DE3603337C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Wandler und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es ist bekannt, daß Bleititanat ein großes Achsenverhältnis und eine spontane Polarisation Ps in der ferroelektrischen Phase (tetragonales System) aufweist.
Es wird allgemein davon ausgegangen, daß die Piezoelektrizi­ tät eines ferroelektrischen Kristalls proportional zur Größe der spontanen Polarisation Ps ist. Es wurde berichtet, daß in einer Untersuchung, in der ein reiner Einkristall aus Bleititanat verwendet wurde, der ferroelektrische Kristall tatsächlich eine große Piezoelektrizität aufwies.
Da es jedoch in der Praxis schwierig ist, Bleititanat in Form eines Einkristalls mit praktikablen Abmessungen herzustellen, wird Bleititanat momentan in Form einer Keramik verwendet. Wird Bleititanat jedoch als eine Keramik ausgebildet, sind die c-Achsen der PbTiO3-Kristallite regellos orientiert, wo­ durch der Vorteil des Bleititanats, daß die Piezoelektrizi­ tät in Richtung der c-Achse groß ist, nicht vollständig aus­ genutzt werden kann.
Andererseits ist auch ein piezoelektrischer Wandler bekannt, bei dem ein Metallfilm als eine Elektrode auf einem Substrat gebildet, und ein piezoelektrischer Dünnfilm darauf abge­ schieden ist. In der Praxis können für piezoelektrische Wand­ ler jedoch nur piezoelektrische Dünnfilme aus bestimmten piezo­ elektrischen Materialien verwendet werden, da sich keine hin­ reichenden piezoelektrischen Eigenschaften bei einem poly­ kristallinen Film erzielen lassen, in dem die Kristallit- Achsen zufallsverteilt sind, entlang denen eine starke Piezo­ elektrizität auftritt. Ein durch Hochfrequenz-Sputtern auf einem Goldfilm abgeschiedener ZnO-Film ist beispielsweise gleichmäßig orientiert und zeigt eine Piezoelektrizität in Richtung der Dicke des Films, so daß er für einen piezoelek­ trischen Wandler verwendet werden kann. Wird jedoch mit den gewöhnlichen Technologien zur Filmbildung ein piezoelektri­ sches Perowskit-Material als Dünnfilm ausgebildet, ist die­ ser dünne Film nicht orientiert. Es war deshalb schwierig, praktisch anwendbare piezoelektrische Dünnfilm-Wandler herzu­ stellen, bei denen die große Piezoelektrizität vollständig ausgenutzt wird.
JP 59-2 23 230 A zeigt ein spezielles Beispiel, in dem ein (100)-orientierter Platin(Pt)-Film als eine Elektrode auf einem einkristallinen Magnesiumoxid(MgO)-Substrat angeord­ net und anschließend ein bezüglich der c-Achse orientierter Dünnfilm aus Bleititanat auf der Elektrode gebildet wird.
Bei diesem Verfahren ist es jedoch nur möglich, sehr be­ schränkte Arten von Einkristall-Substraten zu verwenden, die eine Gitterkonstante aufweisen, die annähernd gleich der eines piezoelektrischen Stoffes ist.
Die genannte (100)-Orientierung der Elektrodenschicht ist er­ forderlich, um in dem Perowskit-Film die gewünschte hohe Orientierung längs der C-Achse zu erreichen. Wird eine Elek­ trodenschicht aus einem Metall, das eine kubisch-flächenzen­ trierte Gitterstruktur aufweist, auf einer glatten, struktur­ losen Substratoberfläche abgeschieden, so hat die Schichtober­ fläche eine (111)-Orientierung. Eine andere Orientierung läßt sich nur dann erzwingen, wenn die Gitterkonstanten der Materi­ alien des Substrats und der Elektrodenschicht im wesentlichen gleich sind.
