JP6814916B2 - 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法 - Google Patents

膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6814916B2
JP6814916B2 JP2015247387A JP2015247387A JP6814916B2 JP 6814916 B2 JP6814916 B2 JP 6814916B2 JP 2015247387 A JP2015247387 A JP 2015247387A JP 2015247387 A JP2015247387 A JP 2015247387A JP 6814916 B2 JP6814916 B2 JP 6814916B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
permanent magnet
piezoelectric
oriented
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
JP2015247387A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017112306A (ja
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 JP2015247387A priority Critical patent/JP6814916B2/ja
Priority to TW105134435A priority patent/TW201724589A/zh
Priority to US15/373,907 priority patent/US10636957B2/en
Publication of JP2017112306A publication Critical patent/JP2017112306A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6814916B2 publication Critical patent/JP6814916B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • H10N30/706Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/24Devices for sensing torque, or actuated thereby
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/079Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing using intermediate layers, e.g. for growth control
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H10N30/2043Cantilevers, i.e. having one fixed end connected at their free ends, e.g. parallelogram type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • H10N30/706Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings characterised by the underlying bases, e.g. substrates
    • H10N30/708Intermediate layers, e.g. barrier, adhesion or growth control buffer layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides
    • H10N30/8554Lead-zirconium titanate [PZT] based
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/87Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877Conductive materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

