压电致动器以及压电致动器的制造方法

专利名称：压电致动器以及压电致动器的制造方法
技术领域：
本发明涉及使用压电材料来进行电控制的压电致动器。
背景技术：
目前，已经提出了由MEMS元件构成的各种开关元件。作为这样的开关元件，例如专利文献I所示那样有利用了压电致动器的开关元件。在专利文献I所述的压电致动器的开关元件中，在基底基板的表面安装有悬臂的臂。臂具备与成为悬臂的支承部的基底基板正交的壁面的垂直壁部、和被该垂直壁部支承的与基底基板部平行的壁面的水平壁部。在水平壁面上形成有可动电极。在该可动电极的 上方，在覆盖臂的盖部的内壁形成有固定电极。在臂的水平壁部的支承侧的端部附近，按照顺序配设有下部电极、压电膜以及上部电极，由此构成了压电驱动部。并且，若在压电驱动部的下部电极与上部电极之间施加驱动电压，则压电膜发生形变，臂向上方弯曲，从而可动电极接近于固定电极。这样，可动电极与固定电极之间的间隔根据有无施加驱动电压而发生变化，由此作为开关、可变电容元件发挥功能。在先技术文献专利文献专利文献I :日本特开2009-238546号公报

发明内容
(发明要解决的课题)在上述专利文献I所示的压电致动器的开关元件中，成为可动电极、臂以及压电驱动部被单独地形成的构造。因此，构成开关元件的构成要素会变多，形成各个构成要素的制造流程也会变多。本发明的目的在于提供一种与以往相比能以简单的构成以及简单的制造流程形成的压电致动器。(用于解决课题的手段)本发明的压电致动器具备绝缘性的基底基板、形成在该基底基板上的固定电极、下部电极、压电体层、上部电极以及可动电极。下部电极是其至少一部分由与基底基板分离的形状构成的压电驱动电压施加用的电极。压电体层形成于下部电极的与基底基板相反的面侧。上部电极是形成于压电体层的与下部电极相反的面侧的压电驱动电压施加用的电极。可动电极与固定电极之间的距离根据因压电驱动电压的施加所引起的所述压电体层的形变而发生变化。在这种构成中，可动电极的至少一部分由上部电极或者下部电极形成。在该构成中，因为可动电极自体具有弯曲的臂的功能，所以构成被简化。而且，通过使上部电极或者下部电极部分性包含于可动电极，所以构成进一步简化。另外，通过使固定电极配置于基底基板，从而在电路的功能上无需盖罩，由此也可使构成简化。
另外，在本发明的压电致动器中，可动电极的一端被由下部电极、压电体层以及上部电极构成的层叠构造部支承。在该构成中示出了具体的可动电极的支承柱的构成。这样，在本发明的构成中，即使除了可动电极之外没有其他臂，也能给可动电极带来期望的变化。此外，在本发明的压电致动器中，可动电极由上部电极形成。在该构成中，上部电极兼作可动电极，也会成为弯曲的臂。由此，成为更加简单的构成。另外，上部电极与压电体层相比在制造流程的后段形成，所以不会受到压电体层的制造工艺条件的影响。为此，兼作上部电极的可动电极的材质的选择范围变大。因此，能够根据产品规格、成本等容易地选择适当的材质。另外，在本发明的压电致动器中，在固定电极与可动电极之间形成有电介质层。 在该构成中，作为具体的压电致动器的构造，固定电极与可动电极之间具备电介质层。由于该电介质层的存在，固定电极和可动电极没有直接抵接。因此，能够将压电体致动器用作例如50MHz IOGHz这样频率的高频开关，或者用作高频电容元件。另外，与固定电极和可动电极直接抵接或者接近的情况相比，因为隔着电介质层，所以即使通过过大的信号也不易熔敷，故在施加驱动电压之后仍能更稳定地分离可动电极。由此，可以进行开关动作。并且，即便是这样具有电介质层的构成，因为其他构成要素被简化，所以作为具备电介质层的压电致动器，能够实现比以往更简单的构成。此外，在本发明的压电致动器中，电介质层由压电体层形成。在该构成中，压电体层兼用电介质层。由此，能以更简单的构成来实现具备电介质层的压电致动器。另外，在本发明的压电致动器中，可动电极由下述形状形成，该形状为与固定电极侧相靠近的面积根据压电体层的形变量而变化。在该构成中，因为相靠近的面积不同，所以能实现连续性或多级性地变化的多个不同的容量。由此，能够构成可变电容元件。并且，即便是作为这种可变电容元件的压电致动器，也能以比以往更简单的构成来实现。