利出版物2006-96647中描述的體系更好的PE滯后對稱性，在后一種 體系中，共摻雜了作為A位給體離子的Bi以及作為B位給體離子的Nb 和Ta中的任一種。(可以參考稍后描述的實施例1，以及圖7A和7B)。
在使得不可能顯著發(fā)生對特性的負面影響這樣的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明 的鐵電體膜中含有的鈣鈦礦型氧化物可以含有非均相。然而，本發(fā)明人己 經(jīng)用X射線衍射(XRD)測量證實，在式(P)中的M表示Bi的情況下，具有 單相結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型氧化物能夠至少在式(P)中的x為0.05 S x S 0.30的范 圍內(nèi)獲得。
而且，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在式(P)中的M表示Bi，并且式(P)中的x 表示落入0.05 S x S 0.25的范圍內(nèi)的數(shù)值的情況下，能夠獲得鈣鈦礦型氧 化物，該鈣鈦礦型氧化物表現(xiàn)出特別高的介電常數(shù)s，特別高的最大極化 強度P最大等，并且具有良好的鐵電性。(可以參考稍后描述的實施例1，以 及圖6)。因此，出于鐵電性的觀點，在式(P)中的M表示Bi的情況下， 式(P)中的x應當優(yōu)選表示落入0.05^x^0.25的范圍內(nèi)的數(shù)值。出于通過 降低Pb濃度而降低環(huán)境負荷的觀點，式(P)中的x應當優(yōu)選表示落入 x S 0.40的范圍內(nèi)的數(shù)值，使得Bi摻雜濃度可以高于上述范圍。
此外，式(P)中的y值，該值與Ti和Zr的組成相關(guān)，應當優(yōu)選落入0 < y《0.7的范圍內(nèi)。為了獲得更進一步提高的鐵電性，式(P)中的y值應當優(yōu) 選被設(shè)定，使得可以獲得在表示正方晶相和菱形晶相之間的相變點的變晶 相界(MPB)的組合附近的組成。具體地，式(P)中的y值應當優(yōu)選落入0.45 < y S 0.7的范圍內(nèi)，并且應當更優(yōu)選落入0.47 < y < 0.57的范圍內(nèi)。
14使用在日本未審査專利出版物2006-96647中描述的溶膠-凝膠技術(shù)， 易于發(fā)生Pb不足。在發(fā)生Pb不足的情況下，存在鐵電性變差的趨勢。 然而，根據(jù)本發(fā)明，可以提供含有這樣的f丐鈦礦型氧化物的鐵電體膜，該 鈣鈦礦型氧化物具有其中式(P)中的S值落入S 2 0的范圍內(nèi)，并且沒有A 位元素的不足的組成。根據(jù)本發(fā)明，還可以提供含有這樣的鈣鈦礦型氧化 物的鐵遏體膜，該鈣鈦礦型氧化物具有其中式(P)中的5值落入S > 0的范 圍內(nèi)，并且富含A位元素的組成。具體地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā) 明，可以提供含有這樣的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，該鈣鈦礦型氧化物 具有其中式(P)中的S值落入0 < 3 S 0.2的范圍內(nèi)，并且富含A位元素的組 成。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供含有這樣的鈣鈦礦型氧化物的鐵電 體膜，該鈣鈦礦型氧化物具有其中式(P)中的S值落入S2 0的范圍內(nèi)，并 且沒有A位元素的不足的組成。然而，在根據(jù)本發(fā)明的含有f丐鈦礦型氧化 物的鐵電體膜中，在使得不可能顯著發(fā)生對特性的負面影響這樣的范圍 內(nèi)，可以存在A位不足。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有包含多個柱狀晶體的膜結(jié)構(gòu)的鐵電體膜。 使用在日本未審查專利出版物2006-96647中描述的溶膠-凝膠技術(shù)，不能
獲得含有多個柱狀晶體的膜結(jié)構(gòu)。使用含有各自在相對于基板表面不平行 的方向上延伸的多個柱狀晶體的膜結(jié)構(gòu)，可以獲得其中晶體取向是均勻的 取向膜。使用含有各自在相對于基板表面不平行的方向上延伸的多個柱狀 晶體的膜結(jié)構(gòu)，可以獲得高的壓電性。 壓電應變的實例包括下列
(1) 鐵電體物質(zhì)的普通的電場誘導壓電應變，所述應變是在自發(fā)極化 軸的矢量分量和電場施加方向彼此重合的情況下，由施加的電場增強和降 低以致經(jīng)歷在電場施加方向上的膨脹和收縮所導致的，
(2) 由于施加的電場的增強和降低，在極化軸可逆地旋轉(zhuǎn)不同于180°
的角度時而導致發(fā)生的壓電應變，
(3) 在所施加的電場的增強和降低致使晶體經(jīng)歷相變，并且利用由于 晶體的相變而發(fā)生的體積變化的情況下導致發(fā)生的壓電應變，以及
(4) 因利用設(shè)計疇域效應而導致發(fā)生的壓電應變，其中在利用具有通 過施加電場導致該材料經(jīng)歷相變這樣的特性的材料的情況下，以及在設(shè)定晶體取向結(jié)構(gòu)以包含在與自發(fā)極化軸的方向不同的方向上具有晶體取向 特性的鐵電體相的情況下(在利用設(shè)計疇域效應的情況下，致動可以在能夠 發(fā)生相變的條件下，或者在使得相變可以不發(fā)生這樣的條件下進行)，能夠 獲得大的應變。
在單獨利用上述壓電應變(l)， (2)， (3)和(勺的每一種或者組合利用上 述壓電應變(l)， (2)， P)和(4)的兩種以上的情況下，能夠獲得所需的壓電 應變水平。而且，對于上述壓電應變(l)， (2)， (3)和(4)的每一種，在利用
根據(jù)對應壓電應變的應變發(fā)生原理的晶體取向結(jié)構(gòu)的情況下，能夠獲得提 高的壓電應變水平。因此，為了獲得高的壓電性，鐵電體膜應當優(yōu)選具有
晶體取向特性。例如，在具有MPB組成的PZT類鐵電體膜的情況下，能 夠獲得具有(100)取向的柱狀晶體膜。
對于柱狀晶體的生長方向，相對于基板表面不平行是足夠的。例如， 柱狀晶體的生長方向可以近似垂直于基板表面。作為選擇，柱狀晶體的生 長方相對于基板表面可以是傾斜的。
