JP2011155272A - Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin-film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin-film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator Download PDF

Info

Publication number
JP2011155272A
JP2011155272A JP2011046022A JP2011046022A JP2011155272A JP 2011155272 A JP2011155272 A JP 2011155272A JP 2011046022 A JP2011046022 A JP 2011046022A JP 2011046022 A JP2011046022 A JP 2011046022A JP 2011155272 A JP2011155272 A JP 2011155272A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
layer
laminate
substrate
piezoelectric layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011046022A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5413386B2 (en
Inventor
Mayumi Ueno
真由美 上野
Amamitsu Higuchi
天光 樋口
Takeshi Kijima
健 木島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2011046022A priority Critical patent/JP5413386B2/en
Publication of JP2011155272A publication Critical patent/JP2011155272A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5413386B2 publication Critical patent/JP5413386B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric laminate having a high electromechanical coupling coefficient, stable temperature properties, and a high surface acoustic wave propagation velocity, a surface acoustic wave device including the piezoelectric laminate, a thin-film piezoelectric resonator, and a piezoelectric actuator. <P>SOLUTION: The piezoelectric laminate 100 includes a base 1 and a first piezoelectric layer 3 that is formed above the base 1 and is formed of potassium sodium niobate. The first piezoelectric layer is expressed by a compositional formula (K<SB>a</SB>Na<SB>1-a</SB>)<SB>x</SB>NbO<SB>3</SB>, wherein a and x are respectively 0.1<a<1 and 1≤x≤1.2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニオブ酸カリウムナトリウム層を有する圧電体積層体、当該圧電体積層体を
含む表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータに関する。
The present invention relates to a piezoelectric laminate having a potassium sodium niobate layer, a surface acoustic wave device including the piezoelectric laminate, a thin film piezoelectric resonator, and a piezoelectric actuator.

たとえば、携帯電話などの移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、表面
弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化
、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数(k2
)、より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。
For example, with the remarkable development of the communication field centered on mobile communications such as mobile phones, the demand for surface acoustic wave devices is rapidly expanding. The direction of development of surface acoustic wave devices is in the direction of miniaturization, high efficiency, and high frequency. For this purpose, a larger electromechanical coupling coefficient (k 2
), More stable temperature characteristics, and a larger surface acoustic wave propagation velocity are required.

表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にインターディジタル型電極を形
成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)などがある。例えば、広帯域
化や通過帯域の低損失化が要求されるRFフィルタの場合には、電気機械結合係数の大き
いLiNbO3が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なIFフィルタの
場合は、中心周波数温度係数の小さい水晶が用いられる。さらに、電気機械結合係数およ
び中心周波数温度係数がそれぞれLiNbO3と水晶の間にあるLiTaO3はその中間的
な役割を果たしている。また、最近、ニオブ酸カリウム(KNbO3)単結晶において、
大きな電気機械結合係数の値を示すカット角が見出された。KNbO3単結晶板は、特開
平10−65488号公報に記載されている。
Conventionally, a structure in which an interdigital electrode is formed on a single crystal of a piezoelectric material has been used for a surface acoustic wave device. Typical examples of the piezoelectric single crystal include quartz crystal, lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), and the like. For example, LiNbO 3 having a large electromechanical coupling coefficient is used in the case of an RF filter that requires a wide band and a low loss in the pass band. On the other hand, in the case of an IF filter that requires stable temperature characteristics even in a narrow band, a crystal having a small center frequency temperature coefficient is used. Further, LiTaO 3 having an electromechanical coupling coefficient and a center frequency temperature coefficient between LiNbO 3 and quartz respectively plays an intermediate role. Recently, in potassium niobate (KNbO 3 ) single crystal,
A cut angle showing a large electromechanical coupling factor value was found. The KNbO 3 single crystal plate is described in JP-A-10-65488.

圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数、温度係数、音速など
の特性は材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。たとえば、0°Y
−XKNbO3単結晶基体は電気機械結合係数に優れるが、45°から75°までの回転
Y−XKNbO3単結晶基体のような零温度特性は室温付近において示さない。
In a surface acoustic wave device using a piezoelectric single crystal substrate, characteristics such as an electromechanical coupling coefficient, a temperature coefficient, and a sound velocity are values specific to the material, and are determined by a cut angle and a propagation direction. For example, 0 ° Y
The -XKNbO 3 single crystal substrate has an excellent electromechanical coupling coefficient, but does not exhibit zero-temperature characteristics near the room temperature as in the case of a rotated Y-XKNbO 3 single crystal substrate from 45 ° to 75 °.

特開平10−65488号公報JP-A-10-65488

本発明の目的は、基体上にニオブ酸カリウムナトリウム層が形成された圧電体積層体を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric laminate in which a potassium sodium niobate layer is formed on a substrate.

本発明の他の目的は、本発明の圧電体積層体を有する表面弾性波素子および薄膜圧電共
振子を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device and a thin film piezoelectric resonator having the piezoelectric laminate of the present invention.

本発明のさらに他の目的は、本発明の圧電体積層体を有する圧電アクチュエータを提供
することにある。
Still another object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator having the piezoelectric laminate of the present invention.

本発明にかかる圧電体積層体は、
基体と、
前記基体の上方に形成された、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる第1圧電体層と、
を含む。
The piezoelectric laminate according to the present invention is
A substrate;
A first piezoelectric layer made of potassium sodium niobate formed above the substrate;
including.

本発明において、特定のA部材(以下、「A部材」という。)の上方に設けられた特定
のB部材(以下、「B部材」という。)というとき、A部材の上に直接B部材が設けられ
た場合と、A部材の上に他の部材を介してB部材が設けられた場合とを含む意味である。
In the present invention, when a specific B member (hereinafter referred to as “B member”) provided above a specific A member (hereinafter referred to as “A member”), the B member directly on the A member. The meaning includes the case where it is provided and the case where the B member is provided on the A member via another member.

本発明の圧電体積層体において、前記第1圧電体層は、組成式(KaNa1-axNbO3
で表され、該組成式において、0.1<a<1であり、1≦x≦1.2であることができ
る。
In the piezoelectric laminate of the present invention, the first piezoelectric layer has a composition formula (K a Na 1-a ) x NbO 3.
In the composition formula, 0.1 <a <1, and 1 ≦ x ≦ 1.2.

本発明の圧電体積層体において、前記第1圧電体層は、前記組成式において、1<x≦
1.1であることができる。
In the piezoelectric laminate according to the aspect of the invention, the first piezoelectric layer may include 1 <x ≦ in the composition formula.
1.1.

本発明の圧電体積層体において、前記第1圧電体層の下方に、配向制御層が形成される
ことができる。
In the piezoelectric laminate of the present invention, an orientation control layer can be formed below the first piezoelectric layer.

本発明の圧電体積層体において、前記配向制御層は、ランタン酸ニッケルからなること
ができる。前記ランタン酸ニッケルは多結晶であることができる。
In the piezoelectric laminate of the present invention, the orientation control layer can be made of nickel lanthanate. The nickel lanthanate may be polycrystalline.

本発明の圧電体積層体は、前記第1圧電体層と連続する、ニオブ酸カリウムナトリウム
からなる第2圧電体層を有し、前記第2圧電体層は、該第2圧電体層と接し、かつ前記第
1圧電体層と反対側に位置する層を構成する元素を含むことができる。
The piezoelectric laminate of the present invention has a second piezoelectric layer made of potassium sodium niobate that is continuous with the first piezoelectric layer, and the second piezoelectric layer is in contact with the second piezoelectric layer. And the element which comprises the layer located in the opposite side to the said 1st piezoelectric material layer can be included.

本発明の圧電体積層体において、前記第1圧電体層は、
組成式(KaNa1-a)NbO3で表される圧電体からなる第1相の部分と、
組成式(KaNa1-axNbO3(ただし、1<x)で表される圧電体からなる第2相の
部分と、を含むことができる。
In the piezoelectric laminate of the present invention, the first piezoelectric layer is
A first phase portion made of a piezoelectric material represented by a composition formula (K a Na 1-a ) NbO 3 ;
Compositional formula (K a Na 1-a) x NbO 3 ( however, 1 <x) can include a portion of the second phase consisting of a piezoelectric material represented by the.

本発明の圧電体積層体は、前記第1圧電体層の上方に形成された電極を有することがで
きる。
The piezoelectric laminate of the present invention can have an electrode formed above the first piezoelectric layer.

本発明の圧電体積層体は、前記基体と前記第1圧電体層との間に形成された第1電極と

前記第1圧電体層の上方に形成された第2電極と、を有することができる。
The piezoelectric laminate of the present invention includes a first electrode formed between the base and the first piezoelectric layer,
And a second electrode formed above the first piezoelectric layer.

本発明にかかる表面弾性波素子は、本発明の圧電体積層体を含む。   The surface acoustic wave device according to the present invention includes the piezoelectric laminate of the present invention.

本発明にかかる薄膜圧電共振子は、本発明の圧電体積層体を含む。   The thin film piezoelectric resonator according to the present invention includes the piezoelectric laminate of the present invention.

本発明にかかる圧電アクチュエータは、本発明の圧電体積層体を含む。   The piezoelectric actuator according to the present invention includes the piezoelectric laminate of the present invention.

本発明の実施形態にかかる第1の圧電体積層体を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the 1st piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる圧電体積層体の圧電体層を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric material layer of the piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる圧電体積層体の圧電体層を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the piezoelectric material layer of the piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる第1の圧電体積層体の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the 1st piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる第2の圧電体積層体を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the 2nd piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる第2の圧電体積層体の変形例を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the modification of the 2nd piezoelectric material laminated body concerning embodiment of this invention. 本発明の実施例における圧電体層のヒステリシス特性を示す図。The figure which shows the hysteresis characteristic of the piezoelectric material layer in the Example of this invention. (A)、(B)は本発明の実施例における圧電体層の表面のSEMによる図であり、(C)は比較例における圧電体層の表面のSEMによる図。(A), (B) is the figure by SEM of the surface of the piezoelectric material layer in the Example of this invention, (C) is the figure by SEM of the surface of the piezoelectric material layer in a comparative example. 本発明の実施例および比較例のXRDの図。The figure of the XRD of the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例における圧電体層の電界と歪みとの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electric field of a piezoelectric material layer and distortion in the Example of this invention. 本発明の実施例における圧電体層のSAW発振波形を示す図。The figure which shows the SAW oscillation waveform of the piezoelectric material layer in the Example of this invention. 本発明の実施例におけるラマン発光分析の結果を示す図。The figure which shows the result of the Raman emission analysis in the Example of this invention. 本発明の実施例におけるNa過剰量と面間隔の関係を示す図。The figure which shows the relationship between Na excess and the surface spacing in the Example of this invention. (A)は本発明の実施例における表面のSEMによる図を示し、(B)は参考例における表面のSEMによる図。(A) shows the figure by SEM of the surface in the Example of this invention, (B) is the figure by SEM of the surface in a reference example. (A)は本発明の実施例におけるXRDの図を示し、(B)は参考例におけるXRDの図。(A) shows the XRD figure in the Example of this invention, (B) is the XRD figure in a reference example. 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を模式的に示す図。The figure which shows typically the surface acoustic wave element concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を適用した周波数フィルタを模式的に示す図。The figure which shows typically the frequency filter to which the surface acoustic wave element concerning embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子を適用した発振器を模式的に示す図。The figure which shows typically the oscillator to which the surface acoustic wave element concerning embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態にかかる第1の薄膜圧電共振子を模式的に示す図。The figure which shows typically the 1st thin film piezoelectric resonator concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる第2の薄膜圧電共振子を模式的に示す図。The figure which shows typically the 2nd thin film piezoelectric resonator concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエータを適用したインクジェット式ヘッドを模式的に示す図。The figure which shows typically the ink jet type head to which the piezoelectric actuator concerning embodiment of this invention is applied. 本発明の実施形態にかかる圧電アクチュエータを適用したインクジェット式ヘッドを模式的に示す斜視図。1 is a perspective view schematically showing an ink jet head to which a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention is applied.

