一种压电体元件，其具有：基板、在所述基板上固定的下部电极层、在所述下部电极层上形成的压电体层、和在所述压电体层上形成的上部电极层，所述下部电极层内含气孔，并且所述下部电极层的热膨胀系数比所述压电体层的热膨胀系数大。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种压电体元件，其具有基板、下部电极层、压电体层和上部电极层。在基板上固定下部电极层，在下部电极层上形成压电体层。在压电体层上形成上部电极层。下部电极层内含气孔，并且下部电极层的热膨胀系数比压电体层的热膨胀系数大。【专利说明】压电体元件
本专利技术涉及具有机电转换功能的压电体作为驱动源的压电体元件。
技术介绍
具有钙钛矿结构的氧化物强介电薄膜由通式ABO3表示，显示出优异的强介电性、压电性、热电性和电光学特性。因此该薄膜被用作对各种传感器或执行器、存储器等广泛的设备而有效的材料，今后其的利用范围将进一步持续扩大。其中，钛锆酸铅(通式Pb (ZrxTi1J O3 (O < x < I)，以下记为“PZT” )系薄膜具有高的压电性。因此，PZT被用作压电传感器或压电执行器等压电位移元件。压电传感器利用强介电性的压电效果。强介电体在内部具有自发极化，在其表面产生正电荷和负电荷。在大气中的稳定状态下，与大气中的分子具有的电荷结合而成为中性状态。如果对该压电体施加外压，则能够从压电体输出与压力量相应的电信号。另外，压电执行器也利用同样的原理。即，如果对压电体施加电压，则压电体相应于该电压进行伸缩，能够在伸缩方向或者与该方向正交的方向上产生位移。对于PZT系薄膜，如下所述地尝试进行制造:使用溅射法、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,以下记为 “CVD 法”)、脉冲激光沉积法(Pulsed LaserDeposition，以下记为“PLD法”)等代表的气相生长法进行制作。另外，还如下所述地尝试进行制造:使用化学溶液法(Chemical Solution Deposition法，以下记为“CSD法”)、水热合成法等代表的液相生长法。其中，CSD法具有如下特征:容易控制组成，容易重现性良好地制作薄膜，另外制造设备低廉且能够大量生产。图9表示现有的PZT系薄膜的元件结构。单压电晶片(Unimorph)型压电膜元件I具有基板2、振动板3、中间膜4、电极膜5和压电膜6。Si制基板2具有中空部2A。SiO2的振动板3是通过对基板2进行热氧化而形成的。MgO的中间膜4形成于振动板3上，在其上层叠有电极膜5。压电膜6是使用RF溅射对PZT膜进行非加热成膜之后烧成而形成的。构成振动板3的SiO2的热膨胀系数为0.2 X 10_6 (/°C )，杨氏模量为7.2 X 101° (N/m2)。MgO的热膨胀系数为13.0 X 10_6 (/°C )，杨氏模量为20.6 X 101° (N/m2)。对于热膨胀系数大的MgO膜，仅保留与基板2的中空部2A对应的部分，用湿法蚀刻去除其它的区域，形成中间膜4。然后,在中间膜4上形成电极膜5。电极膜5由密合层和第一电极构成。首先利用RF溅射形成作为密合层的厚度4nm的Ti层，再在其上利用RF溅射形成成为第一电极的厚度150nm的Pt层。在使基板加热器关闭、Ar气压为3.0Pa的条件下，在所述Pt层上利用RF溅射以I μ m的厚度形成非晶PZT层。该非晶PZT层通常在MgO基板上通过650°C的热处理进行结晶化，成为压电膜6即PZT膜。在准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)成分附近，PZT的热膨胀系数为9.0X 10_6(/。。)，杨氏模量为8.0X 101°(N/m2)。在氧气气氛中以每分钟1°C的升温速度将形成的非晶PZT层升温到650°C后，保持在650°C进行5小时退火。并且通过与升温时相同的方式以每分钟1°C冷却至室温而使其结晶化。随着从结晶化温度开始的冷却过程的推进，如图9的箭头所示，振动板3的热收缩非常小，相对于其它层在拉伸方向上起作用。热膨胀系数大的MgO的中间膜4试图抵消拉伸而压缩。