JPH07206600A - 積層強誘電体及びその接合方法 - Google Patents
積層強誘電体及びその接合方法Info
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- JPH07206600A JPH07206600A JP565494A JP565494A JPH07206600A JP H07206600 A JPH07206600 A JP H07206600A JP 565494 A JP565494 A JP 565494A JP 565494 A JP565494 A JP 565494A JP H07206600 A JPH07206600 A JP H07206600A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単結晶強誘電体及び圧電セラミックスを接着
剤を用いずに強固に接合し、一体化した積層強誘電体及
びその接合方法を提供することを目的とする。 【構成】 結晶の分極方向に対してある角度をもって切
り出された２個以上の単分域化された単結晶強誘電体あ
るいは分極処理を施した圧電セラミックスの接合すべき
表面を鏡面研磨し、清浄化、親水化した後、互いを接触
し、熱処理して直接接合し、単一の固体内に互いに任意
の分極方向をもった分域が接着剤を用いずに原子レベル
の接合により存在する構成となっている。
剤を用いずに強固に接合し、一体化した積層強誘電体及
びその接合方法を提供することを目的とする。 【構成】 結晶の分極方向に対してある角度をもって切
り出された２個以上の単分域化された単結晶強誘電体あ
るいは分極処理を施した圧電セラミックスの接合すべき
表面を鏡面研磨し、清浄化、親水化した後、互いを接触
し、熱処理して直接接合し、単一の固体内に互いに任意
の分極方向をもった分域が接着剤を用いずに原子レベル
の接合により存在する構成となっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶強誘電体、例えば
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）基板あるいはタンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板及び圧電セラミック
ス、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）あるいはラ
ンタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）を主成分
とするものを接着剤を用いずに強固に接合し、一体化し
た積層強誘電体及びその接合方法に関するものである。
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）基板あるいはタンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板及び圧電セラミック
ス、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）あるいはラ
ンタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴ）を主成分
とするものを接着剤を用いずに強固に接合し、一体化し
た積層強誘電体及びその接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】強誘電体の中には圧電性を示すものが多
く、その特性を利用して圧電セラミックスや単結晶強誘
電体は各種フィルタや発振子に広く用いられている。
く、その特性を利用して圧電セラミックスや単結晶強誘
電体は各種フィルタや発振子に広く用いられている。
【０００３】しかし、単結晶引き上げ法によってえられ
た強誘電体単結晶インゴットや焼結後の圧電セラミック
スはそのままでは圧電性を示さず、高温下において直流
電界を印加して分極処理を行なうことが必要となる。こ
の分極処理により強誘電体内の自発分極が印加電界方向
に配向する。そして一旦配向した分極は電界を取り去っ
ても保存され、圧電体として機能させることができる。
た強誘電体単結晶インゴットや焼結後の圧電セラミック
スはそのままでは圧電性を示さず、高温下において直流
電界を印加して分極処理を行なうことが必要となる。こ
の分極処理により強誘電体内の自発分極が印加電界方向
に配向する。そして一旦配向した分極は電界を取り去っ
ても保存され、圧電体として機能させることができる。
【０００４】代表的な単結晶強誘電体としては、ＬｉＮ
ｂＯ3、ＬｉＴａＯ3があり、均一性の高い単結晶が市販
されている。さらに、その形状加工の容易性、低コスト
性などからＰＺＴ、ＰＬＺＴに代表される圧電セラミッ
クスも広く利用されている。
