DE112020001337T5

DE112020001337T5 - Piezoelektrisches keramisches elektronisches bauteil

Info

Publication number: DE112020001337T5
Application number: DE112020001337.5T
Authority: DE
Inventors: Yasunari Miwa; Hiroyuki Sumioka; Hiroyuki Hayashi; Hirozumi Ogawa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP7151884B2; CN113853692A; US20220052252A1; DE112020001337B4; JPWO2020230450A1; WO2020230450A1

Abstract

Ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil 10 weist einen piezoelektrischen keramischen Körper 1 auf, der eine piezoelektrische keramische Schicht oder eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten 3a bis 3h aufweist, sowie eine Vielzahl von Elektroden 4a bis 4g, die auf einer Oberfläche des oder in dem piezoelektrischen keramischen Körper 1 vorgesehen sind. Die piezoelektrischen keramischen Schichten 3a bis 3h sind aus einem keramischen Sinterkörper gebildet, der eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat und Mn enthält. Wenn eine zwischen den angrenzenden Elektroden A und B angeordnete piezoelektrische keramische Schicht C in einer Dickenrichtung in drei gleiche Teile unterteilt wird und so von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode nacheinander einen ersten Bereich R₁, einen zweiten Bereich R₂ und einen dritten Bereich R₃ bildet, ist eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich R₂ höher als eine Mn-Konzentration im ersten Bereich R₁ und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich R₃.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im Stand der Technik ist ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil wie ein Ultraschallsensor, ein piezoelektrischer Summer oder ein piezoelektrischer Aktor, bei dem ein piezoelektrischer Werkstoff verwendet wird, allgemein bekannt. Es besteht zudem ein immer größer werdender Bedarf an einem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil, bei dem sich mit einer geringen Spannung ein hoher Betrag für den Weg erreichen lässt.
Als piezoelektrischer Werkstoff ist bisher eine Verbindung auf Basis von Blei-Zirkonat-Titanat eingesetzt worden, die mit der allgemeinen Formel: Pb (Zr,Ti) O₃ dargestellt ist. In den letzten Jahren ist als bleifreier piezoelektrischer Werkstoff eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat (KNN), die mit der allgemeinen Formel (K,Na)NbO₃ dargestellt ist, in den Fokus gerückt.
Patentdokument 1 offenbart ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil, das einen piezoelektrischen keramischen Körper aufweist, der durch abwechselndes übereinander erfolgendes Anordnen und Sintern einer Innenelektrode und einer piezoelektrischen keramischen Schicht gebildet ist, bei dem eine Außenelektrode auf einer Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Körpers gebildet ist. In dem piezoelektrischen keramischen elektronisches Bauteil, das in Patentdokument 1 offenbart ist, enthält die Innenelektrode als Hauptbestandteil Ni und die piezoelektrische keramische Schicht ist aus einer piezoelektrischen keramischen Zusammensetzung gebildet, die mit der allgemeinen Formel [100{ (1-x) (K_1-a-bNa_aLi_b) (Nb_1-cTa_c) O₃-xM2M4O₃} + αMn+βM4] dargestellt ist (x, a, b, c, α und β erfüllen hier 0,005 ≤ x ≤ 0,10, 0 ≤ a ≤ 0, 9, 0 ≤ b ≤ 0, 1, 0 ≤ a + b ≤ 0,9, 0 ≤ c ≤ 0,3, 2 ≤ α ≤ 15 beziehungsweise 0,1 ≤ β ≤ 5, 0) .
Patentdokument 2 offenbart ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil, bei dem eine Außenelektrode auf einer Oberfläche eines piezoelektrischen keramischen Körpers gebildet ist. In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil, das in Patentdokument 2 offenbart ist, ist der piezoelektrische keramische Körper aus einer Alkaliniobatverbindung mit einer Perowskitstruktur als Hauptbestandteil gebildet, enthält Ga als Zusatzbestandteil und enthält mindestens ein Element Nd oder Dy, ist der piezoelektrische keramische Körper in einen Bereich des Oberflächenschichtabschnitts und einen Außenbereich der Oberflächenschicht ohne den Bereich des Oberflächenschichtabschnitts unterteilt, und ist in dem Bereich des Oberflächenschichtabschnitts eine Summe aus einem Molverhältnis Ga zu Nb am Gehalt, einem Molverhältnis Nd zu Nb am Gehalt und einem Molverhältnis Dy zu Nb am Gehalt größer als die im Außenbereich der Oberflächenschicht. Patentdokument 2 offenbart ferner, dass der keramische Körper vorzugsweise Mn als Zusatzbestandteil enthält.
Patentdokument 3 offenbart einen piezoelektrischen Dünnschichtverbund, der eine erste Elektrodenschicht, eine erste Oxidschicht, die auf der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist, eine zweite Oxidschicht, die auf der ersten Oxidschicht angeordnet ist, und eine piezoelektrische Dünnschicht, die auf der zweiten Oxidschicht angeordnet ist, aufweist. In dem piezoelektrischen Dünnschichtverbund, der in Patentdokument 3 offenbart ist, ist der spezifische elektrische Widerstand der ersten Oxidschicht höher als der spezifische elektrische Widerstand der zweiten Oxidschicht, enthält die erste Oxidschicht K, Na und Nb, und enthält die piezoelektrische Dünnschicht (K,Na))NbO₃.
Bei den in Patentdokument 1 und 2 offenbarten piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteilen wird eine piezoelektrische keramische Schicht oder ein piezoelektrischer keramischer Körper durch Brennen gebildet. Andererseits wird bei dem in Patentdokument 3 offenbarten piezoelektrischen Dünnschichtverbund eine piezoelektrische Dünnschicht mit einem Dünnschichtbildungsverfahren wie einem Sputterverfahren oder einem Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung gebildet.
DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung 2014 - 139132
Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentanmeldung 2015 - 70136
Patentdokument 3: Offengelegte japanische Patentanmeldung 2018 - 93144

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
Wie in Patentdokument 1 und 2 offenbart ist, muss, wenn eine piezoelektrische keramische Schicht und eine leitfähige Schicht, die eine Innenelektrode bilden soll, abwechselnd aufeinander angeordnet und gemeinsam gebrannt werden, damit ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil hergestellt wird, das gemeinsame Brennen in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen, damit die Oxidation von Ni verhindert wird, das als Material der Innenelektrode verwendet wird.
Gemäß Patentdokument 1 ist es, wenn eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat als piezoelektrischer Werkstoff in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt wird, wahrscheinlich, dass sich Sauerstoffleerstellen (nachfolgend als Sauerstoffdefekt bezeichnet) darin bilden, wodurch Sinterdefekte verursacht werden. Für diese Aufgabe ist in Patentdokument 1 und 2 offenbart, dass einer Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat Mn zugegeben wird und sich so Mn in der Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat löst, wodurch die Sinterbarkeit in einer reduzierenden Atmosphäre verbessert wird.
Da sich in der Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat gebildete Sauerstoffdefekte durch Anlegen einer Gleichstromspannung (DC-Spannung) oder einer Wechselstrom-Vorspannung (AC-Vorspannung) ferner allmählich zur Seite der negativen Elektrode verlagern, besteht die Gefahr, dass eine Absenkung des Isolationswiderstands bewirkt wird. Für diese Aufgabe wird ebenfalls davon ausgegangen, dass bei Zugabe von Mn zu der Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat mit dem Ziel des Lösens von Mn in der Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat Mn mit Sauerstoffdefekten ein elektrisches Paar bildet und die Verlagerung von Sauerstoffdefekten verhindert, sodass eine Absenkung des Isolationswiderstands unterbunden werden kann.
Wie zuvor beschrieben, spielt das der Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat zugegebene Mn in dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil eine wesentliche Rolle. Wenn eine mit einem wie in Patentdokument 3 offenbarten Dünnschichtbildungsverfahren gebildete piezoelektrische Dünnschicht gebildet wird, kann hier die Konzentration von in jeder Schicht enthaltenen Elementen angepasst werden. Andererseits lässt sich die Konzentration von in der piezoelektrischen keramischen Schicht enthaltenen Elementen schlecht beeinflussen, wenn eine piezoelektrische keramische Schicht wie in Patentdokument 1 und 2 offenbart durch Brennen gebildet wird, da während des Brennens Elemente wie Mn diffundieren und Alkalimetallelemente wie K und Na sich verflüchtigen. Es lässt sich deshalb festhalten, dass bei dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil, das den keramischen Sinterkörper aufweist, hinsichtlich der Unterbindung einer Absenkung des Isolationswiderstands Spielraum für Verbesserungen gegeben ist.
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der zuvor genannten Aufgaben und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils, das eine piezoelektrische keramische Schicht aufweist, die aus einem keramischen Sinterkörper gebildet ist, und bei dem sich eine Absenkung des Isolationswiderstands unterbinden lässt, obwohl es über einen langen Zeitraum angesteuert wird.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen piezoelektrischen keramischen Körper auf, der eine piezoelektrische keramische Schicht oder eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten aufweist, sowie eine Vielzahl von Elektroden, die auf einer Oberfläche des oder in dem piezoelektrischen keramischen Körper vorgesehen sind. Die piezoelektrische keramische Schicht ist aus einem keramischen Sinterkörper gebildet, der eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat und Mn enthält. Wenn die zwischen angrenzenden Elektroden angeordnete piezoelektrische keramische Schicht in einer Dickenrichtung in drei gleiche Teile unterteilt wird und so von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode nacheinander einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich bildet, ist eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich höher als eine Mn-Konzentration im ersten Bereich und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil bereitstellen, das eine piezoelektrische keramische Schicht aufweist, die aus einem keramischen Sinterkörper gebildet ist, und bei dem sich eine Absenkung des Isolationswiderstands unterbinden lässt, obwohl es über einen langen Zeitraum angesteuert wird.
Figurenliste

