DE60315535T2

DE60315535T2 - Platte für Elektronikelement, Elektronikelement, ferrroelektrischer Speicher, elektronisches Gerät, Tintenstrahldruckkopf, und Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60315535T2
Application number: DE2003615535
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Suwa-shi Higuchi; Setsuya Suwa-shi Iwashita; Hiromu Suwa-shi Miyazawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: US6984843B2; DK1348553T3; CN1446690A; JP4859333B2; JP2004002150A; ES2289198T3; ATE369986T1; US20030218644A1; DE60315535D1; PT1348553E; CY1106880T1; EP1348553A1; CN1238193C; EP1348553B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf und einen Tintenstrahldrucker.
Wie Fachleuten bekannt ist, beinhaltet ein elektronisches Bauelement, wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element, das in einem Tintenstrahldruckkopf verwendet wird, allgemein ein Paar von Elektroden (eine obere Elektrode und eine untere Elektrode) und eine ferroelektrische Schicht, die aus einem zwischen den Elektroden angeordneten ferroelektrischen Material besteht.
Als ferroelektrisches Material wird ein Metalloxid mit Perovskit-Struktur verwendet, das durch die Zusammensetzungsformel ABO₃ repräsentiert ist. Insbesondere wird verbreitet ein Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) verwendet, das Blei (Pb) als A, und ein Gemisch aus Zirkonium (Zr) und Titan (Ti) als B aufweist.
Beim herkömmlichen elektronischen Bauelement wurde Pt als Material für die untere Elektrode verwendet. Pt weist eine starke Eigenorientierung auf, da es eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur hat, bei der es sich um die dichteste Packungsstruktur handelt. Demzufolge weist Pt eine starke Orientierung zu (111) auf, sogar wenn es in Form eines Dünnfilms auf einer aus einer amorphen Substanz bestehenden Schicht ausgebildet ist (nachfolgend als amorphe Schicht bezeichnet), beispielsweise SiO₂, mit dem Ergebnis, dass die Orientierung der darauf ausgebildeten ferroelektrischen Schicht verbessert wird.
Pt hat eine extrem starke Orientierung hat, jedoch weist sein Kristallkorn eine säulenartige Struktur auf, und seine Korngrenze ist vertikal angeordnet. Als Ergebnis hat Pb in der ferroelektrischen Schicht die Neigung, entlang der Korngrenze in einen unteren Teil (beispielsweise eine untere Elektrode) zu diffundieren. Weiter ist die Adhäsionseigenschaft zwischen der unteren Elektrode und der amorphen Schicht sehr schlecht.
Eine aus Ti bestehende Zwischenschicht kann zwischen der unteren Elektrode und der amorphen Schicht (beispielsweise einer SiO₂-Schicht) angeordnet sein, um die Adhäsionseigenschaft zwischen der unteren Elektrode und der amorphen Schicht zu verbessern, und eine aus TiN bestehende Barriereschicht kann zwischen der unteren Elektrode und der amorphen Schicht angeordnet sein, um eine Diffusion von Pb zu verhindern.
In den zuvor beschriebenen Fallen wird jedoch die Elektrodenstruktur kompliziert. Außerdem kann Ti oxidiert werden und Ti kann zur unteren Elektrode diffundieren, mit dem Ergebnis, dass die Kristallinität des ferroelektrischen Materials verringert wird.
Falls das wie zuvor beschrieben aufgebaute elektronische Bauelement für ein piezoelektrisches Element angewandt wird, wird die Elektrostriktionseigenschaft beeinträchtigt.
US 5,801,105 offenbart einen Vielschicht-Dünnfilm, aufweisend: auf einem Halbleiter-Einkristallsubstrat einen dünnen SiO₂-Film, auf dem SiO₂-Film einen Oxid-Dünnfilm, der mindestens einen epitaktischen Dünnfilm aufweist, der hauptsächlich aus Zirkoniumdioxid besteht, oder aus Zirkoniumdioxid, das mit einem Seltenerde-Metallelement (einschließlich Scandium und Yttrium) stabilisiert ist, und einen orientierten Dünnfilm, der auf dem Oxid-Dünnfilm aus einem dielektrischen Material vom Perovskit- oder Wolframbronze-Typ ausgebildet ist, dessen c-Ebene unidirektional parallel zur Substratoberfläche orientiert ist.
JP 07-286897 A offenbart ein großflächiges IR-Element, bei dem ein TiO₃-Film, ein PZT-Film und eine obere Elektrode in dieser Reihenfolge auf einem Si-Substrat ausgebildet sind. Ein Teil des unterhalb des TiO₃-Films befindlichen Substrates wird dann entfernt und eine untere Elektrode unterhalb des TiO₃-Films ausgebildet. Eine epitaktische Beziehung wird zwischen dem Substrat und dem PZT-Film erzielt.
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der zuvor beschriebenen Probleme, und es ist ein Ziel der Erfindung, einen Tintenstrahldruckkopf mit verschiedenen hervorragenden Eigenschaften in der am besten geeigneten Struktur, sowie einen den Tintenstrahldruckkopf beinhaltenden Tintenstrahldrucker bereitzustellen.
Die zuvor beschriebenen und weitere Ziele werden durch die Erfindung wie beansprucht in Anspruch 1 und durch ihre bevorzugten Ausführungsformen wie beansprucht in den abhängigen Ansprüchen erreicht.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend detailliert mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen und die anliegenden Zeichnungen erläutert.
1 ist eine Querschnittansicht, die eine Platine für ein elektronisches Bauelement darstellt;
2 ist eine Ansicht, welche die Orientierung einer Pufferschicht darstellt;
3 ist eine Ansicht, welche erläutert, wie die Platine herzustellen ist;
4 ist eine Querschnittansicht, welche das elektronische Bauelement gemäß der Erfindung bei Anwendung auf ein auskragendes Element darstellt;
5 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, welche eine bevorzugte Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Erfindung darstellt;
6 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur von Hauptteilen eines in 5 dargestellten Tintenstrahldruckkopfes darstellt;
7 ist eine schematische Ansicht, welche eine bevorzugte Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers gemäß der Erfindung darstellt.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat wiederholt Studien eines Materials für eine untere Elektrode (eine leitende Oxidschicht) durchgeführt, um das Pt zu ersetzen, und sind zu dem Schluss gekommen, dass ein leitendes Oxid, wie beispielsweise RuO_x oder IrO₂, insbesondere ein Metalloxid, das eine Perovskit-Struktur aufweist, wie beispielsweise Strontium-Ruthenat (SrRuO₃), für das Material sehr geeignet ist.
Ein derartiges Metalloxid mit Perovskit-Struktur hat die gleiche Kristallstruktur wie ein ferroelektrisches Material, beispielsweise PZT. Demzufolge wird die Adhäsionseigenschaft zwischen der unteren Elektrode und der ferroelektrischen Schicht verbessert, und ein epitaktisches Wachstum der ferroelektrischen Schicht wird problemlos erzielt. Außerdem dient das Metalloxid als hervorragende Barriereschicht, um eine Diffusion von Pb zu verhindern.
Um verschiedene Eigenschaften des elektronischen Bauelementes zu verbessern, ist es zu bevorzugen, eine ferroelektrische Schicht bereitzustellen, die aus einem orientierten Dünnfilm besteht, was es erforderlich macht, dass die untere Elektrode mittels epitaktischen Wachstums ausgebildet wird.
Falls die untere Elektrode direkt auf einem Si-Substrat, das verbreitet verwendet wird, ausgebildet werden soll, wird eine SiO₂-Schicht, bei der es sich um eine amorphe Schicht handelt, auf der Oberfläche des Si-Substrates ausgebildet. Es ist extrem schwierig, die untere Elektrode auf der amorphen Schicht mittels epitaktischen Wachstums auszubilden.
Daher ist der Erfinder der vorliegenden Erfindung nach wiederholten Studien zu dem Schluss gekommen, dass, wenn eine Pufferschicht, die zumindest in Richtung ihrer Dicke eine Orientierung aufweist, auf der amorphen Schicht angeordnet wird, die untere Elektrode ohne Weiteres auf der Pufferschicht mittels epitaktischen Wachstums ausgebildet werden kann.
Die Erfindung erfolgte basierend auf dem zuvor beschriebenen Schluss.
PLATINE FÜR ELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Als Erstes wird die Platine für das elektronische Bauelement beschrieben, um die Basisstruktur zu erläutern, die beim Tintenstrahldruckkopf gemäß der Erfindung verwendet wird, wobei eine Ausführungsform von dieser später noch beschrieben wird.
1 ist eine Querschnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform für eine Platine für ein elektronisches Bauelement darstellt, 2 ist eine Ansicht, die eine Orientierung einer Pufferschicht darstellt, und 3 ist eine Ansicht, die erläutert, wie die Platine für das elektronische Bauelement zu fertigen ist.
Wie in 1 dargestellt, weist die Platine 100 ein Substrat 11 mit einer amorphen Schicht 15, eine auf der amorphen Schicht 15 ausgebildete Pufferschicht 12 und eine auf der Pufferschicht 12 ausgebildete leitende Oxidschicht 13 auf.
Das Substrat 11 dient dazu, die Pufferschicht 12 und die leitende Oxidschicht 13 zu tragen, wie später noch beschrieben wird. Das Substrat 11 beinhaltet ein plattenförmiges Element.
Das Substrat 11 weist die amorphe Schicht 15 auf, die auf seiner Oberfläche (der Oberseite des Substrates 11 in 1) ausgebildet ist. Die amorphe Schicht 15 ist ein Teil, das aus einer amorphen Substanz aufgebaut ist. Die amorphe Schicht 15 ist integral mit dem Substrat 11 ausgebildet, obschon die amorphe Schicht 15 fest am Substrat 11 angebracht sein kann.
Als Substrat kann beispielsweise ein Substrat aus Si oder ein Substrat aus SOI (Si auf einem Isolator) verwendet werden. Ein Substrat, dessen Oberfläche mit einem natürlichen Oxidfilm oder einem thermischen Oxidfilm, beispielsweise einem SiO₂-Film, überzogen ist, kann verwendet werden. In diesem Fall bildet der natürliche Oxidfilm oder der thermische Oxidfilm die amorphe Schicht 15.
