DE112018005935T5 - Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements - Google Patents

Piezoelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements Download PDF

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Shinsuke Ikeuchi
Tetsuya Kimura
Katsumi Fujimoto
Yutaka Kishimoto
Fumiya KUROKAWA
Yuzo KISHI
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Abstract

Ein piezoelektrisches Bauelement umfasst einen piezoelektrischen Körper 10, von dem sich mindestens ein Teil biegen und vibrieren kann, eine obere Elektrode (22), die auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (10) angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (10) entspannt, eine untere Elektrode (21), die auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (10) angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (10) entspannt, und unter dem piezoelektrischen Körper (10) angeordnetes Trägersubstrat (40), in dem eine Ausnehmung (141) vorgesehen ist, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats (4) in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers erstreckt

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es wurde ein Vibrator mit unimorpher oder bimorpher Struktur entwickelt, der für einen Taktoszillator, einen piezoelektrischen Summer oder ähnliches verwendet wird. Die unimorphe Struktur hat eine laminierte Struktur mit einem piezoelektrischen Körper und einer passiven elastischen Schicht oder einem piezoelektrischen Körper, an den keine Spannung angelegt wird. Eine obere Elektrode ist auf einem oberen Teil des piezoelektrischen Körpers angeordnet, und eine untere Elektrode ist auf einem unteren Teil des piezoelektrischen Körpers angeordnet. Wenn eine Spannung an den piezoelektrischen Körper unter Verwendung der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt wird, neigt der piezoelektrische Körper dazu, sich in einer Richtung in der Ebene auszudehnen und zusammenzuziehen. Da die passive elastische Schicht oder der piezoelektrische Körper, an den keine Spannung angelegt wird, sich jedoch nicht ausdehnt und zusammenzieht, biegt sich die unimorphe Struktur und vibriert. Die bimorphe Struktur ist eine laminierte Struktur aus zwei Schichten von piezoelektrischen Körpern. Eine elastische Platte, wie z.B. eine Metallplatte, die als „Shim“ bezeichnet wird, kann zwischen die beiden Schichten von piezoelektrischen Körpern eingefügt werden. Wenn eine Spannung an die beiden Schichten von piezoelektrischen Körpern angelegt wird, dehnt sich ein piezoelektrischer Körper in der Richtung in der Ebene aus und ein anderer piezoelektrischer Körper neigt dazu, sich in der Richtung in der Ebene zusammenzuziehen, so dass sich die beiden Schichten von piezoelektrischen Körpern als Ganzes biegen. Der piezoelektrische Körper besteht z.B. aus Aluminiumnitrid (AIN), Bleizirkonattitanat (PZT) oder ähnlichem (siehe z.B. Patentdokumente 1 und 2). Der piezoelektrische Körper wird auf der unteren Elektrode z.B. durch ein Aufdampfverfahren, ein Sputterverfahren, ein Laserablationsverfahren, ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) oder ähnliches gebildet. Dann wird die obere Elektrode auf dem piezoelektrischen Körper gebildet.
  • ZITIERUNGSLISTE
  • Patent-Dokumente
    • Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4404218
    • Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 6132022
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Technische Aufgabe
  • Es werden zuverlässige piezoelektrische Bauteile benötigt. Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diesen Umstand gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Bauelement mit hoher Zuverlässigkeit und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements bereitzustellen.
  • Lösung der Aufgabe
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein piezoelektrisches Bauelement einen piezoelektrischen Körper, von dem mindestens ein Teil biegsam und schwingungsfähig ist, eine obere Elektrode, die auf einer Oberseite des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der Oberseite des piezoelektrischen Körpers entspannt, eine untere Elektrode, die auf einer Unterseite des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der Unterseite des piezoelektrischen Körpers entspannt, und ein unterhalb des piezoelektrischen Körpers angeordnetes Trägersubstrat, in dem eine Ausnehmung vorgesehen ist, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers erstreckt.
  • Darüber hinaus umfasst gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements, bei dem mindestens ein Teil eines piezoelektrischen Körpers biegsam und schwingungsfähig ist, das Abscheiden eines leitenden Materials auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers, um eine untere Elektrode aus dem abgeschiedenen leitenden Material zu bilden, das Abscheiden eines leitenden Materials auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers, um eine obere Elektrode aus dem abgeschiedenen leitenden Material zu bilden, das Anordnen eines Trägersubstrats unter dem piezoelektrischen Körper und das Bereitstellen einer Ausnehmung, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers erstreckt.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein sehr zuverlässiges piezoelektrisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements bereitgestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht von oben, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das piezoelektrische Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform aus der Richtung einer Linie II-II in 1 zeigt.
    • 3 ist eine untere perspektivische Ansicht, die das piezoelektrische Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 6 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist eine schematische Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß dem Stand der Technik zeigt.
    • 11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 13 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 14 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 15 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 16 ist eine schematische Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 17 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 18 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 19 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 20 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 21 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 22 ist eine schematische Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
    • 23 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 24 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 25 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 26 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 27 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 28 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 29 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 30 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 31 ist eine schematische Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Teile durch gleiche oder ähnliche Referenznummern bezeichnet. Die Zeichnungen sind jedoch schematisch. Daher sollten spezifische Maße und Ähnliches durch Vergleich der folgenden Beschreibung ermittelt werden. Darüber hinaus versteht es sich von selbst, dass jede der Zeichnungen Teile enthält, bei denen die gegenseitigen Bemaßungsbeziehungen und Verhältnisse unterschiedlich sind.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Wie in 1, bei der es sich um eine perspektivische Ansicht von oben handelt, 2, bei der es sich um eine schematische Schnittansicht aus der Richtung der Linie II-II in 1 handelt, und 3, bei der es sich um eine untere perspektivische Ansicht handelt, umfasst ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer ersten Ausführungsform einen piezoelektrischen Körper 10, von dem mindestens ein Teil biegsam und schwingungsfähig, eine obere Elektrode 22, die auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 angeordnet ist und in der die Verzerrung eines Kristallgitters mit zunehmender Entfernung von der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 entspannt wird, eine untere Elektrode 21, die auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 angeordnet ist und in der die Verzerrung eines Kristallgitters mit zunehmender Entfernung von der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 entspannt wird, und ein Trägersubstrat 40, das unter dem piezoelektrischen Körper 10 angeordnet ist. Das piezoelektrische Bauelement ist mit einer Ausnehmung 141 versehen, die sich von der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 40 in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 erstreckt.
