JP6737994B2 - motor - Google Patents

motor Download PDF

Info

Publication number
JP6737994B2
JP6737994B2 JP2016158668A JP2016158668A JP6737994B2 JP 6737994 B2 JP6737994 B2 JP 6737994B2 JP 2016158668 A JP2016158668 A JP 2016158668A JP 2016158668 A JP2016158668 A JP 2016158668A JP 6737994 B2 JP6737994 B2 JP 6737994B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
electrode
permanent magnet
motor
substrate
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.)
Active
Application number
JP2016158668A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018026980A (en
Inventor
健 木島
健 木島
本多 祐二
祐二 本多
▲濱▼田 泰彰
泰彰 ▲濱▼田
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.)
ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGIES INC.
Original Assignee
ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGIES INC.
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 ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGIES INC. filed Critical ADVANCED MATERIAL TECHNOLOGIES INC.
Priority to JP2016158668A priority Critical patent/JP6737994B2/en
Publication of JP2018026980A publication Critical patent/JP2018026980A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6737994B2 publication Critical patent/JP6737994B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、モータに関する。 The present invention relates to a motor.

従来の永久磁石モータはロータ(回転子)鉄心内部に永久磁石を埋め込んだ構成のモータである。この構成のモータは永久磁石の吸引、反発により生じるマグネットトルクと、コイルがロータ鉄心を吸引することにより生じるリラクタンストルクとを併用することができ、高効率化を図ることが可能である(例えば特許文献1参照)。 A conventional permanent magnet motor is a motor in which a permanent magnet is embedded inside a rotor (rotor) core. The motor having this configuration can use both the magnet torque generated by the attraction and repulsion of the permanent magnet and the reluctance torque produced by the coil attracting the rotor iron core, and can achieve high efficiency (for example, patent Reference 1).

上記従来の永久磁石モータでは、ロータの高速回転時のトルクを高くすることは容易であるが、ロータの低速回転時のトルクを高くすることは容易ではない。そのため、ロータの低速回転時のトルクを容易に高くできるモータが求められている。 In the conventional permanent magnet motor described above, it is easy to increase the torque when the rotor rotates at high speed, but it is not easy to increase the torque when the rotor rotates at low speed. Therefore, there is a demand for a motor that can easily increase the torque when the rotor rotates at a low speed.

特開平10−136592号公報JP, 10-136592, A

本発明の一態様は、低速回転時のトルクを容易に高くできるモータを提供することを課題とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a motor that can easily increase torque during low-speed rotation.

以下に、本発明の種々の態様について説明する。
[1]回転子と固定子を有するモータであり、
前記回転子は、リング状のロータと、前記ロータの内側の円周上に配置された第1のN極永久磁石、第1のS極永久磁石、第2のN極永久磁石及び第2のS極永久磁石と、を有し、
前記固定子は、リング状のステータと、前記ステータ上に沿って配置された複数の圧電素子及び複数の電磁石と、を有し、
前記複数の圧電素子それぞれは、第1の電極と第2の電極とに挟まれた圧電体を有する、モータ。
Various aspects of the present invention will be described below.
[1] A motor having a rotor and a stator,
The rotor includes a ring-shaped rotor, a first N-pole permanent magnet, a first S-pole permanent magnet, a second N-pole permanent magnet, and a second N-pole permanent magnet arranged on the inner circumference of the rotor. And an S-pole permanent magnet,
The stator includes a ring-shaped stator, a plurality of piezoelectric elements and a plurality of electromagnets arranged along the stator,
The motor, wherein each of the plurality of piezoelectric elements has a piezoelectric body sandwiched between a first electrode and a second electrode.

[2]上記[1]に記載のモータにおいて、
前記圧電体は、バルク状圧電体または膜状圧電体である、モータ。
[2] In the motor described in [1] above,
The piezoelectric body may be a bulk piezoelectric body or a film piezoelectric body.

[3]上記[2]に記載のモータにおいて、
前記第1の電極は、第1の導電膜または第1の強磁性膜であり、
前記第2の電極は、第2の導電膜または第2の強磁性膜である、モータ。
[3] In the motor described in [2] above,
The first electrode is a first conductive film or a first ferromagnetic film,
The motor, wherein the second electrode is a second conductive film or a second ferromagnetic film.

[4]上記[2]または[3]に記載のモータにおいて、
前記複数の圧電素子それぞれは、単結晶基板と、前記単結晶基板上に配向して形成された前記第1の電極と、前記第1の電極上に配置された前記膜状圧電体と、前記膜状圧電体上に配置された前記第2の電極と、を有する、モータ。
[4] In the motor described in [2] or [3] above,
Each of the plurality of piezoelectric elements includes a single crystal substrate, the first electrode oriented on the single crystal substrate, the film-shaped piezoelectric body disposed on the first electrode, and A second electrode arranged on the film-shaped piezoelectric body.

[5]上記[4]に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板と前記第1の電極との間に配置され、前記単結晶基板上に配向して形成された第1の膜を有する、モータ。
[5] In the motor described in [4] above,
A motor having a first film disposed between the single crystal substrate and the first electrode and oriented on the single crystal substrate.

[6]上記[5]に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板は、シリコン基板であり、
前記第1の膜は、シリコンより酸化しやすい金属酸化膜である、モータ。
[6] In the motor described in [5] above,
The single crystal substrate is a silicon substrate,
The motor, wherein the first film is a metal oxide film that is more easily oxidized than silicon.

[7]上記[3]に記載のモータにおいて、
前記第1及び第2の強磁性膜それぞれは、金属膜である、モータ。
[7] In the motor described in [3] above,
The motor, wherein each of the first and second ferromagnetic films is a metal film.

[8]上記[6]に記載のモータにおいて、
前記シリコン基板は、(100)面よりなる主面を有し、
前記第1の膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む、モータ。
[8] In the motor described in [6] above,
The silicon substrate has a main surface composed of (100) planes,
The motor according to claim 1, wherein the first film has a cubic crystal structure and contains (100)-oriented zirconium oxide.

[9]上記[2]乃至[8]のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
[9] In the motor according to any one of [2] to [8] above,
The film-shaped piezoelectric body has a tetragonal crystal structure and includes (001)-oriented lead zirconate titanate.

[10]上記[2]乃至[8]のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
[10] In the motor according to any one of the above [2] to [8],
The film-shaped piezoelectric body has a rhombohedral crystal structure and includes (100) oriented lead zirconate titanate.

[11]上記[2]乃至[8]のいずれかに記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、膜厚が5μm以上の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜であり、
a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たし、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、100以上600以下の比誘電率を有し、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、3V以上15V以下の膜厚1μm当たりの抗電圧及び20μC/cm以上50μC/cm以下の残留分極値の少なくとも一方を有する、モータ。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
[11] In the motor according to any one of [2] to [8],
The film-shaped piezoelectric body is a (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film having a film thickness of 5 μm or more,
a, b, c, d, e and δ satisfy the following formulas 1 to 7,
Wherein (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film has a specific dielectric constant of 100 or more and 600 or less,
Wherein (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film, the coercive voltage and 20 [mu] C / cm 2 or more 50 .mu.C / cm 2 or less of residual polarization value of 15V per following thickness 1μm or 3V A motor having at least one.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

[12]上記[11]に記載のモータにおいて、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜のXRDの(002)のピーク値は、前記第1の電極のXRDの(200)のピーク値より高い、モータ。
[12] In the motor described in [11] above,
The peak value of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film XRD of (002) is higher than the peak value of (200) of XRD of the first electrode, the motor.

[13]上記[12]に記載のモータにおいて、
前記第1の電極は、Pt膜よりなる、モータ。
[13] In the motor described in [12] above,
The motor, wherein the first electrode comprises a Pt film.

[14]上記[11]乃至[13]のいずれかに記載のモータにおいて、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜のキュリー温度は、250℃以上420℃以下である、モータ。
[14] In the motor according to any one of [11] to [13] above,
The Curie temperature of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film is 250 ° C. or higher 420 ° C. or less, the motor.

なお、本明細書における圧電磁石モータとしてのモータは、ハイブリッド自動車、電気自動車、家電製品、電子機器等の種々の製品に用いることができる。 The motor as the piezoelectric magnet motor in this specification can be used in various products such as hybrid cars, electric cars, home appliances, and electronic devices.

また、上記の本発明の種々の態様において、特定のB(以下「B」という)の上(または下)に特定のC(以下「C」という)を形成する(Cが形成される)というとき、Bの上(または下)に直接Cを形成する(Cが形成される)場合に限定されず、Bの上(または下)に本発明の一態様の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してCを形成する(Cが形成される)場合も含むものとする。 In addition, in various aspects of the present invention described above, a specific C (hereinafter referred to as “C”) is formed (a C is formed) above (or below) a specific B (hereinafter referred to as “B”). At this time, the present invention is not limited to the case where C is directly formed on (or below) B (C is formed), and is not limited to the range above (or below) B to the effect of one embodiment of the present invention. It also includes a case where C is formed (C is formed) through another.

また、上記の本発明の種々の態様において、上下の方向が逆の態様も含むものとする。別言すれば、圧電素子の向きを上下逆転させた態様を排除する意味ではない。 In addition, in the various aspects of the present invention described above, an aspect in which the vertical direction is reversed is also included. In other words, it does not mean that a mode in which the piezoelectric element is turned upside down is excluded.

本発明の一態様を適用することで、低速回転時のトルクを容易に高くできるモータを提供することができる。 By applying one embodiment of the present invention, a motor that can easily increase torque during low-speed rotation can be provided.

圧電ステッピングモータと永久磁石モータを備えた圧電磁石モータを説明する平面図である。It is a top view explaining the piezoelectric magnet motor provided with the piezoelectric stepping motor and the permanent magnet motor. 図1(B),(C)に示す電磁石の一例を示す右ねじコイルである。It is a right-handed screw coil showing an example of the electromagnet shown in FIGS. 1(B) and 1(C). 第1の実施形態の圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric element of 1st Embodiment. 図1(C)に示す圧電磁石モータの一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of piezoelectric magnet motor shown in FIG.1(C). 図1(C)に示す圧電磁石モータにおける圧電ステッピングモータを動作させる方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method of operating the piezoelectric stepping motor in the piezoelectric magnet motor shown in FIG.1(C). 圧電素子に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。It is a figure explaining the state which the film of each layer contained in a piezoelectric element epitaxially grew. 第1の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体の分極の電圧依存性を示すグラフである。3 is a graph showing the voltage dependence of polarization of the film-shaped piezoelectric material included in the piezoelectric element of the first embodiment. 第1の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the first embodiment. 第1の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the first embodiment. 第1の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the first embodiment. 第1の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例の圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric element of the modification of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the modified example of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view during a manufacturing process of the piezoelectric element of the modified example of the first embodiment. 第2の実施形態の圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric element of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the piezoelectric element of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the piezoelectric element of 2nd Embodiment. 本発明の一態様に係るスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。It is a sectional view showing typically a sputtering device concerning one mode of the present invention. 100S/T%のDUTY比の場合を説明する図である。It is a figure explaining the case of a DUTY ratio of 100S/T%. δ=0.125、或はn=8.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。It is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure in the case of δ=0.125, or n=8.0. δ=0.25、或はn=4.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。It is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure in the case of δ=0.25 or n=4.0. δ=0.5、或はn=2.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。It is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure in the case of δ=0.5 or n=2.0. δ=1.0、或はn=1.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure when δ=1.0 or n=1.0. (A)〜(D)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(D) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。(A) is a plan view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention, and (B) is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention. (A),(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A) And (B) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。(A) is a plan view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention, and (B) is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention. (A)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する平面図、(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明する断面図である。FIG. 6A is a plan view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element according to an aspect of the present invention. (A)〜(C)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)〜(C)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)〜(C)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)〜(C)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)〜(D)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(D) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A),(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A) And (B) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A),(B)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A) And (B) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. (A)〜(C)は本発明の一態様に係る圧電素子の製造方法を説明するための断面図である。(A)-(C) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric element which concerns on 1 aspect of this invention. 実施例1のサンプルのXRDパターンである。3 is an XRD pattern of the sample of Example 1. 実施例2のサンプルのXRDパターンである。3 is an XRD pattern of the sample of Example 2. 実施例2のサンプルのXRDパターンである。3 is an XRD pattern of the sample of Example 2. (A)は実施例3のサンプルをFIB(Focused Ion Beam)で断面観察した像、(B)は実施例4のサンプルをFIBで断面観察した像である。(A) is a cross-sectional image of the sample of Example 3 observed by FIB (Focused Ion Beam), and (B) is a cross-sectional image of the sample of Example 4 observed by FIB. 実施例3のPZT膜及び実施例4のPZT膜のXRDチャートである。9 is an XRD chart of a PZT film of Example 3 and a PZT film of Example 4. 逆格子マップのイメージ図である。It is an image figure of a reciprocal lattice map. 結晶格子面(hkl)の逆格子ベクトルと逆格子点を説明する図である。It is a figure explaining the reciprocal lattice vector of a crystal lattice plane (hkl), and a reciprocal lattice point. X線回折条件のベクトル表記を説明する図である。It is a figure explaining the vector notation of an X-ray diffraction condition. (A)〜(C)は逆格子マッピング(方法)を説明する図である。(A)-(C) is a figure explaining reciprocal lattice mapping (method). 逆格子マッピング(方法)を説明する図である。It is a figure explaining reciprocal lattice mapping (method). PZT単結晶の逆格子シミュレーション結果である。It is a reciprocal lattice simulation result of a PZT single crystal. (A),(B)は、実施例3(本発明5μm)及び実施例4(本発明10μm)それぞれのサンプルを逆格子マップ測定した結果である。(A) and (B) are the results of reciprocal lattice map measurement of the samples of Example 3 (present invention 5 μm) and Example 4 (present invention 10 μm). (A)は実施例3(本発明5μm)、実施例4(本発明10μm)及び実施例5(本発明20μm)それぞれの強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、(B)は実施例3〜実施例5それぞれの圧電バタフライ曲線を示す図である。(A) is a diagram showing the ferroelectric hysteresis curves of Example 3 (invention 5 μm), Example 4 (invention 10 μm) and Example 5 (invention 20 μm), and (B) is Example 3 to Example. It is a figure which shows each piezoelectric butterfly curve of Example 5. (A)は比較例2(K148)の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、(B)は比較例2(K148)の圧電バタフライ曲線を示す図である。(A) is a diagram showing a ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 2 (K148), and (B) is a diagram showing a piezoelectric butterfly curve of Comparative Example 2 (K148). (A)は比較例3(K129)の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図、(B)は比較例3(K129)の圧電バタフライ曲線を示す図である。(A) is a diagram showing a ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 3 (K129), and (B) is a diagram showing a piezoelectric butterfly curve of Comparative Example 3 (K129). 実施例5(本発明20μm)のPZT膜のd33評価を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed d33 evaluation of the PZT film of Example 5 (this invention 20 micrometer). (A)は実施例5のサンプル(20μm−PZT膜)のFIB−SEM像、(B)は(A)の拡大像である。(A) is a FIB-SEM image of the sample (20 μm-PZT film) of Example 5, and (B) is an enlarged image of (A). 実施例4(本発明10μm)のサンプルの比誘電率と誘電損失(tanδ)の温度変化を、周波数を100k,500k,1MHzと変化させて測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the temperature change of the relative dielectric constant and dielectric loss (tan(delta)) of the sample of Example 4 (this invention 10 micrometer), changing frequency to 100k, 500k, and 1MHz. 実施例6のサンプルを示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a sample of Example 6; 実施例6のサンプルのXRDパターンである。9 is an XRD pattern of the sample of Example 6. 実施例6のサンプルのXRDパターンである。9 is an XRD pattern of the sample of Example 6. 実施例7のサンプルをFIBで断面観察した像である。6 is an image of a cross section of the sample of Example 7 observed by FIB.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details thereof can be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

[第1の実施形態]
<圧電磁石モータ>
図1は、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを備えた圧電磁石モータを説明する平面図である。図1(A)はロータ及び永久磁石を含む回転子を示す平面図であり、図1(B)は圧電素子及び電磁石を含む固定子を示す平面図であり、図1(C)は図1(A)に示す回転子と図1(B)に示す固定子を重ね合わせた圧電磁石モータを示す平面図である。図2は、図1(B),(C)に示す電磁石の一例を示す右ねじコイルである。
[First Embodiment]
<Piezoelectric magnet motor>
FIG. 1 is a plan view illustrating a piezoelectric magnet motor including a piezoelectric stepping motor and a permanent magnet motor. 1A is a plan view showing a rotor including a rotor and a permanent magnet, FIG. 1B is a plan view showing a stator including a piezoelectric element and an electromagnet, and FIG. It is a top view which shows the piezoelectric magnet motor which laminated|stacked the rotor shown to (A) and the stator shown to FIG. 1(B). FIG. 2 is a right-hand screw coil showing an example of the electromagnet shown in FIGS. 1(B) and 1(C).

図1(A)に示すように、回転子351は平面形状が円形状を有し、その回転子351の外周にはリング状のロータ301が配置されている。ロータ301は所定のピッチで規則的に並んだ凹凸部構造の櫛歯部分を有する(図4参照)。ロータ301の内側にはN極の永久磁石303、S極の永久磁石304、N極の永久磁石305、S極の永久磁石306が交互に円周上に配置されている。なお、本第1の実施形態では、4つの永久磁石をロータ301の内側に配置しているが、5つ以上の永久磁石をロータの内側に配置してもよい。 As shown in FIG. 1A, the rotor 351 has a circular planar shape, and a ring-shaped rotor 301 is arranged on the outer periphery of the rotor 351. The rotor 301 has comb-teeth portions having a concavo-convex structure which are regularly arranged at a predetermined pitch (see FIG. 4 ). Inside the rotor 301, an N-pole permanent magnet 303, an S-pole permanent magnet 304, an N-pole permanent magnet 305, and an S-pole permanent magnet 306 are alternately arranged on the circumference. In addition, in the first embodiment, four permanent magnets are arranged inside the rotor 301, but five or more permanent magnets may be arranged inside the rotor.

図1(B)に示すように、固定子352は平面形状がリング状のステータ302を有し、ステータ302上には複数の圧電素子354及び複数の電磁石355がリング形状に沿って配置されている。圧電素子354と電磁石355は交互に配置されている。電磁石355は互いに間隔を空けて円周上に配置されている。ステータ302は所定のピッチで規則的に並んだ凹凸部構造の櫛歯部分を有する(図4参照)。 As shown in FIG. 1B, the stator 352 has a stator 302 having a ring-shaped planar shape, and a plurality of piezoelectric elements 354 and a plurality of electromagnets 355 are arranged on the stator 302 along the ring shape. There is. Piezoelectric elements 354 and electromagnets 355 are arranged alternately. The electromagnets 355 are arranged on the circumference at intervals. The stator 302 has comb-teeth portions having a concavo-convex structure that are regularly arranged at a predetermined pitch (see FIG. 4 ).

複数の電磁石355それぞれは、図2に示すように、芯355aと、芯355aに絶縁電線355bを巻き付けたものを有する。芯355aは例えば鉄芯であり、絶縁電線355bは例えば銅線等を絶縁物で被覆した線である。絶縁電線355bに第1の矢印の方向に電流iを流すことで、芯355aの一方をS極とした電磁石とすることができ、また第2の矢印の方向(第1の矢印と逆方向)に電流iを流すことで、芯355aの一方をN極とした電磁石とすることができる。 As shown in FIG. 2, each of the plurality of electromagnets 355 has a core 355a and an insulated wire 355b wound around the core 355a. The core 355a is, for example, an iron core, and the insulated electric wire 355b is, for example, a wire formed by coating a copper wire or the like with an insulator. By passing a current i through the insulated wire 355b in the direction of the first arrow, it is possible to form an electromagnet having one of the cores 355a as the S pole, and in the direction of the second arrow (the direction opposite to the first arrow). By passing a current i through the coil, one of the cores 355a can be an electromagnet having an N pole.

複数の圧電素子354それぞれは、第1の電極と第2の電極に挟まれた圧電体を有する(図示せず)。圧電体は、バルク状圧電体であってもよいし、膜状圧電体であってもよく、詳細は後述する。 Each of the plurality of piezoelectric elements 354 has a piezoelectric body sandwiched between a first electrode and a second electrode (not shown). The piezoelectric body may be a bulk piezoelectric body or a film piezoelectric body, which will be described in detail later.

<バルク状圧電体>
Pb(Zr,Ti)O(以下、「PZT」という。)のバルク状圧電体の製造方法について説明する。
<Bulk piezoelectric material>
A method for manufacturing a bulk piezoelectric body of Pb(Zr,Ti)O 3 (hereinafter referred to as “PZT”) will be described.

多結晶PZT粉末を焼成し、この多結晶PZT粉末を樹脂と混合し、その混合物をシート状にしたPZTシートを形成する。このPZTシートを積層し、焼き固めることで、バルク状圧電体を作製することができる。焼き固めた後の1層のPZTシートの厚さは20μm以上である。このバルク状圧電体の詳細な製造方法は、例えば特表2013−518420号公報に開示されている。 The polycrystalline PZT powder is fired, the polycrystalline PZT powder is mixed with a resin, and the mixture is formed into a sheet to form a PZT sheet. By stacking the PZT sheets and baking them, a bulk piezoelectric body can be manufactured. The thickness of the one-layer PZT sheet after baking and hardening is 20 μm or more. The detailed manufacturing method of the bulk piezoelectric body is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2013-518420.

なお、本第1の実施形態では、圧電体にPZTのバルク状圧電体を用いているが、圧電体にPZT以外のバルク状圧電体を用いることも可能である。 In the first embodiment, the PZT bulk piezoelectric body is used as the piezoelectric body, but a bulk piezoelectric body other than PZT may be used as the piezoelectric body.

図1(C)に示す圧電磁石モータは、図1(A)に示す回転子351上に図1(B)に示す固定子352を重ね合わせて配置されている。回転子351は軸353を回転中心として回転可能に設けられている。圧電磁石モータの外周は、図4に示すように、圧電素子354上にステータ302が配置され、ステータ302上にロータ301が配置された状態となっている。 The piezoelectric magnet motor shown in FIG. 1C has a rotor 351 shown in FIG. 1A and a stator 352 shown in FIG. The rotor 351 is rotatably provided around a shaft 353 as a rotation center. As shown in FIG. 4, the outer periphery of the piezoelectric magnet motor is in a state in which the stator 302 is arranged on the piezoelectric element 354 and the rotor 301 is arranged on the stator 302.

図1(C)に示す圧電磁石モータは、回転子351の永久磁石303〜306と固定子352の電磁石355を含む永久磁石モータを有する。例えば時計方向に沿って、全ての電磁石355により発生する磁界の分布であって、固定子352の内周面に沿って一定の間隔で極性が逆転する磁界の分布が、さらに軸353を回転中心として回転するように、電磁石355に流す電流を周期的に変化させる。そして、軸353を回転中心として回転する磁界の分布に追随して、回転子351が回転する。このように永久磁石モータが動作する。なお、電磁石355に流す電流は電源(図示せず)によって供給され、その電源は制御部(図示せず)によって制御される。 The piezoelectric magnet motor shown in FIG. 1C has a permanent magnet motor including permanent magnets 303 to 306 of a rotor 351 and an electromagnet 355 of a stator 352. For example, the distribution of the magnetic field generated by all the electromagnets 355 along the clockwise direction, in which the polarity is reversed at a constant interval along the inner peripheral surface of the stator 352, is the center of rotation of the shaft 353. The current flowing through the electromagnet 355 is periodically changed so as to rotate as. Then, the rotor 351 rotates following the distribution of the magnetic field rotating around the shaft 353 as the center of rotation. In this way, the permanent magnet motor operates. The electric current supplied to the electromagnet 355 is supplied by a power source (not shown), and the power source is controlled by a controller (not shown).

これに加えて、図1(C)に示す圧電磁石モータでは、圧電素子354に含まれるバルク状圧電体または膜状圧電体を圧電ステッピングモータとして用いることによって、回転子351を回転させることができる。詳細には、圧電素子354の第1の電極と第2の電極との間にプラス電圧とマイナス電圧を交互に印加することで、図5に示すように、圧電素子354を膨張または収縮させる。それにより、ステータ302が膨張または収縮することで、ロータ301の凹凸部構造の櫛歯部分にステータ302の凹凸部構造の櫛歯部分が噛み合いながらロータ301を移動させ、その結果、回転子351を図1(C)に示す軸353を回転中心として回転させることができる(図4参照)。なお、図4及び図5は、図1(C)の一部を詳細に示しているため、ロータ301及びステータ302を直線的に形成した図となっているが、図1(C)に示すようにロータ301及びステータ302は円周上に配置された形状となる。このようにして圧電ステッピングモータが動作する。 In addition to this, in the piezoelectric magnet motor shown in FIG. 1C, the rotor 351 can be rotated by using the bulk piezoelectric material or the film piezoelectric material included in the piezoelectric element 354 as the piezoelectric stepping motor. .. Specifically, by alternately applying a positive voltage and a negative voltage between the first electrode and the second electrode of the piezoelectric element 354, the piezoelectric element 354 is expanded or contracted as shown in FIG. As a result, the stator 302 expands or contracts to move the rotor 301 while the comb teeth of the concavo-convex structure of the rotor 301 mesh with the comb teeth of the concavo-convex structure of the stator 302, and as a result, the rotor 351 is moved. The shaft 353 shown in FIG. 1C can be rotated about the rotation center (see FIG. 4). Note that FIGS. 4 and 5 show a part of FIG. 1C in detail, so that the rotor 301 and the stator 302 are linearly formed. However, FIG. Thus, the rotor 301 and the stator 302 have a shape arranged on the circumference. In this way, the piezoelectric stepping motor operates.

上記の圧電磁石モータによれば、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを有するため、ロータ301の低速回転時に圧電ステッピングモータを用いることで低速回転時のトルクを容易に高くすることができる。 According to the piezoelectric magnet motor described above, since the piezoelectric stepping motor and the permanent magnet motor are included, it is possible to easily increase the torque during low speed rotation by using the piezoelectric stepping motor during low speed rotation of the rotor 301.

