特許ウォッチ

公開番号2025042312
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-27
出願番号2023149248
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】従来よりもさらに高い耐電圧及び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、ペロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電膜とをこの順に備え、圧電膜上に上部電極層を形成し、上部電極層と下部電極層との間に印加する電圧を掃引させた場合であって、下部電極層を接地して、上部電極層を駆動電極として、圧電膜への印加電圧を0Vから正側に徐々に上昇させた後、正側から0Vを経て負側に徐々に下降させた場合に得られる、電圧の変化に対する電流の変化を示す電流-電圧曲線において、電圧の上昇時のピーク数と電圧の下降時のピーク数とが異なる。
【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、ペロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電膜とをこの順に備えた圧電積層体であって、
前記圧電膜上に上部電極層を形成し、前記上部電極層と前記下部電極層との間に印加する電圧を掃引させた場合であって、前記下部電極層を接地して、前記上部電極層を駆動電極として、前記圧電膜への印加電圧を０Ｖから正側に徐々に上昇させた後、正側から０Ｖを経て負側に徐々に下降させた場合に得られる、前記電圧の変化に対する電流の変化を示す電流－電圧曲線において、前記電圧の上昇時のピーク数と前記電圧の下降時のピーク数とが異なる、圧電積層体。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記電流－電圧曲線における、前記電圧の上昇時のピーク半値幅をＷｕとし、前記電圧の下降時のピーク半値幅をＷｄとした場合に、Ｗｕ≧１．５×Ｗｄである、請求項１に記載の圧電積層体。
【請求項３】
前記電圧の上昇時のピーク数をＮＡとし、前記電圧の下降時のピーク数をＮＢとした場合に、ＮＡ＞ＮＢである請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項４】
前記電圧の上昇時のピーク数ＮＡが前記電圧の下降時のピーク数ＮＢより１大きい、請求項３に記載の圧電積層体。
【請求項５】
前記電圧の上昇時のピーク数ＮＡが３であり、前記電圧の下降時のピーク数ＮＢが２である、請求項３に記載の圧電積層体。
【請求項６】
前記ペロブスカイト型酸化物が、
Ｐｂ
ａ
｛（Ｚｒ
ｘ
Ｔｉ
１－ｘ
）
１－ｙ
Ｍ
ｙ
｝Ｏ
３
ＭはＶ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｍｏ及びＷからなる群より選ばれる金属元素であり、
０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、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７】
前記ＭがＮｂであり０．０８≦ｙ≦０．１５を満たす、請求項６に記載の圧電積層体。
【請求項８】
前記圧電膜は、後方散乱電子回折法により取得される結晶粒径分布において、結晶粒径の面積比によって加重平均した平均粒径が０．３μｍ以上である、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項９】
前記下部電極層と前記圧電膜との間に、前記ペロブスカイト型酸化物と格子整合するシード層を備えている、請求項１又は２に記載の圧電積層体。
【請求項１０】
前記シード層は、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９に記載の圧電積層体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 1,300 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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
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】
【０００５】
デバイス動作及び信頼性の観点から、さらなる高耐電圧及び高信頼性の圧電膜が望まれており、組成のほか表面粗さなどを制御することにより、耐電圧及び信頼性を高めた圧電膜の研究開発が進められている。
【０００６】
本開示の技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりもさらに高い耐電圧及び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】
【０００７】
本開示の圧電積層体は、基板上に、下部電極層と、ペロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電膜とをこの順に備えた圧電積層体であって、
圧電膜上に上部電極層を形成し、上部電極層と下部電極層との間に印加する電圧を掃引させた場合であって、下部電極層を接地して、上部電極層を駆動電極として、圧電膜への印加電圧を０Ｖから正側に徐々に上昇させた後、正側から０Ｖを経て負側に徐々に下降させた場合に得られる、電圧の変化に対する電流の変化を示す電流－電圧曲線において、電圧の上昇時のピーク数と電圧の下降時のピーク数とが異なる。
【０００８】
電流－電圧曲線における、電圧の上昇時のピーク半値幅をＷｕとし、電圧の下降時のピーク半値幅をＷｄとした場合に、Ｗｕ≧１．５×Ｗｄであることが好ましい。
【０００９】
電圧の上昇時のピーク数をＮＡとし、電圧の下降時のピーク数をＮＢとした場合に、ＮＡ＞ＮＢであることが好ましい。
【００１０】
電圧の上昇時のピーク数ＮＡが、電圧の下降時のピーク数ＮＢより１大きいことが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許