压电陶瓷溅射靶材、无铅压电薄膜及压电薄膜元件制造技术

本发明专利技术提供一种在无铅压电薄膜的制造中可以充分地抑制漏电的发生的压电陶瓷溅射靶材。所述压电陶瓷溅射靶材以化学式(I)：ABO3所表示的钙钛矿型氧化物为主成分，其特征在于，所述化学式(I)的A成分至少含有K(钾)和/或Na(钠)，所述化学式(I)的B成分至少含有Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种(但是，必须有Nb(铌))，所述压电陶瓷溅射靶材由多个晶粒和存在于所述晶粒之间的晶界构成，所述晶界中所述B成分中Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种的摩尔比与所述晶粒的晶粒内的摩尔比相比多30％以上。

Piezoelectric ceramic sputtering target material, leadless piezoelectric film and piezoelectric film element

The present invention provides a piezoelectric ceramic sputtering target that can sufficiently suppress the occurrence of leakage in the manufacture of a lead-free piezoelectric film. The piezoelectric ceramic targets with chemical formula (I) perovskite type oxide:ABO3 represented by the main component, which is characterized in that the chemical formula (I) A composition containing at least K (k) and / or Na (sodium), the chemical formula (I) B composition containing at least Nb (NB) and Ta (TA) and Zr (Zr) at least one of the (but must have Nb (NB)), the piezoelectric ceramic sputtering target comprises a plurality of grain and grain boundary exists between the grains, the grain boundary in the B component in Nb (NB) Ta (TA), and Zr (Zr) molar ratio of grain in at least one molar ratio and the grain in more than 30%.