本発明は、膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法に関する。
基板と、基板上に形成された圧電膜を有する膜構造体として、シリコン(Si)基板上に、配向膜および導電膜を介してエピタキシャル成長したチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、すなわちPbZrTi1−x(0<x<1)を含む圧電膜を有する膜構造体が知られている。
特開2014−169466号公報(特許文献1)には、配向膜基板において、(100)の結晶面を有するSi基板と、Si基板上にエピタキシャル成長により形成された(100)の配向膜と、配向膜上にエピタキシャル成長により形成された導電膜と、導電膜上に形成されたPZT膜と、を有する技術が開示されている。
また、特開2014−170784号公報(特許文献2)には、配向膜基板において、(100)の結晶面を有するSi基板と、Si基板上にエピタキシャル成長により形成された(100)の配向膜と、配向膜上にエピタキシャル成長により形成された導電膜と、導電膜上に形成されたPZT膜と、を有する技術が開示されている。
このような圧電膜を有する膜構造体を例えばアクチュエータに適用する場合、アクチュエータの変位量および変位速度をさらに増加させるために、膜構造体が受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させることが望ましい。また、圧電膜の圧電定数を増加させることが望ましい。あるいは、圧電膜を有する膜構造体を、逆圧電効果による力以外の力を用いた動力装置に適用する場合、膜構造体が受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させ、かつ、当該逆圧電効果による力以外の力を、圧電効果により検出するため、圧電膜の圧電定数を増加させることが、望ましい。
また、基板上に強磁性の薄膜を形成する場合、その強磁性膜の特性を向上させることが望ましい。
特開2014−169466号公報 特開2014−170784号公報
本発明の一態様は、基板上に形成した強磁性膜の特性を向上させることを課題とする。
また、本発明の一態様は、膜構造体が受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させることができる膜構造体を提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、前記膜構造体を用いたアクチュエータまたはモータを提供することを課題とする。
以下に、本発明の種々の態様について説明する。
[1]単結晶基板と、
前記単結晶基板上に配向して形成された第1の強磁性膜と、
を有する膜構造体。
[2]上記[1]において、
前記単結晶基板と前記第1の強磁性膜との間に配置され、前記単結晶基板上に配向して形成された第1の膜を有する膜構造体。
[3]上記[1]または[2]において、
前記第1の強磁性膜上に形成された圧電膜を有する膜構造体。
[4]第1の強磁性膜と、
前記第1の強磁性膜上に形成された圧電膜と、
を有する膜構造体。
[5]上記[3]または[4]において、
前記圧電膜上に形成された第2の強磁性膜または第2の導電膜を有する膜構造体。
[6]上記[1]において、
前記単結晶基板と前記第1の強磁性膜との間に配置された圧電膜を有する膜構造体。
[7]圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された第1の強磁性膜と、
を有する膜構造体。
[8]上記[6]において、
前記単結晶基板上に配向して形成された第1の膜と、
前記第1の膜上に形成された第1の導電膜と、
を有し、
前記第1の膜及び前記第1の導電膜は、前記単結晶基板と前記圧電膜との間に配置されている膜構造体。
[9]上記[2]または[8]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膜構造体。
[10]上記[1]乃至[9]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は金属膜である膜構造体。
[11]上記[9]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膜構造体。
[12]上記[3]乃至[5]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜と前記圧電膜との間に形成された第1の導電膜を有する膜構造体。
[13]上記[1]乃至[12]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向したニッケルを含む膜構造体。
[14]上記[1]乃至[12]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向したRFe14B(Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種類の元素)を含む膜構造体。
[15]上記[1]乃至[12]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向したRCo(Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種類の元素)を含む膜構造体。
[16]上記[1]乃至[12]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は、鉄とニッケルとコバルトとアルミニウムとの合金を含む膜構造体。
[17]上記[1]乃至[12]のいずれか一項において、
前記第1の強磁性膜は、鉄と白金との合金を含む膜構造体。
[18]上記[3]乃至[8]、[12]のいずれか一項において、
前記圧電膜は、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膜構造体。
[19]上記[3]乃至[8]、[12]のいずれか一項において、
前記圧電膜は、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膜構造体。
[20]上記[8]または[12]において、
前記第1の導電膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した白金を含む膜構造体。
[21]上記[8]または[12]において、
前記第1の導電膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向したルテニウム酸ストロンチウムを含む膜構造体。
[22]上記[3]乃至[8]、[12]、18乃至[21]のいずれか一項に記載の膜構造体と、
前記単結晶基板を挟んで前記圧電膜と反対側に、前記膜構造体から離れて配置された強磁性体と、
前記膜構造体の第1端部と前記強磁性体の第2端部とに接続され、前記第1端部と前記第2端部との間隔を保持する保持部と、
を備えたアクチュエータ。
[23]上記[3]乃至[8]、[12]、18乃至[21]のいずれか一項に記載の膜構造体を備えた回転子または固定子を有するモータ。
[24]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上記[5]または[8]に記載の膜構造体を備えた複数の圧電素子を有するモータ。
[25]単結晶基板上に第1の膜をエピタキシャル成長させ、
前記第1の膜上に第1の強磁性膜をエピタキシャル成長させる膜構造体の製造方法。
[26]上記[25]において、
前記第1の強磁性膜上に圧電膜をエピタキシャル成長させる膜構造体の製造方法。
[27]上記[26]において、
前記圧電膜上に第2の強磁性膜をエピタキシャル成長させる膜構造体の製造方法。
[28]単結晶基板上に第1の膜をエピタキシャル成長させ、
前記第1の膜上に第1の導電膜をエピタキシャル成長させ、
前記第1の導電膜上に圧電膜をエピタキシャル成長させ、
前記圧電膜上に強磁性膜をエピタキシャル成長させる膜構造体の製造方法。
[29]上記[25]乃至[28]のいずれか一項において、
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膜構造体の製造方法。
[30]上記[29]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、前記主面上にエピタキシャル成長しており、
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膜構造体の製造方法。
なお、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。
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、膜構造体の向きを上下逆転させた態様を排除する意味ではない。
本発明の一態様を適用することで、基板上に形成した強磁性膜の特性を向上させることができる。
また、本発明の一態様を適用することで、膜構造体が受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させることができる膜構造体を提供することができる。また、本発明の一態様を適用することで、前記膜構造体を用いたアクチュエータまたはモータを提供することができる。
第1の実施形態の膜構造体の断面図である。 膜構造体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。 第1の実施形態の膜構造体に含まれる圧電膜の分極の電圧依存性を示すグラフである。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの一例を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの一例の動作を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの一例の動作を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの他の例を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの他の例を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの別の例の動作を示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を備えたモータを示す断面図である。 第1の実施形態の膜構造体を有するモータを備えたd自動車を示す図である。 本発明の一態様に係る圧電体素子を模式的に示す断面図である。 本発明の一態様に係る圧電体素子を模式的に示す断面図である。 (A)〜(C)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14(B)に示す固定子の一部を拡大した平面図である。 図15に示す16−16線に沿った断面図である。 図14(C)に示す圧電磁石モータの一部を示す模式図である。 図14(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。 第1の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第1の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第1の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第1の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第1の実施形態の変形例の膜構造体の断面図である。 第1の実施形態の変形例の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第1の実施形態の変形例の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第2の実施形態の膜構造体の断面図である。 第2の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 第2の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。 実施例1のサンプルのXRDパターンである。 実施例2のサンプルのXRDパターンである。 実施例2のサンプルのXRDパターンである。
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。
(第1の実施形態)
<膜構造体>
初めに、本発明の一実施形態である第1の実施形態の膜構造体について説明する。図1は、第1の実施形態の膜構造体の断面図である。
図1に示すように、本第1の実施形態の膜構造体10は、基板11と、所定の面に配向した配向膜(第1の膜ともいう)12と、強磁性膜13(第1の強磁性膜ともいう)と、を有する。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膜(例えばジルコニウムおよ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13は永久磁石膜であってもよい。強磁性膜13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13は配向膜12上に配向して形成されている。強磁性膜13は金属膜であるとよい。
なお、本実施形態では、基板11と、配向膜12と、強磁性膜13を有する膜構造を膜構造体10として説明しているが、基板11と、基板11上に配向して形成された強磁性膜13を有する膜構造を膜構造体としてもよい。
本実施形態によれば、強磁性膜13が配向して形成されているため、強磁性膜13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13が配向すると分極しやすくなるという利点がある。
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軸方向および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軸方向および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。
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。
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。
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。
強磁性膜13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。
好適には、希土類磁石よりなる永久磁石膜13として、Rを希土類元素から選ばれる少なくとも1種類の元素とするとき、RFe14BなどのR−Fe−B系希土類磁石、RCoおよびR(Co,Fe,Cu,Zr)17などのR−Co系希土類磁石、ならびに、RFe17および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13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。
