CN102804436B

CN102804436B - 压电薄膜器件和压电薄膜装置

Info

Publication number: CN102804436B
Application number: CN201180013990.7A
Authority: CN
Inventors: 柴田宪治; 末永和史; 渡边和俊; 野本明; 堀切文正
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: US20130009519A1; JP2011204887A; JP5071503B2; WO2011118686A1; CN102804436A; US8446074B2

Abstract

本发明提供压电薄膜器件，其具有基板(1)和设置于所述基板(1)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(3)，所述压电薄膜(3)的碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下，或者所述压电薄膜(3)的氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下。

Description

压电薄膜器件和压电薄膜装置

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，其中，0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90，所述压电薄膜的碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下且氢浓度为4×10¹⁹/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

采用本发明，可以提供实现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。

附图说明

图1为表示本发明的第一实施方式的压电薄膜器件的结构的简要截面图。

图2为表示本发明的第二实施方式的压电薄膜器件的结构的简要截面图。

图3为表示本发明的压电薄膜装置的一种实施方式的简要构成图。

图4为表示使用SIMS分析对本发明的一个实施例的KNN薄膜进行测定得到的碳浓度、氢浓度以及O、K、Nb、Na强度的深度方向分布图。

图5为表示使用SIMS分析对比较例的KNN薄膜进行测定得到的碳浓度、氢浓度以及O、K、Nb、Na强度的深度方向分布图。

图6为表示对实施例和比较例的KNN薄膜测定介电损耗tanδ时制作的结构的简要截面图。

图7为表示实施例和比较例的KNN薄膜的tanδ与碳浓度及氢浓度的最大值的关系的图。

图8为用表的形式显示实施例和比较例中的KNN烧结体靶的组成等、溅射成膜时的Ar/O₂比、成膜后有无热处理、以及KNN薄膜的组成、碳浓度、氢浓度、相对介电常数（specific inductive capacity）、tanδ的概况的图。

具体实施方式

（见解）

如上所述，将使用以往技术得到的铌酸钾钠压电薄膜用作驱动器的情况下，常出现工作时发热较大、压电薄膜器件的劣化较快的情况，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。

本发明人等针对于上述问题进行了研究，发现以往的铌酸钾钠压电薄膜的介电损耗tanδ往往较大。因而，使用tanδ较高的压电薄膜的驱动器工作时发热较大、压电薄膜器件的劣化较快，另外，使用tanδ较高的压电薄膜的传感器在压电薄膜的变形较小的情况下的敏感度极差。例如将压电薄膜用于喷墨打印头的驱动器的情况中要求tanδ为0.1以下。现有的铌酸钾钠压电薄膜无法满足该要求，呈现难以在制品中使用的情况。为了在喷墨打印头等中广泛使用铌酸钾钠薄膜，需要实现铌酸钾钠压电薄膜的tanδ为0.1以下。

因而，本发明的发明人进行了深入研究，得到以下见解：(K_1-xNa_x)_yNbO₃（以下均简称为“KNN”）的压电薄膜中所含的碳浓度或氢浓度与KNN压电薄膜的介电损耗tanδ之间存在较强的关联，通过调节KNN压电薄膜的碳浓度或氢浓度，从而能够控制KNN压电薄膜的介电损耗tanδ，以致完成了本发明。

（压电薄膜器件的实施方式）

以下说明本发明所述的压电薄膜器件的实施方式。

本发明的一种实施方式的压电薄膜器件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。

另外，本发明的另一实施方式的压电薄膜器件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。

通过将KNN压电薄膜的碳浓度设为2×10¹⁹/cm³以下或者将KNN压电薄膜的氢浓度设为4×10¹⁹/cm³以下，能够实现KNN压电薄膜的介电损耗tanδ为0.1以下（参照后述的实施例中的图6）。

在上述实施方式的压电薄膜器件中，优选KNN压电薄膜为准立方晶且在（001）面方位优先取向。通过为此种晶体结构，可获得较高的压电常数。

另外，在上述实施方式的压电薄膜器件中，优选KNN压电薄膜的x=Na/（K+Na）比例及y=（K+Na）/Nb比例为，0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90。

