DE102014116980B4 - Dünnschichtiges piezoelektrisches Element, dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied, dünnschichtiger piezoelektrischer Sensor, Festplattenlaufwerk und Tintenstrahldrucker-Einrichtung - Google Patents

Dünnschichtiges piezoelektrisches Element, dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied, dünnschichtiger piezoelektrischer Sensor, Festplattenlaufwerk und Tintenstrahldrucker-Einrichtung Download PDF

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Abstract

Dünnschichtiges piezoelektrisches Element, umfassend ein Paar von Elektrodenschichten und eine piezoelektrische Dünnschicht, welche zwischen dem Paar von Elektrodenschichten eingebracht ist, wobei eine Flächenrauigkeit P-V einer Verbindungsfläche zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und wenigstens einer von dem Paar von Elektrodenschichten gleich 220 nm oder mehr und 500 nm oder weniger beträgt und wobei bei dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element eine Flächenrauigkeit Ra der Verbindungsfläche gleich 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger beträgt, und die Flächenrauigkeit Ra größer ist als eine mittlere Kristallkorngröße von Kristallkörnern, welche die piezoelektrische Dünnschicht bilden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element, welches ein dünnschichtiges piezoelektrisches Material umfasst, ein dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied und einen dünnschichtigen piezoelektrischen Sensor, welche jeweils das dünnschichtige piezoelektrische Element umfassen, und auf ein Festplattenlaufwerk und eine Tintenstrahldrucker-Einrichtung, welche jeweils das dünnschichtige piezoelektrische Stellglied umfassen.
  • Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren wurden Fortschritte bei der praktischen Verwendung von dünnschichtigen piezoelektrischen Elementen gemacht, welche dünnschichtige piezoelektrische Materialien anstelle von großen piezoelektrischen Materialien umfassen. Beispiele hierfür umfassen Kreiselsensoren, Drucksensoren, Pulswellensensoren, Stoßsensoren und Mikrofone, welche als piezoelektrische Sensoren dienen, indem sie einen piezoelektrischen Effekt nutzen, bei welchem eine Kraft, welche an eine piezoelektrische Dünnschicht angelegt wird, in eine Spannung umgewandelt wird; Kopf-Anordnungen für Festplattenlaufwerke und Tintenstrahldrucker-Köpfe, welche als piezoelektrische Stellglieder dienen, welche einen umgekehrten piezoelektrischen Effekt verwenden, bei dem eine piezoelektrische Dünnschicht durch das Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Dünnschicht verformt wird; und Lautsprecher, Summer und Resonatoren, welche ebenso den umgekehrten piezoelektrischen Effekt verwenden.
  • Durch Reduktion der Dicke von piezoelektrischen Materialien wird die Miniaturisierung von Elementen ermöglicht und das Anwendungsgebiet vergrößert. Ferner können viele Elemente gemeinsam auf einem Substrat hergestellt werden, wodurch die Massenproduktivität erhöht wird. Es gibt viele Vorteile hinsichtlich der Leistung, beispielsweise eine Verbesserung der Empfindlichkeit bei einem Sensor.
  • In dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht, die in einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element enthalten ist, eine vorbestimmte Kristallstruktur hat, werden zufriedenstellende piezoelektrische Eigenschaften bereitgestellt. Ferner wird durch eine Verbesserung in der Kristallinität eine weitere Verbesserung einer piezoelektrischen Konstante ermöglicht. Beispiele eines Verfahrens zum Verbessern der Kristallinität umfassen die Optimierung von Ablagerungsbedingungen von Ablagerungseinrichtungen, welche dazu ausgebildet sind, piezoelektrische Dünnschichten durch Sputtern, CVD usw. auszubilden; und ein Verfahren, bei welchem eine unterliegende Fläche, auf welcher eine piezoelektrische Dünnschicht ausgebildet werden soll, einer Behandlung unterworfen wird.
  • PTL1 lehrt, dass eine Reduktion der Flächenrauigkeit einer Fläche einer Elektrodenschicht, welche als eine Basisschicht einer piezoelektrischen Dünnschicht dient, die Kristallausrichtung der piezoelektrischen Dünnschicht während des Wachstums verbessert, um die piezoelektrischen Eigenschaften zu erhöhen.
  • PTL2 lehrt, dass eine piezoelektrische Dünnschicht, welche eine hohe Kristallinität hat, die zur Verbesserung einer piezoelektrischen Konstante optimal ist, durch Optimierung der Kristallkorngröße der piezoelektrischen Dünnschicht und der Rauigkeit der piezoelektrischen Dünnschicht selbst gebildet wird.
  • PTL3 lehrt, dass eine piezoelektrische Dünnschicht, welche eine verbesserte piezoelektrische Konstante und Widerstandsfähigkeit gegen einen dielektrischen Durchbruch hat, durch Unterdrücken eines P-V-Werts gebildet wird, welcher durch eine Hochpunkt-zu-Tiefpunkt-Differenz (peak value P - valley value V - Differenz) auf der gesamten Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht definiert ist.
  • PTL4 beschreibt einen piezoelektrischen Dünnfilm, wobei die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 1 bis 10 µm beträgt, die Kristallkorngröße des piezoelektrischen Dünnfilms 0,05 bis 1 µm beträgt und die Oberflächenrauheit (Rmax) des piezoelektrischen Dünnfilms 1 µm nicht übersteigt.
  • PTL5 offenbart eine piezoelektrische Vorrichtung, bei welcher die Kristallkörner auf mindestens den Seiten der piezoelektrischen Substanz, auf denen Elektroden ausgebildet sind, in einem solchen Zustand sind, dass der Prozentsatz der transgranular gebrochenen Kristallkörner 10% oder weniger beträgt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Wie in PTL1 beschrieben, gibt es ein Verfahren zum Reduzieren der Rauigkeit einer Fläche von einer Elektrodenschicht, welche als eine unterliegende Schicht einer piezoelektrischen Dünnschicht dient, als ein Verfahren zum Verbessern der piezoelektrischen Eigenschaften einer piezoelektrischen Dünnschicht.
  • Ferner wird die Auslenkungsamplitude eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements durch einen Kontaktbereich zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und einer hiermit in Kontakt stehenden Elektrodenschicht bestimmt. Somit ist es zweckdienlich, einen größeren Kontaktbereich zu haben.
  • Jedoch ist in dem Fall, dass die Größe der planaren Form oder der Schichtstruktur eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements begrenzt ist, die Größe der Auslenkungdes dünnschichtigen piezoelektrischen Elements durch die Beschränkungen der piezoelektrischen Eigenschaften von der piezoelektrischen Dünnschicht gemäß der zuvor genannten zwei Umstände begrenzt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor genannten Probleme geschaffen. Durch die vorliegende Erfindung wird es ermöglicht, die Auslenkungsamplitude des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements zu erhöhen, wobei die planare Form und der Schichtaufbau des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements unverändert bleiben.
  • Ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar von Elektrodenschichten und eine piezoelektrische Dünnschicht, welche zwischen das Paar von Elektrodenschichten eingebracht ist, wobei eine Flächenrauigkeit P-V einer Verbindungsfläche zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und wenigstens einer von dem Paar von Elektrodenschichten 220 nm oder mehr und 500 nm oder weniger beträgt und wobei bei dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element eine Flächenrauigkeit Ra der Verbindungsfläche gleich 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger beträgt, und die Flächenrauigkeit Ra größer ist als eine mittlere Kristallkorngröße von Kristallkörnern, welche die piezoelektrische Dünnschicht bilden. Hier bezieht sich die Flächenrauigkeit P-V auf einen Flächenrauigkeitswert P-V, welcher durch eine Differenz zwischen einer maximalen Höhe (Maximalwert P) und einer minimalen Höhe (Minimalwert V) auf einer Fläche definiert ist.
  • Die Flächenrauigkeit der Verbindungsfläche wird durch die mechanische oder chemische Behandlung beispielsweise einer Oberfläche einer Schicht bereitgestellt, welche als unterliegende Schicht vor der Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht und/oder den Elektrodenschichten vorgesehen ist. Der Flächenrauigkeitswert P-V der Verbindungsfläche wird während eines Produktionsstatusdurch ein Verfahren, welches im Folgenden beschrieben wird, nach der vollständigen Entfernung der piezoelektrischen Dünnschicht oder der Elektrodenschicht auf der Ziel-Verbindungsfläche gemessen.