永久磁石膜13がRFe14Bを含むとき、永久磁石膜13は、好適には、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RFe14Bでは、[001]方向に沿った残留磁化が容易に得られるため、(001)配向したRFe14Bは、永久磁石膜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。そのため、永久磁石膜13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。また、RFe14Bとして、NdFe14Bを用いる場合、永久磁石膜13の表面に垂直な残留磁化を、さらに大きくすることができる。
なお、正方晶の結晶構造を有するRFe14Bが(001)配向しているとは、正方晶のミラー指数表示で、RFe14Bの(001)面が、基板11の主面としての上面11aに平行になるように、配向していることを意味する。
永久磁石膜13がRCoを含むとき、永久磁石膜13は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向している。六方晶の結晶構造を有するRCoでは、[0001]方向に沿った残留磁化が容易に得られるため、(11−20)配向したRCoは、永久磁石膜13の表面に平行な磁化を有する垂直磁化膜になりやすいが、このとき、永久磁石膜13の表面に垂直な磁化も、ある程度揃って大きくなる。そのため、永久磁石膜13の表面に垂直な残留磁化を、さらに大きくすることができる。
また、RCoとして、SmCoを用いる場合、永久磁石膜13の表面に垂直な残留磁化を、さらに大きくすることができ、かつ、耐熱性および耐食性を向上させることができる。また、RCoとして、PrCoを用いる場合、永久磁石膜13の表面に垂直な残留磁化を、さらに大きくすることができ、かつ、機械的強度を向上させることができる。
なお、六方晶の結晶構造を有するRCoが(11−20)配向しているとは、六方晶のミラー指数表示で、RCoの(11−20)面が、基板11の主面としての上面11aに平行になるように、配向していることを意味する。
永久磁石膜13がR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含むとき、永久磁石膜13は、好適には、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向している。六方晶の結晶構造を有するR(Co,Fe,Cu,Zr)17では、[0001]方向に沿った残留磁化が容易に得られるため、(11−20)配向したR(Co,Fe,Cu,Zr)17は、永久磁石膜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が、このとき、永久磁石膜13の表面に垂直な磁化も、ある程度揃って大きくなる。そのため、永久磁石膜13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
また、R(Co,Fe,Cu,Zr)17として、SmCo17を用いる場合、永久磁石膜13の表面に垂直な残留磁化を、さらに大きくすることができ、かつ、耐熱性および耐食性を向上させることができる。
なお、六方晶の結晶構造を有するR(Co,Fe,Cu,Zr)17が(11−20)配向するとは、六方晶のミラー指数表示で、R(Co,Fe,Cu,Zr)17の(11−20)面が、基板11の主面に平行になるように、配向していることを意味する。
一方、希土類磁石以外の永久磁石膜として、ニッケル(Ni)磁石、Al−Ni−Co合金などのAl−Ni−Co系磁石、FePt、FePtおよび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。
永久磁石膜13がニッケル(Ni)を含むとき、永久磁石膜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13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
なお、立方晶の結晶構造を有するNiが(100)配向しているとは、立方晶のミラー指数表示で、Niの(100)面({001}面)が、基板11の主面としての上面11aに平行になるように、配向していることを意味する。
永久磁石膜13がAl−Ni−Co合金を含むとき、、すなわち、鉄とニッケルとコバルトとアルミニウムとの合金を含むとき、永久磁石膜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、永久磁石膜13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
永久磁石膜13がFePt、FePtまたはFePtを含むとき、すなわち、鉄と白金との合金を含むとき、永久磁石膜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FePt、FePtまたはFePt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13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
強磁性膜13上にはエピタキシャル成長した圧電膜14が形成されている。なお、本実施形態では、基板11と、配向膜12と、強磁性膜13を有する膜構造を膜構造体10として説明しているが、基板11と、配向膜12と、強磁性膜13と、圧電体膜14を有する膜構造を膜構造体としてもよい。
圧電膜14として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、すなわちPbZrTi1−x(0<x<1)を含む圧電膜14を用いることができる。これにより、圧電膜14の圧電定数を、圧電膜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。
圧電膜14がPZTを含む場合、好適には、圧電膜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およびd31が得られる。そのため、圧電膜14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
圧電膜14がPZTを含む場合、好適には、圧電膜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およびd31が得られる。そのため、圧電膜14の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
また、本第1の実施形態の膜構造体10は、圧電膜14上に形成された導電膜15(第2の導電膜ともいう)を有してもよい。このような場合、強磁性膜13を下部電極とし、導電膜15を上部電極として、強磁性膜13と導電膜15との間に電圧を印加することにより、圧電膜14を歪ませることができる。あるいは、強磁性膜13と導電膜15との間の電圧を測定することにより、圧電膜14の歪み量を検出することができる。
なお、本実施形態では、強磁性膜13を下部電極とし、導電膜15を上部電極としているが、下部電極を導電膜によって形成し、上部電極を強磁性膜によって形成してもよい。別言すれば、本実施形態では、基板11上に配向膜12、強磁性膜(下部電極)13、圧電膜14、導電膜(上部電極)15の順に形成しているが、基板11上に配向膜12、導電膜(下部電極)、圧電膜、強磁性膜(上部電極)の順に形成してもよい。配向膜12、導電膜(下部電極)、圧電膜及び強磁性膜(上部電極)それぞれはエピタキシャル成長して形成されているとよい。
また、本実施形態では、強磁性膜13を下部電極とし、導電膜15を上部電極としているが、下部電極と上部電極をともに強磁性膜によって形成してもよい。別言すれば、本実施形態では、基板11上に配向膜12、強磁性膜(下部電極)13、圧電膜14、導電膜(上部電極)15の順に形成しているが、基板11上に配向膜12、強磁性膜(下部電極)、圧電膜、強磁性膜(上部電極または第2の強磁性膜ともいう)の順に形成してもよい。配向膜12、強磁性膜(下部電極)、圧電膜及び強磁性膜(上部電極)それぞれはエピタキシャル成長して形成されているとよい。
本実施形態によれば、上部電極、及び下部電極の一方或いは両方を強磁性膜で形成することで強誘電体(圧電膜)の圧電性をその強磁性膜の引斥力で補強するだけではなく、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出来る。
図2は、膜構造体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2では、一例として、強磁性膜としての永久磁石膜13がNiを含む場合について、説明する。しかし、永久磁石膜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。
永久磁石膜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、永久磁石膜13に含まれるNiの格子定数、圧電膜14に含まれるPZTの格子定数は、図2の表に示す通りである。
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。
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を含む永久磁石膜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を含む永久磁石膜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、永久磁石膜13の結晶性を向上させることができる。
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を含む圧電膜14を、Niを含む永久磁石膜13上にエピタキシャル成長させることができ、PZTを含む圧電膜14を、Niを含む永久磁石膜13の(100)面上に、(100)配向させることができ、圧電膜14の結晶性を向上させることができる。
このように、本第1の実施形態では、永久磁石膜13および圧電膜14がエピタキシャル成長している。これにより、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、圧電膜14がエピタキシャル成長していない場合に比べ、圧電膜14の圧電定数を増加させることができる。そして、圧電膜14の圧電定数を増加させ、かつ、膜構造体10が受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させることができる。
図3は、第1の実施形態の膜構造体に含まれる圧電膜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3は、P−Vヒステリシス曲線を示すグラフである。また、図3では、本第1の実施形態の膜構造体に含まれる圧電膜14の分極の電圧依存性を、比較例の膜構造体に含まれる圧電膜14の分極の電圧依存性と合わせて示す。比較例の膜構造体に含まれる圧電膜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、比較例の膜構造体に含まれる圧電膜14は、基板11の主面としての上面11aに垂直な方向、および、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。
図3に示すように、本第1の実施形態の膜構造体に含まれる圧電膜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、比較例の膜構造体に含まれる圧電膜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、圧電膜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、圧電膜14の分極が安定化していることを意味する。そして、圧電膜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、圧電膜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。
図示は省略するが、同様に、本第1の実施形態の膜構造体10に含まれる永久磁石膜13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13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13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13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13の残留磁化が劣化せず安定していることを意味する。
なお、永久磁石膜13が外部の回路と電気的に接続され、かつ、導電膜15が外部の回路と電気的に接続された状態で、永久磁石膜13に対する導電膜15の電位を変化させることにより、例えば圧電膜14の分極量の変化に伴って発生する磁界によって永久磁石膜13の磁化を反転させるなど、永久磁石膜13の磁化の方向および大きさを制御することができる。
または、永久磁石膜13が外部の回路から電気的に浮遊し、かつ、導電膜15が外部の回路と電気的に接続された状態で、導電膜15の電位を変化させることにより、例えば永久磁石膜13の磁化を反転させるなど、永久磁石膜13の磁化の方向および大きさを制御することができる。
あるいは、永久磁石膜13の一方の端部から他方の端部に向かって電流を流すことにより、例えば永久磁石膜13の磁化を反転させるなど、永久磁石膜13の磁化の方向および大きさを制御することができる。
<アクチュエータ>
次に、図4〜図9を参照し、本第1の実施形態の膜構造体をアクチュエータに適用した例を説明する。
図4は、第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの一例を示す断面図である。図4に示すアクチュエータは、例えばカメラまたはスマートフォンに含まれるカメラモジュールに設けられたオートフォーカスシステムにおいて、レンズを光軸方向に移動させて焦点位置を調整するためのアクチュエータとして用いられる。
図4に示すアクチュエータ20は、膜構造体21と、強磁性体22と、保持部23と、凸レンズ24と、凸レンズ25と、を備えている。膜構造体21として、本第1の実施形態の膜構造体10を用いることができる。強磁性体22は、膜構造体10に含まれる基板11を挟んで配向膜12と反対側に、膜構造体10から離れて配置されている。保持部23は、膜構造体21の端部21aと、強磁性体22の端部22aとに接続され、端部21aと端部22aとの間隔を保持する。なお、強磁性体22は、導電膜15を挟んで基板11と反対側に配置されていてもよい。
図4に示す例では、膜構造体21および強磁性体22は、基板11の主面に垂直な方向から視た場合、すなわち平面視において、例えば円形形状を有し、保持部23は、膜構造体21の外周部と、強磁性体22の外周部とに接続されている。そのため、保持部23は、平面視において、リング状の形状を有する。膜構造体21の中央部には、膜構造体21を貫通する貫通孔21bが形成されている。貫通孔21bは、平面視において、例えば円形形状を有する。一方、強磁性体22の中央部には、強磁性体を貫通する貫通孔22bが形成されている。貫通孔22bは、平面視において、例えば円形形状を有する。凸レンズ24は、例えば貫通孔21bを塞ぐように、膜構造体10に取り付けられ、凸レンズ25は、例えば貫通孔22bを塞ぐように、強磁性体22に取り付けられている。凸レンズ25の中心は、凸レンズ24の中心と重なっている。
