[发明专利]压电薄膜器件及其制造方法以及压电薄膜装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用铌酸锂钾钠膜等的压电薄膜器件以及压电薄膜装置。

背景技术

根据各种目的将压电体加工成各种压电器件，尤其是被广泛用作通过施加电压而产生应变的驱动器或由器件的应变产生电压的传感器等的功能性电子部件。作为用于驱动器或传感器中的压电体，目前为止广泛使用了具有优异压电特性的铅系电介体，尤其是使用被称为PZT的Pb(Zr_1-xTi_x)O₃系的钙钛矿型铁电体，压电体通常是通过将含有各种元素的氧化物烧结而形成的。另外，近年来因对环境的顾虑，希望开发不含铅的压电体，正在开发铌酸锂钾钠（通式：(Na_xK_yLi_z)NbO₃（0＜x＜1、0＜y＜1、0＜z＜1、x+y+z=1）（以下称为LKNN）等。由于该LKNN具有媲美于PZT的压电特性，因此被期待作为非铅压电材料的有力候选。此外，LKNN包括铌酸钾钠（KNN）膜。

另一方面，现在随着各种电子部品的小型且高性能化发展，也强烈地要求将压电器件小型化和高性能化。然而，通过以以往制法的烧结法为中心的制造方法制作的压电材料，尤其是其厚度达到10μm以下厚时，接近于构成材料的晶体颗粒的尺寸，无法忽视尺寸的影响。因而出现了特性的偏差或劣化变得显著的问题。为了避免该问题，近年来研究了应用薄膜技术等代替烧结法形成压电薄膜的方法。

最近，实际将使用RF溅射法形成的PZT薄膜用作高精细高速喷墨打印头用驱动器或小型低价的陀螺仪传感器（例如参照专利文献1、非专利文献1）。另外，也提出有使用未用铅的LKNN压电薄膜的压电薄膜器件（例如参照专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平10-286953号公报

专利文献2:日本特开2007-19302号公报

非专利文献

非专利文献1：中村僖良主编压电材料的高性能化和前沿应用技术（圧電材料の高性能化と先端応用技術）（Science&technology（サイエンス&テクノロジー）刊登2007年）

发明内容

发明要解决的问题

通过形成非铅压电薄膜作为压电薄膜，能够制作环境负担小的高精细高速喷墨打印机用喷头或小型低价的陀螺仪传感器。作为具体的候选，正在进行LKNN的薄膜化的基础研究。

然而在现有技术（例如专利文献2）中，没有对压电薄膜的取向等进行详细地研究，无法稳定地实现可显示高压电常数的压电薄膜器件。

本发明的目的在于提供谋求提高压电特性的压电薄膜器件以及压电薄膜装置。

用于解决问题的方案

根据本发明的一种方式，提供一种压电薄膜器件，其为在基板上至少配置有下部电极、用通式(Na_xK_yLi_z)NbO₃（0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤0.2、x+y+z=1）表示的压电薄膜、以及上部电极的压电薄膜层叠体，其中，所述压电薄膜具有准立方晶、正方晶或正交晶的晶体结构，或者为这些所述晶体结构中的至少一种共存的状态，在它们的晶轴中2轴以下的某些特定轴优先取向，并且作为所述取向的晶轴的成分，在（001）成分和（111）成分的比率中，以这两者的总计为100%时，（001）成分的体积分数在60%以上且100%以下的范围内，（111）成分的体积分数在0%以上且40%以下的范围内。

此时，尤其是优选（001）成分的体积分数在结晶度较高的70%以上且100%以下的范围内，（111）成分的体积分数在0%以上且30%以下的范围内。

另外，所述压电薄膜优选为所述（001)成分和所述（111)成分共存的状态，（111）成分的体积分数更优选大于1%。

另外，优选所述压电薄膜具有由柱状结构的颗粒构成的聚集组织。

另外，所述压电薄膜的一部分也可以含有ABO₃的晶体层、ABO₃的非晶体层、或混合有ABO₃的晶体和非晶体的混合层中的任一种。

其中，A为选自Li、Na、K、La、Sr、Nd、Ba和Bi中的1种以上的元素，B为选自Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta和In中的1种以上的元素，O为氧。