JPH08298347A - Piezoelectric element, its manufacture, and growth method of lithium tetraborate crystal containing twin - Google Patents

Piezoelectric element, its manufacture, and growth method of lithium tetraborate crystal containing twin

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JPH08298347A
JPH08298347A JP888596A JP888596A JPH08298347A JP H08298347 A JPH08298347 A JP H08298347A JP 888596 A JP888596 A JP 888596A JP 888596 A JP888596 A JP 888596A JP H08298347 A JPH08298347 A JP H08298347A
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Japan
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crystal
lithium tetraborate
twin
piezoelectric element
lithium
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Ryuichi Komatsu
隆一 小松
Tamotsu Sugawara
保 菅原
Tadashi Sugihara
忠 杉原
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Abstract

PURPOSE: To provide a piezoelectric element which can constitute a piezoelectric actuator like a bimorph, by using not a stacked board but a single piezoelectric plate. CONSTITUTION: A single piezoelectric plate 10 is constituted of lithium tetraborate crystal composed of two thin plate type crystal individuals 10b, 10b forming a twin which come into contact with each other on a twin surface 10a. By applying a voltage across the respective crystal individuals 10b, 10b, mechanical displacement is generated in the single piezoelectric plate 10. On the contrary, by applying mechanical displacement to the single piezoelectric plate 10, a voltage is generated between the crystal individuals 10b, 10b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、双晶が生じた四ほ
う酸リチウム(Li247 )結晶を利用したバイモ
ルフのような圧電アクチュエーター等の圧電素子および
その製造方法並びに双晶を含む四ほう酸リチウム結晶の
育成方法、当該双晶を含む四ほう酸リチウム結晶の育成
方法に用いられる種結晶の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention includes a piezoelectric element such as a piezoelectric actuator such as a bimorph using a lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ) crystal in which a twin crystal is formed, a method for manufacturing the same, and a twin crystal. The present invention relates to a method for growing a lithium tetraborate crystal and a method for producing a seed crystal used for growing a lithium tetraborate crystal containing the twin crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、バイモルフと呼ばれる圧電素
子が使用されており、これは2枚の圧電板を貼合せたも
ので、印加電圧が圧電板の一方を引き伸ばすと同時に他
方を圧縮し、これにより印加電圧に比例して圧電板が曲
がるものである。制御分野では圧電アクチュエーターと
して使用されている。逆に圧電板が曲がるように圧力を
加えると、1枚の圧電板の2倍の電圧が発生する。これ
はプレーヤーのピックアップやマイクロホンに用いられ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric element called a bimorph has been used, which is formed by laminating two piezoelectric plates, and the applied voltage expands one of the piezoelectric plates and simultaneously compresses the other. Thus, the piezoelectric plate bends in proportion to the applied voltage. It is used as a piezoelectric actuator in the control field. On the contrary, if pressure is applied so that the piezoelectric plate bends, a voltage twice as high as that of one piezoelectric plate is generated. It is used in player pickups and microphones.

【0003】従来、このような圧電素子は、強誘電体セ
ラミックス、あるいはその単結晶板を分極して接着剤で
互いに反転するように貼合わせていた。この代表はPZ
T(ジルコンチタン酸鉛)である。
Conventionally, in such a piezoelectric element, a ferroelectric ceramic or a single crystal plate thereof is polarized and laminated with an adhesive so as to be inverted with each other. This representative is PZ
T (lead zirconate titanate).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな貼合せ型圧電素子は、長期間使用すると、接着剤の
経時変化などにより変位幅が変動し、信頼性に乏しいと
いう問題がある。また、有機系の接着剤を使用すれば、
耐熱性にも問題がある。
However, such a laminated piezoelectric element has a problem in that when it is used for a long period of time, the displacement width varies due to the change with time of the adhesive agent and the reliability is poor. Also, if you use an organic adhesive,
There is also a problem with heat resistance.

【0005】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、貼合せとせずに、単一圧電板でバイモルフ等の圧電
アクチュエーターを構成することができる圧電素子およ
びその製造方法、並びに双晶を含む四ほう酸リチウム結
晶の育成方法、当該双晶を含む四ほう酸リチウム結晶の
育成方法に用いられる種結晶の製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a piezoelectric element capable of forming a piezoelectric actuator such as a bimorph with a single piezoelectric plate without bonding, a method for manufacturing the same, and a twin crystal. An object of the present invention is to provide a method for growing a lithium tetraborate crystal and a method for producing a seed crystal used in the method for growing a lithium tetraborate crystal containing the twin crystal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る圧電素子は、接合面で接する双晶をな
す2つの結晶個体からなる四ほう酸リチウム結晶体のそ
れぞれの結晶個体に電気的接点を形成してなることを特
徴とする。
In order to achieve the above object, the piezoelectric element according to the present invention has a structure in which each crystal solid of a lithium tetraborate crystal is composed of two crystal solids forming a twin crystal which are in contact with each other at a joint surface. It is characterized by forming a physical contact point.

【0007】本発明に係る圧電素子は、接合面で接する
双晶をなす2つの薄板状結晶個体からなる四ほう酸リチ
ウム結晶体で構成される単一圧電板であって、それぞれ
の結晶個体間に電圧を印加することにより該単一圧電板
に機械的変位が生じるように構成してあることが好まし
い。
The piezoelectric element according to the present invention is a single piezoelectric plate composed of a lithium tetraborate crystal body composed of two thin plate-like crystal solids that form twin crystals that are in contact with each other at the bonding surface. It is preferable that the single piezoelectric plate is configured so as to be mechanically displaced by applying a voltage.

