压电层压体、表面声波元件、压电谐振器及压电传动装置的制作方法

专利名称：压电层压体、表面声波元件、压电谐振器及压电传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有铌酸钾钠层的压电层压体、包括该压电层压体的表面声波元件、薄膜压电谐振器及压电传动装置。
背景技术：
随着以例如便携式电话等移动体通信为中心的通信领域的迅速发展，对表面声波元件的需求也急速扩大。小型化、高效率化、高频化是表面声波的研发方向。因此，需要更大的机电耦合系数(k2)、更稳定的温度特性、更快的表面声波传播速度。
现有的表面声波元件主要是采用在压电体的单晶上形成叉指型电极的构造。作为压电单晶的代表物质有水晶、锂铌酸(LiNbO3)、锂钽酸(LiTaO3)等。当是例如要求宽频带化或通频带的低损耗化的RF滤波器时，采用机电耦合系数大的LiNbO3。另一方面，即使是窄频带，当是需要稳定的温度特性的IF滤波器时，采用中心频率温度系数小的水晶。而且，当LiTaO3的机电耦合系数及中心频率温度系数分别位于LiNbO3和水晶的之间时，LiTaO3所发挥的作用也介于其两者之间。而且，最近，在钾铌酸(KNbO3)单晶中发现表现较大的机电耦合系数的值的交角。KNbO3单晶板记载于特开平10-65488号公报中。
在采用压电单晶基板的表面声波元件中，机电耦合系数、温度系数、音速等特性是材料固有的值，由交角及传播方向确定。例如0°Y-XKNbO3单晶基体在机电耦合系数上表现优异，但在室温附近不表现从45°到75°的旋转Y-XKNbO3单晶基体这样的零度特性。

发明内容
本发明的目的在于，提供在基体上形成有铌酸钾钠层的压电层压体。
本发明的另一目的在于，提供具有本发明的压电层压体的表面声波元件及薄膜压电谐振器。
本发明的另一目的在于，提供具有本发明的压电层压体的压电传动装置。
本发明涉及的压电层压体包括基体；以及形成于所述基体的上方的、包括铌酸钾钠的第一压电体层。
在本发明中，当在特定的A部件(下面，称为“A部件”)的上方设置特定的B部件(下面，称为“B部件”)时，其包括在A部件上面直接设置B部件的情况、及在A部件的上面隔着其他部件设置B部件的情况。
根据本发明的压电层压体，所述第一压电体层以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示，在该组成式中，0.1＜a＜1，1≤x≤1.2。
根据本发明的压电层压体，在所述第一压电体层的所述组成式中，1＜x≤1.1。
根据本发明的压电层压体中，可以在所述第一压电体层的下方形成有取向控制层。
根据本发明的压电层压体中，所述取向控制层可以包括镧镍酸。所述镧镍酸是多晶镧镍酸。
本发明的压电层压体包括与所述第一压电体层连接的、包含铌酸钾钠的第二压电体层，所述第二压电体层包括构成与所述第二压电体层连接的、且位于与所述第一压电体层相反一侧的层的元素。
根据本发明的压电层压体，所述第一压电体层包括第一相部分，其包括以组成式(KaNa1-a)NbO3表示的压电体；以及第二相部分，其包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体，其中，1＜x。
本发明的压电层压体包括形成于所述第一压电体层上方的电极。
本发明的压电层压体包括第一电极，形成于所述基体和所述第一压电体层之间；以及第二电极，形成于所述第一压电体层的上方。
本发明涉及的表面声波构件包括本发明的压电层压体。
本发明涉及的薄膜压电谐振器包括本发明的压电层压体。
本发明涉及的压电传动装置包括本发明的压电层压体。


图1是示意性地示出本发明实施例涉及的第一压电层压体的剖面图。
图2是示意性地示出本发明实施例涉及的压电层压体的压电体层的剖面图。
图3是示意性地示出本发明实施例涉及的压电层压体的压电体层的剖面图。
图4是示意性地示出本发明实施例涉及的第一压电层压体的变形例的剖面图。
图5是示意性地示出本发明实施例涉及的第二压电层压体的剖面图。
图6是示意性地示出本发明实施例涉及的第二压电层压体的变形例的剖面图。