通过制作与y=1的化学计量组成的KNN膜（(K_1-xNa_x)NbO₃）相比较K或Na较少的KNN膜，结果，与y=1附近的KNN膜相比，压电常数变大。虽然压电常数提高的具体机理并不明确，但推测为：通过使y小于1，作为晶体，相对于理想的y=1的KNN膜，引入了适度的不稳定因素，容易发生电场引起的晶格伸缩（压电动作）。(K_1-xNa_x)_yNbO₃的组成x、y为0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90的范围的KNN薄膜具有能够代替PZT薄膜的实用水平的较高的压电常数d₃₁。

下面使用附图对本发明的压电薄膜器件的更具体的实施方式进行说明。

（压电薄膜器件的第一实施方式）

图1为表示本发明的第一实施方式的压电薄膜器件的简要结构的截面图。如图1所示，压电薄膜器件在基板1上依次形成有基底层2、压电薄膜3和电极4。

基板1优选使用Si（硅）基板、Si基板表面具有氧化膜的带有表面氧化膜的Si基板或SOI基板。Si基板例如使用Si基板表面为（100）面取向的（100）Si基板等，当然与（100）面不同的面取向的Si基板也可以。另外，基板1也可以使用石英玻璃基板、GaAs基板、蓝宝石基板、不锈钢等金属基板、MgO基板、SrTiO₃基板等。

基底层2优选由Pt（铂）层构成且在（111）面方位优先取向。例如，形成于Si基板上的Pt层因自取向性（self orientaion）而容易在（111）面方位取向。作为基底层2的材料，除了Pt以外，还可以为含Pt的合金、Au（金）、Ru（钌）、Ir（铱）、或者 SrTiO₃、LaNiO₃等金属氧化物。使用溅射法、蒸镀法等形成基底层2。此外，为了提高基板1与基底层2的密合性，也可以在基板1与基底层2之间设置密合层。可以将基底层2作为电极（下部电极）使用。

压电薄膜3为具有用组成式(K_1-xNa_x)_yNbO₃表示的碱性铌氧化物系钙钛矿结构的KNN压电薄膜，且KNN压电薄膜3的碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下，或者KNN压电薄膜3的氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下。KNN压电薄膜3优选为准立方晶且在（001）面方位优先取向，另外，KNN压电薄膜3的组成x、y优选为0.40≤x≤0.70且0.75≤y≤0.90的范围。使用溅射法、CVD（化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition）法、溶胶凝胶法等形成压电薄膜3。

使用Pt、Au、Al（铝）等材料通过溅射法、蒸镀法、镀敷法、金属糊剂法等形成电极4。由于电极4并不像基底层2那样对压电薄膜的晶体结构造成较大影响，因而对于电极4的材料、晶体结构没有特别的限定。

对于使用最常规的溅射法作为KNN薄膜的成膜方法形成的KNN薄膜，我们对介电损耗tanδ增大的原因进行了调查，结果发现，tanδ较高的KNN薄膜在膜中混入有较高浓度的碳。也明确了碳的混入源为KNN烧结体靶中所含的碳。KNN烧结体靶通常以K₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅粉末为起始原料，经过混合、预烧结、正式烧结的过程而成为KNN烧结体靶。此时，虽然起始原料K₂CO₃和Na₂CO₃中大半的碳在高温下的烧结工序中被去除，但认为仍有一部分残留于KNN烧结体中。

有效降低KNN薄膜中的碳浓度可以采用：降低KNN烧结体靶中的碳浓度；溅射成膜中提高气氛（例如、Ar（氩气）与O₂（氧气）的混合气体）中O₂的比例；KNN薄膜成膜后在空气或氧气气氛下进行热处理（参照后述的实施例中的图8）。