また、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを同時にまたは別々に使うことにより、回転力及び回転速度を自在に制御することができる。例えば圧電ステッピングモータは素早く力強く回転させる場合に適しており、永久磁石モータは高速回転に適している。そのため、圧電ステッピングモータと永久磁石モータを組み合わせることで、種々の用途に使用できるモータを実現することができる。 Further, by using the piezoelectric stepping motor and the permanent magnet motor simultaneously or separately, the rotational force and the rotational speed can be freely controlled. For example, a piezoelectric stepping motor is suitable for quick and powerful rotation, and a permanent magnet motor is suitable for high speed rotation. Therefore, by combining the piezoelectric stepping motor and the permanent magnet motor, it is possible to realize a motor that can be used for various purposes.

さらに詳細に説明する。 It will be described in more detail.

圧電ステッピングモータ(超音波モータ)は、人間の耳には聞こえない超音波(周波数20kHz以上)を使ってロータを移動させるモータである。超音波モータは超音波の発生に圧電素子を使用し、圧電素子は2つの端子に±電位差を与えると、電位の向きによって膨張、または収縮する。この膨張・収縮により超音波が発生する。 A piezoelectric stepping motor (ultrasonic motor) is a motor that moves a rotor using ultrasonic waves (frequency of 20 kHz or more) that cannot be heard by human ears. The ultrasonic motor uses a piezoelectric element for generating ultrasonic waves, and the piezoelectric element expands or contracts depending on the direction of the potential when a ±potential difference is applied to the two terminals. Ultrasonic waves are generated by this expansion and contraction.

超音波モータがどのように動作するのかを説明する。 The operation of the ultrasonic motor will be described.

まず図1(B)のように円形のステータ302と呼ばれる金属板の平面上に、等間隔に圧電素子354を貼り付け、図5の上図のように圧電素子354を1個おきにそれぞれつなぎ、電極を付与する。この電極に+、及び、−の電位を交互に与える(正弦波)と、図5の下図のように圧電素子354が上下に震動し、その震動がステータ反対面の規則正しく並んだ凹凸部構造の櫛歯部分に伝わる。つまり電極間に印加した±電圧の正弦波が右に進むにつれて、櫛歯部分の突起が次々に上下に動き、その突起の頂点を追いかけると、反時計回りの楕円運動になっている。 First, as shown in FIG. 1B, piezoelectric elements 354 are attached at equal intervals on the plane of a circular metal plate called a stator 302, and every other piezoelectric element 354 is connected as shown in the upper diagram of FIG. , Add electrodes. When + and-potentials are alternately applied to this electrode (sine wave), the piezoelectric element 354 vibrates vertically as shown in the lower diagram of FIG. It is transmitted to the comb teeth. That is, as the sine wave of ±voltage applied between the electrodes progresses to the right, the protrusions of the comb teeth move up and down one after another, and when they follow the apex of the protrusions, a counterclockwise elliptical motion occurs.

このステータ302上の櫛歯に接するように、図4及び図1(C)のようにロータ301を設置する。ロータ301の中心部には回転軸としての軸353が設置されている。ロータ301は進行方向と反対方向に回転する。これが超音波モータの動作原理の概要である。 The rotor 301 is installed so as to be in contact with the comb teeth on the stator 302 as shown in FIGS. 4 and 1C. A shaft 353 as a rotation shaft is installed at the center of the rotor 301. The rotor 301 rotates in the direction opposite to the traveling direction. This is the outline of the operating principle of the ultrasonic motor.

<膜状圧電体>
以下に膜状圧電体について詳細に説明する。
<Membrane piezoelectric material>
The film piezoelectric material will be described in detail below.

図3は、第1の実施形態の圧電素子の断面図である。この圧電素子10は図1に示す圧電素子354に相当する。 FIG. 3 is a sectional view of the piezoelectric element according to the first embodiment. This piezoelectric element 10 corresponds to the piezoelectric element 354 shown in FIG.

図3に示すように、本第1の実施形態の圧電素子10は、第1の電極13と第2の電極15に挟まれた圧電膜としての膜状圧電体14を有する。詳細には、基板11上には、所定の面に配向した配向膜(第1の膜ともいう)12が形成されており、配向膜12上には第1の電極13が形成されている。第1の電極13は第1の導電膜または強磁性膜(第1の強磁性膜ともいう)であるとよい。第2の電極15は第2の導電膜または強磁性膜(第2の強磁性膜ともいう)であるとよい。また、第1の電極13は基板11上に配向して形成されているとよい。第1及び第2の強磁性膜それぞれは金属膜であるとよい。 As shown in FIG. 3, the piezoelectric element 10 according to the first embodiment has a film-shaped piezoelectric body 14 as a piezoelectric film sandwiched between a first electrode 13 and a second electrode 15. Specifically, an alignment film (also referred to as a first film) 12 that is aligned on a predetermined surface is formed on the substrate 11, and a first electrode 13 is formed on the alignment film 12. The first electrode 13 is preferably a first conductive film or a ferromagnetic film (also referred to as a first ferromagnetic film). The second electrode 15 is preferably a second conductive film or a ferromagnetic film (also referred to as a second ferromagnetic film). In addition, the first electrode 13 is preferably formed on the substrate 11 while being oriented. Each of the first and second ferromagnetic films is preferably a metal film.

基板11は、単結晶基板を用いるとよく、単結晶基板にはシリコン(Si)基板を含む。配向膜12は、基板11上にエピタキシャル成長し、基板11上に配向して形成されている。配向膜12は、基板11より酸化しやすい金属酸化膜、すなわち基板11より酸化しやすい金属の酸化膜であるとよく、基板11がシリコン基板である場合はシリコンより酸化しやすい金属の酸化膜(例えばジルコニウム及び酸素を含有する膜、ZrO膜、CeO膜、HfO膜等)であるとよい。強磁性膜は永久磁石膜であってもよい。強磁性膜は、配向膜12上にエピタキシャル成長している。また、強磁性膜は配向膜12上に配向して形成されている。強磁性膜は金属膜であるとよい。 The substrate 11 may be a single crystal substrate, and the single crystal substrate includes a silicon (Si) substrate. The orientation film 12 is epitaxially grown on the substrate 11 and is oriented on the substrate 11. The alignment film 12 may be a metal oxide film that is more easily oxidized than the substrate 11, that is, an oxide film of a metal that is more easily oxidized than the substrate 11. If the substrate 11 is a silicon substrate, a metal oxide film that is more easily oxidized than silicon ( For example, a film containing zirconium and oxygen, a ZrO 2 film, a CeO 2 film, a HfO 2 film, etc.) is preferable. The ferromagnetic film may be a permanent magnet film. The ferromagnetic film is epitaxially grown on the alignment film 12. Further, the ferromagnetic film is formed on the alignment film 12 while being oriented. The ferromagnetic film is preferably a metal film.

上記の強磁性膜は配向して形成されているため、強磁性膜の特性を、配向していない強磁性膜に比べて向上させることができる。また、強磁性膜が配向すると分極しやすくなるという利点がある。 Since the above-mentioned ferromagnetic film is formed in an oriented manner, the characteristics of the ferromagnetic film can be improved as compared with a non-oriented ferromagnetic film. Further, there is an advantage that the ferromagnetic film is easily polarized when it is oriented.

ここで、基板11の主面としての上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向及びY軸方向とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向としたとき、ある膜がエピタキシャル成長しているとは、その膜が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも配向していることが好ましい。 Here, when two directions orthogonal to each other in the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 are the X-axis direction and the Y-axis direction and the direction perpendicular to the upper surface 11a is the Z-axis direction, a film is epitaxially grown. That is, it is preferable that the film be oriented in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

好適には、基板11は、シリコン単結晶よりなり、(100)面よりなる主面としての上面11aを有する。配向膜12は、基板11の(100)面よりなる上面11a上に、エピタキシャル成長しているとよい。配向膜12は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した酸化ジルコニウム(ZrO)を含むとよい。例えば、シリコン単結晶よりなる基板11の、(100)面よりなる上面11a上に、(100)配向したZrO膜よりなる配向膜12が、形成されている。 Preferably, the substrate 11 is made of silicon single crystal and has an upper surface 11a as a main surface composed of a (100) plane. The alignment film 12 may be epitaxially grown on the upper surface 11a of the (100) plane of the substrate 11. The orientation film 12 preferably has a cubic crystal structure and contains (100)-oriented zirconium oxide (ZrO 2 ). For example, the alignment film 12 made of the (100)-oriented ZrO 2 film is formed on the upper surface 11a made of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal.

ここで、配向膜12が(100)配向している、とは、立方晶の結晶構造を有する配向膜12の(100)面が、シリコン単結晶よりなる基板11の、(100)面よりなる主面としての上面11aに沿っていることが好ましく、好適には、シリコン単結晶よりなる基板11の、(100)面よりなる上面11aに平行であるとよい。また、配向膜12の(100)面が基板11の(100)面よりなる上面11aに平行であるとは、配向膜12の(100)面が基板11の上面11aに完全に平行な場合のみならず、基板11の上面11aに完全に平行な面と配向膜12の(100)面とのなす角度が20°以下であるような場合を含む。 Here, that the orientation film 12 is (100) oriented means that the (100) plane of the orientation film 12 having a cubic crystal structure is the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal. It is preferable to extend along the upper surface 11a as the main surface, and preferably parallel to the upper surface 11a composed of the (100) surface of the substrate 11 composed of silicon single crystal. The (100) plane of the alignment film 12 is parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 (100) only when the (100) plane of the alignment film 12 is completely parallel to the upper surface 11a of the substrate 11. Of course, this also includes the case where the angle formed by the plane perfectly parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 and the (100) plane of the alignment film 12 is 20° or less.

あるいは、配向膜12として、単層膜よりなる配向膜12に代え、積層膜よりなる配向膜12が、基板11上に形成されていてもよい。 Alternatively, as the alignment film 12, an alignment film 12 made of a laminated film may be formed on the substrate 11 instead of the alignment film 12 made of a single layer film.

強磁性膜として永久磁石膜を用いる場合、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。 When a permanent magnet film is used as the ferromagnetic film, a permanent magnet film containing a rare earth element, that is, a permanent magnet film made of a rare earth magnet can be used. Alternatively, as the permanent magnet film, a permanent magnet film other than the rare earth magnet can be used.

第1の電極13上にはエピタキシャル成長した膜状圧電体14が形成されている。 A film-shaped piezoelectric material 14 epitaxially grown is formed on the first electrode 13.

膜状圧電体14として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、すなわちPbZrTi1−x(0<x<1)を含む膜状圧電体14を用いることができる。これにより、膜状圧電体14の圧電定数を、膜状圧電体14がチタン酸ジルコン酸鉛を含まない場合に比べ、大きくすることができる。 As the film-shaped piezoelectric body 14, a film-shaped piezoelectric body 14 containing lead zirconate titanate (PZT), that is, PbZr x Ti 1-x O 3 (0<x<1) can be used. Accordingly, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be increased as compared with the case where the film-shaped piezoelectric body 14 does not contain lead zirconate titanate.

膜状圧電体14がPZTを含む場合、好適には、膜状圧電体14は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向している。正方晶の結晶構造を有するPZTでは、[001]方向に沿った電界が印加される場合に、大きな圧電定数d33及びd31が得られる。そのため、膜状圧電体14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。 When the film piezoelectric material 14 contains PZT, the film piezoelectric material 14 preferably has a tetragonal crystal structure and is (001) oriented. In PZT having a tetragonal crystal structure, large piezoelectric constants d33 and d31 are obtained when an electric field along the [001] direction is applied. Therefore, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be further increased.

膜状圧電体14がPZTを含む場合、好適には、膜状圧電体14は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。菱面体晶の結晶構造を有するPZTでは、[100]方向に沿った電界が印加される場合に、大きな圧電定数d33及びd31が得られる。そのため、膜状圧電体14の圧電特性を、さらに大きくすることができる。 When the film-shaped piezoelectric body 14 contains PZT, the film-shaped piezoelectric body 14 preferably has a rhombohedral crystal structure and is (100) oriented. In PZT having a rhombohedral crystal structure, large piezoelectric constants d33 and d31 are obtained when an electric field along the [100] direction is applied. Therefore, the piezoelectric characteristics of the film-shaped piezoelectric body 14 can be further increased.

本第1の実施形態によれば、第1の電極13、及び第2の電極15の一方あるいは両方を強磁性膜で形成することで、磁性電極がフェライトコアとして働くことで、その整流作用により電流が流れるときに発生する高周波ノイズが減少し、結果として圧電性を効果的に取り出すことができる。 According to the first embodiment, by forming one or both of the first electrode 13 and the second electrode 15 with a ferromagnetic film, the magnetic electrode functions as a ferrite core, and the rectifying action causes High frequency noise generated when a current flows is reduced, and as a result, piezoelectricity can be effectively taken out.

図6は、圧電素子に含まれる各層の膜がエピタキシャル成長した状態を説明する図である。図6では、一例として、強磁性膜としての永久磁石膜としての第1の電極13がNiを含む場合について、説明する。しかし、第1の電極13がNiを含む場合以外の場合についても、同様に、説明することができる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which films of respective layers included in the piezoelectric element are epitaxially grown. In FIG. 6, as an example, a case where the first electrode 13 as a permanent magnet film as a ferromagnetic film contains Ni will be described. However, the same can be applied to cases other than the case where the first electrode 13 contains Ni.

第1の電極13がNiを含む場合、基板11に含まれるSiの格子定数、配向膜12に含まれるZrOの格子定数、第1の電極13に含まれるNiの格子定数、膜状圧電体(圧電膜)14に含まれるPZTの格子定数は、図6の表に示すとおりである。 When the first electrode 13 contains Ni, the lattice constant of Si contained in the substrate 11, the lattice constant of ZrO 2 contained in the alignment film 12, the lattice constant of Ni contained in the first electrode 13, the piezoelectric film. The lattice constant of PZT contained in (piezoelectric film) 14 is as shown in the table of FIG.

ZrOの格子定数とSiの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の(100)面よりなる主面上にエピタキシャル成長させることができ、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の(100)面上に、(100)配向させることができ、配向膜12の結晶性を向上させることができる。 Good match between the lattice constant of ZrO 2 and the lattice constant of Si. Therefore, the substrate including the alignment film 12 comprising ZrO 2, a silicon (100) on the principal surface made of a surface of the substrate 11 including the single crystal can be grown epitaxially, the alignment film 12 comprising ZrO 2, a silicon single crystal 11 can be (100)-oriented on the (100) plane, and the crystallinity of the alignment film 12 can be improved.

また、Niの格子定数とZrOの格子定数との間の整合性がよい。これは、Niの格子定数はZrOの格子定数よりも小さいが、Niが平面内で45°回転すると、対角線の長さが、ZrOのa軸と整合するためである。そのため、Niを含む第1の電極13を、ZrOを含む配向膜12上にエピタキシャル成長させることができ、Niを含む第1の電極13を、ZrOを含む配向膜12の(100)面上に、(100)配向させることができ、第1の電極13の結晶性を向上させることができる。 Further, the matching between the lattice constant of Ni and the lattice constant of ZrO 2 is good. This is because the lattice constant of Ni is smaller than that of ZrO 2 , but when Ni rotates 45° in the plane, the length of the diagonal line matches the a-axis of ZrO 2 . Therefore, the first electrode 13 containing Ni can be epitaxially grown on the alignment film 12 containing ZrO 2, and the first electrode 13 containing Ni can be grown on the (100) plane of the alignment film 12 containing ZrO 2. In addition, the (100) orientation can be achieved, and the crystallinity of the first electrode 13 can be improved.

また、PZTの格子定数とNiの格子定数との間の整合性がよい。そのため、PZTを含む膜状圧電体14を、Niを含む第1の電極13上にエピタキシャル成長させることができ、PZTを含む膜状圧電体14を、Niを含む第1の電極13の(100)面上に、(100)配向させることができ、膜状圧電体14の結晶性を向上させることができる。 Further, the matching between the PZT lattice constant and the Ni lattice constant is good. Therefore, the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT can be epitaxially grown on the first electrode 13 containing Ni, and the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT is (100) of the first electrode 13 containing Ni. The (100) orientation can be achieved on the plane, and the crystallinity of the film-shaped piezoelectric body 14 can be improved.

このように、本第1の実施形態では、第1の電極13及び膜状圧電体14がエピタキシャル成長している。これにより、第1の電極13がエピタキシャル成長していない場合に比べ、第1の電極13の残留磁化を増加させることができ、膜状圧電体14がエピタキシャル成長していない場合に比べ、膜状圧電体14の圧電定数を増加させることができる。 As described above, in the first embodiment, the first electrode 13 and the film-shaped piezoelectric body 14 are epitaxially grown. As a result, the residual magnetization of the first electrode 13 can be increased as compared with the case where the first electrode 13 is not epitaxially grown, and the film-shaped piezoelectric body 14 is compared with the case where the film-shaped piezoelectric body 14 is not epitaxially grown. The piezoelectric constant of 14 can be increased.

図7は、第1の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体の分極の電圧依存性を示すグラフである。言い換えれば、図7は、P−Vヒステリシス曲線を示すグラフである。また、図7では、本第1の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体14の分極の電圧依存性を、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体14の分極の電圧依存性と合わせて示す。比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体14は、配向膜12を省略するか、または、成膜条件を変更することにより、エピタキシャル成長していない、すなわち、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体14は、基板11の主面としての上面11aに垂直な方向、及び、基板11の主面としての上面11aに平行で、かつ、互いに直交する2つの方向のいずれの方向にも、配向していない。 FIG. 7 is a graph showing the voltage dependence of the polarization of the film-shaped piezoelectric material included in the piezoelectric element of the first embodiment. In other words, FIG. 7 is a graph showing a PV hysteresis curve. Further, in FIG. 7, the voltage dependence of the polarization of the film-shaped piezoelectric body 14 included in the piezoelectric element of the first embodiment is shown to be the voltage dependence of the polarization of the film-shaped piezoelectric body 14 included in the piezoelectric element of the comparative example. Shown together with. The film-shaped piezoelectric body 14 included in the piezoelectric element of the comparative example is not epitaxially grown by omitting the alignment film 12 or changing the film forming conditions, that is, the film included in the piezoelectric element of the comparative example. The piezoelectric body 14 has a direction perpendicular to the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 and two directions parallel to the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11 and orthogonal to each other. Not oriented.

図7に示すように、本第1の実施形態の圧電素子に含まれる膜状圧電体14では、分極反転に必要な電圧、すなわち抗電圧が大きく、例えば正の電圧から負の電圧に反転させた場合の抗電圧の絶対値は、100V程度である。一方、比較例の圧電素子に含まれる膜状圧電体14の抗電圧の絶対値は、20V程度である。抗電圧が大きいことは、膜状圧電体14の分極軸が基板11の主面としての上面11aに垂直な方向に配向することにより、膜状圧電体14の分極が安定化していることを意味する。そして、膜状圧電体14に周期的に変化する電圧を印加して歪みを周期的に発生させた場合でも、発生する歪み量が劣化せず安定していることを意味する。あるいは、膜状圧電体14に周期的に変化する歪みを印加して電圧を周期的に発生させた場合でも、発生する電圧が劣化せず安定していることを意味する。 As shown in FIG. 7, in the film-shaped piezoelectric body 14 included in the piezoelectric element of the first embodiment, the voltage necessary for polarization reversal, that is, the coercive voltage is large, and for example, a positive voltage is reversed to a negative voltage. The absolute value of the coercive voltage is about 100V. On the other hand, the absolute value of the coercive voltage of the film-shaped piezoelectric body 14 included in the piezoelectric element of the comparative example is about 20V. The large coercive voltage means that the polarization of the film-shaped piezoelectric body 14 is stabilized by orienting the polarization axis of the film-shaped piezoelectric body 14 in the direction perpendicular to the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11. To do. This means that even when a cyclically changing voltage is applied to the film-shaped piezoelectric body 14 to cause distortion to occur cyclically, the amount of distortion generated is stable without deterioration. Alternatively, even when a cyclically changing strain is applied to the film-shaped piezoelectric body 14 to cyclically generate a voltage, the generated voltage does not deteriorate and is stable.

図示は省略するが、同様に、本第1の実施形態の圧電素子10に含まれる第1の電極13が永久磁石膜である場合では、磁化の磁界依存性、すなわち磁化ヒステリシス曲線において、磁化反転に必要な電圧、すなわち保持力が大きい。保持力が大きいことは、永久磁石膜の容易に磁化しやすい方向が基板11の主面としての上面11aに垂直または平行な方向に配向することにより、永久磁石膜の残留磁化が安定化していることを意味する。そして、永久磁石膜に周期的に変化する磁界を印加した場合でも、永久磁石膜の残留磁化が劣化せず安定していることを意味する。 Although illustration is omitted, similarly, when the first electrode 13 included in the piezoelectric element 10 of the first embodiment is a permanent magnet film, the magnetization reversal depends on the magnetic field dependence of the magnetization, that is, the magnetization hysteresis curve. The required voltage, that is, the holding power is large. The large coercive force means that the direction in which the permanent magnet film is easily magnetized is oriented in the direction perpendicular or parallel to the upper surface 11a as the main surface of the substrate 11, so that the residual magnetization of the permanent magnet film is stabilized. Means that. Then, it means that the residual magnetization of the permanent magnet film is stable without deterioration even when a periodically changing magnetic field is applied to the permanent magnet film.

<膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法>
次に、図8〜図11を参照し、本第1の実施形態の圧電素子の製造方法を説明する。図8〜図11は、第1の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
<Method of Manufacturing Piezoelectric Element Having Membrane Piezoelectric Body>
Next, a method of manufacturing the piezoelectric element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11 are cross-sectional views of the piezoelectric element of the first embodiment during the manufacturing process.

まず、図8に示すように、基板11を用意する(ステップS1)。ステップS1では、シリコン単結晶よりなる基板11を用意する。また、好適には、シリコン単結晶よりなる基板11は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)面よりなる主面としての上面11aを有する。なお、基板11の上面11a上には、SiO膜などの酸化膜が形成されていてもよい。 First, as shown in FIG. 8, the substrate 11 is prepared (step S1). In step S1, the substrate 11 made of silicon single crystal is prepared. Further, preferably, the substrate 11 made of a silicon single crystal has a cubic crystal structure and has an upper surface 11a as a main surface made of the (100) plane. An oxide film such as a SiO 2 film may be formed on the upper surface 11a of the substrate 11.

次に、図9に示すように、基板11上に、配向膜12を形成する(ステップS2)。以下では、電子ビーム蒸着法を用いて配向膜12を形成する場合を例示して説明するが、例えばスパッタリング法など各種の方法を用いて形成することができる。 Next, as shown in FIG. 9, the alignment film 12 is formed on the substrate 11 (step S2). Hereinafter, the case where the alignment film 12 is formed by using the electron beam vapor deposition method will be described as an example, but the alignment film 12 can be formed by using various methods such as a sputtering method.

ステップS2では、まず、基板11を一定の真空雰囲気中に配置した状態で、基板11を700℃以上(好ましくは800℃以上)に加熱する。 In step S2, first, the substrate 11 is placed in a constant vacuum atmosphere, and the substrate 11 is heated to 700° C. or higher (preferably 800° C. or higher).

ステップS2では、次に、Zr単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法によりZrを蒸発させる。このとき、蒸発したZrが700℃以上に加熱された基板11上で酸素と反応することにより、ZrO膜となって成膜される。そして、単層膜としてのZrO膜よりなる配向膜12が形成される。 Next, in step S2, Zr is evaporated by an electron beam evaporation method using an evaporation material of Zr single crystal. At this time, the evaporated Zr reacts with oxygen on the substrate 11 heated to 700° C. or higher to form a ZrO 2 film. Then, the alignment film 12 made of the ZrO 2 film as the single-layer film is formed.

図3を用いて前述したように、配向膜12は、シリコン単結晶よりなる基板11の(100)面よりなる主面としての上面11a上に、エピタキシャル成長する。配向膜12は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した酸化ジルコニウム(ZrO)を含む。すなわち、シリコン単結晶よりなる基板11の、(100)面よりなる上面11a上に、(100)配向したZrO膜を含む単層膜よりなる配向膜12が、形成される。 As described above with reference to FIG. 3, the alignment film 12 is epitaxially grown on the upper surface 11a as the main surface of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal. The alignment film 12 has a cubic crystal structure and contains (100)-oriented zirconium oxide (ZrO 2 ). That is, the alignment film 12 made of a single layer film including the (100)-oriented ZrO 2 film is formed on the upper surface 11a of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal.

前述したように、シリコン単結晶よりなる基板11の(100)面よりなる上面11a内で互いに直交する2つの方向を、X軸方向(図3参照)及びY軸方向(図3参照)とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向(図3参照)とする。このとき、ある膜がエピタキシャル成長するとは、その膜が、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも配向することが好ましい。 As described above, the two directions orthogonal to each other in the upper surface 11a formed of the (100) plane of the substrate 11 made of silicon single crystal are the X-axis direction (see FIG. 3) and the Y-axis direction (see FIG. 3), The direction perpendicular to the upper surface 11a is the Z-axis direction (see FIG. 3). At this time, when a certain film is epitaxially grown, it is preferable that the film be oriented in any of the X-axis direction, the Y-axis direction and the Z-axis direction.

配向膜12の膜厚は、2nm〜100nmであることが好ましく、10nm〜50nmであることがより好ましい。このような膜厚を有することにより、エピタキシャル成長し、単結晶に極めて近い配向膜12を形成することができる。 The thickness of the alignment film 12 is preferably 2 nm to 100 nm, more preferably 10 nm to 50 nm. By having such a film thickness, it is possible to epitaxially grow and form the alignment film 12 that is extremely close to a single crystal.