此外，在本发明的压电致动器中，将固定电极和可动电极与传输高频信号的传输线路连接，或者将固定电极和可动电极连接在传输线路与接地线之间。在该构成中，因为驱动电压施加用的电极兼用作高频信号用的可动电极，所以与以往的单独形成臂和可动电极的构造相比，能够使构造简单化。由此，在将压电致动器用作高频开关、可变电容元件的情况下，可实现小型化。另外，在本发明的压电致动器中，压电体层由锆钛酸铅系、氮化铝系、或者氧化锌系的材质形成。在该构成中，具体示出了压电体层的材质。如果使用这些材质，则容易制造，更有效地作用于本申请的压电致动器。此外，在本发明的压电致动器中，压电体层由铌酸钾钠系的材质形成。在该构成中，示出了构成压电体层的其他材质的具体例子。该材质即便在非铅压电材料之中压电性也优良，所以，能够构成同时具有优良的环保性和压电性的压电致动器。其中，铌酸钾钠系的压电常数d31为50 150pm/V。另外，这里，铌酸钾钠系是指由以下通式(I)构成的铌酸钾钠系的材质、或者在通式(I)中将Mn、Mg、Zn、Fe、Cu、Yb的至少一种以金属或氧化物的形式添加而得到的铌酸钾钠系的材质。通式(I)=(K1JaaAb) (Nb1^cBc)O3(A 为由 Li、Ag、Ca、Sr、Bi、Gd 构成的至少一种化合物，B 为由 Ta、Zr、Ti、Al、Sc、Hf构成的至少一种化合物，a、b、c的范围是O彡a彡O. 9、0彡b彡O. 3、0彡a+b ( O. 9、O < c < O. 3)。此外，在本发明的压电致动器中，固定电极由埋入于基底基板的形状构成。在该构成中，示出了固定电极的具体的构成例。这样，通过将固定电极埋入基底基板，从而形成于固定电极上的电介质层、牺牲层容易形成得平坦。另外，在本发明的压电致动器中，基板是LTCC、玻璃、SOI、氧化铝陶瓷、LiNbO3^ LiTa03jJ^aH、Si、iS5、GaAs、GaN、Ge、SiC。在该构成中，示出了基底基板的具体的构成例。作为薄膜电极用的基底基板，优选如上述的各材质那样，热收缩小、热膨胀系数与压电体层接近，可动电极的翘曲、变形小的材质。此外，本发明涉及压电致动器的制造方法。该压电致动器的制造方法包括(I)在绝缘性的基底基板形成固定电极的工序；(2)在基底基板的形成有固定电极的面侧形成牺牲层的工序；(3)按照至少一部分配设在牺牲层的与基底基板相反的面侧的方式形成下部电极的工序；(4)在下部电极的与基底基板相反的面侧形成压电体层的工序；(5)在压电体层的与下部电极相反的面侧形成上部电极的工序；(6)通过去除牺牲层而形成可动电极的工序。在该制造方法中，因为在压电体层形成之后形成可动电极，所以可动电极的材质的选择范围的限制得以缓和。具体而言，在用上述的压电性大的锆钛酸铅系、铌酸钾钠系形成压电体层的情况下，成膜工艺的温度提高为500°C 700°C。因此，如果要在形成压电体层之前形成可动电极，则需要限定为在该工艺温度下不会变质、变形的材质。另一方面，如果在压电体层形成之后形成可动电极，则不会受到因这种工艺温度所引起的限制。由此，能够增大可动电极的材质的选择范围。另外，在本发明的压电致动器的制造方法中，在形成牺牲层的工序中，牺牲层使用
氧化锌。在该制造方法中，由于牺牲层中使用的氧化锌的取向，提高了与该牺牲层相接触的下部电极、隔着该下部电极而与牺牲层相靠近的压电体层的结晶性。由此，能够构成可靠性、压电特性优良的压电致动器。(发明效果)根据本发明，能够以与以往相比更简单的构成且更简单的制造流程来形成压电致动器。


图I是第I实施方式涉及的压电致动器I的俯视图以及侧面剖视图。图2是第I实施方式涉及的压电致动器I的可动部在弯曲状态下的侧面剖视图。图3是表示第I实施方式涉及的压电致动器I的制造流程的流程图。
图4是表示图3所示的各流程下的构造的侧面剖视图。图5是第2实施方式涉及的压电致动器IA的侧面剖视图。图6是第3实施方式涉及的压电致动器IB的侧面剖视图。图7是第4实施方式涉及的压电致动器IC的侧面剖视图。图8是第5实施方式涉及的压电致动器ID的侧面剖视图。图9是第6实施方式涉及的压电致动器IE的侧面剖视图。图10是第7实施方式涉及的压电致动器IF的侧面剖视图。图11是第8实施方式涉及的压电致动器IG的侧面剖视图。