組成鐵電體膜的多個柱狀晶體的平均柱直徑不受限制，并且應當優(yōu) 選落入30nm至lpm的范圍內(nèi)。如果柱狀晶體的平均柱直徑顯著小，則存 在的風險是不出現(xiàn)鐵電體物質(zhì)的充分的晶體生長，以及不能獲得所需的鐵 電性(壓電性)。如果柱狀晶體的平均柱直徑顯著大，存在的風險是在進行 圖案化處理之后的形狀精度將變低。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供鐵電體膜，該鐵電體膜含有由式(P)表示的鈣鈦 礦型氧化物，并且具有至少3.0pm的膜厚度。
如上所述，本發(fā)明提供含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，所述鈣鈦礦 型氧化物是PZT類鈣鈦礦型氧化物，并且在A位摻雜有摻雜濃度落入5 摩爾％至40摩爾％的范圍內(nèi)的給體離子，所述含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電 體膜能夠使用其中無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子的方法制備。根據(jù)本發(fā)明 的含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜具有良好的鐵電性(良好的壓電性)，該 鈣鈦礦型氧化物在A位摻雜有摻雜濃度落入5摩爾％至40摩爾％的范圍 內(nèi)的給體離子。使用根據(jù)本發(fā)明的含有鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜，其中 無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子，并且其中給體離子能夠在A位以上述高摻 雜濃度摻雜，能夠抑制由燒結(jié)助劑或受體離子所致的鐵電性的降低，能夠
16充分得到通過用給體離子摻雜所致的鐵電性的提高。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜能夠通過作為非熱平衡處理的濺射技術(shù)形成， 該鐵電體膜含有由式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，所述鈣鈦礦型氧化物在A
位摻雜有摻雜濃度落入5摩爾。/。至4(T摩爾y。的范圍內(nèi)的給體離子M。適于
根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜的成膜技術(shù)的實例包括濺射技術(shù)，等離子體增強化
學氣相沉積技術(shù)(等離子體增強CVD技術(shù))，焙燒淬火技術(shù)，退火淬火技術(shù)，
和火焰噴射淬火技術(shù)。作為適于根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜的成膜技術(shù)，特別 優(yōu)選濺射技術(shù)。
使用熱平衡處理，如溶膠-凝膠技術(shù)，未必可以以高的摻雜濃度摻雜 主要具有不匹配價數(shù)的摻雜劑，并且必需設(shè)計以利用例如燒結(jié)助劑或受體 離子。然而，使用非熱平衡處理，如上所述的設(shè)計不是必需的，并且給體 離子能夠以高的摻雜濃度摻雜。
下面將參考圖1A和1B描述濺射裝置的一個實例以及如何形成膜。 在此將使用RF電源的RF濺射裝置作為實例。然而，還可以使用采用DC 電源的DC濺射裝置。圖1A為顯示濺射裝置的示意性截面圖。圖IB為 顯示如何形成膜的說明圖。
如在圖1A中說明，濺射裝置1大致由真空室10組成，在真空室10 中，安置基板支架ll，如靜電卡盤，以及等離子體電極(陰極電極)12?；?板支架11能夠支撐成膜基板B，并且將成膜基板B加熱至預定溫度。等 離子體電極12起著產(chǎn)生等離子體的作用。
將基板支架11和等離子體電極12彼此相隔地設(shè)置，以保持相互面對。 而且，靶T被設(shè)置在等離子體電極12上。等離子體電極12與RF電源13 連接。在基板B和靶T之間的間隔距離(即，基板-靶間隔距離)由參考符號 D(mm)表不。
真空室IO配置有氣體引入管14，通過該氣體引入管14，將成膜必需 的氣體G引入真空室10中。真空室10還配置有氣體排出管15，通過該 氣體排出管15，將廢氣V從真空室IO排出。作為氣體G，使用Ar氣， Ar/Cb混合氣等。如圖1B中說明，通過等離子體電極12的放電，將引入真空室10中
的氣體G轉(zhuǎn)變成等離子體，從而產(chǎn)生正離子Ip，如Ar離子。這樣產(chǎn)生的 正離子Ip濺射靶T。被正離子Ip這樣濺射的靶T的組成元素Tp從耙T 釋放，并且以中性狀態(tài)或者以離子化狀態(tài)沉積在基板B。沉積處理進行預 定的時間，從而形成具有預定的厚度的膜。在圖1B中，參考字母P表示 等離子體空間。 -
在通過濺射技術(shù)形成根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜的情況下，在襯底上的成 膜應當優(yōu)選在滿足下面顯示的式(1)和(2)的成膜條件下，或者在滿足下面顯 示的(3)和(43)的成膜條件下進行 400 S Ts (0C) S 500 (1) 30 S D (mm) S 80 (2) 500《Ts (0C) S 600 (3) 30SD(mm)S100 (4)， 其中Ts fC)表示成膜溫度，并且D(mm)表示所述基板和所述靶之間的間 隔距離。(可以參考日本專利申請2006-263979，該日本專利申請是先前由 本發(fā)明人提交的，并且在提交本申請時還沒有公布)。
據(jù)認為，在成膜過程中，因具有與在等離子體空間P的電位和基板B 的電位之間的電位差的加速電壓對應的動能，位于靶T和基板B之間的靶 T的組成元素Tp與基板B碰撞。
