DE102014116518B4

DE102014116518B4 - Piezoelektrische Zusammensetzung und piezoelektrisches Element

Info

Publication number: DE102014116518B4
Application number: DE102014116518.7A
Authority: DE
Inventors: c/o TDK Corporation Masai Taku; c/o TDK Corporation Teranishi Keisuke; c/o TDK Corporation Furukawa Masahito
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: CN104628380B; DE102014116518A1; US9780294B2; US20150129792A1; JP2016047793A; CN104628380A; JP6323305B2

Abstract

Piezoelektrische Zusammensetzung mit der Substanz, die durch die folgende Formel dargestellt wird, mit einer Struktur vom Perowskit-Typ als Hauptkomponentewobei 0,01 ≤ x ≤ 0,5, 0,4 ≤ y ≤ 0,8, 0,1 ≤ z ≤ 0,6, 0,75 ≤ m ≤ 1,0 und x+y+z = 1.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Zusammensetzung und ein piezoelektrisches Element, das auf Gebieten eines piezoelektrischen Schallgenerators, piezoelektrischen Sensors, piezoelektrischen Aktuators, piezoelektrischen Transformators oder piezoelektrischen Ultraschallmotors oder dergleichen umfangreich verwendet wird.
HINTERGRUND
Ein piezoelektrisches Element mit einer piezoelektrischen Zusammensetzung, die darin verwendet wird, verformt sich, wenn ein elektrisches Feld von außen angelegt wird, und kann elektrische Ladungen auf der Oberfläche erzeugen, wenn es eine externe Belastung empfängt. In letzter Zeit wird ein solches piezoelektrisches Element auf verschiedenen Gebieten umfangreich verwendet.
Ein piezoelektrisches Element, das eine piezoelektrische Zusammensetzung wie z. B. Bleizirkonattitanat (Pb(Zr,Ti)O₃: PZT) und dergleichen verwendet, verformt sich beispielsweise im Verhältnis zur angelegten elektrischen Spannung mit einem Verlagerungswert von etwa 1 × 10^-10 m/V. Folglich ist ein solches piezoelektrisches Element ausgezeichnet in der Feinpositionseinstellung und kann ferner für die Feineinstellung in einem optischen System verwendet werden.
Daneben kann, da eine piezoelektrische Zusammensetzung elektrische Ladungen im Verhältnis zur aufgebrachten Belastung oder Verformung, die durch die Belastung verursacht wird, erzeugt, sie auch als Sensor zum Detektieren von winzigen Kräften oder des Ausmaßes der Verformungen verwendet werden.
Ferner weist eine piezoelektrische Zusammensetzung ein ausgezeichnetes Ansprechvermögen auf. Wenn ein Wechselstromfeld angelegt wird, könnte folglich eine Resonanz aufgrund der Anregung der piezoelektrischen Zusammensetzung selbst oder eines elastischen Körpers, der mit der piezoelektrischen Zusammensetzung gekoppelt ist, auftreten. In dieser Hinsicht kann eine piezoelektrische Zusammensetzung auch als piezoelektrischer Transformator, Ultraschallmotor usw. verwendet werden.
Derzeit sind die meisten der in praktischem Gebrauch befindlichen piezoelektrischen Zusammensetzungen Mischkristalle (auf PZT-Basis), die aus PbZrO₃(PZ)-PbTiO₃(PT) bestehen. Die piezoelektrischen Zusammensetzungen, die verschiedene Anforderungen erfüllen, können durch Zugeben von verschiedenen Zusatzbestandteilen oder Additiven in die piezoelektrische Zusammensetzung auf PZT-Basis umfangreich entwickelt werden.
Es gibt verschiedene piezoelektrische Zusammensetzungen wie z. B. eine piezoelektrische Zusammensetzung mit einem niedrigen mechanischen Gütefaktor (Qm) und einer hohen piezoelektrischen Konstante (d) und eine piezoelektrische Zusammensetzung mit einer niedrigen piezoelektrischen Konstante (d) und einem hohen mechanischen Gütefaktor (Qm). Die vorherige wird in einem Aktuator oder dergleichen zur Positionseinstellung verwendet, der eine große Verlagerung über eine Gleichstromverwendung anstrebt. Die letztere ist auf Verwendungen in Bezug auf Wechselstrom anwendbar. Die letztere wird beispielsweise in einem Ultraschall erzeugenden Element wie z. B. einen Ultraschallmotor verwendet.
Außerdem gibt es andere Substanzen als welche auf PZT-Basis, die als piezoelektrische Zusammensetzungen verwendet werden können, von denen die meisten Mischkristalle unter Verwendung einer Perowskit-Komponente auf Bleibasis wie z. B. Bleimagnesioniobat (Pb(Mg,Nb)O₃: PMN) oder dergleichen als Hauptkomponente sind.
Diese piezoelektrischen Zusammensetzungen auf Bleibasis enthalten jedoch etwa 60 bis 70 Masse-% Bleioxide und die Bleioxide weisen eine äußerst hohe Flüchtigkeit selbst bei einer niedrigen Temperatur auf. Wenn der Einfluss auf die Umwelt berücksichtigt wird, wird erwartet, dass weniger Bleioxide verwendet werden.
Daher wird die bleifreie piezoelektrische Zusammensetzung zu einem äußerst wichtigen Thema, wenn die piezoelektrischen Keramiken und die piezoelektrischen Einkristalle auf mehr Gebiete angewendet werden sollen und in größeren Mengen verwendet werden sollen.
Hinsichtlich einer bleifreien piezoelektrischen Zusammensetzung sind beispielsweise Bariumtitanat (BaTiO₃), das geschichtete Wismut-Ferroelektrikum und dergleichen gut bekannt. Da jedoch das Bariumtitanat einen CuriePunkt von nicht höher als 120 °C aufweist und seine piezoelektrische Eigenschaft bei einer Temperatur von höher als 120 °C verschwindet, ist es nicht praktisch, wenn es durch Schweißen verbunden oder in Fahrzeugen verwendet wird.