具体实施例方式参照附图来说明本发明的第I实施方式涉及的压电致动器。图UA)是本实施方式的压电致动器I的俯视图，图1 (B)是其侧面剖视图。图2是压电致动器I的可动部在弯曲状态下的侧面剖视图。(压电致动器的构造)压电致动器I如图I(A)所示，具备由规定面积且规定厚度构成的绝缘性的基底基板11。基底基板11例如在俯视观看时以长度为1. 5mm、宽度为O. 5mm的大小形成。在基底基板11的一个主面(图1(B)中的上表面)，在规定区域形成有凹部，在凹部内形成有固定电极12。在基底基板11的固定电极12的形成面(一个主面)，按照至少覆盖固定电极12的方式在规定区域内以规定厚度形成有电介质层13。在基底基板11的表面中的规定区域内以规定厚度形成有下部电极14。下部电极14具有在其中间部竖立的弯曲部14V，下部电极14的一部分14ED成为与基底基板11分离规定间隔的形状。此外，在图I(B)中，弯曲部14V成为竖立的形状，在后述的制造方法中形成为倾斜了规定角度(例如45度)的形状。另外，设置有弯曲部14V的中间部可以是下部电极14的任何位置，在此为了获得期望的压电驱动而规定了与基底基板11分离的部分14ED的尺寸。按照覆盖下部电极14的方式在规定区域以规定厚度形成有压电体层15。另外，压电体层15具有仿效下部电极14的弯曲部14V的弯曲部15V。此时，压电体层15形成为也覆盖与基底基板11分离的下部电极14的一部分14ED。根据该构造，能够在后述的上部电极16形成之际可靠地分离下部电极14和上部电极16。上部电极16采用支承部61和可动部62形成为一体的构造。其中，虽然支承部61的端部也根据压电体层15的形变而发生弯曲，但是为了便于说明，将上部电极16分成支承部61和可动部62来进行说明。按照覆盖压电体层15的方式在规定区域以规定厚度形成有支承部61。另外，上部电极16具有仿效下部电极14的弯曲部14V、以及压电体层15的弯曲部15V的弯曲部16V。在支承部61中的未与下部电极14对置的端部61ED上，连接形成有可动部62。可动部62如图UA)所示，在俯视观看压电致动器I时，至少在与固定电极12对置这样的面积内以规定厚度形成。在可动部62，以规定的排列模式形成有多个贯通孔60。通过设置贯通孔60，从而与可动部62的长度方向正交的截面面积在有贯通孔60的位置和没有贯通孔60的位置之间发生变化。因此，可动部62变得易弯曲，在后述的可变电容元件中可动部62的连续性或多级性的变化中是有效的。此外，这些贯通孔60不一定必须以等间隔的排列模式形成，例如可以在可动部62的前端侧和靠近支承部61 —侧改变排列模式等，根据可动部62的弯曲情况设为任意的排列。贯通孔60的目的主要是改变截面面积，所以在俯视观看时形状可以不是圆形形状，可以是椭圆形状、多角形状。也可以不是贯通孔，而是半贯通的。只要可以进行期望的压电驱动，也可以不形成贯通孔60。通过采用这种构成，上部电极16的平板状的可动部62的一端被由层叠构造构成的支承柱支承为与基底基板11的表面分离规定间隔，其中，所述层叠构造由上部电极16的支承部61、压电体层15以及下部电极14构成。在这种构造中，若在上部电极16与下部电极14之间施加驱动电压，则压电体层15发生形变，从由上部电极16的支承部61、压电体层15以及下部电极14构成的支承柱的端附近朝向可动部62弯曲。由于该弯曲，如图2所示，上部电极16的可动部62与基底基板11的电介质层13的表面抵接。由此，上部电极16的可动部62和固定电极12隔着电介质 层13相对置。其结果，形成了由上部电极16的可动部62和固定电极12对置的对置面积、电介质层13的厚度以及介电常数所规定的电容器。其中，电容器的容量为O. OlpF 10pF。另一方面，若停止驱动电压向上部电极16和下部电极14的施加,则因压电体层15的驱动电压施加所引起的形变被消除，弯曲状态恢复到原始的没有弯曲的状态。由此，可动部62和固定电极12处于隔着电介质层13以及规定的空间间隙地分离的状态。在这里，虽然省略了图示，但对上部电极16和固定电极12连接传输所期望的高频信号的传输线路。通过采用这种构造，如果为驱动电压非施加状态，则上部电极16的可动部62和固定电极12相分离，高频信号不导通。另一方面，如果处于驱动电压施加状态，贝1J形成规定容量的电容器，高频信号为导通状态。因此，通过采用这种构造，压电致动器I能够作为高频开关发挥功能。另外，除了与传输高频信号的传输线路连接之外，也可以连接在传输线路与接地线之间，从而作为开关发挥功能。此时，如上述，因为驱动电压施加用的上部电极16兼用作高频信号用的可动电极，所以与以往的单独形成臂和可动电极的构造相比，能够使构造简单化。另外，因为下部电极14、压电体层15、上部电极16的支承部61作为臂的支承柱发挥功能，所以与以往那样在单独设置了臂之后再设置下部电极14、压电体层15以及上部电极16的构造相比，能够使构造简单化。而且，通过将固定电极12设置于基底基板11，从而与针对固定电极12另行设置盖罩等情况相比，能够使构造简单化。如以上所述，通过采用本实施方式的构造，从而与以往相比能以更简单的构造形成压电致动器。此外，在上述的说明中说明了根据驱动电压施加时和驱动电压非施加时来控制高频开关的接通断开的例子，但是通过连续性或多级性地调整驱动电压电平，也能够用作可变电容元件。S卩，若连续性或多级性地调整驱动电压电平，则压电体层15的形变也能连续性或多级性地调整。若压电体层15的形变程度发生变化，则弯曲状态也会发生变化，上部电极16的可动部62与电介质层13抵接的面积也会发生变化。若抵接面积发生变化，则由上表面电极16的可动部62、固定电极12以及电介质层13构成的电容器的电容值也会发生变化。通过控制这种的多个抵接状态，从而能够以一个压电致动器I来实现连续性或多级性地变化的电容值，能够将该压电致动器I用作可变电容元件。
另外，在上述的说明中概略性示出了可动部62的形状，但是下面所述的构造是更可取的。具体而言，可动部62形成为可动部62在侧面观看时的长度长于固定电极12在侧面观看时的长度，并且该可动部62的前端侧在俯视观看时不与固定电极12重叠。由此，即便可动部62的前端侧在不施加驱动电压的状态下由于自重而下垂，或者在施加了驱动电压之时可动部62的前端侧在不期望地发生粘附而迅速与电介质层13抵接的情况下，可动部62的前端侧也不会隔着电介质层13与固定电极12相对置。由此，能够更可靠地实现作为上述开关的功能、作为可变 电容元件的功能。(压电致动器I的制造方法)接着，参照附图来具体说明本实施方式的压电致动器I的制造方法。图3是表示第I实施方式涉及的压电致动器I的制造流程的流程图。图4是表示图3所示的各流程下的构造的侧面剖视图。首先，如图4(A)所示，在厚度为100 500μπι(代表例为300μπι)的由玻璃构成的基底基板11，通过干蚀刻法形成例如500nm 5 μ m(代表例为3 μ m)的凹部,通过派射法形成由Cu构成的固定电极12 (SlOl)。其中，凹部的形成方法也可以是湿蚀刻法、喷砂法等。另外，固定电极12的形成方法也可以是蒸镀法或镀敷法、或者蒸镀法和镀敷法的组合。在这里，作为基底基板11的材质，除了玻璃以外，还可以使用1^0、501、氧化铝陶瓷、1^他03、LiTaO3、水晶、Si、蓝宝石、GaAs, GaN, Ge、SiC等绝缘材料、压电材料、半导体材料。另外，作为固定电极12的材质，除了 Cu以外，还可以使用Au、Ag、Pt、Ru、Ir等熔点、导电率高的金属、层叠了多个金属之后的层叠电极、或者Cu合金、Ag-Pd等Ag合金。然后，通过CMP等研磨处理，使基底基板11的固定电极12侧的表面平坦化。然后，虽然在本图中没有记载，但是为了防止Cu等氧化、扩散，也可通过溅射法在Cu的电极之上以IOOnm左右的厚度形成TiN、TaN, TiSiN等的阻挡膜。然后，如图4(B)所示，使用溅射法，在其成膜温度100°C 700°C下，按照使由Ta2O5(介电常数为25)构成的电介质层13在基底基板11的固定电极12侧的表面成为IOOnm I μ m(代表例为200nm)的厚度的方式,通过干蚀刻法图案形成为规定形状(S102)。其中，电介质层13的形成方法也可以是蒸镀法、镀敷法，图案形成也可以是湿法。在这里，作为电介质层13的材质，除了 Ta2O5以外，还可以使用SiNx、Si02、Al203、(Ba,Sr)TiO系(氮掺杂等)。最好使用介电常数为5 1000的材质，优选使用介电常数为20 150的材质。