[发明专利]压电体薄膜、喷墨头、使用喷墨头形成图像的方法、角速度传感器、使用角速度传感器测定角速度的方法、压电发电元件以及使用压电发电元件的发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备压电体层的压电体薄膜。本发明还涉及具备该压电体薄膜的喷墨头和使用该喷墨头形成图像的方法、具备该压电体薄膜的角速度传感器和使用该角速度传感器测定角速度的方法以及具备该压电体薄膜的压电发电元件和使用该元件的发电方法。

背景技术

钛酸锆酸铅(PZT：Pb(Zr_xTi_1-x)O₃，0＜x＜1)是能够储存大量电荷的代表性的强介电材料。PZT用于电容器和薄膜存储器。PZT具有基于强介电性的热电性和压电性。PZT具有很高的压电性能。通过调整组成或添加元素，就可以容易地控制PZT的机械品质因数Qm。这些使得将PZT应用在传感器、驱动器、超声波马达、滤波电路和振动器成为可能。

但是，PZT含有大量的铅。近年，因从废弃物中溶出铅而造成的生态系统和环境的严重破坏备受关注。所以，国际上铅的使用限制也在升级。因此就需求一种与PZT不同的不含铅的强介电材料(无铅强介电材料)。

目前正在开发的无铅(lead-free)强介电材料的一个例子为铋(Bi)、钠(Na)、钡(Ba)和钛(Ti)构成的钙钛矿型复合氧化物[(Bi_0.5Na_0.5)_1-yBa_y]TiO₃的陶瓷。专利文献1和非专利文献1公开了在钡量y(＝[Ba/(Bi+Na+Ba)])为5～10％时，该强介电材料具有约125pC/N的压电常数d₃₃，具有高压电性能。

在像陶瓷这样的大尺寸的强介电体中，尝试了通过添加微量的掺杂物来提高压电性能。非专利文献2公开了添加了银(Ag)的(Bi、Na、Ba)TiO₃陶瓷((Bi，Na，Ba，Ag)TiO₃陶瓷)。该陶瓷的压电常数随着Ag添加量的增加而升高。特别是具有摩尔比Ag/Ti＝0.03的组成的该陶瓷，与不添加Ag的情况相比，具有高出9％左右的压电常数d₃₃。但是，随着Ag的添加，该陶瓷的介电损耗tanδ增加，机电耦合系数减少。机电耦合系数表示电能和机械能的转换效率。

另一方面，在压电体薄膜中，尝试了通过对齐结晶的取向轴来提高压电性能。该方法之一是在基板和压电体薄膜之间配置界面层(缓冲层)。专利文献2和专利文献3公开了含有构成压电体薄膜的元素的全部或一部分的界面层。此外，非专利文献3和非专利文献4公开了使用了脉冲激光沉积法(PLD法)或RF磁控溅射法形成沿特定方向取向的压电体薄膜。

结晶取向没有被控制的压电体薄膜显示出非常低的强介电性能和压电性能。强介电性能例如为剩余极化。具有陶瓷形态的(Bi、Na、Ba)TiO₃显示出1％左右的介电损耗(参考非专利文献1)。与此相对，(Bi、Na、Ba)TiO₃薄膜的介电损耗特别是在kHz以下的低频区域急剧增加，达到数十％(参考非专利文献4)。这是因为(Bi、Na、Ba)TiO₃薄膜易于产生漏电电流的缘故。介电损耗高时，薄膜的强介电性能和压电性能显著降低。

专利文献4公开了含有Ag作为添加元素，以特定的化学式表示的压电磁性组合物。该组合物为大尺寸的。该组合物不含铅，且选自压电常数d₃₁、相对介电常数、介电损耗和居里温度Tc中的至少一种特性优异。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平4-60073号公报

专利文献2：日本特开平10-182291号公报

专利文献3：日本特开2007-266346号公报

专利文献4：日本特开2008-169113号公报

非专利文献

非专利文献1：T.Takenaka et al.，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.30，No.9B，(1991)，pp.2236-2239

非专利文献2：D.Q.Xiao et al.，Japanese Journal of Applied Physics，Vol.44，No.12，(2005)，pp.8515-8518

非专利文献3：H.W.Cheng et al.，Applied Physics Letters，Vol.85，No.12，(2004)，pp.2319-2321