CN104395087B - 压电器件、压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电传感器 - Google Patents

压电器件、压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电传感器 Download PDF

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Abstract

根据本发明的压电器件(100)设置有第一电极膜(5)、设置在第一电极膜(5)上的第一非金属导电性中间膜(4)、设置在第一非金属导电性中间膜(4)上的压电膜(3)、设置在压电膜(3)上的第二非金属导电性中间膜(2)、以及设置在第二非金属导电性中间膜(2)上的第二电极膜(1)。第一非金属导电性中间膜(4)的线性膨胀系数大于第一电极膜(5)和压电膜(3)的线性膨胀系数，并且第二非金属导电性中间膜(2)的线性膨胀系数大于第二电极膜(1)和压电膜(3)的线性膨胀系数。

Description

压电器件、压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电 传感器
技术领域
本发明涉及一种使用压电材料的压电器件；以及具有该压电器件的压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置和压电传感器。
背景技术
近来，替代块体压电材料，使用薄膜压电材料的压电器件的实际应用越来越广泛。这种应用的例子包括利用压电效应来将施加在压电膜上的力转换为电压的陀螺仪传感器、震动传感器、麦克风等，或者利用逆压电效应来使施加有电压的压电膜变形的致动器、喷墨头、扬声器、蜂鸣器，谐振器等。
压电材料的厚度的减小能够缩小压电器件的规模以扩大应用的领域。由于大量的压电器件能够一起制作在基板上，因此量产性会提高。此外，在性能方面有许多优点，例如，在传感器中使用压电膜时灵敏度的改善。然而，从其他膜对压电膜的外部应力和压电膜本身的内部应力会比块体材料的情况对压电特性带来更多影响，并且为此压电膜需要不同于块体材料的应力控制技术。因此，把专注于施加于压电膜的界面的热应力的控制的压电特性的控制方法成为在压电器件的设计中的重要因素。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-176176号公报
专利文献2：日本特开2006-188414号公报
专利文献3：日本特开1999-097755号公报
专利文献4：日本专利第4142128号
专利文献5：日本特开2009-094449号公报
非专利文献
非专利文献1：R&D Review of Toyota CRDL Vol.34 No.1 pp 19-24(1999)。
发明内容
发明所要解决的技术问题
压电特性当中的重要因素之一是矫顽电场Ec。矫顽电场Ec是在自发极化反转时电场的大小，并且当将高于该矫顽电场的电场施加于压电材料时极化方向开始反转。图1示出典型的压电器件的极化P-电场E的磁滞曲线以及矫顽电场Ec的位置。在利用逆压电效应即施加有电压的压电膜的变形的器件的情况下，在与极化方向相同的方向上实现了高位移。
图2示出典型的压电器件的应变x与电场E的关系(称为蝴蝶曲线)。从图2可见，应变方向在矫顽电场Ec时反转。这意味着即使为了获得大的应变x而增加电场E，极化方向也将在刚高于矫顽电场Ec时反转，从而导致无法在期望的方向上获得应变x。因此，期望具有大的矫顽电场Ec的压电器件以获得大应变x。