【0008】本発明に係る圧電素子は、接合面で接する
双晶をなす2つの薄板状結晶個体からなる四ほう酸リチ
ウム結晶体で構成される単一圧電板であって、該単一圧
電板に機械的変位を与えることにより該結晶個体間に電
圧が生じるように構成することもできる。
The piezoelectric element according to the present invention is a single piezoelectric plate composed of a lithium tetraborate crystal body composed of two thin plate-like crystal solids that form twin crystals that are in contact with each other at the joint surface. A voltage may be generated between the crystal solids by applying mechanical displacement.

【0009】前記四ほう酸リチウム結晶体は、双晶が生
じた四ほう酸リチウム結晶から接合面を含む結晶体を切
り出したものであることが好ましい。本発明に係る圧電
素子の製造方法は、双晶が生じた四ほう酸リチウム結晶
をその育成方向に平行に切り出して接合面を含んだ四ほ
う酸リチウム結晶体を作製し、この結晶体の双晶をなす
両結晶個体の両面の一部または全面に導電膜を形成する
ことを特徴とする。
The lithium tetraborate crystal body is preferably a crystal body including a bonding surface cut out from a lithium tetraborate crystal in which twin crystals are formed. The method for manufacturing a piezoelectric element according to the present invention, a lithium tetraborate crystal in which twins are generated is cut out in parallel with the growing direction to produce a lithium tetraborate crystal body containing a bonding surface, and the twin crystal of this crystal body is formed. It is characterized in that a conductive film is formed on a part or the entire surface of both crystal solids.

【0010】本発明に係る双晶を含む四ほう酸リチウム
結晶の育成方法は、双晶を含む四ほう酸リチウム結晶を
種結晶として、該種結晶を四ほう酸リチウム融液に浸
し、チョクラルスキー法により引き上げることを特徴と
する。本発明の育成方法では、双晶を含む四ほう酸リチ
ウム結晶を種結晶として、該種結晶を四ほう酸リチウム
融液に浸し、EFG(Edge−defined Fi
lm Growth)法により、板状に引き上げるよう
に構成しても良い。
A method for growing a lithium tetraborate crystal containing twins according to the present invention is a method in which a lithium tetraborate crystal containing twins is used as a seed crystal, the seed crystal is immersed in a lithium tetraborate melt, and the Czochralski method is used. Characterized by raising. In the growing method of the present invention, a lithium tetraborate crystal containing twins is used as a seed crystal, and the seed crystal is immersed in a lithium tetraborate melt to obtain EFG (Edge-defined Fi).
It may be configured to pull up in a plate shape by the lm Growth) method.

【0011】また、本発明に係る双晶を含む四ほう酸リ
チウム種結晶の製造方法は、四ほう酸リチウム単結晶を
種結晶として四ほう酸リチウム融液に浸し、融液直上の
温度勾配を150℃/cm以上として、チョクラルスキ
ー法により四ほう酸リチウム結晶を引き上げ、該四ほう
酸リチウム結晶から切り出すことを特徴とする。なお、
温度勾配の上限は、結晶に割れなどが入らないように決
定され、特に限定されないが、300°C/cm以下が
好ましい。
In the method for producing a lithium tetraborate seed crystal containing twin crystals according to the present invention, a lithium tetraborate single crystal is immersed as a seed crystal in a lithium tetraborate melt, and a temperature gradient directly above the melt is 150 ° C. / It is characterized in that the crystal is made to be cm or more and the lithium tetraborate crystal is pulled up by the Czochralski method and cut out from the lithium tetraborate crystal. In addition,
The upper limit of the temperature gradient is determined so that the crystal does not crack, and is not particularly limited, but is preferably 300 ° C / cm or less.

【0012】本発明の圧電素子は、単結晶育成中に発生
し、製造時の失敗とされ、これまで顧みられていなかっ
た双晶が入った四ほう酸リチウム結晶に着目したもので
ある。本発明者らは、この四ほう酸リチウム結晶を接合
面を含んで育成方向に平行に切り出した四ほう酸リチウ
ム結晶体が、接合面を境に結晶個体の積層が逆転し、接
合面で接する双晶をなす結晶個体間に電圧を印加するこ
とにより、一方の結晶個体が膨張し、他方の結晶個体が
圧縮して機械的変位が生じ、圧電アクチュエーターとな
り得ることを見い出した。
The piezoelectric element of the present invention focuses on a lithium tetraborate crystal containing twin crystals which have been unappreciated until now, which have been regarded as failures during the manufacturing process during the growth of a single crystal. The present inventors have found that a lithium tetraborate crystal body obtained by cutting out this lithium tetraborate crystal in parallel with the growth direction including the joint surface has a stack of crystal solids reversed at the joint surface, and a twin crystal contacting at the joint surface. It has been found that when a voltage is applied between the crystal solids forming one of the crystal solids, one crystal solid expands, and the other crystal solid compresses to cause mechanical displacement, which can serve as a piezoelectric actuator.