Gemäß DE 35 10 247 A1 gehören ferner ein piezoelektrischer Wandler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen piezoelektrischen Wandlers mit den im Oberbegriff des An­ spruchs 7 angegebenen Merkmalen zum Stand der Technik. Dort ist auf einem aus Quarz­ glas bestehenden Substrat eine erste Metallschicht aus Gold abgeschieden, die eine (111) -Orientierung aufweist. Auf der Goldschicht ist ein piezoelektrischer Film aus Zinkoxid und auf diesem eine zweite Metallschicht aus Gold oder Aluminium angeordnet. Zinkoxid ist kein Perowskit-Material. Um bei einem Zinkoxidfilm eine hohe Orientierung längs der C-Achse zu er­ zielen, wird er durch Sputtern auf der (111)-orientierten Goldschicht abgeschieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektri­ schen Wandler, bei dem der piezoelektrische Film eine hervorragende C- Achsen-Orientierung aufweist, ohne daß hinsichtlich der Git­ terkonstanten der Materialien des Substrats und des ersten Metallfilms Beschränkungen bestehen, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers anzugeben.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen­ teil des Anspruchs 1 bzw. dem des Anspruchs 8 angegeben. Die Flächen des Sägezahnprofils sind dabei (111)-orientiert. Wird auf die so strukturierte Substratoberfläche ein Metall mit ku­ bisch-flächenzentrierter Raumstruktur aufgebracht, so beginnt die Schicht auf den genannten (111)-orientierten Flächen auf­ zuwachsen, wobei die sich zunächst bildenden Inseln selbst eine (111) -Orientierung aufweisen werden. Mit zunehmender Schichtdicke wachsen diese Inseln zusammen, und es entsteht eine die Vertiefungen des Sägezahnprofils ausfüllende, zusam­ menhängende Schicht, deren Oberfläche im Winkel zu der (111)- Richtung der Sägezahnflächen und parallel zur Hauptoberfläche des Substrats liegt und daher die für das Auftragen des piezo­ elektrischen Films auf einem Perowskit-Material geeignete (100)-Orientierung aufweist. Diese Orientierung wird unabhän­ gig davon erzielt, ob das Material des Substrats und das der darauf angeordneten Metallschicht gleiche Gitterkonstanten aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol­ genden anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Wandlers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 1B eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1A;
Fig. 2A bis 2F Darstellungen der Verfahrensschritte bei der Herstel­ lung eines Gitters auf einem Siliziumsubstrat;
Fig. 3 eine Teilansicht des piezoelektrischen Wandlers nach Fig. 1A;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teils des piezoelektrischen Wandlers nach Fig. 1A;
Fig. 5A eine Draufsicht auf eine Anordnung von erfindungsge­ mäßen piezoelektrischen Wandlern; und
Fig. 5B eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 5A.
Die Fig. 1A und 1B zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht eines piezoelektrischen Wandlers eines ersten Beispiels der Erfindung.
In diesen Figuren ist mit Bezugsziffer 21 ein Substrat aus einem Silizium(Si)-Material bezeichnet, dessen Hauptoberflä­ che 22 mit einem Gitter bzw. mit Rippen versehen ist, die ein Sägezahnprofil aufweisen. Mit Bezugsziffer 23 ist eine Platin aufweisende untere Elektrodenschicht, mit Bezugszif­ fer 24 ein auf Bleititanat basierender piezoelektrischer Dünn­ film und mit Bezugsziffer 25 eine obere Elektrodenschicht dar­ gestellt.
Das Siliziumsubstrat 21 ist aus einem Silizium-Einkristall mit den Abmessungen 10 mm ⌀ ×10 mm hergestellt, dessen obere und untere Oberflächen (100)-Ebenen sind. Die Fig. 2A bis 2F stel­ len Verfahrensschritte für das Versehen des Siliziumsubstrats 21 mit dem Gitter bzw. den Rippen dar. Wie in Fig. 2A gezeigt, wird zuerst auf der Hauptoberfläche 209 des Substrats 21 durch thermische Oxidation eine SiO2-Schicht 210 gebildet. An­ schließend wird auf der SiO2-Schicht ein Fotoresistfilm gebil­ det, freigelegt und entwickelt, um ein Resistmuster 212 mit einer Teilung bzw. einem Zwischenraum von 0,3 µm zu erhalten, wie es in Fig. 2B gezeigt ist. Die SiO2-Schicht wird darauf­ hin durch reaktives Ionenätzen mit CHF3-Gas geätzt, um die Schicht 210 in den in Fig. 2C gezeigten Zustand zu bringen. Durch Entfernen des Resistfilms ergibt sich der in Fig. 2D dargestellte Zustand. Die so erhaltene Anordnung wird einem anisotropen Ätzvorgang mit einer mit Isopropylalkohol ge­ sättigten, 20%igen wässrigen KOH-Lösung unterzogen, wobei der streifenförmige SiO2-Film 211 als eine Maske verwendet wird. Durch das Ätzen bei 75°C für 15 Sekunden wird ein Git­ ter mit Sägezahnprofil gebildet, das einen Neigungsschnitt­ winkel von 70,5° aufweist, wie es in Fig. 2E gezeigt ist. Ent­ sprechend Fig. 2F wird abschließend auf der das Gitter aufwei­ senden Oberfläche durch thermische Oxidation eine dünne SiO2- Schicht 214 gebildet. Fig. 3 zeigt eine perspektivische An­ sicht des Siliziumsubstrats 21 mit dem so gebildeten Gitter. Dieses Substrat 21 wird auf 200°C erhitzt, und es erfolgt eine Platin-Dampfabscheidung, um darauf eine untere Elektro­ denschicht 23 zu bilden. Diese Anordnung wird bei 800°C für zwei Stunden ausgeheilt, um die Orientierung der Platinschicht zu verbessern.
