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公開番号2025154697
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024057841
出願日2024-03-29
発明の名称圧電薄膜、圧電薄膜素子、及び圧電トランスデューサ
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10N 30/853 20230101AFI20251002BHJP()
要約【課題】-e_31,f/ε₀ε_rと表される性能指数が大きい圧電薄膜を提供すること。
【解決手段】圧電薄膜は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含む。金属酸化物は、第1成分及び第2成分を含む。第1成分は、成分αのみ、又は成分α及び成分βの両方である。成分αは、一つ以上の3価元素E^ATRを含むBiE^ATRO₃である。一つ以上の3価元素E^ATRは、Feを含む。成分βは、一つ以上の2価元素E^AD及び一つ以上の4価元素E^ATEを含むBi(E^AD _0.5E^ATE _0.5)O₃である。第2成分は、複数の元素E^Bを含むBiE^BO₃である。複数の元素E^Bは、2価元素を含む。更に、複数の元素E^Bは、3価元素、4価元素、5価元素、及び6価元素からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む。複数の元素E^Bの価数の平均値は、3である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含む圧電薄膜であって、
前記金属酸化物は、第１成分及び第２成分を含み、
前記第１成分は、成分αのみ、又は前記成分α及び成分βの両方であり、
前記成分αは、一つ以上の３価元素Ｅ
ＡＴＲ
を含むＢｉＥ
ＡＴＲ
Ｏ
３
であり、
前記一つ以上の３価元素Ｅ
ＡＴＲ
は、Ｆｅを含み、
前記成分βは、一つ以上の２価元素Ｅ
ＡＤ
及び一つ以上の４価元素Ｅ
ＡＴＥ
を含むＢｉ（Ｅ
ＡＤ
０．５
Ｅ
ＡＴＥ
０．５
）Ｏ
３
であり、
前記第２成分は、複数の元素Ｅ
Ｂ
を含むＢｉＥ
Ｂ
Ｏ
３
であり、
前記複数の元素Ｅ
Ｂ
は、
２価元素と、
３価元素、４価元素、５価元素、及び６価元素からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素と、
を含み、
前記複数の元素Ｅ
Ｂ
の価数の平均値は、３である、
圧電薄膜。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記一つ以上の２価元素Ｅ
ＡＤ
は、Ｚｎ及びＭｇのうち少なくとも一つであり、
前記一つ以上の４価元素Ｅ
ＡＴＥ
は、Ｔｉ及びＺｒのうち少なくとも一つである、
請求項１に記載の圧電薄膜。
【請求項３】
前記複数の元素Ｅ
Ｂ
は、
Ｚｎと、
Ｎｂ及びＴａのうち少なくとも一つと、
を含む、
請求項１に記載の圧電薄膜。
【請求項４】
前記金属酸化物の少なくとも一部は、正方晶である、
請求項１に記載の圧電薄膜。
【請求項５】
エピタキシャル膜である、
請求項１に記載の圧電薄膜。
【請求項６】
強誘電性薄膜である、
請求項１に記載の圧電薄膜。
【請求項７】
請求項１に記載の圧電薄膜を備える、
圧電薄膜素子。
【請求項８】
結晶質基板と、
前記結晶質基板に直接又は間接的に重なる前記圧電薄膜と、
を備える、
請求項７に記載の圧電薄膜素子。
【請求項９】
結晶質基板と、
前記結晶質基板に直接又は間接的に重なる電極層と、
前記電極層に直接又は間接的に重なる前記圧電薄膜と、
を備える、
請求項７に記載の圧電薄膜素子。
【請求項１０】
電極層と、
前記電極層に直接又は間接的に重なる前記圧電薄膜と、
を備える、
請求項７に記載の圧電薄膜素子。
（【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、圧電薄膜、圧電薄膜素子、及び圧電トランスデューサに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ウェアラブルデバイス、ヘルスケア、スマートフォン、コネクテッドカー、スマートシティ、及びスマートホーム等の様々な技術の発展及び普及に伴い、これらの技術に応用される小型の圧電薄膜素子（圧電体として薄膜を含む素子）の需要が高まっている。（下記特許文献１、下記非特許文献１及び２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５８３２０９１号公報
【非特許文献】
【０００４】
Asif Ali et al., Dielectric properties of Bi(M2/3Nb1/3)O3(M = Ni, Mg, Zn) ceramics, J Mater Sci: Mater Electron (2022) 33:15067-15073.
Zenghui Liu et al., Micro-/nanodomains and their switching in a highCurie-temperature ferroelectric single crystal of Bi(Zn2/3Nb1/3)O3-PbTiO3,Ceramics International 44 (2018) S189-S194.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電薄膜の性能指数の一つは、－ｅ
３１，ｆ
／ε
０
ε
ｒ
と表される。－ｅ
３１，ｆ
（単位：Ｃ／ｍ
２
）は、圧電薄膜の長さ横振動（面内振動）の圧電応力定数である。ε
０
は、真空の誘電率（８．８５４×１０
－１２
Ｆｍ
－１
）である。ε
ｒ
（単位：無し）は、圧電薄膜の比誘電率である。
【０００６】
本開示の一側面の目的は、－ｅ
３１，ｆ
／ε
０
ε
ｒ
と表される性能指数が大きい圧電薄膜、圧電薄膜を含む圧電薄膜素子、及び圧電薄膜又は圧電薄膜素子を含む圧電トランスデューサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例えば、下記［１］～［１７］の通り、本開示の一側面は、圧電薄膜、圧電薄膜素子、及び圧電トランスデューサに関する。
【０００８】
［１］ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含む圧電薄膜であって、
前記金属酸化物は、第１成分及び第２成分を含み、
前記第１成分は、成分αのみ、又は前記成分α及び成分βの両方であり、
前記成分αは、一つ以上の３価元素Ｅ
ＡＴＲ
を含むＢｉＥ
ＡＴＲ
Ｏ
３
であり、
前記一つ以上の３価元素Ｅ
ＡＴＲ
は、Ｆｅを含み、
前記成分βは、一つ以上の２価元素Ｅ
ＡＤ
及び一つ以上の４価元素Ｅ
ＡＴＥ
を含むＢｉ（Ｅ
ＡＤ
０．５
Ｅ
ＡＴＥ
０．５
）Ｏ
３
であり、
前記第２成分は、複数の元素Ｅ
Ｂ
を含むＢｉＥ
Ｂ
Ｏ
３
であり、
前記複数の元素Ｅ
Ｂ
は、
２価元素と、
３価元素、４価元素、５価元素、及び６価元素からなる群より選ばれる少なくとも一つの元素と、
を含み、
前記複数の元素Ｅ
Ｂ
の価数の平均値は、３である、
圧電薄膜。
【０００９】
［２］前記一つ以上の２価元素Ｅ
ＡＤ
は、Ｚｎ及びＭｇのうち少なくとも一つであり、
前記一つ以上の４価元素Ｅ
ＡＴＥ
は、Ｔｉ及びＺｒのうち少なくとも一つである、
［１］に記載の圧電薄膜。
【００１０】
［３］前記複数の元素Ｅ
Ｂ
は、
Ｚｎと、
Ｎｂ及びＴａのうち少なくとも一つと、
を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）、
［１］又は［２］に記載の圧電薄膜。
（【００１１】以降は省略されています）

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