JPH06120578A - Thick film actuator - Google Patents
Thick film actuatorInfo
- Publication number
- JPH06120578A JPH06120578A JP4267344A JP26734492A JPH06120578A JP H06120578 A JPH06120578 A JP H06120578A JP 4267344 A JP4267344 A JP 4267344A JP 26734492 A JP26734492 A JP 26734492A JP H06120578 A JPH06120578 A JP H06120578A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- actuator
- piezoelectric
- thick film
- lower electrode
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 78
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロアクチュエー
タや光偏向デバイス等として用いられる厚膜アクチュエ
ータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thick film actuator used as a microactuator, an optical deflection device, or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、素子の高機能化、高集積化の要求
に基づきあらゆる方面で短小軽薄化がなされている。こ
のような短小軽薄化を図ったものとしては、例えば、Ｓ
ｉウェハを構造基板とした機械要素部品のマイクロ化が
あり、その作製プロセスとしてはマイクロマシーニング
技術が知られている。また、レーザビームの偏向による
スキャンニング及びこれを利用したレーザプリンタにお
いては、ポリゴンミラーを用いこの高速回転による偏向
でその機能を達成している。2. Description of the Related Art In recent years, the demands for higher functionality and higher integration of devices have led to reductions in size, size and weight in all directions. Examples of such a short, small, light and thin type include, for example, S
There is a miniaturization of mechanical element parts using an i-wafer as a structural substrate, and a micromachining technology is known as a manufacturing process thereof. Further, in the scanning by the deflection of the laser beam and the laser printer using the same, the function is achieved by the deflection by the high speed rotation using the polygon mirror.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このようなポリゴンミ
ラーは開発初期においては直径１０ｃｍ径の大きさであ
ったが、現在４ｃｍまで小型化されてきた。このような
短小軽薄化の中、要求はさらに厳しく、特に、マイクロ
マシーニング技術を用いて作製されるマイクロアクチュ
エータや光偏向デバイス等の分野においてはより一層の
小型化が求められている。しかし、従来の製造方法によ
り作製されたものは自ずと限界がある。Such a polygon mirror had a diameter of 10 cm at the initial stage of development, but has now been downsized to 4 cm. In such a small size, small size and light weight, demands are more severe, and further miniaturization is required especially in the fields of microactuators and optical deflection devices manufactured by using the micromachining technology. However, those manufactured by the conventional manufacturing method are naturally limited.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、支持体と厚膜圧電材料とからなり、ダイヤフラム形
状に形成された厚膜アクチュエータを設けた。According to a first aspect of the invention, there is provided a thick film actuator which is made of a support and a thick film piezoelectric material and is formed in a diaphragm shape.
【０００５】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と上
部電極とが順次積層されてなるモノモルフアクチュエー
タを少なくとも一層以上含んで構成した。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the thick film piezoelectric material includes at least one monomorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated. did.
【０００６】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と上
部電極とが順次積層されてなるユニモルフアクチュエー
タを少なくとも一層以上含んで構成した。According to a third aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the thick film piezoelectric material includes at least one unimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated. .
【０００７】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と支
持電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなるバイ
モルフアクチュエータを少なくとも一層以上含んで構成
した。According to a fourth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the thick film piezoelectric material is at least a bimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, a support electrode, a piezoelectric film and an upper electrode are sequentially laminated. It is configured to include more than one layer.
【０００８】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明において、光偏向手段を備えるよう
にした。According to the invention of claim 5, claims 1, 2,
In the invention described in 3 or 4, the light deflection means is provided.
【０００９】[0009]
【作用】請求項１〜４記載の発明においては、マイクロ
マシン技術と圧電体とによる精密な変位を必要とする組
合せにより、従来と比較して非常に小型な厚膜アクチュ
エータを実現することが可能となる。According to the invention described in claims 1 to 4, it is possible to realize a very small-sized thick film actuator as compared with the conventional one by a combination that requires precise displacement by the micromachine technology and the piezoelectric body. Become.
