JPS6083499A - 圧電素子 - Google Patents
圧電素子Info
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- JPS6083499A JPS6083499A JP19072583A JP19072583A JPS6083499A JP S6083499 A JPS6083499 A JP S6083499A JP 19072583 A JP19072583 A JP 19072583A JP 19072583 A JP19072583 A JP 19072583A JP S6083499 A JPS6083499 A JP S6083499A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Landscapes
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、チタン酸鉛薄膜を用いた圧電素子に関するも
のである。
のである。
従来、チタン酸鉛薄膜の応用として焦電効果を用いた赤
外線検出器、圧電効果を用いた超音波検出器が知られて
いる。例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アブ
ライドフイジイックス２１巻、補２ｌ−１（１９８１年
）、２２５〜２３０頁およびグロゾーデイング・オプ・
セカンド・センサーシンポジウム（１９８２年）２４１
〜２４５頁にその技術が記ｇぢれている。しかし、これ
らは下部電極を兼ねた白金板あるいは白金薄膜の上にチ
タン酸鉛の薄膜を形成しており、薄膜は多結晶薄膜とな
っている。
外線検出器、圧電効果を用いた超音波検出器が知られて
いる。例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アブ
ライドフイジイックス２１巻、補２ｌ−１（１９８１年
）、２２５〜２３０頁およびグロゾーデイング・オプ・
セカンド・センサーシンポジウム（１９８２年）２４１
〜２４５頁にその技術が記ｇぢれている。しかし、これ
らは下部電極を兼ねた白金板あるいは白金薄膜の上にチ
タン酸鉛の薄膜を形成しており、薄膜は多結晶薄膜とな
っている。
チタン酸鉛は室温で正方晶系に属し、その結晶格子の異
方性が太きいため自発分極ｐＨも犬さく、単結晶状態で
は著しく太さな圧′電性と焦電性が期待される。しかし
、Ｊ＄、結晶を作ることが困難で、現在ではそのセラミ
ックス（多結晶体）を分極処理したものが用いられてい
る。この場合、結晶軸方向が様々に分布した多結晶体で
あるため結晶格子の異方性が大きいという点は平均化さ
れ、見かけ上の目元分極（残留分極）は本来の自発分極
の１〜２割程度にしか丁ぎない。したがってチタン酸鉛
のもっている月料特性は充分に発揮されていない。すな
わち、上記薄膜においても事情は同じで、薄膜が多結晶
であるとその特性は充分発揮てれない。
方性が太きいため自発分極ｐＨも犬さく、単結晶状態で
は著しく太さな圧′電性と焦電性が期待される。しかし
、Ｊ＄、結晶を作ることが困難で、現在ではそのセラミ
ックス（多結晶体）を分極処理したものが用いられてい
る。この場合、結晶軸方向が様々に分布した多結晶体で
あるため結晶格子の異方性が大きいという点は平均化さ
れ、見かけ上の目元分極（残留分極）は本来の自発分極
の１〜２割程度にしか丁ぎない。したがってチタン酸鉛
のもっている月料特性は充分に発揮されていない。すな
わち、上記薄膜においても事情は同じで、薄膜が多結晶
であるとその特性は充分発揮てれない。
そこで最近、酸化マグネシウムＭｇＯなど格子定数がチ
タン酸鉛に近い単結晶を基板とし焦電素子としてチタン
酸鉛の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる試みがな
されている（昭和５８年度春季応用物理学会予稿果６９
１頁、講演査号７Ｐ−Ｚ−２，７Ｐ−Ｚ−３１゜しかし
、焦電素子を構成するためには下部電極が必要で結局白
金薄膜’！ｒＭｇｏ基板上に蒸着してその上にチタン酸
鉛薄膜全形成している。このため下地にＭｇＯ単結晶を
用いた効果が弱められ、ＭｇＯの上に直接成長させた薄
膜に比較して結晶性が劣化している。
タン酸鉛に近い単結晶を基板とし焦電素子としてチタン
酸鉛の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる試みがな
されている（昭和５８年度春季応用物理学会予稿果６９
１頁、講演査号７Ｐ−Ｚ−２，７Ｐ−Ｚ−３１゜しかし
、焦電素子を構成するためには下部電極が必要で結局白
