JP2010161330A5 - 圧電薄膜素子及び圧電体デバイス - Google Patents

Description

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。