1 ist eine Schnittdarstellung, in der vereinfacht ein Beispiel für einen mehrlagigen piezoelektrischen Aktor dargestellt ist, bei dem es sich um eine Ausführungsform eines piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung handelt.
2 ist eine perspektivische Darstellung des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors, bei dem es sich um eine Ausführungsform des piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung handelt.
3 ist eine erste vereinfachte Darstellung zur Erläuterung einer Position zur Beurteilung einer Mn-Konzentration in einer piezoelektrischen keramischen Schicht.
4 ist eine zweite vereinfachte Darstellung zur Erläuterung einer Position zur Beurteilung einer Mn-Konzentration in einer piezoelektrischen keramischen Schicht.
5(A) ist ein Beispiel für eine Mapping-Aufnahme eines Ni-Elements, und 5 (B) ist ein Beispiel für eine Mapping-Aufnahme eines Mn-Elements.
6(A), 6(B), 6(C) und 6(D) sind vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung eines Ablaufs zur Unterteilung einer piezoelektrischen keramischen Schicht in einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich.
7 (A), 7 (B) und 7 (C) sind vereinfachte grafische Darstellungen zur Erläuterung eines Ablaufs einer D-SIMS-Analyse.
8 ist eine perspektivische Darstellung, in der vereinfacht eine keramische Grünfolie abgebildet ist, die in einem Vorgang zur Herstellung des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors erhalten wird.
9(A) ist eine Mapping-Aufnahme von Ni, 9(B) ist eine Mapping-Aufnahme von Mn, 9(C) ist eine Mapping-Aufnahme von Li, 9(D) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Mn-Konzentration abgebildet ist, und 9(E) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Li-Konzentration abgebildet ist.
10(A) ist eine Mapping-Aufnahme von Ni, 10(B) ist eine Mapping-Aufnahme von Mn, 10(C) ist eine Mapping-Aufnahme von Li, 10(D) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Mn-Konzentration abgebildet ist, und 10 (E) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Li-Konzentration abgebildet ist.
11 ist ein Diagramm, in dem die Verteilung des Verhältnisses der Konzentration Mn/Li in Probe 3 und Probe 6 dargestellt ist.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgende Gestaltung beschränkt und kann entsprechend abgewandelt und angewendet werden, ohne dass der Kern der vorliegenden Erfindung verändert wird. Die vorliegende Erfindung weist auch eine Kombination aus zwei oder mehr nachstehend beschriebenen einzelnen wünschenswerten Gestaltungen auf.
Ein piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen piezoelektrischen keramischen Körper auf, der eine piezoelektrische keramische Schicht oder eine Vielzahl piezoelektrischer keramischer Schichten aufweist, sowie eine Vielzahl von Elektroden, die auf einer Oberfläche des oder in dem piezoelektrischen keramischen Körper vorgesehen sind. In der folgenden Beschreibung wird eine auf der Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Körpers vorgesehene Elektrode als Außenelektrode bezeichnet und eine im piezoelektrischen keramischen Körper vorgesehene Elektrode wird als Innenelektrode bezeichnet.
In der nachstehend beschriebenen Ausführungsform weist das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil eine Vielzahl von Außenelektroden und eine Vielzahl von Innenelektroden als Elektroden auf. Das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Innenelektroden aufweisen oder kann eine einzige Schicht aus Innenelektroden aufweisen. Das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil der vorliegenden Erfindung weist möglicherweise ferner lediglich eine Vielzahl von Außenelektroden auf, ohne dass es die Innenelektroden aufweist. Wenn das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung keine Innenelektrode aufweist, weist der piezoelektrische keramische Körper eine piezoelektrische keramische Schicht auf.
[Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil]
1 ist eine Schnittdarstellung, in der vereinfacht ein Beispiel für einen mehrlagigen piezoelektrischen Aktor dargestellt ist, bei dem es sich um eine Ausführungsform eines piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung handelt. 2 ist eine perspektivische Darstellung des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors, bei dem es sich um eine Ausführungsform des piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung handelt. 1 entspricht einer Schnittdarstellung entlang der Linie I-I des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors, die in 2 dargestellt ist.
Ein mehrlagiger piezoelektrischer Aktor 10, der in 1 und 2 dargestellt ist, weist einen piezoelektrischen keramischen Körper 1, der piezoelektrische keramische Schichten 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und 3h aufweist, Außenelektroden 2a und 2b, die an der Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Körpers 1 angeordnet sind, und Innenelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f und 4g auf, die im piezoelektrischen keramischen Körper 1 vorgesehen sind. In 1 und 2 sind die Außenelektroden 2a und 2b an beiden Enden des piezoelektrischen keramischen Körpers 1 angeordnet. Die Außenelektroden 2a und 2b sind beispielsweise aus einem leitfähigen Werkstoff wie Ag gefertigt.
Wie in 1 dargestellt ist, sind in dem piezoelektrischen keramischen Körper 1 die piezoelektrischen keramischen Schichten 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und 3h und die Innenelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f und 4g abwechselnd aufeinander angeordnet. Die piezoelektrischen keramischen Schichten 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g und 3h sind aus einem später beschriebenen keramischen Sinterkörper gebildet. Die Innenelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f und 4g sind beispielsweise aus einem leitfähigen Werkstoff gebildet, der als Hauptbestandteil Ni enthält.
In dem mehrlagigen piezoelektrischen Aktor 10 ist ein Ende der Innenelektroden 4a, 4c, 4e und 4g elektrisch mit einer Außenelektrode 2a verbunden, und ein Ende der Innenelektroden 4b, 4d und 4f ist elektrisch mit der anderen Außenelektrode 2b verbunden. Wird zwischen der Außenelektrode 2a und der Außenelektrode 2b eine Spannung angelegt, bewegt sich die Außenelektrode 2a aufgrund eines senkrechten Piezoeffekts in einer mit einem Pfeil Z angegebenen Stapelrichtung.
In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist die piezoelektrische keramische Schicht aus einem keramischen Sinterkörper gebildet, der eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat (KNN) und Mn enthält.
Die Verbindung auf Basis von KNN ist ein Hauptbestandteil des keramischen Sinterkörpers.
In der vorliegenden Beschreibung ist mit dem „Hauptbestandteil“ ein Bestandteil gemeint, der in dem keramischen Sinterkörper den höchsten Stoffmengenanteil (Mol-%) aufweist, und ist wünschenswerterweise ein Bestandteil mit einem Stoffmengenanteil über 50 Mol-% gemeint.
Die Verbindung auf Basis von KNN weist eine Perowskitstruktur auf und wird mit der allgemeinen Formel (K,Na)NbO₃ dargestellt. Die Zusammensetzung der Verbindung auf Basis von KNN ist nicht besonders eingeschränkt. Die Verbindung auf Basis von KNN enthält vorzugsweise K als Alkalimetallelement und enthält zusätzlich zu K bevorzugter Na und/oder Li. Die Verbindung auf Basis von KNN kann zudem zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Alkalimetallelement weitere Elemente enthalten und kann beispielsweise Ta enthalten.
Der keramische Sinterkörper enthält vorzugsweise die Verbindung auf Basis von KNN in einer Menge von über 50 Mol-%, bevorzugter über 90 Mol-%. Der keramische Sinterkörper enthält andererseits vorzugsweise die Verbindung auf Basis von KNN in einer Menge von höchstens 99 Mol-% und kann die Verbindung auf Basis von KNN in einer Menge von höchstens 85 Mol-% enthalten.
Mn ist ein zusätzlicher Bestandteil des keramischen Sinterkörpers. Wie zuvor beschrieben ist, spielt Mn eine Rolle beim Bilden eines elektrischen Paars mit einem Sauerstoffdefekt, wodurch die Verlagerung des Sauerstoffdefekts verhindert und eine Absenkung des Isolationswiderstands unterbunden wird.
Der keramische Sinterkörper enthält vorzugsweise Mn in einer Menge von mindestens 2 Mol-%. Mn verhindert die Verlagerung von Sauerstoffdefekten und unterbindet die Absenkung des Isolationswiderstands, wenn jedoch die Menge an zugegebenem Mn hoch ist, wird in dem keramischen Sinterkörper eine heterogene Phase gebildet, die Mn enthält. Da diese andere Phase keine Piezoelektrizität aufweist, ist die Piezoelektrizität des gesamten keramischen Sinterkörpers geringer, wenn die Anzahl heterogener Phasen hoch ist. Der keramische Sinterkörper enthält deshalb vorzugsweise Mn in einer Menge von mindestens 15 Mol-% und bevorzugter mindestens 5 Mol-%.
