[发明专利]薄膜压电元件、薄膜压电致动器、和薄膜压电传感器以及硬盘驱动器、和喷墨打印机装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用薄膜压电材料的薄膜压电元件、使用该薄膜压电元件的薄膜压电致动器、和薄膜压电传感器、以及具有该薄膜压电致动器的硬盘驱动器、和喷墨打印机装置。

背景技术

近年来，替代体压电材料，使用薄膜压电材料的压电元件的实用化正在进行。作为一个例子，能够列举作为利用将施加于压电薄膜的力转换为电压的压电效果的压电传感器的、陀螺仪传感器、压力传感器、脉搏传感器、冲击传感装置、麦克风等，或者利用在对压电薄膜施加电压时压电薄膜变形的逆压电效果的压电致动器的、硬盘驱动器头组件、喷墨打印头，或者同样利用逆压电效果的扬声器、蜂鸣器、谐振器等。

当使压电材料薄膜化时，能够进行能元件的小型化，能够应用的领域扩大，并且，能够在基板上一起制作多个元件，因此，批量生产性增加。另外，在用于传感器的情况下的灵敏度的提高等性能方面的优点也较多。

在构成薄膜压电元件的压电薄膜中，具有规定的结晶构造，由此能够获得良好的压电特性，通过进一步提高结晶性，能够进一步提高压电常数。结晶性的提高能够列举形成压电薄膜的溅射和CVD之类的成膜装置的成膜条件的最优化、和对形成压电薄膜的基底面实施处理之类的方法。

在专利文献1中，使成为压电薄膜的基底层的电极层表面的表面粗糙度降低，由此进行基于压电薄膜的结晶成长进行的取向性提高，由此，能够得到压电特性的增加。

在专利文献2中，使压电薄膜的结晶粒径和压电薄膜自身的粗糙度最优化，由此为了提高压电常数关于最佳的结晶性高的压电薄膜的形成进行阐述。

在专利文献3中，抑制作为压电薄膜的整个面中的最大最小值的差的P-V值来提高压电常数，并且，关于具有对绝缘破坏的耐性的压电薄膜的形成进行阐述。

专利文献1：日本特开2010-161330号公报

专利文献2：日本特开平09-298324号公报

专利文献3：日本特开2010-219493号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

如专利文献1所示，作为用于提高压电薄膜的压电特性的方法，具有使成为压电薄膜的基底层的电极层表面的粗糙度降低的方法。

另外，薄膜压电元件的移位量由压电薄膜和与其接触的电极层的接地面积决定，因此，具有较大的接地面是有用的。

但是，在薄膜压电元件的平面形状或者层构造的大小被制限的情况下，根据上述2个事实，在压电薄膜的压电特性存在极限，由此薄膜压电元件的移位量产生极限。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，在使薄膜压电元件的平面形状、层构造为一定的状态下，能够进一步增大薄膜压电元件的移位量。

本发明涉及的薄膜压电元件包括：一对电极层；和由上述一对电极层夹着的压电薄膜，上述压电薄膜和上述一对电极层的至少一者的界面的表面粗糙度P-V在220nm以上500nm以下。在此，表面粗糙度P-V是由表面中的最大高度(峰值P)和最小高度(谷值V)的差规定的表面粗糙度P-V值。

该界面的表面粗糙度因在形成压电薄膜和电极层前对成为下部层的膜表面等进行机械或化学的处理而形成。另外，为在产品的状态中测定上述的界面的表面粗糙度P-V值，在将作为形成在确认对象的界面的上部的压电薄膜或者电极膜完全除去后，通过后述的方法测定。

通过采用该构成，压电薄膜的向电极层的接地面的实际的接地面积(接触区域)变得比外观上的面积(投影面积)大，压电薄膜和电极层更能宽广地接触，因此，能够增加由接地面积决定的薄膜压电元件的移位量。

当界面的表面粗糙度P-V超过500nm时，压电薄膜和电极层的接地面难以维持作为薄膜压电元件的平坦性，在构成薄膜压电元件的各层的成长方向上产生不均。在界面的表面粗糙度P-V不到220nm的情况下，不产生本发明的效果。

在利用Ra表示上述的界面的表面粗糙度的情况下，优选Ra为90nm以上220nm以下，该表面粗糙度Ra优选比构成压电薄膜的结晶颗粒的平均结晶粒径大。在此，优选构成本发明涉及的薄膜压电元件的压电薄膜的结晶颗粒的平均结晶粒径为90nm以上200nm以下。

通过采用该构成，能够良好地保持形成在具有规定的表面粗糙度的界面的压电薄膜的结晶性，能够增大薄膜压电元件的移位量。在此，结晶颗粒的平均结晶粒径通过观察压电薄膜的截面部分而求出，测定方法的详细在后文述说。

在表面粗糙度Ra不到90nm的情况下，压电薄膜和电极层的接地面积的增加量不产生较大的变化，其结果，产生薄膜压电元件的移位量难以增加的问题。