JP2010161330A5 - 圧電薄膜素子及び圧電体デバイス - Google Patents
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上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第1の態様は、基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、前記圧電体層は、非鉛のニオブ酸化物系ペロブスカイト型結晶を主相とする圧電体層であり、前記下部電極の表面は、二乗平均粗さRmsが1.1nm以下の表面粗さである圧電薄膜素子である。
本発明の第1の態様は、基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、前記圧電体層は、非鉛のニオブ酸化物系ペロブスカイト型結晶を主相とする圧電体層であり、前記下部電極の表面は、二乗平均粗さRmsが1.1nm以下の表面粗さである圧電薄膜素子である。
本発明の圧電薄膜素子は、前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向して形成されてもよく、前記下部電極はPt膜から形成されてもよく、前記下部電極は前記基板上に設けられる接着層と該接着層上に設けられる電極層とを有し、かつ前記接着層は厚さ0.084nm以上10nm以下のTi膜から構成されてもよい。
本発明の圧電薄膜素子は、前記下部電極上に形成された前記圧電体層の表面の最大最小粗さは、前記圧電体層の平均膜厚に対して23%以下であってもよく、前記下部電極上に形成された前記圧電体層の表面の算術平均粗さRaまたは二乗平均粗さRmsが、前記圧電体層の平均膜厚に対して2.7%以下であってもよい。また、本発明の圧電薄膜素子は、前記圧電体層の表面は、算術平均粗さRaが4.1nm以下、二乗平均粗さRmsが4.8nm以下、最大最小粗さが200nm以下のいずれかの表面粗さであってもよい。
本発明の圧電薄膜素子は、前記圧電体層の一部に、ABO
3
の結晶層、ABO
3
の非晶質層、またはABO
3
の結晶と非晶質とが混合した混合層のいずれかを含む圧電薄膜素子であってもよい。ただし、AはLi、Na、K、Pb、La、Sr、Nd、Ba、Biのうちから選択される1種類以上の元素であり、BはZr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta、Inのうちから選択される1種類以上の元素であり、Oは酸素である。
また、本発明の圧電薄膜素子は、前記圧電体層が、前記基板に対して垂直方向に(001)優先配向して形成されてもよい。
また、本発明の圧電薄膜素子は、前記圧電体層が、前記基板に対して垂直方向に(001)優先配向して形成されてもよい。
本発明の他の態様は、基板上に、下部電極、圧電体層を有する圧電薄膜素子において、前記圧電体層は、(Na
x
K
y
Li
z
)NbO
3
(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦0.2、x+y+z=1)で表されるペロブスカイト型酸化物を主相とする圧電体層であり、前記基板はSi基板であり、前記下部電極はPt膜からなり、前記下部電極の表面は、算術平均粗さRaが0.86nm以下、または二乗平均粗さRmsが1.1nm以下のいずれかの表面粗さであり、かつ前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向である圧電薄膜素子である。
本発明の他の態様は、基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、前記圧電体層は、非鉛のニオブ酸化物系ペロブスカイト型結晶を主相とする圧電体層であり、前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向であり、前記圧電体層は、前記基板に対して垂直方向に(001)優先配向であり、かつ前記圧電体層の表面は、算術平均粗さRaが4.1nm以下、二乗平均粗さRmsが4.8nm以下、最大最小粗さが200nm以下のいずれかの表面粗さである圧電薄膜素子である。
本発明の他の態様は、前記圧電薄膜素子に、電圧印加手段又は電圧検出手段を備えた圧電体デバイスである。
Claims (12)
- 基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、
前記圧電体層は、非鉛のニオブ酸化物系ペロブスカイト型結晶を主相とする圧電体層であり、
前記下部電極の表面は、二乗平均粗さRmsが1.1nm以下の表面粗さであることを特徴とする圧電薄膜素子。 - 請求項1に記載の圧電薄膜素子において、前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1または2に記載の圧電薄膜素子において、前記下部電極はPt膜からなることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至3に記載の圧電薄膜素子において、前記下部電極は前記基板上に設けられる接着層と該接着層上に設けられる電極層とを有し、かつ前記接着層は厚さ0.084nm以上10nm以下のTi膜からなることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至4に記載の圧電薄膜素子において、前記下部電極上に形成された前記圧電体層の表面の最大最小粗さが、前記圧電体層の平均膜厚に対して23%以下であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至4に記載の圧電薄膜素子において、前記下部電極上に形成された前記圧電体層の表面の算術平均粗さRaまたは二乗平均粗さRmsが、前記圧電体層の平均膜厚に対して2.7%以下であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の圧電薄膜素子において、前記圧電体層の表面は、算術平均粗さRaが4.1nm以下、二乗平均粗さRmsが4.8nm以下、最大最小粗さが200nm以下のいずれかの表面粗さであることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の圧電薄膜素子において、前記圧電体層の一部に、ABO3の結晶層、ABO3の非晶質層、またはABO3の結晶と非晶質とが混合した混合層のいずれかを含むことを特徴とする圧電薄膜素子。ただし、AはLi、Na、K、Pb、La、Sr、Nd、Ba、Biのうちから選択される1種類以上の元素であり、BはZr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta、Inのうちから選択される1種類以上の元素であり、Oは酸素である。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の圧電薄膜素子において、前記圧電体層は、前記基板に対して垂直方向に(001)優先配向であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、
前記圧電体層は、(Na x K y Li z )NbO 3 (0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦0.2、x+y+z=1)で表されるペロブスカイト型酸化物を主相とする圧電体層であり、
前記基板はSi基板であり、前記下部電極はPt膜からなり、
前記下部電極の表面は、算術平均粗さRaが0.86nm以下、または二乗平均粗さRmsが1.1nm以下のいずれかの表面粗さであり、かつ前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向であることを特徴とする圧電薄膜素子。 - 基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を有する圧電薄膜素子において、
前記圧電体層は、非鉛のニオブ酸化物系ペロブスカイト型結晶を主相とする圧電体層であり、
前記下部電極が、前記基板に対して垂直方向に(111)優先配向であり、
前記圧電体層は、前記基板に対して垂直方向に(001)優先配向であり、
前記圧電体層の表面は、算術平均粗さRaが4.1nm以下、二乗平均粗さRmsが4.8nm以下、最大最小粗さが200nm以下のいずれかの表面粗さであることを特徴とする圧電薄膜素子。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の圧電薄膜素子に、電圧印加手段又は電圧検出手段を備えることを特徴とする圧電体デバイス。
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