增强矫顽电场的技术的其中一种技术是改变压电膜的组成(专利文献1和2)，但是即使在相同组成的压电材料的情况下，当其形成为薄膜时，如上所述，因为由于器件的膜结构而引起的外部应力、由于成膜条件所引起的内部应力、以及诸如结晶度和压电膜的取向的因素的原因，矫顽电场显著变化，并且其控制是困难的。当通过压电膜本身的组成的改变而增加矫顽电场时，压电膜的压电常数倾向于下降，并且因而难以获得所期望的位移。
也存在有效驱动具有小的矫顽电场的压电膜的另一种技术(专利文献3)，但其要求预先测量矫顽电场的精确值，这使得驱动电路变得复杂且增加该器件的成本。
专利文献4公开了电介质膜形成在硅基板上并且导电性中间膜置于电介质膜上以防止自发极化的减少的叠层体，但是压电特性的改善效果仅通过在电介质膜上的仅一侧上淀积中间膜而受到限制。
专利文献5公开了在压电膜中在压缩方向上产生应力的中间膜设置在形成在硅基板上的电极与压电膜之间的结构，尽管其目的与本发明的不同。然而，中间膜的线性膨胀系数和其他并没有限制，并且当仅在压电膜的仅一侧上淀积中间膜时，许多压电材料无法实现作为压电器件的令人满意的逆压电特性。
本发明已经考虑到上述现有技术的问题，并且本发明的目的在于提供一种能够容易地增加压电器件的矫顽电场的压电器件。
解决问题的技术手段
根据本发明的压电器件包括第一电极膜；第一非金属导电性中间膜，其设置在第一电极膜上；压电膜，其设置在第一非金属导电性中间膜上；第二非金属导电性中间膜，其设置在压电膜上；以及第二电极膜，其设置在第二非金属导电性中间膜。第一非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于第一电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数，并且第二非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于第二电极膜的线性膨胀系数和压电膜的线性膨胀系数。
根据本发明，该器件包括非金属导电性中间膜，其有助于将压应力引入压电膜，由此实现矫顽电场的增加。各个非金属导电性中间膜的比电阻(电阻率)可以不大于0.1Ωcm。
在根据本发明的压电器件中，第一非金属导电性中间膜与第二非金属导电性中间膜可以与压电膜直接接触。
该配置使得更容易进一步有效地将压应力引入压电膜，因而有助于进一步提高压电器件的矫顽电场。
根据本发明的压电器件可以配置如下：在第二电极膜的顶面上不存在10μm或更厚的基板并且在第一电极膜的底面上也不存在10μm或更厚的基板。
在没有这样的基板的情况下，基板的压电膜上不会受到基板的限制，因而可以在压电膜上施加更大的压应力。
第一非金属导电性中间膜和第二非金属导电性中间膜可以分别是无机氧化膜。具有比压电膜更大的线性膨胀系数的材料的无机氧化膜更容易制作，因而通过在高温下淀积两个无机氧化膜其后使它们冷却而更容易在压电膜上施加压应力。当将无机氧化膜用作导电性中间膜时，在高温下在压电膜上淀积导电性中间膜或者使导电性中间膜退火变得可行，这使更大的压应力能够施加在压电膜上。这除了导电性中间膜的热膨胀以外，还通过在对导电性中间膜退火处理期间加热和冷却使压应力能够引入压电膜，从而增强矫顽电场增加的效果。
这两种无机氧化膜可以具有相同的组成。此外，两个导电性中间膜可以具有彼此大约相等的各个厚度。该配置允许均匀的压应力从其两侧施加在压电膜上。
发明的有益效果
本发明的压电器件等可以具有比常规压电器件更大的矫顽电场。
附图说明
图1是示出典型的压电器件的极化P-电场E的磁滞曲线和矫顽电场Ec的位置的图。
图2是示出典型的压电器件的应变x与电场E的关系(蝴蝶曲线)的图。
图3是根据本发明的第一实施方式的压电器件的配置图。
图4是根据本发明的第二实施方式的压电器件的配置图。
图5是根据本发明的第三实施方式的压电器件的配置图。
图6是示出比较例1的压电器件的膜结构的图。
图7是使用压电器件的磁头组件的配置视图。