照这样，按照满足(中间膜4的热膨胀系数X杨氏模量X厚度)-(振动板3的热膨胀系数X杨氏模量X厚度)> (压电膜6的热膨胀系数X杨氏模量X厚度)的关系设定各膜的厚度。并且通过处于(中间膜4的热膨胀系数)> (压电膜6的热膨胀系数)的关系，从结晶化温度到室温的温度区域内对压电膜6能够起到压缩的力的作用。进而，振动板3薄至I μ m,另外中间膜4仅形成在相对于基板2的中空部2A进行变形的振动板3的可动区域。因此，与除了中空部2A以外的隔壁部分相对置的部位受到振动板3的约束少，相对于冷却过程的中间膜4的明显收缩，与基板2的中空部2A相对置的振动板3在中空部2A侧明显变形，压缩应力没有损失。该结果是在压电膜6从烧成温度被冷却至室温时抑制90°磁畴的增加，在电场强度与电通量密度的关系即P (极化值)-E (施加电场)曲线中显示良好的矩形比和高的饱和电通量密度，显示良好的磁滞特性。另外，作为该申请涉及的现有技术文献信息，例如已知有专利文献I。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2006-100622号公报
技术实现思路
本专利技术的压电体元件具有基板、下部电极层、压电体层和上部电极层。在基板上固定下部电极层，在下部电极层上形成压电体层。在压电体层上形成上部电极层。下部电极层内含气孔，并且下部电极层的热膨胀系数比压电体层的热膨胀系数大。根据该结构，下部电极层具有内含气孔的多孔结构，能够缓冲来自基板的热应力。因此，使用硅这样的热膨胀系数小的基板时，能够抑制由来自于基板的约束导致的向压电体层施加的拉伸应力。进而使下部电极层的热膨胀系数比压电体层大，因此通过热应力能够压向电体层施加压缩方向的应力。其结果能够实现具有高压电性的压电体元件。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的实施方式中的压电体元件的截面图。图2A是表示图1所示的压电体元件的第一下部电极层表面的AFM图像的图。图2B是表示图1所示的压电体元件的第二下部电极层表面的AFM图像的图。图3是表示图1所示的压电体元件的下部电极层的X射线衍射图。图4是表示图1所示的压电体元件的压电体层的X射线衍射图。图5是表示图1所示的压电体元件的特性图。图6是本专利技术的实施方式中其它压电体元件的截面图。图7是本专利技术的实施方式中另一其它压电体元件的特性图。图8是本专利技术的实施方式中另一其它压电体元件的截面图。图9是现有的压电体元件的截面图。【具体实施方式】在图9中所示的元件结构中虽然显示高的强介电体特性，但是能够使用的材料或元件结构的制约大。下面对不受元件结构的制约、能够得到良好的压电特性的、本专利技术实施方式的压电体元件进行说明。图1是表示本专利技术的实施方式中的压电体元件的结构的截面图。该压电体元件具有基板7、防扩散层8、下部电极层9、压电体层10和上部电极层11。在基板7上形成防扩散层8，在防扩散层8上形成下部电极层9。在下部电极层9上形成压电体层10，在压电体层10上形成上部电极层11。下部电极层9从基板7 —侧开始依次具有第一下部电极层9a和第二下部电极层9b ο第一下部电极层9a具有内含气孔的多孔结构。在压电体层10—侧配置的第二下部电极层％具有比第一下部电极层9a气孔少的致密结构。另外，在图1所示的结构中，基板7、下部电极层9、压电体层10各自的热膨胀系数有以下关系:基板7 <压电体层10 <下部电极层9。进而，在下部电极层9中第二下部电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电体元件，其具有：基板、在所述基板上固定的下部电极层、在所述下部电极层上形成的压电体层、和在所述压电体层上形成的上部电极层，所述下部电极层内含气孔，并且所述下部电极层的热膨胀系数比所述压电体层的热膨胀系数大。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：野田俊成，久保敬，铃木久男，胁谷尚树，坂元尚纪，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。