Nbt-bt晶體壓電體膜和具備該膜的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及NBT-BT晶體壓電體膜和具備它的壓電疊層結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦型復(fù)合氧化物[(Na，Bi)^BaJTi03 (以下稱為「NBT-BT」），作為無(wú)鉛 (lead-free)鐵電材料，現(xiàn)在正在研宄開發(fā)。
[0003] 專利文獻(xiàn)1公開了具有高的退極化溫度Td的NBT-BT膜。具體而言，專利文獻(xiàn) 1公開了 ：通過(guò)在攝氏650度的溫度下的RF磁控派射而形成于NaxLah+yNipyOh層上的 (1-€〇(恥，81，8&)!103-€ [81003層（0 =卩6、(：0、211(|.511(|. 5、或1%(|.511(|.5)具有大約攝氏180 度~攝氏250度的退極化溫度了(1。（1-€ [)(他，81，8&)1103-€[8100 3層僅具有（001)取向。 NaxLah+yNipyOh層通過(guò)在攝氏300度的溫度下的RF磁控派射而形成于具有（111)取向的 Pt膜上。
[0004] 專利文獻(xiàn)2~專利文獻(xiàn)4公開了僅具有（001)取向的NBT-BT膜。這些專利文獻(xiàn) 所公開的NBT-BT膜形成于LaNi03層上。LaNiO3層通過(guò)在攝氏300度的溫度下的RF磁控 濺射而形成。LaNi03層具有強(qiáng)的（001)取向是眾所周知的。
[0005] 專利文獻(xiàn)5也公開了僅具有（001)取向的NBT-BT膜。專利文獻(xiàn)5所公開的NBT-BT 膜形成于Na^ahNiOjO. 01彡x彡0. 1)層上。與專利文獻(xiàn)2~專利文獻(xiàn)4的公開內(nèi)容同 樣，Na^ahNiC^層通過(guò)在攝氏300度的溫度下的RF磁控派射而形成。Na^ahNiC^層也具 有強(qiáng)的（001)取向。
[0006] 專利文獻(xiàn)6也公開了僅具有（001)取向的NBT-BT膜。專利文獻(xiàn)6所公開的NBT-BT 膜形成于具有（100)取向的Pt層上。Pt層形成于具有（100)取向的MgO單晶基板的表面。 專利文獻(xiàn)2~專利文獻(xiàn)6都沒有公開退極化溫度Td。
[0007] 非專利文獻(xiàn)1公開了測(cè)定退極化溫度Td的方法。
[0008] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開第2013/114794號(hào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :國(guó)際公開第2010/084711號(hào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :國(guó)際公開第2011/129072號(hào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :國(guó)際公開第2012/001942號(hào)
[0013] 專利文獻(xiàn)5:國(guó)際公開第2011/158490號(hào)
[0014] 專利文獻(xiàn)6:國(guó)際公開第2012/026107號(hào)
[0015] 專利文獻(xiàn)7:國(guó)際公開第2010/047049號(hào)
[0016] 專利文獻(xiàn)8 :美國(guó)專利第7870787號(hào)說(shuō)明書
[0017] 專利文獻(xiàn)9:中國(guó)專利申請(qǐng)公開第101981718號(hào)說(shuō)明書
[0018]非專利文獻(xiàn) 1: JournaloftheAmericanCeramicSociety93 [4] (2010)1108-1113

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的是提供具有更高的退極化溫度的NBT-BT膜。
[0020] 本發(fā)明是一種[(Na，BUajTiOs晶體壓電體膜（15)，其中，
[0021] 上述[(Na，BiUajTiC^晶體壓電體膜僅具有（001)取向，
[0022] 上述[(似，81)1_!^!￡]110 3晶體壓電體膜具有0.390納米以上且0.395納米以下的 a軸長(zhǎng)，
[0023] 上述[(似，81)1_!^ !￡]1103晶體壓電體膜具有0.399納米以上且0.423納米以下的 c軸長(zhǎng)，