図5および図6は、第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの一例の動作を示す断面図である。
永久磁石膜13と導電膜15との間に、圧電膜14が面内の方向に縮むように、電圧を印加する場合を考える。このとき、図5に示すように、膜構造体21の貫通孔21bと隣り合う部分は、基板11の主面に垂直な方向において、強磁性体22側と反対側に変位するので、凸レンズ24も、基板11の主面に垂直な方向において、凸レンズ24に対して強磁性体22側と反対側に変位し、基板11の主面に垂直な方向における凸レンズ24と凸レンズ25との距離が大きくなる。
その後、永久磁石膜13と導電膜15との間の電圧を0に戻す場合を考える。このとき、図6に示すように、膜構造体21の貫通孔21bと隣り合う部分は、基板11の主面に垂直な方向において、強磁性体22側に戻るので、凸レンズ24も、基板11の主面に垂直な方向において、凸レンズ24に対して強磁性体22側に戻り、基板11の主面に垂直な方向における凸レンズ24と凸レンズ25との距離が小さくなる。
このようにして、凸レンズ24に対して凸レンズ25と反対側から入射して凸レンズ24および凸レンズ25を通過した光26の焦点位置27を、自在に調節することができる。
一方、図4に示す例では、膜構造体21としての膜構造体10は、永久磁石膜13を有するので、永久磁石膜13と強磁性体22との間に磁気吸引力が働く。そのため、膜構造体21の貫通孔21bと隣り合う部分が、強磁性体22側に戻る速度が速くなる。
図7および図8は、第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの他の例を示す断面図である。図7および図8に示すアクチュエータは、例えばハードディスクドライブシステムに含まれ、ディスクにデータの書き込み、消去および読み出しを行う磁気ヘッドを微小距離移動させるためのアクチュエータとして用いられる。
図7に示すように、磁気ヘッド30は、回転体31と、第1アクチュエータ32と、第2アクチュエータ33と、ヘッド34と、を有する。第2アクチュエータ33により磁気ヘッド30が移動可能な範囲は、第1アクチュエータ32により磁気ヘッド30が移動可能な範囲よりも小さい。そのため、第1アクチュエータ32および第2アクチュエータ33は、2段アクチュエータ(Dual Stage Actuator:DSA)である。
回転体31は、ハードディスクドライブシステムに含まれる筐体(図示は省略)に、軸35を回転中心として回転可能に取り付けられている。第1アクチュエータ32は、例えばコイル36を含み、コイル36が発生する磁界の大きさを調節し、磁気ヘッド30の外部に設けられた永久磁石37とコイル36との間に働く磁気吸引力を調節することにより、回転体31を、軸35を回転中心として回転させる。
図7および図8に示すように、第2アクチュエータ33は、腕部としてのアーム38および39と、膜構造体41および42と、強磁性体45と、保持部46と、を備えている。膜構造体41および42は、アーム38上に形成されている。強磁性体45は、アーム39上に形成されている。膜構造体41および42として、本第1の実施形態の膜構造体10を用いることができる。保持部46は、アーム38の端部38aと、アーム39の端部39aとに接続され、端部38aと端部39aとの間隔を保持する。ヘッド34は、アーム38の端部38aと反対側の端部38bと接続されているが、アーム39の端部39aと反対側の端部39bには接続されていない。膜構造体41は、アーム38のうちアーム39側と反対側の部分上に形成され、膜構造体42は、アーム38のうちアーム39側の部分上に形成されている。
なお、第2アクチュエータ33は、腕部としてのアーム40と、膜構造体43および44と、を備えていてもよい。このとき、保持部46は、アーム39の端部39aと、アーム40の端部40aとに接続され、端部39aと端部40aとの間隔を保持する。また、ヘッド34は、アーム40の端部40aと反対側の端部40bと接続されている。膜構造体43は、アーム40のうちアーム39側の部分上に形成され、膜構造体44は、アーム40のうちアーム39側と反対側の部分上に形成されている。膜構造体43および44として、本第1の実施形態の膜構造体10を用いることができる。
図9は、第1の実施形態の膜構造体を備えたアクチュエータの別の例の動作を示す断面図である。
膜構造体41において、永久磁石膜13(図1参照)と導電膜15(図1参照)との間に、圧電膜14(図1参照)が面内の方向に伸びるように、電圧を印加し、膜構造体42において、永久磁石膜13と導電膜15との間に、圧電膜14が面内の方向に縮むように、電圧を印加する場合を考える。このとき、図9に示すように、アーム38の端部38bは、アーム38の主面に平行で、かつ、アーム38からアーム39に向かう方向において、アーム39側に変位し、ヘッド34の先端も、アーム38の主面に平行で、かつ、アーム38からアーム39に向かう方向において、アーム39側に変位する。
なお、第2アクチュエータ33が、腕部としてのアーム40と、膜構造体43および44と、を備えている場合には、膜構造体43において、永久磁石膜13(図1参照)と導電膜15(図1参照)との間に、圧電膜14(図1参照)が面内の方向に延びるように、電圧を印加し、膜構造体43において、永久磁石膜13と導電膜15との間に、圧電膜14が面内の方向に縮むように、電圧を印加する。このとき、図9に示すように、アーム40の端部40bは、アーム40の主面に平行で、かつ、アーム39からアーム40に向かう方向において、アーム39側と反対側に変位する。
その後、膜構造体41および42において、永久磁石膜13と導電膜15との間の電圧を0に戻す場合を考える。このとき、図8に示すように、アーム38の端部38bは、アーム39側と反対側に戻る。なお、アーム40が設けられている場合には、アーム40の端部40bは、アーム39側に戻る。
図7〜図9に示す例では、膜構造体42は、永久磁石膜13(図1参照)を有するので、永久磁石膜13(図1参照)と強磁性体45との間に磁気吸引力が働く。また、アーム38とアーム39との間が近づくほど、永久磁石膜13と強磁性体45との間に働く磁気吸引力は、大きくなる。そのため、アーム38の端部38bが、アーム38の主面に平行で、かつ、、アーム38とアーム39に向かう方向において、アーム39側に変位する際に、アーム38のアーム39側に変位する変位量を大きくすることができる。
なお、膜構造体41、43および44は、永久磁石膜13を含まなくてもよい。すなわち、膜構造体41、43および44は、本第1の実施形態の膜構造体10でなくてもよい。
<モータ>
次に、図10および図11を参照し、本第1の実施形態の膜構造体をモータおよび自動車に適用した例を説明する。
図10は、第1の実施形態の膜構造体を備えたモータを示す断面図である。
図10に示すように、モータ50は、回転子51と、固定子52と、を有する。回転子51は、軸53を回転中心として回転可能に設けられており、軸53に垂直な断面形状として、例えば円または多角形の断面形状を有する。固定子52は、回転子51の周りに設けられており、軸53に垂直な断面形状として、例えばリング形状の断面形状を有する。
軸53に垂直な断面において、回転子51の側周面には、例えば時計方向に沿って、膜構造体54と膜構造体55とが、交互に配置されている。膜構造体54および55として、本第1の実施形態の膜構造体10を用いることができる。また、膜構造体54および55の各々に含まれる永久磁石膜13として、垂直磁化膜を用いることができる。一方、膜構造体54に含まれる永久磁石膜13の磁化の方向と、膜構造体55に含まれる永久磁石膜13の磁化の方向とは、逆方向である。これにより、回転子51の側周面には、例えば時計方向に沿って、例えば表面がN極である永久磁石膜13を有する膜構造体54と、例えば表面がS極である永久磁石膜13を有する膜構造体55とが、交互に配置されていることになる。
一方、軸53に垂直な断面において、固定子52の内周面には、例えば時計方向に沿って、電磁石、すなわちコイル56が、互いに間隔を空けて配置されている。
このように、図10に示すモータ50は、回転子51が永久磁石を含む、いわゆる永久磁石モータである。
図10に示すモータ50では、例えば時計方向に沿って、全てのコイル56により発生する磁界の分布であって、固定子52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53を回転中心として回転するように、コイル56に流す電流を周期的に変化させる。そして、軸53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51が回転する。
これに加えて、図10に示すモータ50では、膜構造体54および55に含まれる圧電膜14を圧力センサとして用いることによって、回転子51に印加される応力および振動を検出することができるので、例えばモータ50の回転数およびトルクを精度よく検出することができる。
また、モータ50が高速で回転する場合を考える。このような場合には、膜構造体54および55の各々に含まれる圧電膜14に印加される応力の変化速度が大きくなるため、圧電膜14で圧電効果により発生する電圧の変化を、微分回路を用いて出力することなどにより、検出信号を大きな信号として取り出すことができる。したがって、モータ50の回転数およびトルクの検出精度を向上させることができる。
なお、回転子51の周りに固定子52が設けられている場合には限定されない。したがって、固定子52の周りに回転子51が設けられていてもよい。また、回転子51に膜構造体54および55が設けられ、固定子52にコイル56が設けられている場合には限定されない。したがって、固定子52に膜構造体54および55が設けられ、回転子51にコイル56が設けられていてもよい。
図11は、第1の実施形態の膜構造体を有するモータを備えた自動車を示す図である。
図11に示すように、自動車60は、エンジン61と、モータ62と、発電機63と、動力伝達切替部64と、車輪65と、充放電切替部66と、バッテリー67と、を有する。エンジン61から出力された動力61a、モータ62から出力された動力62a、および、発電機63に入力される動力63aは、動力伝達切替部64を介して、車輪65との間で伝達される。モータ62に入力される電力62b、および、発電機63から出力される電力63bは、充放電切替部66を介して、バッテリー67との間で充電または放電される。あるいは、発電機63から出力された電力63bは、充放電切替部66を介して、電力62bとしてモータ62に入力される。充放電切替部66として、例えばインバータを用いることができる。
このように、図11に示す自動車は、いわゆるハイブリッド自動車である。自動車60が発進する際、または、通常走行している間は、動力伝達切替部64および充放電切替部66の接続状態を切り替え、エンジン61から出力された動力61a、または、バッテリー67からの電力によりモータ62から出力された動力62aが、車輪65に伝達される。あるいは、エンジン61から出力された動力61aが、動力伝達切替部64を介して、動力63aとして発電機63に入力され、発電機63から出力される電力63bが、充放電切替部66を介して、電力62bとしてモータ62に入力され、モータ62から出力された動力62aが、車輪65に伝達されることもある。一方、自動車60が減速する際、または、停止している間は、動力伝達切替部64および充放電切替部66の接続状態を切り替え、車輪65から伝達された動力は、動力62aとしてモータ62に入力され、モータ62が発電機となって出力された電力62bが、充放電切替部66を介して、バッテリー67に充電される。
図11に示す自動車60に含まれるモータ62として、図10に示すモータ50を用いることができる。これにより、モータ62の回転数およびトルクを精度よく検出することができるので、動力伝達切替部64および充放電切替部66を切り替えるタイミングを精度よく制御することができる。そのため、例えば自動車60の燃費および加速性能などの走行性能を向上させることができる。
<磁気シールド構造>
図12は、本発明の一態様に係る圧電体素子を模式的に示す断面図であり、この圧電素子は磁気シールドを有する。基板11上に所定の面に配向した配向膜12が形成されており、この配向膜12上に下部電極(導電膜)13が形成されている。下部電極13及び配向膜12上にエピタキシャル成長した圧電膜14が形成されており、圧電膜14上には当該圧電膜14を覆うように強磁性膜からなる上部電極15が形成されている。
図12の圧電素子によれば、上部電極15を強磁性膜によって形成し、かつ圧電膜14を上部電極15で覆うことにより、圧電素子に磁気シールド効果を持たせることができる。
図13は、本発明の一態様に係る圧電体素子を模式的に示す断面図であり、この圧電素子は磁気シールドを有する。基板11上に所定の面に配向した配向膜12が形成されており、この配向膜12上には強磁性膜13cが形成されている。強磁性膜13c上には絶縁膜12bが形成されており、この絶縁膜12b上には下部電極(導電膜)13が形成されている。下部電極13及び絶縁膜12b上にはエピタキシャル成長した圧電膜14が形成されており、圧電膜14上には当該圧電膜14を覆うように強磁性膜からなる上部電極15が形成されている。
図13の圧電素子によれば、強磁性膜13c上に圧電膜14を形成し、かつ圧電膜14を強磁性膜からなる上部電極15で覆うことにより、圧電素子に磁気シールド効果を持たせることができる。
<圧電磁石モータ>
図14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14(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14(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14(C)は図14(A)に示す回転子と図14(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15は、図14(B)に示す固定子の一部を拡大した平面図である。
図16は、図15に示す16−16線に沿った断面図である。
図14(A)に示すように、回転子151は平面形状が円形状を有し、その回転子151の外周にはリング状のロータ101が配置されている。ロータ101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17参照)。ロータ101の内側にはN極の永久磁石103、S極の永久磁石104、N極の永久磁石105、S極の永久磁石106が交互に円周上に配置されている。これらの永久磁石103〜106として、第1の実施形態による強磁性膜を磁化した永久磁石膜を用いることができる。その場合、N極の永久磁石103,105の磁化の方向と、S極の永久磁石104,106の磁化の方向とは、逆方向である。
