JP2003017767A - 圧電素子 - Google Patents
圧電素子Info
- Publication number
- JP2003017767A JP2003017767A JP2001202588A JP2001202588A JP2003017767A JP 2003017767 A JP2003017767 A JP 2003017767A JP 2001202588 A JP2001202588 A JP 2001202588A JP 2001202588 A JP2001202588 A JP 2001202588A JP 2003017767 A JP2003017767 A JP 2003017767A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- thin film
- piezoelectric element
- orientation
- pzt thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大きな圧電変位量を確実に且つ簡便に得る。
【解決手段】 基板１１上に、Ｔｉ膜１２及び第１のＰ
ｔ膜１３による積層構造とされた下地膜１４を介してＰ
ＺＴ薄膜１５を形成する。この第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅を５°
以内に設定する。これにより、Ｔｉリッチな組成とされ
たＰＺＴ薄膜１５における（１１１）配向度を十分に且
つ簡便に確保することができる。これによりＰＺＴ薄膜
１５は、自発分極が向上し、大きな圧電変位量を示すこ
ととなる。
ｔ膜１３による積層構造とされた下地膜１４を介してＰ
ＺＴ薄膜１５を形成する。この第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅を５°
以内に設定する。これにより、Ｔｉリッチな組成とされ
たＰＺＴ薄膜１５における（１１１）配向度を十分に且
つ簡便に確保することができる。これによりＰＺＴ薄膜
１５は、自発分極が向上し、大きな圧電変位量を示すこ
ととなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＺＴ薄膜を備え
て構成され、例えばマイクロアクチュエータ等に用いて
好適な圧電素子に関する。
て構成され、例えばマイクロアクチュエータ等に用いて
好適な圧電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばマイクロアクチュエータ等の駆動
源や、加速度センサ或いは移動量センサ等の検出部に
は、従来から圧電素子が広く用いられている。
源や、加速度センサ或いは移動量センサ等の検出部に
は、従来から圧電素子が広く用いられている。
【０００３】このような圧電素子は、表面に極く薄いシ
リコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶基板上に、Ｔ
ｉ膜とＰｔ膜との積層膜を介して、圧電効果を有するＰ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜が形成されてなる。
また、このような圧電素子を作製するに際しては、各種
微細加工技術や、スパッタ法、ゾルゲル法、及びＣＶＤ
（化学的気相成長）法などのような各種薄膜形成技術が
用いられている。
リコン酸化膜が形成されたシリコン単結晶基板上に、Ｔ
ｉ膜とＰｔ膜との積層膜を介して、圧電効果を有するＰ
ＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜が形成されてなる。
また、このような圧電素子を作製するに際しては、各種
微細加工技術や、スパッタ法、ゾルゲル法、及びＣＶＤ
（化学的気相成長）法などのような各種薄膜形成技術が
用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな圧電素子は、例えばマイクロアクチュエータ等に備
えられる駆動源として用いる場合に、印加する電圧の変
化量に対してＰＺＴ薄膜における物理的な変位量が大き
いことが望まれる。なお、この電圧変化に対する変位量
のことを、以下では圧電変位量と称する。
うな圧電素子は、例えばマイクロアクチュエータ等に備
えられる駆動源として用いる場合に、印加する電圧の変
化量に対してＰＺＴ薄膜における物理的な変位量が大き
いことが望まれる。なお、この電圧変化に対する変位量
のことを、以下では圧電変位量と称する。
【０００５】この圧電変位量は、ＰＺＴ薄膜における自
発分極に大きく依存している。このため、大きな圧電変
位量を得るためにはＰＺＴ薄膜が高い自発分極を示すこ
とが要求される。ＰＺＴ薄膜は、Ｔｉリッチ（ＰｂＴｉ
Ｏ３リッチ）の組成である場合には、結晶配向方位が
（１１１）に優先配向されたときに高い自発分極を示
し、Ｚｒリッチ（ＰｂＺｒＯ３）リッチの組成である場
合には、結晶配向方位が（１００）に優先配向されたと
きに高い自発分極を示すという特性を有している。
発分極に大きく依存している。このため、大きな圧電変
位量を得るためにはＰＺＴ薄膜が高い自発分極を示すこ
とが要求される。ＰＺＴ薄膜は、Ｔｉリッチ（ＰｂＴｉ
Ｏ３リッチ）の組成である場合には、結晶配向方位が
（１１１）に優先配向されたときに高い自発分極を示
し、Ｚｒリッチ（ＰｂＺｒＯ３）リッチの組成である場
合には、結晶配向方位が（１００）に優先配向されたと
きに高い自発分極を示すという特性を有している。
【０００６】なお、実際のＰＺＴ薄膜は、ＰｂＴｉＯ３
とＰｂＺｒＯ３とが厳密に５０％ずつである組成のとき
に、各々の場合の特性を示す境界が存在するものではな
く、例えばＰｂＴｉＯ３がＰｂＺｒＯ３と比較して、あ
る程度多い組成である場合に、Ｔｉリッチに特有の特性
を示す。
とＰｂＺｒＯ３とが厳密に５０％ずつである組成のとき
に、各々の場合の特性を示す境界が存在するものではな
く、例えばＰｂＴｉＯ３がＰｂＺｒＯ３と比較して、あ
る程度多い組成である場合に、Ｔｉリッチに特有の特性
を示す。
【０００７】したがって、自発分極以外の各種特性や製
造時の条件などにより、Ｔｉリッチの組成を有するＰＺ