あるいは、配向膜12として、単層膜よりなる配向膜12に代え、積層膜としての配向膜12を、基板11上に形成してもよい。このような場合、ステップS2では、基板11を一定の真空雰囲気中に配置した状態で、基板11を700℃以上(好ましくは800℃以上)に加熱し、Zr単結晶の蒸着材料を用いた電子ビーム蒸着法により、Zrを蒸発させる。このとき、蒸発したZrが、700℃以上に加熱された基板11の(100)面よりなる主面としての上面11a上に、Zr膜として成膜される。このZr膜の膜厚は、例えば0.2nm〜30nmであることが好ましく、0.2nm〜5nmであることがより好ましい。 Alternatively, as the alignment film 12, an alignment film 12 as a laminated film may be formed on the substrate 11 instead of the alignment film 12 made of a single layer film. In such a case, in step S2, the substrate 11 is placed in a constant vacuum atmosphere, the substrate 11 is heated to 700° C. or higher (preferably 800° C. or higher), and an electron using a vapor deposition material of Zr single crystal is used. Zr is evaporated by the beam evaporation method. At this time, the evaporated Zr is formed as a Zr film on the upper surface 11a as the main surface of the (100) surface of the substrate 11 heated to 700° C. or higher. The film thickness of the Zr film is, for example, preferably 0.2 nm to 30 nm, more preferably 0.2 nm to 5 nm.

積層膜としての配向膜12を形成する場合、次に、Zr単結晶の蒸着材料を用いた電子ビームによる蒸着法によりZrを蒸発させ、蒸発したZrが700℃以上に加熱された基板11のZr膜上で酸素と反応することにより、ZrO膜となって成膜される。 When forming the alignment film 12 as a laminated film, next, Zr is evaporated by an electron beam evaporation method using an evaporation material of Zr single crystal, and the evaporated Zr is heated to 700° C. or higher on the substrate 11 Zr. By reacting with oxygen on the film, a ZrO 2 film is formed.

積層膜としての配向膜12を形成する場合、次に、Yの蒸着材料を用いた電子ビームによる蒸着法によりYを蒸発させ、蒸発したYが700℃以上に加熱された基板11のZrO膜上で酸素と反応することにより、Y膜となって成膜される。 When forming the orientation film 12 of a laminated film, then, by an evaporation method using an electron beam using an evaporation material Y was evaporated to Y, ZrO 2 film on the substrate 11 which vaporized Y is heated above 700 ° C. By reacting with oxygen above, a Y 2 O 3 film is formed.

このようにして、ZrO膜とY膜との成膜をN回(Nは1以上の整数)繰り返した後、Y膜上に上記と同様の方法でZrO膜を成膜する。これにより、ZrO膜とY膜とが交互に積層され、かつY膜をZrO膜が上下から挟み込む上下対称のサンドイッチ構造とした配向膜12が形成される。ZrO膜とY膜との接合部にヤング率が522GPaと非常に硬く脆い材料であるイットリア安定化ジルコニウム(Yttria Stabilized Zirconia:YSZ)膜が熱拡散によって形成されたとしても、上下対称のサンドイッチ構造とすることで、YSZ膜の応力による反りを回避することができる。 In this way, after the film formation of the ZrO 2 film and the Y 2 O 3 film was repeated N times (N is an integer of 1 or more), the ZrO 2 film was formed on the Y 2 O 3 film by the same method as described above. Form a film. Thereby, the ZrO 2 film and the Y 2 O 2 film are alternately laminated, and the alignment film 12 having a vertically symmetrical sandwich structure in which the Y 2 O 3 film is sandwiched between the ZrO 2 films from above and below is formed. Even if a Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) film, which is a very hard and brittle material with a Young's modulus of 522 GPa, is formed at the joint between the ZrO 2 film and the Y 2 O 3 film by thermal diffusion, it is vertically symmetrical. With the sandwich structure of No. 2, warpage due to stress of the YSZ film can be avoided.

次に、図10に示すように、配向膜12上に、第1の電極13としての永久磁石膜を形成する(ステップS3)。以下では、スパッタリング法を用いて永久磁石膜を形成する方法を例示して説明するが、例えば電子ビーム蒸着法など、各種の方法を用いて形成することができる。 Next, as shown in FIG. 10, a permanent magnet film as the first electrode 13 is formed on the alignment film 12 (step S3). Hereinafter, a method of forming the permanent magnet film by using the sputtering method will be described as an example, but the permanent magnet film can be formed by using various methods such as an electron beam evaporation method.

ステップS3では、配向膜12上に、例えばスパッタリング法により永久磁石膜を成膜する。このとき、成膜時の基板11の温度を、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上とし、結晶化した永久磁石膜を直接形成してもよい。あるいは、成膜時の基板11の温度を、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値未満とし、永久磁石膜を成膜した後、成膜された永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上の温度で基板11を熱処理して永久磁石膜を結晶化させてもよい。 In step S3, a permanent magnet film is formed on the alignment film 12 by, for example, a sputtering method. At this time, the temperature of the substrate 11 at the time of film formation may be set to be equal to or higher than the lower limit value of the temperature range in which the formed permanent magnet film is crystallized, and the crystallized permanent magnet film may be directly formed. Alternatively, the temperature of the substrate 11 during film formation is set to be lower than the lower limit value of the temperature range in which the formed permanent magnet film is crystallized, and after the permanent magnet film is formed, the formed permanent magnet film is crystallized. The substrate 11 may be heat-treated at a temperature equal to or higher than the lower limit of the temperature range to crystallize the permanent magnet film.

また、成膜時の基板11の温度を、永久磁石膜が結晶化する温度範囲の下限値以上とする場合は、永久磁石膜が酸化されないように、基板11は、真空中または不活性ガス雰囲気中に配置されることが望ましい。また、成膜された永久磁石膜を結晶化させるための熱処理の時間は、熱処理の際の基板11の温度、すなわち熱処理温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が650℃のとき、0.2〜2時間程度の加熱処理を行うことが好ましい。 When the temperature of the substrate 11 during film formation is set to the lower limit value of the temperature range in which the permanent magnet film is crystallized or higher, the substrate 11 is in a vacuum or an inert gas atmosphere so that the permanent magnet film is not oxidized. It is desirable to be placed inside. Further, the heat treatment time for crystallizing the formed permanent magnet film varies depending on the temperature of the substrate 11 at the time of heat treatment, that is, the heat treatment temperature. For example, when the heat treatment temperature is 650° C., 0.2 It is preferable to perform heat treatment for about 2 hours.

永久磁石膜として、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。 As the permanent magnet film, a permanent magnet film containing a rare earth element, that is, a permanent magnet film made of a rare earth magnet can be used. Alternatively, as the permanent magnet film, a permanent magnet film other than the rare earth magnet can be used.

好適には、希土類磁石よりなる永久磁石膜として、Rを希土類元素とするとき、RFe14BなどのR−Fe−B系希土類磁石、RCo及びR(Co,Fe,Cu,Zr)17などのR−Co系希土類磁石、ならびに、RFe17及びRFeなどのR−Fe−N系希土類磁石、からなる群から選択された一種以上の希土類磁石を含む永久磁石膜を用いることができる。これにより、永久磁石膜の表面に垂直な残留磁化を、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いる場合に比べ、大きくすることができる。 Preferably, as a permanent magnet film made of a rare earth magnet, when R is a rare earth element, R—Fe—B based rare earth magnets such as R 2 Fe 14 B, RCo 5 and R 2 (Co, Fe, Cu, Zr). ) R-Co based rare earth magnet, such as 17, as well as permanent including R 2 Fe 17 N 3 and RFe 7 N x RFe-N-based rare earth magnet, one or more rare earth magnets selected from the group consisting of such as A magnet film can be used. As a result, the residual magnetization perpendicular to the surface of the permanent magnet film can be increased as compared with the case where a permanent magnet film other than the rare earth magnet is used.

なお、R−Fe−B系希土類磁石は非晶質化しやすいので、成膜時の基板温度を300℃以上800℃以下の範囲に制御するか、または、成膜後に400℃以上800℃以下の加熱処理によって、結晶化することが望ましい。 Since the R-Fe-B rare earth magnet is likely to become amorphous, the substrate temperature during film formation is controlled within the range of 300°C to 800°C, or after the film formation is set to 400°C to 800°C. Crystallization is desirable by heat treatment.

永久磁石膜がRFe14Bを含むとき、永久磁石膜は、好適には、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向する。(001)配向したRFe14Bは、第1の電極13の表面に垂直な磁化を有する垂直磁化膜になりやすいため、第1の電極13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。 When the permanent magnet film contains R 2 Fe 14 B, the permanent magnet film preferably has a tetragonal crystal structure and is (001) oriented. The (001)-oriented R 2 Fe 14 B is likely to be a perpendicular magnetization film having a magnetization perpendicular to the surface of the first electrode 13, so that the residual magnetization of the first electrode 13 can be further increased.

永久磁石膜がRCoを含むとき、永久磁石膜は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向する。(11−20)配向したRCoは、永久磁石膜の表面に平行な磁化を有する磁化膜になりやすいが、永久磁石膜の表面に垂直な磁化もある程度大きくなるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。 When the permanent magnet film comprises RCo 5 , the permanent magnet film preferably has a hexagonal crystal structure and is (11-20) oriented. The (11-20)-oriented RCo 5 tends to be a magnetized film having a magnetization parallel to the surface of the permanent magnet film, but the magnetization perpendicular to the surface of the permanent magnet film also becomes large to some extent, so that the residual magnetization of the permanent magnet film is increased. Can be further increased.

永久磁石膜がR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含むとき、永久磁石膜は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向する。(11−20)配向したR(Co,Fe,Cu,Zr)17は、永久磁石膜の表面に平行な磁化を有する磁化膜になりやすいが、永久磁石膜の表面に垂直な磁化もある程度大きくなるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。 When the permanent magnet film contains R 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 , the permanent magnet film preferably has a hexagonal crystal structure and is (11-20) oriented. The (11-20) oriented R 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 is likely to be a magnetic film having a magnetization parallel to the surface of the permanent magnet film, but the magnetization perpendicular to the surface of the permanent magnet film is also to some extent. Since it becomes larger, the residual magnetization of the permanent magnet film can be further increased.

一方、希土類磁石以外の永久磁石膜として、Ni磁石、Al−Ni−Co合金などのAl−Ni−Co系磁石、FePt、FePt及びFePtなどのFe−Pt系磁石、Fe−Cr−Co系磁石、Srフェライト磁石、ならびに、Co−Fe−B系磁石、からなる群から選択された一種以上よりなる永久磁石膜を用いることができる。 On the other hand, as the permanent magnet film other than the rare-earth magnet, Ni magnet, Al-Ni-Co-based magnets such as Al-Ni-Co alloy, Fe 3 Pt, FePt magnet such as FePt and FePt 3, Fe-Cr- A permanent magnet film made of one or more selected from the group consisting of Co-based magnets, Sr ferrite magnets, and Co-Fe-B-based magnets can be used.

永久磁石膜がNiを含むとき、前述したように、永久磁石膜は、好適には、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向する。立方晶の結晶構造を有するNiでは、[100]方向に沿った残留磁化が得られるため、永久磁石膜の残留磁化を、さらに大きくすることができる。 When the permanent magnet film contains Ni, as described above, the permanent magnet film preferably has a cubic crystal structure and is (100) oriented. With Ni having a cubic crystal structure, remanent magnetization along the [100] direction is obtained, so that the remanent magnetization of the permanent magnet film can be further increased.

永久磁石膜を形成する際に基板11を熱処理する方法は任意であり、例えばシースヒータや赤外線ランプヒータによって、直接的または間接的に基板11を熱処理してもよい。また、永久磁石膜を形成した後に基板11を熱処理する場合、永久磁石膜を酸化しないように、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で基板11を熱処理することが望ましい。この熱処理を行う熱処理時間は、熱処理の際の熱処理温度によっても異なるが、例えば、熱処理温度が650℃のとき、0.2〜2時間程度の熱処理を行うことが好ましい。 The method of heat-treating the substrate 11 when forming the permanent magnet film is arbitrary, and the substrate 11 may be heat-treated directly or indirectly by, for example, a sheath heater or an infrared lamp heater. When the substrate 11 is heat-treated after forming the permanent magnet film, it is desirable to heat-treat the substrate 11 in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere so as not to oxidize the permanent magnet film. The heat treatment time for performing this heat treatment varies depending on the heat treatment temperature during the heat treatment, but for example, when the heat treatment temperature is 650° C., it is preferable to perform the heat treatment for about 0.2 to 2 hours.

なお、永久磁石膜を成膜する際のターゲットが同じ組成であっても、配向膜12の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、永久磁石膜の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、永久磁石膜の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。 Even if the targets used to form the permanent magnet film have the same composition, the composition of the permanent magnet film can be changed depending on the lattice constant of the orientation film 12 in the in-plane direction and the film forming conditions of the permanent magnet film. Therefore, it is possible to change the symmetry and the orientation direction of the crystal of the permanent magnet film along with the change of the composition.

そのため、永久磁石膜がRFe14Bを含む場合、永久磁石膜は、正方晶(001)配向したRFe14Bに代えて、正方晶(100)配向したRFe14Bを含むこともできる。あるいは、永久磁石膜がRCoまたはR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含む場合、永久磁石膜は、六方晶(11−20)配向したRCoまたはR(Co,Fe,Cu,Zr)17に代えて、六方晶(0001)配向したRCoまたはR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含むこともできる。 Therefore, when the permanent magnet film contains R 2 Fe 14 B, the permanent magnet film contains tetragonal (001) oriented R 2 Fe 14 B instead of tetragonal (001) oriented R 2 Fe 14 B. You can also Alternatively, if the permanent magnet film comprises RCo 5 or R 2 (Co,Fe,Cu,Zr) 17 , the permanent magnet film may be hexagonal (11-20) oriented RCo 5 or R 2 (Co,Fe,Cu). , Zr) 17 may be included instead of hexagonal (0001) oriented RCo 5 or R 2 (Co, Fe, Cu, Zr) 17 .

そして、永久磁石膜が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜の表面に垂直な場合には、容易に垂直磁化膜が得られ、永久磁石膜が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜の表面に平行な場合には、容易に面内磁化膜が得られる。そのため、永久磁石膜の磁化の方向を揃えることができ、永久磁石膜の磁化の大きさを容易に大きくすることができる。 When the direction in which the permanent magnet film is easily magnetized is perpendicular to the surface of the permanent magnet film, a perpendicular magnetized film is easily obtained, and the direction in which the permanent magnet film is easily magnetized is the surface of the permanent magnet film. If it is parallel to, an in-plane magnetized film can be easily obtained. Therefore, the magnetization directions of the permanent magnet film can be aligned, and the magnitude of the magnetization of the permanent magnet film can be easily increased.

次に、図11に示すように、第1の電極13上に、圧電膜としての膜状圧電体14を形成する(ステップS4)。以下では、塗布法を用いて膜状圧電体14を形成する方法を例示して説明する。 Next, as shown in FIG. 11, a film-shaped piezoelectric body 14 as a piezoelectric film is formed on the first electrode 13 (step S4). Below, the method of forming the film-shaped piezoelectric body 14 using a coating method is illustrated and demonstrated.

このステップS4では、第1の電極13上に、化学量論組成を有する非晶質PZT膜、または、化学量論組成を有する非晶質PZT膜における鉛の含有量よりも少ない含有量の鉛を含有する非晶質PZT膜を形成する。次に、この非晶質PZT膜を加圧酸素雰囲気で熱処理し、非晶質PZT膜を結晶化することにより、PZTを含む膜状圧電体14を、第1の電極13上に形成する。なお、化学量論組成を有する非晶質PZT膜における鉛の含有量を100原子%としたとき、化学量論組成を有する非晶質PZT膜における鉛の含有量よりも少ない鉛の含有量は、好適には、80〜95原子%である。 In this step S4, the content of lead on the first electrode 13 is smaller than the content of lead in the amorphous PZT film having the stoichiometric composition or the amorphous PZT film having the stoichiometric composition. An amorphous PZT film containing is formed. Next, the amorphous PZT film is heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere to crystallize the amorphous PZT film, thereby forming the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT on the first electrode 13. When the content of lead in the amorphous PZT film having the stoichiometric composition is 100 atomic %, the content of lead less than the content of lead in the amorphous PZT film having the stoichiometric composition is , Preferably 80 to 95 atom %.

以下では、非晶質PZT膜の形成方法について説明する。 The method of forming the amorphous PZT film will be described below.

まず、非晶質PZT膜形成用ゾルゲル溶液を用意する。非晶質PZT膜形成用ゾルゲル溶液として、ブタノールを溶媒とし、鉛が70〜90%不足した量添加された、濃度が10重量%であるE1溶液を、用意することができる。 First, a sol-gel solution for forming an amorphous PZT film is prepared. As the sol-gel solution for forming an amorphous PZT film, an E1 solution containing butanol as a solvent and having a lead content of 70 to 90% deficient and a concentration of 10% by weight can be prepared.

このE1溶液に、ジメチルアミノエタノールなどのアミノ基を有するアルカリ性アルコールを、体積比で、E1溶液:ジメチルアミノエタノール=7:3の割合で添加する。これにより、pH=12となり、強アルカリ性を示すE1溶液を得ることができる。 To this E1 solution, an alkaline alcohol having an amino group such as dimethylaminoethanol is added at a volume ratio of E1 solution:dimethylaminoethanol=7:3. As a result, pH=12 and an E1 solution exhibiting strong alkalinity can be obtained.

次に、E1溶液を用いたスピンコート法により、非晶質PZT膜を形成する。スピンコーターに含まれ、かつ、回転可能に設けられた基板保持部に、基板11を保持し、一定量のE1溶液を第1の電極13の表面に塗布した後、先ず800rpmで5秒間回転させ、1500rpmで10秒間回転させた後、10秒間で徐々に3000rpmまで回転数を上昇させてE1溶液を塗布する。次に、E1溶液が塗布された基板11を、150℃に温度調節されたホットプレート上で5分間放置し、300℃に温度調節されたホットプレート上で10分間放置した後、室温まで冷却する。これを5回繰り返すことにより、例えば200nmの膜厚を有する非晶質PZT膜を、第1の電極13上に形成することができる。 Next, an amorphous PZT film is formed by the spin coating method using the E1 solution. The substrate 11 is held by a rotatably provided substrate holding part included in the spin coater, and a predetermined amount of the E1 solution is applied to the surface of the first electrode 13 and then first rotated at 800 rpm for 5 seconds. After rotating at 1500 rpm for 10 seconds, the E1 solution is applied by gradually increasing the rotation speed to 3000 rpm in 10 seconds. Next, the substrate 11 coated with the E1 solution is left on the hot plate whose temperature is controlled at 150° C. for 5 minutes, left on the hot plate whose temperature is controlled at 300° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature. .. By repeating this 5 times, an amorphous PZT film having a film thickness of 200 nm, for example, can be formed on the first electrode 13.

次に、加圧酸素雰囲気で非晶質PZT膜を熱処理する。これにより、非晶質PZT膜が結晶化された膜状圧電体14を、第1の電極13上に形成する。 Next, the amorphous PZT film is heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere. As a result, the film-shaped piezoelectric body 14 in which the amorphous PZT film is crystallized is formed on the first electrode 13.

なお、E1溶液が同じ組成を有する場合でも、永久磁石膜(第1の電極13)の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、膜状圧電体14の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、膜状圧電体14の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。例えば、非晶質PZT膜が、組成式PbZrTi1−x(0<x<1)で表されるZr/Tiとして、58/42(x=0.58)、52/48(x=0.52)及び42/58(x=0.42)のいずれの組成を有する場合でも、形成された膜状圧電体14が、Zr/Tiとして、本来菱面体晶を有する組成である55/45を有するが、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向することが可能である。 Even when the E1 solution has the same composition, the composition of the film-shaped piezoelectric body 14 should be changed according to the lattice constant in the in-plane direction of the permanent magnet film (first electrode 13) and the film forming conditions of the permanent magnet film. Therefore, the symmetry and the orientation direction of the crystal of the film-shaped piezoelectric body 14 can be changed in accordance with the change of the composition. For example, an amorphous PZT film, the composition formula PbZr x Ti 1-x O 3 as the Zr / Ti represented by (0 <x <1), 58/42 (x = 0.58), 52/48 ( In either case of x=0.52) or 42/58 (x=0.42), the formed film-shaped piezoelectric body 14 has a composition that originally has a rhombohedral crystal as Zr/Ti. It has 55/45, but has a tetragonal crystal structure and can be (001) oriented.

また、上記した例では、塗布法を用いて膜状圧電体14を形成する方法を例示して説明したが、膜状圧電体14を形成する方法は、塗布法に限られない。したがって、スパッタリング法を用いて膜状圧電体14を形成してもよい。 In the above example, the method of forming the film-shaped piezoelectric body 14 by using the coating method has been described as an example, but the method of forming the film-shaped piezoelectric body 14 is not limited to the coating method. Therefore, the film-shaped piezoelectric body 14 may be formed by using the sputtering method.

スパッタリング法を用いて膜状圧電体14を形成する場合、スパッタリングターゲットが同じ組成を有する場合でも、永久磁石膜の面内方向の格子定数及び永久磁石膜の成膜条件によって、膜状圧電体14の組成を変更することができ、この組成の変更に伴って、膜状圧電体14の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。例えば、スパッタリングターゲットが、組成式PbZrTi1−x(0<x<1)で表されるZr/Tiとして、58/42(x=0.58)、52/48(x=0.52)及び42/58(x=0.42)のいずれの組成を有する場合でも、形成された膜状圧電体14が、Zr/Tiとして、本来菱面体晶を有する組成である55/45を有するが、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向することが可能である。 When the film-shaped piezoelectric body 14 is formed by using the sputtering method, even if the sputtering target has the same composition, the film-shaped piezoelectric body 14 is formed depending on the lattice constant in the in-plane direction of the permanent magnet film and the film forming conditions of the permanent magnet film. The composition can be changed, and the symmetry and the orientation direction of the crystal of the film-shaped piezoelectric body 14 can be changed with the change of the composition. For example, the sputtering target, as Zr / Ti represented by the composition formula PbZr x Ti 1-x O 3 (0 <x <1), 58/42 (x = 0.58), 52/48 (x = 0 .52) and 42/58 (x=0.42), the formed film-shaped piezoelectric body 14 is a composition which originally has a rhombohedral crystal as Zr/Ti. However, it has a tetragonal crystal structure and can be (001) oriented.

このようにして、図3に示す圧電素子10が形成される。なお、膜状圧電体14を形成した後、膜状圧電体14上に、第2の電極15を形成してもよい。 In this way, the piezoelectric element 10 shown in FIG. 3 is formed. Note that the second electrode 15 may be formed on the film-shaped piezoelectric body 14 after forming the film-shaped piezoelectric body 14.

前述した図6を用いて説明したように、ZrOの格子定数とSiの格子定数との間の整合性がよい。そのため、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の、(100)面よりなる主面上にエピタキシャル成長させることができ、ZrOを含む配向膜12を、シリコン単結晶を含む基板11の(100)面上に、(100)配向させることができ、配向膜12の結晶性を向上させることができる。 As described above with reference to FIG. 6, the matching between the lattice constant of ZrO 2 and the lattice constant of Si is good. Therefore, the alignment film 12 comprising ZrO 2, the substrate 11 comprising silicon single crystals, can be epitaxially grown on the principal surface made of (100) plane, the alignment film 12 comprising ZrO 2, comprising a silicon single crystal The (100) plane can be oriented on the (100) plane of the substrate 11, and the crystallinity of the alignment film 12 can be improved.

また、前述した図6を用いて説明したように、Niの格子定数とZrOの格子定数との間の整合性がよい。そのため、Niを含む永久磁石膜を、ZrOを含む配向膜12上にエピタキシャル成長させることができ、Niを含む永久磁石膜を、ZrOを含む配向膜12の(100)面上に、(100)配向させることができ、永久磁石膜の結晶性を向上させることができる。 Further, as described using FIG. 6 described above, the matching between the lattice constant of Ni and the lattice constant of ZrO 2 is good. Therefore, the permanent magnet film containing Ni can be epitaxially grown on the orientation film 12 containing ZrO 2, and the permanent magnet film containing Ni can be grown on the (100) plane of the orientation film 12 containing ZrO 2 by (100 ) It can be oriented and the crystallinity of the permanent magnet film can be improved.

また、前述した図6を用いて説明したように、PZTの格子定数とNiの格子定数との間の整合性がよい。そのため、PZTを含む膜状圧電体14を、Niを含む永久磁石膜上にエピタキシャル成長させることができ、PZTを含む膜状圧電体14を、Niを含む永久磁石膜の(100)面上に、(100)配向させることができ、膜状圧電体14の結晶性を向上させることができる。 Further, as described with reference to FIG. 6 described above, the matching between the lattice constant of PZT and the lattice constant of Ni is good. Therefore, the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT can be epitaxially grown on the permanent magnet film containing Ni, and the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT can be grown on the (100) plane of the permanent magnet film containing Ni. (100) orientation can be achieved, and the crystallinity of the film-shaped piezoelectric body 14 can be improved.

<第1の実施形態の変形例>
第1の実施形態では、第1の電極としての永久磁石膜上に、膜状圧電体14が直接形成されていた。しかし、永久磁石膜上に、導電膜13aを介して膜状圧電体14が形成されていてもよい。このような例を、第1の実施形態の変形例として説明する。
<Modification of First Embodiment>
In the first embodiment, the film-shaped piezoelectric body 14 is directly formed on the permanent magnet film as the first electrode. However, the film-shaped piezoelectric body 14 may be formed on the permanent magnet film via the conductive film 13a. Such an example will be described as a modified example of the first embodiment.

図12は、第1の実施形態の変形例の圧電素子の断面図である。図12に示すように、本変形例の圧電素子10aは、基板11と、配向膜12と、第1の電極13と、導電膜13aと、膜状圧電体(圧電膜)14と、を有する。 FIG. 12 is a cross-sectional view of a piezoelectric element of a modified example of the first embodiment. As shown in FIG. 12, the piezoelectric element 10a of this modification includes a substrate 11, an alignment film 12, a first electrode 13, a conductive film 13a, and a film-shaped piezoelectric body (piezoelectric film) 14. ..

基板11は、シリコン基板よりなる。配向膜12は、基板11上にエピタキシャル成長し、かつ、ジルコニウム及び酸素を含有する。基板11及び配向膜12の配向方向などの詳細については、第1の実施形態と同様にすることができる。 The substrate 11 is made of a silicon substrate. The alignment film 12 is epitaxially grown on the substrate 11 and contains zirconium and oxygen. The details of the alignment directions of the substrate 11 and the alignment film 12 can be the same as in the first embodiment.