KNN薄膜中的碳浓度的测定，例如可以使用常规的SIMS分析进行测定。然而，SIMS分析中无法保证在测定的样品的表面附近或者在与相邻于样品的邻接层的界面附近能够得到准确的浓度分布。因而，在本实施方式中，认为除了与作为相邻于KNN压电薄膜3的邻接层的基底层2的界面附近200nm、以及KNN压电薄膜3的表面附近200nm或KNN压电薄膜3的与电极4的界面附近200nm以外，在KNN压电薄膜3的区域中的碳浓度是准确的碳浓度，从而求出KNN压电薄膜3中的碳浓度。使用SIMS分析也同样地求出KNN压电薄膜3的氢浓度。

对于得到优异压电特性的、组成x、y为0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90并且（001）面优先取向的准立方晶钙钛矿结构的KNN薄膜，测定碳浓度的深度方向分布和tanδ，结果明确在碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下的情况下，能够实现tanδ≤0.1（参照后述的实施例中的图7）。

另外，用SIMS分析测定碳浓度的深度方向分布的同时，测定氢浓度的深度方向分布，结果KNN薄膜中的氢浓度与碳浓度显示基本相同趋势的分布。关于KNN薄膜的氢浓度，明确了为4×10¹⁹/cm³以下的情况下，能够实现tanδ≤0.1（参照后述的实施例中的图7）。

关于用溅射法以外的成膜方法（例如CVD法、溶胶凝胶法等）形成的KNN薄膜，虽然成膜条件方面存在些许不同，但基本都在KNN薄膜中混存有较高浓度的碳、氢，因而通过使碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下或者使氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下，能够实现tanδ≤0.1的KNN薄膜。

（压电薄膜器件的第二实施方式）

图2表示本发明的第二实施方式的压电薄膜器件的简要的截面结构。第二实施方式的压电薄膜器件与图1表示的上述第一实施方式的压电薄膜器件同样地在基板1上具有基底层2、压电薄膜3、电极4，如图2所示，基板1为在其表面形成有氧化膜5的带有表面氧化膜的基板，氧化膜5与基底层2之间设置有用于提高基底层2的密合性的密合层6。

带有表面氧化膜的基板例如为带有氧化膜的Si基板，带有氧化膜的Si基板中，氧化膜为由热氧化形成的SiO₂膜、由CVD法形成的SiO₂膜。基板尺寸一般常使用4英寸圆形，也可以使用6英寸或8英寸的圆形基板或者矩形基板。另外，密合层6使用Ti（钛）、Ta（钽）等，通过溅射法或蒸镀法等形成。

此外，上述第一、第二实施方式所述的压电薄膜器件的压电薄膜3的任一种可以为单层的KNN薄膜，压电薄膜3还可以由包含碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下或者氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下并且0.40≤x≤0.70且0.75≤y≤0.90的范围的KNN薄膜的、多个(K_1-xNa_x)_yNbO₃（0＜x＜1）层形成。另外，还可以以5原子数%以下的方式在KNN压电薄膜中添加除了K（钾）、Na（钠）、Nb（铌）、O（氧）以外的元素，例如Li（锂）、Ta（钽）、Sb（锑）、Ca（钙）、Cu（铜）、Ba（钡）、Ti（钛）等，该情况下也能够得到同样的效果。基底层2与电极4之间还可以进一步包含由KNN以外的碱性铌氧化物系材料或者具有钙钛矿结构的材料（LaNiO₃、SrTiO₃、LaAlO₃、YAlO₃、BaSnO₃、BaMnO₃等）形成的薄膜。

（压电薄膜装置的实施方式）

图3表示使用本发明的压电薄膜器件制作的压电薄膜装置的一种实施方式的简要构成图。

如图3所示，压电薄膜器件10具有与图1表示的第一实施方式的压电薄膜器件相同的截面结构，并将第一实施方式的压电薄膜器件的基底层2作为下部电极2使用且将电极4作为上部电极4使用。压电薄膜装置在成型为规定形状的压电薄膜器件10的下部电极2与上部电极4之间至少连接有电压检测单元（或电压施加单元）11。

