DE102017129178B4 - Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper, piezoelektrisches Dünnfilm-Substrat, piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung, piezoelektrischer Aktuator, piezoelektrischer Sensor, Kopfbaugruppe, Kopf-Stapelbaugruppe, Festplattenlaufwerk, Druckkopf, und Tintenstrahl-Druckervorrichtung - Google Patents

Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper, piezoelektrisches Dünnfilm-Substrat, piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung, piezoelektrischer Aktuator, piezoelektrischer Sensor, Kopfbaugruppe, Kopf-Stapelbaugruppe, Festplattenlaufwerk, Druckkopf, und Tintenstrahl-Druckervorrichtung Download PDF

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Abstract

Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper, aufweisend:eine erste Elektrodenschicht;eine erste Oxidschicht, die auf der ersten Elektrodenschicht gestapelt ist;eine zweite Oxidschicht, die auf der ersten Oxidschicht gestapelt ist; undein piezoelektrischer Dünnfilm, der auf der zweiten Oxidschicht gestapelt ist,wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand der ersten Oxidschicht höher als ein spezifischer elektrischer Widerstand der zweiten Oxidschicht ist,die erste Oxidschicht K, Na und Nb beinhaltet, undder piezoelektrische Dünnfilm (K,Na)NbO3beinhaltet undein Verhältnis T1/TPeiner Dicke T1der ersten Oxidschicht zu einer Dicke TPdes piezoelektrischen Dünnfilms 0,0010 bis 0,0150 beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper, ein piezoelektrisches Dünnfilm-Substrat, eine piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung, einen piezoelektrischen Aktuator, einen piezoelektrischen Sensor, eine Kopfbaugruppe, eine KopfStapelbaugruppe, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf, und eine Tintenstrahl-Druckervorrichtung.
  • HINTERGRUND
  • In den letzten Jahren haben piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen, bei denen piezoelektrische Dünnfilme eingesetzt werden, Fortschritte hin zur praktischen Anwendung anstelle von piezoelektrischen Bulk-Materialien gemacht. Bei piezoelektrischen Sensoren, bei denen ein direkter Piezoeffekt ausgenutzt wird, wird eine Kraft, die auf die piezoelektrischen Dünnfilme aufgebracht wird, in Spannung umgewandelt. Piezoelektrische Sensoren sind zum Beispiel Gyrosensoren, Drucksensoren, Impulswellensensoren, Stoßsensoren, Mikrofone, und dergleichen. Bei piezoelektrischen Aktuatoren, bei denen ein inverser piezoelektrischer Effekt ausgenutzt wird, verformen sich hingegen die piezoelektrischen Dünnfilme, wenn Spannung an die piezoelektrischen Dünnfilme angelegt wird. Piezoelektrische Aktuatoren sind zum Beispiel Kopfbaugruppen von Festplattenlaufwerken, Tintenstrahl-Druckköpfe, Lautsprecher, Buzzer bzw. Hupen, Resonatoren, und dergleichen.
  • Die Fertigung von piezoelektrischen Materialien in Dünnfilme ermöglicht die Miniaturisierung von piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen und erweitert das Gebiet, auf dem piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen Anwendung finden können. Da viele piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen zusammen auf einem Substrat durch Fertigen von piezoelektrischen Materialien zu Dünnfilmen produziert werden können, wird die Produktivität erhöht. Die Leistung wie beispielsweise die Empfindlichkeit von piezoelektrischen Sensoren wird durch das Fertigen von piezoelektrischen Materialien zu Dünnfilmen verbessert.
  • Verfahren zur Bildung von piezoelektrischen Dünnfilmen sind ein Sputter-Verfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD), und dergleichen. Jedoch kann es in dem Prozess der Bildung von piezoelektrischen Dünnfilmen zu Defekten in den piezoelektrischen Dünnfilmen kommen. Defekte können in den piezoelektrischen Dünnfilmen ebenfalls aufgrund von verschiedenen Faktoren an den Fügeflächen zwischen einem piezoelektrischen Dünnfilm und einer anderen Art von Material entstehen. Aufgrund dieser Defekte verschlechtert sich der Kristallzustand eines piezoelektrischen Dünnfilms, und ein Teil mit einem geringen elektrischen Widerstand kann in einem piezoelektrischen Dünnfilm entstehen.
  • Blei-Zirkonat-Titanat (PZT: Pb(Zr, Ti)O3 wurde bislang als piezoelektrische Dünnfilme verwendet. Jedoch bestand in den letzten Jahren angesichts der Umwelt Bedarf an Materialien, die kein Blei enthalten. Ein Material, das Kalium-Natrium-Niobat (KNN: (K,Na)NbO3 als Hauptbestandteil enthält, wird in der JP 2009 130 182 A als piezoelektrisches Material offenbart, das Blei nicht enthält.
  • Darüber hinaus offenbart US 2009 / 0 026 887 A1 eine gestapelte Anordnung von mindestens drei Elektroden, wobei eine erste Elektrode auf einem Substrat ausgebildet ist und eine Zwischenelektrode zwischen einer ersten und einer zweiten piezoelektrischen Schicht, welche (Ka,Na)NbO3 aufweisen, angeordnet ist, welche über der ersten Elektrode angeordnet sind. Eine zweite Elektrode ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht angeordnet. Hierbei ist zu beachten, dass die Zwischenelektrode aus einem leitfähigen Oxid, wie zum Beispiel LaNiO3 oder SrRuO3 bestehen kann.
  • Die US Patentanmeldung US 2015 / 0 194 592 A1 offenbart ein piezoelektrisches Element, welches eine piezoelektrische Schicht aufweist, welche zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnet ist. Die piezoelektrische Schicht besteht dabei aus Subschichten. Eine erste piezoelektrische Subschicht weist hierbei kein Mn, wobei eine zweite Mn aufweist. Die Ausführungsformen umfassen hierbei, dass eine erste piezoelektrische Schicht zwischen zwei zweiten piezoelektrischen Schichten angeordnet ist, also von diesen sandwichartig umschlossen wird.
  • DARSTELLUNG
  • [Aufgabe der Erfindung]
  • In der JP 2009 130 182 A wird offenbart, dass eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung eine Stromblockierschicht zwischen einem piezoelektrischen Dünnfilm und einer oberen Elektrodenschicht aufweist, wobei der elektrische Widerstandswert zwischen Elektroden dadurch sichergestellt wird, und der Leckstrom in einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung kann verringert werden.
  • Obgleich ein elektrischer Widerstandswert in einer in der JP 2009 130 182 A offenbarten piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung sichergestellt wird, nimmt jedoch eine tatsächliche Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm anliegt, ab, und es ist denkbar, dass keine ausreichenden piezoelektrischen Eigenschaften erhalten werden können. Wenn herkömmliche piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen kontinuierlich für einen langen Zeitraum betrieben werden, nehmen die piezoelektrischen Konstanten der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen auf leichte Weise ab.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben genannten Umstände, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper , dessen spezifischer elektrischer Widerstand hoch ist und dessen piezoelektrische Konstanten nicht dazu neigen, trotz eines kontinuierlichen Betriebs abzunehmen, ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat, und eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung sowie einen piezoelektrischen Aktuator, in dem die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung verwendet wird, einen piezoelektrischen Sensor, eine Kopfbaugruppe, eine Kopf-Stapelbaugruppe, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf, und eine Tintenstrahldrucker-Vorrichtung anzugeben.
  • [Mittel zum Lösen der Aufgabe]
  • Die oben beschriebene Aufgabe wird durch einen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Ein piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist hierbei eine erste Elektrodenschicht, eine erste Oxidschicht, die auf der ersten Elektrodenschicht gestapelt ist, eine zweite Oxidschicht, die auf der ersten Oxidschicht gestapelt ist; und ein piezoelektrischer Dünnfilm, der auf der zweiten Oxidschicht gestapelt ist, auf, wobei der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht höher ist als der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht, die erste Oxidschicht K, Na und Nb beinhaltet, und der piezoelektrische Dünnfilm (K,Na)NbO3 beinhaltet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand des oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann 1,0 × 1011 bis 1,0 × 1014 Ωcm betragen.
  • Bei dem oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis T1/TP der Dicke T1 der ersten Oxidschicht zu der Dicke TP des piezoelektrischen Dünnfilms 0,0010 bis 0,0150 betragen.
  • Ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper und ein Substrat, und die erste Elektrodenschicht befindet sich zwischen dem Substrat und der ersten Oxidschicht.
  • Eine piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper und eine zweite Elektrodenschicht, und die erste Oxidschicht, die zweite Oxidschicht, und der piezoelektrische Dünnfilm befinden sich zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht.
  • Ein piezoelektrischer Aktuator gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die oben genannte, piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung auf.
  • Ein piezoelektrischer Sensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die oben genannte piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung auf.
  • Eine Kopfbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist den oben genannten piezoelektrischen Aktuator auf.
  • Eine Kopf-Stapelbaugruppe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die oben genannte Kopfbaugruppe auf.
  • Ein Festplattenlaufwerk gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die oben genannte Kopf-Stapelbaugruppe auf.
  • Ein Druckkopf gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist den oben genannten piezoelektrischen Aktuator auf.
  • Eine Tintenstrahldrucker-Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist den oben genannten Druckkopf auf.
  • [Wirkungen der Erfindung]
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper, dessen spezifischer elektrischer Widerstand hoch ist und dessen piezoelektrischen Konstanten nicht dazu neigen, trotz eines kontinuierlichen Betriebs abzunehmen, ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat, und eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung sowie einen piezoelektrischen Aktuator, der die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung verwendet, einen piezoelektrischen Sensor, eine Kopfbaugruppe, eine Kopf-Stapelbaugruppe, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf, und eine Tintenstrahldrucker-Vorrichtung bereit.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine schematische Ansicht eines piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers in der Stapelrichtung); 1B ist eine schematische Ansicht eines piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats in der Stapelrichtung); Figur IC ist eine schematische Ansicht einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in der Stapelrichtung); 1D ist eine schematische Ansicht einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine Schnittansicht der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in der Stapelrichtung).
    • 2 ist eine schematische Ansicht einer Kopfbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine schematische Ansicht eines piezoelektrischen Aktuators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ist eine schematische Ansicht (eine Ansicht von oben) eines Gyrosensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist ein Querschnitt des Gyrosensors, aufgenommen von Linie A-A in 4.