图8是安装有图7所示的磁头组件的硬盘驱动器的配置视图。
图9是使用压电器件的喷墨打印机的配置视图。
图10是安装有图9所示的喷墨打印机磁头80的喷墨打印机装置的配置视图。
图11(a)是使用压电器件的陀螺仪传感器的配置视图(平面图)并且图11(b)是沿着图11(a)的A-A线剖开的横截面图。
图12是使用压电器件的压力传感器的配置视图。
图13是使用压电器件的脉搏波传感器的配置视图。
具体实施方式
本发明的优选的实施方式将在下面参考附图详细描述。在附图中，相同或相当的元件将用相同的标号来表示。垂直和水平位置关系如附图中所示。该描述将在无多余描述的情况下给出。
(第一实施方式)
图3示出根据本发明的第一实施方式的压电器件100。压电器件100具有基板7、置于基板7上的第一电极膜5、置于第一电极膜5上的第一导电性中间膜4、置于第一导电性中间膜4上的压电膜3、形成在压电膜3上的第二导电性中间膜2、以及形成在第二导电性中间膜2上的第二电极膜1。
(基板7)
在基板7是充当基底结构的板。这里所使用的基板7可以是例如具有(100)平面取向的硅基板。基板7可以具有例如10μm至1000μm范围内的厚度。这里所使用的基板7也可以是具有不同于该(100)平面的平面取向的硅基板、绝缘上硅片(SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等构成的化合物半导体基板、蓝宝石基板、由不锈钢等构成的金属基板、MgO基板、或者SrTiO3基板。当基板7是导电性材料时绝缘膜可以置于基板7上。这里所使用的绝缘膜可以是例如热氧化硅膜(SiO2)、Si3N4、ZrO2、Y2O3、ZnO或Al2O3。绝缘膜的厚度可以在0.001μm至1.0μm的范围内。
(第一电极膜5)
第一电极膜5是导电性膜。第一电极膜5由例如铂(Pt)制成。第一电极膜5优选具有0.02μm至1.0μm范围内的厚度。当厚度小于0.02μm时，作为电极的功能会变得不足；当厚度大于1.0μm时，压电材料的位移特性会受到阻碍。这里所使用的第一电极膜5也可以是金属材料诸如钯(Pd)、铑(Rh)、金(Au)、钌(Ru)或者铱(Ir)。
(第一导电性中间膜4)
第一导电性中间膜(第一非金属导电性中间膜)4是非金属膜。第一导电性中间膜4的线性膨胀系数大于第一电极膜5和压电膜3的线性膨胀系数。
本说明书中的线性膨胀系数是长度相对于温度的变化率的平均值，在20℃至500℃的范围内每单位长度。薄膜的线性膨胀系数接近于或者略小于块体材料的值是众所周知的(例如，参照非专利文献1)，并且如果我们知道形成压电器件的各个材料的类型，则能够适当地估计各个薄膜的线性膨胀系数的大小关系。
第一导电性中间膜4的线性膨胀系数优选比第一电极膜5和压电膜3的线性膨胀系数大至少0.1×10-6(1/K)。
第一导电性中间膜4的厚度优选在10nm至100nm的范围内。如果厚度小于10nm，则可能无法将足够的压应力施加在压电膜3上；如果厚度大于100nm，则压电膜3的结晶度会降低。
第一导电性中间膜4优选为无机氧化膜。无机氧化物的例子是导电性金属氧化物。在本实施方式的压电器件100中，由于电压经由第一电极膜5和第一导电性中间膜4而施加于压电膜3，因此具有高比电阻的第一导电性中间膜不是优选的。因此，第一导电性中间膜4的比电阻优选不大于0.1Ωcm。例如，SrRuO3膜具有约50～100×10-6Ωcm的比电阻，SrTiO3膜具有约70～100×10-6Ωcm的比电阻，并且LaNiO3膜具有约300～400×10-6Ωcm的比电阻；因此，它们可适当地适用于第一导电性中间膜4。此外，导电性金属氧化膜诸如CaRuO3、BaRuO3、(LaxSr1-x)CoO3、YBa2Cu3O7和La4BaCu5O13也具有不大于0.1Ωcm的比电阻，因而可适当地适用于第一导电性中间膜4。为了降低导电性的目的，碱金属元素诸如Li、K或Na可以添加于第一导电性中间膜4。由于在如下所述的高温下执行压电膜3的淀积，因此具有低熔点的金属材料不适合于第一导电性中间膜4。