【0013】このような圧電アクチュエーター素子は、
従来の貼合せ型圧電素子と異なり、単一の結晶から切り
出すことにより得られるものであるから貼合せ面が存在
せず、従って、単一圧電板でバイモルフ等を構成でき
る。このバイモルフ等は、長期間振動を与えても剥がれ
るおそれがなく、極めて信頼性が高いものである。
Such a piezoelectric actuator element is
Unlike the conventional bonded piezoelectric element, since it is obtained by cutting out from a single crystal, it does not have a bonded surface, and thus a single piezoelectric plate can constitute a bimorph or the like. This bimorph or the like is extremely reliable because it does not peel off even if it is subjected to vibration for a long period of time.

【0014】本発明の圧電素子は、双晶が生じた四ほう
酸リチウム結晶を、その育成方向に平行に切り出して接
合面を含んだ四ほう酸リチウム結晶体を作製し、この結
晶体の双晶をなす両結晶個体の両面の一部または全面に
導電膜を形成することにより容易に製造することができ
る。
In the piezoelectric element of the present invention, a lithium tetraborate crystal in which twins are formed is cut out in parallel with the growing direction to prepare a lithium tetraborate crystal body including a bonding surface, and the twin crystal of this crystal body is formed. It can be easily manufactured by forming a conductive film on a part or the entire surface of both crystal solids.

【0015】この双晶が生じた四ほう酸リチウム結晶
は、双晶を含む四ほう酸リチウム結晶を種結晶として四
ほう酸リチウム融液に浸し、チョクラルスキー法により
引き上げることで育成することができる。また、この双
晶が生じた四ほう酸リチウム結晶は、双晶を含む四ほう
酸リチウム結晶を種結晶として四ほう酸リチウム融液に
浸し、EFG法により引き上げることで育成することが
できる。このような本発明の双晶を含む四ほう酸リチウ
ム結晶の育成方法によれば、得られる結晶体に発現する
接合面の位置を任意に決定することができるので、切り
出し工程が短縮でき、また切り出される結晶体の歩留ま
りを向上させることができる。
The twin tetraborate crystal in which the twin crystal is generated can be grown by immersing the lithium tetraborate crystal containing the twin crystal in a lithium tetraborate melt as a seed crystal and pulling it by the Czochralski method. Further, the lithium tetraborate crystal in which the twin crystal is generated can be grown by immersing the lithium tetraborate crystal containing the twin crystal as a seed crystal in the lithium tetraborate melt and pulling it up by the EFG method. According to such a method for growing a lithium tetraborate crystal containing twins of the present invention, the position of the bonding surface developed in the obtained crystal can be arbitrarily determined, so that the cutting step can be shortened and cut. It is possible to improve the yield of the crystallites.

【0016】このとき用いられる双晶を含む四ほう酸リ
チウム結晶の種結晶は、四ほう酸リチウム単結晶を種結
晶として四ほう酸リチウム融液に浸し、融液直上の温度
勾配を150℃/cm以上として、チョクラルスキー法
により四ほう酸リチウム結晶を引き上げ、この結晶から
切り出すことにより容易に製造することができる。
A seed crystal of a lithium tetraborate crystal containing twins used at this time is a lithium tetraborate single crystal used as a seed crystal, which is immersed in a lithium tetraborate melt and the temperature gradient immediately above the melt is set to 150 ° C./cm or more. A lithium tetraborate crystal is pulled up by the Czochralski method and cut out from this crystal, whereby it can be easily produced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は 本発明の圧電素子
をバイモルフに適用した例を示す概略図、図2は結晶の
接合面をエッチングにより目視できるようにしたウエハ
の平面図、図3は接合面が結晶の引上方向に平行に発生
することを示す概略図、図4は双晶が発生したウエハの
切り取り部分を示した概略図、図5は図4の切り取り部
分で切り取った試料を示す斜視図、図6は図5の矢印方
向から見た結晶の偏光顕微鏡によるコノスコープを示す
模式図、図7は接合面で接する結晶個体のエッチング速
度が異なることを示す概念図、図10は双晶を含む四ほ
う酸リチウム結晶の育成方法を説明するための図であっ
て、図10(A)は種結晶を示す斜視図、図10(B)
は引き上げられた四ほう酸リチウム結晶を示す斜視図、
図11は他の実施の形態である四ほう酸リチウム結晶の
育成方法を説明するための図であって、図11(A)は
種結晶を示す斜視図、図11(B)は引き上げ初期工程
を示す断面図、図11(C)は引き上げられた四ほう酸
リチウム結晶を示す斜視図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example in which the piezoelectric element of the present invention is applied to a bimorph, FIG. 2 is a plan view of a wafer in which a bonded surface of a crystal can be visually confirmed by etching, and FIG. 4 is a schematic view showing that the wafer is twinned, and FIG. 4 is a schematic view showing a cut portion of the wafer where twins are generated. FIG. 5 is a perspective view showing a sample cut at the cut portion of FIG. 4. FIG. 5 is a schematic diagram showing a conoscope of a crystal viewed from the direction of the arrow by a polarization microscope, FIG. 7 is a conceptual diagram showing that etching rates of crystal solids contacting each other at a bonding surface are different, and FIG. 10 is a lithium tetraborate crystal containing twin crystals. FIG. 10 (A) is a perspective view showing a seed crystal, and FIG.
Is a perspective view showing a pulled lithium tetraborate crystal,
11A and 11B are views for explaining a method for growing a lithium tetraborate crystal which is another embodiment. FIG. 11A is a perspective view showing a seed crystal, and FIG. 11B is a pulling initial step. The cross-sectional view shown in FIG. 11C is a perspective view showing the pulled lithium tetraborate crystal.