Die amorphe Schicht 15 kann, zusätzlich zu SiO₂, beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, verschiedenen Arten von Metall etc. ausgebildet sein. In diesem Fall ist die amorphe Schicht 15 vorzugsweise beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), wie beispielsweise thermischem CVD, Plasma-CVD, Laser-CVD etc., physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), wie beispielsweise Vakuumabscheidung, Sputtern, Ionenplattieren etc., Reflow-Sputtern oder thermischer Oxidation auf der Oberfläche des Si-Substrates.
Das Substrat 11 weist die auf seiner Oberfläche ausgebildete amorphe Schicht 15 auf. Jedoch kann das Substrat 11 insgesamt aus einer amorphen Substanz bestehen. In diesem Fall kann das Substrat 11 aus dem Folgenden ausgebildet sein: einem Polyolefin, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, einem Ethylen-Propylen-Copolymer oder einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA); einem ringförmigen Polyolfin; einem metamorphen Polyolefin; Polyvinylchlorid; Polyvinylidenchlorid; Polystyrol; Polyamid; Polyimid; Polyamidimid; Polycarbonat; einem Poly-(4-Methylpentin-1); einem Ionomer; einem Acryl-basierten Harz; Polymethylmethacrylat; einem Acrylonitril-Butadienstyrol-Copolymer (ABS-Harz); einem Acrylonitril-styrol-Copolymer (AS-Harz); einem Butadienstyrol-Copolymer; Polyoxymethylen; Polyvinylalkohol (PVA); einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH); einem Polyester, wie beispielsweise Polyethylterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polycyclohexanterephthalat (PCT); einem Polyether; einem Polyetherketon (PEK); einem Polyether-Ethylketon (PEEK); Polyetherimid; Polyacetal (POM); Polyphenylenoxid; metamorphem Polyphenylenoxid; Polysulfon; Polyethersulfon; Polyphenylensulfid; Polyacrylat; einem aromatischen Polyester (flüssiger Kristallpolymer); Polytetrafluorethylen; Polyvinylidenfluorid; einem anderen Fluorid-basierten Harz; verschiedenen thermoplastischen Elastomeren, wie beispielsweise einem Styrol-basierten, Polyolefin-basierten, Polyvinylchlorid-basierten, Polyurethan-basierten, Polyester basierten, Polyamid-basierten, Polybutadien-basierten, Transpolyisopren-basierten, oder einem Fluoridgummi-basierten Elastomer, oder einem Elastomer auf Basis von chloriertem Polyethylen; Epoxidharz; Phenolharz; Harnstoffharz; Melaminharz; ungesättigtem Polyester; Silikonharz; Polyurethan; einem Copolymer, der das zuvor Beschriebene als Hauptbestandteil enthält; einem Mischkörper (blended body); verschiedenen Harzmaterialien wie beispielsweise einem Polymer-Gemisch; oder verschiedenen Glasmaterialien.
Ein beliebiges von dem Si-Substrat, dem SOI-Substrat, den verschiedenen Harzsubstraten und den verschiedenen Glassubstraten wird auf den verschiedenen Gebieten verbreitet verwendet und ist kommerziell verfügbar. Daher können die Kosten zur Herstellung der Platine 100 dadurch reduziert werden, dass man die zuvor erwähnten Substrate für das Substrat 11 verwendet.
Die durchschnittliche Dicke des Substrates 11 beträgt vorzugsweise 10 μm bis 1 mm, und stärker bevorzugt ca. 100 μm bis 600 μm, obschon sie nicht speziell eingeschränkt ist. Eine Festlegung der durchschnittlichen Dicke des Substrates 11 innerhalb des zuvor beschriebenen Bereiches liefert eine Platine 100 von größerer Festigkeit und geringerer Dicke.
Auf dem Substrat 11 ist die aus einem Dünnfilm bestehende Pufferschicht 12 ausgebildet.
Die Pufferschicht 12 ist derart ausgebildet, dass sie eine Orientierung zumindest in Richtung ihrer Dicke aufweist. Die Orientierung der leitenden Oxidschicht 13, die später noch beschrieben wird, hängt von derjenigen der Pufferschicht 12 ab, mit dem Ergebnis, dass das Wachstum der leitenden Oxidschicht 13 auf der Pufferschicht 12 derart erfolgt, dass sie ebenfalls eine Orientierung in Richtung ihrer Dicke hat. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die Tatsache bestätigt, dass ein normales epitaktisches Wachstum der leitenden Oxidschicht 13 auf dem Puffer 12 möglich ist.
Die Orientierung in Richtung der Dicke wird nachfolgend mit Bezug auf Bezug 2 beschrieben. Ein Beispiel der Orientierung in Richtung der Dicke besteht darin, dass die Orientierung parallel zur Richtung der Dicke angeordnet ist. Jeder der Pfeile in 2 gibt schematisch die Orientierung eines einzigen Kristallpartikels an.
Die Orientierung in Richtung der Dicke bedeutet nicht, (1) dass die Orientierung unregelmäßig ist (d. h. die Pfeile zufällig ausgerichtet sind), oder (2), dass eine Orientierung in Richtung der Ebene vorliegt (d. h. die meisten der Pfeile horizontal ausgerichtet sind). Idealerweise bedeutet eine Orientierung in Richtung der Dicke, dass die Orientierung vollständig in Richtung der Dicke angeordnet ist (d. h. alle Pfeile nach oben gerichtet sind), wie in 2(x) dargestellt. Tatsächlich beinhaltet jedoch die Orientierung in Richtung der Dicke eine beträchtliche Anzahl unterschiedlicher Orientierungen (d. h. die Pfeile sind geneigt zur Richtung der Dicke angeordnet), wie in 2(y) dargestellt, oder dass bei allen Orientierungen eine Neigung besteht, dass sie in Richtung der Dicke angeordnet sind.
Die Pufferschicht 12 hat vorzugsweise eine einzige Orientierung (die Orientierung in Richtung der Dicke), stärker bevorzugt eine Orientierung in der Ebene (eine Orientierung in Richtung aller drei Dimensionen), wodurch der zuvor beschriebene Effekt verbessert wird.
Mittels der Pufferschicht 12 besteht eine hervorragende Adhäsionseigenschaft (Eigenschaft zu einer engen Bindung) zwischen der amorphen Schicht 15 und der leitenden Oxidschicht 13.
Die zuvor erwähnte Pufferschicht 12 enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Metalloxid einer NaCl-Struktur, einem Metalloxid einer Fluorkalzium-Struktur und einem Metalloxid einer Perovskit-Struktur besteht. Unter anderem enthält die Pufferschicht 12 vorzugsweise mindestens ein Element, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Metalloxid einer NaCl-Struktur und einem Metalloxid einer Fluorkalzium-Struktur besteht. Weiter wird es stärker bevorzugt, eine solche Pufferschicht 12 vorzusehen, welche das Metalloxid der NaCl-Struktur oder das Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur als Hauptbestandteil aufweist. Die zuvor erwähnten zwei Metalloxide weisen jeweils eine minimale Gitterfehlanpassung zu dem Metalloxid der Perovskit-Struktur auf, wodurch die Adhäsionseigenschaft zur leitenden Oxidschicht 13 verbessert wird.
Als Metalloxid der NaCl-Struktur kann beispielsweise MgO, CaO, SrO, BaO, MnO, FeO, CoO, NiO, oder eine feste Lösung, welche die zuvor angeführten Materialien enthält, verwendet werden. Als Metalloxid der NaCl-Struktur kann vorzugsweise mindestens ein Element verwendet werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus MgO, CaO und SrO, BaO gewählt ist, oder eine feste Lösung, welche die zuvor erwähnten Materialien enthält. Das Metalloxid der NaCl-Struktur, wie zuvor erwähnt, weist eine noch geringere Gitterfehlanpassung zu dem Metalloxid mit der Perovskit-Struktur auf.
Als Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur kann beispielsweise Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, CeO₂, ZrO₂, ThO₂, UO₂ oder eine feste Lösung, welche die zuvor beschriebenen Materialien enthält, verwendet werden. Als Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur kann vorzugsweise mindestens ein Element verwendet werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid, CeO₂ und ZrO₂ besteht, oder eine feste Lösung, welche die zuvor beschriebenen Materialien enthält. Das Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur, wie zuvor erwähnt, weist eine noch geringer Gitterfehlanpassung zu dem Metalloxid mit der Perovskit-Struktur auf.
Die Pufferschicht 12 beinhaltet mindestens eine von den Schichten, die durch epitaktisches Wachstum, beispielsweise in der (100)-Orientierung des kubischen Kristalls, der (110)-Orientierung des kubischen Kristalls, oder der (111)-Orientierung des kubischen Kristalls ausgebildet sind. Unter anderem ist die Schicht, die durch epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des kubischen Kristalls ausgebildet ist, zu bevorzugen. Die Pufferschicht 12, die durch epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des kubischen Kristalls ausgebildet ist, hat eine relativ geringe durchschnittliche Dicke. Demzufolge ist es möglich, jegliche durch Luftfeuchtigkeit während der Herstellung und des Gebrauches bedingte Beeinträchtigung in geeigneter Weise zu verhindern, und zwar sogar falls die Pufferschicht 12 beispielsweise aus dem Hygroskopie aufweisenden Metalloxid von NaCl-Struktur ausgebildet ist, wie beispielsweise MgO, CaO, SrO, BaO, wodurch die Platine 100 zweckmäßig wird.
Von diesem Standpunkt aus ist es zu bevorzugen, falls möglich, die Pufferschicht 12 in Form eines Dünnfilms auszubilden. Speziell beträgt die durchschnittliche Dicke der Pufferschicht 12 vorzugsweise nicht mehr als 10 nm, und starker bevorzugt nicht mehr als 5 nm, wodurch der zuvor beschriebene Effekt verbessert wird.
