专利名称：压电体膜、喷墨头、角速度传感器、压电发电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及压电体膜、喷墨头、角速度传感器、压电发电元件。
背景技术：
目前正在开发的无铅(lead-free)压电材料的一个例子，如专利文献I和专利文献2公开的那样，例如是钙钛矿型复合氧化物(Bi，Na) TiO3 - BaTi03。这种压电材料被称作 BNT-BT。先行技术文献专利文献专利文献1:日本特公平4 - 60073号公报专利文献2 日本特许第4455678号公报专利文献3 :国际公开第2010/047049号专利文献4 :美国专利第7870787号说明书专利文献5 :中国专利申请公开第101981718号说明书
发明内容
发明所要解决的课题 本发明的目的在于提供具有更高的结晶取向性、更高的压电常数和更高的强介电特性的BNT-BT压电体膜。本发明的其他目的在于，提供具有该BNT-BT压电体膜的喷墨头、角速度传感器和压电发电元件。本发明的另外的其他目的在于，提供使用该喷墨头形成图像的方法、使用该角速度传感器测定角速度的方法和使用该压电发电元件的发电方法。用于解决课题的手段本发明的压电体膜包括仅具有(110)取向的第一电极、仅具有(110)取向的(NaxBia5)TiOtl.5x+2.75 — BaTiO3 层、仅具有(110)取向的(Bi，Na)TiO3 — BaTiO3 层和第二电极。X 的值是 O. 29 以上 O. 40 以下，第一电极、(NaxBia5)TiOa5x+2.75 — BaTiO3 层、(Bi, Na)TiO3 - BaTiO3层和第二电极按照此顺序层叠。发明效果本发明提供一种具有更高的结晶取向性、更高的压电常数和更高的强介电特性的BNT-BT压电体膜。
图1A是示意性地表示本发明的压电体膜的实施方式的截面图。图1B是示意性地表示本发明的压电体膜的其他实施方式的截面图。图2是表示实施例1 3和比较例I 4的压电体膜的X射线衍射线形。图3是表示实施例1和比较例I的压电体膜的P-E磁滞曲线的图。
图4示意性地表示本发明的喷墨头的一个例子，是局部地表示该喷墨头的截面的立体图。图5示意性地表示包括图4所示的喷墨头中的压力室部件和致动器部的主要部分，是局部地表示该主要部分的截面的分解立体图。图6是示意性地表示图4所示的喷墨头中的、包括压力室部件和致动器部的主要部分的一个例子的截面图。图7是示意性地表示本发明的角速度传感器的一个例子的立体图。图8是表示图7所示的角速度传感器中的截面El的截面图。图9是示意性地表示本发明的压电发电元件的一个例子的立体图。图10是表示图9所示的压电发电元件中的截面Fl的图。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式。以下的说明对于同样的部件使用同样的符号。因此，省略重复的说明。[压电体膜]图1A表示本发明的压电体膜的一个方式。图1A所示的压电体膜Ia具有层叠结构16a。层叠结构16a包括仅具有(110)取向的第一电极13、仅具有(110)的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 彡 X 彡 O. 4)14、仅具有(110)取向的(Bi, Na) TiO3 — BaTiO3 层15、第二电极17。第一电极13和第二电极17具有层的形状。(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3层14是界面层。(Bi, Na) TiO3 一 BaTiO3层15是压电体层。(Bi，Na)Ti03 —8&1103层15具有小的漏泄电流特性、高结晶性和高(110)取向性。因此，压电体膜Ia虽然不含有铅，但是具有低介电损失特性和与PZT相同的高压电性能。(关于第一电极13)仅具有(110)取向的第一电极13的例子是以下的(I)和(2)。(I)钼(Pt)层、钯(Pd)层、或者金(Au)层这样的金属层、或者(2)氧化镍(NiO)、氧化钌(Ru02)、氧化铱(Ir02)、钌酸锶(SrRu03)、或者镍酸镧(LaNiO3)这样的氧化物导电层。优选钼层。另外，2层以上的这些层也能够使用。(关于(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层 14)(似!與。.5)110(|.5!￡+2.75— 8&1103层(0.29≤x≤0.4)14在表面具有(110)的面方位。(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层 14 是界面层。