【0018】本発明の圧電素子は、上述したように接合
面で接する双晶をなす2つの結晶個体からなる四ほう酸
リチウム結晶体のそれぞれの結晶個体に電気的接点を形
成した構造を有する。ここで、接合面とは、双晶をなす
2つの結晶が接している面である。四ほう酸リチウム結
晶においては、例えば(110)方位の種結晶を用いて
種結晶と同じ方位の単結晶を得る際に発生する双晶の接
合面は(112)方位であり、C軸方向の積層が接合面
を境にC+ 面とC- 面とに逆転している。
The piezoelectric element of the present invention has a structure in which an electrical contact is formed on each crystal solid of a lithium tetraborate crystal composed of two crystal solids forming a twin crystal which are in contact with each other at the joint surface as described above. Here, the bonded surface is a surface where two crystals forming a twin are in contact with each other. In a lithium tetraborate crystal, for example, when a seed crystal having a (110) orientation is used to obtain a single crystal having the same orientation as the seed crystal, a twin bonding surface has a (112) orientation, and a stack in the C-axis direction is formed. Is reversed to the C + surface and the C surface at the junction surface.

【0019】図1に示すように、本発明の実施の形態で
ある圧電素子は、接合面10aを含む四ほう酸リチウム
結晶板(結晶体)10の両面に銀等の電極膜(電気的接
点)11、11が積層されたバイモルフ1を有する。こ
のバイモルフ1は、支持体20にその一端部が支持さ
れ、片持梁式となっている。接合面10aの両側にそれ
ぞれ双晶をなす薄板状四ほう酸リチウム結晶個体10
b,10bが接合面10aを鏡面として接しており、こ
れらは単一圧電板(結晶体)10を構成する。なお、各
結晶個体10b,10bへの電気的接点11の形成は、
上記のように金属等の導電膜を結晶板10の上面および
下面の全面に形成してもよく、あるいは一部に形成し、
ねじれを起こさせるようにしても良い。
As shown in FIG. 1, a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention has an electrode film (electrical contact) of silver or the like on both surfaces of a lithium tetraborate crystal plate (crystal body) 10 including a bonding surface 10a. It has a bimorph 1 in which 11, 11 are laminated. The bimorph 1 is of a cantilever type with one end thereof supported by a support 20. Thin plate-like lithium tetraborate crystal solid 10 forming twins on both sides of the joint surface 10a
b and 10b are in contact with each other with the joint surface 10a as a mirror surface, and these constitute a single piezoelectric plate (crystal body) 10. In addition, the formation of the electrical contact 11 to each crystal solid 10b, 10b,
As described above, the conductive film of metal or the like may be formed on the entire upper surface and lower surface of the crystal plate 10, or may be formed on a part thereof.
You may make it twist.

【0020】このようなバイモルフ1では、接合面10
aを境に接する結晶個体10b、10bが互いに極性が
異なる。図1に示すように結晶個体10b、10b間に
電圧を印加すると、印加電圧により一方の結晶個体が膨
張し、他方の結晶個体が圧縮する。そのため、電圧の印
加により、図1の一点鎖線で示した如く機械的変位が生
じ、電気的に制御できる変位アクチュエーターとなる。
In such a bimorph 1, the joint surface 10
The polarities of the crystal solids 10b and 10b contacting each other at a are different from each other. As shown in FIG. 1, when a voltage is applied between the crystal solids 10b and 10b, one crystal solid expands and the other crystal solid compresses due to the applied voltage. Therefore, when a voltage is applied, a mechanical displacement occurs as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 1, and the displacement actuator can be electrically controlled.

【0021】例えば、100ボルトの電圧を印加した場
合、長さ1cm当たり、100μm程度の機械的変位を
得ることができ、電気的エネルギーを機械的エネルギー
に変換することができる。逆に、機械的エネルギーを電
気的エネルギーに変換することも可能であり、例えば単
一圧電板10に機械的変位を与えて、圧縮、収縮を各結
晶個体に与えると、電圧が発生する。
For example, when a voltage of 100 V is applied, a mechanical displacement of about 100 μm can be obtained per cm of length, and electrical energy can be converted into mechanical energy. On the contrary, it is also possible to convert mechanical energy into electric energy. For example, when mechanical displacement is applied to the single piezoelectric plate 10 to compress and contract each crystal solid, a voltage is generated.

【0022】本発明の圧電素子は、四ほう酸リチウム結
晶体の単一圧電板で構成でき、従来の2枚の圧電板を貼
合わせたものと異なり、接着剤などの接合を必要としな
いので、接合部分での剥離その他の信頼性を低下させる
要素がなく、長期間安定に作動する。しかも、比較的高
い温度まで使用可能であり、具体的には917℃の融点
まで使用可能である。
The piezoelectric element of the present invention can be constituted by a single piezoelectric plate made of a lithium tetraborate crystal, and unlike the conventional two piezoelectric plates bonded together, it does not require bonding with an adhesive or the like. There is no peeling or other reliability-reducing element at the joint, and it operates stably for a long time. Moreover, it can be used up to a relatively high temperature, specifically up to a melting point of 917 ° C.