ｂＯ3、ＬｉＴａＯ3があり、均一性の高い単結晶が市販
されている。さらに、その形状加工の容易性、低コスト
性などからＰＺＴ、ＰＬＺＴに代表される圧電セラミッ
クスも広く利用されている。
【０００５】これらの材料は圧電性とその電気機械結合
定数の大きさなどにより、以前から実用化されており、
比帯域幅や中心周波数などの条件により最適なものが選
ばれ、多くの素子が考案されている。
定数の大きさなどにより、以前から実用化されており、
比帯域幅や中心周波数などの条件により最適なものが選
ばれ、多くの素子が考案されている。
【０００６】ただし、分極処理を施された強誘電体の分
極は、単結晶内では全て同一方向を向いた単一分極状態
である。また、圧電セラミックスにおいては、個々の結
晶粒の分極の向きはバラバラであるが、結晶粒内では同
一の方向を向いており、セラミックス全体としての巨視
的な分極方向は一定方向を向いている。
極は、単結晶内では全て同一方向を向いた単一分極状態
である。また、圧電セラミックスにおいては、個々の結
晶粒の分極の向きはバラバラであるが、結晶粒内では同
一の方向を向いており、セラミックス全体としての巨視
的な分極方向は一定方向を向いている。
【０００７】近年、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3の焦電性
を利用した分極反転層の形成が可能となり、その応用範
囲が拡大しようとしている。
を利用した分極反転層の形成が可能となり、その応用範
囲が拡大しようとしている。
【０００８】分極の反転を利用した従来の屈曲振動子の
概略図を図６に示す。図６において、１１はＬｉＮｂＯ
3基板であり、６１は接着剤、６２は励振電極である。
概略図を図６に示す。図６において、１１はＬｉＮｂＯ
3基板であり、６１は接着剤、６２は励振電極である。
【０００９】図に示すように、２枚のＬｉＮｂＯ3基板
１１が、基板内に示してある分極方向Ｐsが逆になるよ
うに接着剤６１を介して接着されている。この基板に励
振電極６２により電圧を印加すると、一方の基板におい
て板が伸びるとすると、もう一方は縮むことになり、屈
曲振動が励振される。
１１が、基板内に示してある分極方向Ｐsが逆になるよ
うに接着剤６１を介して接着されている。この基板に励
振電極６２により電圧を印加すると、一方の基板におい
て板が伸びるとすると、もう一方は縮むことになり、屈
曲振動が励振される。
【００１０】しかし、従来の屈曲振動子では、基板間の
接着剤６１の存在が、Ｑの低下や周波数のばらつきの主
原因となっていた。
接着剤６１の存在が、Ｑの低下や周波数のばらつきの主
原因となっていた。
【００１１】そこで、先に述べたとおり、一枚の基板に
前処理及び熱処理を加えることで分極反転層が形成され
るという現象を利用して、接着剤による接着層のない分
極反転強誘電体基板が作製可能になり注目されている。
前処理及び熱処理を加えることで分極反転層が形成され
るという現象を利用して、接着剤による接着層のない分
極反転強誘電体基板が作製可能になり注目されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＬｉＮｂＯ
3 、ＬｉＴａＯ3基板内の分極反転層の形成には、キュ
リー点近くの高温を要したり、より低温において行うた
めには、Ｔｉ拡散やプロトン交換などを行い、反転層と
なるべき部分の表面層の結晶の組成を変えてから熱処理
を加える必要があった。さらに、この分極反転層は、Ｌ
ｉＮｂＯ3においては＋ｚ面に、ＬｉＴａＯ3において
は、−ｚ面に形成されるという制約があり、その深さも
制御が困難であるという問題を有していた。
3 、ＬｉＴａＯ3基板内の分極反転層の形成には、キュ
リー点近くの高温を要したり、より低温において行うた
めには、Ｔｉ拡散やプロトン交換などを行い、反転層と
なるべき部分の表面層の結晶の組成を変えてから熱処理
を加える必要があった。さらに、この分極反転層は、Ｌ
ｉＮｂＯ3においては＋ｚ面に、ＬｉＴａＯ3において
は、−ｚ面に形成されるという制約があり、その深さも
制御が困難であるという問題を有していた。
【００１３】さらに、分極の向きは１８０゜反転させる
ことができるのみで、任意の方向をもった分域を意図的
に同一結晶内に形成することは不可能であった。
ことができるのみで、任意の方向をもった分域を意図的
に同一結晶内に形成することは不可能であった。
【００１４】この点は、圧電セラミックスにおいては強
誘電体内の分極が単分域構造になっていないため、さら
に難しく、互いに反転した層を作製することは非常に困
難であった。
誘電体内の分極が単分域構造になっていないため、さら
に難しく、互いに反転した層を作製することは非常に困
難であった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するために、本発明は、２個以上の単分域化された強
