压电薄膜器件和压电薄膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供压电薄膜器件，其具有基板(1)和设置于所述基板(1)上的用组成式(K1-xNax)yNbO3表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜(3)，所述压电薄膜(3)的碳浓度为2×1019/cm3以下，或者所述压电薄膜(3)的氢浓度为4×1019/cm3以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用碱性铌氧化物系压电薄膜的压电薄膜器件和压电薄膜装置。
技术介绍
根据各种目的将压电体加工成各种压电器件，并被广泛用作通过施加电压而产生变形的驱动器或由器件的变形产生电压的传感器等功能性电子部件。作为用于驱动器、传感器用途的压电体，目前为止广泛使用了具有优异压电特性的铅系材料，尤其是使用被称为PZT的Pb (Zivx Tix) O3系的钙钛矿型铁电体。一般通过将 压电体材料的氧化物烧结而形成PZT等压电体。现在随着各种电子部件的小型化、高性能化的推进，也强烈地要求将压电器件小型化、高性能化。然而，通过以以往制法的烧结法为中心的制造方法制作的压电材料，随着其厚度减小，尤其是厚度接近于10 μ m左右厚，由于接近于构成材料的晶体颗粒的尺寸，因而出现了特性参差不齐或劣化的显著问题。为了避免该问题，近年来研究了应用薄膜技术等代替烧结法形成压电体的方法。最近实际将用溅射法在硅基板上形成的PZT薄膜用作高速高精细的喷墨打印头用驱动器的压电薄膜。然而，由所述PZT构成的压电烧结体或压电薄膜因含有6(Γ70重量％左右的铅，从生态学观点以及防公害的方面考虑，不优选。因而从对环境的顾虑，希望开发不含铅的压电体。现今对各种非铅压电材料进行着研究，其中有用组成式=(IVxNax)NbO3 (O < X < I)表示的铌酸钾钠(例如参照专利文献I、专利文献2)。该铌酸钾钠为具有钙钛矿结构的材料并被期待作为非铅压电材料的有力候选。现有技术文献专利文献专利文献I:日本特开2007-184513号公报专利文献2:日本特开2008-159807号公报专利技术内容专利技术要解决的问题但是，将使用以往技术制造的铌酸钾钠压电薄膜用作驱动器的情况下，常有工作时发热较大、器件劣化较快，另外，用作传感器的情况下，会出现压电薄膜的变形较小时敏感度极差的情况。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供能够实现O. I以下的介电损耗tanS且具有优异压电特性的压电薄膜器件和压电薄膜装置。用于解决问题的方案本专利技术的第一实施方式为一种压电薄膜器件，其具有基板和设置于所述基板上的用组成式(IVxNax)yNbO3表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的碳浓度为2 X IO1Vcm3以下。本专利技术的第二实施方式为一种压电薄膜器件，其具有基板和设置于所述基板上的用组成式(IVxNax)yNbO3表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的氢浓度为4X IO1Vcm3以下。本专利技术的第三实施方式为在第一实施方式或第二实施方式的压电薄膜器件中，所述压电薄膜为准立方晶(pesudo cubic)且在(001)面方位(plane orientaion)优先取向。本专利技术的第四实施方式为在第一 第三实施方式中的任一种压电薄膜器件中，所述压电薄膜的组成为O. 4彡X彡O. 7且O. 75彡y彡O. 90。本专利技术的第五实施方式为在第一 第四实施方式中的任一种压电薄膜器件中，在所述基板与所述压电薄膜之间设置有基底层。本专利技术的第六实施方式为在第五实施方式的压电薄膜器件中，所述基底层为Pt 层，且所述Pt层在(111)面方位优先取向。本专利技术的第七实施方式为在第一 第六实施方式中的任一种压电薄膜器件中，所述基板为Si基板、带有表面氧化膜的Si基板或SOI (绝缘体娃,Silicon on Insulator)基板。