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公開番号2024139333
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-09
出願番号2023050223
出願日2023-03-27
発明の名称圧電デバイス
出願人日清紡マイクロデバイス株式会社
代理人弁理士法人朝日奈特許事務所
主分類H10N 30/50 20230101AFI20241002BHJP()
要約【課題】高出力の圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイス100は、支持基板1と、支持基板1に接合して支持される振動領域7を備える。振動領域7は第1圧電膜3aおよび第2圧電膜3bと、それぞれを挟んで配置される第1～第4電極4a～4dとで構成され、第1圧電膜3aと第1電極4aおよび第2電極4bとで構成される第1積層領域A1と、第2圧電膜3bと第3電極4cおよび第4電極4dとで構成される第2積層領域A2と、第1積層領域A1と第2積層領域A2とを連結する中間領域A3とを含み、中間領域A3は、空隙10を有する領域で構成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板に接合して支持される振動領域を構成する圧電膜と、
前記圧電膜を挟んで配置される電極と
を備え、
前記圧電膜は、
少なくとも第１圧電膜および第２圧電膜を含み、
前記振動領域は、
前記第１圧電膜と前記第１圧電膜を挟んで配置される第１電極および第２電極とで構成される第１積層領域と、前記第２圧電膜と前記第２圧電膜を挟んで配置される第３電極および第４電極とで構成される第２積層領域と、前記第１積層領域と前記第２積層領域との間に配置され、前記第１積層領域と前記第２積層領域とを連結する中間領域とを含み、
前記中間領域は、空隙を有する領域で構成される
圧電デバイス。
続きを表示（約 180 文字）【請求項２】
前記中間領域は、一端が前記第１積層領域に接合され別の一端が前記第２積層領域に接合される連結部を複数含み、相互に離間する前記連結部の間に前記空隙を有する、
請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記中間領域は、前記第１積層領域と前記第２積層領域との間に積層される多孔質膜を含む、
請求項１記載の圧電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関し、特に高出力の圧電デバイスに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
圧電体材料の薄膜（圧電膜）を備える圧電デバイスは、振動領域を構成する圧電膜が変位することで生じる電圧変化を検出することができ、または圧電膜に電圧を印加して変位させることができ、圧電センサや圧電アクチュエータ等として利用することができる。
【０００３】
従来の圧電デバイスは、一例として振動領域の一端が支持基板に接合して支持されるカンチレバー構造が採用されている。この種の圧電デバイスは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５９３６１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６は従来の圧電デバイスを説明するための断面模式図を示している。図６に示すように従来の圧電デバイス４００は、支持基板１上に絶縁膜２を介して第１圧電膜３ａおよび第２圧電膜３ｂが積層され、第１圧電膜３ａを挟んで第１電極４ａおよび第２電極４ｂが配置され、第２圧電膜３ｂを挟んで第２電極４ｂおよび第３電極４ｃが配置される。支持基板１にはキャビティ５が形成され、キャビティ５上の第１圧電膜３ａ、第２圧電膜３ｂおよび第１～第３電極４ａ～４ｃがスリット６により区画される（図７）ことで、支持基板１に一端が接合して支持される振動領域７が形成される。８ａおよび８ｂは引出電極で、引出電極８ａは第１電極４ａおよび第３電極４ｃに接続され、引出電極８ｂは第２電極４ｂに接続される。
【０００６】
図７は、図６の圧電デバイス４００のスリット６の配置の一例を説明する平面模式図である。図７に示すようにスリット６を配置すると、カンチレバー構造の２枚の振動領域７を備える圧電デバイス４００が構成される。なお図７のＣ－Ｃ線における断面図が図６に相当し、図７には図６に示す第３電極４ｃ、引出電極８ａおよび８ｂ等は図示されておらず、キャビティ５を覆う第１圧電膜３ａおよび第２圧電膜３ｂ等を貫通するスリット６の配置のみが示されている。
【０００７】
図６および７に示す圧電デバイス４００において、振動領域７の共振周波数は振動領域７の剛性と長さＬにより調整することができる。具体的には、振動領域７の剛性を大きくすると共振周波数が高くなり、また振動領域７の長さＬを短くすると共振周波数が高くなる。なお振動領域７の長さＬとは、図７に示すように支持基板１との接合端から開放端までの長さである。
【０００８】
ここで良好な膜質の圧電膜を形成するため、スパッタ法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される圧電膜の厚さは、通常０．５～１．０μｍに設定され、圧電膜の厚さを大きく変更することは難しい。圧電膜を構成する圧電材料の種類と厚さが決まれば振動領域７の剛性が決まることから、振動領域７の共振周波数を調整するために振動領域７の剛性を大きく変更することは難しい。そこで、振動領域７の共振周波数は、振動領域７の長さを変更することにより調整するのが一般的である。
【０００９】
例えば図６および７に示す圧電デバイス４００がマイクロフォンとして使用される場合、マイクロフォンの感度を上げるために振動領域７の共振周波数は２０ｋＨｚ程度に調整される。この場合、振動領域７の長さは、５００μｍ程度となる。このように共振周波数を調整するために振動領域７の長さを短くすると振動領域７を構成する圧電膜の変位は小さくなり、出力信号が低下するという問題があった。
【００１０】
また、圧電デバイス４００が障害物検知や超音波診断のための超音波送受信機として使用される場合、振動領域７の長さはさらに短く調整され、さらなる出力信号の低下を招いてしまう。このような出力信号の低下は、図６および７に示すカンチレバー構造の圧電デバイス４００に限らず、支持基板に振動領域の対向する二辺が接合されて支持されるブリッジ構造の圧電デバイスや、スリットを形成せず振動領域の周縁部が支持基板に接合されて支持されるメンブレン構造の圧電デバイスにおいても生じる問題であった。
（【００１１】以降は省略されています）

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