专利名称：带有压电薄膜的基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有压电薄膜的基板，特别涉及无铅的带有压电薄膜的基板。
背景技术：
具备压电体的压电元件用于执行器、传感器等。作为形成这样的压电元件的压电 体，广泛使用着？13(21~1-#^)03系的钙钛矿型强电介体(PZT)。但是，由于PZT含铅(Pb)， 所以从环境方面考虑，优选在压电元件上使用不含铅的压电体即无铅压电体。作为现有的无铅压电薄膜元件，有例如使用由碱铌氧化物系的钙钛矿化合物构成 的电介体膜的压电薄膜元件。该压电薄膜元件包括MgO等构成的基板、在基板上形成的 下部电极、由BaTi03等构成的在下部电极之上形成的缓冲层、由通式(NaxKyLiz) Nb03 (0 < x < 1，0 < y < l,x+y+z = 1)表示的碱铌氧化物系的钙钛矿化合物构成、在缓冲层上形成的 压电薄膜以及在压电薄膜之上形成的上部电极(例如，参照专利文献1)。专利文献1 特开2007-19302号公报
发明内容
但是，专利文献1记载的压电薄膜元件如果是在MgO等的基板上形成由铌酸钾钠 系材料构成的压电薄膜，有时会在压电薄膜元件上发生翘曲。如果使这样发生了翘曲的压 电薄膜元件长期连续地进行压电动作，则压电薄膜元件的压电常数d31会大大降低。因此，本发明的目的在于提供一种带有压电薄膜的基板，即便使由具有无铅压电 体的带有压电薄膜的基板构成的压电元件长期连续地进行压电动作后，也能够抑制压电元 件的压电常数d31的降低。为了实现上述目的，本发明提供的带有压电薄膜的基板包括具有第一热膨胀系 数的基板，以及具有第二热膨胀系数、在规定的条件下在上述基板上方成膜、通式为(K，Na) Nb03的钙钛矿结构的铌酸钾钠的压电薄膜；形成了压电薄膜的基板基于上述第一热膨胀系 数及上述第二膨胀系数之差，在室温中的翘曲具有10m以上的曲率半径。另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以具有0. 2 y m 10 y m的膜厚。另 外，基板也可以是硅(Si)基板。或者基板还可以是锗(Ge)基板，也可以是砷化镓(GaAs) 基板。另外，对于上述带有压电薄膜的基板，在基板上，在压电薄膜与基板之间具有下部 电极，压电薄膜在与下部电极接触的面的相反面上具有上部电极，上部电极及/或下部电 极也可以含有白金(Pt)。另外，上述带有压电薄膜的基板还可以在下部电极与压电薄膜之 间具备具有钙钛矿结构的层。而且，具有钙钛矿结构的层也可以由通式为KNb03、NaNb03> LaNi03、SrRu03或SrTi03的化合物中的任一种构成。
另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以由具有0. 4彡Na/(K+Na) ( 0. 75 范围内的组成的(K，Na)Nb03构成。另外，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜可以含有除 了钾(K)、钠(Na)、铌(Nb)或氧(0)以外的其他元素，压电薄膜中的其他元素的含量也可以 为10%以下。而且，其他的元素也可以为锂或钽。另外，上述带有压电薄膜的基板也可以在(001)面方向、(110)面方向、或(111)面 方向的任一方向上取向。而且，上述带有压电薄膜的基板的压电薄膜也可以由平均粒径在 0. liim 1. Oil m的范围内的(K，Na)Nb03构成。根据本发明的带有压电薄膜的基板，即便使由具有无铅压电体的带有压电薄膜的 基板构成的压电元件长期连续地进行压电动作后，也能够抑制压电元件的压电常数d31的 降低。
