JPS62107511A - 圧電部品の電極構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電薄膜共振子等の圧電部品の電極構造に関す
る。

（従来技術） 一般に、セラミックや水晶等の圧電基板の乱本厚み振動
を利用した、いわゆるバルク波共振子は、圧電基板の加
工技術」−の制約や機械的強度の制約から、圧電基板の
厚みは数ｌＯμｍが限度であり、このため、利用可能な
共振周波数も数１０ＭＩＴｚか限界となっている。

そこで、近年、半導体製造技術がそのまま利用でき、し
かも、Ｖ　１（ＦやＬＪＩＩＦの超高周波帯において動
作する、いわゆるダイヤフラム形と称される圧電薄膜」
（振子が研究されている（たとえば、特開昭６０−６８
７０６号公報、特開昭６０−６８７１０号公報および特
開昭６０−６８７１１号公報参照）。この圧電薄膜共振
子は、主表面に酸化シリコン薄膜か形成さイまたンリコ
ン単結晶基板−１−に、厚み振動を行う酸化亜鉛からな
る圧電薄膜をダイヤワラ１２状に支持したものである。

圧電薄膜は酸化亜鉛のＣ軸配向性結晶膜で、ノリコン酸
化膜の上に高周波マグネトロンスパッタにより形成され
る。

ところで、酸化亜鉛の結晶はｎ型半導体であり、一般に
電気抵抗が低く、圧電薄膜として使用した場合の変換効
率が低いという欠点があった。

そこで、酸化１１１１鉛の圧電薄膜にリチウム（Ｌｉ）
や銅（Ｃｕ）あるいはニッケル（Ｎ１）を添加して圧電
薄膜の電気抵抗を高めることが試みられている。

たとえば、酸化亜鉛の圧電薄膜にリチウムを添加すると
、圧電薄膜の結晶粒径が大きくなって密度が小さくなる
ばかりでなく、結晶のＣ軸配向性ら不安定となる。また
、リチウムに代えて銅を酸化亜鉛の圧電薄膜に添加する
と、圧電薄膜の結晶粒径か大きく、表面の平滑さがなく
なり、圧電結晶膜としての変換効率を高くすることがで
きなかった。

一方、酸化亜鉛の圧電薄膜にニッケルを添加すると、圧
電薄膜の結晶粒径が極めて小さく、電気抵抗も高いすぐ
れた圧電結晶膜となるが、この圧電薄膜の−にに真空蒸
着によりニッケル等の電極膜を形成するために−１−記
圧電薄膜が７００ｍ程度に加熱されると、酸化亜鉛から
なる圧電薄膜中の酸素か移動して電極膜中の金属成分と
結合し、圧電薄膜の電気抵抗が低下ケる問題があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、酸化亜鉛よりなる圧電薄膜の加熱によ
る電気抵抗の低下を防１１−シて、高周波領域でも誘電
緩和か生しない、信頼性の高い圧電部品の電極構造を提
供ずろことである。

（発明の構成） このため、本発明は、酸化亜鉛結晶からなる圧電薄膜と
その上に）「ａ成される電極膜との間に銅を含有する酸
化亜鉛層を備えていることを特徴としている。すなわち
、本発明は、圧電薄膜と電極膜との間に銅を含有する酸
化亜鉛層を設置ｔ　、この酸化ｊｌＴｉ、鉛層により酸
化亜鉛の圧電膜中に発生した自由電子を捕捉し中性化す
るので原子価制御により加熱による電気抵抗の低下を防
止するようにし八〇のである。

（発明の効果） 本発明によれば、圧電薄膜と電極膜との間に銅を含有す
る酸化亜鉛層を設けたので、原子価制御により圧電薄膜
から自由電子が移動して伝導率が増すことを防止するこ
とができる。そしてこの防止効果は次のような機構によ
るものと考えられる。

圧電薄膜を構成ずろ酸化亜鉛は高温下ではｚ　ｎ　２　
＋と０２−に解離ずろ傾向を示し、０２−は電極の金属
と再結合しようとする。

一方、Ｚ　ｎ　”はその周囲に作るクーロン場により電
子２個を捕えて格子間７．ｎを作る。温度が高くなると
これらの電子は伝導帯に」ニリ、伝導性を示す、ｌ；う
になる。これが高温下での伝導性をもたらすことになる
。

そこで、電極と圧電薄膜との間に銅を含む酸化亜鉛層を
設けると、酸化亜鉛中のＣｕ　ＯｔがＣｕ”と１、て働
き、これが７．ｎ格子点に置き換わる。他方の０２は分
解し、Ｏが０２−になるためには圧電薄膜に発生した電
子をＯの２倍だけ奪うことになる。

