压电元件、压电致动器和压电传感器、以及硬盘驱动器和喷墨打印机装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使用了薄膜压电材料的压电元件、使用了该压电元件的压电致动器和 压电传感器、以及具备了该压电致动器的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，压电材料的无铅化的期望日益增加，尤其铌酸钾钠（K、Na)Nb03(以下称 KNN)的研究颇为活跃。KNN即使在无铅压电材料之中也能够得到比较高的居里温度、良好 的压电特性，因而受人瞩目。
[0003] 此外，替代体压电材料（bulkpiezoelectricmaterials)而使用了薄膜压电材料 的压电元件的实用化有所进展。作为一个例子，可以列举作为利用了将施加于压电体层的 力变换成电压的压电效应的压电传感器的陀螺传感器、压力传感器、脉搏传感器、震动传感 器和麦克风等，或者作为利用对压电体层施加电压时压电体层发生变形的逆电压效应的压 电致动器，硬盘驱动器磁头滑块、喷墨打印机喷头，或者同样利用了逆电压效应的扬声器、 蜂鸣器、谐振器等。
[0004] 如果将压电材料进行薄膜化，则元件的小型化变得可能，能够应用的领域也拓宽， 并且能够在基板上统一制作多个元件，因而量产性增强。另外，做成传感器的情况下的灵敏 度的提高等性能方面上的益处也较多。
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-295786号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2008-192868号公报
[0007] 专利文献3 :国际公开2003-070641号公报
【发明内容】
[0008] 然而，由KNN构成的压电体层与使用了含铅材料的压电体层相比存在压电常数较 低，应用在压电元件时难以得到大的位移的问题。
[0009] 如果压电常数低，则为了得到大的位移而需要高的电压，也会产生绝缘破坏或者 连续驱动时的可靠性下降这样的技术问题。
[0010] 在专利文献1所记载的技术中，通过令KNN薄膜的面外方向晶格常数C与面内方 向晶格常数a之比为规定的范围，能够改善压电常数。然而，由于该技术通过控制薄膜的应 力来控制晶格常数，因而其值根据成膜条件或者膜厚的不同容易受到影响，再现性低。
[0011] 在专利文献2所记载的技术中，在包含KNN的由AB03表示的钙钛矿型氧化物中， 作为六位点的元素，使用选自？13、8&、1^、51'、81、1^、恥、0 &、0(1、1%和1(中的至少1种元素， 作为B位点的元素，使用选自Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、 Fe、Ni和镧中的至少1种元素，由此得到良好的电特性（漏电特性、压电特性）。然而，将使 用K、Na作为A位点的主成分和使用Nb作为B位点的主成分的KNN薄膜作为压电元件来使 用的情况下，即使将前述其他元素添加物配置在前述位点也得不到充分的电特性。
[0012] 在专利文献3所记载的技术中，在具有由AB03表示的钙钛矿型结晶构造的压电体 中，使用Pb作为A位点的主成分，使用Zr、Ti和Pb作为B位点的主成分，而且通过令B位点 中Pb原子相对于全部原子所占据的比例为3%以上且30%以下，从而得到良好的压电特性 和漏电流特性。然而，用于将主成分即Pb配置在A、B两个位点的成膜条件受到限制大，在 再现性、量产性上不足。另外，由于Pb是有害的，因此能够使用的环境有限制因而不优选。
[0013] 本发明是有鉴于上述现有技术所具有的技术问题而完成的，其目的在于提供一种 使用了KNN薄膜的进一步提高压电常数的压电元件。
[0014] 得到大的位移是指保持高的压电常数，因而在使用了压电效应的元件的情况下， 能够应用于灵敏度高的传感器等的用途，使用了逆压电效应的元件的情况下，能够应用于 由小电压得到大的振动的高效的致动器等的用途。
[0015] 为了达到上述目的，本发明所涉及的压电元件是具备由通式AB03表示的钙钛矿型 化合物即铌酸钾钠薄膜作为压电体层的压电元件，在所述压电体层中，铌酸钾钠的结晶组 织的结晶取向以所述压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴而压电体层整体上为面内四 重对称。
[0016] 通过在压电体层的结晶组织的结晶取向中具有面内四重对称，从而压电体层的压 电常数提高，特别是向面方向（d31方向）的位移变大。
