压电层叠体及压电元件制造技术

本发明专利技术涉及压电层叠体及压电元件。本发明专利技术提供一种能够抑制压电特性的下降，且与以往相比能够更加抑制制造成本的压电层叠体及压电元件。压电层叠体及压电元件在基板上依次具备下部电极层和包含钙钛矿型氧化物的压电膜，下部电极层包括包含Ni的金属层和包含Ni氧化物或Ni氧氮化物的表面层，在下部电极层中，表面层配置于最靠近压电膜侧。层配置于最靠近压电膜侧。层配置于最靠近压电膜侧。

【技术实现步骤摘要】
压电层叠体及压电元件


[0001]本专利技术涉及一种压电层叠体及压电元件。

技术介绍

[0002]作为具有优异的压电性及强介电性的材料，已知有钛酸锆酸铅(Pb(Zr，Ti)O3，以下称为PZT。)等钙钛矿型氧化物。由钙钛矿型氧化物构成的压电体被用作在基板上具备下部电极、压电膜及上部电极的压电元件中的压电膜。该压电元件被扩展到存储器、喷墨头(致动器)、微镜器件、角速度传感器、陀螺仪传感器、超声波元件(PMUT：Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer：压电微机械超声换能器)及振动发电器件各种器件中。
[0003]由于钙钛矿结构中的氧过度或不足，钙钛矿型氧化物的压电特性发生显著变化。尤其，在PZT膜等包含Pb的钙钛矿型氧化物中，由于氧容易脱离，压电膜中产生氧缺陷，由此容易产生压电特性的下降及耐久性的下降等。为了抑制钙钛矿型氧化物中氧脱离，在下部电极及上部电极的与压电膜相接的区域上使用SRO(SrRuO3)、IrO2等导电性氧化物很有效。然后，在与压电膜相接的区域上使用导电性氧化物的情况下，为了保证良好的导电性，通常在层叠由Pt或Ir等贵金属层构成的电极层(例如，参考专利文献1)。
[0004]专利文献2中提出了，关于具备PZT膜的压电元件，为了提高基板与下部电极、及下部电极与压电膜的各界面中的粘附性，将下部电极设为在基材侧导电性氧化物多，且在压电膜侧导电性金属多的结构。然后，记载了作为下部电极中所包含的导电性金属优选Pt族。
[0005]专利文献1：日本特开2018
‑
085478号公报
[0006]专利文献2：日本特开2007
‑
300071号公报
[0007]如专利文献1所述，在具备钙钛矿型氧化物的压电膜的压电元件中，通过在电极层的压电膜侧具备导电性氧化物层，能够抑制压电特性的下降。并且，如专利文献1及专利文献2所示，通常下部电极使用作为Pt族的贵金属。
[0008]然而，铂族的金属非常昂贵，因此存在具备包含铂族的电极的压电元件无法充分抑制制造成本的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制压电特性的下降，且能够抑制制造成本的压电层叠体及压电元件。
[0010]本专利技术的压电层叠体，在基板上依次具备下部电极层和包含钙钛矿型氧化物的压电膜，其中，
[0011]下部电极层包括包含Ni的金属层和包含Ni氧化物或Ni氧氮化物的表面层，
[0012]在下部电极层中，表面层配置于最靠近压电膜侧。
[0013]在本专利技术的压电层叠体中，在表面层的厚度方向上，优选Ni元素的含量从最靠近压电膜侧至金属层以增加趋势变化且Ni元素的含量的变化是连续的，并且从表面层至金属
层的Ni元素的含量的变化是连续的。
[0014]在本专利技术的压电层叠体中，表面层的厚度优选为20nm～60nm。
[0015]在本专利技术的压电层叠体中，优选在下部电极层与压电膜之间具备包含与Ni氧化物不同的金属氧化物的取向控制层。在此，金属氧化物优选包含Sr及Ba的至少一种。
[0016]在本专利技术的压电层叠体中，钙钛矿型氧化物优选包含Pb，Zr，Ti及O。
[0017]在本专利技术的压电层叠体中，钙钛矿型氧化物优选包含Nb、Sc及Ni中的至少一种。
[0018]在本专利技术的压电层叠体中，钙钛矿型氧化物优选为由下述通式(1)表示的化合物。
[0019]Pb{(Zr
x
Ti1‑
x
)
y
‑1Nb
y
}O3ꢀꢀ
(1)
[0020]0＜x＜1、0.1≤y≤0.4
[0021]本专利技术的压电元件具备本专利技术的压电层叠体、及配置在压电层叠体的压电膜上的上部电极层。
[0022]专利技术效果
