[發(fā)明專利]壓電元件、壓電致動器、壓電傳感器、硬盤驅(qū)動器、以及噴墨打印裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510323749.4
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN105280804B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 太田龍;佐久間仁志;廣瀬維子
• 申請（專利權(quán)）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01L41/08
• 分類號: H01L41/08;H01L41/09;H01L41/18
• 代理公司: 北京尚誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11322
• 代理人: 楊琦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電元件、具備該壓電元件的壓電致動器及壓電傳感器、以及具備該壓電致動器的硬盤驅(qū)動器及噴墨打印裝置，特別是壓電元件涉及使用了壓電體層的壓電元件。

背景技術(shù)

對于壓電材料的利用，替代塊狀壓電材料而使用薄膜壓電材料的壓電元件的實用化不斷發(fā)展。作為一個例子，可以列舉利用了將施加于壓電體層的力轉(zhuǎn)換為電壓的壓電效應(yīng)的陀螺傳感器、震動傳感器等、或者利用了在將電壓施加于壓電體層時壓電體層變形的逆壓電效應(yīng)的致動器、噴墨頭、擴音器、蜂鳴器、諧振器等。

如果將壓電材料薄膜化，則元件可以小型化，能夠應(yīng)用的領(lǐng)域拓寬，并且基板上能夠一次性制作多個元件，因此量產(chǎn)性增加。另外，在做成傳感器的情況下的靈敏度的提高等性能方面優(yōu)點也多。

作為使用壓電材料上的指標，可以列舉作為壓電常數(shù)的d31或e31。可以認為這些值的絕對值越大，則越顯示良好的壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)。

壓電材料絕緣性越高，則越有可靠性提高的趨勢。作為顯示絕緣性的指標，可以列舉泄漏電流密度。可以認為泄露電流密度越低，則絕緣性越高。

另外，如現(xiàn)存的壓電材料中以鋯鈦酸鉛(PZT)為代表的那樣，含鉛的情況多。從環(huán)境問題的觀點出發(fā)，尋求不使用鉛的壓電材料的開發(fā)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻1：日本特開2011-109037號公報

專利文獻2：日本特開2009-200468號公報

非專利文獻

非專利文獻1：S.H.Baek et al.:Science 334(2011)958

非專利文獻2：X.Wu et al.:Ferroelectrics 367(2008)61

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

在非專利文獻1中，報告有在SrRuO₃薄膜上將鉛系壓電材料Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)薄膜化，并且得到良好的壓電性。但是，從對環(huán)境的考慮來看，實用上優(yōu)選利用不含鉛的材料。

在專利文獻1中，報告有抑制非鉛系壓電材料鈮酸鉀鈉(K、Na)NbO₃(以下，也稱為KNN)薄膜的泄露電流密度，并得到了良好的壓電特性。然而，擔憂由于與電極界面的結(jié)晶性的混亂而導致生產(chǎn)性、成品率的降低。

在專利文獻2中，報告有為了在KNN薄膜中得到良好的壓電特性，而通過將(001)面方位的取向率設(shè)為80％以上，從而可以得到施加電場30kV/cm下的壓電常數(shù)|d31|≥80pm/V。但是，KNN本來具有的晶胞的自發(fā)極化的朝向和施加電壓方向不平行，因此，擔憂電疇(domain)的移動所引起的可靠性的降低或泄漏電流的增加。

在非專利文獻2中，報告有使用MOD法將(110)取向強度強的KNN薄膜成膜于在(111)方位取向的Pt膜上。但是，由于(001)面的衍射強度大，因此，擔憂由于結(jié)晶的混亂而導致泄漏電流的增加。

本發(fā)明是有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所具有的技術(shù)問題而完成的發(fā)明，其目的在于，提供一種使用了KNN薄膜并且生產(chǎn)性高、減小了泄漏電流密度的壓電元件。

壓電元件的泄漏電流密度小是指可靠性高，因此在使用了壓電效應(yīng)的壓電元件的情況下，能夠應(yīng)用于難以引起故障的傳感器等的用途中，并且在使用了逆壓電效應(yīng)的壓電元件的情況下，也可以應(yīng)用于耐久性高的致動器等的用途中。

解決問題的技術(shù)手段

為了達到上述目的，本發(fā)明所涉及的壓電元件，其特征在于，具有下部電極、壓電體層和上部電極，壓電體層由以通式ABO₃所表示的鈣鈦礦型化合物的鈮酸鉀鈉構(gòu)成，上述壓電體層存在于上述下部電極和上部電極之間，上述壓電體層中，X射線衍射圖案(2θ/θ)中的衍射峰的2θ的角度為21.1°≤2θ≤23.4°的范圍內(nèi)的強度的最大值除以30.1°≤2θ≤33.3°的范圍內(nèi)的衍射峰的強度所得到的值為0.04以下。

由鈮酸鉀鈉構(gòu)成的壓電體層的X射線衍射圖案(2θ/θ)中的衍射峰，將2θ的角度為21.1°≤2θ≤23.4°的范圍內(nèi)的峰作為由準立方晶中的{001}面產(chǎn)生的衍射峰，將30.1°≤2θ≤33.3°的范圍內(nèi)的峰作為由準立方晶中的{110}面產(chǎn)生的衍射峰。峰的認定參考下式所表示的布拉格的衍射條件。

2dsinθ＝nλ