[0017] 在压电体层的厚度方向上施加电压的情况下的面方向的伸缩移动由于施加电场 的方向和极化方向不平行，因此除了由压电效应所引起的晶格畸变以外，还有助于的畴壁 的移动。通过使压电体层的结晶组织的结晶取向为面内四重对称，从而能够使畴壁的方向 一致，与具备具有面内非对称的结晶构造的压电体层的压电元件相比，能够有效地增加位 移量。
[0018] 在本发明所涉及的压电元件的压电体层中，优选除了所述第1旋转对称轴以外， 铌酸钾钠的结晶组织的结晶取向具有四重对称性的第2旋转对称轴相对于所述厚度方向 倾斜地存在。由此，能够进一步提高压电特性。
[0019] 通过除了以压电体层的厚度方向为第1旋转对称轴的结晶组织的结晶取向以外， 还存在与所述厚度方向倾斜而存在的第2旋转对称轴的结晶组织的结晶取向，从而进一步 提高高电压区域的电压特性。其被认为原因在于，通过存在倾斜的180°磁畴，从而即使施 加高的电压时也会残留可旋转的畴壁，该区域有助于位移。
[0020] 在本发明所涉及的电压元件的压电体层中，优选至少包含四方晶。由此能够减少 压电特性的温度依赖性。
[0021] 在压电体层有斜方晶的情况下，如果进行加热，则在居里点（立方晶相转移温度） 之前转移到正方晶，因而具有大的温度依赖性，但是一开始就是正方晶的部分可以认为没 有该影响。
[0022] 本发明所涉及的致动器具有由上述结构表示的压电元件。作为压电致动器，具体 而言，可以列举硬盘驱动器的磁头组件、喷墨打印机喷头的压电致动器等。
[0023] 另外，本发明所涉及的压电传感器具有由上述结构表示的压电元件。作为压电传 感器，具体而言，可以列举陀螺传感器、压力传感器、脉搏传感器等。
[0024] 再者，在本发明所涉及的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置中使用了上述的压电 致动器。
[0025] 根据本发明所涉及的压电元件，相比于使用了现有的KNN薄膜的压电元件，能够 提高压电特性。另外，在本发明所涉及的压电致动器、以及压电传感器中也能够提供能够谋 求压电特性的提高并且高性能的硬盘驱动器、以及喷墨打印机装置。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的一个实施方式所涉及的压电元件的结构图。
[0027] 图2A、图2B是本发明所涉及的压电致动器的构造图。
[0028] 图3A?图3D是本发明所涉及的压电传感器的构造图。
[0029] 图4是本发明所涉及的硬盘驱动器的构造图。
[0030] 图5是本发明所涉及的喷墨打印头装置的构造图。
[0031] 图6是表示通过对现有的压电元件中的压电体层的XRD测定所得到的面内取向性 的衍射图案的图。
[0032] 图7表示通过对本发明所涉及的压电元件中的压电体层的XRD测定所得到的面内 取向性的衍射图案的图。
【具体实施方式】
[0033] 以下，一边参照附图一边就本发明的优选的一个实施方式进行详细说明。还有，在 附图中，对于相同或者同等的要素赋予相同的符号。另外，上下左右的位置关系是如附图所 示那样。另外，在说明重复的情况下，省略该说明。
[0034](压电元件）
[0035] 图1中表示本实施方式所涉及的压电元件100。压电元件100具备基板4、设置在 基板4上的绝缘层6和第一电极层8、形成在第一电极层8上的压电体层10、以及形成在压 电体层10上的第二电极层12。
[0036] 对于基板4,可以使用具有（100)面取向的硅基板。基板4作为一个例子具有 50iim以上、lOOOiim以下的厚度。另外，作为基板4,也可以使用具有与（100)面不同的面 取向的硅基板、绝缘层上硅（SOI)基板、石英玻璃基板、由GaAs等构成的化合物半导体基 板、蓝宝石基板、由不锈钢等构成的金属基板、MgO基板、SrTi03基板等。
[0037] 绝缘层6使用在基板4是导电性的情况下。对于绝缘层6,可以使用硅的热氧化膜 (Si02)、Si3N4、Zr02、Y203、ZnO、A1203等。在基板4不具有导电性的情况下，可以不具备绝缘 层6。绝缘层6可以由溅射法、真空蒸镀法、热氧化法、印刷法、旋涂法、溶胶凝胶法等形成。
[0038] 第一电极层8作为一个例子由Pt(白金）形成。第一电极层8作为一个例子具有 0. 02iim以上、1. 0iim以下的厚度。通过将第一电极层8由Pt形成，从而能够形成具有高的 取向性的压电体层10。另外，作为第一电极层8,也可以使用Pd(钯）、Rh(铑）、Au(金）、 Ru(钌）、Ir(铱）、Mo(钥）、Ti(钛）、Ta(钽）等金属材料，或者