[发明专利]压电元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电元件及其制造方法。更详细地说，涉及在基板上由使氮化铝和/或氧化锌高度地进行了偶极子取向的薄膜构成的压电元件及其制造方法。

背景技术

一般来说，为了进行原子能发电站等的设备中的管道及阀门，或者内燃机的发动机等产生高温气氛的结构物的异常检测，应在结构物的内部设置传感器来进行。作为该传感器，例如，采用了检测在产生龟裂及裂纹时所发生的弹性波即声发射的声发射传感器或检测异常振动、加速度的信息的压电型的振动传感器，对此，已知有压缩型、悬臂梁型、隔膜型、剪切型等各种形式的传感器。

其中，压缩型的薄膜型压电传感器由依次层叠了基座、基座侧电极、压电元件、载荷体侧电极和载荷体的层叠体构成，系将该基座的下表面牢固地安装在被测定物上而被使用。被测定物中一旦发生振动，振动即传递至传感器的基座内。传感器的基座与被测定物一起振动，而载荷体因惯性力使振动产生滞后，在压电元件内发生与振动加速度成正比的压缩或者拉伸应力。于是，在压电元件的两面发生与该应力成正比的电荷或电压，在压电元件两侧配置的上述2枚电极间流过电流，可通过测定该电流量来检测被测定物的振动大小及加速度。

以往，对于这样的压电型的传感器，使用由钛酸锆酸铅或聚偏二氟乙烯等压电材料构成的压电元件，而由这样的压电材料构成的压电元件使极化消失的居里温度低，其适用临界温度最高也只有300℃左右。因此，为了将压电元件保持在适当的温度，例如，在特开平5-203665号公报中，公开了用珀耳帖元件冷却压电元件的情况。但是，由于珀耳帖元件仅有发生局部温度梯度的功能，故不能应用于当外部不安装冷却机构时整体上成为高温的场所。

另外，由于声发射这样的振动因途中振动传递物质的性质而衰减，又在传递路径途中发生了混入来自外部的多余的振动，故希望尽可能在发生场所附近测量振动。但是，关于成为高温的被测定物，如上所述，由于现有的薄膜型压电传感器耐热性差，故惟有通过振动传递棒等在远程的低温环境下感应振动并进行测量。但是，此时，却因发生振动的衰减、噪声的混入等，不能充分准确地测量被测定物的振动。

因此，例如在特开平5-34230号公报中示出，作为具有耐热性的薄膜型压电传感器，压电层使用铌酸锂等居里温度高的压电材料的方法。铌酸锂的居里温度约为1140℃，不用冷却装置在高温环境下的测定是可能的。但是，薄膜化困难，并且若不是单晶体就得不到压电特性，具有制作及加工均很困难、费成本等难点。

另外，对于在特开平10-122948号公报中所述的高温薄膜型振动传感器，为了解决这些问题，作为不存在居里温度的压电性陶瓷，使用氧化锌或氮化铝，使用使之在c轴方向取向的薄膜作为压电元件。另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜对于压电元件的小型化是有希望的材料。

但是，为了使用氮化铝或氧化锌作为压电元件，氮化铝或氧化锌必须形成有偶极子取向的薄膜，另外，为了提高压电元件的压电性，必须提高其偶极子的取向度。但是，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜迄今虽然用各种方法进行了制作，但由于涉及由氮化铝或氧化锌构成的薄膜的偶极子取向度的研究几乎没有进行，故存在难以制作其偶极子取向度受到控制的薄膜这样的问题。

另外，由氮化铝或氧化锌构成的薄膜由于在制膜时有非常大的内部应力，例如在基板上所形成的电极上形成薄膜的情况下，存在电极发生龟裂(裂纹)，并在每个电极处薄膜由基板剥落这样的问题。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于：提供一种使用了由具有高的偶极子取向度的氮化铝或氧化锌构成的薄膜的高性能的压电元件，以及提供一种能够容易并且廉价地制造高性能的压电元件的方法。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的压电元件是一种在基板上依次层叠了第1电极层、压电层和第2电极层的压电元件，其特征在于：上述压电层由氮化铝和/或氧化锌构成，其偶极子取向度在55％以上。

按照该构成，压电元件的压电层由氮化铝和/或氧化锌构成。具有晶体结构的氮化铝或氧化锌由于其晶体结构不存在对称性，故原来就具备压电性，并且像铁电体那样不存在居里温度，即使在高温下也不产生磁位错，故直至晶体熔解或升华，都不会失去压电性。从而，由氮化铝和/或氧化锌构成的压电层的耐热性优越，即使在高温下压电特性也不会劣化。另外，由于加工性优越，在实现薄膜化方面也是合适的，故可使压电元件小型化。