[发明专利]压电体薄膜层叠基板

说明书

技术领域

本发明涉及压电体薄膜元件，特别涉及使用了非铅系压电体的压电体薄膜层叠基板。

背景技术

压电元件是利用压电体的压电效果的元件，被广泛用作根据电压施加于压电体而产生位移、振动的致动器、根据对压电体的应力变形而产生电压的应力传感器等功能性电子部件。作为一直以来在致动器、应力传感器中使用的压电体，广泛使用着具有大的压电特性的锆钛酸铅系的钙钛矿型强电介质(组成式：Pb(Zr_1-xTi_x)O₃，被称作PZT)。

PZT是含有铅的特定有害物质，但目前作为压动材料不存在可代替的合适市售品，因此成为RoHS指令(涉及电气·电子设备中所含的特定有害物质的使用限制的欧洲议会以及理事会指令)的适用免除对象。但是，在世界范围保持地球环境的要求益发强烈，人们强烈期望开发出使用不含铅的压电体(非铅系压电材料)的压电元件。

另一方面，伴随着近年中的各种电子设备的小型化·高性能化的进展，人们强烈要求压电元件也兼顾小型化与高性能化。此处，在利用粉末烧结法制作的以往的压电元件中，当压电体的厚度变为10μm以下时，则与构成压电体的晶粒的尺寸变为同等，因而不能忽视晶界对压电特性造成的影响。具体而言，由于电极与晶界的位置关系、晶界密度对于每个烧结压电体而言是大大不同的，因而发生每个压电元件的压电特性的偏差变显著这样的问题。对于涉及压电元件小型化(薄型化)这样的问题，近年来报告了利用薄膜形成技术来替代粉末烧结法而得到的压电体薄膜元件。

作为使用了非铅系压电体的压电体薄膜元件，例如，在专利文献1(日本特开2007-019302号公报)中公开了一种压电薄膜元件，是在基板上具有下部电极、压电薄膜、以及上部电极的压电薄膜元件，其特征在于，使上述压电薄膜为由通式(Na_xK_yLi_z)NbO₃(0＜x＜1、0＜y＜1、0≤z＜1、x＋y＋z=1)所示的碱金属铌氧化物系的钙钛矿化合物构成的电介质薄膜，在该压电薄膜与上述下部电极之间，作为缓冲层，设置了具有钙钛矿型晶体结构、且容易以高的取向度取向于(001)、(100)、(010)、以及(111)中的任一个面方位的材料的薄膜。根据专利文献1，通过使用了无铅的铌酸锂钾钠薄膜的压电薄膜元件，发挥可获得充分的压电特性这样的优异效果。

另一方面，在压电体薄膜元件方面，由于使用薄膜形成技术，因而通常晶粒非常小，因此压电体薄膜中的晶界密度的偏差变小，由晶界的有无而引起的压电特性的偏差变小。另一方面，由于晶粒小并且结晶数多，因而各晶粒的取向性(作为压电体薄膜的结晶取向程度)对元件的压电特性、可靠性(偏差、寿命)造成大的影响。另外，一般而言，形成在基板上的薄膜的取向性容易受到基底的影响。

作为提高压电体薄膜元件的压电特性的技术，例如，在专利文献2(日本特开2010-161330号公报)中公开了一种压电薄膜元件，是在基板上具有下部电极、压电体层、上部电极的压电薄膜元件，其特征在于，前述压电体层是以非铅的铌氧化物系钙钛矿型结晶为主相的压电体层，前述下部电极的表面的表面粗糙度按二乘平均粗糙度Rms计为1.1nm以下。根据专利文献2，通过控制下部电极的表面粗糙度而将表面粗糙度规定为规定范围，可实现压电特性良好的压电薄膜元件。

另外，在专利文献3(日本特开2000-285626号公报)中公开了一种压电薄膜，其包含表面粗糙度(Ra)为0.05μm以下的基板、以及形成于前述基板上的压电体薄膜。根据专利文献3，通过整理基板表面的平滑性，从而可提高压电体薄膜的压电特性，可实现高性能的压电薄膜元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-019302号公报

专利文献2：日本特开2010-161330号公报

专利文献3：日本特开2000-285626号公报

发明内容

发明想要解决的课题

为了普及使用了非铅系压电体的压电体薄膜元件作为以往的PZT压电元件的真正的替代品，因而强烈要求压电特性、可靠性的更进一步提高、成本降低。但是，压电体薄膜元件是比较新的技术，现状是从层叠结构控制、制造工艺控制的观点看仍然残留有较多的未弄清的地方。因此，存在有无法充分获得非铅系压电体原本具有的压电特性，或者压电特性发生偏差，或制造成本变高的问题。