[发明专利]压电体膜形成用液体组合物及使用该液体组合物形成压电体膜的方法

说明书

一种用于形成由至少含有Bi、Na及Ti的金属氧化物构成的压电体膜的液体组合物。Na的原料为Na醇盐，Ti的原料为Ti醇盐，且所述液体组合物含有二醇和胺系稳定剂，胺系稳定剂相对于Ti醇盐的摩尔比(Ti醇盐:胺系稳定剂)为1:0.5～1:4。优选相对于液体组合物100质量％含有4质量％～20质量％的金属氧化物。

技术领域

本发明涉及一种用于形成不含有铅、不含有毒性及腐蚀性大的溶剂、保存稳定性优异、膜密度高的压电体膜的液体组合物及使用该液体组合物形成压电体膜的方法。

本申请主张基于2018年3月22日于日本申请的专利申请2018-054542号及2018年8月8日于日本申请的专利申请2018-149083号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

作为压电材料，已熟知锆酸钛酸铅(PZT)。然而，由于PZT含有铅，因此为了减轻环境负荷，要求不含有铅即无铅的压电材料。并且，作为形成压电体膜的方法，例如可举出固相法、气相法、化学溶液法等。固相法在对氧化物粉末进行物理性的混合/粉碎/成型后，在1000℃～1300℃下进行烧成，由此形成压电体膜，因此存在烧成温度为高温的问题。并且，作为气相法的溅射法，是在真空中例如使离子化的氩等与氧化物靶碰撞，由此弹出的元素气相沉积在基板上而形成压电体膜的方法，但由于存在组成从作为靶使用的氧化物偏离的问题，不适合作为利用多元素的压电体膜的形成方法。此外，由于需要高真空，因此无法避免装置的大型化、高成本化。

另一方面，化学溶液(CSD：chemical solution deposition，化学溶液沉积)法为使用含有目标组成的金属元素的前体溶液，例如通过旋涂法、浸涂法、喷墨法等在基板上成膜并将其烧成，由此形成压电体膜的方法，因此与固相法相比，能够在低温下形成压电体膜，并且不需要高真空，因此能够利用小型且廉价的装置形成，因此优选。

以往，作为利用CSD法的压电体膜的形成方法之一，提出了形成具有(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-(Bi_0.5K_0.5)TiO₃-Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃的结构式的压电体膜的方法(例如，参考非专利文献1)。在非专利文献1中，报告了72.5摩尔(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-22.5摩尔(Bi_0.5K_0.5)TiO₃-5摩尔Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃(BNT-BKT-BMgT)的块状陶瓷显示出较大的高电场的压电常数(d₃₃^*＝570pm/V)，接着使用CSD法在铂化的硅基板上形成与上述组成相同组成的压电体膜。

在非专利文献1所示的方法中，示出如下内容：为了获得纯粹的钙钛矿相，需要在前体溶液中过量掺杂挥发性阳离子；700℃的热处理温度使压电特性良好(P_max＝52μC/cm²及P_r＝12μC/cm²)；在650℃和700℃热处理后的膜的定量组成分析显示出达到了接近理论原子比；通过膜厚利用电子显微镜观察到的组成变动与在连续的旋涂层之间形成的空隙的存在非常一致；利用双光束激光干涉仪进行两极和单极的应变测定，获得约75pm/V的高压电常数(d_33,r)。

在该方法中，使用乙酸铋、乙酸钠三水合物、乙酸钾、乙酸镁四水合物、异丙醇钛作为液体组合物的前体。首先，为了防止大气中的水与钛前体的反应，在干燥的大气气氛下，利用乙酸使异丙醇钛稳定化，制成Ti溶液。接下来，将乙酸铋溶解在丙酸中，将乙酸钠、乙酸钾、乙酸镁分别溶解在甲醇中，制成Bi、Na、K及Mg溶液。接下来，将Bi、Na、K及Mg溶液的适量通过注射器小心地滴加到Ti溶液中。在制备液体组合物时，为了弥补阳离子的高挥发性，过量添加阳离子。