第1の電極13は、配向膜12上にエピタキシャル成長している。第1の電極13として、第1の実施形態と同様に、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。 The first electrode 13 is epitaxially grown on the alignment film 12. As with the first embodiment, a permanent magnet film containing a rare earth element, that is, a permanent magnet film made of a rare earth magnet can be used as the first electrode 13. Alternatively, as the permanent magnet film, a permanent magnet film other than the rare earth magnet can be used.

図12では、第1の電極13がAl−Ni−Co合金を含む場合を例示して説明する。このときも、第1の実施形態と同様に、第1の電極13は、好適には、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。立方晶の結晶構造を有するAl−Ni−Co合金では、[100]方向に沿った残留磁化が得られるため、第1の電極13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。 In FIG. 12, the case where the first electrode 13 contains an Al—Ni—Co alloy will be described as an example. Also at this time, similarly to the first embodiment, the first electrode 13 preferably has a cubic crystal structure and is (100) oriented. In the Al—Ni—Co alloy having the cubic crystal structure, the remanent magnetization along the [100] direction is obtained, so that the remanent magnetization of the first electrode 13 can be further increased.

ここで、Al−Ni−Co合金中のAlの拡散係数が高い。そのため、Al−Ni−Co合金を含む第1の電極13を成膜する際の成膜条件によっては、Al−Ni−Co合金中のAlが、ZrOを含む配向膜12中に拡散することにより、配向膜12の上層部に、アルミナ安定化ジルコニア(Almina Stabilized Zirconia:ASZ)を含む拡散層12aが形成される。ASZは、YSZと同様に、ZrOに比べ、立方晶(100)配向しやすい。そのため、拡散層12aが形成される場合、拡散層12aが形成されない場合に比べ、Al−Ni−Co合金を含む第1の電極13が、さらに立方晶(100)配向しやすくなる。 Here, the diffusion coefficient of Al in the Al-Ni-Co alloy is high. Therefore, Al in the Al—Ni—Co alloy may diffuse into the alignment film 12 containing ZrO 2 depending on the film forming conditions when forming the first electrode 13 containing the Al—Ni—Co alloy. Thus, the diffusion layer 12a containing alumina-stabilized zirconia (AlZ) is formed on the upper portion of the alignment film 12. As with YSZ, ASZ is more likely to have a cubic (100) orientation than ZrO 2 . Therefore, when the diffusion layer 12a is formed, the first electrode 13 containing the Al—Ni—Co alloy is more likely to be cubic (100) oriented than when the diffusion layer 12a is not formed.

なお、第1の電極13がAl−Ni−Co合金を含む場合以外の場合については、配向方向なども含めて、第1の実施形態と同様にすることができる。 In addition, in the case other than the case where the first electrode 13 includes the Al—Ni—Co alloy, the same as in the first embodiment can be performed including the orientation direction and the like.

導電膜13aは、第1の電極13上にエピタキシャル成長している。導電膜13aとして、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO)などのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ptなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜13aを用いることができる。 The conductive film 13a is epitaxially grown on the first electrode 13. As the conductive film 13a, a conductive film 13a containing one or more conductors selected from the group consisting of a conductive oxide having a perovskite structure such as strontium ruthenate (SrRuO 3 ) and a metal such as Pt is used. You can

導電膜13aがSrRuOを含む場合、好適には、導電膜13aは、立方晶または疑立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。また、導電膜13aがPtを含む場合、好適には、導電膜13aは、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。立方晶の結晶構造を有する導電膜13a上には、例えばPZTを含む膜状圧電体14が容易にエピタキシャル成長することができる。そのため、膜状圧電体14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。 When the conductive film 13a contains SrRuO 3 , the conductive film 13a preferably has a cubic or pseudo-cubic crystal structure and is (100) oriented. When the conductive film 13a contains Pt, the conductive film 13a preferably has a cubic crystal structure and is (100) oriented. On the conductive film 13a having a cubic crystal structure, the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT, for example, can be easily epitaxially grown. Therefore, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be further increased.

膜状圧電体14は、導電膜13a上にエピタキシャル成長している。すなわち膜状圧電体14は、第1の電極13上に、導電膜13aを介して形成されている。膜状圧電体14については、第1の実施形態と同様にすることができる。なお、第1の実施形態と同様に、膜状圧電体14上に第2の電極15が形成されていてもよい。 The film-shaped piezoelectric body 14 is epitaxially grown on the conductive film 13a. That is, the film-shaped piezoelectric body 14 is formed on the first electrode 13 via the conductive film 13a. The film-shaped piezoelectric body 14 can be the same as in the first embodiment. Note that, as in the first embodiment, the second electrode 15 may be formed on the film-shaped piezoelectric body 14.

このような本変形例によれば、膜状圧電体14の下部電極(第1の電極)の電気抵抗を低減することができ、膜状圧電体14に印加される電圧が所望の電圧から降下することを防止または抑制することができる。また、導電膜13aとしてSrRuOを含む導電膜を用いる場合には、膜状圧電体14と、膜状圧電体14の下部電極と、の間の界面に異相が析出して圧電特性が劣化することを、防止または抑制することができる。 According to this modification, the electric resistance of the lower electrode (first electrode) of the film piezoelectric body 14 can be reduced, and the voltage applied to the film piezoelectric body 14 drops from the desired voltage. Can be prevented or suppressed. When a conductive film containing SrRuO 3 is used as the conductive film 13a, a different phase is deposited at the interface between the film-shaped piezoelectric body 14 and the lower electrode of the film-shaped piezoelectric body 14 to deteriorate the piezoelectric characteristics. This can be prevented or suppressed.

図13及び図14は、第1の実施形態の変形例の圧電素子の製造工程中の断面図である。 13 and 14 are cross-sectional views of the piezoelectric element of the modification of the first embodiment during the manufacturing process.

本変形例の圧電素子の製造工程では、第1の実施形態で図8及び図9を用いて説明した工程(ステップS1及びステップS2)を行って、配向膜12を形成した後、図13に示すように、配向膜12上に、例えばスパッタリング法により第1の電極13を形成する。ここで、第1の電極13として、例えばAl−Ni−Co合金を含む第1の電極13を形成する場合、Al−Ni−Co合金中のAlが、ZrOを含む配向膜12中に拡散することにより、配向膜12の上層部に、ASZを含む拡散層12aが形成される。 In the manufacturing process of the piezoelectric element of the present modified example, the processes (steps S1 and S2) described with reference to FIGS. 8 and 9 in the first embodiment are performed to form the alignment film 12, and then, as shown in FIG. As shown, the first electrode 13 is formed on the alignment film 12 by, for example, a sputtering method. Here, when the first electrode 13 containing, for example, an Al—Ni—Co alloy is formed as the first electrode 13, Al in the Al—Ni—Co alloy diffuses into the alignment film 12 containing ZrO 2. By doing so, the diffusion layer 12a containing ASZ is formed in the upper layer portion of the alignment film 12.

次に、図14に示すように、第1の電極13上に、例えばスパッタリング法により導電膜13aを形成する。導電膜13aとして、例えばSrRuOなどのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ptなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜13aを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 14, a conductive film 13a is formed on the first electrode 13 by, for example, a sputtering method. As the conductive film 13a, for example, a conductive film 13a containing one or more conductors selected from the group consisting of a conductive oxide having a perovskite structure such as SrRuO 3 and a metal such as Pt can be formed.

次に、第1の実施形態で図11を用いて説明した工程(ステップS4)と同様の工程を行って、図12に示すように、導電膜13a上に、膜状圧電体14を形成する。このようにして、圧電素子10aが形成される。なお、第1の実施形態と同様に、膜状圧電体14上に、第2の電極15を形成してもよい。 Next, a process similar to the process (step S4) described with reference to FIG. 11 in the first embodiment is performed to form the film-shaped piezoelectric body 14 on the conductive film 13a as shown in FIG. .. In this way, the piezoelectric element 10a is formed. Note that the second electrode 15 may be formed on the film-shaped piezoelectric body 14 as in the first embodiment.

[第2の実施形態]
第1の実施形態の圧電素子では、配向膜と圧電膜との間に永久磁石膜が形成されていた。しかし、配向膜と圧電膜との間に導電膜が形成され、永久磁石膜が圧電膜上に形成されていてもよい。このような例を、第2の実施形態として説明する。なお、本第2の実施形態において第1の実施形態と同一部分の説明は省略する。
[Second Embodiment]
In the piezoelectric element of the first embodiment, the permanent magnet film is formed between the alignment film and the piezoelectric film. However, a conductive film may be formed between the alignment film and the piezoelectric film, and the permanent magnet film may be formed on the piezoelectric film. Such an example will be described as a second embodiment. The description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted in the second embodiment.

<膜状圧電体を有する圧電素子>
図15は、第2の実施形態の圧電素子の断面図である。
<Piezoelectric element having a film-shaped piezoelectric body>
FIG. 15 is a sectional view of the piezoelectric element of the second embodiment.

図15に示すように、本第2の実施形態の圧電素子10bは、基板11と、配向膜12と、導電膜13b(第1の導電膜ともいう)と、膜状圧電体(圧電膜)14と、永久磁石膜15aと、を有する。 As shown in FIG. 15, the piezoelectric element 10b according to the second embodiment includes a substrate 11, an alignment film 12, a conductive film 13b (also referred to as a first conductive film), and a film-shaped piezoelectric body (piezoelectric film). 14 and a permanent magnet film 15a.

基板11は、シリコン基板よりなる。配向膜12は、基板11上にエピタキシャル成長し、かつ、ジルコニウム及び酸素を含有する。基板11及び配向膜12の配向方向などの詳細については、第1の実施形態と同様にすることができる。 The substrate 11 is made of a silicon substrate. The alignment film 12 is epitaxially grown on the substrate 11 and contains zirconium and oxygen. The details of the alignment directions of the substrate 11 and the alignment film 12 can be the same as in the first embodiment.

導電膜13bは、配向膜12上にエピタキシャル成長している。導電膜13bとして、SrRuOなどのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ptなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜13bを用いることができる。 The conductive film 13b is epitaxially grown on the alignment film 12. As the conductive film 13b, a conductive film 13b including one or more conductors selected from the group consisting of a conductive oxide having a perovskite structure such as SrRuO 3 and a metal such as Pt can be used.

導電膜13bがSrRuOを含む場合、好適には、導電膜13bは、立方晶または疑立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。また、導電膜13bがPtを含む場合、好適には、導電膜13bは、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向している。立方晶の結晶構造を有する導電膜13b上には、例えばPZTを含む膜状圧電体14が容易にエピタキシャル成長することができる。そのため、膜状圧電体14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。 When the conductive film 13b contains SrRuO 3 , the conductive film 13b preferably has a cubic or pseudo-cubic crystal structure and is (100) oriented. When the conductive film 13b contains Pt, the conductive film 13b preferably has a cubic crystal structure and is (100) oriented. On the conductive film 13b having a cubic crystal structure, for example, the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT can be easily epitaxially grown. Therefore, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be further increased.

膜状圧電体14は、導電膜13b上にエピタキシャル成長している。膜状圧電体14の配向方向などの詳細については、第1の実施形態と同様にすることができる。 The film-shaped piezoelectric body 14 is epitaxially grown on the conductive film 13b. Details such as the orientation direction of the film-shaped piezoelectric body 14 can be the same as those in the first embodiment.

永久磁石膜15aは、膜状圧電体14上にエピタキシャル成長している。永久磁石膜15aとして、第1の実施形態の第1の電極13と同様に、希土類元素を含有する永久磁石膜、すなわち希土類磁石よりなる永久磁石膜を用いることができる。あるいは、永久磁石膜として、希土類磁石以外の永久磁石膜を用いることができる。また、永久磁石膜15aの配向方向などの詳細については、第1の実施形態の第1の電極13と同様にすることができる。 The permanent magnet film 15 a is epitaxially grown on the film-shaped piezoelectric body 14. As the permanent magnet film 15a, as with the first electrode 13 of the first embodiment, a permanent magnet film containing a rare earth element, that is, a permanent magnet film made of a rare earth magnet can be used. Alternatively, as the permanent magnet film, a permanent magnet film other than the rare earth magnet can be used. Further, details such as the orientation direction of the permanent magnet film 15a can be the same as those of the first electrode 13 of the first embodiment.

本第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、膜状圧電体14及び永久磁石膜15aがエピタキシャル成長している。これにより、膜状圧電体14がエピタキシャル成長していない場合に比べ、膜状圧電体14の圧電定数を増加させることができ、永久磁石膜15aがエピタキシャル成長していない場合に比べ、永久磁石膜15aの残留磁化を増加させることができる。そして、膜状圧電体14の圧電定数を増加させることができる。 In the second embodiment as well, as in the first embodiment, the film-shaped piezoelectric body 14 and the permanent magnet film 15a are epitaxially grown. As a result, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be increased as compared with the case where the film-shaped piezoelectric body 14 is not epitaxially grown, and the permanent magnet film 15a of the permanent magnet film 15a is formed as compared with the case where the permanent magnet film 15a is not epitaxially grown. The remanent magnetization can be increased. Then, the piezoelectric constant of the film-shaped piezoelectric body 14 can be increased.

一方、本第2の実施形態では、第1の実施形態と異なり、配向膜12と膜状圧電体14との間に導電膜13bが形成されている。第1の実施形態において、配向膜12、第1の電極13、膜状圧電体14及び第2の電極15の材料によっては、積層の順序を変更した方がエピタキシャル成長しやすくなる場合がある。あるいは、第1の実施形態において、第1の電極13の材料によっては、第1の電極13の劣化を防止するために、例えばPZTを含む膜状圧電体14を熱処理した後に、永久磁石膜を形成した方がよい場合がある。 On the other hand, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the conductive film 13b is formed between the alignment film 12 and the film-shaped piezoelectric body 14. In the first embodiment, depending on the materials of the alignment film 12, the first electrode 13, the film-shaped piezoelectric body 14, and the second electrode 15, it may be easier to epitaxially grow by changing the stacking order. Alternatively, in the first embodiment, depending on the material of the first electrode 13, in order to prevent the deterioration of the first electrode 13, for example, after the film-shaped piezoelectric body 14 containing PZT is heat-treated, the permanent magnet film is formed. It may be better to form it.

このような場合には、本第2の実施形態のように、配向膜12、導電膜13b、膜状圧電体14及び永久磁石膜15aを順次積層することにより、各層が容易にエピタキシャル成長しやすくなる。あるいは、本第2の実施形態のように、膜状圧電体14を熱処理した後、永久磁石膜15aを形成することにより、永久磁石膜15aの劣化を防止することができる。 In such a case, each layer can be easily epitaxially grown by sequentially stacking the alignment film 12, the conductive film 13b, the film-shaped piezoelectric body 14 and the permanent magnet film 15a as in the second embodiment. .. Alternatively, as in the second embodiment, the film-shaped piezoelectric body 14 is heat-treated and then the permanent magnet film 15a is formed, so that the deterioration of the permanent magnet film 15a can be prevented.

<膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法>
図16及び図17は、第2の実施形態の圧電素子の製造工程中の断面図である。
<Method of Manufacturing Piezoelectric Element Having Membrane Piezoelectric Body>
16 and 17 are cross-sectional views of the piezoelectric element of the second embodiment during the manufacturing process.

本第2の実施形態の圧電素子の製造工程では、第1の実施形態で図8及び図9を用いて説明した工程(ステップS1及びステップS2)を行って、配向膜12を形成した後、図16に示すように、配向膜12上に、例えばスパッタリング法により導電膜13bを形成する。導電膜13bとして、例えばSrRuOなどのペロブスカイト構造を有する導電性酸化物、及び、Ptなどの金属、からなる群から選択された一種以上の導電体を含む導電膜13bを形成することができる。 In the manufacturing process of the piezoelectric element of the second embodiment, after the steps (step S1 and step S2) described with reference to FIGS. 8 and 9 in the first embodiment are performed to form the alignment film 12, As shown in FIG. 16, a conductive film 13b is formed on the alignment film 12 by, for example, a sputtering method. As the conductive film 13b, for example, the conductive film 13b containing one or more conductors selected from the group consisting of a conductive oxide having a perovskite structure such as SrRuO 3 and a metal such as Pt can be formed.

次に、第1の実施形態で図11を用いて説明した工程(ステップS4)と同様の工程を行って、図17に示すように、導電膜13b上に、膜状圧電体(圧電膜)14を形成する。 Next, a process similar to the process (step S4) described with reference to FIG. 11 in the first embodiment is performed, and as shown in FIG. 17, a film-shaped piezoelectric body (piezoelectric film) is formed on the conductive film 13b. 14 is formed.

次に、第1の実施形態で図10を用いて説明した工程(ステップS3)と同様の工程を行って、図15に示すように、膜状圧電体14上に、例えばスパッタリング法により第1の電極13を形成する。このようにして、圧電素子10bが形成される。 Next, a step similar to the step (step S3) described with reference to FIG. 10 in the first embodiment is performed, and as shown in FIG. The electrode 13 is formed. In this way, the piezoelectric element 10b is formed.

なお、上記第1の実施形態及びその変形例、並びに、第2の実施形態では、圧電膜としてPZT膜を用いているが、PZT膜以外の圧電膜を用いてもよい。 Although the PZT film is used as the piezoelectric film in the first embodiment and its modification, and in the second embodiment, a piezoelectric film other than the PZT film may be used.

[第3の実施形態]
第1の実施形態及び第2の実施形態それぞれの圧電素子では、膜状圧電体の膜厚を厚く形成しようとすると、成膜に長時間を要する。つまり、膜状圧電体の成膜方法は、ゾルゲル法またはスパッタリング法を用いるため、バルク状圧電体に比べて成膜に長時間を要する。そこで、本第3の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成できる方法及び装置について詳細に説明する。
[Third Embodiment]
In the piezoelectric element of each of the first and second embodiments, it takes a long time to form a film if the film-shaped piezoelectric body is formed to have a large film thickness. That is, since the sol-gel method or the sputtering method is used as the film-forming method of the film-shaped piezoelectric body, it takes a longer time to form the film than the bulk-shaped piezoelectric body. Therefore, in the third embodiment, a method and an apparatus capable of forming a thick film piezoelectric material in a short film forming time will be described in detail.

図18は、本発明の一態様に係るスパッタリング装置を模式的に示す断面図である。このスパッタリング装置はチャンバー51を有し、このチャンバー51内には、基板52を保持する保持部53が配置されている。保持部53には基板52を所定の温度に加熱するヒーター(図示せず)が配置されているとよい。 FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a sputtering device according to one aspect of the present invention. This sputtering apparatus has a chamber 51, and a holding portion 53 that holds a substrate 52 is arranged in the chamber 51. A heater (not shown) that heats the substrate 52 to a predetermined temperature may be arranged in the holding portion 53.

チャンバー51、基板52及び保持部53は接地されている。チャンバー51内にはスパッタリングターゲット54を保持するターゲット保持部55が配置されている。ターゲット保持部55に保持されたスパッタリングターゲット54は、保持部53に保持された基板52に対向するように位置する。 The chamber 51, the substrate 52 and the holding portion 53 are grounded. A target holding unit 55 that holds a sputtering target 54 is arranged in the chamber 51. The sputtering target 54 held by the target holding unit 55 is located so as to face the substrate 52 held by the holding unit 53.

スパッタリングターゲット54は比抵抗が1×10Ω・cm以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲットであり、絶縁物は酸化物であるとよい。詳細には、絶縁物は、一般式ABOで表されるペロブスカイト構造を有する物質を含む物である。ここで、Aは、Al、Y、Li、Na、K、Rb、Pb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Ba、Bi、F及び周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなる。また、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Zr、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、U、Co、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、Mo及びWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなる。または、絶縁物は、酸化ビスマスと、ペロブスカイト構造ブロックとが交互に積層された構造すなわちビスマス層状構造を有する強誘電体結晶を含む物である。前記ペロブスカイト構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pb及び希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、Mo、Mn、Fe、Si及びGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されるとよい。 The sputtering target 54 is a sputtering target including an insulator with a specific resistance of 1×10 7 Ω·cm or more, and the insulator is preferably an oxide. Specifically, the insulator is a substance containing a substance having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 . Here, A is selected from Al, Y, Li, Na, K, Rb, Pb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, Ca, Pr, Nd, Ba, Bi, F and lanthanum series elements of the periodic table. Comprising at least one element selected from the group consisting of: B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Zr, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, U, Co, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V. , At least one element selected from the group consisting of Nb, Ta, Mo and W. Alternatively, the insulator is a substance including a ferroelectric crystal having a structure in which bismuth oxide and perovskite structure blocks are alternately laminated, that is, a bismuth layered structure. The perovskite structure block includes at least one element L selected from Li, Na, K, Ca, Sr, Ba, Y, Bi, Pb and rare earth elements, and Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, It is preferable to be composed of at least one element R selected from Mo, Mn, Fe, Si and Ge, and oxygen.

但し、本第3の実施形態ではスパッタリングターゲット54を(PbLa)(ZrTiNb)O3−δとし、a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たす。なお、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δをPZTとも称する。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
However, the sputtering target 54 in the third embodiment and (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ, a, b, c, d, e and [delta] is Formula 1 below Formula 7 is satisfied. Also referred to as (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ the PZT.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

上記式1においてδが0より大きい値を含むのは酸素欠損型ペロブスカイト構造を含むからである。但し、スパッタリングターゲット54の成分がすべて酸素欠損型ペロブスカイト構造であってもよいが、スパッタリングターゲット54が部分的に酸素欠損型ペロブスカイト構造を含んでいてもよい。なお、酸素欠損型ペロブスカイト構造の詳細は後述する。 The reason why δ includes a value larger than 0 in the above formula 1 is that it includes an oxygen-deficient perovskite structure. However, all components of the sputtering target 54 may have an oxygen deficient perovskite structure, but the sputtering target 54 may partially include an oxygen deficient perovskite structure. The details of the oxygen-deficient perovskite structure will be described later.

また、スパッタリング装置は出力供給機構56を有し、この出力供給機構56はパルス機能付高周波電源である。出力供給機構56は整合器62に電気的に接続されており、整合器62はターゲット保持部55に電気的に接続されている。つまり、出力供給機構56は、整合器62及びターゲット保持部55を介して、スパッタリングターゲット54に、周波数が10kHz以上30MHz以下の高周波出力(RF出力)を、1/20ms以上1/3ms以下の周期(3kHz以上20kHz以下の周波数)で25%以上90%以下のDUTY比のパルス状に、供給するものである。なお、本第3の実施形態では、出力供給機構56により、高周波出力を、ターゲット保持部55を介してスパッタリングターゲット54に供給するが、出力供給機構56により、高周波出力を、スパッタリングターゲット54に直接供給してもよい。 Further, the sputtering apparatus has an output supply mechanism 56, and this output supply mechanism 56 is a high frequency power supply with a pulse function. The output supply mechanism 56 is electrically connected to the matching unit 62, and the matching unit 62 is electrically connected to the target holding unit 55. That is, the output supply mechanism 56 provides a high frequency output (RF output) having a frequency of 10 kHz or more and 30 MHz or less to the sputtering target 54 via the matching unit 62 and the target holding unit 55 in a cycle of 1/20 ms or more and 1/3 ms or less. It is supplied in a pulse shape with a DUTY ratio of 25% or more and 90% or less (at a frequency of 3 kHz or more and 20 kHz or less). In the third embodiment, the output supply mechanism 56 supplies the high frequency output to the sputtering target 54 via the target holding unit 55. However, the output supply mechanism 56 directly supplies the high frequency output to the sputtering target 54. May be supplied.

DUTY比は、1周期の間でターゲット保持部55に高周波出力が印加される期間の比率である。例えば、25%のDUTY比の場合は、1周期の25%の期間がターゲット保持部55に高周波出力が印加される期間(高周波出力オンの期間)となり、1周期の75%の期間がターゲット保持部55に高周波出力が印加されない期間(高周波出力オフの期間)となる。詳細には、例えば1/20msの周期(20kHzの周波数)で25%のDUTY比の場合は、1/20ms(1周期)の25%の1/80msの期間が高周波出力オンの期間となり、1/20ms(1周期)の75%の3/80msの期間が高周波出力オフの期間となる。 The DUTY ratio is the ratio of the period in which the high frequency output is applied to the target holding unit 55 during one cycle. For example, in the case of a DUTY ratio of 25%, 25% of one cycle is a period in which a high frequency output is applied to the target holding unit 55 (high frequency output ON period), and 75% of one cycle is the target holding period. The period when the high frequency output is not applied to the portion 55 (the period when the high frequency output is off) is set. Specifically, for example, in the case of a DUTY ratio of 25% at a cycle of 1/20 ms (frequency of 20 kHz), a period of 1/80 ms, which is 25% of 1/20 ms (one cycle), is a high frequency output ON period. The period of 3/80 ms, which is 75% of /20 ms (one cycle), is the high frequency output off period.

また、例えば図19は、100S/T%のDUTY比の場合を示しており、1周期の100S/T%の期間が高周波出力オンの期間となり、1周期の残りの100N/T%の期間が高周波出力オフの期間となる。 Further, for example, FIG. 19 shows a case of a DUTY ratio of 100 S/T%, in which a period of 100 S/T% of one cycle becomes a high frequency output ON period and a remaining period of 100 N/T% of one cycle becomes. The high frequency output is off.

また、本第3の実施形態では、出力供給機構56によってターゲット保持部55に高周波出力をパルス状に供給する際の当該パルス状を、1/20ms以上1/3ms以下の周期(3kHz以上20kHz以下の周波数)で25%以上90%以下のDUTY比としているが、当該パルス状を1/15ms以上1/5ms以下の周期で25%以上90%以下のDUTY比とすることが好ましい。 In addition, in the third embodiment, the pulse shape when the output supply mechanism 56 supplies the high frequency output to the target holding unit 55 in a pulse shape has a period of 1/20 ms or more and 1/3 ms or less (3 kHz or more and 20 kHz or less). 25% or more and 90% or less, but it is preferable that the pulse shape has a DUTY ratio of 25% or more and 90% or less in a cycle of 1/15 ms or more and 1/5 ms or less.

