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公開番号2024053204
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-15
出願番号2022159305
出願日2022-10-03
発明の名称圧電基板、圧電素子および圧電素子応用デバイス
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 30/20 20230101AFI20240408BHJP()
要約【課題】リーク電流の発生を抑制することができる圧電基板、圧電素子および圧電素子応用デバイスを提供する。
【解決手段】本発明の圧電基板は、基体と、基体上に成膜された電極と、電極上に成膜され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層とを備えた圧電基板であって、圧電体層の表面をフーリエ変換赤外分光法により測定した時のピーク2の積分強度IR2をピーク1の積分強度IR1で除した値IR2/IR1が0.086未満であることを特徴とする圧電基板。ここで、ピーク1は、波長が475～700cm^-1に検出されるピークの内最も強いピークの面積強度であり、ピーク2は、波長が1200～1645cm^-1に検出されるピークの面積強度の合算である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基体と、
前記基体上に成膜された電極と、
前記電極上に成膜され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層と、
を備えた圧電基板であって、
前記圧電体層の表面をフーリエ変換赤外分光法により測定した時のピーク２の積分強度ＩＲ２をピーク１の積分強度ＩＲ１で除した値ＩＲ２／ＩＲ１が０．０８６未満であることを特徴とする圧電基板。
ここで、前記ピーク１は、波長が４７５～７００ｃｍ
－１
に検出されるピークの内最も強いピークの面積強度であり、前記ピーク２は、波長が１２００～１６４５ｃｍ
－１
に検出されるピークの面積強度の合算である。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記ＩＲ２／ＩＲ１が０．０５以上であることを特徴とする請求項１に記載に圧電基板。
【請求項３】
前記圧電体層はリチウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電基板。
【請求項４】
前記リチウムの含有量は１０ｍоｌ％以下であることを特徴とする請求項３に記載の圧電基板。
【請求項５】
前記圧電体層は第１遷移金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧電基板。
【請求項６】
前記第１遷移金属はマンガンまたは銅を含むことを特徴とする請求項５に記載の圧電基板。
【請求項７】
前記第１遷移金属の合計含有量は５ｍоｌ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の圧電基板。
【請求項８】
前記圧電体層と前記電極との間に配向制御層を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電基板。
【請求項９】
基体と、
前記基体上に成膜された第１電極と、
前記第１電極上に成膜され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に成膜された第２電極と、
を備えた圧電素子であって、
前記圧電体層の表面をフーリエ変換赤外分光法により測定した時のピーク２の積分強度ＩＲ２をピーク１の積分強度ＩＲ１で除した値ＩＲ２／ＩＲ１が０．０８６未満であることを特徴とする圧電素子。
ここで、前記ピーク１は、波長が４７５～７００ｃｍ
－１
に検出されるピークの内最も強いピークの面積強度であり、前記ピーク２は、波長が１２００～１６４５ｃｍ
－１
に検出されるピークの面積強度の合算である。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電素子を具備することを特徴とする圧電素子応用デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板、圧電素子および圧電素子応用デバイスに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、一般に、基板と、電気機械変換特性を有する圧電体層と、圧電体層を挟持する２つの電極と、を有している。このような圧電素子を駆動源として用いたデバイス（圧電素子応用デバイス）の開発が、近年、盛んに行われている。圧電素子応用デバイスの一つとして、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッド、圧電ＭＥＭＳ素子に代表されるＭＥＭＳ要素、超音波センサ等に代表される超音波測定装置、更には、圧電アクチュエーター装置等がある。
【０００３】
圧電素子の圧電体層の材料（圧電材料）として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている。しかし近年は、環境負荷低減の観点から、鉛の含有量を抑えた非鉛系の圧電材料の開発が進められている。
さらに近年では、各種電子機器や電子部品等のさらなる小型化、高性能化が強く要求されており、それに伴い、圧電素子に対しても小型化、高性能化が求められてきている。
【０００４】
非鉛系の圧電材料の１つとして、たとえば、特許文献１のように、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ；（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ
３
）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－２２５６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、ＫＮＮ系を圧電材料として用いた場合、リーク電流が発生しやすいという課題が知られている。この点において、特許文献１では、鉄及びマンガンの少なくとも一方を含むことにより、リーク電流の発生を抑制することができることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、本発明者らの検討により、圧電体層内に残留する有機成分によってリーク電流密度が高くなることがわかってきた。すなわち、ＫＮＮ系の圧電体層内への添加剤の添加により結晶配向性を向上させるだけでは、リーク電流密度を十分に低減できないおそれがある。
【０００８】
このような事情から、ＫＮＮ系の圧電体層を備える圧電基板や圧電素子において、リーク電流を十分に低減可能な圧電体層が求められている。
【０００９】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載された圧電アクチュエーターに用いられる圧電素子に限定されず、他の圧電素子応用デバイスに用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、基体と、基体上に成膜された電極と、電極上に成膜され、カリウムとナトリウムとニオブとを含む圧電体層とを備えた圧電基板であって、圧電体層の表面をフーリエ変換赤外分光法により測定した時のピーク２の積分強度ＩＲ２をピーク１の積分強度ＩＲ１で除した値ＩＲ２／ＩＲ１が０．０８６未満である圧電基板が提供される。ここで、前記ピーク１は、波長が４７５～７００ｃｍ
－１
に検出されるピークの内最も強いピークの面積強度であり、前記ピーク２は、波長が１２００～１６４５ｃｍ
－１
に検出されるピークの面積強度の合算である。
（【００１１】以降は省略されています）

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