專利名稱：壓電器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電器件以及制造該壓電器件的方法，并且更具體地涉及一種由壓電膜構(gòu)成的壓電器件及其制造技術(shù)，該壓電器件能夠用于多個目的，例如致動器、傳感器、發(fā)電器件等。
背景技術(shù)：
日本專利申請公開N0.2009-139338公開了一種壓電材料膜被層積以用于壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。該壓力傳感器具有電極層的層積結(jié)構(gòu)，并且壓電膜交替地設(shè)置在基板上，從而形成由兩層或多層壓電膜構(gòu)成的壓電膜層積體。電極包括例如鉬(Pt)、鋁(Al)、鑰(Mo)、氮化鈦(TiN)、釕(Ru)等材料(JP2009-139338中的0034段)，并且每一壓電膜由濺射方法形成(JP2009-139338 中的 0077 段)。
日本專利申請公開N0.08-116103公開了一種雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的壓電致動器，其中電極由鉬或鈀構(gòu)成。該壓電致動器具有層積結(jié)構(gòu)，其中第一壓電材料膜(鈦酸鋯鉛(PZT))層積在用作外電極的鉬電極上，用作內(nèi)電極的另一鉬電極層積在該第一 PZT膜上，并且第二 PZT膜以及鉬的外電極層積在其上(JP08-116103中的0018段以及圖3)。
日本專利申請公開N0.09-181368公開了一種具有層積結(jié)構(gòu)的致動器器件，其通過例如濺射方法以及類似方法的膜形成技術(shù)交替地層積壓電體和導(dǎo)電體而制造，并且還公開了其的布線方法。在日本專利申請公開N0.09-181368中，描述了與壓電體的材料和電極的材料(鉬、鋁、金或銀)相關(guān)的一般材料。發(fā)明內(nèi)容
如上所述，已知這樣的層積結(jié)構(gòu)，其中通過濺射方法層積壓電膜，并且電極和壓電膜被交替地形成在層中。然而，如果根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用一般電極材料和壓電材料層積壓電膜時，存在電極剝離以及壓電膜也剝離的問題，并且實際上難以形成上述的由壓電膜構(gòu)成的層積結(jié)構(gòu)。
例如，在鉬或鈀電極設(shè)置為中間層(內(nèi)電極)的情形下，如在JP08-116103中的，在形成壓電膜時，壓電材料可能剝離或破裂。
作為其它具體例子，在通過氣相外延方式形成壓電膜時，基板溫度被設(shè)定為不低于350°C并不高于650°C (基板溫度是壓電材料在氣相外延中直接晶體化生長的溫度)，如果在形成壓電膜之后在常規(guī)條件下形成Pt、銥(Ir)等的電極，并且接著在該電極上形成另一壓電膜，則存在電極剝離并且壓電膜也剝離的問題。
并且，即使在不發(fā)生上面所提到的剝離等情況，在膜形成之后的膜的附著性也不好，并且器件的耐用性也存在問題。即使為了提高附著性而使用鈦(Ti)等的附著層，也存在壓電膜實際上剝離的問題。
本發(fā)明針對這些情況問題而設(shè)計，其目的在于提供一種壓電器件，該壓電器件增強了通過層積多個壓電膜而形成的層積體中的膜的附著性以防止剝離，并且具有高耐用性和可靠性，以及在于提供能夠制造上面所提到的壓電器件的制造方法。
為了達到前面提到的目的，本發(fā)明涉及一種壓電器件，包括:基板；層積在基板上方的第一電極；層積在第一電極上方的第一壓電膜；層積在第一壓電膜上方的金屬氧化物膜；層積在金屬氧化物膜上方的金屬膜；層積在金屬膜上方的第二壓電膜；以及層積在第二壓電膜上方的第二電極。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，層積在第一壓電膜上方的金屬氧化物膜用作擴散阻擋層，并且從壓電膜向金屬膜的氧原子和壓電材料成分的擴散被抑制。因此，可以阻止金屬膜的結(jié)構(gòu)變化和由擴散導(dǎo)致的附著性的減小，并且可以獲得在金屬氧化物膜和金屬膜的層積結(jié)構(gòu)(中間層)之間具有牢固附著性的壓電膜層積體。
在解釋時，術(shù)語“A層積在B上方”不限于A直接層積在B上而A與B接觸的情形，而且包括在A和B之間夾置一層或多層其它層的情形，以及A層積在B上方而在A和B之間具有其它層。
該結(jié)構(gòu)能夠制成為重復(fù)這樣的構(gòu)造，即在該構(gòu)造中，金屬氧化物膜和金屬膜的中間層層積在壓電膜上方并且另一壓電膜層積在該中間層上方，從而層積三層或者更多層的壓電膜。在這種情況下，在頂層的壓電膜可解釋為“第二壓電膜”，并且在第二或者更高級的壓電膜可被解釋為“第二壓電膜”。
優(yōu)選地，由第一壓電膜和第二壓電膜之間的金屬氧化物膜和金屬膜構(gòu)成的中間層中的應(yīng)力和厚度的乘積小于100N/m2。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，由壓電膜和中間層之間的熱膨脹系數(shù)的差異所引起的應(yīng)力所導(dǎo)致的剝離被抑制。
優(yōu)選地，中間層的厚度不小于50nm并且小于250nm。
考慮到中間層的擴散阻擋特性，以及對由壓電膜和中間層之間的熱膨脹系數(shù)的差異所引起的應(yīng)力所導(dǎo)致的剝離的抑制，中間層的厚度設(shè)定為不小于50nm并且小于250nm的范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。
優(yōu)選地，第一壓電膜和第二壓電膜中的每一個通過氣相外延方法形成。
通過使用由濺射方法代表的氣相外延方法可以獲得具有期望的壓電性能的壓電膜。進一步地，壓電膜可容易地生長在金屬膜上，并可以獲得良好的膜形成。
優(yōu)選地，該氣相外延方法為通過實施熱膜形成而晶體化的濺射方法。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，因為金屬氧化物膜用作擴散阻擋層，因此，可以阻止在熱膜形成時來自低層中的壓電膜的材料成分等擴散進入金屬膜，并且可以獲得具有高附著性的壓電膜的層積結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，金屬氧化物膜包括鉬族金屬的氧化物。
金屬氧化物膜可以具有例如釕(Ru)、錯(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)、銥(Ir)以及鉬(Pt)的鉬族金屬的任何金屬的任何氧化物。
還優(yōu)選地，金屬氧化物膜包括鈦族金屬的氧化物。
金屬氧化物膜可以為例如TiO、TiO2等的鈦(Ti)氧化物，或例如T1、鋯(Zr)以及鉿(Hf)的鈦族的任何金屬的任何氧化物。
優(yōu)選地，金屬膜包括鉬族金屬。
金屬膜可包括各種金屬，并且金屬膜優(yōu)選包括例如Ru、0s、Rh、Ir、Pd、Pt等的鉬族的金屬。在這種情況下，第一電極和第二電極可包括鉬族金屬。此外，該第一電極和第二電極能夠包括銅族金屬，銅(Cu)、銀(Ag)以及金(Au)。
優(yōu)選地，第一壓電膜和第二壓電膜中的每一個由鈣鈦礦(perovskite)型氧化物構(gòu)成。
鈣鈦礦型氧化物的壓電器件具有良好的壓電特性，并能夠用于例如致動器、傳感器、發(fā)電器件等的各種目的。
優(yōu)選地，在第一壓電膜和第二壓電膜的每一個中，鈣鈦礦型氧化物具有(100)或(001)的晶體優(yōu)選取向。
為了實現(xiàn)上面所提到的目的，本發(fā)明還涉及壓電器件的制造方法，該方法包括:在基板上方層積第一電極的第一電極形成步驟；在第一電極上方層積第一壓電膜的第一壓電膜形成步驟；在第一壓電膜上方層積金屬氧化物膜的金屬氧化物膜形成步驟；在金屬氧化物膜上方層積金屬膜的金屬膜形成步驟；在金屬膜上方層積第二壓電膜的第二壓電膜形成步驟；以及在第二壓電膜上方層積第二電極的第二電極形成步驟。
根據(jù)本發(fā)明的這一方面，可以防止金屬膜的結(jié)構(gòu)變化和由擴散導(dǎo)致的附著性的減小，并能夠獲得具有牢固附著性的壓電膜的層積結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，第一壓電膜形成步驟和第二壓電膜形成步驟中的每一個包括氣相外延方法。
根據(jù)本發(fā)明，能夠防止膜的剝離以及附著性的減小，它們都是在現(xiàn)有技術(shù)中的層積體中遇到的問題，并且能夠形成多個壓電膜的層積體。因此，可以獲得具有高耐久性和可靠性的壓電器件。


參照附圖，下面將解釋本發(fā)明的本質(zhì)以及本發(fā)明其它的目的和優(yōu)點，其中附圖中相似的附圖標記表示相同或相似的部分，其中:
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的壓電器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖2A至2G是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的壓電器件的制造方法的解釋性視圖3是不出在第一實施例中產(chǎn)生的壓電膜的層積體的結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；
圖4是示出在第一實施例中產(chǎn)生的壓電膜的P-E滯后特性的視圖5是示出在第一實施例中產(chǎn)生的壓電膜的X-射線衍射(XRD)特性的視圖6A至6M是示出在本發(fā)明的第二實施例中的壓電器件的制造過程的示意圖7是示出關(guān)于中間層的厚度和剝離之間的關(guān)系的試驗結(jié)果的表；
圖8是示出在本發(fā)明的第三實施例中的壓電器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖9是提供給在第三實施例中的壓電器件的噴墨頭的結(jié)構(gòu)的圖10是例示施加到第三實施例中的壓電器件的電壓的方向和幅度之間關(guān)系的表;
圖11是示出施加到第三實施例中的壓電器件的電極的電壓波形的例子的曲線；
圖12是示出壓電器件的驅(qū)動例和在第三實施例中的壓電器件的位移量的測量結(jié)果的表；以及
圖13是示出本發(fā)明的第四實施例中的壓電器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
具體實施方式
<實施方式>
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的壓電器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖1中所示的壓電器件10具有層積結(jié)構(gòu)，其中第一電極14形成用作支撐體的基板12上，第一壓電膜16形成在其上，并且金屬氧化物膜18、金屬膜20、第二壓電膜22和第二電極24在層中按照這樣的順序進一步地形成在其上。
在此，在圖1和其它附圖中，為了便于說明，在適當?shù)刈兓那闆r下繪出層的膜厚及其比率，并且不必通過反映實際的膜厚和比率而被示出。進一步地，在本說明書中，當描述層積結(jié)構(gòu)時，在基板12的厚度方向上遠離該基板12的表面的方向表述為“向上”方向。在圖1中，因為壓電器件10被構(gòu)造為在保持基板12水平的狀態(tài)下使得層14至24被依次地層積在基板12的上表面上，這些層的設(shè)置與在設(shè)定重力方向(圖1中的向下的方向)為朝下的方向時的上下關(guān)系一致。在這種情況下，基板12的姿態(tài)可以為傾斜的或反向的。為了即使在依賴于基板12的姿態(tài)的層積結(jié)構(gòu)的層積方向不必與基于重力方向的向上和向下方向相一致的情形下不混淆地表述層積結(jié)構(gòu)的上下關(guān)系，在基板12的厚度方向上遠離基板12的表面的方向被表述為向上的方向。例如，即使在圖1中的上側(cè)和下側(cè)被反轉(zhuǎn)的情形下，通過第一電極14形成在基板12的上表面上方，以及第一壓電膜16層積在第一電極14的上表面上方這樣的表述來進行描述。
圖1中所示的壓電器件10具有層積結(jié)構(gòu)，其中兩個壓電膜(第一壓電膜16和第二壓電膜22)與它們之間的中間層26層積在一起。中間層26具有金屬氧化物膜18和金屬膜20的層積結(jié)構(gòu)。第一電極14設(shè)置在兩個壓電膜16和22的下面，并且第二電極24設(shè)置在頂表面上。