Ｔ薄膜を用いて圧電素子を構成する場合には、このＰＺ
Ｔ薄膜を（１１１）に優先配向させることが望ましい。
造時の条件などにより、Ｔｉリッチの組成を有するＰＺ
Ｔ薄膜を用いて圧電素子を構成する場合には、このＰＺ
Ｔ薄膜を（１１１）に優先配向させることが望ましい。
【０００８】しかしながら、従来から広く用いられてい
る手法により圧電素子を作製すると、同一条件でＰＺＴ
薄膜を成膜した場合であっても、このＰＺＴ薄膜を安定
して（１１１）方位に優先配向させることが困難であっ
た。このため、従来の圧電素子は、誘電率や圧電定数に
ばらつきが生じ、所望とする圧電変位量を確実に得るこ
とが困難であった。したがって、例えば共振子、フィル
タ或いはアクチュエータなどの駆動源として用いられた
ときに、その特性及び効率が大きくばらついてしまうと
いった問題があった。
る手法により圧電素子を作製すると、同一条件でＰＺＴ
薄膜を成膜した場合であっても、このＰＺＴ薄膜を安定
して（１１１）方位に優先配向させることが困難であっ
た。このため、従来の圧電素子は、誘電率や圧電定数に
ばらつきが生じ、所望とする圧電変位量を確実に得るこ
とが困難であった。したがって、例えば共振子、フィル
タ或いはアクチュエータなどの駆動源として用いられた
ときに、その特性及び効率が大きくばらついてしまうと
いった問題があった。
【０００９】そこで、本発明は、上述した従来の実情に
鑑みてなされたものであり、大きな圧電変位量を確実に
且つ簡便に得ることが可能な圧電素子を提供することを
目的とする。
鑑みてなされたものであり、大きな圧電変位量を確実に
且つ簡便に得ることが可能な圧電素子を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した目
的を達成するために鋭意検討した結果、ＰＺＴ薄膜の下
層側に形成されるＰｔ膜に注目し、このＰｔ膜の結晶配
向方位を（１１１）に優先配向させることによって、大
きな圧電変位量を示すＴｉリッチのＰＺＴ薄膜を安定し
て確実に得ることができるという知見を得るに至った。
的を達成するために鋭意検討した結果、ＰＺＴ薄膜の下
層側に形成されるＰｔ膜に注目し、このＰｔ膜の結晶配
向方位を（１１１）に優先配向させることによって、大
きな圧電変位量を示すＴｉリッチのＰＺＴ薄膜を安定し
て確実に得ることができるという知見を得るに至った。
【００１１】すなわち、本発明に係る圧電素子は、基板
上に、（１１１）方位に優先配向されたＰｔ膜と、ＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜とが順次積層されてな
る圧電素子であり、上記Ｐｔ膜は、Ｘ線回折におけるロ
ッキングカーブの半値幅が５°以内に設定されているこ
とを特徴とするものである。
上に、（１１１）方位に優先配向されたＰｔ膜と、ＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜とが順次積層されてな
る圧電素子であり、上記Ｐｔ膜は、Ｘ線回折におけるロ
ッキングカーブの半値幅が５°以内に設定されているこ
とを特徴とするものである。
【００１２】以上のように構成された本発明に係る圧電
素子は、ＰＺＴ薄膜に接するＰｔ膜の結晶配向方位が
（１１１）方位に十分に優先配向されていることから、
ＰＺＴ薄膜の結晶配向方位も確実に（１１１）方位に優
先配向されることとなる。
素子は、ＰＺＴ薄膜に接するＰｔ膜の結晶配向方位が
（１１１）方位に十分に優先配向されていることから、
ＰＺＴ薄膜の結晶配向方位も確実に（１１１）方位に優
先配向されることとなる。
【００１３】また、本発明に係る圧電素子においては、
上記基板と上記Ｐｔ膜との間に形成されたＴｉ膜を備
え、当該Ｔｉ膜の膜厚が２０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以
下とされていることが望ましい。圧電素子においては、
基板とＰｔ膜と間にＴｉ膜を備えることによって、Ｐｔ
膜の基板に対する付着力を向上させることができるが、
このＴｉ膜の膜厚が２０ｎｍ未満であると、この効果が
不十分となり、Ｐｔ膜が基板から剥離しやすくなってし
まう。また、Ｔｉ膜は、（１１１）方位に配向しておく
ことによって、Ｐｔ膜の（１１１）方位への配向を容易
とすることができるが、その膜厚が１００ｎｍを超える
と表面粗さが増大してしまうことから、第１のＰｔ膜１
３における（１１１）方位への配向度が大きくなってし
まい、この第１のＰｔ膜１３のＸ線回折におけるロッキ
ングカーブの半値幅を５°以内にして形成することが困
難となってしまう。
上記基板と上記Ｐｔ膜との間に形成されたＴｉ膜を備
え、当該Ｔｉ膜の膜厚が２０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以
下とされていることが望ましい。圧電素子においては、
基板とＰｔ膜と間にＴｉ膜を備えることによって、Ｐｔ
膜の基板に対する付着力を向上させることができるが、
このＴｉ膜の膜厚が２０ｎｍ未満であると、この効果が
不十分となり、Ｐｔ膜が基板から剥離しやすくなってし
まう。また、Ｔｉ膜は、（１１１）方位に配向しておく
ことによって、Ｐｔ膜の（１１１）方位への配向を容易
とすることができるが、その膜厚が１００ｎｍを超える
と表面粗さが増大してしまうことから、第１のＰｔ膜１
３における（１１１）方位への配向度が大きくなってし
まい、この第１のＰｔ膜１３のＸ線回折におけるロッキ
ングカーブの半値幅を５°以内にして形成することが困
難となってしまう。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本
発明を適用した一構成例として、図１に示すような積層
構造を有する圧電素子１０を挙げて説明する。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、本
発明を適用した一構成例として、図１に示すような積層
構造を有する圧電素子１０を挙げて説明する。
【００１５】圧電素子１０は、図１に示すように、例え
ばシリコン単結晶からなる基板１１上に、Ｔｉ膜１２と
第１のＰｔ膜１３とが順次積層されてなる下地膜１４
