[發明專利]壓電材料及壓電元件

有效

• 申請號: 200910129911.3
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101552317A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 濱田泰彰;木島健
• 申請（專利權）人: 精工愛普生株式會社
• 主分類號: H01L41/083
• 分類號: H01L41/083;H01L41/18;B41J2/135
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李貴亮

技術領域

本發明涉及用于壓電元件的壓電材料。

背景技術

所謂壓電元件，是利用使結晶應變時帶電或將結晶置于電場中時應變 的現象的元件，用于噴墨打印機等液體噴射裝置中。

這樣的壓電元件使用PZT膜(鈦酸鋯酸鉛、Pb(Zr_xTi_1-x)O₃)等壓 電薄膜。

另一方面，上述PZT膜含有鉛(Pb)，因此，在操作者的安全性及環 境方面存在問題，從而廣泛進行了不含鉛的非鉛類壓電材料的研究開發。 例如，在下述專利文獻1～3中公示有關于非鉛類壓電材料。

上述壓電元件中，近年研究開發了用電極夾持薄膜狀的壓電體層的薄 膜壓電元件。薄膜壓電元件通常通過以下工藝制作：在形成于基板上的電 極上形成數μm以下膜厚的壓電體層，在上述壓電體層上形成上部電極。 該工藝由于通過與半導體工藝相同微細的工藝進行，因此，薄膜壓電元件 和通常的壓電元件比較，具有能夠形成高密度的壓電元件的優點。

作為薄膜壓電元件用的壓電材料多使用PZT，但是，對非鉛壓電材料 的使用也進行了研究。

專利文獻1：(日本)特開2004-6722號公報

專利文獻2：(日本)特開2007-266346號公報

專利文獻3：(日本)特開2007-287745號公報

本發明者進行了有關壓電材料的研究、開發，探討了非鉛系壓電材料 的采用和非鉛系壓電材料的特性的提高。

作為非鉛壓電材料的代表例，列舉有含有BaTiO₃及Bi的各種材料(參 照上述專利文獻1及2)。BaTiO₃具有大的壓電常數，但居里溫度低達120 ℃左右，在溫度穩定性方面存在問題。含有Bi的各種材料多是具有高的 居里溫度的材料，但是，介電常數、自發極化量都小且壓電常數小的材料， 在居里溫度以下具有相變溫度且溫度穩定性有問題的材料等多具有各種 的問題。這樣，非鉛壓電材料雖然廣泛被研究開發，但現實中既有優點又 有缺點。

另外，作為將非鉛壓電材料用于薄膜壓電元件時的問題點，可例舉出， 含有堿金屬元素的材料中，堿金屬元素的脫離引起的組成偏差以及在 BaTiO₃中，在高的溫度下需要結晶化引起的向下部電極的擴散，這都難以 作為壓電元件使用。

BaTiO₃具有高的居里溫度和大的自發極化量，除此之外，適用于沒有 容易造成堿金屬元素那種組成偏差的原因的元素的、結晶化溫度低的薄膜 化的優點多，作為強電介質存儲器用的材料備受關注。最近進行了將該 BaTiO₃作為壓電材料使用的嘗試。但是，BaTiO₃的介電常數小，因此，作 為單一成分不能期待高的壓電常數。

于是，對制作BiFeO₃和BaTiO₃的混合晶，想要提高壓電常數進行了 探討(參照上述專利文獻3)。但是，過量地放入BaTiO₃后，BaTiO₃成為 支配項，不能產生BiFeO₃的高的居里溫度和大的自發極化量。另外，在 由各種單獨的材料制作壓電元件的情況下，BiFeO₃絕緣性容易變差， BaTiO₃組成難以均勻，因此，存在形成低介電常數層且壓電特性損耗這樣 的問題，需要抑制各種材料的缺點的方法和混合比的方法。

發明內容

本發明的具體方式是提供一種壓電材料，得到以BiFeO₃及BaTiO₃為 基礎的、非鉛、容易制作、大的壓電常數，且得到高的居里溫度。

(1)本發明的壓電元件，其特征在于，具有：第一電極、配置于所 述第一電極上的壓電體膜、配置于所述壓電體膜上的第二電極，其中，構 成所述壓電體膜的壓電材料為混合了100(1-x)％的25℃下的自發極化 量為0.5C/m²以上的材料A以及100x％的具有壓電特性且25℃的相對介電 常數為1000以上的材料B的壓電材料，將所述材料A的居里溫度設定為 Tc(A)、將所述材料B的居里溫度設定為Tc(B)時，滿足(1-x)Tc (A)+xTc(B)≥300℃，且均為非鉛類。