金薄膜’！ｒＭｇｏ基板上に蒸着してその上にチタン酸
鉛薄膜全形成している。このため下地にＭｇＯ単結晶を
用いた効果が弱められ、ＭｇＯの上に直接成長させた薄
膜に比較して結晶性が劣化している。
そこで、不発明の目的はエピタキシャル成長させたチク
ン醒鉛薄膜全その筐ま用いることができる構造の圧電素
子全提供することにおる。
ン醒鉛薄膜全その筐ま用いることができる構造の圧電素
子全提供することにおる。
本発明の圧電素子は、基板としてチタン酸鉛と格子定数
が近い酸化物単結晶を用いることは上述の技術と同一で
めるか、これを還元処理して用いることを特徴とする。
が近い酸化物単結晶を用いることは上述の技術と同一で
めるか、これを還元処理して用いることを特徴とする。
一般に、チタン酸バリウムＢａＴｉＯ３、チタｙｙスト
ロンチウムＳｒＴｉＯ３、タンタル酸カルシウムＫＴａ
Ｏｓ ｈどペロプスカイト型の酸化物は真空中、水素中
で熱処理（還元処理）することにより酸素欠陥が生じ半
導体化することが知られている。特に還元処理した結晶
表面ではその導電性はかなり商いものになる。また、こ
れら酸化物では還元処理をしても結晶構造は変化するこ
となく基板結晶としての役割を充分に果す。
ロンチウムＳｒＴｉＯ３、タンタル酸カルシウムＫＴａ
Ｏｓ ｈどペロプスカイト型の酸化物は真空中、水素中
で熱処理（還元処理）することにより酸素欠陥が生じ半
導体化することが知られている。特に還元処理した結晶
表面ではその導電性はかなり商いものになる。また、こ
れら酸化物では還元処理をしても結晶構造は変化するこ
となく基板結晶としての役割を充分に果す。
これらの結晶の中でチタン醒ストロンチウム５ｒＴｊ０
３の格子定数はチタン酸鉛ＰｂＴｊＯｓのａ軸長に極め
て近＜、 ＰｂＴｉ０ａがＣ軸配向のエピタキシャル成
長するのに適している。したがって、Ｓ ｒ Ｔ Ｉ
Ｏ３単結晶基板を還元処理し、その上にＰｂＴｉ０ａ薄
膜をエピタキシャル成長させ、さらに上部電極を設ける
ことにより基板面を下部電極として用いることのできる
圧電素子を構成することができる。
３の格子定数はチタン酸鉛ＰｂＴｊＯｓのａ軸長に極め
て近＜、 ＰｂＴｉ０ａがＣ軸配向のエピタキシャル成
長するのに適している。したがって、Ｓ ｒ Ｔ Ｉ
Ｏ３単結晶基板を還元処理し、その上にＰｂＴｉ０ａ薄
膜をエピタキシャル成長させ、さらに上部電極を設ける
ことにより基板面を下部電極として用いることのできる
圧電素子を構成することができる。
以下本発明を実施例を蚕照しながら詳しく説明する。
第１図を本発明の実施例の圧電素子の構造を示す断面図
で、１１は還元処理をした５ｒＴｊ０３率結晶基板、１
２はＰｂＴｉ０ａ薄膜、１３は上部電極、１４はリード
線である。
で、１１は還元処理をした５ｒＴｊ０３率結晶基板、１
２はＰｂＴｉ０ａ薄膜、１３は上部電極、１４はリード
線である。
結晶軸に沿って、５ｗｒＩｎ角の８ｒＴｊＯａ単結晶を
切シ出し、互いに対向する２面を鏡面研磨した。次にこ
れに〜１０−２’］：’ｏ ｒ ｒ程度ｏＨ空中テ１０
ｏｏｃ２０時間の熱処理をした。無色透明であった５ｒ
ＴｊＯｓ単結晶は還元されて黒化し、表面抵抗を測定し
たところ〜５００Ω／口まで低下していた。
切シ出し、互いに対向する２面を鏡面研磨した。次にこ
れに〜１０−２’］：’ｏ ｒ ｒ程度ｏＨ空中テ１０
ｏｏｃ２０時間の熱処理をした。無色透明であった５ｒ
ＴｊＯｓ単結晶は還元されて黒化し、表面抵抗を測定し
たところ〜５００Ω／口まで低下していた。
一般的な電極としては抵抗が高いが、チタン酸鉛のよう
な絶縁体に電圧を供給するためには充分である。反射電
子線回折で還元した試料茨面の結晶構造を調べたところ
、還元処理前に比較して回折パターンには殆ど変化はな
かった。
な絶縁体に電圧を供給するためには充分である。反射電
子線回折で還元した試料茨面の結晶構造を調べたところ
、還元処理前に比較して回折パターンには殆ど変化はな
かった。
このようにして作成した５ｒＴｉ０３単結晶基板１１の
鏡面研磨面に１’ＬＦマグネトロンスパツタリングによ
シＰｂＴｊＯｓ薄膜１２を形成した。ターゲットには直
径１００間φのＰｂＴｊ０３焼結体を用いた。雰囲気は
アルゴン・酸素（５０％−５０％）混合ガスで、スパッ
タ中のガス圧は３Ｐａである。
鏡面研磨面に１’ＬＦマグネトロンスパツタリングによ
シＰｂＴｊＯｓ薄膜１２を形成した。ターゲットには直
径１００間φのＰｂＴｊ０３焼結体を用いた。雰囲気は
アルゴン・酸素（５０％−５０％）混合ガスで、スパッ
タ中のガス圧は３Ｐａである。
ＲＦパワーは１００Ｗとし、基板温度は６００Ｃ一定と
した。スパッタ時間１２時間で厚み約３μｍの薄膜が形
成された。
した。スパッタ時間１２時間で厚み約３μｍの薄膜が形