對通過濺射技術(shù)形成的膜的特性具有影響的因素的實例可以包括成 膜溫度，基板的種類，在基板上預先形成膜的情況下的底涂層組成，基板 的表面能，成膜壓力，在環(huán)境氣體中的氧量，裝載的電極，基板-靶間隔距 離，等離子體中的電子溫度和電子密度，等離子體中的活性部分密度，以 及活性部分的有效壽命。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在各種成膜因素中，形成的膜的特性顯著地取決 于兩個因素，即成膜溫度Ts和基板-靶間隔距離D(mm)，并且上述兩個因 素的最佳化能夠使得形成具有良好質(zhì)量的鐵電體膜。具體地，本發(fā)明人已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在將鐵電體膜特性作圖，其中水平軸表示成膜溫度Ts，并且垂直 軸表示基板-靶間隔距離D的情況下，能夠在一定范圍內(nèi)形成具有良好的 質(zhì)量的鐵電體膜。(可以參考圖14)。
18對于PZT類鐵電體膜的成膜，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在Ts(。C)〈400的
成膜條件下，該成膜條件不滿足上面所示的式(l)，因為成膜溫度顯著低， 因此鈣鈦礦晶體不能夠適當生長，并且形成主要含有燒綠石相的膜。
而且，對于PZT類鐵電體膜的成膜，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在滿足上面 所示的式(l)的400 S Ts (。C) S 500的成膜條件下，在將成膜條件調(diào)節(jié)在使 得基板-靶間隔距離D(mm)滿足上面所示的式(2)這樣的范圍內(nèi)的情況下， 能夠使幾乎不含燒綠石相的鈣鈦礦晶體可靠地生長，能夠可靠地抑制Pb 不足的發(fā)生，并且能夠可靠地形成具有良好的晶體結(jié)構(gòu)和良好的膜組成的 優(yōu)質(zhì)鐵電體膜。(可以參考圖14)。此外，對于PZT類鐵電體膜的成膜，本 發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在滿足上面所示的式(3)的500 S Ts (°C) S 600的成膜條 件下，在將成膜條件調(diào)節(jié)在使得基板-靶間隔距離D(mm)滿足上面所示的 式(4)這樣的范圍內(nèi)的情況下，能夠使幾乎不含燒綠石相的鈣鈦礦晶體可靠 地生長，并且能夠可靠地抑制Pb不足，并且能夠可靠地形成具有良好的 晶體結(jié)構(gòu)和良好的膜組成的優(yōu)質(zhì)鐵電體膜。(可以參考圖14)。
對于通過濺射技術(shù)的PZT類鐵電體膜的成膜，已知的是，在高溫下進 行成膜的情況下，易于發(fā)生Pb不足。本發(fā)明人己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除成膜溫度以 外，Pb不足的發(fā)生還取決于基板-靶間隔距離。在作為PZT的組成元素的 Pb， Zr和Ti中，Pb表現(xiàn)出最高的濺射率，并且易于濺射。例如，在由 ULVAC， Inc.編輯，Ohmsha， Ltd.出版的"真空手冊(VacuumHandbook)', 表8丄7中，描述了在Ar離子300ev的條件下的濺射率是使得Pb=0.75， Zr=0.48和T—0.65這樣的濺射率。使得元素易于濺射這樣的特性表示在原 子沉積在基板表面上之后，該原子易于重新濺射。據(jù)認為，隨著基板-靶間 隔距離變短，重新濺射率變高，并且Pb不足變得易于發(fā)生。
在使得成膜溫度Ts取顯著小的值，并且使得基板-靶間隔距離D取顯 著大的值這樣的條件下，存在的趨勢是不能使鈣鈦礦晶體適當?shù)厣L。而 且，在使得成膜溫度Ts取顯著大的值，并且使得基板-靶間隔距離D取顯 著小的值這樣的條件下，存在Pb不足容易發(fā)生的趨勢。
具體地，在滿足上面所示的式(l)的400《Ts (。C)《500的成膜條件下， 在成膜溫度Ts較低的情況下，必需將基板-靶間隔距離D設(shè)定為較小的值， 使得可以使鈣鈦礦晶體適當?shù)厣L。而且，在滿足上面所示的式(l)的400STS(。C)《500的成膜條件下，在成膜溫度TS較高的情況下，必需將基板-
靶間隔距離D設(shè)定為較大的值，使得可以抑制Pb不足的發(fā)生。上述要求 由上面所示的式(2)表示。在滿足上面所示的式(3)的500 S Ts (。C)《600的 成膜條件下，因為成膜溫度Ts較高，因此基板-耙間隔距離D的范圍的上 限值變大。然而，趨勢與上述趨勢相同。
出于—i產(chǎn)效率的觀點，成膜速率應當優(yōu)選盡可能高。成膜速率應當優(yōu) 選為至少0.5pm/h，并且應當更優(yōu)選為至少1.0jLim/h。如圖2中說明，在基 板-耙間隔距離D短的情況下，成膜速率變高。圖2是顯示在基板-靶間隔 距離D和成膜速率之間的關(guān)系的圖，所述關(guān)系是在通過使用RF濺射裝置 1形成PZT膜的情況下得到的。在圖2中，成膜溫度Ts被設(shè)定為Ts=525°C， 并且靶施加電功率(RF功率)被設(shè)定為2.5W/cm2。如稍后將參考實施例1 描述，根據(jù)本發(fā)明，可以在使得成膜速率等于至少1.0pm/h的高速成膜條 件下形成優(yōu)質(zhì)膜。
根據(jù)基板-靶間隔距離D，可能發(fā)生的是成膜速率低于0.5pm/h。在這 樣的情況下，應當優(yōu)選調(diào)節(jié)靶施加電功率等，使得成膜速率可以至少等于 0.5[im/h。
為了獲得高的成膜速率，基板-靶間隔距離D應當優(yōu)選是短的。在成 膜溫度Ts落入400 S Ts (。C)《500的范圍內(nèi)的情況下，基板-靶間隔距離D 應當優(yōu)選為至多80mm。而且，在成膜溫度Ts落入500 S Ts (。C) S 600的 范圍內(nèi)的情況下，基板-靶間隔距離D應當優(yōu)選為至多100mm。如果基板 -耙間隔距離D短于30mm，則等離子體狀態(tài)變得不穩(wěn)定，因此存在的風 險是不能形成具有良好的膜質(zhì)量的膜。為了可靠地形成具有更好的膜質(zhì)量 的鐵電體膜，在其中成膜溫度Ts落入400《Ts (。C)《500的范圍內(nèi)的情況 下并且在其中成膜溫度Ts落入500《Ts (°C)《600的范圍內(nèi)的情況下，基 板-靶間隔距離D應當優(yōu)選落入50《D (mm) S 70的范圍內(nèi)。