【0023】本発明の圧電素子は、例えばバイモルフ、
振動子、圧電アクチュエーター等として利用可能であ
り、電気―機械的エネルギー相互変換素子として有用で
ある。例えば圧電アクチュエーターとして、カメラのシ
ャッター、電磁弁を使わないバルブ等の用途、あるいは
超音波の発生や超音波受信に用いられる振動子、ねじれ
等の振動子等種々の用途に応用可能である。
The piezoelectric element of the present invention is, for example, a bimorph,
It can be used as a vibrator, a piezoelectric actuator, etc., and is useful as an electro-mechanical energy mutual conversion element. For example, as a piezoelectric actuator, it can be applied to various applications such as a shutter of a camera, a valve that does not use an electromagnetic valve, a vibrator used for generating and receiving ultrasonic waves, a vibrator for twisting, and the like.

【0024】図1に示す本発明の圧電素子を構成する四
ほう酸リチウム結晶体10は、例えば次のようにして製
造することができる。図3に示すような双晶が入った四
ほう酸リチウム結晶棒30を得るには、まず最初に、四
ほう酸リチウムの単結晶を種結晶として、例えば、チョ
クラルスキー法の単結晶育成方法により、接合面(11
2)方向に対して垂直な方位、例えば(110)方位の
種結晶(単結晶)を四ほう酸リチウム融液に浸し、その
後種結晶を回転させながら種結晶を引上る際に、1mm
程度引き上げたときに、種結晶と融液との境界面に風な
どを送って融液直上の雰囲気に温度勾配を付与し、急激
に結晶を成長させる。これにより双晶を含む四ほう酸リ
チウム結晶30が容易に得られる。チョクラルスキー法
による結晶の育成方法では、引き上げ速度を0.5〜
2.0mm/時間、引き上げ径を2〜3インチ、融液直
上の雰囲気の温度勾配を150℃/cm以上とする。
The lithium tetraborate crystal body 10 constituting the piezoelectric element of the present invention shown in FIG. 1 can be manufactured, for example, as follows. In order to obtain a lithium tetraborate crystal rod 30 containing twins as shown in FIG. 3, first, a single crystal of lithium tetraborate is used as a seed crystal, for example, by the Czochralski method single crystal growing method. Bonding surface (11
When a seed crystal (single crystal) having an orientation perpendicular to the 2) direction, for example, a (110) orientation, is immersed in a lithium tetraborate melt and then the seed crystal is pulled up while rotating the seed crystal, 1 mm
When the crystal is pulled up to a certain extent, air is blown to the boundary surface between the seed crystal and the melt to give a temperature gradient to the atmosphere directly above the melt, thereby rapidly growing the crystal. As a result, a lithium tetraborate crystal 30 containing twins can be easily obtained. In the crystal growth method by the Czochralski method, the pulling rate is 0.5 to
2.0 mm / hour, the pulling diameter is 2 to 3 inches, and the temperature gradient of the atmosphere directly above the melt is 150 ° C./cm or more.

【0025】次からは、この双晶が入った結晶棒30か
ら図10(A)に示すような双晶を含む種結晶32を作
製し、チョクラルスキー法またはEFG(Edge−d
efined Film Growth)法などの育成
方法で種結晶32と同じ方位の双晶が入った引上双晶結
晶棒30が容易に得られる。
From the next, a seed crystal 32 containing twins as shown in FIG. 10A is prepared from the crystal rod 30 containing the twins, and the Czochralski method or EFG (Edge-d) is used.
The pulled-up twin crystal bar 30 containing twin crystals in the same orientation as the seed crystal 32 can be easily obtained by a growing method such as the refined film growth method.

【0026】図10(B)は、図10(A)に示す種結
晶32を用いてチョクラルスキー法により引き上げられ
た四ほう酸リチウム結晶棒30であり、種結晶32にお
ける接合面10aの位置を変えると、これに応じて四ほ
う酸リチウム結晶棒30における接合面10aの発生位
置を調節することができる。したがって、種結晶32に
おける接合面10aを決めておけば、引き上げられた結
晶棒30に表れる接合面10aも常に同じ位置に発現す
るので、その都度接合面10aを探す必要がなく、結晶
体10の切り出し工程を短縮することができる。
FIG. 10 (B) shows a lithium tetraborate crystal rod 30 pulled up by the Czochralski method using the seed crystal 32 shown in FIG. 10 (A). If changed, the generation position of the joint surface 10a in the lithium tetraborate crystal rod 30 can be adjusted accordingly. Therefore, if the joint surface 10a in the seed crystal 32 is determined, the joint surface 10a appearing in the pulled up crystal rod 30 always appears at the same position, and it is not necessary to search for the joint surface 10a each time, and the crystal body 10 The cutting process can be shortened.

【0027】また、種結晶32における接合面10aの
位置に対応して結晶棒30における接合面10aが表れ
ることから、例えば種結晶32の接合面10aを中心に
設定することにより結晶棒30の中心に接合面10aを
発現させると、最も歩留まり良く結晶体10を切り出す
ことができる。
Further, since the joint surface 10a of the crystal rod 30 appears corresponding to the position of the joint surface 10a of the seed crystal 32, the center of the crystal rod 30 can be set, for example, by setting the joint surface 10a of the seed crystal 32 as the center. When the bonding surface 10a is developed, the crystal body 10 can be cut out with the highest yield.