Obwohl das geschichtete Wismut-Ferroelektrikum einen Curie-Punkt von 400 °C oder höher aufweist und es in der Wärmestabilität ausgezeichnet ist, ist andererseits die Kristallanisotropie hoch. Folglich ist es erforderlich, ein Verfahren wie z. B. ein Heißschmiedeverfahren zu verwenden, in dem eine spontane Polarisierung durch die aufgebrachte Scherbelastung orientiert wird. Das heißt, im Aspekt der Produktivität entstehen Probleme.
In letzter Zeit wird eine auf Wismutnatriumtitanat basierende Zusammensetzung als neue piezoelektrische Zusammensetzung untersucht. Die DE 10 2009 035 425 A1 hat beispielsweise eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung offenbart, die Wismutnatriumtitanat enthält.
Die piezoelektrische Keramikzusammensetzung in der DE 10 2009 035 425 A1 enthält ein Matrixmaterial und das Matrixmaterial enthält mindestens zwei Matrixkomponenten mit einer Perowskit-Struktur. Oder die piezoelektrische Keramikzusammensetzung besteht nur aus der Matrixkomponente. Ferner ist eine piezoelektrische Keramikzusammensetzung offenbart, in der eine erste Matrixkomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (Bi_0,5A_0,5)EO₃ und BaEO₃ besteht, und die andere Matrixkomponente Bi(Me_0,5E_0,5)O₃ ist, wobei A ein Alkalimetall darstellt und insbesondere aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Natrium, Kalium und einem Gemisch von Alkalimetallen besteht, E abhängig aus Titan, Zirkonium und ihrem Gemisch ausgewählt ist und Me aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus zweiwertigen Metallen besteht.
Des Weiteren offenbart die WO 2013/026668 A1 eine piezoelektrische Zusammensetzung mit der Substanz, die sich aus einer Mischung von Bismuth-Natrium-Titanat, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und anderer Ma-terialien zusammensetzt, wobei die Materialien willkürlich gemischt werden, um den Gradienten der physi-kalischen Eigenschaften festzulegen.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Vergleich zur piezoelektrischen Zusammensetzung auf Bleibasis ist jedoch die in DE 10 2009 035 425 A1 offenbarte piezoelektrische Zusammensetzung nicht in der Lage, ausreichende piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten.
Eine solche Zusammensetzung weist insbesondere ein niedriges Niveau an spontaner Polarisation auf und es ist erwünscht, dass die piezoelektrischen Eigenschaften weiter verbessert werden.
Im Fall von Materialien auf der Basis von Bi (Me_0,5E_0,5)O₃ entsteht ferner ein technisches Problem, dass eine hohe Isolationseigenschaft nicht erreicht werden kann. Wenn solche Materialien als Aktuatoren verwendet werden, fließen die meisten Ströme in das Material, wenn das Element angesteuert wird, so dass ein Problem entsteht, dass der Leistungsverbrauch der elektrischen Schaltung zunimmt. Um dieses technische Problem zu lösen, muss das Material einen hohen Widerstand aufweisen.
In dieser Hinsicht hat die vorliegende Erfindung den Zusammensetzungsbereich untersucht, mit dem die spontane Polarisation und der Widerstand erhöht werden können. Wenn die niedrige Verschmutzung, die Umwelt und die Ökologie berücksichtigt werden, zielt die vorliegende Erfindung daneben darauf ab, eine bleifreie Verbindung herzustellen, um eine ausgezeichnete piezoelektrische Zusammensetzung und ein ausgezeichnetes piezoelektrisches Element zu schaffen.
Um das vorstehend erwähnte technische Problem zu lösen, verwenden die Erfinder eine auf Wismutnatriumtitanat basierende Zusammensetzung im Test der piezoelektrischen Zusammensetzungen mit guten piezoelektrischen Eigenschaften. Dann wird eine piezoelektrische Zusammensetzung gefunden, bei der die Zusammensetzung von jener der herkömmlichen verschieden ist.
Die piezoelektrische Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente die Substanz der folgenden Formel mit einer Struktur vom Perowskit-Typ umfasst. (Bi₍₀,_5x+y+z)Na_0,5x)_m(Ti_x+0,5yMg_0,5yAl₂)O₃
In dieser Formel gilt 0,01 ≤ x ≤ 0,5, 0,4 ≤ y ≤ 0,8, 0,1 ≤ z ≤ 0,6, 0,75 ≤ m ≤ 1,0 und x+y+z = 1.
Mit den vorstehend erwähnten Bereichen können die piezoelektrischen Eigenschaften, insbesondere die spontane Polarisation, verbessert werden. Ferner kann der elektrische spezifische Widerstand auch erhöht werden.
Daneben kann ein piezoelektrisches Element unter Verwendung der obigen piezoelektrischen Zusammensetzung geschaffen werden, wie z. B. ein piezoelektrisches Element, das in einem Tintenstrahlkopf oder einem piezoelektrischen Aktuator verwendet wird, bei dem die Verlagerung des Aktuators ziemlich groß ist. Da ein hoher elektrischer spezifischer Widerstand erhalten werden kann, kann der Leistungsverbrauch der Ansteuerschaltung gehemmt werden, wenn das piezoelektrische Element als Aktuator arbeitet.
Ein piezoelektrischer Sensor unter Verwendung der obigen piezoelektrischen Zusammensetzung kann geschaffen werden, wie z. B. ein piezoelektrisches Element mit einem langen Messbereich und einer hohen Empfindlichkeit, das in Ultraschallsensoren verwendet wird, von denen ein Sensor zum Messen des Abstandes zwischen Fahrzeugen (dieser Sensor wird in einem automatischen Parksystem verwendet) und ein Fluidpegelsensor repräsentativ sind. Da ein hoher elektrischer spezifischer Widerstand erhalten werden kann, kann ferner der Leistungsverbrauch der Ansteuerschaltung gehemmt werden, wenn das piezoelektrische Element als Sensor arbeitet.