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷溅射靶材、无铅压电薄膜及压电薄膜元件
本专利技术涉及压电陶瓷溅射靶材、无铅压电薄膜以及使用其的压电薄膜元件。
技术介绍
已知有如果施加电场则产生机械应变和应力的显示所谓的压电现象的压电陶瓷。这样的压电陶瓷用于驱动器等的振动元件、发声体或传感器等。作为用于上述的压电陶瓷，最多的是利用具有优异的压电性的锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)。然而，由于锆钛酸铅含有较多铅，因此，在最近，由于酸雨而造成的铅的溶出等对地球环境的影响被视作问题。因此，要求有代替锆钛酸铅的不含有铅的压电陶瓷，根据这种要求，提出有不含有铅的各种压电陶瓷。另一方面，电子部件要求进一步小型化、高性能化以及高可靠性，在压电部件中也有同样的倾向。大多压电部件使用通过烧结法制作的块体，但随着其厚度变薄，产生用于控制厚度的加工变得极其困难或晶体粒径的尺寸导致特性劣化这样的状况。作为解决其的方法之一，近年来热烈地进行有关利用了各种薄膜制作法的压电薄膜和使用其的元件应用的研究。例如，溅射法是代表性的薄膜制作法。其原理是，在氩等的惰性气体气氛中，通过在沉积薄膜的基板(阳极侧)和与其相对的由薄膜形成物质构成的靶(阴极侧)之间施加压电，从而使离子化后的惰性气体原子碰撞作为阴极物质的靶，利用该能量将靶的构成原子敲出，由此在相对基板上形成薄膜。在电子部件的微细化以及利用溅射法的成膜中，要求更高精度·高品质的薄膜，在后者，具体来说，高密度·低缺陷薄膜的制作成为课题。特别是在薄膜上产生的缺陷，由于在制成产品时会导致产生漏电流等不良情况，因此，进行了抑制微粒或结核(nodule)的产生等各种研究。例如，在专利文献1中公开了通过对铅类的溅射靶材的制作方法进行钻研，从而在薄膜制作时抑制微粒的产生并且抑制介电体膜的不良品产生率的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-336474号公报
技术实现思路
然而，即使在无铅压电薄膜的制造中可以充分地抑制微粒的产生，还可以看到产生起因于薄膜的微细缺陷的漏电流的情况，从而寻求进一步的改善。本专利技术是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种在无铅压电薄膜的制造中能够充分地抑制漏电的发生的压电陶瓷溅射靶材。另外，目的在于提供一种使用所述压电陶瓷溅射靶材成膜而成的无铅压电薄膜以及压电薄膜元件。为了达成上述目的，本专利技术人对能够减少漏电流的产生的方法进行了各种研究。其结果发现，通过使特定的元素偏多地存在于构成溅射靶材的钙钛矿型氧化物晶粒的晶界部分，可以得到优质的溅射靶材，作为使用其的溅射成膜的结果，可以充分地抑制无铅压电薄膜的漏电流的发生。即，本专利技术的压电陶瓷溅射靶材，其特征在于，所述压电陶瓷溅射靶材以化学式(I)：ABO3所表示的钙钛矿型氧化物为主成分，所述化学式(I)的A成分至少含有K(钾)和/或Na(钠)，所述化学式(I)的B成分至少含有Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种(但是，必须有Nb(铌))，所述压电陶瓷溅射靶材由多个晶粒和存在于所述晶粒之间的晶界构成，所述晶界中所述B成分中Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种的摩尔比与所述晶粒的晶粒内的摩尔比相比多30％以上。根据本专利技术，可以提供一种在无铅压电薄膜的制造中能够充分地抑制漏电流的产生的压电陶瓷溅射靶材。另外，可以提供一种使用所述压电陶瓷溅射靶材成膜而成的无铅压电薄膜以及压电薄膜元件。附图说明图1是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的一个实施方式的立体图。图2是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的另一个实施方式的立体图。图3是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的微细结构的一个例子的场发射型扫描透射电子显微镜照片。图4是表示使用本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材成膜而成的无铅压电薄膜元件的实施方式的截面图。符号的说明：1、2压电陶瓷溅射靶材10晶粒20晶界30晶粒的内部100基体200下部电极300无铅压电薄膜400上部电极1000压电薄膜元件具体实施方式以下，根据情况参照附图对本专利技术的优选的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中，对同一或同等的要素使用同一符号，省略重复的说明。(压电陶瓷溅射靶材)图1是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的一个实施方式的立体图。在此，压电陶瓷溅射靶材1作为一体物构成。而且，根据需要也可以施以调整表面的平坦性或厚度的加工。压电陶瓷溅射靶材1的外形不一定必须为圆形，也可以为椭圆或四边形或多边形。而且，对于其大小也没有特别的限制。图2是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的另一个实施方式的立体图。压电陶瓷溅射靶材2由分割成2个以上的多块构成。在此，分割线不一定必须为直线，也可以为同心圆或曲线。另外，压电陶瓷溅射靶材2的外形也不一定必须为圆形，也可以为椭圆或四边形或多边形。另外，同样地对于大小也没有特别的限制。这些压电陶瓷溅射靶材1和2在固定于例如铜制的垫板上之后，安装于溅射装置上，进行溅射成膜。本专利技术的压电陶瓷溅射靶材，其特征在于，所述压电陶瓷溅射靶材为以化学式(I)：ABO3所表示的钙钛矿型氧化物为主成分的压电陶瓷溅射靶材，所述化学式(I)的A成分至少含有K(钾)和/或Na(钠)，所述化学式(I)的B成分至少含有Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种(但是，必须有Nb(铌))，所述压电陶瓷溅射靶材由多个晶粒和存在于所述晶粒之间的晶界构成，所述晶界中所述B成分中Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种的摩尔比与所述晶粒的晶粒内的摩尔比相比多30％以上。由此，在使用了该钙钛矿型氧化物的靶材的溅射成膜中，可以进一步确实地减少起因于缺陷的漏电流的发生。所述化学式(I)的A成分优选包含Sr(锶)和/或Li(锂)。由此，可以抑制碱成分的量，A成分可以稳定地存在。其含量优选相对于A成分为20摩尔％以下。所述化学式(I)的B成分优选包含Ta(钽)和/或Zr(锆)。由此，即使一部分B成分存在于晶界，也可以补充晶粒内的B成分的减少，可以作为钙钛矿型氧化物而稳定。其含量优选相对于B成分为20摩尔％以下。作为所述压电陶瓷溅射靶材的副成分，可以含有作为Mn(锰)和Cu(铜)的至少一种的成分，相对于所述主成分的组合物，分别换算成MnO(氧化锰)、CuO(氧化铜)也可以含有1质量％以下。由此，提高了烧结性，可以得到致密的微细结构的溅射靶材。图3是表示本专利技术所涉及的压电陶瓷溅射靶材的微细结构的一个例子的场发射型扫描透射电子显微镜照片。该压电陶瓷溅射靶材含有包含碱金属和Nb作为构成元素的钙钛矿型氧化物作为主成分，含有Mn化合物作为副成分。在图3中显示3个钙钛矿型氧化物的晶粒10和由这些晶粒10构成的晶界20。如图3所示，该压电陶瓷溅射靶材作为钙钛矿型氧化物的晶粒10的集合体而构成。通常在构成如压电陶瓷这样的烧结体的各晶粒的边界部分、即晶界20中，所谓的晶界层作为非常薄的层而存在。可以在压电陶瓷溅射靶材的微细结构的各点中使用FE-STEM(场发射型扫描型透射电子显微镜)和能量色散X射线分光分析装置(EDS)进行钙钛矿型氧化物的结晶的晶界20和晶粒的内部30的结构、组成分析。作为本专利技术中的FE-STEM，使用日本电子株式会社制造的JEM-2100F(商品名)，在组成分析中使用该FE-STEM所附带的能量色散X射线分光分析装置(EDS)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷溅射靶材，其特征在于，所述压电陶瓷溅射靶材以化学式(I)：ABO3所表示的钙钛矿型氧化物为主成分，所述化学式(I)的A成分至少含有K(钾)和/或Na(钠)，所述化学式(I)的B成分至少含有Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种，其中，必须含有Nb(铌)，所述压电陶瓷溅射靶材由多个晶粒和存在于所述晶粒之间的晶界构成，在所述晶界中的所述B成分中Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种的摩尔比与所述晶粒的晶粒内的所述摩尔比相比多30％以上。

【技术特征摘要】
2016.03.29 JP 2016-0648971.一种压电陶瓷溅射靶材，其特征在于，所述压电陶瓷溅射靶材以化学式(I)：ABO3所表示的钙钛矿型氧化物为主成分，所述化学式(I)的A成分至少含有K(钾)和/或Na(钠)，所述化学式(I)的B成分至少含有Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种，其中，必须含有Nb(铌)，所述压电陶瓷溅射靶材由多个晶粒和存在于所述晶粒之间的晶界构成，在所述晶界中的所述B成分中Nb(铌)、Ta(钽)和Zr(锆)中的至少一种的摩尔比与所述晶粒的晶粒内的所述摩尔比相...

【专利技术属性】
技术研发人员：东智久，七尾胜，佐野达二，古川正仁，石井健太，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP