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公開番号2025042311
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2023149247
出願日2023-09-14
発明の名称圧電積層体及び圧電素子
出願人富士フイルム株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H10N 30/853 20230101AFI20250319BHJP()
要約【課題】シード層を備えた場合において、高い圧電性能かつ従来よりもさらに高い信頼性を有する圧電積層体及び圧電素子を提供する。
【解決手段】圧電積層体及び圧電素子は、基板上に、下部電極層と、シード層と、圧電膜とをこの順に備え、圧電膜は、Pb、Zr、Ti及びNbを含む第1ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、シード層は、第1ペロブスカイト型酸化物と格子整合する第2ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、圧電膜は、電子線後方散乱回折法により取得された結晶粒径分布において粒径100nm以下の結晶粒の割合が15%以下であり、かつ、分極-電界特性における、正側の抗電界をEc⁺、負側の抗電界をEc^-とした場合に、
|Ec⁺+Ec^-|<|Ec⁺-Ec^-|
55kV/cm≦Ec⁺≦75kV/cm
75kV/cm≦Ec⁺-Ec^-≦100kV/cm
を満たす。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に、下部電極層と、シード層と、圧電膜とをこの順に備えた圧電積層体であって、
前記圧電膜は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＮｂを含む第１ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、
前記シード層は、前記第１ペロブスカイト型酸化物と格子整合する第２ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、
前記圧電膜は、電子線後方散乱回折法により取得された結晶粒径分布において、粒径１００ｎｍ以下の結晶粒の割合が１５％以下であり、かつ、分極－電界特性における、正側の抗電界をＥｃ
＋
、負側の抗電界をＥｃ
－
とした場合に、
｜Ｅｃ
＋
＋Ｅｃ
－
｜＜｜Ｅｃ
＋
－Ｅｃ
－
｜
５５ｋＶ／ｃｍ≦Ｅｃ
＋
≦７５ｋＶ／ｃｍ
７５ｋＶ／ｃｍ≦Ｅｃ
＋
－Ｅｃ
－
≦１００ｋＶ／ｃｍ
を満たす、圧電積層体。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記圧電膜はスパッタ膜である、請求項１に記載の圧電積層体。
【請求項３】
前記粒径１００ｎｍ以下の前記結晶粒が１０％以下である、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項４】
前記第１ペロブスカイト型酸化物が、
Ｐｂ
ａ
｛（Ｚｒ
ｘ
Ｔｉ
１－ｘ
）
１－ｙ
Ｎｂ
ｙ
｝Ｏ
３
０＜ｘ＜１、０．０８≦ｙ≦０．１５、０．９≦ａ≦１．２
を満たす、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項５】
前記シード層は導電性を有する、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項６】
前記第２ペロブスカイト型酸化物は、擬立方晶とみなした場合の格子定数が０．３９ｎｍ～０．４０５ｎｍである、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項７】
前記第２ペロブスカイト型酸化物は、ＳｒＲｕＯ
３
又はＢａＲｕＯ
３
である、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の圧電積層体と、
前記圧電積層体の前記圧電膜上に備えられた上部電極層と、を備えた圧電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電積層体及び圧電素子に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
優れた圧電特性及び強誘電性を有する材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
３
、以下においてＰＺＴという。）などのペロブスカイト型酸化物が知られている。ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体は、基板上に、下部電極、圧電膜、及び上部電極を備えた圧電素子における圧電膜として適用される。この圧電素子は、メモリ、インクジェットヘッド(アクチュエータ)、マイクロミラーデバイス、角速度センサ、ジャイロセンサ、超音波素子（PMUT：Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）及び振動発電デバイスなど様々なデバイスへと展開されている。
【０００３】
ＰＺＴ系のペロブスカイト型酸化物において、ＢサイトにＮｂ（ニオブ）を添加することにより、配向性が高く、圧電性能の良好な圧電膜を実現できることが、特許文献１、２等に記載されている。特許文献３には、Ｎｂに加え、Ｍｎ（マンガン）を添加することでゾルゲル法を用いて作製する圧電膜の圧電性能を向上できることが開示されている。
【０００４】
特許文献１には、Ｎｂ添加ＰＺＴからなる圧電膜において、結晶粒の粒径が幅広い分布をしており、粒径が大きい結晶と、粒径が小さい結晶とが混在することにより、圧電性能を向上させることができる旨が記載されている。具体的には、粒径１００ｎｍ以下の結晶粒が２０％以上、粒径が５００ｎｍ以上の結晶粒が５％以上であることが好ましい旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９－７１２９５号公報
特開２０１４－６０３３０号公報
国際公開２０１５／１４６６０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、圧電性能の向上を図るため、圧電膜と下部電極との間にシード層を設けることが知られている。しかしながら、特許文献１では、シード層を設けた場合について十分な検討がなされていない。
【０００７】
本開示の技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、シード層を備えた場合において、高い圧電性能かつ従来よりもさらに高い信頼性を有する圧電積層体及び圧電素子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】
【０００８】
本開示の圧電積層体は、基板上に、下部電極層と、シード層と、圧電膜とをこの順に備えた圧電積層体であって、
圧電膜は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＮｂを含む第１ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、
シード層は、第１ペロブスカイト型酸化物と格子整合する第２ペロブスカイト型酸化物を主成分とし、
圧電膜は、電子線後方散乱回折法により取得された結晶粒径分布において、粒径１００ｎｍ以下の結晶粒の割合が１５％以下であり、かつ、分極－電界特性における、正側の抗電界をＥｃ
＋
、負側の抗電界をＥｃ
－
とした場合に、
｜Ｅｃ
＋
＋Ｅｃ
－
｜＜｜Ｅｃ
＋
－Ｅｃ
－
｜
５５ｋＶ／ｃｍ≦Ｅｃ
＋
≦７５ｋＶ／ｃｍ
７５ｋＶ／ｃｍ≦Ｅｃ
＋
－Ｅｃ
－
≦１００ｋＶ／ｃｍ
を満たす。
【０００９】
圧電膜はスパッタ膜であることが好ましい。
【００１０】
結晶粒径１００ｎｍ以下の結晶粒が１０％以下であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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