と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜１５と、第２
のＰｔ膜１６とが順次積層された構造とされている。
ばシリコン単結晶からなる基板１１上に、Ｔｉ膜１２と
第１のＰｔ膜１３とが順次積層されてなる下地膜１４
と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜１５と、第２
のＰｔ膜１６とが順次積層された構造とされている。
【００１６】なお、基板１１は、他の各膜が形成される
側の主面に、極く薄いシリコン酸化膜が形成されている
ことが望ましい。これにより、基板１１を形成するＳｉ
原子とＴｉ膜１２を構成するＴｉ原子とが拡散して、各
々の膜特性が変質してしまうことを防止することができ
る。
側の主面に、極く薄いシリコン酸化膜が形成されている
ことが望ましい。これにより、基板１１を形成するＳｉ
原子とＴｉ膜１２を構成するＴｉ原子とが拡散して、各
々の膜特性が変質してしまうことを防止することができ
る。
【００１７】また、Ｔｉ膜１２は、第１のＰｔ膜１３の
基板１１に対する付着力を向上させる目的で形成されて
いる。このＴｉ膜１２の膜厚は、２０ｎｍ以上且つ１０
０ｎｍ以下とされていることが望ましい。Ｔｉ膜１２の
膜厚が２０ｎｍ未満であると、第１のＰｔ膜１３の付着
力を向上させる効果が不十分となり、第１のＰｔ膜１３
が基板１１から剥離しやすくなってしまう。また、Ｔｉ
膜１２は、（１１１）方位に配向しておくことによって
第１のＰｔ膜１３の（１１１）方位への配向を容易とす
ることができるが、その膜厚が１００ｎｍを超えると表
面粗さが増大してしまうことから、第１のＰｔ膜１３に
おける（１１１）方位への配向度が大きくなってしま
い、この第１のＰｔ膜１３のＸ線回折におけるロッキン
グカーブの半値幅を５°以内にして形成することが困難
となってしまう。
基板１１に対する付着力を向上させる目的で形成されて
いる。このＴｉ膜１２の膜厚は、２０ｎｍ以上且つ１０
０ｎｍ以下とされていることが望ましい。Ｔｉ膜１２の
膜厚が２０ｎｍ未満であると、第１のＰｔ膜１３の付着
力を向上させる効果が不十分となり、第１のＰｔ膜１３
が基板１１から剥離しやすくなってしまう。また、Ｔｉ
膜１２は、（１１１）方位に配向しておくことによって
第１のＰｔ膜１３の（１１１）方位への配向を容易とす
ることができるが、その膜厚が１００ｎｍを超えると表
面粗さが増大してしまうことから、第１のＰｔ膜１３に
おける（１１１）方位への配向度が大きくなってしま
い、この第１のＰｔ膜１３のＸ線回折におけるロッキン
グカーブの半値幅を５°以内にして形成することが困難
となってしまう。
【００１８】圧電素子１０においては、ＰＺＴ薄膜１５
が第１のＰｔ膜１３と第２のＰｔ膜１６とに挟持された
構造とされており、これら第１のＰｔ膜１３及び第２の
Ｐｔ膜がそれぞれＰＺＴ薄膜１５に対する下部電極と上
部電極としての機能を有している。また、ＰＺＴ薄膜１
５は、印加される電圧に応じて物理的に伸縮する効果、
いわゆる圧電効果を有しており、第１のＰｔ膜１３及び
第２のＰｔ膜１６によって膜厚方向に電圧が印加される
ことにより、電圧値に応じた物理的な変位が膜厚方向に
生じる。
が第１のＰｔ膜１３と第２のＰｔ膜１６とに挟持された
構造とされており、これら第１のＰｔ膜１３及び第２の
Ｐｔ膜がそれぞれＰＺＴ薄膜１５に対する下部電極と上
部電極としての機能を有している。また、ＰＺＴ薄膜１
５は、印加される電圧に応じて物理的に伸縮する効果、
いわゆる圧電効果を有しており、第１のＰｔ膜１３及び
第２のＰｔ膜１６によって膜厚方向に電圧が印加される
ことにより、電圧値に応じた物理的な変位が膜厚方向に
生じる。
【００１９】また、本実施の形態において、ＰＺＴ薄膜
１５は、Ｔｉリッチ（ＰｂＴｉＯ３リッチ）の組成で形
成されているとともに、その結晶配向方位が（１１１）
に優先配向されている。一般に、ＰＺＴ薄膜は、Ｔｉリ
ッチの組成で形成されている場合に、（１１１）方位に
優先配向されていることによって高い自発分極を示す。
したがって、本例に係るＰＺＴ薄膜１５は、印加する電
圧の変化量に対する物理的な変位量、すなわち圧電変位
量が大きなものとなる。
１５は、Ｔｉリッチ（ＰｂＴｉＯ３リッチ）の組成で形
成されているとともに、その結晶配向方位が（１１１）
に優先配向されている。一般に、ＰＺＴ薄膜は、Ｔｉリ
ッチの組成で形成されている場合に、（１１１）方位に
優先配向されていることによって高い自発分極を示す。
したがって、本例に係るＰＺＴ薄膜１５は、印加する電
圧の変化量に対する物理的な変位量、すなわち圧電変位
量が大きなものとなる。
【００２０】また、第１のＰｔ膜１３は、その結晶配向
方位が（１１１）方位に優先配向されているとともに、
Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が５°以内
に設定されている。本例に係る圧電素子１０において
は、このようにして第１のＰｔ膜１３が（１１１）方位
に十分に揃って配向されていることから、この第１のＰ
ｔ膜１３に接するＰＺＴ薄膜１５の結晶配向方位も確実
に（１１１）方位に優先配向されたものとなる。したが
って、圧電素子１０においては、ＴｉリッチのＰＺＴ薄
膜１５における圧電変位量を十分に且つ確実に得ること
ができる。
方位が（１１１）方位に優先配向されているとともに、
Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半値幅が５°以内
に設定されている。本例に係る圧電素子１０において
は、このようにして第１のＰｔ膜１３が（１１１）方位
に十分に揃って配向されていることから、この第１のＰ
ｔ膜１３に接するＰＺＴ薄膜１５の結晶配向方位も確実
に（１１１）方位に優先配向されたものとなる。したが
って、圧電素子１０においては、ＴｉリッチのＰＺＴ薄
膜１５における圧電変位量を十分に且つ確実に得ること
ができる。
【００２１】つぎに、以上のように構成された圧電素子
１０における特性を検証するために、上述した圧電素子
１０の構成に基づいたサンプル素子を実際に作製した場
合の実験例について説明する。