Die in dieser Weise verringerte durchschnittliche Dicke aufweisende Pufferschicht 12 ermöglicht es, einen dünnen Kondensator (in der Größenordnung von beispielsweise 10 nm Dicke) zu fertigen, der beispielsweise gemäß einer Größenverringerung bei einer Gestaltungsrichtlinie eines ferroelektrischen Speichers, im Fall einer Fertigung eines ferroelektrischen Speichers benötigt wird.
Auf der Pufferschicht 12 wird die leitende Oxidschicht 13 durch epitaktisches Wachstum ausgebildet. Wie zuvor beschrieben, weist die Pufferschicht 12 eine einheitliche Orientierung auf. Demzufolge hat die leitende Oxidschicht 13 auch eine einheitliche Orientierung auf der Pufferschicht 12, und zwar mittels epitaktischen Wachstums der leitenden Oxidschicht 13.
Falls verschiedene Arten elektronischer Bauelemente unter Verwendung der Platine 100 des elektronischen Bauelementes gefertigt werden, das die zuvor beschriebene leitende Oxidschicht 13 aufweist, werden verschiedene Eigenschaften der elektronischen Bauelemente verbessert, die später noch beschrieben werden.
Die leitende Oxidschicht 13 enthält auch das Metalloxid, welches das Metalloxid der Perovskit-Struktur aufweist. Vorzugsweise weist die leitende Oxidschicht 13 das Metalloxid der Perovskit-Struktur als Hauptbestandteil auf.
Als Metalloxid der Perovskit-Struktur kann beispielsweise CaRuO₃, SrRuO₃, BaRuO₃,, SrVO₃ (La, Sr) MnO₃ (La, Sr) CrO₃, (La, Sr) CoO₃ und eine feste Lösung verwendet werden; welche die zuvor beschriebenen Materialien enthält. Als Metalloxid der Perovskit-Struktur kann vorzugsweise mindestens ein Element verwendet werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus CaRuO₃, SrRuO₃, und BaRuO₃ besteht, oder eine feste Lösung, welche die zuvor beschriebenen Materialien enthält. Das Metalloxid der Perovskit-Struktur, wie zuvor erwähnt, weist hervorragende Leitfähigkeit und chemische Stabilität auf. Demzufolge weist die leitende Oxidschicht 13 ebenfalls hervorragende Leitfähigkeit und chemische Stabilität auf.
Die zuvor erwähnte leitende Oxidschicht 13 ist als Elektrode beim Aufbau des elektronischen Bauelementes von Nutzen.
Die leitende Oxidschicht 13 beinhaltet mindestens eine von den Schichten, die durch epitaktisches Wachstum ausgebildet sind, beispielsweise in der (100)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls, der (110)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls und der (111)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls. Unter anderem ist die Schicht, die durch epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls ausgebildet ist, zu bevorzugen. Falls verschiedene Arten elektronischer Bauelemente unter Verwendung der Platine 100 des elektronischen Bauelementes gefertigt werden, das die zuvor erwähnte leitende Oxidschicht 13 aufweist, werden verschiedene Eigenschaften der elektronischen Bauelemente verbessert.
Die durchschnittliche Dicke der leitenden Oxidschicht 13 beträgt vorzugsweise 10 nm bis 300 nm, und stärker bevorzugt ca. 50 nm bis 150 nm, obschon sie nicht speziell eingeschränkt ist.
Dadurch, dass die leitende Oxidschicht 13 die zuvor erwähnte durchschnittliche Dicke hat, dient sie nicht nur in zufriedenstellender Weise als Elektrode, sondern es wird auch die Größe des elektronischen Bauelementes minimiert.
Eine Beschreibung, wie die Platine 100 des elektronischen Bauelementes zu fertigen ist, erfolgt mit Bezug auf 3.
Die zuvor beschriebene Platine 100 für das elektronische Bauelement kann wie folgt gefertigt werden.
Das Verfahren zur Fertigung der Platine 100 weist folgende Schritte auf: Ausbilden der Pufferschicht 12 auf der amorphen Schicht 15 (Pufferschicht-Ausbildungsschritt), und Ausbilden der leitenden Oxidschicht 13 auf der Pufferschicht 12 (Schritt zur Ausbildung einer leitenden Oxidschicht), von denen jeder wiederum nachfolgend beschrieben wird.
Das Substrat 11, das die amorphe Schicht 15 aufweist, wird vorbereitet. Das Substrat 11 weist vorzugsweise einheitliche Dicke auf. Außerdem weist das Substrat 11 vorzugsweise keine gekrümmten oder beschädigten Teile auf.
[1A] Pufferschicht-Ausbildungsschritt
Die Pufferschicht 12 wird auf der amorphen Schicht 15 des Substrates 11 ausgebildet. Beispielsweise kann dieser Schritt wie folgt ausgeführt werden.
Das Substrat 11 wird in einen Substrathalter geladen und wird dann in einer Vakuumvorrichtung angeordnet.
In der Vakuumvorrichtung wird ein erstes Target, das Bestandteile der zuvor beschriebenen Pufferschicht 12 enthält (ein Target für die Pufferschicht) vom Substrat 11 entfernt angeordnet. Das erste Target weist vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Zusammensetzung wie die auszubildende Pufferschicht 12 auf.
Als Nächstes wird ein Laserstrahl auf das erste Target aufgestrahlt. Atome, die Sauerstoffatome und Metallatome beinhalten, werden aus dem ersten Target herausgelöst und eine Fahne wird erzeugt. Mit anderen Worten ist diese Fahne auf die amorphe Schicht 15 gerichtet. Als Ergebnis kommt diese Fahne in Kontakt mit der amorphen Schicht 15 (dem Substrat 11).
Fast gleichzeitig wird ein Ionenstrahl auf die Oberfläche der amorphen Schicht 15 aufgestrahlt, und zwar unter einem vorgeschriebenen Winkel zur amorphen Schicht 15.
Als Ergebnis wird die Pufferschicht 12, welche zumindest die Orientierung in Richtung der Dicke aufweist, auf der amorphen Schicht 15 mittels epitaktischen Wachstums ausgebildet.
Damit die zuvor beschriebenen Atome aus dem ersten Target herausgelöst werden, kann ein Argongas-(Inertgas)-Plasma oder ein Elektronenstrahl auf die Oberfläche des ersten Target aufgestrahlt werden, anstelle eines Aufstrahlens des Laserstrahls auf die Oberfläche des ersten Targets.
Vorzugsweise wird der Laserstrahl auf die Oberfläche des ersten Targets aufgestrahlt, um die Atome aus dem ersten Target herauszulösen. Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Atome aus dem ersten Target ohne Weiteres herauszulösen und die Vakuumvorrichtung von einfacher Struktur, die ein Einfallsfenster für den Laserstrahl aufweist, zuverlässig zu verwenden.
Als Laserstrahl kann ein gepulster Strahl mit einer Wellenlänge zwischen ca. 150 nm bis 300 nm, und einer Pulslänge zwischen ca. 1 ns bis 100 ns verwendet werden. Insbesondere kann ein Excimer-Laser, wie beispielsweise ein ArF-Excimer-Laser ein KrF-Excimer-Laser, eine Art von XeCl-Excimer-Laser, ein YAG-Laser, ein YVO₄-Laser, ein CO₂-Laser etc. als Laserstrahl verwendet werden. Vorzugsweise wird die ArF-Excimer-Laser oder der KrF-Excimer-Laser als Laserstrahl verwendet. Ein beliebiger vom ArF-Excimer-Laser und dem KrF-Excimer-Laser ist praktisch in der Handhabung und kann die Atome aus dem ersten Target effizienter herauslösen.
Als Ionenstrahl, der auf die Oberfläche der amorphen Schicht 15 gerichtet wird, kann ein Ionenstrahl verwendet werden, der aus mindestens einem Element von der Gruppe gewählt ist, die aus Argon, Helium, Neon, Xenon und Krypton besteht, oder es kann ein gemischtes Ion aus den zuvor erwähnten Ionen und einem Sauerstoffion verwendet werden, obschon keine spezielle Einschränkung besteht.
Als Ionenquelle für den Ionenstrahl kann eine Kauffman-Ionenquelle verwendet werden. Durch Verwendung einer derartigen Ionenquelle kann der Ionenstrahl relativ problemlos erzeugt werden.
Der Winkel der Aufbringung des Ionenstrahls auf die Oberfläche der amorphen Schicht 15 in der normalen Richtung (der zuvor erwähnte vorgeschriebene Winkel) beträgt 35° bis 65°, obschon er nicht speziell eingeschränkt ist. Im Fall einer Ausbildung der Pufferschicht 12 mit dem Metalloxid der NaCl-Struktur als Hauptbestandteil beträgt der Winkel vorzugsweise 42° bis 47°. Im Fall einer Ausbildung der Pufferschicht 12 mit dem Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur als Hauptbestandteil beträgt der Winkel vorzugsweise 52° bis 57°. Wenn der Ionenstrahl auf die Oberfläche der amorphen Schicht 15 unter Verwendung eines derartigen Winkels, der auf die zuvor erwähnten Werte eingestellt ist, aufgestrahlt wird, kann die Pufferschicht 12, welche die Orientierung in der Ebene sowie auch die (100)-Orientierung des kubischen Kristalls aufweist, ausgebildet werden.
Jede der Bedingungen, die zur Ausbildung der Pufferschicht 12 erforderlich sind, wird derart hergestellt, dass die Pufferschicht 12 das epitaktische Wachstum aufweist. Beispielsweise können die Bedingungen wie folgt hergestellt werden.
Die Frequenz des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 30 Hz, vorzugsweise nicht mehr als 15 Hz.
Die Energiedichte des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 0,5 J/cm², vorzugsweise nicht weniger als 2 J/cm².
Die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls beträgt ca. 100 bis 300 V, vorzugsweise 150 V bis 250 V.
Die Einstrahlgröße des Ionenstrahls beträgt ca. 1 bis 30 mA, vorzugsweise ca. 5 bis 15 mA.
Die Temperatur des Substrates 11 beträgt ca. 0 bis 50°C, vorzugsweise ca. 5 bis 30°C (Raumtemperatur).