【００１０】請求項５記載の発明においては、光偏向手
段を備えたことにより、偏向幅及び信頼性において従来
のものと遜色のない若しくはそれ以上の特性を実現した
光偏向素子を得ることが可能となる。According to the fifth aspect of the present invention, by providing the optical deflecting means, it is possible to obtain an optical deflecting element which achieves characteristics comparable to or better than the conventional ones in the deflection width and reliability. Becomes
【００１１】[0011]
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。厚膜アクチュエータは、支持体と厚膜圧電材料とか
らなり、ダイヤフラム構造を形成している。この場合、
前記支持体は、構造材の機能を果たすものであり、耐環
境性、耐熱性、加工のし易さ等の要求を満たすものであ
れば特に制約はない。本実施例では、その支持体の材料
としてＳｉのウェハを使用したが、これに限るものでは
ない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The thick film actuator is composed of a support and a thick film piezoelectric material to form a diaphragm structure. in this case,
The support functions as a structural material, and is not particularly limited as long as it satisfies requirements such as environment resistance, heat resistance, and ease of processing. In this embodiment, a Si wafer is used as the material for the support, but the material is not limited to this.
【００１２】また、前記厚膜圧電材料としては、応力が
加えられると電界を発生する（このことを圧電効果と呼
ぶ）材料群の逆圧電効果（電界が加えられる力を発生す
ること）を示す材料や、電歪材料をも含んでいる。ま
た、厚膜の定義としては、圧電材料の種類によってその
圧電性の発現する粒径（このことを臨界粒径と呼ぶ）以
上膜厚で良く、おおまかに見積もると１μｍ以上であ
り、これにより本実施例の膜状圧電体の膜厚は１μｍ以
上である。The thick-film piezoelectric material exhibits an inverse piezoelectric effect of a material group that generates an electric field when stress is applied (this is called a piezoelectric effect) (a force that an electric field is applied is generated). It also includes materials and electrostrictive materials. In addition, as a definition of a thick film, a film thickness equal to or larger than a particle size (this is referred to as a critical particle size) at which the piezoelectricity is expressed depending on the type of piezoelectric material is sufficient, and it is roughly estimated to be 1 μm or more. The film thickness of the film-form piezoelectric material of the example is 1 μm or more.
【００１３】さらに、ここでいうダイヤフラム構造と
は、支持体の凹みを膜で蓋をすることにより形成される
ものであり、これらの中には、片持梁や両持ち梁の構造
も含まれる。Further, the diaphragm structure here is formed by covering the recess of the support with a film, and these include a cantilever beam structure and a double-supported beam structure. .
【００１４】この場合、前記厚膜圧電材料の膜状部分
は、積層構造とその駆動方式とによって、モノモルフア
クチュエータと、ユニモルフアクチュエータと、バイモ
ルフアクチュエータとの３種類に分類される。その第一
番目のモノモルフアクチュエータは、下部電極と、圧電
膜と、上部電極との積層構造からなっており、このユニ
ットは少なくとも一層以上からなっている。また、第二
番目のユニモルフアクチュエータは、モノモルフアクチ
ュエータと同じく下部電極と、圧電膜と、上部電極との
積層構造からなっているが、この場合には駆動方式が異
なり、このユニットは少なくとも一層以上からなってい
る。さらに、第三番目のバイモルフアクチュエータは、
下部電極と、圧電膜と、支持電極と、圧電膜と、上部電
極とが順次積層されてなり、このユニットが少なくとも
一層以上からなっている。In this case, the film portion of the thick film piezoelectric material is classified into three types, that is, a monomorph actuator, a unimorph actuator, and a bimorph actuator, depending on the laminated structure and its driving method. The first monomorph actuator has a laminated structure of a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode, and this unit has at least one layer. Also, the second unimorph actuator has a laminated structure of a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode like the monomorph actuator, but in this case, the driving method is different, and this unit has at least one layer or more. It consists of Furthermore, the third bimorph actuator is
The lower electrode, the piezoelectric film, the supporting electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode are sequentially laminated, and this unit is composed of at least one layer.
