JP2011035370A - 圧電薄膜素子、圧電薄膜デバイス及び圧電薄膜素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板上に下部電極、一般式(K1-xNax)NbO3(0<x<1)で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜、上部電極を配した構造を有する圧電薄膜素子であって、圧電薄膜素子のX線回折2θ/θパターンにおけるKNN(002)回折ピークにおいて、回折ピークの低角度側裾野の強度よりも高角度側裾野の強度が強い。
【選択図】図3
Description
献1参照)。
本発明の目的は、上記課題を解決し、圧電薄膜素子、圧電薄膜デバイス及び圧電薄膜素子の製造方法を安定して提供することにある。
前記圧電薄膜を形成する工程は、前記圧電薄膜素子のX線回折2θ/θパターンにおけるKNN(002)回折ピークにおいて、該回折ピーク角度を(2θp)、前記回折ピークの低角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θL1/20)、前記回折ピークの高角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θR1/20)とし、R=(2θR1/20)−(2θp)、L=(2θp)−(2θL1/20)としたときに、R/(R+L)の値が0.54以上となるように、前記スパッタリング法による前記圧電薄膜の形成後に室温まで冷却し、さらに熱処理する工程を含む圧電薄膜素子の製造方法が提供される。
KNN(002)回折ピークの低角度側裾野の強度よりも高角度側裾野の強度が強いとき、高い圧電定数、例えば、−68pm/V以上の圧電定数をもつKNN圧電薄膜素子を安定して作製することができる。なお、圧電定数に関する「以上」とは絶対値が大きいことを示す。
なお、本実施例におけるX線回折測定は、配向性多結晶のXRD2θ/θ測定において小数点以下4桁まで精度良く測定できるPANalytical社製の「X'PertPRO MRD」(X線源:45kV,40mA,Cu Line Focus、入射光学系:バイブリッドモノクロメータ、受光光学系:平行平板コリメータ[0.09deg]設置)を用いて測定した。
なお、図3に示したピーク角度及び2θL1/20、2θR1/20はSplit Pseudo Voigt(PV)関数でフィッティングして得た滑らかなグラフから得られた角度である。
本発明は、スパッタ成膜条件、熱処理条件を適宜決定することで、KNN薄膜に良好なMPB状態を実現させ、これにより高い圧電定数を有する圧電薄膜素子を安定的に提供することができる。
また、基板上に圧電薄膜を形成し、圧電薄膜上に所定の形状(パターン)の電極を形成して表面弾性波を利用したフィルタデバイスを形成することもできる。
2 熱酸化膜
3 下部電極層
4 KNN圧電薄膜
5 上部電極層
10 圧電薄膜素子
20 クランプ
21 レーザードップラ変位計
31 LaNiO3層
51 上部パターン電極
Claims (7)
- 基板上に、一般式(K1-xNax)NbO3(0<x<1)で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜を有する圧電薄膜素子であって、
前記圧電薄膜素子のX線回折2θ/θパターンにおけるKNN(002)回折ピークにおいて、該回折ピークの低角度側裾野の強度よりも高角度側裾野の強度が強いことを特徴とする圧電薄膜素子。 - シリコン基板上に、一般式(K1-xNax)NbO3(0<x<1)で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜を有する圧電薄膜素子であって、
前記圧電薄膜素子のX線回折2θ/θパターンにおけるKNN(002)回折ピークにおいて、該回折ピーク角度を(2θp)、前記回折ピークの低角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θL1/20)、前記回折ピークの高角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θR1/20)とし、R=(2θR1/20)−(2θp)、L=(2θp)−(2θL1/20)としたときに、
R/(R+L)の値が0.54以上であることを特徴とする圧電薄膜素子。 - 請求項1又は2に記載の圧電薄膜素子において、前記(K1-xNax)NbO3(0<x<1)の結晶構造が擬立方晶と斜方晶の相境界状態であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電薄膜素子において、前記(K1-xNax)NbO3(0<x<1)で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜のNa組成比xが0.49≦x≦0.63であることを特徴とする圧電薄膜素子。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電薄膜素子において、前記基板と前記圧電薄膜との間には下部電極が形成され、前記圧電薄膜上には上部電極が形成されることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
- 請求項4に記載の圧電薄膜素子と、電圧印加手段又は電圧検出手段とを備えたことを特徴とする圧電薄膜デバイス。
- シリコン基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上にスパッタリング法により一般式(K1-xNax)NbO3(0<x<1)で表されるアルカリニオブ酸化物系ペロブスカイト構造の圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜上に上部電極を形成する工程と、を有する圧電薄膜素子の製造方法において、
前記圧電薄膜を形成する工程は、前記圧電薄膜素子のX線回折2θ/θパターンにおけるKNN(002)回折ピークにおいて、該回折ピーク角度を(2θp)、前記回折ピークの低角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θL1/20)、前記回折ピークの高角度側裾野でピーク強度の1/20の強度を示す角度を(2θR1/20)とし、R=(2θR1/20)−(2θp)、L=(2θp)−(2θL1/20)としたときに、R/(R+L)の値が0.54以上となるように、前記スパッタリング法による前記圧電薄膜の形成後に室温まで冷却し、さらに熱処理する工程を含む圧電薄膜素子の製造方法。
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