压电薄膜元件及压电换能器制造技术

压电薄膜元件包含电极层(第一电极层)和直接或间接地重叠于电极层的压电薄膜。压电薄膜包含钙钛矿型氧化物的正方晶1、及钙钛矿型氧化物的正方晶2。正方晶1的(001)面在电极层的表面的法线方向D

【技术实现步骤摘要】
压电薄膜元件及压电换能器


[0001]本公开涉及压电薄膜元件及压电换能器。

技术介绍

[0002]压电体(piezoelectric material)根据各种目的被加工成各种各样的压电元件。例如，压电促动器通过对压电体施加电压而使压电体变形的逆压电效应，将电压转换成力。另外，压电传感器通过对压电体施加压力而使压电体变形来产生电极化的压电效应，将力转换成电压。这些压电元件被搭载于各种各样的电子设备。
[0003]在近年来的市场中，要求电子设备的小型化及性能的提高，因此，积极研究使用了压电薄膜的压电元件(压电薄膜元件)。但是，压电体越薄，越难以得到压电效应及逆压电效应，因此，期待在薄膜状态下具有优异的压电性的压电体的开发。
[0004]目前，作为压电体，大多使用作为钙钛矿(perovskite)型铁电体的锆钛酸铅(所谓的PZT)。但是，PZT包含危害人体及环境的铅(Pb)，因此，作为PZT的代替，期待无铅(Lead－free)压电体的开发。例如，在下述非专利文献中记载有作为无铅压电体的一例的BiFeO3。BiFeO3在无铅压电体中也具有比较优异的压电性，特别期待向压电薄膜元件的应用。
[0005]＜非专利文献＞Y.Kawahara et al，Control of Crystal Structure of BiFeO
3 Epitaxial Thin Films by Adjusting Growth Conditions and Piezoelectric Properties，Japanese Journal of Applied Physics.51(2012)09LB04

技术实现思路

[0006]表示压电体性能的主要的指标(压电常数)为d
33，f
(压电应变常数)、及g
33
(压电输出常数)。压电应变常数d
33，f
(单位：pC/N)为每单位电场的变形量(发送能)的指标。压电应变常数d
33，f
越大，作为促动器的压电体的性能越提高。另一方面，压电输出常数g
33
(单位
×
10
－3
V
·
m/N)为每单位应力的产生电场强度(接收能)的指标。压电输出常数g
33
越大，作为换能器等传感器的压电体的性能越提高。g
33
表示为d
33，f
/ε
r
ε0或d
33，f
/ε
33
ε0。ε
r
或ε
33
为压电体的相对介电常数(单位：无)。ε0为真空的介电常数(8.854
×
10
－12
Fm
－1
)。d
33，f
/ε
r
ε0记载为“压电性能指数”。随着d
33，f
的增加，压电性能指数增加，随着ε
r
的减少，压电性能指数增加。即，通过大的压电应变常数d
33，f
和低的相对介电常数ε
r
的兼顾，压电性能指数(d
33，f
/ε
r
ε0)增加。
[0007]本专利技术的一方面的目的在于，提供具有大的压电性能指数(d
33，f
/ε
r
ε0)的压电薄膜元件、及包含该压电薄膜元件的压电换能器。
[0008]本专利技术的一方面提供一种压电薄膜元件，其包含电极层和直接或间接地重叠于电极层的压电薄膜。压电薄膜包含钙钛矿型氧化物的正方晶1、及钙钛矿型氧化物的正方晶2。正方晶1的(001)面在电极层的表面的法线方向上取向。正方晶2的(001)面相对于正方晶1的(001)面倾斜。正方晶1的(001)面的间隔为c1。正方晶1的(100)面的间隔为a1。正方晶2的(001)面的间隔为c2。正方晶2的(100)面的间隔为a2。c1/a1比c2/a2大。
[0009]正方晶1的(001)面及正方晶2的(001)面之间的角度的绝对值为θ
12
。θ
12
也可以为
1.0
°
以上10.0
°
以下。
[0010]c1/a1也可以为1.120以上1.270以下。
[0011]c2/a2也可以为1.010以上1.115以下。
[0012]正方晶1的(001)面的衍射X射线的峰强度为I1。正方晶2的(001)面的衍射X射线的峰强度为I2。100
×
I2/(I1+I2)也可以为0.30以上10.0以下。
[0013]正方晶1也可以包含铋、铁、元素E
B
及氧。元素E
B
也可以为选自由镁、铝、锆、钛、镍及锌构成的组中的至少一种元素。
[0014]正方晶1也可以以下述化学式1表示。下述化学式1中的E
A
也可以为选自由Na、K、Ag及Ba构成的组中的至少一种元素。下述化学式1中的E
B1
也可以为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素。下述化学式1中的E
B2
也可以为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素。下述化学式1中的E
B1
及E
B2
互不相同。下述化学式1中的x1也可以为0.05以上0.90以下。下述化学式1中的y1也可以为0.10以上0.95以下。x1+y1也可以为1.00。下述化学式1中的α也可以为0.00以上1.00以下。下述化学式1中的β也可以为0.00以上1.00以下。
[0015]x1(Bi
1－α
E
Aα
)(E
B11－β
E
B2β
)O3－y1BiFeO3ꢀꢀ
(1)
[0016]正方晶2也可以包含铋、铁、元素E
B
及氧。元素E
B
也可以为选自由镁、铝、锆、钛、镍及锌构成的组中的至少一种元素。
[0017]正方晶2也可以以下述化学式2表示。下述化学式2中的E
A
也可以是选自由Na、K、Ag及Ba构成的组中的至少一种元素。下述化学式2中的E
B1
也可以为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素。下述化学式2中的E
B2
也可以为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素。下述化学式2中的E
B1
及E
B2
互不相同。下述化学式2中的x2也可以为0.05以上0.90以下。下述化学式2中的y2也可以为0.10以上0.95以下。x2+y2也可以为1.00。下述化学式2中的α也可以为0.00以上1.00以下。下述化学式2中的β也可以为0.00以上1.00以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电薄膜元件，其具备：电极层；以及压电薄膜，其直接或间接地重叠于所述电极层，所述压电薄膜包含钙钛矿型氧化物的正方晶1、及钙钛矿型氧化物的正方晶2，所述正方晶1的(001)面在所述电极层的表面的法线方向上取向，所述正方晶2的(001)面相对于所述正方晶1的所述(001)面倾斜，所述正方晶1的所述(001)面的间隔为c1，所述正方晶1的(100)面的间隔为a1，所述正方晶2的所述(001)面的间隔为c2，所述正方晶2的(100)面的间隔为a2，c1/a1大于c2/a2。2.根据权利要求1所述的压电薄膜元件，其中，所述正方晶1的所述(001)面及所述正方晶2的所述(001)面之间的角度的绝对值为θ
12
，所述θ
12
为1.0
°
以上10.0
°
以下。3.根据权利要求1或2所述的压电薄膜元件，其中，所述c1/a1为1.120以上1.270以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电薄膜元件，其中，所述c2/a2为1.010以上1.115以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电薄膜元件，其中，所述正方晶1的所述(001)面的衍射X射线的峰强度为I1，所述正方晶2的所述(001)面的衍射X射线的峰强度为I2，100
×
I2/(I1+I2)为0.30以上10.0以下。6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电薄膜元件，其中，所述正方晶1包含铋、铁、元素E
B
及氧，所述元素E
B
为选自由镁、铝、锆、钛、镍及锌构成的组中的至少一种元素。7.根据权利要求1～6中任一项所述的压电薄膜元件，其中，所述正方晶1以下述化学式1表示，下述化学式1中的E
A
为选自由Na、K、Ag及Ba构成的组中的至少一种元素，下述化学式1中的E
B1
为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素，下述化学式1中的E
B2
为选自由Mg、Al、Zr、Ti、Ni及Zn构成的组中的至少一种元素，下述化学式1中的所述E
B1
及所述E
B2
互不相同，下述化学式1中的x1为0.05以上0.90以下，下述化学式1中的y1为0.10以上0.95以下，x1+y1为1.00，下述化学式1中的α为0.00以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：森下纯平，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：