【0028】四ほう酸リチウム結晶30は、上述したチ
ョクラルスキー法以外にも、例えばEFG法によっても
育成することができる。この方法は、図11(A)に示
すような双晶を含む種結晶32を用い、図11(B)に
示すように、この種結晶32を四ほう酸リチウム融液3
4に浸す。この場合、坩堝の表面にダイ36を設けてお
き、例えば引き上げ速度0.5〜2mm/時間で直上に
引き上げる。これにより図11(C)に示すような板状
の四ほう酸リチウム結晶板30を育成することができ
る。特に、EFG法で四ほう酸リチウム結晶30を育成
すると、チョクラルスキー法に比べて結晶体10を切り
出す際の歩留まりに優れている。
The lithium tetraborate crystal 30 can be grown not only by the Czochralski method described above but also by the EFG method, for example. This method uses a seed crystal 32 containing twins as shown in FIG. 11 (A), and this seed crystal 32 is used as a lithium tetraborate melt 3 as shown in FIG. 11 (B).
Soak in 4. In this case, a die 36 is provided on the surface of the crucible, and the die 36 is pulled up directly at a pulling rate of 0.5 to 2 mm / hour. As a result, a plate-shaped lithium tetraborate crystal plate 30 as shown in FIG. 11C can be grown. In particular, when the lithium tetraborate crystal 30 is grown by the EFG method, the yield when cutting out the crystal body 10 is excellent as compared with the Czochralski method.

【0029】接合面の確認は、例えば酢酸を水で1:1
0で薄めた水溶液を、筆などで結晶表面に塗ると、接合
面(112)がエッチングされて、肉眼でもわかるよう
になる。双晶が入った結晶から作製したウエハを研磨し
て、上記水溶液を塗布しエッチングすると、例えば図2
のように境界線(接合面)10aがエッチングされて見
えるようになる。表面に現れた接合面は、図3に示すよ
うに、結晶引上方向に平行に発生する。このような双晶
が発生した四ほう酸リチウム結晶から図2の破線で示す
ように(001)面板を切り出すことにより、図1に示
した結晶体10を得ることができる。
The joint surface can be confirmed by, for example, acetic acid in water 1: 1.
When the aqueous solution diluted with 0 is applied to the crystal surface with a brush or the like, the bonding surface (112) is etched and can be seen with the naked eye. When a wafer prepared from crystals containing twins is polished, and the above aqueous solution is applied and etched, for example, as shown in FIG.
The boundary line (joint surface) 10a is etched as shown in FIG. The joining surface appearing on the surface occurs parallel to the crystal pulling direction, as shown in FIG. The crystal body 10 shown in FIG. 1 can be obtained by cutting out a (001) face plate as shown by a broken line in FIG. 2 from the lithium tetraborate crystal in which such twinning occurs.

【0030】ここで、双晶の方位関係を明らかにするた
め、図4に示すような(110)面方位の種結晶から育
成し、双晶が入った結晶から、同図の破線で示すように
(001)面板を切り出して、図5に示すような結晶個
体Aと結晶個体Bとが交互に並ぶ薄板Sを作製した。こ
の薄板Sの研磨を行い、偏光顕微鏡で観察した。四ほう
酸リチウムは一軸性結晶なので、C軸、即ち(001)
面に対して垂直方向から偏光顕微鏡を用いてコノスコー
プ像を観察すると、図6の模式図に示すように、十字が
見える。結晶個体A、結晶個体B共に同じ十字のコノス
コープ像が観察されたことからC軸方向には変化してい
ないことがわかった。
Here, in order to clarify the orientation relationship of the twins, a twin crystal was grown from a seed crystal having a (110) plane orientation as shown in FIG. A (001) face plate was cut out to prepare a thin plate S in which crystal solids A and crystal solids B are alternately arranged as shown in FIG. The thin plate S was polished and observed with a polarization microscope. Since lithium tetraborate is a uniaxial crystal, it has a C-axis, that is, (001)
When a conoscopic image is observed from the direction perpendicular to the plane using a polarization microscope, a cross is visible as shown in the schematic view of FIG. Since the same cross-shaped conoscopic image was observed in both crystal solid A and crystal solid B, it was found that there was no change in the C-axis direction.

【0031】また、この試料表面のエッチングを行っ
た。四ほう酸リチウムはC軸が極性軸であるので、C面
に+と−の区別があり、エッチング結果が相違する。図
7の概略図に示すように、エッチングの結果、Aの表面
がC+ 面の時には接合面で向かい合うBの表面がC-
であり、Aの表面がC- 面の時には接合面で向かい合う
Bの表面がC+ 面であることがわかった。裏面のエッチ
ング結果はこれと逆になる。このことはC軸方向の積層
が接合面で逆転していることを意味している。
Further, the surface of this sample was etched. Since lithium tetraborate has a C axis as a polar axis, there is a distinction between + and − on the C plane, and the etching results are different. As shown in the schematic view of FIG. 7, as a result of etching, when the surface of A is the C + surface, the surface of B faces the C surface, and when the surface of A is the C surface, it faces the bonding surface. It was found that the surface of B was the C + surface. The backside etching result is the opposite. This means that the stacking in the C-axis direction is reversed at the joint surface.