图1 (a)是第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的剖视图，(b)是第一实施方 式涉及的压电元件的剖视图。图2是显示第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及压电元件的制造工序以 及特性评价工序的流程。图3是显示第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及比较例涉及的带有压电 薄膜的基板的形状评价结果的图。图4是压电元件的压电特性评价方法的概略图。图5是显示带压电薄膜的基板的翘曲的曲率半径与压电常数d31的降低率的关系 的图。图6(a)及(b)是第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的剖视图。图7是显示第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及压电元件的制造工序以 及特评评价工序的流程。图8是显示第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及比较例涉及的带有压电 薄膜的基板的形状评价结果的图。图中1、3、4_带有压电薄膜的基板；2-压电元件；10-Si基板；1 la-Ge基板； 1 lb-GaAs基板；12-贴合层；14-下部电极；14a-下部电极表面；16-压电薄膜；18-上部电 极；18a-上部电极表面；20-夹板；30-激光多普勒位移计；300-位移量；300a、300b-表面位置。
具体实施例方式第一实施方式图1(a)是显示本发明的第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的剖视图，(b) 是显示第一实施方式涉及的压电元件的剖视图。作为第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的带有压电薄膜的基板1如图 1(a)所示，包括作为基板的具有(100)面方向的硅(Si)基板10、在Si基板10上形成的 贴合层12、在贴合层12上形成的下部电极14以及在下部电极14上形成的作为压电薄膜的 压电薄膜16。
Si基板10作为一例是俯视形成20mmX 20mm的大致方形状，在其表面形成热氧化 膜。而且，在本实施方式中，作为一例是使用0.5mm厚的Si基板10。另外，贴合层12设于 Si基板10与下部电极14之间，是由例如钛(Ti)等的金属材料构成。贴合层12作为一例 是由膜厚2nm的Ti构成。下部电极14是由导电性材料构成，并含有白金(Pt)等的金属。 下部电极14作为一例是由膜厚0.2 ym的Pt ((111)面单独取向)构成。通过由Pt构成下 部电极14，能够在下部电极14上形成具有高取向性的压电薄膜16。压电薄膜16具有钙钛矿结构，并由不含铅(Pb)的压电材料构成。压电薄膜16是 在膜厚0.2iim lOiim的范围内形成。压电薄膜16作为一例是由膜厚3 y m的铌酸钾钠 构成。铌酸钾钠的通式表示为(K，Na)Nb03，本实施方式涉及的压电薄膜16作为一例含有由 化学通式(KQ.5Naa5)Nb03表示的铌酸钾钠。而且，压电薄膜16是在(001)面方向、(110)面 方向或(111)面方向的任一方向上取向形成。另外，在压电薄膜16的膜厚不到0. 2 y m的场合，压电薄膜16发挥作为传感器、执 行器的功能很困难。另外，在压电薄膜16的膜厚超过lOym的场合，压电薄膜16的成膜的 形成实质上很困难。由于以上的原因，优选如上按0. 2 y m 10 y m的范围内的膜厚形成压 电薄膜16。另外，压电薄膜16作为一例是形成压电薄膜16，使得压电材料的平均粒径在 0. 1 y m 1. 0 y m的范围内。这是因为随着使用压电元件的电子零件的小型化及高性能化， 由带有压电薄膜的基板1构成的压电元件也要求小型化及高性能化。即例如在按3 ym 5ym程度形成了压电薄膜16的膜厚的场合，如果形成压电薄膜16的压电材料的粒径为接 近该膜厚的粒径，则压电薄膜16的面内的压电特性会产生偏差，且压电薄膜16的劣化显 著。因此，形成压电薄膜16的压电材料的平均粒径优选充分小于压电薄膜16的膜厚。进而，以形成能够实际使用的显示规定的压电常数的压电薄膜16为目的，压电薄 膜16是由具有Na/(K+Na)的值为0. 45 0. 75的范围的组成的(K，Na)Nb03构成。而且， 作为形成压电薄膜16的压电材料的(K，Na)Nb03，除了作为构成压电材料的构成元素的钾 (K)、钠(Na)、铌(Nb)及氧(0)以外，也可以含有其他元素。例如，作为形成压电薄膜16的 压电材料的(K，Na)Nb03&能够含有使压电薄膜16的压电常数不降低的限度即10%以下含 量的锂(Li)或钛(Ta)。而且，由本实施方式涉及的铌酸钾钠构成的压电薄膜16的作为第二热膨胀系数 的热膨胀系数为5. 5 6. 