  • Dieser Aufbau führt zu einem größeren realen Kontaktbereich (Kontaktregion) einer Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht, welche mit der Elektrodenschicht in Kontakt steht, als der scheinbare Bereich (projizierter Bereich). Somit stehen die piezoelektrische Dünnschicht und die Elektrodenschicht in einem größeren Bereich in Kontakt, so dass die Auslenkungsamplitude des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welche durch den Kontaktbereich bestimmt ist, vergrößert werden kann.
  • Eine Flächenrauigkeit P-V der Verbindungsfläche von mehr als 500 nm ruft eine Schwierigkeit beim Einhalten der Glätte der Kontaktfläche zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und der Elektrodenschicht als ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element hervor, wodurch Schwankungen in der Wachstumsrichtung jeder Schicht, die das dünnschichtige piezoelektrische Element bilden, hervorgerufen werden. Bei einer Flächenrauigkeit P-V der Verbindungsfläche von weniger als 220 nm wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht erzielt.
  • Wenn die Flächenrauigkeit der Verbindungsfläche durch Ra ausgedrückt wird, beträgt Ra 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger. Die Flächenrauigkeit Ra ist größer als eine mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, die die piezoelektrische Dünnschicht bilden. Hier beträgt die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, welche die piezoelektrische Dünnschicht des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements bilden, gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 90 nm oder mehr und 200 nm oder weniger.
  • Im Falle dieses Aufbaus kann die Kristallinität der piezoelektrischen Dünnschicht an der Verbindungsfläche, welche eine vorbestimmte Flächenrauigkeit hat, zufriedenstellend eingehalten werden, wodurch die Auslenkungsamplitude des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements erhöht wird. Hier wird die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner durch Vermessen eines Querschnitts der piezoelektrischen Dünnschicht bestimmt. Im Folgenden werden Details eines Messverfahrens beschrieben.
  • Eine Flächenrauigkeit Ra von weniger als 90 nm ruft ein Problem hervor, bei welchem eine Erhöhung des Kontaktbereichs zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und der Elektrodenschicht im Wesentlichen unverändert bleibt, so dass es schwierig ist, die Größe der Auslenkung des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements zu erhöhen.
  • Im Falle eines übermäßig hohen Wertes der Flächenrauigkeit Ra wachsen Kristalle der piezoelektrischen Dünnschicht divergent in beliebige Richtungen, wodurch der Ausrichtungsgrad der Kristalle reduziert wird, welcher für die piezoelektrischen Eigenschaften wichtig ist. Um die Auslenkungsamplitude des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements weiter zu verbessern, beträgt der Wert von Ra daher 220 nm oder weniger.
  • Der Grund dafür, dass die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, welche die piezoelektrische Dünnschicht bilden, vorzugsweise 90 nm oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt, liegt darin, dass die piezoelektrische Dünnschicht, welche eine einheitliche Kristallkorngröße hat, in dem zuvor genannten Bereich der Flächenrauigkeit Ra gezüchtet werden kann.
  • Das Maß, in dem Formen der Unregelmäßigkeiten der Kontaktfläche Verbesserungen der Auslenkungsamplitude beeinflussen, wird mit Erhöhung der Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht in dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element gemäß der vorliegenden Erfindung verringert. Somit hat die piezoelektrische Dünnschicht vorzugsweise eine Dicke von 3000 nm oder weniger. Im Falle geringer Dicke treten ein Kriechstrom und eine Reduktion der Spannungsfestigkeit aufgrund feiner Löcher oder eines fehlerhaften Schichtwachstums auf. Somit hat die piezoelektrische Dünnschicht vorzugsweise eine Dicke von 220 nm oder mehr.
  • Die vorliegende Erfindung ist geeignet für ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element, welches basierend auf piezoelektrischen Eigenschaften mechanisch ausgelenkt wird, und dessen Größe aufgrund seiner planaren Form oder seines Schichtaufbaus begrenzt ist. Ferner ist die vorliegende Erfindung nützlich bei einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element, welches eine piezoelektrische Dünnschicht auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat umfasst, welches sogar bei einer kleinen Kristallkorngröße zufriedenstellende piezoelektrische Eigenschaften hat.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element, welches eine spezifische Form hat, eine größere Auslenkung gewährleisten. Ferner ist es möglich, die Leistungsfähigkeit eines dünnschichtigen piezoelektrischen Sensors und eines dünnschichtigen piezoelektrischen Stellglieds, welche das Element umfassen, und eines Festplattenlaufwerks und eines Tintenstrahldruckers, welche diese umfassen, zu verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Aufbauschaubild eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Aufbauschaubild eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3A und 3B sind Aufbauschaubilder dünnschichtiger piezoelektrischer Stellglieder gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 4A bis 4D sind Aufbauschaubilder dünnschichtiger piezoelektrischer Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist ein Aufbauschaubild eines Festplattenlaufwerks gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist ein Aufbauschaubild einer Tintenstrahldrucker-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • Es werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • (Dünnschichtiges piezoelektrisches Element)
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 stellt den Aufbau eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements 10 gemäß dieser Ausführungsform dar.
  • Als ein Substrat 1 kann beispielsweise ein Einkristall-Silizium-Substrat, ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Substrat, ein Quarzglas-Substrat, ein Verbindungs-Halbleiter-Substrat, welches GaAs oder dergleichen umfasst, ein Saphir-Substrat, ein Metall-Substrat, welches rostfreien Stahl oder dergleichen umfasst, ein MgO-Substrat oder ein SrTiO3-Substrat verwendet werden. Es ist angesichts der Kosten des Substrats und der Prozess-Handhabbarkeit insbesondere ein Einkristall-Silizium-Substrat bevorzugt. Das Substrat 1 hat für gewöhnlich eine Dicke von 10 bis 1000 µm.
  • Es wird eine untere Elektrodenschicht 2 auf dem Substrat 1 ausgebildet. Als ein Material für die untere Elektrodenschicht 2 ist Pt (Platin) oder Rh (Rhodium) bevorzugt. Ein Verfahren zum Ausbilden der unteren Elektrodenschicht 2 ist ein Dampfablagerungsverfahren oder ein Sputterverfahren. Die untere Elektrodenschicht 2 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 und 1000 nm.
  • Die obere Fläche der unteren Elektrodenschicht 2 wird einer Flächenbehandlung zum Aufrauen der oberen Fläche oder zum Ausbilden eines unebenen Zustandes der oberen Fläche auf eine solche Art und Weise unterworfen, dass die Flächenrauigkeit P-V 220 nm oder mehr und 500 nm oder weniger beträgt. Beispiele eines Behandlungsverfahrens umfassen Nassätzverfahren mit chemischen Lösungen, Trockenätzverfahren durch Plasmabehandlung und mechanische Polierverfahren, wie beispielsweise Läppen und Polieren. Die aus der Behandlung resultierende Oberfläche hat vorzugsweise eine Flächenrauigkeit Ra von 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger. Diese Flächenbehandlung erhöht wirkend den wesentlichen Flächenbereich von der unteren Elektrodenschicht auf das ungefähr 2,5-Fache bis ungefähr 4-Fache des Flächenbereichs der unteren Elektrodenschicht, welche nicht der Flächenbehandlung unterworfen ist.
  • Es wird eine piezoelektrische Dünnschicht 3 auf der flächenbehandelten unteren Elektrodenschicht 2 ausgebildet. Die piezoelektrische Dünnschicht 3 hat eine Perowskitstruktur. Bezüglich eines Ausbildungsverfahrens hierzu, wird die Schicht durch ein Sputterverfahren unter einer Atmosphäre aus einer Mischung aus Argongas und Sauerstoffgas mit einer Hochfrequenz-Leistungsversorgung ausgebildet. Ihre Dicke ist nicht insbesondere begrenzt und beträgt vorzugsweise 220 nm oder mehr und 3000 nm oder weniger.
  • Wie zuvor beschrieben, ist als piezoelektrische Dünnschicht 3, welche eine Perowskitstruktur hat, eine bleifreie piezoelektrische Dünnschicht auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat bevorzugt. Durch Hinzufügung eines Zusatzelements, beispielsweise Li (Lithium), Ba (Barium), Sr (Strontium), Ta (Tantal), Zr (Zirkon) oder Mn (Mangan), zu der piezoelektrischen Dünnschicht 3 auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat, weist die piezoelektrische Dünnschicht 3, ebenso in dem Fall, bei welchem die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, welche die piezoelektrische Dünnschicht 3 bilden, 90 nm oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt, zufriedenstellende piezoelektrische Eigenschaften auf.