Der keramische Sinterkörper kann, beispielsweise zur Verbesserung von piezoelektrischen Eigenschaften, weitere Bestandteile enthalten. Der keramische Sinterkörper kann zusätzlich zu der Verbindung auf Basis von KNN beispielsweise eine Verbindung, die mit der allgemeinen Formel M2M4O₃ dargestellt ist (M2 stellt mindestens ein zweiwertiges Element dar, das aus der Gruppe bestehend aus Ba, Ca und Sr ausgewählt ist, und M4 stellt mindestens ein vierwertiges Element dar, das aus der Gruppe bestehend aus Zr, Sn und Hf ausgewählt ist.), in einer zweckmäßigen Menge enthalten. Dadurch lassen sich die piezoelektrischen Eigenschaften weiter verbessern. Der keramische Sinterkörper kann zudem als zusätzliche Bestandteile andere Elemente als Mn enthalten.
Der keramische Sinterkörper ist aus einer Vielzahl von Kristalliten gebildet. Eine Teilchengröße des Kristallits beträgt vorzugsweise höchstens 10 µm. Die Teilchengröße des Kristallits beträgt andererseits beispielsweise mindestens 0,1 µm.
Der keramische Sinterkörper weist beispielsweise Kristallite auf, die (K_1-a-bNa_aLi_b) NbO₃ (0 ≤ a ≤ 0, 9, 0 ≤ b ≤ 0,1) in einer Menge von mindestens 90 Mol-% und Mn in einer Menge von mindestens 2 Mol-% und höchstens 15 Mol-% enthalten und eine Teilchengröße von höchstens 10 µm aufweisen.
In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet, dass wenn die zwischen angrenzenden Elektroden angeordnete piezoelektrische keramische Schicht in der Dickenrichtung in drei gleiche Teile unterteilt ist und so von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode nacheinander einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich bildet, eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich höher ist als eine Mn-Konzentration im ersten Bereich und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich.
Wie zuvor beschrieben ist, kann die Verlagerung von Sauerstoffdefekten in der piezoelektrischen keramischen Schicht durch Zugabe von Mn zu der Verbindung auf Basis von KNN verhindert werden. Da die Menge der Verbindung auf Basis von KNN jedoch mit größer werdender Menge an Mn geringer wird, verschlechtern sich die piezoelektrischen Eigenschaften. In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der Bereich mit einer hohen Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, sodass die Verlagerung der Sauerstoffdefekte in der piezoelektrischen keramischen Schicht verhindert werden kann und gleichzeitig gute piezoelektrische Eigenschaften erhalten bleiben. Da der Bereich mit einer hohen Mn-Konzentration in der Nähe der Mitte der piezoelektrischen keramischen Schicht liegt, ist es insbesondere möglich, die Verlagerung der Sauerstoffdefekte wirksam zu verhindern und eine Absenkung des Isolationswiderstands zu unterbinden, ohne dass das Anlegen eines elektrischen Felds an die piezoelektrische keramische Schicht beeinträchtigt wird. Die Aufrechterhaltung des Isolationswiderstands während der Ansteuerung mit Gleichstrom kann folglich verlängert werden.
In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, beispielsweise um eine piezoelektrische keramische Schicht handeln, die zwischen einer Gruppe von Innenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen. Bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, kann es sich um eine piezoelektrische keramische Schicht handeln, die zwischen einer Gruppe von Innenelektroden und Außenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen. Alternativ kann es sich bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, um eine piezoelektrische keramische Schicht handeln, die zwischen einer Gruppe von Außenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen.
In der vorliegenden Beschreibung ist unter „piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen einer Gruppe von Innenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen“ eine piezoelektrische keramische Schicht zu verstehen, die zwischen einem Paar Innenelektroden (nachfolgend als Gegenelektrode bezeichnet) angeordnet ist, das unter Paaren von Innenelektroden, die mit verschiedenen Außenelektroden in dem piezoelektrischen keramischen Körper verbunden sind, den geringsten Elektrodenabstand aufweist.
3 ist eine erste vereinfachte Darstellung zur Erläuterung einer Position zur Beurteilung einer Mn-Konzentration in einer piezoelektrischen keramischen Schicht.
Wie in 3 dargestellt ist, wird, wenn die Außenelektroden 2a und 2b an beiden Enden des piezoelektrischen keramischen Körpers vorgesehen sind, die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht beurteilt, die zwischen einem Paar P₁ von Innenelektroden angeordnet ist, das unter einem Paar von Innenelektroden, die mit der Außenelektrode 2a verbunden sind, und einem Paar von Innenelektroden, die mit der Außenelektrode 2b verbunden sind, den geringsten Elektrodenabstand aufweist. Es ist insbesondere wünschenswert, dass die Mn-Konzentration bei Betrachtung aus einer Ebene parallel zur Innenelektrode an einer Position des Schwerpunkts des piezoelektrischen keramischen Körpers beurteilt wird. Andererseits wird die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen einem Paar P₂ von Innenelektroden, die mit denselben Außenelektroden 2a oder 2b verbunden sind, nicht beurteilt.
4 ist eine zweite vereinfachte Darstellung zur Erläuterung einer Position zur Beurteilung einer Mn-Konzentration in einer piezoelektrischen keramischen Schicht.
In 4 sind die Außenelektroden 2a und 2b an beiden Enden des piezoelektrischen keramischen Körpers vorgesehen und die Außenelektroden 2c sind auf beiden Seiten des piezoelektrischen keramischen Körpers vorgesehen. In 4 wird die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht beurteilt, die zwischen einem Paar P₃ von Innenelektroden angeordnet ist, das unter dem Paar von Innenelektroden, die mit der Außenelektrode 2a oder 2b verbunden sind, und dem Paar von Innenelektroden, die mit der Außenelektrode 2c verbunden sind, den geringsten Elektrodenabstand aufweist. Wie in 4 dargestellt ist, kann die Mn-Konzentration, wenn das Paar von Innenelektroden mit dem geringsten Elektrodenabstand in der Position des Schwerpunkts des piezoelektrischen keramischen Körpers einander nicht gegenüberliegt oder wenn der Elektrodenabstand in der Position des Schwerpunkts des piezoelektrischen keramischen Körpers nicht am geringsten wird, beurteilt werden, indem die Position gewählt wird, an der der Abstand der Innenelektroden unter den Bereichen, in denen sich die Innenelektroden gegenüberliegen, am geringsten wird. Ähnlich wie in 3 wird die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen einem Paar P₄ von Innenelektroden angeordnet ist, die mit derselben Außenelektrode 2a, 2b oder 2c verbunden sind, nicht beurteilt.
Die Verteilung der Mn-Konzentration in jedem Bereich der piezoelektrischen keramischen Schicht wird folgendermaßen mittels WDX (wavelength dispersive fluorescent X-ray, wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie) bestimmt. Die Verteilung der Mn-Konzentration in jedem Bereich der piezoelektrischen keramischen Schicht kann ferner auch mittels der später beschriebenen dynamischen SIMS (D-SIMS) bestimmt werden.
Das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil wird zuerst in einem Harz wie einem Urethanharz eingebettet und in der Stapelrichtung von der Seitenfläche aus poliert, wodurch ein Querschnitt sichtbar wird. In dem erhaltenen Querschnitt wird das Sichtfeld unter Verwendung von WDX eingestellt, damit die zuvor beschriebene Gegenelektrode in einem Sichtfeld eine Vergrößerung erfährt und die Gegenelektrode im Wesentlichen parallel zur vertikalen Achse des Sichtfelds liegt, und es wird eine Elementmappinganalyse unter Verwendung eines metallischen Elements, beispielsweise Ni, als Zielelement durchgeführt, das ein Hauptbestandteil der Innenelektrode ist. Separat wird eine Elementmappinganalyse unter Verwendung von Mn als Zielelement durchgeführt. Was die Breite des Sichtfelds betrifft, so ist erwünscht, dass die Länge von einer Seite des Sichtfelds mindestens das 10-Fache des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des keramischen Sinterkörpers beträgt, und ist noch erwünschter, dass sie mindestens das 20-Fache davon beträgt. Der Grund hierfür ist, dass es in der Verbindung auf Basis von KNN wahrscheinlich zu einer heterogenen Phase kommt und der Verteilungszustand von Elementen nicht korrekt erfasst werden kann, wenn die Anzahl von in einem Sichtfeld enthaltenen Teilchen niedrig ist.
5(A) ist ein Beispiel für eine Mapping-Aufnahme eines Ni-Elements, und 5 (B) ist ein Beispiel für eine Mapping-Aufnahme eines Mn-Elements.
Aus der in 5 (A) dargestellten Mapping-Aufnahme des Ni-Elements lässt sich entnehmen, dass es sich bei Bereichen, in denen Ni vorhanden ist, um eine Innenelektrode A und eine Innenelektrode B handelt, und dass ein Bereich, der zwischen der Innenelektrode A und der Innenelektrode B angeordnet ist, eine piezoelektrische keramische Schicht C ist. Andererseits lässt sich aus der in 5(B) dargestellten Mapping-Aufnahme des Mn-Elements entnehmen, dass ein Bereich mit einer hohen Mn-Konzentration in der Nähe der Mitte der piezoelektrischen keramischen Schicht C liegt und Mn auch in der Innenelektrode A und der Innenelektrode B vorhanden ist.
6(A), 6(B), 6(C) und 6(D) sind vereinfachte Darstellungen zur Erläuterung eines Ablaufs zur Unterteilung der piezoelektrischen keramischen Schicht in einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich.
Aus erfassten quantitativen Informationen, die aus der Mapping-Aufnahme des metallischen Elements gewonnen werden, bei dem es sich um den Hauptbestandteil der Innenelektrode handelt, die in 6(A) dargestellt ist, wird ein Höchstwert für die erfasste Menge des metallischen Elements im Sichtfeld abgelesen. Ein Abschnitt, in dem die erfasste Menge von mindestens 1/2 des Höchstwerts der erfassten Menge erhalten wird, wird als Elektrodenabschnitt ermittelt, und ein Abschnitt, in dem die erfasste Menge von unter 1/2 erhalten wird, wird als keramischer Abschnitt ermittelt.
Bei einer Grenzfläche zwischen der Innenelektrode A und der piezoelektrischen keramischen Schicht C und einer Grenzfläche zwischen der Innenelektrode B und der piezoelektrischen keramischen Schicht C, die in 6(A) dargestellt sind, sind folgendermaßen Grenzlinien definiert.
Wie in 6(B) dargestellt ist, wird zuerst eine gerade Linie L betrachtet, die parallel zu einer Längsrichtung (in 6(B) eine Querrichtung) des Sichtfelds von der Elektrode A zur Elektrode B verläuft. Unter der Annahme, dass die Grenzfläche zwischen der Innenelektrode A und der piezoelektrischen keramischen Schicht C auf der geraden Linie L L_c ist, wird in einem Bereich vom linken Ende des Sichtfelds zum rechten Ende des Sichtfelds (in 6(B) vom oberen Ende zum unteren Ende) eine Kurve erhalten, die eine Gruppe von L_C wird. Wenn zwischen der Innenelektrode A und der piezoelektrischen keramischen Schicht C auf der geraden Linie L, die in gewissem Maße vom linken Ende des Sichtfelds entfernt ist, keine Grenzfläche vorhanden ist, kann L_C unterbrochen sein.
Wie in 6(C) dargestellt ist, wird als Nächstes für eine Kurve, die eine Gruppe von L_C ist, eine gerade Linie eingezeichnet, die die Summe der Quadrate der Abstände in der Längsrichtung des Sichtfelds von L_C minimiert. Diese gerade Linie ist als eine Grenzlinie X der Grenzfläche zwischen der Innenelektrode A und der piezoelektrischen keramischen Schicht C definiert. Ebenso ist für die Grenzfläche zwischen der Innenelektrode B und der piezoelektrischen keramischen Schicht C eine Grenzlinie Y festgelegt.
Wie in 6(D) dargestellt ist, werden die geraden Linien L₁ und L₂ eingezeichnet, die von der Grenzlinie X bis zur Grenzlinie Y eine Unterteilung in drei gleiche Teile vornehmen. In der Reihenfolge von der Seite der Innenelektrode A zur Seite der Innenelektrode B ist ein Bereich zwischen der Grenzlinie X und der geraden Linie L₁ als erster Bereich R₁ definiert, ist ein Bereich zwischen der geraden Linie L₁ und der geraden Linie L₂ als zweiter Bereich R₂ definiert und ist ein Bereich zwischen der geraden Linie L₂ und der Grenzlinie Y als dritter Bereich R₃ definiert.
Die Mn-Konzentration wird für jeden Bereich berechnet. Die Mn-Konzentration wird berechnet, indem die erfasste Menge an fluoreszierenden Röntgenstrahlen in jedem Pixel des Ergebnisses der Mappinganalyse mengenmäßig angegeben und ein Durchschnittswert für jeden Bereich berechnet wird.
Wenn eine Mn-Konzentration im ersten Bereich als c_m1 definiert wird, eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich als c_m2 definiert wird und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich als c_m3 definiert wird, können ein Wert für c_m2/c_m1 und ein Wert für c_m2/c_m3 identisch zueinander oder verschieden voneinander sein. Sowohl der Wert für c_m2/c_m1 als auch der Wert für c_m2/c_m3 ist vorzugsweise größer als 1,0 und beträgt bevorzugter mindestens 1,2. Andererseits beträgt der Wert für c_m2/c_m1 und der Wert für c_m2/c_m3 vorzugsweise jeweils mindestens 2,0 und bevorzugter höchstens 1,7.
Bei dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in 5 dargestellt ist, wird bevorzugt, dass die piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, in der Reihenfolge von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode aus einer ersten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration, einer Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration und einer zweiten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration gebildet ist, und eine Mn-Konzentration in der Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration ist höher als eine Mn-Konzentration in der ersten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration und eine Mn-Konzentration in der zweiten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration. In der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, ist also eine Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration in ihrer Dickenrichtung vorzugsweise zwischen Schichten mit einer niedrigen Mn-Konzentration angeordnet. Dadurch wird die Verlagerung von Sauerstoffdefekten zuverlässig verhindert.
Wie in 5 dargestellt ist, ist die Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration vorzugsweise dicker als die erste Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration und die zweite Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration. Die Dicke der ersten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration kann mit der Dicke der zweiten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration identisch sein oder sich davon unterscheiden.
In dem piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, vorzugsweise Li. Wenn Li in der piezoelektrischen keramischen Schicht enthalten ist, verbessert sich die Sinterbarkeit in einer reduzierenden Atmosphäre und die Mn-Konzentration ist in der piezoelektrischen keramischen Schicht eher in Schichten verteilt. Infolgedessen kann die Aufrechterhaltung des Isolationswiderstands während der Zeit der Ansteuerung mit Gleichstrom weiter verlängert werden.
Aus der Perspektive der Verbesserung der Sinterbarkeit beträgt eine Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, vorzugsweise mindestens 0,03 Gew.-%. Andererseits reagiert, bei steigender Li-Konzentration, Li mit Mn und lässt so rasch Li_xMn₂O₄ (Lithiummanganat) entstehen, und es wird somit davon ausgegangen, dass die Wirkung des Verhinderns der Verlagerung von Sauerstoffdefekten durch Mn kaum erreicht wird. Eine Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, beträgt deshalb vorzugsweise mindestens 0,06 Gew.-%.
Die piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, weist vorzugsweise einen Segregationsbereich auf, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt. Im Segregationsbereich wird, da die Li-Konzentration niedriger ist als die Mn-Konzentration, davon ausgegangen, dass das zuvor beschriebene Lithiummanganat kaum gebildet wird und die Wirkung des Verhinderns der Verlagerung von Sauerstoffdefekten durch Mn in ausreichendem Maße erzielt wird.
Im Segregationsbereich ist die Obergrenze für das Konzentrationsverhältnis Mn/Li nicht besonders eingeschränkt, sondern beträgt das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis beispielsweise höchstens 15,0.
Die Dicke des Segregationsbereichs, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt, ist vorzugsweise mindestens 0,50-mal, bevorzugter mindestens 0,55-mal stärker als die Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht, in der der Segregationsbereich liegt. Andererseits ist die Dicke des Segregationsbereichs, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt, mindestens 1-mal, vorzugsweise mindestens 0,90-mal, bevorzugter mindestens 0,80-mal und noch bevorzugter mindestens 0,70-mal stärker als die Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht, in der der Segregationsbereich liegt.