１０における特性を検証するために、上述した圧電素子
１０の構成に基づいたサンプル素子を実際に作製した場
合の実験例について説明する。
【００２２】圧電素子１０の構成に基づくサンプル素子
を作製するに際して、先ず、シリコン単結晶からなる直
径４インチの基板１１を用意し、この基板１１を有機溶
剤及び純水で洗浄した。また、この基板１１の主面に
は、ＳｉＯ２熱酸化膜を３００ｎｍ程度の膜厚で形成し
た。
を作製するに際して、先ず、シリコン単結晶からなる直
径４インチの基板１１を用意し、この基板１１を有機溶
剤及び純水で洗浄した。また、この基板１１の主面に
は、ＳｉＯ２熱酸化膜を３００ｎｍ程度の膜厚で形成し
た。
【００２３】次に、図２に示すように、基板１１の主面
上に、Ｔｉ膜１２を成膜した。このＴｉ膜１２を成膜す
るに際しては、マグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｒ
Ｆ出力を１．２ｋＷとし、成膜室内部の圧力をＡｒガス
により０．３Ｐａとして成膜した。このとき、図３に示
すように、Ｔｉ膜１２の膜厚を変えて第１乃至第７のサ
ンプル素子を作製した。
上に、Ｔｉ膜１２を成膜した。このＴｉ膜１２を成膜す
るに際しては、マグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｒ
Ｆ出力を１．２ｋＷとし、成膜室内部の圧力をＡｒガス
により０．３Ｐａとして成膜した。このとき、図３に示
すように、Ｔｉ膜１２の膜厚を変えて第１乃至第７のサ
ンプル素子を作製した。
【００２４】次に、図４に示すように、各サンプル素子
のＴｉ膜１２上に１００ｎｍの膜厚でそれぞれ第１のＰ
ｔ膜１３を成膜した。これにより、Ｔｉ膜１２と第１の
Ｐｔ膜１３とが積層されてなる下地膜１４が完成する。
のＴｉ膜１２上に１００ｎｍの膜厚でそれぞれ第１のＰ
ｔ膜１３を成膜した。これにより、Ｔｉ膜１２と第１の
Ｐｔ膜１３とが積層されてなる下地膜１４が完成する。
【００２５】この第１のＰｔ膜１３を成膜するに際して
は、マグネトロンスパッタ装置を用いて、ＲＦ出力を
０．３ｋＷとし、成膜室内部の圧力をＡｒガスにより
０．３Ｐａとして成膜した。このとき、大気中の酸素な
どが反応することによりＴｉ膜１２の表面に酸化層が形
成されてしまうことを防止するために、基板１１をスパ
ッタ装置の成膜室内から出さずに、上述したＴｉ膜１２
の成膜と第１のＰｔ膜１３の成膜とを連続して行うこと
が望ましい。
は、マグネトロンスパッタ装置を用いて、ＲＦ出力を
０．３ｋＷとし、成膜室内部の圧力をＡｒガスにより
０．３Ｐａとして成膜した。このとき、大気中の酸素な
どが反応することによりＴｉ膜１２の表面に酸化層が形
成されてしまうことを防止するために、基板１１をスパ
ッタ装置の成膜室内から出さずに、上述したＴｉ膜１２
の成膜と第１のＰｔ膜１３の成膜とを連続して行うこと
が望ましい。
【００２６】次に、図５に示すように、各サンプル素子
の第１のＰｔ膜１３上に５００ｎｍの膜厚でＰＺＴ薄膜
１５をそれぞれ成膜した。このとき、例えば、Ｐｂ（Ｚ
ｒ０ ．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３−ｘなる組成を有するタ
ーゲット材を配設したマグネトロンスパッタ装置を用い
て、ＲＦ出力を０．３ｋＷとし、Ａｒガスと酸素との混
合比を１：９とした混合雰囲気中で圧力０．４Ｐａの条
件の下で成膜した。
の第１のＰｔ膜１３上に５００ｎｍの膜厚でＰＺＴ薄膜
１５をそれぞれ成膜した。このとき、例えば、Ｐｂ（Ｚ
ｒ０ ．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３−ｘなる組成を有するタ
ーゲット材を配設したマグネトロンスパッタ装置を用い
て、ＲＦ出力を０．３ｋＷとし、Ａｒガスと酸素との混
合比を１：９とした混合雰囲気中で圧力０．４Ｐａの条
件の下で成膜した。
【００２７】次に、以上のようにして成膜した各サンプ
ル素子のＰＺＴ薄膜１５に対して、赤外線加熱炉を用い
て、酸素ガスを導入しながら結晶化熱処理を施した。こ
の結晶化熱処理においては、加熱温度を７００℃とし、
加熱時間を１０分間とした。
ル素子のＰＺＴ薄膜１５に対して、赤外線加熱炉を用い
て、酸素ガスを導入しながら結晶化熱処理を施した。こ
の結晶化熱処理においては、加熱温度を７００℃とし、
加熱時間を１０分間とした。
【００２８】以上のようにして作製した第１乃至第７の
サンプル素子の各々について、Ｘ線ディフラクトメータ
により２θスキャンでＸ線回折を行った。このときに得
られたＸ線ピークプロファイルを図６に示す。なお、第
１乃至第７のサンプル素子の全てについて図示するとグ
ラフが煩雑になるため、図６においては、第５及び第６
のサンプル素子について得られたＸ線ピークプロファイ
ルの図示を省略する。
サンプル素子の各々について、Ｘ線ディフラクトメータ
により２θスキャンでＸ線回折を行った。このときに得
られたＸ線ピークプロファイルを図６に示す。なお、第
１乃至第７のサンプル素子の全てについて図示するとグ
ラフが煩雑になるため、図６においては、第５及び第６
のサンプル素子について得られたＸ線ピークプロファイ
ルの図示を省略する。
【００２９】また、この図６中において、矢印Ａ、矢印
Ｂ、及び矢印Ｃで示す位置に表れているピークは、それ
ぞれＰＺＴ薄膜１５における（１００）配向、（１１
０）配向、（１１１）配向によるものである。また、図
６中において矢印Ｄで示す位置に表れているピークは、
基板１１を構成するＳｉの（２００）配向によるもので
ある。また、図６中において矢印Ｅで示す位置に表れて
いるピークは、第１のＰｔ膜１３における（１１１）配
向によるものである。
Ｂ、及び矢印Ｃで示す位置に表れているピークは、それ
ぞれＰＺＴ薄膜１５における（１００）配向、（１１
０）配向、（１１１）配向によるものである。また、図
６中において矢印Ｄで示す位置に表れているピークは、
基板１１を構成するＳｉの（２００）配向によるもので
ある。また、図６中において矢印Ｅで示す位置に表れて
いるピークは、第１のＰｔ膜１３における（１１１）配
向によるものである。
【００３０】つぎに、第１乃至第７のサンプル素子の各
