压电薄膜元件及压电薄膜设备制造技术

本发明专利技术提供能够实现压电特性的提高、并具有高性能、且能够实现制造成品率的提高的压电薄膜元件及压电薄膜设备。压电薄膜元件（1）具备基板（10）和压电薄膜（40），所述压电薄膜（40）设在基板（10）上，具有用通式（NaxKyLiz）NbO3（0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤0.2，x+y+z=1）表示、选自近似立方晶、正方晶、及斜方晶中的至少一种晶体结构，含有以质量比计为80ppm以下的非活性气体元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请基于2010年2月16日提出的日本特愿2010-031289，通过参照的方式包含其全部内容。本专利技术涉及压电薄膜元件及压电薄膜设备。特别是，本专利技术涉及使用铌酸锂钠钾等不含铅的压电材料的压电薄膜元件及压电薄膜设备。
技术介绍
压电体根据各种目的而被加工成各种各样的压电元件。例如，作为通过施加电压而产生变形的执行器、或者根据压电元件的变形而产生电压的传感器等功能性电子部件， 得到广泛利用。近年来，由于对环境的考虑而希望开发不含有铅的压电体，例如，正在推进铌酸锂钠钾(通式(NaxKyLiz) NbO3 (其中，0〈1〈1,0〈5<1,0〈2〈1, x+y+z=l)等的开发。银酸锂钠钾具有与Pb (ZivxTix) O3系钙铁矿型强介电体(PZT)相当的压电特性，因此作为不用铅的压电材料的有力候补而受到期待。通过在压电体薄膜中使用不用铅的压电体薄膜，从而可制成环境负荷小的高精细且高速的喷墨打印机用头部，及小型且低价的陀螺仪传感器等。此外，随着各种电子部件的小型化及高性能化的推进，在压电元件中也开始强烈要求小型化及高性能化。然而，就利用现有的压电材料制法即烧结法等制作的压电材料而言，若压电材料的厚度为规定的厚度、特别是IOum以下的厚度，则构成压电材料的晶粒的大小与压电材料的厚度接近，其影响变得无法忽视。因此，压电材料特性的波动及劣化变得显著，因此为了避免压电材料特性的波动及劣化，正在研究取代烧结法的应用薄膜技术等的压电材料制造法。作为以往的不用铅的压电薄膜元件，已知使用由碱铌氧化物系钙钛矿化合物所形成的介电体膜的压电薄膜元件(例如，参照专利文献I)。专利文献I中记载的压电薄膜元件具备由MgO等形成的基板，在基板上形成的下部电极，由BaTiO3等形成的、在下部电极上形成的缓冲层，由通式用(NaxKyLiz) NbO3 (0〈x〈l,0〈y〈l, x+y+z=l)表示的碱银氧化物系钙钛矿化合物构成的、在缓冲层上形成的压电薄膜，以及在压电薄膜上形成的上部电极；压电薄膜由溅射法(RF磁控溅射法)、CVD法、PLD法、或者涂布法等形成。专利文献I中记载的压电薄膜元件由于具备如上所述的构成，因此可获得良好的压电特性。专利文献专利文献I :日本特开2007-19302号公报
技术实现思路
然而，由现有技术(例如，专利文献I的技术)得到的压电薄膜元件难以具有所需的压电常数，此外，在得到所需的压电常数时，还在元件的寿命方面存在问题。此外，难以高成品率地得到压电常数大的压电薄膜元件。因此，本专利技术的目的在于提供能够实现压电特性的提高、并具有高性能、且能够实现制造成品率的提高的压电薄膜元件及压电薄膜设备。(I)本专利技术为了达成上述目的，提供了一种压电薄膜元件，其中，具备基板和压电薄膜；所述压电薄膜设在基板上，具有用通式(NaxKyLiz) NbO3 (0 ≤ x ≤ 1,0 ≤ y ≤ I,0≤z≤0. 2，x+y+z=l)表示、选自近似立方晶(擬立方晶)、正方晶、及斜方晶中的至少一种晶体结构，含有以质量比计为SOppm以下的非活性气体元素。(2)此外,在上述压电薄膜元件中，压电薄膜可含有30ppm 70ppm的非活性气体元素。(3)此外，在上述压电薄膜元件中，压电薄膜可含有0. 16ug/cm2以下的非活性气体元素。(4)此外,在上述压电薄膜兀件中，压电薄膜可含有0. 06 u g/cm2 0. 15 u g/cm2的非活性气体元素。(5)此外，在上述压电薄膜元件中，非活性气体元素可为氩(Ar)。(6)此外，在上述压电薄膜元件中，可在基板与压电薄膜之间进一步具备下部电极。(7)此外，在上述压电薄膜元件中，压电薄膜也可相对于基板面而在平行方向具有应变。(8)此外，在上述压电薄膜元件中，应变可为由拉伸应力所致的应变、或者由压缩应力所致的应变。(9)此外，在上述压电薄膜元件中，压电薄膜也可相对于基板面在垂直方向、平行方向、或者垂直方向和平行方向具有不均勻的应变。 ( 10 )此外，在上述压电薄膜元件中，下部电极可具有由Pt或包含Pt的合金构成的电极层。( 11)此外，在上述压电薄膜元件中，下部电极也可具有在基板表面的垂直方向优先取向的结晶取向性的单层。(12)此外，本专利技术为了达成上述目的，提供了一种压电薄膜设备，其具备上述(I)记载的压电薄膜元件、以及对压电薄膜元件施加电压的电压施加部。(13)此外，本专利技术为了达成上述目的，提供了一种压电薄膜设备，其具备上述(I)记载的压电薄膜元件、以及对施加于压电薄膜元件的电压进行检测的电压检测部。根据本专利技术的压电薄膜元件及压电薄膜设备，可提供能够实现压电特性的提高、并具有高性能、且能够实现制造成品率的提高的压电薄膜元件及压电薄膜设备。根据本专利技术的一个实施方式，压电薄膜元件以将压电薄膜中的非活性气体元素的含量严密地控制在规定范围内的方式构成，由此，能够以压电薄膜的结晶取向成为特定取向的方式、或者以压电薄膜的残留应力成为恰当值的方式稳定地进行控制。由此，可实现高品质的压电薄膜元件，并改善具备压电薄膜元件的压电薄膜设备的压电特性，由此，可低成本且高成品率地提供高性能的微型设备。附图说明图IA是本专利技术实施方式的压电薄膜元件的纵向截面图。图IB是表示使用了本专利技术实施方式的压电薄膜元件的压电执行器的图。图IC是表示使用了本专利技术实施方式的压电薄膜元件的压电传感器的图。图2是表示实施例I的压电薄膜元件的X射线衍射图(其中，2 0 / 0扫描)的图。图3是表示实施例I的压电薄膜元件的KNN薄膜的晶体结构的图。图4是表示构成实施例2的压电薄膜元件具备的压电薄膜的各组成元素的量与投入至溅射装置中的电功率的关系的图。图5A是表示在实施例2的压电薄膜元件中，Ar含量为32ppm的压电薄膜的Ar_K a附近的荧光X射线光谱的图。 图5B是表示在实施例2的压电薄膜元件中,Ar含量为55ppm的压电薄膜的Ar_K a附近的荧光X射线光谱的图。图5C是表示在实施例2的压电薄膜元件中，Ar含量为6 Ippm的压电薄膜的Ar_K a附近的荧光X射线光谱的图。图是表示在实施例2的压电薄膜元件中，Ar含量为69ppm的压电薄膜的Ar_K a附近的荧光X射线光谱的图。图6A是表示在实施例2的压电薄膜元件的压电薄膜中含有的Ar的质量比(浓度)与溅射装置的投入电功率的相关性的图。图6B是表示在实施例2的压电薄膜元件的压电薄膜的每单位面积的Ar量(质量)与溅射装置的投入电功率的相关性的图。图7A是表示实施例2的压电薄膜元件的压电薄膜中含有的Ar的质量比(浓度)与热处理温度的相关性的图。图7B是表示实施例2的压电薄膜元件的压电薄膜的每单位面积的Ar量(质量)与热处理温度的相关性的图。图8是表示实施例3的压电薄膜元件的压电薄膜的Ar含量(质量比)与压电常数的相关性的图。图9是表示实施例3的压电薄膜元件的压电薄膜的Ar含量(其中，每单位面积的Ar质量)与压电常数的相关性的图。图10是表示实施例3的压电薄膜元件的压电薄膜的内部应力与Ar含量的相关性的图。图11是表示利用溅射法成膜时的Ar气压与制作的压电薄膜元件的压电薄膜的压电常数的关系的图。具体实施例方式本专利技术提供一种压电薄膜元件，该压电薄膜元件具备基板与设在上述基板上的压电薄膜，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：末永和史，柴田宪治，渡边和俊，野本明，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：