図14(B)に示すように、固定子152は平面形状がリング状のステータ102を有し、ステータ102上には複数の圧電素子154がリング形状に沿って配置されている。ステータ102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17参照)。図16に示すように、圧電素子154はシリコン基板111を有し、シリコン基板111上には所定の面に配向した配向膜112が形成されている。配向膜112上には強磁性膜(下部電極)113が形成されており、強磁性膜113上には圧電膜114が形成されている。圧電膜114上には強磁性膜(上部電極)115が形成されており、強磁性膜115は図15に示すように開口部116を備えたパターン形状を有している。このような開口部116を有するのは、強磁性膜115に矢印117の方向または矢印117と逆方向に電流を流すためである。これにより、強磁性膜115は電磁石の役割を果たす。つまり、圧電素子154の各々には電磁石が配置され、その電磁石は互いに間隔を空けて円周上に配置されることになる。なお、強磁性膜115上には図示せぬ保護膜が形成されていてもよい。また、圧電素子154として、本実施形態による膜構造体10を用いることができる。
また、図16では、上部電極115及び下部電極113の両方に強磁性膜を用い、上部電極115に開口部116を備えたパターン形状を有する強磁性膜を用いているが、これに限定されず、上部電極115及び下部電極113の両方に強磁性膜を用い、下部電極113に開口部を備えたパターン形状を有する強磁性膜を用いてもよいし、上部電極115及び下部電極113の一方に開口部を備えたパターン形状を有する強磁性膜を用い、他方に導電膜を用いる構成としてもよい。
図14(C)に示す圧電磁石モータは、図14(A)に示す回転子151上に図14(B)に示す固定子152を重ね合わせて配置されている。回転子151は軸153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17に示すように、圧電素子154上にステータ102が配置され、ステータ102上にロータ101が配置された状態となっている。
このように、図14(C)に示す圧電磁石モータは、回転子151の永久磁石103〜106と固定子152の電磁石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、全ての圧電素子154の強磁性膜115により発生する磁界の分布であって、固定子152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153を回転中心として回転するように、強磁性膜115に流す電流を周期的に変化させる。そして、軸153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151が回転する。このように永久磁石モータが動作する。なお、強磁性膜115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。
これに加えて、図14(C)に示す圧電磁石モータでは、圧電素子154に含まれる圧電膜114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151を回転させることができる。詳細には、図16に示す圧電素子154の上部電極115と下部電極113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18に示すように、圧電素子154を膨張または収縮させる。それにより、ステータ102が膨張または収縮することで、ロータ101の凹凸構造の櫛歯部分にステータ102の凹凸部構造の櫛歯部分が噛み合いながらロータ101を移動させ、その結果、回転子151を図14(C)に示す軸153を回転中心として回転させることができる(図17参照)。なお、図17及び図18は、図14(C)の一部を詳細に示しているため、ロータ101及びステータ102を直線的に形成した図となっているが、図14(C)に示すようにロータ101及びステータ102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。
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、種々の用途の使用できるモータを実現することができる。
さらに詳細に説明する。
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。
超音波モータがどのように動作するのかを説明する。
まず図14(B)のように円形のステータ102と呼ばれる金属板の平面上に、等間隔に圧電素子154を貼り付け、図18の上図のように圧電素子154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+、および、−の電位を交互に与える(正弦波)と、図18の下図のように圧電素子154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。
このステータ102上の櫛歯に接するように、図17及び図14(C)のようにロータ101を設置する。ロータ101の中心部には回転軸153が設置されている。ロータ101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。
<膜構造体の製造方法>
次に、図19〜図22を参照し、本第1の実施形態の膜構造体の製造方法を説明する。図19〜図22は、第1の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
まず、図19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。
次に、図20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。
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。
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。
図1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。
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1参照)およびY軸方向(図1参照)とし、上面11aに垂直な方向をZ軸方向(図1参照)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軸方向およびZ軸方向のいずれの方向にも配向することが好ましい。
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。
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0.2〜30nm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。
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。
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。
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。
次に、図21に示すように、配向膜12上に、永久磁石膜13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13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。
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13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13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13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13が結晶化する温度範囲の下限値未満とし、永久磁石膜13を成膜した後、成膜された永久磁石膜13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13を結晶化させてもよい。
また、成膜時の基板11の温度を、永久磁石膜13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13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13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。
永久磁石膜13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。
好適には、希土類磁石よりなる永久磁石膜13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およびR(Co,Fe,Cu,Zr)17などのR−Co系希土類磁石、ならびに、RFe17および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13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。
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。
永久磁石膜13がRFe14Bを含むとき、前述したように、永久磁石膜13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、永久磁石膜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、永久磁石膜13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
永久磁石膜13がRCoを含むとき、前述したように、永久磁石膜13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13の表面に平行な磁化を有する垂直磁化膜になりやすいが、永久磁石膜13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13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
永久磁石膜13がR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含むとき、前述したように、永久磁石膜13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13の表面に平行な磁化を有する垂直磁化膜になりやすいが、永久磁石膜13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13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
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および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。
永久磁石膜13がNiを含むとき、前述したように、永久磁石膜13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13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
永久磁石膜13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13を形成した後に基板11を熱処理する場合、永久磁石膜13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。
なお、永久磁石膜13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および永久磁石膜13の成膜条件によって、永久磁石膜13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13の結晶の対称性や配向方向を変更することができる。
そのため、永久磁石膜13がRFe14Bを含む場合、永久磁石膜13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13がRCoまたはR(Co,Fe,Cu,Zr)17を含む場合、永久磁石膜13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。
そして、永久磁石膜13が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜13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13が容易に磁化しやすい方向が永久磁石膜13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13の磁化の方向を揃えることができ、永久磁石膜13の磁化の大きさを容易に大きくすることができる。
次に、図22に示すように、永久磁石膜13上に、圧電膜14を形成する(ステップS4)。以下では、塗布法を用いて圧電膜14を形成する方法を例示して説明する。
このステップS4では、永久磁石膜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を含む圧電膜14を、永久磁石膜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。
以下では、非晶質PZT膜の形成方法について説明する。
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。
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。っこれにより、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。
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溶液を永久磁石膜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、永久磁石膜13上に形成することができる。
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膜が結晶化された圧電膜14を、永久磁石膜13上に形成する。
なお、E1溶液が同じ組成を有する場合でも、永久磁石膜13の面内方向の格子定数および永久磁石膜13の成膜条件によって、圧電膜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、圧電膜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)および42/58(x=0.42)のいずれの組成を有する場合でも、形成された圧電膜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。
また、上記した例では、塗布法を用いて圧電膜14を形成する方法を例示して説明したが、圧電膜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圧電膜14を形成してもよい。
スパッタリング法を用いて圧電膜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13の面内方向の格子定数および永久磁石膜13の成膜条件によって、圧電膜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、圧電膜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)および42/58(x=0.42)のいずれの組成を有する場合でも、形成された圧電膜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。
このようにして、図1に示す膜構造体10が形成される。なお、圧電膜14を形成した後、圧電膜14上に、導電膜15を形成してもよい。
前述した図2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。
また、前述した図2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を含む永久磁石膜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、永久磁石膜13の結晶性を向上させることができる。
また、前述した図2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を含む圧電膜14を、Niを含む永久磁石膜13上にエピタキシャル成長させることができ、PZTを含む圧電膜14を、Niを含む永久磁石膜13の(100)面上に、(100)配向させることができ、圧電膜14の結晶性を向上させることができる。
<第1の実施形態の変形例>
第1の実施形態では、永久磁石膜13上に、圧電膜14が直接形成されていた。しかし、永久磁石膜13上に、導電膜13a(第1の導電膜ともいう)を介して圧電膜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。
図23は、第1の実施形態の変形例の膜構造体の断面図である。図23に示すように、本変形例の膜構造体10aは、基板11と、配向膜12と、永久磁石膜13と、導電膜13aと、圧電膜14と、を有する。
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、ジルコニウムおよび酸素を含有する。基板11および配向膜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。
永久磁石膜13は、配向膜12上にエピタキシャル成長している。永久磁石膜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。
図23では、永久磁石膜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、永久磁石膜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、永久磁石膜13の残留磁化を、さらに大きくすることができる。
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合金を含む永久磁石膜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合金を含む永久磁石膜13が、さらに立方晶(100)配向しやすくなる。
なお、永久磁石膜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。
導電膜13aは、永久磁石膜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型構造を有する導電性酸化物、および、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。
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を含む圧電膜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、圧電膜14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
圧電膜14は、導電膜13a上にエピタキシャル成長している。すなわち圧電膜14は、永久磁石膜13上に、導電膜13aを介して形成されている。圧電膜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、圧電膜14上に導電膜15が形成されていてもよい。
このような本変形例によれば、圧電膜14の下部電極の電気抵抗を低減することができ、圧電膜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、圧電膜14と、圧電膜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。
図24および図25は、第1の実施形態の変形例の膜構造体の製造工程中の断面図である。
本変形例の膜構造体の製造工程では、第1の実施形態で図19および図20を用いて説明した工程(ステップS1およびステップS2)を行って、配向膜12を形成した後、図24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永久磁石膜13を形成する。ここで、永久磁石膜13として、例えばAl−Ni−Co合金を含む永久磁石膜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。
次に、図25に示すように、永久磁石膜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型構造を有する導電性酸化物、および、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。
次に、第1の実施形態で図22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23に示すように、導電膜13a上に、圧電膜14を形成する。このようにして、膜構造体10aが形成される。なお、第1の実施形態と同様に、圧電膜14上に、導電膜15を形成してもよい。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、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。
<膜構造体>
図26は、第2の実施形態の膜構造体の断面図である。
図26に示すように、本第2の実施形態の膜構造体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、圧電膜14と、永久磁石膜15aと、を有する。
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、ジルコニウムおよび酸素を含有する。基板11および配向膜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。
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型構造を有する導電性酸化物、および、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。
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を含む圧電膜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、圧電膜14の圧電定数を、さらに大きくすることができる。
圧電膜14は、導電膜13b上にエピタキシャル成長している。圧電膜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。
永久磁石膜15aは、圧電膜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の実施形態の永久磁石膜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の実施形態の永久磁石膜13と同様にすることができる。
本第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、圧電膜14および永久磁石膜15aがエピタキシャル成長している。これにより、圧電膜14がエピタキシャル成長していない場合に比べ、圧電膜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、圧電膜14の圧電定数を増加させ、かつ、膜構造体10bが受ける力であって、逆圧電効果による力以外の力を増加させることができる。
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と圧電膜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、永久磁石膜13、圧電膜14および導電膜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、永久磁石膜13の材料によっては、永久磁石膜13の劣化を防止するために、例えばPZTを含む圧電膜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。
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、圧電膜14および永久磁石膜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、圧電膜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。
<アクチュエータおよびモータ>
本第2の実施形態の膜構造体10bについても、第1の実施形態で図4〜図11を用いて説明したように、アクチュエータおよびモータに適用することができる。これにより、第1の実施形態におけるアクチュエータおよびモータと同様の効果を得ることができる。
<膜構造体の製造方法>
図27および図28は、第2の実施形態の膜構造体の製造工程中の断面図である。
本第2の実施形態の膜構造体の製造工程では、第1の実施形態で図19および図20を用いて説明した工程(ステップS1およびステップS2)を行って、配向膜12を形成した後、図27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型構造を有する導電性酸化物、および、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。
次に、第1の実施形態で図22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28に示すように、導電膜13b上に、圧電膜14を形成する。
次に、第1の実施形態で図20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26に示すように、圧電膜14上に、例えばスパッタリング法により永久磁石膜13を形成する。このようにして、膜構造体10bが形成される。
なお、上記第1の実施形態、第2の実施形態及び変形例では、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。
実施例1のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
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O2(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ZrO2(100)/Si(100)基板を形成した。
続けて、表1の(2)の条件でFeのみを蒸着し、更に続けて表1の(3)の条件でPtのみを蒸着した。これにより、Fe0.5-Pt0.5/ZrO2構造を作製した。
図29は、実施例1のサンプルのXRD(X‐ray diffraction)パターンである。図29から分かる様に、(100)及び(001)に配向した厚さ150nmの磁性金属として知られるPt0.5-Pt0.5合金が形成出来た。
Figure 0006814916
実施例2のサンプルの作製方法は以下のとおりである。
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O2(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ZrO2(100)/Si(100)基板を形成した。
続けて、重量比1:1(25g:25g)で混合したFe-Pt浴を用い、表1の(2)の条件でFe-Ptを蒸着した。これにより、Fe0.96-Pt0.04/ZrO2構造を作製した。
図30及び図31は、実施例2のサンプルのXRDパターンである。図30及び図31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。
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。
Figure 0006814916
Figure 0006814916
なお、上記の第1の実施形態、第2の実施形態、実施例1及び実施例2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。
また、上記の第1の実施形態及び第2の実施形態では、基板を含む膜構造体を説明しているが、膜構造体を作製した後に基板を除去することで基板を含まない膜構造体を実施することも可能である。
10、10a、10b 膜構造体
11 基板
11a 上面
12 配向膜
12a 拡散層
12b 絶縁膜
13 強磁性膜(上部電極、永久磁石膜)
13a、13b、15 導電膜
13c 強磁性膜
14 圧電膜
15 導電膜(強磁性膜、上部電極)
15a 永久磁石膜
20 アクチュエータ
21 膜構造体
21a、22a 端部
21b、22b 貫通孔
22 強磁性体
23 保持部
24、25 凸レンズ
26 光
27 焦点位置
30 磁気ヘッド
31 回転体
32 第1アクチュエータ
33 第2アクチュエータ
34 ヘッド
35 軸
36 コイル
37 永久磁石
38、39、40 アーム
38a、38b、39a、39b、40a、40b 端部
41〜44 膜構造体
45 強磁性体
46 保持部
50 モータ
51 回転子
52 固定子
53 軸
54、55 膜構造体
56 コイル
60 自動車
61 エンジン
61a、62a、63a 動力
62 モータ
62b、63b 電力
63 発電機
64 動力伝達切替部
65 車輪
66 充放電切替部
66 動力伝達切替部
67 バッテリー
101 ロータ
102 ステータ
103 N極の永久磁石
104 S極の永久磁石
105 N極の永久磁石
106 S極の永久磁石
111 シリコン基板
112 配向膜
113 強磁性膜
114 圧電膜
115 強磁性膜(上部電極)
116 開口部
117 矢印
151 回転子
152 固定子
153 軸
154 圧電素子

