JP2015204414A - 圧電素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電薄膜49は、基板49f上に形成されたTi/SiO2層49eの上に形成された膜状の下部電極49dと、下部電極49dの上に配されたPZT膜49cと、PZT膜49cの上面の一部を覆う膜状の上部電極49bと、を有する。また、圧電薄膜49は、上部電極49bの外縁の少なくとも一部を跨いで、上部電極49bとPZT膜49cの上面とを覆った状態で配された絶縁膜49aと、を有する。
【選択図】図3
Description
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものでは無い。
1.光走査装置の構成について
本実施形態の光走査装置1は、反射部3と、支持部5と、一対の梁部材7と、一対の第1の駆動部9とを備えている(図1参照)。
外周部11は矩形の枠であり、その枠内に、円板状の内周部13が配置されている。また、外周部11の上側と下側に、第2の駆動部17が配置されている。
外周部11は、その外側の両端において、一対の梁部材7に接続している。梁部材7は棒状の部材である。一対の梁部材7は、内周部13の中心を通る一直線(以下、第1の軸18とする)上に配置されている。
2.圧電薄膜の構成について
第1の駆動部9の外側に位置する圧電薄膜49は、基板49fと、Ti/SiO2層49eと、下部電極49dと、PZT膜49cと、上部電極49bと、絶縁膜49aとが積層された構造を有している(図2,3参照)。
より詳しくは、絶縁膜49aは、上部電極49bの外縁(換言すれば、上部電極49bとPZT膜49cとの境界)、及び、上部電極49bの上面における外縁に沿った領域を覆った状態で配されている。また、上部電極49bの上面の中央部分(外縁から所定距離を隔てた領域)は、絶縁膜49aに覆われていない開口領域として構成されている。
また、圧電薄膜47もまた、上述した圧電薄膜49と同様の構成を有している。また、駆動部材23,25,27,29を構成する圧電薄膜及び配線41もまた、上述した圧電薄膜49及び配線53と同様の構成を有している。
光走査装置1は、以下の方法で製造することができる。まず、厚さ500μmのSi支持層と、厚さ1.5μmの埋め込みSiO2と、厚さ100μmのSi活性層が積層された構造を有するSOI基板を用意する。
次に、リソグラフィにより上部電極(Au/Ti)のパターニングを行う。この時、ヨウ素とヨウ化アンモニウム混合液によるウェットエッチングによりAuを加工すると共に、アンモニア過水によるウェットエッチングによりTiを加工する。その後、フッ硝酸のウェットエッチングによりPZT膜を加工する。
[動作の説明]
図1に基づき、光走査装置1の動作について説明する。一対の端子55に、それぞれ第1駆動信号源101を接続し、60Hzの駆動信号S1を印加する。駆動信号S1により、第1の駆動部9における圧電薄膜47,49が屈曲し、接続部9Aが、図1の紙面の正面に向かって移動する。反射部3の上端3Aは第1の駆動部9の接続部9Aに接続しているので、第1の駆動部9の上述した屈曲により、反射部3の上端3Aは、図1における紙面における正面に向かって変位する。
また、一対の端子43のうちの一方に、第2駆動信号源103を直接接続すると共に、他方の端子43に、位相反転回路105を介して第2駆動信号源103を接続する。この結果、一対の端子43のうちの一方には、30kHzの駆動信号S2が印加され、他方の端子43には、駆動信号S2とは逆位相の駆動信号S3が印加される。
絶縁膜49aにおける上部電極49bの上部に位置する縁部(開口領域との境界をなす縁部)を内側縁部とすると共に、下部電極49dの上部に位置する縁部(換言すれば、下部電極49dの外周をなす縁部)を外側縁部とする(図2参照)。
表1は、距離Aが変化した場合における絶縁膜49aの耐電圧比(距離Aが0μmである場合(換言すれば、絶縁膜49aが存在しない場合)の耐電圧の測定値を1とした場合の耐電圧の測定値の比率)の測定結果を示している。なお、表1の測定では、距離Bは3.0μm、絶縁膜49aの厚さは3.0μmとなっている。
また、絶縁膜49aの厚さが0.1μm以上になると耐電圧が向上し、厚さが0.5μm以上3.0μm以下である場合には、耐電圧がさらに向上することがわかる。
上部電極49bと下部電極49dに電圧を印可すると、PZT膜49cにおける上部電極49bの下側の部分は、上方に膨らむように(上部電極49bを上方に持ち上げるように)屈曲する。
また、本実施形態の圧電薄膜49によれば、上部電極49bの上面の中央部分は、絶縁膜49aに覆われていない。これにより、上部電極49bの中央部分の下方ではPZT膜49cの変位が妨げられず、圧電薄膜49全体を適度に変位させることができる。
(1)本実施形態では、圧電薄膜49の絶縁膜49aは、上部電極49bの外縁を全て覆った状態で配されているが、絶縁膜49aは、外縁の一部を覆った状態で配されていても良い。
(2)また、本実施形態では、圧電薄膜49の絶縁膜49aは、外側縁部が全て下部電極49dに達した状態で配されている。
(3)また、本実施形態では、上部電極49bは、PZT膜49cの上面の中央部分に配されていると共に、PZT膜49cは、下部電極49dの中央部分に配されている。
(4)また、本実施形態の圧電薄膜49は、光走査装置1の圧電アクチュエータとして構成されているが、これに限らず、例えば、インクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電アクチュエータとして構成されていても良い。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。
Claims (12)
- 支持部(49e,49f)の上部に形成された膜状の下部電極(49d)と、
前記下部電極の上に配された圧電膜(49c)と、
前記圧電膜の上面の一部を覆う膜状の上部電極(49b)と、
前記上部電極の外縁の少なくとも一部を跨いで、前記上部電極と前記圧電膜の前記上面とを覆った状態で配された絶縁膜(49a)と、
を有することを特徴とする圧電素子(49)。 - 請求項1に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、前記上部電極の外縁を全て覆った状態で配されていると共に、前記上部電極には、前記絶縁膜に覆われていない開口領域が形成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項2に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜における前記開口領域との境界をなす縁部を内側縁部とし、
前記上部電極の外縁から前記内側縁部までの距離は、0.5μm以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項3に記載の圧電素子において、
前記上部電極の外縁から前記内側縁部までの距離は、3.0μm以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項2から請求項4のうちのいずれか1項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の外周をなす縁部を外側縁部とし、
前記上部電極の外縁から前記外側縁部までの距離は、0.5μm以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項5に記載の圧電素子において、
前記上部電極の外縁から前記外側縁部までの距離は、3.0μm以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、前記圧電膜の側面の一部、又は、該側面の一部及び前記支持部の一部を少なくとも覆った状態で配されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の厚さが、0.1μm以上であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項8に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜の厚さが、0.5μm以上3.0μm以下であること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の圧電素子において、
前記絶縁膜は、SiO2、SiN、SiON、Al2O3、或いは、ポリイミドのうちのいずれか、又は、これらのうちのいずれかを含む材料により構成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項1から請求項10のうちのいずれか1項に記載の圧電素子において、
前記圧電膜は、Pb(ZrXTi1-X)O3、又は、Pb(ZrXTi1-X)O3を含む材料により構成されていること、
を特徴とする圧電素子。 - 請求項11に記載の圧電素子において、
前記圧電膜を構成するPb(ZrXTi1-X)O3、又は、前記圧電膜を構成する材料を構成するPb(ZrXTi1-X)O3は、単結晶であること、
を特徴とする圧電素子。
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