Da Platin eine starke (111)-Orientierung zeigt, ist die auf der Hauptoberfläche mit dem Gitter gebildete Schicht 23 ein (100)-orientierter Film.
Das ist schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Dampfabscheidung und das Ausheilverfahren bewirkten eine Graphoepitaxie, um die auf der Oberfläche 22 gebildete Schicht 23 in eine (100)-orientierte Schicht umzuformen. Wenn die Temperatur des Substrats während der Dampfabschei­ dung angehoben wird, läßt sich ohne Anwendung irgendeines Ausheilschrittes direkt eine (100)-orientierte Platinschicht erzielen. In diesem Beispiel entspricht die Menge des abge­ schiedenen Platins, die ausreicht, die Gitterrinnen zu fül­ len und einen bis zu seiner Oberfläche (100)-orientierten Platinfilm zu erhalten, der Menge, die verwendet werden wür­ de, um einen 300 nm dicken Platinfilm durch Dampfabscheidung auf einer flachen Oberfläche zu bilden.
Anschließend wird ein auf Bleititanat basierender Dünnfilm als eine piezoelektrische Schicht auf der unteren Elektroden­ schicht 23 durch ein Hochfrequenz-Magnetron-Sputter-Verfahren gebildet. Bei diesem Schritt werden beispielsweise Zirkonium (Zr) und Magnesium (Mg) als geringfügige Nebenkomponenten dem PbTiO3 zugesetzt, um die Piezoelektrizität zu verbessern. Bevorzugte Sputter-Bedingungen weisen eine Substrattemperatur von 550°C, einen Ar-O2 (90%-10%)-Gasdruck von 3 Pa und eine Sputter-Zeit von zehn Stunden auf. Die Dicke eines unter diesen Bedingungen gebildeten Films beträgt etwa 3 µm.
Der so hergestellte piezoelektrische Dünnfilm wurde durch eine Röntgenstrahl-Beugungsmessung ausgewertet. Es ergab sich, daß dieser Film starke (00λ)-Beugungspeaks und schwache (h00)-Beugungspeaks aufwies, d. h. ein im wesentli­ chen c-Achsen-orientierter Dünnfilm war. In diesem Fall ist λ 1, 2 oder 3, und h 1 oder 3.
Anschließend werden zur Bildung einer oberen Elektrode 25 auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 24 durch eine Maske mit 5 mm ⌀ über ein Dampfabscheidungsverfahren Chrom (Cr) und Gold (Au) abgeschieden.
Anschließend wird die Probe unter Halten der Probentemperatur auf 200°C gepolt, indem für etwa 20 Minuten zwischen den Elektroden eine Gleichspannung von 100 kV/cm angelegt wird.
Die Messung der Empfindlichkeit des nach obigem Verfahren her­ gestellten piezoelektrischen Wandlers erfolgte durch ein Im­ puls-Echo-Verfahren. Dabei wurden durch Anlegen eines Stoßwel­ lensignals zwischen den Elektroden 23 und 25 Ultraschallwellen erzeugt, und die Intensität des vom anderen Ende der Substrat­ säule reflektierten Echos wurde im Frequenzbereich zwischen 0,1 und 1,2 GHz gemessen. Aus der erhaltenen Frequenzkenn­ linie wurde ein elektromechanischer Kopplungsfaktor mit einem Wert von 0,62 bestimmt. Dieser Wert war größer als der (≅ 0,5) einer auf PbTiO3 basierenden Keramik, so daß der piezoelek­ trische Wandler nach diesem Beispiel durchaus einen Effekt zeigte, der von der Bildung des c-Achsen-orientierten piezo­ elektrischen Dünnfilms herrührte.