々について、図６中に表れている第１のＰｔ膜１３にお
ける（１１１）ピーク近傍でθスキャンによりＸ線回折
を行い、この第１のＰｔ膜１３について（１１１）ピー
クのロッキングカーブを測定した。この測定結果を図７
に示す。なお、第１乃至第７のサンプル素子の全てにつ
いて図示するとグラフが煩雑になるため、図７において
は、第５及び第６のサンプル素子について得られたロッ
キングカーブの図示を省略する。
々について、図６中に表れている第１のＰｔ膜１３にお
ける（１１１）ピーク近傍でθスキャンによりＸ線回折
を行い、この第１のＰｔ膜１３について（１１１）ピー
クのロッキングカーブを測定した。この測定結果を図７
に示す。なお、第１乃至第７のサンプル素子の全てにつ
いて図示するとグラフが煩雑になるため、図７において
は、第５及び第６のサンプル素子について得られたロッ
キングカーブの図示を省略する。
【００３１】そして、以上のようにして得られた第１の
Ｐｔ膜１３の（１１１）ピークにおけるロッキングカー
ブの半値幅を第１乃至第７のサンプル素子について測定
した。この測定結果を図３に併せて示す。
Ｐｔ膜１３の（１１１）ピークにおけるロッキングカー
ブの半値幅を第１乃至第７のサンプル素子について測定
した。この測定結果を図３に併せて示す。
【００３２】また、ＰＺＴ薄膜１５の（１１１）配向度
を図６から測定した。この測定結果を図３に併せて示
す。なお、この（１１１）配向度とは、図６に示すＸ線
ピークプロファイルから読み取った（１００）ピーク
値、（１１０）ピーク値、及び（１１１）ピーク値をそ
れぞれＥ１００、Ｅ１１０、Ｅ１１１としたときに、Ｅ
１ １１／（Ｅ１００＋Ｅ１１０＋Ｅ１１１）なる計算式
により算出された割合のことをいう。
を図６から測定した。この測定結果を図３に併せて示
す。なお、この（１１１）配向度とは、図６に示すＸ線
ピークプロファイルから読み取った（１００）ピーク
値、（１１０）ピーク値、及び（１１１）ピーク値をそ
れぞれＥ１００、Ｅ１１０、Ｅ１１１としたときに、Ｅ
１ １１／（Ｅ１００＋Ｅ１１０＋Ｅ１１１）なる計算式
により算出された割合のことをいう。
【００３３】ここで、図３に示す結果から、Ｔｉリッチ
のＰＺＴ薄膜１５における（１１１）配向度が９０％以
上程度に十分に得るためには、第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅を５°
以内に設定することが有効であることが明らかである。
このロッキングカーブの半値幅が５°を僅かに超えた
５．１°である第４のサンプル素子は、ＰＺＴ薄膜１５
の（１１１）配向度が６９％と著しく劣化している。し
たがって、圧電素子１０においては、第１のＰｔ膜１３
の（１１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅
を５°以内とすることによって、ＴｉリッチのＰＺＴ薄
膜１５の（１１１）配向度を十分に且つ確実に得ること
ができる。
のＰＺＴ薄膜１５における（１１１）配向度が９０％以
上程度に十分に得るためには、第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅を５°
以内に設定することが有効であることが明らかである。
このロッキングカーブの半値幅が５°を僅かに超えた
５．１°である第４のサンプル素子は、ＰＺＴ薄膜１５
の（１１１）配向度が６９％と著しく劣化している。し
たがって、圧電素子１０においては、第１のＰｔ膜１３
の（１１１）ピークにおけるロッキングカーブの半値幅
を５°以内とすることによって、ＴｉリッチのＰＺＴ薄
膜１５の（１１１）配向度を十分に且つ確実に得ること
ができる。
【００３４】圧電素子１０においては、上述のように、
第１のＰｔ膜１３における結晶配向方位が適切に選択さ
れていることにより、Ｔｉリッチの組成で形成されたＰ
ＺＴ薄膜１５の結晶配向方位を（１１１）方位に十分に
揃えることができる。したがって、このＰＺＴ薄膜１５
に生じる自発分極を十分に向上させることができ、ひい
ては大きな圧電変位量を得ることが可能である。したが
って、圧電素子１０は、例えば共振子、フィルタ或いは
アクチュエータなどのような各種素子における駆動源と
して用いた場合に、これら各種素子の特性及び効率を向
上させることができる。
第１のＰｔ膜１３における結晶配向方位が適切に選択さ
れていることにより、Ｔｉリッチの組成で形成されたＰ
ＺＴ薄膜１５の結晶配向方位を（１１１）方位に十分に
揃えることができる。したがって、このＰＺＴ薄膜１５
に生じる自発分極を十分に向上させることができ、ひい
ては大きな圧電変位量を得ることが可能である。したが
って、圧電素子１０は、例えば共振子、フィルタ或いは
アクチュエータなどのような各種素子における駆動源と
して用いた場合に、これら各種素子の特性及び効率を向
上させることができる。
【００３５】なお、上述した半値幅は、第１のＰｔ膜１
３における（１１１）配向度を向上させるに伴って減少
する。このため、半値幅の下限値は、特に限定されるも
のではなく、理論的には第１のＰｔ膜１３における（１
１１）配向度を１００％とするに伴って「０」に近づ
く。ただし、実際には第１のＰｔ膜１３の（１１１）配
向度を完全に１００％とすることは不可能であること
や、また測定器であるＸ線ディフラクトメータの分解能
に制限があることなどによって、半値幅の下限値は決定
される。
３における（１１１）配向度を向上させるに伴って減少
する。このため、半値幅の下限値は、特に限定されるも
のではなく、理論的には第１のＰｔ膜１３における（１
１１）配向度を１００％とするに伴って「０」に近づ
く。ただし、実際には第１のＰｔ膜１３の（１１１）配
向度を完全に１００％とすることは不可能であること
や、また測定器であるＸ線ディフラクトメータの分解能
に制限があることなどによって、半値幅の下限値は決定
される。
【００３６】また、圧電素子１０は、第１のＰｔ膜１３
の結晶配向方位を制御することによってＰＺＴ薄膜１５
の（１１１）配向度を制御することができることから、
ＰＺＴ薄膜１５を成膜したときに生じる特性のばらつき
を抑制することができ、高性能な圧電素子１０を歩留ま
り良く作製することができる。
