[發明專利]壓電薄膜元件

有效

• 申請號: 200910145449.6
• 申請日: 2009-06-01
• 公開（公告）號: CN101599527A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 柴田憲治;岡史人;末永和史
• 申請（專利權）人: 日立電線株式會社
• 主分類號: H01L41/08
• 分類號: H01L41/08;H01L41/187;C04B35/495
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 張敬強

技術領域

本發明涉及使用了壓電薄膜的壓電薄膜元件，更詳細地說涉及在基板上具有堿性鈮氧化物系鈣鈦礦構造的壓電薄膜的壓電薄膜元件以及壓電薄膜裝置。?

背景技術

壓電體根據各種目的加工成各種壓電元件，尤其是作為對壓電元件施加電壓而使其產生變形并動作的驅動器，或相反地根據從壓電元件的變形發生的電壓檢測物理量的傳感器等的功能性電子部件廣泛使用。作為用于驅動器或傳感器的用途的壓電體，一直以來廣泛使用具有優良的壓電特性的鉛系材料的電介質，尤其是被稱為PZT的用一般式：Pb(Zr1-xTix)O₃表示的PZT系的鈣鈦礦型鐵電體，通常通過燒結由各個元素構成的氧化物而形成。?

目前，隨著各種電子部件的小型化、高性能化的推進，在壓電元件中也強烈要求小型化、高性能化。然而，使用以往的制作方法即以燒結法為中心的制造方法而制作的壓電材料隨著將其厚度變薄，尤其是隨著厚度接近10μm左右的厚度，逐漸靠近構成材料的晶粒的大小，從而不能忽視其影響。因此，發生特性的不均和惡化變得明顯的問題，為了避免該問題，近年來對應用了不同于燒結法的薄膜技術等的壓電體的形成法進行了研究。最近，在硅基板上用濺射法形成的PZT薄膜作為高靈敏度的陀螺傳感器(角速度傳感器)用的壓電薄膜而實際應用(例如，參照專利文獻1：日本特開2005-203725號公報)。?

另一方面，由PZT構成的壓電燒結體或壓電薄膜由于含有鉛60～70重量％左右，所以從生態學的觀點及防止公害的方面考慮不理想。于是，考慮到對環境的影響而希望開發出不含鉛的壓電體。?

目前，正在研究各種非鉛壓電材料，其中有鈮酸鉀鈉，一般式為(K_1-xNa_x)NbO₃(0＜x＜1)(以下，還稱為KNN)。KNN是具有鈣鈦礦構造的材料，作為非鉛材料顯示出比較良好的壓電特性，因此作為非鉛壓電材料的有力的候補而寄予期望。?

上述KNN薄膜嘗試著用濺射法、PLD(激光消融)法等的成膜方法在硅基板上形成膜，也有一部分報告記載了已實現作為實用化水平的特性的壓電常數d₃₁＝-100pm/V，但是若考慮再現性和在基板面內的特性不均，則大概是d₃₁＝-70～-75pm/V左右。?

目前產品所使用的PZT薄膜的壓電常數d₃₁為-90～-100pm/V左右，與此相比，KNN薄膜的壓電常數d₃₁還處于小的狀況。為了使KNN薄膜廣泛應用于噴墨打印頭等上，需要將壓電常數d₃₁提高至-90pm/V以上。?

?發明內容

本發明在于解決上述問題，并提供一種使用了具有可代替PZT薄膜的壓電特性的KNN壓電薄膜的壓電薄膜元件以及壓電薄膜裝置。?

為了解決上述問題，本發明如下構成。?

本發明的第一方案是在硅基板上具有下部電極、壓電薄膜和上部電極的壓電薄膜元件中，其特征是：上述壓電薄膜具有用一般式(K_1-xNa_x)NbO₃(0＜x＜1)表示的堿性鈮氧化物系鈣鈦礦構造的薄膜，上述(K_1-xNa_x)NbO₃薄膜的面外方向晶格常數c與面內方向晶格常數a的比在0.98≤c/a≤1.01的范圍。?

另外，也可以使作為上述壓電薄膜的Na組成比的上述x在0.3≤x≤0.7的范圍。?

本發明具有以下效果。?

根據本發明，可得到使用了具有可代替PZT薄膜的壓電特性的KNN壓電薄膜的壓電薄膜元件。具體來講，例如可實現與目前的噴墨打印頭用PZT薄膜匹敵的壓電常數的|d₃₁|≥90pm/V的KNN壓電薄膜。?

附圖說明

圖1是表示本發明的實施方式的壓電薄膜元件的構造的剖面模式圖。?

圖2是基板上的KNN薄膜的關于面外方向晶格常數c和面內方向晶格常數a的說明圖。?

圖3是利用2θ/θ法的X射線衍射測定的說明圖。?

圖4是表示對于本發明的實施例的KNN薄膜的利用2θ/θ法的X射線衍射圖形的測定結果的一例的曲線圖。?

圖5是利用In?Plane法的X射線衍射測定的說明圖。?