Im obigen Ausführungsbeispiel wurde ein Substrat mit einem Gitterabstand von 0,3 µm verwendet. Wünschenswert ist ein Gitterabstand von 0,6 µm oder darunter. Wenn auf ein Substrat ein Gitter mit einem Rippenabstand kleiner als 0,3 µm aufge­ bracht wird, kann die Graphoepitaxie eines Platinfilms er­ leichtert werden. Wenn die Temperatur des Sputterns zur Bil­ dung des Films 24 auf 200°C verändert wird, hat der piezo­ elektrische Dünnfilm 24 keine klare Beugungslinie und ist amorph. Er wurde deshalb nach einem Ausheilschritt bei 700°C für acht Stunden durch Röntgenstrahl-Beugungsmessung ausge­ wertet. Es ergab sich, daß der Film eine (00λ)-Beu­ gungspeaks und schwache (h00)-Beugungspeaks hatte.
Dieses Ergebnis zeigt, daß sich der c-Achsen-orientierte piezo­ elektrische Dünnfilm 24 auch durch ein Verfahren erzielen läßt, das folgende Schritte aufweist: Bilden eines amorphen piezo­ elektrischen Dünnfilms auf der (100)-orientierten Platin­ Elektrodenschicht 23 und anschließendes Ausheilen der amorphen Schicht unter bestimmten Bedingungen.
Auf die bereits oben beschriebene Weise wurde eine obere Elek­ trodenschicht 25 auf dem nach diesem Verfahren gebildeten Dünn­ film aus Bleititanat abgeschieden. Diese Probe wurde gepolt. Der elektromechanische Kopplungsfaktor dieser Probe wurde durch ein Impuls-Echo-Verfahren gemessen und ergab einen Wert von 0,58.
Die Fig. 5A und 5B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Schnittan­ sicht einer piezoelektrischen Wandleranordnung, die entspre­ chend dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Beispiel herge­ stellt wurde.
Ein Siliziumsubstrat 11 weist ein Gitter, wie es oben genannt wurde, nur auf den Bereichen 12 der Hauptoberfläche auf, die mit den Wandlerelementen zusammenfallen, während die (100)- Ebene des Substrats 11 auf den anderen Bereichen unverändert belassen werden. Auf diesem Substrat werden eine untere Elektrode 13, die als eine allen Elektroden der Wandlerelemente gemeinsame Elektrode dient, und danach ein auf PbTiO3 basierender piezo­ elektrischer Film 14 gebildet. Weiterhin wird auf jedem mit den jeweiligen Bereichen 12 zusammenfallenden Teil 16 eine Elektrode 15 angeordnet, die als Elektrode für das jeweilige Wandler­ element dient.
Bei dieser Struktur ist die untere Elektrode 13 ein (100)- orientierter Film im Bereich 16, jedoch ein (111)-orientier­ ter Film im Bereich 17. Der Dünnfilm 14 aus Bleititanat ist daher auf dem Platinfilm im Bereich 16 c-Achsen-orientiert, wohingegen der Dünnfilm 14 aus Bleititanat auf dem Platin­ film im Bereich 17 ein nicht orientierter Film ist.
Wenn der so gebildete piezoelektrische Film 14 unter Verwen­ dung der Elektrode 13 sowie der Elektroden 15 gepolt wird, kann nur der Bereich 16 piezoelektrisch aktiviert werden. Auf diese Weise kann durch selektives Aufbringen von Gittern nur auf die Bereiche, die mit dem Wandlerelement übereinstim­ men, die Orientierung des piezoelektrischen Films gesteuert werden, womit sich eine piezoelektrische Wandleranordnung mit einer hervorragenden Signaltrennung zwischen den Elementen erzielen läßt.
In den oben dargestellten Beispielen wird ein Siliziumkristall als Substrat verwendet. Es ist daher auch möglich, eine mono­ lithische Vorrichtung zu realisieren, in der Ansteuerschal­ tungen oder Signalempfänger auf demselben Substrat gebildet sind.
Es ist auch möglich, das Substrat 21 als akustische Linse zu verwenden, indem am Boden des Substrats 21 eine halbrunde Öffnung 26 gebildet wird, wie sie in Fig. 1B mit einer ge­ strichelten Linie dargestellt ist. Wird das Substrat 21 als eine akustische Linse verwendet, wird die Oberfläche außer­ halb der halbrunden Öffnung 26 vorzugsweise abgefast, wie es mit Bezugsziffer 27 dargestellt ist.
Der in den obigen Beispielen verwendete Siliziumkristall kann durch andere anisotrop ätzbare Materialien ersetzt werden, beispielsweise GaAs- oder InP-Kristalle. Diese Materialien können als Substrate verwendet werden, indem auf sie in der oben beschriebenen Weise Gitter mit Sägezahnprofil aufge­ bracht werden.
Daneben sind die Verfahren zur Erzielung eines Substrats mit einem Gitter bzw. mit Rippen nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, ein Substrat mit einem Gitter zu erhalten, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, indem eine streifenförmige Maske auf einer Quarzglas-Oberfläche gebildet wird,und anschließend Ionenfräsen aus zwei Richtungen erfolgt.
Andererseits sind als Materialien für die untere Elektroden­ schicht Metalle mit einer kubisch-flächenzentrierten Struktur zu nennen, die eine (111)-Orientierung zeigen, beispielsweise Gold (Au), Aluminium (Al), Palladium (Pd), Iridium (I ) oder Rhodium (Rh) sowie Platin (Pt). Vorzugsweise wird dabei ein Metall mit einer Gitterkonstante gewählt, die derjenigen des piezoelektrischen Materials, das auf­ wachsen und orientiert werden soll, am nächsten ist.

Claims (13)

1. Piezoelektrischer Wandler mit
einem Substrat (11; 21),
einer auf einer Substrat-Hauptoberfläche (209) angeordne­ ten ersten Schicht (13; 23) aus einem Metall, das eine ku­ bisch-flächenzentrierte Raumgitterstruktur aufweist und an einer glatten Oberfläche (111)-orientiert ist,
einem auf der ersten Metallschicht (13; 23) angeordneten piezoelektrischen Film (14; 24) und
einer auf dem piezoelektrischen Film (14; 24) angeordne­ ten zweiten Metallschicht (15; 25),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrat-Hauptoberfläche (209) ein Sägezahnprofil aufweist und
daß der piezoelektrische Film (14; 24) aus einem Perowskit-Material besteht.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Flächen des Sägezahnprofils einen Winkel von 70,5° miteinander bilden.
3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägezahnprofil eine Teilung von höchstens 0,6 µm auf­ weist.
4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Metallschicht (13; 23) Platin enthält.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der piezoelektrische Film (14; 24) Bleititanat enthält.
6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Substrat (11; 21) aus einem Silizium-Einkristall besteht.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er mehrere einzelne Wandlerelemente aufweist, daß das Substrat (11), die erste Metallschicht (13) und der piezoelektrische Film (14) allen Wandlerelementen gemeinsam sind, und daß jedem Wandlerelement ein Bereich (12) mit Säge­ zahnprofil und eine eigene zweite Metallschicht (15) zugeord­ net sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Wand­ lers, wobei auf einer Hauptoberfläche (209) eines Substrats (21) eine erste Schicht (23) aus einem Metall ausgebildet wird, das eine kubisch-flächenzentrierte Raumgitterstruktur aufweist und an einer glatten Oberfläche (111)-orientiert ist, auf der ersten Metallschicht (23) ein piezoelektrischer Film (24) und auf diesem eine zweite Metallschicht (25) ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Substrat-Hauptoberfläche (209) vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht mit einem Sägezahnprofil versehen wird, und
daß der piezoelektrische Film (24) aus einem Perowskit- Material erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (23) durch Dampfabscheidung aufge­ bracht und ausgeheilt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Film (24) durch Hochfrequenz-Sputtern aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Hochfrequenz-Sputtern eine amorphe Schicht erzeugt und diese durch Ausheilen in einen längs der C-Achse orientierten piezo­ elektrischen Film ungewandelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sägezahnprofil durch anisotropes Ätzen eines einkristallinen Substrats (21) unter Verwendung einer streifenförmigen Maske (211) erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der piezoelektrische Film aus einem Material, das eine ferroelektrische Phase im tetragonalen System aufweist, gebildet und durch Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Metallschichten (23, 25) gepolt wird.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2532381B2 (ja) * 1986-03-04 1996-09-11 松下電器産業株式会社 強誘電体薄膜素子及びその製造方法