本發(fā)明人己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在將成膜條件調(diào)節(jié)在使得滿足上面所示的式(l) 和(2)這樣的范圍內(nèi)，或者在使得滿足上面所示的式(3)和(4)這樣的范圍內(nèi) 的情況下，能夠以高的生產(chǎn)效率，即高的成膜速率，并且可靠地形成優(yōu)質(zhì) 鐵電體膜。
20[鐵電體器件(壓電器件)和噴墨式記錄頭]
下面將參考圖3描述根據(jù)本發(fā)明的壓電器件(鐵電體器件)的一個實施方案，以及噴墨式記錄頭(作為根據(jù)本發(fā)明的液體排出裝置)，所述噴墨式記錄頭配置有根據(jù)本發(fā)明的壓電器件的該實施方案。圖3是顯示配置有根據(jù)本發(fā)明的壓電器件的實施方案的噴墨式記錄頭(作為液體排出裝置)的主要部分的截面圖。在圖3中，為清楚起見，噴墨式記錄頭的組成單元的縮小比例不同于實際的縮小比例。
參考圖3，壓電器件(鐵電體器件)2包括基板20。壓電器件2還包括下電極30，鐵電體膜(壓電膜)40，以及上電極50, 50，...，它們是以這種順序重疊在基板20的表面上的?？梢酝ㄟ^下電極30和各個上電極50，50，...在鐵電體膜40的厚度方向上施加電場。鐵電體膜40由根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜組成，所述鐵電體膜含有根據(jù)本發(fā)明的上面所示的由式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物。
下電極30是在基板20的大致整個表面上形成的。而且，鐵電體膜40是在底板30上形成的。鐵電體膜40具有包含線狀凸出區(qū)域41， 41，...的圖案，所述凸出區(qū)域沿著垂直于圖3的紙平面的線延伸，并且以條紋狀圖案的形式排列。上電極50， 50，…的每一個是在凸出區(qū)域41， 41，....的一個上形成的。
鐵電體膜40的圖案不限于在圖3中說明的圖案，并且可以被任意設(shè)計。而且，鐵電體膜40可以是以連續(xù)膜的形式形成的。然而，在鐵電體膜40不以連續(xù)膜的形式形成，而以包括相互分開的多個凸出區(qū)域41，41，...的圖案形式形成的情況下，凸出區(qū)域41， 41，...的每一個的膨脹和收縮能夠平穩(wěn)地產(chǎn)生，因此能夠獲得大的位移量。因此，鐵電體膜40應當優(yōu)選以包括相互分開的多個凸出區(qū)域41， 41，...的圖案形式形成。
對基板20的材料不強加限制?；?0的材料的實例包括硅、玻璃、不銹鋼(SUS)，釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)，氧化鋁，藍寶石以及碳化硅?；?0還可以由層壓基板如SOI基板組成，所述SOI基板含有在硅基板的表面
上形成的Si02氧化物膜。
對下電極30的主要組分不強加限制。下電極30的主要組分的實例包括金屬，女BAu， Pt和Ir;金屬氧化物，如lr02, Ru02， LaNi03和SrRu03;以及上面列舉的金屬和/或上面列舉的金屬氧化物的組合。
而且，對上電極50， 50，...的主要組分不強加限制。上電極50， 50，...
的主要組分的實例包括在上面對下電極30所列舉的材料；在半導體工藝
中常用的電極材料，如A1， Ta， Cr以及Cu;以及在上面對下電極30所列舉的材料和/或上面列舉的電極材料的組合。
對下電極30的厚度和上電極50,50，....的每一個的厚度不強加限制，例如下電極30的厚度以及上電極50， 50，...的每一個的厚度可以是約200nm。而且，對鐵電體膜40的厚度不強加限制。鐵電體膜40的厚度通?？梢詾橹辽賚pm，并且可以落入例如，lpm至5(im的范圍內(nèi)。鐵電體膜40的厚度應當優(yōu)選為至少3pm。
噴墨式記錄頭(作為根據(jù)本發(fā)明的液體排出裝置)3大致具有這樣的構(gòu)造，其中將振動片60固定到具有上述構(gòu)造的壓電器件2的基板20的底表面上，并且其中將墨水噴嘴(作為液體儲存和排出構(gòu)件)70固定到振動片60的底表面上。墨水噴嘴70包括多個其中儲存墨水的墨水室(作為液體儲存室)71，71，…。墨水噴嘴70還包括多個墨水排出口(作為液體排出口)72，72...，通過所述墨水排出口，墨水從墨水室71， 71…排出到墨水室71，71....的外部。多個墨水室71，71…是根據(jù)鐵電體膜40的凸出區(qū)域41，41…
的數(shù)量和圖案設(shè)置的。
構(gòu)造噴墨式記錄頭3，以使壓電器件2的凸出區(qū)域41， 41…的每一個通過跨過壓電器件2的凸出區(qū)域41， 41…的每一個施加的電場的變化膨脹或收縮，并且使得控制墨水從墨水室71， 71…的每一個排出，從而控制從墨水室71， 71...的每一個排出的墨水的量。
代替作為獨立的構(gòu)件被固定到基板20上的振動片60和墨水噴嘴70的是，可以加工基板20的一部分以形成振動片60和墨水噴嘴70。例如，在基板20由層壓基板如SOI基板組成的情況下，可以在基板20上從基板20的后表面?zhèn)冗M行蝕刻處理，以形成墨水室71，并且振動片60和墨水噴嘴70可以在加工基板20的情況下形成。
壓電器件2和噴墨式記錄頭3的實施方案是以上述方式構(gòu)成的。下面將參考圖4和圖5描述噴墨式記錄系統(tǒng)的一個實例，其中使用圖
3的噴墨式記錄頭3的上述實施方案。圖4是顯示噴墨式記錄系統(tǒng)的一個實例的示意圖，在該實例中，使用圖3的噴墨式記錄頭的上述實施方案。圖5是顯示圖4的噴墨式記錄系統(tǒng)的一部分的平面圖。
參考圖4和圖5，噴墨式記錄系統(tǒng)100包括印刷部102，該印刷部102配置有多個噴墨式記錄頭(以下簡稱為記錄頭)3K， 3C， 3M和3Y。記錄頭3K， 3C， 3M和3Y的每一個用于不同墨水顏色的一種。噴墨式記錄系統(tǒng)100還包括用于儲存墨水組合物的墨水儲存和裝填部114，所述墨水組合物的每一種被供應到記錄頭3K， 3C， 3M以及3Y的一個中。噴墨式記錄系統(tǒng)100還包括用于供給記錄紙116的紙張供給部118。噴墨式記錄系統(tǒng)100還包括消除巻曲處理部120，該消除巻曲處理部120用于消除從紙張供給部118接收的記錄紙116的巻筒紙邊緣巻曲。噴墨式記錄系統(tǒng)100還包括抽吸帶輸送機部122，該抽吸帶輸送機部122被設(shè)置成保持面對印刷部102的噴嘴的底表面(g卩，墨水排出表面)。抽吸帶輸送機部122輸送記錄紙116，同時保持記錄紙116的平坦度。噴墨^i記錄系統(tǒng)100還包括用于讀取用印刷部102進行印刷的結(jié)果的印刷檢測部124。噴墨式記錄系統(tǒng)100還包括紙張排出部126，該紙張排出部126用于將印刷的記錄紙(即，印刷的紙張)排出到噴墨式記錄系統(tǒng)100外面。
印刷部102的記錄頭3K， 3C， 3M和3Y的每一個由噴墨式記錄頭3的上述實施方案構(gòu)成。
在消除巻曲處理部120中，通過加熱轉(zhuǎn)鼓130在與巻筒紙邊緣巻曲的方向相反的方向上將熱量提供給記錄紙116，從而進行消除巻曲處理。
如在圖4中說明，在使用巻制紙的噴墨式記錄系統(tǒng)IOO的情況下，切割器128被設(shè)置在消除巻曲處理部120后面的段，并且通過切割器128將巻制紙切割成為所需的尺寸。切割器128由固定刀片128A和旋轉(zhuǎn)刀片128B組成，所述固定刀片128A具有至少等于記錄紙116的輸送路徑的寬度的長度，而所述旋轉(zhuǎn)刀片128B能夠沿著固定刀片128A移動。固定刀片128A被設(shè)置在記錄紙116的后表面?zhèn)?，所述后表面與記錄紙116的印刷表面相反。而且，旋轉(zhuǎn)刀片128B被設(shè)置記錄紙116的印刷表面?zhèn)壬希斔吐窂浇橛诠潭ǖ镀?28A和旋轉(zhuǎn)刀片128B之間。在使用切割紙張
23的系統(tǒng)的情況下，該系統(tǒng)無需配置有切割器128。
將經(jīng)過消除巻曲處理，然后被切割成所需的尺寸的記錄紙116送到抽
吸帶輸送機部122中。抽吸帶輸送機部122具有其中環(huán)形傳動帶133裝在兩根輥131和132上的結(jié)構(gòu)。抽吸帶輸送機部122被構(gòu)造，使得保持面對印刷部102噴嘴底表面和印刷檢測部124傳感器表面的抽吸帶輸送機部122的至少一部分可以構(gòu)成水平表面(平坦的表面)。 -
傳動帶133具有比記錄紙116的寬度更大的寬度。傳動帶133具有多個在傳動帶表面開口的抽吸孔(未顯示)。而且，抽吸室134被設(shè)置在由裝在兩根輥131和132上的傳動帶133所限定的空間內(nèi)部。具體地，抽吸室134被設(shè)置保持面對印刷部102噴嘴底表面和印刷檢測部124傳感器表面的位置。通過使用通風機135，將抽吸室134內(nèi)部的區(qū)域抽真空至負壓，從而通過在傳動帶133上的抽吸支撐設(shè)置在傳動帶133上的記錄紙116。
將電動機(未顯示)的旋轉(zhuǎn)力至少傳遞到傳動帶133裝在其上的輥131和132的任何一個上。在圖4中，傳動帶133這樣順時針旋轉(zhuǎn)，從而朝中圖4的右側(cè)輸送支撐在傳動帶133上的記錄紙116。
在無邊緣印刷(brimless printing)等的情況下，將發(fā)生墨水組合物在記錄紙116的區(qū)域以外粘附到傳動帶133上。因此，傳動帶清潔部136被設(shè)置在從傳動帶133所限定的空間朝外側(cè)的預定位置(具體地，在不同于印刷區(qū)域的適當位置)。
相對于由抽吸帶輸送機部122所形成的輸送路徑，加熱通風機140被設(shè)置在印刷部102的上游側(cè)。加熱通風機140將干燥空氣吹送到在進行印刷之前的記錄紙116上，從而加熱記錄紙116。在記錄紙即將進行印刷前這樣加熱記錄紙116的情況下，能夠容易地干燥噴出到記錄紙116上的墨水組合物。
如在圖5中說明，印刷部102由整行(fUll-line)型記錄頭組成。具體地，在印刷部102中，長度與最大紙張寬度對應的線型記錄頭被設(shè)置成在垂直于紙張供給方向的方向(即，主掃描方向)延伸。記錄頭3K， 3C， 3M以及3Y的每一個由配置有多個(噴嘴的)墨水排出口的線型記錄頭構(gòu)成，所述多個墨水排出口排列在至少長于由噴墨式記錄系統(tǒng)100處理的最大尺寸的記錄紙116的一側(cè)的長度上。相對于記錄紙116的供給方向，從上游側(cè)以黑色(K)，青色(C)，品紅
色(M)和黃色(Y)的順序設(shè)置對應墨水顏色的記錄頭3K， 3C， 3M和3Y。 在輸送記錄紙116的同時，將彩色墨水組合物分別從記錄頭3K， 3C， 3M 以及3Y中排出。從而在記錄紙116上記錄彩色圖像。
印刷檢測部124可以由例如線傳感器組成，所述線傳感器用于將通過 印刷部102進行的液滴噴出操作的結(jié)果成像。因此，印刷檢測部124根據(jù) 通過線傳感器讀取的液滴噴出圖像檢測排出故障，如噴嘴堵塞。
后干燥部142被設(shè)置在印刷檢測部124后面的段。后干燥部142可以 由例如，用于干燥印刷的圖像表面的加熱通風機組成。在干燥已經(jīng)噴出到 記錄紙116上的墨水組合物前面的段，印刷表面應當優(yōu)選不與干燥構(gòu)件等 接觸。因此，后干燥部142應當優(yōu)選使用用于將熱空氣吹送到印刷表面上 的干燥技術(shù)。
為了控制圖像表面的表面光澤度，將加熱和壓力施加部144設(shè)置在后 干燥部142后面的段。在加熱和壓力施加部144中，通過具有預定的表面 凹凸圖案的壓輥145將壓力施加到圖像表面上，同時加熱圖像表面。從而 將凹凸圖案從壓輥145轉(zhuǎn)印到圖像表面上。
然后，通過紙張排出部126排出這樣獲得的印刷紙張。通常，應當優(yōu) 選將在其上已經(jīng)印刷記錄的規(guī)則圖像(目標圖像)的印刷紙張和在其上己經(jīng) 印刷測試印刷圖像的印刷紙張排出到不同的目的地。噴墨式記錄系統(tǒng)100 配置有分選裝置(未顯示)，該分選裝置用于分選出在其上已經(jīng)印刷記錄的 規(guī)則圖像的印刷紙張和在其上已經(jīng)印刷測試印刷圖像的印刷紙張，并且彼 此變換紙張排出路徑，以將在其上己經(jīng)印刷記錄的規(guī)則圖像的印刷紙張和 在其上已經(jīng)印刷測試印刷圖像的印刷紙張分別送到排出部126A和排出部 126B。