也可使用多个电介质材料，将电介质层13形成为多层构造。接着，如图4(C)所示，使用溅射法，在其成膜温度100°C 700°C下，按照使由ZnO构成的牺牲层50在电介质层13的表面成为I 10 μ m (代表例为3 μ m)的厚度的方式，通过湿蚀刻法图案形成为规定形状(S103)。其中，牺牲层50的形成方法也可以是蒸镀法、镀敷法，图案形成也可以是干蚀刻法。在这里，作为牺牲层50的材质，除了 ZnO以外，也可以使用多晶硅等。若牺牲层50使用ZnO，则由于该ZnO的取向，使得在后段的工序中所形成的下部电极14、压电体层15的结晶性得以提高。由此，能够提高压电致动器I的特性以及可靠性。接着，如图4(D)所示，使用溅射法，在其成膜温度100°C 700°C下，按照使由Pt构成的下部电极14在牺牲层50以及基底基板11的表面成为100 500nm(代表例为200nm)的厚度的方式，使用干蚀刻法图案形成为规定形状(S104)。其中，下部电极14的形成方法也可以是蒸镀法、镀敷法，图案形成也可以是湿蚀刻法。此时，由于牺牲层50的厚度，在下部电极14形成了弯曲部14V，形成了与基底基板11分离的下部电极14的一部分14ED。在这里，作为下部电极14的材质，可以是熔点高、在高温下也稳定的材质，除了 Pt以夕卜，也可以是 Ir、Ru、或其氧化物、或者 LaNiO3^ SrRu03、Srlr03、SrCoO3> LaTiO2N1, (Sr，La)TiOxNy等导电性氧化氮化物、或者它们的层叠构造。其中，优选将氧化钛系材质作为基底层。另外，如果下部电极14的表层使用LaNi03、SrRuOyLaTiO2Np (Sr，La) TiOxNy，则由于这些氧化物的取向，使得压电体层15的结晶性得以提高。由此，能够提高压电致动器I的特性以及可靠性。然后，如图4 (E)所示，使用溅射法，在其成膜温度400 850°C (代表例为700°C )下，按照使由KNN(铌酸钾钠)系构成的压电体层15(压电常数d31 = 100pm/V)在下部电极14、牺牲层50的表面成为500nm 4 μ m (代表例为2 μ m)的厚度的方式，通过干蚀刻法图案形成为规定形状(S105)。其中，压电体层15的形成方法也可以是CVD法、PLD法，图案形成也可以是湿蚀刻法。此时，按照压电体层15覆盖与基底基板11分离的下部电极14的一部分14ED的方式进行图案形成。由此，在后段的工序、即形成上部电极16时，能够防止上部 电极16与下部电极14接触。其中，作为压电体层15的材质，除了上述的非铅压电材料、即KNN (银酸钾钠)系以外,还可以使用PZT (错钛酸铅)系、AlN (氮化招)系、ZnO (氧化锌)系的材质。因为已经公知这些材质作为压电薄膜而言其特性及制造方法良好，所以容易形成稳定的品质的压电体层15。尤其是，若使用KNN系，还能够进一步提高环保性。另外，通过在形成了压电体层15之后(在形成上部电极16之前)实施RTA等的500°C 900的退火处理，从而能够提高压电体的结晶性、可靠性、压电特性。然后，如图4(F)所示，使用蒸镀提离法(evaporation lift-off method),将Ti作为密接层，按照使由Cu构成的上部电极16在压电体层15以及牺牲层50的表面成为500nm 5 μ m (代表例为2 μ m)的厚度的方式,通过干蚀刻法图案形成为规定形状(S106)。其中，上部电极16的形成方法也可以是溅射法、镀敷法，图案形成也可以是湿蚀刻法。作为上部电极16的材质，除了 Cu以外，也可以使用Au、Ag、Ni等。也可以是这些金属的合金系。另外，也可以是将氧化钛系材质作为基底层的Au层叠电极等。为了防止上部电极16的Cu等氧化、扩散，也可以通过溅射法在Cu等的电极之上以IOOnm左右的厚度形成TiN、TaN、TiSiN等的阻挡膜。因为上部电极16是成为高温工艺的压电体层15的形成工序之后的工序，所以上部电极16能够使用不受该压电体层的成膜工艺温度影响的导电性材质。由此，与下部电极14、压电体层15相比形成面积大很多的上部电极16所使用的材质的选择自由度得以提高。因此，可以根据所要求的规格，价格更低地制造压电致动器I。