上記の範囲でパルススパッタリングすることにより、次々に生ずる新たなRFプラズマの発生の数だけ新たなスパッタリング現象が生じ、成膜速度が飛躍的に向上し、かつ、RFプラズマ照射を完全に止めるプラズマOFFの時間が生じるが、その際もマイグレーション現象を中心に結晶は成長し続ける。 By performing pulse sputtering in the above range, a new sputtering phenomenon occurs by the number of new RF plasmas generated one after another, the film formation rate is dramatically improved, and the plasma OFF is completely stopped. However, the crystal continues to grow mainly in the migration phenomenon.

DUTY比を25%以上とする理由は、25%未満とすると結晶成長が完全に途切れてしまい、次の結晶成長が上手く繋がらないからである。DUTY比を90%以下とする理由は、90%超とすると殆ど連続波と同等の成膜速度に落ち込んでしまうからである。 The reason for setting the DUTY ratio to 25% or more is that if it is less than 25%, the crystal growth will be completely interrupted and the next crystal growth will not be well connected. The reason why the DUTY ratio is set to 90% or less is that if it exceeds 90%, the film forming speed drops to almost the same level as a continuous wave.

また、スパッタリング装置は、出力供給機構56により高周波出力を供給している際にスパッタリングターゲット54に発生する直流成分である電圧VDCを−200V以上−80V以下に制御するVDC制御部63を有する。このVDC制御部63は、VDCセンサを有し、出力供給機構56に電気的に接続されている。 Further, the sputtering apparatus has a VDC controller 63 that controls the voltage VDC , which is a DC component generated in the sputtering target 54 when the high frequency output is being supplied by the output supply mechanism 56, to −200V or more and −80V or less. .. The VDC controller 63 has a VDC sensor and is electrically connected to the output supply mechanism 56.

また、出力供給機構56により高周波出力を供給した後のスパッタリングターゲット54の表面の比抵抗は、新品のスパッタリングターゲットの表面の比抵抗に対して変化することがあるが、1×10Ω・cm以上1×1012Ω・cm以下であることが好ましい。 Further, the specific resistance of the surface of the sputtering target 54 after the high frequency output is supplied by the output supply mechanism 56 may change with respect to the specific resistance of the surface of a new sputtering target, but it is 1×10 9 Ω·cm. It is preferably 1×10 12 Ω·cm or less.

また、スパッタリング装置は、チャンバー51内に希ガスを導入する第1のガス導入源57と、チャンバー51内を真空排気する真空ポンプ等の真空排気機構59を有する。また、スパッタリング装置は、チャンバー内にOガスを導入する第2のガス導入源58を有する。 Further, the sputtering apparatus has a first gas introduction source 57 that introduces a rare gas into the chamber 51, and a vacuum exhaust mechanism 59 such as a vacuum pump that evacuates the interior of the chamber 51. The sputtering device also has a second gas introduction source 58 for introducing O 2 gas into the chamber.

第1のガス導入源57によってチャンバー51内に導入する希ガスはArガスであるとよく、成膜時における第2のガス導入源58により導入されるOガスと第1のガス導入源57により導入されるArガスとの比が下記式8を満たすように制御する流量制御部(図示せず)をスパッタリング装置が有するとよい。
0.1≦Oガス/Arガス≦0.3 ・・・式8
The rare gas introduced into the chamber 51 by the first gas introduction source 57 may be Ar gas, and the O 2 gas and the first gas introduction source 57 introduced by the second gas introduction source 58 during film formation. It is preferable that the sputtering apparatus has a flow rate control unit (not shown) that controls so that the ratio with the Ar gas introduced by the method satisfies Expression 8 below.
0.1≦O 2 gas/Ar gas≦0.3 Formula 8

また、スパッタリング装置は、成膜時におけるチャンバー内の圧力が0.1Pa以上2Pa以下となるように制御する圧力制御部を有するとよい。 Further, the sputtering apparatus may have a pressure control unit that controls the pressure in the chamber during film formation to be 0.1 Pa or more and 2 Pa or less.

また、スパッタリング装置は、スパッタリングターゲット54に磁場を加える磁石60と、この磁石60を20rpm以上120rpm以下の速度で回転させる回転機構61を有する。 The sputtering apparatus also includes a magnet 60 that applies a magnetic field to the sputtering target 54, and a rotation mechanism 61 that rotates the magnet 60 at a speed of 20 rpm or more and 120 rpm or less.

次に、図18のスパッタリング装置を用いて基板上に絶縁膜を成膜する方法について説明する。ここでいう基板は、種々の基板を用いることができ、基板上に薄膜が成膜されたものも含むが、本第3の実施形態では一例として以下の基板を使用する。 Next, a method for forming an insulating film on a substrate using the sputtering apparatus shown in FIG. 18 will be described. As the substrate here, various substrates can be used and include those in which a thin film is formed on the substrate, but the following substrate is used as an example in the third embodiment.

(100)に配向したSi基板上にZrO膜を550℃以下の温度(好ましくは500℃の温度)で蒸着法により形成する。このZrO膜は(100)に配向する。なお、本明細書において(100)に配向することと(200)に配向することは実質的に同一である。この後、ZrO膜上に下部電極を形成する。下部電極は、金属または酸化物よりなる電極膜によって形成される。金属よりなる電極膜としては例えばPt膜またはIr膜が用いられる。酸化物よりなる電極膜としては例えばSr(Ti1−xRu)O膜が用いられ、xは下記式9を満たす。
0.01≦x≦0.4 ・・・式9
A ZrO 2 film is formed on a (100)-oriented Si substrate at a temperature of 550° C. or lower (preferably 500° C.) by a vapor deposition method. This ZrO 2 film is (100) oriented. In this specification, the orientation of (100) and the orientation of (200) are substantially the same. Then, a lower electrode is formed on the ZrO 2 film. The lower electrode is formed of an electrode film made of metal or oxide. As the electrode film made of metal, for example, a Pt film or an Ir film is used. As the electrode film made of an oxide, for example, a Sr(Ti 1-x Ru x )O 3 film is used, and x satisfies the following formula 9.
0.01≦x≦0.4 Equation 9

本第3の実施形態では、ZrO膜上に550℃以下の温度(好ましくは400℃の温度)でスパッタリングによってエピタキシャル成長によるPt膜を下部電極として形成する。このPt膜は(200)に配向する。 In the third embodiment, a Pt film formed by epitaxial growth is formed as a lower electrode on the ZrO 2 film by sputtering at a temperature of 550° C. or lower (preferably 400° C.). This Pt film is (200) oriented.

本第3の実施形態では、上記のような基板を用いるが、Si基板に代えてSi単結晶やサファイア単結晶などの単結晶基板、表面に金属酸化物膜が形成された単結晶基板、表面にポリシリコン膜またはシリサイド膜が形成された基板等を用いてもよい。 In the third embodiment, the substrate as described above is used, but instead of the Si substrate, a single crystal substrate such as Si single crystal or sapphire single crystal, a single crystal substrate having a metal oxide film formed on the surface, a surface A substrate on which a polysilicon film or a silicide film is formed may be used.

次に、上記の基板を保持部53に保持する。次いで、第1のガス導入源57によってチャンバー51内にArガスを導入し、第2のガス導入源58によってOガスを導入する。この際、OガスとArガスとの比が下記式10を満たすように流量制御部によって制御するとよい。
0.1≦Oガス/Arガス≦0.3 ・・・式10
Next, the above substrate is held by the holding unit 53. Then, Ar gas is introduced into the chamber 51 by the first gas introduction source 57, and O 2 gas is introduced by the second gas introduction source 58. At this time, the flow rate control unit may control so that the ratio of O 2 gas and Ar gas satisfies the following formula 10.
0.1≦O 2 gas/Ar gas≦0.3 Formula 10

また、真空排気機構59によってチャンバー51内を真空排気することで、チャンバー51内を所定の圧力(例えば0.1Pa以上2Pa以下の圧力)まで減圧する。 Further, the chamber 51 is evacuated by the vacuum evacuation mechanism 59 to reduce the pressure in the chamber 51 to a predetermined pressure (for example, a pressure of 0.1 Pa or more and 2 Pa or less).

この後、基板52上に、出力供給機構56によって、整合器62及びターゲット保持部55を介して、比抵抗が1×10Ω・cm以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲット54に、高周波出力を供給する。この高周波出力は、10kHz以上30MHz以下の周波数、1/20ms以上1/3ms以下の周期で25%以上90%以下のDUTY比のパルス状である。これにより、基板52上に絶縁膜を成膜する。 After that, a high frequency output is provided on the substrate 52 by the output supply mechanism 56 via the matching unit 62 and the target holding unit 55 to the sputtering target 54 containing an insulator having a specific resistance of 1×10 7 Ω·cm or more. Supply. This high-frequency output has a pulse shape with a frequency of 10 kHz or more and 30 MHz or less and a DUTY ratio of 25% or more and 90% or less at a cycle of 1/20 ms or more and 1/3 ms or less. Thereby, an insulating film is formed on the substrate 52.

スパッタリングターゲット54に高周波出力を供給して絶縁膜を成膜する際に、20rpm以上120rpm以下の速度で磁石60を回転機構61により回転させることでスパッタリングターゲット54に磁場を加えることが好ましい。 When supplying a high frequency output to the sputtering target 54 and forming an insulating film, it is preferable to apply a magnetic field to the sputtering target 54 by rotating the magnet 60 by the rotating mechanism 61 at a speed of 20 rpm or more and 120 rpm or less.

また、スパッタリングターゲット54に高周波出力を供給している際にスパッタリングターゲット54に発生する直流成分である電圧VDCをVDC制御部63によって−200V以上−80V以下に制御することが好ましい。 Further, it is preferable that the voltage VDC which is a DC component generated in the sputtering target 54 when the high frequency output is supplied to the sputtering target 54 is controlled by the VDC controller 63 to be −200 V or more and −80 V or less.

また、スパッタリングターゲット54に高周波出力を供給した後のスパッタリングターゲット54の表面の比抵抗を1×10Ω・cm以上1×1012Ω・cm以下に制御することが好ましい。 Further, it is preferable to control the specific resistance of the surface of the sputtering target 54 after supplying the high frequency output to the sputtering target 54 to 1×10 9 Ω·cm or more and 1×10 12 Ω·cm or less.

本第3の実施形態によれば、比抵抗が1×10Ω・cm以上の絶縁物を含むスパッタリングターゲットに、10kHz以上30MHz以下の高周波出力を、1/20ms以上1/3ms以下の周期で25%以上90%以下のDUTY比のパルス状に、供給する。このようにパルス状に高周波出力を供給するため、絶縁物を含むスパッタリングターゲットに電荷が溜まっても、高周波出力を供給していない時(高周波出力がオフ状態の時)にその溜まった電荷を逃がすことができ、その結果、スパッタリングターゲットが破損することを抑制できる。そのため、スパッタリングターゲットに印加する電力量を多くすることができ、成膜レートを高くすることが可能となる。 According to the third embodiment, a high-frequency output of 10 kHz or more and 30 MHz or less is applied to a sputtering target including an insulator having a specific resistance of 1×10 7 Ω·cm or more at a cycle of 1/20 ms or more and 1/3 ms or less. It is supplied in a pulse form with a duty ratio of 25% or more and 90% or less. Since the high-frequency output is supplied in a pulsed manner in this way, even if the charge is accumulated in the sputtering target containing the insulator, the accumulated charge is released when the high-frequency output is not being supplied (when the high-frequency output is off). As a result, it is possible to prevent the sputtering target from being damaged. Therefore, the amount of power applied to the sputtering target can be increased and the film formation rate can be increased.

特に、スパッタリングターゲット54が一般式ABOで表されるペロブスカイト構造を有する物質を含む物、または、ビスマス層状構造を有する強誘電体結晶を含む物である場合、成膜時にスパッタリングターゲット54の表面抵抗が大きく変動することが考えられる。このため、上記のようにパルス状に高周波出力を供給してスパッタリングターゲット54に電荷が溜まりにくくすることで、スパッタリングターゲット54の表面抵抗の変動を抑制することが可能となる。 In particular, when the sputtering target 54 is a substance containing a substance having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 or a substance containing a ferroelectric crystal having a bismuth layer structure, the surface resistance of the sputtering target 54 during film formation. Can vary greatly. For this reason, as described above, by supplying a high-frequency output in a pulsed manner and making it difficult for electric charges to accumulate in the sputtering target 54, it is possible to suppress fluctuations in the surface resistance of the sputtering target 54.

a、b、c、d、e及びδが下記の式1〜式7を満たす(PbLa)(ZrTiNb)O3−δよりなるスパッタリングターゲット54を用い、上記の成膜方法により基板上に成膜された圧電体膜は、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜である。a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たすとよい。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
a, b, c, d, using the e and [delta] satisfy the equations 1 to 7 below (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ sputtering target 54 of the above formed piezoelectric film formed on a substrate by film method is a (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the following expressions 1 to 7.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

上記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、100以上600以下(好ましくは100以上400以下)の比誘電率εrを有し、3V以上15V以下の膜厚1μm当たりの抗電圧及び20μC/cm以上50μC/cm以下の残留分極値の少なくとも一方を有するとよい。また、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、5μm以上の膜厚を有し、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上の膜厚を有するとよい。また、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜のキュリー温度は、250℃以上420℃以下(好ましくは300℃以上400℃以下)であるとよい。 The (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film has a relative dielectric constant εr of 100 or more and 600 or less (preferably 100 or more and 400 or less) and a film thickness of 3 V or more and 15 V or less. may have at least one of the coercive voltage and 20 [mu] C / cm 2 or more 50 .mu.C / cm 2 or less of residual polarization value per 1 [mu] m. Further, (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film has a film thickness of at least 5 [mu] m, preferably 10μm or more, more preferably 15μm or more, more preferably 20μm or more membrane It is good to have a thickness. Further, it is preferable is (Pb a La b) the Curie temperature of the (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film, 250 ° C. or higher 420 ° C. or less (preferably not more than 400 ° C. 300 ° C. or higher).

上記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は例えばPt膜等の電極上に形成されていてもよく、この(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜をXRD(X-Ray Diffraction)で結晶性を評価すると、そのXRDの(002)のピーク値は、電極のXRDの(200)のピーク値より高くなる。これは、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜の膜厚が5μm以上であるためである。 The (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film may be formed on the electrode, for example Pt film or the like, the (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e ) When the crystallinity of the O 3-δ film is evaluated by XRD (X-Ray Diffraction), the peak value of (002) of the XRD is higher than the peak value of (200) of the XRD of the electrode. This is because it is (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film thickness of the film is 5μm or more.

また、本第3の実施形態によれば、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δよりなるスパッタリングターゲットに上記の高周波出力を、上記の周期で上記のDUTY比のパルス状に供給することで、基板上に(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜を成膜する際の成膜速度を1nm/sec以上2.5nm/sec以下に向上させることができる。 Further, according to the third embodiment, the high frequency output is applied to the sputtering target made of (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ , and the DUTY ratio of the above is output at the above cycle. By supplying in a pulsed manner, the film formation rate at the time of forming the (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film on the substrate is 1 nm/sec or more and 2.5 nm/sec or less. Can be improved.

次に、酸素欠損型ペロブスカイト構造について図20〜図23を参照しつつ詳細に説明する。 Next, the oxygen-deficient perovskite structure will be described in detail with reference to FIGS.

酸素欠損型ペロブスカイト構造を一般式で表すと以下のように分類される。以下の分類は実際に存在している結晶構造を基にしている。なお、ペロブスカイト構造はABO3−δ、或はA3n−1で表される。 The oxygen-deficient perovskite structure can be classified as follows when expressed by a general formula. The following classifications are based on the crystal structures that actually exist. The perovskite structure is represented by ABO 3-δ or A n B n O 3n-1 .

図20〜図23それぞれの左図はABO3−δの酸素欠損を含有した各種結晶構造を示す模式図である。図20〜図23それぞれの右図は、a−b面の酸素欠損構造の模式図であり、C'層、D'層はそれぞれ、C層、D層をa−b面で鏡映した状態、或は位相がずれた状態を示す模式図である。 The left views of FIGS. 20 to 23 are schematic views showing various crystal structures containing oxygen deficiency of ABO 3-δ . The right views of FIGS. 20 to 23 are schematic views of the oxygen deficient structure on the ab plane, in which the C′ layer and the D′ layer are C and D layers, respectively, which are mirror images of the ab plane. FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the phase is shifted.

図20は、δ=0.125、或はn=8.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図21は、δ=0.25、或はn=4.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図22は、δ=0.5、或はn=2.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。図23は、δ=1.0、或はn=1.0の場合の酸素欠損型ペロブスカイト構造の模式図である。 FIG. 20 is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure when δ=0.125 or n=8.0. FIG. 21 is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure when δ=0.25 or n=4.0. FIG. 22 is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure when δ=0.5 or n=2.0. FIG. 23 is a schematic diagram of an oxygen-deficient perovskite structure when δ=1.0 or n=1.0.

ペロブスカイトの派生構造の一つに酸素欠損秩序型(酸素欠損型)ペロブスカイト構造というものがある。Bサイト遷移金属が高価数で不安定な場合や、試料作製雰囲気の制御により、酸素が欠損する。酸素が欠損すると、BO八面体は、BO正方ピラミッドやBO四面体などに変化する。酸素がわずかに欠損したABO3−δでは基本構造を保ったまま、ランダムなサイトの酸素が欠損するが、酸素欠損量δが大きくなると、多くの場合酸素欠損が規則的に配列する。 One of the perovskite derivative structures is an oxygen-deficient ordered (oxygen-deficient) perovskite structure. When the B-site transition metal is expensive and unstable, or oxygen is deficient due to control of the sample preparation atmosphere. When oxygen is deficient, the BO 6 octahedron changes into a BO 5 tetragonal pyramid, a BO 4 tetrahedron, and the like. In ABO 3-δ in which oxygen is slightly deficient, oxygen is deficient at random sites while maintaining the basic structure, but when the oxygen deficiency amount δ becomes large, oxygen deficiency is regularly arranged in many cases.

酸素欠損状態の違いにより、配位構造は大きく異なる。BO(B:Bサイトイオン、O:酸素イオン)八面体は、酸素欠損の無い八面体構造である。Bサイトイオンが5配位の場合は、BO正方ピラミッド構造となり、4配位の場合は、BO四面体構造、BO平面(酸素が完全に欠損)の2つの構造を有する。 The coordination structure varies greatly depending on the oxygen deficiency state. The BO 6 (B: B site ion, O: oxygen ion) octahedron has an octahedral structure without oxygen deficiency. If B-site ion pentacoordinate, becomes BO 5 square pyramid structure, having two structures in the case of four-coordinate, BO 4 tetrahedral structure, BO 4 plane (oxygen completely deficient).

なお、上記の酸素欠損型ペロブスカイト構造の説明は、本明細書に記載したペロブスカイト構造に関するすべての物質に適用される。 Note that the above description of the oxygen-deficient perovskite structure applies to all substances related to the perovskite structure described in this specification.

[第4の実施形態]
第1及び第2の実施形態それぞれの圧電素子では、膜状圧電体の膜厚を厚く形成しようとすると、成膜に長時間を要する。そこで、本第3の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
[Fourth Embodiment]
In the piezoelectric element of each of the first and second embodiments, it takes a long time to form a film if the film-shaped piezoelectric body is formed to have a large film thickness. Therefore, in the third embodiment, a method of forming a thick film piezoelectric material in a short film forming time and a film piezoelectric material formed by the method will be described in detail.

図24〜図26は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。 24 to 26 are views for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element having a film-shaped piezoelectric body according to an aspect of the present invention.

図24(A)の断面図に示すように、第3の実施形態と同様の方法で、Si基板101上にZrO膜102を形成し、ZrO膜102上にPt膜よりなる第1の電極103を形成する。 As shown in the sectional view of FIG. 24 (A), in the third embodiment and the same method, the ZrO 2 film 102 is formed on a Si substrate 101, a first of Pt film on the ZrO 2 film 102 The electrode 103 is formed.

次いで、第3の実施形態と同様の方法で、第1の電極103上にスパッタリング法により膜状圧電体となる膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104を形成する。a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たすとよい。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
Then, in the same manner as in the third embodiment, a film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, still more preferably 20 μm or more) is formed on the first electrode 103 as a film-like piezoelectric body by a sputtering method. ) to form a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the following expressions 1 to 7.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

次に、図24(B)の断面図に示すように、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104上に接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105はアモルファスである。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 24B , for adhesion (Pb a La b )(Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 104 on the first (Pb a Lab)(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film. The Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 105 is formed by a sol-gel method and pre-baked. Adhesive of this time (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105 is amorphous. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

この後、図24(C)の断面図に示すように、Si基板101を上下逆にする。次いで、図24(D)の断面図に示すように、Si基板101をZrO膜102から除去する。Si基板101を完全に除去しても、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104の膜厚が5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)あれば、膜として自立することが可能である。 After that, as shown in the cross-sectional view of FIG. 24C, the Si substrate 101 is turned upside down. Then, as shown in the cross-sectional view of FIG. 24D, the Si substrate 101 is removed from the ZrO 2 film 102. Even when the Si substrate 101 is completely removed, the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film thickness of 104 or more 5 [mu] m (preferably 10μm or more, more preferably 15μm As described above, more preferably 20 μm or more), the film can be self-supporting.

次に、図25(A)の平面図及び図25(B)の断面図に示すように、第1の電極103及びZrO膜102をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104上に、第1の電極103a、第2の電極103b及び第3の電極103cを形成する。第1の電極103a〜第3の電極103cは上部電極となる。 Next, as shown in the plan view of FIG. 25A and the cross-sectional view of FIG. 25B, the first electrode 103 and the ZrO 2 film 102 are processed by a photolithography technique and an etching technique, so that the first on top (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 is formed a first electrode 103a, the second electrode 103b and the third electrode 103c. The first electrode 103a to the third electrode 103c serve as upper electrodes.

この後、図25(A)に示すように、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を切断する。これにより、第1の電極103a、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を積層した第1の積層部を形成する。また、第2の電極103b、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を積層した第2の積層部を形成する。また、第3の電極103c、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を積層した第3の積層部を形成する。なお、図25(B)には示していないが、第4の積層部、第5の積層部も形成される。後述する図26に示すように、第4の積層部は、第4の電極103d、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を積層したものである。また、第5の積層部は、第5の電極103e、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を積層したものである。 Thereafter, as shown in FIG. 25 (A), the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d cutting the nb e) O 3-δ film 105. Thus, the first electrode 103a, a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O A first laminated portion in which the 3-δ film 105 is laminated is formed. The second electrode 103b, a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3 Forming a second laminated portion in which the δ film 105 is laminated. The third electrode 103c, a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3 Forming a third laminated portion in which the δ film 105 is laminated. Note that although not shown in FIG. 25B, a fourth stacked portion and a fifth stacked portion are also formed. As shown in FIG. 26 to be described later, laminated part of the fourth, the fourth electrode 103d, a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 105 is laminated. The layered portion of the fifth, the fifth electrode 103e, a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and adhesive (Pb a La b) (Zr c The Ti d Nb e )O 3-δ film 105 is laminated.

次に、図26(A)の断面図に示すように、第1の積層部の第1の電極103aと第2の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105とを重ね、第2の積層部の第2の電極103bと第3の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105とを重ね、かつ第3の積層部の第3の電極103cと第4の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105とを重ねる。 Next, as shown in the sectional view of FIG. 26 (A), the first laminated portion first electrode 103a and the adhesive of the second laminated portion of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-[delta] are superimposed on the film 105, the second laminated portion and the second electrode 103b and the adhesive of the third laminated portion of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105 preparative overlapped and overlapping the third laminated portion third electrode 103c and adhesive of the fourth laminated portion of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105.

次いで、第1の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105と第4の積層部の第4の電極103dとの間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、第1の積層部の第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び第1の電極103aそれぞれと第2の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を貼り付けるとともに、第2の積層部の第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び第2の電極103bそれぞれと第3の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を貼り付けるとともに、第3の積層部の第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104及び第3の電極103cそれぞれと第4の積層部の接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を貼り付けるとともに、第1〜第4の積層部それぞれの接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105を結晶化する(図26(A)参照)。この際の熱処理の温度は接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105が結晶化する温度であるとよい。 Then, while applying a load between the adhesive of the first laminated portion and (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105 fourth fourth electrode 103d of the laminate Heat treatment is applied. Thus, the first laminated portion first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and the first electrode 103a, respectively and adhesive of the second laminated portion (Pb a La b) with paste (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105, the second laminated portion first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ with paste film 104 and the second electrode 103b, respectively and adhesive of the third laminated portion (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105, the third laminated portion first 1 of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 and the third respectively the electrode 103c and the adhesive of the fourth laminated portion (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb with paste e) O 3-δ film 105, the first to fourth multilayer portions for each of bonding the (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105 is crystallized ( FIG. 26A). The temperature of the heat treatment at this time may is at a temperature adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105 is crystallized.

次に、図26(B)の断面図に示すように、第2の電極103b及び第4の電極103dの側面に電極106を形成し、第1の電極103a、第3の電極103c及び第5の電極103eの側面に電極107を形成する。電極106は第2の電極103b及び第4の電極103dに電気的に接続され、電極107は第1の電極103a、第3の電極103c及び第5の電極103eに電気的に接続される。このようにして圧電素子を作製することができる。なお、図26(B)では、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜105が結晶化した(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜を、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104と一体化して示している。また、この圧電素子は図1に示す圧電素子354に相当する。 Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 26B, the electrode 106 is formed on the side surface of the second electrode 103b and the fourth electrode 103d, and the first electrode 103a, the third electrode 103c, and the fifth electrode 103c are formed. The electrode 107 is formed on the side surface of the electrode 103e. The electrode 106 is electrically connected to the second electrode 103b and the fourth electrode 103d, and the electrode 107 is electrically connected to the first electrode 103a, the third electrode 103c, and the fifth electrode 103e. In this way, the piezoelectric element can be manufactured. Note that in FIG. 26B, the (Pb a La b )(Zr c Ti d N b e )O 3-δ film 105 was crystallized (Pb a La b )(Zr c Td Nb e )O. the 3-[delta] film, are shown integral with the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104. The piezoelectric element corresponds to the piezoelectric element 354 shown in FIG.

本第4の実施形態においても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Also in the fourth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

[第5の実施形態]
本第5の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
[Fifth Embodiment]
In the fifth embodiment, a method of forming a thick film piezoelectric material in a short film forming time and a film piezoelectric material formed by the method will be described in detail.