Eine piezoelektrische Filmvorrichtung unter Verwendung der obigen piezoelektrischen Zusammensetzung kann geschaffen werden, wie z. B. ein piezoelektrisches Gyroskop, ein Beschleunigungssensor oder eine piezoelektrische Filmpumpe. Mit den ausgezeichneten piezoelektrischen Eigenschaften kann eine hohe Empfindlichkeit des Sensors im piezoelektrischen Gyroskop oder Beschleunigungssensor erhalten werden. Eine hohe Pumpendurchflussmenge kann auch in der piezoelektrischen Pumpe erreicht werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die piezoelektrische Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine hohe spontane Polarisation und einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand aufweist. Da kein Blei verwendet wird, ist außerdem eine solche piezoelektrische Zusammensetzung äußerst ausgezeichnet, wenn eine geringe Verschmutzung, die Umwelt und die Ökologie betrachtet werden. Ferner kann dieses Material ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine Strukturansicht, die den Querschnitt des piezoelektrischen Filmelements zeigt.
2 ist eine Strukturansicht, die den laminierten Körper zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben.
Die piezoelektrische Zusammensetzung der ersten Ausführungsform in der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente die Substanz der folgenden Formel mit einer Struktur vom Perowskit-Typ enthält: (Bi_(0,5x+y+z) Na_0,5x)_m(Ti_x+0,_5yMg_0,5yAl₂)O₃
In dieser Formel gilt 0,01 ≤ x ≤ 0,5, 0,4 ≤ y ≤ 0,8, 0,1 ≤ z ≤ 0,6, 0,75 ≤ m ≤ 1,0 und x+y+z = 1.
Der Bereich von x ist vorzugsweise 0,01 ≤ x ≤ 0,5. Wenn x geringer ist als 0,01, ist es schwierig, die Perowskit-Struktur auszubilden. Andererseits ist es unmöglich, ausreichende piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten, wenn x mehr als 0,8 ist.
Ferner ist der Bereich von y vorzugsweise 0,4 ≤ y ≤ 0,8. Wenn y geringer ist als 0,2, ist es unmöglich, ausreichende piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten. Wenn y mehr als 0,8 ist, verschlechtern sich die piezoelektrischen Eigenschaften begleitet von der Erzeugung einer inhomogenen Phase oder der elektrische spezifische Widerstand nimmt ab.
Daneben ist der Bereich von z vorzugsweise 0,1 ≤ z ≤ 0,6. Wenn z geringer ist als 0,01, ist es unmöglich, ausreichende piezoelektrische Eigenschaften zu erhalten. Wenn z mehr als 0,6 ist, dann erzeugen sich andere inhomogene Phasen als die Perowskit-Struktur, so dass die piezoelektrischen Eigenschaften sich verringern.
In der obigen Formel ist der Bereich von m vorzugsweise 0,75 ≤ m ≤ 1,0. Insbesondere stellt m das Bestandteilsverhältnis der Atome an der A-Stelle zu jenen an der B-Stelle innerhalb der Verbindung mit Perowskit-Struktur in der ganzen piezoelektrischen Zusammensetzung dar, d. h. das Verhältnis von A zu B. Wenn m 1 oder geringer ist, weist das Material eine hohe Dichte sowie bessere piezoelektrische Eigenschaften auf. Wenn jedoch m geringer ist als 0,75, erzeugen sich andere kristalline Phasen als die Phase vom Perowskit-Typ, was die piezoelektrischen Eigenschaften schlechter macht. Folglich liegt m bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,75 oder mehr und 1,0 oder weniger.
Die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform enthält Wismutnatriumtitanat als erste Verbindung, Wismut-Magnesium-Titan-Verbundoxide als zweite Verbindung und Wismutaluminat als dritte Verbindung. Diese drei Komponenten werden als Hauptkomponente erachtet.
Das heißt, die piezoelektrische Zusammensetzung enthält die erste Verbindung, die zweite Verbindung und die dritte Verbindung. Diese drei Verbindungen unterliegen einem Mischkristall. Und sie können auch ein teilweiser Mischkristall sein.
Die piezoelektrische Zusammensetzung kann durch die folgende Formel dargestellt werden, wenn die chemischen Formeln der ersten, der zweiten und der dritten Verbindung verwendet werden.
Die piezoelektrische Zusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie durch die folgende Formel dargestellt werden kann. x(Bi_0,5Na_0,5)_s1,TiO₃-yBi_t1(Mg_0,5Ti_0,5)O₃-zBi_u1AlO₃ (1)
Wobei 0,01 ≤ x ≤ 0,5, 0,4 ≤ y ≤ 0,8, 0,1 ≤ z ≤ 0,6 und x+y+z = 1. Ferner sind s1, t1 und u1 alle 0,75 oder mehr und 1,0 oder weniger.
Das Wismutnatriumtitanat kann als erste Verbindung der obigen Formel 1 aufgelistet werden. Die Zusammensetzung von Wismutnatriumtitanat kann durch die nachstehend gezeigte Formel 2 dargestellt werden, wobei das Natrium und das Wismut an der A-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet sind und das Titan an der B-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet ist. (Bi_0,5Na_0,5)_s1TiO₃ (2)
In der obigen Formel 2 der ersten Verbindung stellt s1 das Bestandteilsverhältnis (Molverhältnis) der Elemente an der A-Stelle zu jenen an der B-Stelle dar (nachstehend als Verhältnis A zu B bezeichnet). Im Fall einer stöchiometrischen Zusammensetzung ist s1 vorzugsweise 1.
Die Zusammensetzung kann jedoch auch von der stöchiometrischen abweichen. Wenn s1 1 oder weniger ist, ist die Sinterfähigkeit verbessert und bessere piezoelektrische Eigenschaften werden erhalten. Daneben ist s1 bevorzugter 0,75 oder mehr und 1,0 oder weniger, da bessere piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können. Die Bestandteilsmengen an Natrium, Wismut und Sauerstoff können gemäß der stöchiometrischen Zusammensetzung berechnet werden. Sie können jedoch auch von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichen.
Als zweite Verbindung der Formel 1 können die Wismut-Magnesium-Titan-Verbundoxide aufgelistet werden. Die Zusammensetzung der Wismut-Magnesium-Titan-Verbundoxide ist durch die folgende Formel 3 gezeigt, wobei Wismut an der A-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet ist und Magnesium und Titan an der B-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet sind. Bi_t1(Mg_0,5Ti_0,5) O₃ (3)
In der obigen Formel 3 stellt t1 das Verhältnis von A zu B dar. Im Fall der stöchiometrischen Zusammensetzung ist t1 vorzugsweise 1. Die Zusammensetzung kann jedoch auch von der stöchiometrischen abweichen. Wenn t1 1 oder geringer ist, ist die Sinterfähigkeit verbessert und bessere piezoelektrische Eigenschaften werden erhalten. Daneben ist t1 bevorzugter 0,75 oder mehr und 1,0 oder weniger, da bessere piezoelektrische Eigenschaften erhältlich sind. Die Bestandteilsmengen von Magnesium, Titan und Sauerstoff können gemäß der stöchiometrischen Zusammensetzung berechnet werden. Sie können jedoch auch von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichen.