另外，关于上部电极16，可以根据上部电极16的膜厚来调整在前段的工序中形成的牺牲层50、下部电极14以及压电膜15所产生的应力。然后，如图4(G)所示，通过湿蚀刻法去除牺牲层50(S107)。在这里，如图4(G)所示，通过在上部电极16设置贯通孔60，能够提高湿蚀刻的速度，可以提高牺牲层去除工序的效率。通过执行以上这样的工序，完成了压电致动器I。此外，在上述的制造流程中，虽然示出了牺牲层50使用ZnO的情况，但是在使用多晶硅的情况下，使用低压化学气相生成装置(LPCVD)在650°C左右的温度下进行成膜。然后，在形成了下部电极14、压电体层15以及上部电极16之后，例如通过基于TMAH的湿蚀亥Ij、基于SF6或XeF2的干蚀刻来去除由多晶硅构成的牺牲层50。另外，在上述的制造流程中，也可通过镀敷法形成上部电极16。在该情况下，在形成压电体层15之后，在该基底电极的整个面形成保护膜，使用光刻法对上部电极16所对应的区域进行图案化，去除相应区域的保护膜。接着，在整个面形成密接层和镀敷强化层(plating seed layer)。然后，进一步形成保护膜，对上部电极16所对应的区域进行图案化，去除相应区域的保护膜。接着，通过电解电镀法等方法向保护膜的开口部进行电解电镀，将镀Cu层、镀Au层形成为I μ m 10 μ m(代表例为3 μ m)。然后，将镀敷强化层及夹持该镀敷强化层的两个保护层去除，进而去除牺牲层50。此外，在上述的制造流程中，也可设置在下部电极14与压电体层15之间形成基 底薄膜(缓冲层)的制造流程。缓冲层主要为了提高压电体层的结晶性(取向性)，或缓和因下部电极14和压电体层15的热膨胀系数之差所引起的压缩应力、拉伸应力而形成。作为缓冲层的材质而言，作为高介电常数的氧化物，也可使用BaTiO3、SrTiO3、BaZrO3、(Ba,Sr)Ti03、GdZrO3、或作为导电性的氮化氧化物的 LaNi03、SrRu03、LaTiO2N1, (Sr，La)TiOxNy 等的一种、或者它们的组合。作为缓冲层的形成方法，可以使用溅射法、蒸镀法或镀敷法等。缓冲层的厚度为I IOOnm (代表例为IOnm)。另外，在上述的制造流程中，也可成为将压电体层15设为多层构造的制造流程。作为多层构造的材质，可以使用上述的KNN(铌酸钾钠)系、PZT (锆钛酸铅)系、AlN(氮化铝)系、或ZnO(氧化锌)系的组合、或者相同系的组合等。作为多层构造的形成方法，可以使用溅射法、蒸镀法或镀敷法、或者它们的组合。另外，在上述的制造流程中，也可设置在基底基板与下部电极之间、下部电极与压电体层之间、压电体层与上部电极之间形成由绝缘体材料之外的其他材料构成的中间层的制造流程。下面，参照附图来说明第2实施方式涉及的压电致动器。图5是本实施方式涉及的压电致动器IA的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IA相对于第I实施方式的压电致动器I而言，上部电极16A的形状不同，其他构成相同。因此，仅说明上部电极16A的构造。如图5所示，在压电致动器IA的上部电极16A中，支承部6IA和可动部62A由不同材质形成。并且，在压电致动器IA中，可动部62A的一端形成为覆盖支承部61A且与支承部61A重叠。这种构成也能够获得与第I实施方式相同的作用效果，并且例如能够获得对支承部61A选择与压电体层15密接性良好的材质(例如可以为Pt)，对可动部62A选择导电性良好且价格便宜的材质(Cu等)这一设计上的自由度。下面，参照附图来说明第3实施方式涉及的压电致动器。图6是本实施方式涉及的压电致动器IB的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IB相对于第I实施方式的压电致动器I而言，下部电极14B、压电体层15B以及上部电极16B的形状不同，其他构成相同。因此，仅说明下部电极14B、压电体层15B以及上部电极16B的构造。下部电极14B和压电体层15B形成为在俯视观看压电致动器IB时，下部电极14B的端部比压电体层15B的端部要突出。上部电极16B仅形成有支承部61B，且该支承部61B仅形成在压电体层15的表面。可动部63B形成为与下部电极14B连接。