の結晶配向方位を制御することによってＰＺＴ薄膜１５
の（１１１）配向度を制御することができることから、
ＰＺＴ薄膜１５を成膜したときに生じる特性のばらつき
を抑制することができ、高性能な圧電素子１０を歩留ま
り良く作製することができる。
【００３７】なお、第１のＰｔ膜１３の結晶配向方位を
制御するに際しては、図３から明らかであるように、Ｔ
ｉ膜１２の膜厚を制御することにより実現することが可
能である。このＴｉ膜１２は、本来、第１のＰｔ膜１３
の基板１１に対する付着力を向上させる目的で形成され
ているが、その膜厚を変化させることによって第１のＰ
ｔ膜１３における結晶配向方位も変化することが、図３
から明らかである。
制御するに際しては、図３から明らかであるように、Ｔ
ｉ膜１２の膜厚を制御することにより実現することが可
能である。このＴｉ膜１２は、本来、第１のＰｔ膜１３
の基板１１に対する付着力を向上させる目的で形成され
ているが、その膜厚を変化させることによって第１のＰ
ｔ膜１３における結晶配向方位も変化することが、図３
から明らかである。
【００３８】すなわち、Ｔｉ膜１２の膜厚を１００ｎｍ
以下とすることによって、第１のＰｔ膜１３の（１１
１）ピークにおける半値幅を丁度５．０°以内とするこ
とができる。また、Ｔｉ膜１２の膜厚は、２０ｎｍ以上
で形成されていることが望ましい。Ｔｉ膜１２を２０ｎ
ｍ未満の膜厚で成膜すると、第１のＰｔ膜１３の基板１
１に対する付着力を向上させる効果が不十分となり、第
１のＰｔ膜１３が基板１１から剥離しやすくなってしま
う。
以下とすることによって、第１のＰｔ膜１３の（１１
１）ピークにおける半値幅を丁度５．０°以内とするこ
とができる。また、Ｔｉ膜１２の膜厚は、２０ｎｍ以上
で形成されていることが望ましい。Ｔｉ膜１２を２０ｎ
ｍ未満の膜厚で成膜すると、第１のＰｔ膜１３の基板１
１に対する付着力を向上させる効果が不十分となり、第
１のＰｔ膜１３が基板１１から剥離しやすくなってしま
う。
【００３９】なお、上述の説明においては、Ｔｉ膜１２
の膜厚を制御することによって第１のＰｔ膜１３の結晶
配向方位を制御するとしたが、第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおける半値幅を５°以内とするに際して
は、Ｔｉ膜の膜厚を制御する手法を採用することに限定
されるものではなく、他の手法を用いてもよい。
の膜厚を制御することによって第１のＰｔ膜１３の結晶
配向方位を制御するとしたが、第１のＰｔ膜１３の（１
１１）ピークにおける半値幅を５°以内とするに際して
は、Ｔｉ膜の膜厚を制御する手法を採用することに限定
されるものではなく、他の手法を用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】本発明に係る圧電素子は、ＰＺＴ薄膜に
接するＰｔ膜の結晶配向方位が（１１１）方位に十分に
優先配向されていることから、ＰＺＴ薄膜の結晶配向方
位も確実に（１１１）方位に優先配向されることとな
る。したがって、大きな圧電変位量を示すＴｉリッチの
ＰＺＴ薄膜を安定して確実に得ることができ、特性や効
率のばらつきが十分に抑制された高性能な圧電素子を実
現することができる。また、このような圧電素子を、例
えば共振子、フィルタ或いはアクチュエータなど各種素
子における駆動源として用いることにより、これら各種
素子の特性及び効率を向上させることができる。
接するＰｔ膜の結晶配向方位が（１１１）方位に十分に
優先配向されていることから、ＰＺＴ薄膜の結晶配向方
位も確実に（１１１）方位に優先配向されることとな
る。したがって、大きな圧電変位量を示すＴｉリッチの
ＰＺＴ薄膜を安定して確実に得ることができ、特性や効
率のばらつきが十分に抑制された高性能な圧電素子を実
現することができる。また、このような圧電素子を、例
えば共振子、フィルタ或いはアクチュエータなど各種素
子における駆動源として用いることにより、これら各種
素子の特性及び効率を向上させることができる。
【図１】本発明を適用した一構成例として示す圧電素子
の積層構造を示す概略断面図である。
の積層構造を示す概略断面図である。
【図２】同圧電素子の構造に基づくサンプル素子を複数
作製する場合について説明する図であり、基板上にＴｉ
膜を成膜した状態を示す概略断面図である。
作製する場合について説明する図であり、基板上にＴｉ
膜を成膜した状態を示す概略断面図である。
【図３】同サンプル素子のそれぞれに成膜するＴｉ膜の
膜厚と、第１のＰｔ膜の（１１１）ピークにおけるロッ
キングカーブの半値幅、及びＰＺＴ薄膜の（１１１）配
向度との関係を示す模式図である。
膜厚と、第１のＰｔ膜の（１１１）ピークにおけるロッ
キングカーブの半値幅、及びＰＺＴ薄膜の（１１１）配
向度との関係を示す模式図である。
【図４】同サンプル素子を作製する場合について説明す
る図であり、Ｔｉ膜上に第１のＰｔ膜を成膜した状態を
示す概略断面図である。
る図であり、Ｔｉ膜上に第１のＰｔ膜を成膜した状態を
示す概略断面図である。
【図５】同サンプル素子を作製する場合について説明す
る図であり、第１のＰｔ膜上にＰＺＴ薄膜を成膜した状
態を示す概略断面図である。
る図であり、第１のＰｔ膜上にＰＺＴ薄膜を成膜した状
態を示す概略断面図である。
【図６】同サンプル素子のそれぞれについて、Ｘ線ディ
フラクトメータにより２θスキャンでＸ線回折を行った
ときに得られたＸ線ピークプロファイルを示すグラフで
ある。
フラクトメータにより２θスキャンでＸ線回折を行った
ときに得られたＸ線ピークプロファイルを示すグラフで
ある。
【図７】同サンプル素子のそれぞれにおける第１のＰｔ
膜について（１１１）ピークのロッキングカーブを測定
した結果を示すグラフである。
膜について（１１１）ピークのロッキングカーブを測定
した結果を示すグラフである。
１０ 圧電素子、１１ 基板、１２ Ｔｉ膜、１３ 第
１のＰｔ膜、１４ 下地膜、１５ ＰＺＴ薄膜、１６
第２のＰｔ膜
１のＰｔ膜、１４ 下地膜、１５ ＰＺＴ薄膜、１６
第２のＰｔ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 本多 順一