Der Abstand zwischen dem Substrat 11 und dem ersten Target beträgt nicht mehr als 60 mm, vorzugsweise nicht mehr als 45 mm.
Der Druck in der Vakuumvorrichtung beträgt nicht mehr als 133 × 10^-1 Pa (1 × 10^-1 Torr), vorzugsweise nicht mehr als 133 × 10^-3 Pa (1 × 10^-3 Torr).
Die Atmosphäre in der Vakuumvorrichtung ist derart vorgesehen, dass das Mischungsverhältnis des Inertgases zum Sauerstoff im Volumen ca. 300:1 bis 10:1 beträgt, vorzugsweise ca. 150:1 bis 50:1 beträgt.
Dadurch, dass jede der Bedingungen zur Ausbildung der Pufferschicht 12 jeweils innerhalb der zuvor beschriebenen Bereiche hergestellt wird, kann die Pufferschicht 12 mittels des epitaktischen Wachstums effizienter ausgebildet werden.
Durch geeignete Festlegung der Zeit zum Aufstrahlen des Laserstrahls und des Ionenstrahls kann die durchschnittliche Dicke der Pufferschicht 12 innerhalb des zuvor beschriebenen Bereiches angepasst werden. Die Zeit zum Aufstrahlen des Laserstrahls und des Ionenstrahls beträgt normalerweise nicht mehr als 200 Sekunden, vorzugsweise nicht mehr als 100 Sekunden, obschon dies in Abhängigkeit von jeder der Bedingungen unterschiedlich ist.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Ausbildung der Pufferschicht 12, bei dem der Winkel angepasst werden kann, unter dem der Ionenstrahl aufgestrahlt wird, ist es möglich, die einheitliche Orientierung derart anzupassen, dass die Orientierung weitere unterschiedliche Orientierungen aufweist. Außerdem kann die Orientierung der Pufferschicht 12 einheitlicher angeordnet sein. Demzufolge kann die durchschnittliche Dicke der Pufferschicht 12 weiter verringert werden.
Durch den zuvor beschriebenen Schritt wird die Pufferschicht 12 vorgesehen (siehe 3a).
[2A] Schritt zur Ausbildung der leitenden Oxidschicht
Die leitende Oxidschicht 13 wird auf der Pufferschicht 12 ausgebildet. Beispielsweise kann dieser Schritt wie folgt ausgeführt werden.
Vor der Ausbildung der leitenden Oxidschicht 13 wird ein zweites Target, das Bestandteile der zuvor beschriebenen leitenden Oxidschicht 13 enthält (ein Target für die leitende Oxidschicht) entfernt von der Pufferschicht 12 (dem Substrat 11), angeordnet, und zwar anstelle des ersten Targets. Das zweite Target weist vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Zusammensetzung wie die auszubildende leitende Oxidschicht 13 auf.
Folgend auf Schritt [1A], wird die Fahne von Atomen, die Sauerstoffatome und verschiedene Metallatome enthält, auf die Pufferschicht 12 aufgebracht. Als Ergebnis kommt die Fahne in Kontakt mit der Oberfläche (der Oberseite) der Pufferschicht 12, und somit wird die leitende Oxidschicht 13, welche, wie zuvor erwähnt, das Metalloxid der Perovskit-Struktur aufweist, in Form eines Dünnfilms mittels epitaktischen Wachstums ausgebildet.
Vorzugsweise werden die Atome, die Sauerstoffatome und verschiedene Metallatome beinhalten, aus dem zweiten Target herausgelöst, und dann wird die Fahne durch Aufstrahlen des Laserstrahls auf die Oberfläche des zweiten Targets erzeugt, in gleicher Weise wie bei Schritt [1A].
Als Laserstrahl kann vorzugsweise ein ArF-Excimer-Laser oder ein KrF-Excimer-Laser verwendet werden, in gleicher Weise wie bei Schritt [1A].
Falls erforderlich, kann die leitende Oxidschicht 13 auf die Pufferschicht 12 dadurch aufgebracht werden, dass der Ionenstrahl auf die Oberfläche der Pufferschicht 12 in gleicher Weise wie bei Schritt [1A] aufgebracht wird, wodurch die leitende Oxidschicht 13 effizienter ausgebildet werden kann.
Jede der Bedingungen, die zur Ausbildung der leitenden Oxidschicht 13 erforderlich ist, wird derart hergestellt, dass verschiedene Metallatome an der Oberseite der Pufferschicht 12 im vorgeschriebenen Verhältnis ankommen, und die leitende Oxidschicht 13 weist das epitaktische Wachstum auf. Beispielsweise können die Bedingungen wie folgt eingerichtet sein.
Die Frequenz des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 30 Hz, vorzugsweise nicht mehr als 15 Hz.
Die Energiedichte des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 0,5 J/cm², vorzugsweise nicht mehr als 2 J/cm².
Die Temperatur des Substrates 11, auf dem die Pufferschicht 12 ausgebildet ist, beträgt ca. 300 bis 800°C, vorzugsweise ca. 400 bis 700°C.
Im Fall eines Aufstrahlens des Ionenstrahls in Kombination mit dem Laserstrahl, beträgt die Temperatur des Substrates 11 ca. 0° bis 50°C, vorzugsweise ca. 5 bis 30°C (Raumtemperatur).
Der Abstand zwischen dem Substrat 11, auf dem die Pufferschicht 12 ausgebildet ist, und dem zweiten Target beträgt nicht mehr als 60 mm, vorzugsweise nicht mehr als 45 mm.
Der Druck in der Vakuumvorrichtung beträgt nicht mehr als 1 Atmosphäre. Vorzugsweise beträgt der Partialdruck des Sauerstoffs nicht mehr als 133 × 10^-3 Pa (1 × 10^-3 Torr) während der Zufuhr von Sauerstoffgas, und nicht mehr als 133 × 10^-5 Pa (1 × 10^-5 Torr) während der Radikalenzuführung des atomaren Sauerstoffs.
Im Fall eines Aufstrahlens des Ionenstrahls in Kombination mit dem Laserstrahl beträgt der Druck in der Vakuumvorrichtung nicht mehr als 133 × 10^-1 Pa (1 × 10^-1 Torr), vorzugsweise nicht mehr als 133 × 10^-3 Pa (1 × 10^-3 Torr). In diesem Fall ist die Atmosphäre in der Vakuumvorrichtung derart vorgesehen, dass das Mischungsverhältnis des Inertgases mit dem Sauerstoff im Volumen ca. 300:1 bis 10:1 beträgt, vorzugsweise ca. 150:1 bis 50:1.
Dadurch, dass die Bedingungen zur Ausbildung der leitenden Oxidschicht 13 jeweils innerhalb der oben angegebenen Bereiche eingerichtet sein, kann die leitende Oxidschicht 13 effizienter ausgebildet werden.
Durch geeignete Einstellung des Zeitpunktes zur Anwendung des Laserstrahls kann die durchschnittliche Dicke der leitenden Oxidschicht 13 innerhalb des zuvor beschriebenen Bereiches eingestellt werden. Die Zeit zur Anwendung des Laserstrahls beträgt normalerweise ca. 3 bis 90 Minuten, vorzugsweise ca. 15 bis 45 Minuten, auch wenn dies in Abhängigkeit von jeder der Bedingungen unterschiedlich ist.
Durch den zuvor beschriebenen Schritt wird die leitende Oxidschicht 13 vorgesehen (siehe 3b).
Mittels der zuvor beschriebenen Schritte [1A] und [2A] wird die Platine 100 für das elektronische Bauelement gefertigt.
Vor dem Schritt [1A] kann ein Schritt zur Reinigung des Substrates 11, d. h. zur Entfernung von Fremdstoffen von der Oberfläche des Substrates 11 (beispielsweise ein Entfernen von Fett) als Vorbehandlungsschritt vorgesehen sein.
Das Entfernen von Fremdstoffen wird dadurch ausgeführt, dass das Substrat 11 in Kontakt mit Entfernungsflüssigkeit gebracht wird.
Um das Substrat 11 in Kontakt mit der Entfernungsflüssigkeit zu bringen, kann ein Verfahren, bei dem das Substrat 11 in die Entfernungsflüssigkeit eingelegt wird (ein Einlegeverfahren), ein Verfahren, bei dem die Entfernungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Substrates 11 aufgesprüht wird, oder ein Verfahren, bei dem die Entfernungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Substrates 11 aufgebracht wird, verwendet werden.
Unter anderem ist das Einlegeverfahren von Nutzen, um das Substrat 11 in Kontakt mit der Entfernungsflüssigkeit zu bringen. Durch Verwendung des Einlegeverfahrens können die Fremdstoffe (beispielsweise organische Stoffe) von der Oberfläche des Substrates 11 problemlos und zuverlässig entfernt werden. Außerdem kann eine Mehrzahl (eine große Menge) von Substraten 11 unter Verwendung des Einlegeverfahrens gleichzeitig verarbeitet werden.
In diesem Fall ist es zu bevorzugen, eine Ultraschallschwingung auf die Entfernungsflüssigkeit aufzubringen oder das Substrat 11 und/oder die Entfernungsflüssigkeit zu schütteln.
Als Entfernungsflüssigkeit kann ein organisches Lösungsmittel verwendet werden, das aus Folgendem besteht: Alkoholen, wie beispielsweise Methylalkohol, Ethylalkohol, Propylalkohol, Butylalkohol; Ketonen, wie beispielsweise Aceton, Methyl-ethylketon, Methylisobutylketon; Ester, wie beispielsweise Ethylacetat, Methylacetat; Ether, wie beispielsweise Diethylmethyl, Diisopropylether, Tetrahydrofuran, Dioxan; Nitrile, wie beispielsweise Acetonitril, Propionitril; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methylenchlorid, Fluoroform, 1,2-Dichlorethan, 1,1,2,2-Tetrachlorethan; Kohienwasserstoffe, wie beispielsweise n-Hexan, Petrolether, Toluol, Benzol, Xylol; oder ein Gemisch aus einem oder mehreren Elementen, die aus der Gruppe gewählt sind, welche aus den zuvor beschriebenen Materialien besteht.
ELEKTRONISCHES BAUELEMENT (AUSKRAGENDES ELEMENT)
Eine Anwendung des zuvor beschriebenen elektronischen Bauelements für ein auskragendes Element (ein piezoelektrischer Aktuator, der beim beschriebenen Tintenstrahldruckkopf verwendet wird) wird nachfolgend beschrieben. 4 ist eine Querschnittansicht, die ein auskragendes Element 300 darstellt.
Der Unterschied des auskragenden Elementes 300 zur Platine 100 wird nachfolgend beschrieben, und es entfällt daher eine Beschreibung von Elementen des auskragenden Elementes 300, welche die gleichen wie bei der Platine 100 sind.
Das auskragende Element 300 beinhaltet die Platine 100, eine piezoelektrische Körperschicht 34, die an einem vorgeschriebenen Gebiet auf der Platine 100 angeordnet ist, und eine obere Elektrodenschicht 35, die auf der piezoelektrischen Körperschicht 34 angeordnet ist.
Das Substrat 11 dient als elastisches Substrat eines auskragenden Elementes vom monomorphen Typ im auskragenden Element 300.
Außerdem dient die leitende Oxidschicht 13 der Platine 100 als eine der Elektrodenschichten im auskragenden Element 300. Die leitende Oxidschicht 13 wird nachfolgend als untere Elektrodenschicht 13 bezeichnet.
Die piezoelektrische Körperschicht 34 ist auf der unteren Elektrodenschicht 13 durch epitaktisches Wachstum ausgebildet. Wie zuvor beschrieben, weist die untere Elektrodenschicht 13 eine einheitliche Orientierung auf. Demzufolge weist die piezoelektrische Körperschicht 34 ebenfalls eine einheitliche Orientierung auf der unteren Elektrodenschicht 13 mittels eines epitaxialen Wachstums der piezoelektrischen Körperschicht 34 auf.
Demzufolge weist das auskragende Element 300 eine verbesserte Elektrostriktionseigenschaft und verschiedene weitere Eigenschaften auf.
Die piezoelektrische Körperschicht 34 kann aus verschiedenen ferroelektrischen Materialien ausgebildet sein. Vorzugsweise enthält die piezoelektrische Körperschicht 34 das ferroelektrische Material der Perovskit-Struktur. Stärker bevorzugt besteht die piezoelektrische Körperschicht 34 aus dem ferroelektrischen Material der Perovskit-Struktur als Hauptbestandteil. Außerdem kann ein ferroelektrisches Material, das ein epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des Rhomboeder-Kristalls aufweist, oder ein ferroelektrisches Material, das ein epitaktisches Wachstum in der (001)-Orientierung des tetragonalen Kristalls aufweist, als ferroelektrisches Material von Perovskit-Struktur verwendet werden. Vorzugsweise wird normalerweise das ferroelektrische Material verwendet, das ein epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des rhomboedrischen Kristalls aufweist, wodurch sein Effekt verbessert wird.
Als ferroelektrisches Material mit Perovskit-Struktur kann beispielsweise ein Metalloxid mit Perovskit-Struktur, wie beispielsweise Pb (Zr, Ti)O₃(PZT), (Pb, La)(Zr, Ti)O₃(PLZT), BaTiO₃, KNbO₃, PbZnO₃, PbNbO₃, PbFeO₃, PbWO₃, eine Verbindung von geschichteter Struktur wie beispielsweise SrBi₂ (Ta, Nb)₂O₉, (Bi, La)₄Ti₃O₁₂, oder eine feste Lösung verwendet werden, welche die zuvor beschriebenen Materialien enthält. Als ferroelektrisches Material der Perovskit-Struktur kann vorzugsweise mindestens ein Element verwendet werden, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus PZT oder BaTiO₃ besteht, oder eine die zuvor beschriebenen Materialien enthaltende feste Lösung. Demzufolge werden verschiedene Eigenschaften des auskragenden Elementes 300 weiter verbessert.
Wie zuvor beschrieben, enthält die untere Elektrodenschicht 13 das Metalloxid der Perovskit-Struktur (insbesondere weist sie das Metalloxid von Perovskit-Struktur als Hauptbestandteil auf). Das Metalloxid der Perovskit-Struktur weist eine geringe Gitterfehlanpassung zum ferroelektrischen Material der Perovskit-Struktur auf. Demzufolge kann die piezoelektrische Körperschicht 34 auf der unteren Elektrodenschicht 13 problemlos und zuverlässig mittels epitaktischen Wachstums in der (100)-Orientierung des rhomboedrischen Kristalls ausgebildet werden, wodurch die Adhäsionseigenschaft der piezoelektrischen Körperschicht 34 der unteren Elektrodenschicht 13 verbessert wird.
Die durchschnittliche Dicke der piezoelektrischen Körperschicht 34 beträgt vorzugsweise 100 nm bis 3000 nm, und stärker bevorzugt ca. 500 nm bis 2000 nm, obschon diese nicht speziell beschränkt ist. Ein Festlegen der durchschnittlichen Dicke der piezoelektrischen Körperschicht 34 innerhalb der zuvor beschriebenen Bereiche sorgt dafür, dass das auskragende Element 300 geringere Größe und verschiedene hervorragende Eigenschaften aufweist.
Die obere Elektrodenschicht 35 wird auf der piezoelektrischen Körperschicht 34 ausgebildet.
Als Material für die obere Elektrodenschicht kann eines oder mehrere Elemente verwendet werden, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus Pt, Ir, Au, Ag oder Ru besteht, oder eine die zuvor beschriebenen Materialien enthaltende Legierung. Die durchschnittliche Dicke der oberen Elektrodenschicht 35 beträgt vorzugsweise 10 nm bis 300 nm, und stärker bevorzugt ca. 50 nm bis 150 nm, obschon sie nicht speziell eingeschränkt ist.
Als Nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des auskragendes Elementes 300 beschrieben.
Beispielsweise kann das zuvor beschriebene auskragende Element 300 wie folgt gefertigt werden.
Das Verfahren zur Fertigung des auskragenden Elementes 300 umfasst folgende Schritte: Ausbilden der Pufferschicht 12 auf der amorphen Schicht 15 (ein Pufferschicht-Ausbildungsschritt), Ausbilden der unteren Elektrodenschicht (der leitenden Oxidschicht) 13 auf der Pufferschicht 12 (Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrodenschicht), Ausbilden der piezoelektrischen Körperschicht 34 auf der unteren Elektrodenschicht 13 (Schritt zur Ausbildung einer piezoelektrischen Körperschicht), Freilegen der unteren Elektrodenschicht 13 (Schritt des Freilegens der unteren Elektrode), und Ausbilden der oberen Elektrodenschicht 35 auf der piezoelektrischen Körperschicht 34 (Schritt zur Ausbildung der oberen Elektrode), von denen jeder wiederum nachfolgend beschrieben wird.
[1C] Pufferschicht-Ausbildungsschritt
Dieser Schritt wird in der gleichen Weise wie der zuvor beschriebene Schritt [1A] ausgeführt.
[2C] Schritt zur Ausbildung der unteren Elektrodenschicht
Dieser Schritt wird in gleicher Weise wie der zuvor erwähnte Schritt [2A] ausgeführt.
[3C] Schritt zur Ausbildung der piezoelektrischen Körperschicht
Die piezoelektrische Körperschicht 34 wird auf der unteren Elektrodenschicht 13 ausgebildet. Dieser Schritt kann wie folgt ausgeführt werden.
Vor der Ausbildung der piezoelektrischen Körperschicht 34 wird ein drittes Target, das Bestandteile der zuvor erwähnten piezoelektrischen Körperschicht 34 enthält (ein Target für die piezoelektrische Körperschicht) von der Platine 100 entfernt angeordnet, und zwar anstelle des zweiten Targets.
Das dritte Target weist vorzugsweise die gleiche oder eine ähnliche Zusammensetzung wie die auszubildende piezoelektrische Körperschicht 34 auf.
Auf Schritt [2C] folgend, wird eine Fahne von Atomen, die Sauerstoffatome und verschiedene Metallatome enthält, auf die untere Elektrodenschicht 13 aufgebracht. Als Ergebnis kommt die Fahne in Kontakt mit der Oberfläche (der Oberseite) der unteren Elektrodenschicht 13, und somit wird die piezoelektrische Körperschicht 34, welche das ferroelektrische Material der Perovskit-Struktur enthält, in Form eines Dünnfilms mittels epitaktischen Wachstums in (001)-Orientierung des tetragonalen Kristalls ausgebildet.
Vorzugsweise werden die Atome, welche die Sauerstoffatome und die verschiedenen Metallatome enthalten, aus dem dritten Target herausgelöst, und dann wird die Fahne dadurch erzeugt, dass der Laserstrahl auf die Oberfläche des dritten Targets aufgebracht wird, in gleicher Weise wie bei Schritt [1A].
Vorzugsweise wird der ArF-Excimer-Laser oder der KrF-Excimer-Laser als Laserstrahl in gleicher Weise wie bei Schritt [A1] verwendet.
Falls erforderlich, kann die piezoelektrische Körperschicht 34 auf der unteren Elektrodenschicht 13 dadurch ausgebildet werden, dass der Ionenstrahl auf die Oberfläche der unteren Elektrodenschicht 13 in gleicher Weise wie bei Schritt [1A] aufgestrahlt wird, wodurch die piezoelektrische Körperschicht 34 effizienter ausgebildet werden kann.
Bedingungen, die zur Ausbildung der piezoelektrischen Körperschicht 34 erforderlich sind, werden derart eingerichtet, dass verschiedene Metallatome mit der Oberseite der unteren Elektrodenschicht 13 im vorgeschriebenen Verhältnis in Kontakt kommen (d. h. dem Zusammensetzungsverhältnis des Materials des piezoelektrischen Körpers der Perovskit-Struktur), und die piezoelektrische Körperschicht 34 wird durch epitaktisches Wachstum ausgebildet. Beispielsweise können die Bedingungen wie folgt eingerichtet sein.