此外，在图6所示的构成中，虽然可动部63B以不与上部电极16B接触的厚度形成，但是只要通过使压电体层15B的端部比上部电极16B的端部更突出等而避免上部电极16B和可动部63B接触，就可以获得可动部63B的厚度的自由度。可动部63B可在形成下部电极14B之后的任何时刻形成，因为在形成压电体层15之后形成，所以无需考虑上述这样的压电体层15的形成工艺温度的影响，能够提高材质的选择自由度。下面，参照附图来说明第4实施方式涉及的压电致动器。图7是本实施方式涉及的压电致动器IC的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IC相对于第I实施方式的压电致动器I而言，固定电极12C的形成位置不同，其他构成相同。因此，仅说明固定电极12C的构造。在压电致动器IC中，在平板状的基底基板11的表面形成了固定电极12C。并且，以还覆盖该固定电极12C的形状，图案形成电介质层13C。这种构成也能得到与第I实施方式同样的作用效果。 下面，参照附图来说明第5实施方式涉及的压电致动器。图8是本实施方式涉及的压电致动器ID的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器ID是与第I实施方式的压电致动器I大致相同的构造。其中，在图8中，固定电极12D按照仅成为与可动部62的前端部隔着规定间隔相对置的部分的方式以小面积形成，但是也可以是与第I实施方式的固定电极12相同的构造。压电致动器ID采用下述构造，即通过控制驱动电压，由此使上表面电极16的可动部62始终隔着与驱动电压相应的空间间隙Gon而与固定电极12D以及电介质层13分离。这种构造也能够获得与第I实施方式相同的作用效果。下面，参照附图来说明第6实施方式涉及的压电致动器。图9是本实施方式涉及的压电致动器IE的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IE相对于第I实施方式的压电致动器I而言，电介质层13E的构造不同，其他构成相同。因此，仅说明固定电极12C的构造。在压电致动器IE中，按照电介质层13B与下部电极14的和基底基板11分离的一部分、压电体层15的端部以及上部电极16的可动部62相抵接的方式形成，即电介质层13B形成于可动部侧而非基底基板侧。由此，电介质层13B能够加强可动部62。并且，这样的构成也能够获得与第I实施方式相同的作用效果。下面，参照附图来说明第7实施方式涉及的压电致动器。图10是本实施方式涉及的压电致动器IF的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IF相对于第I实施方式的压电致动器I而言，压电体层15F的构造不同。压电致动器IF的压电体层15F如图10所示形成为在侧面观看时长于固定电极12的形状。并且，在该压电体层15F的表面中的大致整个面，形成有还成为可动部62的上部电极16。通过采用这种构成，压电体层15F能够兼用上述的电介质层13，从而能够省略电介质层。由此，能够形成更简单的构成的压电致动器。下面，参照

第8实施方式涉及的压电致动器。图11是本实施方式涉及的压电致动器IG的侧面剖视图。本实施方式的压电致动器IG相对于第2实施方式的压电致动器IA而言，上部电极16G的构造不同。压电致动器IG的上部电极16G在支承部61G与可动部62G之间形成有绝缘体层64。通过采用这种构成，能够将支承部61G和可动部62G电分离。作为绝缘体层64的材质，不仅能够使用玻璃、陶瓷等绝缘体材料,还能够使用上述的电介质材料、压电体材料、半导体材料等。例如，能够将支承部6IG用于施加驱动电压，将可动部62用于传输高频信号。此外，在上述的实施方式中，示出了将驱动电压施加用的上部电极兼用作高频信号传输用的可动电极的例子，但即便将驱动电压施加用的下部电极延伸来兼用作高频信号传输用的可动电极，也能够使构造简单化。符号说明UlA IG-压电致动器；11_基底基板；12、12C、12D-固定电极；13、13C_电介质层；14、14B-下部电极；15、15B、15F-压电体层；16、16A、16B、16G_ 上部电极；14V、15V、16V-弯曲部;60_贯通孔;61、61A、61G-支承部；62、62A、62G_可动部;63B_可动用电极； 64-绝缘体层。