图7是本发明实施例中压电体层的磁滞特性的示意图。
图8(A)、(B)是由SEM检测的本发明实施例中压电体层表面的图，(C)是由SEM检测的比较例中压电体层表面的图。
图9是本发明实施例及比较例的XRD图。
图10是本发明实施例中压电体层的电场和应变的关系的图。
图11是本发明实施例中压电体层的SAW振荡波形的示意图。
图12是本发明实施例的拉曼发光分析结果的示意图。
图13是本发明实施例中Na的剩余量与间隔关系的示意图。
图14(A)是由SEM检测的本发明实施例的表面的示意图，(B)是由SEM检测的参考例中表面的图。
图15(A)示出本发明实施例的XRD图，(B)是参考例的XRD的图。
图16是示意性地示出本发明实施例涉及的表面声波元件的图。
图17是示意性地示出应用了本发明实施例涉及的表面声波元件的频率滤波器的图。
图18是示意性地示出应用了本发明实施例涉及的表面声波元件的振荡器的图。
图19是示意性地示出本发明实施例涉及的第一薄膜压电谐振器的图。
图20是示意性地示出本发明实施例涉及的第二薄膜压电谐振器的图。
图21是示意性地示出应用本发明实施例的压电传动装置的图。
图22是示意性地示出应用本发明实施例涉及的压电传动装置的喷墨式头的立体图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明涉及的实施例进行说明。
1.压电层压体1.1.第一压电层压体图1是示意性示出本实施例涉及的第一压电层压体100的一例的剖面图。
压电层压体100包括基体1；形成于基体1上的、包括铌酸钾钠的压电体层3；以及形成于压电体层3上的电极4。
基体1根据压电层压体100的用途来选择，其材料、构成上不受特别限定。作为基体1可以使用绝缘性基板、半导体基板等。作为绝缘性基板，可使用例如蓝宝石基板、STO基板、塑料基板、玻璃基板等，作为半导体基板可使用硅基板等。而且，基体1也可以是在基板单元体或基板上层压其他的层而成的层压体。
如图4所示，基体1上可以根据需要包括取向控制层6。取向控制层6称为缓冲层或晶种层，具有可控制压电体层3的结晶取向性的功能。即，形成于取向控制层6上的压电体层3的结晶结构与取向控制层6的结晶结构相似。作为相关的取向控制层6，可使用具有与压电体层3相同结晶结构的复合氧化物。作为取向控制层6可使用例如镧镍酸(LaNiO3)等的钙钛矿型氧化物。镧镍酸可以是多晶结构。取向控制层6只要可控制压电体层3的取向，例如具有50至100nm的膜厚即可。
压电体层3包括组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体。在上述组成式中，优选0.1＜a＜1，更优选0.2≤a≤0.7，优选1≤x≤1.2，更优选1＜x≤1.1。组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体在室温下取斜方晶系的结构。在上述组成式中，由于“a”处于上述范围内，在从斜方晶系向菱形晶(a≤0.55)以及从斜方晶系向单斜晶(0.55≤a)的相转变温度为小于等于零下40℃(-40℃)，在低温区可得到稳定的特性，从而优选。当“a”为小于等于0.1时，在进行结晶化的热处理时由于钾的挥发而产生异相，对压电特性或铁电特性等物理特性造成恶劣影响。由于“x”在上述范围内，低温下形成结晶而抑制钾的挥发，提高层密度，从而优选。
在本实施例中，压电体层3可是均质的层，或具有如图2、图3所示的结构的层。图2及图3是概念化的或模式化的图。
即，如图2所示，压电体层3包括第一压电体层32，其包括组成式(KaNa1-a)NbO3所表示的铌酸钾钠；第二压电体层34，其形成于第一压电体层32和基体1之间，包括压电体，该压电体至少包括构成与压电体层3连接的层(图示的情况为基体1)的元素。第二压电体层34与第一压电体层32相比，过量地含有作为A位元素的钾及钠。而且，第二压电体层34在第一压电体层32的铌酸钾钠中包含构成基体1的元素。例如，当使用STO(SrTiO3)基板作为基体1时，第二压电体层34在铌酸钾钠中包含锶及钛。使用Nb:STO(Nb掺杂SrTiO3)作为基体1时，第二压电体层34在铌酸钾钠中可包含锶、钛及铌。而且，如图4所示，基体1上具有取向控制层6时，第二压电体层34可包括构成取向控制层6的元素。例如，当使用镧铌酸作为取向控制层6时，第二压电体层34在铌酸钾钠中含有镧及镍。
而且，如图3所示，压电体层3包括第一相部分36，包括以组成式(KaNa1-a)NbO3表示的压电体；以及第二相部分38，包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体，其中，1＜x。
本实施的压电体层3优选优先取向为拟立方晶(100)。
压电体层3的代表性的层厚根据压电层压体100的用途来选择。压电体层3的代表性的层厚是300nm至3.0μm。但是，在维持作为薄层的致密及结晶取向性的范围内可加厚该厚度，上限值允许到10μm左右。
电极4可包括金属层或导电性复合氧化物层。电极4也可为金属层和导电性复合氧化物层的层压体。作为电极4的材料，可使用铂、铱、铝等金属层或氧化铱等导电性复合氧化物层。
本实施例的第一压电层压体100可如下形成。
(1)首先，准备基体1。基体1根据如上所述的压电层压体100的用途来选择。基体1可使用例如STO(SrTiO3)基板、Nb:STO(Nb掺杂SrTiO3)基板、以及蓝宝石基板。
(2)如图1所示，在基体1上，形成压电体3，包括上述组成式表示的压电体。
利用凝胶溶胶法或MOD法形成压电体层3时，可使用作为上述组成式的组成的前体溶液形成涂布层，通过使该涂布层结晶化来形成压电体层3。
作为压电体层3的形成材料的前体溶液可如下制成按所希望的各金属的摩尔比混合有机金属化合物，并进一步使用醇等有机溶剂将上述物质溶解或分散而制成，其中，上述有机金属化合物分别含有形成压电体层3的压电材料的构成金属。可使用金属醇盐或有机酸盐、β二酮络合物作为分别含有压电材料的构成金属的有机金属化合物。具体地，可例举作为压电材料的以下物质。
作为包含钠(Na)的有机金属化合物，可列举例如乙氧基钠。作为包含钾(K)的有机金属化合物，可列举例如乙氧基钾。作为包含铌(Nb)的有机金属化合物，可列举例如乙氧基铌。包含压电材料的构成金属的有机金属化合物，可不受上述限制而使用公知的物质。
在前体溶液中，根据需要可以添加稳定剂等的各种添加剂。而且，当在前体溶液中产生水解、缩聚时，在前体溶液中添加适量的水的同时，可添加酸或碱作为催化剂。
配制原料溶液，以使压电体层3为所希望的组成比。当将该原料溶液涂布于基体1上后，施行热处理并使涂层结晶化，由此可以形成压电体层3。具体地，例如进行所希望次数的原料溶液的涂布步骤、醇等溶剂的去除步骤、涂层的干燥热处理步骤及脱脂热处理步骤等一系列的步骤，之后通过结晶化退火烧成而形成压电体层3。而且，通过将由上述涂布步骤、溶剂的去除步骤、涂层的干燥热处理步骤、脱脂热处理步骤及结晶化退火步骤构成的一系列的步骤进行所希望的次数，也可形成压电体层3。
(3)如图1所示，在压电体层3上形成电极4。构成电极4的金属层或导电性复合氧化物层可通过例如公知的溅射法等形成。
(4)接着，根据需要，可在氧环境下采用RTA(热快速退火)等进行焊后退火。由此，可形成电极4和压电体层3的良好的界面，且可改善压电体层3的结晶性。
如图4所示，当为基体1上具有取向控制层6的压电层压体100时，上述(1)步骤之后，在基体1上形成取向控制层6。当使用镧镍酸作为取向控制层6时，可使用溅射法。通过形成取向控制层6，压电体层3可反映取向控制层6的结晶构造并具有更高的结晶性及取向性。
通过上述步骤，可制造本实施例相关的第一压电层压体100。
如上所述，通过形成压电体层3，压电体层3包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体。该压电体是在室温具有斜方晶系构造的钙钛矿型氧化物。
1.2.第二压电层压体图5示意性示出本实施例涉及的第二压电层压体200的一例的剖面图。
压电层压体200包括基体1；形成于基体1上的第一电极(下部电极)2；形成于下部电极2上的压电体层3；以及形成于压电体层3上的第二电极(上部电极)4。