US4816125A (en) * 1987-11-25 1989-03-28 The Regents Of The University Of California IC processed piezoelectric microphone
US5210455A (en) * 1990-07-26 1993-05-11 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive actuator having ceramic substrate having recess defining thin-walled portion
WO1993005208A1 (en) * 1991-09-10 1993-03-18 Massachusetts Institute Of Technology Enhanced heteroepitaxy
US5155658A (en) * 1992-03-05 1992-10-13 Bell Communications Research, Inc. Crystallographically aligned ferroelectric films usable in memories and method of crystallographically aligning perovskite films
US5270298A (en) * 1992-03-05 1993-12-14 Bell Communications Research, Inc. Cubic metal oxide thin film epitaxially grown on silicon
US5466932A (en) * 1993-09-22 1995-11-14 Westinghouse Electric Corp. Micro-miniature piezoelectric diaphragm pump for the low pressure pumping of gases
US5889871A (en) * 1993-10-18 1999-03-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Surface-laminated piezoelectric-film sound transducer
JP4122564B2 (ja) * 1998-04-24 2008-07-23 セイコーエプソン株式会社 圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよびそれらの製造方法
US6204757B1 (en) * 1998-05-29 2001-03-20 Francis Christopher Evans Seatbelt usage and safety data accounting system
US6438070B1 (en) 1999-10-04 2002-08-20 Halliburton Energy Services, Inc. Hydrophone for use in a downhole tool
US6609430B1 (en) 2000-05-09 2003-08-26 Shrinivas G. Joshi Low profile transducer for flow meters
US7119800B2 (en) * 2003-06-24 2006-10-10 Tyco Electronics Corporation Acoustic touch sensor with low-profile diffractive grating transducer assembly
US7057330B2 (en) * 2003-12-18 2006-06-06 Palo Alto Research Center Incorporated Broad frequency band energy scavenger
US7293411B2 (en) 2004-12-20 2007-11-13 Palo Alto Research Center Incorporated Energy scavengers which adjust their frequency by altering liquid distributions on a beam
DE102006004448B3 (de) * 2006-01-31 2007-10-04 Siemens Ag Dünnfilmkondensator mit strukturierter Bodenelektrode, Verfahren zum Herstellen des Dünnfilmkondensators und Verwendung des Dünnfilmkondensators
WO2007115283A2 (en) * 2006-04-04 2007-10-11 Kolo Technologies, Inc. Modulation in micromachined ultrasonic transducers
US11079543B1 (en) * 2010-09-23 2021-08-03 Lawrence Livermore National Security, Llc Isotropic etchback method of linewidth tailoring multilayer dielectric diffraction gratings for improvement of laser damage resistance and diffraction efficiency
US8866367B2 (en) * 2011-10-17 2014-10-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermally oxidized seed layers for the production of {001} textured electrodes and PZT devices and method of making
GB2498213B (en) * 2012-01-09 2018-11-21 Bae Systems Plc Transducer arrangement
JP2016032007A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 株式会社リコー 圧電膜の製造方法、圧電素子の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1541523B1 (de) * 1965-12-21 1970-07-09 Nippon Electric Co Piezoelektrisches elektroakustisches Wandlerelement und Verfahren zu seiner Herstellung
US3872332A (en) * 1971-04-19 1975-03-18 Honeywell Inc Composite bond for acoustic transducers
US3891869A (en) * 1973-09-04 1975-06-24 Scarpa Lab Inc Piezoelectrically driven ultrasonic generator
US3942139A (en) * 1974-11-08 1976-03-02 Westinghouse Electric Corporation Broadband microwave bulk acoustic delay device
JPS52113713A (en) * 1976-03-22 1977-09-24 Hitachi Ltd Array type ultra-high frequency sound oscillator
GB2056810B (en) * 1979-08-14 1984-02-22 Clarion Co Ltd Surface-acoustic-wave device
JPS5832360U (ja) * 1981-08-20 1983-03-02 ティーディーケイ株式会社 超音波探触子
US4480209A (en) * 1981-10-09 1984-10-30 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave device having a specified crystalline orientation
JPS59223230A (ja) * 1983-05-30 1984-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd チタン酸鉛配向薄膜の製造方法
US4692653A (en) * 1984-03-23 1987-09-08 Hitachi, Ltd. Acoustic transducers utilizing ZnO thin film

Also Published As

Publication number Publication date
US4677336A (en) 1987-06-30
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JPS61177900A (ja) 1986-08-09

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