【００１５】そこで、上述したモノモルフアクチュエー
タ、ユニモルフアクチュエータ、バイモルフアクチュエ
ータについて、もう少し詳しく説明する。Therefore, the monomorph actuator, unimorph actuator, and bimorph actuator described above will be described in more detail.
【００１６】前記モノモルフアクチュエータとは、一層
の圧電膜を上部電極、下部電極の２つの電極で挾んだ積
層構造をとり、かつ、圧電膜中の抵抗値を膜厚方向に対
して勾配を持たせたり、又は、電極層とのコンタクト部
にショットー障壁を作ることにより、電界の掛り具合を
変化させてアクチュエート（屈曲運動）させるものであ
る。この種の圧電材料として、ＰＬＺＴ系セラミックス
（Ｐｂ0.97Ｌａ0.03（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）0.9925Ｏ3 に
Ｂｉを添加して半導体化させたものがある。The monomorph actuator has a laminated structure in which a single-layer piezoelectric film is sandwiched between two electrodes, an upper electrode and a lower electrode, and the resistance value in the piezoelectric film has a gradient with respect to the film thickness direction. By holding or by forming a Schottky barrier at the contact portion with the electrode layer, the degree of application of the electric field is changed to actuate (flexing motion). As this type of piezoelectric material, PLZT ceramics (Pb 0. 97 La 0. 03 (Zr 0. 52 Ti 0. 48) 0. To 9925 O 3 is one obtained by semiconductive by adding Bi.
【００１７】前記ユニモルフアクチュエータとは、一層
の圧電膜を上部電極、下部電極の２つの電極で挾んだ積
層構造をとり、かつ、圧電膜中の分極方向を対向させた
ものでサンドイッチ電極による電界に対して、一方の分
極方向では伸びるのに対して他方の分極方向は縮むこと
を利用してアクチュエート（屈曲運動）させるものであ
る。この種の圧電材料としては、ＬｉＮｂＯ3 セラミッ
クスがある。The unimorph actuator has a laminated structure in which a single piezoelectric film is sandwiched between two electrodes, an upper electrode and a lower electrode, and the polarization directions in the piezoelectric film are opposed to each other. On the other hand, the fact that one polarization direction extends while the other polarization direction contracts is used to actuate (flexing motion). An example of this type of piezoelectric material is LiNbO 3 ceramics.
【００１８】前記バイモルフアクチュエータとは、下部
電極、圧電膜、電極（シムと呼ばれる部位であり、導電
性を持たせて電極としてもよい）、圧電膜、上部電極と
いう積層構造をとり、さらにこの単位の複数の積層させ
たものをマルチモルフとも呼ぶ。なお、ここでの記載は
そのマルチモルフをも含んでいる。このような構成にお
いて、２つの圧電膜は分極方向を互いに１８０°変えて
おり、前述したユニモルフと同様の原理でアクチュエー
ト（屈曲運動）させるものである。この種の圧電材料と
してＰＺＴセラミックスがある。The bimorph actuator has a laminated structure of a lower electrode, a piezoelectric film, an electrode (a part called a shim, which may be made conductive and may be used as an electrode), a piezoelectric film, and an upper electrode. Also referred to as a multimorph is a plurality of stacked. Note that the description here also includes the multimorph. In such a configuration, the two piezoelectric films have their polarization directions changed by 180 ° from each other, and are actuated (bending motion) according to the same principle as the above-mentioned unimorph. There is PZT ceramics as this kind of piezoelectric material.
【００１９】また、本実施例では、光偏向を行うための
光偏向手段を設けた。ここでいう光偏向とは、アクチュ
エータの変位（屈曲）面は電極層になっており、紫外か
ら赤外の範囲に減って高い反射率を有している。この反
射膜を利用した光の偏向を行うものである。Further, in this embodiment, the light deflecting means for performing the light deflection is provided. The light deflection referred to here is that the displacement (bending) surface of the actuator is an electrode layer and has a high reflectance in the range from ultraviolet to infrared. The light is deflected using this reflective film.