  • Das piezoelektrische Bauelement gemäß der ersten Ausführung kann ferner eine amorphe Schicht 30 enthalten, die auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 10 und auf der Unterseite der unteren Elektrode 21 angeordnet ist. Das Trägersubstrat 40 kann auf der Unterseite der amorphen Schicht 30 angeordnet werden.
  • Der piezoelektrische Körper 10 besteht z.B. aus einem Einkristall wie Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN) oder ähnlichem. Der piezoelektrische Körper 10 hat eine gleichmäßige Schichtqualität über einen Teil, unter dem die untere Elektrode 21 angeordnet ist, und einen Teil, unter dem die untere Elektrode 21 nicht angeordnet ist, und hat den gleichen Polarisations-(Orientierungs-)Zustand innerhalb der Schicht. Die Oberseite und die Unterseite des piezoelektrischen Körpers 10 sind flach und glatt, mit Ausnahme von Abschnitten, die zur Ausbildung von Elektroden, Bildung des Bauelements und dergleichen bearbeitet werden, und weisen keine Stufen und verjüngte Strukturen auf. Eine Gesamtdickenschwankung (TTV) von 2 □m oder weniger ist jedoch akzeptabel.
  • Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 22 bestehen z.B. aus einem leitfähigen Material wie Platin (Pt), Gold (Au) oder ähnlichem. Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 22 sind in der Lage, eine Spannung an den piezoelektrischen Körper 10 anzulegen. Die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 22 haben mindestens eine Art von triaxialer Textur. Aufgrund von Fehlpassungsversetzungen ist die untere Elektrode 21 auf der Seite nahe dem piezoelektrischen Körper 10 im Kristallgitter verzerrt, und die untere Elektrode 21 ist so beschaffen, dass sich die Verzerrung des Kristallgitters in Richtung weg von dem piezoelektrischen Körper 10 entspannt. Ferner ist die obere Elektrode 22 auf der Seite nahe dem piezoelektrischen Körper 10 aufgrund der Fehlpassungsversetzungen im Kristallgitter verzerrt, und die obere Elektrode 22 ist so beschaffen, dass sich die Verzerrung des Kristallgitters in Richtung weg von dem piezoelektrischen Körper 10 entspannt. Daher variiert die Kristallinität der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 symmetrisch mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Körper 10.
  • Bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform kann zwischen dem piezoelektrischen Körper 10 und der unteren Elektrode 21 eine untere Haftschicht vorgesehen sein, durch die der piezoelektrische Körper 10 und die untere Elektrode 21 in engem Kontakt miteinander stehen. Die untere Haftschicht besteht z.B. aus einem Metall wie Titan (Ti), Chrom (Cr) oder ähnlichem. Zumindest ein Teil der unteren Haftschicht kann oxidiert sein. Bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform kann zwischen dem piezoelektrischen Körper 10 und der oberen Elektrode 22 eine obere Haftschicht vorgesehen werden, die den piezoelektrischen Körper 10 und die obere Elektrode 22 in engen Kontakt miteinander bringt. Die obere Haftschicht besteht z.B. aus einem Metall wie Titan (Ti), Chrom (Cr) oder ähnlichem. Zumindest ein Teil der oberen Haftschicht kann oxidiert sein.
  • Die amorphe Schicht 30 besteht z.B. aus einem isolierenden Material wie Siliziumoxid. Die amorphe Schicht 30 kann ein wärmeisolierendes Material sein. Die untere Elektrode 21 ist so angeordnet, dass sie in die amorphe Schicht 30 eingebettet ist.
  • Das Trägersubstrat 40 ist ein Silicium-auf-Isolator-Substrat (SOI) mit einer Griffschicht 41, einer auf der Griffschicht 41 angeordneten eingebetteten Oxidschicht 42 und einer auf der eingebetteten Oxidschicht 42 angeordneten aktiven Schicht 43. Die untere Oberfläche der amorphen Schicht 30 und eine obere Oberfläche der aktiven Schicht 43 des SOI-Substrats sind miteinander verbunden.
  • Die eingebettete Oxidschicht 42 kann von einer Bodenfläche 142 der Ausnehmung 141 aus freiliegen, die aktive Schicht 43, die amorphe Schicht 30 oder der piezoelektrische Körper 10 und die untere Elektrode 21 können freiliegen.
  • Bei der ersten Ausführungsform fungiert von oben betrachtet ein Teil, in dem mindestens die obere Elektrode 22, der piezoelektrische Körper 10 und die untere Elektrode 21 einander überlappen, als Biegeschwingungsmembran. Wenn eine Spannung von der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 an den piezoelektrischen Körper 10 angelegt wird, neigt der piezoelektrische Körper 10 dazu, sich in der Ebene auszudehnen und zusammenzuziehen, wobei zumindest die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 21 sich nicht ausdehnen und sich zusammenziehen, so dass die Biegeschwingungsmembran sich biegt und vertikal schwingt.