【0032】[0032]

【実施例】具体的にバイモルフを作製した。双晶が入っ
た引上結晶棒を切り出して接合面を間に挟んだ構造の薄
板を作製し、この表面を研磨して図8に示す寸法の薄板
を作製した。次に、その薄板両面の全面に厚み約50μ
mで銀電極を塗布し、焼き付けて、図1に示すような本
発明バイモルフを作成した。
[Example] A bimorph was specifically manufactured. A pulling crystal rod containing twins was cut out to prepare a thin plate having a structure in which a joint surface was sandwiched, and the surface was polished to prepare a thin plate having a size shown in FIG. Next, the thickness of about 50μ on the entire surface of both sides of the thin plate.
A silver electrode was coated with m and baked to prepare a bimorph of the present invention as shown in FIG.

【0033】比較として、PZTの2枚の薄板を変性ア
クリレート系接着剤で貼り合わせて、図8に示したのと
同じ寸法でPZT貼合せバイモルフを作製した。本発明
バイモルフでは、200ボルトの電圧を印加したときの
最大変位δは200μm程度であった。一方、PZT貼
合せバイモルフでは、200ボルトの電圧を印加したと
きの最大変位δが約500μmであった。なお、変位
は、レーザー変位計で測定した。
For comparison, two thin PZT plates were bonded together with a modified acrylate adhesive to prepare a PZT bonded bimorph having the same dimensions as shown in FIG. In the bimorph of the present invention, the maximum displacement δ when a voltage of 200 V was applied was about 200 μm. On the other hand, in the PZT laminated bimorph, the maximum displacement δ when a voltage of 200 V was applied was about 500 μm. The displacement was measured with a laser displacement meter.

【0034】次に、本発明バイモルフ、PZT貼合せバ
イモルフそれぞれに100ボルトの交流電圧(1Hz)
を印加して、百万回振動させ、その最大変位の変化率を
測定した。その結果を図9に示す。PZT貼合せバイモ
ルフでは、最大変位の減少率は約5%であったが、本発
明バイモルフでは、ほとんど変化しないことが認めら
れ、信頼性が高いことが確認された。
Next, an AC voltage (1 Hz) of 100 V was applied to each of the bimorph of the present invention and the PZT laminated bimorph.
Was applied and vibrated a million times, and the rate of change of the maximum displacement was measured. The result is shown in FIG. In the PZT laminated bimorph, the reduction rate of the maximum displacement was about 5%, but in the bimorph of the present invention, almost no change was observed, and it was confirmed that the reliability was high.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の圧電素子は、単一圧電板で構成
できるので、長期間の繰り返し使用に耐え、信頼性が極
めて高い。また、本発明の圧電素子の製造方法によれ
ば、簡単確実に、上記素子を得ることができる。
Since the piezoelectric element of the present invention can be constituted by a single piezoelectric plate, it can withstand repeated use over a long period of time and has extremely high reliability. Further, according to the method for manufacturing a piezoelectric element of the present invention, the above element can be obtained simply and reliably.

【0036】本発明の双晶を含む四ほう酸リチウム結晶
体の育成方法によれば、得られる結晶体に発現する接合
面の位置を任意に決定することができるので、切り出し
工程が短縮でき、また切り出される結晶体の歩留まりを
向上させることができる。
According to the method of growing a lithium tetraborate crystal body containing twins according to the present invention, the position of the joint surface developed in the obtained crystal body can be arbitrarily determined, so that the cutting step can be shortened and The yield of the cut crystal can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の圧電素子をバイモルフに適用し
た例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example in which the piezoelectric element of the present invention is applied to a bimorph.

【図2】図2は結晶の接合面をエッチングにより目視で
きるようにしたウエハの平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a wafer in which a crystal bonding surface is made visible by etching.

【図3】図3は接合面が結晶の引上方向に平行に発生す
ることを示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing that a joint surface occurs parallel to a crystal pulling direction.

【図4】図4は双晶が発生したウエハの切り取り部分を
示した概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a cutout portion of a wafer in which twins are generated.

【図5】図5は図4の切り取り部分で切り取った試料を
示す斜視図である。
5 is a perspective view showing a sample cut at a cut portion of FIG. 4. FIG.

【図6】図6は図5の矢印方向から見た結晶の偏光顕微
鏡によるコノスコープを示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a conoscope by a polarization microscope of the crystal seen from the arrow direction in FIG.

【図7】図7は接合面で接する結晶個体のエッチング速
度が異なることを示す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing that the crystal solids contacting each other at the bonding surface have different etching rates.

【図8】図8は実施例、比較例で用いた圧電板の寸法を
示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing dimensions of piezoelectric plates used in Examples and Comparative Examples.

【図9】図9は繰り返し振動を与えたときのPZTと本
発明バイモルフの変位の変動を測定したグラフである。
FIG. 9 is a graph showing changes in displacement of PZT and the bimorph of the present invention when cyclic vibration is applied.

【図10】図10は本発明の実施の形態である双晶を含
む四ほう酸リチウム結晶の育成方法を説明するための図
であって、(A)は種結晶を示す斜視図、(B)は引き
上げられた四ほう酸リチウム結晶を示す斜視図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of growing a lithium tetraborate crystal containing twin crystals, which is an embodiment of the present invention, in which (A) is a perspective view showing a seed crystal and (B) is a perspective view. FIG. 3 is a perspective view showing a pulled lithium tetraborate crystal.