基体1根据压电层压体200的用途选择，并不特别限定于该材料、构成。作为基体1可使用在第一压电层压体100中所述的同样的物质。
下部电极2可使用铂族等金属层或导电性复合氧化物层。而且，作为下部电极2，可使用具有层压有金属层和导电性复合氧化物层的多层构造。下部电极2的最上层可以是作为缓冲层发挥作用的导电层。上述缓冲层可以与第一压电层压体100同样，具有与压电体层3相同的结晶构造。通过使缓冲层具有这样的构造，压电体层3为与缓冲层的结晶构造相连的结晶构造。
如图6所示，在下部电极2上，可根据需要具有取向控制层6。取向控制层6与第一压电层压体100中的描述相同，称为缓冲层或薄膜层，具有控制压电体层3的结晶取向性的功能。
压电体层3与第一压电层压体100中的压电体层3相同。即，压电体层3包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体。在上述组成式中，优选0.1＜a＜1，更优选0.2≤a≤0.7，优选1≤x≤1.2，更优选1＜x≤1.1。组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体在室温下获得斜方晶系的结构。在上述组成式中，由于“a”处在上述范围内，在从斜方晶系向菱形晶(a≤0.55)及从斜方晶系向单斜晶(0.55≤a)的相转变温度为小于等于-40℃，在低温区可得到稳定的特性，从而优选。与组成式中“a”及“x”的数值范围相关的事项及压电体层3的特征，因为与第一压电层压体100中所述的相同，可省略详细的描述。
当压电体层具有与图2对应的构成时，压电体层3包括第一压电体层32，其包括以组成式(KaNa1-a)NbO3表示的压电体；以及第二压电体层34，形成于第一压电体层32和基体1之间，包括至少构成与压电体层3连接的层(相当于附图中的下部电极2)的元素的压电体(含有过量的钾及/或钠的铌酸钾钠)。
而且，当压电体层具有与图3对应的构成时，压电体层3包括第一相部分36，包括以组成式(KaNa1-a)NbO3表示的压电体；以及第二相部分38，包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体，其中，1＜x。
上部电极4与下部电极2相同，可包括金属层或导电性复合氧化物层或这些的层压体。即，上部电极4可以使用采用铂、铱等金属层或氧化铱等的导电性复合氧化物层。
本实施的第二压电层压体200可如下形成。
(1)首先，准备基体1。作为基体1可使用与在第一压电层压体100中所述的基体1相同的物质。作为基体1可使用例如硅基板。
(2)如图5所示，在基体1上形成下部电极2。构成下部电极2的金属层或导电性复合氧化物层可通过例如公知的溅射法等形成。
(3)如图5所示，在下部电极2上形成上述组成式表示的压电体层3。压电体层3的形成方法与第一压电层压体100的情况相同，所以省略详细的说明。
(4)如图5所示，在压电体层3上形成上部电极4。构成上部电极4的金属层或导电性复合氧化物层的构成、形成方法与第一压电层压体100的电极4相同，所以可省略详细的说明。
(5)接着，根据需要，可在氧环境下采用RTA等进行焊后退火。由此，可形成下部电极2、上部电极4与压电体层3之间的良好的界面，且可改善压电体层3的结晶性。
如图6所示，当是在下部电极2上具有取向控制层6的压电层压体200时，在上述(2)的步骤后，在下部电极2上形成取向控制层6。当使用镧镍酸为取向控制层6时，可使用溅射法。通过形成取向控制层6，压电体层3可反映取向控制层6的结晶构造并具有更高的结晶性及取向性。
通过上述步骤，可制备本实施例涉及的第二压电层压体200。
此外，压电体层3不仅可使用凝胶溶胶法或MOD(MetalOrganic Decomposition)法的液相法，也可使用激光消融法或溅射法等气相法而形成。
第一、第二压电层压体100、200具有压电特性优良的压电体层3，可适用于后述的各种用途。
2.实施例以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不仅限于这些。
