[发明专利]强电介质器件

说明书

技术领域

本发明涉及利用强电介质膜的压电效应及焦热电（pyroelectric）效应的强电介质器件。

背景技术

一直以来，利用强电介质膜的压电效应及焦热电效应的强电介质器件备受关注。

作为这种强电介质器件，从低成本化、机械强度等观点出发，提出了在硅基板的一表面侧具备包含强电介质膜的功能部的MEMS（micro electro mechanical systems，微机电系统）器件。作为这种MEMS器件，例如在各地正在研究开发利用强电介质膜的压电效应的发电器件（例如参见R.van Schaijk，et al，“Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomoustransducer solutions”，IEEE SENSORS 2008Conference，2008，p.45-48）或利用致动器、强电介质膜的焦热电效应的焦热电型红外线传感器等焦热电器件（例如参见日本国专利公开8-321640号公报）。另外，作为表现出压电效应及焦热电效应的强电介质材料，众所周知的有，例如作为铅类的氧化物强电介质的一种的PZT（:Pb（Zr，Ti）O₃）等。

在上述的R.van Schaijk的文献中公开的发电器件，如图6所示，具备使用硅基板50形成的器件主体41。该器件主体41具备：框架部51；悬臂（beam）52，配置在框架部51的内侧，摇动自如地支承在框架部51上；配重部53，设于悬臂52的顶端部。另外，在器件主体41的悬臂52上形成有功能部54，功能部54构成根据悬臂52的振动而产生交流电压的发电部。

功能部54具备：下部电极54A，由Pt膜构成；强电介质膜（压电膜）54B，由形成在下部电极54A的悬臂52侧的相反侧的AlN薄膜或PZT薄膜构成；以及上部电极54C，由形成在强电介质膜54B的下部电极54A侧的相反侧的Al膜构成。

另外，在上述的R.van Schaijk的文献中，为了提高发电器件的输出，作为强电介质膜54B的压电膜的材料，采用相对介电常数较小、且压电常数e₃₁较大的压电材料。

另外，上述发电器件具备：第1盖基板42，使用第1玻璃基板60A形成，框架部51被固装在器件主体41的一表面侧（图6的上表面侧）；和第2盖基板43，使用第2玻璃基板70A形成，框架部51被固装在器件主体41的另一表面侧（图6的下表面侧）。

另外，在各盖基板42、43与由器件主体41的悬臂52和配重部53构成的可动部之间形成有该可动部的位移空间61、71。

在此，图6所示的构成的发电器件的器件主体41，通过反应性溅射法等，在硅基板50的上述一表面侧形成有由下部电极54A、强电介质膜54B和上部电极54C构成的功能部54。

但是，一般来说，通过溅射法等各种薄膜形成技术成膜在硅基板的一表面侧的PZT薄膜是多晶体，与形成在价格远高于硅基板的单结晶MgO基板的一表面侧或单结晶SrTiO₃基板的一表面侧的单结晶的PZT薄膜相比，结晶性较差，压电常数e₃₁也较低。另外，各地正在研究开发在单结晶的硅基板的一表面侧上形成结晶性优异的PZT薄膜的方法，但是目前还没有得到具有充分的结晶性的PZT薄膜。

于是，在硅基板的一表面侧具备包含强电介质膜的功能部的发电器件或焦热电型红外线传感器等强电介质器件中，正在研究在下部电极和强电介质膜之间设置缓冲层来提高特性。

但是，一般来说，在硅基板的一表面侧形成具备下部电极、强电介质膜和上部电极的功能部，从硅基板的另一表面侧将与功能部对应的部位蚀刻到规定深度，从而在硅基板上形成空洞，在由此制造的发电器件或焦热电型红外线传感器等强电介质器件中，在硅基板上残留在功能部正下方的薄壁部（图6的例中为悬臂52）的厚度的再现性较低，作为硅基板的基础的硅晶片中的薄壁部的面内偏差较大，所以制造成品率较低，而成本变高。另外，在强电介质器件为焦热电型红外线传感器的情况下，器件特性（响应速度等）因薄壁部的热容量而下降。

在此，可以想到替代硅基板而使用SOI（silicon on insulator）基板，即，在制造时替代硅晶片而使用SOI晶片，但是SOI晶片相比于硅晶片价格非常高，成本变高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种强电介质器件，实现强电介质膜的结晶性及性能的提高，且以低成本实现器件特性的提高。