[发明专利]带有压电薄膜的基板

说明书

本申请是原申请的申请日为2008年7月3日，申请号为200810128124.2，发明名称为《带有压电薄膜的基板》的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种带有压电薄膜的基板，特别涉及无铅的带有压电薄膜的基板。

背景技术

具备压电体的压电元件用于执行器、传感器等。作为形成这样的压电元件的压电体，广泛使用着Pb(Zr1-xTix)O₃系的钙钛矿型强电介体(PZT)。但是，由于PZT含铅(Pb)，所以从环境方面考虑，优选在压电元件上使用不含铅的压电体即无铅压电体。

作为现有的无铅压电薄膜元件，有例如使用由碱铌氧化物系的钙钛矿化合物构成的电介体膜的压电薄膜元件。该压电薄膜元件包括：MgO等构成的基板、在基板上形成的下部电极、由BaTiO₃等构成的在下部电极之上形成的缓冲层、由通式(Na_xK_yLi_z)NbO₃(0＜x＜1，0＜y＜1，x+y+z＝1)表示的碱铌氧化物系的钙钛矿化合物构成、在缓冲层上形成的压电薄膜以及在压电薄膜之上形成的上部电极(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开2007-19302号公报

发明内容

但是，专利文献1记载的压电薄膜元件如果是在MgO等的基板上形成由铌酸钾钠系材料构成的压电薄膜，有时会在压电薄膜元件上发生翘曲。如果使这样发生了翘曲的压电薄膜元件长期连续地进行压电动作，则压电薄膜元件的压电常数d₃₁会大大降低。

因此，本发明的目的在于提供一种带有压电薄膜的基板，即便使由具有无铅压电体的带有压电薄膜的基板构成的压电元件长期连续地进行压电动作后，也能够抑制压电元件的压电常数d₃₁的降低。

为了实现上述目的，本发明提供的带有压电薄膜的基板包括：具有第一热膨胀系数的基板，以及具有第二热膨胀系数、在规定的条件下在上述基板上方成膜、通式为(K，Na)NbO₃的钙钛矿结构的铌酸钾钠的压电薄膜；形成了压电薄膜的基板基于上述第一热膨胀系数及上述第二膨胀系数之差，在室温中的翘曲具有10m以上的曲率半径。

另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以具有0.2μm～10μm的膜厚。另外，基板也可以是硅(Si)基板。或者基板还可以是锗(Ge)基板，也可以是砷化镓(GaAs)基板。

另外，对于上述带有压电薄膜的基板，在基板上，在压电薄膜与基板之间具有下部电极，压电薄膜在与下部电极接触的面的相反面上具有上部电极，上部电极及/或下部电极也可以含有白金(Pt)。另外，上述带有压电薄膜的基板还可以在下部电极与压电薄膜之间具备具有钙钛矿结构的层。而且，具有钙钛矿结构的层也可以由通式为KNbO₃、NaNbO₃、LaNiO₃、SrRuO₃或SrTiO₃的化合物中的任一种构成。

另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以由具有0.4≤Na/(K+Na)≤0.75范围内的组成的(K，Na)NbO₃构成。另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以含有除了钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)或氧(O)以外的其他元素，压电薄膜中的其他元素的含量也可以为10％以下。而且，其他的元素也可以为锂或钽。

另外，上述带有压电薄膜的基板也可以在(001)面方向、(110)面方向、或(111)面方向的任一方向上取向。而且，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜也可以由平均粒径在0.1μm～1.0μm的范围内的(K，Na)NbO₃构成。

根据本发明的带有压电薄膜的基板，即便使由具有无铅压电体的带有压电薄膜的基板构成的压电元件长期连续地进行压电动作后，也能够抑制压电元件的压电常数d₃₁的降低。

附图说明

图1(a)是第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的剖视图，(b)是第一实施方式涉及的压电元件的剖视图。

图2是显示第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及压电元件的制造工序以及特性评价工序的流程。

图3是显示第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及比较例涉及的带有压电薄膜的基板的形状评价结果的图。

图4是压电元件的压电特性评价方法的概略图。

图5是显示带压电薄膜的基板的翘曲的曲率半径与压电常数d₃₁的降低率的关系的图。