図27〜図29は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。 27 to 29 are views for explaining a method for manufacturing a piezoelectric element having a film-shaped piezoelectric body according to an aspect of the present invention.

図27(A)の平面図及び図27(B)の断面図に示すように、第3の実施形態と同様の方法で、Si基板101上にZrO膜102を形成し、ZrO膜102上にPt膜よりなる第1の電極103を形成する。 As shown in the sectional view of a plan view and FIG. 27 in FIG. 27 (A) (B), in the third embodiment the same method, to form a ZrO 2 film 102 on the Si substrate 101, the ZrO 2 film 102 A first electrode 103 made of a Pt film is formed on top.

次いで、第3の実施形態と同様の方法で、Pt膜よりなる第1の電極103上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104を形成する。a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たすとよい。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
Then, in the same manner as in the third embodiment, a film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, still more preferably as a film-shaped piezoelectric body is formed on the first electrode 103 made of a Pt film by a sputtering method. forms a first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 of 20μm or more). It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the following expressions 1 to 7.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

次いで、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104上に電極膜としてのPt膜を形成し、このPt膜をエッチング加工することで、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104上に第1の電極111a、第2の電極111b及び第3の電極111cを形成する(図27(A),(B)参照)。 Then, by the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 a Pt film as an electrode film is formed on, is etched the Pt film, the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) a first electrode 111a on O 3-[delta] film 104 to form the second electrode 111b and the third electrode 111c (FIG. 27 (a), ( See B)).

次に、図28(A)の平面図及び図28(B)の断面図に示すように、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104、第1の電極111a〜第3の電極111cの上に接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112はアモルファスである。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Next, as shown in the sectional view of the plan view and FIG. 28 (B) of FIG. 28 (A), the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104, the the adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 was formed by a sol-gel method on the first electrode 111a~ third electrode 111c, presintered. Adhesive of this time (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 is amorphous. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

この後、図29(A)の断面図に示すように、第3の実施形態と同様の方法で、Si基板121上にZrO膜122を形成し、ZrO膜122上に電極膜としてのPt膜123を形成する。次いで、第3の実施形態と同様の方法で、Pt膜123上にスパッタリング法により膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を形成する。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 After that, as shown in the cross-sectional view of FIG. 29A, the ZrO 2 film 122 is formed on the Si substrate 121 by the same method as in the third embodiment, and the ZrO 2 film 122 is used as an electrode film. The Pt film 123 is formed. Then, in the same manner as in the third embodiment, a second (Pb a ) film having a thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, still more preferably 20 μm or more) is formed on the Pt film 123 by a sputtering method. La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 124 is formed. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

次いで、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112と第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を重ね合わせる。そして、Si基板101とSi基板121との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112と第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を貼り付ける。この際の熱処理の温度は接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112が結晶化する温度であるとよい。 Then, superimposed adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 and the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124 match. Then, heat treatment is performed while applying a load between the Si substrate 101 and the Si substrate 121. Thus, an adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 and the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124 paste. The temperature of the heat treatment at this time may is at a temperature at which the adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 is crystallized.

次に、図29(B)の断面図に示すように、Si基板101及びSi基板121を除去する。次いで、図29(C)の断面図に示すように、Pt膜123及びZrO膜122をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124上に第1の電極123a、第2の電極123b及び第3の電極123cを形成する。また、第1の電極103及びZrO膜102をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104下に第1の電極103a、第2の電極103b及び第3の電極103cを形成する。 Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 29B, the Si substrate 101 and the Si substrate 121 are removed. Then, as shown in the sectional view of FIG. 29 (C), the Pt film 123 and the ZrO 2 film 122 is processed by a photolithography technique and an etching technique, the second (Pb a La b) (Zr c Ti d The first electrode 123a, the second electrode 123b, and the third electrode 123c are formed over the Nb e )O 3-δ film 124. Further, the first electrode 103 and the ZrO 2 film 102 is processed by a photolithography technique and an etching technique, the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 below The first electrode 103a, the second electrode 103b, and the third electrode 103c are formed.

この後、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜112及び第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を切断する。次いで、図26(B)に示す工程を施すことで、圧電素子を作製することができる。この圧電素子は図1に示す圧電素子354に相当する。 Thereafter, the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104, adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 112 and cutting the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124. Then, by performing the step shown in FIG. 26B, a piezoelectric element can be manufactured. This piezoelectric element corresponds to the piezoelectric element 354 shown in FIG.

本第5の実施形態においても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Also in the fifth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.

[第6の実施形態]
本第6の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
[Sixth Embodiment]
In the sixth embodiment, a method of forming a thick film piezoelectric material in a short film forming time and a film piezoelectric material formed by the method will be described in detail.

図30〜図32は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。なお、図30〜図32は、断面図である。 30 to 32 are views for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element having a film-shaped piezoelectric body according to an aspect of the present invention. 30 to 32 are cross-sectional views.

図30(A)に示すように、第5の実施形態における図27に示す工程までを行った後に、第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜104、第1の電極111a、第2の電極111b及び第3の電極111cの上に、第3の実施形態と同様の方法で、スパッタリング法により膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜132を形成する。a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たすとよい。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
As shown in FIG. 30 (A), after the up to the step shown in FIG. 27 in the fifth embodiment, the first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 104 A film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm) on the first electrode 111a, the second electrode 111b, and the third electrode 111c by the sputtering method in the same manner as in the third embodiment. As described above, more preferably 20 μm or more) of (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 132 is formed. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the following expressions 1 to 7.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

次いで、第3の実施形態と同様の方法で、Si基板121上にZrO膜122を形成し、ZrO膜122上に第1の電極としてのPt膜123を形成する。次いで、第3の実施形態と同様の方法で、Pt膜123上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を形成する。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Then, in the third embodiment the same method, the ZrO 2 film 122 is formed on the Si substrate 121, to form a Pt film 123 as a first electrode on the ZrO 2 film 122. Then, in the same manner as in the third embodiment, a film-shaped piezoelectric material having a film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, still more preferably 20 μm or more) is formed on the Pt film 123 by a sputtering method. forming a second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

次いで、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜132と第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を重ね合わせる。そして、Si基板101とSi基板121との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜132と第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124を貼り付ける。 Then, superposed (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 132 and the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124. Then, heat treatment is performed while applying a load between the Si substrate 101 and the Si substrate 121. Attaching Thus, bonding the (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 132 and the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124 ..

次に、図30(B)に示すように、Si基板121を除去する。 Next, as shown in FIG. 30B, the Si substrate 121 is removed.

次いで、図30(C)に示すように、Pt膜123及びZrO膜122をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124上に第1の電極123a、第2の電極123b及び第3の電極123cを形成する。 Then, as shown in FIG. 30 (C), the Pt film 123 and the ZrO 2 film 122 is processed by a photolithography technique and an etching technique, the second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) A first electrode 123a, a second electrode 123b, and a third electrode 123c are formed on the O 3-δ film 124.

次いで、第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜124、第1の電極123a〜第3の電極123cの上に接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133をゾルゲル法により形成し、仮焼成する。このときの接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133はアモルファスである。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Then, a second (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 124, adhesive on the first electrode 123a~ third electrode 123c (Pb a La b) ( Zr the c Ti d Nb e) O 3 -δ film 133 was formed by a sol-gel method, calcination. Adhesive of this time (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133 is amorphous. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

この後、図31(A)に示すように、Si基板141上にZrO膜142、Pt膜143、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜144を順に形成し、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜144上に第1の電極145a、第2の電極145b及び第3の電極145cを形成する。次いで、第1の電極145a〜第3の電極145cの上に、スパッタリング法により(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜146を形成する。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Thereafter, as shown in FIG. 31 (A), forming the ZrO 2 film 142, Pt film 143, a (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 144 are sequentially on the Si substrate 141 and form a (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) a first electrode 145a on the O 3-[delta] film 144, the second electrode 145b and the third electrode 145c. Then, on the first electrode 145a~ third electrode 145c, is formed by sputtering (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 146. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

次いで、Si基板151上にZrO膜152を形成し、ZrO膜152上に電極膜としてのPt膜153を形成する。次いで、Pt膜153上にスパッタリング法により(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜154を形成する。a、b、c、d、e及びδは上記の式1〜式7を満たすとよい。 Then, a ZrO 2 film 152 is formed on the Si substrate 151, and a Pt film 153 as an electrode film is formed on the ZrO 2 film 152. Then formed by sputtering on the Pt film 153 of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 154. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above expressions 1 to 7.

次いで、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜146と(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜154を重ね合わせる。そして、Si基板141とSi基板151との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜146と(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜154を貼り付ける。 Then, superposed (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 146 and (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 154. Then, heat treatment is performed while applying a load between the Si substrate 141 and the Si substrate 151. Thus, pasting (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 146 and (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 154.

次に、図31(B),(C)に示すように、Si基板151、ZrO膜152及びPt膜153を除去する。 Next, as shown in FIGS. 31B and 31C, the Si substrate 151, the ZrO 2 film 152, and the Pt film 153 are removed.

この後、図32(A)に示すように、図30(C)に示す接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133と図31(C)に示す(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜154を重ね合わせる。そして、図32(B)に示すように、Si基板101とSi基板141との間に荷重をかけつつ熱処理を施す。これにより、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133と(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜154を貼り付ける。この際の熱処理の温度は接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133が結晶化する温度であるとよい。また、図32(B)では、接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133が結晶化した(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜を、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜133aとして示している。 Thereafter, as shown in FIG. 32 (A), shown in Figure 30 for bonding shown in (C) (Pb a La b ) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133 and FIG. 31 (C) (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) superimposing the O 3-[delta] film 154. Then, as shown in FIG. 32B, heat treatment is performed while applying a load between the Si substrate 101 and the Si substrate 141. Thus, pasting an adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133 and (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 154. The temperature of the heat treatment at this time may is at a temperature at which the adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133 is crystallized. Further, in FIG. 32 (B), adhesive (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133 is crystallized (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O the 3-[delta] film, is shown as (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 133a.

次に、図32(C)に示すように、Si基板141及びZrO膜142を除去する。次いで、Pt膜143をフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により加工することで、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜144上に第1の電極143a、第2の電極143b及び第3の電極143cを形成する。 Next, as shown in FIG. 32C, the Si substrate 141 and the ZrO 2 film 142 are removed. Then is processed by photolithography and etching a Pt film 143, (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ the first electrode 143a on the film 144, the second electrode 143b and the third electrode 143c are formed.

この後、図32(A),(B),(C)の工程を繰り返すことで、(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜の積層数を増やすことができる。 Thereafter, FIG. 32 (A), by repeating the steps (B), (C), it is possible to increase the number of stacked (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film ..

本第6の実施形態においても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第6の実施形態の圧電素子は図1に示す圧電素子354に相当する。 Also in the sixth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. The piezoelectric element of the sixth embodiment corresponds to the piezoelectric element 354 shown in FIG.

[第7の実施形態]
本第7の実施形態では、短い成膜時間で、膜厚の厚い膜状圧電体を形成する方法及びその方法で形成した膜状圧電体について詳細に説明する。
[Seventh Embodiment]
In the seventh embodiment, a method of forming a thick film piezoelectric material in a short film forming time and a film piezoelectric material formed by the method will be described in detail.

図33〜図36は、本発明の一態様に係る膜状圧電体を有する圧電素子の製造方法を説明するための図である。なお、図33〜図36は、断面図である。 33 to 36 are views for explaining a method for manufacturing a piezoelectric element having a film-shaped piezoelectric body according to an aspect of the present invention. 33 to 36 are cross-sectional views.

図33(A)に示すように、第3の実施形態と同様の方法で、Si基板161上にZrO膜162を形成し、ZrO膜162上にPt膜163を形成する。このPt膜163は1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜用の第1の電極となる。 As shown in FIG. 33 (A), in the third embodiment and the same method, the ZrO 2 film 162 is formed on a Si substrate 161, to form a Pt film 163 on the ZrO 2 film 162. The Pt film 163 becomes the first layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ the first electrode of the membrane.

次いで、第3の実施形態と同様の方法で、Pt膜163上にスパッタリング法により膜状圧電体として膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164を形成する。a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たすとよい。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
Then, in the same manner as in the third embodiment, a film piezoelectric material having a film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, still more preferably 20 μm or more) is formed on the Pt film 163 by sputtering. forming a layer eyes (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the following expressions 1 to 7.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7

次に、図33(B)に示すように、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164上に550℃以下の温度(好ましくは400℃の温度)でスパッタリングによってエピタキシャル成長によるPt膜165を形成する。このPt膜165は2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜用の第2の電極となる。 Next, as shown in FIG. 33 (B), 1-layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164 on the 550 ° C. temperature below (preferably at a temperature of 400 ° C. ), a Pt film 165 is formed by epitaxial growth by sputtering. The Pt film 165 becomes the second layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ second electrode of the membrane.

この後、図33(C)に示すように、第3の実施形態と同様の方法で、Pt膜165上にスパッタリング法により膜厚5μm以上(好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、さらに好ましくは20μm以上)の2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166を形成する。a、b、c、d、e及びδは前記の式1〜式7を満たすとよい。 Thereafter, as shown in FIG. 33C, a film thickness of 5 μm or more (preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and further preferably, is formed on the Pt film 165 by a sputtering method in the same manner as in the third embodiment. forms a second layer of 20μm or more) (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 166. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above formulas 1 to 7.

次に、図33(D)に示すように、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166上にPt膜167を上記のPt膜165と同様の方法で形成する。このPt膜167は3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜用の第3の電極となる。 Next, as shown in FIG. 33 (D), 2-layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) a Pt film 167 on the O 3-[delta] film 166 similar to the Pt film 165 of the It is formed by the method. The Pt film 167 is three-layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ third membrane electrode.

この後、図33(C)に示す工程と図33(D)に示す工程を繰り返すことで、図34(A)に示すように、Pt膜167上に3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜168、Pt膜169、4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜170、Pt膜171を形成する。a、b、c、d、e及びδは前記の式1〜式7を満たすとよい。Pt膜169は4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜用の第4の電極となり、Pt膜171は第5の電極となる。次いで、Si基板161をZrO膜162から除去する。 Thereafter, by repeating the steps shown in process and FIG. 33 (D) shown in FIG. 33 (C), as shown in FIG. 34 (A), 3-layer on the Pt film 167 (Pb a La b) ( forming the Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 168, Pt film 169,4-layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 170, Pt film 171. It is preferable that a, b, c, d, e and δ satisfy the above formulas 1 to 7. Pt film 169 becomes a fourth layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ fourth electrode for film, Pt film 171 becomes a fifth electrode. Then, the Si substrate 161 is removed from the ZrO 2 film 162.

次に、ZrO膜162、Pt膜163、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164、Pt膜165、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166、Pt膜167、3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜168、Pt膜169、4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜170及びPt膜171を有する積層膜を必要な大きさに切断する(図示せず)。これにより、図34(A)に示す積層部が複数得られる。 Next, ZrO 2 film 162, Pt film 163,1-layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164, Pt film 165,2-layer (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 166, Pt film 167, third layer (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 168, Pt film 169, fourth layer (Pb a La b )O 3-δ film 168. pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ is cut to the required size of the multilayer film having a 170 and a Pt film 171 (not shown). As a result, a plurality of laminated parts shown in FIG. 34A are obtained.

なお、本第7の実施形態では、Si基板161を除去した後に上記積層膜を切断しているが、Si基板161を除去する前に上記積層膜を切断し、その後にSi基板を除去してもよい。 Although the laminated film is cut after removing the Si substrate 161 in the seventh embodiment, the laminated film is cut before removing the Si substrate 161 and then the Si substrate is removed. Good.

次に、図34(B)に示すように、上記の積層部の第1の側面に感光性永久レジスト膜172を塗布する。次いで、図35(A)に示すように、感光性永久レジスト膜172を露光、現像することで、永久レジスト膜172a,172bを積層部の第1の側面に形成する。これにより、積層部のPt膜(第4の電極)169の第1の側面は永久レジスト膜172aによって覆われ、積層部のPt膜(第2の電極)165の第1の側面は永久レジスト膜172bによって覆われ、積層部のPt膜(第1の電極)163、Pt膜(第3の電極)167及びPt膜(第5の電極)171それぞれの第1の側面は露出される。 Next, as shown in FIG. 34B, a photosensitive permanent resist film 172 is applied to the first side surface of the above laminated portion. Next, as shown in FIG. 35A, the photosensitive permanent resist film 172 is exposed and developed to form permanent resist films 172a and 172b on the first side surface of the laminated portion. As a result, the first side surface of the Pt film (fourth electrode) 169 of the laminated portion is covered with the permanent resist film 172a, and the first side surface of the Pt film (second electrode) 165 of the laminated portion is the permanent resist film. The first side surfaces of the Pt film (first electrode) 163, the Pt film (third electrode) 167, and the Pt film (fifth electrode) 171 of the stacked portion are covered with the film 172b and are exposed.

この後、図35(B)に示すように、積層部のPt膜(第1の電極)163、Pt膜(第3の電極)167、Pt膜(第5の電極)171の第1の側面及び永久レジスト膜172a,172bの上にPt膜(第6の電極)173を形成する。これにより、Pt膜(第6の電極)173はPt膜(第1の電極)163、Pt膜(第3の電極)167及びPt膜(第5の電極)171それぞれに電気的に接続される。 After that, as shown in FIG. 35B, the first side surface of the Pt film (first electrode) 163, the Pt film (third electrode) 167, and the Pt film (fifth electrode) 171 in the stacked portion. A Pt film (sixth electrode) 173 is formed on the permanent resist films 172a and 172b. As a result, the Pt film (sixth electrode) 173 is electrically connected to the Pt film (first electrode) 163, the Pt film (third electrode) 167, and the Pt film (fifth electrode) 171. ..

次に、図36(A)に示すように、図35(B)の積層部を上下逆に配置し、この積層部の第2の側面に感光性永久レジスト膜174を塗布する。次いで、図36(B)に示すように、感光性永久レジスト膜174を露光、現像することで、永久レジスト膜174a,174b,174cを積層部の第2の側面に形成する。これにより、積層部のPt膜(第1の電極)163の第2の側面は永久レジスト膜174aによって覆われ、積層部のPt膜(第3の電極)167の第2の側面は永久レジスト膜174bによって覆われ、積層部のPt膜(第5の電極)171の第2の側面は永久レジスト膜174cによって覆われる。また、積層部のPt膜(第2の電極)165及びPt膜(第4の電極)169それぞれの第2の側面は露出される。 Next, as shown in FIG. 36(A), the laminated portion of FIG. 35(B) is arranged upside down, and a photosensitive permanent resist film 174 is applied to the second side surface of this laminated portion. Next, as shown in FIG. 36B, the photosensitive permanent resist film 174 is exposed and developed to form permanent resist films 174a, 174b, 174c on the second side surface of the laminated portion. As a result, the second side surface of the Pt film (first electrode) 163 of the laminated portion is covered with the permanent resist film 174a, and the second side surface of the Pt film (third electrode) 167 of the laminated portion is the permanent resist film. The second side surface of the Pt film (fifth electrode) 171 in the laminated portion is covered with the permanent resist film 174c. Further, the second side surfaces of the Pt film (second electrode) 165 and the Pt film (fourth electrode) 169 in the laminated portion are exposed.

この後、図36(C)に示すように、積層部のPt膜(第2の電極)165及びPt膜(第4の電極)169それぞれの第2の側面及び永久レジスト膜174a,174b,174cの上にPt膜(第7の電極)175を形成する。これにより、Pt膜(第7の電極)175はPt膜(第2の電極)165及びPt膜(第4の電極)169それぞれに電気的に接続される。このようにして圧電素子を作製することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 36C, the second side surfaces of the Pt film (second electrode) 165 and the Pt film (fourth electrode) 169 of the laminated portion and the permanent resist films 174a, 174b, 174c, respectively. A Pt film (seventh electrode) 175 is formed thereon. As a result, the Pt film (seventh electrode) 175 is electrically connected to the Pt film (second electrode) 165 and the Pt film (fourth electrode) 169, respectively. In this way, the piezoelectric element can be manufactured.

本第7の実施形態においても第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本第7の実施形態の圧電素子は図1に示す圧電素子354に相当する。 Also in the seventh embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. The piezoelectric element of the seventh embodiment corresponds to the piezoelectric element 354 shown in FIG.

なお、本第7の実施形態では、ZrO膜162、第1の電極としてのPt膜163、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164、第2の電極としてのPt膜165、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166、第3の電極としてのPt膜167、3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜168、第4の電極としてのPt膜169、4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜170、第5の電極としてのPt膜171を有する積層部を用いているが、これに限定されるものではなく、以下のように変更して実施することも可能である。 Incidentally, according to the seventh embodiment, ZrO 2 film 162, Pt film 163,1 layer of the first electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164, the Pt film 165,2 layer of the second electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 166, the Pt film 167,3 layer of the third electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 168, Pt film 169,4 layer of the fourth electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 170 , The laminated portion having the Pt film 171 as the fifth electrode is used, but the present invention is not limited to this, and the following modifications can be made.

少なくとも第1の電極としてのPt膜163、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164、第2の電極としてのPt膜165、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166、第3の電極としてのPt膜167を有する積層部を用いることも可能である。その場合、第1の電極としてのPt膜163の第1の側面と第3の電極としてのPt膜167の第1の側面が第6の電極としてのPt膜173によって電気的に接続されるとよい。 Pt film 163,1 layer of the at least a first electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164, the Pt film 165,2 layer of the second electrode (Pb It is also possible to use a laminated portion having a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3−δ film 166 and a Pt film 167 as the third electrode. In that case, if the first side surface of the Pt film 163 serving as the first electrode and the first side surface of the Pt film 167 serving as the third electrode are electrically connected by the Pt film 173 serving as the sixth electrode. Good.

また、第1の電極としてのPt膜163、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164、第2の電極としてのPt膜165、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166、第3の電極としてのPt膜167、3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜168、第4の電極としてのPt膜169を有する積層部を用いることも可能である。その場合、第1の電極としてのPt膜163の第1の側面と第3の電極としてのPt膜167の第1の側面が第6の電極としてのPt膜173によって電気的に接続され、第2の電極としてのPt膜165の第2の側面と第4の電極としてのPt膜169の第2の側面が第7の電極としてのPt膜175によって電気的に接続されるとよい。 Further, Pt film 163,1 layer of the first electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164, Pt film 165,2 th layer as a second electrode ( Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 166, Pt film 167,3 layer of the third electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3- It is also possible to use a laminated portion having the δ film 168 and the Pt film 169 as the fourth electrode. In that case, the first side surface of the Pt film 163 serving as the first electrode and the first side surface of the Pt film 167 serving as the third electrode are electrically connected by the Pt film 173 serving as the sixth electrode. The second side surface of the Pt film 165 serving as the second electrode and the second side surface of the Pt film 169 serving as the fourth electrode may be electrically connected by the Pt film 175 serving as the seventh electrode.

また、図34(A)に示す第5の電極としてのPt膜171上にさらにn層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜及び第(n+3)の電極を繰り返し形成してもよい。この場合、nは5以上の整数である。例えばnが5,6,7の場合、第1の電極としてのPt膜163、1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜164、第2の電極としてのPt膜165、2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜166、第3の電極としてのPt膜167、3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜168、第4の電極としてのPt膜169、4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜170、第5の電極としてのPt膜171、5層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜、第8の電極、6層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜及び第9の電極、7層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜及び第10の電極を有する積層部を用いることになる。その場合、第1の電極としてのPt膜163の第1の側面と第3の電極としてのPt膜167の第1の側面と第5の電極としてのPt膜171の第1の側面と第9の電極の第1の側面とが第6の電極としてのPt膜173によって電気的に接続されるとよい。また、第2の電極としてのPt膜165の第2の側面と第4の電極としてのPt膜169の第2の側面と第8の電極の第2の側面と第10の電極の第2の側面とが第7の電極としてのPt膜175によって電気的に接続されるとよい。 The electrode of the further n-th layer on the Pt film 171 as a fifth electrode shown in FIG. 34 (A) (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film and the (n + 3) May be repeatedly formed. In this case, n is an integer of 5 or more. For example, when n is 5, 6, 7, Pt film 163,1 layer of the first electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164, a second electrode Pt film 165,2 layer of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 166, the Pt film 167,3 layer of the third electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3 -δ film 168, Pt film 169,4 layer of the fourth electrode (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 170, the fifth Pt film 171 as an electrode, fifth layer (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film, eighth electrode, sixth layer (Pb a La b ) (Zr c Ti d Nb) e) O 3-δ film and the ninth electrode, the seventh layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) a laminated portion having a O 3-[delta] film and tenth electrode. In that case, the first side surface of the Pt film 163 as the first electrode, the first side surface of the Pt film 167 as the third electrode, the first side surface of the Pt film 171 as the fifth electrode, and the ninth side surface. The first side surface of the electrode may be electrically connected by the Pt film 173 serving as the sixth electrode. Further, the second side surface of the Pt film 165 serving as the second electrode, the second side surface of the Pt film 169 serving as the fourth electrode, the second side surface of the eighth electrode, and the second side surface of the tenth electrode. The side surface may be electrically connected by the Pt film 175 serving as the seventh electrode.

なお、上述した第1の実施形態〜第7の実施形態を適宜組合せて実施してもよい。 In addition, you may implement combining the 1st Embodiment-7th Embodiment mentioned above suitably.

(実施例1)
実施例1のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
(Example 1)
The method for producing the sample of Example 1 is as follows.

表面に自然酸化膜が付いている、(100)に配向したSi単結晶基板上に、最初に表1の(1)の左側の条件(10secの成膜時間、Zrの蒸着源)でZrのみを蒸着し、そのまま続けて表1の(1)の右側の条件により、Zr蒸着と同時に、基板に向けてO(酸素)を供給しながら170secの成膜時間で蒸着を行った。このようにして真空蒸着法で総膜厚15nmのZrO(100)/Si(100)基板を形成した。 On a (100)-oriented Si single crystal substrate with a natural oxide film on the surface, first only Zr under the conditions on the left side of (1) in Table 1 (film formation time of 10 sec, evaporation source of Zr) Under the conditions shown on the right side of (1) in Table 1, simultaneously with Zr vapor deposition, vapor deposition was performed for 170 sec while supplying O 2 (oxygen) toward the substrate. Thus, a ZrO 2 (100)/Si(100) substrate having a total film thickness of 15 nm was formed by the vacuum evaporation method.

続けて、表1の(2)の条件でFeのみを蒸着し、さらに続けて表1の(3)の条件でPtのみを蒸着した。これにより、Fe0.5−Pt0.5/ZrO構造を作製した。 Subsequently, only Fe was vapor-deposited under the condition (2) in Table 1, and then only Pt was vapor-deposited under the condition (3) in Table 1. Thus, to produce a Fe 0.5 -Pt 0.5 / ZrO 2 structure.

図37は、実施例1のサンプルのXRD(X-Ray Diffraction)パターンである。図37から分かるように、(100)及び(001)に配向した厚さ150nmの磁性金属として知られるFe0.5−Pt0.5合金が形成できた。 FIG. 37 is an XRD (X-Ray Diffraction) pattern of the sample of Example 1. As can be seen from FIG. 37, an Fe 0.5 -Pt 0.5 alloy known as a magnetic metal having a thickness of 150 nm and oriented in (100) and (001) could be formed.

Figure 0006737994
Figure 0006737994

(実施例2)
実施例2のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
(Example 2)
The method for producing the sample of Example 2 is as follows.

表面に自然酸化膜が付いている、(100)に配向したSi単結晶基板上に、最初に表2の(1)の左側の条件(10secの成膜時間、Zrの蒸着源)でZrのみを蒸着し、そのまま続けて表2の(1)の右側の条件により、Zr蒸着と同時に、基板に向けてO(酸素)を供給しながら170secの成膜時間で蒸着を行った。このようにして真空蒸着法で総膜厚15nmのZrO(100)/Si(100)基板を形成した。 On a (100)-oriented Si single crystal substrate with a natural oxide film on the surface, first, only Zr under the conditions on the left side of (1) in Table 2 (film formation time of 10 sec, evaporation source of Zr) Under the conditions on the right side of (1) in Table 2, simultaneously with Zr vapor deposition, vapor deposition was performed for 170 sec while supplying O 2 (oxygen) toward the substrate. Thus, a ZrO 2 (100)/Si(100) substrate having a total film thickness of 15 nm was formed by the vacuum evaporation method.

続けて、重量比1:1(25g:25g)で混合したFe−Pt浴を用い、表2の(2)の条件でFe−Ptを蒸着した。これにより、Fe0.96−Pt0.04/ZrO構造を作製した。 Then, Fe-Pt was vapor-deposited under the condition (2) in Table 2 using the Fe-Pt bath mixed in a weight ratio of 1:1 (25 g:25 g). Thus, to produce a Fe 0.96 -Pt 0.04 / ZrO 2 structure.

図38及び図39は、実施例2のサンプルのXRDパターンである。図38及び図39に示すように、Fe0.96−Pt0.04の強い単一ピークが得られ、そのピークはFe(200)とごく近い位置に現れていた。Fe0.96−Pt0.04の格子定数は、2.8オングストロームであり、Fe原子の格子定数2.88オングストロームと非常に近いものであった。 38 and 39 are XRD patterns of the sample of Example 2. As shown in FIGS. 38 and 39, a strong single peak of Fe 0.96 -Pt 0.04 was obtained, and the peak appeared at a position very close to that of Fe (200). The lattice constant of Fe 0.96- Pt 0.04 was 2.8 Å, which was very close to the lattice constant of Fe atoms of 2.88 Å.

次に、XRF(X-Ray-Fluorescence)(リガク社AZX400)により、実施例2のサンプルの膜厚及び組成分析を行ったところ、表3のような結果が得られた。これにより、実施例2で得られたサンプルは、Fe0.96Pt0.04合金(200)であることが分かった。 Next, when the film thickness and composition of the sample of Example 2 were analyzed by XRF (X-Ray-Fluorescence) (AZX400 manufactured by Rigaku Corporation), the results shown in Table 3 were obtained. From this, it was found that the sample obtained in Example 2 was the Fe 0.96 Pt 0.04 alloy (200).

Figure 0006737994
Figure 0006737994

Figure 0006737994
Figure 0006737994

(実施例3〜実施例5)
図18に示すスパッタリング装置を用い、表4に示すスパッタ条件で基板上にPZT膜を成膜することで、実施例3(本発明5μm)のサンプル、実施例4(本発明10μm)のサンプル、実施例5(本発明20μm)のサンプル及び比較例1(従来例)のサンプルを作製した。ここでの基板は、Si基板上にZrO膜を蒸着法により形成し、このZrO膜上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるPt膜を下部電極として形成したものを用いた。
(Examples 3 to 5)
By using the sputtering apparatus shown in FIG. 18 to form a PZT film on a substrate under the sputtering conditions shown in Table 4, a sample of Example 3 (present invention 5 μm), a sample of Example 4 (present invention 10 μm), A sample of Example 5 (the present invention 20 μm) and a sample of Comparative Example 1 (conventional example) were prepared. The substrate used here was a Si substrate on which a ZrO 2 film was formed by vapor deposition, and a Pt film formed by epitaxial growth on the ZrO 2 film as a lower electrode by sputtering.

Figure 0006737994
Figure 0006737994

実施例3〜実施例5及び比較例1それぞれのサンプルを作製する際のスパッタリングターゲットの組成とサンプルの組成は以下のとおりである。 The composition of the sputtering target and the composition of the sample when producing the samples of Examples 3 to 5 and Comparative Example 1 are as follows.

<スパッタリングターゲットの組成>
実施例3(本発明5μm):Pb/Zr/Ti=130/58/42
実施例4(本発明10μm):Pb/Zr/Ti=130/58/42
実施例5(本発明20μm):Pb/Zr/Ti=130/58/42
比較例1(従来例):Pb/Zr/Ti=130/58/42
<Composition of sputtering target>
Example 3 (Invention 5 μm): Pb/Zr/Ti=130/58/42
Example 4 (Invention 10 μm): Pb/Zr/Ti=130/58/42
Example 5 (20 μm of the present invention): Pb/Zr/Ti=130/58/42
Comparative example 1 (conventional example): Pb/Zr/Ti=130/58/42

<サンプルの組成>
実施例3(本発明5μm):Pb/Zr/Ti=109/55/45
実施例4(本発明10μm):Pb/Zr/Ti=105/55/45
実施例5(本発明20μm):Pb/Zr/Ti=102/55/45
比較例1(従来例):Pb/Zr/Ti=98/55/45
<Sample composition>
Example 3 (Invention 5 μm): Pb/Zr/Ti=109/55/45
Example 4 (Invention 10 μm): Pb/Zr/Ti=105/55/45
Example 5 (Invention 20 μm): Pb/Zr/Ti=102/55/45
Comparative example 1 (conventional example): Pb/Zr/Ti=98/55/45

成膜前のスパッタリングターゲットの表面抵抗値と、成膜後のスパッタリングターゲットの表面抵抗値を、強誘電体測定システムにあたる絶縁抵抗測定器(MODEL:ADC5450 (Ultra High Resistance Meter))を使用し、プローブ間距離を5mmとし、測定電圧を10Vとして測定した。測定結果は以下のとおりである。 The surface resistance value of the sputtering target before film formation and the surface resistance value of the sputtering target after film formation are probed using an insulation resistance measuring device (MODEL: ADC5450 (Ultra High Resistance Meter)) which is a ferroelectric measurement system. The distance was 5 mm and the measurement voltage was 10 V. The measurement results are as follows.

<成膜前のスパッタリングターゲットの表面抵抗値>
スパッタリングターゲットの中央部:2.03×1011Ω・cm
スパッタリングターゲットの中央部と外周部との間:2.10×1011Ω・cm
スパッタリングターゲットの外周部:5.39×1010Ω・cm
<Surface resistance value of sputtering target before film formation>
Center part of sputtering target: 2.03×10 11 Ω·cm
Between the central part and the outer peripheral part of the sputtering target: 2.10×10 11 Ω·cm
Outer periphery of sputtering target: 5.39×10 10 Ω·cm

<成膜後のスパッタリングターゲットの表面抵抗値>
スパッタリングターゲットの中央部:4.95×1011Ω・cm
スパッタリングターゲットの中央部と外周部との間:1.45×1012Ω・cm
スパッタリングターゲットの外周部:3.49×1011Ω・cm
<Surface resistance value of sputtering target after film formation>
Center part of sputtering target: 4.95×10 11 Ω·cm
Between the central part and the outer peripheral part of the sputtering target: 1.45×10 12 Ω·cm
Outer part of sputtering target: 3.49×10 11 Ω·cm

図40(A)は、実施例3のサンプルをFIB(Focused Ion Beam)で断面観察した像であり、図40(B)は、実施例4のサンプルをFIBで断面観察した像である。実施例3のPZT膜の膜厚は5.18μmであり、実施例4のPZT膜の膜厚は9.99μmであった。これらの膜厚はTilt補正値である。このTilt補正が必要な理由は以下のようである。(1)FIBで切削を繰り返すと観察像に視野ズレが生じる。SEM(Scanning Electron Microscope)像の中心から切削領域がずれていくため補正が必要となる。(2)FIB切削面は観察の光軸に対して垂直にはならない。傾斜した面を見ているために、画像中で縦横スケールが異なり補正が必要である。以上の理由より、Tilt角度を補正してそれを実測長さと補正が必要となる。 FIG. 40(A) is an image obtained by observing the cross section of the sample of Example 3 with a FIB (Focused Ion Beam), and FIG. 40(B) is an image of observing the cross section of the sample of Example 4 with a FIB. The film thickness of the PZT film of Example 3 was 5.18 μm, and the film thickness of the PZT film of Example 4 was 9.99 μm. These film thicknesses are Tilt correction values. The reason why this Tilt correction is necessary is as follows. (1) When cutting is repeated with FIB, the observation image has a visual field shift. Correction is necessary because the cutting area deviates from the center of the SEM (Scanning Electron Microscope) image. (2) The FIB cutting surface is not perpendicular to the observation optical axis. Since the sloping surface is viewed, the vertical and horizontal scales in the image are different and correction is necessary. For the above reason, it is necessary to correct the Tilt angle and correct it with the actually measured length.

図41は、実施例3のPZT膜及び実施例4のPZT膜のXRDチャートであり、実施例3のPZT膜及び実施例4のPZT膜の結晶性をXRD(X-Ray Diffraction)で評価した結果を示す図である。PZT膜のXRDの(002)のピーク値は、Pt膜のXRDの(200)のピーク値より高くなる。これは、PZT膜の膜厚が5μm以上であるためである。 41 is an XRD chart of the PZT film of Example 3 and the PZT film of Example 4, and the crystallinity of the PZT film of Example 3 and the PZT film of Example 4 was evaluated by XRD (X-Ray Diffraction). It is a figure which shows a result. The (002) peak value of the XRD of the PZT film is higher than the (200) peak value of the XRD of the Pt film. This is because the thickness of the PZT film is 5 μm or more.

実施例3〜実施例5及び比較例1それぞれのサンプルに対して広域逆格子マッピングを行った。逆格子マップのイメージは図42に示す。 Wide area reciprocal lattice mapping was performed on each of the samples of Examples 3 to 5 and Comparative Example 1. An image of the reciprocal lattice map is shown in FIG.

本実施例のXRDデータは、リガク社製全自動水平型多目的X線回折装置SmartLabを用いており、かつ、広域逆格子マッピングはSmartLabにハイブリッド型多次元ピクセル検出器HyPix-3000を取り付けて測定を行った。 The XRD data of this example uses a fully automatic horizontal multipurpose X-ray diffractometer SmartLab manufactured by Rigaku Corporation, and for wide area reciprocal lattice mapping, a hybrid multidimensional pixel detector HyPix-3000 is attached to the SmartLab for measurement. went.

図43は、結晶格子面(hkl)の逆格子ベクトルと逆格子点を説明する図である。図44は、X線回折条件のベクトル表記を説明する図である。
・逆格子ベクトル(ghkl
大きさ:(hkl)面のd値の逆数
方向:(hkl)面の法線方向
・逆格子マッピング
逆格子点の逆空間上での広がりを測定する。
逆格子点:逆格子ベクトルの先端
・回折を起こす条件
散乱ベクトル:K=k−k
(散乱ベクトルK)=(逆格子ベクトルghkl
・逆格子マップ測定
散乱ベクトルKを走査し、逆格子点の二次元分布を測定する。
予め結晶構造情報を元に逆格子シミュレーションをしておき、実測値と比較する。逆格子マップは下記のqとq式でプロットしたものである。
FIG. 43 is a diagram for explaining reciprocal lattice vectors and reciprocal lattice points on the crystal lattice plane (hkl). FIG. 44 is a diagram illustrating vector notation of X-ray diffraction conditions.
Reciprocal lattice vector ( ghkl )
Size: Reciprocal of d value of (hkl) plane Direction: Normal direction of (hkl) plane/reciprocal lattice mapping The spread of reciprocal lattice points in reciprocal space is measured.
Reciprocal lattice point: Tip of reciprocal lattice vector, condition for causing diffraction Scatter vector: K=k−k 0
(Scattering vector K)=(reciprocal lattice vector g hkl ).
-Reciprocal lattice map measurement The scattering vector K is scanned and the two-dimensional distribution of reciprocal lattice points is measured.
A reciprocal lattice simulation is performed in advance based on the crystal structure information and compared with the actually measured value. The reciprocal lattice map is plotted by the following q x and q z equations.

Figure 0006737994
Figure 0006737994

2θを10−120°、Ωを10−90°、Χを0°,30°,60°,90°の4段階、Φを0°と45°で2面測定した。Φ=0°(//Si110)、Φ=45°(//Si100)、各サンプルΦ=0°,45°の2通りを測定した。 2θ was 10-120°, Ω was 10-90°, Χ was measured in four stages of 0°, 30°, 60° and 90°, and Φ was measured in two planes at 0° and 45°. Two measurements of Φ=0° (//Si110), Φ=45° (//Si100), and each sample Φ=0° and 45° were measured.

従来のθ−2θ測定の場合、基板を水平に固定して、X線を照射し測定を行う(図45(A)参照)。 In the case of the conventional θ-2θ measurement, the substrate is fixed horizontally, and X-ray irradiation is performed (see FIG. 45A).

θ−2θ測定をω軸(試料の回転軸)、χ軸(煽り操作軸)を走査しながら測定する。またφ軸(面内回転軸)を0°と45°2点で測定した。θ−2θ/ω軸走査測定後、q vs.qプロットしたものが逆格子マッピングであり、同時に何段階かχ軸走査しながら、逆格子マッピングし全てを一面に重ねることで、ドメインの異なる成分を測定し、真の配向度の優劣を知る(図45(B),(C)参照)。 The θ-2θ measurement is performed while scanning the ω axis (rotational axis of the sample) and the χ axis (tilt operation axis). The φ axis (in-plane rotation axis) was measured at two points of 0° and 45°. After the θ-2θ/ω axis scanning measurement, q z vs. The q x plot is the reciprocal lattice mapping, and the reciprocal lattice mapping is performed at the same time while performing several steps of χ axis scanning, and all are overlaid on one surface to measure different components of the domain, and to know the superiority or inferiority of the true orientation degree. (See FIGS. 45B and 45C).

リガク社製ソフトSmartLab Guidanceを用い、図46のように、既知のPZT結晶構造情報を元に逆格子点の配置を予め、シミュレートしておき、実測値と重ね合わせることで、膜状態の解析を行った。 Using Rigaku's software SmartLab Guidance, the arrangement of reciprocal lattice points is simulated in advance based on the known PZT crystal structure information as shown in FIG. I went.

図47は、PZT単結晶の逆格子シミュレーション結果である。 FIG. 47 shows the reciprocal lattice simulation result of the PZT single crystal.

図48(A),(B)は、実施例3(本発明5μm)及び実施例4(本発明10μm)それぞれのサンプルを逆格子マップ測定した結果である。これらの図に示すとおり、PZT単結晶の逆格子点計算値(×点)と完全に一致し、実施例3及び実施例4のPZT膜は良好な単結晶膜であることが分かる。 48(A) and (B) are the results of reciprocal lattice map measurement of the samples of Example 3 (present invention 5 μm) and Example 4 (present invention 10 μm). As shown in these figures, it is found that the calculated values (x points) of the reciprocal lattice points of the PZT single crystal completely match, and that the PZT films of Example 3 and Example 4 are good single crystal films.

表4に示すように、従来例では、パルスを用いずに高周波の連続波を用いたため、1800W以上(10W/cm以上)に出力を上げると、アークが発生して、プラズマが異常放電してスパッタリング装置が止まってしまうため、1800W以上に出力を上げることができなかった。これに対し、実施例3(本発明5μm)、実施例4(本発明10μm)及び実施例5(本発明20μm)では、スパッタリングターゲットに13.56MHzの高周波出力を、5kHzのパルス周波数(1/5msの周期)で90%のDUTY比のパルス状に供給したため、高周波出力がオフ状態の時にスパッタリングターゲット上にプラズマが立っていない時間ができ、その結果、短時間の成膜で膜厚が厚いPZT膜を容易に成膜することができた。 As shown in Table 4, in the conventional example, since a high frequency continuous wave was used without using a pulse, when the output was increased to 1800 W or more (10 W/cm 2 or more), an arc was generated and plasma was abnormally discharged. As a result, the sputtering device stopped, and the output could not be increased above 1800W. On the other hand, in Example 3 (the present invention 5 μm), Example 4 (the present invention 10 μm) and Example 5 (the present invention 20 μm), a high frequency output of 13.56 MHz was applied to the sputtering target at a pulse frequency of 5 kHz (1/ Since it was supplied in a pulse shape with a DUTY ratio of 90% at a cycle of 5 ms, there was a time when plasma was not standing on the sputtering target when the high frequency output was in the off state, and as a result, the film thickness was thick in a short time. The PZT film could be easily formed.

図49(A)は、実施例3(本発明5μm)、実施例4(本発明10μm)及び実施例5(本発明20μm)それぞれの強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図49(B)は、実施例3〜実施例5それぞれの圧電バタフライ曲線を示す図である。 49(A) is a diagram showing ferroelectric hysteresis curves of Example 3 (present invention 5 μm), Example 4 (present invention 10 μm) and Example 5 (present invention 20 μm), and FIG. 10] is a diagram showing piezoelectric butterfly curves of Examples 3 to 5. [FIG.

図49(A),(B)に示すように、PZT膜の膜厚に比例した強誘電性と圧電性が得られることが確認できた。また、膜厚が20μmの実施例5のサンプルでは、87Vという非常に大きな抗電圧Vcが得られた。また、実施例5のPZT膜のキュリー温度Tcを測定したところ、Tc=390℃であった。 As shown in FIGS. 49A and 49B, it was confirmed that ferroelectricity and piezoelectricity proportional to the film thickness of the PZT film were obtained. In the sample of Example 5 having a film thickness of 20 μm, a very large coercive voltage Vc of 87 V was obtained. Moreover, when the Curie temperature Tc of the PZT film of Example 5 was measured, it was Tc=390° C.

図50(A)は、比較例2(K148)の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図50(B)は比較例2(K148)の圧電バタフライ曲線を示す図である。図51(A)は、比較例3(K129)の強誘電性ヒステリシス曲線を示す図であり、図51(B)は比較例3(K129)の圧電バタフライ曲線を示す図である。 50(A) is a diagram showing a ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 2 (K148), and FIG. 50(B) is a diagram showing a piezoelectric butterfly curve of Comparative Example 2 (K148). FIG. 51(A) is a diagram showing a ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 3 (K129), and FIG. 51(B) is a diagram showing a piezoelectric butterfly curve of Comparative Example 3 (K129).

比較例2(K148)及び比較例3(K129)は、リードテクノ株式会社製のバルクの圧電素子である。この圧電素子の形状は、直径φ8mm×厚さ約0.5mm(500μm)の円盤状である。比較例2(K148)及び比較例3(K129)の圧電素子として、一般的に用いられるハード系PZT(K148)と変位量に拘ったソフト系PZT(K129)を比較した。 Comparative example 2 (K148) and comparative example 3 (K129) are bulk piezoelectric elements manufactured by Reed Techno Co., Ltd. The piezoelectric element has a disk shape with a diameter of 8 mm and a thickness of about 0.5 mm (500 μm). As a piezoelectric element of Comparative Example 2 (K148) and Comparative Example 3 (K129), a hard system PZT (K148) generally used and a soft system PZT (K129) depending on the displacement amount were compared.

先ずカタログ値の転移温度としてのキュリー温度(Tc)、圧電定数d33(pC/N)及び比誘電率εrは、以下のようであった。
K129のTc: 145℃
K129のd33: 720
K129のεr: 8100
K148のTc: 280℃
K148のd33: 530
K148のεr: 2400
First, the Curie temperature (Tc) as the transition temperature of the catalog value, the piezoelectric constant d33 (pC/N), and the relative permittivity εr were as follows.
Tc of K129: 145°C
D129 of K129: 720
Εr of K129: 8100
Tc of K148: 280°C
D33 of K148: 530
Εr of K148: 2400

一般的なK148と異なり、圧電変位に拘ったK129はNiやNb等の元素が添加してあり、比誘電率が8000以上と大きく、これに伴って圧電変位が大きく取れ、アクチュエータ用途に用いられるが、同時にTc=145℃と非常に低く、温度特性が悪いため、所要箇所が限られる。 Unlike general K148, K129, which is concerned with piezoelectric displacement, has elements such as Ni and Nb added, and has a large relative permittivity of 8000 or more, and accordingly, a large piezoelectric displacement can be obtained, which is used for actuator applications. However, at the same time, Tc=145° C., which is extremely low, and the temperature characteristics are poor, so that the required locations are limited.

一般的バルクK148の場合、センサ用途に最適なバタフライ形状をしているが(図50(B)参照)、バルクK148の抗電界Ec=11.42kV/cmを、本発明の実施例と比較するため、20μm当たりに変換すると、抗電界Ec=11.42kV/cmは22.84V/20μmとなり、抗電圧Vc=22.84Vと非常に低い。アクチュエータ用K129の場合は、抗電界Ec=5.7kV/cmは11.4V/20μmとなり、抗電圧Vcが11.4Vとさらに低く、かつTc=145℃とこちらも低いため、デバイス加工時のリフロー等の熱処理(一般に280℃前後)時に、簡単に減分極を起こし、圧電性を失ってしまうというバルク共通の課題があった。 In the case of the general bulk K148, the butterfly shape is optimal for sensor applications (see FIG. 50(B)), but the coercive electric field Ec=11.42 kV/cm of the bulk K148 is compared with the embodiment of the present invention. Therefore, when converted per 20 μm, the coercive electric field Ec=11.42 kV/cm becomes 22.84 V/20 μm, which is a very low coercive voltage Vc=22.84 V. In the case of the actuator K129, the coercive electric field Ec=5.7 kV/cm is 11.4 V/20 μm, the coercive voltage Vc is even lower at 11.4 V, and Tc=145° C. is also low. There is a common problem in bulk that heat treatment such as reflow (generally around 280° C.) easily causes depolarization and loses piezoelectricity.

これに対し、前述した実施例5(本発明20μm)のPZT単結晶膜のサンプルは、抗電圧Vcが87V/20μmである。また、Tcが300℃以上と高いため、加工時のリフロー温度や静電気等の電位印加が起こっても、全く減分極する心配がない。 On the other hand, the sample of the PZT single crystal film of Example 5 (the present invention 20 μm) described above has a coercive voltage Vc of 87 V/20 μm. Further, since Tc is as high as 300° C. or higher, there is no fear of depolarization at all even when a reflow temperature during processing or a potential application such as static electricity occurs.

PZTバルクによる積層体は、一層当たり20μm程度の厚さの比較例2,3のバルクを積層して形成するが、一層当たりの抗電圧Vcは高くても25V程度である。また、大きな圧電性を引き出そうと、添加剤を多く含み、転移温度としてのキュリー温度Tcが200℃以下となっていることが多い。その結果、積層体が出来上がった時には、脱分極していて、全く圧電動作できないことも多い。これに対し、実施例5(本発明20μm)のサンプルは、抗電圧Vcが87V/20μm、かつ、Tc=390℃(実測値)であり、全く脱分極は生じない。 The PZT bulk laminate is formed by laminating the bulks of Comparative Examples 2 and 3 each having a thickness of about 20 μm, and the coercive voltage Vc per layer is about 25 V at the highest. In addition, in order to bring out a large piezoelectricity, the Curie temperature Tc as a transition temperature is often 200° C. or less because it contains a large amount of an additive. As a result, when the laminated body is completed, it is often depolarized and cannot perform piezoelectric operation at all. On the other hand, in the sample of Example 5 (the present invention 20 μm), the coercive voltage Vc was 87 V/20 μm, and Tc=390° C. (measured value), and depolarization did not occur at all.

次に、実施例5(本発明20μm)のPZT膜のd33評価を行った。詳細には、2mmφの上部Pt上に300gの荷重を数秒掛けて特性評価を行った。d33=1200pC/Nと非常に大きな値であった(図52参照)。バルクの約2倍程度の大きさが容易に得られた。実施例5は純粋なPZTであるため、添加元素等を検討すれば、5〜10倍の値が得られる可能性は非常に高い。 Next, d33 evaluation of the PZT film of Example 5 (the present invention 20 μm) was performed. In detail, the characteristics were evaluated by applying a load of 300 g on the upper Pt of 2 mmφ for several seconds. It was a very large value of d33=1200 pC/N (see FIG. 52). A size about twice that of the bulk was easily obtained. Since Example 5 is pure PZT, it is highly possible that a value of 5 to 10 times will be obtained when the additive elements and the like are examined.

実施例5のサンプル(20μm−PZT膜)のFIB−SEMの断面像は、図53(A),(B)に示すとおりである。図53(B)は図53(A)の拡大像である。 FIB-SEM cross-sectional images of the sample (20 μm-PZT film) of Example 5 are as shown in FIGS. 53(A) and (B). FIG. 53(B) is an enlarged image of FIG. 53(A).