2.1.实施例1乙氧基钾、乙氧基钠及乙氧基铌以K∶Na∶Nb＝1.0∶0.2∶1.0的摩尔比混合，将该混合液在丁基溶纤剂中回流，调整三醇盐溶液。进一步添加作为该溶液的稳定剂的二乙醇胺。由此调整前体溶液。此外，可代替二乙醇胺使用醋酸。将该前体溶液在形成有铂层的基体(铂层/氧化硅层/硅基板)上通过自旋涂布法涂布，在热板上干燥、预烧后，在700℃下施行热快速退火。得到经数次重复该步骤获得的厚度约1.5μm的多晶铌酸钾钠(KNN)层。在该KNN层上，由溅射法形成厚度100nm、直径200μm的铂金电极。由此得到电容器样品。
使用上述电容器样品，当进行磁滞特性评价时，可得到如图7所示的磁滞曲线。从图7可确认本实施例的电容器样品具有良好的磁滞特性，KNN层具有铁电性。
2.2.实施例2、比较例1除如表1所示改变实施例1中的钾与钠的摩尔比(摩尔％)外，与实施例1相同配制形成KNN层用的前体溶液。即，将前体溶液中钾比钠的量(过量Na)配制成10摩尔％、20摩尔％、40摩尔％及50摩尔％。在Nb:STO(Nb掺杂SrTiO3)单晶基板上通过自旋涂布法涂布上述的前体溶液，在热板上干燥、预烧后，在700℃下施行热快速退火。重复上述步骤数次，得到四种厚度约1μm的多晶KNN层。
表1

而且，作为比较例1，在前体溶液中不含有纳，而是除了乙氧基钾及乙氧基铌以K∶Nb＝1.0∶1.0的摩尔比混合之外与实施例2同样形成钾铌酸层(KN层)。
对于得到的KNN层及KN层，进行以下评价。
(1)KNN层的组成分析通过ICP(感应耦合等离子体)发光分析法，进行实施例2涉及的KNN层的组成分析。其结果显示于表1。由表1可以确认，在实施例的KNN层中，式(KaNa1-a)xNbO3中的x大于1，相对于Nb，K及Na与理想配比成分相比过量地含有。而且，即使使前体溶液中Na含量增加，“x”最大值约为1.1。
(2)由SEM观测的层表面由SEM观测实施例2涉及的两种KNN层(x＝1.04、1.09)及比较例1涉及的KN层的表面。图8示出其结果。图8(A)、(B)是实施例2的结果，图8(C)是比较例1的结果。从图8(A)、(B)可以确认，实施例2涉及的KNN层可以得到均质且良好的形态。与此对应，从图8(C)可以确认，在比较例1的KN层中形成有异相。
(3)由XRD检测的结晶性通过XRD检测与上述(2)中使用的相同的样品。其结果如图9所示。在图9中，标记“a”及“b”所示的图表是实施例2涉及的KNN层的结果，标记“c”中所示的图表是比较例1所涉及的KN层的结果。
从图9可以确认，实施例2涉及的KNN层显示出良好的结晶性，进行(100)取向。与此对应，比较例1的KN层显示异相(K4Nb6O17)的峰，不能得到良好的结晶性。
(4)拉曼光谱法对实施例2中得到的KNN层即、使用相对于钾的钠的含量(过量钠)配制成10摩尔％、20摩尔％、40摩尔％及50摩尔％的前体溶液而得到的KNN层，及使用将过量Na配制成30摩尔％的前体溶液并与实施例2进行同样处理而得到的KNN层，进行拉曼光谱分析。其结果如图12所示。在图12中，从标记a到标记e示出所述过量Na从10摩尔％到50摩尔％时的光谱。
从图12的光谱图可确认，由于过量的Na，而使由KNN的A位产生的第一峰(从500cm-1至550cm-1之间的峰)发生位移，且600cm-1附近的峰变宽化。由此，钾及钠存在于A位上。
(5)从X射线分析求得的间隔求取实施例2中的各样品的从X射线分析(θ-2θ)的峰到(100)面的间隔。其结果在图13中表示。
从图13可以确认，随过量的Na的增加间隔(d(100))的值变小。这是由于钠的原子半径小于钾的半径，随钠的添加量增多而间隔变小。从该点也可确认，钾及钠存在于A位。
2.3.实施例3采用与实施例1中所述的相同的方法，配制形成KNN层用的前体溶液。在Nb:STO(Nb掺杂SrTiO3)单晶基板上通过自旋涂布法涂布该前体溶液，在热板上进行干燥、预烧后，在700℃下施行热快速退火。反复数次该步骤，得到厚度约1μm的多晶KNN层。在该KNN层上，通过剥离(lift-off)法，形成厚度约100nm、直径约30μm的铂电极。在铂的形成层的过程中使用溅射法。在覆盖铂的硅基板上通过银膏粘接该基板。