【００２０】次に、本発明の動作を以下に挙げる具体例
に基づいて説明する。まず、第一の具体例として、モノ
モルフアクチュエータを例にとり、図１及び図２に基づ
いて説明する。支持体１としては熱酸化膜（ＳｉＯ2 ：
１μｍ）２が表面に付着されたＳｉウェハの基板を用い
る。支持体１の上部には、下部電極３と圧電膜４と上部
電極５とからなる厚膜圧電材料６が設けられている。前
記下部電極３としては、Ｔｉ、Ｐｔ層をスパッタリング
等の真空成膜法により膜厚５０００Å程度堆積させる。
前記圧電膜４としてはＰＺＴ圧電体が用いられ、下部電
極３の上部に積層されている。このＰＺＴ圧電体は、ジ
ルコン酸チタン酸鉛を２〜５μｍ堆積させた後、酸素雰
囲気中の熱処理によりこの薄膜を半導体化させることに
より形成する。前記上部電極５としてはＰｔ膜を下部電
極３と同様にして成膜する。Next, the operation of the present invention will be described based on the following specific examples. First, as a first specific example, a monomorph actuator will be taken as an example and described with reference to FIGS. 1 and 2. As the support 1, a thermal oxide film (SiO 2 :
1 μm) 2 is used as the substrate of a Si wafer having a surface attached thereto. A thick film piezoelectric material 6 including a lower electrode 3, a piezoelectric film 4 and an upper electrode 5 is provided on the support 1. As the lower electrode 3, a Ti or Pt layer is deposited to a film thickness of about 5000Å by a vacuum film forming method such as sputtering.
A PZT piezoelectric material is used as the piezoelectric film 4, and is laminated on the lower electrode 3. This PZT piezoelectric body is formed by depositing lead zirconate titanate in an amount of 2 to 5 μm and then heat-treating this thin film into a semiconductor by heat treatment in an oxygen atmosphere. As the upper electrode 5, a Pt film is formed in the same manner as the lower electrode 3.
【００２１】半導体化のメカニズムは、熱処理による酸
化鉛（ＰｂＯ）の外方向拡散及び蒸発による。ところ
が、圧電膜４中の下部は、Ｐｔ層との界面が存在するた
めに、Ｐｂの拡散は妨げられ、一方圧電膜４の表面は妨
害する層の存在がなく、鉛抜けによりＰ型半導体とな
る。このような状態で金属とコンタクトするとショット
キー障壁を持つノンオーミックなコンタクト抵抗を持
ち、モノモルフアクチュエータとして動作させることが
できる。The mechanism of semiconductor formation is due to outward diffusion and evaporation of lead oxide (PbO) by heat treatment. However, since the lower part of the piezoelectric film 4 has an interface with the Pt layer, the diffusion of Pb is hindered, while the surface of the piezoelectric film 4 does not have an interfering layer and becomes a P-type semiconductor due to lead loss. Become. Contacting the metal in such a state has a non-ohmic contact resistance having a Schottky barrier and can operate as a monomorph actuator.
【００２２】そして、支持体１である基板としてのＳｉ
ウェハを裏面側から所望する箇所を、形状の再現性がと
れるアルカリでエッチングを行い、さらに、熱酸化膜２
のエッチングをフッ化水素酸水溶液で行うことにより、
図１に示すようなダイヤフラム構造を得る。Then, Si as a substrate which is the support 1
The desired portion of the wafer is etched from the back surface side with an alkali that can reproducibly reproduce the shape.
By performing the etching of with an aqueous solution of hydrofluoric acid,
A diaphragm structure as shown in FIG. 1 is obtained.