(压电膜3)
在压电膜3的材料上没有特别限制，只要其表现出压电特性即可；压电膜3用的这样的材料的例子包括PZT(锆钛酸铅)、KNN(铌酸钾钠)、BT(钛酸钡)、LN(铌酸锂)、BNT(钛酸铋钠)、ZnO(氧化锌)和AlN(氮化铝)。压电膜3的厚度无特别限制，但厚度可以是例如在约0.5μm至5μm的范围内。
(第二导电性中间膜(第二非金属导电性中间膜)2)
第二导电性中间膜2是非金属膜。第二导电性中间膜2的线性膨胀系数大于第二电极膜1和压电膜3的线性膨胀系数。第二导电性中间膜2的材料可以是列出用于第一导电性中间膜4的材料的其中之一。第二导电性中间膜2的厚度也可以在描述用于第一导电性中间膜4的范围内。
第二导电性中间膜2的线性膨胀系数优选比第二电极膜1和压电膜3的线性膨胀系数大至少0.1×10-6(1/K)。
第二导电性中间膜2和第一导电性中间膜4可以具有相同的组成。第二导电性中间膜2的厚度可以接近于第一导电性中间膜4的厚度。在这种情况下，容易使压电膜3上下应力大致相等。如果上下应力之间有区别，则该器件会变得弯曲。
(第二电极膜1)
第二电极膜1是导电性膜并且可以由例如铂(Pt)制成。第二电极膜1可以具有例如0.02μm至1.0μm范围内的厚度。这里所使用的第二电极膜1由溅射法淀积，并且也可以是金属材料诸如钯(Pd)、铑(Rh)、金(Au)、钌(Ru)或铱(Ir)。第二电极膜1的厚度可以在与第一电极膜5的范围相同的范围内。
(膜上的应力)
在压电器件100中，第一和第二导电性中间膜4、2在沿着与各个中间膜4、2接触的压电膜3的表面的方向施加压应力。结果，可以增加压电器件100的矫顽电场。压电膜3上的压应力的大小无特别限制，但其可以例如在10MPa至200MPa的范围内。矫顽电场的增加扩大了驱动电压的范围，因而提供更大的位移。
(制造方法)
下面将描述上述压电器件的制造方法的例子。
第一电极膜5例如通过溅射形成在基板7上。例如，通过在约400℃～500℃下被加热的具有(100)平面取向的硅基板7上溅射而形成Pt膜，由此获得具有高(100)取向的第一电极膜5。Pt膜由于它能够增强其后形成在其上的压电膜3的取向因此是有利的。第一电极膜5可以通过前述以外的方法来形成。
接着，在第一电极膜5上形成第一导电性中间膜4。第一导电性中间膜4能够通过诸如溅射的方法来形成。第一导电性中间膜4优选在不小于压电膜3的居里温度的温度下淀积，原因是其影响压电膜3的结晶度。
接着，在第一导电性中间膜4上淀积压电膜3。压电膜3通过诸如在基板7在约400℃～600℃下被加热的条件下溅射的方法来淀积。
随后，在压电膜3上形成第二导电性中间膜2。第二导电性中间膜2通过诸如在基板7在约400℃～600℃下被加热的条件下溅射的方法来淀积。
在比室温更高的高温下以这种方式在第一导电性中间膜4上淀积压电膜3和第二导电性中间膜2之后，在使压电器件重新回到室温的处理中根据它们的线性膨胀之间的差异，第一和第二导电性中间膜2、4变得比压电膜3更收缩，以便施加大的压应力到压电膜3上。
其后，第二电极膜1可以通过诸如溅射的方法形成在第二导电性中间膜25上。这样就完成了压电器件100。
此外，置于基板7上的压电器件100接着根据需要通过光刻法图案化，并且将基板7进一步切割，由此能够获得例如具有1mm×2mm的尺寸的可动部件的压电器件100。
(第二实施方式)