在印刷部102于單張大號紙張上平行印刷記錄的規(guī)則圖像以及測試印 刷圖像的情況下，可以設(shè)置切割器148，以將在其上已經(jīng)印刷測試印刷圖 像的紙張區(qū)域與在其上已經(jīng)印刷記錄的規(guī)則圖像的紙張區(qū)域分開。
噴墨式記錄系統(tǒng)IOO是以上述方式構(gòu)成的。
(設(shè)計變型)
25本發(fā)明不限于上述實施方案，并且可以以各種其它方式具體化。 實施例
將通過下列非限制性實施例進一步說明本發(fā)明。 實施例1 "
作為用于成膜的基板，制備裝配電極的基板，其中將30nm厚的Ti緊 密接觸層和300nm厚的Ir下電極以這種順序重疊在25mm正方形Si基板上。
對于這樣制備的裝配電極的基板，通過使用RF濺射裝置在0.5Pa的 真空度以及在Ar/02混合氣氛(02體積分數(shù)2.5%)中的條件下進行成膜。 將耙組成設(shè)定為各種不同組成，從而形成多種具有不同Bi摻雜濃度的Bi-摻雜PZT鐵電體膜的每一種。在每一種耙組成中，將Zr:Ti摩爾比設(shè)定為 Zr:Ti=52:48。
將基板-耙間隔距離設(shè)定為60mm。將成膜溫度Ts設(shè)定在525°C。在將 2.5W/cm2的RF電功率施加到靶上的情況下進行成膜。將鐵電體膜的膜厚 度設(shè)定為4pm。下面將Bi-摻雜PZT稱為Bi-PZT。
即使將相同的電功率水平施加到靶上，在基板-靶間隔距離D短的情 況下，成膜速率也變高。圖2是顯示在基板-靶間隔距離和成膜速率之間的 關(guān)系的圖，所述關(guān)系是在將成膜溫度Ts設(shè)定為Ts二 525。C，并且將施加到 革巴上的電功率(RF功率)設(shè)定為2.5W/cm2的情況下獲得的。根據(jù)圖2，例如， 在將基板-靶間隔距離D設(shè)定為D (mm) = 60的情況下，成膜速率等于 1.0(am/h。
通過使用濺射技術(shù)在上述鐵電體膜的每一個上形成厚度為lOOrnn的 Pt上電極。以這種方式，獲得根據(jù)本發(fā)明的鐵電體器件的每一種。
除改變靶組成以外，以與上述方法相同的方法多次進行具有相同的 La摻雜濃度的La-摻雜PZT鐵電體膜的成膜。對于具有相同的La摻雜濃 度的La摻雜的PZT鐵電體膜的每一種，獲得鐵電體器件。下面將La-摻 雜PZT稱為La-PZT。
除改變靶組成以外，以與上述方法相同的方法進行多種具有不同的
26Nb摻雜濃度的Nb-摻雜PZT鐵電體膜的每一種的成膜。對于這樣形成的
Nb-摻雜PZT鐵電體膜的每一種，獲得鐵電體器件。下面將Nb-摻雜PZT 稱為Nb-PZT。
除改變靶組成以外，以與上述方法相同的方法進行多種具有不同的 Bi摻雜濃度和不同的Nb摻雜濃度的Bi，Nb共摻雜PZT鐵電體膜的每一種 的成膜。對于這樣形成的Bi,Nb共摻雜PZT鐵電體膜的每一種，獲得鐵電 體器件。下面將Bi,Nb共摻雜的PZT稱為Bi,Nb-PZT。
除改變靶組成以外，以與上述方法相同的方法進行多種具有不同的Ta 摻雜濃度的Ta-摻雜PZT鐵電體膜的每一種的成膜。對于這樣形成的Ta-摻雜PZT鐵電體膜的每一種，獲得鐵電體器件。下面將Ta-摻雜PZT稱為 Ta-PZT。
除改變靶組成以外，以與上述方法相同的方法進行多種具有不同的W 摻雜濃度的W-摻雜PZT鐵電體膜的每一種的成膜。對于這樣形成的W-摻雜PZT鐵電體膜的每一種，獲得鐵電體器件。下面將W-摻雜PZT稱為 W-PZT。
在每一種靶組成中，將Zr:Ti摩爾比設(shè)定為Zr:Ti=52:48。 <EDX測量〉
對于多種具有不同的Bi摻雜濃度的Bi-PZT鐵電體膜的每一種，使用 EDX進行組成分析。
發(fā)現(xiàn)多種具有不同的Bi摻雜濃度的Bi-PZT鐵電體膜的每一種具有可
以由下面顯示的式表示的組成 (Pb-X+5B ix)(Zr0.52Ti0.48)Oz 可以獲得其中x=0.06， 0.10， 0.11， 0.14， 0.16， 0.21以及0.30的膜。每一 種膜具有其中1+5=1.02至1.10并且富含A位元素的組成。因為氧的K線 強度低，因此發(fā)現(xiàn)z取落入約2〈zS3的范圍內(nèi)的值，但是氧量z不能精 確確定。
對于上述其它類型的鐵電體膜，使用EDX以與上述方法相同的方法 進行組成分析。<SEM橫截面觀察>
對于多種具有不同Bi摻雜濃度的Bi-PZT鐵電體膜的每一種，進行 SEM橫截面觀察。發(fā)現(xiàn)多種具有不同Bi摻雜濃度的Bi-PZT鐵電體膜的每 一種是含有多個在大致垂直于基板表面的方向上生長的柱狀晶體(平均柱 直徑約150nm)的柱狀晶體結(jié)構(gòu)膜。
〈XRD測量〉
對于多種具有不同Bi摻雜濃度的Bi-PZT鐵電體膜的每一種，進行 XRD測量。
Bi摻雜濃度落入6摩爾％至30摩爾％的范圍內(nèi)的Bi-PZT膜的每一種 為具有(100)取向的鈣鈦礦單相結(jié)構(gòu)的膜。
<PE滯后測量>
對于多種具有不同Bi摻雜濃度(0.06 S x S 0.21)的Bi-PZT鐵電體膜的 每一種，進行極化-電場滯后測量(PE滯后測量)。進行計算以得到殘余極 化強度Pr 0iC/cm2)，最大極化強度P最大((iC/cm2)，以及介電常數(shù)e。將在 極化強度大致達到飽和的E二100kV/cm下的極化強度作為最大極化強度 P最大。
圖6是顯示在Bi摻雜濃度(在A位的摩爾濃度)與殘余極化強度Pr， 最大極化強度P最大，以及介電常數(shù)s中的每一種之間的關(guān)系的圖，所述關(guān) 系是對在實施例1中形成的每一個Bi-PZT膜得到的。如在圖6中說明， 表明在通過濺射技術(shù)進行成膜的情況下，無需摻雜燒結(jié)助劑或受體離子， 并且給體離子能夠在PZT的A位以至少5摩爾％的摻雜濃度摻雜，并且能 夠以落入5摩爾％至25摩爾％的范圍內(nèi)的摻雜濃度獲得高的鐵電性。
圖7A和7B是顯示各種在實施例1中形成的PZT類膜的PE滯后曲 線的圖。具體地，圖7A是顯示Bi摻雜濃度為14摩爾c/。的Bi-PZT鐵電體 膜的PE滯后曲線、La摻雜濃度為1摩爾％的La-PZT鐵電體膜的PE滯后 曲線以及Nb摻雜濃度為12摩爾％的Nb-PZT鐵電體膜的PE滯后曲線的 圖。圖7B為顯示Nb摻雜濃度為12摩爾％的Nb-PZT鐵電體膜的PE滯后 曲線、Bi摻雜濃度為6摩爾％并且Nb摻雜濃度為14摩爾°/。的Bi,Nb-PZT鐵電體膜的PE滯后曲線以及Bi摻雜濃度為9摩爾％并且Nb摻雜濃度為