東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ
ー株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、（１１１）方位に優先配向さ
れたＰｔ膜と、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜と
が順次積層されてなる圧電素子において、 上記Ｐｔ膜は、Ｘ線回折におけるロッキングカーブの半
値幅が５°以内に設定されていることを特徴とする圧電
素子。 - 【請求項２】 上記基板と上記Ｐｔ膜との間に形成され
たＴｉ膜を備え、 上記Ｔｉ膜の膜厚は、２０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下
とされていることを特徴とする請求項１記載の圧電素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202588A JP2003017767A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001202588A JP2003017767A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017767A true JP2003017767A (ja) | 2003-01-17 |
Family
ID=19039371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001202588A Pending JP2003017767A (ja) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | 圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003017767A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005136115A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| US7042141B2 (en) | 2003-03-26 | 2006-05-09 | The Circle For The Promotion Of Science And Engineering | Method of producing lead zirconate titanate-based thin film, dielectric device and dielectric thin film |
| WO2012160972A1 (ja) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子用下部電極およびそれを備えた圧電素子 |
| CN107800325A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件、致动器及马达、机器人、输送装置及打印机 |
| US10532567B2 (en) | 2017-02-07 | 2020-01-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, method for manufacturing same, and liquid discharge head |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04184985A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-01 | Canon Inc | 圧電体変位素子の製造方法 |
| JPH07187894A (ja) * | 1993-12-25 | 1995-07-25 | Ricoh Co Ltd | 強誘電性薄膜 |
| JPH11220185A (ja) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｐｚｔ系強誘電体薄膜およびその形成方法ならびに同薄膜を用いた機能素子 |
| JPH11233844A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Omron Corp | 圧電素子及びその製造方法 |
| JP2000068454A (ja) * | 1998-08-18 | 2000-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 誘電体薄膜コンデンサ |
| JP2001156351A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Ricoh Co Ltd | 積層構造電極、その形成方法、及び圧電アクチュエータ |
-
2001
- 2001-07-03 JP JP2001202588A patent/JP2003017767A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04184985A (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-01 | Canon Inc | 圧電体変位素子の製造方法 |
| JPH07187894A (ja) * | 1993-12-25 | 1995-07-25 | Ricoh Co Ltd | 強誘電性薄膜 |
| JPH11220185A (ja) * | 1998-02-03 | 1999-08-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｐｚｔ系強誘電体薄膜およびその形成方法ならびに同薄膜を用いた機能素子 |
| JPH11233844A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Omron Corp | 圧電素子及びその製造方法 |