Als dritte Verbindung der Formel 1 kann Wismutaluminat aufgelistet werden. Die Zusammensetzung des Wismutaluminats ist durch die folgende Formel 4 gezeigt, wobei Wismut an der A-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet ist und Aluminium an der B-Stelle der Perowskit-Struktur angeordnet ist. Bi_u1AlO₃ (4)
In der obigen Formel 4 stellt u1 das Verhältnis von A zu B dar. Im Fall der stöchiometrischen Zusammensetzung ist u1 vorzugsweise 1. Die Zusammensetzung kann jedoch auch von der stöchiometrischen abweichen. Wenn u1 1 oder geringer ist, ist die Sinterfähigkeit verbessert und bessere piezoelektrische Eigenschaften werden erhalten. Daneben ist u1 bevorzugter 0,75 oder mehr und 1,0 oder weniger, da bessere piezoelektrische Eigenschaften erhältlich sind.
In Bezug auf s1, t1 und u1, da xs1 + yt1 + zu1 = m, kann m 0,75 ≤ m ≤ 1,0 erfüllen.
Das (Bi_0,5Na_0,5)_s1TiO₃ weist eine rhomboedrische Perowskit-Struktur auf, Bi_t1(Mg_0,5Ti_0,5) O₃ weist eine orthorhombische Perowskit-Struktur auf und Bi_u1AlO₃ weist eine tetragonale Perowskit-Struktur auf. Ähnlich zur piezoelektrischen Zusammensetzung auf PZT-Basis weist daher die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur nahe der kristallographischen Phasengrenze (morphotrope Phasengrenze) auf, so dass ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaften erhalten werden können.
Ferner ist (Bi_0,5Na_0,5)_s1TiO₃ ferroelektrisch. Es wird zu einem Relaxor-Ferroelektrikum, wenn ein Mischkristall aus (Bi_0,5Na_0,5)_s1TiO₃ zusammen mit Bi_t1(Mg_0,5Ti_0,5) O₃ ausgebildet wird. Wenn es jedoch zu einem Relaxor-Material wird, wird keine Domänenstruktur beobachtet und nur die instabile Polarisation, die Polarnanobereich genannt wird, könnte vorhanden sein. Wenn ein Mischkristall zusammen mit Bi_u1AlO₃ ausgebildet wird, das auch ein Ferroelektrikum ist, kann die Domäne mit einer Submikrometergröße stabil gebildet werden. Ferner weist Bi_u1AlO₃ eine Beschaffenheit auf, dass das Verhältnis der Länge der c-Achse zu jener der a-Achse (c/a, nachstehend als Tetragonalität bezeichnet) in der tetragonalen Perowskit-Struktur hoch ist. Wenn dieses Material der Lösungsbehandlung unterzogen wird, wird daher die Weglänge der Ionen groß, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Folglich kann eine große piezoelektrische Verlagerung erhalten werden.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die erste, die zweite und die dritte Verbindung als Hauptkomponenten verwendet. Vorzugsweise belaufen sie sich auf 90 % oder mehr der piezoelektrischen Zusammensetzung. Ferner können neben den Elementen, die die erste, die zweite und die dritte Verbindung bilden, Verunreinigungen oder Bestandteilselemente für andere Verbindungen enthalten sein, solange ihre Mengen etwa mehrere zehn bis mehrere hundert ppm sind. Solche Elemente können Ba (Barium), Sr (Strontium), Ca (Kalzium), Li (Lithium), Hf (Hafnium), Ni (Nickel), Ta (Tantal), Si (Silizium), B (Bor) und Seltenerdelemente sein.
Ferner umfasst die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Verbindung als Zusatzkomponente und diese Verbindung enthält mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mn, Fe und Cu besteht. Die Gesamtmenge der Zusatzkomponente ist vorzugsweise 0,04 bis 0,6 Masse-% auf der Basis der ganzen Hauptkomponenten, wenn die Berechnung auf der Basis der Elemente durchgeführt wird.
Die piezoelektrische Zusammensetzung mit einer solchen Zusammensetzung kann wie folgt hergestellt werden.
Zuallererst werden Pulver aus Wismutoxid, Natriumcarbonat, Titanoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumcarbonat usw. als Ausgangsmaterialien gemäß den Bedürfnissen vorbereitet. Nachdem sie bei einer Temperatur von 100 °C oder höher ausreichend getrocknet sind, werden diese Pulver auf der Basis der Zielzusammensetzung gewogen. In Bezug auf die Ausgangsmaterialien können außerdem Substanzen wie z. B. Carbonate oder Oxalate, die sich über einen Brennprozess in Oxide umwandeln, verwendet werden, um die Oxide zu ersetzen, und Oxide oder andere Substanzen, die sich durch Brennen in Oxide umwandeln, können anstelle der Carbonate verwendet werden.
Als nächstes werden die gewogenen Ausgangsmaterialien ausreichend für 5 Stunden bis 20 Stunden in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser unter Verwendung eines Instruments wie z. B. einer Kugelmühle vermischt. Danach wird das Gemisch ausreichend getrocknet, Pressformen unterzogen und dann bei einer Temperatur von 750 °C bis 900 °C für etwa 1 Stunde bis 3 Stunden calciniert. Dann wird die calcinierte Substanz in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser durch eine Kugelmühle für 5 Stunden bis 30 Stunden vermahlen. Die resultierenden Materialien werden erneut getrocknet und einem Granulierungsprozess mit Zugabe einer Bindemittellösung unterzogen. Dann wird ein Pressformprozess für die Pulver vorgesehen, die aus dem Granulierungsprozess erhalten werden, so dass die Pulver als Blöcke erzeugt werden.
