压电层叠体及压电元件制造技术

本发明专利技术提供一种压电层叠体及压电元件，该压电层叠体在基板上依次具备下部电极层、压电膜，其中，下部电极层中的与压电膜接触的区域由金属层构成，金属层的(111)面相对于基板的表面具有1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电层叠体及压电元件


[0001]本专利技术涉及一种压电层叠体及压电元件。

技术介绍

[0002]作为具有优异的压电性及强介电性的材料，已知有锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3，以下称为PZT。)。PZT利用其强介电性而使用于非易失性存储器即FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory：铁电随机存取存储器)。此外，近年来，通过融合MEMS(Micro Electro
‑
Mechanical Systems：微机电系统)技术，具备PZT膜的MEMS压电元件逐渐被实际应用。PZT膜作为在基板上具备下部电极、压电膜、上部电极的压电元件中的压电膜来适用。该压电元件被开发成喷墨头(致动器)、微镜器件、角速度传感器、陀螺仪传感器及振动发电器件等各种器件。
[0003]在包含以上述PZT为代表的含有铅的钙钛矿型氧化物的压电膜中，在下部电极层上形成压电膜时，与下部电极层的界面容易生成杂质层即烧绿石相。由于烧绿石相为顺电性，因此当形成烧绿石相时，作为压电膜的介电常数及压电特性变差。将压电膜用作压电器件的情况下，压电膜的压电特性越高，则器件性能越良好，由于压电特性的降低导致器件性能的降低，因此希望压电特性高。因此，研究了通过抑制烧绿石相来提高压电特性的方法。
[0004]例如，在日本特开平11
‑
233733号公报中，提出了在压电膜与下部电极层之间具备抑制烧绿石相的生长的片材层。