以下、本発明にかかる実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

1.圧電体積層体
1.1.第1の圧電体積層体
図1は、本実施形態に係る第1の圧電体積層体100の一例を模式的に示す断面図であ
る。
1. Piezoelectric laminate 1.1. First Piezoelectric Laminate FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a first piezoelectric laminate 100 according to the present embodiment.

圧電体積層体100は、基体1と、基体1上に形成されたニオブ酸カリウムナトリウム
からなる圧電体層3と、圧電体層3上に形成された電極4とを含む。
The piezoelectric laminate 100 includes a substrate 1, a piezoelectric layer 3 made of potassium sodium niobate formed on the substrate 1, and an electrode 4 formed on the piezoelectric layer 3.

基体1は、圧電体積層体100の用途によって選択され、その材料、構成は特に限定さ
れない。基体1としては、絶縁性基板、半導体基板等を用いることができる。絶縁性基板
としては、たとえばサファイア基板、STO基板、プラスチック基板、ガラス基板などを
用いることができ、半導体基板としてはシリコン基板などを用いることができる。また、
基体1は、基板単体あるいは基板上に他の層が積層された積層体であってもよい。
The substrate 1 is selected depending on the application of the piezoelectric laminate 100, and its material and configuration are not particularly limited. As the substrate 1, an insulating substrate, a semiconductor substrate, or the like can be used. As the insulating substrate, for example, a sapphire substrate, an STO substrate, a plastic substrate, a glass substrate, or the like can be used. As the semiconductor substrate, a silicon substrate or the like can be used. Also,
The substrate 1 may be a single substrate or a laminate in which other layers are laminated on the substrate.

基体1上には、図4に示すように、必要に応じて配向制御層6を有することができる。
配向制御層6は、バッファ層あるいはシード層と呼ばれ、圧電体層3の結晶配向性を制御
する機能を有する。すなわち、配向制御層6上に形成される圧電体層3は、配向制御層6
の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。かかる配向制御層6としては、圧電体層3と同
様の結晶構造を有する複合酸化物を用いることができる。配向制御層6としては、たとえ
ば、ランタン酸ニッケル(LaNiO3)などのペロブスカイト型酸化物を用いることが
できる。ランタン酸ニッケルは、多結晶であることができる。配向制御層6は、圧電体層
3の配向を制御できればよく、例えば50ないし100nmの膜厚を有することができる
On the substrate 1, as shown in FIG. 4, an orientation control layer 6 can be provided as required.
The orientation control layer 6 is called a buffer layer or a seed layer and has a function of controlling the crystal orientation of the piezoelectric layer 3. That is, the piezoelectric layer 3 formed on the orientation control layer 6 is composed of the orientation control layer 6.
The crystal structure is succeeded by the crystal structure. As the orientation control layer 6, a complex oxide having the same crystal structure as that of the piezoelectric layer 3 can be used. As the orientation control layer 6, for example, a perovskite oxide such as nickel lanthanum (LaNiO 3 ) can be used. The nickel lanthanate can be polycrystalline. The orientation control layer 6 only needs to be able to control the orientation of the piezoelectric layer 3 and can have a thickness of, for example, 50 to 100 nm.

圧電体層3は、組成式(KaNa1-axNbO3で表される圧電体から構成される。前記
組成式において、好ましくは0.1<a<1、より好ましくは0.2≦a≦0.7であり
、好ましくは1≦x≦1.2、より好ましくは1<x≦1.1である。組成式(KaNa1
-axNbO3で表される圧電体は、室温では斜方晶の構造をとる。前記組成式において、
「a」が上記範囲にあることにより、斜方晶から菱面体晶(a≦0.55)および斜方晶
から単斜晶(0.55≦a)への相変化温度がマイナス40℃以下となり、低温領域にお
いて安定した特性が得られる点で好ましい。「a」が0.1以下であると、結晶化のため
の熱処理時にカリウムの揮発のために異相が生じ、圧電特性や強誘電体特性などの物性に
悪影響を及ぼす。「x」が上記範囲にあることにより、低温にて結晶が形成されるのでカ
リウムの揮発が抑制され、層密度が向上する点で好ましい。
The piezoelectric layer 3 is composed of a piezoelectric body represented by a composition formula (K a Na 1-a ) x NbO 3 . In the composition formula, preferably 0.1 <a <1, more preferably 0.2 ≦ a ≦ 0.7, preferably 1 ≦ x ≦ 1.2, more preferably 1 <x ≦ 1.1. It is. Composition formula (K a Na 1
-a) a piezoelectric represented by x NbO 3 takes the structure of orthorhombic at room temperature. In the composition formula:
When “a” is in the above range, the phase change temperature from orthorhombic to rhombohedral (a ≦ 0.55) and orthorhombic to monoclinic (0.55 ≦ a) is −40 ° C. or less. This is preferable in that stable characteristics can be obtained in a low temperature region. When “a” is 0.1 or less, a heterogeneous phase is generated due to volatilization of potassium during the heat treatment for crystallization, which adversely affects physical properties such as piezoelectric characteristics and ferroelectric characteristics. When “x” is in the above range, crystals are formed at a low temperature, so that volatilization of potassium is suppressed and the layer density is improved.

本実施形態では、圧電体層3は均質な層であってもよく、あるいは図2,図3に示すよ
うような態様を有する層であってもよい。図2および図3は、概念的もしくは模式的な図
である。
In the present embodiment, the piezoelectric layer 3 may be a homogeneous layer or a layer having an aspect as shown in FIGS. 2 and 3 are conceptual or schematic diagrams.

すなわち、図2に示すように、圧電体層3は、組成式(KaNa1-a)NbO3で表され
るニオブ酸カリウムナトリウムからなる第1圧電体層32と、第1圧電体層32と基体1
との間に形成され、少なくとも圧電体層3と接する層(図示の場合、基体1)を構成する
元素を含む圧電体からなる第2圧電体層34とを有することができる。第2圧電体層34
は、第1圧電体層32に比べて、Aサイト元素であるカリウムおよびナトリウムを過剰に
含むことができる。また、第2圧電体層34は、第1圧電体層32のニオブ酸カリウムナ
トリウムに、基体1を構成する元素を含む。例えば、基体1としてSTO(SrTiO3
)基板を用いた場合は、第2圧電体層34は、ニオブ酸カリウムナトリウムに、ストロン
チウムおよびチタンを含むことができる。基体1として、Nb:STO(NbドープSr
TiO3)を用いた場合は、第2圧電体層34は、ニオブ酸カリウムナトリウムに、スト
ロンチウム、チタンおよびニオブを含むことができる。また、図4に示すように、基体1
上に配向制御層6を有する場合には、第2圧電体層34は、配向制御層6を構成する元素
を含むことができる。例えば、配向制御層6としてランタン酸ニッケルを用いた場合には
、第2圧電体層34は、ニオブ酸カリウムナトリウムにランタンおよびニッケルを含む。
That is, as shown in FIG. 2, the piezoelectric layer 3 includes a first piezoelectric layer 32 made of potassium sodium niobate represented by a composition formula (K a Na 1-a ) NbO 3 , and a first piezoelectric layer. 32 and base 1
And a second piezoelectric layer 34 made of a piezoelectric material containing an element constituting at least a layer (base 1 in the case of illustration) that is in contact with the piezoelectric layer 3. Second piezoelectric layer 34
Compared to the first piezoelectric layer 32, potassium and sodium, which are A-site elements, can be included excessively. In addition, the second piezoelectric layer 34 includes an element constituting the substrate 1 in the potassium sodium niobate of the first piezoelectric layer 32. For example, as the substrate 1, STO (SrTiO 3
When the substrate is used, the second piezoelectric layer 34 can contain strontium and titanium in potassium sodium niobate. As the substrate 1, Nb: STO (Nb-doped Sr
When TiO 3 ) is used, the second piezoelectric layer 34 can contain strontium, titanium, and niobium in potassium sodium niobate. Further, as shown in FIG.
When the orientation control layer 6 is provided on the second piezoelectric layer 34, the second piezoelectric layer 34 can include an element constituting the orientation control layer 6. For example, when nickel lanthanate is used as the orientation control layer 6, the second piezoelectric layer 34 includes lanthanum and nickel in potassium sodium niobate.

また、図3に示すように、圧電体層3は、組成式(KaNa1-a)NbO3で表される圧
電体からなる第1相の部分36と、組成式(KaNa1-axNbO3(ただし、1<x)で
表される圧電体からなる第2相の部分38と、を含むことができる。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric layer 3 includes a first phase portion 36 made of a piezoelectric material represented by a composition formula (K a Na 1-a ) NbO 3 and a composition formula (K a Na 1 -a ) x NbO 3 (where 1 <x) and a second phase portion 38 made of a piezoelectric material.

本実施形態の圧電体層3は、擬立方晶(100)に優先配向していることが望ましい。   The piezoelectric layer 3 of the present embodiment is preferably preferentially oriented to pseudo cubic (100).

圧電体層3の代表的な層厚は、圧電体積層体100の用途によって選択される。圧電体
層3の代表的な層厚は、300nmから3.0μmである。ただし、この厚みの上限値に
関しては、薄層としての緻密さ、結晶配向性を維持する範囲で厚くすることができ、10
μm程度まで許容できる。
A typical layer thickness of the piezoelectric layer 3 is selected depending on the application of the piezoelectric laminate 100. A typical layer thickness of the piezoelectric layer 3 is 300 nm to 3.0 μm. However, regarding the upper limit of this thickness, the thickness can be increased within a range that maintains the denseness and crystal orientation as a thin layer.
Acceptable up to about μm.