(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 ≤ X ≤ O. 4) 14 被夹在第一电极 13 与(Bi1Na)TiO3 — BaTiO3 层 15 之间。(NaxBi0.5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 ≤ X ≤ O. 4)14 是提高(Bi, Na) TiO3 — BaTiO3 层 15 的结晶取向性、压电常数和强介电特性所必需的。详细情况请参照后述的实施例1 3和比较例I 10。表示钛酸钠铋的氧量的“O. 5x+2. 75”可以包含误差。例如，如果x=0.4，则O. 5X0. 4+2. 75=2. 95。但是，在钠的含量为O. 4的情况下，钛酸钠铋的氧量不一定与2. 95
完全一致。基于压电体层和界面层所具有的晶格常数的类似性或组成的类似性，难以预测适合提高(Bi，Na)Ti03 - BaTiO3层15的结晶取向性、压电常数和强介电特性的界面层的组成。即，仅通过设置具有与压电体膜的晶格常数或组成类似的晶格常数或组成的界面层，不一定能得到这样的压电体层。其理由在于，构成(Bi，Na)TiO3 — BaTiO3这样的多元系复合氧化物的各个元素(氧除外)具有不同的蒸气压，所以一般难以形成具有良好的结晶性和良好的取向性的由该复合氧化物构成的薄膜。本发明人发现(NaxBia5)TiOtl.5x+2.75 — 8&1103层(O. 29彡X彡O. 4) 14使(Bi, Na)TiO3 — BaTiO3层15的结晶取向性、压电常数和强介电特性提闻。(NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 ^ x ^ O. 4) 14 的厚度并未受到限定。只要该厚度是数个晶格单位(约2nm)以上，(Bi, Na) TiO3 一 BaTiO3层15的结晶取向性和压电常数就会提闻。(NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 彡 x 彡 O. 4) 14 具有用化学式 ABO3 表示的钙钛矿型的晶体结构。晶格点(site)A的主要成分是Na、Bi和Ba，晶格点B的主要成分是Ti。(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层(O. 29 ^ x ^ O. 4) 14 可以包含微量的杂质。典型的该杂质可以是置换Na的K、Li或者银。根据需要，还可以在第一电极13与(NaxBia5) TiOtl. 5x+2.75 — BaTiO3层(O. 29彡X彡0.4) 14之间夹着(110)取向层(图中未示)。(110)取向层例如是LaNiO3层和 SrRuO3 层。(关于(Bi,Na) TiO3 — BaTiO3 层 15)(Bi，Na)Ti03 —BaTiO3 层 15 由(Bi, Na) TiO3 — BaTiO3 构成。(Bi, Na) TiO3 — BaTiO3层15在表面具有(110)的面方位。
(Bi, Na) TiO3 — 8&1103层15的厚度并没有限制。该厚度例如为O. 5 μ m以上、10 μ m以下。即使(Bi1Na)TiO3 — BaTiO3层15薄，该膜也具有低的介电损失特性和高的压电性倉泛。(Bi, Na) TiO3 一 BaTiO3层15具有用化学式ABO3表示的钙钛矿型的晶体结构。晶格点(Site)A和晶格点B，与单独或者多种元素的配置相应地，分别具有2价和4价的平均价数。晶格点A是B1、Na和Ba。晶格点B是Ti。(Bi，Na)TiO3 — BaTiO3层15可以包含微量的杂质。该杂质典型来讲可以是置换晶格点A中的Na的Li和置换K，以及置换Ba的Sr和Ca。该杂质典型来讲可以是置换晶格点B中的Ti的Zr。其它的该杂质例如可以是Mn、Fe、Nb和Ta。多种杂质能够提高(Bi，Na) TiO3 — BaTiO3层15的结晶取向性和压电性能。根据需要，还可以在(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层 14 和(Bi，Na) TiO3 — BaTiO3层15之间夹着(110)取向层(图中未示)。(关于第二电极17)第二电极17由具有导电性的材料构成。该材料的例子是具有低电阻的金属。该材料可以是NiO、RuO2, Ir03、SrRuO3、或者LaNiO3这样的氧化物导电体。导电膜17可以由两种以上的这些材料构成。第一电极13和第二电极17用于对(Bi，Na) TiO3 — BaTiO3层15施加电压。可以在第二电极17与(Bi，Na) TiO3 — BaTiO3层15之间配置提高两者的紧贴性的紧贴层。紧贴层的材料的例如为钛(Ti)、钽(Ta)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铬(Cr)、或者它们的化合物。紧贴层能够由2种以上的这些材料构成。根据第二电极17与(Bi，Na)TiO3 —BaTiO3层15的紧贴性，能够省略紧贴层。图1B表示本发明的压电体膜的其他的一个方式。如图1B所示，该压电体膜Ib包括基板11和层叠结构16a。第一电极13被夹在该基板11与(NaxBia5) TiOa 5x+2.75 — BaTiO3层14之间。基板11可以是硅(Si)基板或者氧化镁(MgO)基板。基板11优选是仅具有(110)取向的单晶基板。可以在基板11与第一电极13之间配置提高两者的紧贴性的紧贴层。紧贴层的材料例如是T1、Ta、Fe、Co、N1、Cr或者它们的化合物。紧贴层能够由2种以上的这些材料构成。根据基板11与层叠结构16a的紧贴性，能够省略紧贴层。以下，对具备上述的压电体膜的本发明的喷墨头、角速度传感器和压电发电元件进行说明。详细参照专利文献3。专利文献4和专利文献5各自是与专利文献3对应的美国专利公报和中国公开公报。[喷墨头]以下，参照图4 图6说明本发明的喷墨头。图4表示本发明的喷墨头的一个方式。图5是表示图4所示的喷墨头100中的、包含压力室部件和致动器部的主要部分的分解图。图4和图5中的符号A表不压力室部件。压力室部件A具备在其厚度方向(图的上下方向)上贯通的贯通孔101。图5所示的贯通孔101是在压力室部件A的厚度方向上被切断的该贯通孔101的一部分。符号B表示具备压电体膜和振动层的致动器部。符号C表示具备共用液室105和墨水 通路107的墨水通路部件C。压力室部件A、致动器部B和墨水通路部件C以压力室部件A被致动器部B和墨水通路部件C夹着的方式相互接合。在压力室部件A、致动器部B和墨水通路部件C相互接合的状态下，贯通孔101形成收纳从共用液室105供给来的墨水(ink，墨液)的压力室102。致动器部B具备的压电体膜和振动层，俯视下与压力室102重叠。图4和图5中的符号103表示作为压电体膜的一部分的个别电极层。如图4所示，喷墨头100俯视下，具备锯齿状配置的2个以上的个别电极层103即压电体膜。墨水通路部件C具备俯视下条纹状配置的2个以上的共用液室105。在图4和图5中，各共用液室105俯视下与2个以上的压力室102重叠。共用液室105在喷墨头100中的墨水供给方向(图4中的箭头方向)上延伸。墨水通路部件C具备将共用液室105内的墨水供给到压力室102的供给口 106 ;和从喷嘴孔108排出压力室102内的墨水的墨水通路107。通常，I个供给孔106和I个喷嘴孔108与I个压力室102对应设置。喷嘴孔108形成于喷嘴板D。喷嘴板D以与压力室部件A—起夹着墨水通路部件C的方式，与墨水通路部件C接合。图4中的符号E表示IC芯片。IC芯片E在致动器部B的表面露出的个别电极层103经由焊丝BW电连接。为了使图4明确，图4仅表示一部分的焊丝BW。图5表不包含压力室部件A和致动器部B的主要部分的结构。图6表不压力室部件A和致动器部B中的、与墨水供给方向(图4中的箭头方向)正交的截面。致动器部B具备具有被第一电极(个别电极层103)和第二电极(共用电极层112)夹着的压电体层15的压电体膜104 (104a 104d)。一个个别电极层103与一个压电体膜104a 104d对应设置。共用电极层112是在压电体膜104a 104d共用的电极。如图6中的虚线包围的方式，上述的压电体膜104配置于喷墨头内部。该压电体膜是在题为[压电体膜]的项目中说明的压电体膜。[使用喷墨头的图像形成方法]形成本发明的图像的方法，包括在上述的本发明的喷墨头中，经由第一和第二电极(即个别电极层和共用电极层)对压电体层施加电压，利用压电效应使振动层在该层的膜厚方向上位移、使压力室的容积变化的工序和利用该位移使墨水从压力室排出的工序。边使纸之类的图像形成对象物与喷墨头之间的相对位置变化，边使对压电体层施加的电压变化，控制来自喷墨头的墨水的排出时刻和排出量，由此在对象物的表面形成图像。在本说明书中所使用的用词“图像”包含文字。换而言之，利用形成本发明的图像的方法，对纸之类的印刷对象物印刷有文字、画、图形等。在该方法中，能够获得具有高表现力的印刷。[角速度传感器]图7表示本发明的角速度传感器的一个例子。图8表示图7所示的角速度传感器21a的截面E1。图7所示的角速度传感器21a是所谓的音叉型角速度传感器。这些能够用于车辆用导航装置和数码相机的抖动修正传感器。图7所示的角速度传感器21a具备具有振动部200b的基板200，和与振动部200b接合的压电体膜208。