压电薄膜、压电薄膜元件、压电致动器和压电传感器制造技术

压电薄膜(3)是包含金属氧化物的压电薄膜(3)，其中，金属氧化物含有铋、钾、钛、铁和元素M，元素M为镁和镍中的至少一种，至少一部分金属氧化物为具有钙钛矿结构的晶体，晶体的(001)面、(110)面或(111)面在压电薄膜(3)的表面的法线方向(dn)上进行取向。

【技术实现步骤摘要】
压电薄膜、压电薄膜元件、压电致动器和压电传感器
本专利技术涉及压电薄膜、压电薄膜元件、压电致动器、压电传感器、压电转换器、硬盘驱动器、打印头和喷墨打印装置。
技术介绍
压电体根据各种目的被加工成各种各样的压电元件。例如，压电致动器通过对压电体施加电压而使压电体变形的逆压电效应，将电压转换成力。压电传感器还通过对压电体施加压力而使压电体变形的压电效应，将力转换成电压。这些压电元件搭载于各种各样的电子设备。近年来的市场中，要求电子设备的小型化和性能的提高，因此，积极研究着使用了压电薄膜的压电元件(压电薄膜元件)。但是，压电体越薄，越难以得到压电效应和逆压电效应，因此，期待开发出在薄膜的状态下具有优异的压电特性的压电体。目前，作为压电体，大多使用着作为钙钛矿型铁电体的锆钛酸铅(所谓的PZT)。但是，PZT包含伤害人体和环境的铅，因此，作为PZT的代替品，期待开发出无铅(Lead-free)的压电体。例如，非专利文献1中，作为无铅的压电体的一例，记载有BaTiO3系材料。BaTiO3系材料即使在无铅的压电体中也具有比较优异的压电特性，特别期待在压电薄膜元件中的应用。[非专利文献1]YipingGuoetal.，ThicknessDependenceofElectricalPropertiesofHighly(100)-OrientedBaTiO3ThinFilmsPreparedbyOne-StepChemicalSolutionDeposition，JapaneseJournalofAppliedPhysics，Vol.45，No.2A，2006，pp.855-859
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供压电性优异的压电薄膜、压电薄膜元件、以及使用了压电薄膜元件的压电致动器、压电传感器、压电转换器、硬盘驱动器、打印头和喷墨打印装置。本专利技术的一个方面提供一种压电薄膜，其为包含金属氧化物的压电薄膜，其中，金属氧化物含有铋、钾、钛、铁和元素M，元素M为镁和镍中的至少一种，至少一部分金属氧化物为具有钙钛矿结构的晶体，晶体的(001)面、(110)面或(111)面在压电薄膜的表面的法线方向上进行取向。上述金属氧化物可以由下述化学式1表示，下述化学式1中的x、y和z分别可以为正实数，x+y+z可以为1，下述化学式1中的α可以大于0且小于1，下述化学式1中的β可以大于0且小于1，下述化学式1中的M可以表示为MgγNi1－γ，γ可以为0以上1以下。x(BiαK1－α)TiO3－yBi(MβTi1－β)O3－zBiFeO3(1)三维坐标系可以由X轴、Y轴和Z轴构成，坐标系中任意的坐标可以表示为(X，Y，Z)，坐标系中的坐标(x，y，z)可以表示上述化学式1中的x、y和z，坐标系中的坐标A可以为(0.300，0.100，0.600)，坐标系中的坐标B可以为(0.450，0.250，0.300)，坐标系中的坐标C可以为(0.200，0.500，0.300)，坐标系中的坐标D可以为(0.100，0.300，0.600)，(x，y，z)可以位于顶点为坐标A、坐标B、坐标C和坐标D的四边形以内。坐标系中的坐标E可以为(0.400，0.200，0.400)，坐标系中的坐标F可以为(0.200，0.400，0.400)，坐标(x，y，z)可以位于顶点为坐标A、坐标E、坐标F和坐标D的四边形以内。压电薄膜可以为外延膜。至少一部分上述晶体可以为正方晶。压电薄膜可以为铁电性薄膜。本专利技术的一个方面提供一种压电薄膜元件，其具有上述压电薄膜。压电薄膜元件可以具有单晶基板和与单晶基板重叠的压电薄膜。压电薄膜元件可以具有：单晶基板、与单晶基板重叠的电极层和与电极层重叠的压电薄膜。压电薄膜元件可以具有电极层和与电极层重叠的压电薄膜。压电薄膜元件可以还具有至少一个中间层，中间层可以配置于单晶基板与电极层之间。压电薄膜元件可以还具有至少一个中间层，中间层可以配置于电极层与压电薄膜之间。电极层可以含有铂的晶体，铂的晶体的(002)面可以在电极层的表面的法线方向上进行取向，铂的晶体的(200)面可以在电极层的表面的面内方向上进行取向。本专利技术的一个方面提供一种压电致动器，其具有上述压电薄膜元件。本专利技术的一个方面提供一种压电传感器，其具有上述压电薄膜元件。本专利技术的一个方面提供一种压电转换器，其具有上述压电薄膜元件。本专利技术的一个方面提供一种硬盘驱动器，其具有磁头悬臂组件，磁头悬臂组件具有磁头组件，磁头组件具有上述压电致动器本专利技术的一个方面提供一种打印头，其具有上述压电致动器。本专利技术的一个方面提供一种喷墨打印装置，其具有上述打印头。根据本专利技术，提供压电性优异的压电薄膜、压电薄膜元件、以及使用了压电薄膜元件的压电致动器、压电传感器、压电转换器、硬盘驱动器、打印头和喷墨打印装置。附图说明图1A是本专利技术的一个实施方式的压电薄膜元件的示意图，图1B是图1A所示的压电薄膜元件的立体分解图，图1B中，省略了第一电极层、第一中间层、第二中间层和第二电极层。图2是钙钛矿结构的晶胞的立体图。图3A是钙钛矿结构的晶胞的立体图，表示钙钛矿结构的(001)面，图3B是钙钛矿结构的晶胞的立体图，表示钙钛矿结构的(110)面，图3C是钙钛矿结构的晶胞的立体图，表示钙钛矿结构的(111)面。图4是用于表示压电薄膜的组成的三维坐标系。图5是对应于图4所示的三角形的三角坐标系。图6是本专利技术的一个实施方式的磁头组件的示意图。图7是本专利技术的一个实施方式的压电致动器的示意图。图8是本专利技术的一个实施方式的陀螺仪传感器的示意图(俯视图)。图9是图8所示的陀螺仪传感器的沿着A-A线的向视剖视图。图10是本专利技术的一个实施方式的压力传感器的示意图。图11是本专利技术的一个实施方式的脉搏波传感器的示意图。图12是本专利技术的一个实施方式的硬盘驱动器的示意图。图13是本专利技术的一个实施方式的喷墨打印装置的示意图。[符号说明]10、40、50、100…压电薄膜元件，1…单晶基板，2…第一电极层，3、25、30、42、52…压电薄膜，4…第二电极层，5…第一中间层，6…第二中间层，DN…单晶基板的表面的法线方向，dn…压电薄膜的表面的法线方向，uc…钙钛矿结构的晶胞，a…晶胞的(100)面的面间隔，b…晶胞的(010)面的面间隔，c…晶胞的(001)面的面间隔，200…磁头组件，9…底板，11…负载杆，11b…基端部，11c…第一板簧部分，11d…第二板簧部分，11e…开口部，11f…杆主体部，15…挠性基板，17…挠曲部，19…磁头滑块，19a…磁头元件，300…压电致动器，20…基体，21…压力室，23…绝缘膜，24…单晶基板，26…上部电极层(第一电极层)，27…喷嘴，400…陀螺仪传感器，110…基部，120、130…臂部，31…上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电薄膜，其包含金属氧化物，该压电薄膜的特征在于：/n所述金属氧化物含有铋、钾、钛、铁和元素M，/n所述元素M为镁和镍中的至少一种，/n至少一部分所述金属氧化物为具有钙钛矿结构的晶体，/n所述晶体的(001)面、(110)面或(111)面在所述压电薄膜的表面的法线方向上取向。/n