  • Abhängig von der Position der Bodenfläche der Ausnehmung 141, die in dem piezoelektrischen Bauelement vorgesehen ist, kann die Biegeschwingungsmembran außerdem mindestens einen Teil der amorphen Schicht 30 enthalten. Zusätzlich kann die Biegeschwingungsmembran weiterhin mindestens einen Teil der amorphen Schicht 30 und mindestens einen Teil der aktiven Schicht 43 enthalten. Alternativ kann die Biegeschwingungsmembran ferner mindestens einen Teil der amorphen Schicht 30, mindestens einen Teil der aktiven Schicht 43 und mindestens einen Teil der Oxidschicht 42 umfassen. Bevorzugt ist eine neutrale Ebene innerhalb der Biegeschwingungsmembran außerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 vorhanden, wenn sich die Biegeschwingungsmembran biegt und schwingt.
  • Wenn die amorphe Schicht 30 von der Bodenfläche der Ausnehmung 141 freiliegt, ist es vorzuziehen, dass eine Dicke der amorphen Schicht 30 so eingestellt wird, dass die neutrale Ebene innerhalb der amorphen Schicht 30 und nicht innerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 liegt, wenn die Biegeschwingungsmembran sich biegt und schwingt.
  • Wenn die aktive Schicht 43 von der Bodenfläche der Ausnehmung 141 aus freiliegt, ist es vorzuziehen, dass die Gesamtdicke der amorphen Schicht 30 und der aktiven Schicht 43 so eingestellt wird, dass die neutrale Ebene innerhalb der amorphen Schicht 30 oder der aktiven Schicht 43 und nicht innerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 liegt, wenn die Biegeschwingungsmembran sich biegt und schwingt.
  • Wenn die eingebettete Oxidschicht 42 von der Bodenfläche der Ausnehmung 141 aus freiliegt, ist es vorzuziehen, dass die Gesamtdicke der amorphen Schicht 30, der aktiven Schicht 43 und der eingebetteten Oxidschicht 42 so eingestellt wird, dass, wenn die Biegeschwingungsmembran sich biegt und schwingt, die neutrale Ebene innerhalb der amorphen Schicht 30, der aktiven Schicht 43 oder der eingebetteten Oxidschicht 42 liegt und nicht innerhalb des piezoelektrischen Körpers 10.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements entsprechend der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 4 dargestellt, wird ein substratartiger piezoelektrischer Körper 15 aus einem Einkristall wie Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN) und dergleichen hergestellt, und eine leitende Schicht aus einem leitenden Material wie Platin (Pt), Gold (Au) und dergleichen wird auf einer glatten und flachen Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 durch heteroepitaktisches Aufwachsen gebildet. Die untere Elektrode 21 wird auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 15 durch Strukturieren der leitenden Schicht in eine vorbestimmte Form gebildet. Eine untere Haftschicht aus einem Metall wie Titan (Ti), Chrom (Cr) und dergleichen kann auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 15 gebildet werden, und dann kann eine leitender Schicht auf der unteren Haftschicht gebildet werden.
  • Wie in 5 dargestellt, bildet sich die amorphe Schicht 30 aus Siliziumdioxid (SiO2) o.ä. auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 und auf der Unterseite der unteren Elektrode 21. Entsprechend ist die untere Elektrode 21 in der amorphen Schicht 30 angeordnet. Danach wird die untere Oberfläche der amorphen Schicht 30 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, um die Unterseite der amorphen Schicht 30 zu glätten.
  • Wie in 6 dargestellt, ist das SOI-Substrat einschließlich der Griffschicht 41, der auf der Griffschicht 41 angeordneten eingebetteten Oxidschicht 42 und der auf der eingebetteten Oxidschicht 42 angeordneten aktiven Schicht 43 als Trägersubstrat 40 vorbereitet. Als nächstes werden, wie in 7 dargestellt, die obere Oberfläche der aktiven Schicht 43 des SOI-Substrats und die untere Oberfläche der amorphen Schicht 30 direkt miteinander verbunden. Danach wird, wie in 8 dargestellt, der substratartige piezoelektrische Körper 15 von der zu verdünnenden Oberseite aus poliert, wodurch der piezoelektrische Körper 10 als Schicht gebildet wird. Die Dicke des piezoelektrischen Körpers 10 wird so eingestellt, dass eine gewünschte Ausdehnung und Kontraktion beim Anlegen einer Spannung an diesen Körper erfolgt.
  • Wie in 9 dargestellt, wird auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 durch heteroepitaktisches Aufwachsen eine leitfähige Schicht aus einem leitfähigen Material wie Platin (Pt), Gold (Au) und dergleichen gebildet. Die leitende Schicht wird in einer vorbestimmten Form gemustert, um die obere Elektrode 22 auf einer glatten und flachen oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 zu bilden. Alternativ kann eine obere Haftschicht aus einem Metall wie Titan (Ti), Chrom (Cr) und dergleichen auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 gebildet werden, und dann kann die leitende Schicht auf der oberen Haftschicht gebildet werden. Anschließend können wahlweise Teile der aktiven Schicht 43 des SOI-Substrats, der amorphen Schicht 30 und des piezoelektrischen Körpers 10 durch ein Ätzverfahren oder ähnliches entfernt und dadurch in eine gewünschte Form gebracht werden. Zum Beispiel kann eine Verdrahtung, die mit der unteren Elektrode 21 verbunden ist und durch Entfernen eines Teils des piezoelektrischen Körpers 10 freigelegt wird, vorgesehen werden.
  • Die in 2 dargestellte Ausnehmung 141 wird von einem Teil der unteren Oberfläche der Griffschicht 41 des SOI-Substrats in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 durch tiefes reaktives Ionenätzen („Deep RIE“) oder ähnliches gebildet. Das SOI-Substrat kann geätzt werden, bis die Unterseite der eingebetteten Oxidschicht 42 von der Bodenfläche 142 der Ausnehmung 141 freiliegt, das SOI-Substrat kann geätzt werden, bis die Unterseite der aktiven Schicht 43 freiliegt, oder das SOI-Substrat kann geätzt werden, bis die amorphe Schicht 30 freiliegt. Alternativ können das SOI-Substrat und die amorphe Schicht 30 geätzt werden, bis der piezoelektrische Körper 10 und die untere Elektrode 21 freigelegt sind. Es ist vorzuziehen, eine Tiefe der Ausnehmung 141 so einzustellen, dass die neutrale Ebene innerhalb der Biegeschwingungsmembran außerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 vorhanden ist, wenn die Biegeschwingungsmembran sich biegt und schwingt. Zum Beispiel kann das piezoelektrische Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform durch das Herstellungsverfahren einschließlich der oben genannten Schritte erhalten werden.