このことから自由電子は減少し、伝導率を低下させる。

つまり高温下でも圧電薄膜は高抵抗が維持され、変換効
率の高い圧電部品の電極構造を得ることができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示す圧電部品の電極構造は、ニッケルを含有す
る酸化亜鉛のＣ軸配向性結晶からなる圧電薄膜ｌと電極
膜２との間に、銅（Ｃｕ）を０．Ｏｌないｌ、　２０　
、０原子％含有する酸化亜鉛層３を、備えたものである
。銅の含有量を０．１〜２０原千％とじたのは、０．１
原子％未満では高温下での伝導率の改善の効果かなく、
２０原子％を越えるとマイグレーションにより高温下で
の短絡の発生率が高くなるからである。この酸化亜鉛層
３は、０．２７１ｍないし１μｍの厚さに形成され、そ
の上には、電極膜２の密着性を向上させるため、１００
ないし１０００オングストロームの厚さのチタン（Ｔ　
ｉ）層４が形成されている。酸化亜鉛のＣ軸配向性結晶
からなる−１−記圧電薄膜１は、恒弾性鋼（ニリンノリ
５の上に形成されている。

」二足圧電薄膜１は、ニッケルをたとえば２原子％含有
する亜鉛板（図示せず。）をターゲットとし、高周波マ
グネトロンスパッタにより、アルゴンと酸素が等容量比
の混合ガス中で酸化させることにより形成される。　ま
た、酸化亜鉛層３は、銅を０．５原子％ないし５原子％
含有する亜鉛板（図示且ず。）をターノγソ１−とし、
高周波マグネトロンスパッタにより、アルゴンと酸素か
等容量比の混合ガス中で酸化させることにより形成され
る。

さらに、１．組電極膜２は、真空蒸着により、チタン層
４の上に１０００オングストロームないし５０００オン
グストロームの厚さに形成される。

このような構成であれば、真空蒸着により電極膜２を形
成４゛る場合、圧電薄膜１と電極膜２との間に酸化亜鉛
層３か存在するので、加熱により圧電薄膜１から酸素が
移動して電極膜２のニッケルと再結合するのが阻ＩＩ−
される。これにより、圧電薄膜ｌの酸素の遊離による電
気抵抗の低下が防＋ｈされる。

ちなみに、酸化ａｔｒ−鉛層３を有する第１図の電極構
造を有するザンブルへを１０個、酸化亜鉛層３を有しな
い第２図のサンプルＩ３を１０個夫々用意１２、これら
サンプルＡおよびＢを大気中で６５０℃で１時間熱処理
し、室温に急冷後、圧電薄膜１の抵抗率を測定したとこ
ろ、第３図に示すような結果を得た。第３図から、酸化
亜鉛層３を有するサンプルＡでは、全数、抵抗率が１Ｏ
１０オ一ム／ｃｍ付近に集中しているのに対し、サンプ
ルＢでは、抵抗率がｌＯ７オーム／ｃｍ（；Ｉ近から１
０ｒ′オー１．７ｃｍ付近まで分散し、抵抗率も低下し
ていることが分かる。

なお、１、記実施例では　ニッケルを含有する亜鉛板を
ター）７ツ）・とじて、高周波マグネトロンのりアクテ
ィブスパッタにより圧電薄膜Ｉを形成するように（また
が、マンガン（Ｍｎ）−バナジウ２．（Ｖ）を含有する
亜鉛板をターゲットとして、圧電薄膜１を形成すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧電部品の電極構造の一実施例の
縦断面図、 第２図は金属の酸化層を有しない圧電部品の電極構造を
示す縦断面図、 第３図は第１図の電極構造を有するサンプルと第２図の
電極構造を有するサンプルの熱処理後の圧電薄膜の抵抗
率の説明図である。 ■・・圧電薄膜、　　　　２・・・電極膜、３・・・酸
化亜鉛層、　　　４・・・チタン層、５　恒弾Ｐ１鋼。 特許出願人　　株式会社　村口１製作所代理人　弁理１
．　青　山　葆ほか２名−８＝ 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛結晶からなる圧電薄膜の上に導電性の金
   属よりなる電極膜が形成されてなる圧電部品において、 上記圧電薄膜と電極膜との間に銅を含有する酸化亜鉛層
   を備えていることを特徴とする圧電部品の電極構造。
2. （２）前記銅を含有する酸化亜鉛層は銅をＣｕに換算し
   て０．１〜２０原子％含有する特許請求の範囲第（１）
   項記載の圧電部品の電極構造。