基板200具备固定部200a ;和从固定部200a在固定的方向上延伸的一对臂(振动部200b)。振动部200b所延伸的方向与角速度传感器21测定的角速度的旋转中心轴L延伸方向相同。具体来讲，该`方向在图7中为Y方向。从基板200的厚度方向(图7中的Z方向)看，基板200具备具有2根的臂(振动部200b)的音叉的形状。构成基板200的材料不限定。该材料例如是S1、玻璃、陶瓷、金属。基板200可以为Si单晶基板。基板200的厚度只要能够显现作为角速度传感器21a的功能就不被限定。更具体来讲，基板200的厚度是O.1mm以上O. 8mm以下。固定部200a的厚度可以与振动部200b的厚度不同。压电体膜208与振动部200b接合。该压电体膜208是在标题为[压电体膜]的项目中说明的压电体膜。如图7和图8所示，该压电体膜208包括第一电极13 (202)、界面层14、压电体层15和第二电极17 (205)。第二电极205具备包含驱动电极206和传感电极207的电极组。驱动电极206对压电体层15施加使振动部200b振动的驱动电压。传感电极207通过施加在振动部200b的角速度测定在振动部200b产生的变形。振动部200b的振动(振荡)方向通常是其宽度方向(图7中的X方向)。更具体来讲，在图7所示的角速度传感器中，一对驱动电极206沿振动部200b的长度方向(图7的Y方向)设置在振动部200b的宽度方向上的两个端部。I根驱动电极206可以设置在振动部200b的宽度方向上的一个端部。在图7所示的角速度传感器中，传感电极207沿振动部200b的长度方向设置,且夹在一对驱动电极206之间。多个传感电极207可以设置振动部200b上。通过传感电极207测定的振动部200b的变形通常是在其厚度方向(图7中的Z方向)上的弯曲。在本发明的角速度传感器中，从第一电极和第二电极中选择的一个电极可以由包含驱动电极和传感电极的电极组构成。在图7所示的角速度传感器21a中，第二电极205由该电极组构成。与该角速度传感器不同，第一电极202可以由该电极组构成。连接端子202a、206a和207a分别形成在第一电极202的端部、驱动电极206的端部和传感电极207的端部。各连接端子的形状和位置不限定。在图7中，连接端子设置在固定部200a上。在图7所示的角速度传感器中，压电体膜208与振动部200b和固定部200a双方接合。但是，只要压电体膜208能够使振动部200b振动，且在振动部200b产生的变形能够通过压电体膜208测定，压电体膜208的接合的状态不被限定。例如，压电体膜208仅与振动部200b接合。本发明的角速度传感器能够具有2个由一对振动部200b构成的振动部组。这种角速度传感器能够测定多个旋转中心轴的角速度，作为2轴或3轴的角速度传感器发挥功能。图7所示的角速度传感器具有由一对振动部200b构成I个振动部组。[角速度传感器的角速度的测定方法]测定本发明的角速度的方法包括使用本发明的角速度传感器，对压电体层施加驱动电压，使基板的振动部 振动的工序；和对因施加在振动中的振动部的角速度而在振动部产生的变形进行测定，由此获得该角速度的值的工序。对第一电极和第二电极中的不作为驱动电极和传感电极发挥功能的电极(另一电极)、与驱动电极之间施加驱动电压，对压电体层施加驱动电压。另一电极和传感电极对因角速度而在振动中的振动部产生的变形进行测定。以下，对使用图7所示的角速度传感器21a的角速度的测定方法进行说明。振动部200b的与固有振动共振的频率的驱动电压，经由第一电极202和驱动电极206被施加到压电体层15，使振动部200b振动。驱动电压例如能够通过使第一电极202接地、且使驱动电极206的电位变化而施加(换而言之，驱动电压是第一电极202与驱动电极206之间的电位差)。具有角速度传感器21a、音叉的形状配列的一对振动部200b。通常，分别对一对振动部200b的各自所具有的各驱动电极206施加正负相互相反的电压。由此，能够使各振动部200b以在相互相反方向上进行振动的模式(与图7所示的旋转中心轴L对称地振动的模式)振动。在图7所示的角速度传感器21a中，振动部200b在其宽度方向(X方向)上振动。通过仅使一对振动部200b的一个振动，也能够测定角速度。但是，为了进行高精度的测定，优选以使两个振动部200b在相互相反方向上进行振动的模式振动。对振动部200b振动的角速度传感器21a，施加其旋转中心轴L的角速度ω时，各振动部200b由于科里奥利力在厚度方向(Z方向)上弯曲。在一对振动部200b以在相互相反方向上进行振动的模式振动的情况下，各振动部200b在相互相反朝向弯曲相同变化量。与该弯曲相应地，与振动部200b接合的电体层15也弯曲，在第一电极202与传感电极207之间，产生与压电体层15的弯曲相应的、即与生成的科里奥利力对应的电位差。通过测定该电位差，能够测定施加于角速度传感器21a的角速度ω。在科里奥利力Fe与角速度ω之间，以下的关系成立Fc=2mv ω在此，V是振动中的振动部200b中的振动方向的速度。m是振动部200b的质量。如该式子所示，能够根据科里奥利力Fe算出角速度ω。