    • 6 ist eine schematische Ansicht eines Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine schematische Ansicht eines Impulswellensensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine schematische Ansicht eines Festplattenlaufwerks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine schematische Ansicht einer Tintenstrahldrucker-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren zum Messen des Betrags der Auslenkung einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung veranschaulicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich anhand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind identische oder gleichwertige Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In den 1A, 1B, 1C, 1D und 10 bezeichnen X, Y und Z drei Koordinatenachsen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Wenn sich eine Beschreibung überschneidet, entfällt diese Beschreibung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt.
  • (Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper, piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat, und piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung)
  • Wie in 1A dargestellt weist ein piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper 100 gemäß dieser Ausführungsform eine erste Elektrodenschicht 3, eine erste Oxidschicht 4, die auf der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3 gestapelt ist, eine zweite Oxidschicht 5, die auf der Oberfläche der ersten Oxidschicht 4 gestapelt ist, und einen piezoelektrischen Dünnfilm 6 auf, der auf der Oberfläche der zweiten Oxidschicht 5 gestapelt ist. Mit anderen Worten überlappt ein Teil oder die gesamte erste Oxidschicht 4 die Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3, ein Teil oder die gesagte zweite Oxidschicht 5 überlappt die Oberfläche der ersten Oxidschicht 4, und ein Teil oder der gesamte piezoelektrische Dünnfilm 6 überlappt die Oberfläche der zweiten Oxidschicht 5. Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 ist höher als der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5. Die erste Oxidschicht 4 beinhaltet K, Na, und Nb. Der piezoelektrische Dünnfilm 6 beinhaltet (K,Na)NbO3.
  • Wie in 1B dargestellt beinhaltet ein piezoelektrisches Dünnfilm-Substrat 101 gemäß dieser Ausführungsform ein Substrat 1, eine Isolierungsschicht 2, und den oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100. Die erste Elektrodenschicht 3 befindet sich zwischen dem Substrat 1 und der ersten Oxidschicht 4. Die Isolierungsschicht 2 ist auf der Oberfläche des Substrats 1 gestapelt. Die erste Elektrodenschicht 3 ist auf die Oberfläche der Isolierungsschicht 2 gestapelt. Ein Teil der oder die gesamte Isolierungsschicht 2 kann die Oberfläche des Substrats 1 überlappen. Ein Teil oder die gesamte erste Elektrodenschicht 3 kann die Oberfläche der Isolierungsschicht 2 überlappen. Es ist denkbar, dass das piezoelektrische Dünnfilmsubstrat 101 die Isolierungsschicht 2 nicht aufweist. Wenn keine Isolierungsschicht 2 vorhanden ist, kann das Substrat 1 die Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3 berühren. Das piezoelektrische Dünnfilmsubstrat 101 kann unzerteilt vorliegen, ohne einzelne Teile zu sein (z.B. ein Wafer). Das piezoelektrische Dünnfilm-Substrat 101 kann in einzelne Teile unterteilt sein (z.B. Chips).
  • Wie in 1C dargestellt beinhaltet eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 gemäß dieser Ausführungsform das Substrat 1, die Isolierungsschicht 2, den oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100 und eine zweite Elektrodenschicht 7. Mit anderen Worten beinhaltet die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 das oben genannte piezoelektrische Dünnfilmsubstrat 101 und die zweite Elektrodenschicht 7. Die erste Oxidschicht 4, die zweite Oxidschicht 5, und der piezoelektrische Dünnfilm 6 befinden sich zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7. Die zweite Elektrodenschicht 7 wird auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6 gestapelt. Ein Teil der oder die gesamte zweite Elektrodenschicht 7 kann die Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6 überlappen. Es ist denkbar, dass die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 das Substrat 1 nicht aufweist. Es ist denkbar, dass die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 die Isolierungsschicht 2 nicht aufweist.
  • Wie in 1D veranschaulicht beinhaltet eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 103, bei der es sich um eine Variation der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 102 handelt, das Substrat 1, den oben genannten piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100, eine von einer zweiten Oxidschicht 5a, die in dem piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100 enthalten ist, verschiedene zweite Oxidschicht 5b, eine von der ersten Oxidschicht 4a, die von dem piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100 enthalten ist, verschiedene erste Oxidschicht 4b, und die zweite Elektrodenschicht 7. Die verschiedene zweite Oxidschicht 5b ist auf die Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6 gestapelt. Die verschiedene erste Oxidschicht 4b ist auf die Oberfläche der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b gestapelt. Die zweite Elektrodenschicht 7 ist auf die Oberfläche der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b gestapelt. Ein Teil oder die gesamte verschiedene zweite Oxidschicht 5b kann die Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6 überlappen. Ein Teil der oder die gesamte erste Oxidschicht 4b kann die Oberfläche der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b überlappen. Ein Teil der oder die gesamte zweite Elektrodenschicht 7 kann die Oberfläche der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b überlappen. Es ist denkbar, dass die elektrische Dünnfilmvorrichtung 103 das Substrat 1 nicht aufweist. Es ist denkbar, dass die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 103 die Isolierungsschicht 2 aufweist.
  • Der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 kann die Gesamtheit des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten Oxidschicht 4, der zweiten Oxidschicht 5, und des piezoelektrischen Dünnfilms 6 in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 sein. Der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 ist höher als der spezifische elektrische Widerstand der herkömmlichen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper, bei denen KNN zum Einsatz kommt. Obgleich der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 kontinuierlich betrieben wurde, nimmt die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 nicht so leicht ab wie bei herkömmlichen, piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpern, bei denen KNN zum Einsatz kommt. Der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101 kann die Gesamtheit des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten Oxidschicht 4, der zweiten Oxidschicht 5, und des piezoelektrischen Dünnfilms 6 in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101 sein. Der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101 ist höher als der spezifische elektrische Widerstand herkömmlicher piezoelektrischer Dünnfilmsubstrate, bei denen KNN verwendet wird. Obgleich das piezoelektrische Dünnfilmsubstrat 101 kontinuierlich betrieben wurde, nimmt die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101 nicht so leicht wie bei herkömmlichen piezoelektrischen Dünnfilmsubstraten ab, bei denen KNN verwendet wird. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 kann der spezifische elektrische Widerstand zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 in der Stapelrichtung der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 sein. Mit anderen Worten kann der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 102 die Gesamtheit des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten Oxidschicht 4, der zweiten Oxidschicht 5, und des piezoelektrischen Dünnfilms 6 in der Stapelrichtung der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 102 sein. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 kann die Gesamtheit des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten Oxidschicht 4a, der zweiten Oxidschicht 5a, des piezoelektrischen Dünnfilms 6, der zweiten Oxidschicht 5b, und der ersten Oxidschicht 4b in der Stapelrichtung der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 sein. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 ist höher als der spezifische elektrische Widerstand der herkömmlichen piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen, bei denen KNN verwendet wird. Obgleich die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 kontinuierlich betrieben wurden, nehmen die piezoelektrischen Konstanten der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 nicht so leicht wie bei herkömmlichen piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen ab, bei denen KNN verwendet wird.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung gehen davon aus, dass die Gründe dafür, warum der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 hoch ist und die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 nicht dazu neigt, abzunehmen, wie folgt sind. Der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 weist die erste Oxidschicht 4 und die zweite Oxidschicht 5 auf. Deshalb wird der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 höher als bei herkömmlichen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpern, welche die erste Oxidschicht 4 und die zweite Oxidschicht 5 nicht aufweisen. Eine Diskrepanz der physikalischen Eigenschaften zwischen der zweiten Oxidschicht 5 und dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 wird verringert durch das Bereitstellen der ersten Oxidschicht 4, die K, Na und Nb enthält, welche die gleichen Elemente sind, die in dem piezoelektrischen Dünnfilmkörper 6 enthalten sind ((K,Na)NbO3). Die physikalischen Eigenschaften sind zum Beispiel ein linearer Ausdehnungskoeffizient und dergleichen. Die Diskrepanz von physikalischen Eigenschaften wird verringert, so dass die piezoelektrische Konstante nicht dazu neigen wird, abzunehmen, obgleich der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 kontinuierlich betrieben wurde. Jedoch nimmt die effektive Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 anliegt, auf einfache Weise ab, wenn lediglich die erste Oxidschicht 4 vorhanden ist. Jedoch wird eine Abnahme einer effektiven Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 anliegt, durch das Bereitstellen der zweiten Oxidschicht 5 unterbunden, deren spezifischer elektrischer Widerstand geringer ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4. Die Gründe dafür, warum der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 hoch ist und die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 nicht dazu neigt, abzunehmen, sind nicht auf die oben genannten Gründe beschränkt.
  • Der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 kann 1,0 × 1011 bis 1,0 × 1014 Ωcm betragen, oder 9,80 × 1011 bis 6,30 × 1013 Ωcm. Wenn der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 1,0 × 1011 Ωcm oder mehr beträgt, wird eine Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100 anliegt, auf einfache Weise in piezoelektrische Eigenschaften umgewandelt, und es werden ausreichende piezoelektrische Eigenschaften auf einfache Weise erhalten. Mit anderen Worten, wenn der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 1,0 × 1011 Ωcm oder mehr beträgt, wird ein inverser Piezoeffekt auf einfache Weise durch eine anliegende Spannung verursacht. Wenn der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 1,0 × 1014 Ωcm oder weniger beträgt, wird von dem piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper 100 weniger Wärme erzeugt, und eine Abnahme in der piezoelektrischen Konstante, die sich aus der Verschlechterung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 aufgrund des Einflusses von Wärme ergibt, tritt wahrscheinlich nicht ein.
  • Das Verhältnis T1/TP der Dicke T1 der ersten Oxidschicht 4 zu der Dicke TP des piezoelektrischen Dünnfilms 6 kann 0,0010 bis 0,0150 betragen. Wenn T1/TP in dem oben genannten Bereich liegt, wird der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 auf einfache Weise hoch. Da eine Abnahme einer effektiven Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 anliegt, auf einfachere Weise unterbunden wird, neigt die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 nicht dazu, abzunehmen, auch wenn der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 kontinuierlich betrieben wurde. Wenn T1/TP kleiner als 0,0010 ist, verändert sich der Zustand der ersten Oxidschicht 4 aufgrund des Einflusses der Bildung der zweiten Oxidschicht 5 auf einfache Weise. Folglich verändert sich der Zustand des piezoelektrischen Dünnfilms 6 auf einfache Weise, und die piezoelektrischen Eigenschaften verbessern sich wahrscheinlich nicht. Wenn T1/TP mehr als 0,0150 beträgt, wird der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 auf einfache Weise hoch, und eine effektive Spannung, die an dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 anliegt, nimmt auf einfache Weise ab, und deshalb kann die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 auf einfache Weise abnehmen.