通过AFM(原子间力显微镜)对通过上述制成的样品进行电场应变测定。其结果如图10所示。图10的电场应变曲线示出本实施例的KNN层由于电压而产生的压电振动。而且，由该结果可确认实施例1中观测的磁滞曲线是由KNN层的压电特性引起的。
2.4.实施例4使用与实施例1中所述相同的方法，配制形成KNN层用的前体溶液。将该凝胶溶液通过自旋涂布法在STO(SrTiO3)单晶基板上涂布，在热板上干燥、预烧后，在700℃施行热快速退火。将该步骤重复数十次，得到厚度约10μm的多晶KNN层。使用CMP将该KNN层平坦化后，在KNN层上蒸镀厚度100nm的铝层，由光刻法形成双端口型梳状电极(L/S＝5μm)，使用网络分析器进行表示SAW传播特性的S21参数的测定。
图11所示的是S21参数的测定结果，在240MHz附近观测百分比带宽约15％的KNN/STO的基板的振荡波形(以标记“a”表示)。从图11可确认，本实施例的KNN/STO基板通过应力激励表面声波。
2.5.实施例5、参考例1将乙氧基钾、乙氧基钠及乙氧基铌以K∶Na∶Nb＝1.0∶0.2∶1.0的摩尔比混合，将该混合液在丁基溶纤剂中回流，调整三醇盐溶液。进一步添加作为该溶液的稳定剂的二乙醇胺。由此调整前体溶液。此外，可代替二乙醇胺使用醋酸。将该前体溶液在形成有多晶镧铌酸(LNO)层的基体(镧铌酸层/铂层/氧化硅层/硅基板)上通过自旋涂布法涂布，在热板上干燥、预烧后，在700℃下施行热快速退火。经八次重复该步骤得到厚度约1μm的多晶铌酸钾钠(KNN)层。
使用该样品，通过SEM评价该表面平坦性。其结果显示于图14(A)中。从该结果可确认本实施例的KNN层反映作为取向控制层的LNO层的结晶性，并具有致密且良好的结晶性。而且，对该样品通过XRD检测结晶性，得到图15(A)示出的结果。从该结果可确认在本实施例中，即使KNN层是1μm的膜厚，也为(100)单一取向。
而且，可确认，对本实施例5的KNN层观测表示SAW传播特性的S参数时，传播损失为小于等于-1db，是可适用于SAW设备等的较小值。
作为参考例1，除不形成实施例5中的取向控制层外，与实施例5相同形成有KNN层。通过SEM评价该KNN层的表面平坦性。其结果示于图14(B)中。从该结果可确认，本实施例的KNN层因为不具有作为取向控制层的LNO层，所以与实施例5相比表面平坦性较差。而且，通过XRD检测该KNN层。其结果示于图15(B)。从该结果可确认，当在铂层上形成KNN层时，KNN层是任意取向。
3.应用例3.1.表面声波元件下面，参照附图对应用本发明的第一压层压体100的表面声波元件的一例进行说明。
图16是示意性地示出本实施例涉及的表面声波元件300的剖面图。
表面声波元件300应用图1及图4所示的第一压电层压体100而形成。即，表面声波元件300包括压电层压体100中的基体1；形成于基体1上的压电体层3；以及形成于压电体层3上的电极即叉指型电极(以下，称为“IDT电极”)18、19。IDT电极18、19图形化图2所示的电极4而形成。
3.2.频率滤波器下面，参照附图对应用本发明的表面声波元件的频率滤波器的一例进行说明。图17是示意性地示出频率滤波器的图。
如图17所示，频率滤波器具有层压体140。作为该层压体140可使用与上述表面声波元件300相同的层压体(参照图16)。即，层压体140可具有如图1及图4所示的基体1和压电体层3。
层压体140的上表面包括如图1及图4所示的将电极4图形化而形成的IDT电极141、142。而且，在层压体140的上表面以隔着IDT电极141、142的方式形成吸音部143、144。吸音部143、144吸收在层压体140的表面传播的表面声波。在一个IDT电极141上连接高频率信号源145，在另一个IDT电极142上连接信号线。
3.3.振荡器下面，参照附图对应用本发明的表面声波元件的振荡器的一例进行说明。图18是示意性地示出振荡器的图。
如图18所示，振荡器具有层压体150。作为该层压体150可使用与上述的表面声波元件300相同的层压体(参照图16)。即，层压体150可具有图1及图4所示的基体1和压电体层3。
在层压体150的上表面形成有IDT电极151，而且，以隔着IDT电极151的方式形成有IDT电极152、153。在构成IDT电极151的一个梳状电极151a上连接有高频信号源154，在另一个梳状电极151b上连接有信号线。此外，IDT电极151相当于电信号施加用电极，IDT电极152、153相当于使表面声波的特定的频率成分或特定的带区频率成分产生振荡的振荡用电极，该表面声波是由IDT电极151产生的。
而且，将上述的振荡器应用于VCSO(Voltage Controlled SAWOscillator电压控制SAW振荡器)。
如上所述，频率滤波器及振荡器可包括本发明涉及的表面声波元件。
3.4.薄膜压电谐振器下面，参照附图，对应用本发明的压电层压体的薄膜压电谐振器的一例进行说明。
3.4.1.第一薄膜压电谐振器图19是示意性地示出本实施例的一例的第一薄膜压电谐振器700的图。第一薄膜压电谐振器700是薄膜型的薄膜压电谐振器。
第一薄膜压电谐振器700包括基板701、弹性层703、下部电极704、压电体层705、以及上部电极706。薄膜压电谐振器700中的基板701、下部电极704、压电体层705、及上部电极706分别相当于图5及图6所示的压电层压体200中的基体1、下部电极2、压电体层3、及上部电极4。而且，作为弹性层703，可使用图5中未图示的缓冲层(图6中的取向控制层)等的层。即，第一薄膜压电谐振器700具有图5及图6所示的压电层压体200。
在基板701上形成有贯通基板701的通孔702。在上部电极706上设置有配线708。配线708与形成于弹性层703上的电极709通过焊盘710进行电连接。
3.4.2.第二薄膜压电谐振器图20是示意性地示出本实施例的一例的第二薄膜压电谐振器800的图。第二薄膜压电谐振器800与图19所示的第一薄膜压电谐振器700主要的不同之处在于，未形成通孔而在基板801和弹性层803之间形成空隙802。
第二薄膜压电谐振器800包括基板801、弹性层803、下部电极804、压电体层805、以及上部电极806。在薄膜压电谐振器800中，基板801、下部电极804、压电体层805、及上部电极806分别相当于图5及图6所示的压电层压体200中的基体1、下部电极2、压电体层3、及上部电极4。而且，作为弹性层803，可使用图5中未图示的缓冲层(图6中的取向控制层6)等的层。即，第二薄膜压电谐振器800具有图5及图6所示的压电层压体200。空隙802是形成于基板801和弹性层803之间的空间。
本实施例所涉及的压电薄层谐振器(例如，第一薄膜压电谐振器700及及第二薄膜压电谐振器800)可具有谐振器、频率滤波器或振荡器的功能。
3.5.压电传动装置作为将本发明的第二压电层压体200应用于压电传动装置的例子，对喷墨式记录头进行说明。图21是应用与本实施例相关的压电传动装置的喷墨式记录头的概略构成的侧视图，图22是该喷墨式记录头的分解立体图，与通常使用的状态上下相反地示出。
如图21及图22所示，喷墨式记录头50包括头本体57、形成于头本体57上的压电部54。在压电部54上应用图5及图6所示的压电层压体200，下部电极2、压电体层3及上部电极4按顺序层压而构成。喷墨式记录头中，压电部54作为压电传动装置发挥作用。
头本体57包括喷嘴板51、墨水室基板52、弹性层55。图5及图6所示的压电层压体200中的基体1构成图21中的弹性层55。作为弹性层55可使用图5及图6中未图示的缓冲层等的层。而且，压电层压体200中的基体1构成图21中的墨水室基板52。在墨水基板52上形成有墨仓521。而且，在喷嘴板51上形成有与墨仓521连接的喷嘴511。而且，如图22所示，将上述各部收纳于壳体56中，并构成喷墨式记录头50。喷嘴511的孔径是10～30μm。而且喷嘴511形成为每一英尺包括90个喷嘴至300个喷嘴的程度。
各压电部构成为与压电元件驱动电路(未图示)电连接，基于压电元件驱动电路的信号动作(振动、变形)。即，各压电部54分别作为振动源(头制动器)发挥作用。弹性层55通过压电部54的振动(弯曲)而振动，使墨仓521的内部压力瞬间升高而发挥作用。施加于压电体的最大施加电压为20V～40V，在20kHz～50kHz下驱动。代表性的墨水喷出量为2微微公升至5微微升之间。
此外，在上述中，对喷出墨水的喷墨式记录头作为一个示例进行了说明，本实施例是以将压电层压体作为压电传动装置使用的液体喷射头作为对象。作为液体喷射头可列举例如打印机等的图像记录装置中使用的记录头、液晶显示器等的彩色滤波器的制造中使用的颜色材料喷射头、有机EL显示器、FED(场致发光显示器)等电极形成中使用的电极材料喷射头、以及生物芯片制造中使用的生物体有机物喷射头等。
此外，本发明并不仅限于上述的实施例，可以进行各种的变形。例如，本发明包括在实施例中说明的构成和实质上为相同构成(例如功能、方法及结果相同的构成，或目的及效果为相同的构成)。而且，本发明包括置换实施例中说明的构成的不是本质的部分。而且，本发明可以包括与实施例中说明的构成起相同作用的构成或可实现相同目的的构成。而且，本发明包括在实施例的说明的构成中添加公知技术的构成。
附图标记说明1基体 2下部电极3压电体层 4电极(上部电极)6取向控制层 32第一压电体层34第二压电体层36第一相部分38第二相部分 100、200压电层压体300表面声波元件 700、800薄膜压电谐振器
权利要求
1.一种压电层压体，包括基体；以及第一压电体层，形成于所述基体的上方，包括铌酸钾钠。
2.根据权利要求1所述的压电层压体，其中，所述第一压电体层以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示，在该组成式中，0.1＜a＜1，1≤x≤1.2。
3.根据权利要求2所述的压电层压体，在所述第一压电体层的所述组成式中，1＜x≤1.1。
4.根据权利要求1所述的压电层压体，其中，在所述第一压电体层的下方形成有取向控制层。
5.根据权利要求4所述的压电层压体，其中，所述取向控制层包括镧镍酸。
6.根据权利要求5所述的压电层压体，其中，所述镧镍酸是多晶镧镍酸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的压电层压体，包括与所述第一压电体层连接的、包含铌酸钾钠的第二压电体层，所述第二压电体层包括构成与所述第二压电体层连接的、且位于与所述第一压电体层相反一侧的层的元素。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的压电层压体，其中，所述第一压电体层包括第一相部分，包括以组成式(KaNa1-a)NbO3表示的压电体；以及第二相部分，包括以组成式(KaNa1-a)xNbO3表示的压电体，其中，1＜x。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的压电层压体，还包括形成于所述第一压电体层上方的电极。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的压电层压体，还包括第一电极，形成于所述基体和所述第一压电体层之间；以及第二电极，形成于所述第一压电体层的上方。
11.一种表面声波元件，包括权利要求9所述的压电层压体。
12.一种薄膜压电谐振器，包括权利要求10所述的压电层压体。
13.一种压电传动装置，包括权利要求10所述的压电层压体。
全文摘要
本发明提供了一种在基体上形成有包括铌酸钾钠的压电体层的压电层压体。压电层压体(100)包括基体(1)和形成于所述基体(1)的上方的、包括铌酸钾钠的第一压电体层(3)。所述第一压电体层(3)以组成式(K
文档编号H03H9/64GK1979908SQ20061016069
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者上野真由美, 樋口天光, 木岛健 申请人:精工爱普生株式会社