誘電体の接合すべき表面を鏡面研磨し、前記接合すべき
面を清浄化、親水化し、鏡面同士を密着した後、加熱す
ることで互いに原子レベルで強固に直接接合するもので
ある。
決するために、本発明は、２個以上の単分域化された強
誘電体の接合すべき表面を鏡面研磨し、前記接合すべき
面を清浄化、親水化し、鏡面同士を密着した後、加熱す
ることで互いに原子レベルで強固に直接接合するもので
ある。
【００１６】なお、ここでいう直接接合とは、清浄な基
板間に親水化処理を施すことにより生成されたＯＨ基間
に働くファンデルワールス力により、基板を密着せし
め、これらの基板に熱処理を加えることで、ＯＨ基同士
のファンデルワールス結合を強誘電体の構成原子間の共
有結合やイオン結合などの原子レベルの結合に置換し、
化学的、物理的に安定な接合を得るものである。
板間に親水化処理を施すことにより生成されたＯＨ基間
に働くファンデルワールス力により、基板を密着せし
め、これらの基板に熱処理を加えることで、ＯＨ基同士
のファンデルワールス結合を強誘電体の構成原子間の共
有結合やイオン結合などの原子レベルの結合に置換し、
化学的、物理的に安定な接合を得るものである。
【００１７】
【作用】上記手段により、接着剤を用いないで単結晶強
誘電体及び圧電セラミックスを強固に接合することがで
きる。
誘電体及び圧電セラミックスを強固に接合することがで
きる。
【００１８】特に焦電性を示す強誘電体においては、分
極軸の分極方向を合わせて接合することで、熱処理時に
現れる表面電荷による静電引力が働き、より密着性が増
し、分極方向を合わせないときに比べてより低温で強固
な接合が得られる。
極軸の分極方向を合わせて接合することで、熱処理時に
現れる表面電荷による静電引力が働き、より密着性が増
し、分極方向を合わせないときに比べてより低温で強固
な接合が得られる。
【００１９】また、単分域化されている強誘電体の分極
方向を互いに逆にして接合すれば、容易に分極反転構造
が形成でき、分極方向が隣合う分域同士で逆向きの関係
をもった分域壁構造を簡便に再現性よく得ることが可能
になる。
方向を互いに逆にして接合すれば、容易に分極反転構造
が形成でき、分極方向が隣合う分域同士で逆向きの関係
をもった分域壁構造を簡便に再現性よく得ることが可能
になる。
【００２０】さらに、分極軸に対してある角度をもって
カットされた強誘電体であれば、そのカット角を適当に
選ぶことにより、任意の方向に分極構造を持った積層強
誘電体を得ることができる。
カットされた強誘電体であれば、そのカット角を適当に
選ぶことにより、任意の方向に分極構造を持った積層強
誘電体を得ることができる。
【００２１】また、上記構造を有し、圧電性を示す強誘
電体においては、直接接合する強誘電体の分極方向の相
互関係とその接合体に印可する電圧の方向を適当に選ぶ
ことにより、その振動モードを制御することができる。
電体においては、直接接合する強誘電体の分極方向の相
互関係とその接合体に印可する電圧の方向を適当に選ぶ
ことにより、その振動モードを制御することができる。
【００２２】その上、接合面は物理的・化学的に非常に
安定な格子レベルの接合によってなされているため、そ
れぞれの分域を機械的研磨あるいは化学的エッチングの
手法を用いて所期の厚さに薄板化できる。そのため、積
層構造のそれぞれの厚さを正確に制御できる上、特性の
経時変化が少ない基板が得られる。
安定な格子レベルの接合によってなされているため、そ
れぞれの分域を機械的研磨あるいは化学的エッチングの
手法を用いて所期の厚さに薄板化できる。そのため、積
層構造のそれぞれの厚さを正確に制御できる上、特性の
経時変化が少ない基板が得られる。
【００２３】以下に本発明の実施例を述べる。
【００２４】
（実施例１）図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の接合体の
一実施例及びその接合方法を示す斜視図である。基板の
カット角は、１２８゜回転ｙｃｕｔであり、結晶のｙ軸
よりｚ軸方向に１２８゜回転した軸に垂直にカットされ
ている。なお、これらの単結晶は、単分域化されてお
り、分極はｚ軸に平行となっている。
一実施例及びその接合方法を示す斜視図である。基板の
カット角は、１２８゜回転ｙｃｕｔであり、結晶のｙ軸
よりｚ軸方向に１２８゜回転した軸に垂直にカットされ
ている。なお、これらの単結晶は、単分域化されてお
り、分極はｚ軸に平行となっている。
【００２５】以下、図内において分極の方向は矢印で示
し、結晶方位もあわせて示す。図１（ａ）に示すよう
に、接合面を鏡面に研磨し、接合面上に塵や埃が存在し
ないように洗浄した２枚のＬｉＮｂＯ3基板１１を結晶
方位を合わせ、分極方向は逆になるようにして、図１
（ｂ）に示すように密着する。接合するのに必要な清浄
な表面を得るための洗浄は、例えば硫酸過酸化水素混合