技术实现思路

[0005]专利技术要解决的技术课题/>[0006]然而，如日本特开平11
‑
233733号公报那样，在形成片材层时增加用于形成压电元件的工艺，具有增加制造成本的缺点。并且，片材层为绝缘性材料的情况下或者片材层的膜厚厚的情况下，在上下电极层之间施加的电场中，施加在压电膜的净电场降低，因此也具有作为压电元件的压电特性降低的缺点。
[0007]本专利技术的技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于以低成本提供压电特性高的压电层叠体及压电元件。
[0008]用于解决技术课题的手段
[0009]用于解决上述课题的具体方法包括以下方式。
[0010]＜1＞一种压电层叠体，其在基板上依次具备下部电极层、压电膜，其中，
[0011]下部电极层中的与压电膜接触的区域由金属层构成，金属层的(111)面相对于基板的表面具有1
°
以上的斜率，
[0012]压电膜包含含有Pb的钙钛矿型氧化物。
[0013]＜2＞根据＜1＞所述的压电层叠体，其中，
[0014]构成金属层的金属为Ir、Pt、Au、Mo、Ta及Al中的至少1种。
[0015]＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的压电层叠体，其中，
[0016]下部电极层具备：第1层，由金属层构成；及第2层，与第1层相邻，并且设置于基板侧，
[0017]第2层将Ti及W中的至少一种作为主成分，并且包含大于5at％且小于50at％的氧或氮。
[0018]＜4＞根据＜1＞至＜3＞中任一项所述的压电层叠体，其中，
[0019]在压电膜的X射线衍射图谱中，由下述式表示的压电膜中的烧绿石相相对于钙钛矿相的强度比率为2％以下。
[0020]py(222)/{pr(100)+pr(110)+pr(111)}
×
100％
[0021]py(222)为烧绿石相的(222)面的峰强度
[0022]pr(100)为钙钛矿相的(100)面的峰强度
[0023]pr(110)为钙钛矿相的(110)面的峰强度
[0024]pr(111)为钙钛矿相的(111)面的峰强度。
[0025]＜5＞根据＜1＞至＜4＞中任一项所述的压电层叠体，其中，
[0026]压电膜具有由多个柱状晶体构成的柱状晶体膜结构。
[0027]＜6＞根据＜5＞所述的压电层叠体，其中，
[0028]柱状晶体的(100)面或(001)面相对于基板的表面具有1
°
以上的斜率。
[0029]＜7＞一种压电元件，其具备：
[0030]＜1＞至＜6＞中任一项所述的压电层叠体；及
[0031]设置于压电层叠体的压电膜上的上部电极层。
[0032]＜8＞根据＜7＞所述的压电元件，其中，
[0033]上部电极层含有包含Ir、Pt、Au、Ti、Mo、Ta、Ru及Al中的至少1种的金属或金属氧化物。
[0034]专利技术效果
[0035]本专利技术的压电层叠体及压电元件具有高压电特性，并且能够以低成本制造。
附图说明
[0036]图1是表示一实施方式的压电元件的层结构的剖视图。
[0037]图2是针对构成下部电极层的第1层的金属的说明图。
[0038]图3是本实施方式中的下部电极层的第1层的取向状态的说明图。
[0039]图4是压电膜的放大示意图。
[0040]图5是表示下部电极层的第2层中的氧含量的SIMS数据。
[0041]图6是表示Ir(111)面的斜率的摇摆曲线测定数据。
[0042]图7是表示比较例1的压电膜的结晶性的XRD图。
[0043]图8是表示实施例1的压电膜的结晶性的XRD图。
[0044]图9是表示实施例3的压电膜的结晶性的XRD图。
具体实施方式
[0045]以下，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，在以下附图中，为了容易视觉辨认，将各层的层厚及它们的比率适当变更来描述，并不反映实际的层厚及比率。
[0046]“一实施方式的压电元件”[0047]图1是表示具备一实施方式的压电层叠体5的压电元件1的层结构的剖面示意图。如图1所示，压电元件1具备压电层叠体5和上部电极层18。压电层叠体5具备基板11和层叠在基板11上的、下部电极层12、压电膜15。即，压电元件1为在压电层叠体5的压电膜15上形成有上部电极层18的构成。在此，“下部”及“上部”并不表示垂直方向上的上下，只是将隔着压电膜15而配置在基板11侧的电极称为下部电极层12、将对于压电膜15而配置在基板11的相反的一侧的电极称为上部电极层18。
[0048]基板11并无特别限制，可以举出硅、玻璃、不锈钢、钇稳定化氧化锆、氧化铝、蓝宝石及碳化硅等的基板。作为基板11，可以使用在硅基板的表面形成有SiO2氧化膜的层叠基板。
[0049]压电膜15包含含有Pb的钙钛矿型氧化物。压电膜15基本上由含有Pb的钙钛矿型氧化物构成。其中，压电膜15除了含有Pb的钙钛矿型氧化物以外，可以包含不可避免的杂质。钙钛矿型氧化物由通式ABO3表示。另外，A:B:O以1:1:3为标准，但在能够获得钙钛矿结构的范围内可以从基准值偏离。Pb为A位元素，优选作为A位的主成分而包含。另外，在本说明书中，“主成分”表示占50mol％以上的成分。即，“作为A位的主成分而含有Pb”表示A位元素中，50mol本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压电层叠体，其在基板上依次具备下部电极层、压电膜，其中，所述下部电极层中的与所述压电膜接触的区域由金属层构成，所述金属层的(111)面相对于所述基板的表面具有1
°
以上的斜率，所述压电膜包含含有Pb的钙钛矿型氧化物。2.根据权利要求1所述的压电层叠体，其中，构成所述金属层的金属为Ir、Pt、Au、Mo、Ta及Al中的至少1种。3.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，所述下部电极层具备：第1层，由所述金属层构成；及第2层，与所述第1层相邻，并且设置于所述基板侧，所述第2层将Ti及W中的至少一种作为主成分，并且包含大于5at％且小于50at％的氧或氮。4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电层叠体，其中，在所述压电膜的X射线衍射图谱中，由下述式表示的所述压电膜中的烧绿石相相对于钙钛矿相的强度比率为2％以下，py(222)/{pr(100)+pr...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林宏之，梅田贤一，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：