CN114080696A - 压电体膜及压电元件 - Google Patents

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Abstract

该压电体膜包含粒状晶粒,该粒状晶粒含有下述通式(1)所表示的含铁铌酸钾钠,且平均纵横比为3以下,式(1):(KxNa1‑x)a(FeyNbz)O3。式(1)中,x表示满足0<x<1的数,a表示满足0.90<a≤1的数,y与z表示满足y+z=1及0.006≤y/z≤0.04的数。

Description

压电体膜及压电元件
技术领域
本发明涉及一种压电体膜及压电元件。
本申请根据于2019年7月12日在日本申请的特愿2019-130521号主张优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
具有压电体膜和配置于压电体膜的上下面的电极的压电元件利用于振动发电元件、传感器、致动器、喷墨头、自动聚焦等各种压电器件。作为压电体膜,已知有由铌酸钾钠(KNaNbO3)形成的KNN系压电体膜。KNN系压电体膜作为非铅系压电体膜备受瞩目。
作为KNN系压电体膜的成膜方法,已知有CSD法(chemical solution deposition:也称之为化学溶液体积法或溶胶凝胶法)、溅射法。CSD法是如下方法:将含有目标组成的金属元素的前体溶液(或溶胶凝胶液)涂布于基板的表面,烧成所得到的涂布膜,由此形成压电体膜。溅射法是如下方法:在高真空中,使例如离子化的氩等与氧化物靶碰撞,将由此弹出的元素蒸镀于基板,形成压电体膜。与溅射法相比,CSD法在以下方面是有利的,即,不需要高真空,能够使用比较小型的装置来制造压电体膜。
关于使用CSD法或溅射法等方法形成的KNN系压电体膜,碱金属成分在成膜时飞散,因此有时会产生碱金属的晶格缺陷。关于使用产生晶格缺陷的KNN系压电体膜的压电元件,存在如下问题:在施加电压时会产生泄漏电流,因此容易使机电转换效率下降。为了抑制该KNN系压电体膜的泄漏电流的产生,研究以其他元素置换Nb的一部分的内容。例如,在专利文献1中记载有如下内容:将利用溅射法形成的柱状结构的KNN系压电体膜设为如下组成:相对于100摩尔的KNN,以3.3摩尔以下的比率包含可与Nb置换且在成为氧化物时具有2价以上且小于5价的氧化数的元素。
专利文献1:国际公开第2015/033791号
伴随近年的电子设备的小型化或省电化的要求,对于压电元件也期望小型化与省电化。为了实现压电元件的小型化与省电化,需要薄且难以产生泄漏电流的压电体膜。但是,关于以往的KNN系压电体膜,构成压电体膜的晶粒呈柱状或接近于其的长方体形状,晶粒彼此的触点少,因此存在膜厚变薄时难以抑制泄漏电流的产生的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供一种即使膜厚变薄也难以产生泄漏电流且机电转换效率高的KNN系压电体膜及压电元件。
为了解决上述课题,本发明的一方式的压电体膜将以下内容作为其特征:即,包含粒状晶粒,该粒状晶粒含有下述通式(1)所表示的含铁铌酸钾钠,且平均纵横比为3以下。
(KxNa1-x)a(FeyNbz)O3(1)
式(1)中,x表示满足0<x<1的数,a表示满足0.90<a≤1的数,y与z表示满足y+z=1及0.006≤y/z≤0.04的数。
根据该结构的压电体膜,上述通式(1)所表示的含铁铌酸钾钠中,y与z满足y+z=1及0.006≤y/z≤0.04,因此在由于碱金属的晶格缺陷而产生电子缺陷时,铁会弥补电子缺陷。并且,由于构成压电体膜的晶粒为平均纵横比为3以下的粒状晶粒,因此晶粒彼此的接触面积大,晶粒间的电传导性会提高。因此,即使膜厚变薄,也能够抑制压电体膜的泄漏电流的产生。
在此,本发明的一方式的压电体膜中,优选所述粒状晶粒的平均粒径在10nm以上且300nm以下的范围内。
此时,粒状晶粒彼此的接触面积变大,可靠地提高粒状晶粒间的电传导性。因此,即使膜厚变薄,也能够更可靠地抑制压电体膜的泄漏电流的产生。
本发明的一方式的压电元件具备压电体层和配置于所述压电体层的表面的电极层,所述压电体层包含上述本发明的一方式的压电体膜。
根据该结构的压电元件,由于压电体层包含上述本发明的一方式的压电体膜,因此即使膜厚变薄,也能够抑制压电体膜的泄漏电流的产生。
根据本发明的一方式,能够提供一种即使膜厚变薄也难以产生泄漏电流的KNN系压电体膜及压电元件。
附图说明
图1是使用本发明的一实施方式的压电体膜的压电元件的概略剖视图。