Die Frequenz des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 30 Hz, vorzugsweise nicht mehr als 15 Hz.
Die Energiedichte des Laserstrahls beträgt nicht mehr als 0,5 J/cm², vorzugsweise nicht mehr als 2 J/cm².
Die Temperatur des Substrates 11, auf dem die Elektrodenschicht 13 ausgebildet ist, beträgt ca. 300 bis 800°C, vorzugsweise ca. 400 bis 700°C.
Im Fall eines Aufstrahlens des Ionenstrahls in Kombination mit dem Laserstrahl, beträgt die Temperatur des Substrates 11 ca. 0° bis 50°C, vorzugsweise ca. 5 bis 30°C (Raumtemperatur).
Der Abstand zwischen dem Substrat 11, auf dem die Elektrodenschicht 13 ausgebildet ist, und dem zweiten Target beträgt nicht mehr als 60 mm, vorzugsweise nicht mehr als 45 mm.
Der Druck in der Vakuumvorrichtung beträgt nicht mehr als 1 Atmosphäre. Vorzugsweise beträgt der Partialdruck des Sauerstoffs nicht mehr als 133 × 10^-3 Pa (1 × 10^-3 Torr) während der Zufuhr von Sauerstoffgas, und nicht mehr als 133 × 10^-5 Pa (1 × 10^-5 Torr) während der Zuführung der atomaren Sauerstoffradikale.
Im Fall einer Anwendung des Ionenstrahls in Kombination mit dem Laserstrahl beträgt der Druck in der Vakuumvorrichtung nicht mehr als 133 × 10^-1 Pa (1 × 10¹ Torr, vorzugsweise nicht mehr als 133 × 10³ Pa (1 × 10^-3 Torr). In diesem Fall ist die Atmosphäre in der Vakuumvorrichtung derart vorgesehen, dass das Mischungsverhältnis des Inertgases mit dem Sauerstoff im Volumen ca. 300:1 bis 10:1 beträgt, vorzugsweise ca. 150:1 bis 50:1.
Dadurch, dass die Bedingungen zur Ausbildung der piezoelektrischen Körperschicht 34 jeweils innerhalb der oben angegebenen Bereiche eingerichtet sein, kann die piezoelektrische Körperschicht 34 effizienter ausgebildet werden.
Durch geeignete Einstellung des Zeitpunktes zur Anwendung des Laserstrahls kann die durchschnittliche Dicke der piezoelektrischen Körperschicht 34 innerhalb des zuvor beschriebenen Bereiches eingestellt werden. Die Zeit zur Anwendung des Laserstrahls beträgt normalerweise ca. 3 bis 90 Minuten, vorzugsweise ca. 15 bis 45 Minuten, auch wenn dies in Abhängigkeit von jeder der Bedingungen unterschiedlich ist.
[4C] Schritt zum Freilegen der unteren Elektrode
Die untere Elektrodenschicht 13 wird dadurch freigelegt, dass ein Abschnitt der piezoelektrischen Körperschicht 34 entfernt wird. Als Ergebnis ist die Schicht 34 an einer vorgeschriebenen Zone auf der unteren Elektrodenschicht 13 angeordnet. Dies kann beispielsweise mittels Photolithographie ausgeführt werden. Als Erstes wird eine Resist-Schicht auf der Schicht 34 ausgebildet, wobei der zu entfernende Abschnitt frei bleibt. Als Nächstes wird eine Ätzbehandlung (beispielsweise eine Nassätzbehandlung, eine Trockenätzbehandlung, etc.) auf der Schicht 34 ausgeführt. Abschließend wird die Resist-Schicht entfernt wodurch ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht 13 (der linken Seite in 4) freigelegt wird.
[5C] Schritt zur Ausbildung der oberen Elektrodenschicht
Die obere Elektrodenschicht 35 wird auf der piezoelektrischen Körperschicht 34 ausgebildet. Beispielsweise kann dieser Schritt wie folgt ausgeführt werden. Als Erstes wird eine Maskenschicht von gewünschtem Muster auf der Schicht 34 beispielsweise mittels Sputtern ausgebildet. Als Nächstes wird das Material der oberen Elektrodenschicht 35, die beispielsweise aus Pt besteht, in Form eines Dünnfilms mittels Abscheidung, Sputtern oder Aufdrucken ausgebildet. Zum Schluss wird die Maskenschicht entfernt. Durch den zuvor beschriebenen Schritt wird die obere Elektrodenschicht 25 vorgesehen.
Mittels der zuvor beschriebenen Schritte [1C] bis [5C] erfolgt die Fertigung des auskragenden Elementes 300.
TINTENSTRAHLDRUCKKOPF
Eine Ausführungsform des Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Erfindung, bei dem die zuvor erläuterten Prinzipien auf einen piezoelektrischen Aktuator Anwendung finden, wird nachfolgend beschrieben.
5 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der Erfindung darstellt, und 6 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur von Hauptteilen des in 5 dargestellten Tintenstrahldruckkopfes darstellt. Es sei angemerkt, dass der Tintenstrahldruckkopf in 5 in umgekehrter Ausrichtung dargestellt ist, d. h. auf dem Kopf stehend.
Wie in 5 dargestellt, weist ein Tintenstrahldruckkopf (nachfolgend als Kopf 50 bezeichnet) eine Düsenplatte 51, ein Tintenkammersubstrat 52, eine Schwingplatte 53 und piezoelektrische Elemente (Schwingungsquellen) 54 auf, die alle in einer Basis 56 angeordnet sind. Der Kopf 50 kann ein Piezo-Strahlkopf vom On-Demand-Typ sein.
Die Düsenplatte 51 beinhaltet eine gewalzte Platte, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht. Durch die Düsenplatte 51 hindurch sind eine Mehrzahl von Düsenlöchern 511 zur Abgabe von Tintentropfen ausgebildet. Der Teilungsabstand zwischen einem der Düsenlöcher 511 und dem benachbarten Düsenloch ist basierend auf der Druckpräzision geeignet festgelegt.
Das Tintenkammersubstrat 52 ist an der Düsenplatte 51 fest angebracht.
Das Tintenkammersubstrat 52 beinhaltet eine Mehrzahl von Tintenkammern (Hohlräume, Druckkammern) 521, die durch die Düsenplatte 51, Seitenwände (Trennwände) 522 und die Schwingplatte definiert sind, was später noch erläutert wird. Das Tintenkammersubstrat 52 beinhaltet weiter eine Bevorratungskammer 523 zum vorübergehenden Speichern der von einer Tintenkartusche 631 zugeführten Tinte, und eine Mehrzahl von Zuführkanälen 524, welche die Tinte aus der Bevorratungskammer 523 jeweils in die Tintenkammern 521 zuführen.
Jede der Tintenkammern 521 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipeds ausgebildet und ist jeweils unter einem entsprechenden Loch von den Düsenlöchern 511 angeordnet. Das Volumen von jeder der Tintenkammern 521 wird mittels der Schwingung der Schwingplatte 53 verändert, was später noch beschrieben wird. Die Tinte kann durch diese Veränderung des Volumens von jeder der Tintenkammern ausgestoßen werden.
Als Basismaterial für das Tintenkammersubstrat 52 kann beispielsweise ein Silizium-Einkristall-Substrat, verschiedene Glassubstrate oder verschiedene Kunststoffsubstrate verwendet werden, wobei es sich bei diesen allen um Mehrzwecksubstrate handelt. Daher können die Kosten zur Herstellung des Kopfes 50 durch Verwendung der zuvor beschriebenen Substrate verringert werden.
Unter anderem wird das Silizium-Einkristallsubstrat der (110)-Orientierung vorzugsweise als Basismaterial für das Tintenkammersubstrat 52 verwendet. Das Silizium-Einkristallsubstrat der (110)-Orientierung ist für anisotropes Ätzen geeignet. Demzufolge kann das Tintenkammersubstrat 52 problemlos und zuverlässig ausgebildet werden.
Die durchschnittliche Dicke des Tintenkammersubstrates 52 beträgt vorzugsweise ca. 10 μm bis 1000 μm, und stärker bevorzugt ca. 100 μm bis 500 μm, obschon sie nicht speziell eingeschränkt ist.
Das Volumen von jeder der Tintenkammern 521 beträgt vorzugsweise ca. 0,1 nL bis 100 nL, und stärker bevorzugt ca. 0,1 nL bis 10 nL, obschon es nicht speziell eingeschränkt ist.
Die Schwingplatte 53 ist am Tintenkammersubstrat 52 entgegengesetzt zur Düsenplatte 51 angebracht, und die piezoelektrischen Elemente 54 sind an der Schwingplatte 53 entgegengesetzt zum Tintenkammersubstrat 52 über eine Bodenschicht (Pufferschicht) 55 befestigt.
Bei einer vorbestimmten Zone der Schwingplatte 53 ist ein Durchgangsloch 531 ausgebildet, das sich durch die Schwingplatte 53 in deren Dickenrichtung hindurch erstreckt. Die Tinte wird von der Tintenkartusche 631, die später noch beschrieben wird, in die Bevorratungskammer 523 durch das Loch 531 hindurch zugeführt.
Eine piezoelektrische Körperschicht 543 ist zwischen einer oberen Elektrode 541 und einer unteren Elektrode 542 angeordnet, um jedes der piezoelektrischen Elemente 54 auszubilden. Jedes der piezoelektrischen Elemente 54 ist in der Nähe der Mitte von jeder der Tintenkammern 521 angeordnet. Jedes der piezoelektrischen Elemente 54 ist mit einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Elemente verbunden, die später noch beschrieben wird, und wird basierend auf dem Signal von der Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elementes in Betrieb gesetzt (beispielsweise in Schwingung versetzt oder verformt).
Jedes der piezoelektrischen Elemente 54 dient als Schwingquelle. Die Schwingplatte 53 wird durch die Schwingung der piezoelektrischen Elemente 54 in Schwingung versetzt, so dass der Druck in den Tintenkammern 521 unmittelbar ansteigt.