  • Die zuvor genannte Flächenrauigkeit Ra ist vorzugsweise größer als die mittlere Kristallkorngröße der Kristallkörner, welche die piezoelektrische Dünnschicht 3 bilden.
  • Die obere Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 wird einer derartigen Flächenbehandlung unterworfen, dass sie die gleiche Flächenrauigkeit wie die obere Fläche der unteren Elektrodenschicht 2 hat.
  • Es wird eine obere Elektrodenschicht 4 auf der flächenbehandelten piezoelektrischen Dünnschicht 3 ausgebildet. Ein Material für die obere Elektrodenschicht 4 ist vorzugsweise Pt oder Rh, gleich der unteren Elektrodenschicht 2. Die obere Elektrodenschicht 4 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 und 1000 nm.
  • Der resultierende Stapel, welcher die piezoelektrische Dünnschicht 3 umfasst, wird durch Fotolithografie, ein Trockenätzverfahren und ein Nassätzverfahren gemustert, um 25 mm x 5 mm Bereiche auszubilden. Das Substrat 1 wird in Stücke der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 geschnitten.
  • Durch ein Entfernen des Substrats 1 von dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element 10 kann ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element hergestellt werden, welches nur einen Stapel umfasst. Nachdem der Stapel gemustert ist, kann eine Schutzschicht, welche beispielsweise Polyimid umfasst, ausgebildet werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • In dem Fall, bei welchem bei der Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 das Hauptaugenmerk auf einem qualitativ hochwertigen Kristallwachstum liegt, ist die folgende Ausführungsform ebenso bevorzugt. 2 stellt ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element 10' gemäß dieser Ausführungsform dar.
  • Gleich der ersten Ausführungsform, können als das Substrat 1 beispielsweise ein Einkristall-Silizium-Substrat, ein Silizium-auf-lsolator-(SOI)-Substrat, ein Quarzglas-Substrat, ein Verbindungs-Halbleiter-Substrat, welches GaAs oder dergleichen umfasst, ein Saphir-Substrat, ein Metall-Substrat, welches rostfreien Stahl oder dergleichen umfasst, ein MgO-Substrat oder ein SrTiO3-Substrat verwendet werden. Insbesondere ist angesichts der Kosten des Substrats und der Prozess-Handhabbarkeit ein Einkristall-Silizium-Substrat bevorzugt. Das Substrat 1 hat für gewöhnlich eine Dicke von 10 bis 1000 µm.
  • Die untere Elektrodenschicht 2 wird auf dem Substrat 1 ausgebildet. Als Material für die untere Elektrodenschicht 2 ist Pt (Platin) oder Rh (Rhodium) bevorzugt. Ein Verfahren zum Ausbilden der unteren Elektrodenschicht 2 ist ein Dampfablagerungsverfahren oder ein Sputterverfahren. Die untere Elektrodenschicht 2 hat vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 1000 nm.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 wird auf der unteren Elektrodenschicht 2 ausgebildet, ohne dass die obere Fläche der unteren Elektrodenschicht 2 einer Flächenbehandlung unterworfen wird. Der Aufbau, die Zusammensetzung, usw. der piezoelektrischen Dünnschicht 3 sind gleich denen der ersten Ausführungsform.
  • Die obere Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 wird einer Flächenbehandlung zum Aufrauen der oberen Fläche oder zum Ausbilden eines unebenen Zustands der oberen Fläche auf eine solche Art und Weise unterworfen, dass die Flächenrauigkeit P-V gleich 220 nm oder mehr und 500 nm oder weniger beträgt. Beispiele eines Verfahrens der Behandlung umfassen Nassätzverfahren mit chemischen Lösungen, Trockenätzverfahren durch Plasmabehandlung und mechanische Polierverfahren, wie beispielsweise Läppen und Polieren. Die resultierende behandelte Fläche hat vorzugsweise eine Flächenrauigkeit Ra von 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger.
  • Die obere Elektrodenschicht 4 wird auf der piezoelektrischen Dünnschicht 3 ausgebildet. Ein Material der oberen Elektrodenschicht 4 ist vorzugsweise Pt oder Rh, gleich der unteren Elektrodenschicht 2. Ein Verfahren zum Ausbilden der oberen Elektrodenschicht 4 ist ebenso ein Dampfablagerungsverfahren oder ein Sputterverfahren. Die obere Elektrodenschicht 4 hat vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 1000 nm.
  • Der resultierende Stapel, welcher die piezoelektrische Dünnschicht 3 umfasst, wird durch Fotolithografie, ein Trockenätzverfahren und ein Nassätzverfahren gemustert, um 25 mm x 5 mm Bereiche auszubilden. Das Substrat 1 wird zu Stücken der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10' geschnitten.
  • Durch das Entfernen des Substrats 1 von dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element 10' kann ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element hergestellt werden, welches nur einen Stapel umfasst. Nachdem der Stapel gemustert ist, kann eine Schutzschicht, welche beispielsweise Polyimid umfasst, ausgebildet werden.
  • Nach dem Entfernen des Substrats 1 kann die untere Elektrodenschicht 2 entfernt werden, die untere Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 kann einer Flächenbehandlung unterworfen werden, so dass sie die gleiche Flächenrauigkeit hat wie die obere Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3, um die untere Fläche aufzurauen oder um einen unebenen Zustand der unteren Fläche auszubilden, und dann kann abermals eine untere Elektrodenschicht auf der unteren Fläche ausgebildet werden.
  • (Verfahren zur Bewertung des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements)
  • Im Folgenden werden Verfahren zum Bewerten der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10' gemäß der Ausführungsformen beschrieben.
  • Berechnung der Flächenrauigkeit P-V
  • Bei jedem der Herstellungsprozesse für die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10' werden nach der Flächenbehandlung, welche der Ausbildung der unteren Elektrodenschicht 2 nachfolgt, und nach der Flächenbehandlung, welche der Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 nachfolgt, eine maximale Höhe (Maximalwert P) und eine minimale Höhe (Minimalwert V) auf der oberen Fläche der unteren Elektrodenschicht 2 oder der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit einem Profilometer gemessen. Die Länge der Messung beträgt vorzugsweise 15 bis 18 mm in der Längsrichtung eines Abschnitts, welcher sich in der Mitte in der Breitenrichtung von sowohl der unteren Elektrodenschicht 2 als auch der piezoelektrischen Dünnschicht 3 befindet.
  • (ii) Berechnung der Flächenrauigkeit Ra
  • Bei jedem der Herstellungsprozesse für die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10' wird nach der Flächenbehandlung, welche der Ausbildung der unteren Elektrodenschicht 2 nachfolgt, und nach der Flächenbehandlung, welche der Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 3 nachfolgt, ein Oberflächenzustand eines frei ausgewählten Abschnitts mit einen Rasterkraftmikroskop (AFM) aufgenommen, um die Flächenrauigkeit Ra zu berechnen. Der Beobachtungsbereich beträgt vorzugsweise 5 bis 10 µm.
  • (iii) Messung der Auslenkungsamplitude
  • Die Auslenkung von jedem der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10' an ihren Endabschnitten wird durch ein Laser-Doppler-Schwingungsmessgerät und ein Oszilloskop gemessen, während eine Spannung von 3 VP-P oder 20 VP-P bei 700 Hz zwischen der unteren und oberen Elektrodenschicht 2 und 4 von jedem der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10' angelegt wird.
  • (iv) Messung der mittleren Kristallkorngröße der piezoelektrischen Dünnschicht
  • Nachdem die piezoelektrische Dünnschicht 3 oder die obere Elektrodenschicht 4 ausgebildet ist, wird der resultierende Stapel in der Dickenrichtung von der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durch Maschinenbearbeitung oder FIB geschnitten. Der geschnittene Abschnitt wird mit SEM oder TEM vermessen. Hier ist, wenn die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 3 T beträgt, und die Breite eines Beobachtungsbereiches W beträgt, W = T. Es wird ein T × W Bereich beobachtet. Als Nächstes werden äquivalente Kreisdurchmesser von Kristallkörnern, welche die piezoelektrische Dünnschicht 3 bilden, im Beobachtungsbereich bestimmt. Der gewichtete Mittelwert wird als eine mittlere Korngröße der piezoelektrischen Dünnschicht 3 definiert. Die mittlere Kristallkorngröße der piezoelektrischen Dünnschicht 3 in einem Produkt kann ebenso auf eine ähnliche Art und Weise bestimmt werden.