[压电发电元件]图9表示本发明的压电发电元件的一个例子。图10表示图9所示的压电发电元件22a的截面F1。压电发电元件22a是将从外部给予的机械振动转换为电能的元件。压电发电元件22a适合用于根据车辆和机械的动力振动和行驶振动和歩行时产生的振动所包含的各种的振动进行发电的自主的电源装置。图9所不的压电发电兀件22a具备具有振动部300b的基板300 ;和与振动部300b接合的压电体膜308。基板300具有固定部300a ;和由从固定部300a在规定的方向上延伸的梁构成的振动部300b。构成固定部300a的材料能够与构成振动部300b的材料相同。但是，这些的材料可以相互不同。由相互不同的材料构成的固定部300a可以与振动部300b接合。构成基板300的材料不限定。该材料例如是S1、玻璃、陶瓷、金属。基板300可以为Si单晶基板。基板300具有例如O.1mm以上O. 8mm以下的厚度。固定部300a可以具有与振动部300b的厚度不同的厚度。振动部300b的厚度可以进行调整以使振动部300b的共振频率变化进行高效的发电。锤负荷306与振动部300b接合。锤负荷306调整振动部300b的共振频率。锤负荷306例如是Ni的蒸镀薄膜。锤负荷306的材料、形状和质量和锤负荷306接合的位置，能够根据求出的振动部300b的共振频率进行调整。锤负荷306可以省略。在振动部300b的共振频率未调整的情况下，不需要锤负荷306。压电体膜308与振动部300b接合。该压电体膜308是标题为[压电体膜]的项目中说明的压电体膜。如图9和图10所示，该压电体膜308包括第一电极13 (302)、界面层14、压电体层15和第二电极17 (305)。在图9所不的压电发电兀件中，第一电极302的一部分露出。该一部分能够作为连接端子302a发挥功能。 在图9所示的压电发电元件中，压电体膜308能够与振动部300b和固定部300a双方接合。压电体I旲308可以仅与振动部300b接合。本发明的压电发电元件中，通过具有多个振动部300b，能够增大产生的电量。通过使各振动部300b具有的共振频率变化，能够与由广频率成分构成的机械振动对应。[使用压电发电元件的发电方法]通过对上述的本发明的压电发电元件给予振动，经由第一电极和第二电极能够获得电力。当从外部对压电发电元件22a给予机械振动时，振动部300b相对固定部300a开始上下弯曲振动。该振动在作为压电体层的15中产生压电效应的电动势。通过这样的方式，在夹持压电体层15的第一电极302与第二电极305之间产生电位差。压电体层15具有的压电性能越高，在第一与第二电极之间产生的电位差越大。特别是，振动部300b的共振频率与从外部对元件给予的机械振动的频率接近的情况下，振动部300b的振幅变大，所以发电特性提高。因此，优选通过锤负荷306进行调整，以使振动部300b的共振频率与从外部对元件给予机械振动的频率接近。(实施例)以下，使用实施例，更加详细地说明本发明。
(实施例1)在实施例1中，按照如下方法制作图1B所示的压电体膜。首先，在MgO(IlO)单晶基板11上，利用溅射法形成仅具有(110)取向的Pt层。该Pt层具有250纳米厚度。该Pt层是第一电极13。溅射法的条件如下所述。靶金属Pt气体氛围気气RF 功率15W基板温度摄氏300度接着，利用溅射法，在Pt层(第一电极13)上形成仅具有(110)取向的O. 93 (NaxBi0 5) TiO0 5x+2 75 — O. 07BaTi03 层 14 (x=0. 350)。该 O. 93 (NaxBi0 5) TiO0 5x+2 75 —O. 07BaTi03 层 14(χ=0· 350)具有 100 纳米的厚度。该 O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5χ+2 75 - O. 07BaTi03层14 (x=0. 350)是界面层。溅射法的条件如下所述。靶与上述相同的组成气体流量比Ar/02=50/50RF 功率170W 基板温度摄氏650度此处，利用能量色散X射线分光法(SEM-EDX)来分析所形成的O. 93 (NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — 0.07BaTi03 层 14 (x=0. 350)的组成。在使用 SEM-EDX 的测定中，氧这样的轻元素的分析精度较差，所以该轻元素的准确的定量困难。但是，可以确认所形成的O. 93 (NaxBia5) TiOa5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14 (χ=0· 350)中包含的 Na、B1、Ba 和 Ti 的组成与靶相同。利用溅射法，在O. 93 (NaxBia5) TiOa 5χ+2.75 — O. 07BaTi03 层 14 (x=0. 350)上形成仅具有(110)取向的 O. 93 (Bia5Naa5) TiO3-O. 078&1103层 15。所形成的 O. 93 (Bi。. 5Na。. 5)TiO3 — O. 07BaTi03 层 15 具有 2. 7 微米的厚度。O. 93 (Bi。. 5Naa5) TiO3 — O. 07BaTi03 层 15 是压电体层。溅射法的条件如下所述。靶与上述相同的组成气体流量比Ar/02=50/50RF 功率170W基板温度摄氏650度此处，也利用能量色散X射线分光法(SEM-EDX)来分析所形成的O. 93 (Bi0.5Na0.5)TiO3 — O. 07BaTi03M 15 的组成。可以确认所形成的 O. 93 (Bi0.5Na0.5) TiO3 — O. 07BaTi03 层15中包含的Na、B1、Ba和Ti的组成与靶相同。最后，利用蒸镀法，在O. 93 (Bia5Naa5) TiO3 — O. 07BaTi03层15上形成具有100纳米厚度的Au层(第二电极17)。通过这样的方式，得到实施例1的压电体膜。( X射线衍射分析)所形成的O. 93 (Bia5Naa5) TiO3 — O. 07BaTi03层15用于X射线衍射分析，解析其晶体结构。X射线衍射分析通过向O. 93 (Bia5Naa5) TiO3 — O. 07BaTi03层15照射X射线来进行。图2表示X射线衍射的结果、即X射线衍射的线形。在实施例2 3和比较例I 4中，同样应用X射线衍射。图2不仅表示实施例1的X射线衍射的结果，也表示实施例2 3和比较例I 4的X射线解析的结果。如图2所示，除起因于Pt层的反射峰值外，观察到起因于仅具有(110)取向的O. 93 (Bia5Naa5) TiO3 — O. 078&1103层15的反射峰值。该(110)反射峰值的强度是489，581cps这样非常高的值。图2所示的线形表示，实施例1的O. 93 (Bia5Naa 5) TiO3 —0.078&1103层15具有极高的(110)结晶取向性。(压电常数d31的测定)压电体膜的压电性能，如以下方式进行评价。将压电体膜切出为宽度2mm，加工为悬臂状。接着，利用激光位移计来测定在第一电极13与第二电极17之间施加电位差使悬臂位移而得到的位移量。接着，将测定到的位移量转换成压电常数d31。实施例1的压电体膜的压电常数d31是-123pC/N。(漏泄电流的测定)使用阻抗分析仪测定IkHz的介电损失(tan δ )。实施例1的压电体膜的介电损失(tan δ )是5. 2%。这意味着实施例1的压电体膜具有小的漏泄电流特性。(强介电特性的评价)在第一电极13与第二电极17之间施加电位差，评价实施例1的压电体膜的强介电特性。图3表不实施例1的压电体膜的P-E磁滞曲线。由图3可知，实施例1的压电体膜具有比后述的比较例I的压·电体膜好的强介电特性。(实施例2)除χ=0. 40外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(实施例3)除χ=0. 29外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例I)除未形成O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5χ+2.75 — O. 07BaTi03 层 14 外，其余按照与实施例1 同样的方式进行实验。比较例I的压电体膜的强介电特性如图3所示。比较例I的压电体膜的介电损失(tan δ )是9. 8%。这意味着比较例I的压电体膜具有大的漏泄电流特性。(比较例2)除取代O. 93 (NaxBia5) TiOa 5χ+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由(Na。. 5BiQ. 5)Ti03 构成的界面层外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例3)除x=0. 425外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例4)除x=0. 