Die Basis 56 ist beispielsweise aus verschiedenen Harzmaterialien und verschiedenen Metallmaterialien ausgebildet. Das Tintenkammersubstrat 52 ist in der Basis 56 befestigt und gelagert.
Bei dieser Ausführungsform bilden die Schwingplatte 53, die untere Schicht (Pufferschicht) 55, die untere Elektrode 542, die piezoelektrische Körperschicht 543 und die obere Elektrode 541 den zuvor erwähnten piezoelektrischen Aktuator (auskragendes Element) 300.
Bei dieser Ausführungsform besteht daher zumindest die Oberfläche der Schwingplatte 53 aus amorphem Material.
Falls ein vorbestimmtes Ausstoßsignal nicht über die Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elementes zugeführt wird, d. h. dass keine Spannung zwischen der unteren Elektrode 542 und der oberen Elektrode 541 des piezoelektrischen Elementes 54 anliegt, wird die piezoelektrische Körperschicht 543 des Kopfes 50 nicht verformt. Als Ergebnis wird die Schwingplatte 53 ebenfalls nicht verformt, und daher wird das Volumen der Tintenkammer 521 nicht verändert. Demzufolge wird kein Tintentropfen durch die Düsenlöcher 511 ausgestoßen.
Falls andererseits ein vorbestimmtes Ausstoßsignal über die Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elementes zugeführt wird, d. h. dass eine vorbestimmte Spannung zwischen der unteren Elektrode 542 und der oberen Elektrode 541 des piezoelektrischen Elementes 54 anliegt, wird die piezoelektrische Körperschicht 543 des Kopfes 50 stark gebogen. Als Ergebnis erfolgt eine Verformung der Schwingplatte 53, und daher steigt das Volumen der Tintenkammer 521 unmittelbar an. Demzufolge wird ein Tintentropfen durch das zugehörige Düsenloch 511 ausgestoßen.
Sobald die Tinte ausgestoßen wurde, wird die Spannung, die zwischen der unteren Elektrode 542 und der oberen Elektrode 541 anliegt, durch die Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elementes unterbrochen, wodurch die piezoelektrischen Elemente 54 wieder ihre ursprünglichen Formen annehmen, und das Volumen einer jeden der Tintenkammern 521 zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck, der von der Tintenkartusche 631, die später noch beschrieben wird, auf die Düsenlöcher 511 einwirkt (in Vorwärtsrichtung aufgebrachter Druck) auf die Tinte aufgebracht. Als Ergebnis erfolgt kein Eindringen von Luft in die Tintenkammern 521 durch die Düsenlöcher 511, und eine Menge an Tinte, die der abgegebenen Menge an Tinte entspricht, wird von der Tintenkartusche 631 (Bevorratungskammer 523) in die Tintenkammern 521 zugeführt.
In dieser Weise werden die Ausstoßsignale in regelmäßiger Abfolge dem piezoelektrischen Element 54 des Kopfes 50 an der Position zugeführt, bei der ein Drucken mittels der Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elementes angestrebt wird, mit dem Ergebnis, dass beliebige gewünschte Buchstaben oder Zeichen gedruckt werden können.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Fertigung des Kopfes 50 beschrieben.
Beispielsweise kann der Kopf 50 wie folgt gefertigt werden.
10. Ein Basismaterial, aus dem das Tintenkammersubstrat 52 besteht, wird an der Schwingplatte 53 integral angebracht.
Beispielsweise kann das Basiselement dadurch an der Schwingplatte 53 integral befestigt werden, dass das Basismaterial und die Schwingplatte 53 erwärmt wird, während das Basismaterial gegen die Schwingplatte 53 gedrückt wird. Gemäß der zuvor beschriebenen Wärmebehandlung kann das Basismaterial an der Schwingplatte 53 problemlos und zuverlässig integral angebracht werden.
Die Bedingung für die Wärmebehandlung beträgt vorzugsweise 100 bis 600°C und 1 bis 24 Stunden, und stärker bevorzugt 300 bis 600°C und 6 bis 12 Stunden, auch wenn diese nicht speziell eingeschränkt ist.
Weitere verschiedene Bondier- oder Schweißverfahren können verwendet werden, um das Basismaterial an der Schwingplatte 53 anzubringen.
20. Die piezoelektrischen Elemente 54 werden auf der Schwingplatte 53 über die untere Schicht 55 ausgebildet.
Dieser Ausbildungsschritt kann in gleicher Weise wie die zuvor beschriebenen Schritte [1C] bis [5C] ausgeführt werden.
30. Ausgesparte Abschnitte, welche die Tintenkammern 521 bilden, werden auf dem Basismaterial ausgebildet, aus dem das Tintenkammersubstrat 52 besteht, und zwar an den Positionen, die jeweils den piezoelektrischen Elementen 54 entsprechen. Auch werden weitere ausgesparte Abschnitte, welche die Bevorratungskammer 523 und die Zufuhrkanäle 524 bilden, auf dem Basismaterial jeweils an vorgeschriebenen Positionen ausgebildet.
Speziell wird eine Maskenschicht an den Positionen ausgebildet, bei denen die Tintenkammern 523, die Bevorratungskammer 523 und die Zuführkanäle 524 auszubilden sind. Danach wird eines der folgenden Ätzverfahren auf der Maskenschicht ausgeführt: Trockenätzen, wie beispielsweise reaktives Ionenätzen vom Parallelplattentyp, Induktivkopplungsätzen, Elektrozyklotron-Resonanzätzen, Helikonwellen-Erregungsätzen, Magnetronätzen, Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen oder Nassätzen mit hochkonzentrierter alkalischer wässriger Lösung, wie beispielsweise 5 bis 40 Gew.-% Kaliumhydroxid oder Tetramethylammoniumhydroxid.
Durch das Ätzen wird das Basismaterial in dem Ausmaß entfernt, dass die Schwingplatte 53 auf dem Basismaterial in Dickenrichtung freiliegt, mit dem Ergebnis, dass das Tintenkammersubstrat 52 ausgebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt bilden die verbleibenden Abschnitte, die nicht geätzt werden, die Seitenwände 522. Die freiliegende Schwingplatte 53 ist nun bereit, um als Schwingplatte zu dienen.
Falls das Siliziumsubstrat der (110)-Orientierung als Basismaterial verwendet wird, wird das Basismaterial ohne Weiteres dem anisotropen Ätzen unter Verwendung der zuvor erwähnten hochkonzentrierten alkalischen wässrigen Lösung unterzogen. Demzufolge kann dass Tintenkammersubstrat 52 problemlos ausgebildet werden.
40. Die Düsenplatte 51, durch die hindurch eine Mehrzahl von Düsenlöchern 511 ausgebildet sind, wird auf dem Tintenkammersubstrat 52 derart angeordnet, dass die Düsenlöcher 511 jeweils zu den entsprechenden ausgesparten Abschnitten passen, welche die Tintenkammer 521 bilden. Als Ergebnis werden eine Mehrzahl von den Tintenkammern 521, die Bevorratungskammer 523 und eine Mehrzahl von den Zuführkanälen 524 derart ausgebildet, dass sie voneinander getrennt sind.
Zum Anbringen können verschiedene Bondierverfahren, wie beispielsweise eine Adhäsionsverbindung mittels Klebstoffen, oder verschiedene Schweißverfahren angewandt werden.
50. Das Tintenkammersubstrat 52 wird an der Basis 56 angebracht.
Durch die zuvor beschriebenen Schritte wird der Tintenstrahldruckkopf 50 bereitgestellt.
TINTENSTRAHLDRUCKER
Ein Tintenstrahldrucker, der den Tintenstrahldruckkopf gemäß der Erfindung aufweist, wird nachfolgend beschrieben.
7 ist eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform eines Tintenstrahldruckers gemäß der Erfindung darstellt.
In der folgenden Beschreibung wird die Oberseite von 7 als der obere Teil und die Unterseite als unterer Teil bezeichnet.
Wie in 7 dargestellt, beinhaltet der Tintenstrahldrucker 60 einen Druckerkörper 62, ein Tablett 621, das am oberen hinteren Teil des Druckerkörpers 62 angeordnet ist, um Druckpapiere P zuzuführen, einen Papierauswurfabschnitt 622, der am unteren vorderen Teil des Druckerkörpers 62 ausgebildet ist, um die Druckpapiere P auszuwerfen, und eine Steuerkonsole 67, die am Druckerkörper 62 vorgesehen ist.
Die Steuerkonsole 67 kann beispielsweise durch eine Flüssigkristallanzeige, eine organische EL-Anzeige oder eine LED-Lampe realisiert sein. Die Steuerkonsole 67 beinhaltet einen Anzeigeteil zum Anzeigen von Fehlernachrichten (nicht dargestellt), und einen Steuerteil, der verschiedene Arten von Schaltern beinhaltet (nicht dargestellt).
Im Druckerkörper 62 sind hauptsächlich eine Druckvorrichtung 64, die eine sich hin- und herbewegende Kopfeinheit 63 aufweist, eine Vorschubeinrichtung 65, welche die Druckpapiere P blattweise der Druckvorrichtung 64 zuführt, und eine Steuereinrichtung 66 eingebaut, welche die Druckvorrichtung 64 und die Vorschubeinrichtung 65 steuert.
Gesteuert durch die Steuereinrichtung 66 transportiert die Vorschubeinrichtung 65 blattweise intermittierend die Druckpapiere P. Ein auf diese Weise transportiertes Druckblatt P wird in der Nähe des unteren Teils der Druckkopfeinheit 63 vorbei bewegt. Dabei wird die Kopfeinheit 63 senkrecht zur Vorschubrichtung des Druckpapiers P hin- und herbewegt, so dass die Druckoperation auf dem Druckpapier P ausgeführt wird. Speziell bezeichnet die Hin- und Herbewegung der Kopfeinheit 63 und der intermittierende Vorschub des Druckpapiers P Abtast- bzw. Vorschuboperationen beim Druckprozess. Auf diese Weise wird die Tintenstrahl-Druckoperation bewerkstelligt.
