压电体元件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及由第１电极膜、第２电极膜、第１电极膜及第２电极膜所夹的压电体薄膜构成的压电体元件，特征是上述压电体薄膜为氧化物压电体薄膜，其相对化学计量组成上具有０％以上至１０％或１０％以下的氧缺损量。与处于化学计量组成的氧化状态的氧化物压电体薄膜相比，具有上述氧缺损量的压电体薄膜制成的压电体元件有较大的压电性，而且，在该条件下制作，可以增大成膜速度，从而能改善批量生产性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有压电体薄膜的。
技术介绍
近年来，根据不同的需要，压电体薄膜被加工成各种各样的压电体元件，特别是被广泛运用于加压能产生变形的致动器及由元件变形产生电压的传感器等功能性电子部件。例如，如日本特开2002-279742号公报中公开了运用压电体元件可以对磁盘的磁头位置进行微细控制。这是由于磁盘的记录密度增大，一个磁头的记录区域的面积变小，但用原来的音圈电机很难对磁头的位置进行高精度控制。因此，除了利用音圈电机确定位置，正在研究利用压电体元件来进行微小区域内的高精度位置确认的2段致动器的结构。所采用的压电体元件单元由一对压电体元件构成，一方伸张时，另一方收缩，因此可以使其前端附着的磁头在磁盘面上进行微小且高精度的移动。上述压电体元件通常用以下的方法制作而成。例如，用氧化镁单晶基板(MgO基板)作为基板。在该MgO基板上形成(100)取向的铂膜(Pt膜)。再在该Pt膜上形成(001)取向的钛酸锆酸铅(PZT)薄膜。进一步地，在该PZT薄膜上形成电极薄膜后，利用照相平板印刷法(フオトリ ソグラフイ一プロセス)和蚀刻法(エツチングプロセス)将这些薄膜加工成一定的形状。其后，通过蚀刻等除去MgO基板，由此制备压电体元件。PZT薄膜的制备通常采用溅射法(スパツタリング法)，其成膜温度为550℃-650℃。在该高温下溅射时，溅射成膜过程中，铅(Pb)将从PZT薄膜中再蒸发，因此，最终形成的PZT薄膜是Pb组成减少、偏移化学计量组成的膜。因此，为了得到化学计量组成的PZT薄膜，Takayama等使溅射用的靶(タ一グツト)的Pb量过剩20％，通过用该靶成膜防止PZT薄膜中Pb成分的减少。(J.Appl.Phys.65(4)，1666(1989))。然而，为了得到用含过剩Pb的靶制备的化学计量组成的PZT薄膜，作为放电气体，必须在惰性气体中添加氧气，并在较高压力条件下进行溅射成膜。不过，该条件下的成膜速度不能大。作为压电体元件使用的PZT薄膜的厚度必须控制在1μm-10μm左右，因此在小成膜速度下批量生产性非常低。日本特开平6-49638号公报公开了在形成用于半导体存储器的PZT薄膜时，为了增大成膜速度，使真空装置内的放电气体压力为较低压力进行溅射。放电气体压力低时，所制备膜中的Pb成分更容易减少，因此，为了制备化学计量组成的PZT薄膜，使用对应于放电气体压力的Pb组成过剩的靶。此外，日本特许第3341357号公报公开了为了改善PZT薄膜压电特性而制成的薄膜比化学计量组成含有过剩的Pb，而且，结晶结构为菱形晶，由此增大压电常数d31。不过，上述第1例和第2例中，都是以制备化学计量组成的PZT薄膜为目的，因此，有必要在具有较高氧分压的放电气体中溅射成膜。在该高氧分压下形成的PZT薄膜的压电常数d31通常较小，而且，溅射时的成膜速度不能大。因此，不能得到高压电特性，并且无法改善批量生产性。此外，上述第3例中，PZT薄膜中Pb量比加入钛(Ti)和锆(Zr)的量还过剩，但PZT薄膜中的氧(O)和Pb的量同比例增加，并不造成氧缺损。因此，有必要在成膜时添加较多的氧，在高放电气体压力条件下进行溅射，成膜速度不能大，结果是不能改善批量生产性。专利技术概述若能对氧化物压电体薄膜设定适当的氧缺损量，则有望改善压电常数d31，可以得到具有良好压电特性的压电体元件。基于该认识，本专利技术提供压电特性好，且能增大成膜速度，提高批量生产性的。针对上述课题，本专利技术的压电体元件具有以下结构其包括第1电极膜、第2电极膜以及所述第1电极膜和第2电极膜所夹的压电体薄膜，所述压电体薄膜是相对化学计量组成具有0％以上、10％或10％以下的氧缺损量的氧化物压电体薄膜。通过使用具有氧缺损的氧化物压电体薄膜，可以获得比原来压电特性大的压电体元件，而且可以高速成膜，所以，有望提高压电体元件的特性及改善其批量生产性。附图简述图1是本专利技术实施例中压电体元件的斜视图；图2A-2D是同一实施例中压电体元件的制造方法中主要步骤的断面图；图3是同一实施例中，用Y＝0.25组成的靶制备的压电体元件的位移量和氧分压之间关系的示意图；图4是同一实施例中压电体元件位移量与对应氧缺损量比率的氧分压之间关系的示意图；图5是同一实施例中求算压电体元件的氧缺损量比率与位移量之间关系的示意图；图6是同一实施例中改变靶组成制备的压电体元件的位移量和氧分压之间关系的示意图；图7是将同一实施例中的压电体元件用于磁盘装置的磁头位置确认的示例图；图8A是同一实施例中磁盘装置中的压电体元件附近形状的平面图；图8B是沿图8A所示X-X射线的断面图。