压电体以及使用其的MEMS器件制造技术

本发明专利技术的课题在于，提供与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有高的压电常数d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电体以及使用其的MEMS器件
本专利技术涉及添加了镱的氮化铝的压电体以及使用了该压电体的MEMS器件。
技术介绍
利用压电现象的器件在广泛的领域中使用，在强烈要求小型化和省电化的便携电话等便携用设备中，其使用正在扩大。作为其一例，有使用薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator；FBAR)的FBAR滤波器。FBAR滤波器是基于使用了显示压电响应性的薄膜的厚度纵向振动模式的谐振器的滤波器，具有能够进行吉赫频带中的谐振的特性。具有这样的特性的FBAR滤波器为低损耗，并且能够在宽频带中工作，因此期待有助于便携用设备的进一步的高频对应化、小型化以及省电化。作为用于这样的FBAR的压电体薄膜的压电体材料，例如可举出添加了钪的氮化铝(参照专利文献1)、添加了镱的氮化铝(参照专利文献2和3)等。特别是添加了钪的氮化铝具有高压电常数，被期待用于下一代的高频滤波器。另外，期待用于压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器等物理传感器、致动器、麦克风、指纹认证传感器、振动发电机等各种MEMS(microelectromechanicalsystem：微机电系统)设备。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-10926号公报专利文献2：日本特开2017-201050号公报专利文献3：美国专利申请公开第2017/0263847号说明书非专利文献1：田中荣治著，“与下一代传感器关联地复习振动致动器的基础”，下一代传感器，一般社团法人下一代传感器协商会，2012年，22卷，2号，pp.14-17
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，钪(Sc)是昂贵的稀土类元素，由添加了钪的氮化铝(AlN)构成的压电体与由其他物质构成的压电体相比，存在制造成本变高的问题。另一方面，代替钪而添加有镱(Yb)的氮化铝(Al1-xYbxN，0＜x＜1)与添加有钪的氮化铝相比，通常制造成本较低。但是，在专利文献2中记载了当浓度的值(x)小于0.1时，在未添加镱的氮化铝与添加了镱的氮化铝之间，在机电耦合系数的值上看不到显著的差异。因此，在添加有浓度的值(x)小于0.1的镱的氮化铝中，存在无法制作具有充分的压电效应的压电体的问题。另外，记载了若浓度的值(x)超过0.27，则无法制作添加有镱的氮化铝(Al1-xYbxN)，存在无法制作镱的浓度的值(x)高于0.27的压电体的问题。此外，在专利文献2中，仅使用机电耦合系数(k2)来评价压电体薄膜的性能。但是，如非专利文献1所记载的那样，必须以与MEMS器件的目的相应的性能指数来进行评价。例如在将压电体薄膜用作致动器、传感器时，需要对表示施加电压时产生的应变的大小的d常数、表示施加压力时产生的电压的g常数等压电常数进行评价。因此，存在不清楚专利文献2所公开的压电体薄膜是否能够实际用作传感器的问题。进而，在专利文献2中，使用在由铝构成的板状的靶上载置有由镱构成的粒状的靶的物体，形成添加有镱的氮化铝薄膜。在此，用于成膜之前的由镱构成的粒状的靶的表面被氧化。在该情况下，在进行成膜之前，即使要将形成于该粒状的靶的表面的氧化膜剥离，由于靶的形状不是板状，因此也无法完全除去该氧化膜，以残留有至少一部分氧化膜的状态用于成膜。该氧化膜对添加有镱的氮化铝薄膜的晶体结构(晶格常数比c/a等)造成影响。如果不进行氧化膜的除去，则其影响变得更大。详细内容将会后述，但本专利技术的专利技术人明确了实际形成镱的浓度的值(x)超过0.27的压电体，该压电体具有较高的压电常数。由此可知，专利文献2中公开的添加有镱的氮化铝与本专利技术的添加有镱的氮化铝的晶体结构不同。另外，在专利文献3中公开了如下内容：进行使用了密度泛函理论(DFT)的模拟，在镱的浓度范围为10～60％时，对添加了镱的氮化铝(Al1-xYbxN)施加拉伸应力(200MPa～1.5GPa)，由此使压电常数增加。