通过在下部电极2与上部电极4之间连接电压检测单元11，可获得作为压电薄膜装置的传感器。该传感器的压电薄膜器件10随着某种物理量的变化而变形时，因由其变形产生电压，因而能够通过使用电压检测单元11检测该电压而测定各种物理量。作为传感器，例如可以举出陀螺传感器、超声波传感器、压力传感器、速度和加速度传感器等。

另外，通过在压电薄膜器件10的下部电极2与上部电极4之间连接电压施加单元11，可获得作为压电薄膜装置的驱动器。通过对该驱动器的压电薄膜器件10施加电压使压电薄膜器件10变形，从而能够驱动各种部件。驱动器可以用于例如喷墨打印机、扫描仪、超声波发生装置等中。

实施例

下面对本发明的具体实施例进行说明。

实施例和比较例的压电薄膜器件具有与图2表示的上述第二实施方式相同的截面结构，在具有热氧化膜的Si基板上层叠有Ti密合层、Pt下部电极（基底层）、KNN压电薄膜和Pt上部电极（电极）。

[KNN压电薄膜的成膜]

以下对实施例和比较例中KNN压电薄膜的成膜方法进行说明。

基板使用带有热氧化膜的Si基板（（100）面取向、厚度为0.525mm、形状为4英寸圆形、热氧化膜的厚度为200nm）。首先使用RF磁控溅射法在基板上形成Ti密合层（膜厚为10nm）、Pt下部电极（（111)面优先取向、膜厚为200nm）。Ti密合层和 Pt下部电极在基板温度为350℃、放电功率为300W、导入气体Ar、Ar气氛的压力为2.5Pa、成膜时间为Ti密合层3分钟、Pt下部电极10分钟的条件下进行成膜。

接着，通过RF磁控溅射法在Pt下部电极上形成膜厚3μm的(K_1-xNa_x)_yNbO₃压电薄膜。将y=（K+Na）/Nb比例=0.86~1.05、x=Na/（K+Na）比例=0.44~0.78的(K_1-xNa_x)_yNbO₃的烧结体用作靶，在基板温度（基板表面的温度）550℃、放电功率75W、导入气体为Ar/O₂混合气体（Ar/O₂=99/1~90/10）、保护气体的压力为1.3Pa的条件下成膜(K_1-xNa_x)_yNbO₃压电薄膜。以KNN薄膜的膜厚约为3μm的方式调整各个KNN薄膜的溅射成膜时间。

通过将K₂CO₃粉末、Na₂CO₃粉末、Nb₂O₅粉末作为原料，用球磨机混合24小时，在850℃下预烧结10小时，之后再用球磨机粉碎，以200MPa的压力成型，然后在1000~1250℃下烧结，从而制作KNN烧结体靶。通过调整K₂CO₃粉末、Na₂CO₃粉末、Nb₂O₅粉末的混合比例控制（K+Na）/Nb比例和Na/（K+Na）比例。将制作的烧结体靶用于溅射成膜之前，通过EDX（能量色散X射线分光分析）测定K、Na、Nb的原子数%，算出（K+Na）/Nb比例和Na/（K+Na）比例。另外，通过气体成分分析（IGA：Interstitial Gas Analysis）测定烧结体靶中的碳浓度和氢浓度（wt ppm）。气体成分分析是指通过红外吸收或导热率测定测定使材料燃烧而产生的C、N、O、H等气体成分，从而确定浓度的方法。

烧结温度越高，KNN烧结体靶中的碳浓度和氢浓度趋向于越少。图8显示了实施例1~10和比较例1~8中使用的KNN烧结体靶的（K+Na）/Nb比例和Na/（K+Na）比例、靶烧结温度、靶所含的碳浓度和氢浓度、溅射成膜时的Ar/O₂比例、成膜后有无热处理。作为成膜后的KNN薄膜的热处理，在空气气氛下进行2 小时750℃热处理。

[KNN压电薄膜的组成分析]