  • (Dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied)
  • 3A ist ein Aufbau-Schaubild einer Kopf-Anordnung, welche in einem Festplattenlaufwerk (im Folgenden ebenfalls als „HDD“ bezeichnet) verbaut ist, als ein Beispiel für ein dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied, welches das dünnschichtige piezoelektrische Element umfasst. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst eine Kopf-Anordnung 200 als Hauptbestandteile eine Basisplatte 9, einen Lastausleger 11, ein Biegeelement 17, ein erstes und zweites dünnschichtiges piezoelektrisches Element 13, welche als Antriebselemente dienen, und einen Schleifer 19, welcher mit einem Kopfelement 19a bestückt ist.
  • Der Lastausleger 11 umfasst einen Basisendabschnitt 11b, welcher beispielsweise durch Strahlschweißen an der Basisplatte 9 angebracht ist; eine erste und zweite Blattfeder 11c und 11d, welche sich in einer konisch zulaufenden Form vom Basisendabschnitt 11b erstrecken; eine Öffnung 11e, welche zwischen der ersten und zweiten Blattfeder 11c und 11d ausgebildet ist; und einen Haupt-Auslegerabschnitt llf, welcher mit der ersten und zweiten Blattfeder 11c und 11d einstückig ist, und welcher sich linear in der konisch zulaufenden Form erstreckt.
  • Das erste und zweite dünnschichtige piezoelektrische Element 13 sind auf einer flexiblen Verdrahtungsplatine 15, welche ein Teil des Biegeelements 17 ist, mit einem vorbestimmten Abstand zwischen ihnen angeordnet. Der Schleifer 19 ist an der Spitze des Biegeelements 17 angebracht, und führt eine Drehbewegung durch, wenn sich das erste und zweite dünnschichtige piezoelektrische Element 13 ausdehnen und zusammenziehen.
  • Sowohl das erste als auch das zweite dünnschichtige piezoelektrische Element 13 umfassen eine obere Elektrodenschicht, eine untere Elektrodenschicht und eine piezoelektrische Dünnschicht, welche sich zwischen der oberen und unteren Elektrodenschicht befindet. In dem Fall dass eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, ist es möglich, eine ausreichend große Auslenkung zu erzielen.
  • 3B ist ein Aufbau-Schaubild eines dünnschichtigen piezoelektrischen Stellglieds eines Tintenstrahldrucker-Kopfs als ein weiteres Beispiel des dünnschichtigen piezoelektrischen Stellglieds, welches das dünnschichtige piezoelektrische Element umfasst.
  • Ein dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied 300 umfasst eine Isolierschicht 23, eine untere Elektrodenschicht 24, eine piezoelektrische Dünnschicht 25 und eine obere Elektrodenschicht 26, welche auf einer Basis 20 gestapelt sind.
  • In einem Fall, bei welchem kein vorbestimmtes Ausstoßsignal zugeführt wird, und bei welchem keine Spannung zwischen der unteren Elektrodenschicht 24 und der oberen Elektrodenschicht 26 angelegt wird, wird die piezoelektrische Dünnschicht 25 nicht verformt. Ein Druck in einer Druckkammer 21, welche mit einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element versehen ist, welchem kein Ausstoßsignal zugeführt wird, verbleibt unverändert, so dass kein Tintentröpfchen aus einer Düse 27 ausgestoßen wird.
  • In einem Fall, bei welchem ein vorbestimmtes Ausstoßsignal zugeführt wird, und bei welchem eine festgelegte Spannung zwischen der unteren Elektrodenschicht 24 und der oberen Elektrodenschicht 26 angelegt wird, wird die piezoelektrische Dünnschicht 25 verformt. In der Druckkammer 21, welche mit dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element versehen ist, welchem das Ausstoßsignal zugeführt wird, wird die Isolierschicht 23 stark verbogen. Somit wird der Druck in der Druckkammer 21 augenblicklich erhöht, wodurch ein Tintentröpfchen aus der Düse 27 ausgestoßen wird.
  • Hier ist es in dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, möglich, eine ausreichend große Auslenkung zu erzielen.
  • (Dünnschichtiger piezoelektrischer Sensor)
  • 4A ist ein Aufbau-Schaubild (Draufsicht) eines Kreiselsensors als ein Beispiel eines dünnschichtigen piezoelektrischen Sensors, welcher das dünnschichtige piezoelektrische Element umfasst. 4B ist eine Schnittansicht, welche entlang einer Linie A-A in 4A genommen ist.
  • Ein Kreiselsensor 400 ist ein stimmgabelartiges Winkelgeschwindigkeits-Erfassungselement, welches einen Basisabschnitt 110 und zwei Ausleger 120 und 130 umfasst, welche mit einer Fläche des Basisabschnitts 110 verbunden sind. Der Kreiselsensor 400 ist mittels Mikroherstellung auseiner piezoelektrischen Dünnschicht 30, einer oberen Elektrodenschicht 31 und einer unteren Elektrodenschicht 32, welche das dünnschichtige piezoelektrische Element ausbilden, in Form eines stimmgabelartigen Resonators hergestellt. Die Bauteile (der Basisabschnitt 110 und die Ausleger 120 und 130) sind einstückig zu einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element ausgebildet.
  • Es werden Antriebs-Elektrodenschichten 31a und 31b und eine Erfassungs-Elektrodenschicht 31d auf einer ersten Hauptfläche eines Auslegers 120 ausgebildet. Ähnlich werden die Antriebs-Elektrodenschichten 31a und 31b und eine Erfassungs-Elektrodenschicht 31c auf einer ersten Fläche des weiteren Auslegers 130 ausgebildet. Diese Elektrodenschichten 31a, 31b, 31c und 31d werden durch Ätzen der oberen Elektrodenschicht 31 zu einer vorbestimmten Elektrodenform ausgebildet.
  • Die untere Elektrodenschicht 32 wird gänzlich auf einer zweiten Hauptfläche (eine Hauptfläche, welche der ersten Hauptfläche gegenüberliegt) von sowohl dem Basisabschnitt 110 als auch den Auslegern 120 und 130 ausgebildet, und fungiert als eine Massenelektrode des Kreiselsensors 400.
  • Hier wird ein rechtwinkliges Koordinatensystem X Y Z definiert, indem die Längsrichtung von jedem der Ausleger 120 und 130 als Z-Richtung angenommen wird, und eine Ebene, welche die Hauptflächen der zwei Ausleger 120 und 130 umfasst, als X Z-Ebene angenommen wird,.
  • Wenn den Antriebs-Elektrodenschichten 31a und 31b ein Antriebssignal zugeführt wird, werden die zwei Ausleger 120 und 130 in einer In-Ebene-Vibrationsmode angeregt. Die In-Ebene-Vibrationsmode bezeichnet eine Vibrationsmode, bei der die zwei Ausleger 120 und 130 in einer Richtung parallel zu den Hauptflächen der zwei Ausleger 120 und 130 schwingen. Wenn beispielsweise der eine Ausleger 120 in einer -X-Richtung mit einer Geschwindigkeit V1 angeregt wird, wird der andere Ausleger 130 in einer +X-Richtung mit einer Geschwindigkeit V2 angeregt.
  • In dem Fall, bei welchem der Kreiselsensor 400 in diesem Zustand mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um die Z-Achse als Drehachse gedreht wird, wirkt die Corioliskraft auf jeden der Ausleger 120 und 130 in einer Richtung senkrecht zur Vibrationsrichtung, so dass sie damit beginnen, in eine Außer-Ebene-Vibrationsmode angeregt zu werden. Die Außer-Ebene-Vibrationsmode bezeichnet eine Vibrationsmode, bei der die zwei Ausleger 120 und 130 in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der zwei Ausleger 120 und 130 vibrieren. Wenn beispielsweise die Corioliskraft F1 auf den einen Ausleger 120 in einer -Y-Richtung wirkt, wirkt die Corioliskraft F2 auf den weiteren Ausleger 130 in einer +Y-Richtung.
  • Die Größe der Corioliskräfte F1 und F2 ist proportional zur Winkelgeschwindigkeit ω. Somit werden die mechanischen Verformungen der Ausleger 120 und 130 aufgrund der Corioliskräfte F1 und F2 durch die piezoelektrische Dünnschicht 30 in elektrische Signale (Erfassungssignale) umgewandelt. Die elektrischen Signale können von den Erfassungs-Elektrodenschichten 31c und 31d abgenommen werden, um die Winkelgeschwindigkeit ω zu bestimmen.
