在基板上具有压电膜的压电膜器件，其中，所述压电膜具有用通式(K1-xNax)yNbO3（0＜x＜1）表示的碱金属铌氧化物系的钙钛矿结构，所述碱金属铌氧化物系的组成为0.40≤x≤0.70且0.77≤y≤0.90的范围，此外，所述(K1-xNax)yNbO3膜的面外方向晶格常数c与面内方向晶格常数a的比为0.985≤c/a≤1.008的范围。
【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金属铌氧化物系压电膜的压电膜器件和压电膜装置。
技术介绍
根据各种目的将压电体加工成各种压电器件，尤其是被广泛用作通过施加电压而产生应变的驱动器或者逆向地由器件的应变产生电压的传感器等的功能性电子部件。作为用于驱动器或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的电介体，尤其是使用被称为PZT的Pb(zri_xTix)o3系的钙钛矿型铁电体，压电体通常是通过将含有各种元素的氧化物烧结而形成的。另一方面，现在随着各种电子部品的小型化、高性能化推进，也强烈地要求将压电器件小型化和高性能化。·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，随着其厚度的减小，尤其是其厚度接近10 μ m左右厚时，接近于构成材料的晶体颗粒的尺寸，无法忽视尺寸的影响。因而出现了特性的波动或劣化变得显著的问题，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的压电体的形成方法。最近实际将用溅射法在硅基板上形成的PZT膜用作高速高精细的喷墨打印头用驱动器的压电膜。另一方面，由所述PZT构成的压电烧结体或压电膜因含有6(Γ70重量％左右的铅，从生态学观点以及防公害的方面考虑，不优选使用。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(以下记作“ΚΝΝ”)(例如参照专利文献I、专利文献2)。该KNN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。尝试使用溅射法、溶胶凝胶法、气溶胶沉积法等成膜方法在硅基板上使KNN膜成膜，其中有部分报道称通过使KNN压电膜的面外方向晶格常数c与面内方向晶格常数a的比为O. 980 ( c/a ( I. 010的范围，能实现实用水平的压电常数d31=_100pm/V以上(专利文献3)。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号公报专利文献3 :日本特开2009-295786号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，用该KNN膜制作器件时，长期间使用时会出现压电特性劣化的问题。例如，喷墨打印头的驱动器中使用压电膜的情况下，以初始特性为基准时，要求实现驱动10亿次后的压电特性为95%以上、更期望为100%，但上述KNN膜无法满足该要求，呈现难于在产品中应用的状况。本专利技术的目的在于提供使用了碱金属铌氧化物系压电膜的压电膜器件和压电膜装置，该碱金属铌氧化物系压电膜具有能够替代现有PZT膜的压电特性。用于解决问题的方案根据本专利技术的一种实施方式，提供一种压电膜器件其为在基板上具有压电膜的压电膜器件，所述压电膜具有用通式(Uax)yNbO3 (O < x < I)表示的碱金属铌氧化物系的钙钛矿结构，所述碱金属铌氧化物系的组成为O. 40彡X彡O. 70且O. 77彡y彡O. 90的范围，此外，所述(IVxNax)yNbO3膜的面外方向晶格常数c与面内方向晶格常数a的比为O. 985 ( c/a ( I. 008 的范围。 在该情况下，所述压电膜为多层时，优选这些多层中层厚最厚的层满足所述组成及所述c/a比的范围。另外，所述压电膜优选为准立方晶且在(001)面方位优先取向。另外，优选在所述基板与所述压电膜之间具有基底层。另外，优选所述基底层为Pt膜或以Pt为主要成分的合金膜、或者为包含这些以Pt为主要成分的下部电极的层叠结构的电极层。另外，可以在所述压电膜上形成上部电极。另外，所述基板优选为Si基板、带表面氧化膜的Si基板、或者SOI基板。另外，根据本专利技术其它的方式，提供压电膜装置，其具备上述的压电膜器件、以及连接于所述下部电极与所述上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，可以提供使用了碱金属铌氧化物系压电膜的压电膜器件和压电膜装置，该碱金属铌氧化物系压电膜具有能够替代现有PZT膜的压电特性。附图说明图I为显示本专利技术的一种实施方式的压电膜器件的结构的示意图。图2为显示本专利技术的其它实施方式的压电膜器件的结构的示意图。图3为显示使用本专利技术的一种实施方式的压电膜器件制作的压电膜装置的结构的示意图。图4为关于本专利技术的一种实施方式的基板上的KNN膜的、面外方向晶格常数c和面内方向晶格常数a的说明图。图5为本专利技术的一种实施方式的使用2 Θ / Θ法测定X射线衍射的说明图。图6为显示对本专利技术的一种实施方式的KNN膜使用2 Θ / Θ法测定X射线衍射图案的结果图。图7为本专利技术的一种实施方式的使用面内(In-Plane)法测定X射线衍射的说明图。图8为显示对本专利技术的一种实施方式的KNN膜使用面内法测定X射线衍射图案的结果图。图9为说明使用本专利技术的一种实施方式的压电膜器件制作的驱动器的构成以及压电特性评价方法的简要构成图。图10为显示本专利技术的实施例和比较例中的压电膜器件的10亿次驱动后d31/初始d31X100 (%)与KNN膜的c/a比的关系图。图11为显示本专利技术的实施例和比较例中的压电膜器件的10亿次驱动后d31/初始d31X100 (%)与KNN膜的(K+Na) /Nb比率的关系图。图12为显示本专利技术的一种实施方式的滤波装置的结构的示意图。具体实施例方式本专利技术人关注面外方向晶格常数c与面内方向晶格常数a的比(c/a比)的同时，关注KNN膜的x=Na/ (K+Na)比率和y= (K+Na)/Nb比率，调查它们与10亿次驱动后的压电·特性的劣化的关系。其结果可知，当c/a比为O. 985彡c/a彡I. 008的范围、并且组成x和组成y为O. 40彡X彡O. 70且O. 77彡y彡O. 90的范围时，初始的压电常数d31为-IOOpm/V以上、并且10亿次驱动后的压电常数相对于初始的比率为95%以上(参照实施例f实施例 22)。以下说明本专利技术的一种实施方式的压电膜器件。图I显示本专利技术的一种实施方式的压电膜器件的简要结构的截面图。如图I所示，压电膜器件在基板I上依次形成有下部电极2、压电膜3和上部电极4。基板I优选使用Si (硅)基板、带氧化膜的Si基板、或SOI (绝缘体上硅，SiliconOn Insulator)基板。Si基板例如使用Si基板表面为(100)面取向的(100) Si基板，当然与(100)面不同的面取向的Si基板也可以。另外，基板也可以使用石英玻璃基板、GaAs基板、蓝宝石基板、不锈钢等金属基板、MgO基板、SrTiO3基板等。下部电极2优选为含Pt (钼)且Pt膜在(111)面方位优先取向的Pt电极。Si基板上形成的Pt膜因自取向性而容易在(111)面方位取向。下部电极2除了可以为Pt外，还可以为以Pt为主要成分的合金膜；Au (金)、Ru (钌)、Ir (铱)等金属膜；或者使用SrRu03、LaNiO3等金属氧化物的电极膜；或者为包含以Pt为主要成分的下部电极的层叠结构的电极层。下部电极2使用溅射法、蒸镀法等形成。此外，为了提高基板I与下部电极2的密合性，可以在基板I与下部电极2之间设置密合层。压电膜3具有用通式(Uax)yNbO3(以下简称为“KNN”)表示的碱金属铌氧化物系的钙钛矿结构，组成x=Na/ (K+Na)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：
国别省市：
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