電極4は、金属層または導電性複合酸化物層から構成できる。電極4は、金属層と導電
性複合酸化物層の積層体でもよい。電極4の材料としては、白金、イリジウム、アルミニ
ウムなどの金属層あるいは酸化イリジウムなどの導電性複合酸化物層を用いることができ
る。
The electrode 4 can be composed of a metal layer or a conductive complex oxide layer. The electrode 4 may be a laminate of a metal layer and a conductive complex oxide layer. As a material of the electrode 4, a metal layer such as platinum, iridium, and aluminum or a conductive complex oxide layer such as iridium oxide can be used.

本実施形態の第1の圧電体積層体100は、たとえば以下のようにして形成できる。   The first piezoelectric laminate 100 of this embodiment can be formed as follows, for example.

(1) まず、基体1を準備する。基体1は、上述したように圧電体積層体100の用
途で選択される。基体1としては、たとえばSTO(SrTiO3)基板、Nb:STO
(NbドープSrTiO3)基板、サファイア基板を用いることができる。
(1) First, the base body 1 is prepared. The substrate 1 is selected depending on the use of the piezoelectric laminate 100 as described above. As the substrate 1, for example, an STO (SrTiO 3 ) substrate, Nb: STO
A (Nb-doped SrTiO 3 ) substrate or a sapphire substrate can be used.

(2) 図1に示すように、基体1上に、上述した組成式で示される圧電体からなる圧
電体3を形成する。
(2) As shown in FIG. 1, a piezoelectric body 3 made of the piezoelectric body represented by the above-described composition formula is formed on a substrate 1.

ゾルゲル法やMOD法にて圧電体層3を形成する場合には、前記組成式の組成となる前
駆体溶液を用いて塗布層を形成し、該塗布層を結晶化させることにより形成できる。
When the piezoelectric layer 3 is formed by the sol-gel method or the MOD method, it can be formed by forming a coating layer using a precursor solution having the composition of the above composition formula and crystallizing the coating layer.

圧電体層3の形成材料である前駆体溶液については、圧電体層3となる圧電材料の構成
金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物を各金属が所望のモル比となるように混合し、
さらにアルコールなどの有機溶媒を用いてこれらを溶解、または分散させることにより作
製することができる。圧電材料の構成金属をそれぞれ含んでなる有機金属化合物としては
、金属アルコキシドや有機酸塩、βジケトン錯体といった有機金属化合物を用いることが
できる。具体的には、圧電材料として以下のものが挙げられる。
For the precursor solution that is a material for forming the piezoelectric layer 3, an organometallic compound that includes the constituent metals of the piezoelectric material that becomes the piezoelectric layer 3 is mixed so that each metal has a desired molar ratio,
Further, it can be prepared by dissolving or dispersing them using an organic solvent such as alcohol. As the organometallic compound containing the constituent metals of the piezoelectric material, organometallic compounds such as metal alkoxides, organic acid salts, and β-diketone complexes can be used. Specific examples of the piezoelectric material include the following.

ナトリウム(Na)を含む有機金属化合物としては、たとえば、ナトリウムエトキシド
が挙げられる。カリウム(K)を含む有機金属化合物としては、たとえば、カリウムエト
キシドが挙げられる。ニオブ(Nb)を含む有機金属化合物としては、たとえばニオブエ
トキシドが挙げられる。圧電材料の構成金属を含んでなる有機金属化合物は、これらに限
定されず、公知のものを用いることができる。
Examples of the organometallic compound containing sodium (Na) include sodium ethoxide. Examples of the organometallic compound containing potassium (K) include potassium ethoxide. Examples of the organometallic compound containing niobium (Nb) include niobium ethoxide. The organometallic compound containing the constituent metal of the piezoelectric material is not limited to these, and known ones can be used.

前駆体溶液には、必要に応じて安定化剤等の各種添加剤を添加することができる。さら
に、前駆体溶液に加水分解・重縮合を起こさせる場合には、前駆体溶液に適当な量の水と
ともに、触媒として酸あるいは塩基を添加することができる。
Various additives such as a stabilizer can be added to the precursor solution as necessary. Furthermore, in the case where hydrolysis / polycondensation is caused in the precursor solution, an acid or a base can be added as a catalyst together with an appropriate amount of water to the precursor solution.

圧電体層3が所望の組成比となるように、原料溶液を調製する。この原料溶液を基体1
上に塗布した後、熱処理を加えて塗層を結晶化させることにより、圧電体層3を形成する
ことができる。具体的には、たとえば、原料溶液の塗布工程、アルコールなどの溶媒の除
去工程、塗層の乾燥熱処理工程および脱脂熱処理工程の一連の工程を所望の回数行い、そ
の後に結晶化アニールにより焼成して圧電体層3を形成する。また、上述した塗布工程、
溶媒の除去工程、塗層の乾燥熱処理工程、脱脂熱処理工程および結晶化アニール工程から
なる一連の工程を所望の回数行うことにより、圧電体層3を形成することもできる。
A raw material solution is prepared so that the piezoelectric layer 3 has a desired composition ratio. This raw material solution is used as the base 1
After the coating, the piezoelectric layer 3 can be formed by crystallizing the coating layer by applying a heat treatment. Specifically, for example, a series of steps including a raw material solution coating step, a solvent removal step such as alcohol, a coating layer drying heat treatment step, and a degreasing heat treatment step are performed as many times as desired, and then fired by crystallization annealing. The piezoelectric layer 3 is formed. In addition, the coating process described above,
The piezoelectric layer 3 can also be formed by performing a series of steps including a solvent removal step, a coating layer drying heat treatment step, a degreasing heat treatment step, and a crystallization annealing step a desired number of times.

(3) 図1に示すように、圧電体層3上に、電極4を形成する。電極4を構成する金
属層あるいは導電性複合酸化物層は、たとえば公知のスパッタリングなどによって形成さ
れる。
(3) As shown in FIG. 1, the electrode 4 is formed on the piezoelectric layer 3. The metal layer or the conductive complex oxide layer constituting the electrode 4 is formed by, for example, known sputtering.

(4) 次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でRTA(ラピッドサー
マルアニール)等を用いて行うことができる。これにより、電極4と圧電体層3との良好
な界面を形成することができ、かつ圧電体層3の結晶性を改善することができる。
(4) Next, post-annealing can be performed in an oxygen atmosphere using RTA (rapid thermal annealing) or the like, if necessary. Thereby, a good interface between the electrode 4 and the piezoelectric layer 3 can be formed, and the crystallinity of the piezoelectric layer 3 can be improved.

図4に示すように、基体1上に配向制御層6を有する圧電体積層体100の場合には、
上記(1)の工程の後に、基体1上に配向制御層6を形成する。配向制御層6としてラン
タン酸ニッケルを用いる場合には、スパッタ法を用いることができる。配向制御層6を形
成することにより、圧電体層3は配向制御層6の結晶構造を反映してより高い結晶性およ
び配向性を有することができる。
As shown in FIG. 4, in the case of the piezoelectric laminate 100 having the orientation control layer 6 on the substrate 1,
After the step (1), the orientation control layer 6 is formed on the substrate 1. When nickel lanthanate is used for the orientation control layer 6, a sputtering method can be used. By forming the orientation control layer 6, the piezoelectric layer 3 can have higher crystallinity and orientation reflecting the crystal structure of the orientation control layer 6.

以上の工程によって、本実施形態にかかる第1の圧電体積層体100を製造することが
できる。
Through the above steps, the first piezoelectric laminate 100 according to the present embodiment can be manufactured.

以上のようにして、圧電体層3を形成することにより、圧電体層3は、組成式(Ka
1-axNbO3で表される圧電体から構成される。この圧電体は、室温では斜方晶の構
造を有するペロブスカイト型酸化物である。
By forming the piezoelectric layer 3 as described above, the piezoelectric layer 3 has the composition formula (K a N
a 1-a ) It is composed of a piezoelectric material represented by x NbO 3 . This piezoelectric material is a perovskite oxide having an orthorhombic structure at room temperature.

1.2.第2の圧電体積層体
図5は、本実施形態に係る第2の圧電体積層体200の一例を模式的に示す断面図であ
る。
1.2. Second Piezoelectric Laminate FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the second piezoelectric laminate 200 according to the present embodiment.

圧電体積層体200は、基体1と、基体1上に形成された第1電極(下部電極)2と、
下部電極2上に形成された圧電体層3と、圧電体層3上に形成された第2電極(上部電極
)4とを含む。
The piezoelectric laminate 200 includes a base 1, a first electrode (lower electrode) 2 formed on the base 1,
A piezoelectric layer 3 formed on the lower electrode 2 and a second electrode (upper electrode) 4 formed on the piezoelectric layer 3 are included.

基体1は、圧電体積層体200の用途によって選択され、その材料、構成は特に限定さ
れない。基体1としては、第1の圧電体積層体100で述べたと同様のものを用いること
ができる。
The substrate 1 is selected depending on the application of the piezoelectric laminate 200, and its material and configuration are not particularly limited. As the substrate 1, the same substrate as described in the first piezoelectric laminate 100 can be used.

下部電極2は、白金族などの金属層あるいは導電性複合酸化物層を用いることができる
。また、下部電極2としては、金属層と導電性複合酸化物層とが積層された多層構造を有
する導電層を用いることができる。下部電極2の最上層はバッファ層として機能する導電
層であってもよい。かかるバッファ層としては、第1の圧電体積層体100と同様に、圧
電体層3と同様の結晶構造を有することができる。バッファ層がこのような構造を有する
ことで、圧電体層3は、バッファ層の結晶構造を引き継いだ結晶構造となる。
The lower electrode 2 can be a metal layer such as a platinum group or a conductive complex oxide layer. Moreover, as the lower electrode 2, a conductive layer having a multilayer structure in which a metal layer and a conductive complex oxide layer are stacked can be used. The uppermost layer of the lower electrode 2 may be a conductive layer that functions as a buffer layer. Such a buffer layer can have the same crystal structure as that of the piezoelectric layer 3, similarly to the first piezoelectric laminate 100. Since the buffer layer has such a structure, the piezoelectric layer 3 has a crystal structure that inherits the crystal structure of the buffer layer.

下部電極2上には、図6に示すように、必要に応じて配向制御層6を有することができ
る。配向制御層6については、第1の圧電体積層体100において述べたと同様であり、
バッファ層あるいはシード層と呼ばれ、圧電体層3の結晶配向性を制御する機能を有する
As shown in FIG. 6, an orientation control layer 6 can be provided on the lower electrode 2 as required. The orientation control layer 6 is the same as described in the first piezoelectric laminate 100,
It is called a buffer layer or a seed layer and has a function of controlling the crystal orientation of the piezoelectric layer 3.