通过ICP-AES（电感耦合等离子体发射光谱分析法）进行实施例1~10和比较例1~8的KNN薄膜的组成分析。使用湿式酸分解法进行样品的溶液化，酸使用氢氟酸和硝酸的混合液。由使用ICP-AES得到的Nb、Na、K的比例算出（K+Na）/Nb比例、Na/（K+Na）比例。图8显示了算出的（K+Na）/Nb比例、Na/（K+Na）比例。明确了通过使用（K+Na）/Nb比例不同的靶能够制作（K+Na）/Nb比例不同的KNN压电薄膜。

[KNN压电薄膜中碳和氢的深度方向浓度分布的测定]

采用常规的二次离子质谱分析法（SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry），测定从KNN压电薄膜的表面侧至Pt下部电极的碳和氢的深度方向浓度分布。作为测定结果的一个例子，实施例1的情况和比较例1的情况分别显示于图4和图5中。图4、图5显示了KNN压电薄膜的O、K、Nb、Na强度的深度方向分布。如图5所示，比较例1的碳和氢的浓度在KNN压电薄膜的表面侧较高，随着靠近Pt下部电极侧，浓度逐渐降低。另一方面，如图4所示，实施例1的表面附近及Pt下部电极界面附近为碳、氢的浓度较高的区域，除此之外的区域的碳和氢的浓度非常低且浓度基本恒定。

在SIMS分析中，认为由于各种影响有可能无法测定表面附近（距表面深度200nm以内的区域）的准确浓度。另外，使用SIMS的浓度深度分布测定由于是在使用离子蚀刻削减膜的同时进行测定的，因而较深区域中的测定面会丧失平整性，其结果深度方向的分辨率有可能降低。因此，认为也有可能无法测定与基底层（本实施例的Pt下部电极）的界面附近（距Pt下部电极界面200nm以内的区域的KNN薄膜）的准确浓度。因而在 SIMS分析结果可靠的深度范围（除了距KNN薄膜的表面深度200nm以内的区域以及距Pt下部电极界面200nm以内的区域以外的区域）读取KNN薄膜的碳和氢的深度方向浓度分布中的最大浓度值。图8显示了实施例1~10和比较例1~8中的KNN薄膜的碳浓度、氢浓度的最大值。

如图8所示，可以通过提高KNN烧结体靶的烧结温度来降低KNN烧结体靶中的碳浓度、氢浓度。认为此是由于在高温下烧结，从而降低了KNN烧结体靶中残留的碳浓度、氢浓度。另外，通过使用碳浓度、氢浓度较低的KNN烧结体靶，也减少了成膜的KNN薄膜中的碳浓度和氢浓度。进而，通过提高溅射成膜时的Ar/O₂比例中O₂的比例，KNN薄膜中的碳浓度和氢浓度减少。另外，通过进行成膜后的热处理，也可减少KNN薄膜中的碳浓度和氢浓度。

[介电损耗tanδ、相对介电常数的测定]

为了测定KNN压电薄膜的相对介电常数和介电损耗tanδ，如图6所示，使用RF磁控溅射法在上述实施例和比较例的KNN压电薄膜3上形成Pt上部电极（膜厚为100nm、尺寸为1mm×1mm）4。将该上部电极4和下部电极2与LCR测量仪连接，在测定频率1kHz下测定静电电容和tanδ。由得到的静电电容，并考虑到电极面积（1mm²）、KNN压电薄膜3的膜厚（3μm）、真空的介电常数，算出相对介电常数。图8显示了实施例1~10和比较例1~8中的KNN薄膜的相对介电常数、tanδ。

[KNN薄膜的tanδ与碳浓度和氢浓度的关系]

图7显示了KNN薄膜的tanδ与KNN薄膜中的碳浓度和氢浓度的最大值的关系。相对于tanδ，碳浓度和氢浓度显示出基本相同的趋势，碳浓度和氢浓度的对数值随tanδ的增加成比例地增加。如图7所示，明确了通过使碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下、氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下，能够实现KNN薄膜的tanδ≤0.1。