将参考图4描述根据第二实施方式的压电器件200。本实施方式的压电器件200与压电器件100的不同点在于：除去第一电极膜5之下作为基底结构的基板7。由于该配置，第二电极膜1的顶面和第一电极膜5的底面暴露于外部。由于在压电器件200中没有受到基板7的膨胀和压缩的限制，因此压电膜3容易具有大得多的压应力。这增强了矫顽电场的增加的效果。由于该器件按基板7的重量计算重量变得更轻，因此该器件可以具有更大的位移。压电膜3上压应力的大小没有特别限制，但可以在例如20MPa至400MPa的范围内。
该配置的压电器件200能够例如通过如下获得。首先，以与第一实施方式相同的方式在基板7上淀积膜5～1。接着，预先设置有金属膜12的支撑基板7'经由树脂膜11而接合于第二电极膜1。然后，通过刻蚀除去基板7。其后，置于支撑基板7'上的膜5～1、11和12例如通过光刻法以所期望的形状图案化。最后，通过刻蚀除去支撑基板7'、树脂膜11和金属膜12。
(第三实施方式)
将参考图5说明根据第三实施方式的压电器件300。本实施方式的压电器件300与压电器件100的不同点在于：除去第一电极膜5之下作为基底结构的基板7，并且树脂膜11设置在第二电极膜1上以便与第二电极膜1接触。膜1-5由具有更低刚度的树脂膜11而不是具有高刚度的基板7支撑，其减少了由基板7施加在膜1～5上的应力，以便允许从第一和第二导电性中间膜2、4引入到压电膜3的更大的压应力，由此增强矫顽电场的增加的效果。此外，压电膜3变得更小可能被基板7阻碍位移，这造成实现更足够的位移。压电膜3上的压应力的大小没有特别限制，但其可以在例如20MPa至400MPa的范围内。
树脂膜11可以由例如环氧树脂、聚酰亚胺树脂等制成。该树脂膜的涂覆厚度可以在约5μm至15μm的范围内。
此外，如图5所示，该器件可以在树脂膜11上具有金属膜12。该金属膜12的材料可以与第二电极膜1的材料相同，并且可以是例如金属材料诸如Pt、Ni、Pd、In、Rh或Au。金属膜12的厚度可以在0.02μm至1.0μm的范围内。
该配置的压电器件300能够例如通过如下获得。首先，以与第一实施方式相同的方式在基板7上淀积膜5～1。接着，预先设置有金属膜12的支撑基板7'经由树脂膜11而接合于第二电极膜1。然后，通过刻蚀除去基板7。此后，置于支撑基板7'上的膜5～1、11和12例如通过光刻法以所期望的形状图案化。最后，通过刻蚀除去支撑基板7'。金属膜12可以保留而不除去。
例如，本发明的压电器件适当地应用于利用压电效应的压电器件诸如陀螺仪传感器、震动传感器和麦克风，或者利用逆压电效应的压电器件诸如致动器、喷墨头、扬声器、蜂鸣器和谐振器，并且特别适合应用于利用逆压电效应的压电器件。
(作为压电致动器的磁头组件)
图7是使用压电器件200的磁头组件的配置视图。如该视图所示，磁头组件65包括基板29、负载梁21、挠性件27、驱动元件的第一和第二压电器件200、以及具有磁头元件29a的滑动器29作为主要部件。
然后，负载梁21包括通过使用例如光束焊接等固定于基板29的基端部分21b、从基端部分21b以锥形形状延伸的第一和第二叶片弹簧部分21c和21d、形成在第一和第二叶片弹簧部分21c和21d之间的开口部分21e、以及从第一和第二叶片弹簧部分21c和21d直线地且以锥形形状延伸的梁主体部21f。
第一和第二压电器件200彼此之间具有预定间隙地设置在是挠性件27的一部分的配线柔性基板25上。滑动器29固定于挠性件27的前端部并且对应于第一和第二压电器件200的膨胀和收缩旋转。压电器件的第一电极膜和第二电极膜分别电连接于外部电压源。通过在压电器件200的第一电极和第二电极之间提供电压而能够移动滑动器29，以便移动挠性件27的前端部分。压电器件200可以由压电器件100或300代替。
(硬盘驱动器)
图8是安装有图7所示的磁头组件的硬盘驱动器的配置视图。硬盘驱动器70包括作为记录介质的硬盘61以及在外壳67内的硬盘61上记录和再现磁信息的磁头叠层组件62。硬盘61通过电机(未图示)旋转。