图2是说明粒状晶粒的长径与短径的测定方法的概念图。
图3是本发明的一实施方式的压电体膜的制造方法的流程图。
图4是本发明例1中得到的压电体膜的截面的SEM(扫描电子显微镜)照片。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明的一实施方式的压电体膜及压电元件进行说明。
图1是使用本发明的一实施方式的压电体膜的压电元件的概略剖视图。
如图1所示,压电元件1具备由压电体膜10形成的压电体层11和配置于压电体层11的表面的电极层20。
压电体膜10由包含含铁铌酸钾钠的粒状晶粒形成。粒状晶粒具有钙钛矿晶体结构。在由于碱金属的晶格缺陷而产生电子缺陷时,含铁铌酸钾钠中的铁具有弥补该电子缺陷的作用。并且,在利用CSD法形成压电体膜时,铁还具有抑制晶粒生长为柱状或接近于其的长方体形状,并且使晶粒为纵横比低的粒状晶粒的作用。
含铁铌酸钾钠以下述通式(1)表示。
(KxNa1-x)a(FeyNbz)O3 (1)
式(1)中,x表示满足0<x<1的数。X优选为满足0.3<x<0.7的数,尤其优选为满足0.4<x<0.6的数。
a表示满足0.90<a≤1的数。在a小于1时,意味着产生碱金属的晶格缺陷。若a为0.90以下,则碱金属的晶格缺陷过多,有可能难以维持钙钛矿晶体结构。a优选为满足0.95<a≤1.00的数,尤其优选为满足0.98<a≤1.00的数。
y与z表示满足y+z=1及0.006≤y/z≤0.04的数。即,含铁铌酸钾钠相对于1摩尔的铌,含有0.006摩尔以上且0.04摩尔以下的范围内的铁。若铁含量过少,则难以得到铁的添加效果,有可能难以抑制压电体膜10的泄漏电流的产生。另一方面,若铁含量过多,则由于铁过剩存在于晶界,有可能难以抑制压电体膜10的泄漏电流的产生。y与z优选为满足0.01≤y/z≤0.03的数,尤其优选为满足0.015≤y/z≤0.025的数。
粒状晶粒的平均纵横比为3以下。平均纵横比是任意选择的200个粒状晶粒的纵横比的平均值。纵横比是粒状晶粒的长径(最大长度)与短径(与最大长度垂直的直径)之比(长径/短径)。粒状晶粒的长径与短径是使用粒状晶粒的扩大图像进行测量的。如图2所示,粒状晶粒的长径是粒状晶粒30的投影轮廓线上的两点间的最大距离L1。粒状晶粒的短径是在用与长径平行的两条直线S1、S2夹住粒状晶粒30时的距离L2
通过使粒状晶粒的平均纵横比为3以下,晶粒彼此的接触面积变大,提高晶粒间的电传导性。因此,即使膜厚变薄,也能够抑制压电体膜的泄漏电流的产生。粒状晶粒的平均纵横比更优选为2.5以下,尤其优选为2以下。
粒状晶粒的平均粒径优选在10nm以上且300nm以下的范围内。若粒状晶粒的平均粒径在该范围内,则粒状晶粒彼此的接触面积可靠地变大,更加提高粒状晶粒间的电传导性,因此能够更加抑制泄漏电流的产生。粒状晶粒的平均粒径更优选在30nm以上且70nm以下的范围内,优选在40nm以上且70nm以下的范围内。平均粒径是任意选择的200个粒状晶粒的长径(最大长度)的平均值。
压电体膜10(压电体层11)的膜厚并无特别限制,能够根据使用用途而进行适当调整。压电体膜10的膜厚通常在0.5μm以上且5μm以下的范围内。
形成于压电体膜10的表面的电极层20包含形成于压电体膜10的上侧表面的上部电极21和形成于压电体膜10的下侧表面的下部电极22。作为上部电极21与下部电极22的材料,能够使用铂(Pt)、铱(Ir)等金属。上部电极21与下部电极22可以由相同的材料形成,也可以由不同的材料形成。
接着,对压电体膜10的制造方法进行说明。
图3是本发明的一实施方式的压电体膜的制造方法的流程图。
图3中所示的压电体膜的制造方法包含涂布工序S01、预烧成工序S02、正式烧成工序S03及压电体膜的膜厚判定工序S04。
(涂布工序S01)
涂布工序S01是通过在基板上涂布压电体膜形成用涂布液来得到涂布膜的工序。
作为基板,能够使用在耐热性基板的表面形成有下部电极的基板。作为耐热性基板,能够使用硅基板、不锈钢基板、氧化铝基板等。在使用硅基板时,也可以通过使硅基板的表面进行热氧化,在硅基板的表面形成热氧化膜(SiOx膜)。为了提高与下部电极的密接性,耐热性基板也可以具有密接层。作为密接层,能够使用氧化铝膜(Al2O3膜)、钛膜、钛氧化膜(TiOx膜、0<x<2)及它们的层叠膜。氧化铝膜及钛膜例如能够利用溅射法或CSD法进行制作。另一方面,钛氧化膜能够通过将钛膜在大气环境中以700℃以上且800℃以下的温度保持1~3分钟并进行烧成而形成。