液を加熱した液に数分間浸した後、純水洗浄することで
得られる。この処理によって、基板表面は清浄化される
とともに親水化処理され、水酸基（ＯＨ基）が表面に水
素結合により吸着する。この状態で基板を重ね合わせる
ことにより接合される。また、両基板を密着する際に
は、接合界面に異物が入らないように注意する。
し、結晶方位もあわせて示す。図１（ａ）に示すよう
に、接合面を鏡面に研磨し、接合面上に塵や埃が存在し
ないように洗浄した２枚のＬｉＮｂＯ3基板１１を結晶
方位を合わせ、分極方向は逆になるようにして、図１
（ｂ）に示すように密着する。接合するのに必要な清浄
な表面を得るための洗浄は、例えば硫酸過酸化水素混合
液を加熱した液に数分間浸した後、純水洗浄することで
得られる。この処理によって、基板表面は清浄化される
とともに親水化処理され、水酸基（ＯＨ基）が表面に水
素結合により吸着する。この状態で基板を重ね合わせる
ことにより接合される。また、両基板を密着する際に
は、接合界面に異物が入らないように注意する。
【００２６】常温において密着したＬｉＮｂＯ3基板１
１同士は、この時点でもかなり強力に接着しており、引
っ張り強度にして数十kg／cm2の値が得られる。しか
し、この時点での接合は原子間力と基板表面に存在する
ＯＨ基同士の水素結合によるものであると考えられる。
そのため、接合界面に水分や化学薬品が浸透すると簡単
に分離してしまう。そこで、より強力な接合状態を得る
ために熱処理を行う。熱処理は、ＬｉＮｂＯ3のキュリ
ー点を越えない温度で行う。この熱処理により、脱水反
応が生じ、接合界面の原子同士の結合が共有結合やイオ
ン結合などの原子レベルの結合となり、強固な接合が両
基板間で達成される。熱処理温度がキュリー点を越える
と、誘電体内の分極の配向がバラバラになってしまうた
め、必ずこの温度以下でなくてはならない。
１同士は、この時点でもかなり強力に接着しており、引
っ張り強度にして数十kg／cm2の値が得られる。しか
し、この時点での接合は原子間力と基板表面に存在する
ＯＨ基同士の水素結合によるものであると考えられる。
そのため、接合界面に水分や化学薬品が浸透すると簡単
に分離してしまう。そこで、より強力な接合状態を得る
ために熱処理を行う。熱処理は、ＬｉＮｂＯ3のキュリ
ー点を越えない温度で行う。この熱処理により、脱水反
応が生じ、接合界面の原子同士の結合が共有結合やイオ
ン結合などの原子レベルの結合となり、強固な接合が両
基板間で達成される。熱処理温度がキュリー点を越える
と、誘電体内の分極の配向がバラバラになってしまうた
め、必ずこの温度以下でなくてはならない。
【００２７】上に示したような手順により、分極方向が
反転した接合体が接着剤を用いずに得られる。
反転した接合体が接着剤を用いずに得られる。
【００２８】また、得られる接合体の分極方向は結晶の
カット角を選ぶことにより自由に選ぶことができるの
で、利用したい振動モードにより最適な組み合わせで設
計できる。さらに、接合される基板の厚みが同じであれ
ば、分極の境界が基板の中央にあるので振動子として用
いたときに面内振動はほとんど励振されないためスプリ
アス振動が抑制される。さらに、圧電アクチュエータと
して、振動子構造に直流電圧を印加する場合も、ヒステ
リシスの原因のひとつである接着剤がないので、良好な
線形性と大振幅が得られる。
カット角を選ぶことにより自由に選ぶことができるの
で、利用したい振動モードにより最適な組み合わせで設
計できる。さらに、接合される基板の厚みが同じであれ
ば、分極の境界が基板の中央にあるので振動子として用
いたときに面内振動はほとんど励振されないためスプリ
アス振動が抑制される。さらに、圧電アクチュエータと
して、振動子構造に直流電圧を印加する場合も、ヒステ
リシスの原因のひとつである接着剤がないので、良好な
線形性と大振幅が得られる。
【００２９】基板がＬｉＴａＯ3基板である場合にも、
同様なことがいえる。次にその例を示す。
同様なことがいえる。次にその例を示す。
【００３０】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例の接合体を示す側面図である。図２において、２１は
ＬｉＴａＯ3基板である。なお、基板のカット角はｚｃ
ｕｔである。
例の接合体を示す側面図である。図２において、２１は
ＬｉＴａＯ3基板である。なお、基板のカット角はｚｃ
ｕｔである。
【００３１】本実施例は実施例１とほぼ同じであるが、
異なる点はＬｉＴａＯ3がＬｉＮｂＯ3に比べて、キュリ
ー点が低い点である。
異なる点はＬｉＴａＯ3がＬｉＮｂＯ3に比べて、キュリ
ー点が低い点である。
【００３２】そこで、ｚｃｕｔＬｉＴａＯ3基板同士を
接合する際には、前に述べたのと同じ理由で、熱処理温
度がＬｉＴａＯ3のキュリー点を越えないようにしなく
てはならない。