磁头叠层组件62配置成在视图的深度方向层叠有由被音圈电机63绕着支撑轴可旋转地支撑的致动器臂64以及连接于致动器臂64的磁头组件65配置的多个组件。磁头滑动器29附着于磁头组件65的前端部以便面向硬盘61(参见图7)。
磁头组件65采用分两个步骤移动磁头元件29a(参见图7)的形式。磁头元件29a的较大的运动通过使用音圈电机63彻底驱动磁头组件65和致动器臂64来控制，并且其微细运动通过使用第一和/或第二压电器件200驱动磁头滑动器29来控制。
(作为压电致动器的喷墨打印机磁头)
图9是作为使用压电器件100的压电致动器的另一个例子的喷墨打印机磁头的配置视图。
压电致动器80通过将压电器件100层叠在基板81上而配置。基板81形成带有喷嘴84的压力腔83。
当不提供预定的喷出信号并且在第一电极膜5与第二电极膜1之间不施加电压时，压电膜3没有出现变形。不供应喷出信号的压电膜3所提供的压力腔83内不会出现压力变化。此外，墨滴不从其喷嘴84喷射。
同时，当提供预定的喷射信号并且在第一电极膜5与第二电极膜1之间施加恒定电压时，压电膜3出现变形。绝缘膜(基板)7在供应了喷出信号的压电膜3所提供的压力腔83内被大幅度地弯曲。因此，在压力腔83内部的压力立即增加，并且接着墨滴从喷嘴84喷出。压电器件100可以由压电器件200或300代替。
(喷墨打印机装置)
图10是安装有图9所示的喷墨打印机磁头80的喷墨打印机装置90的配置视图。
喷墨打印机装置90配置成主要包括喷墨打印机磁头80、主体91、托盘92和磁头驱动机构93。
喷墨打印机装置90包括黄色、品红、青色和黑色共四种颜色的墨盒Is、Ic、Im和Iy，并且配置成允许利用喷墨打印机磁头80全彩打印。此外，喷墨打印机装置90包括在其内部内的专用控制器板97等并且控制喷墨打印机磁头80的墨汁喷出时刻和磁头驱动机构93的扫描。此外，主体91包括在其背面的托盘92还有在其内部内的自动供纸器(自动连续供纸机构)96。主体91自动递送记录纸95并且从其正面的出口94排出记录纸95。
(作为压电传感器的陀螺仪传感器)
图11(a)是作为使用压电器件200的压电传感器的一个例子的陀螺仪传感器的配置视图(平面图)并且图11(b)是沿图11(a)中的A-A线截取的横截面图。
陀螺仪传感器35是包括基座部分32、连接于基座部分32的一面的两个臂33和34的音叉振动器类型的角速度检测元件。陀螺仪传感器35通过微机械加工具有符合音叉类型振动器的形状的第一电极膜5、第一导电性中间膜4、压电膜3、第二导电性中间膜2和第二电极膜1的压电器件200而获得。
一个臂33的第一主面具有驱动电极膜1a和1b、以及检测电极膜1d。同样地，另一个臂34的第一主面具有驱动电极膜1a和1b、以及检测电极膜1c。各个电极膜1a、1b、1c和1d通过将第二电极膜1刻蚀成预定的电极形状而获得。
此外，遍布基座部分32的各个第二主面(第一主面的背侧的主面)形成的第一电极膜5以及臂33和34发挥作为陀螺仪传感器35的接地电极的功能。
这里，定义了将各个臂33和34的长度方向当作Z方向并且将含有两个臂33和34的主面的平面当作XZ平面的XYZ正交坐标系。
当将驱动信号提供给驱动电极膜1a和1b时，两个臂33和34以面内振动模式被激励。面内振动模式是指两个臂33和34在平行于两个臂33和34的主面的方向上被激励的振动模式。例如，当一个臂33在-X方向上以速度V1被激励时，另一个臂34在+X方向以速度V2被激励。
在这种状态下，当将角速度ω的旋转施加于绕着作为旋转轴的Z轴的陀螺仪传感器35时，科里奥利力在正交于速度方向的方向上作用于两个臂33和34的各个，并且两个臂33和34开始以面外振动模式下被激励。面外振动模式是指两个臂33和34在正交于两个臂33和34的主面的方向上被激励的振动模式。例如，当作用于一个臂33的科里奥利力F1在-Y方向上时，作用在另一个臂34的科里奥利力F2在+Y方向上。