在作为下部电极的材料而使用Pt时,Pt下部电极优选为(111)取向。(111)取向的Pt下部电极能够利用溅射法形成。并且,为了提高下部电极与压电体膜的密接性,也可以在下部电极的表面设置基底层。作为基底层,能够使用镍酸镧膜。镍酸镧膜例如能够利用如下方法(CSD法)形成:将通过加热而生成镍酸镧膜的溶胶凝胶液涂布于下部电极的表面,并进行加热。
压电体膜形成用涂布液中以通过进行加热而生成含铁铌酸钾钠的比例含有钾、钠、铁及铌。在将铁与铌的合计含量设为1摩尔时,压电体膜形成用涂布液中优选以合计含量计含有0.9摩尔以上且1.2摩尔以下的范围内的钾与钠。增加钾与钠的合计量的原因在于,相较于铁或铌等重金属,钾或钠等碱金属在成膜时飞散量大。并且,涂布液的铁与铌的含量是Fe相对于1摩尔的铌在0.006摩尔以上且0.04摩尔以下的范围内的量。
压电体膜形成用涂布液优选为含有钾、钠、铁及铌的溶胶凝胶液。溶胶凝胶液例如能够利用如下方法进行制备。首先,在反应容器中投入2-乙基己酸、辛酸酐、2-乙基己酸钠(钠源)、琥珀酸二甲酯,并进行回流。在所得到的反应产物中,将2-乙基己酸钾(钾源)、乙氧基铌(铌源)及2-乙基己酸铁(铁源)以通过加热而生成含铁铌酸钾钠的比例进行添加,并使所得到的混合物进行回流。接着,在所得到的反应产物中,添加水与有机酸(例如乙酸),再次进行回流。在回流后,进一步进行减压蒸馏而去除副产物或未反应的残留物后,在所得到的液状组合物中添加2-乙基己酸进行稀释而调节浓度,从而能够制备溶胶凝胶液。
在基板的电极或形成于电极的表面的基底层上涂布压电体膜形成用涂布液。涂布液的涂布方法并无特别限制,能够使用旋涂法、浸涂法、喷墨法等。
(预烧成工序S02)
预烧成工序S02是通过预烧成在涂布工序S01中得到的涂布膜来得到预烧成膜的工序。预烧成工序S02中的加热温度优选为涂布液的溶剂挥发的温度以上且含铁铌酸钾钠不会结晶化的温度。设为含铁铌酸钾钠不会结晶化的温度的原因在于,若在预烧成工序S02中,使含铁铌酸钾钠结晶化,则在接下来的正式烧成工序S03中难以进行结晶化。具体而言,加热温度优选在200℃以上且400℃以下的范围内。加热时间会根据涂布膜的膜厚或溶剂的含量等而不同,但优选在30秒以上且5分钟以下的范围内。加热环境虽然并无特别限制,但优选为大气气氛或氧气氛。作为加热装置,能够使用加热板及红外线快速加热处理装置(RTA)。加热装置优选为加热板。
(正式烧成工序S03)
正式烧成工序S03是如下工序:加热在预烧成工序S02中得到的预烧成膜,生成包含含铁铌酸钾钠且具有钙钛矿晶体结构的粒状晶粒,烧结该生成的粒状晶粒,从而得到压电体膜。正式烧成工序S03中的加热温度只要是含铁铌酸钾钠的结晶化开始温度以上即可。具体而言,加热温度优选在650℃以上且750℃以下的范围内。并且,在正式烧成工序S03中,优选将升温速度设定在5℃/秒以上且200℃/秒以下的范围内。升温速度在上述范围时,可顺利进行粒状晶粒的生成与粒状晶粒的烧结,因此所得到的压电体膜变致密,且密度变高。
加热时间也会根据临时烧成膜的厚度或尺寸等而不同,但优选在30秒以上且5分钟以下的范围内。加热环境虽然并无特别限制,但优选为大气气氛或氧气氛。作为加热装置,能够使用加热板及快速加热处理装置(RTA)。加热装置优选为RTA。
(压电体膜的膜厚判定工序S04)
压电体膜的膜厚判定工序S04是如下工序:测量在正式烧成工序S03中得到的压电体膜的膜厚,判定压电体膜的膜厚是否为所期望的膜厚。在压电体膜的膜厚比所期望的膜厚薄时(在图3中,“否”的情况),再次进行涂布工序S01、预烧成工序S02及正式烧成工序S03,在压电体膜的表面层叠压电体膜,使压电体膜整体的膜厚变厚。并且,在压电体膜的膜厚比所期望的膜厚厚时,调整涂布工序S01中的涂布液的涂布量。在压电体膜的膜厚为所期望的膜厚时(在图3中,“是”的情况),压电体膜的制造结束。压电体膜的膜厚例如能够使用分光干涉式膜厚测量装置来测量。
压电元件能够通过在利用以上方法得到的压电体膜的表面形成上部电极来制作。
制成以上结构的本实施方式的压电体膜10是由含有上述通式(1)所表示的含铁铌酸钾钠,且平均纵横比为3以下的粒状晶粒形成的,因此即使膜厚变薄,也能够抑制泄漏电流的产生。
并且,在本实施方式的压电体膜10中,粒状晶粒的平均粒径在10nm以上且300nm以下的范围内,会可靠地提高粒状晶粒间的电传导性。因此,即使膜厚变薄,也能够更可靠地抑制压电体膜10的泄漏电流。
关于本实施方式的压电元件1,由于压电体层11包含上述压电体膜10,因此即使使厚度变薄而实现小型化,也能够抑制泄漏电流的产生。