关于相对介电常数，碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下、氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下的实施例的KNN薄膜与碳浓度大于2×10¹⁹/cm³、氢浓度大于4×10¹⁹/cm³的比较例的KNN薄膜基本没有差异。另外，关于压电常数，也没有发现比较例的KNN薄膜与实施例的KNN薄膜明显不同。即明确了实施例的KNN薄膜保持了与以往同等的良好的压电常数、相对介电常数，能够降低成为问题的tanδ值。

[驱动器的试制以及特性的评价]

使用上述实施例1和比较例1的KNN压电薄膜试制悬臂型的简易驱动器。首先，作为试制，使用RF磁控溅射法在上述实施例1和比较例1的KNN压电薄膜上形成Pt上部电极，然后裁切成条形，制作具有KNN压电薄膜的压电薄膜器件。接着，通过用夹具将该条形压电薄膜器件的纵向方向的一端固定，制作简易的单层悬臂（unimorph cantilever）。通过电压施加单元对该悬臂的Pt上部电极与Pt下部电极之间的KNN压电薄膜施加电压，可使KNN压电薄膜伸缩，从而使整个悬臂（压电薄膜器件）弯曲和伸展。使用激光多普勒位移计测定此时的悬臂的前端位移量Δ。由悬臂前端的位移量Δ、悬臂的长度、基板1和KNN压电薄膜3的厚度和杨氏模量、以及施加电压算出压电常数d₃₁。

对于使用实施例1的KNN压电薄膜的驱动器（悬臂）和使用比较例1的KNN压电薄膜的驱动器（悬臂），在上下电极间连续施加单极的正弦波，使悬臂连续驱动。此时可确认：相比于比较例1的驱动器，实施例1的驱动器抑制了发热。另外，还可以确认：相比于比较例1的驱动器，实施例1的驱动器抑制了1亿次驱动后的压电常数d₃₁从初始的压电常数d₃₁降低（劣化）的比例（降低率、劣化率）。

（其它的实施例）

上述实施例中，作为基底层使用也作为下部电极的Pt层，例如也可以在Pt层上形成NaNbO₃层，作为由Pt层和NaNbO₃层的两层形成的基底层。另外，通过在基板上形成KNN压电薄膜、在压电薄膜上形成具备规定图案的电极，可形成利用表面弹性波的滤波装置。在为如利用表面弹性波的滤波装置等不需要下部电极的装置的情况下，不将Pt层作为下部电极使用而作为基底层使用。或者也可以设置代替Pt层的其它的基底层。例如可以为层叠有基板、作为基底层的镧酸镍层、KNN压电薄膜和上部图案电极的装置结构。

附图标记说明

1 基板

2 基底层（下部电极）

3 压电薄膜（KNN压电薄膜）

4 电极（上部电极）

5 氧化膜

6 密合层

10 压电薄膜器件

11 电压检测单元或电压施加单元

Claims

1.一种压电薄膜器件，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，其中，0.4≤x≤0.7且0.75≤y≤0.90，所述压电薄膜的碳浓度为2×10¹⁹/cm³以下且氢浓度为4×10¹⁹/cm³以下。

2.根据权利要求1所述的压电薄膜器件，其中，所述压电薄膜为准立方晶且在(001)面方向优先取向。

3.根据权利要求1所述的压电薄膜器件，其中，该压电薄膜器件在所述基板与所述压电薄膜之间设置有基底层。

4.根据权利要求2所述的压电薄膜器件，其中，该压电薄膜器件在所述基板与所述压电薄膜之间设置有基底层。

5.根据权利要求3所述的压电薄膜器件，其中，所述基底层为Pt层，且所述Pt层在(111)面方向优先取向。

6.根据权利要求4所述的压电薄膜器件，其中，所述基底层为Pt层，且所述Pt层在(111)面方向优先取向。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的压电薄膜器件，其特征在于，所述基板为Si基板、带有表面氧化膜的Si基板或SOI基板。

8.一种压电薄膜装置，其具备：权利要求1～7中任一项所述的压电薄膜器件；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。