[0023]根据本专利技术的压电层叠体及压电元件，能够抑制压电特性的下降，且能够抑制制造成本。
附图说明
[0024]图1是表示第1实施方式的压电层叠体及压电元件的层结构的剖视图。
[0025]图2是表示第2实施方式的压电层叠体及压电元件的层结构的剖视图。
[0026]图3是表示图2所示的压电元件中的下部电极层的厚度方向上的Ni元素与O元素的含量的分布的图。
[0027]图4是表示图2所示的压电元件中的下部电极层的厚度方向上的Ni元素的含量的其他分布的图。
[0028]图5是表示第3实施方式的压电层叠体及压电元件的层结构的剖视图。
[0029]图6是表示实施例2的下部电极层的厚度方向上的Ni元素与0元素的含量的分布的图。
具体实施方式
[0030]以下，参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，在以下的附图中，由于容易视觉辨认，因此各层的层厚及该等的比率适当变更来描述，并不一定反映了实际的层厚及比率。
[0031]“第1实施方式的压电层叠体5及压电元件1”[0032]图1是表示具备第1实施方式的压电层叠体5及压电层叠体5的压电元件1的层结构的剖面示意图。如图1所示，压电元件1具备压电层叠体5及上部电极层18。压电层叠体5具备基板10、及层叠在基板10上的下部电极层12和压电膜15。在此，“下部”及“上部”并非是指垂直方向上的上下，只是将隔着压电膜15配置于基板10侧的电极称为下部电极层12，以及将关于压电膜15配置在与基板10相反的一侧的电极称为上部电极层18。
[0033]在压电层叠体5中，下部电极层12包括包含Ni的金属层12c、及包含Ni氧化物或Ni氧氮化物的表面层12b，在下部电极层12中，表面层12b配置于最靠近压电膜侧15。在本例中，表面层12b与压电膜15相接形成，在该边界12a存在Ni氧化物或Ni氧氮化物。
[0034]“金属层”是指构成元素仅由除不可避免的杂质以外的金属种类构成的层，具体而言，是构成元素中的95at％以上为金属元素的层。“包含Ni的金属层”是指作为金属层12c的主要成分包含Ni元素。另外，在此，主要成分是指50at％以上。并且，在包含Ni氧化物或Ni氧氮化物的表面层12b中，构成表面层12b的元素中的金属种类的主要成分也是Ni元素。作为在下部电极层12中所包含的除Ni以外的金属种类，可以举出Cu、Al、Ti、Ta、Cr及Fe等。但是，若下部电极层12中所包含的金属种类仅为Ni元素，则能够减少材料种类，还能够简化制造方法，因此优选。
[0035]在表面层12b中，作为金属种类的主要成分包含Ni，但是该Ni可以整体被氧化或被氧氮化，也可以混合未被氧化及氧氮化的Ni与Ni氧化物或Ni氧氮化物。但是，优选存在于表面层12b的Ni中的20at％以上被氧化或氧氮化，更优选30at％以上被氧化或氧氮化。
[0036]下部电极层12的厚度t优选为50nm～300nm左右，更优选为100nm～300nm。下部电极层12优选从最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电层叠体，其在基板上依次具备：下部电极层和包含钙钛矿型氧化物的压电膜，所述下部电极层包括：包含Ni的金属层和包含Ni氧化物或Ni氧氮化物的表面层，在所述下部电极层中，所述表面层配置于最靠近所述压电膜侧。2.根据权利要求1所述的压电层叠体，其中，在所述表面层的厚度方向上，Ni元素的含量从最靠近所述压电膜侧至所述金属层以增加趋势变化且所述含量的变化是连续的，并且从所述表面层至所述金属层的所述含量的变化是连续的。3.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，所述表面层的厚度为20nm～60nm。4.根据权利要求1或2所述的压电层叠体，其中，在所述下部电极层与所述压电膜之间具备取向控制层，该取向控制层包含与所述Ni氧化物不同的金属氧化物。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木勉，望月文彦，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：