5X 10_6/°C，形成Si基板10的Si的作为第一热膨胀系数的热膨 胀系数为2. 6X 10_6/°C。即Si基板10的热膨胀系数与压电薄膜16的热膨胀系数大大不 同。另外，带有压电薄膜的基板1还能够在下部电极14与压电薄膜16之间具备缓冲 层。缓冲层是由具有钙钛矿结构的晶体易在(001)面方向、(100)面方向、(110)面方向、 (010)面方向或(111)面方向中的任一个面方向取向的材料构成。例如，缓冲层是由具有钙 钛矿结构的化合物即由KNb03、NaNb03> LaNi03、SrRu03或SrTi03等的化学通式表示的化合 物构成。通过在下部电极14上形成这样的缓冲层，压电薄膜16在(001)面方向、(100)面 方向、(110)面方向、(010)面方向或(111)面方向中的任一个面方向上按规定的比例取向， 在缓冲层上形成。另外，通过在下部电极14上设置缓冲层，能够使在缓冲层上形成的层的
5结晶性提高。下面，如图1(b)所示，第一实施方式涉及的压电元件2的结构是，在带有压电薄膜 的基板1具备的压电薄膜16之上进一步形成上部电极18，并使下部电极14的表面的一部 分露出。通过在上部电极表面18a与下部电极表面14a之间施加规定的电压，能够驱动压 电元件2。本实施方式涉及的上部电极18是由金属材料构成，作为一例，是由膜厚0.02 ym 的Pt构成。而且，压电元件2形成长度20mm、宽度2. 5mm的长方形状。另外，上部电极18 也能够由含有Pt以外的金属材料的化合物构成。图2是显示本发明的第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及压电元件的制 造工序以及特性评价工序。带有压电薄膜的基板1及压电元件2的制造方法以及特性评价首先，在带热氧化膜的Si基板10 ((100)面方向、厚度0. 5mm、20mmX 20mm的方形) 上，用RF磁控管溅射法，形成膜厚2nm的Ti构成的贴合层12及膜厚0. 2 y m的Pt ((111) 面单独取向)构成的下部电极14(步骤100)。另外，贴合层12及下部电极14的成模条件如下。即设定基板温度为350°C，放 电功率为200W，导入气体氛围气为kr,压力为2. 5Pa,顺序使贴合层12及下部电极14成膜。 另外，设定贴合层12的成膜时间为1分钟，下部电极14的成膜时间为10分钟。接着，按规定的成膜条件在下部电极14上形成压电薄膜16。具体是用RF磁控管 溅射法在下部电极14上形成膜厚3 ym的^…^^^(^膜(步骤110)。由此，形成作为 带有压电薄膜的基板的带有压电薄膜的基板1。在此，根据磁控管溅射法进行的压电薄膜16的规定成膜条件如下。即设定具有 下部电极14的Si基板10的基板温度为540°C，并设定放电功率为100W、导入气体氛围气 为Ar、压力为0.4Pa。在本实施方式中，将基板温度设定为低于根据溅射法或PLD(Pulsed Laser Deposition，脉冲激光沉积)法将铌酸钾钠膜成膜时使用的通常的温度(例如600°C 以上的温度，作为一例为680°C )的低温。进而将压电薄膜16的成膜时间设定为4小时。另外，在RF磁控管溅射法中使用 的靶是具有满足(K+Na)/Nb = 1. 0及K/(K+Na) = 0. 5的关系的组成的(K,Na)Nb03的烧结 体的靶。接着，评价形成的作为带有压电薄膜的基板1的带有0(，妝)他03膜的基板的形状 (步骤120)。即用激光位移计在室温下测定带有压电薄膜的基板1的形状(翘曲)。接着，在压电薄膜16之上即在步骤110中形成的(K，Na)Nb03膜之上形成由膜厚 0. 02um的Pt构成的上部电极18 (步骤130)。而且通过从形成了上部电极18的带有压电 薄膜的基板1切成长度20mm、宽度2. 5mm的长方形状，形成压电元件2。接着，评价形成的 压电元件2的压电特性(步骤140)。另外，除了上述溅射法以外，也能够用PLD法、M0CVD法、溶胶-凝胶法、气溶胶沉 积法、液相外延法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)等形成铌酸钾钠膜。进而，也可以在铌酸 钾钠膜中混入少量添加物，形成压电薄膜16。作为少量的添加物的一例，可以例举原子数浓 度10%以下的Li。另外，形成了带有压电薄膜的基板1后的形状评价工序(步骤120)在不需要实施