Nachdem sie in Blöcken erzeugt sind, wird der geformte Körper einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 400 °C bis 800 °C für 2 Stunden bis 4 Stunden unterzogen, so dass sich das Bindemittel verflüchtigt. Dann wird der Sinterprozess bei einer Temperatur von 950 °C bis 1300 °C für etwa 2 Stunden bis 4 Stunden durchgeführt. Die Heizrate und die Kühlrate im Sinterprozess sind beide beispielsweise etwa 50 °C/Stunde bis 300 °C/Stunde. Nach dem Sinterprozess wird der erhaltene gesinterte Körper gemäß den Bedürfnissen poliert und Elektroden werden angeordnet. Danach wird das resultierende Produkt für etwa 5 Minuten bis 1 Stunde in Silikonöl von 25 °C bis 150 °C mit einem angelegten elektrischen Feld von 5 MV/m bis 10 MV/m polarisiert. Folglich wird die vorstehend erwähnte piezoelektrische Zusammensetzung erhalten.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Körner in der piezoelektrischen Zusammensetzung, die über das vorstehend beschriebene Verfahren erhalten wird, ist etwa 0,5 µm bis 20 µm.
1 zeigt ein Strukturbeispiel des piezoelektrischen Elements unter Verwendung der piezoelektrischen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Dieses piezoelektrische Element weist einen laminierten Körper 10 auf, in dem mehrere piezoelektrische Schichten 11, die aus der piezoelektrischen Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform bestehen, und mehrere interne Elektroden 12 abwechselnd laminiert sind. Jede piezoelektrische Schicht 11 weist eine bevorzugte Dicke von beispielsweise etwa 1 µm bis 100 µm auf. Die Anzahl der laminierten piezoelektrischen Schichten 11 kann gemäß dem Zielverlagerungswert bestimmt werden.
Ein solches piezoelektrisches Element kann beispielsweise wie folgt hergestellt werden. Zuerst werden, nachdem calcinierte Pulver unter Verwendung eines gleichen Verfahrens wie jenes für die vorstehend beschriebene piezoelektrische Zusammensetzung hergestellt sind, Träger zugegeben. Sie werden vermischt, um die Paste für die piezoelektrische Schicht herzustellen.
Um die internen Elektroden 12 auszubilden, werden dann das leitfähige Material und die Träger vermischt. Ansonsten werden verschiedene Oxide oder organometallische Verbindungen, die sich nach einem Brennprozess in leitfähige Materialien umwandeln, mit den Trägern vermischt. In dieser Weise wird die Paste für die internen Elektroden hergestellt. Das leitfähige Material ist nicht besonders begrenzt. Das leitfähige Material ist beispielsweise vorzugsweise mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Palladium (Pd) oder der Legierung davon besteht. Neben diesen Komponenten kann die interne Elektrode 12 ferner außerdem verschiedene Spurenkomponenten enthalten wie z. B. Phosphor (P) mit einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% oder weniger. Die Dicke der internen Elektrode 12 ist vorzugsweise beispielsweise etwa 0,5 µm bis 3 µm.
Außerdem können Additive wie z. B. ein Dispersionsmittel, ein Weichmacher, ein dielektrisches Material oder Isolationsmaterial in die Paste für die interne Elektrode zugegeben werden, falls erforderlich.
Die Paste für die piezoelektrische Schicht und die Paste für die interne Elektrode, die durch die obigen Schritte erhalten werden, werden verwendet, um einen grünen Chip als Vorläufer des laminierten Körpers 10 beispielsweise durch ein Druckverfahren oder ein Plattenverfahren herzustellen.
Nachdem ein Bindemittelentfernungsprozess auf den grünen Chip angewendet ist, der durch die vorstehend erwähnten Schritte hergestellt wurde, wird der grüne Chip gesintert, um den laminierten Körper 10 zu bilden.
Die Endoberflächen im laminierten Körper 10, der durch die obigen Schritte erhalten wird, werden durch Trommelpolieren oder Sandstrahlen poliert. Die Paste für die Anschlusselektroden, die durch denselben Prozess hergestellt wird wie jenen der Paste für die internen Elektroden, wird gedruckt oder aufgedruckt und dann gesintert. Folglich werden die Anschlusselektroden 21 und 22 ausgebildet. Die Paste für die Anschlusselektroden enthält beispielsweise das leitfähige Material, eine Glasfritte und den Träger. Das leitfähige Material enthält mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, Au, Cu, Ni, Pd und Pt besteht. Der Träger ist ein organischer Träger oder ein wässeriger Träger, wobei der organische Träger einer ist, der durch Auflösen des Bindemittels im organischen Lösungsmittel erhalten wird, und der wässerige Träger einer ist, der durch Auflösen des wasserlöslichen Bindemittels und des Dispersionsmittels in Wasser erhalten wird. In dieser Weise wird das in 1 gezeigte piezoelektrische Element erhalten.
Das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren wird Festphasenreaktion genannt. Ein Dampfphasenwachstumsverfahren kann als anderes repräsentatives Verfahren aufgelistet werden.
Das Dampfphasenwachstumsverfahren ist ein Prozess, in dem das Ausgangsmaterial (d. h. das Zielmaterial) in einer Vakuumkammer verdampft wird, um einen Film mit einer Dicke von etwa mehreren zehn Nanometern bis mehreren Mikrometern auf einem glatten Substrat auszubilden.
Das Dampfphasenwachstumsverfahren ist als Sputtern, Verdampfung, Impulslaserabscheidung und dergleichen bevorzugt. Mit diesen Verfahren kann ein dichter Film in einem Atomniveau ausgebildet werden und eine Segregation tritt kaum auf. Im Dampfphasenwachstumsverfahren wird das Ausgangsmaterial (Zielmaterial) physikalisch verdampft und dann auf dem Substrat abgeschieden. Die Anregungsquelle variiert gemäß dem Filmausbildungsverfahren.
Wenn das Sputterverfahren verwendet wird, wird Ar-Plasma zur Anregungsquelle. Wenn es sich um das Verdampfungsverfahren handelt, ist ein Elektronenstrahl die Anregungsquelle. Wenn die Impulslaserabscheidung verwendet wird, ist der Laser die Anregungsquelle und bestrahlt das Ziel.