Claims (11)

  1. (100)面よりなる主面を有する単結晶基板と、
    前記単結晶基板上に配向して形成された、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む第1の膜と、
    前記第1の膜上に配向して形成された第1の強磁性膜と、
    前記第1の強磁性膜上に形成された圧電膜と、
    を有し、
    前記第1の強磁性膜は、正方晶の結晶構造を有し、かつ、(001)配向したRFe14B(Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種類の元素)を含む、
    膜構造体。
  2. (100)面よりなる主面を有する単結晶基板と、
    前記単結晶基板上に配向して形成された、(100)配向した酸化ジルコニウムを含む第1の膜と、
    前記第1の膜上に配向して形成された第1の強磁性膜と、
    前記第1の強磁性膜上に形成された圧電膜と、
    を有し、
    前記第1の強磁性膜は、六方晶の結晶構造を有し、かつ、(11−20)配向したRCo(Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種類の元素)を含む、
    膜構造体。
  3. 請求項1または2において、
    前記圧電膜上に形成された第2の強磁性膜または第2の導電膜を有する膜構造体。
  4. 請求項1または2において、
    前記第1の強磁性膜と前記圧電膜との間に形成された第1の導電膜を有する膜構造体。
  5. 請求項1または2において、
    前記圧電膜は、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膜構造体。
  6. 請求項1または2において、
    前記圧電膜は、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膜構造体。
  7. 請求項において、
    前記第1の導電膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向した白金を含む膜構造体。
  8. 請求項において、
    前記第1の導電膜は、立方晶の結晶構造を有し、かつ、(100)配向したルテニウム酸ストロンチウムを含む膜構造体。
  9. 請求項乃至のいずれか一項に記載の膜構造体と、
    前記単結晶基板を挟んで前記圧電膜と反対側に、前記膜構造体から離れて配置された強磁性体と、
    前記膜構造体の第1端部と前記強磁性体の第2端部とに接続され、前記第1端部と前記第2端部との間隔を保持する保持部と、
    を備えたアクチュエータ。
  10. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の膜構造体を備えた回転子または固定子を有するモータ。
  11. 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請求項1乃至のいずれか一項に記載の膜構造体を備えた複数の圧電素子を有するモータ。
JP2015247387A 2015-12-18 2015-12-18 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法 Active JP6814916B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015247387A JP6814916B2 (ja) 2015-12-18 2015-12-18 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法
TW105134435A TW201724589A (zh) 2015-12-18 2016-10-25 膜構造體、致動器、馬達及膜構造體之製造方法
US15/373,907 US10636957B2 (en) 2015-12-18 2016-12-09 Film structure body, actuator, motor and method for manufacturing film structure body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015247387A JP6814916B2 (ja) 2015-12-18 2015-12-18 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017112306A JP2017112306A (ja) 2017-06-22
JP6814916B2 true JP6814916B2 (ja) 2021-01-20