【００２３】このような構成において、ダイヤフラム径
を８ｍｍとして、電源７を下部電極３と上部電極５との
間に接続し、駆動電圧２〜４Ｖとして駆動させたとこ
ろ、変位１５０〜３００μｍを得ることができた。ま
た、上部電極５であるＰｔ電極にレーザ光を照射して偏
向特性を測定したところ、光路長３０ｃｍとした時に偏
向幅１．５〜２．５ｃｍを実現させることができた。こ
れにより、単純な光学系の組合せにより、簡単に２０〜
３０ｃｍに増幅可能であり、レーザプリンタとして応用
させることが可能となる。In such a structure, when the diaphragm diameter is 8 mm and the power source 7 is connected between the lower electrode 3 and the upper electrode 5 and driven at a driving voltage of 2 to 4 V, a displacement of 150 to 300 μm is obtained. I was able to. Further, when the deflection characteristics were measured by irradiating the Pt electrode, which is the upper electrode 5, with laser light, it was possible to realize a deflection width of 1.5 to 2.5 cm when the optical path length was 30 cm. This makes it easy to use 20-
It can be amplified to 30 cm and can be applied as a laser printer.
【００２４】次に、第二の具体例として、ユニモルフア
クチュエータを例にとり、図３に基づいて説明する。図
３はユニモルフアクチュエータの厚膜圧電材料６の断面
形状の様子を示すものである（図中、矢印Ｐｓは分極方
向を示す）。ここでは、圧電膜４としてＬｉＮｂＯ3 を
用い、その分極方向を膜内で対向するように作製したも
のである。その他の構成については第一具体例と同じな
ので、その同一部分についての説明は省略する。Next, as a second specific example, a unimorph actuator will be described as an example with reference to FIG. FIG. 3 shows the cross-sectional shape of the thick film piezoelectric material 6 of the unimorph actuator (in the figure, the arrow Ps indicates the polarization direction). Here, LiNbO 3 is used as the piezoelectric film 4, and it is manufactured so that the polarization directions thereof face each other in the film. Since other configurations are the same as those of the first specific example, description of the same portions will be omitted.
【００２５】このような構成において、第一の具体例と
同様な実験を行ったところ、偏向幅２．５ｃｍが得ら
れ、かつ、その変位のヒステリシスはモノモルフ型の２
０分の１程度と非常に抑えられた。さらに、他の実験例
として、繰返し劣化実験を行ったところ、１０9 サイク
ル後の特性でも劣化の傾向は見られず、信頼性も第一の
具体例のものに比べて１桁程度の向上を図ることができ
た。When an experiment similar to that of the first embodiment was conducted in such a structure, a deflection width of 2.5 cm was obtained, and the hysteresis of the displacement was a monomorph type 2.
It was suppressed to about 1/0. Further, as another experimental example, repeated deterioration tests showed that no deterioration tendency was seen in the characteristics after 10 9 cycles, and the reliability was improved by about one digit as compared with the first specific example. I was able to plan.
【００２６】次に、第三の具体例として、バイモルフア
クチュエータを例にとり、図４に基づいて説明する。図
４はバイモルフアクチュエータの厚膜圧電材料６の断面
形状を示すものである（図中、矢印Ｐｓは分極方向を示
す）。ここでは、モノモルフを中間電極（シム）を共通
化させ、２つの重なった構成をとっている。このため、
モノモルフ、ユニモルフ各々の作製工程と比較して約２
倍の工程数を必要とする。すなわち、下部電極３と上部
電極５との間には、支持電極８と、この支持電極８を両
側から挾んだ圧電膜９，１０が配設されている。Next, as a third specific example, a bimorph actuator will be described as an example with reference to FIG. FIG. 4 shows the cross-sectional shape of the thick film piezoelectric material 6 of the bimorph actuator (in the figure, the arrow Ps indicates the polarization direction). Here, the monomorph has a common intermediate electrode (shim) and has two overlapping structures. For this reason,
Approximately 2 compared to the manufacturing process of monomorph and unimorph
Requires double the number of steps. That is, between the lower electrode 3 and the upper electrode 5, the supporting electrode 8 and the piezoelectric films 9 and 10 sandwiching the supporting electrode 8 from both sides are arranged.
