[发明专利]压电薄膜元件、压电传感器和振动发电机

说明书

技术领域

本发明涉及压电薄膜元件、压电传感器和振动发电机。

背景技术

压电体根据各种各样的目的而被加工成各种压电元件。压电体作为例如因施加的电压而使压电元件发生变形的执行器、由压电元件的变形产生电压的压电传感器、因施加在压电元件上的振动等而发电的振动发电机等功能性电子部件而被广泛利用。

作为用于执行器、压电传感器等用途的压电元件，具有优异的压电特性的、被称为PZT（锆钛酸铅）的含有Pb的钙钛矿型强电介质被广泛使用。以往，该压电元件的压电体层是通过将作为氧化物的PZT烧结的烧结法来形成的。

现在，随着各种电子部件的小型化、高性能化的推进，要求压电元件也小型化、高性能化。可是，通过烧结法制作的压电元件的压电体层，形成压电体层的晶粒变大，从而存在如果将压电体层的厚度设为10μm左右则特性的偏差、劣化变得显著这样的问题。

为了解决该问题，代替烧结法，研究了应用薄膜技术等的压电薄膜层形成方法。例如，使用了通过溅射法在Si基板上形成的PZT压电薄膜层的压电薄膜元件已经作为高速高分辨率的喷墨打印头用的执行器、角速度传感器用的压电薄膜元件投入实际应用。

另一方面，具有PZT压电薄膜层的压电薄膜元件含有60～70%左右的Pb，因此，考虑到对生物体、环境的影响，期待不含Pb的非铅压电薄膜元件的开发。

作为这样的非铅压电薄膜元件，有使用了（K_1-xNa_x）NbO₃（0<x<1）所表示的KNN（铌酸钾钠）压电薄膜层的元件。（例如，参照专利文献1、2。）。该KNN压电薄膜层具有钙钛矿结构，作为非铅压电薄膜元件的有力候补而备受期待。

此外还有以下报告：通过溅射法在Si基板上形成的KNN压电薄膜层在（001）面方位优先取向了且实现了能够实用化的水平的压电常数d₃₁=-100pm/V（非专利文献1）。

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

非专利文献

非专利文献1：Jpn.J Appl.Phys.50（2011）041503

发明内容

发明所要解决的课题

在将压电薄膜元件用于压电传感器、振动发电机时，压电传感器的传感器灵敏度和振动发电机的发电效率受到压电薄膜层的相对介电常数的影响，具有相对介电常数越小则传感器灵敏度和发电效率越高的特性。因此，正在寻求具有相对介电常数较小的压电薄膜层的压电薄膜元件。

可是，在非专利文献1中记载的KNN压电薄膜层虽然满足压电常数d₃₁，但KNN压电薄膜层的相对介电常数为约1000，存在相对介电常数高这样的问题。

因此，本发明的目的在于，提供可以降低压电薄膜层的相对介电常数的压电薄膜元件、压电传感器和振动发电机。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明的一个方式提供以下的压电薄膜元件、压电传感器和振动发电机。

[1]一种压电薄膜元件，其具备：

基板，

形成于所述基板上的下部电极层，

形成于所述下部电极层上的组成式为（K_1-xNa_x）NbO₃（0.4≤x≤0.7）的钙钛矿结构的铌酸钾钠的压电薄膜层，以及

形成于所述压电薄膜层上的上部电极层，

所述压电薄膜层，在将极化-电场的磁滞回线与表示电场的x轴的交点设为Ec^-和Ec⁺、将极化-电场的磁滞回线与表示极化的y轴的交点设为Pr^-和Pr⁺时，（Ec^-+Ec⁺）/2的值为10.8kV/cm以上，

并且，（Pr^-+Pr⁺）/2的值为-2.4μC/cm²以下。

[2]根据前述[1]所述的压电薄膜元件，所述压电薄膜层的相对介电常数为490以下。