[0024] x表示0以上且1以下的值，并且，
[0025] 上述[(Na，Bi) hBajTiO^體壓電體膜具有攝氏389度以上的退極化溫度。
[0026] 本發(fā)明的宗旨包含使用了這樣的[(Na，BUajTiC^晶體壓電體膜（15)的噴墨 頭、角速度傳感器、以及壓電發(fā)電元件。
[0027] 本發(fā)明提供具有更高的退極化溫度的NBT-BT膜。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1A表示本實(shí)施方式的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的截面圖。
[0029] 圖1B表示圖1A所示的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的變形例。
[0030] 圖1C表示圖1A所示的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的另一變形例。
[0031] 圖1D表示圖1A所示的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的又一變形例。
[0032] 圖1E表示具備基板的壓電疊層結(jié)構(gòu)體。
[0033] 圖2表示包含由化學(xué)式八803表示的鈣鈦礦型晶格的[(Na，Bi)hBajTiC^晶體。
[0034] 圖3A表示在實(shí)施例1中得到的[(Na，Bi)hBajTiC^層的（100)面的X射線衍射 光譜。
[0035]圖3B表示在實(shí)施例1中得到的[(Na，Bi) hBajTiC^層的（001)面的X射線衍射 光譜。
[0036] 圖4表示實(shí)施例1中的X射線衍射譜圖的結(jié)果。
[0037]圖5A是表示一般的壓電體材料的電場(chǎng)-位移量特性的圖。
[0038] 圖5B表示圖5A的局部放大圖。
[0039] 圖6示意性地表示本發(fā)明的噴墨頭的一例，是部分地表示該噴墨頭的截面的立體 圖。
[0040] 圖7示意性地表示圖6所示的噴墨頭中的、包含壓力室部件和促動(dòng)器部的主要部 分，是部分地表示該主要部分的截面的分解立體圖。
[0041] 圖8是示意性地表示圖6所示的噴墨頭中的、包含壓力室部件和促動(dòng)器部的主要 部分的一例的截面圖。
[0042] 圖9是示意性地表示本發(fā)明的角速度傳感器的一例的立體圖。
[0043] 圖10是表示圖9所示的角速度傳感器的截面E1的截面圖。
[0044] 圖11是示意性地表示本發(fā)明的壓電發(fā)電元件的一例的立體圖。
[0045] 圖12是表示圖11所示的壓電發(fā)電元件的截面F1的截面圖。
[0046] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0047] 11基板
[0048] 12金屬電極層
[0049] 13[^葉附卜為層
[0050] 15 [(似，81)1_扣!￡]!103晶體壓電體膜
[0051] 17導(dǎo)電層（第2電極）
【具體實(shí)施方式】
[0052] 以下，一邊參照附圖一邊說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0053](術(shù)語(yǔ)的定義）
[0054] 本說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)如下定義。
[0055] 術(shù)語(yǔ)「線性」意味著施加電場(chǎng)與位移量之間的線性。優(yōu)選線性高?！妇€性高」意味 著位移量與施加電場(chǎng)成比例。
[0056] 術(shù)語(yǔ)「施加電場(chǎng)」意味著施加于壓電體層的電場(chǎng)。
[0057] 術(shù)語(yǔ)「位移量」意味著通過(guò)施加電場(chǎng)而產(chǎn)生的壓電體層的位移量。
[0058] 以下說(shuō)明位移量與施加電場(chǎng)之間的關(guān)系。
[0059] 為了能夠測(cè)定準(zhǔn)確的角速度的角速度傳感器、能夠噴出準(zhǔn)確量的墨的噴墨頭、以 及能夠利用正壓電效應(yīng)來(lái)發(fā)電的壓電發(fā)電元件，需要位移量與電場(chǎng)成比例。即，需要位移量 b和電場(chǎng)a滿足以下的等式1。
[0060]b=qa? ??等式 1 (q為常數(shù)）