  • In dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, ist es möglich, eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit zu erzielen.
  • 4C ist ein Aufbau-Schaubild eines Drucksensors als ein zweites Beispiel für den dünnschichtigen piezoelektrischen Sensor, welcher das dünnschichtige piezoelektrische Element umfasst.
  • Ein Drucksensor 500 umfasst einen Hohlraum 45, welcher dazu ausgebildet ist, entsprechend zu reagieren, wenn er einem Druck ausgesetzt ist; einen Träger 44, der ein dünnschichtiges piezoelektrisches Element 40 trägt; einen Stromverstärker 46 und eine Spannungs-Messvorrichtung 47. Das dünnschichtige piezoelektrische Element 40 umfasst eine gemeinsame Elektrodenschicht 41, eine piezoelektrische Dünnschicht 42 und eine individuelle Elektrodenschicht 43, welche in dieser Reihenfolge auf dem Träger 44 gestapelt sind. Wenn hier eine externe Kraft angelegt wird, wird das dünnschichtige piezoelektrische Element 40 gebogen, so dass durch die Spannungs-Messvorrichtung 47 eine Spannung erfasst wird.
  • In dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, ist es möglich, eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit zu erzielen.
  • 4D ist eine Aufbau-Ansicht eines Pulswellensensors als ein drittes Beispiel für den dünnschichtigen piezoelektrischen Sensor, welcher das dünnschichtige piezoelektrische Element umfasst.
  • Ein Pulswellensensor 600 beinhaltet ein übertragendes dünnschichtiges piezoelektrisches Element und ein empfangendes dünnschichtiges piezoelektrisches Element auf einem Substrat 51. Hier sind im übertragenden dünnschichtigen piezoelektrischen Element Elektrodenschichten 54a und 55a auf Flächen einer übertragenden piezoelektrischen Dünnschicht 52 in der Dickenrichtung ausgebildet. Im empfangenden dünnschichtigen piezoelektrischen Element sind Elektrodenschichten 54b und 55b auf Flächen einer empfangenden piezoelektrischen Dünnschicht 53 in der Dickenrichtung ausgebildet. Es sind Elektroden 56 und obere Flächenelektroden 57 auf dem Substrat 51 ausgebildet. Jede der Elektrodenschichten 54a und 54b ist mittels einer Verdrahtung 58 elektrisch mit den jeweiligen oberen Flächenelektroden 57 verbunden.
  • Um die Pulswelle eines lebenden Körpers zu erfassen, wird die Rückfläche des Substrats von dem Impulswellensensor 600 (eine Fläche, auf welcher das dünnschichtige piezoelektrische Element nicht angebracht ist) mit dem lebenden Körper in Kontakt gebracht. Es wird ein spezifisches Antriebs-Spannungssignal zum Zeitpunkt der Erfassung der Pulswelle an die Elektrodenschichten 54a und 55a des übertragenden dünnschichtigen piezoelektrischen Elements gesendet. Das übertragende dünnschichtige piezoelektrische Element wird in Antwort auf das Antriebs-Spannungssignal, welches an die Elektrodenschichten 54a und 55a gesendet wird, angeregt, um Ultraschall zu erzeugen und den Ultraschall in den lebenden Körper zu übertragen. Der in den lebenden Körper übertragende Ultraschall wird von einem Blutfluss reflektiert und von dem empfangenden dünnschichtigen piezoelektrischen Element empfangen. Das empfangende dünnschichtige piezoelektrische Element wandelt den empfangenen Ultraschall in ein Spannungssignal um und überträgt das Signal von den Elektrodenschichten 54b und 55b.
  • In dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als jede der piezoelektrischen Dünnschichten verwendet wird, ist es möglich, eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit zu erzielen.
  • (Festplattenlaufwerk)
  • 5 ist ein Aufbau-Schaubild eines Festplattenlaufwerks, bei welchem die in 3A dargestellte Kopf-Anordnung eingebaut ist.
  • Ein Festplattenlaufwerk 700 ist mit einer Festplatte 61 als ein Aufzeichnungsmedium und einer Kopf-Stapelanordnung 62, welche dazu ausgebildet ist, eine magnetische Information aufzuzeichnen und wiederzugeben, in einem Gehäuse 60 bereitgestellt. Die Festplatte 61 wird durch einen nicht dargestellten Motor gedreht.
  • Die Kopf-Stapelanordnung 62 ist ein Bauteil, bei welchem eine Mehrzahl von Anordnungen, welche jeweils einen Stellglied-Ausleger 64, welcher durch einen Schwingspulenmotor 63 schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert ist, und eine Kopf-Anordnung 65, welche mit dem Stellglied-Ausleger 64 verbunden ist, umfassen, in der Tiefenrichtung gestapelt sind. Der Schleifer 19 ist an der Spitze der Kopf-Anordnung 65 derart angebracht, dass er der Festplatte 61 gegenüberliegt (siehe 3A).
  • Bei der Kopf-Anordnung 65 (200) wird ein Verfahren zum Bewegen des Kopfelements 19a (siehe 3A) in zwei Modi verwendet. Eine relativ große Bewegung des Kopfelements 19a wird durch Antreiben der gesamten Kopf-Anordnung 65 und des Stellglied-Auslegers 64 durch den Schwingspulenmotor 63 gesteuert. Eine feine Bewegung wird durch Antreiben des Schleifers 19 an der Spitze der Kopf-Anordnung 65 gesteuert.
  • Bei dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element, welches bei der Kopf-Anordnung 65 verwendet wird, ist es, in dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht von einem dünnschichtigen piezoelektrischen Element, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, möglich, eine ausreichende Zugriffsmöglichkeit zu erzielen.
  • (Tintenstrahldrucker-Einrichtung)
  • 6 ist ein Aufbau-Schaubild von einer Tintenstrahldrucker-Einrichtung, bei welcher der in 3B dargestellte Tintenstrahldrucker-Kopf verbaut ist.
  • Eine Tintenstrahldrucker-Einrichtung 800 umfasst hauptsächlich einen Tintenstrahldrucker-Kopf 70, einen Hauptkörper 71, eine Ablage 72 und einen Kopf-Antriebsmechanismus 73. Der Tintenstrahldrucker-Kopf 70 ist mit dem dünnschichtigen piezoelektrischen Stellglied 300 bestückt.
  • Die Tintenstrahldrucker-Einrichtung 800 ist mit Tintenpatronen in insgesamt vier Farben, nämlich Gelb, Magenta, Zyan und Schwarz, versehen, und ist dazu ausgebildet, einen Vollfarbendruck zu liefern. Die Tintenstrahldrucker-Einrichtung 800 umfasst darin eine spezielle Steuerplatine, usw. Die Steuerplatine steuert den Tintenausstoß-Zeitpunkt des Tintenstrahldrucker-Kopfs 70 und das Abtasten des Kopf-Antriebsmechanismus 73. Der Hauptkörper 71 ist mit der Ablage 72 an einer Rückplatte und einer automatischen Blattzufuhr (automatischer durchgängiger Dokumentenzufuhr-Mechanismus) 76 daran versehen. Die automatische Blattzufuhr 76 führt automatisch Aufzeichnungspapier 75 zu und führt das Aufzeichnungspapier 75 von einem vorderen Ausgang 74 zu.
  • Bezugnehmend auf das dünnschichtige piezoelektrische Element, welches für das dünnschichtige piezoelektrische Stellglied von dem Tintenstrahldrucker-Kopf 70 verwendet wird, ist es, in dem Fall, bei welchem eine piezoelektrische Dünnschicht eines dünnschichtigen piezoelektrischen Elements, welches gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Auslenkungsamplitude aufweist, als die piezoelektrische Dünnschicht verwendet wird, möglich, eine sehr sichere Tintenstrahldrucker-Einrichtung bereitzustellen.
  • BEISPIELE
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Folgenden basierend auf Beispielen und Vergleichsbeispielen spezifischer beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese im Folgenden beschriebenen Beispiele beschränkt.