接合する際には、前に述べたのと同じ理由で、熱処理温
度がＬｉＴａＯ3のキュリー点を越えないようにしなく
てはならない。
【００３３】本実施例の基板は厚み振動子に適用する
と、従来の半波長共振に対して一波長での共振が可能に
なるため、板厚が半分の振動子と等価に働くことにな
る。そのため、これまで薄板化する際の加工精度で制限
されていた周波数の上限を２倍に拡大できるので、従来
の技術で、さらに高周波の厚み振動子が得られる。
と、従来の半波長共振に対して一波長での共振が可能に
なるため、板厚が半分の振動子と等価に働くことにな
る。そのため、これまで薄板化する際の加工精度で制限
されていた周波数の上限を２倍に拡大できるので、従来
の技術で、さらに高周波の厚み振動子が得られる。
【００３４】次に、接合する基板の分極の向きが同じで
ある場合の実施例を示す。。 （実施例３）図３は本発明の第３の実施例の接合体を示
す側面図である。本実施例において特徴的なことは、熱
処理の際に基板間に静電引力が働くことである。これは
ＬｉＮｂＯ3が焦電性をもっていることが原因である。
焦電性をもった材料は熱を加え、温度を変化させること
でその表面に電荷が現れる。この電荷の極性は分極の方
向により決まる。本実施例の場合、分極方向が両基板に
おいて合わせてあるため、基板間にはそれぞれの基板表
面に逆極性の電荷が生じ、静電的により強く密着する。
加熱時の昇温は速やかに行っても両基板の熱膨張率が全
く等しいため特に問題はない上、より大きな静電引力が
働くので都合がよい。しかし、実施例２のように、両基
板の極性を合わせていない場合には、それぞれの基板表
面には同極性の電荷が生じる。この電気的な反発力が基
板間の接合強度をこえると両基板ははがれてしまい、強
固に接合することができない。分極方向に垂直にカット
された焦電性強誘電体基板を接合する際には、この点に
注意する必要がある。分極方向を逆に接合する場合に
は、加熱を緩やかに行うか、基板間に圧力を加えておく
などの工夫をするとよい。なお、分極方向にある角度を
もってカットされた基板においても分極方向を合わせた
方が逆にした場合に比べて、同じ温度で処理した場合の
接合強度が大きいことがわかっている。
ある場合の実施例を示す。。 （実施例３）図３は本発明の第３の実施例の接合体を示
す側面図である。本実施例において特徴的なことは、熱
処理の際に基板間に静電引力が働くことである。これは
ＬｉＮｂＯ3が焦電性をもっていることが原因である。
焦電性をもった材料は熱を加え、温度を変化させること
でその表面に電荷が現れる。この電荷の極性は分極の方
向により決まる。本実施例の場合、分極方向が両基板に
おいて合わせてあるため、基板間にはそれぞれの基板表
面に逆極性の電荷が生じ、静電的により強く密着する。
加熱時の昇温は速やかに行っても両基板の熱膨張率が全
く等しいため特に問題はない上、より大きな静電引力が
働くので都合がよい。しかし、実施例２のように、両基
板の極性を合わせていない場合には、それぞれの基板表
面には同極性の電荷が生じる。この電気的な反発力が基
板間の接合強度をこえると両基板ははがれてしまい、強
固に接合することができない。分極方向に垂直にカット
された焦電性強誘電体基板を接合する際には、この点に
注意する必要がある。分極方向を逆に接合する場合に
は、加熱を緩やかに行うか、基板間に圧力を加えておく
などの工夫をするとよい。なお、分極方向にある角度を
もってカットされた基板においても分極方向を合わせた
方が逆にした場合に比べて、同じ温度で処理した場合の
接合強度が大きいことがわかっている。
【００３５】次に、圧電セラミックスを接合する例を示
す。 （実施例４）図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実
施例の接合体を示す側面図である。図において、４１は
チタン酸ジルコン酸鉛あるいはランタン添加チタン酸ジ
ルコン酸鉛を主成分とするＰＺＴ、ＰＬＺＴ系の圧電セ
ラミックスである。
す。 （実施例４）図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実
施例の接合体を示す側面図である。図において、４１は
チタン酸ジルコン酸鉛あるいはランタン添加チタン酸ジ
ルコン酸鉛を主成分とするＰＺＴ、ＰＬＺＴ系の圧電セ
ラミックスである。
【００３６】ＰＺＴ、ＰＬＺＴ系の圧電セラミックス
は、電気機械結合係数が高く、成形が容易なため、現在
最も広く用いられている圧電材料である。特に、ＰＬＺ
Ｔ系の圧電セラミックスは緻密に焼結し、透明なものも
得られるため、本方法で接合するのに必要な鏡面の表面
状態が比較的容易に得られる材料である。
は、電気機械結合係数が高く、成形が容易なため、現在
最も広く用いられている圧電材料である。特に、ＰＬＺ
Ｔ系の圧電セラミックスは緻密に焼結し、透明なものも