Das Vorhandensein des Segregationsbereichs ist hier folgendermaßen definiert. Der piezoelektrische keramische Körper wird als Querschnitt parallel zur Dickenrichtung und der Richtung der langen Seite zugeschnitten und poliert und wird mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) oder Ähnlichem in einem Sichtfeld betrachtet, in dem die piezoelektrische keramische Schicht und eine Vielzahl von Innenelektroden oder Außenelektroden enthalten sind und die Innenelektroden im Wesentlichen parallel zur vertikalen oder horizontalen Achse des Sichtfelds auf dieser Oberfläche verlaufen. In diesem Sichtfeld ist eine durchschnittliche Dicke einer piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen einer Gruppe von Innenelektroden oder einer Gruppe von Außenelektroden oder einer Gruppe aus einer Innenelektrode und einer Außenelektrode angeordnet ist und die keine Elektrode darin aufweist, als t µm definiert. Als Nächstes wird in einem quadratischen oder rechteckigen Bereich von 0,5 t bis 2 t µm sowohl in der vertikalen als auch horizontalen Richtung an Mn und Li sowie einem Element, das in der Elektrode in einer großen Menge enthalten ist und in dem keramischen Abschnitt kaum enthalten ist, beispielsweise Ni, eine Mappinganalyse zur Elementverteilung unter Verwendung von D-SIMS, TOF-SIMS, WDX oder Ähnlichem mit einer Auflösung von mindestens 200 Pixeln sowohl auf der vertikalen als auch horizontalen Seite vorgenommen. Bei den erhaltenen Elementverteilungsdaten wird zuerst bezogen auf ein Element, das in der Elektrode in einer großen Menge enthalten ist und in dem keramischen Abschnitt kaum enthalten ist, ein Durchschnittswert für erfasste Werte in jedem Pixel in dem Sichtfeld als Schwellenwert verwendet, und ein Bereich, der unter diesem Wert liegt, wird als keramischer Abschnitt bestimmt.
Anschließend wird für Mn und Li in diesem Sichtfeld die durchschnittliche Menge von Mn und Li in einem rechteckigen Bereich, der in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Elektrodenabschnitt von einem Ende zum anderen Ende des Sichtfelds in einer Richtung im Wesentlichen parallel zum Elektrodenabschnitt 1 µm beträgt, als Molmenge bestimmt, und ein Bereich, in dem das Konzentrationsverhältnis von Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt, wird als Segregationsbereich definiert.
Die Verteilung der Li-Konzentration und der Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht wird beispielsweise folgendermaßen mit D-SIMS bestimmt.
7(A), 7(B) und 7(C) sind vereinfachte grafische Darstellungen zur Erläuterung eines Ablaufs einer D-SIMS-Analyse. 7 (A), 7 (B) und 7 (C) veranschaulichen vereinfachte Darstellungen, die sich von der tatsächlichen Größe eines Sputterbereichs unterscheiden.
Wie in 7(B) dargestellt ist, wird die in 7(A) dargestellte Probe bis auf die Position der Innenelektrode A vor der zu messenden piezoelektrischen keramischen Schicht C herunterpoliert. Wie in 7(C) dargestellt ist, werden, während eine Probe mit Primärionen (O₂ ⁺-Ionen und Ähnliches) mittels Ionensputtern per D-SIMS abgetragen wird, Sekundärionen (Li⁺-Ionen, Mn₂ ⁺-Ionen und Ähnliches), die zu diesen Zeitpunkt aus dem Element freigesetzt werden, mit einem Massenanalysator erfasst. Es wird somit die Menge des enthaltenen Elements bezogen auf die Bearbeitungstiefe des Ionensputtervorgangs analysiert. Die Größe des Sputterbereichs beträgt 60 Quadrat-µm und der Erfassungszielbereich für die Sekundärionen beträgt 12 Quadratµm. Wenn der Abstand zwischen den Innenelektroden groß ist (beispielsweise mindestens 15 µm) und die Abtragung ausschließlich per Ionensputtern schwierig vorzunehmen ist, kann das Element in eine Vielzahl von Stücken aufgeteilt werden, parallel zu den Innenelektroden poliert werden, kann eine D-SIMS-Analyse ausgehend von der polierten Stelle vorgenommen werden und können Analyseergebnisse unter Berücksichtigung der wegpolierten Menge verknüpft werden.
(Ermittlung von Elektrodenabschnitt und keramischem Abschnitt)
Bei der mit D-SIMS erfassten Menge an Ni wird ein Abschnitt von bis zu 1/2 des Höchstwerts der erfassten Menge als Elektrodenabschnitt ermittelt und ein Abschnitt von unter 1/2 wird als keramischer Abschnitt ermittelt.
(Berechnung der Menge an Li und der Menge an Mn, die im keramischen Abschnitt enthalten ist)
Gleichzeitig wird eine keramische Vergleichsprobe analysiert, in der die Menge an Mn und die Menge an Li bekannt sind, aus der in D-SIMS erfassten Menge wird eine Kalibrierungskurve erstellt und die erfasste Menge wird anhand des Messwerts kalibriert. Die keramische Vergleichsprobe ist vorzugsweise ein Sinterkörper, der als Hauptbestandteil KNN enthält und Mn und Li enthält und eine gleichmäßige Zusammensetzungsverteilung aufweist. Als keramische Vergleichsprobe wird beispielsweise ein Sinterkörper hergestellt, bei dem es sich um (K_0,45Na_0,50Li_0,05) (Nb_0,95Mn_0,05) O₃ handelt und der keine Innenelektrode aufweist, und der Absolutwert für die Zusammensetzung wird im Vorfeld mit ICP oder Ähnlichem ermittelt. Es ist zudem wünschenswert, dass bestätigt wird, dass die Zusammensetzungsverteilung der in der keramischen Vergleichsprobe ausreichend gering ist, indem die Zusammensetzungsverteilung mit D-SIMS analysiert wird oder indem die keramische Probe in kleine Stücke zerteilt und die Zusammensetzungsverteilung mit ICP oder Ähnlichem analysiert wird.
Bei der keramischen Vergleichsprobe werden die Mn-Konzentration und die Li-Konzentration mittels D-SIMS bestimmt, wobei die Größe des Sputterbereichs 60 Quadrat-µm beträgt und der Erfassungszielbereich für Sekundärionen 12 Quadrat-µm beträgt und die Werte als a definiert sind. Andererseits wird eine keramische Vergleichsprobe, die unter denselben Bedingungen hergestellt wird, in ausreichendem Maße in auf mindestens 40°C erwärmter Salpetersäure mit einer Konzentration von mindestens 1N gelöst, mit ICP oder Ähnlichem analysiert und der Wert wird als b definiert. Wenn die Zusammensetzungsverteilung in der zu analysierenden keramischen Probe berechnet wird, wird die Absolutmenge der Zusammensetzung aus dem in D-SIMS erfassten Wert durch Multiplikation des in D-SIMS erfassten Werts x mit b/a berechnet.
(Berechnung des Anteils des Segregationsbereichs, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt)
Die jeweiligen Molmengen werden aus der mit dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Menge an Mn und Menge an Li berechnet und das Molverhältnis von Mn zu Li wird aus der erhaltenen Molmenge berechnet. Der Bereich, in dem das Molverhältnis mindestens 4 beträgt, wird als Segregationsbereich definiert, und es wird das Verhältnis der Dicke des Segregationsbereichs zur Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht berechnet, in der der Segregationsbereich liegt.
[Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils]
Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors 10, der in 1 und 2 dargestellt ist, als Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen keramischen elektronischen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zuerst werden als keramische Ausgangsstoffe beispielsweise eine K enthaltende K-Verbindung, eine Nb enthaltende Nb-Verbindung und eine zweiwertiges Mn enthaltende Mn-Verbindung hergestellt. Nach Bedarf werden eine Na enthaltende Na-Verbindung, eine Li enthaltende Li-Verbindung und Ähnliches hergestellt. Die Form der Verbindung kann beliebig ein Oxid, ein Carbonat und ein Hydroxid sein.
Als Nächstes werden vorgegebene Mengen der keramischen Ausgangsstoffe abgewogen und dieses abgewogene Material wird dann in eine Kugelmühle mit einem Mahlmittel wie PSZ-Kugeln gegeben und unter Verwendung eines Lösungsmittels wie Ethanol in ausreichendem Maße nass gemahlen, damit eine Mischung erhalten wird.
Die entstehende Mischung wird getrocknet und dann bei einer vorgegebenen Temperatur (beispielsweise mindestens 800 °C und höchstens 1000 °C) gebrannt, damit ein gebranntes Produkt synthetisiert wird.
Das entstehende gebrannte Produkt wird zerkleinert, dann werden ein organisches Bindemittel und ein Dispergiermittel zugegeben und in einer Kugelmühle mit reinem Wasser oder Ähnlichem als Lösungsmittel im nassen Zustand vermischt, um so eine keramische Aufschlämmung zu erhalten. Danach wird unter Verwendung eines Rakelverfahrens oder von Ähnlichem eine Formgebung vorgenommen und so eine keramische Grünfolie hergestellt.
Als Nächstes wird unter Verwendung einer leitfähigen Paste für eine Innenelektrode, die ein leitfähiges Material wie Ni als Hauptbestandteil enthält, eine leitfähige Schicht mit einer vorgegebenen Form mittels Siebdruck auf der keramischen Grünfolie gebildet.