雖然在此示例了兩個壓電膜16和22，但是在本發(fā)明的實施中，也可以層積三個或更多的壓電膜同時夾置中間層(每一個對應(yīng)于圖1中的中間層26)。在這種情形下，中間層(對應(yīng)于圖1中的中間層26)形成為替代圖1中的第二電極24，從而形成壓電膜和中間層交替地層積的層積結(jié)構(gòu)。假定壓電膜被層積的級數(shù)(層積數(shù))為η(其中η為大于I的整數(shù))，則以(η-1)層形成中間層。進一步地，第二電極，例如圖1中的第二電極24，形成在頂層的(第η層)的壓電膜上。
基板12的材料沒有特殊限定，并可以應(yīng)用各種材料，例如硅(Si)、玻璃、陶瓷等。
第一電極14可以由例如鉬(Pt)、鋁(Al)、鑰(Mo)、氮化鈦(TiN)、釕(Ru)、金(Au)、銀(Ag)等的材料構(gòu)成。優(yōu)選地，第一電極14包括鉬族金屬(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)。為了提高與基板12的附著性，還優(yōu)選地，該第一電極14具有Ti或TiW(鈦-鎢)附著層。更進一步優(yōu)選地，第一電極14具有設(shè)置在基板12上的附著層和設(shè)置在附著層上的鉬族金屬層的層積結(jié)構(gòu)。
第二電極24可由與第一電極14類似的各種材料構(gòu)成。優(yōu)選地，第二電極24包括鉬族或銅族(Cu、Ag、Au)金屬。進一步優(yōu)選地，第二電極24具有Ti或TiW附著層與設(shè)置在附著層上的鉬族金屬層的層積結(jié)構(gòu)。該第一電極14和第二電極24可由相同的材料構(gòu)成，或可以由不同的材料構(gòu)成。例如，可以是第一電極14具有TiW/Pt的層積結(jié)構(gòu)而第二電極24具有TiW/Au的層積結(jié)構(gòu)。
金屬氧化物膜18用作擴散阻擋層，其阻止來自第一層的壓電膜16的氧原子或壓電材料成分的擴散。該金屬氧化膜18可以為導(dǎo)電體或絕緣體。優(yōu)選地，該金屬氧化物膜18包括鉬族或鈦族(T1、Zr、Hf)金屬的氧化物。例如，金屬氧化物膜18可以由Ir的氧化物(被表示為“IrOx”或“Ir-Ο”)，或Ti的氧化物(例如TiO、TiO2等)構(gòu)成。
形成在金屬氧化物膜18上方的金屬膜20起到對通過氣相外延方法(濺射方法等)的方式形成第二層的壓電膜22有用的作用。用于本實施方式的壓電膜難以生長在氧化物上，但容易生長在金屬上。因此，優(yōu)選地，金屬膜20設(shè)置在金屬氧化物膜18上，并且壓電膜(第二壓電膜22)形成在金屬膜20上。金屬膜20的材料沒有特殊限定，并且金屬膜20優(yōu)選包括鉬族金屬，例如Ir、Pr等。
具有金屬氧化物膜18和金屬膜20的層積結(jié)構(gòu)的中間層26可用作中間電極。在中間層26用作中間電極的情形下，優(yōu)選地，金屬氧化物膜18由導(dǎo)電材料構(gòu)成。在中間層26不用作任何電極的情形下，金屬氧化物膜18可以是絕緣材料。
中間層26的結(jié)構(gòu)可以為非晶的或晶體的。中間層26的膜的表面粗糙度和結(jié)構(gòu)(圓柱狀結(jié)構(gòu)、顆粒狀結(jié)構(gòu)等)沒有特殊地限定。進一步地，中間層26的晶體的取向和優(yōu)選取向度沒有限定。優(yōu)選地，中間層26包括氧化物；但是，也可以包括氮。
第一壓電膜16和第二壓電膜22的每一個都是在通過氣相外延方法的膜形成時，通過升高基板溫度而結(jié)晶化形成。第一壓電膜16和第二壓電膜22的材料沒有特殊限定，只要是氧化物壓電體即可。第一壓電膜16和第二壓電膜22可由相同的材料構(gòu)成或可由不同的材料構(gòu)成。
<對剝離的原因的調(diào)查>
本發(fā)明人對在制造現(xiàn)有技術(shù)的壓電膜和電極交替層積的層積體時發(fā)生的電極和壓電膜的剝離的原因進行了調(diào)查，并發(fā)現(xiàn)在形成壓電體時的膜形成溫度下，氧原子和壓電材料成分(例如，在PZT材料的情形下的鉛(Pb)等)從壓電材料擴散進入電極，從而導(dǎo)致電極材料的結(jié)構(gòu)變化和附著性的減小以導(dǎo)致剝離。接著，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了阻止電極和壓電膜的剝離以獲得具有高耐用性的器件，阻礙(阻擋)形成在基板上的壓電膜中的壓電材料成分擴散進入電極層是有用的，并且阻擋氧原子的擴散尤其重要。
基于以上所提到的知識，在本發(fā)明的實施方式中，在形成第一層的壓電膜(第一壓電膜16)之后，用作擴散阻擋層的金屬氧化物膜18形成在該第一層的壓電膜16上方，并由金屬氧化物膜18阻擋來自該第一層的壓電膜(第一壓電膜16)的擴散。進一步地,金屬膜20形成在金屬氧化物膜18上方，并且第二層的壓電膜(第二壓電膜22)形成在金屬膜20上方。換句話說，具有金屬氧化物膜和金屬膜的層積結(jié)構(gòu)的中間層夾置在第一層的壓電膜和第二層的壓電膜之間，并且壓電膜設(shè)置在中間層位于其間的層中。通過重復(fù)上面所提到的步驟，可以層積壓電膜同時確保牢固的附著性。
<第一實施例>
圖2A至2G是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的壓電器件的制造過程的視圖。
步驟1:首先，制備硅(Si)基板30 (圖2A)。在此，示出了本例使用大塊硅基板(硅晶片)；然而，也可以使用絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)的基板。
步驟2:通過濺射方法在Si基板30的表面(圖2B中的上表面)上形成20nm膜厚的TiW膜，并在其上形成150nm膜厚的Ir膜。從而形成具有20nm的TiW膜和150nm的Ir膜的層積結(jié)構(gòu)的下部電極32。
步驟3:其后，通過濺射方法在500°C的膜形成溫度下，在下部電極32上形成2 μ m膜厚的摻雜有鈮(Nb)的鈦酸鋯鉛膜34 (以下稱為“PNZT”或簡稱為“PZT”)(圖2C)。在PZT膜34的形成中，使用射頻(RF)磁控濺射裝置，膜形成氣體為97.5vol%的Ar和2.5vol%的O2的混合氣體，靶是具有PW3((Zra52Tia48)a88Nbai2)O3組分的材料，并且膜形成壓力為2.2m Torr0
步驟4:通過濺射方法在350°C的膜形成溫度下，在PZT膜34上形成50nm膜厚的Ir-O 膜 36 (圖 2D)。
步驟5:在該Ir-O膜36上形成20nm膜厚的Ir膜38 (圖2E)。由此形成具有Ir-O膜36和Ir膜38的層積結(jié)構(gòu)的中間層或電極40。
通過使用Ir靶的反應(yīng)濺射方法用50%的Ar和50%的O2的混合氣體在0.5Pa的壓力下執(zhí)行Ir-O膜36的形成。進一步地，在形成Ir-O膜36之后，通過僅使用Ar氣作為膜形成氣體獲得Ir膜38。
該Ir-O膜36用作阻擋以阻止來自第一層的PZT膜34中的鉛和氧的擴散。進一步地，形成在Ir-O膜36上的Ir膜38被插入以降低中間電極的電阻，并用于在與初始(第一)PZT膜的生長相同的條件下進行下一層的PZT膜的生長。在本實施例中為了提高附著性和降低電阻率，該Ir-O膜36和Ir膜38的膜形成溫度為350°C ;然而，也可以為室溫或更高的溫度。當改變溫度時通過實際的試驗也能夠獲得相同的結(jié)果。
步驟6:在形成中間電極40之后，在其上形成第二層的PZT膜44 (圖2F)。膜形成條件與第一層的PZT膜34的條件相同，并且該第二層的PZT膜44的膜厚為大約2 μ m。
用于參考，圖3示出在第二層的PZT膜44通過步驟6形成的狀態(tài)下的膜的層積結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖3中所示的層積體通過步驟I至6而獲得。如圖3中所示，兩個PZT膜34和44與它們之間的中間電極40被層積得具有牢固的附著性，并且獲得沒有剝離的良好層積體。
步驟7:之后，上部電極46形成在第二層的PZT膜44上(圖2G)。該上部電極46以與下部電極32相同的方式而構(gòu)造，以使得通過濺射方法形成20nm膜厚的TiW膜，并且Ir膜層積在其上以形成150nm的膜厚。上部電極46由此形成為具有20nm的TiW膜和150nm的Ir膜的層積結(jié)構(gòu)。因此，獲得圖2G所示的具有層積結(jié)構(gòu)壓電器件50。在此，可通過蝕刻等部分地去除圖2G中的Si基板30的背面(下表面)。
〈圖2G中的結(jié)構(gòu)與圖1中的結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系>
圖2G中的Si基板30對應(yīng)于圖1中的基板12。圖2G中的下部電極32對應(yīng)于圖1中的第一電極14。圖2G中的PZT膜34對應(yīng)于圖1中的第一壓電膜16，而圖2G中的PZT膜44對應(yīng)于圖1中的第二壓電膜22。圖2G中的Ir-O膜36對應(yīng)于圖1中的金屬氧化物膜18，以及圖2G中的Ir膜38對應(yīng)于圖1中的金屬膜20。圖2G中的上部電極46對應(yīng)于圖1中的第二電極24。
<滯后特性>
對于在第一實施例中獲得的壓電器件50，研究了電極對之間(在下部電極32和中間電極40之間，以及在中間電極40和上部電極46之間)的壓電體的特性。圖4示出存在于下部電極32和中間電極40之間的第一層的壓電體(PZT膜34)的滯后特性，以及存在于中間電極40和上部電極46之間的第二層的壓電體(PZT膜44)的滯后特性。圖4中的縱軸表示電場，而橫軸表示極化。
如圖所示的，每一層的壓電體均表現(xiàn)出良好的滯后特性，并且獲得足夠的壓電性能。此處，每一層的滯后曲線均形成為整體向右手側(cè)偏移的形狀，并且壓電體被預(yù)先極化。
〈XRD 特性 >
圖5示出通過X-射線衍射(XRD)的方式分析在第一實施例中所獲得的兩個壓電膜的層積結(jié)構(gòu)(如圖3中所示)的結(jié)果。在圖5中，橫軸指示衍射角2 Θ，而縱軸指示衍射強度。在通過X-射線衍射的方式的晶體結(jié)構(gòu)的分析中，由兩個壓電膜構(gòu)成的層積體以X-射線從上方一次性地輻射。如所示的，本實施例中所獲得的PNZT膜表現(xiàn)出高度地集中在PNZT晶面(100)和(200)上的衍射圖案，并被確認為具有作為晶體優(yōu)選取向的(100)和(001)的高取向壓電膜。根據(jù)第一實施例中所描述的方法，可以很好地形成具有優(yōu)異的結(jié)晶度而不具有任何異相的壓電膜。
<膜形成方法>
作為壓電膜的膜形成方法，氣相外延方法是優(yōu)選的。除了濺射方法之外，可以應(yīng)用各種方法，例如離子鍍方法、金屬有機化學(xué)氣相(MOCVD)沉積方法、脈沖激光沉積(PLD)方法等。進一步地，也可以使用氣相外延方法之外的其它方法(例如，溶膠-凝膠方法等)。
〈壓電材料〉
本實施方式中優(yōu)選的壓電材料包括由下面的通式所表述的一種或多種類型的鈣鈦礦型氧化物(P):
ABO3, (P)
其中A是A位元素并且是包括Pb的至少一種元素；B為B位元素并且選自由T1、Zr、V、Nb、Ta、Sb、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe 和 Ni 構(gòu)成的組中的至少一種元素；O為氧；并且A位元素、B位元素和氧的標準摩爾比率為1:1: 3,但是該摩爾比率可在能夠獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)偏離該標準摩爾比率。
由上述通式所表述的鈣鈦礦型氧化物可以為:含鉛的化合物之一，例如鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯酸鉛、鈦酸鑭鉛、鋯鈦酸鑭鉛、鈦酸鋯鈮酸錳鉛、鈦酸鋯鉛鈮酸鎳、鈦酸鋯鈮酸鋅鉛等，或者它們的混合晶系；或者不含鉛的化合物之一，例如鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇、鈦酸鉍鈉、鈦酸鉍鉀、鈮酸鈉、鈮酸鉀、鈮酸鋰、鐵酸鉍等，或者它們的混合晶系。
根據(jù)本實施方式的壓電膜期望包含由下式表示的一種或多種類型的鈣鈦礦型氧化物(PX):
Aa(Zrx, Tiy, Mb_x_y)b0c，(PX)
其中A是A位元素并且是包括Pb的至少一種元素；M為選自由V、N b、Ta和Sb構(gòu)成的組中的至少一種元素；滿足0<x<b，0<y<b并且O ( (b-x-y)的關(guān)系；并且a: b: C = I: I: 3是標準，但是該摩爾比率可在能夠獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)偏離該標準摩爾比率。
因為由上面所述的通式(P)或(PX)所表示的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的壓電膜具有高的壓電應(yīng)變常數(shù)(d31常數(shù))，因此，提供有上面所提到的壓電膜的壓電致動器在位移特性上變得優(yōu)異。在這種情況下，由通式(PX)所表示的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的壓電膜的壓電常數(shù)變得高于由通式(P)所表示的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的壓電膜的壓電常數(shù)。
進一步地，提供有由通式(P)或(PX)所表示的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的壓電膜的壓電致動器在驅(qū)動電壓范圍內(nèi)具有優(yōu)異的線性的電壓-位移特性。該壓電材料表現(xiàn)出對本發(fā)明的實施有益的壓電特性。
<第二實施例>
圖6A至6M是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的壓電器件的制造過程的視圖。在圖6A至6M中，與圖2A至2G中那些相同或相似的部件用相同的附圖標記表不,并且省略對它們的描述。
步驟I至3:圖6A至6C中所示的步驟I至3與參照圖2A至2C描述的第一實施例中的步驟I至3相同。在此省略對它們的描述。
步驟4:如圖6D中所示，將200nm的TiO2的膜60作為絕緣層形成在PZT膜34上。
步驟5 =TiO2絕緣層60以留下期望的區(qū)域部分而去除其它部分的方式圖案化(圖6E)。通過圖案化而留下的絕緣層表示為60A。
步驟6:之后，Ir-O膜62A和62B以及Ir膜64A和64B層積在具有絕緣層60A的PZT膜34上，以具有150nm的總膜厚(圖6F)。該Ir-O膜和Ir膜的層積結(jié)構(gòu)形成在絕緣層60A上和PZT膜34的已經(jīng)去除絕緣層60的區(qū)域上。此處，形成在絕緣層60A上的Ir-O膜用62A表示，形成在Ir-O膜62A上的Ir膜用64A表示，形成在PZT膜34上的沒有絕緣層60A的區(qū)域中的Ir-O膜用62B表示，而形成在Ir-O膜62B上Ir膜用64B表示。
因為絕緣層60A上的Ir-O膜62A和Ir膜64A與在沒有絕緣層60A的區(qū)域中的PZT膜34上的Ir-O膜62B和Ir膜64B電絕緣是必需的，絕緣層60A上的Ir-O膜62A和Ir膜64A與在沒有絕緣層的區(qū)域中的PZT膜34上的Ir-O膜62B和Ir膜64B分隔由預(yù)定絕緣區(qū)域66(圖6F)定義的距離。用于分隔的方法可以為提離方法或干蝕刻方法。進一步地，考慮到下一步驟，因為產(chǎn)量比這一點上Ir膜64A和64B的高度彼此接近是有利的，可以恰當?shù)乩檬垢叨缺舜私咏拇胧?即，用于減小Ir膜64A和64B之間的垂直間隔)。
圖6G示出形成在絕緣層60A上的Ir膜64A被制成得更薄，以作為使高度彼此接近的例子。代替該方法或者與它結(jié)合，也可使Ir膜64B在沒有絕緣層60A的區(qū)域中的PZT膜34上更厚。
圖6F和6G中所示的絕緣層60A和形成在其上的Ir-O膜62A和Ir膜64A的層積體70A用作“中間層”。進一步地，圖6H中所示的，具有在去除了絕緣材料的區(qū)域中的Ir-O膜62B和Ir膜64B的層積結(jié)構(gòu)的電極層70B是用作中間電極的中間層。在以下描述中，例如如圖61中所示，電極層70B和具有絕緣層60A的中間層70A總體描述為中間層70。
步驟7:如圖6H中所示，第二層的PZT膜44形成在中間層70上。該第二層的PZT膜44的膜形成條件與第一層的PZT膜34的條件相同。
步驟8:之后，以參考圖6D描述的步驟4相同的方式，在PZT膜44上形成另一 TiO2膜60作為絕緣層(圖61)，并且重復(fù)與步驟5至7(圖6E至圖6H)相同的步驟。通過重復(fù)與步驟4至7相同的步驟一次或多次，形成中間層70和壓電膜44交替層積的層積結(jié)構(gòu)(圖6J)。
圖6J示出在形成第三層的PZT膜74的狀態(tài)下的例子?？梢孕纬蓪臃e四層或更多層的PZT膜。
在中間層70中的絕緣層60A的圖案形成為交替地改變位置以使得在電極層70B中電極的引出方向(端表面的引出電極的位置)在各個層級中交替地在右和在左改變。
步驟9:接著，用作絕緣層60的TiO2膜形成在頂層(在該情形中為第三層)的PZT膜74上，形成的TiO2膜被圖案化以在期望的位置留下絕緣層60A，并且之后形成上部電極82 (圖6K)。由此，獲得如圖6K中所示的層積體。
步驟10:針對圖6K中的層積體，通過干蝕刻切除側(cè)壁部分以形成期望形狀的層積體88 (圖6L)，并由此將中間層70的電極層(中間電極)70B-1和70B-2暴露于側(cè)壁的表面。在圖6L中，形成在第一層的PZT膜34和第二層的PZT膜44之間的電極層表示為70B-1，而形成在第二層的PZT膜44和第三層的PZT膜74之間的電極層表示為70B-2。
步驟11:之后，通過濺射方法，在圖6L中的層積體88的側(cè)面部分中形成側(cè)壁電極84和86 (圖6M)。在此，雖然圖6M示出側(cè)壁垂直于基板平面；但是，因為在步驟10中通過干蝕刻實際切除層積體以具有朝向頂部變得更小的漸細形狀并具有傾斜的側(cè)壁，可以容易地在該傾斜的側(cè)壁表面上形成側(cè)壁電極84和86。
形成在圖6M中的層積體88中的右手側(cè)的側(cè)壁表面中的側(cè)壁電極84連接第一層的中間電極(電極層70B-1)和上部電極82。形成在圖6M中的層積體88中的左手側(cè)的側(cè)壁表面中的側(cè)壁電極86連接第二層的中間電極(電極層70B-2)和下部電極32。
通常，在具有η層壓電膜的層積體的情況下，該層積體還具有(η+1)層的電極，包括在底部的下部電極、夾置在壓電層之間的中間電極以及在頂表面的上部電極。奇數(shù)電極通過一個側(cè)壁電極(在圖6Μ中的例子中的側(cè)壁電極84)彼此連接，并且偶數(shù)電極通過另一側(cè)壁電極(在圖6Μ中的例子中的側(cè)壁電極86)彼此連接。如上所述，暴露于層積體的端表面的中間電極通過側(cè)壁電極連接至下部電極32或上部電極82，并從而構(gòu)造為梳狀的電極。
在本例子中，當夾置中間層時可層積多層壓電膜，并可形成具有如圖6Μ中所示的層積結(jié)構(gòu)的壓電器件90。所獲得的壓電器件90可用作致動器、傳感器、具有傳感器的致動器或壓電發(fā)電機。上述由壓電膜構(gòu)成的層積體可用作各種目的。
〈比較例〉
作為比較例，根據(jù)以下工序制備層積體。在20nm的TiW膜和150nm的Ir膜層積在Si基板上之后，通過濺射方法在50(TC的基板溫度(膜形成溫度)下在其上形成2μπι膜厚的PZT膜。在膜形成之后，70nm的Ir膜在350°C下直接形成在PZT膜上。因此，在該比較例中的層積體具有這樣的結(jié)構(gòu)，即從第一實施方式的結(jié)構(gòu)(圖1)中省略了用作金屬氧化物膜18的Ir-O膜。
在形成70nm的Ir膜的中間電極之后，第二層的PZT膜直接形成在中間電極上。形成條件與第一層的條件相同，并且以2 μ m厚為目標來形成。
然而，在膜形成步驟之后從膜形成裝置中取出樣品，第二層的PZT膜處于剝離狀態(tài)。這被認為是由在形成第二層的PZT膜時Ir電極被氧化的情況導(dǎo)致的，該Ir電極被化學(xué)地變化以由于來自第一層的PZT膜的壓電材料成分Pb的擴散而改變它的體積，并且該PZT膜從Ir電極(中間電極)剝離。
嘗試產(chǎn)生Ir膜的中間電極被改變?yōu)镻t膜的中間電極的方案，以及在形成作為附著層的Ti或TiW膜之后形成Ir電極的方案；然而，以與上面所述相同的方式發(fā)生了第二層的壓電膜的剝離。進一步地，通過將比較例中用作中間電極的Ir膜的膜厚改變至50nm、120nm、150nm和250nm來進行相同樣品的產(chǎn)生；然而，在任何情形下都發(fā)生了第二層的壓電膜的剝離。
<中間層(中間電極)的厚度與剝離之間的關(guān)系>
對于根據(jù)本實施方式的層積體，研究中間層的厚度與剝離之間的關(guān)系，并獲得了圖7中所示的表中的結(jié)果。在該情況下，“中間層”是設(shè)置在壓電體之間的層。該中間層可用作電極或者可用作絕緣層。圖7中的實施例A至E的中間層是包括如在第一實施例中所述的金屬氧化物膜18和金屬膜20的層。中間層可具有例如如圖1中所述的IrOx膜和Ir膜的層積結(jié)構(gòu)，或可具有如圖6A至6M所描述的例如TiO2的絕緣材料膜和例如Ir的金屬膜的層積結(jié)構(gòu)。
在此，通過改變?nèi)鐖D1至圖5中所示例的層積結(jié)構(gòu)中的中間層的厚度進行試驗。如在圖7中的表中的實施例A至D所示，如果中間層的厚度薄(不大于200nm)，則沒有剝離發(fā)生。然而，如果中間層的厚度變得極薄，例如，在小于50nm的情形下，將會發(fā)生例如作為電極電阻變得相對高的另一問題，或者阻止來自下層(第一層)的PZT的擴散的特性下降。
另一方面，如圖7中的表中的比較例所示的，在中間層的厚度不小于250nm的結(jié)構(gòu)中，上部壓電體(第二層)剝離。上部電極被假定為由于在壓電體和中間層等之間的熱膨脹系數(shù)的差異所導(dǎo)致的應(yīng)力而剝離。如在實施例E中所示的，在中間層的厚度為200nm的情形中觀察到部分剝離的狀態(tài)，然而，可認為可以提供實際上允許的情形。200nm厚度的中間層因此認為是可允許水平的閾值(上限)。
基于上面所提到的要點，優(yōu)選地，中間層的厚度不小于50nm并且不大于200nm，更優(yōu)選地不小于50nm并且小于200nm，并進一步優(yōu)選地不小于50nm并且不大于150nm。
在上面的描述中，通過使用中間層的厚度作為參數(shù)進行了評價；然而，應(yīng)力是是否有剝離的主要因素。計算具有圖7中的表中所示的厚度的中間層的應(yīng)力，具有200nm厚度的中間層中大約為500MPa。換句話說，基于在厚度與應(yīng)力之間的關(guān)系來考慮中間層的優(yōu)選條件，優(yōu)選地，中間層的應(yīng)力和厚度的乘積(應(yīng)力X厚度)不大于ΙΟΟΝ/m2。在這種情形下，中間層的應(yīng)力可為零。
應(yīng)力和厚度的乘積被認為是不依賴于材料的一般指標?？紤]到對由熱膨脹系數(shù)之間的差異所導(dǎo)致的應(yīng)力所產(chǎn)生的剝離的抑制以及利用阻止由擴散所導(dǎo)致的剝離的結(jié)構(gòu)(在該結(jié)構(gòu)中，壓電膜層積在包括用作擴散阻擋層的金屬氧化物膜的中間層上)，更優(yōu)選地，中間層的應(yīng)力和厚度的乘積小于ΙΟΟΝ/m2，更優(yōu)選地不大于75N/m2。在此，中間層的應(yīng)力和厚度的乘積越小(越接近于O)，則由熱膨脹系數(shù)之間的差異所導(dǎo)致的應(yīng)力的影響越小。因此，對于中間層的壓力和厚度的乘積定義優(yōu)選的下限意義不大。
〈第三實施例〉
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的壓電器件100的結(jié)構(gòu)的視圖。圖8示出膜片結(jié)構(gòu)的壓電致動器。
根據(jù)與第一實施例相同的工藝，通過在SOI基板102上以這樣的順序?qū)臃e下部電極114、第一壓電膜116、金屬氧化物膜118、金屬膜120、第二壓電膜122以及上部電極124來產(chǎn)生壓電器件100。
SOI基板102具有層積的結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置用作處理層的Si層104，用作絕緣層的氧化物膜層(SiO2) 108 (BOX層)，以及用作器件層的Si層110。
通過在Si層110上層積TiW膜和Ir膜來形成下部電極114。壓電膜116和122層積在下部電極114上，同時插入具有金屬氧化物膜118和金屬膜120的層積結(jié)構(gòu)的中間電極(中間層)126。Ir-O膜用作形成在第一壓電膜116上的金屬氧化物層118，并且Ir膜用作金屬膜120。通過層積金屬氧化物膜118和金屬膜120獲得的中間層126用作中間電極。兩個壓電膜116和122設(shè)置為在它們之間具有中間電極126，并且通過層積TiW膜和Au膜，在第二層的壓電膜122的上表面上形成上部電極124。
通過蝕刻晶片結(jié)構(gòu)，留下5 μ m厚的Si層110 (器件層)作為膜片，其是通過從后表面?zhèn)仍O(shè)置層，并去除Si層104的一部分而獲得的。在這種情形下，當留下圖8中的SiO2時，SiO2層108用作蝕刻停止層，并且膜片由SiO2層108和Si層110構(gòu)成；但是，也可通過去除SiO2層108而構(gòu)造該膜片。
在本例子的情況下，第一層的壓電膜116和第二層的壓電膜122由相同的壓電材料構(gòu)成，在厚度方向上極化，并且極化方向一致。極化方向由電荷分布的偏移導(dǎo)致的偶極矩的矢量方向(從負到正的方向)定義。第一壓電膜116和第二壓電膜122的極化方向是向上的。
當以與壓電體的極化方向相同的方向?qū)弘婓w施加電場時，壓電體將基于壓電橫向效應(yīng)收縮在膜片的表面內(nèi)(d31模式)。當形成在膜片上的壓電膜收縮在膜片的表面內(nèi)時，膜片限制了壓電膜的變形。因此，膜片變形以在厚度方向上偏斜(彎曲)。
如圖8中所示的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于例如噴墨頭。通過蝕刻形成的凹進空間130與墨室(壓力室)相對應(yīng)。
圖9中示出噴墨頭的例子。在圖9中，與如圖8中所示的結(jié)構(gòu)中的那些相同或相似的元件以相同的附圖標記表示并省略其描述。圖9中所示的噴墨頭150構(gòu)造為使得噴嘴板152結(jié)合至圖8中所描述的層積結(jié)構(gòu)的Si層104的底表面。用作墨(液體)的噴射端口的噴嘴孔154形成在噴嘴板152中。通過壓電驅(qū)動，墨填充進空間(壓力室)130中，膜片(硅層110)變形以偏斜，并且壓力室130的體積改變，由此壓力改變并且墨滴從噴嘴孔154噴射。
盡管圖9中未示出，用于將墨供應(yīng)至壓力室130的墨供應(yīng)流動通道(公共供應(yīng)通道、獨立供應(yīng)通道等)形成在硅層104上。進一步地，在圖9中，示出噴嘴板152直接結(jié)合到Si層104的下表面的例子；然而，形成其它流動通道結(jié)構(gòu)的流動通道板可設(shè)置在Si層104和噴嘴板152之間。
〈驅(qū)動控制的例子〉
在根據(jù)圖8所示的第三實施例的壓電器件100中，因為在圖8中所獲得的壓電膜116和122的極化方向是向上的，因此利用具有例如如圖10中所示的所施加的電壓的方向和幅值之間關(guān)系的驅(qū)動方法(電壓施加方法)是優(yōu)選的。
圖10中的電壓施加方法I是如下方案:中間電極126接地，正電壓(+V1)施加到下部電極114，而負電壓(-V2)施加到上部電極124。在這種情形下，施加到下部電極的正電壓(+V1)和施加到上部電極的負電壓(-V2)的絕對值設(shè)定為彼此相等并且！+V1I = -V2=20V ;然而，所施加電壓的特定值不限于本例子。進一步地，+V1和1-V2I可不必彼此相坐寸O
圖10中的電壓施加方法2是如下方案:下部電極114接地，負電壓(-V3)施加到中間電極126，并且具有比施加到中間電極126的負電壓的絕對值大的負電壓(-V4)施加到上部電極124。在此，示例-V3 = -20V和-V4 = -40V的情形；然而，所施加電壓的特定值不限于本例。
圖10中的電壓施加方法3是如下方案:上部電極124接地，正電壓(+V5)施加到中間電極126，并且具有比施加到中間電極126的正電壓的絕對值大的正電壓(+V6)施加到下部電極114。在此，示例+V5 = +20V和+V6 = +40V的情形；然而，所施加電壓的特定值不限于本例。
在電壓施加方法I至3中的任一個中，滿足Vtop < Vmid < Vbot的相對關(guān)系，其中Vtop是上部電極的電位，Vmid是中間電極的電位，并且Vbot是下部電極的電位。
圖11示出在利用圖10的表中的電壓施加方法I作為電壓施加的例子的情形下電極的電位。
進一步地，通過在與圖10中的表中的方法I相似的電壓施加方法下進行試驗,測量在上部電極的膜片上的位移。圖12中的表中示出驅(qū)動狀態(tài)及其結(jié)果。在這種情形下，所測量的位移量在此與在假定有噴墨頭的情形中的噴射量相對應(yīng)。換句話說，致動器的位移量越大，則噴射量越大。
如圖12中所示，相比較于獨立地驅(qū)動兩層中的一層(作為單個層)的情形，在同時驅(qū)動第一壓電層和第二壓電層兩者的情形下位移量更大。通過驅(qū)動兩層中的一層作為單個層所獲得到的位移量為55.5nm或56.5nm，并且通過驅(qū)動兩層所獲得的位移量為95.5nm。因此，已知相較于驅(qū)動兩層中的一層作為單個層的情形，在兩層被驅(qū)動的情形下獲得具有大約1.7倍的幅度的位移。當所施加的電壓改變，位移量也相應(yīng)地改變，并且在任何情形下，相較于驅(qū)動兩層中的一層作為單個層的位移量，同時驅(qū)動兩層的位移量達到大約兩倍(在1.7倍左右)。
在圖8中所示的結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)定中間電極126為地電位，施加+20V到下部電極114并且施加-20V到上部電極124，檢查致動器的位移量(膜片110的偏斜變形量)，獲得了良好的位移，并且相較于由單層PZT膜構(gòu)成的致動器獲得了大約兩倍的位移。能夠獲得足夠性能用作為噴墨頭。
〈第四實施例〉
接下來，描述本發(fā)明的第四實施例。圖13是根據(jù)第四實施例的壓電器件的結(jié)構(gòu)的視圖。在圖13中，與圖6A至6M中所示的結(jié)構(gòu)中的那些相同或相似的部件用相同的附圖標記表示并省略對它們的說明。
圖13中所示的壓電器件160具有通過在SOI基板162上形成第二實施例中描述的多個壓電膜構(gòu)成的層積結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的懸臂結(jié)構(gòu)。
SOI基板162具有層積結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置用作處理層的Si層164、氧化物膜層(SiO2)層168以及用作器件層的Si層170。SOI基板162在此被用于替代參照圖6A至6M描述的第二實施例中的Si基板30，并且通過與第二實施例相同的工藝，將壓電膜34、44以及74層積在Si層164上。在獲得與圖6M中相同的層積結(jié)構(gòu)之后，通過蝕刻基板162的背側(cè)來去除Si層164的一部分，從而留下與膜片相對應(yīng)的Si層170。盡管在圖13中留下SiO2層168，但是也可以去除SiO2層168。
另一個板部件(例如硅基板)172被結(jié)合到通過蝕刻留下的Si層164的底表面，并且獲得具有圖13中所示的結(jié)構(gòu)的器件160。
在所獲得的器件160中，通過懸臂的振動，來使壓電膜34、44和74變形，并且在壓電膜34、44和74的每一個的上部和下部電極之間產(chǎn)生電壓。該電壓能夠輸出到外部以用作電力。換句話說，器件160用作具有可被用作發(fā)電器件的層積結(jié)構(gòu)的壓電膜發(fā)電機。通過增加壓電膜的層積數(shù)量，可以獲得更高的生成的電壓。
〈作用效果〉
參照圖1至13所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，因為可以使用層積結(jié)構(gòu)中的壓電膜，所以可以使用壓電膜材料來實現(xiàn)壓電器件的有效的性能改進。
例如，對于用作壓電致動器的壓電器件，通過施加具有相對低的電壓能夠獲得大的位移。進一步地，通過驅(qū)動電壓的降低減輕了包括驅(qū)動電路的控制電路的負擔(dān)，并且可以實現(xiàn)低成本、節(jié)能、耐用性的改進等。
進一步地，對于用作發(fā)電器件的壓電器件，通過使用壓電膜的層積結(jié)構(gòu)可以增加發(fā)電的電壓，并且可以實現(xiàn)適合于實際應(yīng)用的期望的發(fā)電性能。
此外，對于用作傳感器的壓電器件，通過壓電膜的變形可以獲得大的電壓信號，并且可以改進傳感器的靈敏性。
〈其它應(yīng)用例1>
例如，在角度傳感器中，采用驅(qū)動致動器(利用反向壓電效應(yīng))和用于傳感器的壓電體(利用壓電效應(yīng))，并且現(xiàn)有技術(shù)中的通用角度傳感器被構(gòu)造為使得這兩個元件安裝在相同的平面上。
相反地，根據(jù)本發(fā)明所應(yīng)用的層積體，由于第一層的壓電膜可用作致動器并且第二層的壓電膜可用作傳感器(或反之亦然)，那么角度傳感器能夠通過以與現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)相比更小的面積來實現(xiàn)。
如上所述的能夠以更小的面積構(gòu)造的傳感器和其它的器件能夠安裝至緊湊的電子器件，例如移動電話等。進一步地，因為在晶片內(nèi)具有較小面積的器件的可用數(shù)量增加，所以能夠?qū)崿F(xiàn)低成本。
〈其它應(yīng)用例2>
在具有多層壓電膜的層積結(jié)構(gòu)的壓電致動器中，通過在高水平上控制每一層中的壓電體，能夠更大程度地實現(xiàn)致動器的控制。例如，通過將上面所提到的層積結(jié)構(gòu)的壓電致動器應(yīng)用于噴墨頭，并進行驅(qū)動控制，例如改變在多個壓電層中的所驅(qū)動的壓電層的數(shù)量，可以改變所噴射的液滴的大小，改變噴射速度，或進行搖擺彎月面的彎月面控制至導(dǎo)致不噴射的度。
應(yīng)理解本發(fā)明不限于公開的特定形式，相反本發(fā)明覆蓋落入如所附權(quán)利要求中所表達的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、替代構(gòu)造以及等同物。
權(quán)利要求
1.一種壓電器件，包括: 基板； 層積在所述基板上方的第一電極； 層積在所述第一電極上方的第一壓電膜； 層積在所述第一壓電膜上方的金屬氧化物膜； 層積在所述金屬氧化物膜上方的金屬膜； 層積在所述金屬膜上方的第二壓電膜；以及 層積在所述第二壓電膜上方的第二電極。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，在由所述第一壓電膜和所述第二壓電膜之間的所述金屬氧化物膜和所述金屬膜構(gòu)成的中間層中的應(yīng)力和厚度的乘積小于100N/m2。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電器件，其中，所述中間層的厚度不小于50nm并且小于250nmo
4.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，所述第一壓電膜和所述第二壓電膜中的每一個通過氣相外延方法來形成。
5.如權(quán)利要求4所述的壓電器件，其中，所述氣相外延方法是通過實施熱膜形成進行晶體化的濺射方法。
6.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，所述金屬氧化物膜包括鉬族金屬的氧化物。
7.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，所述金屬氧化物膜包括鈦族金屬的氧化物。
8.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，所述金屬膜包括鉬族金屬。
9.如權(quán)利要求1所述的壓電器件，其中，所述第一壓電膜和所述第二壓電膜中的每一個由鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的壓電器件，其中，在所述第一壓電膜和所述第二壓電膜的每一個中，所述鈣鈦礦型氧化物具有(100)或(001)的晶體優(yōu)選取向。
11.一種壓電器件的制造方法，所述方法包括: 在基板上方層積第一電極的第一電極形成步驟； 在所述第一電極上方層積第一壓電膜的第一壓電膜形成步驟； 在所述第一壓電膜上方層積金屬氧化物膜的金屬氧化物膜形成步驟； 在所述金屬氧化物膜上方層積金屬膜的金屬膜形成步驟； 在所述金屬膜上方層積第二壓電膜的第二壓電膜形成步驟；以及 在所述第二壓電膜上方層積第二電極的第二電極形成步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一壓電膜形成步驟和所述第二壓電膜形成步驟中的每一個包括氣相外延方法。
全文摘要
一種壓電器件，包括基板；層積在基板上方的第一電極；層積在第一電極上方的第一壓電膜；層積在第一壓電膜上方的金屬氧化物膜；層積在金屬氧化物膜上方的金屬膜；層積在金屬膜上方的第二壓電膜；以及層積在第二壓電膜上方的第二電極。
文檔編號H01L41/277GK103187520SQ20121046029
公開日2013年7月3日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月4日
發(fā)明者藤井隆滿, 菱沼慶一 申請人:富士膠片株式會社