【図11】図11は他の実施の形態である双晶を含む四
ほう酸リチウム結晶の育成方法を説明するための図であ
って、(A)は種結晶を示す斜視図、(B)は引き上げ
初期工程を示す断面図、(C)は引き上げられた四ほう
酸リチウム結晶を示す斜視図である。
11A and 11B are views for explaining a method for growing a lithium tetraborate crystal containing twin crystals according to another embodiment, wherein FIG. 11A is a perspective view showing a seed crystal, and FIG. FIG. 3C is a cross-sectional view showing the initial pulling step, and FIG. 6C is a perspective view showing the pulled lithium tetraborate crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電素子(バイモルフ) 10 四ほう酸リチウム結晶体 10a 接合面 10b、10b 双晶をなす結晶個体 11 電極 20 支持体 30 四ほう酸リチウム結晶 32 種結晶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element (bimorph) 10 Lithium tetraborate crystal body 10a Bonding surface 10b, 10b Twin crystal solid body 11 Electrode 20 Support 30 Lithium tetraborate crystal 32 Seed crystal

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 41/22 H01L 41/22 Z ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 41/22 H01L 41/22 Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 接合面で接する双晶をなす2つの結晶個
体からなる四ほう酸リチウム結晶体のそれぞれの結晶個
体に電気的接点を形成してなることを特徴とする圧電素
子。
1. A piezoelectric element, characterized in that an electrical contact is formed on each crystal solid of a lithium tetraborate crystal composed of two crystal solids forming a twin crystal that are in contact with each other at a bonding surface.
【請求項2】 接合面で接する双晶をなす2つの薄板状
結晶個体からなる四ほう酸リチウム結晶体で構成される
単一圧電板であって、それぞれの結晶個体間に電圧を印
加することにより該単一圧電板に機械的変位が生じるこ
とを特徴とする圧電素子。
2. A single piezoelectric plate composed of a lithium tetraborate crystal body composed of two thin plate-like crystal solids forming a twin crystal contacting at a joint surface, and applying a voltage between the respective crystal solids. A piezoelectric element characterized in that mechanical displacement occurs in the single piezoelectric plate.
【請求項3】 接合面で接する双晶をなす2つの薄板状
結晶個体からなる四ほう酸リチウム結晶体で構成される
単一圧電板であって、該単一圧電板に機械的変位を与え
ることにより該結晶個体間に電圧が生じることを特徴と
する圧電素子。
3. A single piezoelectric plate composed of a lithium tetraborate crystal body composed of two thin plate-like crystal solids forming a twin crystal which are in contact with each other at a joint surface, wherein mechanical displacement is applied to the single piezoelectric plate A piezoelectric element characterized in that a voltage is generated between the crystal solids due to.
【請求項4】 四ほう酸リチウム結晶体が、双晶が生じ
た四ほう酸リチウム結晶から接合面を含む結晶体を切り
出したものである請求項1〜3のいずれかに記載の圧電
素子。
4. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the lithium tetraborate crystal is obtained by cutting out a crystal including a bonding surface from a lithium tetraborate crystal in which twinning has occurred.
【請求項5】 双晶が生じた四ほう酸リチウム結晶をそ
の育成方向に平行に切り出して接合面を含んだ四ほう酸
リチウム結晶体を作製し、この結晶体の双晶をなす両結
晶個体の両面の一部または全面に導電膜を形成すること
を特徴とする圧電素子の製造方法。
5. A lithium tetraborate crystal in which twins are formed is cut out in parallel to the growing direction to produce a lithium tetraborate crystal body including a joint surface, and both surfaces of both crystal solids forming a twin crystal of this crystal body are produced. A method of manufacturing a piezoelectric element, which comprises forming a conductive film on a part or the entire surface of the piezoelectric element.
【請求項6】 双晶を含む四ほう酸リチウム結晶を種結
晶として、該種結晶を四ほう酸リチウム融液に浸し、チ
ョクラルスキー法により引き上げることを特徴とする双
晶を含む四ほう酸リチウム結晶の育成方法。
6. A lithium tetraborate crystal containing twins, characterized in that a lithium tetraborate crystal containing twins is used as a seed crystal, and the seed crystal is immersed in a lithium tetraborate melt and pulled up by the Czochralski method. Training method.
【請求項7】 双晶を含む四ほう酸リチウム結晶を種結
晶として、該種結晶を四ほう酸リチウム融液に浸し、板
状の隙間から板状に引き上げることを特徴とする双晶を
含む四ほう酸リチウム結晶の育成方法。
7. A tetraborate containing twin crystals, characterized in that a lithium tetraborate crystal containing twin crystals is used as a seed crystal, and the seed crystal is immersed in a lithium tetraborate melt and pulled up into a plate shape from a plate-like gap. Method for growing lithium crystal.
【請求項8】 四ほう酸リチウム単結晶を種結晶として
四ほう酸リチウム融液に浸し、融液直上の温度勾配を1
50℃/cm以上としてチョクラルスキー法により四ほ
う酸リチウム結晶を引き上げ、該四ほう酸リチウム結晶
から切り出すことを特徴とする双晶を含む四ほう酸リチ
ウム種結晶の製造方法。
8. A lithium tetraborate single crystal as a seed crystal is immersed in a lithium tetraborate melt, and a temperature gradient immediately above the melt is set to 1
A method for producing a lithium tetraborate seed crystal containing twins, which comprises pulling up a lithium tetraborate crystal by a Czochralski method at 50 ° C./cm or more and cutting out the lithium tetraborate crystal.
JP888596A 1995-02-27 1996-01-23 Piezoelectric element, its manufacture, and growth method of lithium tetraborate crystal containing twin Withdrawn JPH08298347A (en)

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