Wie vorstehend beschrieben, gibt es verschiedene Verfahren für die Dünnfilmabscheidung des piezoelektrischen Films im Dampfphasenwachstum. Als repräsentatives Beispiel wird das Impulslaserabscheidungsverfahren beschrieben.
In einer Vakuumkammer wird das Substrat für die Dünnfilmabscheidung auf eine Temperatur von 500 °C bis 800 °C erhitzt. Das Substrat wird erhitzt, während der Vakuumgrad auf 1 × 10^-3 bis 1 × 10^-5 Pa gehalten wird, so dass die Reinheit der Oberfläche verbessert wird.
Während des Abscheidungsschritts bestrahlt der Laser das Zielmaterial. Die Verdampfung des Zielmaterials aufgrund der Bestrahlung des Lasers veranlasst, dass der Film auf dem Substrat abgeschieden wird.
Neben der Temperatur sind die Parameter für das Substrat die Leistung des Lasers, die Konzentration des Lasers, der Abstand zwischen dem Substrat und dem Ziel und dergleichen. Die gewünschten Eigenschaften werden durch Steuern dieser Parameter erhalten.
Um Sauerstoff während der Filmabscheidung von Oxiden zu ergänzen, wird außerdem das Sauerstoffgas vorzugsweise unter einem Sauerstoffdruck von 1 × 10^-1 bis 1 × 10^-5 Pa zirkuliert. Wenn ein höherer Sauerstoffdruck verwendet wird, nimmt die Rate der Filmabscheidung ab.
Das Zielmaterial, das das Ausgangsmaterial für die Filmabscheidung ist, kann ein gesinterter Körper sein, der durch die Festphasenreaktion hergestellt wird. Wenn ein solches Dampfphasenwachstumsverfahren verwendet wird, wird die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung gewöhnlich auf dem Si-Substrat oder dem MgO-Substrat oder dem SrTiO₃-Substrat ausgebildet. Wenn die piezoelektrische Zusammensetzung auf dem Si-Substrat abgeschieden wird, wird die untere Pt-Elektrode als Film abgeschieden, nachdem der Film der Ti- oder Cr-Haftschicht ausgebildet ist.
Als Verfahren zum Erhalten eines polykristallinen Films gibt es ein Verfahren, in dem das Substrat erhitzt wird, während der Kristall wächst. In einem anderen Verfahren wird der polykristalline Film durch Ausbilden eines Films bei Raumtemperatur und dann Ausheilen des Films bei einer gewünschten Temperatur erhalten. Wenn die Abscheidung des Films bei Raumtemperatur ausgeführt wird, können die gewünschten Kristallphasen durch Abscheiden des piezoelektrischen Materials und dann geeignetes Anwenden einer Nachausheilungsbehandlung erhalten werden.
Die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise in piezoelektrischen Peilgeräten, Ultraschallsensoren, piezoelektrischen Aktuatoren, piezoelektrischen Transformatoren, Filmsensoren, Filmaktuatoren oder piezoelektrischen Ultraschallmotoren verwendet werden. Außerdem kann die piezoelektrische Zusammensetzung auf andere Elemente angewendet werden, solange die piezoelektrische Zusammensetzung in diesen Elementen verwendet werden kann.
[Beispiele]
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung weiter im Einzelnen auf der Basis der Beispiele und der Vergleichsbeispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele begrenzt.
(Beispiel 1 bis Beispiel 13)
2 war eine Querschnittsansicht, die die Struktur des piezoelektrischen Filmelements in den Beispielen zeigt. In Bezug auf das Substrat wurde das Si-Substrat 1, an dem ein thermischer Oxidfilm befestigt war, verwendet. Das Si-Substrat 1 war ein rundes Substrat mit seinem Durchmesser von 3 Zoll und es bestand aus dem Si-Substrat 1 mit einer Dicke von 0,5 mm und einer (100)-Ebenenorientierung und einem thermischen Oxidfilm 2 mit einer Dicke von 500 nm, der daran befestigt war. Zuallererst wurden eine Ti-Haftschicht 3 und eine untere Elektrodenschicht 4 auf dem Substrat durch ein HF-Magnetronsputterverfahren ausgebildet. Die Ti-Haftschicht 3 hatte eine Dicke von 20 nm und die darauf ausgebildete untere Pt-Elektrodenschicht 4 hatte eine Dicke von 200 nm. Diese Schichten waren vorzugsweise auf die (111)-Ebene orientiert. Die Dicke der Ti-Haftschicht 3 konnte korrekt eingestellt werden, solange die Schicht als Haftschicht arbeiten konnte.
Die Abscheidungsbedingung der Ti-Haftschicht 3 und der unteren Pt-Elektrodenschicht 4 war, dass die Temperatur des Substrats Raumtemperatur war, die Entladungsleistung 100 W war, das eingeführte Gas Ar war und der Abscheidungsdruck 0,3 Pa war.
Danach wurde ein piezoelektrischer Film 5 auf der unteren Pt-Elektrodenschicht 4 ausgebildet. Das Impulslaserabscheidungsverfahren (nachstehend als PLD bezeichnet) wurde als Abscheidungsverfahren verwendet. Die Laserquelle war der Excimerlaser und die verwendete Wellenlänge war 248 nm. Der piezoelektrische Film 5 hatte eine Dicke von 500 nm. Als Ziele für PLD wurden ein Ziel aus (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃, ein Ziel aus Bi(Mg_0,5Ti_0,5) O₃ und ein Ziel mit einem Elementverhältnis von Bi zu Al, das 1:1 war, verwendet. Die Rate der Filmabscheidung war jeweils 0,02 nm/Schuss, 0,18 nm/Schuss und 0,006 nm/Schuss. Die Zusammensetzungsverhältnisse, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden durch Einstellen der Anzahl von Schüssen erhalten. Die Bedingung für die Filmabscheidung war wie folgt. Insbesondere lag das Substrat auf Raumtemperatur, die Leistung des Lasers war 60 mJ, O₂ wurde eingeführt und der Druck war 1,33 × 10^-3 Pa. Nachdem der Film abgeschieden war, wurde ein Ausheilungsprozess für 1 Minute bei 800 °C unter Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Mit diesen Prozessen wurden piezoelektrische Filme der Beispiele erhalten.