但是，在添加了镱的氮化铝(Al1-xYbxN)中，仅公开了浓度x为0.5的氮化铝的压电常数d33。而且，该压电常数d33是使用模拟结果计算出的。因此，如上述的专利文献2所公开的那样，若考虑添加到氮化铝中的镱的最大浓度x为0.27，则存在如下问题：不清楚是否能够实际制作镱以该浓度(0.5)添加的氮化铝(Al0.5Yb0.5N)的压电体薄膜，或者即使能够制作也不清楚是否具有该压电常数的值。本专利技术鉴于上述情况，其目的在于提供一种与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有更高的压电常数d33或g33的添加了镱的氮化铝的压电体和使用该压电体的MEMS器件。用于解决课题的方法本专利技术的专利技术人对上述问题持续进行了深入研究，结果发现，晶格常数比c/a在规定范围内的添加有镱的氮化铝具有高的压电常数d33或g33，且发现了如下的划时代的压电体。用于解决上述课题的本专利技术的第一方式为一种压电体，其特征在于，由化学式Al1-xYbxN表示，x的值大于0且小于0.37，且晶格常数比c/a处于1.53以上且小于1.6的范围。在此，“压电体”是指具有通过施加力学上的力而产生电位差的性质以及通过赋予电位差而变形的性质，即压电性(压电响应性)，的物质。并且，“晶格常数比c/a”是指作为纤锌矿型等六方晶系晶格的单位晶格的棱的长度(晶格的边的长度)a与c、长边c的长度除以短边a的长度时的值(比)。在该第一方式中，能够提供与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有更高的压电常数d33或g33的添加有镱的氮化铝的压电体。需要说明的是，x为0时成为不含镱的氮化铝，x为0.37以上时，压电常数d33低于不含镱的氮化铝。另外，在晶格常数比c/a为1.6以上的情况下，成为比未添加镱的氮化铝的压电常数d33低的压电常数d33，若晶格常数比c/a比1.53小，则成为比不含镱的氮化铝的压电常数d33低的压电常数d33。本专利技术的第二方式是第一方式所述的压电体，其特征在于，x的值处于大于0.27且小于0.37的范围。在该第二方式中，能够提供与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有更高的压电常数d33或g33的添加有镱的氮化铝的压电体。本专利技术的第三方式为第二方式所述的压电体，其特征在于，晶格常数比c/a处于1.53以上且1.555以下的范围。在该第三方式中，能够提供与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有更高的压电常数d33或g33的添加有镱的氮化铝的压电体。本专利技术的第四方式是第一方式所述的压电体，其特征在于，x的值处于大于0且小于0.1的范围。在该第四方式中，能够提供具有比未添加镱的氮化铝的压电体高的压电常数d33或g33的添加有镱的氮化铝的压电体。本专利技术的第五方式是第四方式所述的压电体，其特征在于，晶格常数比c/a处于1.57以上且小于1.6的范围。在该第五方式中，能够提供具有与未添加镱的氮化铝的压电体相比具有更高的压电常数d33或g33的添加有镱的氮化铝的压电体。本专利技术的第六方式是一种压电体，其特征在于，在基板上设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电体，其特征在于，由化学式Al

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181211 JP 2018-2316811.一种压电体，其特征在于，由化学式Al1-xYbxN表示，x的值处于大于0且小于0.37的范围，且晶格常数比c/a处于1.53以上且小于1.6的范围。


2.根据权利要求1所述的压电体，其特征在于，x的值处于大于0.27且小于0.37的范围。


3.根据权利要求2所述的压电体，其特征在于，晶格常数比c/a处于1.53以上且1.555以下的范围。


4.根据权利要求1所述的压电体，其特征在于，x的值处于大于0且小于0.1的范围。


5.根据权利要求4所述的压电体，其特征在于，晶格常数比c/...

【专利技术属性】
技术研发人员：上原雅人，山田浩志，秋山守人，安格拉尼·斯里·阿育，平田研二，
申请(专利权)人：国立研究开发法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP