專利名稱：壓電性薄膜元件及壓電性薄膜元件的制造方法、壓電薄膜設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了鈮酸鋰鉀鈉的壓電性薄膜元件及其制造方法、以及壓電薄膜設(shè)備。
背景技術(shù)：
壓電體根據(jù)各種目的被加工成各種壓電元件、作為施加電壓使之產(chǎn)生變形的執(zhí)行 器和由壓電元件的變形產(chǎn)生電壓的傳感器等功能性電子零部件而被廣泛使用。作為用于執(zhí) 行器和傳感器用途的壓電體，熟知的是具有高壓電特征的鉛系介電體。尤其是被稱為PZT 的Pb (Zr1^xTix) O3系的鈣鈦礦型強(qiáng)介電體，迄今為止已被廣泛應(yīng)用。通常，這些壓電體通過 燒結(jié)壓電材料的氧化物而形成。另一方面，近些年出于對(duì)環(huán)境的關(guān)注，期望開發(fā)不含鉛的壓電體，對(duì)鈮酸鋰鉀鈉 (通式(NaxKyLiz)Nb03(0 < χ < 1,0 < y < 1,0 < ζ < l,x+y+z = 1)等的開發(fā)也在發(fā)展。 對(duì)于該鈮酸鋰鉀鈉而言，由于其有著匹敵PZT的壓電特性，作為非鉛壓電材料的有力候補(bǔ) 而被期待?，F(xiàn)在，隨著各種電子零部件的小型且高性能化的發(fā)展，對(duì)于壓電元件也在強(qiáng)烈地 尋求小型化和高性能化。然而，對(duì)于根據(jù)以作為現(xiàn)有制法的燒結(jié)法為中心的制造方法制成 的壓電體而言，如果其厚度為尤其是IOym以下，接近構(gòu)成材料的晶粒的大小，該影響變得 不能無視。因此，發(fā)生了特性的偏差及劣化變得顯著等問題。為了避開該問題，近些年一直 研究代替燒結(jié)法、使用了薄膜技術(shù)等的壓電體的制造方法。最近，由RF濺射法形成的PZT壓電性薄膜作為高精細(xì)、高速噴墨打印機(jī)頭用執(zhí)行 器和小型、低價(jià)格的陀螺儀傳感器而被實(shí)用化(例如參照專利文獻(xiàn)1、非專利文獻(xiàn)1)。而 且，也提出了采用不使用鉛的鈮酸鋰鉀鈉的壓電薄膜的壓電薄膜元件的方案(例如參照專 利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-286953號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-19302號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2007-184513號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 中村僖良主編壓電材料的高性能化及尖端應(yīng)用技術(shù)(科學(xué)與技術(shù) 期刊2007年)

發(fā)明內(nèi)容
通過形成作為壓電性薄膜的非鉛壓電性薄膜，能夠制備環(huán)境負(fù)荷小的高精細(xì)、高 速噴墨打印機(jī)頭及小型、低價(jià)格的陀螺儀傳感器。作為該具體的候補(bǔ)，鈮酸鋰鉀鈉的薄膜化 的基礎(chǔ)研究也在發(fā)展。然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)尚不能穩(wěn)定地提供滿足性能要求的非鉛系壓電 性薄膜元件及壓電薄膜設(shè)備。本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種滿足性能要求的非鉛系壓電性薄膜元
4件及其制造方法、以及壓電薄膜設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種壓電性薄膜元件，其具有基板及在所述基 板上以濺射法成膜的、以由(NaxKyLiz)NbO3(C)彡χ彡1，0彡y彡1,0 ^ ζ ^ 0. 2,x+y+z = 1) 表示的鈣鈦礦型氧化物為主相的壓電性薄膜，該壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1. 6GPa 以下。而且優(yōu)選對(duì)應(yīng)于所述基板厚度的增減率而增減的所述基板的翹曲形狀的曲率半 徑的增減率，為所述基板的厚度的增減率的二倍以上。而且優(yōu)選所述基板和所述壓電性薄膜之間具有控制所述壓電性薄膜的取向的基
底層ο而且優(yōu)選所述基底層為沿(111)面取向形成的Pt薄膜。而且優(yōu)選所述基板和所述基底層之間形成有下部電極層，所述下部電極層和所 述基板間形成有粘接層，所述粘接層或所述基底層或所述兩種層的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為 1. 6GPa 以下。而且優(yōu)選所述壓電性薄膜的曲率半徑為0. 8m以上。而且優(yōu)選在所述壓電性薄膜上形成有上部電極，所述基板和所述壓電性薄膜之間 形成有下部電極層，所述下部電極層或所述上部電極層或兩電極層的曲率半徑為0. 8m以上。而且優(yōu)選所述壓電性薄膜在Ar氣或在Ar氣中混合有氧的混合氣體氣氛下成膜， 所述壓電性薄膜中含有Ar。而且優(yōu)選所述基板為帶有氧化膜的Si基板。而且優(yōu)選在所述壓電性薄膜元件的制造方法中，將所述壓電性薄膜的曲率的絕對(duì) 值控制在0. 15m-1以下、優(yōu)選0. 07m-1以下的范圍。而且優(yōu)選在所述壓電性薄膜元件的制造方法中，將所述壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的 絕對(duì)值控制在0. 9GPa以下、優(yōu)選0. 45GPa以下的范圍。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式，提供一種具有上述壓電性薄膜元件及電壓施加機(jī)構(gòu) 或電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)的壓電薄膜設(shè)備。優(yōu)選壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力通過所述成膜時(shí)的濺射施加功率來控制。而且，壓電 性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力也可通過所述基板的選定來控制，也可通過在所述壓電性薄膜成膜后實(shí) 施的熱處理的熱處理溫度來控制。優(yōu)選在所述壓電性薄膜元件中，當(dāng)所述基板的厚度為0. 3mm時(shí)，所述基板的曲率 半徑為0.8m以上。而且，所述壓電性薄膜的一部分也可含有具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABO3的晶體層、ABO3 的非晶體層、或混合ABO3的晶體和非晶體的混合層中的任一種。其中，A為選自Li、Na、K、 La、Sr、Nd、Ba、Bi 中的一種以上的元素，B 為選自 Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta、In 中的一 種以上的元素，0為氧。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供滿足要求性能的非鉛系壓電性薄膜元件。


圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有下部電極層、壓電性薄膜的壓電性薄膜元件的說明圖，(a)為表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)的截面圖、(b)為表示拉伸應(yīng)力狀態(tài)的截面圖。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件的X射線衍射譜圖的圖。圖3為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的KNN壓電性薄膜的由光杠桿法得到的翹曲形 狀測(cè)定結(jié)果的圖，(a)為翹曲形狀為凸的情況、(b)為翹曲形狀為凹的情況。圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的KNN壓電性薄膜的由光杠桿法得到的內(nèi)部應(yīng)力與 濺射施加功率的相關(guān)圖。圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的在不同基板上成膜的KNN壓電性薄膜的特性比較 圖，(a)為曲率半徑的比較圖、(b)為內(nèi)部應(yīng)力的比較圖。圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的溫度特性圖。圖7為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力與成膜后進(jìn)行的熱處 理的溫度的相關(guān)圖。圖8為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有下部電極層、LNO基底層、KNN壓電性薄膜及 上部電極層的壓電性薄膜元件的說明圖，(a)為表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)的截面圖、(b)為表示拉 伸應(yīng)力狀態(tài)的截面圖。圖9為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的具有下部電極層、各種基底層、KNN壓電性薄膜及 上部電極層的壓電性薄膜元件的說明圖，(a)為表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)的截面圖，(b)為表示拉 伸應(yīng)力狀態(tài)的截面圖。圖10為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件中，施加電壓為20V時(shí)的基板 的翹曲量(曲率)與壓電常數(shù)的相關(guān)圖。圖11為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件中，施加電壓為2V時(shí)的基板 的翹曲量(曲率)與壓電常數(shù)的相關(guān)圖。圖12為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件中，施加電壓為20V時(shí)的內(nèi)部 應(yīng)力與壓電常數(shù)的相關(guān)圖。圖13為在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件中，施加電壓為2V時(shí)的內(nèi)部 應(yīng)力與壓電常數(shù)的相關(guān)圖。圖14為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電薄膜設(shè)備的概略構(gòu)成圖。符號(hào)說明1為Si基板；2為粘接層；3為下部電極層；4為壓電性薄膜；5為上部電極層；6為 LNO基底層；7為各種基底層；8為壓電性薄膜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及KNN((K，Na)NbO3)壓電薄膜。內(nèi)部應(yīng)力小的材料介電常數(shù)低，其結(jié)果 是壓電常數(shù)小。而且，通過使內(nèi)部應(yīng)力變大，可得到使壓電特性提高的材料。此外，KNN壓電 薄膜與現(xiàn)有鉛系壓電材料(例如PZT等)不僅組成不同，在內(nèi)部應(yīng)力與壓電常數(shù)的關(guān)系中， 也不能保證表示出與鉛系壓電材料相同的行為。熟知的是薄膜與塊體材料的物性不同，如 果不對(duì)薄膜內(nèi)部應(yīng)力和壓電特性的關(guān)系進(jìn)行具體地、實(shí)際地分析，就不能了解它們的關(guān)系。于是，本發(fā)明人為了研究明白KNN壓電薄膜中內(nèi)部應(yīng)力和壓電常數(shù)的相關(guān)關(guān)系， 進(jìn)行了 KNN壓電薄膜的制作條件的最優(yōu)化及應(yīng)力分析。其結(jié)果是，判定了在KNN壓電薄膜 中，內(nèi)部應(yīng)力對(duì)其壓電特性的影響很大。因此，也判明了內(nèi)部應(yīng)力為零有助于壓電特性的提聞。本發(fā)明人基于上述認(rèn)識(shí)，完成了本發(fā)明。以下說明本發(fā)明涉及的壓電性薄膜元件的一個(gè)實(shí)施方式。在這之前，研究影響壓 電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的壓電性薄膜元件的制作條件。對(duì)于非鉛系壓電性薄膜元件，為使每個(gè)元件都滿足所要求的性能且穩(wěn)定地生產(chǎn)， 需要管理和控制壓電性薄膜的殘留應(yīng)力(內(nèi)部應(yīng)力)。其理由如下所述。由壓電性薄膜施與的內(nèi)部應(yīng)力中，存在拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力。拉 伸應(yīng)力為為了剝離膜而作用的應(yīng)力，壓縮應(yīng)力與其相反。如果內(nèi)部應(yīng)力過大，成為膜剝離的 原因或生成裂紋，對(duì)其上帶有的上部電極層造成不良影響。壓電性薄膜的翹曲形狀在Si基板等與鈮酸鋰鉀鈉膜(包括鈮酸鉀鈉)的熱膨脹系數(shù)不同的基板上，如果 不考慮該熱膨脹系數(shù)差而形成下部電極層，在其上部形成鈮酸鋰鉀鈉膜，則該膜為翹曲形 狀。即，帶有壓電性薄膜的基板具有所不期望的翹曲。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，由于沒有研究翹曲形狀和內(nèi)部應(yīng)力的巨大影響而形成，在制 作元件時(shí)形成的每個(gè)鈮酸鋰鉀鈉膜的翹曲形狀很多情況下各不相同。實(shí)際上，該鈮酸鋰鉀 鈉膜的翹曲形狀為凹狀、凸?fàn)畹雀鞣N形狀。以下，將鈮酸鋰鉀鈉簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)KNN，將鈮酸鉀鈉簡(jiǎn) 稱為KNN。認(rèn)為對(duì)于LKNN膜翹曲形狀為凹狀、凸?fàn)畹雀鞣N形狀的理由而言，原因?yàn)槿缦碌?(1)由于LKNN膜、基板及下部電極層的伸縮溫度系數(shù)不同，在形成薄膜時(shí)的溫度和室溫的 差異導(dǎo)致膜與基板的收縮不同，(2)或是由于在晶體化溫度以上成膜時(shí)，伴隨晶體成長(zhǎng)發(fā)生 急劇的晶格收縮和膨脹，導(dǎo)致引力在晶粒間產(chǎn)生作用，(3)此外，通過增加濺射成膜時(shí)的施 加功率(Power)，通過Ar離子(以下以Ar+表示)等能量粒子的沖擊，很多濺射粒子被打入 到晶界，其結(jié)果是形成致密的膜，產(chǎn)生在面內(nèi)伸展的力而導(dǎo)致形成凸形狀。由此，誘發(fā)在上 部形成的LKNN膜的翹曲?；宓倪x定因此，首先研究LKNN膜和基板的熱膨脹系數(shù)的差。于是，進(jìn)行了關(guān)于選定在成膜 時(shí)使壓電性薄膜的曲率變大(翹曲量少)的基板的研究。作為選定方法，首先，選擇具有與塊體LKNN的熱膨脹系數(shù)相近的值的基板。作為 這種基板的候選優(yōu)選Mg0、Si、Ge、Al203、SrTi03、石英等晶體或非晶體或它們的復(fù)合體等。對(duì) 于在這些基板上形成下部電極層、在其上部形成LKNN膜的元件而言，比較各自的翹曲量， 選定翹曲量確實(shí)小的基板。成膜條件而且，為了進(jìn)一步確定地降低LKNN膜的內(nèi)部應(yīng)力，在上述實(shí)例的方式中，對(duì)于成 膜溫度、濺射中使用的氣體的種類及壓力、真空度及施加功率，可找出使翹曲量變小的制作 條件，謀求最優(yōu)化。通過根據(jù)每個(gè)裝置和環(huán)境多方面地研究這些條件，能夠形成低內(nèi)部應(yīng)力 的LKNN薄膜。下部電極層的表面平坦化之后，為了使LKNN膜的內(nèi)部應(yīng)力均一且形變小，對(duì)作為基底的Pt下部電極層的表 面進(jìn)行平坦化的研究。作為該方法，嚴(yán)格控制Pt下部電極層的膜厚，使Pt下部電極層的表面凹凸變小。而且，對(duì)于作為多晶的Pt下部電極層，通過控制以使形成的晶粒的粒徑均一， 使施加于晶粒間的力均勻地分散。作為結(jié)果，如果LKNN膜在經(jīng)粒子粒徑均一化處理的下部 電極層的上部形成，能夠期待由于界面的應(yīng)力緩和而降低壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的效果。根據(jù)上述的對(duì)影響壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的壓電性薄膜元件的制作條件進(jìn)行研 究的結(jié)果，說明本發(fā)明涉及的壓電性薄膜元件的一個(gè)實(shí)施方式。本發(fā)明人深入研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)能夠根據(jù)元件的制作條件控制所述壓電性薄膜的 內(nèi)部應(yīng)力。此處元件的制作條件是指對(duì)成膜時(shí)的濺射施加功率、成膜后的熱處理溫度進(jìn)行 合適地控制。而且合適地選擇作為壓電性薄膜元件的構(gòu)成材料的基板、上部和下部電極、粘 接層、基底層、壓電性薄膜等。以下，對(duì)通過各制作條件控制壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的壓電 性薄膜元件進(jìn)行說明。壓電性薄膜元件本實(shí)施方式的壓電性薄膜元件具有基板、在該基板上形成的下部電極層、在該下 部電極層上形成的壓電性薄膜。所述壓電性薄膜為以鈣鈦礦型氧化物為主相的壓電性薄 膜。根據(jù)實(shí)施方式，所述基板在其表面也可具有氧化膜。另外，根據(jù)實(shí)施方式，也存在所述 下部電極層以規(guī)定的方向取向而形成，所述壓電性薄膜相對(duì)于所述下部電極層以規(guī)定的方 向取向的情況。而且根據(jù)實(shí)施方式，對(duì)于所述壓電性薄膜元件，也存在包含直至所述壓電性 薄膜上形成的上部電極層的情況。這種情況下，也存在不含上部電極層而包含直至壓電性 薄膜的元件被稱為帶有壓電性薄膜的基板的情況。而且也存在不含壓電性薄膜而包含直至 下部電極層的元件被稱為帶有下部電極層的基板的情況?；宓倪x定作為所述基板，可列舉出Si基板、MgO基板、ZnO基板、SrTiO3基板、SrRuO3基板、 玻璃基板、石英玻璃(SiO2)基板、GaAs基板、GaN基板、藍(lán)寶石基板、Ge基板、不銹鋼基板等。 尤其優(yōu)選低價(jià)格且工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用的Si基板。而且，Si基板等的表面上也可形成有氧化膜。硅基板等的表面上形成的所述氧化膜可列舉出通過熱氧化形成的熱氧化膜和通 過例如CVD (化學(xué)氣相沉積)法形成的Si氧化膜等。此外，也可不形成所述氧化膜，在石英 玻璃(SiO2)、Mg0、SrTi03、SrRuO3基板等氧化物基板上直接形成Pt電極等的下部電極層。通過選定上述基板材料，能夠控制基板上部形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。基板厚度及曲率半徑不只是選定基板材料，通過選定基板的厚度或基板的曲率半徑也能控制壓電性薄 膜的內(nèi)部應(yīng)力?；宓暮穸仍胶駝t曲率半徑(翹曲量)越大，厚度越薄則曲率半徑越小。當(dāng)基板厚度為0. 3mm時(shí)，所述基板的曲率半徑最小為0. 8m,因此為了能夠控制壓 電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力，優(yōu)選基板的厚度為0. 3mm時(shí)曲率半徑為0. 8m以上(實(shí)施例2)。而且優(yōu)選對(duì)應(yīng)于所述基板厚度的增減率而增減的所述基板的翹曲形狀的曲率半 徑的增減率為所述基板厚度的增減率的二倍以上。根據(jù)后述實(shí)施例1中所示的式(1)，如果楊氏模量E、泊松比ν及形成于上部的壓 電薄膜的厚度t取一定值，壓電薄膜的內(nèi)部應(yīng)力ο、基板厚度h及曲率半徑R的增減率能夠 通過微分以以下的方式表示。此時(shí)曲率半徑R為絕對(duì)值。Δ σ / σ = 2 Δ h/h_ Δ R/R