  • Das Substrat 1 kann zum Beispiel ein Siliziumsubstrat (ein Einkristall-Siliziumsubstrat), ein SOI-Substrat (Silizium auf Isolator-Substrat), ein Quarzglas-Substrat, ein Verbindungshalbleitersubstrat bestehend aus GaAs oder dergleichen, ein Saphirsubstrat, ein Metallsubstrat bestehend aus rostfreiem Stahl oder dergleichen, ein MgO-Substrat, ein SrTiO3-Substrat, odergleichen sein. Ein Siliziumsubstrat ist bevorzugt als Substrat 1 angesichts geringer Kosten und einfacher Handhabung. Wenn es sich bei dem Substrat 1 um ein Siliziumsubstrat handelt, kann die Ebenenrichtung der Oberfläche des Substrats 1, mit dem sich die Isolierungsschicht 2 oder die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, (100) sein, und kann eine Ebenenrichtung sein, die von (100) verschieden ist. Die Dicke des Substrats 1 kann zum Beispiel 10 bis 1000 µm betragen.
  • Die Isolierungsschicht 2 isoliert elektrisch zwischen dem Substrat 1 und der ersten Elektrodenschicht 3. Wenn das Substrat 1 nicht leitfähig ist, ist es denkbar, dass das piezoelektrische Dünnfilmsubstrat 101 oder die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 die Isolierungsschicht 2 nicht aufweist. Wenn das Substrat 1 leitfähig ist, kann die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 103 die Isolierungsschicht 2 aufweisen. Die Isolierungsschicht 2 kann zum Beispiel der thermische Oxidfilm aus Silizium (SiO2), Si3N4, ZrO2, Y2O3, ZnO, Al2O3, oder dergleichen sein. Bei Verfahren zur Bildung der Isolationsschicht 2 kann es sich um ein Sputter-Verfahren, ein Vakuumabscheideverfahren, eine thermisches Oxidationsverfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating-Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren, und dergleichen handeln. Die Dicke der Isolierungsschicht 2 kann zum Beispiel 10 bis 1000 nm betragen.
  • Die erste Elektrodenschicht 3 kann aus zumindest einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zum Beispiel Pt (Platin), Pd (Palladium), Rh (Rhodium), Au (Gold), Ru (Ruthenium), Ir (Iridium), Mo (Molybdän), Ti (Titan), Ta (Tantal), und Ni (Nickel) bestehen. Die erste Elektrodenschicht 3 kann zum Beispiel aus einen leitfähigen Metalloxid wie zum Beispiel SrRuO3 (Strontium-Ruthenat) oder LaNiO3 (Lanthan-Nickelat) bestehen. Die erste Elektrodenschicht 3 kann als Substrat fungieren. Wenn die erste Elektrodenschicht 3 als Substrat fungiert, können die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 das Substrat 1 nicht aufweisen. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht 3 kann zum Beispiel 20 bis 1000 nm betragen. Wenn die Dicke der ersten Elektrodenschicht 3 20 nm oder mehr beträgt, wird die Funktion der ersten Elektrodenschicht 3 auf einfache Weise ausreichend. Wenn die Dicke der ersten Elektrodenschicht 3 1000 nm oder weniger beträgt, werden die Auslenkungseigenschaften des piezoelektrischen Dünnfilms 6 auf einfache Weise verbessert.
  • Verfahren zur Bildung der ersten Elektrodenschicht 3 können zum Beispiel ein Sputterverfahren, Vakuumabscheidung, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating Verfahren, ein Sol-Gel-Verfahren, und dergleichen sein. Wenn die erste Elektrodenschicht 3 mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet wird, kann die erste Elektrodenschicht 3 in Ar (Argon) Gas gebildet werden. Der Gasdruck kann 0,1 bis 1,0 Pa betragen. Eine versorgende Stromquelle kann eine Hochfrequenz-Stromquelle oder eine Gleichspannungs-Stromquelle sein. Die Leistung einer versorgenden Stromquelle kann 0,5 bis 1,0 W/cm2 betragen. Wenn das Substrat 1 ein Siliziumsubstrat ist und die erste Elektrodenschicht 3 ein Platinfilm ist, wird der Platinfilm bzw. die Platinschicht auf einer Oberfläche ((100) Ebene) des auf etwa 400 bis 500 °C erhitzten Siliziumsubstrats mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 ist höher als der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5. Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 kann gleich oder höher sein als der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilms 6. Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 kann zum Beispiel 1,0 × 1012 bis 1,0 × 1015 Ωcm sein. Wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 gleich 1,0 × 1012 Ωcm ist, wird der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 auf einfache Weise höher, und auch wenn der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 kontinuierlich betrieben wurde, ist die piezoelektrische Konstante weniger geneigt, abzunehmen. Wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 gleich 1,0 × 1015 Ωcm ist, wird die Wärmeerzeugung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 unterbunden, und es ist unwahrscheinlich, dass es aufgrund der Verschlechterung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 zu einer Verringerung in der piezoelektrischen Konstante kommt.
  • Die erste Oxidschicht 4 beinhaltet K, Na, und Nb. Die erste Oxidschicht 4 kann aus einem Oxid umfassend K, Na und Nb bestehen. Die erste Oxidschicht 4 kann ferner andere Elemente neben K, Na und Nb enthalten. Die anderen Elemente können zum Beispiel Li (Lithium), Ba (Barium), Sr (Strontium), Ta (Tantal), Zr (Zirkonium), Mn (Mangan), Sb (Antimon), Ca (Calcium), Cu (Kupfer) und dergleichen sein. Wenn die erste Oxidschicht 4 andere Elemente enthält, kann der Gesamtgehalt an K, Na und B in der ersten Oxidschicht 4 80 Mol-% oder mehr sein. In der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 kann die Zusammensetzung der ersten Oxidschicht 4a die gleiche sein wie die Zusammensetzung der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b, und kann sich von der Zusammensetzung der verschiedenen, ersten Oxidschicht 4b unterscheiden. Die Dicke T1 der ersten Oxidschicht 4 kann zum Beispiel 3 bis 100 nm betragen. Die Dicke der ersten Oxidschicht 4a kann die gleiche sein wie die Dicke der verschiedene ersten Oxidschicht 4b, und kann sich von der Dicke der verschiedenen, ersten Oxidschicht 4b unterscheiden.
  • Bei Verfahren zur Bildung der ersten Oxidschicht 4 kann es sich zum Beispiel um ein Sputter-Verfahren handeln. Wenn die erste Oxidschicht 4 durch ein Sputter-Verfahren gebildet wird, kann die erste Oxidschicht 4 in einem Mischgas aus Ar und O2 (Sauerstoff) gebildet werden. Ein Sputter-Target umfasst K, Na und Nb. Ein Sputter-Target kann (K,Na)NbO3 beinhalten. Das gleiche Sputter-Target wie das Sputter-Target, das zur Bildung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 verwendet wird, kann als Sputter-Target verwendet werden. Das molare Verhältnis zwischen K und Na in einem Sputter-Target kann das gleiche sein wie das molare Verhältnis zwischen K und Na in dem Sputter-Target für den piezoelektrischen Dünnfilm 6. Das molare Verhältnis zwischen K und Na in dem Sputter-Target für die erste Oxidschicht 4 kann von dem molaren Verhältnis zwischen K und Na in einem Sputter-Target für den piezoelektrischen Dünnfilm 6 verschieden sein. Eine versorgende Stromquelle kann eine Hochfrequenzstromquelle sein.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 ist niedriger als der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 kann niedriger sein als der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilms 6. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 kann zum Beispiel 1,0 × 10-5 bis 1,0 × 10-3 Ωcm betragen. Wenn der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 1,0 × 10-3 Ωcm oder weniger ist, wird eine Verringerung in der effektiven angelegten Spannung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 aufgrund der Einbringung der ersten Oxidschicht 4 auf einfache Weise unterbunden. Wenn der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 1,0 × 10-5 Ωcm oder mehr beträgt, wird der spezifische elektrische Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 auf einfache Weise höher.
  • Die zweite Oxidschicht 5 kann ein anorganisches Oxid enthalten. Die zweite Oxidschicht 5 kann aus nur einem anorganischen Oxid bestehen. Wenn die zweite Oxidschicht 5 ein anorganisches Oxid enthält, wird der lineare Ausdehnungskoeffizient der zweiten Oxidschicht 5 auf einfache Weise höher als der lineare Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Dünnfilms 6. Eine Belastung in einer Komprimierungsrichtung wird dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 auf einfache Weise durch Kühlen aufgebracht, nachdem die zweiten Oxidschicht 5 bei hoher Temperatur gebildet wurde. Das anorganische Oxid, das in der zweiten Oxidschicht 5 enthalten ist, kann zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ca, Ti, Cr, Mn, Co, Fe, Ni, Sr, Ru, La, Zn, In, Sn, Y, Ba, Cu, und Al enthalten. Die zweite Oxidschicht 5 kann ein anorganisches Perowskit-Typ Oxid enthalten. Die zweite Oxidschicht 5 kann aus nur einem anorganischen Perowskit-Typ Oxid bestehen. Wenn die zweite Oxidschicht 5 ein anorganisches Perowskit-Typ Oxid umfasst, beinhaltet der piezoelektrische Dünnfilm 6 ebenfalls ein anorganisches Perowskit-Typ Oxid ((K, Na)NbO3), und deshalb wird der Unterschied in den physikalischen Eigenschaften oder der Kristallstruktur zwischen der zweiten Oxidschicht 5 und dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 verringert. Folglich wird die piezoelektrische Konstante weniger dazu neigen, abzunehmen, auch wenn der piezoelektrische Dünnfilm-Schichtkörper 100 kontinuierlich betrieben wurde. Das in der zweiten Oxidschicht 5 enthaltene anorganisches Perowskit-Typ Oxid kann zum Beispiel SrRuO3, SrTiO3, LaNiO3, CaRuO3, BaRuO3, La0,5Sr0,5CoO3, SrRu0,95Mn0,05O3, LaAlO3, YAlO3, oder dergleichen sein. Die zweiten Oxidschicht 5 kann zumindest ein anorganisches Perowskit-Typ Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SrRuO3, CaRuO3, BaRuO3, und LaNiO3 beinhalten. In diesem Fall wird der Auslenkungsbetrag auf einfache Weise größer. Die zweite Oxidschicht 5 kann auch ein anorganisches Oxid beinhalten, das nicht vom Perowskit-Typ ist. Die zweite Oxidschicht 5 kann zum Beispiel La4BaCu5O13, YBa2Cu3O7 oder dergleichen als anorganischen Oxid enthalten, bei dem es sich nicht um einen Perowskit-Typ handelt. Bei der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 kann die Zusammensetzung der zweiten Oxidschicht 5a die gleiche sein wie die Zusammensetzung der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b, und kann sich von der Zusammensetzung der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b unterscheiden.