16摩爾％的Bi,Nb-PZT鐵電體膜的PE滯后曲線的圖。
而且，圖8是顯示給體離子的種類，給體離子摻雜濃度和 (Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)xl00(。/。)的值之間的關(guān)系的圖，所述關(guān)系是對在實施例 1中形成的各種PZT類膜所獲得的。
對于其中在B位以至少5摩爾％的摻雜濃度摻雜給體離子的Nb-PZT 膜、Ta-PZT膜以及W-PZT膜的每一種，表示PE滯后的不對稱性水平的 (Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)xl00(o/。)的參數(shù)值大并且超過25%。對于其中在A位 摻雜給體離子的Bi-PZT膜和La-PZT膜的每一個，上述參數(shù)值小，并且能 夠獲得良好的PE滯后的對稱性。對于其中Bi摻雜濃度落入6摩爾％至21 摩爾％的范圍內(nèi)的Bi-PZT膜和其中La摻雜濃度等于1摩爾％的La-PZT 膜的每一個，該參數(shù)值落入(Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)xl00(o/。)S25的范圍內(nèi)。
而且，已經(jīng)表明對于在A位和B位摻雜給體離子的Bi,Nb-PZT膜， 與其中僅在B位摻雜給體離子的Nb-PZT膜的PE滯后相比，PE滯后的不 對稱性減小。進一步表明對于單獨摻雜Bi的PZT膜，與被Bi和Nb共摻 雜的PZT膜的PE滯后相比，PE滯后的對稱性明顯更佳。
實施例2
以與實施例1中的方法相同的方法進行真正PZT膜和Nb-PZT膜的成 膜，不同之處在于改變具體成膜條件。對于形成的真正PZT膜和Nb-PZT 膜的每一種，獲得鐵電體器件。對于真正PZT膜的成膜，使用組成由 Pbj.3Zra52Tio.48O3表示的耙。對于Nb-PZT膜的成膜，使用組成由
Pb,.3Zro.43Tio.44Nbo.,303表示的靶。
將成膜溫度Ts設(shè)定為525°C。將2.5W/cm2的RF電功率施加到靶上。 在D(mm)-40mm， 60mm， 75mm, 100mm和120mm的基板-靶間隔距離 D的條件下進行成膜。在D(mm) =60mm的基板-靶間隔距離D的條件下形 成Nb-PZT膜，而在基板-靶間隔距離D的其它值的條件下形成PZT膜。 圖9至圖13說明了獲得的主要膜的XRD圖。
如在圖9至圖13中說明，在Ts二 525。C的成膜溫度Ts的條件下，在 D (mm) = 40mm至100mm的基板-靶間隔距離D的范圍內(nèi)獲得具有晶體取
29向特性的鈣鈦礦晶體。根據(jù)圖2，成膜速率落入0.5pim/h至1.2pm/h的范 圍內(nèi)。從而發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦晶體是以良好的生產(chǎn)效率獲得的。
在D = 120mm的基板-靶間隔距離D的條件下，獲得了主要含有燒綠 石相的膜。因此，將D: 120mm的基板-靶間隔距離D判定為"x"。(可以 參考圖13)。據(jù)認為，在這樣的情況下，因為基板-靶間隔距離D顯著長， 因此成膜速率變低，并且不能充分地進行鈣鈦礦生長。在D = 100mm的基 板-耙間隔距離D的條件下，在相同的條件下制備的其它樣品中發(fā)現(xiàn)燒綠 石相。因此，將D-100mm的基板-靶間隔距離D判定為"A"。(可以參考 圖12)。在D^40mm的基板-耙間隔距離D的條件下，如在上述情況下發(fā) 現(xiàn)了燒綠石相。因此，將D:40mm的基板-靶間隔距離D判定為"A"。(可 以參考圖9)。在D = 60mm和75mm的基板-靶間隔距離D的條件下，可 靠地獲得了具有良好的晶體取向特性的鈣鈦礦晶體。因此，將D:60mm 和75mm的基板-靶間隔距離D的條件判定為'、"。(可以參考圖10和圖 11)。
對于在圖10中說明的壓電膜(D二60mm， Nb-PZT膜)，使用XRF進行 組成分析。作為結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在圖10中說明的壓電膜具有等于Pb/(Zr+Ti+Nb) =1.02的Pb摩爾量與B位元素(Zr+Ti+Nb)的總摩爾量的比率。從而發(fā)現(xiàn) 在圖10中說明的壓電膜為沒有Pb不足的Nb-PZT膜。
對于上述Nb-PZT，通過使用濺射技術(shù)在壓電膜上形成厚度為100nm 的Pt上電極。使用懸臂技術(shù)測量鐵電體膜的壓電常數(shù)d3!。對于在D:60mm 的基板-靶間隔距離D的條件下形成的Nb-PZT膜((100)取向)，壓電常數(shù) dw高達250pm/V，因此具有適合的值。
對于如在圖12(D-100mm)中說明的含有少量燒綠石相的PZT膜，以 相同的方式測量壓電常數(shù)d3,,并且發(fā)現(xiàn)d3,^110pm/V。
實施例3
將成膜溫度Ts設(shè)定為Ts = 420°C，將基板-靶間隔距離D設(shè)定為D(mm) =60mm，并且將其它條件下設(shè)定為與實施例2中的條件相同。以這種方 式形成PZT膜。
在上述條件下，獲得了具有(100)取向并且具有良好的晶體取向特性的
30鈣鈦礦晶體。(鈣鈦礦晶體含有少量燒綠石相)。
(實施例2和3的結(jié)果的概述)
圖14為顯示對實施例2和3的所有樣品以及在不同條件下形成的其
它樣品進行的XRD測量的結(jié)果的圖，其中將成膜溫度Ts繪制在水平軸上， 并且其中將基板-靶間隔距離^D繪制在垂直軸上。
圖14說明，對于PZT膜或Nb-PZT膜，在將成膜條件調(diào)節(jié)在使得滿 足下面顯示的式(1)和(2)這樣的范圍內(nèi)，或者使得滿足下面顯示的式(3)和(4) 這樣的范圍內(nèi)的情況下，能夠使幾乎不含燒綠石相的鈣鈦礦晶體可靠地生 長，能夠抑制Pb不足的發(fā)生，并且能夠可靠地形成具有良好的晶體結(jié)構(gòu) 和良好的膜組成的優(yōu)質(zhì)壓電膜。在圖14中， 一起顯示了真正PZT膜的數(shù) 據(jù)以及Nb-PZT膜的數(shù)據(jù)。對于真正PZT膜和Nb-PZT膜，適合的成膜條