6形状评价的场合可以省略。同样，关于压电特性的评价工序(步骤140)在不需要该评价的 场合也可以省略。图3是显示本发明的第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及比较例涉及的 带有压电薄膜的基板的形状评价结果的图。表1是显示本发明的第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的制造工序中的 压电薄膜的成膜条件与比较例涉及的带有压电薄膜的基板的制造工序中的压电薄膜的成 膜条件的比较的表。表 1 比较例涉及的带有压电薄膜的基板具备与第一实施方式涉及的带有压电薄膜的 基板1同样的结构。即比较例涉及的带有压电薄膜的基板包括具有(100)面方向的硅基板10、在Si基板10上形成的贴合层12、在贴合层12上形成的下部电极14、在下部 电极14上形成的作为压电薄膜的压电薄膜16 (无图示)。另外，比较例涉及的带有压电薄 膜的基板的制造也是用与第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板大致相同的工序制造， 所以除了不同点以外省略详细说明。如表1所示，在比较例涉及的带有压电薄膜的基板上，在下部电极14之上形成压 电薄膜16时的成膜条件中，将具有下部电极14等的Si基板10的基板温度设定为680°C。 而且，在将基板温度设定为680°C的状态下，在下部电极14之上形成作为压电薄膜16的 (K, Na)Nb03 膜。图3是显示用激光位移计测定第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1及比较 例涉及的带有压电薄膜的基板的形状(翘曲)的结果。参照图3，第一实施方式涉及的带有 压电薄膜的基板1及比较例涉及的带有压电薄膜的基板双方都是在上方配置了(K，Na)Nb03 膜即压电薄膜16的状态下，以凸起的形状向下翘曲。而且，第一实施方式涉及的带有压电 薄膜的基板1的翘曲的曲率半径在室温下为13. 5m,比较例涉及的带有压电薄膜的基板的 翘曲的曲率半径在室温下为8. 3m。由此显示，由于形成作为压电薄膜16的铌酸钾钠膜时的基板的温度是低于通常温度的低温，所以，具备由铌酸钾钠膜构成的压电薄膜16的带有压电薄膜的基板1的翘曲 比将基板温度设定为通常温度形成压电薄膜16时小。图4是显示压电元件的压电常数d31的评价方法的概略。对第一实施方式涉及的压电元件2和比较例涉及的压电元件双方评价了压电常 数d31。另外，用与由第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1制造压电元件2的方法相 同的方法，由比较例涉及的带有压电薄膜的基板形成了比较例涉及的压电元件。如下评价 了压电常数d31。即首先，用夹板20固定压电元件的长度方向的一端，构成简易的单型悬臂 (unimorph cantilever)。接着，在该状态下，向上部电极18和下部电极14之间的作为压电 薄膜16的(K，Na)Nb03膜施加规定的电压。由此，(K，Na) Nb03膜伸缩，单型悬臂(unimorph cantilever)整体产生弯曲动作，如图4(b)所示，悬臂的前端产生动作。这时，用激光多普 勒位移计30测定了施加电压前的上部电极表面18a的表面位置300a与施加电压后的表面 位置300b的位移，即位移量300。压电常数d31能够从位移量300、悬臂的长度、Si基板10及压电薄膜16的杨氏模 量、施加电压中计算出来。连续10亿次实施了该悬臂的弯曲动作。而且，计算出了实施弯 曲动作前(初期状态)的压电常数(初期压电常数d31)和实施了 10亿次弯曲动作后的压 电常数(驱动后压电常数d31)。接着，从(初期压电常数d31-驱动后压电常数d31)/初期压 电常数d31X100(% )的公式中计算出了 10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降低率。表2是显示第一实施方式涉及的压电元件的压电常数的降低率与比较例的压电 元件的压电常数的降低率的比较。表 2 比较例涉及的压电元件进行了 10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降低率为 7.4%。而第一实施方式涉及的压电元件2进行了 10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降 低率为3.3%。由此，在第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1的制造方法中，显示了通过 将形成压电薄膜16时的基板的温度定为低于通常的温度的低温，能够实现减少压电常数 d31的降低率。这是因为，如果将形成压电薄膜16时的基板的温度定为低于通常的温度的 低温，第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1的翘曲小于比较例涉及的带有压电薄膜 的基板的翘曲。图5是显示带有压电薄膜的基板的翘曲的曲率半径与压电常数d31的降低率的关系。首先，通过溅射法或PLD法在规定的基板等上将铌酸钾钠膜成膜的场合，通常是 将成膜温度设定为600°C以上。这时，在规定的基板为MgO基板或SrTi03基板等的场合，由 于成膜后的铌酸钾钠膜的热膨胀系数与基板的热膨胀系数之差的原因，在铌酸钾钠膜中会
8产生压缩应力。由此，如果将铌酸钾钠膜配置为上、基板配置为下，则在上方会产生凸起形 状的翘曲。发明者获知，这种场合的翘曲的曲率半径在室温下大致为4m 7m。另外，以下说明中的带有压电薄膜的基板的形状是显示配置成压电薄膜(铌酸钾 钠膜)为上、带有压电薄膜的基板具备的基板为下的形状。具体说是当压电薄膜的热膨胀 系数小于基板的热膨胀系数时，带有压电薄膜的基板的形状为向下凸起的形状。另外，当压 电薄膜的热膨胀系数大于基板的热膨胀系数时，带有压电薄膜的基板的形状为向上凸起的 形状。另外，在基板上使用Si基板10的场合，如果将成膜温度设定为600°C以上，则在 铌酸钾钠膜上会发生拉应力。由此，如果将将铌酸钾钠膜配置为上、基板配置为下，则会发 生向下的凸起形状的翘曲。发明者获知，这种场合的翘曲的曲率半径在室温下大致为6m 9m。进而，发明者获知，如果作为基板分别使用MgO基板、SrTi03基板及Si基板，作为 基板温度设定成通常的成膜温度600°C以上的温度，使形成的各个带有压电薄膜的基板构 成的各个压电元件长期连续进行压电动作，则压电常数d31会大大降低。另一方面，通过采取将形成压电薄膜时的基板温度设定为550°C以下等的对策，做 成了具有各种曲率半径的翘曲的铌酸钾钠带有压电薄膜的基板。而且，由做成的各个带有 压电薄膜的基板制作了压电元件。接着，与图4的上述说明同样，计算出了压电常数d31的 降低率。其结果是，在基于由铌酸钾钠构成的压电薄膜的热膨胀系数及基板的热膨胀系数 之差在带有压电薄膜的基板上产生的室温中的翘曲具有10m以上的曲率半径的场合，得到 了 10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降低率为5%以下的结果。发明者获知带有压电 薄膜的基板的压电常数31大大降低的原因是由于对带有压电薄膜的基板具有的压电薄膜 施加的应力，使带有压电薄膜的基板上产生翘曲。第一实施方式的效果本发明的第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1是将具有下部电极14的Si 基板10的温度设定为比通常的(K，Na)Nb03成膜时使用的温度低的低温，在下部电极14之 上形成由(K，Na)Nb03构成的压电薄膜16，因此，即便在Si基板10的热膨胀系数与压电薄 膜16的热膨胀系数大大不同的场合，也能够减少带有压电薄膜的基板1的翘曲。由此，在 使由不含铅的带有压电薄膜的基板1构成的压电元件2长期连续进行压电动作的场合，也 能够抑制压电常数d31的降低。另外，如第一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1，通过使带有压电薄膜的基板 1的翘曲的曲率半径为10m以上，还能够减少带有压电薄膜的基板的翘曲，抑制压电常数d31 的降低，能够提供无铅材料的具有优越的压电特性的带压电薄膜的基板。第二实施方式图6(a)及(b)是显示本发明的第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板的剖视 图。第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3及带有压电薄膜的基板4除了将Si 基板10置换为Ge基板1 la或GaAs基板1 lb以外，具有与第一实施方式涉及的带有压电薄 膜的基板1大致相同的结构，所以，除了不同点以外省略详细的说明。
如图6(a)所示，第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3包括Ge基板11a、在 Ge基板11a上形成的贴合层12、在贴合层12上形成的下部电极14以及在下部电极14上 形成的压电薄膜16。另外，如图6(b)所示，第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3包 括GaAs基板lib、在GaAs基板lib上形成的贴合层12、在贴合层12上形成的下部电极14 以及在下部电极14上形成的压电薄膜16。Ge基板11a作为一例俯视为20mmX20mm的大致长方形状、0. 5mm厚。而且，Ge基 板11a具有(100)面方向。同样，GaAse基板lib作为一例俯视为20mmX20mm的大致长方 形状、0.5mm厚。而且，GaAs基板lib具有(100)面方向。在此，作为形成Ge基板11a的Ge的第二热膨胀系数的热膨胀系数为 6. 1X10_6/°C，作为形成GaAs基板lib的GaAs的第二热膨胀系数的热膨胀系数为 5. 7X 10_6/°C。因此，Ge基板11a及GaAs基板lib各自的热膨胀系数接近铌酸钾钠构成的 压电薄膜16的热膨胀系数(5. 5 6. 5X 10_6/°C )。图7是显示本发明的第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及压电元件的制 造工序以及特性评价工序。第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3及带有压电薄膜的基板4是经过与第 一实施方式涉及的带有压电薄膜的基板1大致相同的工序形成的。因此，除了不同点以外 省略详细的说明。 在本实施方式中，在Ge基板1 la或GaAs基板1 lb的上方的下部电极14之上形成 由(1(，妝)他03构成的压电薄膜16时，设定为与第一实施方式不同的基板温度。即在第二 实施方式中，将基板温度设定为包含在通常形成0(，妝)他03的温度范围内的6801。其他 的制造工序及制造条件与第一实施方式同样。图8是现实本发明的第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板及比较例涉及的 带有压电薄膜的基板的形状评价结果。图8是显示用激光位移计测定了第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3、带 有压电薄膜的基板4以及比较例涉及的带有压电薄膜的基板的形状(翘曲)的结果。另 外，比较例涉及的带有压电薄膜的基板是与第一实施方式中所述的比较例涉及的带有压电 薄膜的基板相同的带有压电薄膜的基板。参照图8，第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3、带有压电薄膜的基板4以 及比较例涉及的带有压电薄膜的基板都是由于(K，Na)Nb03膜即压电薄膜16配置在上方， 所以以凸起的形状向下方翘曲。而且，第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3的曲率 半径在室温下为15. 2m,第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板4的曲率半径在室温下 为14. 0m,比较例涉及的带有压电薄膜的基板的曲率半径在室温下为8. 3m。表3显示第二实施方式涉及的压电元件的压电常数的降低率与比较例涉及的压 电元件的压电常数的降低率的比较。表 3