  • Die Dicke T2 der zweiten Oxidschicht 5 kann zum Beispiel 5 bis 100 nm betragen. Wenn T2 5 nm oder mehr beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass ein Teil der zweiten Oxidschicht 6 getrennt bzw. zerteilt wird, die zweite Oxidschicht 4 bringt ausreichend Komprimierungsbelastung auf den piezoelektrischen Dünnfilm 6 auf, und der piezoelektrische Dünnfilm 6 wird auf einfache Weise verlagert. Wenn T2 100 nm oder weniger ist, ist es unwahrscheinlich, dass sich die Gitterkonstante der zweiten Oxidschicht 5 verändert, und die Kristallinität des piezoelektrischen Dünnfilms 6 wird auf einfache Weise verbessert. Die Dicke der zweiten Oxidschicht 5a kann die gleiche sein wie die Dicke der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b, und kann sich von der Dicke der anderen zweiten Oxidschicht 5b unterscheiden.
  • Verfahren zur Bildung der zweiten Oxidschicht 5 können zum Beispiel ein Sputter-Verfahren sein. Wenn die zweite Oxidschicht 5 durch ein Sputter-Verfahren gebildet wird, kann die zweite Oxidschicht 5 in einem Mischgas aus Ar und O2 gebildet werden. Ein Sputter-Target kann das oben genannte anorganische Perowskit-Typ Oxid enthalten. Eine versorgende Stromquelle kann eine Hochfrequenz-Stromquelle sein.
  • Der piezoelektrische Dünnfilm 6 beinhaltet Perowskit-Typ (K,Na)NbO3. (K,Na)NbO3 kann als Oxid bezeichnet werden, das durch die chemische Formel 1 dargestellt wird. Der piezoelektrische Dünnfilm 6 kann nur aus (K,Na)NbO3 bestehen. (K1-xNax)NbO3 (1) wobei 0 < x < 1 in der obigen chemischen Formel 1 ist.
  • Die Ebenenrichtung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 kann bevorzugt in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 ausgerichtet sein. Die bevorzugt ausgerichtete Ebenenrichtung kann eine beliebige Ebenenrichtung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (001), (110), und (111) sein.
  • Der piezoelektrische Dünnfilm 6 kann ferner andere Elemente neben (K,Na)NbO3 enthalten. Die anderen Elemente können zum Beispiel Li, Ba, Sr, Ta, Zr, Mn, Sb, Ca, Cu und dergleichen sein. Zumindest ein Teil des piezoelektrischen Dünnfilms 6 kann ein beliebiger einer Kristallphase mit einer Perowskit-Struktur (ABO3), einer amorphen Phase, und einer Mischphase sein, bei der die Kristallphase und die amorphe Phase vermischt sind. Hierbei kann die A-Stelle einer Perowskit-Struktur zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Li, Na, K, La, Sr, Ba, Ca, Nd und Bi sein. Die B-Stelle einer Perowskit-Struktur kann zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zr, Ti, Mn, Mg, Nb, Sn, Sb, Ta und In sein. Wenn der piezoelektrische Dünnfilm 6 andere Elemente beinhaltet, kann der Gehalt von (K,Na)NbO3 in dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 80 Mol-% oder mehr betragen.
  • Die Dicke TP des piezoelektrischen Dünnfilms 6 kann zum Beispiel 0,2 bis 5 µm betragen.
  • Bei den Verfahren zur Bildung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 kann es sich zum Beispiel um ein Sputter-Verfahren handeln. Wenn der piezoelektrische Dünnfilm mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet wird, kann der piezoelektrische Dünnfilm 6 in einem Mischgas aus Ar und O2 gebildet werden. Der Gasdruck kann 0,1 bis 1,0 Pa betragen. Ein Sputter-Target enthält (K,Na)NbO3. Eine versorgende Stromquelle kann eine Hochfrequenz-Stromquelle sein. Die Leistung der versorgenden Stromquelle kann 2,5 bis 5,5 W/cm2 betragen.
  • Die Zusammensetzung der zweiten Elektrodenschicht 7 kann die gleiche sein wie die Zusammensetzung der ersten Elektrodenschicht 3. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 7 kann zum Beispiel 20 bis 1000 nm betragen. Wenn die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 7 bis 20 nm oder beträgt, wird die Funktion der zweiten Elektrodenschicht 7 auf einfache Weise ausreichend. Wenn die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 7 1000 nm oder weniger beträgt, werden die Auslenkungsseigenschaften des piezoelektrischen Dünnfilms 6 auf einfache Weise verbessert. Die zweite Elektrodenschicht 7 kann ein Schichtkörper aus einer Vielzahl von Metallen und einem leitfähigen Metalloxid sein, welches als die oben genannte ersten Elektrodenschicht 3 verwendet wird.
  • Verfahren zur Bildung der zweiten Elektrodenschicht 7 können zum Beispiel ein Sputter-Verfahren, Vakuumaufdampf-Verfahren, ein Druckverfahren, ein Spin-Coating Verfahren, und ein Sol-Gel-Verfahren sein. Wenn die zweite Elektrodenschicht 7 mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet wird, kann die zweite Elektrodenschicht 7 in einem Ar-Gas gebildet werden. Der Gasdruck kann 0,1 bis 1,0 Pa betragen. Eine versorgende Stromquelle kann eine Hochfrequenz-Stromquelle oder eine Gleichstromquelle sein. Die Leistung der versorgenden Stromquelle kann 0,5 bis 1,0 W/cm2 betragen.
  • Die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 können in dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zunächst wird ein Schichtkörper mit der gleichen Schichtstruktur und Zusammensetzung wie jenen des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100 auf einem Wafer (einem ungeschnittenen Substrat 1) gebildet. Dann wird der Schichtkörper auf einem Wafer durch Verfahren wie beispielsweise Fotolithografie, Trockenätzen, und Nassätzen prozessiert, um eine Strukturierung mit vorgegebener Größe zu bilden. Die Größe einer Strukturierung kann zum Beispiel 25 mm × 5 mm sein. Eine Vielzahl von piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103, die in einzelne Stücke vereinzelt werden, werden zudem durch Schneiden von Wafern erhalten. Das Substrat 1 kann von den piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 entfernt werden. In diesem Fall vergrößert sich der Betrag der Auslenkung der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 auf einfache Weise.
  • Zumindest ein Teil oder die gesamte Oberfläche der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 kann mit einem Schutzfilm überdeckt werden. Zum Beispiel wird die Zuverlässigkeit oder die Haltbarkeit (zum Beispiel Feuchtigkeitsbeständigkeit) der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 durch Beschichten mit einem Schutzfilm verbessert. Das Material eines Schutzfilms kann zum Beispiel Polyimid oder dergleichen sein.
  • Die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 können ferner zumindest den Eingangsabschnitt oder den Ausgangsabschnitt für elektrische Signale aufweisen. In diesem Fall wird die Eingabe bzw. Ausgabe von elektrischen Signalen ermöglicht, und zumindest entweder ein direkter Piezoeffekt oder ein inverser Piezoeffekt können ausgenutzt werden.
  • Die Verwendungen eines piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100, eines piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101 und piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 können vielfältig sein. Die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 können zum Beispiel für einen piezoelektrischen Aktuator verwendet werden. Die piezoelektrischen Eigenschaften eines piezoelektrischen Aktuators gemäß dieser Ausführungsform neigen nicht dazu, sich zu verschlechtern, selbst nachdem der piezoelektrische Aktuator über einen langen Zeitraum kontinuierlich verwendet wurde. Ein piezoelektrischer Aktuator kann zum Beispiel für eine Kopfbaugruppe, eine Kopf-Stapelbaugruppe, oder für ein Festplattenlaufwerk verwendet werden. Ein piezoelektrischer Aktuator kann zum Beispiel für einen Druckkopf oder eine Tintenstrahldrucker-Vorrichtung verwendet werden. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 102 und 103 können zum Beispiel für einen piezoelektrischen Sensor verwendet werden. Selbst nachdem ein piezoelektrischer Sensor für einen langen Zeitraum kontinuierlich verwendet wurde, ist es unwahrscheinlich, dass sich die piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Sensors gemäß dieser Ausführungsform verschlechtern. Bei einem piezoelektrischen Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Gyrosensor, einen Drucksensor, einen Impulswellensensor oder einen Stoßsensor handeln. Die piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 können zum Beispiel auf ein Mikrofon angewendet werden.
  • Spezifische Beispiel der Verwendungen des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 100, des piezoelektrischen Dünnfilmsubstrats 101, und der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 102 und 103 werden nachfolgend ausführlich beschrieben.
  • (Piezoelektrischer Aktuator)
  • 2 veranschaulicht eine Kopfbaugruppe 200, die in einem Festplattenlaufwerk (HDD) verbaut ist. Die Kopfbaugruppe 200 weist eine Grundplatte 9, einen Lastausleger 11, ein Biegeelement 17, erste und zweite piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen 13, und einen Gleiter 19 auf. Die ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 13 sind Antriebsvorrichtungen für den Gleiter 19. Der Gleiter 19 hat eine Kopfvorrichtung 19a.
  • Der Lastausleger 11 weist auf: ein Ansatzende 11b, das an der Grundplatte 9 anhaftet bzw. aufliegt; einen ersten flachen Federabschnitt 11c und einen zweiten flachen Federabschnitt 11d, die sich von dem Ansatzende 11b erstrecken; einen Öffnungsabschnitt 11e, der zwischen den flachen Federabschnitten 11c und 11d gebildet ist; und einen Auslegerhauptabschnitt 11f, der mit den flachen Federabschnitten 11c und 11d verbunden ist und sich geradlinig erstreckt. Der erste flache Federabschnitt 11c und der zweite flache Federabschnitt 11d sind verjüngt. Der Auslegerhauptabschnitt 11f ist ebenfalls verjüngt.
  • Die ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 13 sind mit einem vorgegebenen Abstand auf einem flexiblen Substrat 15 zur Verdrahtung angeordnet, welches Teil des Biegeelements 17 ist. Der Gleiter 19 ist an der Spitze des Biegeelements 17 befestigt und dreht sich mit der Ausdehnung und Kontraktion der ersten und zweiten piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen 13.