由于科里奥利力F1和F2的大小与角速度ω成比例，因此由科里奥利力F1和F2引起的臂33和34的机械变形通过使用压电膜3而转换成电信号(检测信号)，并且该电信号从检测电极膜1c和1d中被取出，并且接着可以获得角速度ω。该压电器件200可以由压电器件100或300代替。
(作为压电传感器的压力传感器)
图12是作为使用如上所述的压电器件200的压电传感器的第二例子的压力传感器的配置视图。
压力传感器40具有支撑压电器件200并且具有接受压力的空腔45的支撑体44。压力传感器40的电极膜1和5连接于电流放大器46和电压测量装置47。这里，当将外力施加于支撑体44时，压电器件200弯曲并且在电压检测装置47中检测到电压。压电器件200可以由压电器件100或300代替。
(作为压电传感器的脉搏波传感器)
图13是作为使用压电器件200的压电传感器的第三例子的脉搏波传感器的配置视图。脉搏波传感器50具有安装有发送压电器件Tr和接收压电器件Re的基板51的配置。在该例子中，将压电器件200用作发送压电器件Tr和接收压电器件Re。电极56和上表面电极57形成在基板51上。各个电极膜1和上表面电极57经由配线58而彼此电连接。各个电极5和电极56彼此电连接。
为了检测活体的脉搏，首先，脉搏波传感器50的基板的背面(不安装压电器件的面)与活体接触。然后，当检测到脉冲时，特定的驱动电压信号输出到发送压电器件Tr的两个电极膜1和5。响应于输入到两个电极膜1和5中的驱动电压信号，发送压电器件Tr被激励并且产生超声波，并且发送活体内部的超声波。发送到活体内的超声波被血流反射并且被接收压电器件Re接收。接收压电器件Tr将所接收的超声波转换成电压信号并且从两个电极膜1和5输出电压信号。该压电器件200可以由压电器件100或300代替。
本发明的压电致动器、硬盘驱动器、喷墨打印机装置、以及压电传感器可以具有改善的变形特性。
实施例
下面将基于实施例和比较例更详细地描述本发明，但应该注意，本发明并不限定于下面的实施例。
(实施例1)
如图3所示的根据本发明的第一实施方式的实施例1的压电器件100经由如下所描述的步骤制造。
将具有(100)平面取向的硅基板7加热至400℃，并且通过溅射在硅基板7上形成200nm的Pt膜作为第一电极膜5。然后将硅基板7加热到550℃，并且通过溅射在Pt膜上形成15nm的SrRuO3膜作为导电性中间膜4。接着，当将硅基板7保持加热在550℃时，通过溅射在SrRuO3膜上形成2000nm的铌酸钾钠(KNN)膜作为压电膜3。随后，通过溅射在铌酸钾钠膜上形成15nm的BaRuO3膜作为导电性中间膜2。接着，在室温下通过溅射在BaRuO3膜上形成200nm的Pt膜作为第二电极膜1。
其后，通过光刻法对在硅基板7上的层叠膜图案化，并且进一步进行单片化以制造具有可动部件尺寸为1mm×2mm的压电器件100。
除了上述以外，还在与上述相同的条件下在硅基板7上单独形成铌酸钾钠(KNN)、SrRuO3、BaRuO3和Pt膜，并且各个膜的线性膨胀系数由X射线反射技术测量。对于各个导电性中间膜，也测量电阻率(比电阻)。测量结果提供在下面。
KNN：8.0×10-61/K
SrRuO3：10.3×10-61/K，5.0×10-5Ωcm
BaRuO3：9.8×10-61/K，8.0×10-5Ωcm
Pt：8.8×10-61/K
此外，硅基板7的线性膨胀系数为下面的值。
Si：2.6×10-61/K
(实施例2至实施例14)
除了使用由表2和表3中所提供的材料制成的压电膜3和导电性中间膜2、4来制造器件100以外，以与实施例1相同的方式获得实施例2至实施例14的压电器件100。各种材料的线性膨胀系数和电阻率的测量的结果是也提供在表1至表3中。