得られるため、本方法で接合するのに必要な鏡面の表面
状態が比較的容易に得られる材料である。
【００３７】図に示すように、分極方向のそれぞれ異な
る圧電セラミックスがいくつかの組み合わせで接合され
ている。その方法は前に述べたとおりである。
る圧電セラミックスがいくつかの組み合わせで接合され
ている。その方法は前に述べたとおりである。
【００３８】圧電セラミックスは、熱膨張率の異方性を
ほとんどもたないため、分極方向をほぼ自由に選んでの
接合を容易に実現することができる。そのため、従来に
はない分極の構造を得ることができ、実際の素子に用い
る際にその振動モードに応じた自由な設計が可能にな
る。ここに示したのはあくまで一例に過ぎず、目的に応
じてその分極方向を変えることができ、ほぼ無限の組み
合わせが可能である。また、本実施例には圧電セラミッ
クスの場合を示したが、単結晶強誘電体によっても同様
な構造が達成できる。さらに、接合される材料が異種で
あっても問題はなく、材料の組み合わせにおいても、設
計の自由度は増大する。
ほとんどもたないため、分極方向をほぼ自由に選んでの
接合を容易に実現することができる。そのため、従来に
はない分極の構造を得ることができ、実際の素子に用い
る際にその振動モードに応じた自由な設計が可能にな
る。ここに示したのはあくまで一例に過ぎず、目的に応
じてその分極方向を変えることができ、ほぼ無限の組み
合わせが可能である。また、本実施例には圧電セラミッ
クスの場合を示したが、単結晶強誘電体によっても同様
な構造が達成できる。さらに、接合される材料が異種で
あっても問題はなく、材料の組み合わせにおいても、設
計の自由度は増大する。
【００３９】ただし、異種材料の接合の場合には両者の
熱膨張率に注意する必要がある。次にその例を示す。
熱膨張率に注意する必要がある。次にその例を示す。
【００４０】（実施例５）図５に示すように、ｚｃｕｔ
ＬｉＮｂＯ3基板１１とｚｃｕｔＬｉＴａＯ3基板２１が
接合されている。一方のｚｃｕｔＬｉＮｂＯ3基板は平
面方向（ｘ軸方向）の熱膨張率が、１５４×１０-7／℃
であり、もう一方のｚｃｕｔＬｉＴａＯ3基板はその値
が、１６１×１０-7／℃である。実施例１、２とは異な
り、接合される基板に熱膨張率差があるが、結晶形態が
ほぼ同じであるため相性がよく、ＬｉＴａＯ3のキュリ
ー点までは加熱しても熱膨張率差に起因する割れはなく
異種材料であっても接合が可能である。結晶方位がずれ
ていても接合は可能であるが、ずれが大きいと熱処理可
能な温度が低くなる。低い熱処理温度は接合強度の低下
につながるので好ましくない。しかし、十数度のずれで
あれば問題なく接合する。
ＬｉＮｂＯ3基板１１とｚｃｕｔＬｉＴａＯ3基板２１が
接合されている。一方のｚｃｕｔＬｉＮｂＯ3基板は平
面方向（ｘ軸方向）の熱膨張率が、１５４×１０-7／℃
であり、もう一方のｚｃｕｔＬｉＴａＯ3基板はその値
が、１６１×１０-7／℃である。実施例１、２とは異な
り、接合される基板に熱膨張率差があるが、結晶形態が
ほぼ同じであるため相性がよく、ＬｉＴａＯ3のキュリ
ー点までは加熱しても熱膨張率差に起因する割れはなく
異種材料であっても接合が可能である。結晶方位がずれ
ていても接合は可能であるが、ずれが大きいと熱処理可
能な温度が低くなる。低い熱処理温度は接合強度の低下
につながるので好ましくない。しかし、十数度のずれで
あれば問題なく接合する。
【００４１】以上すべての実施例は、２個の基板を接合
する例のみを述べてきたが、３個以上の接合も当然可能
であり、その分極方向も自由に選択できることは当然で
ある。本発明の主旨は、基板の接合の際に、その分極方
向が任意に選択できる積層強誘電体及びその接合方法に
あり、上記条件を含む接合体は全て含まれる。
する例のみを述べてきたが、３個以上の接合も当然可能
であり、その分極方向も自由に選択できることは当然で
ある。本発明の主旨は、基板の接合の際に、その分極方
向が任意に選択できる積層強誘電体及びその接合方法に
あり、上記条件を含む接合体は全て含まれる。
【００４２】ここでは、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、Ｐ
ＺＴ、ＰＬＺＴの例を示したが、他の強誘電体でも原理
的には同様の処理が可能である。
ＺＴ、ＰＬＺＴの例を示したが、他の強誘電体でも原理
的には同様の処理が可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上実施例で述べてきたように本発明に
よれば、上記手段により、接着剤を用いないで単結晶強
誘電体及び圧電セラミックスを強固に接合することがで
きる。その際、互いの分極方向を任意に設定できるた
め、従来にはない構造の積層強誘電体が容易に得られ
る。
よれば、上記手段により、接着剤を用いないで単結晶強
誘電体及び圧電セラミックスを強固に接合することがで