  • 3 veranschaulicht einen piezoelektrischen Aktuator 300 für einen Druckkopf. Der piezoelektrische Aktuator 300 wird durch Stapeln einer Basis 20, einer Isolierungsschicht 23, einer unteren Elektrodenschicht 24 (erste Elektrodenschicht), einer ersten Oxidschicht 28, einer zweiten Oxidschicht 29, eines piezoelektrischen Dünnfilms 25, und einer oberen Elektrodenschicht 26 (zweite Elektrodenschicht) gebildet. Die untere Elektrodenschicht kann als die oben genannte erste Elektrodenschicht bezeichnet werden. Die obere Elektrodenschicht kann als die oben genannte zweite Elektrodenschicht bezeichnet werden.
  • Wenn die vorgegebenen Ausstoßsignale nicht zugeführt werden und Spannung zwischen der unteren Elektrodenschicht 24 und der oberen Elektrodenschicht 26 nicht angelegt wird, verformt sich der piezoelektrische Dünnfilm 25 nicht. In einer Druckkammer 21, die neben dem piezoelektrischen Dünnfilm 25 liegt, dem keine Ausstoßsignals zugeführt werden, kommt es nicht zu einer Druckveränderung, und Tintenstrahltropfen werden nicht aus einer Düse 27 ausgestoßen.
  • Wenn die vorgegebenen Ausstoßsignale hingegen zugeführt werden und eine konstante Spannung zwischen der unteren Elektrodenschicht 24 und der oberen Elektrodenschicht 26 anliegt, verformt sich der piezoelektrische Dünnfilm 25. Da sich die Isolierschicht 23 aufgrund der Verformung des piezoelektrischen Dünnfilms 25 stark biegt, nimmt der Druck in der Druckkammer 21 vorübergehend zu, und ein Tintenstrahltropfen wird aus der Düse 27 ausgestoßen.
  • (Piezoelektrischer Sensor)
  • Die 4 und 5 veranschaulichen einen Gyrosensor 400, bei dem es sich um eine Art von piezoelektrischen Sensor handelt. Der Gyrosensor 400 weist einen Grundabschnitt 110 und ein Armpaar 120 und 130 auf, die mit einer Oberfläche des Grundabschnitts 110 verbunden sind. Bei dem Armpaar 120 und 130 handelt es sich um einen Stimmgabel-Oszillator. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Gyrosensor 400 um eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung vom Typ Stimmgabel-Oszillator. Dieser Gyrosensor 400 wird erhalten durch das Prozessieren eines piezoelektrischen Dünnfilms 30, einer oberen Elektrodenschicht 31 (zweite Elektrodenschicht), einer unteren Elektrodenschicht 32 (erste Elektrodenschicht), einer ersten Oxidschicht 33, und einer zweiten Oxidschicht 34, welche die oben genannte piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung darstellen, in die Form des Oszillators vom Stimmgabel-Typ. Der Grundabschnitt 110 und die Arme 120 und 130 sind in der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung integriert. Die untere Elektrodenschicht kann als die oben genannte erste Elektrodenschicht bezeichnet werden. Die obere Elektrodenschicht kann als die oben genannte zweite Elektrodenschicht bezeichnet werden.
  • Die Treiberelektrodenschichten 21a und 31b und eine Sensierelektrodenschicht 31d sind auf der ersten Hauptfläche von einem Arm 120 gebildet. Analog sind die Treiberelektrodenschichten 31a und 31b und die Sensierelektrodenschicht 31c auf der ersten Hauptfläche des anderen Arms 130 gebildet. Jede der Elektrodenschichten 31a, 31b, 31c, und 31d werden durch Prozessieren der oberen Elektrodenschicht 31 in die Formen der vorgegebenen Elektroden durch Ätzen erhalten.
  • Die untere Elektrodenschicht 32 ist auf der gesamten zweiten Hauptfläche (der Rückfläche der ersten Hauptfläche) von dem Grundabschnitt 110 bzw. den Armen 120 und 130 gebildet. Die untere Elektrodenschicht 32 fungiert als eine Masseelektrode des Gyrosensors 400.
  • Ein kartesisches Koordinatensystem XYZ wird durch die Angabe definiert, dass die Längsrichtung von jedem der Arme 120 und 130 eine Z-Richtung ist und dass eine flache Oberfläche einschließlich der Hauptfläche der Arme 120 und 130 eine flache XZ-Ebene ist.
  • Wenn den Treiberelektrodenschichten 31a und 31b Treibersignale zugeführt werden, werden die beiden Arme 120 und 130 in einem In-Ebenen Vibrationsmodus angeregt. Bei dem In-Ebenen Vibrationsmodus handelt es sich um einen Modus, bei dem die beiden Arme 120 und 130 in einer Richtung parallel zu der Hauptfläche der beiden Arme 120 und 130 angeregt werden. Während zum Beispiel ein Arm 120 mit einer Geschwindigkeit VI in einer Richtung von -X angeregt wird, wird der andere Arm 130 mit einer Geschwindigkeit V2 in einer Richtung von +X angeregt.
  • Wenn die Drehung mit einer Winkelgeschwindigkeit ω mit einer Z-Achse als Drehachse auf den Gyrosensor 400 aufgebracht wird, wirkt die Corioliskraft auf jeden der Arme 120 und 130 in einer Richtung senkrecht zu der Geschwindigkeitsrichtung. Folglich beginnen die Arme 120 und 130, in einem Außer-Ebenen Vibrationsmodus angeregt zu werden. Bei dem Außer-Ebenen Vibrationsmodus handelt es sich um einen Modus, bei dem die beiden Arme 120 und 130 in einer Richtung senkrecht zu der Hauptfläche der beiden Arme 120 und 130 angeregt werden. Wenn zum Beispiel die Corioliskraft F1, die auf einen Arm 120 wirkt, in einer Richtung von -Y ist, wirkt die Corioliskraft F2, die auf den anderen Arm 130 wirkt, in einer Richtung von +Y.
  • Da der Betrag der Corioliskräfte F 1 und F2 proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ω ist, wird die Winkelgeschwindigkeit ω durch Umwandeln der mechanischen Verzerrung der Arme 120 und 130 durch die Corioliskräfte F1 und F2 in elektrische Signale (Erfassungssignale) durch den piezoelektrischen Dünnfilm 30 und durch Extraktion der elektrischen Signale aus den Sensierelektrodenschichten 31c und 31d bestimmt.
  • 6 veranschaulicht einen Drucksensor 500, bei dem es sich um eine Art piezoelektrischen Sensor handelt. Der Drucksensor 500 ist aus einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 40, einem Träger 41, der die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 40 trägt, einem Stromverstärker 48, und einer Spannungsmessvorrichtung 49 gebildet. Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 40 wird durch Stapeln einer gemeinsamen Elektrodenschicht 43 (erste Elektrodenschicht), einer ersten Oxidschicht 44, einer zweiten Oxidschicht 45, eines piezoelektrischen Dünnfilms 46, und einer einzelnen Elektrodenschicht 47 (zweite Elektrodenschicht) gebildet. Die gemeinsame Elektrodenschicht kann als die oben genannte erste Elektrodenschicht bezeichnet werden. Die einzelne Elektrodenschicht kann als die oben genannte zweite Elektrodenschicht bezeichnet werden. Eine Kavität 42, die von der gemeinsamen Elektrodenschicht 43 und dem Träger 41 umschlossen wird, reagiert auf Druck. Wenn eine externe Kraft auf den Drucksensor 500 aufgebracht wird, biegt sich die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 40 und eine Spannung wird in der Spannungsmessvorrichtung 49 detektiert.
  • 7 veranschaulicht einen Impulswellensensor 600, bei dem es sich um eine Art piezoelektrischen Sensor handelt. Der Impulswellensensor 600 ist aus einem Träger 51, einer Isolierungsschicht 52, die den Träger 51 überlappt, einer piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 50, die die Isolierungsschicht 52 überlappt, und einer Spannungsmessvorrichtung 58 gebildet. Wenn der Träger 51 nicht leitfähig ist, ist es denkbar, dass eine Isolierungsschicht 52 nicht vorhanden ist. Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 50 wird durch Stapeln einer gemeinsamen Elektrodenschicht 53 (erste Elektrodenschicht), einer ersten Oxidschicht 54, einer zweiten Oxidschicht 55, eines piezoelektrischen Dünnfilms 56, und einer einzelnen Elektrodenschicht 57 (zweite Elektrodenschicht) gebildet. Die gemeinsame Elektrodenschicht kann als die oben genannte erste Elektrodenschicht bezeichnet werden. Die einzelne Elektrodenschicht kann als die oben genannte zweite Elektrodenschicht bezeichnet werden. Wenn die hintere Fläche (die Fläche, an der die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 50 nicht vorgesehen ist) des Trägers 51 des Impulswellensensors 600 dazu gebracht wird, Haut über Arterien eines lebenden Körpers zu berühren, werden der Träger 51 und die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 50 von dem Druck aufgrund der Pulse bzw. des Pulsschlags des lebenden Körpers gebogen, und es wird eine Spannung in der Spannungsmessvorrichtung 58 erfasst.
  • (Festplattenlaufwerk)
  • 8 veranschaulicht ein Festplattenlaufwerk 700, bei dem die in 2 veranschaulichte Kopfbaugruppe verbaut ist. Eine Kopfbaugruppe 65 in 8 ist die gleiche wie die Kopfbaugruppe 200 in 2.
  • Das Festplattenlaufwerk 700 weist ein Gehäuse 60, eine Festplatte 61 (Aufzeichnungsmedium), das in dem Gehäuse 60 installiert ist, und eine Kopfstapelbaugruppe 62 auf. Die Festplatte 61 wird von einem Motor gedreht. Die Kopfstapelbaugruppe 62 zeichnet magnetische Informationen auf der Festplatte 61 auf oder reproduziert auf der Festplatte 61 aufgezeichnete magnetische Informationen.
  • Die Kopfstapelbaugruppe 62 besitzt einen Schwingspulenmotor 63, einen Aktuator-Arm 64, der mittels eines Gelenks gelagert ist, und die Kopfbaugruppe 65, die mit dem Aktuator-Arm 64 verbunden ist. Der Aktuator-Arm 64 kann sich um das Gelenk mittels des Schwingspulenmotors 63 frei drehen. Der Aktuator-Arm 64 ist in eine Vielzahl von Armen unterteilt, und die Kopfbaugruppe 65 ist jeweils mit jedem der Arme verbunden. Mit anderen Worten sind die Vielzahl der Arme und Kopfbaugruppen 65 in einer Gelenkrichtung gestapelt. Der Gleiter 19 ist an der Spitze der Kopfbaugruppe 65 angebracht, so dass er der Festplatte 61 gegenüberliegt.
