[发明专利]压电薄膜元件及其制造方法、以及压电薄膜设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用压电薄膜的压电薄膜元件、压电薄膜设备以及压电薄膜元件的制造方法。

背景技术

压电体根据种种目的而被加工为各种各样的压电元件，特别是广泛用作通过施加电压而产生变形的传动器，或反之由于元件的变形而产生电压的传感器等功能性电子部件。作为用于传动器或传感器用途的压电体，迄今为止广泛使用具有优异压电特性的铅系材料的电介质，特别是称为PZT的Pb(Zr_X-1Ti_X)O₃[以后，记作PZT]系的钙钛矿型强电介质，通常通过烧结由各种元素所形成的氧化物而形成。目前，随着各种电子部件的小型化、高性能化的不断进展，对于压电元件，也强烈要求其小型化、高性能化。

然而，通过以现有制法的烧结法为中心的制造方法所制作的压电材料，随着其厚度的变薄，特别是厚度接近于10μm左右，则其接近于构成材料的晶粒大小，因此无法忽视该影响。因此，产生了特性偏差以及劣化变得显著的问题，而为了避免这些问题，近年来研究了应用了与烧结法不同的薄膜技术等的压电体形成法。最近，通过溅射法形成在硅基板上的PZT薄膜，已实际用作高速高精细的喷墨打印机喷头用传动器的压电薄膜(例如，参见专利文献1)。

另一方面，由于前述PZT所形成的压电烧结体或压电薄膜含有约60～70重量％的铅，因此从生态学观点以及防止公害这一方面考虑，不优选。因此，从对于环境的考虑而言，希望开发一种不含铅的压电体。目前，正在研究各种无铅压电材料，其中有铌酸钾钠，通式：(K_1-XNa_X)NbO₃(0＜x＜1)[以后，记作KNN]。该KNN是具有钙钛矿结构的材料，由于其作为无铅材料显示出了较好的压电特性，因此被期待为无铅压电材料的有力候选物(例如，参见专利文献2)。

[专利文献1]日本特开平10-286953号公报

[专利文献2]日本特开2007-19302号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，对于上述KNN薄膜，虽然正在尝试通过溅射法、PLD法等成膜方法在硅基板上成膜，但尚未确立稳定制作的方法，目前的状况是难以适用于制品。

本发明的目的在于解决上述问题，稳定地提供一种压电薄膜元件、压电薄膜设备以及压电薄膜元件的制造方法。

解决问题的方法

根据本发明的第1方式，提供一种压电薄膜元件，其特征在于，具有在硅基板上配置有下部电极、由通式(K_1-XNa_X)NbO₃(0＜x＜1)表示的碱金属铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜、上部电极的结构，在前述压电薄膜元件的X射线衍射2θ/θ图的KNN(002)衍射峰中，该衍射峰的高角度侧下沿区域的强度大于低角度侧下沿区域的强度。

根据本发明的第2方式，提供一种压电薄膜元件，其特征在于，具有在硅基板上配置有下部电极、由通式(K_1-XNa_X)NbO₃(0＜x＜1)表示的碱金属铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜、上部电极的结构，在前述压电薄膜元件的X射线衍射2θ/θ图的KNN(002)衍射峰中，当将该衍射峰角度设为(2θ_P)、低角度侧下沿区域中表示前述衍射峰的峰强度的1/20强度的角度设为(2θ_L1/20)、高角度侧下沿区域中表示前述衍射峰的峰强度的1/20强度的角度设为(2θ_R1/20)、并且R＝(2θ_R1/20)-(2θ_P)、L＝(2θ_P)-(2θ_L1/20)时，R/(R+L)的值为0.54以上。

在这种情况下，前述(K_1-XNa_X)NbO₃(0＜x＜1)的晶体结构优选为伪立方晶和斜方晶(orthorhombic crystal)的相界状态。

此外，前述(K_1-XNa_X)NbO₃(0＜x＜1)表示的碱金属铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜的Na组成x为0.497≤x≤0.63。

根据本发明的第3方式，提供一种压电薄膜设备，其特征在于具有上述的压电薄膜元件，和电压施加装置或电压检测装置。