特許ウォッチ

公開番号2024071242
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-24
出願番号2022182082
出願日2022-11-14
発明の名称圧電体素子、及び圧電体素子の製造方法
出願人国立大学法人静岡大学
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H10N 30/01 20230101AFI20240517BHJP()
要約【課題】高い圧電特性が得られる圧電体素子及び圧電体素子の製造方法の提供。
【解決手段】基板11、第1電極層12、圧電体層13、及び第2電極層14をこの順で備え、圧電体層13は、Pb(Zr_1-XTi_X)O₃で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなり、Xが0.50～0.65であり且つ正方晶系であるPZT層を有し、第1電極層12は、ニッケル酸ランタン系セラミックスからなるLNO層を有し、基板11は、熱膨張係数が2.59×10^-6/Kより大きく、且つPZT層の熱膨張係数より小さい、圧電体素子1。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
基板、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層をこの順で備え、
前記圧電体層は、Ｐｂ（Ｚｒ
１－Ｘ
Ｔｉ
Ｘ
）Ｏ
３
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなり、前記Ｘが０．５０～０．６５であり且つ正方晶系であるＰＺＴ層を有し、
前記第１電極層は、ニッケル酸ランタン系セラミックスからなるＬＮＯ層を有し、
前記基板は、熱膨張係数が２．５９×１０
－６
／Ｋより大きく、且つ前記ＰＺＴ層の熱膨張係数より小さい、圧電体素子。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記基板がガラス基板である、請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項３】
基板、第１電極層、Ｐｂ（Ｚｒ
１－Ｘ
Ｔｉ
Ｘ
）Ｏ
３
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるＰＺＴ層を有する圧電体層、及び第２電極層をこの順に備える圧電体素子の製造方法であって、
熱膨張係数が２．５９×１０
－６
／Ｋより大きく、且つ前記ＰＺＴ層の熱膨張係数より小さい前記基板を準備する、基板準備工程と、
前記基板上に、ニッケル酸ランタン系セラミックスからなるＬＮＯ層を有する第１電極層を形成する第１電極層形成工程と、
前記第１電極層上に、前記Ｘが０．５０～０．６５であり且つ正方晶系である前記ＰＺＴ層を有する圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、
を含む、圧電体素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板がガラス基板である、請求項３に記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１電極層形成工程における前記ＬＮＯ層が、ランタン原子、ニッケル原子、及び炭素数１以上４以下の有機溶媒を含む第１膜を、１０℃／秒以上の昇温速度で４５０℃以上７００℃以下の温度まで昇温し、前記温度で保持して多孔質（１００）配向の前記ＬＮＯ層を形成する、溶液法により形成される、請求項３又は請求項４に記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１電極層形成工程における前記ＬＮＯ層が気相法により形成される、請求項３又は請求項４に記載の圧電体素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子、及び圧電体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、圧電特性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｏ
３
）薄膜（以下、「ＰＺＴ薄膜」という。）を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスやＮＥＭＳ（Nano Electro Mechanical Systems）デバイスが注目を集めている。
【０００３】
ＰＺＴ薄膜は、その配向方向により物理定数が異なることが知られている。特に正方晶系、菱面体晶系及びその境界のＭＰＢ（Morphotropic phase boundary）組成のＰＺＴ薄膜は、ｃ軸配向（（００１）配向）制御がされることで、高い圧電性及び強誘電性を示す。つまり、ｃ軸配向制御されたＰＺＴ薄膜は、高い圧電定数を示すとともに、高い残留分極値Ｐｒを示す。
【０００４】
例えば、特許文献１には、第１電極と第２電極との間に形成されたペロブスカイト構造であって主に（１００）配向の圧電体膜を有する圧電素子の製造方法において、（ａ）第１圧電体膜を形成し、前記第１圧電体膜の格子定数ｄを測定し、前記格子定数ｄが、４．０３≦ｄ≦４．０８であるか否かを検証する工程と、（ｂ）前記検証結果に基づき、第２圧電体膜の化合物組成比を調整する工程と、（ｃ）前記第２圧電体膜を有する圧電素子を形成する工程と、を有する圧電素子の製造方法、が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、基板、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層をこの順で備え、前記第１電極層は、ニッケル酸ランタン系セラミックスからなるＬＮＯ層を有し、前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるＰＺＴ層を有し、特定の式（１）で表される変動率Ａが１０％以下であり、特定の式（２）で表される変動率Ｂが１０％以下である、圧電体素子、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００７－２５０６２６号公報
特開２０２２－４１２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来から、高性能な圧電体としてチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ
１－Ｘ
，Ｔｉ
Ｘ
）Ｏ
３
；ＰＺＴ）系セラミックスが用いられている。しかし、より高い圧電特性（具体的には圧電定数ｄ
３３
）を実現することが求められている。
【０００８】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、高い圧電特性が得られる圧電体素子及び圧電体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
【００１０】
＜１＞
基板、第１電極層、圧電体層、及び第２電極層をこの順で備え、
前記圧電体層は、Ｐｂ（Ｚｒ
１－Ｘ
Ｔｉ
Ｘ
）Ｏ
３
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなり、前記Ｘが０．５０～０．６５であり且つ正方晶系であるＰＺＴ層を有し、
前記第１電極層は、ニッケル酸ランタン系セラミックスからなるＬＮＯ層を有し、
前記基板は、熱膨張係数が２．５９×１０
－６
／Ｋより大きく、且つ前記ＰＺＴ層の熱膨張係数より小さい、圧電体素子。
＜２＞
前記基板がガラス基板である、＜１＞に記載の圧電体素子。
＜３＞
基板、第１電極層、Ｐｂ（Ｚｒ
１－Ｘ
Ｔｉ
Ｘ
）Ｏ
３
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるＰＺＴ層を有する圧電体層、及び第２電極層をこの順に備える圧電体素子の製造方法であって、
熱膨張係数が２．５９×１０
－６
／Ｋより大きく、且つ前記ＰＺＴ層の熱膨張係数より小さい前記基板を準備する、基板準備工程と、
前記基板上に、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ
３
）系セラミックスからなるＬＮＯ層を有する第１電極層を形成する第１電極層形成工程と、
前記第１電極層上に、前記Ｘが０．５０～０．６５であり且つ正方晶系である前記ＰＺＴ層を有する圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、
を含む、圧電体素子の製造方法。
＜４＞
前記基板がガラス基板である、＜３＞に記載の圧電体素子の製造方法。
＜５＞
前記第１電極層形成工程における前記ＬＮＯ層が、ランタン原子、ニッケル原子、及び炭素数１以上４以下の有機溶媒を含む第１膜を、１０℃／秒以上の昇温速度で４５０℃以上７００℃以下の温度まで昇温し、前記温度で保持して多孔質（１００）配向の前記ＬＮＯ層を形成する、溶液法により形成される、＜３＞又は＜４＞に記載の圧電体素子の製造方法。
＜６＞
前記第１電極層形成工程における前記ＬＮＯ層が気相法により形成される、＜３＞又は＜４＞に記載の圧電体素子の製造方法。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許