  • Die Kopfbaugruppe 65 (200) bewegt die Kopfvorrichtung 19a in zwei Schritten. Die vergleichsweise größere Bewegung der Kopfvorrichtung 19a wird durch das Antreiben der gesamten Kopfbaugruppe 65 und des Aktuator-Arms 64 mittels des Schwingspulenmotors 63 gesteuert. Die Mikrobewegung der Kopfvorrichtung 19a wird durch das Antreiben des Gleiters 19 gesteuert, der sich an der Spitze der Kopfbaugruppe 65 befindet.
  • (Tintenstrahldrucker-Vorrichtung)
  • 9 veranschaulicht eine Tintenstrahldrucker-Vorrichtung 800. Die Tintenstrahldrucker-Vorrichtung 800 weist einen Druckkopf 70, einen Hauptkörper 71, einen Schlitten 72, und einen Kopfantriebsmechanismus 73 auf. Der Druckkopf 70 in 9 hat den piezoelektrischen Aktuator 300 in 3.
  • Die Tintenstrahldruckervorrichtung 800 weist Tintenpatronen auf, insgesamt mit 4 Farben, also Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz. Mittels der Tintenstrahldruckervorrichtung 800 ist ein Vollfarbendruck möglich. Eine Steuerplatine zur ausschließlichen Verwendung und dergleichen sind innerhalb der Tintenstrahldruckervorrichtung 800 verbaut. Die Steuerplatine und der gleichen steuern den Ausstoßzeitpunkt für Tinte durch den Druckkopf 70 und das Abtasten des Kopfantriebsmechanismus 73. Die Schlitten 72 ist an der Hinterseite des Hauptkörpers 71 angeordnet, und eine automatische Blattzufuhr (automatischer, kontinuierlicher Blattzufuhrmechanismus) 76 ist auf der einen Endseite des Schlittens 72 angeordnet. Die automatische Blattzufuhr 76 sendet Aufzeichnungspapier 75 automatisch aus, und liefert das Aufzeichnungspapier 75 aus einer Ausgabeöffnung 74 an der Vorderseite-[0076] Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind möglich, und die Modifikationen sind ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten, so lange die Modifikationen nicht von den Aufgaben der vorliegenden Erfindung abweichen.
  • BEISPIELE
  • Obgleich die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen nachfolgend noch spezifischer beschrieben werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Eine erste Elektrodenschicht 3, die aus Platin (Pt) besteht, wurde auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (ungeschnittenes Substrat 1) in einer Vakuumkammer gebildet. Die Ebenenrichtung der Oberfläche des Siliziumsubstrats, auf dem die erste Elektrodenschicht 3 gebildet wurde, war (100). Die Dicke des Siliziumsubstrats war 400 µm. Die erste Elektrodenschicht 3 wurde mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung der ersten Elektrodenschicht 3 wurde bei 400 °C gehalten. Die Dicke der ersten Elektrodenschicht 3 wurde auf 200 nm eingestellt.
  • Eine erste Oxidschicht 4 einschließlich K, Na, Nb und O wurde auf der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3 in einer Vakuumkammer gebildet. Die erste Oxidschicht 4 wurde mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung der ersten Oxidschicht 4 wurde bei 550 °C gehalten. Ein Mischgas aus Ar und O2 wurde als Gashülle in der Vakuumkammer verwendet. Die Konzentration von O2 in dem Mischgas betrug 5 Volumenprozent auf Grundlage des Gesamtvolumens des Mischgases. Der Gasdruck des Mischgases wurde bei 0,2 Pa gehalten. (K0.5Na0.5)NbO3 wurde als Sputter-Target verwendet. Die Größe des Sputter-Targets ist φ 150 mm. Eine Hochfrequenz-Stromquelle wurde als versorgende Stromquelle zum Sputtern verwendet. Die angelegte Leistung wurde auf 800 W eingestellt. Die Dicke der ersten Oxidschicht 4 wurde auf 15 nm eingestellt.
  • Eine zweite Oxidschicht 5, die aus SrRuO3 besteht, wurde auf der Oberfläche der ersten Oxidschicht 4 in einer Vakuumkammer gebildet. Die zweite Oxidschicht 5 wurde mittels eines Sputter-Verfahrens gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung der zweiten Oxidschicht 5 wurde bei 600 °C gehalten. Ein Mischgas aus Ar und O2 wurde als Gashülle in der Vakuumkammer verwendet. Die Konzentration von O2 in dem Mischgas betrug 2,5 Volumenprozent auf Grundlage des Gesamtvolumens des Mischgases. Der Gasdruck des Mischgases wurde bei 0,2 Pa gehalten. Die Größe eines Sputter-Targets war φ 150 mm. Eine Hochfrequenz-Stromquelle wurde als die versorgende Stromquelle zum Sputtern verwendet. Die angelegte Leistung wurde auf 150 W eingestellt. Die Dicke der zweiten Oxidschicht 5 wurde auf 15 nm eingestellt.
  • Ein piezoelektrischer Dünnfilm 6 bestehend aus (K,Na)NbO3 wurde auf der Oberfläche der zweiten Oxidschicht 5 in einer Vakuumkammer gebildet. Der piezoelektrische Dünnfilm 6 wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung des piezoelektrischen Dünnfilms 6 wurde bei 550 °C gehalten. Ein Mischgas aus Ar und O2 wurde als Gashülle in der Vakuumkammer verwendet. Die Konzentration von O2 in dem Mischgas betrug 5 Volumenprozent auf Grundlage des Gesamtvolumens des Mischgases. (K0.5Na0.5)NbO3 wurde als Sputter-Target verwendet. Die Größe des Sputter-Targets war φ 150 mm. Eine Hochfrequenz-Stromquelle wurde als versorgende Stromquelle zum Sputtern verwendet. Die angelegte Leistung wurde auf 800 W eingestellt. Die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 6 wurde auf 2 µm eingestellt. Ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat 111 in Beispiel 1 wurde durch das obige Verfahren erhalten.
  • Eine zweite Elektrodenschicht 7 bestehend aus Platin wurde auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6, der in dem piezoelektrischen Dünnfilmsubstrat 111 enthalten ist, in einer Vakuumkammer gebildet. Die zweite Elektrodenschicht 7 wurde mittels eines Sputterverfahrens gebildet. Die Temperatur in der Vakuumkammer wurde bei Raumtemperatur gehalten. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 7 wurde auf 200 nm eingestellt.
  • Die Strukturierung der zweiten Elektrodenschicht 7, des piezoelektrischen Dünnfilms 6, der zweiten Oxidschicht 5, der ersten Oxidschicht 4, und der ersten Elektrodenschicht 3 wurde mittels Fotolithografie, Trockenätzen, und Nassätzen durchgeführt. Dann wurde das Siliziumsubstrat geschnitten. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 111 in Beispiel 1 wurde durch das obige Verfahren erhalten. [Wie in 10 dargestellt wurde die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat 1 überlappt, einer ersten Oxidschicht 4, die die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, einer zweiten Oxidschicht 5, die die erste Oxidschicht 4 überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die zweite Oxidschicht 5 überlappt und einer zweiten Elektrodenschicht 7, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, gebildet. Die Größe des bewegbaren Abschnitts der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 betrug 15 mm × 5 mm.
  • [Messung des spezifischen elektrischen Widerstands]
  • In Beispiel 1 wurde zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 in der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 eine Gleichspannung angelegt, und der spezifische elektrische Widerstand zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 wurde gemessen. Die Gleichspannung betrug 40 kV/cm. Die Zeit, für die die Gleichspannung angelegt wurde, betrug 30 Sekunden. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 ist in Tabelle 1 veranschaulicht.
  • Durch das nachfolgende Verfahren wurde jede der Proben für die Messung des spezifischen elektrischen Widerstands hergestellt, und die jeweiligen spezifischen elektrischen Widerstände der ersten Oxidschicht 4 und der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1 wurden separat gemessen.
  • Die erste Elektrodenschicht wurde unmittelbar auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Die erste Oxidschicht 4 wurde unmittelbar auf der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3 durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Die zweite Elektrodenschicht 7 wurde unmittelbar auf der Oberfläche der ersten Oxidschicht 4 durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Das Strukturieren der zweiten Elektrodenschicht 7, der ersten Oxidschicht 4 und der ersten Elektrodenschicht 3 wurde durch das gleiche Verfahren wie oben durchgeführt. Das Siliziumsubstrat wurde geschnitten, um Proben zu erhalten. Die Größe der Proben betrug 25 mm × 5 mm. Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 wurde mithilfe dieser Probe durch das gleiche Verfahren wie oben gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 1 betrug 1,0×1012 Ωcm oder höher.
  • Die erste Elektrodenschicht 3 wurde unmittelbar auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Die zweite Oxidschicht 5 wurde unmittelbar auf der Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 3 durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Die zweite Elektrodenschicht 7 wurde unmittelbar auf der Oberfläche der zweiten Oxidschicht 5 durch das gleiche Verfahren wie oben gebildet. Das Strukturieren der zweiten Elektrodenschicht 7, der zweiten Oxidschicht 5 und der ersten Elektrodenschicht 3 wurde durch das gleiche Verfahren wie oben durchgeführt. Das Siliziumsubstrat wurde geschnitten, um Proben zu erhalten. Die Größe der Proben betrug 25 mm × 5 mm. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 wurde mithilfe dieser Probe durch das gleiche Verfahren wie oben gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1 betrug 1,0×10-3 Ωcm oder weniger.
  • [Messung der Änderungsrate der piezoelektrischen Konstante]
  • Berechnung des Anfangswerts der piezoelektrischen Konstante
  • Der Betrag der Auslenkung Dis25℃ (Einheit: nm) bei 25°C der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 wurde durch das nachfolgende Verfahren gemessen. Wie in 10 veranschaulicht, wenn ein Ende der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 durch eine Klemme 80 befestigt ist und Spannung zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 angelegt wird, meint der Auslenkungsbetrag den Abstand (Betrag der Auslenkung Dis), um den sich die Spitze an einer unbefestigten Seite der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in einer Dickenrichtung (Stapelrichtung, Z-Richtung) der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 bei der Verformung der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 bewegt. Die Frequenz einer Wechselspannung, die zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 angelegt wird, betrug 100 Hz. Die Wechselspannung betrug 0 bis 40 kV/cm und hatte eine Sinuswellenform. Die Dis25℃ in Beispiel 1 wurde mithilfe eines Laser-Doppler-Vibrometers und eines Oszilloskops gemessen. Dann wird der Eingangswert (-d31A) der piezoelektrischen Konstante (-d31) der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 berechnet. d31 wurde auf Grundlage von Ausdruck A berechnet. Bei Ausdruck A ist hs die Dicke des Substrats 1. L ist die Länge des bewegbaren Abschnitts des piezoelektrischen Dünnfilms 6. S11,s ist das Elastizitätsmodul des Substrats 1. V ist die angelegte Spannung.