件是相同的。
400STs(oC)"00 (1)
30SD(mm)S80 (2)
500 S Ts (。C) S 600 (3)
30幺D(mm)S雨 (4)
工業(yè)適用性
根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜能夠適用于在噴墨式記錄頭、磁記錄和再現(xiàn) 頭、微機電系統(tǒng)(MEMS)器件、微型泵、超聲波探針等中使用的壓電致動 器的鐵電體器件。根據(jù)本發(fā)明的鐵電體膜還能夠適用于鐵電體存儲器等的 鐵電體器件。
權(quán)利要求
1.一種用于在基板上形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體膜含有由下面顯示的式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，其中設(shè)置靶和所述基板，使得所述靶和所述基板可以保持相互面對，其中所述的靶具有根據(jù)要形成的鐵電體膜的膜組成的組成，并且在滿足下面顯示的式(1)和(2)的成膜條件下通過濺射技術(shù)形成所述鐵電體膜(Pb1-x+δMx)(ZryTi1-y)Oz(P)其中M表示選自Bi和鑭系元素中的至少一種元素，x表示滿足0.05≤x≤0.4的條件的數(shù)值，并且y表示滿足0＜y≤0.7的條件的數(shù)值，標準組成是使得δ＝0和z＝3的組成，條件是在能夠獲得所述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，δ值和z值分別可以偏離0和3的標準值，400≤Ts(℃)≤500 (1)30≤D(mm)≤80 (2)，其中Ts(℃)表示成膜溫度，并且D(mm)表示所述基板和所述靶之間的間隔距離。
2. —種用于在基板上形成鐵電體膜的方法，所述鐵電體膜含有由下面 顯示的式(P)表示的鈣鈦礦型氧化物，其中設(shè)置靶和所述基板，使得所述靶和所述基板可以保持相互面對， 其中所述的靶具有根據(jù)要形成的鐵電體膜的膜組成的組成，并且在滿足下面顯示的式(3)和(4)的成膜條件下通過濺射技術(shù)形成所述鐵電體膜(Pb-x+美)(ZryTi"y)Oz (P) 其中M表示選自Bi和鑭系元素中的至少一種元素， x表示滿足0.05 Sx《0.4的條件的數(shù)值，并且 y表示滿足0 < y S 0.7的條件的數(shù)值，標準組成是使得3=0和z=3的組成，條件是在能夠獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 范圍內(nèi)，5值和z值分別可以偏離0和3的標準值，500 S Ts (0C) S 600 (3)30 SD(mm;m00 (4)， 其中Ts (。C)表示成膜溫度，并且D(mm)表示所述基板和所述耙之間的間 隔距離。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的用于形成鐵電體膜的方法，其中式(P)中 的M表示Bi。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的用于形成鐵電體膜的方法，其中式(P)中 的x表示滿足0.05 S x《0.25的條件的數(shù)值。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的用于形成鐵電體膜的方法，其中式(P)中 的S表示滿足0 < 5 S 0.2的條件的數(shù)值。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的用于形成鐵電體膜的方法，其中所述鈣鈦 礦型氧化物基本上沒有Si， Ge和V。
7. —種鐵電體膜，所述鐵電體膜是可通過如權(quán)利要求1或2所述的用 于形成鐵電體膜的方法獲得的。
8. 如權(quán)利要求7所述的鐵電體膜，其中所述鐵電體膜具有使得 (Ecl+Ec2)/(Ecl-Ec2)x100 (%)的值至多等于25%的特性，其中Ecl表示雙 極性極化-電場曲線中的正電場側(cè)上的矯頑磁場，并且Ec2表示雙極性極 化-電場曲線中的負電場側(cè)上的矯頑磁場。
9. 如權(quán)利要求7所述的鐵電體膜，其中所述鐵電體膜具有包含多個柱 狀晶體的膜結(jié)構(gòu)。
10. 如權(quán)利要求7所述的鐵電體膜，其中所述鐵電體膜具有至少3.(Him的膜厚度。
11. 一種鐵電體器件，其包括i) 如權(quán)利要求7所述的鐵電體膜；和ii) 用于跨過所述鐵電體膜施加電場的電極。
12. —種液體排出裝置，其包括i) 由如權(quán)利要求ll所述的鐵電體器件組成的壓電器件；和ii) 液體儲存和排出構(gòu)件，其配置有a) 液體儲存室，在所述液體儲存室中將儲存液體，和b) 液體排出口，通過所述液體排出口，將所述液體從所述液體儲 存室排出到所述液體儲存室的外面。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成鐵電體膜的方法、鐵電體膜、鐵電體器件和液體排出裝置。為了能夠在A位摻雜至少5摩爾％的給體離子，在滿足式(1)和(2)，或式(3)和(4)的條件下，通過濺射技術(shù)在面對具有預定組成的靶(T)的基板(20，B)上形成含有式(P)(Pb_1-x+δM_x)(Zr_yTi_1-y)O_z的鈣鈦礦型氧化物的鐵電體膜(40)，式(P)中M表示選自Bi和鑭系元素中的至少一種元素，0.05≤x≤0.4，并且0＜y≤0.7，標準組成是使得δ＝0和z＝3的組成，式(1)至(4)中的Ts(℃)表示成膜溫度，D(mm)表示所述基板和所述靶之間的間隔距離。400≤Ts(℃)≤500 (1)；30≤D(mm)≤80 (2)；500≤Ts(℃)≤600 (3)；30≤D(mm)≤100 (4)。
文檔編號C23C14/08GK101665908SQ200810214850
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者新川高見, 藤井隆滿 申請人:富士膠片株式會社