圧電体層3は、第1の圧電体積層体100における圧電体層3と同様である。すなわち
、圧電体層3は、組成式(KaNa1-axNbO3で表される圧電体から構成される。前記
組成式において、好ましくは0.1<a<1、より好ましくは0.2≦a≦0.7であり
、好ましくは1≦x≦1.2、より好ましくは1<x≦1.1である。組成式(KaNa1
-axNbO3で表される圧電体は、室温では斜方晶の構造をとる。前記組成式において、
「a」が上記範囲にあることにより、斜方晶から菱面体晶(a≦0.55)および斜方晶
から単斜晶(0.55≦a)への相変化温度がマイナス40℃以下となり、低温領域にお
いて安定した特性が得られる点で好ましい。組成式における「a」および「x」の数値範
囲に関する事項および圧電体層3の特徴は、第1の圧電体積層体100で述べたと同様で
あるので、詳細な記載を省略する。
The piezoelectric layer 3 is the same as the piezoelectric layer 3 in the first piezoelectric laminate 100. That is, the piezoelectric layer 3 is composed of a piezoelectric body represented by the composition formula (K a Na 1-a ) x NbO 3 . In the composition formula, preferably 0.1 <a <1, more preferably 0.2 ≦ a ≦ 0.7, preferably 1 ≦ x ≦ 1.2, more preferably 1 <x ≦ 1.1. It is. Composition formula (K a Na 1
-a) a piezoelectric represented by x NbO 3 takes the structure of orthorhombic at room temperature. In the composition formula:
When “a” is within the above range, the phase change temperature from orthorhombic to rhombohedral (a ≦ 0.55) and orthorhombic to monoclinic (0.55 ≦ a) is −40 ° C. or less. This is preferable in that stable characteristics can be obtained in a low temperature region. Since the matters relating to the numerical ranges of “a” and “x” in the composition formula and the characteristics of the piezoelectric layer 3 are the same as those described in the first piezoelectric laminate 100, detailed description thereof is omitted.

圧電体層が図2に対応する構成を有する場合には、圧電体層3は、組成式(KaNa1-a
)NbO3で表される圧電体からなる第1圧電体層32と、第1圧電体層32と基体1と
の間に形成され、少なくとも圧電体層3と接する層(図示の場合、下部電極2)を構成す
る元素を含む圧電体(過剰のカリウムおよび/またはナトリウムを含むニオブ酸カリウム
ナトリウム)からなる第2圧電体層34とを有することができる。
When the piezoelectric layer has a configuration corresponding to FIG. 2, the piezoelectric layer 3 has a composition formula (K a Na 1-a
) A first piezoelectric layer 32 made of a piezoelectric material represented by NbO 3 , and a layer formed between the first piezoelectric layer 32 and the substrate 1 and in contact with at least the piezoelectric layer 3 (in the illustrated case, a lower electrode) 2) a second piezoelectric layer 34 made of a piezoelectric body (potassium sodium niobate containing excess potassium and / or sodium) containing the element constituting 2).

また、圧電体層が図3に対応する構成を有する場合には、圧電体層3は、組成式(Ka
Na1-a)NbO3で表される圧電体からなる第1相の部分36と、組成式(KaNa1-a
xNbO3(ただし、1<x)で表される圧電体からなる第2相の部分38と、を含むこと
ができる。
When the piezoelectric layer has a configuration corresponding to FIG. 3, the piezoelectric layer 3 has a composition formula (K a
Na 1-a ) portion 36 of the first phase made of a piezoelectric material represented by NbO 3 and a composition formula (K a Na 1-a )
x NbO 3 (where 1 <x) and a second-phase portion 38 made of a piezoelectric material.

上部電極4は、下部電極2と同様に、金属層または導電性複合酸化物層、あるいはそれ
らの積層体からなることができる。すなわち、上部電極4は、白金、イリジウムなどの金
属層あるいは酸化イリジウムなどの導電性複合酸化物層を用いることができる。
Similar to the lower electrode 2, the upper electrode 4 can be made of a metal layer, a conductive complex oxide layer, or a laminate thereof. That is, the upper electrode 4 can use a metal layer such as platinum or iridium or a conductive complex oxide layer such as iridium oxide.

本実施形態の第2の圧電体積層体200は、たとえば以下のようにして形成できる。   The second piezoelectric laminate 200 of this embodiment can be formed as follows, for example.

(1) まず、基体1を準備する。基体1としては、第1の圧電体積層体100で述べ
た基体1と同様のものを用いることができる。基体1としては、たとえばシリコン基板を
用いることができる。
(1) First, the base body 1 is prepared. As the substrate 1, the same substrate 1 as described in the first piezoelectric laminate 100 can be used. As the substrate 1, for example, a silicon substrate can be used.

(2) 図5に示すように、基体1上に、下部電極2を形成する。下部電極2を構成す
る金属層または導電性複合酸化物層は、たとえば公知のスパッタリングなどによって形成
される。
(2) As shown in FIG. 5, the lower electrode 2 is formed on the substrate 1. The metal layer or the conductive complex oxide layer constituting the lower electrode 2 is formed by, for example, known sputtering.

(3) 図5に示すように、下部電極2上に、上述した組成式で示される圧電体層3を
形成する。圧電体層3の形成方法は、第1の圧電体積層体100の場合と同様であるので
、詳細な説明を省略する。
(3) As shown in FIG. 5, the piezoelectric layer 3 represented by the above-described composition formula is formed on the lower electrode 2. Since the method for forming the piezoelectric layer 3 is the same as that of the first piezoelectric laminate 100, a detailed description thereof is omitted.

(4) 図5に示すように、圧電体層3上に、上部電極4を形成する。上部電極4を構
成する金属層または導電性複合酸化物層の構成、形成方法については、第1の圧電体積層
体100の電極4と同様であるので、詳細な説明を省略する。
(4) As shown in FIG. 5, the upper electrode 4 is formed on the piezoelectric layer 3. Since the configuration and formation method of the metal layer or the conductive complex oxide layer constituting the upper electrode 4 are the same as those of the electrode 4 of the first piezoelectric laminate 100, detailed description thereof is omitted.

(5) 次に、必要に応じて、ポストアニールを酸素雰囲気中でRTA等を用いて行う
ことができる。これにより、下部電極2,上部電極4と圧電体層3との良好な界面を形成
することができ、かつ圧電体層3の結晶性を改善することができる。
(5) Next, if necessary, post-annealing can be performed in an oxygen atmosphere using RTA or the like. Thereby, a good interface between the lower electrode 2 and the upper electrode 4 and the piezoelectric layer 3 can be formed, and the crystallinity of the piezoelectric layer 3 can be improved.

図6に示すように、下部電極2上に配向制御層6を有する圧電体積層体200の場合に
は、上記(2)の工程の後に、下部電極2上に配向制御層6を形成する。配向制御層6と
してランタン酸ニッケルを用いる場合には、スパッタ法を用いることができる。配向制御
層6を形成することにより、圧電体層3は配向制御層6の結晶構造を反映してより高い結
晶性および配向性を有することができる。
As shown in FIG. 6, in the case of the piezoelectric laminate 200 having the orientation control layer 6 on the lower electrode 2, the orientation control layer 6 is formed on the lower electrode 2 after the step (2). When nickel lanthanate is used for the orientation control layer 6, a sputtering method can be used. By forming the orientation control layer 6, the piezoelectric layer 3 can have higher crystallinity and orientation reflecting the crystal structure of the orientation control layer 6.

以上の工程によって、本実施形態にかかる第2の圧電体積層体200を製造することが
できる。
Through the above steps, the second piezoelectric laminate 200 according to this embodiment can be manufactured.

なお、圧電体層3は、ゾルゲル法やMOD(Metal Organic Decomposition)法の液
相法のみならず、レーザーアブレーション法やスパッタ法等の気相法を用いて形成するこ
ともできる。
The piezoelectric layer 3 can be formed not only by a liquid phase method such as a sol-gel method or a MOD (Metal Organic Decomposition) method but also by a vapor phase method such as a laser ablation method or a sputtering method.

第1、第2の圧電体積層体100,200は、圧電特性に優れた圧電体層3を有し、後
述する各種の用途に好適に適用できる。
The first and second piezoelectric laminates 100 and 200 have the piezoelectric layer 3 having excellent piezoelectric characteristics, and can be suitably applied to various uses described later.

2.実施例
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの限定されるものではない
2. Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

2.1.実施例1
カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシドおよびニオブエトキシドを、K:Na:N
b=1.0:0.2:1.0のモル比で混合し、この混合液をブチルセロソルブ中で還流
し、トリプルアルコキシド溶液を調整した。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノ
ールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミ
ンの代わりに酢酸を用いることもできる。この前駆体溶液を、白金層を形成した基体(白
金層/酸化シリコン層/シリコン基板)上にスピンコート法により塗布し、ホットプレー
ト上で乾燥、仮焼成した後、700℃にてラピッドサーマルアニールを施した。この工程
を数回繰り返して得られた、厚さ約1.5μmの多結晶ニオブ酸ナトリウムカリウム(K
NN)層を得た。このKNN層上に、スパッタリング法により厚さ100nm、直径20
0μmの白金電極を形成した。このようにしてキャパシタサンプルを得た。
2.1. Example 1
Potassium ethoxide, sodium ethoxide and niobium ethoxide are converted into K: Na: N
The mixture was mixed at a molar ratio of b = 1.0: 0.2: 1.0, and this mixed solution was refluxed in butyl cellosolve to prepare a triple alkoxide solution. Furthermore, diethanolamine was added as a stabilizer for this solution. In this way, a precursor solution was prepared. Acetic acid can also be used in place of diethanolamine. This precursor solution is applied onto a substrate (platinum layer / silicon oxide layer / silicon substrate) on which a platinum layer is formed by spin coating, dried on a hot plate, pre-baked, and then subjected to rapid thermal annealing at 700 ° C. Was given. Polycrystalline sodium potassium niobate (K) having a thickness of about 1.5 μm obtained by repeating this process several times.
NN) layer was obtained. A thickness of 100 nm and a diameter of 20 nm are formed on this KNN layer by sputtering.
A 0 μm platinum electrode was formed. In this way, a capacitor sample was obtained.

上記キャパシタサンプルを用いて、ヒステリシス特性の評価を行ったところ、図7に示
すヒステリシスが得られた。図7から、本実施例のキャパシタサンプルは、良好なヒステ
リシス特性を有し、KNN層が強誘電性を有することが確認された。
When the hysteresis characteristics were evaluated using the capacitor sample, the hysteresis shown in FIG. 7 was obtained. From FIG. 7, it was confirmed that the capacitor sample of this example had good hysteresis characteristics and the KNN layer had ferroelectricity.