    [Ausdruck 1] d 31 ≅ − h s 2 3 L 2 s 11, p s 11, s D i s V
    Figure DE102017129178B4_0001
  • Dauerbetriebstest
  • Ein Test im Dauerbetrieb, bei dem die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mithilfe des folgenden Verfahrens durchgeführt. Wie in 10 veranschaulicht wurde ein Ende der Dünnfilmvorrichtung 112 durch die Klemme 80 befestigt. Zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 wurde 1200 Millionen (1.200.000.000) Mal eine Wechselspannung angelegt. Die Frequenz der Wechselspannung betrug 100 Hz. Die Wechselspannung betrug 0 bis 40 kV/cm und hatte eine Sinuswellenform. Die piezoelektrische Konstante (-d31B) der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 nach dem 1200 Millionen-maligen Anlegen der Wechselspannung wurde durch das gleiche Verfahren wie oben berechnet. Die Änderungsrate Δ(-d31) (Einheit: %) der piezoelektrischen Konstanten in Beispiel 1 wurde auf Grundlage des Ausdrucks B berechnet. Δ(-d31) in Beispiel 1 ist in Tabelle 1 veranschaulicht. Δ ( − d 31 ) = { ( − d 31 B ) − ( − d 31 A ) } / ( − d 31 A ) × 100
    Figure DE102017129178B4_0002
  • (Beispiel 2)
  • Ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat 111 in Beispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren hergestellt wie Beispiel 1. Eine verschiedene zweite Oxidschicht 5b, die aus SrRuO3 besteht, wurde auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 6 gebildet, der in dem piezoelektrischen Dünnfilmsubstrat 111 in einer Vakuumkammer enthalten ist. Die verschiedene, zweite Oxidschicht 5b wurde durch ein Sputter-Verfahren gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b wurde bei 600 °C gehalten. Ein Mischgas aus Ar und O2 wurde als Gashülle in der Vakuumkammer verwendet. Die Konzentration von O2 in dem Mischgas betrug 2,5 Vol.-% auf Grundlage des Gesamtvolumens des Mischgases. Der Gasdruck des Mischgases wurde bei 0,2 Pa gehalten. Die Größe des Sputter-Targets betrug φ 150 mm. Eine Hochfrequenz-Stromquelle wurde als versorgende Stromquelle zum Sputtern verwendet. Die angelegte Leistung wurde auf 150 W eingestellt. Die Dicke der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b wurde auf 15 nm eingestellt.
  • Eine verschiedene erste Oxidschicht 4b umfassend K, Na, Nb und O wurde auf der Oberfläche der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b in einer Vakuumkammer gebildet. Die verschiedene erste Oxidschicht 4b wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Temperatur des Siliziumsubstrats in dem Prozess der Bildung der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b wurde bei 550 °C gehalten. Ein Mischgas aus Ar und O2 wurde als Gashülle in der Vakuumkammer verwendet. Die Konzentration von O2 in dem Mischgas betrug 5 Vol.-% auf Grundlage des Gesamtvolumens des Mischgases. Der Gasdruck des Mischgases wurde bei 0,2 Pa gehalten. (K0.5Na0.5)NbO3 wurde als Sputter-Target verwendet. Die Größe des Sputter-Targets betrug φ 150 mm. Eine Hochfrequenz-Stromquelle wurde als versorgende Stromquelle zum Sputtern verwendet. Die angelegte Leistung wurde auf 800 W eingestellt. Die Dicke der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b wurde auf 15 nm eingestellt.
  • Eine zweite, aus PT bestehende Elektrodenschicht 7 wurde auf der Oberfläche der verschiedenen, ersten Oxidschicht 4b in einer Vakuumkammer gebildet. Die zweite Elektrodenschicht 7 wurde durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Temperatur in der Vakuumkammer wurde auf Raumtemperatur gehalten. Die Dicke der zweiten Elektrodenschicht 7 wurde auf 200 nm eingestellt.
  • Die Strukturierung der zweiten Elektrodenschicht 7, der verschiedenen ersten Oxidschicht 4b, der verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b, des piezoelektrischen Dünnfilms 6, der zweiten Oxidschicht 5 (5a), der ersten Oxidschicht 4 (4a), und der ersten Elektrodenschicht 3 wurde mittels Fotolithografie, Trockenätzen, und Nassätzen durchgeführt. Dann wurde das Siliziumsubstrat geschnitten. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 103 in Beispiel 2 wurde durch das obige Verfahren erhalten. Wie in 1D gezeigt wurde die piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung 103 in Beispiel 2 aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat 1 überlappt, einer ersten Oxidschicht 4a, die die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, einer zweiten Oxidschicht 5a, die die erste Oxidschicht 4a überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die zweite Oxidschicht 5a überlappt, einer verschiedenen zweiten Oxidschicht 5b, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, einer verschiedenen ersten Oxidschicht 4b, die die verschiedene zweite Oxidschicht 5b überlappt, und einer zweiten Elektrodenschicht 7, die die verschiedene erste Oxidschicht 4b überlappt, gebildet. Die Größe des bewegbaren Abschnitts der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 in Beispiel 2 betrug 25 mm × 5 mm.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 in Beispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 103 in Beispiel 2 ist in Tabelle 1 veranschaulicht. Da die erste Oxidschicht in Beispiel 2 die gleiche ist wie die erste Oxidschicht 4 in Beispiel 1, ist der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 2 gleich dem spezifischen elektrischen Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 1. Da die zweite Oxidschicht 5 in Beispiel 2 die gleiche ist wie die zweite Oxidschicht 5 in Beispiel 1, ist der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 2 gleich dem spezifischen elektrischen Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1.
  • Δ(-d31) in Beispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren berechnet wie Beispiel 1. Δ(d31) in Beispiel 2 ist in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 3)
  • Beim Prozess des Bildens einer zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 3 wurde ein Sputter-Target bestehend aus ZnO anstelle des Sputter-Targets verwendet, das bei dem Prozess des Bildens der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1 verwendet wurde. Folglich wurde in Beispiel 3 die zweite Oxidschicht 5 gebildet, die aus Zno besteht. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 3 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, unter Ausnahme des obenstehenden Punktes. Wie in 10 dargestellt wurde die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 3 aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat 1 überlappt, einer ersten Oxidschicht 4, die die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, einer zweiten Oxidschicht 5, die die erste Oxidschicht 4 überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die zweite Oxidschicht 5 überlappt und einer zweiten Elektrodenschicht 7, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, gebildet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 3 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 3 ist in Tabelle 1 veranschaulicht. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 3 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 3 betrug 1,0 × 10-3 Ωcm oder weniger. Da die erste Oxidschicht 4 in Beispiel 3 die gleiche ist wie die erste Oxidschicht 4 in Beispiel 1, ist der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 3 gleich dem spezifischen elektrischen Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 1.
  • Δ(-d31) in Beispiel 3 wurde durch das gleiche Verfahren berechnet wie in Beispiel 1. Δ(-d31) in Beispiel 3 ist in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Beispiel 4)
  • Beim Prozess des Bildens einer zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 4 wurde ein Sputter-Target bestehend aus LaNiO3 anstelle des Sputter-Targets verwendet, das bei dem Prozess des Bildens der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1 verwendet wurde. Folglich wurde in Beispiel 4 die zweite Oxidschicht 5 gebildet, die aus LaNiO3 besteht. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 4 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, unter Ausnahme des obenstehenden Punktes. Wie in 10 dargestellt, wurde die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 4 aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat 1 überlappt, einer ersten Oxidschicht 4, die die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, einer zweiten Oxidschicht 5, die die erste Oxidschicht 4 überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die zweite Oxidschicht 5 überlappt und einer zweiten Elektrodenschicht 7, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, gebildet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 4 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung 112 in Beispiel 4 ist in Tabelle 1 veranschaulicht. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 4 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 4 betrug 1,0 × 10-3 Ωcm oder weniger. Da die erste Oxidschicht 4 in Beispiel 4 die gleiche ist wie die erste Oxidschicht 4 in Beispiel 1, ist der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 4 gleich dem spezifischen elektrischen Widerstand der ersten Oxidschicht 4 in Beispiel 1.
  • Δ(-d31) in Beispiel 4 wurde durch das gleiche Verfahren berechnet wie in Beispiel 1. Δ(-d31) in Beispiel 4 ist in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • In Vergleichsbeispiel 1 wurden eine erste Oxidschicht 4 und eine zweite Oxidschicht 5 nicht gebildet. Das bedeutet, dass in Vergleichsbeispiel 1 ein piezoelektrischer Dünnfilm unmittelbar auf der Oberfläche einer ersten Elektrodenschicht 3 gebildet ist. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme des obigen Punktes. Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 wurde aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, und einer zweiten Elektrodenschicht 7 gebildet, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, gebildet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 ist in Tabelle 1 veranschaulicht.
  • Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 1 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet. Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 1 ist in Tabelle 1 veranschaulicht.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • In Vergleichsbeispiel 2 wurde eine erste Oxidschicht 4 nicht gebildet. Das bedeutet, dass in Vergleichsbeispiel 2 eine zweite Oxidschicht 5 unmittelbar auf der Oberfläche einer ersten Elektrodenschicht 3 gebildet wurde. Eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme des obenstehenden Punktes. Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 wurde aus einem Substrat 1, einer ersten Elektrodenschicht 3, die das Substrat 1 überlappt, einer zweiten Oxidschicht 5, die die erste Elektrodenschicht 3 überlappt, einem piezoelektrischen Dünnfilm 6, der die zweite Oxidschicht 5 überlappt und einer zweiten Elektrodenschicht 7, die den piezoelektrischen Dünnfilm 6 überlappt, gebildet.
  • Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 gemessen. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 ist in Tabelle 1 dargestellt. Da die zweite Oxidschicht 5 in Vergleichsbeispiel 2 die gleiche ist wie die zweite Oxidschicht 5 in Beispiel 1, ist der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Vergleichsbeispiel 2 gleich dem spezifischen elektrischen Widerstand der zweiten Oxidschicht 5 in Beispiel 1.
  • Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 2 wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 berechnet. Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 2 ist in Tabelle 1 veranschaulicht. [Tabelle 1]
    Tabelle 1 Seite der ersten Elektrodenschicht Seite der zweiten Elektrodenschicht Spezifischer elektrischer Widerstand (Ωcm) Dauerbetriebs-Test Δ(d31)(%)
    Erste Oxidschicht 4 (4a) Zweite Oxidschicht 5 (5a) Erste Oxidschicht 4b Zweite Oxidschicht 5b
    Sputter- Target Dicke (nm) Sputter Target Dicke (nm) Sputter-Target Dicke (nm) Sputter-Target Dicke (nm)
    Beispiel 1 (K0.5Na0.5)NbO3 15 SrRuO3 15 - - - - 6,30×1013 -1,2
    Beispiel 2 (K0.5Na0.5)NbO3 15 SrRuO3 15 (K0.5Na0. 5)NbO3 15 SrRuO3 15 3,40×1013 -1,5
    Beispiel 3 (K0.5Na0.5)NbO3 15 ZnO 15 - - - - 9,80×1011 -1,8
    Beispiel 4 (K0.5Na0.5)NbO3 15 LaNiO3 15 - - - - 2,60×1012 -1,6
    VergleichsBeispiel 1 - - - - - - - - 6,50×1010 -3,6
    VergleichsBeispiel 2 - - SrRuO3 15 - - - - 7,40×109 -4,5
  • Es werden nun Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 verglichen. Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 weist keine erste Oxidschicht 4 und zweite Oxidschicht 5 auf. Indessen weist die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 eine zweite Oxidschicht 5 auf. Aufgrund eines solchen Unterschieds des Schichtaufbaus war der spezifische elektrische Widerstand in Vergleichsbeispiel 2 niedriger als der spezifische elektrische Widerstand bei Vergleichsbeispiel 1, und der Betrag von Δ(d31) in Vergleichsbeispiel 2 war größer als der Betrag von Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 1. Der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtung in Beispiel 1, der eine erste Oxidschicht 4 und eine zweite Oxidschicht 5 aufweist, war höher als der spezifische elektrische Widerstand der piezoelektrischen Dünnfilmvorrichtungen in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2, denen entweder die erste Oxidschicht 4 oder die zweite Oxidschicht 5 fehlt. Der Betrag von Δ(-d31) in Beispiel 1 war kleiner als die Beträge von Δ(d31) in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
  • Obgleich im Falle des Beispiels 1 ein moderater Widerstandseffekt vorliegt, kann ein ausreichendes elektrisches Feld an einen piezoelektrischen Dünnfilm 6 angelegt werden. Folglich wird berücksichtigt, dass der Betrag von Δ(-d31) in Beispiel 1 kleiner war als die Beträge der Δ(-d31)s in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
  • Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 1 weist keine erste Oxidschicht 4 und keine zweite Oxidschicht 5 auf. Daher werden in Vergleichsbeispiel 1 elektrische und mechanische Lasten unmittelbar auf einen piezoelektrischen Dünnfilm 6 aufgebracht bzw. angelegt. Folglich wird davon ausgegangen, dass der Betrag von Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 1 größer war als der Betrag von Δ(-d31) in Beispiel 1.
  • Die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung in Vergleichsbeispiel 2 weist keine erste Oxidschicht 4 auf. Daher konnte kein hoher spezifischer elektrischer Widerstand sichergestellt werden, und zudem nahm die Anhaftung zwischen der Schnittstelle zwischen der zweiten Oxidschicht 5 und dem piezoelektrischen Dünnfilm 6 in dem Vergleichsbeispiel 2 zu. Folglich wird davon ausgegangen, dass die elektrischen und mechanischen Lasten, die auf den piezoelektrischen Dünnfilm 6 aufgebracht wurden, in Vergleichsbeispiel 2 größer werden als die in Vergleichsbeispiel 1, und der Betrag von Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 2 war höher als der Betrag von Δ(-d31) in Vergleichsbeispiel 1.
  • Obwohl im Falle von Vergleichsbeispiel 2 ein moderater Widerstandseffekt ähnlich dem in Beispiel 1 vorliegt, kann ein ausreichendes elektrisches Feld an den piezoelektrischen Dünnfilm 6 angelegt werden. Folglich wird davon ausgegangen, dass der Betrag von Δ(-d31) in Beispiel 2 kleiner war als die Beträge der Δ(-d31)s in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
  • Obwohl im Falle der Beispiele 3 und 4 ein moderater Widerstandseffekt ähnlich zu Beispiel 1 vorliegt, kann ein ausreichendes elektrisches Feld an den piezoelektrischen Dünnfilm 6 angelegt werden. Folglich wird davon ausgegangen, dass die Beträge von Δ(-d31) in Beispiel 3 und 4 kleiner waren als die Beträge der Δ(-d31)s in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2.
  • Wie die Beispiele 1, 3 und 4 zeigen waren die Beträge von Δ(-d31) in jedem der Beispiele 1, 3 und 4 kleiner als die Beträge von Δ(-d31) in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2, unabhängig von dem Unterschied in der Zusammensetzung der zweiten Oxidschichten 5.
  • [Industrielle Anwendbarkeit]
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper, dessen spezifischer elektrischer Widerstand groß sind und dessen piezoelektrische Konstanten trotz eines Dauerbetriebs nicht dazu neigen, abzunehmen, ein piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat, und eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung sowie einen piezoelektrischen Aktuator, der die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung einsetzt, einen piezoelektrischen Sensor, eine Kopfbaugruppe, eine Kopf-Stapelbaugruppe, ein Festplattenlaufwerk, einen Druckkopf, und einen Tintenstrahldrucker-Vorrichtung bereit.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper
    101
    piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat
    102, 103
    piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen
    1
    Substrat
    2
    Isolierungsschicht
    3
    Erste Elektrodenschicht
    4, 4a, 4b
    erste Oxidschicht
    5, 5a, 5b
    zweite Oxidschicht
    6
    piezoelektrischer Dünnfilm
    7
    zweite Elektrodenschicht
    200
    Kopfbaugruppe
    9
    Grundplatte
    11
    Lastausleger
    11b
    Ansatzende
    11c
    erster flacher Federabschnitt
    11d
    zweiter flacher Federabschnitt
    11e
    Öffnungsabschnitt
    11f
    Auslegerhauptabschnitt
    13
    piezoelektrische Dünnfilmvorrichtungen
    15
    flexibles Substrat
    17
    Biegeelement
    19
    Gleiter
    19a
    Kopfvorrichtung
    300
    piezoelektrischer Aktuator
    20
    Basis
    21
    Druckkammer
    23
    Isolierungsschicht
    24
    untere Elektrodenschicht (erste Elektrodenschicht)
    25
    piezoelektrischer Dünnfilm
    26
    obere Elektrodenschicht (zweite Elektrodenschicht)
    27
    Düse
    28
    erste Oxidschicht
    29
    zweite Oxidschicht
    400
    Gyrosensor
    110
    Grundabschnitt
    120, 130
    Arme
    30
    piezoelektrischer Dünnfilm
    31
    obere Elektrodenschicht (zweite Elektrodenschicht)
    31a, 31b
    Treiberelektrodenschichten
    31c, 31d
    Sensierelektrodenschichten
    32
    untere Elektrodenschicht (erste Elektrodenschicht)
    33
    erste Oxidschicht
    34
    zweite Oxidschicht
    500
    Drucksensor
    40
    piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung
    41
    Träger
    42
    Kavität
    43
    gemeinsame Elektrodenschicht (erste Elektrodenschicht)
    44
    erste Oxidschicht
    45
    zweite Oxidschicht
    46
    piezoelektrischer Dünnfilm
    47
    einzelne Elektrodenschicht (zweite Elektrodenschicht)
    48
    Stromverstärker
    49
    Spannungsmessvorrichtung
    600
    Impulswellensensor
    50
    piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung
    51
    Träger
    52
    Isolierungsschicht
    53
    gemeinsame Elektrodenschicht (erste Elektrodenschicht)
    54
    erste Oxidschicht
    55
    zweite Oxidschicht
    56
    piezoelektrischer Dünnfilm
    57
    einzelne Elektrodenschicht (zweite Elektrodenschicht)
    58
    Spannungsmessvorrichtung
    700
    Festplattenlaufwerk
    60
    Gehäuse
    61
    Festplatte
    62
    Kopfstapelbaugruppe
    63
    Schwingspulenmotor
    64
    Aktuator-Arm
    65
    Kopfbaugruppe
    800
    Tintenstrahldrucker-Vorrichtung
    70
    Druckkopf
    71
    Hauptkörper
    72
    Schlitten
    73
    Kopfantriebsmechanismus
    74
    Ausgabeöffnung
    75
    Aufzeichnungspapier
    76
    automatische Blattzufuhr (automatischer Endlospapierzufuhrmechanismus)
    111
    piezoelektrisches Dünnfilmsubstrat
    112
    piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung
    80
    Klemme

Claims (11)

  1. Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper, aufweisend: eine erste Elektrodenschicht; eine erste Oxidschicht, die auf der ersten Elektrodenschicht gestapelt ist; eine zweite Oxidschicht, die auf der ersten Oxidschicht gestapelt ist; und ein piezoelektrischer Dünnfilm, der auf der zweiten Oxidschicht gestapelt ist, wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand der ersten Oxidschicht höher als ein spezifischer elektrischer Widerstand der zweiten Oxidschicht ist, die erste Oxidschicht K, Na und Nb beinhaltet, und der piezoelektrische Dünnfilm (K,Na)NbO3 beinhaltet und ein Verhältnis T1/TP einer Dicke T1 der ersten Oxidschicht zu einer Dicke TP des piezoelektrischen Dünnfilms 0,0010 bis 0,0150 beträgt.
  2. Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper nach Anspruch 1, wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand des piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörpers 1,0 × 1011 bis 1,0 × 1014 Ωcm beträgt.
  3. Piezoelektrisches Dünnfilm-Substrat, aufweisend: den piezoelektrischen Dünnfilm-Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2; und ein Substrat, wobei sich die erste Elektrodenschicht zwischen dem Substrat und der ersten Oxidschicht befindet.
  4. Piezoelektrische Dünnfilm-Vorrichtung, aufweisend: den Piezoelektrischer Dünnfilm-Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2; und eine zweite Elektrodenschicht, wobei sich die erste Oxidschicht, die zweite Oxidschicht, und der piezoelektrische Dünnfilm zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht befinden.
  5. Piezoelektrischer Aktuator, aufweisend: die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung nach Anspruch 4.
  6. Piezoelektrischer Sensor, aufweisend: die piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung nach Anspruch 4.
  7. Kopfbaugruppe, aufweisend: den piezoelektrischen Aktuator nach Anspruch 5.
  8. Kopf-Stapelbaugruppe, aufweisend: die Kopfbaugruppe nach Anspruch 7.
  9. Festplattenlaufwerk, aufweisend: die Kopf-Stapelbaugruppe nach Anspruch 8.
  10. Druckkopf, aufweisend: den piezoelektrischen Aktuator nach Anspruch 5.
  11. Tintenstrahl-Druckervorrichtung, aufweisend: den Druckkopf nach Anspruch 10.
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