带压电膜的基板及压电元件的制作方法

本发明涉及一种带压电膜的基板及压电元件。

背景技术：

1、作为具有优异的压电性及强介电性的材料，已知有锆钛酸铅(pb(zr,ti)o3，以下称为pzt。)。pzt利用其强介电性而用于非易失性存储器feram(ferroelectric randomaccess memory：铁电随机存取存储器)。而且，近年来，通过与mems(micro electro-mechanical systems：微机电系统)技术的融合，具备pzt膜的mems压电元件逐渐被实用化。pzt膜正在应用于喷墨头(致动器)、微镜器件、角速度传感器、陀螺仪传感器及振动发电器件等各种器件。

2、实现上述各种器件所要求的优异的压电性的pzt膜由钙钛矿结构晶体构成。然而，铅(pb)是挥发性高且非常不稳定的元素，因此不易稳定地形成钙钛矿结构。因此，在基板上形成pzt膜时，在形成初始核的界面区域有可能会形成烧绿石相。烧绿石相容易成为剥离的起点，并且，烧绿石相的存在倾向于使压电性降低。因此，提出了用于稳定地形成钙钛矿结构而不形成烧绿石相的方法。

3、例如，正在研究在pzt膜的下层导入生长控制层(还称为晶种层或取向控制层等)。在日本特开2006-069837号公报中提出了在压电膜的下层具备yba2cu3o7-δ以获得稳定的钙钛矿相的pzt膜。

4、另一方面，已知在基板上具备下部电极、压电膜及上部电极的压电元件中存在施加规定时间的交流电压时压电元件的压电常数d31(与沿电极面的方向相关的压电常数)降低的问题(参考国际公开第2017/043383号)。在国际公开第2017/043383号中提出了一种压电元件，其通过具备在压电膜的上层包含非晶状部分的金属氧化物层，抑制压电常数的降低。作为金属氧化物层，可举出srruo3(钌酸锶)、镍酸锂、氧化钌等。在国际公开第2017/043383号中记载有如下内容：包含该非晶状部分的金属氧化物层具有作为抑制压电膜的氧气向电极层移动的阻挡层的功能，通过该功能，能够抑制压电元件的压电常数降低。

技术实现思路

1、发明要解决的技术课题

2、在具备pzt膜的压电元件被适用的实际器件中存在如下问题：施加规定时间电压时发生压电常数的降低及电容的降低等压电性能的降低而无法获得长期可靠性。本发明人等推测由pb的迁移导致该压电性的降低，并对抑制由该pb的迁移导致的压电性的降低的方法进行研究。

3、国际公开第2017/043383号公开了如下主要内容：无论是否包含pb，通过在压电膜的上层具备非晶状金属氧化物层，能够抑制压电常数的降低。然而，在国际公开第2017/043383号中未记载由含pb钙钛矿型氧化物构成的压电膜中的pb的迁移，对尤其适于含有包含pb的钙钛矿型氧化物的压电膜的层结构(组成)未进行研究。

4、另外，由pb的迁移导致的压电性降低的问题并不限于pzt膜，是含有含pb钙钛矿型氧化物的压电膜的共同问题。

5、本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种具备压电膜且能够提高用作具备上部电极层的压电元件时的长期可靠性的带压电膜的基板及长期可靠性高的压电元件，上述压电膜含有含pb钙钛矿型氧化物。

6、用于解决技术课题的手段

7、用于解决上述课题的具体方法包括以下方式。

8、＜1＞一种带压电膜的基板，其在基板上依次具备下部电极层、压电膜及缓冲层，其中，

9、压电膜包含由通式abo3表示且含有铅作为a位的主成分的钙钛矿型氧化物，

10、缓冲层包含由下述通式(1)表示的第1金属氧化物，

11、mdn1-doe(1)

12、m由能够在钙钛矿型氧化物的a位置换的1种以上的金属元素构成且电负性低于0.95，

13、n将选自包括sc、zr、v、nb、ta、cr、mo、w、mn、fe、ru、co、ir，ni、cu、zn、ga、sn、in及sb的组中的至少1种作为主成分，

14、o是氧元素，

15、在d、e表示组成比，0＜d＜1、1≤e≤3且将电负性设定为x时，

16、1.41x-1.05≤d≤a1·exp(-x/t1)+y0

17、a1＝1.68×1012，t1＝0.0306，y0＝0.59958。

18、＜2＞根据＜1＞所述的带压电膜的基板，其中，

19、在下部电极层与压电膜之间还具备生长控制层，

20、生长控制层包含由通式(1)表示的第2金属氧化物。

21、＜3＞根据＜1＞或＜2＞所述的带压电膜的基板，其中，

22、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)的m将选自包括li、na、k、mg、ca、sr、ba、la、cd及bi的组中的至少1种作为主成分。

23、＜4＞根据＜1＞或＜2＞所述的带压电膜的基板，其中，

24、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)的m包含ba作为主成分。

25、＜5＞根据＜1＞或＜2＞所述的带压电膜的基板，其中，

26、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)的m为ba。

27、＜6＞根据＜1＞至＜5＞中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

28、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)中的d满足0.2≤d。

29、＜7＞根据＜1＞至＜5＞中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

30、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)中的d满足0.3≤d。

31、＜8＞根据＜1＞至＜5＞中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

32、在缓冲层所包含的第1金属氧化物中，通式(1)中的d满足0.45≤d。

33、＜9＞一种压电元件，其具备：

34、＜1＞至＜8＞中任一项所述的带压电膜的基板；及

35、设置于缓冲层上的上部电极层。

36、发明效果

37、根据本发明，能够提供一种具备压电膜且能够提高用作具备上部电极层的压电元件时的长期可靠性的带压电膜的基板及长期可靠性高的压电元件，上述压电膜含有含pb钙钛矿型氧化物。

技术特征：

1.一种带压电膜的基板，其在基板上依次具备下部电极层、压电膜及缓冲层，其中，

2.根据权利要求1所述的带压电膜的基板，其中，

3.根据权利要求1或2所述的带压电膜的基板，其中，

4.根据权利要求1或2所述的带压电膜的基板，其中，

5.根据权利要求1或2所述的带压电膜的基板，其中，

6.根据权利要求1至5中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

7.根据权利要求1至5中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

8.根据权利要求1至5中任一项所述的带压电膜的基板，其中，

9.一种压电元件，其具备：

技术总结
本发明提供一种带压电膜的基板及压电元件，带压电膜的基板在基板上依次具备下部电极层、压电膜及缓冲层，压电膜包含含有铅作为A位的主成分的钙钛矿型氧化物，缓冲层包含由M<subgt;d</subgt;N<subgt;1‑d</subgt;O<subgt;e</subgt;表示的金属氧化物。其中，M由能够在钙钛矿型氧化物的A位置换的1种以上的金属元素构成且电负性低于0.95，在0＜d＜1且将电负性设定为X时，1.41X‑1.05≤d≤A1·exp(‑X/t1)+y0，A1＝1.68×10<supgt;12</supgt;，t1＝0.0306，y0＝0.59958。

技术研发人员：梅田贤一
受保护的技术使用者：富士胶片株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12