| JP2000068454A (ja) * | 1998-08-18 | 2000-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 誘電体薄膜コンデンサ |
| JP2001156351A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Ricoh Co Ltd | 積層構造電極、その形成方法、及び圧電アクチュエータ |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7042141B2 (en) | 2003-03-26 | 2006-05-09 | The Circle For The Promotion Of Science And Engineering | Method of producing lead zirconate titanate-based thin film, dielectric device and dielectric thin film |
| JP2005136115A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Tdk Corp | 電子デバイス及びその製造方法 |
| WO2012160972A1 (ja) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電素子用下部電極およびそれを備えた圧電素子 |
| US9331605B2 (en) | 2011-05-23 | 2016-05-03 | Konica Minolta, Inc. | Lower electrode for piezoelectric element, and piezoelectric element provided with lower electrode |
| CN107800325A (zh) * | 2016-08-31 | 2018-03-13 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件、致动器及马达、机器人、输送装置及打印机 |
| CN107800325B (zh) * | 2016-08-31 | 2020-05-12 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件、致动器及马达、机器人、输送装置及打印机 |
| US10532567B2 (en) | 2017-02-07 | 2020-01-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, method for manufacturing same, and liquid discharge head |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2009157189A1 (ja) | 圧電体素子とその製造方法 | |
| JP4218350B2 (ja) | 強誘電体薄膜素子およびその製造方法、これを用いた薄膜コンデンサ並びに圧電アクチュエータ | |
| US20050105038A1 (en) | Thin film multilayer body, electronic device and actuator using the thin film multilayer body, and method of manufacturing the actuator | |
| EP2709179B1 (en) | Piezoelectric element | |
| JP2006287254A (ja) | 圧電体薄膜素子の製造方法 | |
| US9689748B2 (en) | Infrared detection element | |
| TWI755445B (zh) | 膜構造體及其製造方法 | |
| JP4122430B2 (ja) | 強誘電体膜 | |
| JP2003017767A (ja) | 圧電素子 | |
| JPH0992897A (ja) | 圧電体薄膜素子及びその製造方法、及び圧電体薄膜素子を用いたインクジェット記録ヘッド | |
| JP2001223403A (ja) | 強誘電体薄膜およびその形成方法とこれを用いた強誘電体薄膜素子 | |
| JP2003031863A (ja) | 圧電体薄膜素子 | |
| JP4528950B2 (ja) | 強誘電体膜構造体の製造方法 | |
| JP2718414B2 (ja) | チタン酸鉛薄膜の製造方法 | |
| JP4967343B2 (ja) | 圧電薄膜素子 | |
| JP2009038169A (ja) | 圧電素子の製造方法、誘電体層の製造方法、およびアクチュエータの製造方法 | |
| JP5103694B2 (ja) | 圧電薄膜の製造方法 | |
| JP2002324924A (ja) | 圧電素子の製造方法 | |
| JPH10291887A (ja) | セラミックス薄膜の製造方法 | |
| JPH10287983A (ja) | チタン含有セラミックス薄膜の製造方法 | |
| JP2001284167A (ja) | 強誘電体薄膜の作成方法および強誘電体薄膜の製造装置 | |
| JPH05226322A (ja) | 配向性強誘電体薄膜の製造方法 | |
| JPH10291886A (ja) | セラミックス薄膜の製造方法 | |
| Wang et al. | Deposition of PZT thin films by hybrid process comprising sol-gel method and laser ablation for microscanners | |
| JP2002324925A (ja) | 圧電素子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080623 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120305 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120904 |