【００２７】その作製方法としては、まず、支持体１と
して熱酸化膜２（ＳｉＯ2 ：１μｍ）付きのＳｉウェハ
を基板として用い（図１参照）、下部電極３としては、
Ｔｉ、Ｐｔ層をスパッタリング等の真空成膜法により膜
厚５０００Å程度堆積させる。次に、圧電膜９としてジ
ルコン酸チタン酸鉛を２〜５μｍ程度堆積させる。次
に、Ｐｔ，Ｔｉの電極８ａを同様な成膜方法で１０００
Å程度に堆積させた後、Ｓｉ3 Ｎ4 の薄膜８ｂをプラズ
マＣＶＤ、又は、ホットウォール型の常圧ＣＶＤ法によ
り２μｍ程度堆積させた後、さらに、Ｔｉ，Ｐｔの電極
８ｃを堆積させる。これら電極８ａと薄膜８ｂと電極８
ｃとは支持電極８を構成しており、この部分は一般的に
はシムと呼ばれ、中央部のＳｉ3Ｎ4の薄膜８ｂは構造補
強層として使用される。次に、電極８ｃの上部に圧電膜
１０としてのジルコン酸チタン酸鉛を２〜５μｍ程度堆
積させた後、上部電極５を形成し、これにより電極取り
出しを行って電極処理を行う。As a manufacturing method thereof, first, a Si wafer having a thermal oxide film 2 (SiO 2 : 1 μm) as a support 1 is used as a substrate (see FIG. 1), and as a lower electrode 3,
The Ti and Pt layers are deposited to a thickness of about 5000Å by a vacuum film forming method such as sputtering. Next, lead zirconate titanate is deposited as the piezoelectric film 9 to a thickness of about 2 to 5 μm. Next, the Pt and Ti electrodes 8a are formed by the same film forming method to 1000
After depositing to a thickness of about Å, a thin film 8b of Si 3 N 4 is deposited to a thickness of about 2 μm by plasma CVD or a hot wall type atmospheric pressure CVD method, and then an electrode 8c of Ti and Pt is further deposited. These electrode 8a, thin film 8b, and electrode 8
c constitutes the supporting electrode 8, and this portion is generally called a shim, and the Si 3 N 4 thin film 8b in the central portion is used as a structural reinforcing layer. Next, lead zirconate titanate as the piezoelectric film 10 is deposited on the electrode 8c to a thickness of about 2 to 5 μm, and then the upper electrode 5 is formed, whereby the electrode is taken out and the electrode treatment is performed.
【００２８】このような構成において、前述した２つの
具体例と同様なサンプル形状で評価したところアクチュ
エータ変位は従来の２倍ほど得られ、光学系の設計に対
して十分なマージンが得られるようになった。また、繰
返し劣化実験の結果においても、１０9 サイクルで初期
特性からの劣化は見られず、駆動電圧を１／２にして変
位をモノモルフ型と同じに抑え込むことにより信頼性は
さらに向上させることができる。In this structure, when the same sample shapes as those of the above-mentioned two concrete examples were evaluated, the actuator displacement was about twice as large as the conventional one, and a sufficient margin was obtained for the design of the optical system. became. Also, in the result of the repeated deterioration experiment, no deterioration from the initial characteristics was observed at 10 9 cycles, and the reliability can be further improved by reducing the driving voltage to 1/2 to suppress the displacement in the same manner as the monomorph type. it can.
【００２９】最後に、従来技術がポリゴンミラーによる
偏向を利用していたのに対して本発明のように全く新し
い概念である光偏向手段を備えるようにしたことにより
光偏向素子を実現することができ、これにより、走査光
学系の小型薄型化を図ることができる。この場合、偏向
機能は従来と同じか、又は、信頼性の面ではそれ以上の
特性を有し、かつ、素子自体が体積比において２０分の
１程度、さらに、ポリゴンミラー駆動系を併せたシステ
ムの体積比においては１００分の１以下すなわち２桁以
上の小型化にさせることができるものである。Finally, the optical deflecting element can be realized by providing the optical deflecting means, which is a completely new concept like the present invention, while the conventional technique utilizes the deflection by the polygon mirror. This makes it possible to reduce the size and thickness of the scanning optical system. In this case, the deflection function is the same as that of the conventional one, or has more characteristics in terms of reliability, the element itself has a volume ratio of about 1/20, and a system including a polygon mirror drive system. The volume ratio can be reduced to 1/100 or less, that is, two or more digits.