成された。
Ｘ線回折および反射電子線回折により正方晶の１ＰｂＴ
ｉ０３単結晶がＣ軸が基板面に垂直にエピタキシャル成
長していることが確認された。
ｉ０３単結晶がＣ軸が基板面に垂直にエピタキシャル成
長していることが確認された。
このようにして得られたＰｂＴｌＯ３単結晶薄膜の上に
クロムと金を上部電極１３として蒸着し、単一分域にす
るために分極処理を行なった。分極処理は、２００Ｃに
おいて上部電極と基板面の間に１００ ｋ Ｖ／ｍの電
界を印加して行なった。分極処理後の誘電率は約７０、
誘電損失ｔａｎδは約１％であった。次に、圧電変換効
率を評価するために上部電極と基板面にパルス電界を印
加して基板内にパルス超晋波全発生させ、対向する鏡面
研磨面である基板裏面からの反射エコー強度を測定した
。
クロムと金を上部電極１３として蒸着し、単一分域にす
るために分極処理を行なった。分極処理は、２００Ｃに
おいて上部電極と基板面の間に１００ ｋ Ｖ／ｍの電
界を印加して行なった。分極処理後の誘電率は約７０、
誘電損失ｔａｎδは約１％であった。次に、圧電変換効
率を評価するために上部電極と基板面にパルス電界を印
加して基板内にパルス超晋波全発生させ、対向する鏡面
研磨面である基板裏面からの反射エコー強度を測定した
。
ＰｂＴｉＯ３薄膜と５ｒＴｊ０３基板の音響インピーダ
ンス等を考慮し、反射エコー強度と印加電圧の比からＰ
ｂ Ｔ １０３薄膜の電気機械結合係数を算出したと
ころ、ｋｔ−０，６値金得た。この値はセラミックの値
〜０．５と比較して大きく、薄膜がＣ軸配向しているこ
との結果と考えられる。
ンス等を考慮し、反射エコー強度と印加電圧の比からＰ
ｂ Ｔ １０３薄膜の電気機械結合係数を算出したと
ころ、ｋｔ−０，６値金得た。この値はセラミックの値
〜０．５と比較して大きく、薄膜がＣ軸配向しているこ
との結果と考えられる。
本発明にかかる構成の圧電素子はＰｂＴｊＯａのセラミ
ックスを用いたよりも圧電変換効氷が優れ、超音波発生
器、超音波検出器などの素子として極めて有用である。
ックスを用いたよりも圧電変換効氷が優れ、超音波発生
器、超音波検出器などの素子として極めて有用である。
第１図は本発明の圧電素子の構成を示す図。
第１図において、
１１・・・還元処理全した５ｒＴｊ０３基板、１２・・
・第 １２
・第 １２
Claims (1)
- １、還元して導電性金もたせたチタン酸ストロンチウム
単結晶を基板とし、その上にチタン酸鉛を主成分とした
薄膜が形成ちれ、さらに該薄膜の上に電極が設けられて
いることを特徴とする圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19072583A JPS6083499A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19072583A JPS6083499A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6083499A true JPS6083499A (ja) | 1985-05-11 |
Family
ID=16262768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19072583A Pending JPS6083499A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6083499A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0486769A2 (en) * | 1990-08-24 | 1992-05-27 | Sony Corporation | Polarized optical waveguide and method for manufacturing the same |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP19072583A patent/JPS6083499A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0486769A2 (en) * | 1990-08-24 | 1992-05-27 | Sony Corporation | Polarized optical waveguide and method for manufacturing the same |
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