  • Mit der bekannten Technik, bei der Herstellung eines in 10 dargestellten piezoelektrischen Bauteils mit einer Biegeschwingungsmembran, werden eine amorphe Schicht 230 auf einem Trägersubstrat 240 gebildet, eine untere Elektrode 221 auf der amorphen Schicht 230 durch epitaktisches Aufwachsen gebildet und dann ein piezoelektrischer Körper 210 aus Aluminiumnitrid (AIN), Bleizirkonattitanat (PZT) mittels z.B. eines Aufdampfverfahren, eines Sputterverfahren, eines Laserablationsverfahren, eines Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder ähnlichem gebildet, eine obere Elektrode 222 auf dem piezoelektrischen Körper 210 gebildet und danach eine Ausnehmung 341 im Trägersubstrat 240 gebildet. Daher wird in der unteren Elektrode 221 die Verzerrung eines Kristallgitters an einem näher am piezoelektrischen Körper 210 liegenden Abschnitt entspannt, so dass eine lokale Spannung gering ist, und in der oberen Elektrode 222 wird die Verzerrung eines Kristallgitters an einem weiter vom piezoelektrischen Körper 210 entfernten Abschnitt entspannt, so dass eine lokale Spannung gering ist.
  • Bei dem in 10 dargestellten piezoelektrischen Bauelement variiert die Verzerrung des Kristallgitters der unteren Elektrode 221 und der oberen Elektrode 222 asymmetrisch in Bezug auf den piezoelektrischen Körper 210. Dementsprechend ist in dem in 10 dargestellten piezoelektrischen Bauelement in einem Teil, der sich biegen und schwingen kann, eine asymmetrische Spannungsverteilung vorhanden, Wölbungen werden erzeugt, die Schwingungseffizienz ist schlecht, und es kommt zu Rissen und Grenzflächenabschälung. Bei dem in 10 dargestellten piezoelektrischen Bauelement wird bei der Bildung einer Haftschicht auf der Oberseite der unteren Elektrode 221 die Kristallinität des danach zu bildenden piezoelektrischen Körpers 210 verschlechtert.
  • Im Gegensatz dazu variiert bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der ersten in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform, wie oben beschrieben, die Verzerrung im Kristallgitter der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 symmetrisch mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Körper 10. Dementsprechend ist in dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform in einem Teil, der sich biegen und schwingen kann, eine symmetrische Spannungsverteilung vorhanden, Wölbungen werden kaum erzeugt, die Schwingungseffizienz ist gut, und Risse und Grenzflächenabschälung werden kaum erzeugt. Ferner wird bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der ersten Ausführung die Kristallinität des piezoelektrischen Körpers 10 nicht beeinträchtigt, obwohl die untere Haftschicht zwischen der unteren Elektrode 21 und dem piezoelektrischen Körper 10 vorhanden ist. Daher ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, ein sehr zuverlässiges piezoelektrisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements bereitzustellen.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Bei einer zweiten Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen werden Beschreibungen der Sachverhalte, den bereits bei der ersten Ausführungsform beschriebenen gleichen, weggelassen und nur unterschiedliche Punkte beschrieben. Insbesondere werden ähnliche Operationseffekte mit der gleichen Konfiguration nicht der Reihe nach für jede Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 11 dargestellt, ist bei einem piezoelektrischen Bauelement gemäß der zweiten Ausführungsform ein Trägersubstrat 50 ein Siliziumsubstrat. Das piezoelektrische Bauelement gemäß der zweiten Ausführung ist mit einer Ausnehmung 151 versehen, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats 50 in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 erstreckt. Die amorphe Schicht 30 wird von einer Bodenfläche 152 der Ausnehmung 151 freigelegt.
  • Auch bei der zweiten Ausführungsform neigt der piezoelektrische Körper 10 bei Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Körper 10 von der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 dazu, sich in Richtung der Ebene auszudehnen und zusammenzuziehen, aber die obere Elektrode 22, die untere Elektrode 21 und die amorphe Schicht 30 dehnen sich nicht aus und ziehen sich nicht zusammen, so dass die Biegeschwingungsmembran sich biegt und vertikal schwingt. Die Dicke der amorphen Schicht 30 sollte vorzugsweise so eingestellt werden, dass die neutrale Ebene innerhalb der amorphen Schicht 30 und nicht innerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 liegt, wenn sich die Biegeschwingungsmembran biegt und schwingt.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform wird, wie in 12 dargestellt, die untere Elektrode 21 auf der Unterseite des substratartigen piezoelektrischen Körpers 15 durch heteroepitaktisches Aufwachsen gebildet, und anschließend wird die amorphe Schicht 30 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 und der Unterseite der unteren Elektrode 21 gebildet. Ferner wird ein Siliziumsubstrat als Trägersubstrat 50 vorbereitet. Als nächstes werden, wie in 13 dargestellt, eine obere Oberfläche des Siliziumsubstrats und die untere Oberfläche der amorphen Schicht 30 direkt miteinander verbunden. Danach wird, wie in 14 dargestellt, der substratartige piezoelektrische Körper 15 von der Oberseite aus poliert, um ihn zu verdünnen und eine Schicht zu bilden.
  • Wie in 15 dargestellt, wird die obere Elektrode 22 auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 durch heteroepitaktisches Aufwachsen gebildet. Als nächstes wird, wie in 11 dargestellt, die Ausnehmung 151 unter Verwendung der unteren Oberfläche der amorphen Schicht 30 als Bodenfläche 152 aus einem Teil der unteren Oberfläche des Siliziumsubstrats in Richtung des piezoelektrischen Körpers 10 durch Deep RIE oder ähnliches gebildet. Zum Beispiel kann das piezoelektrische Bauelement gemäß der zweiten Ausführungsform durch das Herstellungsverfahren einschließlich der oben genannten Schritte erhalten werden. Man beachte, dass bei der Bildung der amorphen Schicht 30 die Dicke der amorphen Schicht 30 auf eine solche Dicke eingestellt werden kann, dass die danach zu bildende Biegeschwingungsmembran sich biegen und schwingen kann, oder bei der Bildung der Ausnehmung 151 die Dicke der amorphen Schicht 30 auf eine solche Dicke eingestellt werden kann, dass die Biegeschwingungsmembran sich biegen und schwingen kann.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Wie in 16 dargestellt, enthält ein piezoelektrisches Bauelement gemäß einer dritten Ausführungsform ferner eine Trägerschicht 70 zum Abdecken der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 und der oberen Elektrode 22. Als Material der Trägerschicht 70 können Polysilizium, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid und ähnliches verwendet werden. Bei der dritten Ausführungsform bildet die Trägerschicht 70 ebenfalls einen Teil der Biegeschwingungsmembran. Auf diese Weise ist die Trägerschicht 70 so angeordnet, dass sie die Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 bedeckt, wodurch es möglich ist, die Trägerschicht 70 mit einer Funktion als Schutzschicht gegen Umgebungsluft zu versehen.
  • Bei der dritten Ausführungsform neigt der piezoelektrische Körper 10 beim Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Körper 10 von der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 dazu, sich in der Ebene auszudehnen und zusammenzuziehen, aber die Trägerschicht 70, die obere Elektrode 22, die untere Elektrode 21 und die amorphe Schicht 30 dehnen sich nicht aus und ziehen sich nicht zusammen, so dass die Biegeschwingungsmembran sich biegt und vertikal schwingt. Es ist vorzuziehen, dass die Dicke der Trägerschicht 70 so eingestellt wird, dass die neutrale Ebene innerhalb der Trägerschicht 70 und nicht innerhalb des piezoelektrischen Körpers 10 liegt, wenn sich die Biegeschwingungsmembran biegt und schwingt.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Wie bei der ersten Ausführung werden, wie in 17 dargestellt, die untere Elektrode 21 auf der Unterseite des substratartigen piezoelektrischen Körpers 15 und die amorphe Schicht 30 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 und der Unterseite der unteren Elektrode 21 gebildet. Ferner wird ein Siliziumsubstrat als Trägersubstrat 50 vorbereitet. Als nächstes werden, wie in 18 dargestellt, die obere Oberfläche des Siliziumsubstrats und die untere Oberfläche der amorphen Schicht 30 direkt miteinander verbunden. Danach wird, wie in 19 dargestellt, der substratartige piezoelektrische Körper 15 von der Oberseite aus poliert, um ihn zu verdünnen und eine Schicht zu bilden.
  • Wie in 20 dargestellt, ist die obere Elektrode 22 auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 ausgebildet. Als nächstes wird, wie in 21 dargestellt, die Trägerschicht 70 zur Abdeckung der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 und der oberen Elektrode 22 gebildet. Optional können Teile der amorphen Schicht 30, des piezoelektrischen Körpers 10 und der Trägerschicht 70 durch ein Ätzverfahren oder ähnliches entfernt und dadurch in eine gewünschte Form gebracht werden. Als nächstes wird die Ausnehmung 151 unter Verwendung der unteren Oberfläche der amorphen Schicht 30 als Bodenfläche 152, wie in 16 dargestellt, aus einem Teil der unteren Oberfläche des Siliziumsubstrats in Richtung unterhalb des piezoelektrischen Körpers 10 durch Deep RIE oder ähnliches gebildet. Man beachte, dass ein Teil der amorphen Schicht 30 auch entfernt werden kann, um die untere Elektrode 21 und die untere Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 der Bodenfläche der Vertiefung 151 auszusetzen.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß der dritten Ausführungsform kann, da die Trägerschicht 70 nach der Verbindung zwischen dem Trägersubstrat 50 und der amorphen Schicht 30 und dem Polierschritt des piezoelektrischen Körpers 10 gebildet wird, das piezoelektrische Bauelement einfach hergestellt werden. Außerdem ist es möglich, die Dicke der Trägerschicht 70 entsprechend einem Polierzustand des piezoelektrischen Körpers 10 einzustellen.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Wie in 22 dargestellt, hat ein piezoelektrische Bauelement gemäß einer vierten Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie das piezoelektrische Bauelement gemäß der ersten Ausführungsform, aber die Griffschicht 41, die aktive Schicht 43 und der piezoelektrische Körper 10 weisen jeweils eine Variation in einer Dickenrichtung auf. Eine Oberfläche der Griffschicht 41 ist mit einer Unebenheit versehen, und die Ebenheit (TTV: Total Thickness Variation) der Oberfläche der Griffschicht 41 ist z.B. gleich oder größer als 0 nm und gleich oder kleiner als 2 Dm, vorzugsweise gleich oder größer als 0 nm und gleich oder kleiner als 1 Dm. Eine Oberfläche der aktiven Schicht 43 ist mit einer Unebenheit entlang der Unebenheit der Oberfläche der Griffschicht 41 versehen. Die Variation in der Dickenrichtung der aktiven Schicht 43 ist jedoch kleiner als die Variation in der Dickenrichtung der Griffschicht 41. Daher wird ein TTV-Wert der Oberfläche der aktiven Schicht 43 kleiner als ein TTV-Wert der Oberfläche der Griffschicht 41. Eine Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 ist mit einer Unebenheit entlang der Unebenheit der Oberfläche der Griffschicht 41 und der aktiven Schicht 43 versehen. Die Variation in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers 10 ist jedoch kleiner als die Variation in der Dickenrichtung der aktiven Schicht 43. Somit wird der TTV-Wert der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 kleiner als der TTV-Wert der Oberfläche der aktiven Schicht 43.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 23 dargestellt, wird die Griffschicht 41 aus Silizium vorbereitet, und eine Oberseite und die Unterseite der Griffschicht 41 werden so poliert oder geätzt, dass der TTV einen vorgegebenen Wert annimmt und dadurch die Unebenheiten auf der Oberseite und der Unterseite der Griffschicht 41 gebildet werden. Wenn beispielsweise die Griffschicht 41 einen Durchmesser von 4 Zoll, 6 Zoll oder 8 Zoll hat, werden die Oberseite und die Unterseite der Griffschicht 41 so behandelt, dass der TTV-Wert gleich oder größer als 0 nm und gleich oder kleiner als 2 Dm, vorzugsweise gleich oder größer als 0 nm und gleich oder kleiner als 1 m□ ist.
  • Die Griffschicht 41 wird thermisch oxidiert, und die Oxidschicht 42 wird auf der Oberseite der Griffschicht 41 gebildet, wie in 24 dargestellt. Auf der Oberfläche der Oxidschicht 42 wird ebenfalls eine ungleichmäßige Form entsprechend einer ungleichmäßigen Form der Oberfläche der Griffschicht 41 gebildet. Danach werden, wie in 25 dargestellt, die Griffschicht 41, auf der die Oxidschicht 42 aufgebracht ist, und das Siliziumsubstrat 143 durch Schmelzbonden oder ähnliches miteinander verbunden.
  • Das Siliziumsubstrat 143 wird durch Schleifen oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) zu einer dünnen Schicht gemacht, und die aktive Schicht 43 wird auf der Oxidschicht 42 gebildet, wie in 26 dargestellt. Damit wird das Trägersubstrat 40 gebildet, das ein Silizium-auf-Isolator-Substrat (SOI) mit der Griffschicht 41, der eingebetteten Oxidschicht 42, die auf der Griffschicht 41 angeordnet ist, und der aktiven Schicht 43, die auf der eingebetteten Oxidschicht 42 angeordnet ist, ist. Wenn das Siliziumsubstrat 143 als Dünnschicht hergestellt wird, wird die untere Oberfläche der Griffschicht 41 als Bezugsfläche verwendet, so dass auch auf der oberen Oberfläche der aktiven Schicht 43 eine ungleichmäßige Form entsteht. Der TTV-Wert der aktiven Schicht 43 wird jedoch kleiner als der TTV-Wert der Griffschicht 41.
  • Wie bei der ersten Ausführungsform wird, wie in 27 dargestellt, die untere Elektrode 21 auf der Unterseite des substratartigen piezoelektrischen Körpers 15 durch heteroepitaktisches Aufwachsen gebildet, und die amorphe Schicht 30 wird auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 und der Unterseite der unteren Elektrode 21 gebildet.
  • Wie in 28 dargestellt, sind die obere Fläche der aktiven Schicht 43 des SOI-Substrats und die untere Fläche der amorphen Schicht 30 direkt miteinander verbunden. Vor dem Verbinden können auf der Oberseite der aktiven Schicht 43 eine Schicht aus dem gleichen Material wie die amorphe Schicht 30 oder eine Schicht aus einem Metall gebildet werden.
  • Wie in 29 dargestellt, wird der substratartige piezoelektrische Körper 15 von der zu verdünnenden Oberseite aus poliert und bildet so den piezoelektrischen Körper 10 als Schicht. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die Verwendung der unteren Fläche der Griffschicht 41 als Bezugsfläche auch eine ungleichmäßige Form auf der oberen Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 gebildet. Der TTV-Wert im piezoelektrischen Körper 10 wird jedoch kleiner als der TTV-Wert in der Griffschicht 41. Alternativ kann die Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 abgeflacht werden.
  • Wie in 30 dargestellt, ist wie bei der ersten Ausführungsform die obere Elektrode 22 auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 ausgebildet. Danach wird die in 22 dargestellte Ausnehmung 141 von einem Teil der unteren Oberfläche der Griffschicht 41 des SOI-Substrats in Richtung oberhalb der unteren Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 durch tiefes reaktives Ionenätzen (Deep RIE) oder ähnliches wie bei der ersten Ausführungsform gebildet. Die Bodenfläche 142 der durch Ätzen gebildeten Vertiefung 141 wird flach.
  • Mit dem Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements gemäß der vierten Ausführungsform ist es möglich, ein piezoelektrisches Bauelement, bei dem der TTV der aktiven Schicht 43 und des piezoelektrischen Körpers 10 kleiner ist als der TTV der Griffschicht 41, einfach herzustellen. Da der TTV der aktiven Schicht 43 und des piezoelektrischen Körpers 10 klein ist, werden ein TTV der zu bildenden Biegeschwingungsmembran reduziert und die Eigenschaften des piezoelektrischen Bauelements verbessert.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • Bei einem piezoelektrischen Bauelement gemäß einer fünften Ausführungsform, die in 31 dargestellt ist, weist die Griffschicht 41 zwar die Variation in Dickenrichtung wie bei der vierten Ausführungsform auf, aber die Oberseite der aktiven Schicht 43 ist flach, und die Oberseite und die Unterseite des piezoelektrischen Körpers 10 sind ebenfalls flach. Bei der Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß der fünften Ausführungsform werden die mit der Oxidschicht 42 versehene Griffschicht 41 und das Siliziumsubstrat 143 durch Schmelzbonden oder ähnliches wie bei der vierten Ausführungsform verbunden, und dann kann die obere Oberfläche der aktiven Schicht 43 abgeflacht werden, wenn das Siliziumsubstrat 14 als Dünnschicht zur Bildung der aktiven Schicht 43 hergestellt wird.
  • Wie oben beschrieben, haben das piezoelektrische Bauelement und das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Bauelements gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft die folgende Konfigurations- und Betriebswirkung in Übereinstimmung mit der Kombination eines oder mehrerer der oben genannten Elemente.
  • Das piezoelektrische Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen piezoelektrischen Körper 10, von dem mindestens ein Teil sich biegen und schwingen kann, eine obere Elektrode 22, die auf der oberen Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 angeordnet ist und in der sich die Verzerrung des Kristallgitters in Richtung weg von der oberen Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 entspannt, eine untere Elektrode 21, die auf der unteren Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 angeordnet ist und in der sich die Verzerrung des Kristallgitters in Richtung weg von der unteren Fläche des piezoelektrischen Körpers 10 entspannt, und ein Trägersubstrat 40, das unter dem piezoelektrischen Körper 10 angeordnet ist. Das piezoelektrische Bauelement ist mit einer Ausnehmung 141 versehen, die sich von der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 40 in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 erstreckt.
  • Bei einem piezoelektrischen Bauelement, das eine MEMS-Struktur hat, ist die Dicke der oberen Elektrode 22 und der unteren Elektrode 21 in der Biegeschwingungsmembran nicht vernachlässigbar. Daher wird die Biegeschwingungsmembran leicht durch eine Spannungsverteilung in der oberen Elektrode 22 und der unteren Elektrode 21 beeinflusst. Bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ändert sich jedoch der Grad der Verzerrung im Kristallgitter der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 symmetrisch mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Körper 10. Daher ist bei dem piezoelektrischen Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung die Spannungsverteilung in einem Teil, der sich biegen und schwingen kann, symmetrisch, Wölbungen werden kaum erzeugt, die Schwingungseffizienz ist gut, und Risse und Grenzflächenabschälung werden kaum erzeugt.
  • Das oben beschriebene piezoelektrische Bauelement kann eine Vielzahl von Schichten des piezoelektrischen Körpers 10 enthalten, die Vielzahl von Schichten kann eine obere und eine untere Schicht umfassen, die obere Elektrode 22 kann auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers der oberen Schicht und die untere Elektrode 21 kann auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers der unteren Schicht angeordnet sein. Mithin ist es möglich, durch eine bimorphe Struktur eine große Verschiebung bei Biegeschwingungen zu erreichen.
  • Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelement können die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 21 mindestens eine oder mehrere Arten von triaxialen Strukturen aufweisen. Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelement können die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 21 eine Art von triaxialer Struktur aufweisen. Mithin wird die Leistung des piezoelektrischen Bauteils verbessert. Wenn die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 21 eine Art triaxiale Textur haben, wird die Leistungsbeständigkeit verbessert.
  • Bei dem oben beschriebenen piezoelektrischen Bauelement kann der piezoelektrische Körper 10 aus einem Einkristall bestehen. Der piezoelektrische Körper 10 kann aus Lithium-Tantalat oder Lithium-Niobat bestehen. Wenn der piezoelektrische Körper 10 ein Einkristall ist, ist ein Polarisationszustand gleichförmig, und da es im piezoelektrischen Körper 10 keine Korngrenze gibt, wird im piezoelektrischen Körper 10 kaum eine Spannungsverteilung erzeugt, so dass kaum Risse und Lecks entstehen.
  • Darüber hinaus umfasst das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements, bei dem zumindest ein Teil des piezoelektrischen Körpers sich biegen und schwingen kann, gemäß der vorliegenden Erfindung die Ablagerung eines leitenden Materials auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15, um die untere Elektrode 21 aus einem abgelagerten leitenden Material zu bilden, Abscheiden eines leitenden Materials auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10, um die obere Elektrode 22 aus einem abgeschiedenen leitenden Material zu bilden, Anordnen des Trägersubstrats 40 unter dem piezoelektrischen Körper 10 und Bereitstellen der Ausnehmung 141, die sich von der unteren Oberfläche des Trägersubstrats 40 in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers 10 erstreckt.
  • Bei dem gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten piezoelektrischen Bauelement variiert die Kristallinität der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 22 symmetrisch mit dem dazwischen liegenden piezoelektrischen Körper 10. Daher ist bei einem nach dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten piezoelektrischen Bauelement die Spannungsverteilung in einem Teil, der sich biegen und schwingen kann, symmetrisch, Wölbungen werden kaum erzeugt, die Schwingungseffizienz ist gut, und Risse und Grenzflächenabschälung werden kaum erzeugt.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelement kann der piezoelektrische Körper 10 aus einer Vielzahl von Schichten bestehen, und die Vielzahl von Schichten kann die obere Schicht und die untere Schicht umfassen, die untere Elektrode 21 kann auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers der unteren Schicht und die obere Elektrode 22 kann auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers der oberen Schicht gebildet werden. Mithin ist es möglich, da das piezoelektrische Bauelement mit der bimorphen Struktur hergestellt wird, eine große Auslenkung in der Biegeschwingung des herzustellenden piezoelektrischen Bauelements zu erhalten.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements können die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 21 durch epitaktisches Aufwachsen eines leitenden Materials gebildet werden. Mithin wird die Verzerrung des Kristallgitters der oberen Elektrode 22 und der unteren Elektrode 21 gut symmetrisch gemacht, und die Leistung des piezoelektrischen Bauelements wird verbessert.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements kann die untere Elektrode 21 auf der Unterseite des piezoelektrischen Körpers 15 mit einer dazwischenliegenden unteren Haftschicht aus einem Metall gebildet werden. Mithin werden die Haftfestigkeit zwischen dem piezoelektrischen Körper 10 und der unteren Elektrode 21 des herzustellenden piezoelektrischen Bauelements verbessert und die Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Bauelements erhöht.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements kann die obere Elektrode 22 auf der Oberseite des piezoelektrischen Körpers 10 mit einer dazwischenliegenden oberen Haftschicht aus einem Metall gebildet werden. Mithin werden die Haftfähigkeit zwischen dem piezoelektrischen Körper 10 und der oberen Elektrode 22 bei dem herzustellenden piezoelektrischen Bauelement verbessert und die Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Bauelements erhöht.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements kann der piezoelektrische Körper 15 aus einem Einkristall hergestellt werden. Alternativ kann der piezoelektrische Körper 15 aus Lithium-Tantalat oder Lithium-Niobat hergestellt werden. Wenn der piezoelektrische Körper 10 ein Einkristall bei dem herzustellenden piezoelektrischen Bauelement ist, ist eine Polarisationsbehandlung des piezoelektrischen Körpers 15 nach der Bildung der oberen Elektrode 22 und der unteren Elektrode 21 nicht erforderlich, und da es keine Korngrenze im piezoelektrischen Körper 10 gibt, werden im piezoelektrischen Körper 10 kaum Spannungen erzeugt, so dass kaum Risse und Lecks entstehen.
  • Man beachten, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern sollen und nicht darauf abzielen, die vorliegende Erfindung einzuschränken. Die vorliegende Erfindung kann geändert und/oder modifiziert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und ein Äquivalent davon ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten. D.h. Ausführungsformen, bei denen jede Ausführungsform von Fachleuten in geeigneter Weise geändert werden kann, sind in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen, sofern sie die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthalten. Zum Beispiel sind die einzelnen Elemente, ihre Anordnung, die Materialien, die Bedingungen, die Formen, die Größen und dergleichen, die in jeder Ausführungsform enthalten sind, nicht auf die abgebildeten beschränkt und können gegebenenfalls geändert werden. Es ist zu verstehen, dass die Ausführungsformen nur veranschaulichend sind und dass teilweise Ersetzungen oder Kombinationen der in verschiedenen Ausführungsformen gezeigten Strukturen möglich sind, und dass diese ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen, sofern sie die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 15
    piezoelektrischer Körper
    21
    untere Elektrode
    22
    obere Elektrode
    30
    amorphe Schicht
    40
    Trägersubstrat
    41
    Griffschicht
    42
    Oxidschicht
    43
    aktive Schicht
    50
    Trägersubstrat
    70
    Trägerschicht
    141
    Ausnehmung
    142
    Bodenfläche
    151
    Ausnehmung
    152
    Bodenfläche
    210
    piezoelektrischer Körper
    221
    untere Elektrode
    222
    obere Elektrode
    230
    amorphe Schicht
    240
    Trägersubstrat
    341
    Ausnehmung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4404218 [0002]
    • JP 6132022 [0002]

Claims (15)

  1. Piezoelektrisches Bauelement, umfassend: einen piezoelektrischen Körper, von dem mindestens ein Teil biegsam und schwingungsfähig ist, eine obere Elektrode, die auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der oberen Oberfläche entspannt, eine untere Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist und in der sich eine Verzerrung eines Kristallgitters in Richtung weg von der unteren Oberfläche entspannt, und ein Trägersubstrat, das unter dem piezoelektrischen Körper angeordnet ist, wobei eine Ausnehmung vorgesehen ist, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers erstreckt.
  2. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1, in dem mehrere Schichten des piezoelektrischen Körpers enthalten ist, wobei mehreren Schichten eine obere und eine untere Schicht umfassen, wobei die obere Elektrode auf einer oberen Oberfläche eines piezoelektrischen Körpers der oberen Schicht angeordnet ist und wobei die untere Elektrode auf einer unteren Oberfläche eines piezoelektrischen Körpers der unteren Schicht angeordnet ist.
  3. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Elektrode und die untere Elektrode mindestens eine oder mehrere Arten von triaxialen Texturen aufweisen.
  4. Piezoelektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Elektrode und die untere Elektrode eine Art von triaxialer Textur haben.
  5. Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine aus einem Metall hergestellte untere Haftschicht zwischen dem piezoelektrischen Körper und der unteren Elektrode.
  6. Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine aus einem Metall hergestellte obere Haftschicht zwischen dem piezoelektrischen Körper und der oberen Elektrode.
  7. Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der piezoelektrische Körper aus einem Einkristall hergestellt ist.
  8. Piezoelektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der piezoelektrische Körper aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat hergestellt ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements, bei dem mindestens ein Teil eines piezoelektrischen Körpers in der Lage ist, sich zu biegen und zu schwingen, umfassend: Abscheiden eines leitenden Materials auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers, um eine untere Elektrode aus dem abgeschiedenen leitenden Material zu bilden, Abscheiden eines leitenden Materials auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers, um eine obere Elektrode aus dem abgeschiedenen leitenden Material zu bilden, Anordnen eines Trägersubstrats unter dem piezoelektrischen Körper und Bereitstellen einer Ausnehmung, die sich von einer unteren Oberfläche des Trägersubstrats in Richtung der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers erstreckt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach Anspruch 9, wobei der piezoelektrische Körper aus mehreren Schichten aufgebaut wird, die mehreren Schichten eine obere und eine untere Schicht umfassen, die untere Elektrode auf einer unteren Oberfläche eines piezoelektrischen Körpers der unteren Schicht ausgebildet wird und die obere Elektrode auf einer oberen Oberfläche eines piezoelektrischen Körpers der oberen Schicht ausgebildet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach Anspruch 9 oder 10, wobei die obere Elektrode und die untere Elektrode durch epitaktisches Aufwachsen des leitenden Materials gebildet werden.
  12. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die untere Elektrode auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Körpers mit einer aus einem Metall hergestellten unteren Haftschicht, die zwischen der unteren Elektrode und dem piezoelektrischen Körper angeordnet ist, gebildet wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die obere Elektrode auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Körpers mit einer aus einem Metall hergestellten oberen Haftschicht, die zwischen der oberen Elektrode und dem piezoelektrischen Körper angeordnet ist, gebildet wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der piezoelektrische Körper aus einem Einkristall hergestellt ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Bauelements nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der piezoelektrische Körper aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat hergestellt ist.
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