2.2.実施例2,比較例1
実施例1における、カリウムに対するナトリウムのモル比(モル%)を表1に示すよう
に変えた他は、実施例1と同様にしてKNN層形成用前駆体溶液を調製した。すなわち、
前駆体溶液中のカリウムに対するナトリウム量(過剰Na量)を、10モル%,20モル
%,40モル%および50モル%に調製した。これらの前駆体溶液をNb:STO(Nb
ドープSrTiO3)単結晶基板上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上で
乾燥、仮焼成した後、700℃にてラピッドサーマルアニールを施した。この工程を数回
繰り返し、4種の厚さ約1μmの多結晶KNN層を得た。
2.2. Example 2, Comparative Example 1
A precursor solution for forming a KNN layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the molar ratio (mol%) of sodium to potassium in Example 1 was changed as shown in Table 1. That is,
The sodium amount (excess Na amount) with respect to potassium in the precursor solution was adjusted to 10 mol%, 20 mol%, 40 mol% and 50 mol%. These precursor solutions are designated as Nb: STO (Nb
A doped SrTiO 3 ) single crystal substrate was applied by spin coating, dried on a hot plate, pre-baked, and then subjected to rapid thermal annealing at 700 ° C. This process was repeated several times to obtain four types of polycrystalline KNN layers having a thickness of about 1 μm.

また、比較例1として、前駆体溶液にナトリウムを含まず、カリウムエトキシドおよび
ニオブエトキシドを、K:Nb=1.0:1.0のモル比で混合した以外は実施例2と同
様にしてニオブ酸カリウム層(KN層)を形成した。
Further, as Comparative Example 1, the precursor solution did not contain sodium, and potassium ethoxide and niobium ethoxide were mixed in the same molar ratio of K: Nb = 1.0: 1.0 as in Example 2. Thus, a potassium niobate layer (KN layer) was formed.

得られたKNN層およびKN層について、以下の評価を行った。   The following evaluation was performed about the obtained KNN layer and KN layer.

(1) KNN層の組成分析
ICP(誘導結合型プラズマ)発光分析法によって、実施例2にかかるKNN層の組成
分析を行った。その結果を表1に示す。表1より、実施例のKNN層では、式(KaNa1
-axNbO3におけるxは1より大きく、Nbに対して、KおよびNaが化学量論組成に
比べて過剰に含まれることが確認された。また、前駆体溶液におけるNa量を増加させて
も「x」の値は最大で約1.1であった。
(1) Composition analysis of KNN layer The composition analysis of the KNN layer concerning Example 2 was performed by the ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry. The results are shown in Table 1. From Table 1, in the KNN layer of the example, the formula (K a Na 1
-a ) x x in NbO 3 was larger than 1, and it was confirmed that K and Na were excessively contained relative to Nb in comparison with the stoichiometric composition. Further, even when the amount of Na in the precursor solution was increased, the value of “x” was about 1.1 at the maximum.

(2) SEMによる層の表面観察
実施例2にかかる2種のKNN層(x=1.04,1.09)および比較例1にかかる
KN層の表面をSEMによって観察した。その結果を図8に示す。図8(A)、(B)は
、実施例2の結果であり、図8(C)は比較例1の結果である。図8(A)、(B)より
、実施例2にかかるKNN層は、均質で良好なモフォロジーが得られることが確認された
。これに対し、図8(C)より、比較例1のKN層では、異相が形成されていることが確
認された。
(2) Surface Observation of Layer by SEM The surfaces of the two types of KNN layers (x = 1.04, 1.09) according to Example 2 and the KN layer according to Comparative Example 1 were observed by SEM. The result is shown in FIG. 8A and 8B show the results of Example 2, and FIG. 8C shows the results of Comparative Example 1. 8 (A) and 8 (B), it was confirmed that the KNN layer according to Example 2 can obtain a uniform and good morphology. In contrast, from FIG. 8C, it was confirmed that a heterogeneous phase was formed in the KN layer of Comparative Example 1.

(3) XRDによる結晶性
上記(2)で用いたと同じサンプルについて、XRDによって結晶性を調べた。その結
果を図9に示す。図9において、符号「a」および「b」で示すチャートは、実施例2に
かかるKNN層の結果であり、符号「c」で示すチャートは比較例1にかかるKN層の結
果を示す。
(3) Crystallinity by XRD Crystallinity of the same sample as used in (2) above was examined by XRD. The result is shown in FIG. In FIG. 9, the charts indicated by the symbols “a” and “b” are the results of the KNN layer according to Example 2, and the chart indicated by the symbol “c” indicates the results of the KN layer according to Comparative Example 1.

図9から、実施例2にかかるKNN層は、良好な結晶性を示し、(100)配向してい
ることが確認された。これに対し、比較例1のKN層は、異相(K4Nb617)のピーク
が確認され、良好な結晶性が得られないことが確認された。
From FIG. 9, it was confirmed that the KNN layer according to Example 2 exhibited good crystallinity and was (100) oriented. In contrast, the KN layer of Comparative Example 1 was confirmed to have a different phase (K 4 Nb 6 O 17 ) peak, and good crystallinity could not be obtained.

(4) ラマン分光分析
実施例2で得られたKNN層、すなわち、カリウムに対するナトリウム量(過剰Na量
)を、10モル%,20モル%,40モル%および50モル%に調製した前駆体溶液を用
いて得られたKNN層、および過剰Na量を30モル%に調整した前駆体溶液を用いて実
施例2と同様にして得られたKNN層について、ラマン分光分析を行った。その結果を図
12に示す。図12において、符号aから符号eは、前記過剰Na量が10モル%から5
0モル%のときのスペクトルを示す。
(4) Raman spectroscopic analysis KNN layer obtained in Example 2, that is, a precursor solution prepared by adjusting the sodium amount (excess Na amount) to 10 mol%, 20 mol%, 40 mol% and 50 mol% relative to potassium Raman spectroscopy was performed on the KNN layer obtained using the above and the KNN layer obtained in the same manner as in Example 2 using the precursor solution in which the excess Na amount was adjusted to 30 mol%. The result is shown in FIG. In FIG. 12, the symbols a to e indicate that the excess Na amount is from 10 mol% to 5 mol.
A spectrum at 0 mol% is shown.

図12のスペクトルから、過剰Na量によって、KNNのAサイトに由来する第1ピー
ク(500から550cm-1の間にあるピーク)がシフトし、かつ、600cm-1付近の
第2ピークがブロード化している。このことから、カリウムおよびナトリウムはAサイト
に存在することが確認された。
From the spectrum of FIG. 12, the excess amount of Na, and shift (peak located between 550 cm -1 to 500) a first peak derived from the A-site of the KNN, and, second peak around 600 cm -1 is broadened ing. From this, it was confirmed that potassium and sodium exist in the A site.

(5) X線解析から求めた面間隔
実施例2における各サンプルについて、X線解析(θ−2θ)のピークから(100)
面の面間隔を求めた。その結果を図13に示す。
(5) Surface spacing determined from X-ray analysis For each sample in Example 2, from the peak of X-ray analysis (θ-2θ) (100)
The inter-surface spacing was determined. The result is shown in FIG.

図13から、Na過剰量が増加するにしたがって面間隔(d(100))の値が小さく
なることが確認された。これは、ナトリウムの原子半径がカリウムより小さいため、ナト
リウムの添加量が多くなるにつれて面間隔が小さくなることによる。このことからも、カ
リウムおよびナトリウムは、Aサイトに存在することが確認された。
From FIG. 13, it was confirmed that the value of the interplanar spacing (d (100)) decreases as the excess amount of Na increases. This is because the atomic radius of sodium is smaller than that of potassium, and the interplanar spacing decreases as the amount of sodium added increases. From this also, it was confirmed that potassium and sodium exist at the A site.

2.3.実施例3
実施例1で述べたと同様な方法で、KNN層形成用前駆体溶液を調製した。この前駆体
溶液をNb:STO(NbドープSrTiO3)単結晶基板上にスピンコート法により塗
布し、ホットプレート上で乾燥、仮焼成した後、700℃にてラピッドサーマルアニール
を施した。この工程を数回繰り返し、厚さ約1μmの多結晶KNN層を得た。このKNN
層上に、リフトオフ法により、厚さ100nm、直径約30μmの白金電極を形成した。
白金の成層にはスパッタリング法を用いた。この基板を白金被覆シリコン基板上に銀ペー
ストを介して接着した。
2.3. Example 3
A precursor solution for forming a KNN layer was prepared in the same manner as described in Example 1. This precursor solution was applied onto an Nb: STO (Nb-doped SrTiO 3 ) single crystal substrate by spin coating, dried on a hot plate, pre-baked, and then subjected to rapid thermal annealing at 700 ° C. This process was repeated several times to obtain a polycrystalline KNN layer having a thickness of about 1 μm. This KNN
A platinum electrode having a thickness of 100 nm and a diameter of about 30 μm was formed on the layer by a lift-off method.
Sputtering was used to deposit platinum. This substrate was bonded onto a platinum-coated silicon substrate via a silver paste.

このようにして作成したサンプルについて、AFM(原子間力顕微鏡)により電界−歪
の測定を行った。その結果を図10に示す。図10の電界−歪曲線から、本実施例のKN
N層は、電圧により圧電振動を発生することが示された。またこの結果より、実施例1で
観察されたヒステリシス曲線はKNN層の圧電特性に起因するものであることが確認され
た。
The sample thus prepared was subjected to electric field-strain measurement by AFM (Atomic Force Microscope). The result is shown in FIG. From the electric field-strain curve of FIG.
The N layer was shown to generate piezoelectric vibration with voltage. Further, from this result, it was confirmed that the hysteresis curve observed in Example 1 was caused by the piezoelectric characteristics of the KNN layer.

2.4.実施例4
実施例1で述べたと同様な方法で、KNN層形成用前駆体溶液を調製した。このゾル溶
液をSTO(SrTiO3)単結晶基板上にスピンコート法により塗布し、ホットプレー
ト上で乾燥、仮焼成した後、700℃にてラピッドサーマルアニールを施した。この工程
を数十回繰り返し、厚さ約10μmの多結晶KNN層を得た。このKNN層をCMPで平
坦化した後、KNN層上に厚さ100nmのアルミニウム層を蒸着し、フォトリソグラフ
ィーにより2ポート型櫛歯電極(L/S=5μm)を形成し、ネットワークアナライザを用い
てSAW伝搬特性を表すS21パラメーターの測定を行った。
2.4. Example 4
A precursor solution for forming a KNN layer was prepared in the same manner as described in Example 1. This sol solution was applied onto an STO (SrTiO 3 ) single crystal substrate by spin coating, dried on a hot plate, pre-baked, and then subjected to rapid thermal annealing at 700 ° C. This process was repeated several tens of times to obtain a polycrystalline KNN layer having a thickness of about 10 μm. After flattening this KNN layer by CMP, an aluminum layer having a thickness of 100 nm is deposited on the KNN layer, a 2-port comb electrode (L / S = 5 μm) is formed by photolithography, and a network analyzer is used. The S21 parameter representing the SAW propagation characteristics was measured.

