压电层叠体及压电元件制造技术

技术编号：40108181 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-23 18:45

本发明专利技术涉及压电层叠体及压电元件，所述压电层叠体及压电元件具有高压电特性且具备长期稳定性高的压电膜。所述压电层叠体在基板上依次具备下部电极层及压电膜，其中，在下部电极层与压电膜之间具备由导电性氧化物构成的种子层，压电膜包含由下述通式I表示的钙钛矿型氧化物，其中，A为A位元素，且为至少包括La的1个以上的元素，B1为B位元素，且为二价或三价的1个以上的元素，O为氧元素，x、y1、y2、α满足0.05＜x≤0.3，0.2x≤y1+y2≤0.5x，0≤y1≤0.15，0≤y2≤0.15，0≤α≤0.2。Pb<subgt;1‑y2+α</subgt;A<subgt;y2</subgt;{(Ti，Zr)<subgt;1‑x‑y1</subgt;Nb<subgt;x</subgt;B1<subgt;y1</subgt;}O<subgt;3</subgt;通式I。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电层叠体及压电元件。

技术介绍

1、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)及振动发电器件等各种器件中。

2、作为具有优异的压电特性的材料，已知有钛酸锆酸铅(pb(zr，ti)o3，以下称为pzt。)系的钙钛矿型氧化物。已知在pzt系钙钛矿型氧化物压电膜中，具有zr：ti在52：48附近的准同型相界(mpb：morphotropic phase boundary)组成时，压电常数最高，适用于致动器用途中。

3、一直以来，在压电元件中，通过在自发极化轴方向施加电场，利用沿自发极化轴延伸的压电应变(通常的电场感应应变)。另外，为了获得大的位移量，还提出压电体具有根据与自发极化方向不同的方向的电场施加的增减，极化轴能够可逆地非180°旋转的畴的压电元件。压电体中的畴通过90°畴旋转等非180°畴旋转而产生压电应变。通过利用可逆的非180°畴旋转，向压电体的自发极化方向施加电场时仅利用沿极化轴方向延伸的通常的电场感应应变，也可获得相当大的压电应变。

4、已知在pzt系钙钛矿型氧化物中，作为b位元素添加nb(铌)，由此能够产生畴的非180°畴旋转，以获得伴随非180°畴旋转的大的压电应变。并且，可知nb的添加量越多，伴随非180°畴旋转

5、相对于此，在专利文献1或专利文献2中，提出对pzt添加nb，并且添加ni(镍)或sc(钪)。在专利文献1或专利文献2中，提出通过添加ni或sc，能够抑制增加nb添加量时产生的烧绿石相。

6、另一方面，专利文献3中公开了在添加nb的pzt(以下，称为nb-pzt。)中，nb的摩尔比率设为10～20％的范围，调整zr的比率，将膜应力设为适当的范围，由此实现高压电特性的压电膜的方法。即，专利文献3中，通过调整zr的比率抑制膜应力的增加，由此实现nb添加量的增加。并且，专利文献3中记载了通过在基板与压电膜之间具备种子层，能够获得高结晶性的压电膜，从而能够获得高压电特性。

7、专利文献1：国际公开第2017/085924号

8、专利文献2：国际公开第2018/042946号

9、专利文献3：国际公开第2015/174265号

10、在专利文献1及专利文献2中，显示了关于添加了nb及sc或ni的pzt膜获得高压电常数，另一方面，关于耐电压及长期稳定性没有进行评价。根据本专利技术人等的研究，关于具备添加了nb及sc或ni的pzt膜的压电元件，存在长期稳定性不充分的情况。

11、根据专利文献3的实施例及比较例的结果，可获得具有高压电特性的压电元件。另一方面，关于专利文献3的实施例及比较例的耐电压不能说是充分的。并且，没有研究长期稳定性，由于耐电压低，因此推测长期稳定性不充分的可能性高。

12、应用于实际的器件的情况下，仅压电特性高是不够的，要求长期稳定性高。

技术实现思路

1、本专利技术的技术时鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种具有高压电特性，且具备长期稳定性高的压电膜的压电层叠体及压电元件。

2、用于解决上述课题的具体方法包括以下方式。

3、本专利技术的压电层叠体是在基板上依次具备下部电极层及压电膜的压电层叠体，其中，

4、在下部电极层与压电膜之间具备由导电性氧化物构成的种子层，

5、种子层由导电性氧化物构成，

6、压电膜包含由通式i表示的钙钛矿型氧化物。

7、pb1-y2+αay2{(ti，zr)1-x-y1nbxb1y1}o3

8、通式i，

9、其中，

10、a为a位元素，且为至少包括la的1个以上的元素，

11、b1为b位元素，且为二价或三价的1个以上的元素，

12、o为氧元素，

13、x、y1、y2、α满足0.05<x≤0.3，0.2x≤y1+y2≤0.5x，0≤y1≤0.15，0≤y2≤0.15，0≤α≤0.2。

14、b1优选为ni、co及sc中的至少一者。

15、种子层是立方晶或准立方晶，晶格常数优选为0.4nm以下。

16、压电膜优选具有在膜厚方向上优先取向的结晶取向性。

17、压电膜的内部应力优选为50～250mpa的范围的拉伸应力。

18、压电膜优选具有在膜厚方向上施加从0kv/cm至200kv/cm的电场时的电场-应变特性中斜率发生变化的特性。

19、种子层优选为lanio3或srruo3。

20、本专利技术的压电元件具备：本专利技术的压电层叠体；及上部电极层，形成在压电膜上。

21、专利技术效果

22、根据本专利技术，能够提供一种具有高压电特性，且具备长期稳定性高的压电膜的压电层叠体及压电元件。

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【技术保护点】

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，

2.根据权利要求1所述的压电层叠体，其中，

3.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

4.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

5.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

6.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

7.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

8.一种压电元件，其具备：

【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，

2.根据权利要求1所述的压电层叠体，其中，

3.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，

4.根据权利要求1或2所述的压电层叠体...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林宏之，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：

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