[发明专利]压电薄膜器件和压电薄膜装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用碱性铌氧化物系压电薄膜的压电薄膜器件和压电薄膜装置。

背景技术

根据各种目的将压电体加工成各种压电器件，并被广泛用作通过施加电压而产生变形的驱动器或由器件的变形产生电压的传感器等功能性电子部件。

作为用于驱动器、传感器用途的压电体，目前为止广泛使用了具有优异压电特性的铅系材料，尤其是使用被称为PZT的Pb(Zr_1-x Ti_x)O₃系的钙钛矿型铁电体。一般通过将压电体材料的氧化物烧结而形成PZT等压电体。现在随着各种电子部件的小型化、高性能化的推进，也强烈地要求将压电器件小型化、高性能化。

然而，通过以以往制法的烧结法为中心的制造方法制作的压电材料，随着其厚度减小，尤其是厚度接近于10μm左右厚，由于接近于构成材料的晶体颗粒的尺寸，因而出现了特性参差不齐或劣化的显著问题。为了避免该问题，近年来研究了应用薄膜技术等代替烧结法形成压电体的方法。最近实际将用溅射法在硅基板上形成的PZT薄膜用作高速高精细的喷墨打印头用驱动器的压电薄膜。

然而，由所述PZT构成的压电烧结体或压电薄膜因含有60~70重量%左右的铅，从生态学观点以及防公害的方面考虑，不优选。因而从对环境的顾虑，希望开发不含铅的压电体。现今对各种非铅压电材料进行着研究，其中有用组成式：(K_1-xNa_x)NbO₃（0＜x＜1）表示的铌酸钾钠（例如参照专利文献1、专利文献2）。该铌酸钾钠为具有钙钛矿结构的材料并被期待作为非铅压电材料的有力候选。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-184513号公报

专利文献2:日本特开2008-159807号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，将使用以往技术制造的铌酸钾钠压电薄膜用作驱动器的情况下，常有工作时发热较大、器件劣化较快，另外，用作传感器的情况下，会出现压电薄膜的变形较小时敏感度极差的情况。

本发明的目的在于解决上述问题，提供能够实现0.1以下的介电损耗tanδ且具有优异压电特性的压电薄膜器件和压电薄膜装置。

用于解决问题的方案

本发明的第一实施方式为一种压电薄膜器件，其具有基板和设置于所述基板上的用组成式(K_1-xNa_x)_yNbO₃表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下。

本发明的第二实施方式为一种压电薄膜器件，其具有基板和设置于所述基板上的用组成式(K_1-xNa_x)_yNbO₃表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的压电薄膜，所述压电薄膜的氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下。

本发明的第三实施方式为：在第一实施方式或第二实施方式的压电薄膜器件中，所述压电薄膜为准立方晶（pesudo cubic）且在（001）面方位（plane orientaion）优先取向。

本发明的第四实施方式为：在第一~第三实施方式中的任一种压电薄膜器件中，所述压电薄膜的组成为0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90。

本发明的第五实施方式为：在第一~第四实施方式中的任一种压电薄膜器件中，在所述基板与所述压电薄膜之间设置有基底层。

本发明的第六实施方式为：在第五实施方式的压电薄膜器件中，所述基底层为Pt层，且所述Pt层在（111）面方位优先取向。

本发明的第七实施方式为：在第一~第六实施方式中的任一种压电薄膜器件中，所述基板为Si基板、带有表面氧化膜的Si基板或SOI（绝缘体硅，Silicon on Insulator）基板。

本发明的第八实施方式为一种压电薄膜装置，其具备：第一~第七实施方式中的任意一种压电薄膜器件；夹持所述压电薄膜器件的所述压电薄膜而上下设置的上部电极及下部电极；连接于所述上部电极和下部电极之间的电压施加单元或电压检测单元。

发明的效果