本专利技术的第八实施方式为一种压电薄膜装置，其具备第一 第七实施方式中的任意一种压电薄膜器件；夹持所述压电薄膜器件的所述压电薄膜而上下设置的上部电极及下部电极；连接于所述上部电极和下部电极之间的电压施加单元或电压检测单元。专利技术的效果采用本专利技术，可以提供实现0. I以下的介电损耗tan δ且具有优异压电特性的压电薄膜器件和压电薄膜装置。附图说明图I为表示本专利技术的第一实施方式的压电薄膜器件的结构的简要截面图。图2为表示本专利技术的第二实施方式的压电薄膜器件的结构的简要截面图。图3为表示本专利技术的压电薄膜装置的一种实施方式的简要构成图。图4为表示使用SIMS分析对本专利技术的一个实施例的KNN薄膜进行测定得到的碳浓度、氢浓度以及O、K、Nb、Na强度的深度方向分布图。图5为表示使用SMS分析对比较例的KNN薄膜进行测定得到的碳浓度、氢浓度以及O、K、Nb、Na强度的深度方向分布图。图6为表示对实施例和比较例的KNN薄膜测定介电损耗tan δ时制作的结构的简要截面图。图7为表示实施例和比较例的KNN薄膜的tan δ与碳浓度及氢浓度的最大值的关系的图。图8为用表的形式显示实施例和比较例中的KNN烧结体靶的组成等、溅射成膜时的Ar/02比、成膜后有无热处理、以及KNN薄膜的组成、碳浓度、氢浓度、相对介电常数(specific inductive capacity)、tan δ 的概况的图。具体实施方式(见解)如上所述，将使用以往技术得到的铌酸钾钠压电薄膜用作驱动器的情况下，常出现工作时发热较大、压电薄膜器件的劣化较快的情况，另外，用作传感器的情况下，会出现压电薄膜的变形较小时敏感度极差的情况。本专利技术人等针对于上述问题进行了研究，发现以往的铌酸钾钠压电薄膜的介电损StanS往往较大。因而，使用tan δ较高的压电薄膜的驱动器工作时发热较大、压电薄膜器件的劣化较快，另外，使用tanS较高的压电薄膜的传感器在压电薄膜的变形较小的情况下的敏感度极差。例如将压电薄膜用于喷墨打印头的驱动器的情况中要求tan δ为O. I以下。现有的铌酸钾钠压电薄膜无法满足该要求，呈现难以在制品中使用的情况。为了在喷墨打印头等中广泛使用铌酸钾钠薄膜，需要实现铌酸钾钠压电薄膜的tan δ为O. I以下。因而，本专利技术的专利技术人进行了深入研究，得到以下见解=(KhNax)yNbO3 (以下均简 称为“ΚΝΝ”)的压电薄膜中所含的碳浓度或氢浓度与KNN压电薄膜的介电损耗tan δ之间存在较强的关联，通过调节KNN压电薄膜的碳浓度或氢浓度，从而能够控制KNN压电薄膜的介电损耗tan δ，以致完成了本专利技术。(压电薄膜器件的实施方式)以下说明本专利技术所述的压电薄膜器件的实施方式。本专利技术的一种实施方式的压电薄膜器件具有基板和设置于所述基板上的用组成式(IVxNax)yNbO3表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的碳浓度为2 X IO1Vcm3 以下。另外，本专利技术的另一实施方式的压电薄膜器件具有基板和设置于所述基板上的用组成式(IVxNax)yNbO3表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的氢浓度为4Χ IO1Vcm3以下。通过将KNN压电薄膜的碳浓度设为2X1019/cm3以下或者将KNN压电薄膜的氢浓度设为4X IO1Vcm3以下，能够实现KNN压电薄膜的介电损耗tan δ为O. I以下(参照后述的实施例中的图6)。在上述实施方式的压电薄膜器件中，优选KNN压电薄膜为准立方晶且在(001)面方位优先取向。通过为此种晶体结构，可获得较高的压电常数。另外，在上述实施方式的压电薄膜器件中，优选KNN压电薄膜的X=Na/ (K+Na)比例及y= (K+Na) /Nb比例为，O. 4彡X彡O. 7且O. 75彡y彡O. 90。通过制作与y=l的化学计量组成的KNN膜((IV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：柴田宪治，末永和史，渡边和俊，野本明，堀切文正，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：