Family

ID=59067297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015247387A Active JP6814916B2 (ja) 2015-12-18 2015-12-18 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10636957B2 (ja)
JP (1) JP6814916B2 (ja)
TW (1) TW201724589A (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6255575B2 (ja) * 2013-11-19 2018-01-10 株式会社ユーテック 強誘電体セラミックス及びその製造方法
SG10201805743TA (en) * 2017-07-07 2019-02-27 Advanced Material Technologies Inc Film structure body and method for manufacturing the same
CN107480589B (zh) * 2017-07-07 2020-08-04 Oppo广东移动通信有限公司 红外光源组件及电子装置
CN111344876B (zh) 2017-11-13 2023-10-17 日商爱伯压电对策股份有限公司 膜结构体及其制造方法
JP7191807B2 (ja) * 2019-11-29 2022-12-19 株式会社日立製作所 診断装置および診断方法
KR102358411B1 (ko) * 2019-12-03 2022-02-07 한국철도기술연구원 전동기 회전자 진동 저감 구조
US11804790B2 (en) * 2020-07-28 2023-10-31 Taurus Technologies Holdings, Inc. Piezoelectric motor
WO2023042704A1 (ja) * 2021-09-16 2023-03-23 コニカミノルタ株式会社 圧電素子、圧電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及び強誘電体メモリ

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1041561A (ja) * 1996-07-25 1998-02-13 Sanyo Electric Co Ltd 磁気抵抗効果素子
JP2000150234A (ja) * 1998-09-09 2000-05-30 Mitsubishi Electric Corp 薄膜磁石およびその製造方法
JP4211586B2 (ja) * 2003-12-02 2009-01-21 セイコーエプソン株式会社 圧電体デバイス及び液体吐出ヘッド並びにこれらの製造方法、薄膜形成装置
EP1917668A2 (de) * 2005-08-26 2008-05-07 Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. Piezoelektrisches bauelement mit magnetischer schicht
JP5390996B2 (ja) * 2009-08-28 2014-01-15 株式会社豊田中央研究所 希土類高配向磁性薄膜とその製造方法、磁器部材および希土類永久磁石
JP2012235003A (ja) * 2011-05-06 2012-11-29 Hitachi Ltd 薄膜磁石
KR101774301B1 (ko) * 2011-12-16 2017-09-20 한국전자통신연구원 에너지 하베스팅 소자 및 그의 제조방법
JP6201128B2 (ja) * 2013-03-01 2017-09-27 株式会社ユーテック 配向基板、配向膜基板の製造方法、スパッタリング装置及びマルチチャンバー装置
JP6212741B2 (ja) 2013-03-01 2017-10-18 株式会社ユーテック 配向基板
KR101536973B1 (ko) * 2014-01-28 2015-07-22 한국기계연구원 단결정 압전 섬유 포함 복합체 및 이를 포함하는 자기전기 복합재료 적층체
CN104681710A (zh) * 2015-02-13 2015-06-03 中国科学院物理研究所 一种电磁转换器件

Also Published As

Publication number Publication date
TW201724589A (zh) 2017-07-01
US20170179367A1 (en) 2017-06-22
JP2017112306A (ja) 2017-06-22
US10636957B2 (en) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6814916B2 (ja) 膜構造体、アクチュエータ、モータ及び膜構造体の製造方法
Lupascu et al. Fatigue in bulk lead zirconate titanate actuator materials
Prellier et al. The single-phase multiferroic oxides: from bulk to thin film
JP5590218B2 (ja) 酸化物基板およびその製造方法
Harigai et al. Vibration energy harvesting using highly (001)-oriented Pb (Zr, Ti) O3 thin film
Zhao et al. Recoverable self-polarization in lead-free bismuth sodium titanate piezoelectric thin films
Sano et al. Fabrication of multilayer Pb (Zr, Ti) O3 thin film by sputtering deposition for MEMS actuator applications
US10697090B2 (en) Thin-film structural body and method for fabricating thereof
Kim et al. High‐performance (Na0. 5K0. 5) NbO3 thin film piezoelectric energy Harvester
Thakre et al. Enhanced mechanical quality factor of 32 mode Mn doped 71Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3–29PbZrTiO 3 piezoelectric single crystals
Xu et al. Modulation of spin dynamics in Ni/Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 multiferroic heterostructure
JP6737994B2 (ja) モータ
CN104064670B (zh) 压电薄膜元件、压电传感器和振动发电机
TW202235704A (zh) 積層結構體及其製造方法
Huang et al. Flexible strategy of epitaxial oxide thin films
Hu et al. Epitaxial growth and multiferroic properties of artificial LCMO/BCZT heterostructure on (1 0 0) MgO substrate by pulsed laser deposition
Ozgul et al. Fatigue induced effects on bipolar strain loops in PZN-PT piezoelectric single crystals
JP5564701B2 (ja) 常温磁性強誘電性超格子およびその製造方法
JP7415426B2 (ja) 電子デバイス用素子
Shi et al. Multiferroic and magnetoelectric properties of lead-free Ba0. 8Sr0. 2Ti0. 9Zr0. 1O3-Ni0. 8Zn0. 2Fe2O4 composite films with different deposition sequence
JP2021064734A (ja) 電子デバイス用素子
Pradhan et al. Orientation dependent magnetocapacitance tuning in epitaxial (La, Sr) MnO3/(K, Na) NbO3-based heterostructures
Alkoy et al. Investigation of the electrical properties of [111] oriented PbZrO3 thin films obtained by sol–gel process
Duan et al. Preparation of LSMO/PLZT Composite Film by Sol-Gel Technique and its Ferroelectric and Ferromagnetic Properties
Wang et al. Coupling of ferroelastic strain and ferroelectric phase transition in NiMnGa/Pb0. 97La0. 02 (Zr0. 95Ti0. 05) O3 bilayered films

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181112

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190711

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190903

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20191018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191223

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200602

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200727

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: 20200818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200902

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6814916

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