  • (BEISPIEL 1)
  • Ein Silizium (100) Substrat 1mit einer Dicke von 400 µm wurde auf 400 °C erwärmt. Es wurde Pt durch ein Sputterverfahren auf das Silizium-Substrat 1 epitaktisch aufgewachsen, um eine 200 nm dicke Pt-Schicht, welche als die untere Elektrodenschicht 2 dient, auf eine solche Art und Weise auszubilden, dass die Pt-Schicht zur Ebene des Silizium-Substrats 1 ausgerichtet ist. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Die untere Elektrodenschicht 2 wurde mit Argongas bei einem Gasdruck von 0,5 Pa durch Sputtern geätzt. Als eine für die Anwendung verwendete Leistungsversorgung wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 600 W und wurde an einem Bereich mit einem Durchmesser von 76 mm angelegt. Eine Behandlungszeit betrug 60 Sekunden. Dann wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • Das Silizium-Substrat 1 wurde auf 550 °C erwärmt. Es wurde Kalium-Natrium-Niobat (KNN) durch ein Sputterverfahren mit einer Argon-Sauerstoff-(Ar + O2)-Gasmischung, welche eine Sauerstoff-(O2)-Konzentration von 5 % hat, bei einem Gasdruck von 0,2 Pa epitaktisch aufgewachsen, um eine 2000 nm dicke Schicht auszubilden, welche als die piezoelektrische Dünnschicht 3 dient. Als eine für die Anwendung zu verwendende Leistungsversorgung wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Es wurde ein Sputtertarget mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 800 W. Die Zusammensetzung des verwendeten Sputtertargets war wie folgt: (K0,5Na0,5)NbO3.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 wurde unter den gleichen Bedingungen wie die untere Elektrodenschicht 2 durch Sputtern geätzt.
  • Die mittlere Kristallkorngröße der piezoelektrischen Dünnschicht 3, welche durch das zuvor genannte Verfahren ausgebildet wurde, wurde durch Aufnahme mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) bestimmt, und zu ungefähr 180 nm bestimmt.
  • Es wurde eine Pt-Schicht mit einer Dicke von 200 nm durch ein Sputterverfahren bei Raumtemperatur als obere Elektrodenschicht 4 ausgebildet. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Nach der Ausbildung der oberen Elektrodenschicht 4 wurden die piezoelektrische Dünnschicht 3, die untere Elektrodenschicht 2 und die obere Elektrodenschicht 4 durch Fotolithografie, Trockenätzen und Nassätzen gemustert. Ferner wurde das Substrat 1 geschnitten, um die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 auszubilden, welche jeweils einen bewegbaren Abschnitt mit einer Größe von 25 mm × 5 mm gemäß BEISPIEL 1 haben.
  • (BEISPIEL 2)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 2 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei dem Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit Argongas die Ausgangsleistung der hochfrequenten Leistungsversorgung 800 W betrug und die Behandlungszeit 120 Sekunden betrug. Im Verlauf der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 3)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 3 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei dem Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit Argongas die Ausgangsleistung der hochfrequenten Leistungsversorgung 1200 W betrug und die Behandlungszeit 180 Sekunden betrug. Im Verlauf der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 4)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 4 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei dem Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit Argongas die Ausgangsleistung der hochfrequenten Leistungsversorgung 750 W betrug und die Behandlungszeit 90 Sekunden betrug. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 5)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 5 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 3, welche durch das Sputterverfahren epitaktisch gewachsen wurde, 4000 nm betrug. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 6)
  • Zur Flächenbehandlung der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 wurde ein mechanisches Polieren mit Aluminiumoxid-Scheuerkörnern mit einer Korngröße von 5 µm bei einem Druck von 0,8 MPa durchgeführt. In diesem Fall betrug die Drehzahl des Substrats 200 rpm und die Behandlungszeit 120 Sekunden. Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 6 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit Ausnahme dieser Flächenbehandlung. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet. Es ist offensichtlich, dass anstelle der Aluminiumoxid-Scheuerkörner, welche in diesem Beispiel zum mechanischen Polieren verwendet wurden, jegliche andere Scheuerkörner verwendet werden können.
  • (BEISPIEL 7)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 7 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass bei dem mechanischen Polieren der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 die Flächenbehandlung durch mechanisches Polieren mit Aluminiumoxid-Scheuerkörnern, welche eine Korngröße von 10 µm haben, bei einem Druck von 1,2 MPa durchgeführt wurde. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 8)
  • Gleich dem BEISPIEL 1 wurde die untere Elektrodenschicht 2 auf dem Silizium-Substrat 1 ausgebildet. Dann wurde das Silizium-Substrat 1, welches mit der unteren Elektrodenschicht 2 versehen ist, für 90 Minuten in eine wässrige Mischung aus Salpetersäure (HNO3) und Chlorwasserstoffsäure (HCI) eingetaucht, um ein Nassätzen einer Oberfläche der unteren Elektrodenschicht 2 durchzuführen. Ein hier verwendetes Ätzmittel war eine Mischung aus einer 60-%-HNO3-Lösung und einer 35-%-HCI-Lösung in einem Verhältnis von 1:3. Dann wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • Das Silizium-Substrat 1 wurde auf 550 °C erwärmt. Es wurde Kalium-Natrium-Niobat (KNN) durch ein Sputterverfahren mit einer Argon-Sauerstoff-(Ar + O2)-Gasmischung mit einer Sauerstoff-(O2)-Konzentration von 5 % bei einem Gasdruck von 0,2 Pa epitaktisch aufgewachsen, um eine 2000 nm dicke Schicht auszubilden, welche als die piezoelektrische Dünnschicht 3 dient. Als eine Leistungsversorgung, welche für diese Anwendung verwendet wird, wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Es wurde ein Target mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 800 W. Die Zusammensetzung des verwendeten Sputtertagets war gleich jener in BEISPIEL 1.
  • Die untere Elektrodenschicht 2 aus Silizium, welche mit der piezoelektrischen Dünnschicht 3 versehen ist, wurde 100 Minuten lang in eine wässrige Mischung aus Salpetersäure (HNO3) und Fluorwasserstoffsäure (HF) eingetaucht, um ein Nassätzen einer Fläche der piezoelektrischen Dünnschicht 3 durchzuführen. Ein hier verwendetes Ätzmittel war eine Mischung aus einer 60-%-HNO3-Lösung und einer 50-%-HF-Lösung in einem Verhältnis von 1:1. Es ist offensichtlich, dass, abhängig von einem Zielobjekt, ein jegliches weiteres Ätzmittel anstelle des Ätzmittels verwendet werden kann, welches in diesem Beispiel beim Nassätzen verwendet wurde.
  • Eine Pt-Schicht mit einer Dicke von 200 nm wurde durch ein Sputterverfahren bei Raumtemperatur als obere Elektrodenschicht 4 ausgebildet, um das dünnschichtige piezoelektrische Element 10 zu vollenden. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Nach dem Ausbilden der oberen Elektrodenschicht 4 wurden die piezoelektrische Dünnschicht 3, die untere Elektrodenschicht 2 und die obere Elektrodenschicht 4 durch Fotolithografie, Trockenätzen und Nassätzen gemustert. Ferner wurde das Substrat 1 geschnitten, um die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 auszubilden, welche jeweils einen bewegbaren Abschnitt mit einer Größe von 25 mm × 5 mm gemäß BEISPIEL 8 haben.
  • (BEISPIEL 9)
  • Ein Silizium (100) Substrat 1 mit einer Dicke von 400 µm wurde auf 400 °C erwärmt. Es wurde Pt durch ein Sputterverfahren auf dem Silizium-Substrat 1 epitaktisch aufgewachsen, um eine 200 nm dicke Pt-Schicht auszubilden, welche als die untere Elektrodenschicht 2 dient, und zwar so, dass die Pt-Schicht zur Ebene des Silizium-Substrats 1 ausgerichtet ist. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Das Silizium-Substrat 1 wurde auf 550 °C erwärmt. Es wurde Kalium-Natrium-Niobat (KNN) durch ein Sputterverfahren mit einer Argon-Sauerstoff-(Ar + O2)-Gasmischung, welche eine Sauerstoff-(O2)-Konzentration von 5 % hat, bei einem Gasdruck von 0,2 Pa epitaktisch aufgewachsen, um eine 2000 nm dicke Schicht auszubilden, welche als die piezoelektrische Dünnschicht 3 dient. Als Leistungsversorgung, welche bei der Anwendung verwendet wird, wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Es wurde ein Sputtertarget mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 800 W. Die Zusammensetzung des verwendeten Sputtertargets war gleich jener in BEISPIEL 1.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 wurde mit Argongas bei einem Gasdruck von 0,5 Pa durch Sputtern geätzt. Als eine Leistungsversorgung, welche für die Anwendung verwendet wird, wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 800 W und wurde an einem Bereich mit einem Durchmesser von 76 mm angelegt. Die Behandlungszeit betrug 120 Sekunden. Dann wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • Eine Pt-Schicht mit einer Dicke von 200 nm wurde als obere Elektrodenschicht 4 durch ein Sputterverfahren bei Raumtemperatur ausgebildet. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Nachdem die obere Elektrodenschicht 4 ausgebildet war, wurden die piezoelektrische Dünnschicht 3, die untere Elektrodenschicht 2 und die obere Elektrodenschicht 4 durch Fotolithografie, Trockenätzen und Nassätzen gemustert. Ferner wurde das Substrat 1 geschnitten, um die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 auszubilden, welche jeweils einen bewegbaren Abschnitt mit einer Größe von 25 mm × 5 mm gemäß BEISPIEL 9 haben.