きる。その際、互いの分極方向を任意に設定できるた
め、従来にはない構造の積層強誘電体が容易に得られ
る。
【００４４】また、接合面はすべて化学的、物理的に安
定であるため、本発明の接合基板は加工が可能で、さら
に、本発明の積層強誘電体からなる圧電デバイスは、接
着剤の層が無いため特性が良く、経時変化の少ないもの
となる。特に焦電性を示す強誘電体においては、分極軸
の分極方向を合わせて接合することで、熱処理時に表面
電荷による静電引力が働き、より密着性が増し、分極方
向を合わせないときに比べてより低温で強固な接合が得
られる。
定であるため、本発明の接合基板は加工が可能で、さら
に、本発明の積層強誘電体からなる圧電デバイスは、接
着剤の層が無いため特性が良く、経時変化の少ないもの
となる。特に焦電性を示す強誘電体においては、分極軸
の分極方向を合わせて接合することで、熱処理時に表面
電荷による静電引力が働き、より密着性が増し、分極方
向を合わせないときに比べてより低温で強固な接合が得
られる。
【図１】本発明の第１の実施例の接合体及びその接合方
法を示す斜視図
法を示す斜視図
【図２】本発明の第２の実施例の接合体を示す側面図
【図３】本発明の第３の実施例の接合体を示す側面図
【図４】第４の実施例の接合体を示す側面図
【図５】本発明の第５の実施例の接合体を示す側面図
【図６】従来の屈曲振動子の概略を示す側面図
１１ ＬｉＮｂＯ3基板 ２１ ＬｉＴａＯ3基盤 ４１ 圧電セラミックス ６１ 接着剤 ６２ 励振電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/30 Ｂ 8216−4Ｇ Ａ 8216−4Ｇ Ｈ０１Ｂ 3/00 Ｄ Ｈ０１Ｌ 41/18 41/24 Ｈ０３Ｈ 3/02 Ｂ 7719−5Ｊ 9/17 Ｇ 7719−5Ｊ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ａ (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】結晶の分極方向に対してある角度をもって
切り出された２個以上の単分域化された単結晶強誘電体
を直接接合し、単一の固体内に互いに任意の分極方向を
もった分域が存在することを特徴とする積層強誘電体。 - 【請求項２】分極処理を施した２個以上の圧電セラミッ
クスを直接接合し、単一の固体内に互いに任意の分極方
向をもった分域が存在することを特徴とする積層強誘電
体。 - 【請求項３】２個以上の単結晶強誘電体を単分域化し、
その接合すべき面を鏡面研磨し、前記接合すべき面を清
浄化、親水化し、前記鏡面同士を密着した後、前記単結
晶強誘電体のキュリー点以下で加熱し、前記接合面の接
合を原子レベルの接合に置換して互いに強固に直接接合
する工程を具備した積層強誘電体の接合方法。 - 【請求項４】２個以上の圧電セラミックスに分極処理を
施し、その接合すべき面を鏡面研磨し、前記接合すべき
面を清浄化、親水化し、前記鏡面同士を密着した後、前
記圧電セラミックスのキュリー点以下で加熱し、前記接
合面の接合を原子レベルの接合に置換して互いに強固に
直接接合する工程を具備した積層強誘電体の接合方法。 - 【請求項５】単結晶強誘電体がニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）のいず
れかより選ばれることを特徴とする請求項１記載の積層
強誘電体。 - 【請求項６】圧電セラミックスがチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬ
ＺＴ）を主成分とする群より選ばれるいずれかであるこ
とを特徴とする請求項２記載の積層強誘電体。 - 【請求項７】単結晶強誘電体がニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）のいず
れかより選ばれることを特徴とする請求項３記載の積層
強誘電体の接合方法。 - 【請求項８】圧電セラミックスがチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＬ
ＺＴ）を主成分とする群より選ばれるいずれかであるこ
とを特徴とする請求項４記載の積層強誘電体の接合方
法。 - 【請求項９】２個以上の単分域化された単結晶強誘電体
の接合すべき面を鏡面研磨し、前記接合すべき面を清浄
化、親水化し、前記強誘電体の結晶方位を合わせて、分
極方向は逆になるように前記鏡面同士を密着した後、前
記単結晶強誘電体のキュリー点以下で加熱し、前記接合
面の接合を原子レベルの接合に置換して互いに強固に直
接接合する工程を具備した分極反転単結晶強誘電体の接
合方法。 - 【請求項１０】２個以上の単分域化された単結晶強誘電
体の接合すべき面を鏡面研磨し、接合すべき面を清浄
化、親水化し、前記強誘電体の分極方向、結晶方位を全