【００３０】[0030]
【発明の効果】請求項１記載の発明は、支持体と厚膜圧
電材料とからなり、ダイヤフラム形状に形成された厚膜
アクチュエータを設けたので、このようにマイクロマシ
ン技術と圧電材料とによる精密変位の組合せにより、従
来と比較して非常に小型で薄型の膜状アクチュエータを
実現することができるものである。According to the first aspect of the present invention, since the thick film actuator formed of the support and the thick film piezoelectric material and formed in the shape of the diaphragm is provided, the precise displacement by the micromachine technology and the piezoelectric material is provided. By combining the above, it is possible to realize a membrane actuator that is much smaller and thinner than conventional ones.
【００３１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と上部
電極とが順次積層されてなるモノモルフアクチュエータ
を少なくとも一層以上含んで構成したので、請求項１記
載の発明と同様な効果を得ることができるものである。According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the thick film piezoelectric material includes at least one monomorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film and an upper electrode are sequentially laminated. Therefore, the same effect as that of the invention according to claim 1 can be obtained.
【００３２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と上部
電極とが順次積層されてなるユニモルフアクチュエータ
を少なくとも一層以上含んで構成したので、請求項１記
載の発明と同様な効果を得ることができるものである。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the thick film piezoelectric material includes at least one unimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated. Therefore, it is possible to obtain the same effect as that of the first aspect of the invention.
【００３３】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、厚膜圧電材料は、下部電極と圧電膜と支持
電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなるバイモ
ルフアクチュエータを少なくとも一層以上含んで構成し
たので、請求項１記載の発明と同様な効果を得ることが
できるものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the thick film piezoelectric material is at least a bimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, a support electrode, a piezoelectric film and an upper electrode are sequentially laminated. Since it is configured to include one or more layers, it is possible to obtain the same effect as the invention according to claim 1.
【００３４】請求項５記載の発明は、請求項１，２，３
又は４記載の発明において、光偏向手段を備えるように
したので、偏向幅及び信頼性において従来のものと遜色
のない若しくはそれ以上の特性を実現した光偏向素子を
得ることができ、産業上の利用範囲を広めることができ
るものである。The invention according to claim 5 is the invention as claimed in claims 1, 2, and 3.
Alternatively, in the invention described in item 4, since the optical deflecting means is provided, it is possible to obtain an optical deflecting element which has characteristics comparable or superior to those of the conventional ones in the deflection width and reliability. The range of use can be expanded.
【図１】本発明の第一の具体例である厚膜アクチュエー
タの構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thick film actuator that is a first specific example of the present invention.
【図２】図１の厚膜アクチュエータの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the thick film actuator of FIG.
【図３】本発明の第二の具体例である厚膜アクチュエー
タの厚膜圧電材料部の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a thick film piezoelectric material portion of a thick film actuator that is a second specific example of the present invention.
【図４】本発明の第三の具体例である厚膜アクチュエー
タの厚膜圧電材料部の構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a thick film piezoelectric material portion of a thick film actuator that is a third specific example of the present invention.
１ 支持体 ３ 下部電極 ４ 圧電膜 ５ 上部電極 ６ 厚膜圧電材料 ８ 支持電極 ９，１０ 圧電膜 1 Support 3 Lower Electrode 4 Piezoelectric Film 5 Upper Electrode 6 Thick Film Piezoelectric Material 8 Supporting Electrode 9,10 Piezoelectric Film
Claims (5)
ヤフラム形状に形成されたことを特徴とする厚膜アクチ
ュエータ。1. A thick film actuator comprising a support and a thick film piezoelectric material and formed in a diaphragm shape.
部電極とが順次積層されてなるモノモルフアクチュエー
タを少なくとも一層以上含むことを特徴とする請求項１
記載の厚膜アクチュエータ。2. The thick film piezoelectric material includes at least one monomorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially laminated.