【技术特征摘要】
20190111 JP 2019-0037391.一种压电薄膜，其包含金属氧化物，该压电薄膜的特征在于：
所述金属氧化物含有铋、钾、钛、铁和元素M，
所述元素M为镁和镍中的至少一种，
至少一部分所述金属氧化物为具有钙钛矿结构的晶体，
所述晶体的(001)面、(110)面或(111)面在所述压电薄膜的表面的法线方向上取向。


2.根据权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于：
所述金属氧化物由下述化学式1表示，
x(BiαK1－α)TiO3－yBi(MβTi1－β)O3－zBiFeO3(1)
所述化学式1中的x、y和z分别为正实数，
x+y+z为1，
所述化学式1中的α大于0且小于1，
所述化学式1中的β大于0且小于1，
所述化学式1中的M表示为MgγNi1－γ，
γ为0以上1以下。


3.根据权利要求2所述的压电薄膜，其特征在于：
三维坐标系由X轴、Y轴和Z轴构成，
所述坐标系中任意的坐标表示为(X，Y，Z)，
所述坐标系中的坐标(x，y，z)表示所述化学式1中的x、y和z，
所述坐标系中的坐标A为(0.300，0.100，0.600)，
所述坐标系中的坐标B为(0.450，0.250，0.300)，
所述坐标系中的坐标C为(0.200，0.500，0.300)，
所述坐标系中的坐标D为(0.100，0.300，0.600)，
所述(x，y，z)位于顶点为所述坐标A、所述坐标B、所述坐标C和所述坐标D的四边形以内。


4.根据权利要求3所述的压电薄膜，其特征在于：
所述坐标系中的坐标E为(0.400，0.200，0.400)，
所述坐标系中的坐标F为(0.200，0.400，0.400)，
所述坐标(x，y，z)位于顶点为所述坐标A、所述坐标E、所述坐标F和所述坐标D的四边形以内。


5.根据权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于：
所述压电薄膜为外延膜。


6.根据权利要求1所述的压电薄膜，其特征在于：
至少一部分所述晶体为正方晶。...

【专利技术属性】
技术研发人员：森下纯平，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP