特許5836754IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

圧電体素子及びその製造方法に係り、特にアクチュエータ、センサ、発電デバイスなど各種用途に適用される圧電体薄膜材料を使った圧電体素子並びにその製造技術

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献1から3に記載のように、スパッタ法によって圧電体薄膜を形成し、電極と圧電体膜とを交互に積層して形成する構成が知られている。しかし、これら文献に開示されている一般的な電極材料、圧電体材料を用いて、従来の方法で複数の圧電体膜を積層形成すると、電極が剥離したり、圧電体が剥離したりするという問題があり、実際には圧電薄膜によってこのような積層構造を形成することは困難であった。 例えば、引用文献2のように、白金またはパラジウム電極を中間層(内部電極)とした場合、圧電体の形成時に膜の剥離が生じたり、クラックが生じたりする懸念があった。 他の具体的な例を述べると、基板温度を350℃以上650℃以下とする気相成長を用いた圧電体薄膜の形成(基板温度は気相成長にて直接圧電体材料が結晶成長する温度)において、圧電体を形成した後に、通常の条件下でPtやIr(イリジウム)などの電極を形成し、その後、当該電極上に圧電体を形成すると、電極が剥離したり、圧電体が剥離したりするという問題があった。 また、このような剥離等が発生しない場合であっても、成膜後の膜の密着性が悪く、デバイスとしての耐久性に課題があった。密着性を向上させるために、Ti(チタン)などの密着層を用いても、実際には圧電体が剥離してしまうという問題があった。 本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数の圧電体薄膜を積層して形成される積層体における膜の密着性を高めて剥離を防止し、耐久性、信頼性の高い圧電体素子を提供することを目的とする。また、このような圧電体素子を製造することできる製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

前記目的を達成するために、本発明に係る圧電体素子は、基板と、前記基板上に形成された第1の電極と、前記第1の電極の上に積層して形成された第1の圧電体膜と、前記第1の圧電体膜の上に積層して形成された金属酸化物膜と、前記金属酸化物膜の上に積層して形成された金属膜と、前記金属膜の上に積層して形成された第2の圧電体膜と、前記第2の圧電体膜の上に積層して形成された第2の電極と、を備え、前記第1の圧電体膜・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明によれば、従来の積層体で課題となっている膜の剥離や密着性の低下を防止することができ、複数の圧電体膜を積層構造で形成することができる。これにより、耐久性、信頼性の高い圧電体素子を得ることができる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の圧電体素子の構成例を示す断面図

【図2】第1実施例に係る圧電体素子の製造プロセスを示す説明図

【図3】第1実施例によって作製された圧電体膜の積層体の構成を示す走査型電子顕微鏡(SEM)写真の図

【図4】第1実施例によって作製された圧電体膜のP−Eヒステリシス特性を示す図

【図5】第1実施例により作製された圧電体膜のX線回折(XRD)特性を示す図

【図6】第2実施例に係る圧電体素子の製造プロセスを示す説明図

【図7】第2実施例に係る圧電体素子の製造プロセスを示す説明図

【図8】中間層の厚みと剥離の関係を調べた実験結果をまとめた図表

【図9】第3実施例に係る圧電体素子の構成例を示す断面図

【図10】第3実施例に係る圧電体素子を適用したインクジェットヘッドの構成図

【図11】第3実施例に係る圧電体素子に印加する電圧の方向と大きさの関係を例示した図表

【図12】各電極に印加される電圧の例を示した波形図

【図13】第3実施例に係る圧電体素子の駆動例とそのときの変位量の測定結果をまとめた図表

【図14】第4実施例に係る圧電体素子の構成を示す断面図

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

10…圧電体素子、12…基材、14…第1の電極、16…第1の圧電体膜、18…金属酸化物膜、20…金属膜、22…第2の圧電体膜、24…第2の電極、26…中間層、30…Si基板、32…下部電極、34…PZT薄膜、36…Ir−O膜、38…Ir膜、40…中間電極、44…PZT薄膜、46…上部電極、60,60A…絶縁体層、62A,62B…Ir−O膜、64A,64B…Ir膜、70,70A,70B…中間層、74…PZT薄膜、82…上部電極、84…側壁電極、86…側壁電極、88…積層体、90…圧電体素子、100…圧電体素子、102…SOI基板、110…Si層、114…下部電極、116…第1の圧電体膜、118…金属酸化物膜、120…金属膜、122…第2の圧電体膜、124…上部電極、150…インクジェットヘッド、152…ノズルプレート、154…ノズル、160…デバイス、162…SOI基板

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