压电层叠体及压电元件制造技术

本发明专利技术涉及压电层叠体及压电元件，其获得兼具高压电常数和高耐电压。所述压电层叠体及压电元件是在基板上依次具备下部电极层及压电膜的压电层叠体及压电元件，其中，压电膜包含钙钛矿型氧化物，压电膜具备：第1区域，钙钛矿型氧化物以(100)面取向或(001)面取向与基板面的法线方向形成的第1角度为5

【技术实现步骤摘要】
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特性及强介电性的材料，已知有钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3，以下称为PZT。)等钙钛矿型氧化物。由钙钛矿型氧化物构成的压电体被用作在基板上具备下部电极、压电膜及上部电极的压电元件中的压电膜。该压电元件被扩展到存储器、喷墨头(致动器)、微镜器件、角速度传感器、陀螺仪传感器、超声波元件(PMUT：Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer：压电微机械超声换能器)及振动发电器件各种器件中。
[0003]将压电元件适用于器件时，压电特性高时有助于节能，因此期望压电元件的压电特性高。
[0004]专利文献1及专利文献2中提出为了获得高压电常数，将晶体轴从基板的面的法线方向倾斜5
°
以上的PZT层叠。
[0005]专利文献1：日本特开平11
‑
307833号公报
[0006]专利文献2：日本特开2011
‑
181828号公报
[0007]如专利文献1、2，晶体轴倾斜的PZT膜能够实现高压电常数。另一方面，通过本专利技术人等的研究，晶体轴倾斜5
°
以上的PZT膜与晶体轴垂直于基板面的PZT膜相比，明显存在耐电压低等问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种兼具高压电常数和高耐电压的压电层叠体及压电元件。
[0009]用于解决上述课题的具体方法包括以下方式。
[0010]本专利技术的一种压电层叠体，在基板上依次具备下部电极层及压电膜，其中，压电膜包含钙钛矿型氧化物，压电膜具备：第1区域，钙钛矿型氧化物以(100)面取向或(001)面取向与基板面的法线方向形成的第1角度为5
°
以上且30
°
以下的第1钙钛矿晶体为主成分；及第2区域，设置于第1区域与下部电极层之间，钙钛矿型氧化物以(100)面取向或(001)面取向与法线方向形成的第2角度小于5
°
的第2钙钛矿晶体为主成分，且第2区域的厚度为30nm以上。
[0011]在本专利技术的压电层叠体中，在压电膜的第1区域中，第1角度优选为5
°
以上且15
°
以下。
[0012]在本专利技术的压电层叠体中，压电膜优选在第1区域与第2区域之间不具有与基板大致平行且因层叠引起的晶界。
[0013]在本专利技术的压电层叠体中，压电膜优选为溅射膜。
[0014]在本专利技术的压电层叠体中，压电膜的第1区域的厚度优选为1μm以上。
[0015]在本专利技术的压电层叠体中，在第1区域的第1钙钛矿晶体中，法线方向与第1角度形成的面取向优选为(100)面取向。
[0016]在本专利技术的压电层叠体中，第1区域的第1钙钛矿晶体优选为菱面体晶。
[0017]在本专利技术的压电层叠体中，钙钛矿型氧化物优选由通式ABO3表示，A是A位元素，B为B位元素，O为氧元素，
[0018]A位元素的主成分为Pb。
[0019]在本专利技术的压电层叠体中，钙钛矿型氧化物优选是由下述通式(1)表示的化合物，Pb{(Zr
x
Ti1‑
x
)
y
‑1B1
y
}O3(1)，
[0020]0＜x＜1、0＜y＜0.4，
[0021]B1优选为选自V、Nb、Ta、Sb、Mo及W中的一种以上的元素。
[0022]在本专利技术的压电层叠体中，优选第2区域中的Pb组成比大于第1区域中的Pb组成比。
[0023]本专利技术的压电元件具备本专利技术的压电层叠体、及设置在压电层叠体的压电膜上的上部电极层。
[0024]专利技术效果
[0025]根据本专利技术的压电层叠体及压电元件，能够兼具高压电常数和高耐电压。
附图说明
[0026]图1是表示一实施方式的压电元件的层结构的剖视图。
[0027]图2是压电膜的取向状态的说明图。