280外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例5)除取代O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 TiO2 构成的界面层夕卜，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例6)除取代O. 93 (NaxBia5) TiOa 5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 Bi4TiO3O12 构成的界面层外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例7)除取代O. 93 (NaxBia5) TiOtl.5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 Na2TiO3 构成的界面
层外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例8)除取代O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 BaTiO3 构成的界面层
夕卜，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例9)除取代O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 Bi4Ti3O12 — BaTiO3 构
成的界面层外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。(比较例10)除取代O. 93 (NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — O. 07BaTi03 层 14，使用由 Na2TiO3 — BaTiO3 构
成的界面层外，其余按照与实施例1同样的方式进行实验。实施例1 3和比较例I 10的实验结果在表I中概括表示。[表I]
权利要求
1.一种压电体膜，其特征在于，包括 仅具有(110)取向的第一电极；仅具有(110)取向的(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层； 仅具有(110)取向的(Bi，Na) TiO3-BaTiO3层，和 第二电极，其中 X的值是O. 29以上O. 40以下， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5) TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、(Bi1Na)TiO3 — BaTiO3 层和第二电极按照此顺序层叠。
2.—种喷墨头，其特征在于，包括 压电体膜，其具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层； 与所述压电体膜接合的振动层；和 压力室部件，其具有收纳墨水的压力室，并且与所述振动层的与所述压电体膜所接合的面相反一侧的面接合， 所述振动层与所述压电体膜接合，使得所述振动层响应与基于压电效应的所述压电体膜的变形而在该振动层的膜厚方向上位移， 所述振动层和所述压力室部件相互接合，使得所述压力室的容积响应所述振动层的位移而变化，并且所述压力室内的墨水响应所述压力室的容积的变化而被排出， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29 彡 X 彡 O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、所述(Bi，Na，Ba)TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠。
3.一种使用喷墨头形成图像的方法，其特征在于，包括 准备所述喷墨头的工序， 所述喷墨头具有 压电体膜，其具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层； 与所述压电体膜接合的振动层；和 压力室部件，其具有收纳墨水的压力室，并且与所述振动层的与所述压电体膜所接合的面相反一侧的面接合， 所述振动层与所述压电体膜接合，使得所述振动层响应与基于压电效应的所述压电体膜的变形而在该振动层的膜厚方向上位移， 所述振动层和所述压力室部件相互接合，使得所述压力室的容积响应所述振动层的位移而变化，并且所述压力室内的墨水响应所述压力室的容积的变化而被排出， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29 彡 X 彡 O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、所述(Bi，Na，Ba)TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠；和 从所述压力室排出墨水的工序，通过经由所述第一电极和第二电极对所述压电体层施加电压，基于压电效应，使所述振动层在该层的膜厚方向上位移，以使得所述压力室的容积变化，利用该位移从所述压力室排出墨水。