  • (BEISPIEL 10)
  • Es wurde ein Silizium (100) Substrat 1 mit einer Dicke von 400 µm auf 400 °C erwärmt. Es wurde Pt durch ein Sputterverfahren auf dem Silizium-Substrat 1 epitaktisch aufgewachsen, um eine 200 nm dicke Pt-Schicht auszubilden, welche als die untere Elektrodenschicht 2 dient, und zwar so, dass die Pt-Schicht zur Ebene des Silizium-Substrats 1 ausgerichtet ist. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Die untere Elektrodenschicht 2 wurde durch Argongas bei einem Gasdruck von 0,5 Pa durch Sputtern geätzt. Als Leistungsversorgung, welche bei der Anwendung verwendet wird, wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Die Ausgangsleistung betrug 800 W und wurde an einem Bereich mit einem Durchmesser von 76 mm angelegt. Die Behandlungszeit betrug 120 Sekunden. Dann wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • Das Silizium-Substrat 1 wurde auf 550 °C erwärmt. Es wurde Kalium-Natrium-Niobat (KNN), welchem Li (Lithium), Ba (Barium), Sr (Strontium), Ta (Tantal), Zr (Zirkonium) und Mn (Mangan) hinzugefügt wurden, durch ein Sputterverfahren mit einer Argon-Sauerstoff-(Ar + O2)-Gasmischung, welche eine Sauerstoff-(O2)-Konzentration von 5 % hat, bei einem Gasdruck von 0,2 Pa epitaktisch aufgewachsen, um eine 2000 nm dicke Schicht auszubilden, welche als die piezoelektrische Dünnschicht 3 dient. Als eine Leistungsversorgung, welche bei der Anwendung verwendet wird, wurde eine hochfrequente Leistungsversorgung verwendet. Es wurde ein Sputtertarget mit einem Durchmesser von 150 mm verwendet. Die angelegte Ausgangsleistung betrug 800 W. Die Zusammensetzung des verwendeten Sputtertargets war wie folgt: (Na0,591 K0,332 Li0,027 Ba0,002 Sr0,048) (Nb0,944 Ta0,005 Zr0,051)O3 + 0,040 Gewichts-% MnO.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3 wurde unter den gleichen Bedingungen wie die untere Elektrodenschicht 2 durch Sputtern geätzt.
  • Die Kristallkorngröße der piezoelektrischen Dünnschicht 3, welche durch das zuvor genannte Verfahren ausgebildet wurde, wurde durch Messung mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) bestimmt, und zu etwa 95 nm bestimmt.
  • Eine Pt-Schicht mit einem Durchmesser von 200 nm wurde als die obere Elektrodenschicht 4 durch ein Sputterverfahren bei Raumtemperatur ausgebildet. In diesem Fall betrug die Ablagerungsrate 0,2 nm/sec.
  • Nachdem die obere Elektrodenschicht 4 ausgebildet war, wurden die piezoelektrische Dünnschicht 3, die untere Elektrodenschicht 2 und die obere Elektrodenschicht 4 durch Fotolithografie, Trockenätzen und Nassätzen gemustert. Ferner wurde das Substrat 1 geschnitten, um die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 auszubilden, welche jeweils einen bewegbaren Abschnitt mit einer Größe von 25 mm x 5 mm gemäß BEISPIEL 10 haben.
  • (BEISPIEL 11)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 11 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass beim Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit Argongas die Ausgangsleistung der hochfrequenten Leistungsversorgung 550 W betrug und die Behandlungszeit 50 Sekunden betrug. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (BEISPIEL 12)
  • Die dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIEL 12 wurden unter den gleichen Bedingungen wie in BEISPIEL 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass beim Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 mit Argongas die Ausgangsleistung der hochfrequenten Leistungsversorgung 700 W betrug und die Behandlungszeit 70 Sekunden betrug. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (VERGLEICHSBEISPIEL 1)
  • Es wurden dünnschichtige piezoelektrische Elemente gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 1 wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die untere Elektrodenschicht und die piezoelektrische Dünnschicht keiner Flächenbehandlung unterzogen wurden. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (VERGLEICHSBEISPIEL 2)
  • Es wurden dünnschichtige piezoelektrische Elemente gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 2 wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die beim Sputterätzen angelegte hochfrequente Leistung 400 W betrug, und dass die Behandlungszeit 40 Sekunden betrug. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (VERGLEICHSBEISPIEL 3)
  • Es wurden dünnschichtige piezoelektrische Elemente gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 3 wie in BEISPIEL 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die beim Sputterätzen angelegte hochfrequente Leistung auf 1800 W erhöht wurde, und dass die Behandlungszeit auf 240 Sekunden erhöht wurde. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (VERGLEICHSBEISPIEL 4)
  • Es wurden dünnschichtige piezoelektrische Elemente gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 4 wie in BEISPIEL 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Korngröße der Aluminiumoxid-Scheuerkörner, welche beim mechanischen Polieren verwendet wurden, auf 20 µm erhöht wurde, und dass der Druck auf 2,0 MPa erhöht wurde. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • (VERGLEICHSBEISPIEL 5)
  • Es wurden dünnschichtige piezoelektrische Elemente gemäß VERGLEICHSBEISPIEL 5 wie in BEISPIEL 8 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Behandlungszeiten beim Nassätzen jeweils auf 350 Minuten und 400 Minuten erhöht wurden. Im Verlaufe der Herstellung wurden die Flächenrauigkeit P-V und Ra der behandelten Fläche berechnet.
  • Tabelle 1 beschreibt die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra der flächenbehandelten unteren Elektrodenschicht 2 von jedem der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 gemäß BEISPIELEN 1 bis 8 und 10 bis 12 und VERGLEICHSBEISPIELEN 1 bis 5; die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra der flächenbehandelten piezoelektrischen Dünnschicht 3 des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements 10' gemäß BEISPIEL 9; und die Auslenkungsamplituden der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente 10 und 10', gemessen beim Anlegen einer Spannung von ± 27 kV/cm bei 120 Hz, nachdem jedes der dünnschichtigen piezoelektrischen Elemente auf einer dünnen Edelstahlplatte mit einer Dicke von 18 µm, welche Verdrahtungen aus flexiblen Kabeln hat, fixiert wurde.
  • In VERGLEICHSBEISPIEL 1 wurden die untere Elektrodenschicht und die piezoelektrische Dünnschicht nicht flächenbehandelt. Somit waren die Flächenrauigkeit P-V und Ra, verglichen mit BEISPIELEN 1 bis 12, klein. Somit war die Auslenkungsamplitude des dünnschichtigen piezoelektrischen Elements klein.
  • In BEISPIELEN 1 und 2 waren, resultierend aus der Behandlung durch Sputterätzen der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3, die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra in BEISPIEL 2, in welchem die Hochfrequenzleistung hoch war und die Behandlungszeit lang war, hoch, und war die Auslenkungsamplitude ebenso groß. Der Grund hierfür ist vermutlich darin zu finden, dass die hohen Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra bei diesen Behandlungsbedingungen erlangt werden konnten, wodurch die Auslenkungsamplitude erhöht wird. Jedoch wurde die Auslenkungsamplitude bei den Behandlungsbedingungen in VERGLEICHSBEISPIEL 3 nicht gewährleistet. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass die eingestellten Werte der Behandlungsbedingungen zu hoch sind.