(实施例15和实施例16)
如图4所示根据本发明的第二实施方式的实施例15和实施例16的压电器件200经由如下所描述的步骤制造。
以与实施例1相同的方式通过溅射在硅基板7上淀积膜5～1。其后，具有金属膜12的支撑基板7'经由环氧树脂的树脂膜11而接合于第二电极膜1。然后通过RIE的刻蚀工艺除去硅基板7。通过光刻法对支撑基板7'上的层叠膜图案化以获得具有可动部件的尺寸为1mm×2mm的压电器件，并且除去支撑基板7'、树脂膜11和金属膜12以获得呈长方形的压电器件200。
(比较例1)
除了不用导电性中间膜2和4来构造器件(参照图6)以外，以与实施例1相同的方式获得比较例1的压电器件400。
(评价)
通过由可从Aixacct购得的铁电评价系统TF-1000测量P-E磁滞曲线获得矫顽电场。使用激光多普勒测振仪(可从GRAPHTEC公司购得)测量电压施加于各个压电器件的情况下的位移和矫顽电场。
从通过将第一电极膜连接于正电极且将第二电极膜连接于负电极并且施加频率120Hz的±27kV/cm的三角波而测量的PE磁滞曲线中获得矫顽电场Ec和Vc。同样通过将第一电极膜连接于正电极且将第二电极膜连接于负电极并且施加频率120Hz的正弦波电压(±10V)来测量位移值。这些结果提供在表4中。
可以确认，具有线性膨胀系数大于第一电极膜和压电膜的线性膨胀系数的第一非金属导电性中间膜以及线性膨胀系数大于第二电极膜和压电膜的第二非金属导电性中间膜的实施例1至16的压电器件的矫顽电场Ec+、Vc+和矫顽电场Ec-、Vc-大于不具有第一和第二非金属导电性中间膜的比较例1的矫顽电场Ec+、Vc+和矫顽电场Ec-、Vc-。
表1
Ex：实施例；C Ex：比较例；LEC：线性膨胀系数；T：厚度
表2
Ex：实施例；C Ex：比较例；LEC：线性膨胀系数；T：厚度
表3
Ex：实施例；C Ex：比较例；LEC：线性膨胀系数；T：厚度
表4
Ex：实施例；C Ex：比较例；CEF：矫顽电场；D：位移

Claims (9)

1.一种压电器件，其中，
包括：
第一电极膜；
第一非金属导电性中间膜，其设置在所述第一电极膜上；
压电膜，其设置在所述第一非金属导电性中间膜上；
第二非金属导电性中间膜，其设置在所述压电膜上；以及
第二电极膜，其设置在在所述第二非金属导电性中间膜上，
所述第一非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于所述第一电极膜的线性膨胀系数和所述压电膜的线性膨胀系数，并且
所述第二非金属导电性中间膜的线性膨胀系数大于所述第二电极膜的线性膨胀系数和所述压电膜的线性膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的压电器件，其中，
所述第一非金属导电性中间膜和第二非金属导电性中间膜与所述压电膜直接接触。
3.根据权利要求1所述的压电器件，其中，
在所述第二电极膜的顶面上没有基板，并且在所述第一电极膜的底面上也没有基板。
4.根据权利要求1所述的压电器件，其中，
所述第一非金属导电性中间膜和第二非金属导电性中间膜分别是无机氧化膜。
5.根据权利要求4所述的压电器件，其中，
两个所述无机氧化膜具有相同的组成。
6.一种压电致动器，其中，
包括根据权利要求1所述的压电器件。
7.一种硬盘驱动器，其中，
包括根据权利要求1所述的压电器件。
8.一种喷墨装置，其中，
包括根据权利要求1所述的压电器件。
9.一种压电传感器，其中，
包括根据权利要求1所述的压电器件。
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