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AR/R 彡 2Ah/h 時(shí)，由于 2Ah/h_AR/R 彡 0，因此 Δ σ/σ <0。如上式所示，通過使曲率半徑的增減率(AR/R)大于基板厚度的增減率的2倍 (2 Δ h/h)，能夠控制內(nèi)部應(yīng)力的變化(Δ σ/σ)向負(fù)方向進(jìn)行。因此，通過使基板的翹曲形 狀的曲率半徑的增減率為基板的厚度的增減率的兩倍以上，能夠更適當(dāng)?shù)乜刂苹迳喜啃?成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。即，能夠使內(nèi)部應(yīng)力大的壓電薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值變小。 其結(jié)果是，能夠通過降低KNN薄膜的內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)一步提高壓電特性(實(shí)施例6的圖12、圖 13)。下部電極層、上部電極層、粘接層及基底層優(yōu)選所述下部電極層、所述上部電極層或兩電極層的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1. 6GPa 以下。而且優(yōu)選在所述下部電極層和所述基板之間配置粘接層時(shí)、在所述下部電極層和 所述壓電性薄膜之間配置基底層時(shí)，配置的所述粘接層或所述基底層或所述兩種層的內(nèi)部 壓力的絕對(duì)值為1. 6GPa以下。之所以規(guī)定使該電極、粘接層及基底層等的曲率半徑落入與壓電性薄膜的曲率半 徑(1.6GPa以下)相同的范圍，是因?yàn)榧词故菑碾姌O、粘接層及基底層等方面進(jìn)行限制，也 能使壓電性薄膜要求的曲率半徑滿足壓電性薄膜所要求的曲率半徑。而且，由于通過基板 能夠控制的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力為最大1. 5GPa以下(實(shí)施例2)，如果使電極、粘接層及 基底層的內(nèi)部應(yīng)力至少為1.6GPa以下，能夠得到滿足要求性能的壓電性薄膜元件。而且優(yōu)選所述下部電極層為由Pt或以Pt為主成分的合金構(gòu)成的電極層，或包含 該以Pt為主成分的電極層的層疊結(jié)構(gòu)的電極層?；蛘?，優(yōu)選所述下部電極層為由Ru、Ir、 Sn、In或其氧化物構(gòu)成的電極層，或包含這些與所述壓電性薄膜中所含元素的化合物的層 的層疊結(jié)構(gòu)的電極層。通過使用作為上述壓電性薄膜元件的下部電極的Pt電極、Pt合金或其他，或通過 使用作為上述下部電極的Ru、Ir或其氧化物或Pt與壓電性薄膜中含有的元素的化合物，能 夠控制在下部電極的上部形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。而且，對(duì)于所述Pt下部電極層而言，優(yōu)選沿(111)面取向形成。通過取向形成下 部電極層，能夠控制在下部電極的上部形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。通過沿(111)面高 取向的Pt薄膜而形成Pt下部電極層，由此Pt下部電極層能起到作為控制壓電性薄膜的取 向的基底層(取向控制層)的作用。而且，優(yōu)選所述下部電極層通過濺射法成膜。使用濺射法，在比室溫高的溫度下 成膜的下部電極的表面形狀為凹狀，為拉伸應(yīng)力的狀態(tài)，曲率半徑變大，能夠使內(nèi)部應(yīng)力變 小。另一方面，室溫下成膜的下部電極的表面形狀為凸?fàn)?，為壓縮應(yīng)力狀態(tài)，曲率半徑變小， 不能使內(nèi)部應(yīng)力變小。因此，通過使下部電極層取向形成，或是通過使用濺射法在比室溫高 的溫度下成膜，能夠控制在下部電極的上部形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。而且，基板與由Pt或以Pt為主成分的合金形成的電極層之間，也可設(shè)有用于提高 與基板的密合性的粘接層，例如Ti層。通過設(shè)置粘接層能夠控制壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。 因此，通過使用濺射法在比室溫高的溫度下成膜下部電極層，能夠控制在下部電極的上部 形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。而且，通過控制下部電極的膜厚、成膜時(shí)濺射能量和成膜溫 度來成膜，使得下部電極的表面粗糙度中的算術(shù)平均粗糙度Ra為0. 86nm以下，均方根粗糙度Rms在1. Inm以下。由此，能夠抑制壓電常數(shù)的偏差并且得到壓電性薄膜及在壓電性薄 膜上形成的上部電極表面的平坦性優(yōu)良的壓電薄膜設(shè)備。而且，優(yōu)選所述壓電性薄膜的曲率半徑為0. 8m以上?；蛘撸瑑?yōu)選所述下部電極層 或所述上部電極層或兩種電極層的曲率半徑為0. 8m以上。或者，優(yōu)選配置粘接層或基底層 或兩種層，配置而成的所述粘接層或所述基底層或所述兩種層的曲率半徑為0. 8m以上。為 了使壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力為上述的1.6GPa以下，由于與內(nèi)部應(yīng)力的相互關(guān)系，需要滿足 該范圍的曲率半徑(實(shí)施例1的式(1))。如上所述，通過適當(dāng)?shù)剡x定下部、上部電極層、粘接層或基底層，控制壓電性薄膜 的內(nèi)部應(yīng)力為1. 6GPa以下，或控制壓電性薄膜的翹曲形狀為0. 8m以上，能夠防止由于伴隨 內(nèi)部形變的漏電流的增加及壓電性薄膜和電極等的內(nèi)部的裂縫及位于壓電性薄膜與電極 等的界面等的膜剝離導(dǎo)致的有效施加電壓的降低，能夠穩(wěn)定地提供壓電性薄膜元件及壓電 性薄膜設(shè)備。壓電性薄膜所述壓電性薄膜優(yōu)選為以由(NaxKyLiz) NbO3 (0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡ζ彡0.2， x+y+z = 1)表示的鈣鈦礦型氧化物為主相的壓電性薄膜。也可向該壓電性薄膜中摻雜特定 的元素。例如，也可向鈮酸鉀鈉及鈮酸鋰鉀鈉中摻雜規(guī)定量的Ta及V等。對(duì)于所述壓電性 薄膜，使用RF濺射法等濺射法形成。為了得到任意的穩(wěn)定的壓電常數(shù)，優(yōu)選壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1. 6GPa 以下。另外，優(yōu)選壓電性薄膜的曲率半徑為0.8m以上。濺射施加功率所述壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力通過濺射施加功率來控制。如果施加功率小，則元件 的翹曲形狀為凹狀(拉伸應(yīng)力)，如果施加功率大則為凸?fàn)?壓縮應(yīng)力)。例如，在Si基板的場(chǎng)合，施加功率小時(shí)處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)，該內(nèi)部應(yīng)力取正值，如 果施加功率增加，在某個(gè)值附近內(nèi)部應(yīng)力變?yōu)?，如果進(jìn)一步增加則處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，該 內(nèi)部應(yīng)力取負(fù)值。即，對(duì)應(yīng)于濺射施加功率，內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生了零交叉。因此通過使壓電性薄膜成膜時(shí)的濺射施加功率變化，能夠控制壓電性薄膜的內(nèi)部 應(yīng)力，能夠從1. 6GPa控制該內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值。另外，優(yōu)選在所述壓電性薄膜的一部分中含有具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABOue0體層、 ABO3非晶體層、或混合ABO3的晶體及非晶體的混合層中的任一個(gè)。其中，A為選自Li、Na、 K、La、Sr、Nd、Ba、Bi 中的一種以上的元素，B 為選自 Zr、Ti、Mn、Mg、Nb、Sn、Sb、Ta、In 中的 一種以上的元素，0為氧。雖然也可構(gòu)成為包含Pb作為上述A位的壓電材料，但是出于對(duì) 環(huán)境的考慮，要求不含Pb的壓電性薄膜。而且，優(yōu)選所述壓電性薄膜在所述基板的垂直方向上優(yōu)先沿(001)取向。成膜后的熱處理溫度通過使在所述壓電性薄膜成膜后實(shí)施的熱處理的熱處理溫度發(fā)生變化，能夠控制 壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。通過使熱處理溫度增加，能夠使KNN壓電性薄膜由凸?fàn)钕虬紶罴袄鞈?yīng)力狀態(tài)變 化。即，通過使熱處理溫度變化，能夠?qū)NN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力控制到所期望的值。上部電極層
對(duì)于上述實(shí)施方式的帶有壓電性薄膜的基板，通過在所述壓電性薄膜的上部形成 上部電極層，能夠制作低內(nèi)部應(yīng)力(形變)的壓電性薄膜元件。對(duì)于所述上部電極層而言，優(yōu)選為由Pt或以Pt為主成分的合金構(gòu)成的電極層，或 包含這些以Pt為主成分的電極層的層疊結(jié)構(gòu)的電極層?；蛘撸瑑?yōu)選所述上部電極層為Ru、 Ir、Sn、In或其氧化物構(gòu)成的電極層，或者包含這些與所述壓電性薄膜中包含的元素的化合 物的電極層的層疊結(jié)構(gòu)的電極層。如果如上所述上部電極使用與下部電極相同的材料且由濺射形成，由于能夠用與 下部電極層同樣的方法形成上部電極層，實(shí)現(xiàn)了制造工序的簡(jiǎn)化，因此是優(yōu)選的。當(dāng)然，對(duì) 于上部電極層而言，與下部電極層不同，由于無需在其上成膜壓電性薄膜，因此也可使用鋁 (Al)金屬等蒸鍍形成。壓電性薄膜設(shè)備此處的壓電性薄膜設(shè)備是將上述壓電性薄膜元件形成到裝置中而成。如圖14所 示，對(duì)于壓電性薄膜設(shè)備而言，將通過在基板1上設(shè)置粘接層2、下部電極層3、壓電性薄膜 4以及上部電極層5制作而成的壓電性薄膜元件10成型為規(guī)定形狀，在下部電極層3和上 部電極層5之間連接電壓施加機(jī)構(gòu)或電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)11，能夠制作作為各種執(zhí)行器和傳感器 的壓電性薄膜元件。另外，也能夠制作利用表面彈性波的濾波設(shè)備。尤其是通過降低這些壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)壓電性薄膜元件和壓電性薄膜 設(shè)備的壓電特性的提高和穩(wěn)定化，因此能夠廉價(jià)地提供高性能的微型設(shè)備。而且，根據(jù)設(shè)備 不同，從元件強(qiáng)度等的控制的觀點(diǎn)來看，通過增減壓電性薄膜等的膜厚來控制內(nèi)部應(yīng)力，并 且能夠選定楊氏模量等彈性常數(shù)高的基板、實(shí)現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力的最優(yōu)化、提供多種多樣的高性 能的微型設(shè)備。壓電性薄膜元件的制造方法對(duì)于本實(shí)施方式的壓電性薄膜元件而言，通過在基板上形成下部電極層，進(jìn)一步 成膜壓電性薄膜，在其上形成上部電極層而制造。所述壓電性薄膜為L(zhǎng)KNN壓電性薄膜，通 過濺射法成膜。對(duì)于該壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力而言，其絕對(duì)值通過元件的制作條件被控制 在1. 6GPa以下。為了得到壓電性薄膜上述的內(nèi)部應(yīng)力，上述壓電性薄膜成膜時(shí)，可將濺射施加功 率控制在40W至120W的范圍內(nèi)、優(yōu)選將濺射施加功率密度控制在0. 01 Off/mm2至0. 040ff/mm2 的范圍內(nèi)(實(shí)施例1的圖4)。另外，為了得到壓電性薄膜上述的內(nèi)部應(yīng)力，對(duì)于所述壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力而 言，可將所壓電性薄膜成膜后實(shí)施的熱處理的溫度控制在800°C以下、優(yōu)選600°C至750°C 的范圍內(nèi)(實(shí)施例3的圖7)。另外，可將所述壓電性薄膜的曲率的絕對(duì)值控制在0. 15m-1以下、優(yōu)選0. 07m—1以下 的范圍(實(shí)施例6的圖10)。另外，可將所述壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值控制在0. 9GPa以下，優(yōu)選 0. 45GPa以下的范圍(實(shí)施例6的圖12)。實(shí)施方式的效果根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或該上述實(shí)施方式，具有如下的效果。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，合適地管理、選定作為構(gòu)成材料的壓電性薄膜、電極、基板、粘接層、基底層，并且謀求合適材料的制作條件的最優(yōu)化，精密測(cè)定這些的翹曲形 狀等，就可正確地控制元件的內(nèi)部應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過內(nèi)部應(yīng)力控制能 夠?qū)崿F(xiàn)良好的壓電特性。而且能夠?qū)崿F(xiàn)高性能且高信賴性的壓電性薄膜元件，能夠得到制 造中成品率高的高品質(zhì)的壓電性薄膜元件及壓電性薄膜設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件為具有不使用鉛的壓電性薄膜的 壓電性薄膜元件。因此，通過搭載根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓電性薄膜元件，能夠?qū)崿F(xiàn) 降低環(huán)境負(fù)荷且高性能的小型發(fā)動(dòng)機(jī)、傳感器及執(zhí)行器等小型系統(tǒng)裝置，例如MEMS(微機(jī) 電系統(tǒng))等。而且通過使用下部電極層作為基底層、使壓電性薄膜上形成的上部電極構(gòu)成 為規(guī)定的樣式，能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好濾波特性的濾波設(shè)備。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠得到LKNN壓電性薄膜及電極表面平坦性優(yōu)良的壓電 性薄膜元件和壓電性薄膜設(shè)備。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，由基板、下部電極、壓電性薄膜及上部電極的層疊結(jié) 構(gòu)形成的壓電性薄膜元件中，通過控制該壓電性薄膜的翹曲形狀的曲率半徑為0. 8m以上， 或者控制內(nèi)部應(yīng)力在1.6GPa以下，能夠防止由伴隨內(nèi)部形變的漏電流增加、壓電性薄膜和 電極等的內(nèi)部開裂以及位于壓電性薄膜與電極等的界面等的膜剝離導(dǎo)致的有效施加電壓 的降低。而且本發(fā)明的壓電性薄膜通過濺射法成膜。此時(shí)成膜的壓電性薄膜中含有濺射用 氣體。通過控制成膜時(shí)使用的濺射用氣體及其在壓電性薄膜中的含有量也能夠控制壓電性 薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。另外，通過使用作為上述壓電性薄膜元件的下部電極的Pt電極或Pt合金、或其 他，或使用作為上述下部電極的Ru、Ir或其氧化物和Pt與壓電性薄膜中含有的元素的化合 物，能夠控制上部形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。而且，對(duì)于基板，除了 Si，通過也使用MgO 基板、SrTi03基板、玻璃基板、石英玻璃基板、GaAs基板、藍(lán)寶石基板、Ge基板、不銹鋼基板 等，能夠控制其上形成的壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。由此，能夠進(jìn)一步提高壓電特性。實(shí)施例1接著說明本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)施例1對(duì)于實(shí)施例1，通過使施加功率變化控制內(nèi)部應(yīng)力。圖1顯示表示帶有壓電性薄膜的基板的概要的截面圖。在本實(shí)施例中，通過在具 有氧化膜的Si基板1上形成粘接層2，在其上部形成下部電極層3及鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈮酸鉀 鈉(以下記為KNN)的壓電性薄膜4，制作了壓電性薄膜元件(帶有壓電性薄膜的基板)。此 時(shí)，壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)根據(jù)制作條件而變化。圖1(a)中表示翹曲在表面?zhèn)瘸释範(fàn)畹膸в袎弘娦员∧さ幕宓慕孛鎴D。此處所 謂表面?zhèn)仁侵概c基板相反的側(cè)的面。凸?fàn)畋硎緣弘娦员∧ぬ幱谠诿鎯?nèi)向相互推擠方向施加 力的狀態(tài)，即表示處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)。另一個(gè)方面，圖1(b)表示翹曲在表面?zhèn)瘸拾紶畹膸?有壓電性薄膜的基板的截面圖。其表示壓電性薄膜處于在面內(nèi)向相互拉伸方向施加力的狀 態(tài)，表示處于拉伸應(yīng)力的狀態(tài)。帶有壓電性薄膜的基板的制造方法以下敘述帶有壓電性薄膜的基板的制造方法。首先如圖1所示，在Si基板1的表面形成熱氧化膜，在其上形成下部電極層3。下部電極層3由作為粘接層2而形成的Ti膜及該在Ti膜上作為電極層形成的Pt薄膜構(gòu)成。 