Um die elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Films 5 zu bewerten, wurde Pt mit einer Dicke von 100 nm auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films 5 durch das HF-Magnetronsputterverfahren ausgebildet. Die Filmabscheidungsbedingung war dieselbe wie jene für die untere Elektrode. Dann wurde eine obere Elektrode 6 durch Photolithographie und Ätzen ausgebildet. Ein piezoelektrisches Filmelement, das in 2 gezeigt ist, für die Auswertung der elektrischen Eigenschaften wurde vorbereitet.
Die spontane Polarisation [uC/cm²] wurde als Bewertung der piezoelektrischen Eigenschaften getestet. Die spontane Polarisation wurde aus dem Produkt der piezoelektrischen Konstante [C/N] und der Belastung [N/m²] berechnet. Folglich musste die spontane Polarisation ein maximales Niveau erreichen, um eine hohe piezoelektrische Konstante zu erhalten.
Die spontane Polarisation wurde unter Verwendung der Sawyer-Tower-Schaltung gemessen. Die spontane Polarisation wurde getestet, während ein Wechselstromfeld von - 50 kV/mm bis +50 kV/mm angelegt wurde. Außerdem wurde der Maximalwert Pm der Polarisation auch gemessen. Die Eingangsfrequenz der Schaltung war 1 kHz.
Der Widerstandswert des piezoelektrischen Filmelements wurde auch bewertet. Bei der Messung des Widerstandes wurde der Wert des Widerstandes auf der Basis des Verhältnisses des Stromwerts zum Spannungswert berechnet, die beide aus dem Sawyer-Tower-Verfahren erhalten wurden. Ferner wurde der spezifische Widerstand p [Ohm × cm] auf der Basis der Fläche der Elektrode und der Dicke des Elements berechnet.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
In den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 wurden die piezoelektrischen Filmelemente unter Verwendung desselben Verfahrens wie jenes in den Beispielen hergestellt, außer dass die Bestandteilsverhältnisse des Ziels von (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃, des Ziels von Bi(Mg_0,5Ti_0,5)O₃ und des Ziels mit dem Elementverhältnis von Bi zu Al, das 1:1 war, geändert wurden.

Die Ergebnisse des Maximalwerts Pm der spontanen Polarisation und des spezifischen Widerstandes p wurden in Tabelle 1 gezeigt. Die zunehmende Rate von Pm war die zunehmende Rate auf der Basis der spontanen Polarisation von Vergleichsbeispiel 1. Das heißt, die zunehmende Rate war der Wert, der durch Dividieren jedes Pm-Werts durch 11 [uC/cm²] erhalten wurde. [Tabelle 1]

Proben Nr.		Bestandteils-verhältnis x von (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃	Bestandteilsverhältnis y von Bi(Mg_0,5Ti_0,5)O₃	Bestandteils-verhältnis z von BiAlO₃	Pm [uC/cm² ]	Zunehmende Rate von Pm	ρ [Ohm ∗ cm]
1	Beispiel 1	0,36	0,63	0,01	32	2,91	1,41 × 10¹⁰
2	Beispiel 2	0,37	0,23	0,40	24	2,18	2,35 × 10¹⁰
3	Beispiel 3	0,21	0,30	0,49	29	2,64	2,13 × 10¹⁰
4	Beispiel 4	0,80	0,19	0,01	22	2,00	1,60 × 10¹⁰
5	Beispiel 5	0,21	0,20	0,59	28	2,55	2,17 × 10¹⁰
6	Beispiel 6	0,08	0,32	0, 60	26	2,36	1,77 × 10¹⁰
7	Beispiel 7	0,21	0,44	0,35	33	3,00	2,27 × 10¹⁰
8	Beispiel 8	0,16	0,56	0,28	40	3,64	1,93 × 10¹⁰
9	Beispiel 9	0,11	0,49	0,40	38	3,45	2,23 × 10¹⁰
10	Beispiel 10	0,42	0,42	0,16	35	3,18	1,64 × 10¹⁰
11	Beispiel 11	0,21	0,62	0,17	37	3,36	1,25 × 10¹⁰
12	Beispiel 12	0,01	0,71	0,28	47	4,27	1,28 × 10¹⁰
13	Beispiel 13	0,05	0,80	0,15	47	4,27	1,34 × 10¹⁰
14	Vergleichsbeispiel 1	0,90	0,05	0,05	11	1,00	1,00 × 10¹⁰
15	Vergleichsbeispiel 2	0,80	0,15	0,05	12	1,09	1,00 × 10¹⁰
16	Vergleichsbeispiel 3	0,21	0,17	0,62	16	1,45	2,34 × 10¹⁰
17	Vergleichsbeispiel 4	0,05	0,30	0,65	Aufgrund von Ableitung nicht messbar	-	< 1,00 × 10⁶
18	Vergleichsbeispiel 5	0,05	0,05	0,90	Aufgrund von Ableitung nicht messbar	-	< 1,00 × 10⁶
19	Vergleichsbeispiel 6	0,50	0,50	0,00	13	1,18	1,84 × 10⁸
20	Vergleichsbeispiel 7	0,08	0,84	0,08	Aufgrund von Ableitung nicht messbar	-	< 1,00 × 10⁶
21	Vergleichsbeispiel 8	0,00	0,50	0,50	12	-	1,34 × 10¹⁰

Wie in Tabelle 1 gezeigt, wenn das Bestandteilsverhältnis x von (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃ 0,01 oder mehr und 0,8 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis y von Bi(Mg_0,5Ti_0,5)O₃ 0,2 oder mehr und 0,8 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis z von BiAlO₃ 0,01 oder mehr und 0,6 oder weniger war und x+y+z = 1, war der Maximalwert Pm der spontanen Polarisation 2,0-mal oder mehr von jenem im Vergleichsbeispiel 1. Mit anderen Worten, die piezoelektrischen Eigenschaften konnten verbessert werden, wenn Wismutnatriumtitanat als erste Verbindung, die Wismut-Magnesium-Titan-Verbundoxide als zweite Verbindung und Wismutaluminat als dritte Verbindung enthalten waren oder der Mischkristall davon enthalten war.
