[发明专利]压电体元件和陀螺仪传感器

说明书

技术领域

本发明涉及具有无应力压电体膜的压电体元件和使用了该压电体元件的陀螺仪传感器。

背景技术

已知压电体膜的特性，例如介电常数、居里(curie)温度、矫顽电场(coercive electric field)和剩余极化等，根据压电体膜的内部应力而发生变动。通过薄膜制造工艺成膜的压电体膜在成膜时容易产生膜面内的二维应力，所以为了获得具有卓越压电特性的压电体元件，希望开发具有较少的内部应力的晶体结构的压电体膜。作为具有用于减少内部应力的晶体结构的压电体元件，例如在日本特许2008-28285号公报中提出了以下的压电体元件：该压电体元件具有从一个电极向另一个电极层叠第1、第2和第3压电体膜而成的层叠结构，并且使第1和第3压电体膜的压电常数小于第2压电体膜的压电常数。利用如此的器件结构，就能够降低发生于电极与压电体膜之间的界面上的内部应力。

专利文献1：日本特许2008-28285号公报

发明内容

可是，在上述公报所公开的器件结构中，由于压电体膜与其基底之间的物性的差异，例如晶格常数和热膨胀系数等的差异，而有可能在高温成膜后的压电体膜的冷却过程中，在压电体膜内部产生压缩应力或者拉伸应力，所以想要充分降低应力是困难的。

因此，本发明的技术问题在于提供具有在无应力状态下能够对压电体膜进行成膜的晶体结构的压电体元件。另外，本发明的技术问题在于提供使用具有如上述那样的晶体结构的压电体元件的陀螺仪传感器。

为了解决上述技术问题，本发明所涉及的压电体元件在下部电极与上部电极之间具备压电体膜，该压电体膜包含a轴取向晶体和c轴取向晶体，a轴取向晶体的晶格常数和c轴取向晶体的晶格常数之差为以内。本发明人经反复悉心研究，结果新发现了：在满足a轴取向晶体的晶格常数和c轴取向晶体的晶格常数之差为以内的条件的时候，能够在将压电特性维持在良好的特性值的同时降低积蓄在压电体膜内部的应力。关于这个机理还不明确，但是可以认为：在满足上述条件的情况下，由于对c轴取向晶体和a轴取向晶体作适度平衡，从而压电体膜的晶体颗粒在理想的状态下被最密填充于基底上，这有助于应力的降低。

另外，优选压电体膜包含c轴方向上晶体生长而成的柱状晶体颗粒，该柱状晶体颗粒的粒径为49.8nm以下。可以认为：如果柱状晶体颗粒的粒径小于49.8nm的话，那么基底的晶体结构对压电体膜的影响减弱，所以就变得容易抑制由压电体膜与其基底之间的晶格常数的不一致引起的在压电体膜内部的应力积蓄。

本发明所涉及的陀螺仪传感器是具备基部和连接于该基部的多个臂的音叉振子型的陀螺仪传感器，基部和多个臂是由具有上述晶体结构的压电体元件一体地形成的。

根据本发明，因为能够将成膜后的压电体膜控制在理想的无应力状态，所以能够提供在压电特性方面表现卓越的压电体元件。另外，通过使用无结晶应变和波及振动的无应力压电体元件，来构成陀螺仪传感器，从而就能够提供在检测灵敏度方面表现卓越的陀螺仪传感器。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的压电体元件的截面图。

图2是在分别使压电体膜的a轴取向晶体的晶格常数和c轴取向晶体的晶格常数发生变化的时候所获得的各种参数的测定结果的图表。

图3是表示压电体膜的a轴取向晶体的晶格常数和c轴取向晶体的晶格常数之差与压电常数和应力的关系的图表。

图4是表示压电体膜的组成与晶格常数之间的关系的图表。

图5是在使压电体膜的结晶粒径变化的时候所获得的各种参数的测定结果的图表。

图6是表示压电体膜的粒径与压电常数和应力之关系的图表。

图7是表示压电体膜的Pb-ratio与压电常数和应力之关系的图表。

图8是本实施方式所涉及的陀螺仪传感器的平面图。

图9是图8的按9-9线的向视截面图。

图10是用于说明本实施方式所涉及的陀螺仪传感器的驱动原理的示意图。

符号说明

10 压电体元件

20 压电体膜

31 上部电极

32 下部电极

40 中间薄膜

50 生长基板

100 陀螺仪传感器

110 基部

120、130 臂

31a、31b 驱动电极

31c、31d 检测电极

具体实施方式

以下参照各图就本实施方式的压电体元件10的晶体构和其压电特性加以说明。