Pt薄膜也起到作為基底層的作用，此處稱為Pt下部電極層。在本發(fā)明的實(shí)施例的Si基板中使用帶有熱氧化膜的4英寸的Si基板。使用的基 板厚度為0.3mm，(100)面方位。氧化膜的厚度為150nm?？稍赟i基板上經(jīng)濺射法制作厚 度為Inm 20nm的Ti粘接層。Ti粘接層及Pt下部電極層經(jīng)濺射法制作。在成膜Pt下部電極的場(chǎng)合，使用作為 濺射用靶材的Pt金屬靶，濺射用氣體采用100% Ar氣，壓力為2. 5Pa。Pt薄膜形成時(shí)使基 板溫度為300°C進(jìn)行成膜，形成了多晶薄膜的Pt薄膜。作為比較例，Pt薄膜形成時(shí)使基板 溫度為常溫進(jìn)行成膜。此外，可將Pt薄膜成膜時(shí)的濺射施加功率控制在65W至100W之間。 在本實(shí)施例中，Ti密合層、Pt薄膜成膜時(shí)的濺射施加功率如果為75W，則膜厚分別形成為 2nm、200nm。由此制作帶有兩種Pt電極的Si基板。之后，在帶有該兩種Pt電極的Si基板的Pt下部電極層上，形成作為壓電性薄膜 4的KNN壓電性薄膜。該KNN壓電性薄膜的成膜也采用濺射法形成。在KNN壓電性薄膜形 成時(shí)，可進(jìn)行基板加熱以將基板溫度控制在600°C 900°C的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，控制 基板溫度為650°C。用混合氣體的等離子體實(shí)施濺射?；旌媳? 1。濺射用靶材 使用(NaxKyLiz)NbO3, χ = 0. 5，y = 0. 5，ζ = 0的燒結(jié)體靶材。進(jìn)行成膜直至膜厚為3 μ m。 在120W的濺射施加功率(Power)下進(jìn)行成膜。另外，使施加功率下降變至50W也可制作成 膜的KNN壓電性薄膜。對(duì)于由此制作的KNN壓電性薄膜，在X射線衍射裝置中研究其晶體 結(jié)構(gòu)。其結(jié)果是，對(duì)于進(jìn)行300°C的基板加熱而形成的實(shí)施例1的Pt薄膜，如圖2的X射 線衍射譜圖(2Θ/Θ掃描測(cè)定)所示，判定在基板表面垂直方向上形成了沿Pt(Ill)面取 向的薄膜。另外，對(duì)于在沿Pt(Ill)取向的Pt薄膜上形成的KNN壓電性薄膜，如圖2所示， 判定沿KNN(OOl)強(qiáng)烈取向。與此相對(duì)，常溫下成膜的Pt膜經(jīng)X射線衍射測(cè)定的研究結(jié)果，能夠確認(rèn)其不存在 特征晶體面的衍射，為非晶態(tài)的。而且，判定在常溫下成膜的Pt薄膜上形成的KNN壓電性 薄膜沒有取向表面，為隨機(jī)的多晶膜。因此，作為Pt薄膜(Pt下部電極層)，優(yōu)選如KNN取 向那樣取向，具體而言具有Pt(Ill)取向。在本實(shí)施例中，對(duì)于變更成膜條件、控制內(nèi)部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜，用光杠桿法 對(duì)其表面翹曲形狀進(jìn)行分析。在本測(cè)定中，對(duì)-IOmm至+IOmm的薄膜范圍以Imm的間距進(jìn) 行掃描，測(cè)定各點(diǎn)的位移量。圖3中表示實(shí)施例1的壓電性薄膜表面的翹曲形狀的測(cè)定結(jié)果。通過對(duì)所得數(shù)據(jù) 用最小二乘法進(jìn)行擬合分析(圖3所示的實(shí)線)求出曲率半徑。其結(jié)果是，在將施加功率設(shè)定為100W進(jìn)行制作的場(chǎng)合，如圖3(a)所示，翹曲形狀 為如圖1 (a)所示的凸?fàn)?，是壓縮應(yīng)力狀態(tài)。此時(shí)，作為翹曲量分析值的曲率半徑R為10. 4m。另一方面，用50W的施加功率成膜的場(chǎng)合，為如圖1 (b)所示的凹狀，為拉伸應(yīng)力狀 態(tài)。該翹曲量的曲率半徑R為10.3m。用此處得到的曲率半徑R能夠求出KNN壓電性薄膜 的面內(nèi)的內(nèi)部應(yīng)力ο。在本實(shí)施例中，基于以下所示的定義式(1)進(jìn)行計(jì)算。σ = Eh2/(1-ν) · 6Rt(1)E為楊氏模量，ν為泊松比，h為基板厚度，t為薄膜的膜厚，R為基板的翹曲量(曲率半徑)，1<<1!<<1 。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參照下述文獻(xiàn)(1)、(2)。(1)須藤一著，殘留應(yīng)力及形變，(內(nèi)田老鶴圃，1988年)(2)吉田貞史著，應(yīng)用物理工程學(xué)叢書3 “薄膜”，(培風(fēng)館，1990年)以所述式(1)為基礎(chǔ)，求出KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。本實(shí)施例中使用的基板 為(IOO)Si晶片。對(duì)于基板的機(jī)械物性值而言，楊氏模量E為130. 8GPa，泊松比V為0.28， 厚度h為0.6mm。而且形成的KNN壓電性薄膜的厚度t為3μπι。以這些為基礎(chǔ)計(jì)算在所述 條件下制作的KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)果，在100W的施加功率下成膜時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力 為0. 351GPa，在50W的施加功率下成膜時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力為0. 353GPa。接著，為了研究相對(duì)于濺射施加功率的KNN壓電性薄膜的上述內(nèi)部應(yīng)力如何變 化，分析了使施加功率在50W至120W變化時(shí)KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。對(duì)于此時(shí)使用的 濺射靶材的尺寸而言，其直徑為50mm，用于成膜的基板為(100)Si。圖4表示該結(jié)果。該圖的縱軸表示內(nèi)部應(yīng)力的值，對(duì)于正負(fù)號(hào)，正的場(chǎng)合表示拉伸 應(yīng)力狀態(tài)，負(fù)的場(chǎng)合表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)。如圖4所示，施加功率為50W時(shí)為拉伸應(yīng)力狀態(tài)，其內(nèi)部應(yīng)力為0.3 0.4GPa?？?以看出，隨著施加功率變大，KNN壓電性薄膜的拉伸應(yīng)力變小。而且可以看出在75W附近KNN 壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力約為0?？梢钥闯鋈绻M(jìn)一步增大施加功率，基板的翹曲形狀為凹狀 向凸?fàn)钭兓?，從拉伸?yīng)力狀態(tài)變?yōu)閴嚎s應(yīng)力狀態(tài)?？梢钥闯?，如果使施加功率增至120W時(shí)， 壓縮應(yīng)力的值增至約0. 6GPa。進(jìn)一步研究的結(jié)果是，為了得到具有+0. 4GPa -0. 6GPa的 內(nèi)部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜，通過在所述壓電性薄膜成膜時(shí)，將施加功率控制在40W至120W 的范圍，優(yōu)選將濺射施加功率密度控制在0. 010ff/mm2至0. 040ff/mm2的范圍內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)。 此處所謂濺射施加功率密度，是指用對(duì)靶材的施加功率除以靶材濺射面的面積所得的值。如上所述，可以看出，KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的控制能夠通過改變?yōu)R射施加功 率來實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，通過將濺射施加功率控制在75W附近，能夠制作低內(nèi)部應(yīng)力的 KNN壓電性薄膜。實(shí)施例2對(duì)于實(shí)施例2而言，通過選擇基板材料控制內(nèi)部應(yīng)力。另外，嘗試使用Si基板以外的基板制作實(shí)施例1的經(jīng)取向的Pt電極上的KNN壓 電性薄膜。由于作為各自的基板的彈性常數(shù)的楊氏模量和泊松比及熱膨脹系數(shù)等不同，認(rèn) 為可預(yù)想形成于其上部形成的KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力會(huì)變化，能夠控制內(nèi)部應(yīng)力。實(shí) 際上，可以看出，變化各種物質(zhì)進(jìn)行研究，KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)在各個(gè)基板上是 不同的。本實(shí)施例2中準(zhǔn)備的基板為Mg0、Si、Ge、SrTi03、Al203及Si02。KNN壓電性薄膜成 膜時(shí)的濺射施加功率為100W。圖5(a)表示在各個(gè)基板上成膜時(shí)的KNN壓電性薄膜的翹曲 形狀。此時(shí)，基板厚度為0. 3mm的Ge基板上成膜的壓電性薄膜具有最小曲率半徑，為0. Sm。 另一方面，可以看出，具有最大曲率半徑的是在基板厚度為0. 6mm的Si基板上成膜的KNN 壓電性薄膜，翹曲量小。 以該結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)果示于圖5 (b)?？梢钥闯?，在本實(shí)施例中，KNN 壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力根據(jù)使用的基板，變化為壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力之一。如圖5(b)所 示，分析帶有壓電性薄膜的基板的內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)果，尤其是使用MgO基板的時(shí)候，KNN壓電