尽管在上面对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于此,在不脱离本发明的技术思想的范围内,能够进行适当的变更。
实施例
接着,通过实施例对本发明的作用效果进行说明。
[本发明例1]
(1)基板的制作
作为耐热性基板,准备了硅基板(尺寸:纵20mm×横20mm,厚度0.5mm)。在准备的硅基板的表面,通过热氧化形成了厚度为500nm的热氧化膜。接着,在该热氧化膜的表面,利用CSD法形成了厚度为80nm的氧化铝膜(Al2O3膜)。接着,在该氧化铝膜的表面,利用溅射法形成厚度为20nm的钛膜之后,通过快速加热处理(RTA)在氧气氛中以700℃的温度烧成1分钟,由此使钛膜氧化而形成了钛氧化膜(TiOx膜)。接着,在该钛氧化膜的表面,利用溅射法形成了(111)取向的厚度为100nm的Pt下部电极。进一步,在Pt下部电极的表面,利用CSD法形成了厚度为15nm的镍酸镧膜(LNO膜)。利用以上方法制作出在硅基板的表面层叠有热氧化膜、氧化铝膜、钛氧化膜、Pt下部电极及镍酸镧膜的基板。
(2)压电体膜形成用涂布液的制备
向烧瓶中,将2-乙基己酸、辛酸酐、2-乙基己酸钠及琥珀酸二甲酯以5:3:1:4的摩尔比投入后,使用150℃的油浴,进行了30分钟的回流。回流之后,添加2-乙基己酸钾、乙氧基铌、2-乙基己酸铁,生成将钾、钠、铁、铌以摩尔比0.5:0.5:0.02:0.98(=K:Na:Fe:Nb)的比例包含的混合物后,使用150℃的油浴,进行了30分钟的回流。回流后,添加水与乙酸,再次进行了150℃且30分钟的回流。回流后,使用吸气器,减压至0.015MPa的同时进行蒸馏,由此去除了副产物或未反应的残留物。向所得到的液状组合物,以使加热100质量份的液状组合物来生成的含铁铌酸钾钠的量成为10质量份的方式,添加2-乙基己酸并进行了稀释。通过将所得到的稀释液利用过滤器进行过滤而去除残留物,由此制备出压电体膜形成用涂布液。
(3)附有压电体膜的基板的制作
向在上述(1)中制作的基板的LNO膜的表面,滴加在上述(2)中制备的压电体膜形成用涂布液,并在旋转速度3000rpm的条件下,进行了20秒的旋涂(涂布工序S01)。接着,使用加热板,将所得到的附有涂布膜的基板以250℃进行了3分钟的烧成(预烧成工序S02)。之后,使用RTA,在氧气氛中,以50℃/秒的升温速度,升温至700℃,以700℃进行了1分钟的烧成(正式烧成工序S03)。通过重复20次这些工序,制作出具有膜厚为1μm的压电体膜的附有压电体膜的基板。
(4)压电元件的制作
在上述(3)中得到的附有压电体膜的基板的压电体膜的表面,利用溅射法,将一边长度为0.25mm且厚度为100nm的正方形的Pt上部电极片,隔着2mm的间隔,形成为纵向6个×横向6个(合计36个)的方格状,由此制作出压电元件。
[评价]
对于在上述(3)中得到的附有压电体膜的基板,使用XRF(荧光X射线分析),测定压电体膜中的金属元素量,算出该金属元素的摩尔比,由此求出压电体膜的组成。将该结果示于下述表1。另外,记载于表1的金属元素的摩尔比是将形成钙钛矿结晶的(KNa)(FeNb)O3的组成作为基准的值。
将在上述(3)中得到的附有压电体膜的基板的压电体膜的截面,使用SEM(HitachiHigh-Tech Corporation.制造、SU8000)进行了观察。在图4中示出该压电体膜的截面的SEM照片。而且,使用该SEM照片,测量200个晶粒的长径与短径,算出平均纵横比(长径/短径的平均值)与平均粒径(长径的平均值)。将该结果示于下述表1。
对于在上述(4)中得到的压电元件,将下部Pt电极与上部Pt电极片,通过电源装置(Keithley236)进行连接,测定了在下部Pt电极与上部Pt电极片之间施加电压时的电流值作为泄漏电流值。泄漏电流值是通过如下方法测定的:将0~600kV/cm的电压,以5kV/cm的步长进行线性扫描,以延迟时间(delay time)0.1秒、累计次数32次的条件进行了测定。泄漏电流值是对形成为方格状的各上部Pt电极进行测量的值。算出在各上部Pt电极与下部Pt电极之间施加100kV/cm的电压时的泄漏电流值的平均值,将该值为1×10-5/cm2以下的情况设为A,将超过1×10-5/cm2的情况设为B。将该结果示于下述表1。