符号说明1，1081 第1电极膜(Pt膜)2，1082氧化物压电体薄膜(PZT薄膜)3，1083第2电极膜(Pt膜)5驱动电源10，108，108A，108B压电体元件15 MgO基板100磁头支持结构102滑动器(スライダ一)103挠性部(フレクシヤ一)103A电极垫103B压电体电极线 103C磁头电极线104悬浮器(サスペンション)105簧片106臂107粘合层109导线110轴承部112音圈200磁盘220旋转驱动装置具体实施方案以下通过附图说明本专利技术的实施例。另外，下面所说明的附图中，相同的要素附加了相同的符号，有时省略说明。第1实施例图1为与本专利技术第1实施例涉及的压电体元件的斜视图。此外，图1还显示了用于驱动压电体元件10的驱动电源5。压电体元件10由第1电极膜1、在该第1电极膜1上形成的氧化物压电体薄膜2及在该氧化物压电体薄膜2上形成的第2电极膜3构成。第1电极膜1、氧化物压电体薄膜2及第2电极膜3分别通过溅射等薄膜形成技术成膜，并利用照相平板印刷法和蚀刻法加工成图1所示的近长方体形状。该压电体元件10的尺寸，例如，压电体产生伸缩的方向，即长方向(如图中B所示方向)约2mm、宽方向约0.5mm、厚度约3μm。此外，为了利用压电体元件10，有必要在氧化物压电体薄膜2上进行初期极化，在本实施例中，如图1所示，该极化方向为箭头A所示方向。该极化矢量不一定必须与膜面垂直，倾斜时，考虑其垂直成分即可。即，氧化物压电体薄膜2的区域不必都在膜厚方向极化。另外，在成膜后的状态下自然地产生自发极化时，也可以直接利用该自发极化。压电体元件10的形状也不一定必须为长方体。例如，也可以是与使用装置形状相适的梯形形状或三角形形状等各种形状。驱动电源5是将所定电压外加到压电体元件10上的电源，一旦第1电极膜1和第2电极膜3上有外加电压，通过该电压，氧化物压电体薄膜2即可伸缩运动。利用以上结构，压电体元件10在驱动电源5的电压作用下，可沿箭头B所示方向作伸缩运动。本实施例中，将该伸缩运动用作驱动力。即，将一个方向的顶端固定，另一方向的顶端作为自由端，在该自由端上固定待控制的被控制物，由此可以确定被控制物的精密位置。单位电压的位移量依赖于压电常数d31(压电性指标之一)，d31越大，元件位移量越大。本专利技术的特征在于，将该氧化物压电体薄膜2中的氧缺损量控制在0％以上至10％或10％以下，优选控制在2％或2％以上至7％或7％以下，进一步优选控制在2％或2％以上至5％或5％以下。本专利技术人发现，包含具有上述氧缺损量的氧化物压电体薄膜的压电体元件与处于化学计量组成的氧化状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电体元件，其包括以下组成：包含第１电极膜、第２电极膜以及该第１电极膜和第２电极膜所夹的压电体薄膜的压电体元件，该压电体薄膜是相对化学计量组成具有０％以上至１０％或１０％以下的氧缺损量的氧化物压电体薄膜。

【技术特征摘要】
JP 2003-5-20 141733/031.一种压电体元件，其包括以下组成包含第1电极膜、第2电极膜以及该第1电极膜和第2电极膜所夹的压电体薄膜的压电体元件，该压电体薄膜是相对化学计量组成具有0％以上至10％或10％以下的氧缺损量的氧化物压电体薄膜。2.权利要求1所述的压电体元件，其中所述压电体薄膜为通式Pb1+Y(ZrXTi1-X)O3+Z(其中0＜X＜1)表示的钛酸锆酸铅，将上述压电体薄膜中的氧缺损量比率用(Y-Z)/(Y+3)表示时，0＜(Y-Z)/(Y+3)≤0.1。3.权利要求2所述的压电体元件，所述压电体薄膜中，与其极化轴平行的方位的结晶取向度为70％或70％以上。4.权利要求2所述的压电体元件，所述压电体薄膜的结晶结构为钙钛矿型正方晶系，结晶取向(001)方向。5.权利要求2所述的压电体元件，所述压电体薄膜的结晶结构为钙钛矿型菱形晶系，结晶取向(111)方向。6.权利要求2所述的压电体元件，将所述通式Pb1+Y(ZrXTi1-X)O3+Z(其中0＜X＜1)中的部分Pb用选自2族典型元素、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、钐(Sm)、铕(Eu)和镱(Yb)的至少一种元素取代。7.权利要求2所述的压电体元件，所述通式Pb1+Y(ZrXTi1-X)O3+Z(其中0＜X＜1)中，选自Ti和Zr的至少一元素的一部分用选自铪(Hf)、铱(Ir)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铈(Ce)、镨(Pr)及铽(Tb)的至少一种元素取代。8.权利要求2所述的压电体元件，所述通式Pb1+Y(ZrXTi1-X)O3+Z(其中0＜X＜1)中，选自Pb、Ti和Zr中的至少一种元素的一部分用选自一价1族典型元素、钪(Sc)、钇(Y)、铬(Cr)、硼(B)、铝(Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：喜多弘行，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]