14性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力為壓縮狀態(tài)，為約1.5GPa。而且可以看出，使用Ge基板時(shí)為壓縮應(yīng)力狀 態(tài)，為0. 94GPa，在Al2O3基板中壓縮應(yīng)力為0. 3IGPa0另一方面，可以看出，雖然在使用Si或SiO2等的場(chǎng)合，KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力 為拉伸應(yīng)力狀態(tài)，但該值很小，能夠約為0。如上所述，可以看出通過選擇合適的基板，能夠 制作具有所期望內(nèi)部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜。而且即便是在玻璃基板或SUS基板中，通過 控制KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力也能夠得到同樣的效果。如上所述，可以看出通過選定基板，得到帶有具有所期望的內(nèi)部應(yīng)力的壓電性薄 膜的基板及壓電性薄膜元件。而且，通過將內(nèi)部應(yīng)力控制為1.6GPa以下，作為降低環(huán)境負(fù) 荷的小型發(fā)動(dòng)機(jī)、傳感器以及執(zhí)行器等的小型系統(tǒng)裝置或者濾波裝置，能夠合適地選擇使用。實(shí)施例3對(duì)于實(shí)施例3，通過使溫度變化來控制內(nèi)部應(yīng)力。為了研究?jī)?nèi)部應(yīng)力相對(duì)于KNN壓電性薄膜的溫度的變化，對(duì)于具有實(shí)施例1中所 述的截面結(jié)構(gòu)的KNN壓電性薄膜，研究其翹曲形狀、即內(nèi)部應(yīng)力的溫度變化。圖6中顯示該 溫度特性的結(jié)果。此外，該圖的縱軸為正的場(chǎng)合表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)，負(fù)的場(chǎng)合表示拉伸應(yīng)力 狀態(tài)。在本實(shí)施例3中，對(duì)在75W下形成有KNN膜的元件進(jìn)行評(píng)價(jià)，熱處理在大氣中進(jìn)行。 從本圖可以看出，雖然KNN壓電性薄膜在室溫下為壓縮應(yīng)力狀態(tài)，但通過熱處理可變成拉 伸應(yīng)力狀態(tài)，溫度上升并且拉伸應(yīng)力增大。這表示相對(duì)于Si基板KNN壓電性薄膜的熱膨脹 系數(shù)較大。以該結(jié)果為基礎(chǔ)，能夠定量地估計(jì)壓電性薄膜與Si基板的熱膨脹系數(shù)的差。一 般來說，由熱導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力變化以式子表示如下式(2)所示。σ = Ef(a f-a s) ΔΤ(2)此處Ef是指薄膜的楊氏模量，a f是指薄膜的熱膨脹系數(shù)，a s是基板的熱膨脹系 數(shù)，且△ T為溫度變化值。在本實(shí)施例中，對(duì)于圖6所示的內(nèi)部應(yīng)力的溫度變化，如果采用一 次函數(shù)通過最小二乘法擬合(Fitting)進(jìn)行分析，該直線的斜率為1. HXlO-3GPa-T10其 相當(dāng)于σ/ΔΤ。如果KNN壓電性薄膜的Ef* 110. 7GPa、Si基板的CisSs^XKr6ITSKNN 壓電性薄膜的熱膨脹系數(shù)Cif為1.35 X KT5IT1。作為結(jié)果，可以看出，與基板相比KNN壓電 性薄膜的熱膨脹系數(shù)為約4倍以上。以該指標(biāo)為目標(biāo)，如果考慮基板與壓電性薄膜的組合 進(jìn)行適宜地選擇，熱處理溫度作為KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的控制參數(shù)可能是有用的。因此，為了研究是否也能夠通過膜成形后的熱處理進(jìn)行KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng) 力的控制，在膜形成后，分析從未經(jīng)熱處理的狀態(tài)至進(jìn)行了 750°C熱處理時(shí)KNN壓電性薄膜 的內(nèi)部應(yīng)力。具體而言，在膜形成后一旦降溫至室溫，其后進(jìn)行加熱處理。而且，加熱處理 后的KNN壓電性薄膜再次降溫至室溫后，測(cè)定內(nèi)部應(yīng)力。此時(shí)的熱處理在大氣中進(jìn)行，也可 在O2氣氛或N2氣氛或Ar等惰性氣體中，或含有所述氣體中的至少一種的混合氣體中進(jìn)行。 此外，用于成膜的基板為(100)硅。圖7中顯示其結(jié)果。這里，縱軸的值為正的場(chǎng)合為拉伸應(yīng)力，為負(fù)的場(chǎng)合為壓縮應(yīng) 力。如圖7所示，在80W的濺射施加功率下成膜時(shí)，在不進(jìn)行熱處理的場(chǎng)合，KNN壓電 性薄膜處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，其內(nèi)部應(yīng)力為0至0. 15GPa左右。可以看出，如對(duì)該KNN壓電性 薄膜進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，基板的翹曲形狀會(huì)變化。
如圖7所示，可以看出，在600°C下進(jìn)行熱處理的場(chǎng)合，可以看出有從壓縮應(yīng)力狀 態(tài)向拉伸應(yīng)力狀態(tài)變化的傾向，內(nèi)部應(yīng)力接近0。而且可以看出，如果在比所述溫度高的700°C下進(jìn)行熱處理，基板的凹狀變得顯 著，為約0. 2GPa的拉伸應(yīng)力狀態(tài)?？梢钥闯?，如果在更高的750°C下進(jìn)行熱處理，拉伸應(yīng)力 變大，為0. 4GPa。通過使熱處理溫度從600°C開始增加，能夠使KNN壓電性薄膜從凸?fàn)钕虬?狀及拉伸應(yīng)力狀態(tài)變化。即，通過使熱處理溫度變化，能夠?qū)NN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力控 制為所期望的值。尤其是，可以看出，在制作低內(nèi)部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜的場(chǎng)合，在本實(shí) 施例中，優(yōu)選在600°C附近進(jìn)行溫度控制。因此，為了得到具有0.4GPa以下的內(nèi)部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜，將在所述壓電性 薄膜成膜后實(shí)施的熱處理的溫度控制為800°C以下，為了得到具有-0. IGPa +0. 3GPa的內(nèi) 部應(yīng)力的KNN壓電性薄膜，可將在成膜后實(shí)施的熱處理的溫度控制在600°C至750°C的范圍 內(nèi)。實(shí)施例4對(duì)于實(shí)施例4而言，通過設(shè)置基底層控制薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。圖8中表示實(shí)施例4的壓電性薄膜元件的截面圖。在本實(shí)施例4中，在具有氧化 膜的Si基板上形成有粘接層2的上部，形成基底層6、KNN的壓電性薄膜4及上部電極層5 來制作壓電性薄膜元件，其中的基底層6作為使下部電極層3及KNN的取向性提高的取向 控制層。與實(shí)施例1同樣地，隔著Si基板1上的粘接層2形成下部電極層3使下部電極 層3晶體化形成的Pt(Ill)取向，且在經(jīng)表面平坦化的Pt電極上形成作為基底層6的 LaNiO3(鑭鎳氧化物；LN0)膜。LNO膜在Pt(Ill)上容易地沿(001)面取向。LNO膜也用濺 射法形成。濺射氣體使用Ar+Oj^g合氣體(混合比9 1)。使濺射施加功率為75W成膜 以使膜厚為200nm。進(jìn)行該LNO膜的X射線衍射測(cè)定，判定沿LNO(001)單獨(dú)取向。在該LNO 膜的基底層6上，形成KNN膜的壓電性薄膜。形成條件為與實(shí)施例1同樣的條件。對(duì)于如此形成的KNN壓電性薄膜，判定使用X射線衍射裝置評(píng)價(jià)取向狀態(tài)的結(jié)果， 與實(shí)施例1中形成的KNN壓電性薄膜相比，沿KNN(OOl)較強(qiáng)取向。在本實(shí)施例的場(chǎng)合中， 如圖8 (a)所示，確認(rèn)在形成KNN壓電性薄膜時(shí)，通過使其濺射施加功率大于100W，基板的翹 曲形狀為凸?fàn)?。另外通過使600°C以上的熱處理在大氣中實(shí)施，如圖8(b)所示，確認(rèn)基板的翹曲 形狀為凹狀。對(duì)于以上的元件，經(jīng)光杠桿法分析內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)果，確認(rèn)在使濺射施加功率變 大時(shí)，其內(nèi)部應(yīng)力為壓縮狀態(tài)，應(yīng)力增大至-IGPa左右。另一方面，通過使熱處理溫度增加，拉伸應(yīng)力增大，增大至IGPa左右。如上所述， 可以看出，與實(shí)施例1或3同樣地，能夠控制內(nèi)部應(yīng)力的大小?？梢钥闯?，能夠制作顯示出 所期望的壓電特性的KNN壓電性薄膜。接著，在制成的KNN膜的壓電性薄膜4上形成上部電極層5。上部電極層5的材料 選擇Al，用真空蒸鍍法形成。可以看出，在平坦的壓電性薄膜4的上部形成的上部電極層5 的表面也為與壓電性薄膜4大約同樣的翹曲形狀。實(shí)施例5對(duì)于實(shí)施例5而言，通過改變基底層來控制薄膜的內(nèi)部應(yīng)力。