8 ist eine perspektivische Darstellung, in der vereinfacht eine keramische Grünfolie abgebildet ist, die in einem Vorgang zur Herstellung des mehrlagigen piezoelektrischen Aktors erhalten wird.
Wie in 8 dargestellt ist, werden keramische Grünfolien 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f und 6g, auf denen leitfähige Schichten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f beziehungsweise 5g gebildet sind, übereinander angeordnet und dann mit einer keramischen Grünfolie 7a, auf der keine leitfähige Schicht gebildet ist, zusammengedrückt und verpresst. Damit wird ein keramischer Schichtverbund hergestellt, in dem die keramischen Grünfolien 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f und 6g und die leitfähigen Schichten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f und 5g abwechselnd übereinander angeordnet sind.
Der erhaltene keramische Schichtverband wird auf eine vorgegebene Größe zugeschnitten, auf ein Brenngestell aus Aluminiumoxid gelegt, eine Behandlung zur Entfernung von Bindemittel bei einer vorgegebenen Temperatur (beispielsweise mindestens 250°C und höchstens 500°C) daran vorgenommen und dann bei einer vorgegebenen Temperatur (beispielsweise mindestens 1000°C und höchstens 1160°C) in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, damit ein piezoelektrischer keramischer Körper 1 gebildet wird, in dem die Innenelektroden 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f und 4g eingebettet sind.
Zum gemeinsamen Brennen einer leitfähigen Schicht, die Ni als Hauptbestandteil enthält, und einer keramischen Grünfolie, die eine Verbindung auf Basis von KNN als Hauptbestandteil enthält, muss in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt werden. Da die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht schichtartig verteilt ist, ist es wichtig, dass ein ausreichend reduzierendes Atmosphärengas in das Innenvolumen des Brennofens strömen kann und ein zu brennender Körper in ausreichendem Maße mit dem Atmosphärengas in Berührung kommen kann. Es wird deshalb bevorzugt, beim Brennen einen Abstandshalter unter den zu brennenden Körper zu stellen. Es wird zudem bevorzugt, dass ein Gas mit mindestens 0,1 a (l/min) bezogen auf das Innenvolumen a (1) des Brennofens eingeleitet wird. Ein Sauerstoffpartialdruck des Gases wird bevorzugt auf einem Sauerstoff-Gleichgewichtspartialdruck von Ni und NiO oder einem Wert unter dem Sauerstoff-Gleichgewichtspartialdruck gehalten, sodass Ni nicht oxidiert wird.
Li wird vorzugsweise zur Verbesserung der Sinterbarkeit zugegeben, jedoch muss andererseits die Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht reduziert werden, damit der zuvor beschriebene Segregationsbereich entsteht. Beispiele für das Verfahren zur Anpassung der Li-Konzentration umfassen ein Verfahren zum Anpassen der Menge des keramischen Ausgangsstoffs, die eingefüllt werden muss, wenn der keramische Ausgangsstoff gemischt wird, und ein Verfahren zum Anpassen der verbleibenden Li-Menge durch Einstellen der Strömungsbedingungen des reduzierenden Atmosphärengases.
Als Nächstes wird auf beide Enden des piezoelektrischen keramischen Körpers 1 eine leitfähige Paste für eine Außenelektrode aufgetragen, die aus einem leitfähigen Werkstoff wie Ag besteht, und bei einer vorgegebenen Temperatur (beispielsweise mindestens 750 °C und höchstens 850 °C) gebrannt, wodurch die Außenelektroden 2a und 2b entstehen.
Danach wird der mehrlagige piezoelektrische Aktor 10 hergestellt, indem eine vorgegebene Polarisierungsbehandlung vorgenommen wird. Die Außenelektroden 2a und 2b müssen lediglich an dem piezoelektrischen keramischen Körper 1 gut haften und können mit einem Verfahren zur Bildung von Dünnschichten wie einem Sputterverfahren oder einem Verfahren zur vakuumbasierten Gasphasenabscheidung gebildet werden.
BEISPIELE
Nachfolgend werden Beispiele beschrieben, die das piezoelektrische keramische elektronische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung konkreter offenbaren. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht ausschließlich auf diese Beispiele beschränkt ist.
(Probe 1)
Als keramische Ausgangsstoffe wurden Kaliumcarbonat K₂CO₃, Natriumcarbonat Na₂CO₃, Lithiumcarbonat Li₂CO₃, Nioboxid Nb₂O₅ und Mangancarbonat MnCO₃ hergestellt. Der keramische Ausgangsstoff wurde dann so abgewogen, dass sich (K_1-a-bNa_aLi_b) NbO₃ (0 ≤ a ≤ 0,9, 0 ≤ b ≤ 0,1) ergab. Insbesondere wurde K₂CO₃ auf 15,03 Gew.-%, Na₂CO₃ auf 13,68 Gew.-%, Li₂CO₃ auf 1,12 Gew.-%, Nb₂O₅ auf 67,26 Gew.-% und MnCO₃ auf 2,91 Gew.-% eingestellt. Das abgewogene Material wurde in eine Kugelmühle gegeben und mit Ethanol als Lösungsmittel gemischt und verrührt, und so wurde eine Aufschlämmung erhalten. Die erhaltene Aufschlämmung wurde getrocknet und dann bei 900 °C gebrannt, damit ein gebranntes Pulver erhalten wurde.
Das gebrannte Pulver wurde in einem organischen Lösungsmittel dispergiert, das ein Bindemittel, ein Dispergiermittel, ein Tensid und Ethanol als Hauptbestandteile enthielt, und so wurde eine Aufschlämmung erhalten, die einen gebrannten Ausgangsstoff enthielt. Die erhaltene Aufschlämmung, die einen gebrannten Ausgangsstoff enthielt, wurde auf einen Trägerfilm aufgetragen und getrocknet und so eine keramische Grünfolie hergestellt, die einen gebrannten Ausgangsstoff enthielt.
Eine keramische Grünfolie wurde zugeschnitten und eine leitfähige Schicht wurde unter Verwendung einer leitfähigen Paste für eine Innenelektrode, die Ni als Hauptbestandteil enthielt, aufgedruckt und dann übereinander angeordnet und verpresst und so ein mehrlagiger verpresster Körper hergestellt.
Der mehrlagige verpresste Körper wurde zugeschnitten und dann zum Entfetten auf ein Brenngestell gelegt, das aus Aluminiumoxid gefertigt war. Danach wurde unter kontrolliertem Sauerstoffpartialdruck der Brennvorgang vorgenommen und so ein mehrlagiger Sinterkörper hergestellt, der eine Innenelektrode aufweist, die hauptsächlich aus Ni gebildet ist. Der Sauerstoffpartialdruck wurde so kontrolliert, dass er bei jeder Temperatur während des Brennens unter dem Sauerstoff-Gleichgewichtspartialdruck von Ni und NiO lag. Die Brenntemperatur wurde auf 1100°C festgelegt. Im vorliegenden Beispiel erfolgte das Brennen durch Einleiten eines reduzierenden Gasgemischs bei mindestens 0,1 a (l/min) in das Innenvolumen a (1) des Brennofens. Unter den zu brennenden Körper wurde ein Abstandshalter gestellt, sodass ein ausreichend reduzierendes Atmosphärengas in das Innenvolumen des Brennofens strömen konnte und der zu brennende Körper ausreichend Kontakt mit dem Atmosphärengas hatte, und der Brennvorgang wurde vorgenommen.
(Probe 2 bis 4)
Auf dieselbe Weise wie in Probe 1 wurde ein mehrlagiger verpresster Körper hergestellt. In Probe 2 wurde unter denselben Bedingungen wie in Probe 1 ein mehrlagiger Sinterkörper hergestellt, abgesehen davon, dass die eingefüllte Menge Li auf das 0,25-Fache der Menge in Probe 1 abgeändert wurde. Unter denselben Bedingungen wie in Probe 2 wurde ein mehrlagiger Sinterkörper hergestellt, abgesehen davon, dass der Durchfluss des Atmosphärengases von Probe 2 in Probe 3 auf das 1,2-Fache abgeändert wurde und der Durchfluss des Atmosphärengases von Probe 2 in Probe 4 auf das 1,4-Fache abgeändert wurde.
(Probe 5)
Mit demselben Verfahren wie in Probe 1 wurde ein mehrlagiger Sinterkörper hergestellt, abgesehen davon, dass aus der Beschickungszusammensetzung der keramischen Ausgangsstoffe Li entfernt wurde.
(Probe 6)
Auf dieselbe Weise wie in Probe 1 wurde ein mehrlagiger verpresster Körper hergestellt. Nach dem Entfetten des mehrlagigen verpressten Körpers wurde der Gasdurchfluss auf unter 0,1 a (l/min) bezogen auf das Innenvolumen a (1) des Brennofens abgeändert und unter den abgesehen davon identischen Bedingungen wie bei Probe 1 wurde ein mehrlagiger Sinterkörper hergestellt. Der Sauerstoffpartialdruck wurde so kontrolliert, dass er unter dem Sauerstoff-Gleichgewichtspartialdruck von Ni und NiO lag.
(Analyse der Verteilung der Mn-Konzentration mit WDX)
Für Probe 1 bis 6 wurde die Verteilung der Mn-Konzentration mit WDX gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt. Unter Verwendung von Ni und Mn als zu analysierenden Zielelementen wurde bei einer Analyse eine Elementmapping-Aufnahme erhalten. Die WDX-Messbedingungen sind in Tabelle 1 angegeben. Der Winkel der Probe wurde eingestellt, damit die Innenelektrode angrenzend an die zu betrachtende piezoelektrische keramische Schicht im Wesentlichen parallel zur Querseite des quadratischen WDX-Sichtfelds für die Betrachtung verlief.
[Tabelle 1]

