[发明专利]压电元件以及压电元件应用设备

说明书

本发明提供一种压电元件以及压电元件应用设备，该压电元件在含Mn的KNN类压电材料中，明确了作为添加物而被包含在结晶中的Mn的价数的最佳状态，并且实现了压电体层的结晶取向性的提高，具有优异的绝缘性。该压电元件具备:第一电极，其被形成于基板上；压电体层，其被形成于所述第一电极上，并由含有钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)以及锰(Mn)的钙钛矿结构的复合氧化物构成；第二电极，其被形成于所述压电体层上，其中，锰包括二价的锰(Mn²⁺)、三价的锰(Mn³⁺)、四价的锰(Mn⁴⁺)，二价的锰相对于三价的锰与四价的锰之和的摩尔比(Mn²⁺/(Mn³⁺+Mn⁴⁺))为1以上且10以下，且钾相对于钠的摩尔比(K/Na)为1.1以下。

技术领域

本发明涉及压电元件以及压电元件应用设备。

背景技术

压电元件一般具有压电体层和两个电极，压电体层具有机电转换特性，两个电极对压电体层进行夹持。近年来，盛行将这样的压电元件作为驱动源来使用的设备(压电元件应用设备)的开发。作为压电元件应用设备，存在以喷墨式记录头为代表的液体喷射头、以压电MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)元件为代表的MEMS要素、以超声波传感器等为代表的超声波测量装置，而且还有压电致动器装置等。

例如，作为在液体喷射头中所使用的压电元件的压电材料，考虑到近年来的环境问题的非铅类的材料受到注目。在这些材料中，提出了具有较高的电压特性的铌酸钾钠((K、Na)NbO₃，以下，称为“KNN”)(例如，参照专利文献1以及专利文献2)。在专利文献1中，在基板上层压由钛(Ti)构成的下部紧贴层、下部电极、KNN压电体层、上部电极等，从而构成压电元件。另外，在专利文献2中，在基板上层压由弹性膜、Ti等构成的紧贴层、第一电极、KNN压电体层、第二电极等，从而构成压电元件。

在此，作为KNN的较大的问题，可以举出其绝缘性欠缺的问题。因此，提出了通过对KNN添加锰(Mn)等添加物从而抑制漏电流并改善压电元件的绝缘性的方法(参照非专利文献1)。

但是，已知的是，根据KNN的结晶结构的状态或结晶中所包含的添加物的状态，不但KNN的绝缘性大幅变化，而且其结晶性及结晶取向性也大幅发生变化，并对压电特性带来影响。尤其是，完全不清楚结晶中所包含的添加物的最佳状态。这样的问题不仅限于液体喷射头所使用的压电元件，也同样存在于其他的压电元件应用设备所使用的压电元件中。

专利文献1:日本特开2014－60267号公报

专利文献1:日本特开2014－65317号公报

非专利文献1:Matuda et al.Japanese Journal of Applied Physics 51(2012)09LA03

发明内容

本发明鉴于这样的情况，其目的在于，在含Mn的KNN类压电材料中明确作为添加物而在结晶中所包含的Mn的价数的最佳状态，并且实现压电体层的结晶取向性的提高，从而提供一种具有优异的绝缘性的压电元件以及压电元件应用设备。

用于解决上述课题的本发明的方式在于一种压电元件，具备：第一电极，其被形成于基板上；压电体层，其被形成于所述第一电极上，并由含有钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)以及锰(Mn)的钙钛矿结构的复合氧化物构成；第二电极，其被形成于所述压电体层上，所述锰含有二价的锰(Mn²⁺)、三价的锰(Mn³⁺)、四价的锰(Mn⁴⁺)，所述二价的锰相对于所述三价的锰与所述四价的锰之和的摩尔比(Mn²⁺/(Mn³⁺+Mn⁴⁺))为1以上且10以下，且所述钾相对于所述钠的摩尔比(K/Na)为1.1以下。