図11に示すのはS21パラメーターの測定結果であるが、240MHz付近に比帯域
幅約15%のKNN/STO基板の共振波形(符号「a」で示す)が観察された。図11
から、本実施例のKNN/STO基板は、応力により表面弾性波を励震することが確認さ
れた。
FIG. 11 shows the measurement result of the S21 parameter, and a resonance waveform (indicated by the symbol “a”) of the KNN / STO substrate having a relative bandwidth of about 15% was observed in the vicinity of 240 MHz. FIG.
From this, it was confirmed that the KNN / STO substrate of this example excites surface acoustic waves by stress.

2.5.実施例5,参考例1
カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシドおよびニオブエトキシドを、K:Na:N
b=1.0:0.2:1.0のモル比で混合し、この混合液をブチルセロソルブ中で還流
し、トリプルアルコキシド溶液を調整した。さらに、この溶液の安定化剤としてジエタノ
ールアミンを添加した。このようにして前駆体溶液を調整した。なお、ジエタノールアミ
ンの代わりに酢酸を用いることもできる。この前駆体溶液を、配向制御層として多結晶ラ
ンタン酸ニッケル(LNO)層を形成した基体(ランタン酸ニッケル層/白金層/酸化シ
リコン層/シリコン基板)上にスピンコート法により塗布し、ホットプレート上で乾燥、
仮焼成した後、700℃にてラピッドサーマルアニールを施した。この工程を8回繰り返
して、厚さ約1μmの多結晶ニオブ酸ナトリウムカリウム(KNN)層を得た。
2.5. Example 5, Reference Example 1
Potassium ethoxide, sodium ethoxide and niobium ethoxide are converted into K: Na: N
The mixture was mixed at a molar ratio of b = 1.0: 0.2: 1.0, and this mixed solution was refluxed in butyl cellosolve to prepare a triple alkoxide solution. Furthermore, diethanolamine was added as a stabilizer for this solution. In this way, a precursor solution was prepared. Acetic acid can also be used in place of diethanolamine. This precursor solution is applied by spin coating onto a substrate (nickel lanthanate layer / platinum layer / silicon oxide layer / silicon substrate) on which a polycrystalline nickel lanthanate (LNO) layer is formed as an orientation control layer, and a hot plate Dried on,
After calcination, rapid thermal annealing was performed at 700 ° C. This process was repeated 8 times to obtain a polycrystalline sodium potassium niobate (KNN) layer having a thickness of about 1 μm.

このサンプルを用いて、その表面平坦性をSEMにて評価した。その結果を図14(A
)に示す。この結果から、本実施例のKNN層は、配向制御層であるLNO層の結晶性を
反映して、緻密で良好な結晶性を有することが確認された。また、このサンプルについて
、XRDによって結晶性を調べたところ、図15(A)に示す結果が得られた。この結果
から、本実施例では、KNN層は、1μmの膜厚であっても、(100)単一配向してい
ることが確認された。
Using this sample, the surface flatness was evaluated by SEM. The result is shown in FIG.
). From this result, it was confirmed that the KNN layer of this example has dense and good crystallinity reflecting the crystallinity of the LNO layer which is the orientation control layer. Further, when the crystallinity of this sample was examined by XRD, the result shown in FIG. 15A was obtained. From this result, in this example, it was confirmed that the KNN layer was (100) unidirectionally oriented even with a film thickness of 1 μm.

さらに、本実施例5のKNN層について、SAW伝搬特性を表すSパラメータを観察し
たところ、伝搬損失は−1db以下であり、SAWデバイス等に適用しうる小さい値であ
ることを確認した。
Further, when the S parameter representing the SAW propagation characteristics was observed for the KNN layer of Example 5, it was confirmed that the propagation loss was −1 db or less, which was a small value applicable to a SAW device or the like.

参考例1として、実施例5における配向制御層を形成しない他は、実施例5と同様にし
てKNN層を形成した。このKNN層の表面平坦性をSEMにて評価した。その結果を図
14(B)に示す。この結果から、本実施例のKNN層は、配向制御層であるLNO層を
有さないため、表面平坦性が実施例5に比べて劣るものであった。さらに、このKNN層
をXRDによって結晶性を調べた。その結果を図15(B)に示す。この結果から、白金
層上にKNN層を形成すると、KNN層はランダム配向することが確認された。
As Reference Example 1, a KNN layer was formed in the same manner as in Example 5 except that the alignment control layer in Example 5 was not formed. The surface flatness of this KNN layer was evaluated by SEM. The result is shown in FIG. From this result, since the KNN layer of this example does not have the LNO layer which is the orientation control layer, the surface flatness was inferior to that of Example 5. Further, the crystallinity of this KNN layer was examined by XRD. The result is shown in FIG. From this result, it was confirmed that when the KNN layer was formed on the platinum layer, the KNN layer was randomly oriented.

3.適用例
3.1.表面弾性波素子
次に、本発明の第1の圧電体積層体100を適用した表面弾性波素子の一例について、
図面を参照しながら説明する。
3. Application example 3.1. Surface Acoustic Wave Element Next, an example of a surface acoustic wave element to which the first piezoelectric laminate 100 of the present invention is applied,
This will be described with reference to the drawings.

図16は、本実施形態に係る表面弾性波素子300を模式的に示す断面図である。   FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a surface acoustic wave device 300 according to this embodiment.

表面弾性波素子300は、図1および図4に示す第1の圧電体積層体100を適用して
形成される。すなわち、表面弾性波素子300は、圧電体積層体100における基体1と
、基体1上に形成された圧電体層3と、圧電体層3上に形成された電極、すなわちインタ
ーディジタル型電極(以下、「IDT電極」という)18,19と、を含む。IDT電極
18,19は、図2に示す電極4をパターニングして形成される。
The surface acoustic wave element 300 is formed by applying the first piezoelectric laminate 100 shown in FIGS. 1 and 4. That is, the surface acoustic wave element 300 includes a substrate 1 in the piezoelectric laminate 100, a piezoelectric layer 3 formed on the substrate 1, and an electrode formed on the piezoelectric layer 3, that is, an interdigital electrode (hereinafter referred to as an interdigital electrode). 18 and 19) (referred to as “IDT electrodes”). The IDT electrodes 18 and 19 are formed by patterning the electrode 4 shown in FIG.

3.2.周波数フィルタ
次に、本発明の表面弾性波素子を適用した周波数フィルタの一例について、図面を参照
しながら説明する。図17は、周波数フィルタを模式的に示す図である。
3.2. Frequency Filter Next, an example of a frequency filter to which the surface acoustic wave device of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a diagram schematically illustrating a frequency filter.

図17に示すように、周波数フィルタは積層体140を有する。この積層体140とし
ては、上述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができ
る。すなわち、積層体140は、図1および図4に示す基体1と、圧電体層3とを有する
ことができる。
As shown in FIG. 17, the frequency filter has a stacked body 140. As this laminated body 140, the laminated body (refer FIG. 16) similar to the surface acoustic wave element 300 mentioned above can be used. That is, the laminate 140 can include the base body 1 and the piezoelectric layer 3 shown in FIGS. 1 and 4.

積層体140は、その上面に、図1および図4に示す電極4をパターニングして形成さ
れるIDT電極141、142を有する。また、IDT電極141、142を挟むように
、積層体140の上面には吸音部143、144が形成されている。吸音部143、14
4は、積層体140の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。一方のIDT電
極141には高周波信号源145が接続されており、他方のIDT電極142には信号線
が接続されている。
The laminated body 140 has IDT electrodes 141 and 142 formed by patterning the electrode 4 shown in FIGS. 1 and 4 on the upper surface thereof. In addition, sound absorbing portions 143 and 144 are formed on the upper surface of the laminate 140 so as to sandwich the IDT electrodes 141 and 142. Sound absorbing parts 143, 14
4 absorbs surface acoustic waves propagating on the surface of the laminate 140. One IDT electrode 141 is connected to a high frequency signal source 145, and the other IDT electrode 142 is connected to a signal line.

3.3.発振器
次に、本発明の表面弾性波素子を適用した発振器の一例について、図面を参照しながら
説明する。図18は、発振器を模式的に示す図である。
3.3. Oscillator Next, an example of an oscillator to which the surface acoustic wave device of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a diagram schematically showing an oscillator.

図18に示すように、発振器は積層体150を有する。この積層体150としては、上
述した表面弾性波素子300と同様の積層体(図16参照)を用いることができる。すな
わち、積層体150は、図1および図4に示す基体1と、圧電体層3とを有することがで
きる。
As shown in FIG. 18, the oscillator has a stacked body 150. As this laminated body 150, the laminated body (refer FIG. 16) similar to the surface acoustic wave element 300 mentioned above can be used. That is, the laminate 150 can include the base body 1 and the piezoelectric layer 3 shown in FIGS. 1 and 4.

積層体150の上面には、IDT電極151が形成されており、さらに、IDT電極1
51を挟むように、IDT電極152、153が形成されている。IDT電極151を構
成する一方の櫛歯状電極151aには、高周波信号源154が接続されており、他方の櫛
歯状電極151bには、信号線が接続されている。なお、IDT電極151は、電気信号
印加用電極に相当し、IDT電極152、153は、IDT電極151によって発生され
る表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極
に相当する。
An IDT electrode 151 is formed on the upper surface of the multilayer body 150, and the IDT electrode 1 is further formed.
IDT electrodes 152 and 153 are formed so as to sandwich 51. A high frequency signal source 154 is connected to one comb-like electrode 151a constituting the IDT electrode 151, and a signal line is connected to the other comb-like electrode 151b. The IDT electrode 151 corresponds to an electric signal applying electrode, and the IDT electrodes 152 and 153 are used for resonance to resonate a specific frequency component of a surface acoustic wave generated by the IDT electrode 151 or a frequency component of a specific band. It corresponds to an electrode.

また、前述した発振器をVCSO(Voltage Controlled SAW Oscillator:電圧制御
SAW発振器)に応用することもできる。
The above-described oscillator can also be applied to a VCSO (Voltage Controlled SAW Oscillator).

以上述べたように、周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る表面弾性波素子を有
することができる。
As described above, the frequency filter and the oscillator can have the surface acoustic wave device according to the present invention.

3.4.薄膜圧電共振子
次に、本発明の圧電体積層体を適用した薄膜圧電共振子の一例について、図面を参照し
ながら説明する。
3.4. Thin Film Piezoelectric Resonator Next, an example of a thin film piezoelectric resonator to which the piezoelectric laminate of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

3.4.1.第1の薄膜圧電共振子
図19は、本実施形態の一例である第1の薄膜圧電共振子700を模式的に示す図であ
る。第1の薄膜圧電共振子700は、ダイアフラム型の薄膜圧電共振子である。
3.4.1. First Thin Film Piezoelectric Resonator FIG. 19 is a diagram schematically showing a first thin film piezoelectric resonator 700 which is an example of this embodiment. The first thin film piezoelectric resonator 700 is a diaphragm type thin film piezoelectric resonator.