权利要求
1.一种压电致动器，具备 绝缘性的基底基板； 固定电极，其形成于该基底基板； 压电驱动电压施加用的下部电极，其至少一部分由与所述基底基板分离的形状构成； 压电体层，其形成于该下部电极的与所述基底基板相反的面侧； 所述压电驱动电压施加用的上部电极，其形成于该压电体层的与所述下部电极相反的面侧；和 可动电极，其与所述固定电极之间的距离根据因所述压电驱动电压的施加所引起的所述压电体层的形变而发生变化， 该可动电极的至少一部分由所述上部电极或者所述下部电极形成。
2.根据权利要求I所述的压电致动器，其中， 所述可动电极的一端被由所述下部电极、所述压电体层以及所述上部电极构成的层叠构造部支承。
3.根据权利要求I或2所述的压电致动器，其中， 所述可动电极由所述上部电极形成。
4.根据权利要求I至3任一项所述的压电致动器，其中， 在所述固定电极与所述可动电极之间形成有电介质层。
5.根据权利要求4所述的压电致动器，其中， 所述电介质层由所述压电体层形成。
6.根据权利要求I至5任一项所述的压电致动器，其中， 所述可动电极由靠近所述固定电极侧的面积根据所述压电体层的形变量而变化的形状构成。
7.根据权利要求I至6任一项所述的压电致动器，其中， 将所述固定电极和所述可动电极与传输高频信号的传输线路连接，或者将所述固定电极和所述可动电极连接在传输线路与接地线之间。
8.根据权利要求I至7任一项所述的压电致动器，其中， 所述压电体层由锆钛酸铅系、氮化铝系、或氧化锌系的材质形成。
9.根据权利要求I至7任一项所述的压电致动器，其中， 所述压电体层通过由以下通式(I)构成的铌酸钾钠系的材质形成，或者通过在通式(I)中将Mn、Mg、Zn、Fe、Cu、Yb的至少一种以金属或氧化物的形式添加10mol%以下而得到的铌酸钾钠系的材质形成，通式(I) =(K1IbNaaAb) (NVcBc)O3 其中，A是由Li、Ag、Ca、Sr、Bi、Gd构成的至少一种化合物，B是由Ta、Zr、Ti、Al、Sc、Hf构成的至少一种化合物，a、b、c的范围是O彡a彡O. 9、0彡b彡O. 3、0彡a+b ( O. 9、O ^ c ^ O. 3o
10.根据权利要求I至9任一项所述的压电致动器，其中， 所述固定电极由埋入于所述基底基板的形状构成。
11.根据权利要求I至10任一项所述的压电致动器，其中， 所述基底基板的材质是LTCC、玻璃、SOI、氧化铝陶瓷、LiNb03、LiTa03、水晶、Si、蓝宝石、GaAs、GaN、Ge、SiC 中的任一种。
12.—种压电致动器的制造方法，包括 在绝缘性的基底基板形成固定电极的工序； 在所述基底基板的形成有所述固定电极的面侧形成牺牲层的工序； 按照至少一部分配设在所述牺牲层的与所述基底基板相反的面侧的方式形成下部电极的工序； 在所述下部电极的与所述基底基板相反的面侧形成压电体层的工序； 在所述压电体层的与所述下部电极相反的面侧形成上部电极的工序；和 通过去除所述牺牲层而形成可动电极的工序。
13.根据权利要求12所述的压电致动器的制造方法，其中， 在形成所述牺牲层的工序中，所述牺牲层使用氧化锌。
全文摘要
本发明提供一种压电致动器以及压电致动器的制造方法。在基底基板(11)形成有固定电极(12)。在基底基板(11)的表面形成有电介质层(13)。在电介质层(13)的表面形成有至少一部分为与基底基板(11)分离的形状的下部电极(14)。在下部电极(14)的表面形成有压电体层(15)。在压电体层(15)的表面侧形成有上部电极(16)。由于因压电驱动电压的施加所引起的压电体层(15)的形变，使得上部电极(16)或者下部电极(14)的至少一部分成为可动的可动电极。从而实现与以往相比能以简单的构成以及简单的制造流程形成的压电致动器。
文档编号H01L41/22GK102859734SQ20118001989
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月6日 优先权日2010年4月23日
发明者山本观照, 山本悌二, 掘露伊保龙 申请人:株式会社村田制作所