Die Druckvorrichtung 64 weist die Kopfeinheit 63, einen Schlittenmotor 641 zum Antreiben der Kopfeinheit 63, und einen Hin- und Herbewegungsmechanismus 642 auf, welcher die Kopfeinheit 63 von Seite zu Seite bewegt, wenn der Schlittenmotor 641 rotiert wird.
Die Kopfeinheit 63 weist einen Tintenstrahldruckkopf 50, der eine Mehrzahl von an seinem unteren Teil ausgebildeten Düsenlöchern 511 aufweist, eine Tintenkartusche 631, welche dem Tintenstrahldruckkopf 50 Tinte zuführt, und einen Schlitten 632 auf, welcher den Tintenstrahldruckkopf 50 und die Tintenkartusche 631 halt.
Die Tintenkartusche 631 enthält vorzugsweise vier Farben von Tinte, beispielsweise Gelb, Cyan, Magenta und Schwarz, um einen Vollfarbdruck auszuführen. In diesem Fall sind eine Mehrzahl von Tintenstrahldruckköpfen 50 zur Bereitstellung der Farben, deren Strukturen später noch beschrieben werden, in der Kopfeinheit 63 montiert.
Der Hin- und Herbewegungsmechanismus 642 weist einen Schlittenführungsschaft 643, dessen beide Enden durch einen (nicht dargestellten) Rahmen gelagert sind, und einen Zahnriemen 644 auf, der parallel zum Schlittenführungsschaft 643 angeordnet ist.
Der Schlitten 632 ist durch den Schlittenführungsschaft 643 derart gelagert, dass der Schlitten 632 hin- und herbewegt werden kann. Außerdem ist der Schlitten 632 an einem Teil des Zahnriemens 644 fest angebracht.
Wenn der Zahnriemen 644 sich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegt, und zwar über eine Riemenscheibe durch den Betrieb des Schlittenmotors 641, wird die Kopfeinheit 63 hin- und herbewegt, und wird dabei durch den Schlittenführungsschaft 643 geführt. Während dieser Hin- und Herbewegung der Kopfeinheit 63 wird eine geeignete Menge an Tinte aus dem Tintenstrahldruckkopf 50 ausgestoßen, so dass die Operation des Druckens auf ein Druckpapier P ausgeführt wird.
Die Vorschubeinrichtung 65 weist einen Vorschubmotor 651 und eine Vorschubwalze 652 auf, die durch den Betrieb des Vorschubmotors 651 rotiert wird.
Die Vorschubwalze 652 weist eine getriebene Walze 652a und eine antreibende Walze 652b auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Vorschubpassage der Druckpapiere P ist zwischen der getriebenen Walze 652a und der antreibenden Walze 652b definiert, d. h. die Druckpapiere werden zwischen der getriebenen Walze 652a und der antreibenden Walze 655b hindurch bewegt. Die antreibende Walze 652b ist mit dem Vorschubmotor 651 verbunden. Demzufolge kann die Vorschubwalze 652 die im Tablett 621 aufgenommenen Druckpapiere P blattweise zur Druckvorrichtung 64 transportieren. Anstelle des Tabletts 621 kann eine Zuführkassette zum Speichern der Druckpapiere P abnehmbar im Druckerkörper 62 montiert sein.
Die Steuereinrichtung 66 steuert die Druckvorrichtung 64 und die Vorschubeinrichtung 65 basierend auf Information, die von einem Host-Computer, wie beispielsweise einem Personal-Computer oder einer Digitalkamera zugeführt wird, um die Druckoperation auszuführen.
Die Steuereinrichtung 66 beinhaltet einen Speicher zum Speichern von Steuerprogrammen, welche die Teile des Druckers steuern, eine Ansteuerschaltung für piezoelektrische Elemente, welche die zeitliche Steuerung der Tintenabgabe durch Ansteuern der piezoelektrischen Elemente (Schwing quellen) 54 steuert, eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Druckvorrichtung (Schlittenmotor 641), einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Vorschubeinrichtung 65 (der Vorschubmotor 651), eine Kommunikationsschaltung, welche Druckdaten vom Host-Computer empfängt, und eine CPU, die mit den zuvor beschriebenen Bauelementen verbunden ist, um diese zu steuern, wobei keines von diesen dargestellt ist.
Mit der CPU sind verschiedene Sensoren elektrisch verbunden, welche verschiedene Druckumgebungen abtasten, wie beispielsweise Restmenge an Tinte in der Tintenkartusche 631, und Position, Temperatur bzw. Feuchtigkeit der Kopfeinheit 63.
Die Steuereinrichtung 66 empfängt die Druckdaten über die Kommunikationsschaltung, um diese dem Speicher zuzuführen. Die CPU verarbeitet die Druckdaten und gibt Ansteuersignale an die Ansteuerschaltungen aus, und zwar basierend auf den verarbeiteten Daten und den von den Sensoren zugeführten Daten. Mittels der Ansteuersignale werden die piezoelektrischen Elemente 54, die Druckvorrichtung 64 bzw. die Vorschubeinrichtung 65 betrieben. Demzufolge wird die Druckoperation auf den Druckpapieren P ausgeführt.
Zwar wurde die Platine für das elektronische Bauelement, das elektronische Bauelement, der ferroelektrische Speicher, die elektronische Vorrichtung, der Tintenstrahldruckkopf und der Tintenstrahldrucker auf Basis der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt.
Beispielsweise sind verschiedene Modifikationen möglich, es können Teile hinzugefügt und Teile ersetzt werden, und zwar bei den Teilen, welche die Platine für das elektronische Bauelement, das elektronische Bauelement, den ferroelektrischen Speicher, die elektronische Vorrichtung, den Tintenstrahldruckkopf und den Tintenstrahldrucker bilden.
Außerdem können zusätzliche Schritte zu dem Verfahren hinzugefügt werden, das zur Fertigung der Platine für das elektronische Bauelement, der elektronischen Vorrichtung, des ferroelektrischen Speichers und des Tintenstrahldruckkopfes verwendet wird.
Außerdem kann ein beliebiger Flüssigkeitsaustragsmechanismus von verschiedenen industriellen Flüssigkeitsaustragsvorrichtungen auf den Tintenstrahldruckkopf gemäß der zuvor erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angewandt werden. In diesem Fall ist es, zusätzlich zu der zuvor erwähnten Tinte (Tinte der Farbe Gelb, Cyan, Magenta und Schwarz), möglich, eine beliebige flüssige oder in flüssigem Zustand befindliche Substanz zu verwenden, deren Viskosität für eine Abgabe aus Düsen (Flüssigkeitsaustragslöchern) des Flüssigkeitsaustragsmechanismus in der Flüssigkeitsaustragsvorrichtung geeignet ist.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung klar hervorgeht, stellt die Erfindung eine Platine für ein elektronisches Bauelement bereit, die ein Substrat, das zumindest eine aus einer amorphen Substanz bestehende Oberfläche aufweist, eine Pufferschicht, die auf der Oberfläche des Substra tes ausgebildet ist, wobei die Pufferschicht eine Orientierung zumindest in Richtung ihrer Dicke aufweist, und eine leitende Oxidschicht beinhaltet, die auf der Pufferschicht mittels epitaktischen Wachstums ausgebildet ist, wobei die leitende Oxidschicht ein Metalloxid von Perovskit-Struktur aufweist, wodurch das elektronische Bauelement mit verschiedenen hervorragenden Eigenschaften in der am besten geeigneten Struktur realisiert werden kann.
Außerdem wird eine beliebige von verschiedenen Mehrzweckplatinen als Platine des elektronischen Bauelementes gemäß der Erfindung verwendet, wodurch die Kosten zur Fertigung der Platine für das elektronische Bauelement verringert werden können.
Außerdem kann, falls die leitende Oxidschicht durch geeignetes Auswählen eines Materials für die Pufferschicht ausgebildet wird, nicht nur die Effizienz der Ausbildung der leitenden Schicht verbessert werden, sondern es kann auch die Adhäsionsfähigkeit zwischen dem Substrat und der leitenden Oxidschicht verbessert werden.

Claims

Tintenstrahldruckkopf, aufweisend: ein Substrat (52) mit (110)-Orientierung, wobei das Substrat (52) mindestens einen Hohlraum (521) aufweist; eine amorphe Substanz (53), die auf dem Substrat (52) ausgebildet ist; eine Pufferschicht (55), die auf der amorphen Substanz (53) auf dem Substrat (52) ausgebildet ist, wobei die Pufferschicht (55) eine (100)-Orientierung aufweist; eine untere Elektrode (542), die ein Metalloxid einer Perovskit-Struktur aufweist, das auf der Pufferschicht (55) ausgebildet ist; eine piezoelektrische Körperschicht (543), die auf der unteren Elektrode (542) ausgebildet ist; und eine obere Elektrode (541), die auf der piezoelektrischen Körperschicht (543) ausgebildet ist.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, bei dem die Pufferschicht (55) eine Orientierung in Richtung aller drei Dimensionen hat.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Pufferschicht (55) durch epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des kubischen Kristalls ausgebildet ist.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Pufferschicht (55) mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Metalloxid einer NaCl-Struktur und einem Metalloxid einer Fluorkalzium-Struktur umfasst.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 4, bei dem das Metalloxid der NaCl-Struktur mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MgO, CaO, SrO und BaO oder eine feste Lösung umfasst, die MgO, CaO, SrO oder BaO beinhaltet.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 4, bei dem das Metalloxid der Fluorkalzium-Struktur mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid, CeO₂ und ZrO₂ oder eine feste Lösung umfasst, die Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, CeO₂ oder ZrO₂ enthält.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die untere Elektrode (542) eine leitende Oxidschicht ist, die durch epitaktisches Wachstum in der (100)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls oder der (110)-Orientierung des pseudo-kubischen Kristalls ausgebildet ist.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Metalloxid der Perovskit-Struktur mindestens eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CaRuO₃, SrRuO₃ und BaRuO₃ oder eine feste Lösung umfasst, die CaRuO₃, SrRuO₃ oder BaRuO₃ beinhaltet.
Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Substrat (52) ein Silizium-Einkristall-Substrat ist.
Tintenstrahldrucker, der den Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche beinhaltet.