4.一种角速度传感器，其特征在于，包括 具有振动部的基板，和 压电体膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29 彡 X 彡 O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、所述(Bi，Na，Ba)TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠， 从所述第一电极和第二电极选择的一个电极由电极组构成，该电极组包括将使所述振动部振动的驱动电压施加到所述压电体层的驱动电极；和用于对因施加在振动中的所述振动部的角速度而在所述振动部产生的变形进行测定的传感电极。
5.一种使用角速度传感器测定角速度的方法，其特征在于，包括 准备所述角速度传感器的工序， 所述角速度传感器包括 具有振动部的基板，和 压电体膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29 彡 X 彡 O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、所述(Bi，Na，Ba)TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠， 从所述第一和第二电极中选择的一个电极由包括驱动电极和传感电极的电极组构成； 经由从所述第一和第二电极中选择的另一个电极和所述驱动电极将驱动电压施加到所述压电体层，由此使所述振动部振动的工序；和 经由所述另一个电极和所述传感电极，对因施加在振动中的所述振动部的角速度而在所述振动部产生的变形进行测定，由此获得所述施加的角速度的值的工序。
6.—种压电发电兀件,其特征在于,包括 具有振动部的基板，和 压电体膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29≤ X ≤ O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBia5) TiOtl.5x+2.75 — BaTiO3 层、(Bi, Na, Ba) TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠。
7.一种使用压电发电元件的发电方法，其特征在于，具备 准备所述压电发电元件的工序， 所述压电发电元件具有 具有振动部的基板，和 压电体膜，其与所述振动部接合，并且具有被第一电极和第二电极夹着的压电体层， 所述第一电极仅具有(110)取向， 所述压电体层包括仅具有(110)取向的(Bi，Na，Ba)TiO3层， 在所述第一电极与所述压电体层之间，夹着仅具有(110)取向的(NaxBia5)Ti00.5x+2.75 — BaTiO3 层，其中 O. 29 ≤ X ≤ O. 4， 所述第一电极、所述(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75 — BaTiO3 层、所述(Bi，Na，Ba)TiO3 层和第二电极按照此顺序层叠；和 通过对所述振动部施加振动，经由所述第一和第二电极获得电力的工序。
全文摘要
本发明的压电体膜依次层叠有仅具有(110)取向的第一电极、仅具有(110)取向的(NaxBi0.5)TiO0.5x+2.75－BaTiO3层、仅具有(110)取向的(Bi,Na)TiO3－BaTiO3层和第二电极，其中x的值是0.29以上0.40以下。本发明的目的在于提供具有更高的结晶取向性、更高的压电常数和更高的强介电特性的BNT-BT压电体膜。
文档编号H01L41/187GK103053039SQ201280002260
公开日2013年4月17日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年4月14日
发明者田中良明, 张替贵圣, 足立秀明, 藤井映志 申请人:松下电器产业株式会社