JP2021027134A - 圧電積層体、圧電積層体の製造方法、および圧電素子 - Google Patents
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Abstract
Description
基板と、
電極膜と、
組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超である圧電積層体及びその関連技術が提供される。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態にかかる圧電膜を有する積層体(積層基板)10(以下、圧電積層体10とも称する)は、基板1と、基板1上に製膜された下部電極膜2と、下部電極膜2上に製膜された圧電膜(圧電薄膜)3と、圧電膜3上に製膜された上部電極膜4と、を備えている。
図3に、本実施形態におけるKNN膜3を有するデバイス30(以下、圧電デバイス30とも称する)の概略構成図を示す。圧電デバイス30は、上述の圧電積層体10を所定の形状に成形することで得られる素子20(KNN膜3を有する素子20、以下、圧電素子20とも称する)と、圧電素子20に接続される電圧印加部11aまたは電圧検出部11bと、を少なくとも備えている。電圧印加部11aとは、下部電極膜2と上部電極膜4との間(電極間)に電圧を印加するための手段であり、電圧検出部11bとは、下部電極膜2と上部電極膜4との間(電極間)に発生した電圧を検出するための手段である。電圧印加部11a、電圧検出部11bとしては、公知の種々の手段を用いることができる。
以下では、上述の圧電積層体10、圧電素子20、および圧電デバイス30の製造方法について説明する。
温度(基板温度):100℃以上500℃以下、好ましくは200℃以上400℃以下
放電パワー:1000W以上1500W以下、好ましくは1100W以上1300W以下
雰囲気:アルゴン(Ar)ガス雰囲気
雰囲気圧力:0.1Pa以上0.5Pa以下、好ましくは0.2Pa以上0.4Pa以下
時間:30秒以上3分以下、好ましくは30秒以上2分以下
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製膜雰囲気:Arガス雰囲気
雰囲気圧力:0.1Pa以上0.5Pa以下、好ましくは0.2Pa以上0.4Pa以下
製膜時間:3分以上10分以下、好ましくは4分以上7分以下
製膜温度(基板温度):500℃以上700℃以下、好ましくは550℃以上650℃以下
放電パワー:2000W以上2400W以下、好ましくは2100W以上2300W以下
製膜雰囲気:Arガス+酸素(O2)ガス雰囲気
雰囲気圧力:0.2Pa以上0.5Pa以下、好ましくは0.2Pa以上0.4Pa以下
O2ガスに対するArガスの分圧(Ar/O2分圧比):30/1〜20/1、好ましくは27/1〜23/1
製膜初期:製膜開始(0分)〜5分の期間、好ましくは製膜開始〜3分の期間
製膜後期:製膜初期より後の期間
初期製膜速度:0.5μm/hr未満、好ましくは0.2μm/hr以上0.5μm/hr未満、より好ましくは0.2μm/hr以上0.4μm/hr以下
後期製膜速度:0.5以上2μm/hr以下、好ましくは0.5μm/hr以上1.5μm/hr以下、より好ましくは0.5μm/hr以上1μm/hr以下
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。但し、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
基板と、
電極膜と、
組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超、好ましくは0.45μm以上である圧電積層体が提供される。
付記1の圧電積層体であって、好ましくは、
前記圧電膜は、キレート剤としてのエチレンジアミン四酢酸を5g、0.1M以下と、アンモニア濃度が29%であるアンモニア水を37mLと、濃度が30%である過酸化水素水を125mLとを混合したエッチング液を用いてエッチングした際のエッチングレートが0.1μm/min以上、好ましくは0.2μm/minである。
付記1または2の圧電積層体であって、好ましくは、
前記圧電膜は、銅(Cu)およびマンガン(Mn)からなる群より選択される金属元素を0.2at%以上2.0at%以下の濃度で含む。
付記3の圧電積層体であって、好ましくは、
前記金属元素はCuである。
付記1〜4のいずれかの圧電積層体であって、好ましくは、
前記圧電膜を構成する結晶の平均粒径が1.0μm超5μm以下、好ましくは1.5μm以上4μm以下である。
本発明の他の態様によれば、
基板上に電極膜を製膜する工程と、
前記電極膜上に、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜を製膜する工程と、を有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、初期製膜速度を後期製膜速度よりも遅くする圧電積層体の製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板上に、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜を製膜する工程を有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、初期製膜速度を後期製膜速度よりも遅くする圧電積層体の製造方法が提供される。
付記6または7の方法であって、好ましくは、
前記初期製膜速度を0.5μm/hr未満とし、前記後期製膜速度を0.5μm/hr以上2μm/hr以下とする。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜された下部電極膜と、
前記下部電極膜上に製膜され、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、
前記圧電膜上に製膜された上部電極膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超、好ましくは0.45μm以上である圧電素子(圧電デバイス)が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、
基板と、
前記基板上に製膜され、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、
前記圧電膜上に製膜された電極膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超、好ましくは0.45μm以上である圧電素子(圧電デバイス)が提供される。
3 圧電膜
10 圧電積層体
Claims (6)
- 基板と、
電極膜と、
組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超である圧電積層体。 - 前記圧電膜は、キレート剤としてのエチレンジアミン四酢酸を5g、0.1M以下と、アンモニア濃度が29%であるアンモニア水を37mLと、濃度が30%である過酸化水素水を125mLとを混合したエッチング液を用いてエッチングした際のエッチングレートが0.1μm/min以上である請求項1に記載の圧電積層体。
- 前記圧電膜は、CuおよびMnからなる群より選択される金属元素を0.2at%以上2.0at%以下の濃度で含む請求項1または2に記載の圧電積層体。
- 前記圧電膜を構成する結晶の平均粒径が1.0μm超5μm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電積層体。
- 基板上に電極膜を製膜する工程と、
前記電極膜上に、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜を製膜する工程と、を有し、
前記圧電膜を製膜する工程では、初期製膜速度を後期製膜速度よりも遅くする圧電積層体の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に製膜された下部電極膜と、
前記下部電極膜上に製膜され、組成式(K1−xNax)NbO3(0<x<1)で表されるペロブスカイト構造のアルカリニオブ酸化物からなる圧電膜と、
前記圧電膜上に製膜された上部電極膜と、を備え、
前記圧電膜を構成する結晶の粒径の標準偏差が0.42μm超である圧電素子。
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