[发明专利]压电材料及压电元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于压电元件的压电材料。

背景技术

所谓压电元件，是利用使结晶应变时带电或将结晶置于电场中时应变 的现象的元件，用于喷墨打印机等液体喷射装置中。

这样的压电元件使用PZT膜(钛酸锆酸铅、Pb(Zr_xTi_1-x)O₃)等压 电薄膜。

另一方面，上述PZT膜含有铅(Pb)，因此，在操作者的安全性及环 境方面存在问题，从而广泛进行了不含铅的非铅类压电材料的研究开发。 例如，在下述专利文献1～3中公示有关于非铅类压电材料。

上述压电元件中，近年研究开发了用电极夹持薄膜状的压电体层的薄 膜压电元件。薄膜压电元件通常通过以下工艺制作：在形成于基板上的电 极上形成数μm以下膜厚的压电体层，在上述压电体层上形成上部电极。 该工艺由于通过与半导体工艺相同微细的工艺进行，因此，薄膜压电元件 和通常的压电元件比较，具有能够形成高密度的压电元件的优点。

作为薄膜压电元件用的压电材料多使用PZT，但是，对非铅压电材料 的使用也进行了研究。

专利文献1：(日本)特开2004-6722号公报

专利文献2：(日本)特开2007-266346号公报

专利文献3：(日本)特开2007-287745号公报

本发明者进行了有关压电材料的研究、开发，探讨了非铅系压电材料 的采用和非铅系压电材料的特性的提高。

作为非铅压电材料的代表例，列举有含有BaTiO₃及Bi的各种材料(参 照上述专利文献1及2)。BaTiO₃具有大的压电常数，但居里温度低达120 ℃左右，在温度稳定性方面存在问题。含有Bi的各种材料多是具有高的 居里温度的材料，但是，介电常数、自发极化量都小且压电常数小的材料， 在居里温度以下具有相变温度且温度稳定性有问题的材料等多具有各种 的问题。这样，非铅压电材料虽然广泛被研究开发，但现实中既有优点又 有缺点。

另外，作为将非铅压电材料用于薄膜压电元件时的问题点，可例举出， 含有碱金属元素的材料中，碱金属元素的脱离引起的组成偏差以及在 BaTiO₃中，在高的温度下需要结晶化引起的向下部电极的扩散，这都难以 作为压电元件使用。

BaTiO₃具有高的居里温度和大的自发极化量，除此之外，适用于没有 容易造成碱金属元素那种组成偏差的原因的元素的、结晶化温度低的薄膜 化的优点多，作为强电介质存储器用的材料备受关注。最近进行了将该 BaTiO₃作为压电材料使用的尝试。但是，BaTiO₃的介电常数小，因此，作 为单一成分不能期待高的压电常数。

于是，对制作BiFeO₃和BaTiO₃的混合晶，想要提高压电常数进行了 探讨(参照上述专利文献3)。但是，过量地放入BaTiO₃后，BaTiO₃成为 支配项，不能产生BiFeO₃的高的居里温度和大的自发极化量。另外，在 由各种单独的材料制作压电元件的情况下，BiFeO₃绝缘性容易变差， BaTiO₃组成难以均匀，因此，存在形成低介电常数层且压电特性损耗这样 的问题，需要抑制各种材料的缺点的方法和混合比的方法。

发明内容

本发明的具体方式是提供一种压电材料，得到以BiFeO₃及BaTiO₃为 基础的、非铅、容易制作、大的压电常数，且得到高的居里温度。

(1)本发明的压电元件，其特征在于，具有：第一电极、配置于所 述第一电极上的压电体膜、配置于所述压电体膜上的第二电极，其中，构 成所述压电体膜的压电材料为混合了100(1-x)％的25℃下的自发极化 量为0.5C/m²以上的材料A以及100x％的具有压电特性且25℃的相对介电 常数为1000以上的材料B的压电材料，将所述材料A的居里温度设定为 Tc(A)、将所述材料B的居里温度设定为Tc(B)时，满足(1-x)Tc (A)+xTc(B)≥300℃，且均为非铅类。