[0028]图3是压电膜的第1区域的摇摆曲线的示意图。
[0029]图4是压电膜的第2区域的摇摆曲线的示意图。
[0030]图5是实施例2的XRD图表。
[0031]图6是实施例2的第1区域的摇摆曲线。
[0032]图7是实施例2的第2区域的摇摆曲线。
具体实施方式
[0033]以下，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，在以下的附图中，由于容易视觉辨认，因此各层的层厚及它们的比率适当变更来描述，并不一定反映了实际的层厚及比率。
[0034]图1是表示具备第1实施方式的压电层叠体5及压电层叠体5的压电元件1的层结构的剖面示意图，图2是示意地表示压电膜15的取向状态的图。如图1所示，压电元件1具备压电层叠体5及上部电极层18。压电层叠体5具备基板10、及层叠在基板10上的压电膜15，所述压电膜15包含下部电极层12及钙钛矿型氧化物。在此，“下部”及“上部”并非是指垂直方向上的上下，只是将隔着压电膜15配置于基板10侧的电极称为下部电极层12，以及将关于压电膜15配置在与基板10相反的一侧的电极称为上部电极层18。
[0035]压电膜15包含钙钛矿型氧化物。在本说明书中，“包含钙钛矿型氧化物”是指压电膜15中的80mol％以上为钙钛矿型氧化物。另外，压电膜15中钙钛矿型氧化物优选占90mol％以上。另外，压电膜15优选由钙钛矿结构型氧化物构成(但是包含不可避免的杂
质。)。
[0036]压电膜15包括形成主要部分的第1区域15a、及设置于第1区域15a与下部电极层12之间的第2区域15b。另外，可以在下部电极层12与第2区域15b之间设置取向控制层等其他层。
[0037]如图2所示，第1区域15a将构成其第1区域15a的钙钛矿型氧化物由箭头A表示的(100)面取向或(001)面取向与基板10的面10a(以下，称为基板面10a。)的法线方向N形成的第1角度α为5
°
以上且30
°
以下的第1钙钛矿晶体17A设为主成分。第1角度α优选为5
°
以上且15
°
以下。
[0038]如图2所示，第2区域15b将构成其第2区域15b的钙钛矿型氧化物由箭头B表示的(100)面取向或(001)面取向与基板面10a的法线方向N形成的角度β为5
°
以下的第2钙钛矿晶体17B设为主成分。该第2区域15b的厚度tb(参考图1)为30nm以上，更优选为100nm以上且500nm以下。另外，角度β可以为0
°
，角度β为0
°
的情况下，(100)面取向或(001)面取向与法线方向N平行。
[0039](100)面取向是(100)面的法线方向，是指＜100＞方向。同样地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电层叠体，在基板上依次具备下部电极层及压电膜，其中，所述压电膜包含钙钛矿型氧化物，所述压电膜具备：第1区域，第1区域中，所述钙钛矿型氧化物以(100)面取向或(001)面取向与所述基板的面的法线方向形成的第1角度为5
°
以上且30
°
以下的第1钙钛矿晶体为主成分；及第2区域，第2区域设置于所述第1区域与所述下部电极层之间，所述钙钛矿型氧化物以(100)面取向或(001)面取向与所述法线方向形成的第2角度小于5
°
的第2钙钛矿晶体为主成分，所述第2区域的厚度为30nm以上。2.根据权利要求1所述的压电层叠体，其中，所述压电膜的所述第1区域中，所述第1角度为5
°
以上且15
°
以下。3.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，所述压电膜在所述第1区域与所述第2区域之间不具有与所述基板大致平行且因层叠引起的晶界。4.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，所述压电膜是溅射膜。5.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，所述压电膜的所述第1区域的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村诚吾，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：