FE-WDX-Messbedingungen

Messgerät JXA-8500F, Hersteller JEOL Ltd.

Beschleunigungsspannung 15,0 kV

Bestrahlungsstrom 5 × 10^-8 A

Verweilzeit 40 ms
(Analyse der Verteilung der Li-Konzentration und Mn-Konzentration mit D-SIMS)
Für Probe 1 bis 6 wurde die Verteilung der Li-Konzentration und Mn-Konzentration mit D-SIMS gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt. Die D-SIMS-Analyse erfolgte durch Teilen jeder Probe in eine Vielzahl von Stücke. Die D-SIMS-Messbedingungen sind in Tabelle 2 angegeben.

[Tabelle 2]

D-SIMS-Messbedingungen
	Elektrodenabschnitt	Keramischer Abschnitt
Messgerät	PHI ADEPT1010
Art der Primärionen	O₂ ⁺
Beschleunigungsspannung der Primärionen	6,0 kV
Sputterbereich	60 µm × 60 µm
Erfassungsbereich	12 µm × 12 µm von der Mitte des Sputterbereichs aus
Zu analysierendes Zielelement	Li, Mn	Li, Mn
Kontrollelement	O, Nb	Ni, Nb
Standardprobe *Zusammensetzung wird im Vorfeld mit ICP ermittelt	Metallisches Ni	Sinterkörper aus KNN

9(A), 9(B), 9(C), 9(D) und 9(E) stellen die Analyseergebnisse der Mn-Konzentration und der Li-Konzentration von Probe 6 dar. 9 (A) ist eine Mapping-Aufnahme von Ni, 9 (B) ist eine Mapping-Aufnahme von Mn, 9(C) ist eine Mapping-Aufnahme von Li, 9 (D) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Mn-Konzentration abgebildet ist, und 9 (E) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Li-Konzentration abgebildet ist.
10 (A), 10(B), 10(C), 10 (D) und 10 (E) stellen die Analyseergebnisse der Mn-Konzentration und der Li-Konzentration von Probe 3 dar. 10 (A) ist eine Mapping-Aufnahme von Ni, 10(B) ist eine Mapping-Aufnahme von Mn, 10(C) ist eine Mapping-Aufnahme von Li, 10(D) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Mn-Konzentration abgebildet ist, und 10 (E) ist ein Diagramm, in dem eine Verteilung einer Li-Konzentration abgebildet ist.
9 (A) bis 9 (E) und 10(A) bis 10 (E) stellen Ergebnisse bis 15 µm dar, einer Tiefe, bei der eine genaue D-SIMS-Analyse durchgeführt werden kann. Die Position der Analysetiefe von 15 µm entspricht dem zweiten Bereich der piezoelektrischen keramischen Schicht und liegt insbesondere zwischen der geraden Linie L₁ und der geraden Linie L₂, die in 6(D) dargestellt sind.
11 ist ein Diagramm, in dem die Verteilung des Verhältnisses der Konzentration Mn/Li in Probe 3 und Probe 6 dargestellt ist.
Aus 11 lässt sich ermitteln, dass in Probe 3 ein Segregationsbereich vorhanden ist, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt.
Bei Probe 1 bis 6 ist, wenn eine Mn-Konzentration im ersten Bereich der piezoelektrischen keramischen Schicht als c_m1 definiert ist, eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich als c_m2 definiert und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich als c_m3 definiert, und ein Wert für c_m2/c_m1 und ein Wert für c_m2/c_m3 sind in Tabelle 3 angegeben. In Tabelle 3 ist ferner das Verhältnis der Dicke des Segregationsbereichs zur Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht angegeben, wenn die Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht und dem Bereich, in dem das Molverhältnis der Konzentration Mn/Li in der piezoelektrischen keramischen Schicht mindestens 4 beträgt, als Segregationsbereich angesehen werden.
Die Mn-Konzentration und die Li-Konzentration in jedem Bereich wurden folgendermaßen bestimmt. Zuerst wird ein Gewichtsanteil von Mn, der in der Standardprobe enthalten ist, mit ICP ermittelt, und diese Konzentration wird als c_standard definiert. Andererseits wird der Durchschnittswert für die erfassten Werte für Mn, wenn die Standardprobe mit TOF-SIMS gemessen wird, als I_standard definiert. Wenn der erfasste Wert für Mn, wenn das als Ziel bestimmte Element mit TOF-SIMS ermittelt wurde, als I_Probe definiert wurde, wurde die Konzentration c_m von Mn in diesem Bereich als C_m = c_standard × I_Probe/I_Standard bestimmt.
Separat wurde für Probe 1 bis 6 der spezifische Isolationswiderstand p (Ω · cm) gemessen, wenn ein elektrisches Gleichfeld von 3,8 kV/mm bei 100°C angelegt wurde, und die Zeit, die bis zu log p ≤ 5 verkürzt werden sollte, wurde als Lebensdauer unter Gleichstrombelastung definiert. In Tabelle 3 sind Relativwerte angegeben, wenn die Lebensdauer von Probe 6 unter Gleichstrombelastung 1 beträgt. Ferner ist die Dichte der Proben 1 bis 6 in Tabelle 3 angegeben.

[Tabelle 3]

Probe Nr.	Piezoelektrische keramische Schicht			Verhältnis der Dicke des Segregationsbereichs zur Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht	Lebensdauer unter Gleichstrombelastung (Absolutwert)	Dichte (g/cm³)
	Mn-Konzentration		Li-Konzentration (Gew. -%)
	c_m2/c_m1	c_m2/c_m3	Li-Konzentration (Gew. -%)
1	1,7	1,7	0,16	0,10	560	4,56
2	1,6	1,5	0,04	0,36	750	4,64
3	1,5	1,4	0,03	0,55	≥ 2500	4,61
4	1,4	1,4	0, 05	0,67	≥ 2500	4,62
5	1,2	1,2	0, 00	-	185	4,43
6*	0,93	0,97	0,20	0,00	1	4,53

In Tabelle 3 sind die mit * versehenen Probenziffern Vergleichsbeispiele außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
Wie in Probe 1 bis 5 beschrieben ist, verlängert sich durch Bereitstellen eines Bereichs mit einer hohen Mn-Konzentration in der Nähe der Mitte der piezoelektrischen keramischen Schicht die Lebensdauer während der Zeit der Ansteuerung mit Gleichstrom gegenüber der von Probe 6. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Verlagerung von Sauerstoffdefekten von dem Bereich mit einer hohen Mn-Konzentration verhindert werden kann.
Wie in Probe 1 bis 4 beschrieben ist, ist die Sinterdichte höher als die von Probe 5 und ist die Lebensdauer zur Zeit der Ansteuerung mit Gleichstrom länger, wenn Li in der piezoelektrischen keramischen Schicht enthalten ist. Es wird davon ausgegangen, dass wenn Li in der piezoelektrischen keramischen Schicht enthalten ist, Li sich während des Sinterns gemeinsam mit Mn verlagern kann, sodass sich wahrscheinlich Schichtbereiche mit einer unterschiedlichen Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht bilden.
Wie in Probe 2 bis 4 beschrieben ist, wird die Lebensdauer zur Zeit der Ansteuerung mit Gleichstrom weiter verlängert, wenn die Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht mindestens 0,03 Gew.-% und höchstens 0,06 Gew.-% beträgt. Es wird davon ausgegangen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass viel Mn in der piezoelektrischen keramischen Schicht bleibt.
Wie in Probe 3 und 4 beschrieben ist, verlängert sich die Lebensdauer zur Zeit der Ansteuerung mit Gleichstrom beträchtlich, wenn der Anteil des Segregationsbereichs, in dem das Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis mindestens 4 beträgt, hoch ist. Wenn der Anteil des Segregationsbereichs hoch ist, wird davon ausgegangen, dass die Menge an Mn, das als Feststoff in der Verbindung auf Basis von KNN gelöst ist, erhöht werden kann, da die Bildung einer Verbindung, in der Li und Mn stabil sind, behindert wird.
Andererseits hat Probe 6 eine kurze Lebensdauer während der Ansteuerung mit Gleichstrom. Es wird davon ausgegangen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Mn-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht keinen Schichtaufbau bildet und die Verlagerung von Sauerstoffdefekten nicht ausreichend verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Piezoelektrischer keramischer Körper
2a, 2b, 2c: Außenelektrode
3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h: Piezoelektrische keramische Schicht
4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g: Innenelektrode
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g: Leitfähige Schicht
6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 7a: Keramische Grünfolie
10: Mehrlagiger piezoelektrischer Aktor (piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil)
A, B: Innenelektrode
C: Piezoelektrische keramische Schicht
P1, P2, P3, P4: Paar von Innenelektroden
R1: Erster Bereich
R2: Zweiter Bereich
R3: Dritter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014 [0007]
JP 139132 [0007]
JP 2015 [0007]
JP 70136 [0007]
JP 2018 [0007]
JP 93144 [0007]

Claims

Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil, umfassend: einen piezoelektrischen keramischen Körper, der eine piezoelektrische keramische Schicht oder eine Vielzahl von piezoelektrischen keramischen Schichten aufweist; und eine Vielzahl von Elektroden, die auf einer Oberfläche des oder in dem piezoelektrischen keramischen Körper vorgesehen sind, wobei die piezoelektrische keramische Schicht aus einem keramischen Sinterkörper gebildet ist, der eine Verbindung auf Basis von Kalium-Natrium-Niobat und Mn enthält, und wenn die zwischen angrenzenden Elektroden angeordnete piezoelektrische keramische Schicht in einer Dickenrichtung in drei gleiche Teile unterteilt ist und so von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode nacheinander einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich und einen dritten Bereich bildet, eine Mn-Konzentration im zweiten Bereich höher als eine Mn-Konzentration im ersten Bereich und eine Mn-Konzentration im dritten Bereich ist.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnete piezoelektrische keramische Schicht von der Seite einer Elektrode zur Seite einer anderen Elektrode aus einer ersten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration, einer Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration und einer zweiten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration gebildet ist, und eine Mn-Konzentration in der Schicht mit einer hohen Mn-Konzentration höher ist als eine Mn-Konzentration in der ersten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration und eine Mn-Konzentration in der zweiten Schicht mit einer niedrigen Mn-Konzentration.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, Li enthält.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach Anspruch 3, wobei eine Li-Konzentration in der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, mindestens 0,03 Gew.-% und höchstens 0,06 Gew.-% beträgt.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach Anspruch 3 oder 4, wobei die piezoelektrische keramische Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, einen Segregationsbereich aufweist, in dem ein Konzentrationsverhältnis Mn/Li als Molverhältnis 4 oder mehr beträgt, und eine Dicke des Segregationsbereichs das mindestens 0,50-Fache einer Dicke der piezoelektrischen keramischen Schicht beträgt, in der der Segregationsbereich liegt.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Vielzahl von Innenelektroden, die im piezoelektrischen keramischen Körper als die Elektroden vorgesehen sind, wobei es sich bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, um eine piezoelektrische keramische Schicht handelt, die zwischen einer Gruppe von Innenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Vielzahl von Außenelektroden, die auf einer Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Körpers vorgesehen sind, und eine oder eine Vielzahl von Innenelektroden, die im piezoelektrischen keramischen Körper als Elektroden vorgesehen sind, wobei es sich bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, um eine piezoelektrische keramische Schicht handelt, die in der Dickenrichtung zwischen einer Gruppe von Innenelektroden und einer Außenelektrode angeordnet ist.
Piezoelektrisches keramisches elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Vielzahl von Außenelektroden, die auf einer Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Körpers als die Elektroden vorgesehen sind, wobei es sich bei der piezoelektrischen keramischen Schicht, die zwischen den angrenzenden Elektroden angeordnet ist, um eine piezoelektrische keramische Schicht handelt, die zwischen einer Gruppe von Außenelektroden angeordnet ist, die in der Dickenrichtung angrenzen.