第1の薄膜圧電共振子700は、基板701と、弾性層703と、下部電極704と、
圧電体層705と、上部電極706と、を含む。薄膜圧電共振子700における基板70
1と、下部電極704、圧電体層705、および上部電極706は、それぞれ図5および
図6に示す圧電体積層体200における基体1、下部電極2、圧電体層3、および上部電
極4に相当する。また、弾性層703としては、図5において図示しないバッファ層(図
6における配向制御層)などの層を用いることができる。すなわち、第1の薄膜圧電共振
子700は、図5および図6に示す圧電体積層体200を有する。
The first thin film piezoelectric resonator 700 includes a substrate 701, an elastic layer 703, a lower electrode 704,
A piezoelectric layer 705 and an upper electrode 706 are included. Substrate 70 in thin film piezoelectric resonator 700
1 and the lower electrode 704, the piezoelectric layer 705, and the upper electrode 706 correspond to the base 1, the lower electrode 2, the piezoelectric layer 3, and the upper electrode 4 in the piezoelectric laminate 200 shown in FIGS. 5 and 6, respectively. To do. As the elastic layer 703, a layer such as a buffer layer (an orientation control layer in FIG. 6) not shown in FIG. 5 can be used. That is, the first thin film piezoelectric resonator 700 has the piezoelectric laminate 200 shown in FIGS.

基板701には、基板701を貫通するビアホール702が形成されている。上部電極
706上には、配線708が設けられている。配線708は、弾性層703上に形成され
た電極709と、パッド710を介して電気的に接続されている。
A via hole 702 that penetrates the substrate 701 is formed in the substrate 701. A wiring 708 is provided on the upper electrode 706. The wiring 708 is electrically connected to an electrode 709 formed on the elastic layer 703 through a pad 710.

3.4.2.第2の薄膜圧電共振子
図20は、本実施形態の一例である第2の薄膜圧電共振子800を模式的に示す図であ
る。第2の薄膜圧電共振子800が図19に示す第1の薄膜圧電共振子700と主に異な
るところは、ビアホールを形成せず、基板801と弾性層803との間にエアギャップ8
02を形成した点にある。
3.4.2. Second Thin Film Piezoelectric Resonator FIG. 20 is a diagram schematically showing a second thin film piezoelectric resonator 800 which is an example of the present embodiment. The second thin film piezoelectric resonator 800 is mainly different from the first thin film piezoelectric resonator 700 shown in FIG. 19 in that a via hole is not formed and an air gap 8 is formed between the substrate 801 and the elastic layer 803.
02 is formed.

第2の薄膜圧電共振子800は、基板801と、弾性層803と、下部電極804と、
圧電体層805と、上部電極806と、を含む。薄膜圧電共振子800における基板80
1、下部電極804、圧電体層805、および上部電極806は、それぞれ図5および図
6に示す圧電体積層体200における基体1、下部電極2、圧電体層3、および上部電極
4に相当する。また、弾性層803としては、図5において図示しないバッファ層(図6
における配向制御層6)などの層を用いることができる。すなわち、第2の薄膜圧電共振
子800は、図5および図6に示す圧電体積層体200を有する。エアギャップ802は
、基板801と、弾性層803との間に形成された空間である。
The second thin film piezoelectric resonator 800 includes a substrate 801, an elastic layer 803, a lower electrode 804,
A piezoelectric layer 805 and an upper electrode 806 are included. Substrate 80 in thin film piezoelectric resonator 800
1, the lower electrode 804, the piezoelectric layer 805, and the upper electrode 806 correspond to the base 1, the lower electrode 2, the piezoelectric layer 3, and the upper electrode 4 in the piezoelectric laminate 200 shown in FIGS. 5 and 6, respectively. . Further, as the elastic layer 803, a buffer layer (not shown in FIG.
A layer such as the orientation control layer 6) in FIG. That is, the second thin film piezoelectric resonator 800 has the piezoelectric laminate 200 shown in FIGS. The air gap 802 is a space formed between the substrate 801 and the elastic layer 803.

本実施形態に係る圧電薄層共振子(例えば、第1の薄膜圧電共振子700および第2の
薄膜圧電共振子800)は、共振子、周波数フィルタ、または、発振器として機能するこ
とができる。
The piezoelectric thin layer resonator according to the present embodiment (for example, the first thin film piezoelectric resonator 700 and the second thin film piezoelectric resonator 800) can function as a resonator, a frequency filter, or an oscillator.

3.5.圧電アクチュエータ
本発明の第2の圧電体積層体200を圧電アクチュエータに適応した例として、インク
ジェット式記録ヘッドについて説明する。図21は、本実施形態に係る圧電アクチュエー
タを適用したインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図22は、
このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下逆に
示したものである。
3.5. Piezoelectric Actuator An ink jet recording head will be described as an example in which the second piezoelectric laminate 200 of the present invention is applied to a piezoelectric actuator. FIG. 21 is a side sectional view showing a schematic configuration of an ink jet recording head to which the piezoelectric actuator according to the present embodiment is applied.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the ink jet recording head, which is shown upside down from a normally used state.

図21および図22に示すように、インクジェット式記録ヘッド50は、ヘッド本体5
7と、ヘッド本体57上に形成される圧電部54と、を含む。圧電部54には図5および
図6に示す圧電体積層体200が適用され、下部電極2、圧電体層3および上部電極4が
順に積層して構成されている。インクジェット式記録ヘッドにおいて、圧電部54は、圧
電アクチュエータとして機能する。
As shown in FIGS. 21 and 22, the ink jet recording head 50 includes a head body 5.
7 and a piezoelectric portion 54 formed on the head main body 57. A piezoelectric laminate 200 shown in FIGS. 5 and 6 is applied to the piezoelectric portion 54, and the lower electrode 2, the piezoelectric layer 3, and the upper electrode 4 are sequentially laminated. In the ink jet recording head, the piezoelectric unit 54 functions as a piezoelectric actuator.

ヘッド本体57は、ノズル板51と、インク室基板52と、弾性層55と、から構成さ
れている。図5および図6に示す圧電体積層体200における基体1は、図21における
弾性層55を構成する。弾性層55としては、図5および図6において図示しないバッフ
ァ層などの層を用いることができる。また、圧電体積層体200における基体1は、図2
1におけるインク室基板52を構成する。インク室基板52にはキャビティ521が形成
されている。また、ノズル板51には、キャビティ521と連続するノズル511が形成
されている。そして、図22に示すように、これらが筐体56に収納されて、インクジェ
ット式記録ヘッド50が構成されている。ノズル511の穴径は10〜30μmである。
またノズル511は、1インチあたり90ノズルないし300ノズルのピッチで形成され
る。
The head main body 57 includes a nozzle plate 51, an ink chamber substrate 52, and an elastic layer 55. The base 1 in the piezoelectric laminate 200 shown in FIGS. 5 and 6 constitutes the elastic layer 55 in FIG. As the elastic layer 55, a layer such as a buffer layer (not shown in FIGS. 5 and 6) can be used. Further, the substrate 1 in the piezoelectric laminate 200 is shown in FIG.
1 constitutes the ink chamber substrate 52 in FIG. A cavity 521 is formed in the ink chamber substrate 52. In addition, a nozzle 511 that is continuous with the cavity 521 is formed on the nozzle plate 51. Then, as shown in FIG. 22, these are housed in a housing 56 to constitute an ink jet recording head 50. The hole diameter of the nozzle 511 is 10 to 30 μm.
The nozzles 511 are formed at a pitch of 90 to 300 nozzles per inch.

各圧電部は、圧電素子駆動回路(図示しない)に電気的に接続され、圧電素子駆動回路
の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電部54
はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエータ)として機能する。弾性層55は、圧電部54
の振動(たわみ)によって振動し、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機
能する。圧電体への最大印加電圧は20V〜40Vであり、20kHz〜50kHzで駆
動する。代表的なインク吐出量は2ピコリットルから5ピコリットルの間である。
Each piezoelectric unit is electrically connected to a piezoelectric element drive circuit (not shown), and is configured to operate (vibrate or deform) based on a signal from the piezoelectric element drive circuit. That is, each piezoelectric portion 54
Each function as a vibration source (head actuator). The elastic layer 55 includes a piezoelectric portion 54.
It functions by instantaneously increasing the internal pressure of the cavity 521. The maximum applied voltage to the piezoelectric body is 20V to 40V and is driven at 20 kHz to 50 kHz. A typical ink discharge amount is between 2 picoliters and 5 picoliters.

なお、上述では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明した
が、本実施形態は、圧電体積層体を圧電アクチュエータとして用いた液体噴射ヘッドを対
象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用
いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射
ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられ
る電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げる
ことができる。
In the above description, an ink jet recording head that discharges ink has been described as an example. However, the present embodiment is directed to a liquid ejecting head that uses a piezoelectric laminate as a piezoelectric actuator. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Examples thereof include an electrode material ejecting head used in manufacturing, a bioorganic matter ejecting head used in biochip manufacturing, and the like.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。たとえば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(たとえば
、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。
また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む
。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一
の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成
に公知技術を付加した構成を含む。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects).
In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1 基体、2 下部電極、3 圧電体層、4 電極(上部電極)、6 配向制御層、3
2 第1圧電体層、34 第2圧電体層、36 第1相の部分、38 第2相の部分、1
00,200 圧電体積層体、300 表面弾性波素子、700,800 薄膜圧電共振
子。
1 substrate, 2 lower electrode, 3 piezoelectric layer, 4 electrode (upper electrode), 6 orientation control layer, 3
2 1st piezoelectric layer, 34 2nd piezoelectric layer, 36 1st phase part, 38 2nd phase part, 1
00,200 Piezoelectric laminate, 300 surface acoustic wave device, 700,800 thin film piezoelectric resonator.