圖9中表示實(shí)施例5的壓電性薄膜元件的截面圖。在本實(shí)施例5中，在具有氧化 膜的Si基板1上形成有粘接層2的上部，形成有下部電極層3、鈮酸鈉的基底層7、LKNN的 壓電性薄膜8及上部電極層5來制作壓電性薄膜元件。作為基底層7，使用鈮酸鈉(NaNbO3)15而且，對(duì)于本實(shí)施例5而言，壓電性薄膜8使 用向KNN摻雜Li而成的LKNN ((NaxKyLiz) NbO3 (以下記為L(zhǎng)KNN)。雖然LKNN由鋰(Li)、鉀 (K)、鈉(Na)、鈮(Nb)、氧5種元素構(gòu)成，其中如果使用不含鋰、鉀的鈮酸鈉(NaNbO3)作為基 底層，進(jìn)行濺射的腔內(nèi)不存在被壓電性薄膜8的構(gòu)成元素以外的物質(zhì)污染的問題，能夠使 用成膜基底層的同一個(gè)腔來成膜壓電性薄膜，能夠連續(xù)地進(jìn)行基底層、壓電性薄膜的成膜。首先，準(zhǔn)備與實(shí)施例4相同的帶有Pt電極的基板，在其上部形成鈮酸鈉的基底層
7。使用濺射法形成該基底層7。濺射氣體使用々1~+02混合氣體(混合比為8.5 1.5)，RF 功率為100W來進(jìn)行成膜以使膜厚為200nm。如此形成的鈮酸鈉膜用X射線衍射裝置評(píng)價(jià)， 可以看其沿(001)面優(yōu)先取向。之后，在鈮酸鈉膜的基底層7上形成LKNN膜的壓電性薄膜
8。使用濺射法進(jìn)行LKNN壓電性薄膜的成膜。在成膜中進(jìn)行600°C的基板加熱，通過Ar+02 混合氣體(混合比為9 1)的等離子體實(shí)施濺射。靶材使用(NaxKyLiz)NbO3, x = 0. 48，y =0. 48，ζ = 0. 04的燒結(jié)體靶材。在濺射施加功率為100W下實(shí)施成膜，進(jìn)行成膜直至膜 厚為3μπι。使用X射線衍射裝置實(shí)施晶體結(jié)構(gòu)分析，可以看出，LKNN壓電性薄膜沿(110)、 (001)兩個(gè)面取向。對(duì)于本實(shí)施例的元件，使用光杠桿法進(jìn)行內(nèi)部應(yīng)力評(píng)價(jià)。其結(jié)果是，與實(shí)施例4 同樣地，確認(rèn)在增大LKNN濺射施加功率時(shí)，如圖9(a)所示，為凸?fàn)畹膲嚎s應(yīng)力狀態(tài)，增大 至-0. 8GPa左右。另一方面，通過使膜形成后進(jìn)行的熱處理的溫度增加，如圖9(b)所示，變?yōu)榘紶?拉伸應(yīng)力狀態(tài)，增大至0. 8G左右。因此，可以看出，通過濺射施加功率和熱處理溫度等控制 內(nèi)部應(yīng)力的大小，由此能夠制作顯示出所期望的壓電特性的LKNN膜。而且，對(duì)作為基底層的另外幾種材料進(jìn)行研究。其結(jié)果是，除了 NaNb03、LaNiO3以 外，LaA103、SrTiO3、SrRuO3、Laa 6Sr0.4Fe03、Laa 6Sr0.4Co03、KNbO3 也同樣具有控制效果。而且， 使這些層疊(在LaNiO3上形成KNbO3等)、固溶(La(Ni、Al)O3等)也有同樣的效果。以上，與本實(shí)施例4同樣，如果精度良好地控制濺射施加功率和熱處理溫度，能夠 制作低內(nèi)部應(yīng)力的LKNN膜，進(jìn)一步地能夠制作平坦且高取向的壓電性薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)高性 能的壓電性薄膜。接著，在制成的KNN膜的壓電性薄膜8上形成上部電極層5。上部電極層5的材料 選擇Al，使用真空蒸鍍法形成?？梢钥闯觯谄教沟膲弘娦员∧?的上部形成的上部電極層 5的表面也為與壓電性薄膜8大約相同的翹曲形狀。實(shí)施例6對(duì)于實(shí)施例6而言，通過改變壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力來控制壓電常數(shù)。本實(shí)施例6中，在實(shí)施例1所示的Si基板上的KNN壓電性薄膜元件中，對(duì)于有效 壓電常數(shù)，表示出該壓電性薄膜的基板翹曲形狀及內(nèi)部應(yīng)力的合適的值(范圍)。此處測(cè)定的壓電常數(shù)為向膜厚3μπι的KNN壓電性薄膜施加20V的電壓時(shí)的壓電 常數(shù)。圖10中表示作為實(shí)施例之一的基板的翹曲形狀(曲率)與壓電常數(shù)的相關(guān)圖。此時(shí)，圖10的橫軸為曲率半徑R的倒數(shù)，即曲率(1/R)。單位為m、而且，縱軸為
17壓電常數(shù)。作為縱軸的具體例子，可列舉出作為垂直電極面(厚度方向)的伸縮的變化量 的d33或作為沿電極表面方向的伸縮的變化量的d31。此處的壓電常數(shù)的單位為任意單位。之所以使壓電常數(shù)為任意單位，是因?yàn)槿缦?的理由。為了求出壓電常數(shù)，需要壓電薄膜的楊氏模量和泊松比等數(shù)值，但壓電薄膜(壓電 薄膜)的楊氏模量和泊松比的數(shù)值不易求出。尤其是對(duì)于薄膜的場(chǎng)合而言，不同于塊體，由 于受到來自成膜時(shí)使用的基板的影響(約束等)，因此薄膜自身的楊氏模量和泊松比(常 數(shù))的絕對(duì)值(真值)原理上難于求出。因此，使用迄今已知的KNN薄膜的楊氏模量和泊 松比的推定值計(jì)算壓電常數(shù)。因此，由于所得的壓電常數(shù)為推定值，為了維持客觀性而使用 相對(duì)的任意單位。但是，雖然可以說用于算出壓電常數(shù)的KNN薄膜的楊氏模量和泊松比的 值為推定值，某種程度上其是具有信賴性的值，壓電常數(shù)的約70的“任意單位”，大體上可 以說壓電常數(shù)d31為70[-pm/V]。這在后述圖11 圖13中也是共通的。而且，橫軸的符號(hào)為負(fù)的場(chǎng)合表示壓縮應(yīng)力，為正的場(chǎng)合表示拉伸應(yīng)力狀態(tài)。如 該圖所示，可以看出，在壓縮應(yīng)力狀態(tài)的范圍中，壓電常數(shù)隨著曲率接近0 (曲率半徑變大) 而變大。而且相反地、隨著曲率變大(曲率半徑變小)壓電常數(shù)變小。尤其是，如果曲率為 約-0. 15m-1 (曲率半徑為約-6. 7m)，壓電常數(shù)約為0。另一方面，可以看出，在拉伸應(yīng)力狀態(tài) 中，雖然曲率在0附近(曲率半徑大)時(shí)，壓電常數(shù)有略微變大的傾向，但是即使曲率變大， 壓電常數(shù)也不減少。這表示了，壓電常數(shù)對(duì)壓縮應(yīng)力的變化很敏感，基板的翹曲為凸?fàn)顣r(shí)， 該翹曲量(曲率)影響壓電常數(shù)的大小。此外如圖11所示，即使是對(duì)于20V以下的2V施 加電壓的壓電常數(shù)，與內(nèi)部應(yīng)力的相互關(guān)系也得到大約同樣的結(jié)果。因此，在壓縮狀態(tài)中通 過將曲率半徑控制到6. 7m以上，能夠確保所期望的壓電常數(shù)。因此，為了得到具有所期望的壓電常數(shù)的KNN壓電性薄膜元件，可將所述壓電性 薄膜的曲率的絕對(duì)值控制在0. 15m-1以下的范圍內(nèi)，為了得到具有比期望的壓電常數(shù)高的 壓電常數(shù)的KNN壓電性薄膜元件，可將所述壓電性薄膜的曲率的絕對(duì)值控制在0. 07m-1以下 的范圍內(nèi)。之后，圖12表示KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力和壓電常數(shù)的相關(guān)圖。表1表示各樣 品的內(nèi)部應(yīng)力與壓電常數(shù)的測(cè)定值。圖12的橫軸為KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力值。單位 為GPa。而且在橫軸的符號(hào)為負(fù)的場(chǎng)合表示壓縮應(yīng)力狀態(tài)，為正的場(chǎng)合表示拉伸應(yīng)力狀態(tài)。 而且，可以看出，在本實(shí)施例中形成Pt下部電極時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力從該圖可得知，在壓縮應(yīng)力狀 態(tài)中，隨著KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力接近0，壓電常數(shù)變大。而且相反地、隨著內(nèi)部應(yīng)力 變大，壓電常數(shù)變小。尤其是，當(dāng)內(nèi)部應(yīng)力為約0.9GPa時(shí)，壓電常數(shù)為約0。如圖13及表 2所示，即使是對(duì)于20V以下的施加電壓的壓電常數(shù)，與內(nèi)部應(yīng)力的相互關(guān)系也得到大約同 樣的結(jié)果。因此，在壓縮應(yīng)力狀態(tài)中，通過將內(nèi)部應(yīng)力控制為0.9以下，能夠確保所期望的 壓電常數(shù)。即，以本實(shí)施例中所得的相關(guān)關(guān)系為基礎(chǔ)，通過將KNN壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力控 制為最合適的值，能夠制作具有對(duì)于各種設(shè)備來說必要的性能的壓電性薄膜元件。表1 表2 這里，對(duì)于表1及表2所示的樣品1 42而言，以實(shí)施例1記載的條件為基礎(chǔ)制 作。通過控制作為參數(shù)的成膜時(shí)的基板溫度、濺射施加功率、成膜后的熱處理溫度，得到具 有不同內(nèi)部應(yīng)力的樣品。具體而言，基板使用帶有熱氧化膜的Si基板。使用的基板尺寸為 4英寸，基板厚度為0.3mm，(100)面方位。