図53によれば、通常の多結晶PZT膜の柱状構造は全く存在せず、非常に良好な単一結晶であることが分かる。しかしながら、ごく一部、他配向領域と思われる領域が見受けられたが、通常のPZT積層バルク体の一層として考えると、圧倒的な圧電性を保持していることは明確であり、ほぼ20μm厚さにおいても、単結晶膜と言って良い圧倒的な圧電厚膜が得られた。 According to FIG. 53, the columnar structure of the ordinary polycrystalline PZT film does not exist at all, and it is a very good single crystal. However, although a region that seems to be another orientation region was found in only a small portion, it is clear that it has an overwhelming piezoelectricity when considered as one layer of a normal PZT laminated bulk body, and it has a thickness of about 20 μm. Also, the overwhelming piezoelectric thick film that can be called a single crystal film was obtained.

図49(A)に示す実施例4(本発明10μm)の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率(εr)、残留分極値(Pr)、抗電圧(Vc)及び抗電界(Ec)は以下のとおりである。また、実施例4のPZT膜のキュリー温度(Tc)を測定したところ、以下のとおりであった。
比誘電率(εr)=約200@1kHz
キュリー温度(Tc)=408℃
残留分極値(Pr)=約40μC/cm
抗電圧(Vc)=44V
抗電界(Ec)=44kV/cm
According to the ferroelectric hysteresis curve of Example 4 (present invention 10 μm) shown in FIG. 49(A), the relative permittivity (εr), remanent polarization value (Pr), coercive voltage (Vc) and coercive electric field (Ec) were obtained. Is as follows. Further, when the Curie temperature (Tc) of the PZT film of Example 4 was measured, it was as follows.
Relative permittivity (εr) = approx. 200 @ 1kHz
Curie temperature (Tc)=408°C
Residual polarization value (Pr)=about 40 μC/cm 2
Coercive voltage (Vc)=44V
Coercive electric field (Ec)=44 kV/cm

図50(A)に示す比較例2(K148)の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率(εr)、残留分極値(Pr)、抗電圧(Vc)及び抗電界(Ec)は以下のとおりである。また、比較例2のPZTバルクのキュリー温度(Tc)を測定したところ、以下のとおりであった。
εr=2400
Tc=280℃
Pr=37.92μC/cm
Ec=11.42kV/cm
Vc=571V@0.5mm(11.42V@10μm)
According to the ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 2 (K148) shown in FIG. 50(A), the relative permittivity (εr), remanent polarization value (Pr), coercive voltage (Vc) and coercive electric field (Ec) are as follows. It is as follows. Further, the Curie temperature (Tc) of the PZT bulk of Comparative Example 2 was measured, and was as follows.
εr=2400
Tc=280°C
Pr=37.92 μC/cm 2
Ec=11.42 kV/cm
Vc=571V@0.5mm (11.42V@10μm)

図51(A)に示す比較例3(K129)の強誘電性ヒステリシス曲線によれば、比誘電率(εr)、残留分極値(Pr)、抗電圧(Vc)及び抗電界(Ec)は以下のとおりである。また、比較例3のPZTバルクのキュリー温度(Tc)を測定したところ、以下のとおりであった。
εr=8100
Tc=145℃
Pr=29.76μC/cm
Vc=275V@0.5mm(Vc=5.5V@10μm)
Ec=5.7kV/cm
According to the ferroelectric hysteresis curve of Comparative Example 3 (K129) shown in FIG. 51(A), the relative permittivity (εr), remanent polarization value (Pr), coercive voltage (Vc) and coercive electric field (Ec) are as follows. It is as follows. Further, when the Curie temperature (Tc) of the PZT bulk of Comparative Example 3 was measured, it was as follows.
εr=8100
Tc=145°C
Pr=29.76 μC/cm 2
Vc=275V@0.5mm (Vc=5.5V@10μm)
Ec=5.7 kV/cm

図54は、実施例4(本発明10μm)のサンプルの比誘電率と誘電損失(tanδ)の温度変化を、周波数を100k,500k,1MHzと変化させて測定した結果を示す図である。 FIG. 54 is a diagram showing the results of measuring the temperature changes of the relative permittivity and the dielectric loss (tan δ) of the sample of Example 4 (the present invention 10 μm) while changing the frequencies to 100 k, 500 k and 1 MHz.

詳細には、インピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジーズ社製,HP4192A)を用いて、測定する10μm−PZTサンプルキャパシタをホットプレート(株式会社 MSAファクトリー社製,PH-210-600型(50〜600℃))上で加熱しながら、比誘電率と誘電損失(tanδ)の温度変化を、周波数を100k,500k,1MHzと変化させて測定した。キュリー温度(転移温度):Tc=390℃、誘電損失:tanδ=約2〜3%であった。 Specifically, an impedance analyzer (HP4192A manufactured by Agilent Technologies) is used to measure a 10 μm-PZT sample capacitor on a hot plate (MSA Factory, PH-210-600 type (50 to 600° C.)). The temperature change of the relative permittivity and the dielectric loss (tan δ) was measured while changing the frequency to 100 k, 500 k, and 1 MHz while heating at. Curie temperature (transition temperature): Tc=390° C., dielectric loss: tan δ=about 2-3%.

(実施例6)
図55は、実施例6のサンプルを示す断面図である。この実施例6のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
(Example 6)
FIG. 55 is a sectional view showing a sample of the sixth embodiment. The method for producing the sample of Example 6 is as follows.

Si基板201上にZrO膜202を蒸着法により形成し、ZrO膜202上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるPt膜203を形成する。次いで、Pt膜203上にSrRuO膜すなわちSRO膜204を、図18に示すスパッタリング装置を用いて表5に示すスパッタ条件で成膜する。この際のスパッタリングターゲットの組成はSr:Ru=1:1.15である。 A ZrO 2 film 202 is formed on the Si substrate 201 by a vapor deposition method, and a Pt film 203 is formed on the ZrO 2 film 202 by sputtering by epitaxial growth. Then, an SrRuO 3 film, that is, an SRO film 204 is formed on the Pt film 203 by using the sputtering apparatus shown in FIG. 18 under the sputtering conditions shown in Table 5. The composition of the sputtering target at this time is Sr:Ru=1:1.15.

次いで、図18に示すスパッタリング装置を用い、表4に示す実施例3(本発明5μm)のスパッタ条件でSRO膜204上に膜厚1μmのPZT膜205を成膜する。但し、ここでのPZT膜205の膜厚は1μmであるため、表4に示す実施例3(本発明5μm)の成膜時間を720sにする。 Next, using the sputtering apparatus shown in FIG. 18, a PZT film 205 having a film thickness of 1 μm is formed on the SRO film 204 under the sputtering conditions of Example 3 (present invention: 5 μm) shown in Table 4. However, since the film thickness of the PZT film 205 here is 1 μm, the film formation time of Example 3 (present invention 5 μm) shown in Table 4 is set to 720 s.

次いで、PZT膜205上にSrRuO膜すなわちSRO膜206を成膜する。この際の成膜条件は上記のSRO膜204の成膜条件と同様である。次いで、SRO膜206上にPt膜207、SRO膜208、膜厚1μmのPZT膜209を順に成膜する。この際、Pt膜207の成膜条件は上記のPt膜203の成膜条件と同様であり、SRO膜208の成膜条件は上記のSRO膜204の成膜条件と同様であり、PZT膜209の成膜条件は上記のPZT膜205の成膜条件と同様である。このようにして図55に示す実施例6のサンプルを作製することができる。 Then, a SrRuO 3 film, that is, an SRO film 206 is formed on the PZT film 205. The film forming conditions at this time are the same as the above-described film forming conditions for the SRO film 204. Then, a Pt film 207, an SRO film 208, and a PZT film 209 having a film thickness of 1 μm are sequentially formed on the SRO film 206. At this time, the film forming conditions for the Pt film 207 are the same as the film forming conditions for the Pt film 203, the film forming conditions for the SRO film 208 are the same as the film forming conditions for the SRO film 204, and the PZT film 209. The film forming conditions of are the same as those of the PZT film 205 described above. In this way, the sample of Example 6 shown in FIG. 55 can be manufactured.

Figure 0006737994
Figure 0006737994

上記の実施例6のサンプルの結晶性をXRDで評価した結果は図56及び図57に示す。図56及び図57は、実施例6のサンプルのXRDパターンである。図56及び図57は、それぞれ異なる角度範囲を示す。また、図56及び図57のそれぞれで、(1)は、1層目PZT(PZT膜205)よりも上の層が形成される前のXRDパターンを示し、(2)は、1層目PZT(PZT膜205)よりも上の層が形成された後のXRDパターンを示す。 The results of evaluating the crystallinity of the sample of Example 6 by XRD are shown in FIGS. 56 and 57. 56 and 57 are XRD patterns of the sample of Example 6. 56 and 57 show different angle ranges. Further, in each of FIG. 56 and FIG. 57, (1) shows an XRD pattern before a layer above the first layer PZT (PZT film 205) is formed, and (2) shows the first layer PZT. 7 shows an XRD pattern after a layer above (PZT film 205) is formed.

図56及び図57のXRDパターンによれば次のことが分かる。 The following can be seen from the XRD patterns of FIGS. 56 and 57.

1層目Pt電極(Pt膜203)と中間Pt電極(Pt膜207)の結晶性を比較すると、1層目Pt電極と比較して、中間Pt電極の場合、Pt(400)ピークの半価幅が若干広く、若干ブロードになってはいるが、中間Pt電極も、エピタキシャル成長していることが分かった。 Comparing the crystallinity of the first layer Pt electrode (Pt film 203) and the intermediate Pt electrode (Pt film 207), in the case of the intermediate Pt electrode, the half-value of the Pt (400) peak was compared to the first layer Pt electrode. It was found that the intermediate Pt electrode was also epitaxially grown although the width was slightly wide and slightly broad.

次に、1層目PZT(PZT膜205)と2層目PZT(PZT膜209)の結晶性を比較すると、1層目PZTと比較して2層目PZTの場合、PZT(004)ピークの半価幅が若干広く、若干ブロードになってはいるが、中間Pt電極を含め、エピタキシャル成長していることが同様に分かった。 Next, comparing the crystallinity of the first layer PZT (PZT film 205) and the second layer PZT (PZT film 209), the PZT (004) peak of the second layer PZT is higher than that of the first layer PZT. Although the half-value width was slightly wide and slightly broad, it was similarly found that epitaxial growth including the intermediate Pt electrode was performed.

(実施例7)
図58は、実施例7のサンプルをFIBで断面観察した像である。この実施例7のサンプルは、図33(C)に示す断面構造と同様である。また、実施例7の作製方法は以下のとおりである。
(Example 7)
FIG. 58 is an image of a cross section of the sample of Example 7 observed by FIB. The sample of Example 7 has the same sectional structure as that shown in FIG. The manufacturing method of Example 7 is as follows.

Si基板上にZrO膜を蒸着法により形成し、ZrO膜上にスパッタリングによってエピタキシャル成長によるPt膜を形成する。次いで、図18に示すスパッタリング装置を用い、表4に示す実施例3(本発明5μm)のスパッタ条件でPt膜上に膜厚1μmのPZT膜を成膜する。但し、ここでのPZT膜の膜厚は1μmであるため、表4に示す実施例3(本発明5μm)の成膜時間を720sにする。 A ZrO 2 film is formed on a Si substrate by a vapor deposition method, and a Pt film formed by epitaxial growth is formed on the ZrO 2 film by sputtering. Then, using the sputtering apparatus shown in FIG. 18, a PZT film having a film thickness of 1 μm is formed on the Pt film under the sputtering conditions of Example 3 (present invention: 5 μm) shown in Table 4. However, since the film thickness of the PZT film here is 1 μm, the film forming time of Example 3 (present invention 5 μm) shown in Table 4 is set to 720 s.

次いで、PZT膜上にPt膜、膜厚1μmのPZT膜を順に成膜する。この際、Pt膜の成膜条件は前記のPt膜の成膜条件と同様であり、PZT膜の成膜条件は前記のPZT膜の成膜条件と同様である。このようにして図33(C)に示す断面構造と同様の実施例7のサンプルを作製することができる。 Then, a Pt film and a PZT film having a film thickness of 1 μm are sequentially formed on the PZT film. At this time, the Pt film forming conditions are the same as the Pt film forming conditions, and the PZT film forming conditions are the same as the PZT film forming conditions. In this way, a sample of Example 7 having the same sectional structure as that shown in FIG. 33C can be manufactured.

なお、上記の第1の実施形態〜第7の実施形態、実施例1〜実施例7を、当業者の通常の創作能力の範囲内で互いに組み合わせて実施することも可能である。 In addition, it is also possible to combine the above-described first to seventh embodiments and Examples 1 to 7 with each other within a range of ordinary creativity of those skilled in the art.

また、上記の実施形態には、基板を含む圧電素子を説明している実施形態があるが、圧電素子を作製した後に基板を除去することで基板を含まない圧電素子を実施することも可能である。 Further, in the above embodiment, there is an embodiment in which a piezoelectric element including a substrate is described, but it is also possible to implement a piezoelectric element that does not include a substrate by removing the substrate after manufacturing the piezoelectric element. is there.

10、10a、10b 圧電素子
11 基板
11a 上面
12 配向膜
12a 拡散層
13 第1の電極
13a、13b 導電膜
14 膜状圧電体
15 第2の電極
15a 永久磁石膜
51 チャンバー
52 基板
53 保持部
54 スパッタリングターゲット
55 ターゲット保持部
56 出力供給機構
57 第1のガス導入源
58 第2のガス導入源
59 真空排気機構
60 磁石
61 回転機構
62 整合器
63 VDC制御部
101、121、141、151、161 Si基板
102、122、142、152、162 ZrO
103、103a、111a、123a、143a、145a 第1の電極
103b、111b、123b、143b、145b 第2の電極
103c、111c、123c、143c、145c 第3の電極
103d 第4の電極
103e 第5の電極
104 第1の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
105、112、133 接着用(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
106、107 電極
123、143、153、163、165、167、169 Pt膜
124 第2の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
132、133a (PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
144、146、154 (PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
164 1層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
166 2層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
168 3層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
170 4層目(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ
171、173、175 Pt膜
172、174 感光性永久レジスト膜
172a、172b、174a、174b、174c 永久レジスト膜
201 Si基板
202 ZrO
203、207 Pt膜
204、206、208 SRO膜
205、209 PZT膜
301 ロータ
302 ステータ
303、304、305、306 永久磁石
351 回転子
352 固定子
353 軸
354 圧電素子
355 電磁石
355a 芯
355b 絶縁電線
10, 10a, 10b Piezoelectric element 11 Substrate 11a Upper surface 12 Alignment film 12a Diffusion layer 13 First electrodes 13a, 13b Conductive film 14 Membrane piezoelectric body 15 Second electrode 15a Permanent magnet film 51 Chamber 52 Substrate 53 Holding part 54 Sputtering Target 55 Target holding unit 56 Output supply mechanism 57 First gas introduction source 58 Second gas introduction source 59 Vacuum exhaust mechanism 60 Magnet 61 Rotation mechanism 62 Matching device 63 VDC control unit 101, 121, 141, 151, 161 Si substrate 102, 122, 142, 152, 162 ZrO 2 film 103, 103a, 111a, 123a, 143a, 145a First electrode 103b, 111b, 123b, 143b, 145b Second electrode 103c, 111c, 123c, 143c, 145c the third electrode 103d fourth electrode 103e fifth electrode 104 first (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 105,112,133 adhesive (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film 106, 107 electrodes 123, 143, 153, 163, 165, 167, 169 Pt film 124 second (Pb a La b ) (Zr c Ti d Nb e )O 3-[delta] film 132,133a (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 144,146,154 (Pb a La b) ( Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 164 first layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 166 second layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 168 third layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 170 fourth layer (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film 171, 173, 175 Pt film 172 174 Photosensitive permanent resist films 172a, 172b, 174a, 174b, 174c Permanent resist film 201 Si substrate 202 ZrO 2 film 203, 207 Pt film 204, 206, 208 SRO film 205, 209 PZT film 301 Rotor 302 Stator 303, 304 , 305, 306 Permanent magnet 351 Rotor 352 Stator 353 Shaft 354 Piezoelectric element 355 Electromagnet 355a Core 355b Insulated wire

Claims (14)

回転子と固定子を有するモータであり、
前記回転子は、リング状のロータと、前記ロータの内側の円周上に配置された第1のN極永久磁石、第1のS極永久磁石、第2のN極永久磁石及び第2のS極永久磁石と、を有し、
前記固定子は、リング状のステータと、前記ステータ上に沿って配置された複数の圧電素子及び複数の電磁石と、を有し、
前記複数の圧電素子それぞれは、第1の電極と第2の電極とに挟まれた圧電体を有する、モータ。
A motor having a rotor and a stator,
The rotor includes a ring-shaped rotor, a first N-pole permanent magnet, a first S-pole permanent magnet, a second N-pole permanent magnet, and a second N-pole permanent magnet arranged on the inner circumference of the rotor. And an S-pole permanent magnet,
The stator includes a ring-shaped stator, a plurality of piezoelectric elements and a plurality of electromagnets arranged along the stator,
The motor, wherein each of the plurality of piezoelectric elements has a piezoelectric body sandwiched between a first electrode and a second electrode.
請求項1に記載のモータにおいて、
前記圧電体は、バルク状圧電体または膜状圧電体である、モータ。
The motor according to claim 1,
The piezoelectric body may be a bulk piezoelectric body or a film piezoelectric body.
請求項2に記載のモータにおいて、
前記第1の電極は、第1の導電膜または第1の強磁性膜であり、
前記第2の電極は、第2の導電膜または第2の強磁性膜である、モータ。
The motor according to claim 2,
The first electrode is a first conductive film or a first ferromagnetic film,
The motor, wherein the second electrode is a second conductive film or a second ferromagnetic film.
請求項2または3に記載のモータにおいて、
前記複数の圧電素子それぞれは、単結晶基板と、前記単結晶基板上に配向して形成された前記第1の電極と、前記第1の電極上に配置された前記膜状圧電体と、前記膜状圧電体上に配置された前記第2の電極と、を有する、モータ。
The motor according to claim 2 or 3,
Each of the plurality of piezoelectric elements includes a single crystal substrate, the first electrode oriented on the single crystal substrate, the film-shaped piezoelectric body disposed on the first electrode, and A second electrode arranged on the film-shaped piezoelectric body.
請求項4に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板と前記第1の電極との間に配置され、前記単結晶基板上に配向して形成された第1の膜を有する、モータ。
The motor according to claim 4,
A motor having a first film disposed between the single crystal substrate and the first electrode and oriented on the single crystal substrate.
請求項5に記載のモータにおいて、
前記単結晶基板は、シリコン基板であり、
前記第1の膜は、シリコンより酸化しやすい金属酸化膜である、モータ。
The motor according to claim 5,
The single crystal substrate is a silicon substrate,
The motor, wherein the first film is a metal oxide film that is more easily oxidized than silicon.
請求項3に記載のモータにおいて、
前記第1及び第2の強磁性膜それぞれは、金属膜である、モータ。
The motor according to claim 3,
The motor, wherein each of the first and second ferromagnetic films is a metal film.
請求項6に記載のモータにおいて、
前記シリコン基板は、(100)面よりなる主面を有し、
前記第1の膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む、モータ。
The motor according to claim 6,
The silicon substrate has a main surface composed of (100) planes,
The motor according to claim 1, wherein the first film has a cubic crystal structure and contains (100)-oriented zirconium oxide.
請求項2乃至8のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
The motor according to any one of claims 2 to 8,
The film-shaped piezoelectric body has a tetragonal crystal structure and includes (001)-oriented lead zirconate titanate.
請求項2乃至8のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、菱面体晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向したチタン酸ジルコン酸鉛を含む、モータ。
The motor according to any one of claims 2 to 8,
The film-shaped piezoelectric body has a rhombohedral crystal structure and includes (100) oriented lead zirconate titanate.
請求項2乃至8のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記膜状圧電体は、膜厚が5μm以上の(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜であり、
a、b、c、d、e及びδは下記の式1〜式7を満たし、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、100以上600以下の比誘電率を有し、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜は、3V以上15V以下の膜厚1μm当たりの抗電圧及び20μC/cm以上50μC/cm以下の残留分極値の少なくとも一方を有する、モータ。
0≦δ≦1 ・・・式1
1.00≦a+b≦1.35 ・・・式2
0≦b≦0.08 ・・・式3
1.00≦c+d+e≦1.1 ・・・式4
0.4≦c≦0.7 ・・・式5
0.3≦d≦0.6 ・・・式6
0≦e≦0.1 ・・・式7
The motor according to any one of claims 2 to 8,
The film-shaped piezoelectric body is a (Pb a La b )(Zr c Ti d Nb e )O 3-δ film having a film thickness of 5 μm or more,
a, b, c, d, e and δ satisfy the following formulas 1 to 7,
Wherein (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film has a specific dielectric constant of 100 or more and 600 or less,
Wherein (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film, the coercive voltage and 20 [mu] C / cm 2 or more 50 .mu.C / cm 2 or less of residual polarization value of 15V per following thickness 1μm or 3V A motor having at least one.
0≦δ≦1 Equation 1
1.00≦a+b≦1.35 Formula 2
0≦b≦0.08 Equation 3
1.00≦c+d+e≦1.1...Equation 4
0.4≦c≦0.7 Equation 5
0.3≦d≦0.6 Formula 6
0≦e≦0.1 Formula 7
請求項11に記載のモータにおいて、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜のXRDの(002)のピーク値は、前記第1の電極のXRDの(200)のピーク値より高い、モータ。
The motor according to claim 11,
The peak value of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film XRD of (002) is higher than the peak value of (200) of XRD of the first electrode, the motor.
請求項12に記載のモータにおいて、
前記第1の電極は、Pt膜よりなる、モータ。
The motor according to claim 12,
The motor, wherein the first electrode comprises a Pt film.
請求項11乃至13のいずれか一項に記載のモータにおいて、
前記(PbLa)(ZrTiNb)O3−δ膜のキュリー温度は、250℃以上420℃以下である、モータ。
The motor according to any one of claims 11 to 13,
The Curie temperature of (Pb a La b) (Zr c Ti d Nb e) O 3-δ film is 250 ° C. or higher 420 ° C. or less, the motor.
JP2016158668A 2016-08-12 2016-08-12 motor Active JP6737994B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016158668A JP6737994B2 (en) 2016-08-12 2016-08-12 motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016158668A JP6737994B2 (en) 2016-08-12 2016-08-12 motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018026980A JP2018026980A (en) 2018-02-15
JP6737994B2 true JP6737994B2 (en) 2020-08-12

Family

ID=61193468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016158668A Active JP6737994B2 (en) 2016-08-12 2016-08-12 motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6737994B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7421710B2 (en) * 2019-04-03 2024-01-25 I-PEX Piezo Solutions株式会社 membrane structure
JP7415425B2 (en) * 2019-10-16 2024-01-17 Tdk株式会社 Laminated thin films and electronic devices
JP7428961B2 (en) * 2019-10-16 2024-02-07 Tdk株式会社 Elements for electronic devices

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4327942B2 (en) * 1999-05-20 2009-09-09 Tdk株式会社 Thin film piezoelectric element
JP4815922B2 (en) * 2005-07-26 2011-11-16 Tdk株式会社 Piezoelectric thin film vibrator, drive device using the same, and piezoelectric motor
JP2009159738A (en) * 2007-12-27 2009-07-16 Hitachi Ltd Permanent magnet synchronous motor
JP2010159842A (en) * 2009-01-09 2010-07-22 Toyohashi Univ Of Technology Magnetic bearing
JP5576246B2 (en) * 2010-01-06 2014-08-20 株式会社神戸製鋼所 Axial gap type brushless motor
JP6155576B2 (en) * 2012-09-03 2017-07-05 セイコーエプソン株式会社 Liquid crystal device and projector
JP6435569B2 (en) * 2014-06-24 2018-12-12 アドバンストマテリアルテクノロジーズ株式会社 Ferroelectric ceramics

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018026980A (en) 2018-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5599203B2 (en) Piezoelectric thin film, piezoelectric element, method for manufacturing piezoelectric element, liquid discharge head, and ultrasonic motor
JP6498821B1 (en) Membrane structure and manufacturing method thereof
JP5853753B2 (en) Perovskite functional multilayer film
JP6814916B2 (en) Method for manufacturing membrane structure, actuator, motor and membrane structure
JP2004158717A (en) Thin-film laminated body, electronic device and actuator using the same, and method for manufacturing the actuator
US11527706B2 (en) Film structure body and method for manufacturing the same
Seog et al. Recent progress in potassium sodium niobate lead-free thin films
JP5790759B2 (en) Ferroelectric thin film and manufacturing method thereof
US10243134B2 (en) Piezoelectric film and piezoelectric ceramics
JP6737994B2 (en) motor
JP2021193738A (en) Film structure and film-forming device
Swain et al. Large magnetoelectric coupling in 0.5 Ba (Zr0. 2Ti0. 8) O3–0.5 (Ba0. 7Ca0. 3) TiO3 film on Ni foil
WO2022168800A1 (en) Laminated structure and method for producing same
JP7307302B2 (en) MEMBRANE STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
Zhou et al. Heterolayered lead zirconate titanate thin films of giant polarization
TWI728988B (en) Piezoelectric film and its manufacturing method, bimorph element, piezoelectric element and its manufacturing method
US20150147587A1 (en) Ferroelectric ceramics and method for manufacturing the same
WO2017018078A1 (en) Sputtering device and insulating film production method
JP2001122698A (en) Oxide electrode thin film
WO2018216227A1 (en) Film structure and method for manufacturing same
JP2021166302A (en) Film forming device and membrane structure
CN109196672A (en) Film structure and its manufacturing method
Tanaka et al. Improvement of piezoelectric properties of epitaxial (K, Na) NbO3 thin films grown on Si substrates
Arai et al. Effects of oxide seeding layers on electrical properties of chemical solution deposition-derived Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–PbTiO3 relaxor thin films
JP2006008503A (en) Lead zirconate titania

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190719

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200423

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: 20200602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6737994

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S303 Written request for registration of pledge or change of pledge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S303 Written request for registration of pledge or change of pledge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S803 Written request for registration of cancellation of provisional registration

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316803

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250