  • In BEISPIEL 3 wurden die hochfrequente Leistung und die Behandlungszeit der Behandlung durch Sputterätzen, verglichen mit BEISPIEL 2, erhöht. Die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra sind beide erhöht. Jedoch ist die Auslenkungsamplitude reduziert. Die Ergebnisse demonstrieren, dass der Wert von Ra gleich 280 nm beträgt, welches ein relativ hoher Wert ist, und dass bei diesem Niveau eine Zunahme der Oberfläche aufgrund der Flächenbehandlung eine Zunahme der Auslenkungsamplitude nicht effektiv beeinflussen. Dies lässt vermuten, dass ein geeigneter Bereich von Ra vorliegt.
  • Das Gleiche gilt für die Flächenrauigkeit P-V. In VERGLEICHSBEISPIEL 2, bei welchem die hochfrequente Leistung und die Behandlungszeit der Behandlung durch Sputterätzen, verglichen mit BEISPIEL 1, reduziert waren, betrug die Flächenrauigkeit P-V lediglich 200 nm.
  • Die Auslenkungsamplitude war, verglichen mit BEISPIEL 1, wesentlich reduziert. Dies lässt vermuten, dass ein geeigneter Bereich von P-V vorliegt.
  • In BEISPIEL 4 betrug die Flächenrauigkeit Ra, da das Ausmaß der Behandlung durch Sputterätzen kleiner war als jene in BEISPIEL 2, 160 nm, was etwas kleiner ist als in BEISPIEL 2. Der Grund hierfür ist vermutlich, dass der Wert kleiner ist als eine mittlere Korngröße von 180 nm, und dass die behandelte Fläche nicht richtig an die Oberflächeder unteren Elektrodenschicht 2 angebunden ist, wodurch, verglichen mit BEISPIEL 2, die Auslenkungsamplitude reduziert ist.
  • In BEISPIEL 5 sind, in dem Fall, bei welchem die Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht 3, verglichen mit BEISPIEL 2, erhöht war, die Flächenrauigkeit P-V und Ra der unteren Elektrodenschicht 2 und der piezoelektrischen Dünnschicht 3 unverändert. Die Auslenkungsamplitude erreicht nicht jene wie in BEISPIEL 2. Die Wirkung der Flächenbehandlung wird nicht in dem Maße wie in BEISPIEL 2 erzielt. Der Grund hierfür ist vermutlich darin zu finden, dass die Auslenkungsamplitude im mittleren Bereich in der Dickenrichtung überwiegt, und dass die Auslenkungsamplitude nicht erhöht wird, da die Oberfläche in diesem Bereich gleich dem realen Bereich (Fläche) der piezoelektrischen Dünnschicht 3 ist.
  • In BEISPIELEN 6 und 7, bei welchen die unteren Elektrodenschichten 2 und die piezoelektrischen Dünnschichten 3 der mechanischen Polierbehandlung unterworfen waren, sind die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra in BEISPIEL 7 hoch, in welchem die Scheuerkorngröße und der Druck groß sind. Der Grund hierfür ist vermutlich darin zu finden, dass größere Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra bei den Behandlungsbedingungen erreicht werden können, woraus eine Zunahme der Auslenkungsamplitude resultiert. Die Auslenkungsamplitude ist jedoch nicht unter den Bedingungen in VERGLEICHSBEISPIEL 4 gewährleistet. Dies lässt vermuten, dass die eingestellten Werte der Behandlungsbedingungen zu hoch gewählt sind.
  • In BEISPIEL 8, bei welchem die untere Elektrodenschicht 2 und die piezoelektrische Dünnschicht 3 der Nassätzbehandlung mit den für die Schichten geeigneten Lösungen ausgesetzt waren, sind, verglichen mit VERGLEICHSBEISPIEL 1, die Werte der Flächenrauigkeit P-V und Ra und die Auslenkungsamplitude erhöht. Die Erhöhung ist jedoch, verglichen mit der Flächenbehandlung durch das Sputterätzen und das mechanische Polieren, gering. Der Grund hierfür ist vermutlich, dass die Lösungen auf die untere Elektrodenschicht oder die piezoelektrische Dünnschicht nicht stark abtragend wirkend. Die Auslenkungsamplitude ist jedoch unter den Bedingungen in VERGLEICHSBEISPIEL 5 nicht gewährleistet. Die Ergebnisse demonstrieren, dass die Behandlungszeiten der Nassätzungen hier zu lang gewählt sind.
  • Wie in BEISPIEL 9 beschrieben, war die Auslenkungsamplitude in dem Fall, bei welchem lediglich die piezoelektrische Dünnschicht 3 auf die gleiche Art und Weise wie in BEISPIEL 2 flächenbehandelt wurde, nicht so hoch wie in BEISPIEL 2. Die Schichten mit zufriedenstellender Kristallinität erstrecken sich von der unteren Elektrodenschicht 2 zur piezoelektrischen Dünnschicht 3. Hierdurch wird augenscheinlich eine relativ zufriedenstellende Auslenkungsamplitude sichergestellt.
  • Die piezoelektrische Dünnschicht 3, welche das Zusätze enthaltende Kalium-Natrium-Niobat (KNN) umfasst, wie in jedem der BEISPIELE 10 bis 12 verwendet, hat eine mittlere Kristallkorngröße von 95 nm, welche kleiner ist als jene in BEISPIEL 2. Es wird angenommen, dass die Flächenrauigkeit, welche durch die Behandlung erzielt wird, geeigneter hinsichtlich der Kristallkörner der piezoelektrischen Dünnschicht 3 ist, woraus eine Zunahme der Auslenkungsamplitude resultiert. Unter anderem führt ein größerer Wert von Ra innerhalb des geeigneten Bereichs zu einer größeren Auslenkungsamplitude. Der Grund hierfür ist vermutlich darin zu finden, dass eine größere Anzahl von Kristallkörnern der piezoelektrischen Dünnschicht 3 an der unebenen Form der Fläche von der unteren Elektrodenschicht 2 angebunden werden, woraus das zufriedenstellende Kristallwachstum der Schicht resultiert.
  • Die Wirkung der vorliegenden Erfindung wurde mit den vorbestimmten Materialien für die piezoelektrischen Dünnschichten und die Elektrodenschichten in den zuvor genannten Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben. Es ist offensichtlich, dass, sogar wenn irgendwelche andere Materialien für die piezoelektrische Dünnschicht und die Elektrodenschichten verwendet werden, die gleiche Wirkung wie bei der vorliegenden Erfindung, aufgrund der wesentlichen Zunahme der Verbindungsfläche, erzielt wird, solange die Flächenrauigkeit der Verbindungsfläche, so wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, erreicht wird.

Claims (7)

  1. Dünnschichtiges piezoelektrisches Element, umfassend ein Paar von Elektrodenschichten und eine piezoelektrische Dünnschicht, welche zwischen dem Paar von Elektrodenschichten eingebracht ist, wobei eine Flächenrauigkeit P-V einer Verbindungsfläche zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht und wenigstens einer von dem Paar von Elektrodenschichten gleich 220 nm oder mehr und 500 nm oder weniger beträgt und wobei bei dem dünnschichtigen piezoelektrischen Element eine Flächenrauigkeit Ra der Verbindungsfläche gleich 90 nm oder mehr und 220 nm oder weniger beträgt, und die Flächenrauigkeit Ra größer ist als eine mittlere Kristallkorngröße von Kristallkörnern, welche die piezoelektrische Dünnschicht bilden.
  2. Dünnschichtiges piezoelektrisches Element nach Anspruch 1, bei welchem die piezoelektrische Dünnschicht eine Dicke von 220 nm oder mehr und 3000 nm oder weniger aufweist.
  3. Dünnschichtiges piezoelektrisches Element nach Anspruch 1, bei welchem die piezoelektrische Dünnschicht eine piezoelektrische Dünnschicht basierend auf Kalium-Natrium-Niobat ist.
  4. Dünnschichtiges piezoelektrisches Stellglied, welches das dünnschichtige piezoelektrische Element nach Anspruch 1 umfasst.
  5. Dünnschichtiger piezoelektrischer Sensor, welcher das dünnschichtige piezoelektrische Element nach Anspruch 1 umfasst.
  6. Festplattenlaufwerk, welches das dünnschichtige piezoelektrische Stellglied nach Anspruch 4 umfasst.
  7. Tintenstrahldrucker-Einrichtung, welche das dünnschichtige piezoelektrische Stellglied nach Anspruch 4 umfasst.
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