Der spezifische Widerstand p wurde auch zwischen den Beispielen und Vergleichsbeispielen verglichen. In Vergleichsbeispiel 6, in dem BiAlO₃ nicht enthalten war, war der spezifische Widerstand 1 × 10⁸ [Ωcm]. Mit der Zugabe von BiAlO₃ wurde der spezifische Widerstand zweistellig erhöht.
Wie in Beispielen 7 bis 11 gezeigt, wenn das Bestandteilsverhältnis x von (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃ 0,01 oder mehr und 0,5 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis y von Bi(Mg_0,5Ti_0,5) O₃ 0,4 oder mehr und 0,8 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis z von BiAlO₃ 0,1 oder mehr und 0,6 oder weniger war und x+y+z = 1, war ferner der Maximalwert Pm der spontanen Polarisation 3,0-mal oder mehr von jenem im Vergleichsbeispiel 1.
Der spezifische Widerstand p wurde auch zwischen den Beispielen und Vergleichsbeispielen verglichen. In Vergleichsbeispiel 6, in dem BiAlO₃ nicht enthalten war, war der spezifische Widerstand 1 × 10⁸ [Ωcm]. Mit der Zugabe von BiAlO₃ wurde der spezifische Widerstand zweistellig erhöht.
Wie in Beispielen 12 bis 13 gezeigt, wenn das Bestandteilsverhältnis x von (Bi_0,5Na_0,5)TiO₃ 0,01 oder mehr und 0,2 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis y von Bi(Mg_0,5Ti_0,5)O₃ 0,7 oder mehr und 0,8 oder weniger war, das Bestandteilsverhältnis z von BiAlO₃ 0,1 oder mehr und 0,3 oder weniger war und x+y+z = 1, war ferner der Maximalwert Pm der spontanen Polarisation 4,0-mal oder mehr von jenem im Vergleichsbeispiel 1.
Der spezifische Widerstand p wurde auch zwischen den Beispielen und Vergleichsbeispielen verglichen. In Vergleichsbeispiel 6, in dem BiAlO₃ nicht enthalten war, war der spezifische Widerstand 1 × 10⁸ [Ωcm]. Mit der Zugabe von BiAlO₃ wurde der spezifische Widerstand zweistellig erhöht.
(Beispiele 13 bis 16 und Vergleichsbeispiele 9 bis 10)
Ferner wurden die in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen erörtert, um die Bereiche von m zu untersuchen.

In den Beispielen 13 bis 16 und Vergleichsbeispielen 9 bis 10 wurden das Ziel aus (Bi_0,5Na_0,5)_mTiO₃ und das Ziel aus Bi(Mg_0,5Ti_0,5) _mO₃ hergestellt, wobei das Verhältnis von A zu B (der Wert von m) geändert wurden. Dann wurde das Ziel mit dem Elementverhältnis von Bi zu Al, das m:1 war, hergestellt. Folglich wurden die piezoelektrischen Elemente unter Verwendung desselben Verfahrens wie jenes der Beispiele hergestellt. [Tabelle 2]

Proben Nr.		Bestandteils-verhältnis x von (Bi_0,5Na_0,5) TiO₃	Bestandteilsverhältnis y von Bi(Mg_0,5Ti_0,5)O₃	Bestandteilsverhältnis z von BiAlO₃	m	Pm [uC/cm² ]	ρ [Ohm ∗ cm]
22	Beispiel 13	0,05	0,71	0,24	1,00	47	1,28 × 10¹⁰
23	Beispiel 14	0,05	0,71	0,24	0,90	42	1,28 × 10¹⁰
24	Beispiel 15	0,05	0,71	0,24	0,80	44	1,28 × 10¹⁰
25	Beispiel 16	0,05	0,71	0,24	0,75	45	1,28 × 10¹⁰
26	Vergleichsbeispiel 9	0,05	0,71	0,24	1,01	11	1,28 × 10¹⁰
27	Vergleichsbeispiel 10	0,05	0,71	0,24	0,73	13	1,28 × 10⁹

Wie in Tabelle 2 gezeigt, wenn m kleiner war als 0,75, wurden sowohl der spezifische Widerstand p als auch der Maximalwert Pm der spontanen Polarisation kleiner. Wenn andererseits m größer als 1,00 war, wurde der Maximalwert Pm der spontanen Polarisation auch kleiner.
Als Dünnfilmabscheidungsverfahren des piezoelektrischen Films wurde das PLD-Verfahren beschrieben. Irgendeines des Sputterverfahrens, des Lösungsverfahrens und des CVD-Verfahrens (chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens) könnten jedoch auch verwendet werden.
Ferner wurde bestätigt, dass derselbe Effekt erreicht werden konnte, selbst wenn das piezoelektrische Element oder der piezoelektrische Film, in dem die piezoelektrische Zusammensetzung verwendet wurde, durch die Festphasenreaktion hergestellt wurde.
Die vorliegende Erfindung wurde durch Vorsehen der obigen Ausführungsformen und Beispiele beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen wurde nur der Fall, in dem nur die erste und die zweite Verbindung enthalten sind, beschrieben. Andere Verbindungen können jedoch auch darin enthalten sein.
Die piezoelektrische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auf den Gebieten des Aktuators, des Sensors oder des Resonators umfangreich verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Si-Substrat
2: Thermischer Oxidfilm
3: Ti-Haftschicht
4: Untere Elektrode
5: Piezoelektrischer Film
6: Obere Elektrode
10: Laminierter Körper
11: Piezoelektrische Schicht
12: Interne Elektrodenschicht
21: Anschlusselektrode
22: Anschlusselektrode

Claims

Piezoelektrische Zusammensetzung mit der Substanz, die durch die folgende Formel dargestellt wird, mit einer Struktur vom Perowskit-Typ als Hauptkomponente (Bi₍₀,_5x+y+z)Na_0,5x)_m(Ti_x+0,_5yMg_0,5yAl_z)O₃ wobei 0,01 ≤ x ≤ 0,5, 0,4 ≤ y ≤ 0,8, 0,1 ≤ z ≤ 0,6, 0,75 ≤ m ≤ 1,0 und x+y+z = 1.
Piezoelektrisches Element mit einer Elektrode zum Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Zusammensetzung nach Anspruch 1.