Claims (13)

基体と、
前記基体の上方に形成された、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる第1圧電体層と、
を含む、圧電体積層体。
A substrate;
A first piezoelectric layer made of potassium sodium niobate formed above the substrate;
A piezoelectric laminate including:
請求項1において、
前記第1圧電体層は、組成式(KaNa1-axNbO3で表され、該組成式において、0
.1<a<1であり、1≦x≦1.2である、圧電体積層体。
In claim 1,
The first piezoelectric layer is represented by a composition formula (K a Na 1-a ) x NbO 3 , where 0
. 1 <a <1 and 1 ≦ x ≦ 1.2.
請求項2において、
前記第1圧電体層は、前記組成式において、1<x≦1.1である、圧電体積層体。
In claim 2,
The first piezoelectric layer is a piezoelectric laminate in which 1 <x ≦ 1.1 in the composition formula.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記第1圧電体層の下方に、配向制御層が形成された、圧電体積層体。
In any of claims 1 to 3,
A piezoelectric laminate in which an orientation control layer is formed below the first piezoelectric layer.
請求項4において、
前記配向制御層は、ランタン酸ニッケルからなる、圧電体積層体。
In claim 4,
The orientation control layer is a piezoelectric laminate made of nickel lanthanum.
請求項5において、
前記ランタン酸ニッケルは多結晶である、圧電体積層体。
In claim 5,
The piezoelectric layered product, wherein the nickel lanthanate is polycrystalline.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記第1圧電体層と連続する、ニオブ酸カリウムナトリウムからなる第2圧電体層を有
し、
前記第2圧電体層は、該第2圧電体層と接し、かつ前記第1圧電体層と反対側に位置す
る層を構成する元素を含む、圧電体積層体。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
A second piezoelectric layer made of potassium sodium niobate, continuous with the first piezoelectric layer,
The piezoelectric layered body, wherein the second piezoelectric layer includes an element that constitutes a layer that is in contact with the second piezoelectric layer and located on the opposite side of the first piezoelectric layer.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記第1圧電体層は、
組成式(KaNa1-a)NbO3で表される圧電体からなる第1相の部分と、
組成式(KaNa1-axNbO3(ただし、1<x)で表される圧電体からなる第2相の
部分と、を含む、圧電体積層体。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
The first piezoelectric layer is
A first phase portion made of a piezoelectric material represented by a composition formula (K a Na 1-a ) NbO 3 ;
Compositional formula (K a Na 1-a) x NbO 3 ( however, 1 <x); and a portion of the second phase consisting of a piezoelectric represented by the piezoelectric laminate.
請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記第1圧電体層の上方に形成された電極を有する、圧電体積層体。
In any of claims 1 to 8,
A piezoelectric laminate having an electrode formed above the first piezoelectric layer.
請求項1ないし8のいずれかにおいて、
前記基体と前記第1圧電体層との間に形成された第1電極と、
前記第1圧電体層の上方に形成された第2電極と、を有する、圧電体積層体。
In any of claims 1 to 8,
A first electrode formed between the base and the first piezoelectric layer;
And a second electrode formed above the first piezoelectric layer.
請求項9に記載の圧電体積層体を含む、表面弾性波素子。   A surface acoustic wave device comprising the piezoelectric laminate according to claim 9. 請求項10に記載の圧電体積層体を含む、薄膜圧電共振子。   A thin film piezoelectric resonator comprising the piezoelectric laminate according to claim 10. 請求項10に記載の圧電体積層体を含む、圧電アクチュエータ。   A piezoelectric actuator comprising the piezoelectric laminate according to claim 10.
JP2011046022A 2005-12-06 2011-03-03 Liquid ejecting head and recording apparatus provided with the same Active JP5413386B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011046022A JP5413386B2 (en) 2005-12-06 2011-03-03 Liquid ejecting head and recording apparatus provided with the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005351955 2005-12-06
JP2005351955 2005-12-06
JP2011046022A JP5413386B2 (en) 2005-12-06 2011-03-03 Liquid ejecting head and recording apparatus provided with the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006113494A Division JP4735840B2 (en) 2005-12-06 2006-04-17 Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013187080A Division JP5716799B2 (en) 2005-12-06 2013-09-10 Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011155272A true JP2011155272A (en) 2011-08-11
JP5413386B2 JP5413386B2 (en) 2014-02-12

Family

ID=38130991

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011046022A Active JP5413386B2 (en) 2005-12-06 2011-03-03 Liquid ejecting head and recording apparatus provided with the same
JP2013187080A Active JP5716799B2 (en) 2005-12-06 2013-09-10 Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013187080A Active JP5716799B2 (en) 2005-12-06 2013-09-10 Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JP5413386B2 (en)
CN (1) CN100539228C (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016121204A1 (en) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社ユーテック Pressurizing-type lamp annealing device, ferroelectric film and method for producing same
EP3057146A1 (en) * 2013-09-30 2016-08-17 Daihatsu Motor Co., Ltd. Power generation material, power generation element and power generation system
KR20190043498A (en) * 2017-09-22 2019-04-26 안후이 아누키 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 Piezo resonator manufacturing method and piezoelectric resonator
EP3817074A1 (en) 2019-10-28 2021-05-05 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid ejection head, and printer
US11107970B2 (en) 2018-09-27 2021-08-31 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element and method for producing the same, liquid ejection head, and printer
US11312137B2 (en) 2019-04-10 2022-04-26 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid discharge head, and printer

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5391395B2 (en) * 2007-10-15 2014-01-15 日立金属株式会社 Substrate with piezoelectric thin film and piezoelectric element
JP5515675B2 (en) * 2009-11-20 2014-06-11 日立金属株式会社 Piezoelectric thin film element and piezoelectric thin film device
JP5071503B2 (en) * 2010-03-25 2012-11-14 日立電線株式会社 Piezoelectric thin film element and piezoelectric thin film device
JP5056914B2 (en) * 2010-07-07 2012-10-24 日立電線株式会社 Piezoelectric thin film element and piezoelectric thin film device
CN103889603B (en) * 2011-10-20 2016-06-29 佳能株式会社 Dust arrester and imaging device
WO2015080256A1 (en) * 2013-11-28 2015-06-04 京セラ株式会社 Piezoelectric element, and piezoelectric member, liquid discharge head, and recording device using piezoelectric element
JP6610856B2 (en) * 2015-03-20 2019-11-27 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element, piezoelectric element applied device, and method of manufacturing piezoelectric element
US10355196B2 (en) 2016-02-10 2019-07-16 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, piezoelectric element application device, and method of manufacturing piezoelectric element
JP7240083B2 (en) 2017-03-21 2023-03-15 Kyb株式会社 Servo valve controller
JP6922326B2 (en) 2017-03-28 2021-08-18 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element and piezoelectric element application device
US11851747B2 (en) 2018-03-01 2023-12-26 Jx Metals Corporation Potassium sodium niobate sputtering target and production method thereof
JP6756886B1 (en) 2019-04-26 2020-09-16 Jx金属株式会社 Potassium niobate sodium sputtering target
FR3135868A1 (en) * 2022-05-18 2023-11-24 Soitec SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE INTEGRATING A THIN LAYER OF METALLIC MATERIAL

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003300776A (en) * 2002-04-04 2003-10-21 Tdk Corp Method for producing piezoelectric ceramic
JP2004066600A (en) * 2002-08-05 2004-03-04 Seiko Epson Corp Liquid ejection head and liquid ejector
JP2005012200A (en) * 2003-06-20 2005-01-13 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostriction film element and manufacturing method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2976246A (en) * 1961-03-21 composition
GB1355418A (en) * 1971-05-24 1974-06-05 Mullard Ltd Acoustic surface wave devices
JP4186300B2 (en) * 1999-03-24 2008-11-26 ヤマハ株式会社 Surface acoustic wave device
JP4480967B2 (en) * 2003-01-23 2010-06-16 株式会社デンソー Piezoelectric ceramic composition, piezoelectric element, and dielectric element
JP4450636B2 (en) * 2004-02-12 2010-04-14 株式会社豊田中央研究所 Method for manufacturing piezoelectric ceramics
JP4795748B2 (en) * 2004-09-13 2011-10-19 株式会社デンソー Piezoelectric actuator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003300776A (en) * 2002-04-04 2003-10-21 Tdk Corp Method for producing piezoelectric ceramic
JP2004066600A (en) * 2002-08-05 2004-03-04 Seiko Epson Corp Liquid ejection head and liquid ejector
JP2005012200A (en) * 2003-06-20 2005-01-13 Ngk Insulators Ltd Piezoelectric/electrostriction film element and manufacturing method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3057146A1 (en) * 2013-09-30 2016-08-17 Daihatsu Motor Co., Ltd. Power generation material, power generation element and power generation system
EP3057146A4 (en) * 2013-09-30 2017-03-29 Daihatsu Motor Co., Ltd. Power generation material, power generation element and power generation system
WO2016121204A1 (en) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社ユーテック Pressurizing-type lamp annealing device, ferroelectric film and method for producing same
JPWO2016121204A1 (en) * 2015-01-26 2017-12-21 株式会社ユーテック Pressurized lamp annealing apparatus, ferroelectric film and manufacturing method thereof
KR20190043498A (en) * 2017-09-22 2019-04-26 안후이 아누키 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 Piezo resonator manufacturing method and piezoelectric resonator
KR102135522B1 (en) * 2017-09-22 2020-07-17 안후이 아누키 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 Manufacturing method of piezoelectric resonator and piezoelectric resonator
US11107970B2 (en) 2018-09-27 2021-08-31 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element and method for producing the same, liquid ejection head, and printer
US11312137B2 (en) 2019-04-10 2022-04-26 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid discharge head, and printer
EP3817074A1 (en) 2019-10-28 2021-05-05 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid ejection head, and printer
US11223007B2 (en) 2019-10-28 2022-01-11 Seiko Epson Corporation Piezoelectric element, liquid ejection head, and printer

Also Published As

Publication number Publication date
CN1979908A (en) 2007-06-13
JP2014033210A (en) 2014-02-20
CN100539228C (en) 2009-09-09
JP5413386B2 (en) 2014-02-12
JP5716799B2 (en) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4735840B2 (en) Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator
JP5413386B2 (en) Liquid ejecting head and recording apparatus provided with the same
JP2007287918A (en) Piezoelectric laminate, manufacturing method of same, surface acoustic wave element, thin film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator
EP2019322B1 (en) Piezoelectric element, ink jet head, angular velocity sensor, method for manufacturing the same, and ink jet recording apparatus
JP5056914B2 (en) Piezoelectric thin film element and piezoelectric thin film device
JPH1081016A (en) Piezoelectric body thin film element and manufacture thereof, and ink jet recording head employing piezoelectric body thin film element
JPWO2009157189A1 (en) Piezoelectric element and manufacturing method thereof
US7163874B2 (en) Ferroelectric thin film manufacturing method, ferroelectric element manufacturing method, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus
US20080012908A1 (en) Piezoelectric element, manufacturing method for piezoelectric body, and liquid jet head
JP4905640B2 (en) Piezoelectric element, liquid ejecting head, and liquid ejecting apparatus
JP5103790B2 (en) Piezoelectric thin film, element using piezoelectric thin film, and method for manufacturing piezoelectric thin film element
JP5398131B2 (en) Piezoelectric element, method for manufacturing piezoelectric body, and liquid jet head
JP4905645B2 (en) Piezoelectric material, manufacturing method thereof, and liquid jet head
KR20040053747A (en) Method for fabricating a structure comprising ferroelectric single crystal layer
JP2000158648A (en) Ink jet recording head
JP4605349B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric actuator, piezoelectric pump, ink jet recording head, ink jet printer, surface acoustic wave element, frequency filter, oscillator, electronic circuit, thin film piezoelectric resonator, and electronic device
JP2001144341A (en) Piezoelectric film and piezoelectric actuator
JP4831304B2 (en) Piezoelectric film, piezoelectric element, piezoelectric actuator, liquid jet head, surface acoustic wave element, and device
JP2007204341A (en) Piezoelectric material

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110331

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110331

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130910

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131015

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5413386

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350