The thick film actuator described.
部電極とが順次積層されてなるユニモルフアクチュエー
タを少なくとも一層以上含むことを特徴とする請求項１
記載の厚膜アクチュエータ。3. The thick film piezoelectric material includes at least one unimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked.
The thick film actuator described.
持電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなるバイ
モルフアクチュエータを少なくとも一層以上含むことを
特徴とする請求項１記載の厚膜アクチュエータ。4. The thick film piezoelectric material according to claim 1, wherein the thick film piezoelectric material includes at least one bimorph actuator in which a lower electrode, a piezoelectric film, a supporting electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially stacked. Membrane actuator.
求項１，２，３又は４記載の厚膜アクチュエータ。5. The thick film actuator according to claim 1, further comprising a light deflector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4267344A JPH06120578A (en) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Thick film actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4267344A JPH06120578A (en) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Thick film actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120578A true JPH06120578A (en) | 1994-04-28 |
Family
ID=17443516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4267344A Pending JPH06120578A (en) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Thick film actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06120578A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536963A (en) * | 1994-05-11 | 1996-07-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Microdevice with ferroelectric for sensing or applying a force |
| US6118637A (en) * | 1998-01-08 | 2000-09-12 | Seagate Technology, Inc. | Piezoelectric assembly for micropositioning a disc drive head |
| US7369482B2 (en) | 2003-09-04 | 2008-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical pick-up aberration correcting mirror, aberration correcting method and optical pick-up |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP4267344A patent/JPH06120578A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5536963A (en) * | 1994-05-11 | 1996-07-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Microdevice with ferroelectric for sensing or applying a force |
| US6118637A (en) * | 1998-01-08 | 2000-09-12 | Seagate Technology, Inc. | Piezoelectric assembly for micropositioning a disc drive head |
| US7369482B2 (en) | 2003-09-04 | 2008-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical pick-up aberration correcting mirror, aberration correcting method and optical pick-up |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3521499B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive film type element | |
| US5622748A (en) | Method of fabricating a piezoelectric/electrostrictive actuator | |
| US7098577B2 (en) | Piezoelectric switch for tunable electronic components | |
| JP2842448B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive film type actuator | |
| US5940947A (en) | Method of making a piezoelectric/electrostrictive film element with a diaphragm having at least one stress releasing end section | |
| US7024738B2 (en) | Method for controlling a direction of polarization of a piezoelectric thin film | |
| US5681410A (en) | Method of producing a piezoelectric/electrostrictive actuator | |
| US5852337A (en) | Piezoelectric film-type element | |
| US5589725A (en) | Monolithic prestressed ceramic devices and method for making same | |
| US8724200B1 (en) | MEMS hierarchically-dimensioned optical mirrors and methods for manufacture thereof | |
| JP5224617B2 (en) | Piezoelectric actuator, variable capacitor and optical deflection element | |
| JP5385117B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric MEMS switch | |
| JPH06204580A (en) | Piezoelectric/electrostrictive film type element | |
| US7453621B2 (en) | Micro mirrors with piezoelectric release mechanism | |
| JP3964193B2 (en) | Matrix type actuator | |
| JP3009945B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive film type element | |
| JPH06120578A (en) | Thick film actuator | |
| JP3283386B2 (en) | Piezoelectric film type element, its processing method and its driving method | |
| JP2002009359A (en) | Integrated piezoelectric/electrostrictive film type element exhibiting excellent durability and its manufacturing method | |
| JP3272004B2 (en) | Piezoelectric / electrostrictive film type element | |
| KR100212566B1 (en) | A fabrication method and actuator of the optical projection system | |
| JP2004140397A (en) | Piezoelectric/electrostrictive film element | |
| JP2509068B2 (en) | Valve device and method of using the same | |
| JPH1082960A (en) | Thin-film actuated mirror array and its production | |
| KR100212565B1 (en) | The actuator of the optical projection system |