10 比较例涉及的压电元件的10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降低率为7. 4%0 另一方面，由第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3构成的压电元件的10亿次弯曲动 作后的压电常数d31的降低率为2. 2%。进而，由第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板 4构成的压电元件的10亿次弯曲动作后的压电常数d31的降低率为2. 9%。第二实施方式的效果由于第二实施方式涉及的带有压电薄膜的基板3及带有压电薄膜的基板4具备具 有接近铌酸钾钠膜的热膨胀系数的值的热膨胀系数的Ge基板11a或GaAs基板11b，所以， 在Ge基板11a或GaAs基板lib与铌酸钾钠构成的压电薄膜16之间能够大幅度减少压缩 或拉应力。由此，能够抑制带有压电薄膜的基板3及带有压电薄膜的基板4的翘曲，因此能 够抑制由带有压电薄膜的基板3及带有压电薄膜的基板4各自构成的压电元件的压电常数 d31的降低率变大。以上说明了本发明的实施方式，但上述的实施方式并不限定专利权利要求的范围 涉及的发明。另外，还应留意在实施方式中说明的所有的特征组合都不一定是用于解决发 明课题的手段所必须的。
权利要求
一种带有压电薄膜的基板，包括具有第一热膨胀系数的基板，以及具有第二热膨胀系数的、在规定的条件下在上述基板上方成膜的、通式为(K，Na)NbO3的钙钛矿结构的铌酸钾钠的压电薄膜；形成有上述压电薄膜的上述基板基于上述第一热膨胀系数及上述第二膨胀系数之差，在室温中的翘曲具有10m以上的曲率半径，上述压电薄膜具有0.2μm～10μm的膜厚，上述压电薄膜在(001)面方向、(110)面方向或(111)面方向的任一个上取向，上述压电薄膜是由平均粒径在0.1μm～1.0μm的范围内的(K，Na)NbO3构成。
2.根据权利要求1所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述基板是硅基板。
3.根据权利要求1所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述基板是锗基板。
4.根据权利要求1所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述基板是砷化镓基板。
5.根据权利要求1 4的任一项所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述基板 在上述压电薄膜与上述基板之间具有下部电极，上述压电薄膜在与上述下部电极接触的面 相反的面上具有上部电极，上述上部电极及/或上述下部电极被形成为含有白金。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于在上述下 部电极与上述压电薄膜之间还有具备钙钛矿结构的层。
7.根据权利要求6所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于具有上述钙钛矿结构的 层由通式为KNb03、NaNbO3^ LaNi03、SrRuO3或SrTiO3的化合物中的任一种构成。
8.根据权利要求1 7的任一项所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述压电 薄膜由具有组成在0. 4彡Na/(K+Na)彡0. 75范围内的(K，Na) NbO3构成。
9.根据权利要求1 8的任一项所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述压电 薄膜包含除了钾、钠、铌或氧以外的其他元素。
10.根据权利要求9所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述压电薄膜中的上述 其他的元素的含量为10%以下。
11.根据权利要求9或10所述的带有压电薄膜的基板，其特征在于上述其他的元素 为锂或钽。
全文摘要
本发明提供一种带有压电薄膜的基板，即便使具有无铅压电体的带有压电薄膜的基板构成的压电元件长期连续进行压电动作后，也能够抑制压电元件的压电常数d31的降低。本发明涉及的带有压电薄膜的基板包括具有第一热膨胀系数的基板，在规定的成膜条件下成膜、具有第二热膨胀系数且在基板上方形成的通式为(K，Na)NbO3的钙钛矿结构的铌酸钾钠的压电薄膜；形成压电薄膜的基板基于第一热膨胀系数及第二热膨胀系数之差，在室温中的翘曲具有10m以上的曲率半径。
文档编号H01L41/09GK101867014SQ20101019756
公开日2010年10月20日 申请日期2008年7月3日 优先权日2007年10月15日
发明者冈史人, 柴田宪治 申请人:日立电线株式会社