[本发明例2]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了以混合物的钾、钠、铁、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.01:0.99(=K:Na:Fe:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的压电体膜板的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[本发明例3]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了以混合物的钾、钠、铁、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.03:0.97(=K:Na:Fe:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的附有压电体膜的基板的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[本发明例4]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了以混合物的钾、钠、铁、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.035:0.965(=K:Na:Fe:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的压电体膜的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[比较例1]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了未添加2-乙基己酸,以混合物的钾、钠、铌的摩尔比成为0.5:0.5:1(=K:Na:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的附有压电体膜的基板的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[比较例2]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了以混合物的钾、钠、铁、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.005:0.995(=K:Na:Fe:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的压电体膜的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[比较例3]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了以混合物的钾、钠、铁、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.05:0.95(=K:Na:Fe:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的压电体膜的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[比较例4]
在本发明例1的(2)压电体膜形成用涂布液的制备中,除了代替2-乙基己酸铁而使用2-乙基己酸锰,并以混合物的钾、钠、锰、铌的摩尔比成为0.5:0.5:0.01:0.99(=K:Na:Mn:Nb)的方式配比原料之外,以与本发明例1同样的方式,制作出附有压电体膜的基板与压电元件。将所得到的压电体膜的组成与粒子的尺寸及压电振子的泄漏电流值的评价结果示于下述表1。
[表1]
Figure BDA0003456588540000101
关于使用相对于铌而将铁以本发明的范围内包含的含铁铌酸钾钠的本发明例1~4的压电体膜,晶粒的平均纵横比均为3以下,泄漏电流值均为1×10-5/cm2以下。相对于此,关于使用不含Fe的铌酸钾钠的比较例1的压电体膜,平均纵横比大,泄漏电流值超过1×10-5/cm2。并且,关于使用将铁以比本发明的范围少的量包含的含铁铌酸钾钠的比较例2的压电体膜,在与比较例1作比较时,虽然平均纵横比变低,但泄漏电流超过1×10-5/cm2。另一方面,关于使用将铁以比本发明的范围多的量包含的含铁铌酸钾钠的比较例3的压电体膜,虽然平均纵横比为1,但泄漏电流值超过1×10-5/cm2。认为其原因在于,铁过剩存在于晶界,从而难以抑制泄漏电流的产生。进一步,关于使用相对于1摩尔的铌而含有0.01摩尔的锰的含锰铌酸钾钠的比较例4的压电体膜,平均纵横比为7.0,与比较例1的压电体膜的平均纵横比相同,泄漏电流值超过1×10-5/cm2