て合わせて前記鏡面同士を密着した後、前記単結晶強誘
電体のキュリー点以下で加熱し、前記接合面の接合を原
子レベルの接合に置換して互いに強固に直接接合する工
程を具備した単結晶強誘電体の接合方法。 - 【請求項１１】分極処理を施された２個以上の圧電セラ
ミックスの接合すべき面を鏡面研磨し、前記接合すべき
面を清浄化、親水化し、前記圧電セラミックスの分極方
向を逆になるように前記鏡面同士を密着した後、前記圧
電セラミックスのキュリー点以下で加熱し、前記接合面
の接合を原子レベルの接合に置換して互いに強固に直接
接合する工程を具備した分極反転積層圧電セラミックス
の接合方法。 - 【請求項１２】分極処理を施された２個以上の圧電セラ
ミックスの接合すべき面を鏡面研磨し、前記接合すべき
面を清浄化、親水化し、前記圧電セラミックスの分極方
向を合わせて前記鏡面同士を密着した後、前記圧電セラ
ミックスのキュリー点以下で加熱し、前記接合面の接合
を原子レベルの接合に置換して互いに強固に直接接合す
る工程を具備した圧電セラミックスの接合方法。 - 【請求項１３】単結晶強誘電体がニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウムのいずれかより選ばれることを特徴と
する請求項９または１０記載の単結晶強誘電体の接合方
法。 - 【請求項１４】圧電セラミックスがチタン酸ジルコン酸
鉛（ＰＺＴ）、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＬＺＴ）を主成分とする群より選ばれるいずれかである
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の圧電セラ
ミックスの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP565494A JP3264074B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 積層強誘電体及びその接合方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP565494A JP3264074B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 積層強誘電体及びその接合方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07206600A true JPH07206600A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3264074B2 JP3264074B2 (ja) | 2002-03-11 |
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ID=11617120
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP565494A Expired - Fee Related JP3264074B2 (ja) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | 積層強誘電体及びその接合方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3264074B2 (ja) |
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| JP2000313116A (ja) * | 1996-04-11 | 2000-11-14 | Citizen Watch Co Ltd | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
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| WO2020026611A1 (ja) * | 2018-07-30 | 2020-02-06 | 株式会社村田製作所 | 圧電デバイス |
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|---|---|---|---|---|
| WO2010067794A1 (ja) | 2008-12-10 | 2010-06-17 | 株式会社村田製作所 | 圧電性複合基板の製造方法、および圧電素子の製造方法 |
-
1994
- 1994-01-24 JP JP565494A patent/JP3264074B2/ja not_active Expired - Fee Related
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