而且使氧化膜的厚度為150nm。在Si基板上設(shè) 有2nm的Ti粘接層，Ti粘接層上形成200nm的Pt薄膜(下部電極層)。Pt下部電極優(yōu)先 向(111)面取向。對(duì)于Ti粘接層及Pt薄膜而言，成膜時(shí)的基板溫度為300°C、濺射用氣體使用100% Ar氣體，在2. 5Pa壓力下成膜。作為壓電性薄膜的KNN膜的厚度為3 μ m。濺射靶材使用KNN燒結(jié)體靶材?？刂瞥赡?時(shí)的基板溫度在600°C 900°C之間，控制能量以使施加功率密度在0. 010W/mm2至0. 040W/ mm2的范圍內(nèi)。對(duì)于濺射用氣體而言，使用Ar+Oj^g合氣體(混合比9 1)，控制壓力在 0.4Pa 1.3Pa之間。將KNN膜的成膜后的熱處理溫度控制在600°C 750°C的范圍。而 且，在本實(shí)施例中，將靶材和基板間的距離(TS間距離)控制在IOOmm 150mm之間。另外，如本實(shí)施例所述，通過濺射用氣體使用含有Ar的氣體的濺射法進(jìn)行成膜， 使壓電性薄膜中含有Ar。如果壓電薄膜中含有Ar，由于Ar具有與構(gòu)成壓電性薄膜的元素 不同的原子半徑，因此存在Ar侵入到壓電薄膜的晶格間或者置換構(gòu)成壓電薄膜的元素，在 壓電薄膜中存在產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力的情形。在這樣的情形下，通過適宜地控制施加功率和TS間 距、氣體混合比，使壓電性薄膜中的Ar含有量在規(guī)定的范圍內(nèi)，控制壓電性薄膜的翹曲量。 在本實(shí)施例的壓電性薄膜元件中，Ar含有量以質(zhì)量比記為SOppm以下。此外，對(duì)含有Ar的 KNN壓電薄膜的Ar含有量的評(píng)價(jià)使用熒光X射線分析裝置(理學(xué)公司制造，系統(tǒng)3272)。如本實(shí)施例所示，為了得到具有所期望的壓電常數(shù)的KNN壓電性薄膜，將所述壓 電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值控制在0. 9GPa以下，為了得到具有比所期望的壓電常數(shù)高 的壓電常數(shù)的KNN壓電薄膜元件，將其控制在0. 45GPa以下的范圍內(nèi)。根據(jù)本實(shí)施例，能夠形成Si基板上不使用鉛的具有良好壓電常數(shù)的壓電薄膜。由 此，不使用環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)鉛，能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行器和傳感器等高性能壓電設(shè)備。另外，雖然在本 實(shí)施例中表示了基板和壓電薄膜之間形成了作為下部電極層的Pt薄膜的例子，但是也可 不形成下部電極層、在基板上直接地形成KNN壓電性薄膜，或形成控制KNN壓電薄膜的取向 的基底層(取向控制層)來形成KNN壓電性薄膜。在這種情況下，通過在KNN壓電性薄膜 上形成具有規(guī)定圖案的上部電極，能夠制作利用表面彈性波的濾波設(shè)備。
權(quán)利要求
一種壓電性薄膜元件，其特征在于，具有基板及在所述基板上以濺射法形成的、以由(NaxKyLiz)NbO3表示的鈣鈦礦型氧化物為主相的壓電性薄膜，該壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1.6GPa以下，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤0.2，x+y+z＝1。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，對(duì)應(yīng)于所述基板的厚度的增減 率而增減的所述基板的翹曲形狀的曲率半徑的增減率為所述基板的厚度的增減率的二倍 以上。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基板及所述壓電性薄膜之 間具有控制所述壓電性薄膜的取向的基底層。
4.如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基板及所述壓電性薄膜之 間具有控制所述壓電性薄膜的取向的基底層。
5.如權(quán)利要求3所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基底層為沿(111)面取向形 成的Pt薄膜。
6.如權(quán)利要求4所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基底層為沿(111)面取向形 成的Pt薄膜。
7.如權(quán)利要求3所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，在所述基板和所述基底層之間 形成有下部電極層，在所述下部電極層和所述基板之間形成有粘接層，所述粘接層或所述 基底層或所述兩種層的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1.6GPa以下。
8.如權(quán)利要求4所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，在所述基板和所述基底層之間 形成有下部電極層，在所述下部電極層和所述基板之間形成有粘接層，所述粘接層或所述 基底層或所述兩種層的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1. 6GPa以下。
9.如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述壓電性薄膜的曲率半徑為 0. 8m以上。
10.如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述壓電性薄膜的曲率半徑為 0. 8m以上。
11.如權(quán)利要求9所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，在所述壓電性薄膜上形成有上 部電極，在所述基板和所述壓電性薄膜之間形成有下部電極，所述下部電極層或所述上部 電極層或兩電極層的曲率半徑為0. 8m以上。
12.如權(quán)利要求10所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，在所述壓電性薄膜上形成有 上部電極，在所述基板和所述壓電性薄膜之間形成有下部電極，所述下部電極層或所述上 部電極層或兩電極層的曲率半徑為0. 8m以上。
13.如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述壓電性薄膜在Ar氣體下或 在Ar氣體中混合有氧的混合氣體氣氛下通過濺射法而成膜，所述壓電性薄膜中含有Ar。
14.如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述壓電性薄膜在Ar氣體下或 在Ar氣體中混合有氧的混合氣體氣氛下通過濺射法而成膜，所述壓電性薄膜中含有Ar。
15.如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基板為帶有氧化膜的Si基板。
16.如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件，其特征在于，所述基板為帶有氧化膜的Si基板。
17.—種制造如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件的方法，其特征在于，將所述壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值控制在0. 9GPa以下的范圍。
18.—種制造如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件的方法，其特征在于，將所述壓電性 薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值控制在0. 9GPa以下的范圍。
19.一種壓電薄膜設(shè)備，其特征在于，具有如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件及電壓 施加機(jī)構(gòu)或者如權(quán)利要求1所述的壓電性薄膜元件及電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
20.一種壓電薄膜設(shè)備，其特征在于，具有如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件及電壓 施加機(jī)構(gòu)或者如權(quán)利要求2所述的壓電性薄膜元件及電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓電性薄膜元件，其提高了壓電特性，可實(shí)現(xiàn)高性能且高信賴的壓電性薄膜設(shè)備。本發(fā)明的壓電性薄膜元件具有基板及在所述基板上以濺射法成膜的、以由(NaxKyLiz)NbO3(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤0.2，x+y+z＝1)表示的鈣鈦礦型氧化物為主相的壓電性薄膜，該壓電性薄膜的內(nèi)部應(yīng)力的絕對(duì)值為1.6GPa以下。
文檔編號(hào)H01L41/24GK101931046SQ20101020880
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者佐藤秀樹, 末永和史, 柴田憲治, 野本明 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社