[0061] 本說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)「比例」意味著a和b的值滿足上述等式1。即，術(shù)語(yǔ)「比 例」意味著一次函數(shù)。術(shù)語(yǔ)「比例」不包含二次函數(shù)。
[0062] 圖5A是表不一般的壓電體材料的電場(chǎng)-位移量特性的圖。圖5B是表不圖5A的 局部放大圖。
[0063] 如圖5B所示，在點(diǎn)A處的切線的斜率，與在點(diǎn)B處的切線的斜率實(shí)質(zhì)上相同?！笇?shí) 質(zhì)上相同」意味著由在點(diǎn)A處的切線的斜率/在點(diǎn)B處的切線的斜率表示的比率為0. 8以 上且1.2以下。這意味著位移量b與電場(chǎng)a成比例。點(diǎn)A和點(diǎn)B的施加電場(chǎng)例如分別為 0? 3V/ym和 1. 8V/ym。
[0064] 另一方面，在點(diǎn)C處的切線具有比在點(diǎn)A和點(diǎn)B處的切線都小的斜率。
[0065] 在位移量b與電場(chǎng)a具有非一次函數(shù)的關(guān)系的情況下，難以測(cè)定準(zhǔn)確的角速度、噴 出準(zhǔn)確量的墨、以及利用正壓電效應(yīng)來(lái)發(fā)電。對(duì)于能夠測(cè)定準(zhǔn)確的角速度的角速度傳感器、 能夠噴出準(zhǔn)確量的墨的噴墨頭、以及能夠利用正壓電效應(yīng)來(lái)發(fā)電的壓電發(fā)電元件而言，不 希望位移量b與電場(chǎng)a之間為非一次函數(shù)的關(guān)系。
[0066] 術(shù)語(yǔ)「退極化溫度Td」意味著在壓電體層中所包含的極化通過(guò)加熱壓電體層而完 全消失的時(shí)刻的溫度。即壓電體層在比退極化溫度Td高的溫度下完全失去極化。不具有 極化的壓電體層，不作為壓電體層發(fā)揮作用。從回流焊的觀點(diǎn)出發(fā)，退極化溫度Td優(yōu)選為 攝氏180度以上，更優(yōu)選為攝氏380度以上。
[0067] 術(shù)語(yǔ)「a軸長(zhǎng)」意味著如圖2所示，在AB03晶格中，沿[100]方向配置的相鄰的兩 個(gè)A原子的距離。換言之，術(shù)語(yǔ)「a軸長(zhǎng)」意味著在AB03晶格中，沿[100]方向的晶格的長(zhǎng) 度。沿[100]方向配置的相鄰的兩個(gè)A原子的距離、即a軸長(zhǎng)，與沿[010]方向配置的相鄰 的兩個(gè)A原子的距離相同。
[0068]術(shù)語(yǔ)「c軸長(zhǎng)」意味著如圖2所示，ABO^sb格的沿[001]方向相鄰的兩個(gè)A原子間 隔。換言之，術(shù)語(yǔ)「c軸長(zhǎng)」意味著在ABO,格中，[001]方向的晶格的長(zhǎng)度。
[0069](壓電疊層結(jié)構(gòu)體）
[0070] 圖1A是表示本實(shí)施方式的壓電疊層結(jié)構(gòu)體的截面圖。如圖1A所示，本實(shí)施方式 的壓電疊層結(jié)構(gòu)體具備Lai+yNihOjl13和[(Na，Bi) ^BajTiC^晶體壓電體膜15。[(Na， BUajTiC^晶體壓電體膜15被層疊為與Lai+yNihOjl13接觸。
[0071] 本實(shí)施方式的[(似，81)1_!^ &!￡]!103晶體壓電體膜15僅具有（001)取向。換言之， 本實(shí)施方式的[(NajiUajTiC^晶體壓電體膜15實(shí)質(zhì)上不具有如（100)取向、（010)取 向、（110)取向、或（111)取向那樣的、（001)取向以外的取向。這樣，本實(shí)施方式的[(Na， BUajTiC^晶體壓電體膜15具有較強(qiáng)的（001)取向。
[0072] 如圖2所示，[(NaJUajTiC^晶體包含由化學(xué)式AB03表示的鈣鈦礦型的晶格。 A原子為Na、Bi、或Ba。B原子為Ti。
[0073] 距離al表示沿[100]方向相鄰的兩個(gè)A原子之間的距離。距離a2表示沿[010] 方向相鄰的兩個(gè)A原子之間的距離。在AB0^sb格中，[100]方向與[010]方向等價(jià)。因此， 距離al與距離a2相等。換言之，區(qū)別距離al和距離a2沒有意義。由該說(shuō)明可知，滿足a 軸長(zhǎng)=距離al=距離a2的等式。
[0074] 本實(shí)施方式的[(NajDhBajTiC^晶體壓電體膜15,具有0. 390納米以上且0. 395 納米以下的a軸長(zhǎng)。由后述的比較例3可知，低于0. 390納米的a軸長(zhǎng)，使退極化溫度Td 大大降低。
[0075] 優(yōu)