从这些结果可确认:由于Fe具有抑制晶粒生长为柱状的作用,而且使该晶粒为纵横比低的粒状,可降低泄漏电流值。
产业上的可利用性
关于本实施方式的KNN系压电体膜及压电元件,即使膜厚变薄,也难以产生泄漏电流。因此,本实施方式的KNN系压电体膜及压电元件有利地适用于振动发电元件、传感器、致动器、喷墨头、自动聚焦等各种压电器件。
符号说明
1 压电元件
10 压电体膜
11 压电体层
20 电极层
21 上部电极
22 下部电极
30 粒状晶粒
S1、S2 直线

Claims (3)

1.一种压电体膜,包含粒状晶粒,该粒状晶粒含有下述通式(1)所表示的含铁铌酸钾钠,且平均纵横比为3以下,
(KxNa1-x)a(FeyNbz)O3 (1)
式(1)中,x表示满足0<x<1的数,a表示满足0.90<a≤1的数,y与z表示满足y+z=1及0.006≤y/z≤0.04的数。
2.根据权利要求1所述的压电体膜,其中,
所述粒状晶粒的平均粒径在10nm以上且300nm以下的范围内。
3.一种压电元件,具备压电体层和配置于所述压电体层的表面的电极层,
所述压电体层包含权利要求1或2所述的压电体膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4284768A1 (en) 2021-01-28 2023-12-06 Kemet Electronics Corporation Dielectric ceramic composition and ceramic capacitor using the same
CN114883476A (zh) * 2022-05-12 2022-08-09 业泓科技(成都)有限公司 压电元件附着性的改善方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101817559B (zh) * 2010-03-10 2012-03-28 西安交通大学 一种铌酸钾钠无铅压电厚膜的制备方法
JP5740951B2 (ja) * 2010-12-09 2015-07-01 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、赤外線センサー及び超音波センサー
JP5812243B2 (ja) * 2010-12-09 2015-11-11 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子、超音波デバイス及びirセンサー
CN102311266B (zh) * 2011-08-09 2013-07-17 同济大学 一种铌酸钾钠无铅压电陶瓷材料的制备方法
JP2013225605A (ja) * 2012-04-23 2013-10-31 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子
US20140084754A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Tdk Corporation Thin film piezoelectric device
US9331262B2 (en) * 2013-05-20 2016-05-03 Tdk Corporation Thin film piezoelectric element, thin film piezoelectric actuator, thin film piezoelectric sensor, hard drive disk, and inkjet printer device
JP6044719B2 (ja) 2013-09-09 2016-12-14 株式会社村田製作所 圧電薄膜素子及びその製造方法
CN105174309A (zh) * 2015-09-30 2015-12-23 齐齐哈尔大学 一种水热法制备钙钛矿型片状铌酸钾钠的方法
JP7297285B2 (ja) 2018-01-31 2023-06-26 興研株式会社 フィルタユニット、フィルタユニットを備えたマスク

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