JP6699223B2 - 圧電体評価装置 - Google Patents
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Description
本発明の第一の態様による圧電体評価装置は、圧電体を含む試料に作用して前記圧電体の温度を変化させる温度変化部と、前記圧電体の表面電位を測定する表面電位測定部とを備えている圧電体評価装置であって、前記表面電位測定部が、前記温度変化部によって生じる前記圧電体の温度変化に対応する前記圧電体の表面電位の変化を測定するものである。
以下に、焦電係数の測定を例として、本発明の一態様による焦電特性の測定原理を説明する。
dPs:自発分極の変化
dT:温度変化
Ip:焦電電流
A:焦電体の電極面積
dT/dt:温度勾配
dPs:自発分極の変化
dV:表面電位の変化
Q1、Q2:温度変化前後での電荷量
V1、V2:温度変化前後での表面電位
C:静電容量
図1に、本発明の第一の態様による圧電体評価装置の基本的な構成を概略的に示す。本発明の一態様による圧電体評価装置100は、評価対象物である圧電体12を含む試料1に作用して圧電体12の温度を変化させることのできる温度変化部2と、圧電体の表面電位を測定することのできる表面電位測定部3とを備えている。
本発明の一態様では、評価対象となる圧電体を含む試料が用いられる。レーザ光照射を利用する温度変化部を用いる場合には、圧電体と下部電極とを含む試料が好ましい。温度変化部として、レーザ光照射を利用した加熱部を用いた場合には、レーザ光が下部電極に吸収され、熱に変換される。これにより、圧電体の厚みに依存することなく圧電体に熱エネルギーを供給することができる。
本発明の第二の態様による圧電体評価装置は、本発明の第一の態様による構成に加えて、前記圧電体に電荷を付与する帯電部をさらに備え、前記表面電位測定部が、前記圧電体の表面電位が飽和に達した後の自己放電によって減少する前記表面電位の経時的な変化を測定するものである。なお、本発明の一態様による圧電体評価装置は、圧電体に電荷を付与する帯電部と、前記圧電体の表面電位を測定する表面電位測定部とを備えている圧電体評価装置であって、前記表面電位測定部が、前記圧電体の表面電位が飽和に達した後の自己放電によって減少する前記表面電位の経時的な変化を測定するものであってもよい。
以下に、静電容量の測定を主たる例として、本発明の一態様による誘電特性の測定原理を示す。
Q:電荷量
C:静電容量
V:表面電位
図2及び図3に、本発明の第二の態様の圧電体評価装置100の概略的な構成を示す。図2は、本発明の第二の態様の圧電体評価装置を上から見た図であり、図3は、圧電体評価装置100を側方から見た図である。第二の態様の圧電体評価装置100の基本的な構成は、図1〜3を用いて上述した第一の態様の圧電体評価装置100の構成と共通している。
熱酸化膜を配置したシリコン基板の上に、200nmの厚みの白金膜を密着膜を介して堆積し、第1の電極(下部電極)とした。続いて、第1の電極上に、スパッタリング法によって、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を、厚みが2μmとなるように成膜した。
実施例1で作製した試料の上に、上部電極として、100nmの厚みの白金膜を堆積させた。この上部電極を含む素子について、JIS R 1651:2002に記された「ファインセラミックスの焦電係数の測定方法」によって焦電係数を求めた。
実施例1で作成した試料のPZT膜を、自作のコロナ帯電器によって帯電させ、表面電位が飽和に達したところで帯電器を停止させた。その後、表面電位計(トレック社製、model323)を用いて、PZT膜の自己放電により表面電位が、表面電位の経時的な変化を測定し、上に述べたようにVmaxを求めた。式(3)より、静電容量の値を求めた。
比較例1の試料について、HIOKI インピーダンスアナライザIM3750装置を用いて静電容量を求めた。
10 基板
11 下部電極(第1の電極)
12 圧電体(圧電膜)
2 温度変化部
3 表面電位測定部
4 帯電部
5 試料ステージ
100 圧電体評価装置
Claims (18)
- 基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体とを含む試料に作用して前記圧電体の温度を変化させる温度変化部と、
前記圧電体の表面電位を測定する表面電位測定部と
を備えている圧電体評価装置であって、
前記表面電位測定部が、前記温度変化部によって生じる前記圧電体の温度変化に対応する前記圧電体の表面電位の変化を測定する、圧電体評価装置。 - 第一のデータ処理部をさらに備えており、
前記第一のデータ処理部が、前記温度変化及び前記表面電位の変化に基づき、前記圧電体の焦電特性を測定する、請求項1に記載の圧電体評価装置。 - 温度測定部をさらに備えており、前記温度測定部が前記圧電体の温度変化を測定する、請求項1又は2に記載の圧電体評価装置。
- 前記温度変化部と前記表面電位測定部とが、前記試料を挟んで互いに反対側に設けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電体評価装置。
- 前記圧電体に電荷を付与する帯電部をさらに備えている、請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電体評価装置。
- 前記帯電部が、前記圧電体の分極処理を行う、請求項5に記載の圧電体評価装置。
- 前記試料を載置する試料ステージをさらに備えており、
前記試料ステージが、前記温度変化部及び前記表面電位測定部に対して相対的に移動可能となっている、請求項5に記載の圧電体評価装置。 - 前記表面電位測定部が、前記帯電部による電荷の付与により前記圧電体の表面電位が飽和に達した後の自己放電によって減少する前記表面電位の経時的な変化を測定する、請求項5に記載の圧電体評価装置。
- 第二のデータ処理部をさらに備えており、
前記第二のデータ処理部が、前記表面電位の経時的な変化に基づき、前記圧電体の誘電特性を測定する、請求項8に記載の圧電体評価装置。 - 前記試料ステージが、前記温度変化部、前記表面電位測定部、及び前記帯電部に対して相対的に移動可能となっている、請求項7に記載の圧電体評価装置。
- 基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体とを含む試料を準備し、
前記試料に作用して前記圧電体の温度を変化させ、
前記温度変化に対応する前記圧電体の表面電位の変化を測定する、圧電体評価方法。 - 前記温度変化及び前記表面電位の変化に基づき、前記圧電体の焦電特性を測定することをさらに含む、請求項11に記載の圧電体評価方法。
- 前記温度変化を測定することをさらに含む、請求項11又は12に記載の圧電体評価方法。
- 前記表面電位の変化を測定することを、前記試料の表側の面から行い、
前記試料に作用して前記圧電体の温度を変化させることを、前記試料の裏側の面から行う、請求項11から13のいずれか一項に記載の圧電体評価方法。 - 前記圧電体の温度を変化させる前に、前記圧電体を帯電させることにより分極処理を行う、請求項11から13のいずれか一項に記載の圧電体評価方法。
- 前記圧電体の温度を変化させること、前記圧電体の表面電位の変化を測定すること、及び前記圧電体を帯電させることを非接触式に行う、請求項15に記載の圧電体評価方法。
- 基板と、前記基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体とを含む試料を準備し、
前記圧電体の表面電位が飽和に達するまで前記圧電体を帯電させ、
前記表面電位が飽和に達した後の自己放電により減少する前記表面電位の経時的な変化を測定する、圧電体評価方法。 - 前記表面電位の経時的な変化に基づき前記圧電体の誘電特性を測定することをさらに含む、請求項17に記載の圧電体評価方法。
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